bài tập lớn ttdđ

KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1

MÔN THÔNG TIN DI ĐỘNG

ĐỀ TÀI: GIAO DIỆN VÔ TUYẾN TRONG HỆ THỐNG UTMS

SINH VIÊN: LÊ THANH TÙNG

VŨ VĂN VÕ

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày này thông tin di động là ngành công nghiệp viễn thông phát

triển nhanh nhất với con số thuê bao đã đạt đến 3,6 tỷ tính đến cuối

năm 2008. Khởi nguồn từ dịch vụ thoại đắt tiền cho một số ít người

đi xe, đến nay với sự ứng dụng ngày càng rộng rãi các thiết bị thông

tin di động thể hệ ba, thông tin di động có thể cung cấp nhiều hình

loại dịch vụ đòi hỏi tốc độ số liệu cao cho người sử dụng kể cả các

chức năng camera,MP3 và PDA. Với các dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao

ngày các trở nên phổ biến này, nhu cầu 3G cũng như phát triển nó

lên 4G ngày càng trở nên cấp thiết.ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn

hoá hệ thống thông tin di động thế hệ ba với tên gọi IMT-2000 để

đạt được các mục tiêu chính sau đây:

Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như truy

nhập internet nhanh hoặc các ứng dụng đa phương tiện, do yêu cầu

ngày càng tăng về các dịch vụ này.

Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện nay. Nhiều tiêu

chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba IMT-2000 đã được

đề xuất, trong đó hai hệ thống WCDMA UMTS và CDMA-2000 đ ã

đ ư ợ c I T U c h ấ p thuận và đã được đưa vào hoạt động. Các hệ thống

này đều sử dụng công nghệ CDMA điều này cho phép thực hiện tiêu

chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin

động thế hệ ba

BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG 1


Để phục vụ việc học tập môn thông tin di động nhóm em nhận đề tài

nghiên cứu về giao diện vô tuyến của hệ thống UTMS. Bài bào cáo

của em gồm các phần chính:

◊ Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ ba

WCDMA

◊ Chương 2: Các kỹ thuật sử dụng trong hệ thống WCDMA

◊ Chương 3: Giao diện vô tuyến của mạng WCDMA UMTS



CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN

DI ĐỘNG THẾ HỆ BA WCDMA

1.1 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG LÊN THẾ

HỆ 4G

Trong quá trình phát triển của mình, các công nghệ thông tin di

động được chia thành các thế hệ: Thứ nhất, thứ hai, thứ ba và thứ tư;

được viết tắt là 1G, 2G, 3G và 4G.

1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất

Hệ thống thông tin di động thế hệ một (1G) sử dụng phương pháp

đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) và chỉ hỗ trợ các dịch vụ

thoại tương tự và sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ

liệu thoại của mỗi người sử dụng. Đa truy nhập phân chia theo tấn

số là phương thức truy nhập mà trong đó mỗi kênh dành cho người

sử dụng được cấp phát một tần số cố định, không trùng với các

kênh người dùng khác nhờ phân chia phổ tần số thành nhiều đoạn

riêng biệt.

Một số hệ thống FDMA điển hình là:

-Hệ thống AMPS (Advanced Mobile Phone Servise – Dịch vụ điện

thoại di động tiên tiến) được sử dụng trên toàn nước Mỹ.

- NMT (Nordic Mobile Telephone System – Hệ thống điện thoại di

động Bắc Âu)

- TACS (Total Access Communication System – Hệ thống thông tin

truy nhập toàn bộ)

Tuy nhiên, thông thường các công nghệ 1G thường được triển khai

tại một số nước, không được tiêu chuẩn hóa bởi các cơ quan tiêu

chuẩn quốc tế. Không thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của người



dùng về dung lượng và tốc độ. Chính vì vậy, hệ thống thông tin di

động thế hệ hai được đưa ra giới thiệu.

1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai

-Khác với thế hệ thứ nhất, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ

hai (2G) được thiết kế để triển khai quốc tế, các thiết kế 2G nhấn

mạnh hơn lên tính tương thích, khả năng chuyển mạch phức tạp và

sử dụng truyền dẫn tiếng số hóa trên các kênh vô tuyến.

-Hệ thống 2G sử dụng hai phương pháp đa truy nhập: Đa truy nhập

phân chia theo thời gian (TDMA) và đa truy nhập phân chia theo mã

(CDMA).

-Một số hệ thống trong mạng 2G điển hình là:

GSM (Global for System Mobile Communications - Hệ thống

thông tin di động toàn cầu), cdma One, ngoài ra còn một số hệ thống

khác đó là: iDEN, D-AMPS, GPRS (2,5G), HSCSD và WiDEN.

1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba

- Để đáp ứng yêu cầu phát triển dung lượng mạng, tốc độ

(tốc độ dịch chuyển dữ liệu) và những ứng dụng đa phương tiện,

chuẩn 3G bắt đầu được đưa ra. Những hệ thống trong chuẩn này là

sự phát triển tuyến tính của hệ thống 2G, chúng dựa vào hai cơ sở hạ

tầng chính cùng tồn tại song song đó là những node chuyển mạch

kênh và những node chuyển mạch gói.

* Một hệ thống thông tin di động là 3G nếu nó đáp ứng một số yêu

cầu được ITU đề ra như sau:

- Hoạt động trong một trong số các tần số được ấn định cho các

dịch vụ 3G.

- Phải cung cấp các dịch vụ số liệu mới cho người sử dụng bao gồm

cả các dịch vụ đa phương tiện, độc lập với các công nghệ ở giao

diện vô tuyến.



- Phải hỗ trợ truyền dẫn số liệu di động tại 144 kbps cho người

sử dụng di động tốc độ cao và truyền dẫn số liệu lên đến 2 Mbps

cho người sử dụng cố định hoặc tốc độ thấp.

- Phải cung cấp các dịch vụ số liệu gói.

- Đảm bảo tính độc lập của mạng lõi với giao diện vô tuyến.

Một số hệ thống 3G: UMTS (WCDMA), CDMA2000&1xEV-DO,

iS865, TD-SCDMA; 3,5G: UMTS (HSPA).

1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư

Việc triển khai tại một số nước đã chỉ ra một vài vấn đề mà 3G

chưa giải quyết được hoặc mới chỉ giải quyết được một phần là: Sự

khó khăn trong việc tăng liên tục băng thông và tốc độ dữ liệu để

thỏa mãn nhu cầu ngày càng đa dạng các dịch vụ đa phương tiện,

các dịch vụ khác nhau với nhu cầu về chất lượng dịch vụ (QoS)

và băng thông khác nhau.

- Sự giới hạn của giải phổ sử dụng.

- Dù có sự thỏa thuận về các khả năng chuyển vùng toàn cầu

nhưng do tồn tại những chuẩn công nghệ 3G khác nhau nên gây

khó khăn trong việc chuyển vùng (roaming) giữa các môi trường

dịch vụ khác biệt trong các băng tần số khác nhau.

- Thiếu cơ chế chuyển tải “liền mạch” giữa đầu cuối với đầu cuối

khi mở rộng mạng con di động với mạng cố định.

Trong nỗ lực khắc phục những vấn đề của 3G, để hướng tới mục tiêu

tạo ra một mạng di động có khả năng cung cấp cho người sử dụng

các dịch vụ thoại, truyền dữ liệu và đặc biệt là các dịch vụ băng

rộng multimedia tại mọi nơi, mọi lúc; do vậy mạng di động thế hệ

thứ tư (4G) đã được đề xuất nghiên cứu và hứa hẹn những bước triển

khai đầu tiên. Cơ sở hạ tầng cho 4G sẽ chỉ là gói (all-IP)



- Những kỹ thuật đang được xem xét như pre-4G là Wimax, WiBro,

iBurst, 3GPP Long Term Evolution và 3GPP2 Ultra Mobile

Broadband.

1.2 KIẾN TRÚC CHUNG MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

3G

1.2.1 Công nghệ WCDMA

WCDMA (Wideband CDMA) là một công nghệ phát triển của

GSM để tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu bằng cách sử dụng kỹ thuật

CDMA hoạt động ở băng rộng thay thế cho TDMA. Trong các công

nghệ thông tin di động thế hệ thứ ba thì WCDMA nhận được sự ủng

hộ lớn nhất nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ

các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là dịch vụ tốc độ bít thấp

và trung bình.



* Một số đặc điểm của WCDMA:

- Là hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã trải phổ trực tiếp, có

tốc độ bit cao (lên đến 2 Mbps)

- Tốc độ chip 3,84 Mcps với độ rộng sóng mang 5 Mhz, do đó hỗ trợ

tốc độ dữ liệu cao đem lại nhiều lợi ích như độ lợi đa phân tập.

- Hỗ trợ tốc độ người sử dụng thay đổi liên tục. Mỗi người sử dụng

được cung cấp một khung, trong khung đó tốc độ dữ liệu giữ cố định

nhưng tốc độ có thể thay đổi từ khung này đến khung khác.

- Hỗ trợ hai mô hình vô tuyến FDD và TDD. Trong mô hình FDD

sóng mang 5 Mhz sử dụng cho đường lên và đường xuống, còn trong

mô hình TDD sóng mang 5 Mhz chia sẻ theo thời gian giữa đường

lên và đường xuống.

- WCDMA hỗ trợ hoạt động không đồng bộ của các trạm gốc, do đó

dễ dàng phát triển các trạm gốc vừa và nhỏ.

- WCDMA sử dụng tách sóng có tham chiếu đến sóng mang

dựa trên kênh hoa tiêu, do đó có thể nâng cao dung lượng và vùng

phủ.

- WCDMA được thiết kế tương thích với GSM để mở rộng vùng

phủ sóng và dung lượng của mạng.

- Lớp vật lý mềm dẻo dễ tích hợp được tất cả thông tin trên

một sóng mang.

- Hệ số tái sử dụng bằng 1.

- Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến.

1.2.2 Tổng quan hệ thống UMTS

-Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba được xây dựng với mục

đích cung cấp cho một mạng di động toàn cầu với các dịch vụ

phong phú bao gồm thoại, nhắn tin, internet và dữ liệu băng rộng.



- Tại Châu Âu hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba đã được

tiêu chuẩn hóa bởi học viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu

(ETSI: European Telecommunications Standard Institute) phù

hợp với tiêu chuẩn ITM-2000 của ITU

(InternationalTelecommunication Union).

- Hệ thống có tên là UMTS (Universal Mobile Telecommunication

System). UMTS được xem là hệ thống kế thừa của hệ thống GSM,

nhằm đáp ứng các yêu cầu phát triển của các dịch vụ di động và ứng

dụng internet với tốc độ truyền dẫn lên tới 2 Mbps và cũng cấp một

tiêu chuẩn chuyển vùng toàn cầu.

- UMTS được phát triển bởi Third Generation Partnership

Project (3GPP) là dự án phát triển chung của nhiều cơ quan tiêu

chuẩn hóa (SDO) như: ETSI (Châu Âu), ARIB/TCC (Nhật Bản),

ANSI (Mỹ), TTA (Hàn Quốc) và CWTS (Trung Quốc).

- Hội nghị vô tuyến thế giới năm 1992 đã đưa ra các phổ tần số

dùng cho hệ thống UMTS:

+ 1920 ÷ 1980 MHz và 2110 ÷ 2170 MHz dành cho các ứng

dụng FDD (Frequency Division Duplex: Ghép kênh theo tần số)

đường lên và

đường xuống, khoảng cách kênh là 5MHz.

+ 1900 ÷ 1920 MHz và 2010 ÷ 2025 MHz dành cho các ứng dụng

TDD (Time Division Duplex: Ghép kênh theo tần số), khoảng

cách kênh là 5MHZ.

+ 1980 ÷ 2010 MHz và 2170 ÷ 2200 MHz: Đường xuống và đường

lên vệ tinh.



1.2.3 Kiến trúc chung của một mạng WCDMA

Mạng thông tin di động thế hệ ba ban đầu sẽ là mạng kết hợp giữa

các vùng chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh để truyền dữ liệu

gói và tiếng. Các trung tâm chuyển mạch gói là các chuyển

mạch sử dụng công nghệ ATM. Trong quá trình phát triển đến sử

dụng toàn mạng IP, chuyển mạch kênh dần được thay thế bằng

chuyển mạch gói. Các dịch vụ số liệu và thời gian thực cuối cùng sẽ

được chuyển trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch

gói.

1.2.3.1 Thiết bị người sử dụng

Thiết bị người sử dụng (UE: User Equipment): Thực hiện

chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ thống.



1.2.3.2 Mạng truy nhập vô tuyến

Mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN:UMTSTerestrialRadioAccess

Network): Có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy

nhập vô tuyến. Kiến trúc ban đầu của mạng 3G có thể sử dụng hai

kiểu mạng truy nhập vô tuyến. Kiểu thứ nhất sử dụng công nghệ

đa truy nhập WCDMA được gọi là UTRAN. Kiểu thứ hai sử dụng

công nghệ đa truy nhập TDMA được gọi là GERAN (GSM EDGE

Radio Access Network: Mạng truy nhập vô tuyến dựa trên

công nghệ EDGE của GSM).

1.2.3.3 Mạng lõi

Mạng lõi (CN: Core Network): Thực hiện chức năng chuyển

mạch, định tuyến cuộc gọi và kết nối số liệu. Mạng lõi là kết hợp

của chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói được thể hiện bằng nhóm

các đơn vị chức năng logic (hình 1.3). Trong thực thế các miền chức

năng này đặt vào các thiết bị và các nút vật lý. Như chức năng



chuyển mạch kênh CS (MGC/GMSC) và chức năng chuyển mạch

gói (SGSN/GGSN) trong một nút duy nhất để được một hệ thống

tích hợp cho phép chuyển mạch và truyền dẫn các kiểu phương tiện

khác nhau từ lưu lượng tiếng đến lưu lượng số liệu dung lượng lớn.

1.2.4 Các loại lưu lượng và dịch vụ của mạng 3G WCDMA hỗ trợ

WCDMA UMTS cung cấp các loại dịch vụ xa (teleservices)

như dịch vụ điện thoại hoặc bản tin ngắn (SMS) và các loại dịch vụ

mang (bearer service: Một dịch vụ viễn thông cung cấp khả năng

truyền tín hiệu giữa hai giao diện người sử dụng - mạng).Vì thế,

nói chung mạng 3G hỗ trợ các dịch vụ truyền thông đa phương

tiện. Do đó với mỗi kiểu lưu lượng cần đảm bảo một mức QoS nhất

định tùy theo ứng dụng của dịch vụ. QoS ở hệ thống WCDMA

UMTS được phân loại như sau:

- Loại hội thoại (Thoại, thoại thấy hình): Thông tin tương tác yêu

cầu trễ nhỏ.

- Loại luồng (đa phương tiện, video theo yêu cầu): Thông tin

một chiều đòi hỏi dịch vụ luồng với trễ nhỏ.

- Loại tương tác (duyệt web, trò chơi qua mạng, truy nhập

cơ sở dữ liệu..): Đòi hỏi trả lời trong một thời gian nhất định và tỉ

lệ lỗi thấp.

- Loại cơ bản (thư điện tử, SMS, tải dữ liệu xuống): Đòi hỏi các

dịch vụ nỗ lực nhất được thực hiện trên nền cơ sở.

- Vùng phủ sóng của mạng WCDMA UMTS được chia thành bốn

vùng với các tốc độ bít Rb phục vụ như sau:

+ Vùng 1: Vùng trong nhà, ô pico, Rb ≤ 2 Mbps

+ Vùng 2: Vùng thành phố, ô micro, Rb ≤ 384 Kbps

+ Vùng 3: Vùng ngoại ô, ô macro, Rb ≤ 144 Kbps

+ Vùng 4: Toàn cầu, Rb = 12,2 Kbps



Hình 1.4. Vùng phủ sóng của UMTS

1.3 CÁC KIẾN TRÚC CHO CÔNG NGHỆ WCDMA THEO 3GPP

Mạng di động thế hệ 3 được xây dựng theo các phát hành chính

được gọi là R3, R4, R5 và R6. Trong đó R3 và R4 có mạng lõi

bao gồm hai miền chuyển mạch: Miền CS (Circuit Switch:

Chuyển mạch kênh) và PS (Packet Switch: Chuyển mạch gói).

Việc kết hợp này phù hợp với giai đoạn đầu khi PS chưa đáp ứng tốt

các dịch vụ thời gian thực như thoại và hình ảnh. Khi đó miền CS sẽ

thực hiện các dịch vụ thoại, còn các dịch vụ số liệu được truyền trên

miền PS. R4 phát triển hơn R3 ở chỗ CS chuyển sang chuyển mạch

mềm, vì thế toàn bộ mạng truyền tải giữa các nút chuyển mạch đều

trên IP.

* Lịch trình nghiên cứu trong 3GPP:

- Phát hành 1999 (R3) tháng 12/1999




1.1.3 Kiến trúc WCDMA UMTS R3

Đây là kiến trúc mạng 3G sử dụng công nghệ WCDMA trong 3GPP

năm 1999, tập tiêu chuẩn đầu tiên cho hệ thống UMTS.



Mạng UMTS R3 có hỗ trợ cả chuyển mạch kênh và chuyển mạch

gói. Tốc độ thông tin lên tới 384 Kbps trong miền chuyển

mạch kênh và 2 Mbps trong miền chuyển mạch gói. Các kết nối

tốc độ cao này đảm bảo cung cấp một tập các dịch vụ mới cho người

sử dụng di động gồm: Điện thoại có hình (hội nghị Video) âm thanh

chất lượng cao (CD) và tốc độ truyền cao tại đầu cuối.

Mạng UMTS R3 gồm ba phần chính đó là: Thiết bị di động

(UE: User Equipment), mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

(UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Network) và mạng lõi (CN: Core

Network).

1.3.1.1 Thiết bị ngƣời sử dụng

Thiết bị người sử dụng (UE): Là đầu cuối mạng UMTS của người

sử dụng. là phần có nhiều thiết bị nhất và sự phát triển của nó sẽ ảnh

hưởng lớn lên các ứng dụng và các dịch vụ khả dụng.



Thiết bị đầu cuối (TE: Terminal Equipment): Trong mạng 3G,

thiết bị đầu cuối không đơn thuần dành cho điện thoại mà còn cung

cấp dịch vụ số liệu mới.

Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment): Là đầu cuối vô tuyến để

giao tiếp với mạng qua đường vô tuyến.

Modun nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subcriber

Identity Modulo) Là một thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng

thuê bao. USIM chứa các hàm và số liệu cần để nhận dạng, nhận

thực thuê bao và có thể giữ các khóa nhận thực cùng một số

thông tin thuê bao cần thiết cho thiết bị đầu cuối. Người sử dụng

phải tự mình nhận thực đối với USIM bằng cách nhập mã PIN. Điều

này đảm bảo rằng chỉ người sử dụng đích thực mới được truy nhạp

UMTS, và mạng cũng chỉ cung cấp dịch vụ cho người nào sử dụng

đầu cuối dựa trên nhận dạng USIM được đăng ký.

1.3.1.2 Mạng truy nhập vô tuyến UMTS

Mạng truy nhập vô tuyến UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial

Radio Access Netwok): Là mạng liên kết giữa người sử dụng và

mạng lõi. Nó bao gồm một hay nhiều hệ thống con mạng vô

tuyến RNS (Radio Network Subsystem), trong một RNS gồm một

RNC và gồm một hay nhiều nút B (node B).

UTRAN được định nghĩa giữa hai giao diện: Giao diện Iu

giữa UTRAN và mạng lõi (CN) gồm hai phần là IuPS cho miền

chuyển mạch gói và IuCS cho miền chuyển mạch kênh và giao

diện Uu giữa UTRAN và thiết bị người dùng (UE).

* Các đặc tính chính của UTRAN:

- Hỗ trợ UTRAN và tất cả các chức năng liên quan. Đặc biệt là các

ảnh hưởng chính lên việc thiết kế là yêu cầu hỗ trợ chuyển giao

mềm (một đầu cuối kết nối qua hai hay nhiều ô tích cực) và các

thuật toán quản lý tài nguyên đặc thù WCDMA.



- Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển

mạch kênh và chuyển mạch gói bằng một ngăn xếp giao thức giao

diện vô tuyến duy nhất và bằng cách sử dụng một giao diện để kết

nối từ UTRAN đến cả hai vùng PS và CS của mạng lõi.

- Đảm bảo tính chung nhất với GSM khi cần thiết.

- Sử dụng truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN.

* Hai thành phần của UTRAN là bộ điều khiển mạng vô tuyến

(RNC) và node B.

Bộ điều khiển mạng vô tuyến

Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC: Radio Network

Controller): Là một phần tử mạng, chịu tránh nhiệm cho một

hay nhiều trạm gốc và điều khiển tài nguyên cho chúng. Đây

cũng chính là điểm truy nhập dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho

mạng lõi (CN). Nó được nối đến CN bằng hai kết nối, một cho

miền chuyển mạch gói đến SGSN và một đến chuyển mạch kênh đến

MSC.

* Các chức năng chính của RNC:

- Điều khiển tài nguyên vô tuyến

- Cấp phát kênh

- Thiết lập điều khiển công suất

- Điều khiển công suất vòng hở

- Điều khiển chuyển giao

- Phân tập Macro

- Mật mã hóa

- Báo hiệu quảng bá

Node B

Trong hệ thống UMTS, trạm gốc được gọi là node B và nhiệm vụ

của nó là thực hiện kết nối vô tuyến vật lý giữa đầu cuối với nó. Nó

nhận tín hiệu trên giao diện Iub từ RNC và chuyển nó vào tín hiệu



vô tuyến trên giao diện Uu. Nó cũng thực hiện một số thao tác quản

lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như “điều khiển công suất vòng trong”.

Tính năng này là để phòng ngừa vấn đề gần xa, nghĩa là khi tất các

đầu cuối đều phát cùng một công suất, thì các đầu cuối gần node B

nhất sẽ che lấp tín hiệu từ các đầu cuối ở xa. Node B kiểm tra công

suất thu từ các đầu cuối khác nhau và thông báo cho chúng

giảm công suất hoặc tăng công suất sao cho node B luôn thu được

công suất như nhau tại tất cả các đầu cuối.

1.3.1.3 Mạng lõi

Mạng lõi (CN: Core Network) của hệ thống UMTS chia thành

hai phần: Chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Thành phần

chuyển mạch gói gồm những nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN:

Serving GPRS Support Node) và cổng hỗ trợ dịch vụ GPRS

(GGSN: Gateway GPRS Support Node). Thành phần chuyển mạch

kênh là MSC và GMCS. Một số thành phần của mạng như HLR và

AuC được chia sẻ cho cả hai phần. Cấu trúc của mạng lõi có thể

được thay đổi khi các dịch vụ mới và các đặc điểm mới của hệ thống

được đưa ra. Các phần tử chính trong mạng lõi:

SGSN (Serving GPRS Support Node): Là nút chính của miền

chuyển mạch gói. Nó nối đến UTRAN thông qua giao diện IuPS và

đến GGSN thông qua giao diện Gn. SGSN chịu trách nhiệm cho tất

cả kết nối PS của tất cả các thuê bao. Nó lưu hai kiểu dữ liệu thuê

bao: Thông tin đăng ký thuê bao và thông tin vị trí thuê bao.

* Số liệu thuê bao lưu trong SGSN gồm:

- IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: Số nhận dạng

thuê bao di động quốc tế)

- Các nhận dạng tạm thời gói (P-TMSI: Packet - Temporary

Mobile

Subscriber Identity: Số nhận dạng thuê bao di động tạm thời gói)



- Các địa chỉ PDP (Packet Data Protocol: Giao thức số liệu gói)

Số liệu vị trí lưu trên SGSN:

- Vùng định tuyến thuê bao (RA: Routing Area)

- Số VLR

- Các địa chỉ GGSN của từng GGSN có kết nối tích cực

GGSN

Khi một SGSN (Gateway GPRS Support Node) kết nối với

mạng số liệu khác. Tất cả các cuộc truyền dữ liệu từ thuê bao

đến các mạng ngoài đều qua GGSN. Cũng như SGSN, nó lưu cả

hai kiểu số liệu: Thông tin thuê bao và thông tin vị trí

Số liệu về thông tin thuê bao:

- Các địa chỉ PDP Số liệu về vị trí: Địa chỉ SGSN hiện thuê bao

đang nối đến.

MSC

MSC (Mobile Switching Center) thực hiện chức năng kết nối

chuyển mạch kênh giữa thiết bị đầu cuối và mạng. Nó thực

hiện các chức năng báo hiệu và chuyển mạch cho các thuê baoo

trong vùng quản lý của mình. Chức năng của MSC trong UMTS

giống chức năng MSC trong GSM, nhưng nó có nhiều chức năng

hơn. Các kết nối chuyển mạch kênh được thực hiện trên giao

diện chuyển mạch kênh giữa UTRAN và MSC. Các MSC được nối

đến các mạng ngoài qua GMSC.

GMSC

GMSC (Gateway MSC) chịu trách nhiệm thực hiện các chức

năng định tuyến đến vùng có MS. Khi mạng ngoài tìm cách kết nối

đến PLMN của một nhà khai thác khác, GMSC nhận yêu cầu

thiết lập kết nối và hỏi HLR về MSC hiện thời quản lý MS.



VLR

VLR (Visitor Location Register): Là bản sao của HLR, dữ liệu

thuê bao cần thiết để cung cấp các dịch vụ thuê bao được lấy từ HLR

và lưu ở đây. Cả MSC và SGSN đều có VLR nối với chúng.

HLR

HLR (Home Location Register): Là một cơ sở dữ liệu có nhiệm vụ

quản lý các thuê bao di động. Một mạng di động có thể có nhiều

HLR tùy thuộc vào số lượng thuê bao, dung lượng của từng HLR và

tổ chức bên trong mạng.

HLR và AuC là hai nút mạng logic nhưng thường được thực

hiện trong cùng một nút vật lý. HLR lưu trữ mọi thông tin về người

sử dụng và đăng lý thuê bao như: Thông tin tính cước, các dịch vụ

nào được cung cấp và các dịch vụ nào bị từ chối, thông tin chuyển

hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi.

Trung tâm nhận thực

Trung tâm nhận thực (AuC: Authentication Center) lưu giữ toàn bộ

số liệu cần thiết để nhận thực, mật mã hóa và bảo vệ thông tin của

người dùng. Nó liên kết với HLR và được hiện cùng với một nút vật

lý.

Bộ nhận dạng thiết bị

Bộ nhận dạng thiết bị (EIR: Equipment Identity Register) chịu

trách nhiệm lưu các số nhận dạng thiết bị di động quốc tế

(IMEI: International Mobile Equipment Identity). Đây là số nhận

dạng duy nhất cho thiết bị đầu cuối. Cơ sở dữ liệu này được chia

thành ba danh mục: Danh mục trắng, xám và đen. Danh mục

trắng chứa các số IMEI được phép truy nhạp mạng, danh mục xám

chứa IMEI của các đầu cuối đang bị theo dõi còn danh mục đen

chứa các số IMEI của các đầu cuối bị cấm truy nhập mạng. Danh

mục nay cũng có thể được sử dụng để cấm các



seri máy đặc biệt không được truy nhập mạng khi chúng không hoạt

động theo tiêu chuẩn.

Các giao diện vô tuyến

- Giao diện Cu: Là giao diện chuẩn cho các card thông minh.

Trong UE

đây là giao diện kết nối giữa USIM và UE

- Giao diện Uu: Là giao diện vô tuyến mà UE truy nhập vào phần cố

định

của mạng. Giao diện này nằm giữa nút B và thiết bị đầu cuối.

- Giao diện Iu: Là giao diện kết nối UTRAN và CN. Một CN có thể

kết nối với nhiều UTRAN, nhưng với mỗi UTRAN thì chỉ có thể kết

nối với một điểm truy nhập CN.

- Giao diện Iur: Đây là giao diện giữa RNC với RNC. Giao diện

này có các tính năng cơ bản sau:

+ Di động giữa các RNC

+ Lưu thông kênh riêng

+ Lưu thông kênh chung

+ Quản lý tài nguyên toàn cục

- Giao diện Iub: Giao diện Iub nối nút B với RNC. Đây là một giao

diện mở

1.3.2 Kiến trúc mạng WCDMA UMTS R4

Mạng WCDMA UMTS phát hành 4 tạo ra tăng cường đáng

kể cho kiến trúc mạng lõi. Sự khác biệt cơ bản giữa phát hành 1999

(R3) với R4 là ở chỗ khi này mạng lõi của R4 là mạng phân bố.

R4 thay thế cho các MSC chuyển mạch kênh truyền thống là

MSC Server và các cổng phương tiện MGW (Media Gateway).

MSC chứa tất cả các phần mềm điều khiển cuộc gọi, chức năng

quản lý di động có ở một MSC tiêu chuẩn. Tuy nhiên nó không chứa



ma trận chuyển mạch. Ma trận chuyển mạch nằm trong MGW được

MSC Server điều khiển và có thể đặt xa MSC Server. MGW không

chứa các phần mềm nói trên mà chỉ có nhiệm vụ thiết lập điều

khiển và giải phóng các luồng phương tiện (các luồng tiếng) dưới sự

điều khiển của MSC Server. MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và

định tuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đường trục gói.

Số liệu gói từ RNC đi qua SGSN và từ SGSN đến GGSN trên mạng

đường trục IP.

Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực

hiện giữa RNC và MSC Server. Đường truyền cho các cuộc gọi

chuyển mạch kênh được thực hiện giữa RNC và MGW. MGW nhận

các cuộc gọi từ RNC và định tuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận

trên các đường trục gói. Trong nhiều trường hợp đường trục gói sử

dụng “giao thức truyền tải thời gian thực ” (RTP: Real Time

Transport Protocol) trên giao thức Internet (IP). Trong kiến trúc trên

ta thấy lưu lượng số liệu gói từ RNC đi qua SGSN và từ SGSN đến

GGSN trên mạng đường trục IP. Cả số liệu và tiếng đều có thể sử

dụng truyền tải IP bên trong mạng lõi. Đây là mạng truyền tải

hoàn toàn IP.



Khi cuộc gọi cần được định tuyến đến một mạng khác, PSTN

chẳng hạn, sẽ có một cổng các phương tiện khác (MGW) được điều

khiển bởi MSC Server cổng (GMSC server). MGW này sẽ chuyển

tiếng thoại được đóng gói thành PCM tiêu chuẩn để đưa đến PSTN.

Để có cái nhìn rõ ràng, giả thiết rằng nếu tiếng ở giao diện vô

tuyến được truyền tại tốc độ 12,2 kbps, thì tốc độ này chỉ phải

chuyển vào 64 kbps ở MGW giao tiếp với PSTN. Truyền tải kiểu này

cho phép tiết kiệm đáng kể độ rộng băng tần nhất là khi các MGW

cách xa nhau. Như vậy chuyển đổi mã chỉ cần thực hiện tại điểm

kết nối với PSTN và ở mạng đường trục gói, chỉ cần truyền

tiếng ở độ rộng băng tần nhỏ hơn, điều này cho phép giảm giá

thành của mạng. Trong nhiều trường hợp MSC hỗ trợ cả chức năng

của GMSC Server.

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 tác phát triển. Nó có tên là điều khiển cổng các phương



tiện (MEGACO: Media Gateway Control). Giao thức điều khiển

cuộc gọi giữa MSC Server và GMSC Server có thể là một

giao thức điều khiển cuộc gọi bất kỳ.

MGW có khả năng giao diện với cả RAN và PSTN. Khi này cuộc gọi

đến hoặc từ PSTN có thể chuyển nội hạt, nhờ vậy có thể tiết kiệm

đáng kể đầu tư. Ví dụ, xét 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 thuê bao thành phố A thực hiện cuộc gọi nội hạt. Nếu không

có cấu trúc phân bố, cuộc gọi cần chuyển từ thành phố A đến thành

phố B (nơi có MSC) để đấu nối với thuê bao PSTN tại chính thành

phố A. Với cấu trúc phân bố, cuộc gọi có thể được điều khiển tại

MSC Server ở thành phố B nhưng đường truyền các phương tiện

thực tế có thể vẫn ở thành phố A, nhờ vậy giảm đáng kể yêu cầu

truyền dẫn và giá thành khai thác mạng.

HLR cũng có thể được gọi là Server thuê bao tại nhà

(HSS: Home Subscriber Server). HSS và HLR có chức năng tương

đương, ngoại trừ giao diện với HSS là giao diện trên cơ sở truyền tải

gói (ví dụ là IP) trong khi HLR sử dụng giao diện trên cơ sở báo

hiệu số 7. Ngoài ra còn có các giao diện giữa SGSN với HLR/HSS

và giữa GGSN với HLR/HSS không được chỉ ra trên hình vẽ.

Rất nhiều giao thức được sử dụng bên trong mạng lõi là các

giao thức trên cơ sở gói sử dụng hoặc IP hoặc ATM. Tuy nhiên

mạng phải giao diện với các mạng truyền thống qua việc sử

dụng các cổng các phương tiện. Ngoài ra mạng cũng phải giao

diện với các mạng SS7 tiêu chuẩn. Giao diện này được thực hiện

thông qua cổng SS7 (SS7 GW). Đây là cổng mà ở một phía nó

hỗ trợ truyền tải bản tin SS7 trên đường truyền tải SS7 tiêu chuẩn,

ở phía kia nó truyền tải các bản tin ứng dụng SS7 trên mạng gói

(ví dụ là IP). Các thực thể như MSC Server, GMSC Server và



HSS liên lạc với cổng SS7 bằng cách sử dụng các giao thức

truyền tải được thiết kế đặc biệt để mang các bản tin SS7 ở mạng IP.

Bộ giao thức này được gọi là Sigtran.

1.3.3 Kiến trúc mạng WCDMA UMTS R5 và R6

Kiến trúc WCDMA UMTS R5 và R6 là đưa ra kiến trúc mạng đa

phương tiện IP. Bước phát triển này thể hiện sự thay đổi toàn bộ mô

hình cuộc gọi. Ở đây cả tiếng và số liệu được xử lý giống nhau trên

toàn bộ đường truyền từ đầu cuối của người sử dụng đến nơi nhận

cuối cùng. Có thể coi kiến trúc này là sự hội tụ toàn diện của tiếng

và số liệu.

Điểm mới của R5 và R6 là nó đưa ra một miền mới được gọi là

phân hệ đa phương tiện IP (IMS: IP Multimedia Subsystem). Đây là



một miền mạng IP được thiết kế để hỗ trợ các dịch vụ đa phương

tiện thời gian thực IP. Cả dữ liệu tiếng và số liệu không cần các giao

diện cách biệt, chỉ có một giao diện Iu duy nhất mang tất cả phương

tiện. Trong mạng lõi giao diện này kết cuối tại SGSN và không có

MGW riêng. Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) chứa các phần tử sau:

- CSCF (Connection State Control Function: Chức năng điều khiển

trạng thái kết nối)

- MRF (Multimedia Resource Function: Chức năng tài nguyên đa

phương tiện)

- MGCF (Media Gateway Control Function: Chức năng điều khiển

cổng các phương tiện)

- T-SGW (Transport Signalling Gateway: Cổng báo hiệu truyền tải)

- R-SGW (Roaming Signalling Gateway: Cổng báo hiệu chuyển

mạng)

CSCF: Quản lý việc thiết lập , duy trì và giải phóng các phiên đa

phương tiện đến và từ người sử dụng. Nó bao gồm các chức

năng như biên dịch và định tuyến. CSCF hoạt động như một đại

diện Server. SGSN và GGSN: Là các phiên bản tăng cường của các

nút được sử dụng ở GPRS và UMTS R3 và R4. Điểm khác nhau duy

nhất là ở chỗ các nút này không chỉ hỗ trợ dịch vụ số liệu gói mà cả

dịch vụ chuyển mạch kênh. Vì thế cần hỗ trợ các khả năng chất

lượng dịch vụ (QoS) hoặc bên trong SGSN và GGSN hoặc ít nhất ở

các Router kết nối trực tiếp với chúng.

Chức năng tài nguyên đa phƣơng tiện (MRF): Là chức năng lập

cầu hội nghi

được sử dụng để hỗ trợ các tính năng như tổ chức cuộc gọi nhiều

phía và dịch vụ hội nghị .



Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW): Là một cổng báo hiệu SS7

để đảm bảo tương tác SS7 với các mạng tiêu chuẩn ngoài như

PSTN. T-SGW hỗ trợ các giao thức Sigtran.

Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW): Là một nút đảm bảo tương

tác báo hiệu với các mạng di động hiện có sử dụng SS7 tiêu chuẩn.

Trong nhiều trường hợp T-SGW và R-SGW cùng tồn tại trên cùng

một nền tảng.

MGW thực hiện tương tác với các mạng ngoài ở mức đường

truyền đa phương tiện. MGW ở kiến trúc mạng của UMTS R5

có chức năng giống như ở R4. MGW được điều khiển bởi chức

năng cổng điều khiển các phương tiện (MGCF). Giao thức điều

khiển giữa các thực thể này là ITU-T H.248. MGCF cũng liên

lạc với CSCF. Giao thức được chọn cho giao diện này là SIP.

Điểm đáng chú ý là kiến trúc này thể hiện ở sự bổ sung thêm

cho mạng lõi chứ không thay đổi mạng lõi hiện có (R4). Phát hành

3GPP R5 và R6 đưa vào một vùng mạng lõi mới để bổ sung cho các

vùng CS và PS, đó là vùng đa phương tiện IP (IM: IP Multimedia).

Vùng mới này cho phép mang cả thoại và số liệu qua IP trên toàn

tuyến nối đến máy cầm tay.

Như vậy UTRAN bây giờ có thể kết nối đến ba vùng của

mạng lõi logic khác nhau: Vùng CS, vùng PS và vùng đa phương

tiện IP (IM). Khi UE muốn sử dụng các dịch vụ của mạng lõi, nó

phải chỉ ra được vùng nó muốn (vùng IM là vùng sử dụng các

dịch vụ của vùng PS). Tất cả lưu lượng của IM đều là gói và

được truyền tải qua các nút của vùng PS như SGSN và GGSN. Kiến

trúc IM cho phép xử lý tiếng và gói một cách thống nhất trên

đường truyền từ UE đến nơi nhận, ở đây xảy ra sự hòa nhập hoàn

toàn của tiếng và số liệu, vì thế tiếng chỉ là một dạng số liệu có các



yêu cầu QoS riêng. Sự hòa nhập này cho phép phát triển nhiều dịch

vụ mới.

1.4 KIẾN TRÚC MẠNG DỊCH CHUYỂN TỪ GMS SANG UMTS

Phần này giới thiệu chiến lược dịch chuyển từ GSM sang UMTS

của hãng Alcatel. Hãng này dự kiến sẽ phát triển mạng truy nhập

RAN từ GSM lên UMTS theo ba phát hành là: 3GR1, 3GR2 và

3GR3.

1.4.1 Phát hành 3GR1: Kiến trúc mạng UMTS chồng lấn

Phát hành 3GP1 dựa trên phát hành của 3GPP vào tháng 3 và các

đặc tả kỹ thuật vào tháng 6 năm 2000. Phát hành đầu của 3GR1 chỉ

hỗ trợ UTRA-FDD và sẽ được triển khai chồng lấn lên GSM. Chiến

lược dịch chuyển từ GSM sang UMTS phát hành 3GR1 được chia



thành ba giai đoạn được ký hiệu là R1.1, R1.2 và R1.3 (R: Release -

phát hành). Trong các phát hành này các phần cứng và các tính năng

mới được đưa ra. Các node B được gọi là MBS (Multistandard Base

Station: Trạm gốc đa tiêu chuẩn).

1.4.2 Phát hành 3GR2: Tích hợp các mạng UMTS và GSM

Trong giai đoạn triền khai UMTS thứ hai sự tích hợp đầu

tiên giữa hai mạng sẽ được thực hiện bằng cách đưa ra các thiết bị

đa tiêu chuẩn như: Node B kết hợp BTS và RNC kết hợp BSC Các

chức năng khai thác và bảo dưỡng mạng vô tuyến cũng có thể được

thực hiện chung bởi cùng một OMC. Kiến trúc mạng RAN tích hợp

của giai đoạn hai (hình 1.9)



1.4.3 Phát hành 3GR3: Kiến trúc RAN thống nhất

Trong kiến trúc RAN của phát hành này được xây dựng

trên cơ sở phát hành R5 vào tháng 9 năm 2000 của 3GPP. Trong phát

hành này RAN chung cho cả hệ thống UMTS và GSM. Cả UTRA-

FDD và UTRA-TDD đều được hỗ trợ. Giao thức truyền tải được

thống nhất cho GSM, E-GPRS và UMTS, ngoài ra có thể ATM

kết hợp IP. GERAN (GSM/EDGE RAN) cũng sẽ được hỗ trợ bởi

phát hành này của mạng



CHƯƠNG 2 - CÁC KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG HỆ

THỐNG WCDMA

2.1 SƠ ĐỒ MÁY THU – PHÁT VÔ TUYẾN TRONG HỆ THỐNG

WCDMA

Máy phát

Sơ đồ khối của máy phát vô tuyến trong WCDMA (hình 2.1). Lớp

vật lý bổ sung CRC cho từng khối truyền tải (TB: Transport Block)

là đơn vị số liệu gốc cần xử lý nhận được từ lớp

MAC(MediumAccess Control: Điều khiển truy nhập trung gian) để

phát hiện lỗi ở phía thu. Sau đó số liệu được mã hóa kênh và đan

xen. Mã hóa nguồn thực hiện biến đổi tương tự sang số và loại

bỏ các thông tin thừa không cần thiết. Mật mã hóa để ngăn sự

xâm nhập và can thiệp vào luồng thông tin. Mã hóa kênh nhằm



giảm yêu cầu đối với độ rộng băng tần và trả giá bằng tỉ số tín

hiệu trên tạp âm và xác suất lỗi. Số liệu sau đan xen được bổ sung

thêm các bit điều khiển công suất phát TPC (Transmit Power

Control), được sắp xếp lên các nhánh I và Q của QPSK và được

trải phổ hai lớp (trải phổ và ngẫu nhiên hóa). Chuỗi chip sau

ngẫu nhiên hóa được giới hạn trong băng tần 5 MHz bằng bộ lọc

Niquist cosin tăng căn hai (hệ số dốc 0,22) và được biến đổi thành

tương tự bằng bộ biến đổi D/A để đưa lên điều chế vuông góc cho

sóng mang. Tín hiệu trung tần (IF) sau điều chế được biến đổi

nâng tần vào sóng vô tuyến (RF) trong băng tần 2 GHz, sau đó

được đưa lên khuếch đại trước khi chuyển đến anten để phát vào

không gian.

Máy thu

Tại phía thu, tín hiệu thu được khuếch đại bằng bộ khuếch đại tạp

âm nhỏ, sau đó được đưa vào tầng trung tần (IF) thu rồi được khuếch



đại tuyến tính bởi bộ khuếch đại AGC. Sau khuếch đại AGC, tín

hiệu được giải điều chế để được các thành phần I và Q. Các tín

hiệu tương tự của các thành phần này được biến đổi thành số tại

bộ biến đổi A/D sau đó tín hiệu qua bộ lọc Nyquist coin tăng căn hai

và được phân chia theo thời gian vào một số thành phần đường

truyền có các thời gian trễ truyền sóng khác nhau. Sau giải trải

phổ cho các thành phần này, chúng được kết hợp lại bởi bộ kết

hợp máy thu RAKE, tín hiệu tổng được giải đan xen, giải mã kênh,

được phân thành các khối truyền tải TB và được phát hiện lỗi. Cuối

cùng chúng được đưa đến lớp cao hơn.

Trong hệ thống thông tin di động, các bước xử lý số và tín hiệu

sau đây được thực hiện:

- Mã hóa nguồn

- Cộng CRC cho từng khối truyền tải hoặc khung vô tuyến

- Mã hóa kênh

- Đan xen

- Phối hợp tốc độ

- Điều chế

Ở phần dưới sẽ xét nguyên lý của các bước nói cho các thiết bị vô

tuyến.

2.2 MÃ HÓA KIỂM SOÁT LỖI

Có hai phương pháp để sửa lỗi là: Mã hóa kênh (Sửa lỗi

thuận - FEC) và yêu cầu phát lại tự động (ARQ). Trong hệ thống

WCDMA sử dụng phương pháp mã hóa kênh (FEC) do có băng thông

rộng nhờ quá trình trải phổ tín hiệu bằng các mã ngẫu nhiên, việc sử

dụng này có thể làm tăng thêm độ lợi xử lý (so với độ lợi xử lý sau

khi trải phổ)

Có ba loại mã kiểm soát lỗi được sử dụng trong WCDMA là:

- Mã khối tuyến tính hay cụ thể là mã vòng



- Mã xoắn

- Mã turbo

Trong ba loại mã trên, mã vòng được sử dụng để phát hiện lỗi,

còn hai loại mã còn lại được sử dụng để sửa lỗi. Mã Turbo chỉ được

sử dụng ở các hệ thống thống tin di động thế hệ thứ ba khi tốc độ

bit cao.

2.2.1 Mã vòng

Mã vòng cho phép kiểm tra độ dư vòng (CRC: Cyclic

Redundancy Cheek) hay chỉ thị chất lượng khung ở các khung bản

tin. Mã vòng là một tập con của mã khối tuyến tính. Bộ mã hóa được

đặc trưng bằng đa thức tạo mã. Cứ k bit đầu vào thì bộ tạo mã sẽ cho

ra một từ mã n bit, trong đó n-k bit là các bit CRC được bổ sung vào

k bit đầu vào. Tỉ số r=k/n được gọi là tỉ lệ mã với r=n-k là số bit

đưa thêm vào bộ mã hóa cùng với số bit được truyền. Do n bit ra chỉ

phụ thuộc vào k bit thông tin đầu vào, bộ tạo mã không cần nhớ và

có thể được thể hiện bằng mạch logic tổ hợp.

Ở mã này, từ mã được rút ra từ hai đa thức:

+ Đa thức tạo mã g(x) hay còn được gọi là đa thức sinh có bậc r

+ Đa thức bản tin u(x).

Từ mã này được án như sau:

Trong hệ thống WCDMA, các đa thức sinh có thể được sử dụng

là:



g(x)=1+g1x+g2x2+…+gn-kxn-k

2.2.2 Mã xoắn

Các mã vòng được gọi là các mã không có sự ghi nhớ, các từ mã

hoặc các bit thêm vào chỉ là một hàm của khối bit hiện tại.

Trái lại, các mã xoắn (Convolutional Code) hoạt động có sự ghi

nhớ. Đối với các mã xoắn, các bit sau khi mã hóa là các hàm của

các bit thông tin và các hàm của độ dài giới hạn. Đặc biệt, mỗi bit

sau khi mã hóa (tại đầu ra của bộ mã hóa xoắn) là một tổ hợp tuyến

Một khâu của thanh ghi dịch

tính của một số bit thông tin trước đó (n bit mã được tạo ra không

chỉ phụ thuộc vào k bit đầu vào).

Mã xoắn xác định bởi các thông số sau:



- Tỉ lệ mã r = k/n với độ dài hữu hạn của k bit đầu vào (phụ thuộc

vào số phần tử nhớ của thanh ghi dịch tạo nên bộ mã hóa)

Một bộ mã hóa xoắn gồm một thanh ghi dịch tạo thành các phần tử

nhớ, các đầu ra của các phần tử nhớ được cộng lại với nhau theo một

quy luật nhất định để tạo nên các chuỗi mã, sau đó các chuỗi này

được ghép xem với nhau tạo chuỗi mã đầu ra.

2.2.3 Mã hóa turbo

Bộ mã hóa turbo (hình 2.4) bao gồm hai bộ mã hóa xoắn theo

phương pháp đệ quy RSC1 và RSC2 và một bộ đan xen turbo bên

trong bộ mã hóa turbo.

Hình 2.4. Cấu hình bộ mã hóa và giải mã turbo

Máy thu sẽ đưa vào bộ giải mã turbo (tái tạo) các kênh đã đan xen

đến từ đầu ra của bộ thu RAKE quyết định mềm (y 1, y2 y3 )thuật toán

giải mã lặp của bộ giải mã turbo thì bộ giải mã 1 sẽ tính toán thông



tin ra L theo y 1, y2 à Le phản hồi về bộ giải mã 1 để lặp lại quá trình

trên. Sau m phép lặp, chuỗi số liệu phát sẽ được khôi phục bởi một

ngưỡng quyết định (quyết định cứng) thep tỉ lệ loga gần đúng (LLR)

là L(bk). LLR cho ra bit giải mã bk. L(bk) được biểu diễn bởi

phương trình sau: L(bk) = ln [P(bk= +1)/P(bk= -1)] (2.1)

Trong phương trình này, P(bk= +1) và P(bk= -1) là các xuất tương

ứng để bk= +1 và bk= -1. Trong WCDMA, mã hóa kênh sử dụng mã

xoắn cho truyền số liệu tốc độ thấp và tín hiệu thoại còn mã turbo

được sử dụng cho truyền số liệu tốc độ cao 64 kbps hoặc 384 kbps.



2.3 PHỐI HỢP TỐC ĐỘ VÀ ĐAN XEN

2.3.1 Phối hợp tốc độ

Hình 2.5. Trích bỏ các kênh TrCH đƣợc mã hóa turbo

Phối hợp tốc độ có nghĩa là lặp hoặc trích bỏ các ký hiệu ở kênh

truyền tải (viết tắt là TrCH) để đạt được tốc độ ký hiệu như nhau

cho các kênh có tốc độ bit khác nhau ở các cấu hình vô tuyến khác

nhau. Lớp cao sẽ ấn định thuộc tính của phối hợp tốc độ cho từng

TrCH. Thuộc tính này là bán cố định và chỉ có thể thay đổi theo

thông báo của lớp cao. Thuộc tính phối hợp tốc độ được sử dụng để

tính số bit cần lặp hoặc trích bỏ.

Ta xét trích bỏ cho mã turbo ở WCDMA để làm ví dụ cho phối hợp

trích bỏ để phối hợp tốc độ áp dụng riêng rẽ cho Y và Y’. Trích bỏ

không áp dụng cho X (trừ các bit đuôi mã lưới) nên cần tách riêng

các chuỗi bit X, Y, Y’. Chức năng phân tách bit sẽ trong suốt đối

với các TrCH không được mã hóa các kênh TrCH mã hóa xoắn và

các kênh mã hóa turbo được lặp.

2.3.2 Đan xen

Đan xen được thực hiện trên nguyên tắc là luồng ký hiệu phát

được viết vào một ma trận nhớ gồm các hàng và các cột theo trình tự



phát, sau đó được đọc ra từ ma trận này theo các địa chỉ được xác

định bởi một quy định nào đó để bảo đảm

việc hoán vị vị trí các kí tự.



2.4 CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP CỦA WCDMA

Hệ thống WCDMA sử dụng đa truy nhập phân chia theo mã

CDMA hoạt động ở băng tần rộng.

CDMA là phương pháp đa truy nhập mà ở đó mỗi máy đầu cuối

được cung

cấp một kênh tần số và một mã duy nhất. Đây là phương thức

đa truy nhập dựa

trên nguyên lý trải phổ.

Tồn tại ba phương pháp trải phổ là:

- Trải phổ theo chuỗi trực tiếp (DS: Direct Sequency)

- Trải phổ theo nhảy tần (FH: Frequency)

- Trải phổ theo nhảy thời gian (TH: Time Hopping)

2.4.1 Các hệ thống thông tin trải phổ

Trong các hệ thống thông tin thông thường độ rộng băng

thông là vấn đề quan tâm chính và các hệ thống này được thiết kế để

sử dụng càng ít độ rộng băng thông càng tốt. Trong các hệ thống

điều chế biên độ song biên, độ rộng băng thông cần thiết để phát

một nguồn tín hiệu tương tự gấp hai lần độ rộng băng thông của

nguồn này. Trong các hệ thống điều tần độ rộng băng thông này có

thể bằng vài lần độ rộng băng thông nguồn phụ thuộc vào chỉ số điều

chế. Đối với một số tín hiệu số, độ rộng băng thông chính xác cần

thiết trong trường hợp này phụ thuộc vào kiểu điều chế (BPSK,

QPSK..).

Trong các hệ thống thông tin trải phổ (SS: Spread Strectrum) độ

rộng băng thông của tín hiệu được mở rộng, thông thường hàng trăm

lần trước khi được phát. Khi chỉ có một người sử dụng trong băng

thông SS, sử dụng băng thông như vậy



những người sử dụng này có thể dùng chung một băng thông SS (trải

phổ) và hệ thống trở nên sử dụng băng thông có hiệu suất cao mà

vẫn duy trì được các ưu điểm của trải phổ.

Một hệ thống thông tin số được coi là SS nếu:

- Tín hiệu được phát chiếm độ rộng băng thông lớn hơn độ rộng

băng thông tối thiểu cần thiết để phát thông tin.

- Trải phổ được thực hiện bằng một ma trận độc lập với số liệu.

2.4.2 Nguyên lý chung của DSSS và áp dụng DSSS vào CDMA

Hệ thống WCDMA sử dụng DSSS. Hệ thống DSSS đạt được trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngầu nhiên có tốc độ chip (Rc = 1/Tc, Tc là thời gian một chip) cao hơn nhiều tốc độ bit (Rb = 1/Tb, Tb là thời gian một bit) của luồng số liệu cần phát. Tại phía thu luồng y thức hiện nhiệm vụ giải trải phổ để khôi phục lại luồng x bằng cách nhân luồng này với mã trải phổ c giống như phía phát:

x = y×c

Hình 2.6. Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)



Hình 2.7. Quá trình giải trải phổ và lọc tín hiệu của người sử dụng k từ

tập K người sử dụng

2.4.3 Hệ thống DSSS-BPSK

Máy phát DSSS BPSK



Dữ liệu hoặc tin tức b(t) nhận các giá trị ±1. Tín hiệu b(t) được trải

phổ bằng tín hiệu trải phổ c(t) bằng cách nhân hai tín hiệu này với

nhau. Tín hiệu nhận được b(t)c(t) sau đó được điều chế cho sóng

mang sử dụng BPSK, cho ta tín hiệu DS/SS–BPSK

Hình 2.9. Sơ đồ máy thu của hệ thống DSSS-BPSK

Để máy thu có thể khôi phục bản tin thì máy thu phải đồng bộ với

tín hiệu thu được. Quá trình xác định này được gọi là quá trình đồng

bộ, thường được thực hiện hai bước là bắt và bám mã. Quá trình

nhận được ti gọi là quá trình khôi phục đồng hồ STR (Symbol

Timing Recovery: Định thời). Quá trình nhận được θ’ cũng như fc là

quá trình khôi phục sóng mang.

2.4.4 Hệ thống DSSS-QPSK



Sơ đồ khối chức năng của máy phát DSSS-QPSK như trên

hình 2.10 cùng với các biểu đồ dạng sóng tại các điểm khác nhau.

Nó gồm hai nhánh: Nhánh cùng

pha và nhánh vuông pha.

Hình 2.10. Sơ đồ trải phổ DSSS-QPSK

Hình 2.11. Sơ đồ khối máy thu DSSS-QPSK



Các thành phần cũng pha và vuông pha được giải trải

phổ riêng biệt bởi c1(t) và c2(t). Giả sử độ trễ truyền lan là τ thì

tín hiệu tới sẽ là (bỏ qua tạp âm).

Các hệ thống DSSS có thể được sử dụng ở các cấu hình khác nhau.

Các hệ thống trên được sử dụng để phát một tín hiệu có tốc độ bit là

1/T bit/s. PG (độ lợi xử lý) và độ rộng băng tần bị chiếm bởi tín hiệu

DSSS-QPSK phụ thuộc vào các tốc độ chip của c1(t) và c2(t). Ta

cũng có thể sử dụng một hệ thống DSSS-QPSK để phát hai tín hiệu

số 1/T bit/s bằng cách để mỗi tín hiệu điều chế một nhánh. Một dạng

khác có thể sử dụng một hệ thống DSSS-QPSK để phát một tín

hiệu số có tốc độ bit gấp đôi 2/T bit/s bằng cách chia tín hiệu số

thành hai tín hiệu có tốc độ bit 1/T bit/s và để chúng điều chế một

trong hai nhánh.

2.4.5 Mô hình hệ thống DS CDMA

Trong trải phổ chuỗi trực tiếp, tín hiệu băng gốc được

trải thành băng rộng bằng mã trải phổ hay mã giả tạp âm PN.

Tín hiệu trải phổ có mật độ công suất thấp (W/Hz). Nó xuất

hiện gần như là tạp âm nền đối với máy thu thôngthường và

nói chung chỉ gây nên nhiễu nhỏ. Có thể coi thông tin trải

phổ như thông tin riêng, chỉ máy thu chủ định biết được mã trải mới

có thể giải trải tín hiệu trải phổ và giải mã tin tức. Khi hai tín hiệu

trải phổ chia sẻ cùng băng tần, sẽ có có lượng xuyên âm hoặc nhiễu

lẫ nhau nhất định, tuy nhiên khác với các truyền dẫn băng hẹp,nhiễu

này không có hại. Đó là vì chúng ta có thể thiết kế các mã trải tốt

với các giá trị tương quan chéo thấp sao cho chúng gần như là trực

giao, tức hàm tương quan chéo gần bằng 0. Kết quả là nhiều tín hiệu

trải phổ có thể chia sẻ cùng kênh tần số và sẽ không có nhiễu

tương hỗ nghiêm trọng. Dưới đây là hệ thống DSSS và ứng dụng

vào CDMA.



Hình 2.12. Hệ thống DSCDMA: Máy phát và máy thu tƣơng quan



Đầu ra của bộ tương quan được lấy mẫu sau đó đưa đến mạch

ngưỡng (bộ phân biệt) và bit số liệu + được quyết định nếu mẫu >

0V và là – nếu ngược lại.

2.5 NGẪU NHIÊN HÓA

Khái niệm trải phổ vừa được xét trong mục 2.4. Ngoài trải

phổ, một bộ phận của máy phát sẽ thực hiện việc ngẫu nhiên hóa.

Quá trình này cần thiết để phân biệt các UE và các node B. Ngẫu

nhiên hóa được thực hiện thêm, vì thế nó không làm thay đổi độ

rộng băng tần, nhưng cho phép phân biệt các tín hiệu từ các nguồn

khác nhau. Hình 2.13 cho thấy quan hệ giữa tốc độ chip trong kênh

với trải phổ và ngẫu nhiên hóa ở UTRA. Tốc độ chip điều chế trải

phổ ở WCDMA là 3,84 Mcps. Vì vậy tốc độ chip đã đạt được khi

trải phổ bằng các mã định kênh nên tốc độ ký hiệu không thay đổi

khi ngẫu nhiên hóa.

Hình 2.13. Quan hệ giữa trải phổ và ngẫu nhiên hóa

2.6 CÁC MÃ TRẢI PHỔ DÙNG TRONG WCDMA



Khái niệm trải phổ được áp dụng cho các kênh vật lý. Có hai giai

đoạn, đầu tiên là định kênh, trong đó mỗi ký hiệu số liệu được

chuyển thành một số chip nhờ vậy tăng độ rộng phổ tín hiệu. Số chip

trên một ký hiệu (hay tỷ số giữa tốc độ chip và tốc độ ký hiệu) được

gọi là hệ số trải phổ (SF: Spectrum Factor), hay nói cách khác

SF=Rs/Rc trong đó Rs là tốc độ ký hiệu còn Rc là tốc độ chip. Hệ số

trải phổ là một giá trị khả biến, ngoại trừ đối với kênh chia sẻ

đườngxuống vật lý tốc độ cao (HS-PDSCH ) trong HSDPA có

SF=16. Thứ hai là ngẫu nhiên hóa để tăng tính trực giao trong đó

một mã ngẫu nhiên hóa được trộn với tín hiệu trải phổ. Mã ngẫu

nhiên hoá được xây dựng trên cơ sở mã Gold.

Trong quá trình định kênh, các ký hiệu số liệu được nhân

với một mã OVSF (Orthogonal Variable Spread Factor: Mã trực

giao hệ số khả biến) đồng bộ về thời gian với biên của ký hiệu.

Trong 3GPP, OVSF được sử dụng cho các tốc độ ký hiệu khác nhau

và được ký hiệu là Cch,SF,k trong đó SF là hệ số trải phổ của mã và

k là số thứ tự mã (0 k SF-1). Các mã định kênh có các tính

chất trực giao và được sử dụng để phân biệt các thông tin được phát

đi cùng từ một nguồn:

- Các kết nối khác nhau trên đường xuống trong cùng một ô

trên đường xuống và giảm nhiễu nội ô (1)

- Các kênh số liệu vật lý đường lên từ một UE (2)

Trên đường xuống các mã OVSF trong mộ ô bị hạn chế

vì thế cần được quản lý bởi RNC, tuy nhiên điều này không xẩy ra

đối với đường lên. Khi chọn mã định kênh để chúng không tương

quan với nhau. Chẳng hạn khi đã chọn mã

Cch,8,4=+1-1+1-1+1-1+1-1, không được sử dụng mã

Cch,16,8=+1- 1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1; vì hai mã này



hoàn toàn giống nhau (tích của chúng bằng 1) và chúng sẽ gây

nhiễu cho nhau.

Hình 2.14. Cây mã định kênh

Các mã OVSF chỉ hiệu quả khi các kênh được đồng bộ hoàn

hảo tại mức ký hiệu. Mất tương quan chéo do truyền sóng đa đường

được bù trừ bởi thao tác ngẫu nhiên hóa bổ sung. Với thao tác ngẫu

nhiên hóa, phần thực (I) và phần ảo (Q) củatín hiệu trải phổ được

nhân bổ sung với mã ngẫu nhiên hóa phức. Mã ngẫu nhiên hóa phức

được sử dụng để phân biệt các nguồn phát: Nguồn (1) các ô khác

nhau đối với đường xuống và nguồn (2) các UE khác nhau đối

vớiđường lên. Các mã này có các tính chất tương quan tốt (trung

bình hóa nhiễu) và luôn được sử dụng để trộn với các mã trải phổ

nhưng không làm ảnh hưởng độ rộng phổ tín hiệu và

băng thông truyền dẫn.



Đường truyền giữa node B và UE trong WCDMA chứa nhiều

kênh. Có thể chia các kênh này thành hai loại:

- Kênh riêng để truyền lưu lượng

- Kênh chung mang các thông tin điều khiển và báo hiệu

Đường truyền từ UE đến node B được gọi là đường lên, còn

đường ngược lại từ node B đến UE được gọi là đường xuống. Trước

hết ta xét trải phổ cho các kênh

đường lên.

2.7 MÁY THU PHÂN TẬP ĐA ĐƢỜNG – MÁY THU RAKE

Phadinh đa đường trên kênh vô tuyến dẫn đến phân tán thời

gian và chọn lọc tần số làm hỏng tín hiệu thu. Để đánh giá hiện

tượng phân tán thời gian trên đường truyền vô tuyến, người ta phát

đi một xung hẹp (xung kim) và đo đáp ứng xung này tại phía thu.

Đáp ứng thể hiện sự phụ thuộc công suất của các đường truyền

khác nhau đến máy thu vào thời gian trễ của các đường truyền này.

Chuỗi tín hiệu giả ngẫu nhiên được phát đi ở CDMA có thuộc

tính là các phiên bản dịch thời của nó tại phía thu hầu như không

tương quan.



Hình 2.15. Truyền sóng đa đƣờng

Trong máy thu RAKE để nhận được các phiên bản dịch thời của

chuỗi ngẫu nhiên, tín hiệu thu phải đi qua đường trễ trước khi được

lấy tương quan và được kết hợp. Đường trễ bao gồm nhiều mắt trễ

có thời gian trễ bằng thời gian một chip Tc.

Máy thu dịch định thời bản sao mã trải phổ từng chip

cho từng ký hiệu thông tin để giải trải phổ ký hiệu trong vùng một

ký hiệu. Với tham khảo lý lịch trễ công suất, máy thu chọn các

đường truyền có công suất vượt ngưỡng để kết hợp RAKE trên cơ sở

số lượng bộ tương quan, bộ ước tính kênh và bộ bù trừ thay đổi pha.

Trong trường hợp áp dụng thu phân tập không gian hay phân

tập giữa các đoạn ô, lý lịch trễ công suất được tạo ra cho mỗi



nhánh và các đường truyền được chọn từ lý lịch trễ công suất suất

tổng hợp của tất cả các nhánh.

Hình: 2.16. Máy thu RAKE

Vì MS chuyển động (hoặc môi trường truyền sóng thay

đổi khi MS cố định), nên vị trí đường truyền (thời gian trễ) được

kết hợp RAKE cũng sẽ thường xuyên thay đổi, máy phải định kỳ cập

nhật lý lịch trễ đường truyền và cập nhật các đường truyền được kết

hợp RAKE trên cơ sở lý lịch mới (quá trình này được gọi là tìm

kiếm đường truyền vì nó liên quan đến tìm kiếm đường truyền để kết

hợp RAKE).

2.8 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT

Điều khiển công suất trong WCDMA được chia thành:

- Điều khiển công suất vòng hở

- Điều khiển công suất vòng kín



Điều khiển công suất vòng hở được thực hiện tự động tại UE

khi nó thực hiện thủ tục xin truy nhập node B (dựa trên công suất

mà nó thu được từ kênh hoa tiêu phát đi từ B), khi này UE chưa có

kết nối với nút này. Còn điều khiển công suất vòng kín được thực

hiện khi UE đã kết nối với node B. Điều khiển công suất

vòng hở lại được chia thành:

- Điều khiển công suất vòng trong được thực hiện tại node B. Điều

khiểncông suất vòng trong được thực hiện nhanh với 1500 lần trong

một giây dựa trên so sánh SIR thu với SIR đích

- Điều khiển công suất vòng ngoài được thực hiện tại RNC để

thiết lậpSIR đích cho node B. Điều khiển công suất này dựa trên so

sánh tỷ lệ lỗikhối (BLER) thu được với tỷ lệ đích.

2.9 CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG WCDMA

Thông thường chuyển giao (HO: Handover) được hiểu là quá trình

trong đó kênh lưu lượng của một UE được chuyển sang một kênh

khác để đảm bảo chất lượng truyền dẫn. Tuy nhiên trong

CDMA khái niệm này chỉ thích hợp cho chuyển giao cứng còn

đối với chuyển giao mềm khái niệm này phức tạp hơn, ta sẽ xét cụ

thể trong phần dưới đây.

Có thể chia HO thành các kiểu HO sau:

* HO nội hệ thống xẩy ra bên trong một hệ thống WCDMA. Có

thể chia nhỏ HO này thành

- HO nội hệ thống giữa các ô thuộc cùng môt tần số sóng

mang WCDMA

- HO giữa các tần số (IF-HO) giữa các ô hoạt động trên các

tần số WCDMA khác nhau

* HO giữa các hệ thống (IS-HO) giữa các ô thuộc hai công nghệ

truy nhập vô tuyến (RAT) khác nhau hay các chế độ truy nhập

vô tuyến (RAM) khác nhau. Trường hợp thường xuyên xẩy ra



nhất đối với kiểu thứ nhất là HO giữa các hệ thống WCDMA và

GSM/EDGE. Tuy nhiên cũng có thể là IS-HO giữa WCDMA và hệ

thống các hệ thống CDMA khác (cdma20001x). Ví dụ về HO giữa

các RAM là HO giữa các chế độ UTRA FDD và UTRA TDD.

Có thể có các thủ tục HO sau:

- Chuyển giao cứng (HHO) là các thủ tục HO trong đó tất cả các

đườngtruyền vô tuyến cũ của một UE được giải phóng trước khi

thiết lập cácđường truyền vô tuyến mới

- Chuyển giao mềm (SHO) và chuyển giao mềm hơn (hình

2.18) là các thủ tục trong đó UE luôn duy trì ít nhất một đường vô

tuyến nối đếnUTRAN. Trong chuyển giao mềm UE đồng thời được

nối đến một haynhiều ô thuộc các nút B khác nhau của cùng một

RNC (SHO nội RNC)hay thuộc các RNC khác nhau (SHO giữa các

RNC). Trong chuyển giao mềm hơn UE được nối đến ít nhất là

haiđoạn ô của cùng một nút B.SHO và HO mềm hơn chỉ có thể

xẩy ra trên cùng một tần số sóng mangvà trong cùng một hệ thống.

Phụ thuộc sự tham gia trong SHO, các ô trong một hệ thống

WCDMA được chia thành các tập sau đây:

+ Tập tích cực bao gồm các ô (đoạn ô) hiện đang tham gia vào một

kết nối SHO của UE

+ Tập lân cận/ tập được giám sát (cả hai từ được sử dụng như

nhau). Tập này bao gồm tất cả các ô được giám sát/đo liên tục bởi

UE và hiện thời không có trong tập tích cực

+ Tập được phát hiện. Tập này bao gồm các ô được UE phát hiện

nhưng không thuộc tập tích cực lẫn tập lân cận.



Hình 2.17. Chuyển giao mềm (a) và mềm hơn (b)

CHƠNG 3 - GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA MẠNG

WCDMA UMTS

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Hệ thống WCDMA UMTS là một trong các tiêu chuẩn của

IMT-2000 nhằm phát triển của GSM để cung cấp các khả năng cho

thế hệ ba. WCDMA UMTS sử dụng mạng đa truy nhập vô tuyến

trên cơ sở công nghệ WCDMA và mạng lõi được phát triển từ

GSM/GPRS. WCDMA có thể có hai giải pháp cho giao diện vô

tuyến:

- Ghép song công phân chia theo tần số (FDD: Frequency

Division Duplex)



- Ghép song công phân chia theo thời gian (TDD: Time Division

Duplex)

Giải pháp FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz với hai sóng

mang phân cách nhau 190 MHz: Đường lên có băng tần nằm trong

dải phổ từ 1920 MHz đến 1980 MHz, đường xuống có băng tần nằm

trong dải phổ từ 2110 MHz đến 2170 Mhz. Độ rộng băng danh định

là 5 MHz, ta cũng có thể chọn độ rộng băng từ 4,4 MHz đến 5 MHz

với nấc tăng là 200 KHz. Việc chọn độ rộng băng đúng đắn cho phép

tránh được nhiễu giao thoa nhất là khi khối 5 MHz tiếp theo thuộc

nhà khai thác khác.

Giải pháp TDD sử dụng các tần số nằm trong dải 1900 -

1920 MHz và từ 2010 - 2025 MHz, ở đây đường lên và đường

xuống sử dụng chung một băng tần.

WCDMA sử dụng phương pháp trải phổ chuỗi trực tiếp với

tốc độ chip là 3,84 Mcps. Trong WCDMA mạng truy nhập vô tuyến

được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio AccessNetwork).

Các phần tử của UTRAN rất khác với các phần tử ở mạng truy

nhập vô tuyến của GSM. Vì thế khả năng sử dụng lại các BTS và

BSC của GSM là rất hạn chế. Một số nhà sản xuất cũng đã có kế

hoạch nâng cấp các BTS của GSM cho WCDMA họ sẽ thay thế một

số bộ thu phát BTS từ GSM và thay vào đó các bộ thu phát mới

cho WCDMA. Một số ít nhà sản suất còn lập kế hoạch xa hơn.

Họ chế tạo các BSC đồng thời cho cả GSM và WCDMA. Tuy nhiên

đa phần các nhà sản suất phải thay thế GSM BSC bằng RNC mới cho

WCDMA.

WCDMA sử dụng rất nhiều kiến trúc của mạng GSM,

GPRS hiện có cho mạng của mình. Các phần tử như MSC, HLR,



SGSN, GGSN có thể được nâng cấp từ mạng hiện có để hỗ trợ đồng

thời WCDMA và GSM.

3.2 KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC CỦA GIAO DIỆN VÔ

TUYẾN

Kiến trúc giao diện vô tuyến của WCDMA trên hình 3.1.

Ngăn xếp giao thức của giao diện vô tuyến bao gồm 3 lớp

giao thức:

- Lớp vật lý (L1): Đặc tả các vấn đề liên quan đến giao diện vô

tuyến như điều chế và mã hóa, trải phổ..

- Lớp liên kết nối số liệu (L2): Lập khuôn số liệu vào các khối số

liệu và đảm bảo truyền dẫn tin cậy giữa các nút lân cận hay các thực

thể đồng cấp

- Lớp mạng (L3): Đặc tả đánh địa chỉ và định tuyến

Hình 3.1. Kiến trúc giao thức của giao diện vô tuyến WCDMA



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 C 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 2 được chia thành các lớp con: MAC (Medium Access

Control: Điều khiển truy nhập môi trường) và RLC (Radio link

Control: điều khiển liên kết), PDCP (Packet Data Convergence

Protocol: Giao thức hội tụ số liệu gói) và BMC

(Broadcast/Multicast Control: Điều khiển quảng bá/ đa phương ).

Lớp vật lý là lớp thấp nhất ở giao diện vô tuyến. Lớp vật lý

được sử dụng để truyền dẫn ở giao diện vô tuyến. Mỗi kênh vật

lý ở lớp này được xác định bằng một tổ hợp tần số, mã ngẫu nhiên

hoá (mã định kênh) và pha (chỉ cho đường lên). Các kênh được sử

dụng vật lý để truyền thông tin của các lớp cao trên giao diện vô

tuyến, tuy nhiên cũng có một số kênh vật lý chỉ được dành cho hoạt

động của lớp vật lý.

3.3 CÁC KÊNH CỦA WCDMA

Các kênh của WCDMA được chia thành các loại kênh sau đây:

- Kênh vật lý (PhCH): Kênh mang số liệu trên giao diện vô tuyến.

Mỗi PhCH có một trải phổ mã định kênh duy nhất để phân biệt với

kênh khác. Một người sử dụng tích cực có thể sử dụng các

PhCH riêng, chung hoặc cả hai. Kênh riêng là kênh PhCH dành

riêng cho một UE còn kênh chung được chia sẻ giữa các UE trong

một ô.



- Kênh truyền tải (TrCH): Kênh do lớp vật lý cung cấp cho

lớp 2 để truyền số liệu. Các kênh TrCH được sắp xếp lên các PhCH.

- Kênh Logic (LoCH): Kênh được lớp con MAC của lớp 2 cung

cấp cho lớp cao hơn. Kênh LoCH được xác định bởi kiểu thông

tin mà nó truyền.

3.4 KÊNH VẬT LÝ

3.4.1 Các kênh vật lý

Hình 3.2. Các kênh của lớp vật lý

DPCH (Dedicated Physical Channel: Kênh vật lý riêng)

Kênh hai chiều đường xuống, đường lên được ấn định riêng

cho UE. Gồm DPDCH (Dedicated Physical Data Channel: Kênh vật

lý số liệu riêng) và DPCCH (Dedicated Physical Control Channel:

Kênh vật lý điều khiển riêng). Trên đường xuống DPDCH và



DPCCH được ghép theo thời gian với ngẫu nhiên hóa phức còn trên

đường lên được ghép mã I/Q với ngẫu nhiên hóa phức.

DPDCH (Dedicated Physical Data Channel: Kênh vật lý số liệu

riêng)

Khi sử dụng DPCH mỗi UE được ấn định ít nhất một DPDCH.

Kênh được sử dụng để phát số liệu người sử dụng từ lớp cao hơn.

DPCCH (Dedicated Physical Control Channel: Kênh vật lý điều

khiển riêng)

Khi sử dụng DPCH, mỗi UE chỉ được ấn định một DPCCH.

Kênh được sử dụng để điều khiển lớp vật lý của DPCH. DPCCH là

kênh đi kèm với DPDCH.

CPICH (Common Pilot Channel: Kênh hoa tiêu chung)

Kênh chung đường xuống. Có hai kiểu kênh CPICH: P-

CPICH (Primary CPICH: CPICH sơ cấp) và S-CPICH (Secondary

CPICH: CPICH thứ cấp). P-CPICH đảm bảo tham chuẩn nhất quán

cho toàn bộ ô để UE thu được SCH. Kênh S-CPICH đảm bảo tham

khảo nhất quán chung trong một phần ô hoặc đoạn ô cho trường hợp

sử dụng anten thông minh có búp sóng hẹp.

P-CCPCH (Primary Common Control Physical Channel

Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp): Kênh chung đường

xuống. Mỗi ô có một kênh để truyền BCH

S-CCPCH (Secondary Common Control Physical Channel: Kênh

vật lý điều khiển chung thứ cấp) Kênh chung đường xuống. Một ô

có thể có một hay nhiều S-CCPCH. Được sử dụng để truyền PCH và

FACH.

SCH (Synchrronization Channel: Kênh đồng bộ)

Kênh chung đường xuống. Có hai kiểu kênh SCH: SCH sơ cấp

và SCH thứ cấp. Mỗi ô chỉ có một SCH sơ cấp và thứ cấp. Được sử

dụng để tìm ô.



PDSCH (Physical Downlink Shared Channel: Kênh vật lý chia sẻ

đường xuống)

Kênh chung đường xuống. Mỗi ô có nhiều PDSCH (hoặc

không có). Được sử dụng để mang kênh truyền tải DSCH.

PRACH (Physical Random Access Channel: Kênh vật lý truy nhập

ngẫu nhiên)

Kênh chung đường lên. Được sử dụng để mang kênh truyền tải

RACH.

PCPCH (Physical Common Packet Channel: Kênh vật lý gói chung)

Kênh chung đường lên. Được sử dụng để mang kênh truyền tải

CPCH.

AICH (Acquisition Indication Channel: Kênh chỉ thị bắt)

Kênh chung đường xuống đi cặp với PRACH. Được sử dụng

để điều khiển truy nhập ngẫu nhiên của PRACH.

PICH (Page Indication Channel: Kênh chỉ thị tìm gọi)

Kênh chung đường xuống đi cặp với S-CCPCH (khi kênh này

mang PCH) để phát thông tin kết cuối cuộc gọi cho từng nhóm

cuộc gọi kết cuối. Khi nhận được thông báo này, UE thuộc nhóm

kết cuối cuộc gọi thứ n sẽ thu khung vô tuyến trên S-CCPCH.

CSICH (CPCH Status Indicator Channel: Kênh chỉ thị trạng thái

CPCH)

Kênh chung đường xuống liên kết với AP-AICH để phát

thông tin về trạng thái kết nối của PCPCH.

CD/CA-ICH (CPCH Collision Detection/ Channel Assignment

Indicator Channel:

Kênh chỉ thị phát hiện va chạm CPCH/ ấn định kênh): Kênh chung

đường xuống đi cặp với PCPCH. Được sử dụng để điều khiển va

chạm PCPCH.



3.4.2 Các kênh đường lên

3.4.2.1 Cấu trúc kênh DPDCH và DPCCH

DPCCH sử dụng cấu trúc khe với 15 khe trên một khung vô

tuyến 10ms. Một khe thời gian có độ lâu là 2560 chip. Điều này dẫn

đến 2560 chip sẽ có độ rộng là 666 µs. Như vậy độ rộng khe rất gần

với độ rộng khe bằng 577 µs. Mỗi khe gồm bốn trường dành cho các

bit hoa tiêu, TFCI (chỉ thị kết hợp khuôn dạng), các bit điều khiển

công suất phát (TPC: Transmit Power Control) và các bit

thông tin phản hồi (FBI: Feedback Information). Các bit FBI được

sử dụng khi sử dụng phân tập phát vòng kín ở đường xuống. Có

tất cả 6 cấu trúc khe cho DPCCH đường lên. Có các tùy chọn

sau: 0, 1 hay hai bit cho FBI và có hoặc không có cácbit TFCI. Các

bit hoa tiêu và TPC luôn luôn có mặt và số bit của chúng được thay

đổi để luôn sử dụng hết khe DPCCH. Hình 3.3 cho thấy cấu

trúc khung của các kênh vật lý riêng đường lên, mỗi khung có độ

dài 10ms được chia thành 15 khe, mỗi khe dài Tslot = 2560 chip,

tương ứng với một chu kỳ điều khiển công suất.



Hình 3.3. Cấu trúc khung vô tuyến cho DPDCH/DPCCH đƣờng lên

3.4.2.2 Cấu trúc kênh PRACH và kênh PCPCH

a. Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý (PRACH)

Được sử dụng để mang RACH. Hình 3.4 ở dưới là quá

trình truy nhập ngẫu nhiên RACH.



Hình 3.4. Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH

b. Kênh gói chung vật lý (PCPCH)

Kênh gói chung vật lý (PCPCH) được sử dụng để mang CPCH và

đây là sự mở rộng của RACH. Sự khác biệt chủ yếu so với truyền số

liệu ở RACH là kênh này có thể dành trước nhiều khung, và có sử

dụng điều khiển công suất (điều này không cần thiết đối với RACH

vì nó chỉ sử dụng một hoặc hai khung). CPCH đi cặp với DPCCH

đường xuống để cung cấp thông tin điều khiển công suất nhanh.

Ngoài ra mạng cũng có một tùy chọn để thông báo cho các đầu cuối

phát hiện các tiền tố điều khiển công suất trước khi phát thực sự.

3.4.3 Các kênh đư ờng xuống

3.4.3.1 Cấu trúc kênh riêng đường xuống (DPCH)

Kênh riêng đường xuống (DCH) được phát trên kênh vật

lý riêng đường xuống. Chỉ có một kiểu kênh vật lý đường xuống.



Kênh vật lý riêng đường xuống (DPCH đường xuống). Trong một

kênh DPCH đường xuống, số liệu riêng được tạo ra bởi lớp hai và

các lớp trên, nghĩa là kênh truyền tải riêng (DCH) được ghép kênh

theo thời gian với thông tin điều khiển được tạo ra ở lớp một

(các bit hoa tiêu, các lệnh điều khiển công suất phát TPC và

một TFCI tùy chọn). DPCH đường xuống có thể được coi như

là ghép kênh theo thời gian của hai kênh DPDCH và DPCCH

như đường lên. UTRAN sẽ quyết định có phát TFCI hay không

và nếu được quyết định thì tất cả các UE phải hỗ trợ việc sử dụng

TFCI ở đường xuống.

3.4.3.2 Các kênh vật lý chung đường xuống

a. Kênh hoa tiêu chung (CPICH)

CIPCH là kênh vật lý đường xuống có tốc độ cố định (30 kbps,

SF = 256) để mang chuỗi bit/ký hiệu được định nghĩa trước.

b. Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp (P-CCPCH)

P-CCPCH là các kênh vật lý đường xuống tốc độ cố định

(30 kbps, SF = 256) được sử dụng để mang BCH.

Cấu trúc khung của P-CCPCH .Cấu trúc khung này

khác với DPCH đường xuống ở chỗ không có lệnh TPC, TFCI

và các bit hoa tiêu. P-CCPCH không được phát trong 256 chip

đầu của từng khe. Trong khoảng thời gian này SCH sơ cấp và

thứ cấp được phát

c. Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp (S-CCPCH)

S-CCPCH được sử dụng để mang thông tin FACH và PCH. Có

hai kiểu S-CCPCH: Kiểu có TFCI và kiểu không có TFCI. UTRAN

xác định có phát TFCI hay không, nếu có các UE phải hỗ trợ

việc sử dụng TFCI. Tập các tốc độ cũng giống như đối với

DPCH đường xuống.

d. Kênh đồng bộ (SCH)



Kênh đồng bộ (SCH) là tín hiệu đường xuống được sử dụng để tìm

ô.

SCH gồm hai kênh con: SCH sơ cấp và thứ cấp. Các khung 10 ms

của SCH sơ cấp và thứ cấp được chia thành 15 khe, mỗi khe

dài 2560 chip. SCH thứ cấp gồm phát lặp 15 chuỗi các mã

được điều chế có độ dài 256 chip. Các mã đồng bộ thứ cấp (SSC)

được phát đồng thời với SCH sơ cấp. SSC

được ký hiệu csi,k, trong đó i = 1, 2, .., 64 là con số của nhóm mã

dài 256. Chuỗi này ở SCH là thứ cấp chỉ thị mã ngẫu nhiên đường

xuống của ô thuộc nhóm mã này.

e. Kênh vật lý dùng chung đƣờng xuống (PDSCH)

Kênh vật lý dùng chung đường xuống (PDSCH) được sử dụng

để mang kênh dùng chung đường xuống. Kênh này được nhiều

người sử dụng dùng chung trên cơ sở ghép kênh mã. Vì DSCH

luôn liên kết với DCH nên PDSCH luôn liên kết với DPCH. Cấu trúc

khung vô tuyến và khe thời gian của PDSCH .

Có hai phương pháp báo hiệu để thông báo cho UE về việc

có số liệu cần giải mã trên DSCH: Hoặc bằng trường TFCI hoặc

bằng báo hiệu lớp cao.

f. Kênh chỉ thị bắt (AICH)

Kênh chỉ thị bắt (AICH: Acquisition indicator Channel) là

một kênh vật lý được sử dụng để mang các chỉ thị bắt. Chỉ thị

bắtAIs tương ứng với chữ ký s trên kênh PRACH hoặc PCPCH.

Lưu ý rằng đối với PCPCH, AICH hoăc tương ứng tiền tố truy nhập

hoặc tiền tố CD. AICH tương ứng tiền tố truy nhập là AP-AICH

còn AICH tương ứng tiền tố CD là CD-AICH. AP-AICH và CD-

AICH sử dụng các mã định kênh khác nhau.

Cấu trúc của AICH, AICH gồm một chuỗi lặp của 15 khe

truy nhập liên tiếp (AS: Time Slot), mỗi khe dài 40 bit. Mỗi khe



gồm hai phần: Phần chỉ thị bắt (AI) gồm 32 ký hiệu giá trị thực a0,

…, a31 và một phần không sử dụng gồm 8 ký hiệu giá trị thực a32,

…, a39

Kênh có hệ số trải phổ bằng 256.

g. Kênh chỉ thị tìm gọi (PICH)

Kênh chỉ thị tìm gọi (PICH) là kênh vật lý tốc độ cố định

(SF= 256) đượcsử dụng để mang các chỉ thị tìm gọi (PI) luôn liên

kết với S-CCPCH mà ở đó kênh PCH được sắp xếp lên.

Một khung PICH dài 10 ms chứa 300 bit (b0, b1,…, b299). Trong số

đó, 288 bit (b0,b1,…, b287) được sử dụng để mang các chỉ thị tìm

gọi và 12 bit còn lại (b288,b289,…, b299) không được định

nghĩa.

3.5 CÁC KÊNH TRUYỀN TẢI

DCH (Dedicated Channel: Kênh riêng)

Kênh hai chiều được sử dụng để phát số liệu của người sử dụng.

Được ấnđịnh riêng cho người sử dụng. Có khả năng thay đổi tốc độ

và điều khiển công suất nhanh.

BCH (Broadcast Channel: Kênh quảng bá)

Kênh chung đường xuống để phát thông tin quảng bá (chẳng hạn

thông tin hệ thống, thông tin ô)

FACH (Forward Access Channel: Kênh truy nhập đường xuống)

Kênh chung đường xuống để phát thông tin điều khiển và số liệu của

người sử dụng. Kênh chia sẻ chung cho nhiều UE. Được sử dụng để

truyền số liệu tốc độ thấp cho lớp cao hơn.

PCH (Paging Channel: Kênh tìm gọi)

Kênh chung dường xuống để phát các tín hiệu tìm gọi

RACH (Random Access Channel: Kênh truy nhập ngẫu nhiên)



Kênh chung đường lên để phát thông tin điều khiển và số liệu

người sử dụng. áp dụng trong truy nhập ngẫu nhiên và được sử dụng

để truyền số liệu thấp của người sử dụng.

CPCH (Common Packet Channel: Kênh gói chung)

Kênh chung đường lên để phát số liệu người sử dụng. áp dụng

trong truy nhập ngẫu nhiên và được sử dụng trước hết để truyền số

liệu cụm.

DSCH (Dowlink Shared Channel: Kênh chia sẻ đường xuống)

Kênh chung đường xuống để phát số liệu gói. Chia sẻ cho nhiều

UE. Sử dụng trước hết cho truyền dẫn số liệu tốc độ cao.

3.6 KÊNH LOGIC

3.6.1 Các kênh điều khiển

Các kênh điều khiển (CCH: Control Channel) có chức năng

để truyền thông tin điều khiển, bao gồm các kênh:

BCCH (Broadcast Control Channel: Kênh điều khiển quảng

bá): Kênh đường xuống để phát quảng bá thông tin hệ thống.

PCCH (Paging Control Channel: Kênh điều khiển tìm gọi): Kênh

đường xuống để phát quảng bá thông tin tìm gọi

CCCH (Common Control Channel: Kênh điều khiển chung): Kênh

hai chiều để phát thông tin điều khiển giữa mạng và các UE. Được

sử dụng khi không có kết nối RRC hoặc khi truy nhập một ô mới.

DCCH (Dedicated Control Channel: Kênh điều khiển riêng): Kênh

hai chiều điểm đến điểm để phát thông tin điều khiển riêng giữa UE

và mạng. Được thiết lập bởi thiết lập kết nối của RRC.

3.6.2 Các kênh lƣu lượng

Các kênh lưu lượng (TCH: Traffic Channel) có chức năng

để truyền thông tin của người sử dụng, bao gồm các kênh:

DTCH (Dedicated Traffic Channel: Kênh lưu lượng riêng): Kênh hai

chiều điểm đến điểm riêng cho một UE để truyền thông tin của



người sử dụng. DTCH có thể tồn tại cả ở đường lên lẫn đường

xuống.

CTCH (Common Traffic Channel: Kênh lưu lượng chung): Kênh

một chiều điểm đa điểm để truyền thông tin của một người sử dụng

cho tất cả hay một nhóm người sử dụng quy định hoặc chỉ cho một

người sử dụng. Kênh này chỉ có ở đường

xuống.


bài tập lớn ttdđ

Documents

Transcript of bài tập lớn ttdđ