Umts Nguyen Pham Anh Dung

TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng 1

LỜI NÓI ðẦU

Ngày này thông tin di ñộng là ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh nhất với con số thuê bao ñã ñạt ñến 3,6 tỷ tính ñến cuối năm 2008. Khởi nguồn từ dịch vụ thoại ñắt tiền cho một số ít người ñi xe, ñến nay với sự ứng dụng ngày càng rộng rãi các thiết bị thông tin di ñộng thể hệ ba, thông tin di ñộng có thể cung cấp nhiều hình loại dịch vụ ñòi hỏi tốc ñộ số liệu cao cho người sử dụng kể cả các chức năng camera, MP3 và PDA. Với các dịch vụ ñòi hỏi tốc ñộ 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 ñã ñưa ra ñề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di ñộng thế hệ ba với tên gọi IMT-2000 ñể ñạt ñược các mục tiêu chính sau ñây:

√ Tốc ñộ truy nhập cao ñể ñảm bảo các dịch vụ băng rộng như truy nhập internet nhanh hoặc các ứng dụng ña phương tiện, do yêu cầu ngày càng tăng về các dịch vụ này.

√ Linh hoạt ñể ñảm bảo các dịch vụ mới như ñánh số cá nhân toàn cầu và ñiện thoại vệ tinh. Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng ñáng kể tầm phủ của các hệ thống thông tin di ñộng.

√ Tương thích với các hệ thống thông tin di ñộng hiện có ñể ñảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di ñộng . Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di ñộng thế hệ ba IMT-2000 ñã ñược

ñề xuất, trong ñó hai hệ thống WCDMA UMTS và cdma-2000 ñã ñược ITU chấp thuận và ñã ñược ñưa vào hoạt ñộng. Các hệ thống này ñều sử dụng công nghệ CDMA ñiều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin ñộng thế hệ ba. HSDPA (High Speech Downlink Packet Access: truy nhập gói ñường xuống tốc ñộ cao) là một mở rộng của các hệ thống 3G WCDMA UMTS ñã có thể cung cấp tốc ñộ lên ñến 10 Mbps trên ñường xuống. HSDPA là một chuẩn tăng cường của 3GPP-3G nhằm tăng dung lượng ñường xuống bằng cách thay thế ñiều chế QPSK trong 3G UMTS bằng 16QAM trong HSDPA. HSDPA hoạt ñộng trên cơ sở kết hợp ghép kênh theo thời gian (TDM) với ghép kênh theo mã và sử dụng thích ứng ñường truyền. Nó cũng ñưa ra một kênh ñiều khiển riêng ñể ñảm bảo tốc ñộ truyền dẫn số liệu. Các kỹ thuật tương tự cũng ñược áp dụng cho ñường lên trong chuẩn HSUPA (High Speech Uplink Packet Access). Hai công nghệ truy nhập HSDPA và HSUPA ñược gọi chung là HSPA (High Speed Packet Data). ðể làm cho công nghệ 3GPP UTRA/UTRAN mang tính cạnh tranh hơn nữa (chủ yếu là ñể cạnh tranh với các công nghệ mới của 3GPP2 và WiMAX), 3GPP quyết ñịnh phát triển E-UTRA và E-UTRAN (E: Elvolved ký hiệu cho phát triển) còn ñược gọi là siêu 3G (Super-3G) hay LTE (Long Term Evolution) mà thực chất là giai ñoạn ñầu 4G. Công việc phát triển sẽ tiến hành trong 10 năm và sau ñó như là sự phát triển dài hạn (LTE: Long Term Evolution) của công nghệ truy nhập vô tuyến 3GPP. Trong giai ñoạn này tốc ñộ số liệu ñạt ñược 30-100Mbps với băng thông 20MHz. Tiếp sau LTE, IMT-Adv (IMT tiên tiến) sẽ ñược phát triển, ñây sẽ là thời kỳ phát triển của 4G với tốc ñộ từ 100 ñến 1000 Mbps và băng thông 100MHz. Hình L.1 cho thấy viễn cảnh của thông tin di ñộng 4G về khả năng ñáp ứng tốc ñộ chuyển ñộng và và tốc ñộ truyền số liệu.


B3G: Broad Band 3G: 3G băng rộng WLAN: Wirless Local Area Network: Mạng nội vùng không dây BWA: Broad Band Wirless Access: truy nhập không dây băng rộng

Hình L.1. Viễn cảnh thông tin di ñộng 4G theo khả năng hỗ trợ tốc ñộ chuyển ñộng và tốc ñộ truy ền số liệu

Hiện nay tai Việt Nam băng tần I dành cho WCDMA ñã ñược chia là bốn khe và ñược cấp phát cho bốn nhà khai thác: Viettel, VMS, GPC, EVN+HT. Trong các năm tới 3GWCDMA UMTS sẽ ñược triển khai trên băng tần này.

Bài giảng “Giới thiệu công nghệ 3G WCDMA UMTS” nhằm cung cấp các khái niệm cơ bản về công nghệ 3G WCDMA UMTS cho các cán bộ Tổng Công ty Viễn Thông Quân ðội (Viettel).

Bài giảng bao gồm bốn chương. Chương ñầu trình bày khái quát chung về sự phát triển của các hệ thống thông tin di ñộng lên 4G, kiến trúc chung của một mạng 3G; các kiến trúc R3, R4, R5 và R6 của mạng thông tin di ñộng 3G WCDMA UMTS. Chương hai trình bầy ña truy nhập CDMA và các kỹ thuật liên quan ñược áp dụng cho WCDMA. Chương ba giới thiệu giao diện vô tuyến cả WCDMA. Chương bốn giới thiêu công nghệ ña truy nhập tốc ñộ cao HSPA

Các chương của tài liệu này ñều ñược kết cấu theo modul ñể học viên dễ học học. Mỗi chương ñều có phần giới thiệu chung, nội dung và tổng kết.

Hà ðông ngày 12 tháng 6 năm 2009 Tác giả


MỤC LỤC Chương 1 TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA UMTS ................................................ 5

1.1. GIỚI THIỆU CHUNG ......................................................................................... 5 1.2. LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ðỘNG LÊN 4G ........................... 5 1.3. KIẾN TRÚC CHUNG CỦA MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ðỘNG 3G .. 7 1.4. CHUYỂN MẠCH KÊNH (CS), CHUYỂN MẠCH GÓI (PS), DỊCH VỤ CHUYỂN MẠCH KÊNH VÀ DỊCH VỤ CHUYỂN MẠCH GÓI. .......................... 8 1.5. CÁC LOẠI LƯU LƯỢNG VÀ DỊCH VỤ ðƯỢC 3GWCDMA UMTS HỖ TRỢ........................................................................................................................... 11 1.6. KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R3 .............................................................. 12 1.7. KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R4 .............................................................. 19 1.8. KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R5 và R6 ................................................... 21 1.9. CHIẾN LƯỢC DỊCH CHUYỂN TỪ GSM SANG UMTS .............................. 23 1.10. CẤU HÌNH ðỊA LÝ CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ðỘNG 3G .......... 26 1.11. TỔNG KẾT ...................................................................................................... 29

Chương 2 CÔNG NGHỆ ðA TRUY NHẬP CỦA WCDMA ..................................... 30 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG ....................................................................................... 30 2.2. TRẢI PHỔ VÀ ðA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ .......................... 30 2.3. ðIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT ............................................................................. 34 2.4. CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG CDMA............................................... 34 2.5. MÁY THU PHÂN TẬP ðA ðƯỜNG HAY MÁY THU RAKE ..................... 36 2.6. CÁC MÃ TRẢI PHỔ SỬ DỤNG TRONG WCDMA ...................................... 37 2.7. TRẢI PHỔ VÀ ðIỀU CHẾ ðƯỜNG LÊN ...................................................... 39 2.8. TRẢI PHỔ VÀ ðIỀU CHẾ ðƯỜNG XUỐNG................................................ 41 2.9. TỔNG KẾT ........................................................................................................ 44

Chương 3 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA WCDMA UMTS ..................................... 45 3.1. GIỚI THIỆU CHUNG ....................................................................................... 45 3.2. MỞ ðẦU ........................................................................................................... 45 3.3. KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC CỦA GIAO DIỆN VÔ TUYẾN WCDMA/FDD .......................................................................................................... 46 3.4. CÁC THÔNG SỐ LỚP VẬT LÝ VÀ QUY HOẠCH TẦN SỐ ....................... 48 3.5. CÁC KÊNH CỦA WCDMA ............................................................................. 51 3.6. CẤU TRÚC KÊNH VẬT LÝ RIÊNG .............................................................. 59 3.7. SƠ ðỒ TỔNG QUÁT MÁY PHÁT VÀ MÁY THU WCDMA ...................... 60 3.8. PHÂN TẬP PHÁT ............................................................................................. 61 3.9. ðIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG WCDMA ............................................. 63 3.10. CÁC KIỂU CHUYỂN GIAO VÀ CÁC SỰ KIỆN BÁO CÁO TRONG WCDMA ................................................................................................................... 66 3.11. CÁC THÔNG SỐ MÁY THU VÀ PHÁT VÔ TUYẾN CỦA UE ................. 68 3.12. AMR CODEC CHO W-CDMA ...................................................................... 68 3.13. TỔNG KẾT ...................................................................................................... 69

Chương 4 TRUY NHẬP GÓI TỐC ðỘ CAO (HSPA) ................................................ 70


4.1. GIỚI THIỆU CHUNG ....................................................................................... 70 4.2. TỔNG QUAN TRUY NHẬP GÓI TỐC ðỘ CAO (HSPA) ............................. 70 4.3. KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN HSPA CHO SỐ LIỆU NGƯỜI SỬ DỤNG ......................................................................... 71 4.4. TRUY NHẬP GÓI TỐC ðỘ CAO ðƯỜNG XUỐNG (HSDPA) ................... 73 4.5. TRUY NHẬP GÓI TỐC ðỘ CAO ðƯỜNG LÊN (HSUPA) .......................... 84 4.6. CHUYỂN GIAO TRONG HSDPA ................................................................... 90 4.7. TỔNG KẾT ........................................................................................................ 93

Thuật ngữ và viết tắt...................................................................................................... 95 Tài liệu tham khảo…………………………………………………………………..100


Chương 1 TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA UMTS

1.1. GIỚI THI ỆU CHUNG 1.1.1. Mục ñích chương

• Hiểu lộ trình phát triển thông tin di ñộng lên 4G • Hiểu ñược kiến trúc tổng quát của một mạng thông tin di ñộng 3G. • Hiểu các kiến trúc mạng 3G WCDMA UMTS: R3, R4 và R5 và chiến lược

chuyển dịch GSM lên 3G UMTS 1.1.2. Các chủ ñề ñược trình bầy trong chương

• Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di ñộng lên 4G

• Kiến trúc chung của một mạng thông tin di ñộng 3G

• Các khái niệm về các dịch vụ chuyển mạch kênh và các dịch vụ chuyển mạch gói

• Các loại lưu lượng và các loại dịch vù mà 3G WCDMA UMTS có thể hỗ trợ

• Kiến trúc 3G WCDMA UMTS qua các phát hành khác nhau: R3, R4, R5 và R6

• Chiến lược chuyển dịch GSM lên 3G UMTS

1.1.3. Hướng dẫn

• Học kỹ các tư liệu ñược trình bầy trong chương

• Tham khảo thêm các tái liệu tham khảo cuối tài liệu

1.2. LỘ TRÌNH PHÁT TRI ỂN THÔNG TIN DI ðỘNG LÊN 4G Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di ñộng lên 4G ñược cho trên hình 1.1 và lộ trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP ñược cho trên hình 1.2..


AMPS: Advanced Mobile Phone System TACS: Total Access Communication System GSM: Global System for Mobile Telecommucations WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access EVDO: Evolution Data Only IMT: International Mobile Telecommnications IEEE: Institute of Electrical and Electtronics Engineers WiFi: Wireless Fidelitity WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access LTE: Long Term Evolution UMB: Untra Mobile Broadband

Hình 1.1. Lộ trình phát tri ển các công nghệ thông tin di ñộng lên 4G

Hình 1.2. Lịch trình nghiên cứu phát tri ển trong 3GPP

Hình 1.3. cho thấy lộ trình tăng tốc ñộ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP hx

Hình 1.3. Lộ trình t ăng tốc ñộ truy ền số liệu trong các phát hành của 3GPP


1.3. KIẾN TRÚC CHUNG CỦA MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ðỘNG 3G

Mạng thông tin di ñộng (TTDð) 3G lúc ñầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển mạch gói (PS) và chuyển mạch kênh (CS) ñể truyền số liệu gói và tiếng. Các trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM. Trên ñường phát triển ñến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh sẽ dần ñược thay thế bằng chuyển mạch gói. Các dịch vụ kể cả số liệu lẫn thời gian thực (như tiếng và video) cuối cùng sẽ ñược truyền trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch gói. Hình 1.4 dưới ñây cho thấy thí dụ về một kiến trúc tổng quát của TTDð 3G kết hợp cả CS và PS trong mạng lõi.

RAN: Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến BTS: Base Transceiver Station: trạm thu phát gốc BSC: Base Station Controller: bộ ñiều khiển trạm gốc RNC: Rado Network Controller: bộ ñiều khiển trạm gốc CS: Circuit Switch: chuyển mạch kênh PS: Packet Switch: chuyển mạch gói SMS: Short Message Servive: dịch vụ nhắn tin Server: máy chủ PSTN: Public Switched Telephone Network: mạng ñiện thoại chuyển mạch công cộng PLMN: Public Land Mobile Network: mang di ñộng công cộng mặt ñất

Hình 1.4. Kiến trúc tổng quát của một mạng di ñộng kết hợp cả CS và PS

Các miền chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS) ñược thể hiện bằng một nhóm các ñơn vị chức năng lôgic: trong thực hiện thực tế các miền chức năng này ñược ñặt vào các thiết bị và các nút vật lý. Chẳng hạn có thể thực hiện chức năng chuyển mạch kênh CS (MSC/GMSC) và chức năng chuyển mạch gói (SGSN/GGSN) trong một nút duy nhất ñể ñược một hệ thống tích hợp cho phép chuyển mạch và truyền dẫn các kiểu phương tiện khác nhau: từ lưu lượng tiếng ñến lưu lượng số liệu dung lượng lớn.

3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications System: Hệ thống thông tin di ñộng toàn cầu) có thể sử dụng hai kiểu RAN. Kiểu thứ nhất sử dụng công nghệ ña truy nhập WCDMA (Wide Band Code Devision Multiple Acces: ña truy nhập phân


chia theo mã băng rộng) ñược gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Network: mạng truy nhập vô tuyến mặt ñất của UMTS). Kiểu thứ hai sử dụng công nghệ ña truy nhập TDMA ñược gọi là GERAN (GSM EDGE Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến dưa trên công nghệ EDGE của GSM). Tài liệu chỉ xét ñề cập ñến công nghệ duy nhất trong ñó UMTS ñược gọi là 3G WCDMA UMTS

1.4. CHUYỂN MẠCH KÊNH (CS), CHUYỂN MẠCH GÓI (PS), DỊCH VỤ CHUYỂN MẠCH KÊNH VÀ D ỊCH VỤ CHUYỂN MẠCH GÓI.

3G cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh như tiếng, video và các dịch vụ

chuyển mạch gói chủ yếu ñể truy nhập internet. Chuyển mạch kênh (CS: Circuit Switch) là sơ ñồ chuyển mạch trong ñó thiết

bị chuyển mạch thực hiện các cuộc truyền tin bằng cách thiết lập kết nối chiếm một tài nguyên mạng nhất ñịnh trong toàn bộ cuộc truyền tin. Kết nối này là tạm thời, liên tục và dành riêng. Tạm thời vì nó chỉ ñược duy trì trong thời gian cuộc gọi. Liên tục vì nó ñược cung cấp liên tục một tài nguyên nhất ñịnh (băng thông hay dung lượng và công suất) trong suốt thời gian cuộc gọi. Dành riêng vì kết nối này và tài nguyên chỉ dành riêng cho cuộc gọi này. Thiết bị chuyển mạch sử dụng cho CS trong các tổng ñài của TTDð 2G thực hiện chuyển mạch kênh trên trên cơ sở ghép kênh theo thời gian trong ñó mỗi kênh có tốc ñộ 64 kbps và vì thế phù hợp cho việc truyền các ứng dụng làm việc tại tốc ñộ cố ñịnh 64 kbps (chẳng hạn tiếng ñược mã hoá PCM). Chuyển mạch gói (PS: Packet Switch) là sơ ñồ chuyển mạch thực hiện phân chia số liệu của một kết nối thành các gói có ñộ dài nhất ñịnh và chuyển mạch các gói này theo thông tin về nơi nhận ñược gắn với từng gói và ở PS tài nguyên mạng chỉ bị chiếm dụng khi có gói cần truyền. Chuyển mạch gói cho phép nhóm tất cả các số liệu của nhiều kết nối khác nhau phụ thuộc vào nội dung, kiểu hay cấu trúc số liệu thành các gói có kích thước phù hợp và truyền chúng trên một kênh chia sẻ. Việc nhóm các số liệu cần truyền ñược thực hiện bằng ghép kênh thống kê với ấn ñịnh tài nguyên ñộng. Các công nghệ sử dụng cho chuyển mạch gói có thể là Frame Relay, ATM hoặc IP. Hình 1.5. cho thấy cấu trúc của CS và PS.


Hình 1.5. Chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS).

Dịch vụ chuyển mạch kênh (CS Service) là dịch vụ trong ñó mỗi ñầu cuối ñược cấp phát một kênh riêng và nó toàn quyển sử dụng tài nguyên của kênh này trong thời gian cuộc gọi tuy nhiên phải trả tiền cho toàn bộ thời gian này dù có truyền tin hay không. Dịch vụ chuyển mạch kênh có thể ñược thực hiện trên chuyển mạch kênh (CS) hoặc chuyển mạch gói (PS). Thông thường dịch vụ này ñược áp dụng cho các dịch vụ thời gian thực (thoại). Dịch vụ chuyển mạch gói (PS Service) là dịch vụ trong ñó nhiều ñầu cuối cùng chia sẻ một kênh và mỗi ñầu cuối chỉ chiếm dụng tài nguyên của kênh này khi có thông tin cần truyền và nó chỉ phải trả tiền theo lượng tin ñược truyền trên kênh. Dịch vụ chuyển mạch gói chỉ có thể ñược thực hiện trên chuyển mạch gói (PS). Dịch vụ này rất rất phù hợp cho các dịch vụ phi thời gian thực (truyền số liệu), tuy nhiên nhờ sự phát triển của công nghệ dịch vụ này cũng ñược áp dụng cho các dịch vụ thời gian thực (VoIP). Chuyển mạch gói có thể thực hiện trên cơ sở ATM hoặc IP. ATM (Asynchronous Transfer Mode: chế ñộ truyền dị bộ) là công nghệ thực hiện phân chia thông tin cần phát thành các tế bào 53 byte ñể truyền dẫn và chuyển mạch. Một tế bào ATM gồm 5 byte tiêu ñề (có chứa thông tin ñịnh tuyến) và 48 byte tải tin (chứa số liệu của người sử dụng). Thiết bị chuyển mạch ATM cho phép chuyển mạch nhanh trên cơ sở chuyển mạch phần cứng tham chuẩn theo thông tin ñịnh tuyến tiêu ñề mà không thực hiện phát hiện lỗi trong từng tế bào. Thông tin ñịnh tuyến trong tiêu ñề gồm: ñường dẫn ảo (VP) và kênh ảo (VC). ðiều khiển kết nối bằng VC (tương ứng với kênh của người sử dụng) và VP (là một bó các VC) cho phép khai thác và quản lý có khả năng mở rộng và có ñộ linh hoạt cao. Thông thường VP ñược thiết lập trên cơ sở số liệu của hệ thống tại thời ñiểm xây dựng mạng. Việc sử dụng ATM trong mạng lõi cho ta nhiều cái lợi: có thể quản lý lưu lượng kết hợp với RAN, cho phép thực hiện các chức năng CS và PS trong cùng một kiến trúc và thực hiện khai thác cũng như ñiều khiển chất lượng liên kết.


Chuyển mạch hay Router IP (Internet Protocol) cũng là một công nghệ thực hiện phân chia thông tin phát thành các gói ñược gọi là tải tin (Payload). Sau ñó mỗi gói ñược gán một tiêu ñề chứa các thông tin ñịa chỉ cần thiết cho chuyển mạch. Trong thông tin di ñộng do vị trí của ñầu cuối di ñộng thay ñổi nên cần phải có thêm tiêu ñề bổ sung ñể ñịnh tuyến theo vị trí hiện thời của máy di ñộng. Quá trình ñịnh tuyến này ñược gọi là truyền ñường hầm (Tunnel). Có hai cơ chế ñể thực hiện ñiều này: MIP (Mobile IP: IP di ñộng) và GTP (GPRS Tunnel Protocol: giao thức ñường hầm GPRS). Tunnel là một ñường truyền mà tại ñầu vào của nó gói IP ñược ñóng bao vào một tiêu ñề mang ñịa chỉ nơi nhận (trong trường hợp này là ñịa chỉ hiện thời của máy di ñộng) và tại ñầu ra gói IP ñược tháo bao bằng cách loại bỏ tiêu ñề bọc ngoài (hình 1.6).

Hình 1.6. ðóng bao và tháo bao cho gói IP trong quá trình truyền tunnel

Hình 1.7 cho thấy quá trình ñịnh tuyến tunnel (chuyển mạch tunnel) trong hệ thống 3G UMTS từ tổng ñài gói cổng (GGSN) cho một máy di ñộng (UE) khi nó chuyển từ vùng phục vụ của một tổng ñài gói nội hạt (SGSN1) này sang một vùng phục vụ của một tổng ñài gói nội hạt khác (SGSN2) thông qua giao thức GTP.

Hình 1.7. Thiết lập kết nối tunnel trong chuyển mạch tunnel

Vì 3G WCDMA UMTS ñược phát triển từ những năm 1999 khi mà ATM là công nghệ chuyển mạch gói còn ngự trị nên các tiêu chuẩn cũng ñược xây dựng trên công nghệ này. Tuy nhiên hiện nay và tương lai mạng viễn thông sẽ ñược xây dựng trên cơ sở internet vì thế các chuyển mạch gói sẽ là chuyển mạch hoặc router IP.


1.5. CÁC LOẠI LƯU LƯỢNG VÀ DỊCH VỤ ðƯỢC 3GWCDMA UMTS HỖ TRỢ Vì TTDð 3G cho phép truyền dẫn nhanh hơn, nên truy nhập Internet và lưu lượng thông tin số liệu khác sẽ phát triển nhanh. Ngoài ra TTDð 3G cũng ñược sử dụng cho các dịch vụ tiếng. Nói chung TTDð 3G hỗ trợ các dịch vụ tryền thông ña phương tiện. Vì thế mỗi kiểu lưu lượng cần ñảm bảo một mức QoS nhất ñịnh tuỳ theo ứng dụng của dịch vụ. QoS ở W-CDMA ñược phân loại như sau: Loại hội thoại (Conversational, rt): Thông tin tương tác yêu cầu trễ nhỏ (thoại chẳng hạn). Loại luồng (Streaming, rt): Thông tin một chiều ñòi hỏi dịch vụ luồng với trễ nhỏ (phân phối truyền hình thời gian thực chẳng hạn: Video Streaming) Loại tương tác (Interactive, nrt): ðòi hỏi trả lời trong một thời gian nhất ñịnh và tỷ lệ lỗi thấp (trình duyệt Web, truy nhập server chẳng hạn). Loại nền (Background, nrt): ðòi hỏi các dịch vụ nỗ lực nhất ñược thực hiện trên nền cơ sở (e-mail, tải xuống file: Video Download) Môi trường hoạt ñộng của 3WCDMA UMTS ñược chia thành bốn vùng với các tốc ñộ bit Rb phục vụ như sau:

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

• Vùng 2: thành phố, ô micro, Rb ≤ 384 kbps

• Vùng 2: ngoại ô, ô macro, Rb ≤ 144 kbps

• Vùng 4: Toàn cầu, Rb = 12,2 kbps Có thể tổng kết các dịch vụ do 3GWCDMA UMTS cung cấp ở bảng 1.1.

Bảng 1.1. Phân loại các dịch vụ ở 3GWDCMA UMTS

Ki ểu Phân loại Dịch vụ chi tiết

Dịch vụ di ñộng

Dịch vụ di ñộng Di ñộng ñầu cuối/di ñộng cá nhân/di ñộng dịch vụ

Dịch vụ thông tin ñịnh vị

- Theo dõi di ñộng/ theo dõi di ñộng thông minh

Dịch vụ âm thanh - Dịch vụ âm thanh chất lượng cao (16-64 kbps) - Dịch vụ truyền thanh AM (32-64 kbps) - Dịch vụ truyền thanh FM (64-384 kbps)

Dịch vụ viễn thông

Dịch vụ số liệu - Dịch vụ số liệu tốc ñộ trung bình (64-144 kbps) - Dịch vụ số liệu tốc ñộ tương ñối cao (144 kbps- 2Mbps)

- Dịch vụ số liệu tốc ñộ cao (≥ 2Mbps)


Ki ểu Phân loại Dịch vụ chi tiết

Dịch vụ ña phương tiện

- Dịch vụ Video (384 kbps) - Dịch vụ hình chuyển ñộng (384kbps- 2 Mbps) - Dịch vụ hình chuyển ñộng thời gian thực

(≥ 2 Mbps)

Dịch vụ Internet

Dịch vụ Internet ñơn giản

Dịch vụ truy nhập Web (384 kbps-2Mbps)

Dịch vụ Internet thời gian thực

Dịch vụ Internet (384 kbps-2Mbps)

Dịch vụ internet ña phương tiện

Dịch vụ Website ña phương tiện thời gian thực (≥ 2Mbps)

3G WCDMA UMTS ñược xây dựng theo ba phát hành chính ñược gọi là R3, R4, R5. Trong ñó mạng lõi R3 và R4 bao gồm hai miền: miền CS (Circuit Switch: chuyển mạch kênh) và miền PS (Packet Switch: chuyển mạch gói). Việc kết hợp này phù hợp cho giai ñoạn ñầu khi PS chưa ñáp ứng tốt các dịch vụ thời gian thực như thoại và hình ảnh. Khi này miền CS sẽ ñảm nhiệm các dịch vụ thoại còn số liệu ñược truyền trên miền PS. R4 phát triển hơn R3 ở chỗ miền CS chuyển sang chuyển mạch mềm vì thế toàn bộ mạng truyền tải giữa các nút chuyển mạch ñều trên IP. Dưới ñây ta xét ba kiến trúc 3G WCDMA UMTS nói trên.

1.6. KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R3 WCDMA UMTS R3 hỗ trợ cả kết nối chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói: ñến 384 Mbps trong miền CS và 2Mbps trong miền PS. Các kết nối tốc ñộ cao này ñảm bảo cung cấp một tập các dich vụ mới cho người sử dụng di ñộng giống như trong các mạng ñiện thoại cố ñịnh và Internet. Các dịch vụ này gồm: ñiện thoại có hình (Hội nghị video), âm thanh chất lượng cao (CD) và tốc ñộ truyền cao tại ñầu cuối. Một tính năng khác cũng ñược ñưa ra cùng với GPRS là "luôn luôn kết nối" ñến Internet. UMTS cũng cung cấp thông tin vị trí tốt hơn và vì thế hỗ trợ tốt hơn các dịch vụ dựa trên vị trí.

Một mạng UMTS bao gồm ba phần: thiết bị di ñộng (UE: User Equipment), mạng truy nhập vô tuyến mặt ñất UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Network), mạng lõi (CN: Core Network) (xem hình 1.8). UE bao gồm ba thiết bị: thiết bị ñầu cuối (TE), thiết bị di ñộng (ME) và module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity Module). UTRAN gồm các hệ thống mạng vô tuyến (RNS: Radio Network System) và mỗi RNS bao gồm RNC (Radio Network Controller: bộ ñiều khiển mạng vô tuyến) và các nút B nối với nó. Mạng lõi CN bao gồm miền chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói và HE (Home Environment: Môi trường nhà). HE bao gồm các cơ sở dữ liệu: AuC (Authentication Center: Trung tâm nhận thực), HLR (Home Location Register: Bộ ghi ñịnh vị thường trú) và EIR (Equipment Identity Register: Bộ ghi nhận dạng thiết bị).


Hình 1.8. Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3

1.6.1. Thiết bị người sử dụng (UE) UE (User Equipment: thiết bị người sử dụng) là ñầu cuối mạng UMTS của người sử dụng. Có thể nói ñây là phần hệ thống 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. Giá thành giảm nhanh chóng sẽ tạo ñiều kiện cho người sử dụng mua thiết bị của UMTS. ðiều này ñạt ñược nhờ tiêu chuẩn hóa giao diện vô tuyến và cài ñặt mọi trí tuệ tại các card thông minh. 1.6.1.1. Các ñầu cuối (TE) Vì máy ñầu cuối bây giờ không chỉ ñơn thuần dành cho ñiện thoại mà còn cung cấp các dịch vụ số liệu mới, nên tên của nó ñược chuyển thành ñầu cuối. Các nhà sản xuất chính ñã ñưa ra rất nhiều ñầu cuối dựa trên các khái niệm mới, nhưng trong thực tế chỉ một số ít là ñược ñưa vào sản xuất. Mặc dù các ñầu cuối dự kiến khác nhau về kích thước và thiết kế, tất cả chúng ñều có màn hình lớn và ít phím hơn so với 2G. Lý do chính là ñể tăng cường sử dụng ñầu cuối cho nhiều dịch vụ số liệu hơn và vì thế ñầu cuối trở thành tổ hợp của máy thoại di ñộng, modem và máy tính bàn tay. ðầu cuối hỗ trợ hai giao diện. Giao diện Uu ñịnh nghĩa liên kết vô tuyến (giao diện WCDMA). Nó ñảm nhiệm toàn bộ kết nối vật lý với mạng UMTS. Giao diện thứ hai là giao diện Cu giữa UMTS IC card (UICC) và ñầu cuối. Giao diện này tuân theo tiêu chuẩn cho các card thông minh. Mặc dù các nhà sản xuất ñầu cuối có rất nhiều ý tưởng về thiết bị, họ phải tuân theo một tập tối thiểu các ñịnh nghĩa tiêu chuẩn ñể các người sử dụng bằng các ñầu cuối khác nhau có thể truy nhập ñến một số các chức năng cơ sở theo cùng một cách. Các tiêu chuẩn này gồm:

• Bàn phím (các phím vật lý hay các phím ảo trên màn hình)

• ðăng ký mật khẩu mới

• Thay ñổi mã PIN

• Giải chặn PIN/PIN2 (PUK)


• Trình bầy IMEI

• ðiều khiển cuộc gọi Các phần còn lại của giao diện sẽ dành riêng cho nhà thiết kế và người sử dụng sẽ chọn cho mình ñầu cuối dựa trên hai tiêu chuẩn (nếu xu thế 2G còn kéo dài) là thiết kế và giao diện. Giao diện là kết hợp của kích cỡ và thông tin do màn hình cung cấp (màn hình nút chạm), các phím và menu.

1.6.1.2. UICC UMTS IC card là một card thông minh. ðiều mà ta quan tâm ñến nó là dung lượng nhớ và tốc ñộ bộ xử lý do nó cung cấp. Ứng dụng USIM chạy trên UICC.

1.6.1.3. USIM Trong hệ thống GSM, SIM card lưu giữ thông tin cá nhân (ñăng ký thuê bao) cài cứng trên card. ðiều này ñã thay ñổi trong UMTS, Modul nhận dạng thuê bao UMTS ñược cài như một ứng dụng trên UICC. ðiều này cho phép lưu nhiều ứng dụng hơn và nhiều chữ ký (khóa) ñiện tử hơn cùng với USIM cho các mục ñích khác (các mã truy nhập giao dịch ngân hàng an ninh). Ngoài ra có thể có nhiều USIM trên cùng một UICC ñể hỗ trợ truy nhập ñến nhiều mạng. USIM chứa các hàm và số liệu cần ñể nhận dạng và nhận thực thuê bao trong mạng UMTS. Nó có thể lưu cả bản sao hồ sơ của thuê bao. Người sử dụng phải tự mình nhận thực ñối với USIM bằng cách nhập mã PIN. ðiểu này ñảm bảo rằng chỉ người sử dụng ñích thực mới ñược truy nhập mạng UMTS. Mạng sẽ chỉ cung cấp các dịch vụ cho người nào sử dụng ñầu cuối dựa trên nhận dạng USIM ñược ñăng ký.

1.6.2. Mạng truy nhập vô tuyến UMTS UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network: Mạng truy nhập vô tuyến mặt ñất UMTS) là liên kết giữa người sử dụng và CN. Nó gồm các phần tử ñảm bảo các cuộc truyền thông UMTS trên vô tuyến và ñiều khiển chúng. UTRAN ñược ñịnh nghĩa giữa hai giao diện. Giao diện Iu giữa UTRAN và CN, gồm hai phần: IuPS cho miền chuyển mạch gói và IuCS cho miền chuyển mạch kênh; giao diện Uu giữa UTRAN và thiết bị người sử dụng. Giữa hai giao diện này là hai nút, RNC và nút B.

1.6.2.1. RNC RNC (Radio Network Controller) chịu trách nhiệm cho một hay nhiều trạm gốc và ñiều khiển các tài nguyên của chúng. ðây cũng chính là ñiểm truy nhập dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho CN. Nó ñược nối ñến CN bằng hai kết nối, một cho miền chuyển mạch gói (ñến GPRS) và một ñến miền chuyển mạch kênh (MSC).


Một nhiệm vụ quan trọng nữa của RNC là bảo vệ sự bí mật và toàn vẹn. Sau thủ tục nhận thực và thỏa thuận khóa, các khoá bảo mật và toàn vẹn ñược ñặt vào RNC. Sau ñó các khóa này ñược sử dụng bởi các hàm an ninh f8 và f9. RNC có nhiều chức năng logic tùy thuộc vào việc nó phục vụ nút nào. Người sử dụng ñược kết nối vào một RNC phục vụ (SRNC: Serving RNC). Khi người sử dụng chuyển vùng ñến một RNC khác nhưng vẫn kết nối với RNC cũ, một RNC trôi (DRNC: Drift RNC) sẽ cung cấp tài nguyên vô tuyến cho người sử dụng, nhưng RNC phục vụ vẫn quản lý kết nối của người sử dụng ñến CN. Vai trò logic của SRNC và DRNC ñược mô tả trên hình 1.9. Khi UE trong chuyển giao mềm giữa các RNC, tồn tại nhiều kết nối qua Iub và có ít nhất một kết nối qua Iur. Chỉ một trong số các RNC này (SRNC) là ñảm bảo giao diện Iu kết nối với mạng lõi còn các RNC khác (DRNC) chỉ làm nhiệm vụ ñịnh tuyến thông tin giữa các Iub và Iur. Chức năng cuối cùng của RNC là RNC ñiều khiển (CRNC: Control RNC). Mỗi nút B có một RNC ñiều khiển chịu trách nhiệm cho các tài nguyên vô tuyến của nó.

Hình 1.9. Vai trò logic của SRNC và DRNC

1.6.2.2. Nút B Trong UMTS trạm gốc ñược gọi là nút B và nhiệm vụ của nó là thực hiện kết nối vô tuyến vật lý giữa ñầu 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 "ñiều khiển công suất vòng trong". Tính năng này ñể phòng ngừa vấn ñề gần xa; nghĩa là nếu tất cả các ñầu cuối ñều phát cùng một công suất, thì các ñầu cuối gần nút B nhất sẽ che lấp tín hiệu từ các ñầu cuối ở xa. Nút B kiểm tra công suất thu từ các ñầu cuối khác nhau và thông báo cho chúng giảm công suất hoặc tăng công suất sao cho nút B luôn thu ñược công suất như nhau từ tất cả các ñầu cuối.

1.6.3. Mạng lõi Mạng lõi (CN) ñược chia thành ba phần, miền PS, miền CS và HE. Miền PS ñảm bảo các dịch vụ số liệu cho người sử dụng bằng các kết nối ñến Internet và các mạng số liệu khác và miền CS ñảm bảo các dịch vụ ñiện thoại ñến các mạng khác bằng các kết nối TDM. Các nút B trong CN ñược kết nối với nhau bằng ñường trục của nhà khai thác, thường sử dụng các công nghệ mạng tốc ñộ cao như ATM và IP. Mạng ñường trục trong miền CS sử dụng TDM còn trong miền PS sử dụng IP.


1.6.3.1. SGSN SGSN (SGSN: Serving GPRS Support Node: nút hỗ trợ GPRS phục vụ) là nút chính của miền chuyển mạch gói. Nó nối ñến UTRAN thông qua giao diện IuPS và ñến GGSN thông quan 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 ñăng 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 ñộng

quốc tế)

• Các nhận dạng tạm thời gói (P-TMSI: Packet- Temporary Mobile Subscriber Identity: số nhận dạng thuê bao di ñộng tạm thời gói)

• Các ñịa chỉ PDP (Packet Data Protocol: Giao thức số liệu gói) Số liệu vị trí lưu trên SGSN: • Vùng ñịnh tuyến thuê bao (RA: Routing Area)

• Số VLR

• Các ñịa chỉ GGSN của từng GGSN có kết nối tích cực 1.6.3.2. GGSN GGSN (Gateway GPRS Support Node: Nút hỗ trợ GPRS cổng) là một SGSN kết nối với các mạng số liệu khác. Tất cả các cuộc truyền thông số liệu từ thuê bao ñến các mạng ngoài ñều qua GGSN. Cũng như SGSN, nó lưu cả hai kiểu số liệu: thông tin thuê bao và thông tin vị trí. Số liệu thuê bao lưu trong GGSN: • IMSI

• Các ñịa chỉ PDP Số liệu vị trí lưu trong GGSN: • ðịa chỉ SGSN hiện thuê bao ñang nối ñến

GGSN nối ñến Internet thông qua giao diện Gi và ñến BG thông qua Gp.

1.6.3.3. BG BG (Border Gatway: Cổng biên giới) là một cổng giữa miền PS của PLMN với các mạng khác. Chức năng của nút này giống như tường lửa của Internet: ñể ñảm bảo mạng an ninh chống lại các tấn công bên ngoài.


1.6.3.4. VLR VLR (Visitor Location Register: bộ ghi ñịnh vị tạm trú) là bản sao của HLR cho mạng phục vụ (SN: Serving Network). Dữ liệu thuê bao cần thiết ñể cung cấp các dịch vụ thuê bao ñược copy từ HLR và lưu ở ñây. Cả MSC và SGSN ñều có VLR nối với chúng. Số liệu sau ñây ñược lưu trong VLR: • IMSI

• MSISDN

• TMSI (nếu có)

• LA hiện thời của thuê bao

• MSC/SGSN hiện thời mà thuê bao nối ñến

Ngoài ra VLR có thể lưu giữ thông tin về các dịch vụ mà thuê bao ñược cung cấp. Cả SGSN và MSC ñều ñược thực hiện trên cùng một nút vật lý với VLR vì thế

ñược gọi là VLR/SGSN và VLR/MSC.

1.6.3.5. MSC MSC thực hiện các kết nối CS giữa ñầu cuối và mạng. Nó thực hiện các chức năng báo hiệu và chuyển mạch cho các thuê bao trong vùng quản lý của mình. Chức năng của MSC trong UMTS giống chức năng MSC trong GSM, nhưng nó có nhiều khả năng hơn. Các kết nối CS ñược thực hiện trên giao diện CS giữa UTRAN và MSC. Các MSC ñược nối ñến các mạng ngoài qua GMSC.

1.6.3.6. GMSC GMSC có thể là một trong số các MSC. GMSC chịu trách nhiệm thực hiện các chức năng ñịnh tuyến ñến vùng có MS. Khi mạng ngoài tìm cách kết nối ñến PLMN của một nhà khai thác, GMSC nhận yêu cầu thiết lập kết nối và hỏi HLR về MSC hiện thời quản lý MS.

1.6.3.7. Môi trường nhà Môi trường nhà (HE: Home Environment) lưu các hồ sơ thuê bao của hãng khai thác. Nó cũng cung cấp cho các mạng phục vụ (SN: Serving Network) các thông tin về thuê bao và về cước cần thiết ñể nhận thực người sử dụng và tính cước cho các dịch vụ cung cấp. Tất cả các dịch vụ ñược cung cấp và các dịch vụ bị cấm ñều ñược liệt kê ở ñây.


Bộ ghi ñịnh vị thường trú (HLR) HLR là một cơ sở dữ liệu có nhiệm vụ quản lý các thuê bao di ñộng. Một mạng di ñộng có thể chứa nhiều HLR tùy thuộc vào số lượng thuê bao, dung lượng của từng HLR và tổ chức bên trong mạng. Cơ sở dữ liệu này chứa IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: số nhận dạng thuê bao di ñộng quốc tế), ít nhất một MSISDN (Mobile Station ISDN: số thuê bao có trong danh bạ ñiện thoại) và ít nhất một ñịa chỉ PDP (Packet Data Protocol: Giao thức số liệu gói). Cả IMSI và MSISDN có thể sử dụng làm khoá ñể truy nhập ñến các thông tin ñược lưu khác. ðể ñịnh tuyến và tính cước các cuộc gọi, HLR còn lưu giữ thông tin về SGSN và VLR nào hiện ñang chịu trách nhiệm thuê bao. Các dịch vụ khác như chuyển hướng cuộc gọi, tốc ñộ số liệu và thư thoại cũng có trong danh sách cùng với các hạn chế dịch vụ như các hạn chế chuyển mạng. HLR và AuC là hai nút mạng logic, nhưng thường ñược thực hiện trong cùng một nút vật lý. HLR lưu giữ mọi thông tin về người sử dụng và ñăng ký thuê bao. Như: thông tin tính cước, các dịch vụ nào ñược cung cấp và các dịch vụ nào bị từ chối và thông tin chuyển hướng cuộc gọi. Nhưng thông tin quan trọng nhất là hiện VLR và SGSN nào ñang phụ trách người sử dụng. Trung tâm nhận thực (AuC) AUC (Authentication Center) lưu giữ toàn bộ số liệu cần thiết ñể nhận thực, mật mã hóa và bảo vệ sự toàn vẹn thông tin cho người sử dụng. Nó liên kết với HLR và ñược thực hiện cùng với HLR trong cùng một nút vật lý. Tuy nhiên cần ñảm bảo rằng AuC chỉ cung cấp thông tin về các vectơ nhận thực (AV: Authetication Vector) cho HLR. AuC lưu giữ khóa bí mật chia sẻ K cho từng thuê bao cùng với tất cả các hàm tạo khóa từ f0 ñến f5. Nó tạo ra các AV, cả trong thời gian thực khi SGSN/VLR yêu cầu hay khi tải xử lý thấp, lẫn các AV dự trữ. Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR) EIR (Equipment Identity Register) chịu trách nhiệm lưu các số nhận dạng thiết bị di ñộng quốc tế (IMEI: International Mobile Equipment Identity). ðây là số nhận dạng duy nhất cho thiết bị ñầu cuối. Cơ sở dữ liệu này ñược chia thành ba danh mục: danh mục trắng, xám và ñen. Danh mục trắng chứa các số IMEI ñược phép truy nhập mạng. Danh mục xám chứa IMEI của các ñầu cuối ñang bị theo dõi còn danh mục ñen chứa các số IMEI của các ñầu cuối bị cấm truy nhập mạng. Khi một ñầu cuối ñược thông báo là bị mất cắp, IMEI của nó sẽ bị ñặt vào danh mục ñen vì thế nó bị cấm truy nhập mạng. Danh mục này cũng có thể ñược sử dụng ñể cấm các seri máy ñặc biệt không ñược truy nhập mạng khi chúng không hoạt ñộng theo tiêu chuẩn.

1.6.4. Các mạng ngoài Các mạng ngoài không phải là bộ phận của hệ thống UMTS, nhưng chúng cần thiết ñể ñảm bảo truyền thông giữa các nhà khai thác. Các mạng ngoài có thể là các


mạng ñiện thoại như: PLMN (Public Land Mobile Network: mạng di ñộng mặt ñất công cộng), PSTN (Public Switched Telephone Network: Mạng ñiện thoại chuyển mạch công cộng), ISDN hay các mạng số liệu như Internet. Miền PS kết nối ñến các mạng số liệu còn miền CS nối ñến các mạng ñiện thoại.

1.6.5. Các giao diện Vai trò các các nút khác nhau của mạng chỉ ñược ñịnh nghĩa thông qua các giao diện khác nhau. Các giao diện này ñược ñịnh nghĩa chặt chẽ ñể các nhà sản xuất có thể kết nối các phần cứng khác nhau của họ.

√ Giao diện Cu. Giao diện Cu là giao diện chuẩn cho các card thông minh. Trong UE ñây là nơi kết nối giữa USIM và UE

√ Giao diện Uu. Giao diện Uu là giao diện vô tuyến của WCDMA trong UMTS. ðây là giao diện mà qua ñó UE truy nhập vào phần cố ñịnh của mạng. Giao diện này nằm giữa nút B và ñầu cuối.

√ Giao diện Iu. Giao diện Iu kết nối UTRAN và CN. Nó gồm hai phần, IuPS cho miền chuyển mạch gói, IuCS cho miền chuyển mạch kênh. CN có thể kết nối ñến nhiều UTRAN cho cả giao diện IuCS và IuPS. Nhưng một UTRAN chỉ có thể kết nối ñến một ñiểm truy nhập CN.

√ Giao diện Iur. ðây là giao diện RNC-RNC. Ban ñầu ñược thiết kế ñể ñảm bảo chuyển giao mềm giữa các RNC, nhưng trong quá trình phát triển nhiều tính năng mới ñược bổ sung. Giao diện này ñảm bảo bốn tính năng nổi bật sau:

1. Di ñộng giữa các RNC 2. Lưu thông kênh riêng 3. Lưu thông kênh chung 4. Quản lý tài nguyên toàn cục

√ Giao diện Iub. Giao diện Iub nối nút B và RNC. Khác với GSM ñây là giao diện mở.

1.7. KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R4

Hình 1.10 cho thấy kiến trúc cơ sở của 3G UMTS R4. Sự khác nhau cơ bản giữa R3 và R4 là ở chỗ khi này mạng lõi là mạng phân bố và chuyển mạch mềm. Thay cho việc có các MSC chuyển mạch kênh truyền thống như ở kiến trúc trước, kiến trúc chuyển mạch phân bố và chuyển mạch mềm ñược ñưa vào.

Về căn bản, MSC ñược chia thành MSC server và cổng các phương tiện (MGW: Media Gateway). MSC chứa tất cả các phần mềm ñiều khiển cuộc gọi, quản lý di ñộng có ở một MSC tiêu chuẩn. Tuy nhiên nó không chứa ma trận chuyển mạch. Ma trận chuyển mạch nằm trong MGW ñược MSC Server ñiều khiển và có thể ñặt xa MSC Server.


Hình 1.10. Kiến trúc mạng phân bố của phát hành 3GPP R4

Báo hiệu ñiều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh ñược thực hiện giữa RNC

và MSC Server. ðường truyền cho các cuộc gọi chuyển mạch kênh ñược thực hiện giữa RNC và MGW. Thông thường MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và ñịnh tuyến các cuộc gọi này ñến nơi nhận trên các ñường trục gói. Trong nhiều trường hợp ñường trục gói sử dụng Giao thức truyền tải thời gian thực (RTP: Real Time Transport Protocol) trên Giao thức Internet (IP). Từ hình 1.10 ta thấy lưu lượng số liệu gói từ RNC ñi qua SGSN và từ SGSN ñến GGSN trên mạng ñường trục IP. Cả số liệu và tiếng ñều có thể sử dụng truyền tải IP bên trong mạng lõi. ðây là mạng truyền tải hoàn toàn IP.

Tại nơi mà một cuộc gọi cần chuyển ñến một mạng khác, PSTN chẳng hạn, sẽ có một cổng các phương tiện khác (MGW) ñược ñiều khiển bởi MSC Server cổng (GMSC server). MGW này sẽ chuyển tiếng thoại ñược ñóng gói thành PCM tiêu chuẩn ñể ñưa ñến PSTN. Như vậy chuyển ñổi mã chỉ cần thực hiện tại ñiểm này. ðể thí dụ, ta giả thiết rằng nếu tiếng ở giao diện vô tuyến ñược truyền tại tốc ñộ 12,2 kbps, thì tốc ñộ này chỉ phải chuyển vào 64 kbps ở MGW giao tiếp với PSTN. Truyền tải kiểu này cho phép tiết kiệm ñáng kể ñộ rộng băng tần nhất là khi các MGW cách xa nhau.

Giao thức ñiều khiển giữa MSC Server hoặc GMSC Server với MGW là giao thức ITU H.248. Giao thức này ñược ITU và IETF cộng tác phát triển. Nó có tên là ñiều khiển cổng các phương tiện (MEGACO: Media Gateway Control). Giao thức ñiều khiển cuộc gọi giữa MSC Server và GMSC Server có thể là một giao thức ñiều khiển cuộc gọi bất kỳ. 3GPP ñề nghị sử dụng (không bắt buộc) giao thức ðiều khiển cuộc gọi ñộc lập vật mang (BICC: Bearer Independent Call Control) ñược xây dựng trên cơ sở khuyến nghị Q.1902 của ITU.


Trong nhiều trường hợp MSC Server hỗ trợ cả các chức năng của GMSC Server. Ngoài ra MGW có khả năng giao diện với cả RAN và PSTN. Khi này cuộc gọi ñến hoặc từ PSTN có thể chuyển nội hạt, nhờ vậy có thể tiết kiệm ñáng kể ñầu tư.

ðể làm thí dụ ta xét trường hợp khi một RNC ñược ñặt tại thành phố A và ñược ñiều khiển bởi một MSC ñặt 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 ñến thành phố B (nơi có MSC) ñể ñấu nối với thuê bao PSTN tại chính thành phố A. Với cấu trúc phân bố, cuộc gọi có thể ñược ñiều khiển tại MSC Server ở thành phố B nhưng ñường truyền các phương tiện thực tế có thể vẫn ở thành phố A, nhờ vậy giảm ñáng kể yêu cầu truyền dẫn và giá thành khai thác mạng.

Từ hình 1.10 ta cũng thấy rằng HLR cũng có thể ñược gọi là Server thuê bao tại nhà (HSS: Home Subscriber Server). HSS và HLR có chức năng tương ñương, ngoại trừ giao diện với HSS là giao diện trên cơ sở truyền tải gói (IP chẳng hạn) trong khi HLR sử dụng giao diện trên cơ sở báo hiệu số 7. Ngoài ra còn có các giao diện (không có trên hình vẽ) giữa SGSN với HLR/HSS và giữa GGSN với HLR/HSS.

Rất nhiều giao thức ñược 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 ñược thực hiện thông qua cổng SS7 (SS7 GW). ðây là cổng mà ở một phía nó hỗ trợ truyền tải bản tin SS7 trên ñường truyền tải SS7 tiêu chuẩn, ở phía kia nó truyền tải các bản tin ứng dụng SS7 trên mạng gói (IP chẳng hạn). Các thực thể như MSC Server, GMSC Server và HSS liên lạc với cổng SS7 bằng cách sử dụng các giao thức truyền tải ñược thiết kế ñặc biệt ñể mang các bản tin SS7 ở mạng IP. Bộ giao thức này ñược gọi là Sigtran.

1.8. KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R5 và R6

Bước phát triển tiếp theo của UMTS là ñưa ra kiến trúc mạng ña phương tiện IP (hình 1.11). Bước phát triển này thể hiện sự thay ñổi toàn bộ mô hình cuộc gọi. Ở ñây cả tiếng và số liệu ñược xử lý giống nhau trên toàn bộ ñường truyền từ ñầu cuối của người sử dụng ñến nơi nhận cuối cùng. Có thể coi kiến trúc này là sự hội tụ toàn diện của tiếng và số liệu.


Hình 1.11. Kiến trúc mạng 3GPP R5 và R6

ðiểm mới của R5 và R6 là nó ñưa ra một miền mới ñược gọi là phân hệ ña phương tiện IP (IMS: IP Multimedia Subsystem). ðây là một miền mạng IP ñược thiết kế ñể hỗ trợ các dịch vụ ña phương tiện thời gian thực IP. Từ hình 1.11 ta thấy 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 ña phương tiện IP (IMS) chứa các phần tử sau: Chức năng ñiều khiển trạng thái kết nối (CSCF: Connection State Control Function), Chức năng tài nguyên ña phương tiện (MRF: Multimedia Resource Function), chức năng ñiều khiển cổng các phương tiện (MGCF: Media Gateway Control Function), Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW: Transport Signalling Gateway) và Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW: Roaming Signalling Gateway).

Một nét quan trọng của kiến trúc toàn IP là thiết bị của người sử dụng ñược tăng cường rất nhiều. Nhiều phần mềm ñược cài ñặt ở UE. Trong thực tế, UE hỗ trợ giao thức khởi ñầu phiên (SIP: Session Initiation Protocol). UE trở thành một tác nhân của người sử dụng SIP. Như vậy, UE có khả năng ñiều khiển các dịch vụ lớn hơn trước rất nhiều.

CSCF quản lý việc thiết lập , duy trì và giải phóng các phiên ña phương tiện ñến và từ người sử dụng. Nó bao gồm các chức năng như: phiên dịch và ñịnh tuyến. CSCF hoạt ñộng như một ñại diện Server /hộ tịch viên.

SGSN và GGSN là các phiên bản tăng cường của các nút ñược sử dụng ở GPRS và UMTS R3 và R4. ðiểm 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 (tiếng chẳng hạn). 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 ña phương tiện (MRF) là chức năng lập cầu hội nghi ñược sử dụng ñể 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 ñể ñảm 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 ñảm bảo tương tác báo hiệu với các mạng di ñộng 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 ñường truyền ña phương tiện. MGW ở kiến trúc mạng của UMTS R5 có chức năng giống như ở R4. MGW ñược ñiều khiển bởi Chức năng cổng ñiều khiển các phương tiện (MGCF). Giao thức ñiều khiển giữa các thực thể này là ITU-T H.248.

MGCF cũng liên lạc với CSCF. Giao thức ñược chọn cho giao diện này là SIP. Tuy nhiên có thể nhiều nhà khai thác vẫn sử dụng nó kết hợp với các miền chuyển mạch kênh trong R3 và R4. ðiều này cho phép chuyển ñồi dần dần từ các phiên bản R3 và R4 sang R5. Một số các cuộc gọi thoại có thể vẫn sử dụng miền CS một số các dịch vụ khác chẳng hạn video có thể ñược thực hiện qua R5 IMS. Cấu hình lai ghép ñược thể hiện trên hình 1.12.

Hình 1.12. Chuyển ñổi dần từ R4 sang R5

1.9. CHIẾN LƯỢC DỊCH CHUYỂN TỪ GSM SANG UMTS Trong phần này ta sẽ xét chiến lược dịch chuyển từ GSM sang UMTS của hãng Alcatel. Alcatel dự kiến phát triển RAN từ GSM lên 3G UMTS theo ba phát hành: 3GR1, 3GR2 và 3GR3. Với mỗi phát hành, các sản phẩm mới và các tính năng mới ñược ñưa ra.

1.9.1. 3GR1 : Kiến trúc mạng UMTS chồng lấn

Phát hành 3GP1 dựa trên phát hành của 3GPP vào tháng 3 và các ñặc tả kỹ thuật vào tháng 6 năm 2000. Phát hành ñầu của 3GR1 chỉ hỗ trợ UTRA-FDD và sẽ


ñược triển khai chồng lấn lên GSM. Chiến lược dịch chuyển từ GSM sang UMTS phát hành 3GR1 ñược chia thành ba giai ñoạn ñược 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 ñược ñưa ra. Các nút B ñược gọi là MBS (Multistandard Base Station: trạm gốc ña tiêu chuẩn). Tuy nhiên MBS V1 chỉ ñơn thuần là nút B, chỉ MBS V2 mới thực sự ña tiêu chuẩn và chứa các chức năng của cả nút B và BTS trong cùng một hộp máy. Tương tự RNC V2 và OMC-R V2 ñược ñưa ra ñể phục vụ cho cả UMTS và GSM. Hình 1.13 cho thấy kiến trúc ñồng tồn tại GSM và UMTS ñược phát triển trong giai ñoạn triển khai UMTS ban ñầu (3GR1.1).

Hình 1.13. Kiến trúc ñồng tồn tại GSM và UMTS (phát hành 3GR1.1)

1.9.2. 3GR2 : Tích hợp các mạng UMTS và GSM Trong giai ñoạn triền khai UMTS thứ hai sự tích hợp ñầu tiên giữa hai mạng sẽ ñược thực hiện bằng cách ñưa ra các thiết bị ña tiêu chuẩn như: Nút B kết hợp BTS (MBS V2) và RNC kết hợp BSC (RNC V2). Các chức năng khai thác và bảo dưỡng mạng vô tuyến cũng có thể ñược thực hiện chung bởi cùng một OMC-R (V2). Hình 1.14 mô tả kiến trúc mạng RAN tích hợp của giai ñoạn hai.


Hình 1.14. Kiến trúc mạng RAN tích hợp phát hành 3GR2 (R2.1).

1.9.3. 3GR3 : Kiến trúc RAN thống nhất Trong kiến trúc RAN của phát hành này ñược 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 ñều ñược hỗ trợ. Giao thức truyền tải ñược thống nhất cho GSM, E-GPRS và UMTS, ngoài ra có thể ATM kết hợp IP. GERAN (GSM/EDGE RAN) cũng sẽ ñược hỗ trợ bởi phát hành này của mạng. Kiến trúc RAN của 3GR1.3 ñược thể hiện trên hình 1.15.

Hình 1.15. Kiến trúc RAN thống nhất của 3GR3.1


1.10. CẤU HÌNH ðỊA LÝ CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ðỘNG 3G Do tính chất di ñộng của thuê bao di ñộng nên mạng di ñộng phải ñược tổ chức theo một cấu trúc ñịa lý nhất ñịnh ñể mạng có thể theo dõi ñược vị trí của thuê bao.

1.10.1. Phân chia theo vùng mạng Trong một quốc gia có thể có nhiều vùng mạng viễn thông, việc gọi vào một vùng mạng nào ñó phải ñược thực hiện thông qua tổng ñài cổng. Các vùng mạng di ñộng 3G ñược ñại diện bằng tổng ñài cổng GMSC hoặc GGSN. Tất cả các cuộc gọi ñến một mạng di ñộng từ một mạng khác ñều ñược ñịnh tuyến ñến GMSC hoặc GGSN. Tổng ñài này làm việc như một tổng ñài trung kế vào cho mạng 3G. ðây là nơi thực hiện chức năng hỏi ñể ñịnh tuyến cuộc gọi kết cuối ở trạm di ñộng. GMSC/GGSN cho phép hệ thống ñịnh tuyến các cuộc gọi vào từ mạng ngoài ñến nơi nhận cuối cùng: các trạm di ñộng bị gọi. 1.10.2. Phân chia theo vùng phục vụ MSC/VLR và SGSN Một mạng thông tin di ñộng ñược phân chia thành nhiều vùng nhỏ hơn, mỗi vùng nhỏ này ñược phục vụ bởi một MSC/VLR (hình 1.16a). hay SGSN (1.16b) Ta gọi ñây là vùng phục vụ của MSC/VLR hay SGSN.

Hình 1.16. Phân chia mạng thành các vùng phục vụ của MSC/VLR và SGSN ðể ñịnh tuyến một cuộc gọi ñến một thuê bao di ñộng, ñường truyền qua mạng sẽ ñược nối ñến MSC ñang phục vụ thuê bao di ñộng cần gọi. Ở mỗi vùng phục vụ MSC/VLR thông tin về thuê bao ñược ghi lại tạm thời ở VLR. Thông tin này bao gồm hai loại:

• Thông tin về ñăng ký và các dịch vụ của thuê bao.

• Thông tin về vị trí của thuê bao (thuê bao ñang ở vùng ñịnh vị hoặc vùng ñịnh tuyến nào).

1.10.3. Phân chia theo vùng ñịnh vị và vùng ñịnh tuyến Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR ñược chia thành một số vùng ñịnh vị: LA (Location Area) (hình 1.17a). Mỗi vùng phục vụ của SGSN ñược chia thành các vùng ñịnh tuyến (RA: Routing Area) (1.17b).


Hình 1.17. Phân chia vùng phục vụ của MSC/VLR và SGSN thành các vùng ñịnh

vị (LA: Location Area) và ñịnh tuyến (RA: Routing Area) Vùng ñịnh vị (hay vùng ñịnh tuyến là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR (hay SGSN) mà ở ñó một trạm di ñộng có thể chuyển ñộng tự do và không cần cập nhật thông tin về vị trí cho MSC/VLR (hay SGSN) quản lý vị trí này. Có thể nói vùng ñịnh vị (hay vùng ñịnh tuyến) là vị trí cụ thể nhất của trạm di ñộng mà mạng cần biết ñể ñịnh tuyến cho một cuộc gọi ñến nó. Ở vùng ñịnh vị này thông báo tìm sẽ ñược phát quảng bá ñể tìm thuê bao di ñộng bị gọi. Hệ thống có thể nhận dạng vùng ñịnh vị bằng cách sử dụng nhận dạng vùng ñịnh vị (LAI: Location Area Identity) hay nhận dạng vùng ñịnh tuyến (RAI Routing Area Identity). Vùng ñịnh vị (hay vùng ñịnh tuyến) có thể bao gồm một số ô và thuộc một hay nhiều RNC, nhưng chỉ thuộc một MSC (hay một SGSN).

1.10.4. Phân chia theo ô Vùng ñịnh vị hay vùng ñịnh tuyến ñược chia thành một số ô (hình 1.18).

Hình 1.18. Phân chia LA và RA

Ô là một vùng phủ vô tuyến ñược mạng nhận dạng bằng nhận dạng ô toàn cầu (CGI: Cell Global Identity). Trạm di ñộng nhận dạng ô bằng mã nhận dạng trạm gốc (BSIC:


Base Station Identity Code). Vùng phủ của các ô thường ñược mô phỏng bằng hình lục giác ñể tiện cho việc tính toán thiết kế.

1.10.5. Mẫu ô Mẫu ô có hai kiểu: vô hướng ngang (omnidirectional) và phân ñoạn (sectorized). Các mẫu này ñược cho trên hình 1.19.

Hình 1.19. Các kiểu mẫu ô

Ô vô hướng ngang (hình 1.19a) nhận ñược từ phát xạ của một anten có búp sóng tròn trong mặt ngang (mặt phẳng song song với mặt ñất) và búp sóng có hướng chúc xuống mặt ñất trong mặt ñứng (mặt phẳng vuông góc với mặt ñất). Ô phân ñoạn (hình 1.19b) là ô nhận ñược từ phát xạ của ba anten với hướng phát xạ cực ñại lệch nhau 1200. Các anten này có búp sóng dạng nửa số 8 trong mặt ngang và trong mặt ñứng búp sóng của chúng chúc xuống mặt ñất. Trong một số trường hợp ô phân ñoạn có thể ñược tạo ra từ phát xạ của nhiều hơn ba anten. Trong thực tế mẫu ô có thể rất ña dạng tùy vào ñịa hình cần phủ sóng. Tuy nhiên các mẫu ô như trên hình 1.19 thường ñược sử dụng ñể thiết kế cho sơ ñồ phủ sóng chuẩn.

1.10.6. Tổng kết phân chia vùng ñịa lý trong các hệ thống thông tin di ñộng 3G Trong các kiến trúc mạng bao gồm cả miền chuyển mạch kênh và miền chuyển mạch gói, vùng phục mạng không chỉ ñược phân chia thành các vùng ñịnh vị (LA) mà còn ñược phân chia thành các vùng ñịnh tuyến (RA: Routing Area). Các vùng ñịnh vị (LA: Location Area) là khái niệm quản lý di ñộng của miền CS kế thừa từ mạng GSM. Các vùng ñịnh tuyến (RA: Routing Area) là các thực thể của miền PS. Mạng lõi PS sử dụng RA ñể tìm gọi. Nhận dạng thuê bao P-TMSI (Packet- Temporary Mobile Subsscriber Identity: nhận dạng thuê bao di ñộng gói tạm thời) là duy nhất trong một RA. Trong mạng truy nhập vô tuyến, RA lại ñược chia tiếp thành các vùng ñăng ký UTRAN (URA: UTRAN Registration Area). Tìm gọi khởi xướng UTRAN sử dụng URA khi kênh báo hiệu ñầu cuối ñã ñược thiết lập. URA không thể nhìn thấy ñược ở bên ngoài UTRAN.


Quan hệ giữa các vùng ñược phân cấp như cho ở hình 1.20 (ô không ñược thể hiện). LA thuộc 3G MSC và RA thuộc 3G SGSN. URA thuộc RNC. Theo dõi vị trí theo URA và ô trong UTRAN ñược thực hiện khi có kết nối RRC (Radio Resource Control: ñiều khiển tài nguyên vô tuyến) cho kênh báo hiệu ñầu cuối. Nếu không có kết nối RRC, 3G SGSN thực hiện tìm gọi và cập nhật thông tin vị trí ñược thực hiện theo RA.

Hình 1.20. Các khái niệm phân chia vùng ñịa lý trong 3G WCDMA UMTS.

1.11. TỔNG KẾT Chương này trước hết xét tổng quan quá trình phát triển thông tin di ñộng lên 4G. Nếu công nghệ ña truy nhập cho 3G là CDMA thì công nghệ ña truy nhập cho 4G là OFDMA. Sau ñó kiến trúc mạng 3G ñược xét. Mạng lõi 3G bao gồm hai vùng chuyển mạch: (1) vùng chuyển mạch các dịch vụ CS và (2) vùng chuyển mạch các dịch vụ PS. Các phát hành ñánh dấu các mốc quan trọng phát triển mạng 3G WCDMA UMTS ñược xét: R3, R4, R5 và R6. R3 bao gồm hai miền chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói trong ñó kết nối giữa các nút chuyển mạch gọi là TDM (ghép kênh theo thời gian). R4 là sự phát triển của R3 trong ñó miền chuyển mạch kênh chuyển thành chuyển mạch mềm và kết nối giữa các nút mạng bằng IP. R5 và R6 hỗ trợ các dịch vụ ña phương tiện IP hoàn toàn dựa trên chuyển mạch gói. ðể ñáp ứng ñược nhiệm vụ này ngoài miền chuyển mạch gói, mạng ñược bổ sung thêm phân hệ ña phương tiên IP (IMS). Cốt lõi của IMS là CSCF thực hiện khởi ñầu kết nối ña phương tiện IP dựa trên giao thức khởi ñầu phiên (SIP Session Initiation Protocol). Ngoài ra IMS vẫn còn chứa chuyển mạch mềm ñể hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch kênh (MGCF). Hiện nay mạng 3GWCDMA UMTS ñang ở giai doạn chuyển dần từ R4 sang R5 (hình 1.12). Cuối chương trình bày cấu trúc ñịa lý của một mạng thông tin di ñông 3G có chứa cả vùng chuyển mạch kênh và vùng chuyển mạch gói.


Chương 2 CÔNG NGHỆ ðA TRUY NHẬP CỦA WCDMA


• Hiểu tổng quan trải phổ và phương pháp ña truy nhập của WCDMA • Hiểu ñiều khiển công suất, chuyển giao mềm và máy thu phân tập ña ñường

(RAKE) • Hiểu các dạng mã trải phổ và các sơ ñồ ñiều chế của WCDMA

2.1.2. Các chủ ñề ñược trình bầy trong chương

• Nguyên lý trải phổ và ña truy nhập phân chia theo mã

• ðiều khiển công suất

• Chuyển giao

• Máy thu phân tập ña ñường (máy thu RAKE)

• Các dạng mã trải phổ và các sơ ñồ ñiều chết ñược sử dụng cho WCDMA

2.1.3. Hướng dẫn • Học kỹ các tư liệu ñược trình bầy trong chương

• Tham khảo thêm các tài liệu tham khảo cuối tài liệu giảng dạy của khóa học

2.2. TRẢI PHỔ VÀ ðA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ 2.2.1. Các hệ thống thông tin trải phổ Trong các hệ thống thông tin thông thường ñộ rộng băng tần là vấn ñề quan tâm chính và các hệ thống này ñược thiết kế ñể sử dụng càng ít ñộ rộng băng tần càng tốt. Trong các hệ thống ñiều chế biên ñộ song biên, ñộ rộng băng tần cần thiết ñể phát một nguồn tín hiệu tương tự gấp hai lần ñộ rộng băng tần của nguồn này. Trong các hệ thống ñiều tần ñộ rộng băng tần này có thể bằng vài lần ñộ rộng băng tần nguồn phụ thuộc vào chỉ số ñiều chế. ðối với một tín hiệu số, ñộ rộng băng tần cần thiết có cùng giá trị với tốc ñộ bit của nguồn. ðộ rộng băng tần chính xác cần thiết trong trường hợp này phụ thuộc và kiểu ñiều chế (BPSK, QPSK v.v...). Trong các hệ thống thông tin trải phổ (viết tắt là SS: Spread Spectrum) ñộ rộng băng tần của tín hiệu ñược mở rộng, thông thường hàng trăm lần trước khi ñược phát. Khi chỉ có một người sử dụng trong băng tần SS, sử dụng băng tần như vậy không có hiệu quả. Tuy nhiên ở môi trường nhiều người sử dụng, các người sử dụng này có thể dùng chung một băng tần SS (trải phổ) và hệ thống trở nên sử dụng băng tần có hiệu suất mà vẫn duy trì ñược các ưu ñiểm của trải phổ.


Một hệ thống thông tin số ñược coi là SS nếu: * Tín hiệu ñược phát chiếm ñộ rộng băng tần lớn hơn ñộ rộng băng tần tối thiểu cần thiết ñể phát thông tin. * Trải phổ ñược thực hiện bằng một mã ñộc lập với số liệu.

Có ba kiểu hệ thống SS cơ bản: chuỗi trực tiếp (DSSS: Direct-Sequence Spreading Spectrum), nhẩy tần (FHSS: Frequency-Hopping Spreading Spectrum) và nhẩy thời gian (THSS: Time-Hopping Spreading Spectrum). Cũng có thể nhận ñược các hệ thống lai ghép từ các hệ thống nói trên. WCDMA sử dụng DSSS. DSSS ñạt ñược trải phổ bằng cách nhân luồng số cần truyền với một mã trải phổ có tốc ñộ chip (Rc=1/Tc, Tc là thời gian một chip) cao hơn nhiều tốc ñộ bit (Rb=1/Tb, Tb là thời gian một bit) của luồng số cần phát. Hình 2.1 minh họa quá trình trải phổ trong ñó Tb=15Tc hay Rc=15Rb. Hình 2.1a cho thấy sơ ñồ ñơn giản của bộ trải phổ DSSS trong ñó luồng số cần truyền x có tốc ñộ Rb ñược nhân với một mã trải phổ c tốc ñộ Rc ñể ñược luồng ñầu ra y có tốc ñộ Rc lớn hơn nhiều so với tốc ñộ Rb của luồng vào. Các hình 2.1b và 2.1b biểu thị quá trình trải phổ trong miền thời gian và miền tần số. Tại phía thu luồng y ñược thực hiện giải trải phổ ñể khôi phục lại luồng x bằng cách nhân luồng này với mã trải phổ c giống như phía phát: x=y×c

x, y và c ký hiệu tổng quát cho tín hiệu vào, ra và mã trải phổ; x(t), y(t) và c(t) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền thời gian; X(f), Y(f) và C(f) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền tần số; Tb là thời gian một bit của luồng số cần phát, Rb=1/Tb là tốc ñộ bit của luồng số cần truyền; Tc là thời gian một chip của mã trải phổ, Rc=1/Tc là tốc ñộ chip của mã trải phổ. Rc=15Rb và Tb=15Tc.

Hình 2.1. Trải phổ chuỗi tr ực tiếp (DSSS)


2.2.2. Áp dụng DSSS cho CDMA Trong công nghệ ña truy nhập phân chia theo mã dựa trên CDMA, một tập mã trực giao ñược sử dụng và mỗi người sử dụng ñược gán một mã trải phổ riêng. Các mã trải phổ này phải ñảm bảo ñiều kiện trực giao sau ñây:

1. Tích hai mã giống nhau bằng 1: ci×ci=1

2. Tích hai mã khác nhau sẽ là một mã mới trong tập mã: ci×cj=ck

3. Có số bit 1 bằng số bit -1 trong một mã → 1

10

N

k

k

CN =

=∑ , trong ñó N là số chip và

Ck là giá trị chip k trong một mã

Bảng 2.1. cho thấy thí dụ sử dụng bộ mã gồm tám mã trực giao: c0, c1, …, c7. Bảng 2.2 và 2.3 cho thấy thí dụ khi nhân hai mã giống nhau trong bảng 1 ñược 1 và nhân hai mã khác nhau trong bảng 2.1 ta ñược một mã mới ..

Bảng 2.1. Thí dụ bộ tám mã trực giao

c0 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1

c1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1

c2 +1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1

c3 +1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1

c4 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1

c5 +1 -1 +1 -1 -1 +1 -1 +1

c6 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 +1

c7 +1 -1 -1 +1 -1 +1 +1 -1

Bảng 2.2. Thí dụ nhân hai mã giống nhau trong bảng 1 ñược một

c1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1

×××× ×××× ×××× ×××× ×××× ×××× ×××× ×××× ××××

c1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1

c1××××c1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1

Bảng 2.3. Thí dụ nhân hai mã khác nhau trong bảng 1 ñược một mã mới trong

tập 8 mã

c1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1

×××× ×××× ×××× ×××× ×××× ×××× ×××× ×××× ××××

c3 +1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1

= c2 +1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1


Nếu ta xét một hệ thống gồm K người sử dụng ñược xây dựng trên cơ sở CDMA, thì sau trải phổ các người sử dụng này sẽ phát vào không gian tập các tín hiệu y như sau:

1 1

K K

i i i

i i

y y c x= =

= =∑ ∑ (2.1)

Ta xét quá trình xử lý tín hiệu này tại một máy thu k. Nhiệm vụ của máy thu này là phải lấy ra xk và loại bỏ các tín hiệu khác (các tín hiệu này ñược gọi là nhiễu ñồng kênh vì trong hệ thống CDMA chúng ñược phát trên cùng một tần số với xk). Nhân (2.1) với xk và áp dụng quy tắc trực giao nói trên ta ñược:

1

K

k k i i

ii k

x x c x=≠

= +∑% (2.2)

Thành phần thứ nhất trong (2.2) chính là tín hiệu hữu ích còn thành phần thứ hai là nhiễu của các người sử dụng còn là nhiễu của các người sử dụng khác ñược gọi là MAI (Multiple Access Interferrence: nhiễu ña người sử dụng). ðể loại bỏ thành phần thứ hai máy thu sử dụng bộ lọc tương quan trọng miền thời gian kết hợp với bộ lọc tần số trong miền tần số. Hình 2.2 xét quá trình giải trải phổ và lọc ra tín hiệu hữu ích tại máy thu k trong một hệ thống CDMA có K người sử dụng với giả thiết công suất phát từ K máy phát như nhau tại ñầu vào máy thu k. Hình 2.2a cho thấy sơ ñồ giải trải phổ DSSS. Hình 2.2b cho thấy phổ của tín hiệu tổng ñược phát ñi từ K máy phát sau trải phổ, hình 2.2c cho thấy phổ của tín hiệu này sau giải trải phổ tại máy thu k và hình 2.2d cho thấy phổ của tín hiệu sau bộ lọc thông thấp với băng thông băng Rb.

Hình 2.2. Quá trình giải tr ải phổ và lọc tín hiệu của người sử dụng k từ K tín

hiệu.


Từ hình 2.2 ta thấy tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR: Signal to Interference Ratio) là tỷ số giữa diện tích hình chữ nhật ñược tô ñậm trên hình 2.2.b và tổng diện tích các hình chữ nhật trắng trên hình 2.2.c: SIR=S1/S2. Tỷ số này tỷ lệ với tỷ số Rc/Rb. vì thế tỷ số Rc/Rb ñược gọi là ñộ lợi xử lý (TA: Processing Gain). 2.3. ðIỀU KHI ỂN CÔNG SUẤT Trong trường hợp một máy phát gây nhiễu ñến gần máy thu k (ñến gần nút B chẳng hạn), công suất của máy phát này tăng cao dẫn ñến MAI tăng cao, tỷ số tín hiệu trên nhiễu giảm mạnh và máy thu k không thể tách ra ñược tín hiệu của mình. Hiện tượng này ñược gọi là hiện tượng gần và xa. ðể tránh hiện tượng này hệ thống phải ñiều khiển công suất sao cho công suất thu tại nút B của tất cả các UE ñều bằng nhau (lý tưởng). ðiều khiển công suất trong WCDMA ñược chia thành:

√ ðiều khiển công suất vòng hở

√ ðiều khiển công suất vòng kín ðiều khiển công suất vòng hở ñược thực hiện tự ñộng tại UE khi nó thực hiện thủ tục xin truy nhập Nút B (dựa trên công suất mà nó thu ñược từ kênh hoa tiêu phát ñi từ B), khi này UE chưa có kết nối với nút này. Còn ñiều khiển công suất vòng kín ñược thực hiện khi UE ñã kết nối với nút B. ðiều khiển công suất vòng hở lại ñược chia thành:

√ ðiều khiển công suất vòng trong ñược thực hiện tại nút B. ðiều khiển công suất vòng trong ñược thực hiện nhanh với 1500 lần trong một giây dựa trên so sánh SIR thu với SIR ñích

√ ðiều khiển công suất vòng ngoài ñược thực hiện tại RNC ñể thiết lập SIR ñích cho nút B. ðiều khiển công suất này dựa trên so sánh tỷ lệ lỗi khối (BLER) thu ñược với tỷ lệ ñích.

2.4. CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG CDMA Thông thường chuyển giao (HO: Handover) ñược hiểu là quá trình trong ñó kênh lưu lượng của một UE ñược chuyển sang một kênh khác ñể ñảm bảo chất lượng truyền dẫn. Tuy nhiên trong CDMA khái niệm này chỉ thích hợp cho chuyển giao cứng còn ñối với chuyển giao mềm khái niệm này phức tạp hơn, ta sẽ xét cụ thể trong phần dưới ñây. 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 o HO nội hệ thống giữa các ô thuộc cùng môt tần số sóng mang WCDMA o HO giữa các tần số (IF-HO) giữa các ô hoạt ñộng 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 ñộ truy nhập vô tuyến (RAM) khác nhau. Trường


hợp thường xuyên xẩy ra nhất ñối 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 (cdma2000 1x chẳng hạn). Thí dụ về HO giữa các RAM là HO giữa các chế ñộ UTRA FDD và UTRA TDD.

Có thể có các thủ tục HO sau:

√ Chuyển giao cứng (HHO) là các thủ tục HO trong ñó tất cả các ñường truyền vô tuyến cũ của một UE ñược giải phóng trước khi thiết lập các ñường truyền vô tuyến mới

√ Chuyển giao mềm (SHO) và chuyển giao mềm hơn (xem hình 2.3) là các thủ tục trong ñó UE luôn duy trì ít nhất một ñường vô tuyến nối ñến UTRAN. Trong chuyển giao mềm UE ñồng thời ñược nối ñến một hay nhiều 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 ñược nối ñến ít nhất là hai ñoạn ô của cùng một nút B. SHO và HO mềm hơn chỉ có thể xẩy ra trên cùng một tần số sóng mang và trong cùng một hệ thống.

Hình 2.3. Chuyển giao mềm (a) và mềm hơn (b)

Phụ thuộc sự tham gia trong SHO, các ô trong một hệ thống WCDMA ñược chia thành các tập sau ñây:

√ Tập tích cực bao gồm các ô (ñoạn ô) hiện ñang tham gia vào một kết nối SHO của UE

√ Tập lân cận/ tập ñược giám sát (cả hai từ ñược sử dụng như nhau). Tập này bao gồm tất cả các ô ñược giám sát/ño liên tục bởi UE và hiện thời không có trong tập tích cực

√ Tập ñược phát hiện. Tập này bao gồm các ô ñược UE phát hiện nhưng không thuộc tập tích cực lẫn tập lân cận.

SHO là một tính năng chung của hệ thống WCDMA trong ñó các ô lân cận họat ñộng trên cùng một tần số. Trong chế ñộ kết nối, UE liên tục ño các ô phục vụ và các ô lân cận (do RNC chỉ dẫn) trên tần số sóng mang hiện thời. UE so sánh các kết quả ño


với các ngưỡng HO do RNC cung cấp và gửi báo cáo kết quả ño ñến RNC khi thực hiện các tiêu chuẩn báo cáo. Vì thế SHO là kiểu chuyển giao ñược ñánh giá bởi ñầu cuối di ñộng (MEHO: Mobile Estimated HO). Tuy nhiên giải thuật quyết ñịnh SHO ñược ñặt trong RNC. Dựa trên các báo cáo kết quả ño nhận ñược từ UE (hoặc ñịnh kỳ hoặc ñược khởi ñộng bởi một số các sự kiện nhất ñịnh), RNC lệnh cho UE bổ sung hay loại bỏ một số ô khỏi tập tích cực của mình (ASU: Active Set Apdate: cập nhật tập tích cực).

2.5. MÁY THU PHÂN TẬP ðA ðƯỜNG HAY MÁY THU RAKE Phañinh ña ñường trên kênh vô tuyến dẫn ñến tán thời và chọn lọc tần số làm hỏng tín hiệu thu. ðể ñánh giá hiện tượng tán thời trên ñường truyền vô tuyến, người ta phát ñi một xung hẹp (xung kim) và ño ñáp ứng xung này tại phía thu. ðáp ứng này là bức tranh thể hiện sự phụ thuộc công suất của các ñường truyền khác nhau ñến máy thu vào thời gian trễ của các ñường truyền này. ðáp ứng này ñược gọi là lý lịch trễ công suất. Hình 2.4a cho thấy truyền sóng ña ñường và hình 2.4b cho thấy thí dụ về lý lịch trễ công suất.

Hình 2.4. Truyền sóng ña ñường và lý lịch trễ công suất

Chuỗi tín hiệu giả ngẫu nhiên ñược phát ñi ở CDMA có thuộc tính là các phiên bản dịch thời của nó tại phía thu hầu như không tương quan. Như vậy một tín hiệu ñược truyền từ máy phát ñến máy thu theo nhiều ñường khác nhau (thời gian trễ khác nhau) có thể ñược phân giải vào các tín hiệu phañinh khác nhau bằng cách lấy tương quan tín hiệu thu chứa nhiều phiên bản dịch thời của chuỗi giả ngẫu nhiên. Máy thu sử dụng nguyên lý này ñược gọi là máy thu phân tập ña ñường hay máy thu RAKE (hình 2.5).


Hình 2.5. Máy thu RAKE

Trong máy thu RAKE ñể nhận ñược các phiên bản dịch thời của chuỗi ngẫu nhiên, tín hiệu thu phải ñi qua ñường trễ trước khi ñược lấy tương quan và ñược kết hợp. ðường trễ bao gồm nhiều mắt trễ có thời gian trễ bằng thời gian một chip Tc. Máy thu dịch ñịnh thời bản sao mã trải phổ từng chip cho từng ký hiệu thông tin ñể giải trải phổ ký hiệu trong vùng một ký hiệu và tạo nên lý lịch trễ công suất (xem hình 2.5a). Với tham khảo lý lịch trễ công suất (bức tranh thể hiện công suất và trễ của các ñường truyền) ñược tạo ra, máy thu chọn các ñường truyền có công suất vượt ngưỡng ñể kết hợp RAKE trên cơ sở số lượng bộ tương quan, bộ ước tính kênh và bộ bù trừ thay ñổi pha (ñược gọi là các ngón máy thu RAKE). Trong trường hợp áp dụng thu phân tập không gian hay phân tập giữa các ñoạn ô, lý lịch trễ công suất ñược tạo ra cho mỗi nhánh và các ñường truyền ñược chọn từ lý lịch trễ công suất suất tổng hợp của tất cả các nhánh. Trong thực tế, vì các tín hiệu trải phổ gồm nhiễu của các người sử dụng khác và các tín hiệu ña ñường của kênh người sử dụng, nên giá trị ngưỡng ñược lập dưạ trên mức công suất tạp âm nền và các ñường truyền có SIR hiệu dụng (có công suất thu vượt ngưỡng) ñược chọn. Vì MS chuyển ñộng (hoặc môi trường truyền sóng thay ñổi khi MS cố ñịnh), nên vị trí ñường truyền (thời gian trễ) ñược kết hợp RAKE cũng sẽ thường xuyên thay ñổi, máy phải ñịnh kỳ cập nhật lý lịch trễ ñường truyền và cập nhật các ñường truyền ñược kết hợp RAKE trên cơ sở lý lịch mới (quá trình này ñược gọi là tìm kiếm ñường truyền vì nó liên quan ñến tìm kiếm ñường truyền ñể kết hợp RAKE). 2.6. CÁC MÃ TRẢI PHỔ SỬ DỤNG TRONG WCDMA Khái niệm trải phổ ñược áp dụng cho các kênh vật lý, khái niệm này bao gồm hai thao tác. ðâu tiên là thao tác ñịnh kênh, trong ñó mỗi ký hiệu số liệu dược chuyển thành một số chip nhờ vậy tăng ñộ rộng phổ tín hiệu. Số chip trên một ký hiệu (hay tỷ


số giữa tốc ñộ chip và tốc ñộ ký hiệu) ñược gọi là hệ số trải phổ (SF: Spectrum Factor), hay nói một cách khác SF=Rs/Rc trong ñó Rs là tốc ñộ ký hiệu còn Rc là tốc ñô chip. Hệ số trải phổ là một giá trị khả biến, ngoại trừ ñối với kênh chia sẻ ñường xuống vật lý tốc ñộ cao (HS-PDSCH ) trong HSDPA có SF=16. Thao tác thứ hai là thao tác ngẫu nhiên hóa ñể tăng tính trực giao trong ñó một mã ngẫu nhiên hóa ñược ‘trộn’ với tín hiệu trải phổ. Mã ngẫu nhiên hoá ñược xây dựng trên cơ sở mã Gold. Trong quá trình ñịnh kênh, các ký hiệu số liệu ñược nhân với một mã OVSF (Orthogonal Variable Spread Factor: mã trực giao hệ số khả biến) ñồng bộ về thời gian với biên của ký hiệu. Trong 3GPP, OVSF (hình 2.6) ñược sử dụng cho các tốc ñộ ký hiệu khác nhau và ñược ký hiệu là Cch,SF,k trong ñó SF là hệ số trải phổ của mã và k là số thứ tự mã (0≤k≤SF-1). Các mã ñịnh kênh có các tính chất trực giao và ñược sử dụng ñể phân biệt các thông tin ñược phát ñi cùng từ một nguồn: (1) các kết nối khác nhau trên ñường xuống trong cùng một ô trên ñường xuống và giảm nhiễu nội ô, (2) các kênh số liệu vật lý ñường lên từ một UE. Trên ñường xuống các mã OVSF trong mộ ô bị hạn chế vì thế cần ñược quản lý bởi RNC, tuy nhiên ñiều này không xẩy ra ñối với ñường lên. Cần lưu ý khi chọn mã ñịnh kênh ñể chúng không tương quan với nhau. Chẳng hạn khi ñã chọn mã Cch,8,4=+1-1+1-1+1-1+1-1, không ñược 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. Các mã OVSF chỉ hiệu quả khi các kênh ñược ñồng bộ hoàn hảo tại mức ký hiệu. Mất tương quan chéo do truyền sóng ña ñường ñược bù trừ bởi thao tác ngẫu nhiên hóa bổ sung. Với thao tác ngẫu nhiên hóa, phần thực (I) và phần ảo (Q) của tín hiệu trải phổ ñược nhân bổ sung với mã ngẫu nhiên hóa phức. Mã ngẫu nhiên hóa phức ñược sử dụng ñể phân biệt các nguồn phát: (1) các ô khác nhau ñối với ñường xuống và (2) các UE khác nhau ñối với ñường lên. Các mã này có các tính chất tương quan tốt (trung bình hóa nhiễu) và luôn ñược sử dụng ñể ‘trộn’ với các mã trải phổ nhưng không làm ảnh hưởng ñộ rộng phổ tín hiệu và băng thông truyền dẫn.

Hình 2.6. Cây mã ñịnh kênh

ðường truyền giữa nút B và UE trong WCDMA chứa nhiều kênh. Có thể chia các kênh này thành hai loại: (1) kênh riêng ñể truyền lưu lượng và (2) kênh chung mang các thông tin ñiều khiển và báo hiệu. ðường truyền từ UE ñến nút B ñược gọi là


ñường lên, còn ñường ngược lại từ nút B ñến UE ñược gọi là ñường xuống. Trước hết ta xét trải phổ cho các kênh ñường lên.

2.7. TRẢI PHỔ VÀ ðIỀU CHẾ ðƯỜNG LÊN 2.7.1. Trải phổ và ñiều chế các kênh riêng ñường lên Nguyên lý trải phổ cho DPDCH (Dedicated Physical Data Channel: kênh số liệu vật lý riêng, kênh ñể truyền lưu lượng của người sử dụng) và DPCCH (Dedicated Physical Control Channel: kênh ñiều khiển vật lý riêng; kênh ñi cùng với DPDCH ñể mang thông tin ñiều khiển lớp vật lý) ñược minh họa trên hình 2.7. Một DPCCH và cực ñại sáu DPDCH song song giá trị thực có thể ñược trải phổ và phát ñồng thời. DPCCH luôn ñược trải phổ bằng mã Cc=Cch,256,0, trong ñó k=0. Nếu chỉ một kênh DPDCH ñược phát trên ñường lên, thì DPDCH1 ñược trải phổ với mã Cd,1=Cch,SF,k, trong ñó k=SF/4 là số mã OVSF và k=SF/4. Nghĩa là nếu hệ số trải phổ SF=128 thì k=32. Nếu nhiều DPDCH ñược phát, thì tất cả DPDCH ñều có hệ số trải phổ là 4 (tốc ñộ bit kênh là 960kbps) và DPDCHn ñược trải phổ bởi mã Cd,n=Cch,4,k, trong ñó k=1 nếu n∈{1,2}, k=3 nếu n∈{3,4} và k=2 nếu n∈{5,6}. ðể bù trừ sự khác nhau giữa các hệ số trải phổ của số liệu, tín hiệu trải phổ ñược ñánh trọng số bằng các hệ số khuyếch ñại ký hiệu là βc cho DPCCH và βd cho DPDCH. Các hệ số khuyếch ñại này ñược tính toán bởi SRNC và ñược gửi ñến UE trong giai ñoạn thiết lập ñường truyền vô tuyến hay ñặt lại cấu hình. Các hệ số khuyếch ñại nằm trong dải từ 0 ñến 1 và ít nhất một trong số các giá trị của βc và βd luôn luôn bằng 1. Luồng chip của các nhánh I và Q sau ñó ñược cộng phức với nhau và ñược ngẫu nhiên hóa bởi một mã ngẫu nhiên hóa phức ñược ký hiệu là Sdpch,n trên hình 2.7. Mã ngẫu nhiên hóa này ñược ñồng bộ với khung vô tuyến, nghĩa là chip thứ nhất tương ứng với ñầu khung vô tuyến.

Hình 2.7. Trải phổ và ñiều chế DPDCH và DPCCH ñường lên


Các nghiên cứu cho thấy mọi sự phát không liên tục trên ñường lên có thể gây nhiễu âm thanh cho thiết bị âm thanh ñặt gần máy ñầu cuối di ñộng. Thí dụ ñiển hình là trường hợp nhiễu tần số khung (217 Hz=1/4,615ms) gây ra do các ñầu cuối GSM. ðể tránh hiệu ứng này, kênh DPCCH và các kênh DPDCH không ñược ghép theo thời gian mà ñược ghép theo mã I/Q (ñiều chế QPSK hai kênh) với ngẫu nhiên hoá phức. Minh họa trên hình 2.8 cho thấy sơ ñồ ñiều chế này cho phép truyền dẫn liên tục ngay cả trong các chu kỳ im lặng khi chỉ có thông tin ñiều khiển lớp 1 ñể duy trì hoạt ñộng ñường truyền (DPCCH) là ñược phát.

Hình 2.8. Truyền dẫn kênh ñiều khiển vật lý riêng ñường lên và kênh số liệu vật lý riêng ñường lên khi có/ không có (DTX) số liệu của người sử dụng

Như minh họa trên hình 2.9, các mã ngẫu nhiên hóa phức ñược tạo ra bằng cách quay pha giữa các chip trong một chu kỳ ký hiệu trong giới hạn ±900. Bằng cách này hiệu suất của bộ khuếch ñại (liên quan ñến tỷ số công suất ñỉnh trên công suất trung bình) trong UE hầu như không ñổi không phụ thụ thuộc vào tỷ số β giữa DPDCH và DPCCH.

Hình 2.9. Chùm tín hiệu ñối với ghép mã I/Q sử dung ngẫu nhiên hóa phức, β biểu diễn cho tỷ số công suất giữa DPDCH và DPCCH.

DPCCH và các DPDCH có thể ñược ngẫu nhiên hóa bằng các mã ngẫu nhiên dài hoặc ngắn. Có 224 mã ngẫu nhiên hóa dài ñường lên và 224 mã ngẫu nhiên ngắn ñường lên. Vì có thể sử dụng ñược hàng triệu mã nên không cần quy hoạch mã ñường lên. Số mã ngẫu nhiên cho DPCH (0,…., 16777215), cùng với SF thấp nhất ñược phép của mã ñịnh kênh (4, 8, 16, 32, 128 và 256) cho phần số liệu ñược ấn ñịnh bởi các lớp cao hơn, chẳng hạn khi thiết lập kết nối RRC hoặc khi ñiều khiển chuyển giao.


2.7.2. Trải phổ và ñiều chế kênh chung ñường lên PRACH Phần này sẽ trình bầy ấn ñịnh mã cho tiền tố và phần bản tin của PRACH là một dạng kênh chung ñường lên. Trải phổ và ngẫu nhiên hóa phần bản tin PRACH ñược minh họa trên hình 2.10.

Hình 2.10. Trải phổ và ñiều chế phần bản tin PRACH

Phần ñiều khiển của bản tin PRACH ñược trải phổ bằng mã ñịnh kênh Cc=Cch,256,m, trong ñó m=16.s+15 và s (0 ≤s≤15) là chữ ký tiền tố và phần số liệu ñược trải phổ bằng mã ñịnh kênh Cd=Cch,SF,m, trong ñó SF (có giá trị từ 32 ñến 256) là hệ số trải phổ sử dụng cho phần số liệu và m=SF.s/16. Phần bản tin PRACH luôn luôn ñược trải phổ bằng mã ngẫu nhiên hóa dài. ðộ dài của mã ngẫu nhiên hóa ñược sử dụng cho phần bản tin là 10ms. Có tất cả là 8192 mã ngẫu nhiên hóa.

2.8. TRẢI PHỔ VÀ ðIỀU CHẾ ðƯỜNG XUỐNG 2.8.1. Sơ ñồ trải phổ và ñiều chế ñường xuống Khái niệm trải phổ và ngẫu nhiên hóa ñường xuống ñược minh họa trên hình 2.11. Ngoại trừ các SCH (kênh ñồng bộ sẽ xét trong chương 3), mỗi cặp hai bit kênh trước hết ñược biến ñổi từ nối tiếp vào song song tương ứng một ký hiệu ñiều chế, sau ñó ñược ñặt lên các nhánh I và Q. Sau ñó các nhánh I và Q ñược trải phổ ñến tốc ñộ 3,84Mcps bằng cùng mỗi mã dịnh kênh Cch,SF,m. Các chuỗi chip giá trị thực trên các nhánh I và Q sau ñó ñược ngẫu nhiên hóa bằng mã ngẫu nhiên hóa phức ñể nhận dạng nguồn phát nút B, mã này ñựợc ký hiệu là Sdl,n trên hình 2.11. Mã ngẫu nhiên hóa này ñược ñồng bộ với mã ngẫu nhiên hóa sử dụng cho P-CCPCH (kênh vật lý ñiều khiển chung sơ cấp sẽ xét trong cương 3), trong ñó chíp phức ñầu tiên của khung P-CCPCH ñược nhân với chip số 0 của mã ngẫu nhiên hóa này. Sau trải phổ, mỗi kênh vật lý ñường xuống (trừ các SCH) ñược ñánh trọng số bằng các hệ số trọng số riêng ký hiệu là Gi như trên hình 2.11. P-SCH và S-SCH giá trị phức ñược ñánh trọng số riêng bằng các hệ số trọng số Gp và Gs. Tất cả các kênh ñường xuống ñược kết hợp với nhau bằng cộng phức. Chuỗi nhận ñược sau trải phổ và ngẫu nhiên hóa ñược ñiều chế QPSK.


Hình 2.11. Sơ ñồ trải phổ và ñiều chế cho tất cả các kênh vật lý ñường xuống

2.8.2. Các mã trải phổ ñường xuống Trên ñường xuống, cùng các mã ñịnh kênh như trên ñường lên (mã OVSF) ñược sử dụng. Thông thường mỗi ô chỉ có một cây mã và mỗi cây mã ñược ñặt dưới một mã ngẫu nhiên hóa ñể dùng chung cho nhiều người sử dụng. Theo quy ñinh, các mã ñịnh kênh dùng cho P-CPICH (kênh hoa tiêu chung sơ cấp sẽ xét trong chương 3) và P-CCPCH là Cch,256,0 và Cch,256,1. Bộ quản lý tài nguyên trong RNC ấn ñịnh các mã ñịnh kênh cho tất cả các kênh khác với giới hạn SF=512 trong trường hợp sử dụng chuyển giao phân tập. Mã OVSF có thể thay ñổi theo từng khung trên kênh PDSCH (kênh chia sẻ ñường xuống vật lý sẽ xét trong chương 3). Quy tắc thay ñổi như sau, mã (các mã) OVSF ñược sử dụng cho kết nối phía dưới hệ số trải phổ nhỏ nhất là mã từ nhánh cây, mã nhánh cây mã ñược chỉ ra bởi hệ số trải phổ thấp nhất này. Nếu DSCH ñược sắp xếp lên nhiều PDSCH song song, thì quy tắc tương tự ñược áp dụng, nhưng tất các nhánh mã ñược sử dụng bởi các mã này tương ứng với hệ số trải phổ nhỏ nhất ñều có thể sử dụng cho ấn ñịnh hệ số trải phổ cao hơn.

2.8.3. Các mã ngẫu nhiên hóa ñường xuống Trên ñường xuống chỉ có các mã ngẫu nhiên hóa dài là ñược sử dụng. Có cả thẩy 218-1=262143 mã ngẫu nhiên ñược ñánh số từ 0 ñến 262142. Các chuỗi mã ngẫu nhiên ñược ký hiệu là Sdl,n ñược cấu trúc bằng các ñoạn của chuỗi Gold. ðể tăng tốc quá trình tìm ô, chỉ 8192 mã trong số 262143 ñược sử dụng trong thực tế và ñược cắt ngắn lấy ñoạn ñầu 38400 chip ñể phù hợp với chu kỳ khung 10 ms. Như minh họa trên hình 2.12, chỉ có các mã với n=0,1,…, 8191 ñược sử dụng. Các mã này ñược chia thành 512 tập. Mỗi tập gồm 16 mã (i=0…15) với một mã sơ cấp và 15 mã thứ cấp. 8 tập (i=0…7) với 8x16 mã hợp thành một nhóm tạo nên 64 nhóm (j=0…63).


Hình 2.12. Các mã ngẫu nhiên hóa sơ cấp và thứ cấp

Vì thông thường mỗi ô ñược nhận dạng bằng một mã ngẫu nhiên hoá sơ cấp, nên quá trình tìm kiếm ô cũng là quá trình tìm kiếm mã này. Quá trình tìm kiếm ô có thể ñược thực hiện theo ba bước sau:

√ Tìm P-SCH (kênh ñồng bộ sơ cấp) ñể thiết lập ñồng bộ khe và ñồng bộ ký hiệu

√ Tìm S-SCH (kênh ñồng bộ thứ cấp) ñể thiết lập ñồng bộ khung và nhóm mã

√ Tìm mã ngẫu nhiên hóa ñể nhận dạng ô 2.8.4. Ghép kênh ña mã ñường xuống ðể tăng dung lượng kênh ñường xuống ta có thể sử dụng sơ ñồ ghép kênh ña mã như cho ở hình 2.13.

S/P: biến ñổi nối tiếp thành song song

Hình 2.13. Truyền dẫn ña mã cho ñường xuống


2.9. TỔNG KẾT Các hệ thống CDMA ñược xây dựng trên cơ sở trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS). Việc sử dụng trải phổ cùng với các mã trực giao cho phép nhiều ñầu cuối di ñộng có thể dùng chung một tần số. Khi này tính trực giao của các mã và trải phổ cho phép một máy thu ñầu cuối có thể dễ dàng tách ra ñược tín hiệu của mình. Do sử dụng chung một tần số nên có thể áp dụng chuyển giao mềm cho CDMA. Trong chuyển giao mềm một máy di ñộng có thể kết nối ñến nhiều trạm gốc trên cùng một tần số nhưng với mã trải phổ khác nhau. Ưu ñiểm của chuyển giao mềm là không làm mất cuộc gọi trong quá trình chuyển giao mặc dù nó làm giảm phần nào dụng lượng ô và tăng thêm tính phức tạp hệ thống. Nhưng cũng vì sử dụng chung một tần số nên có thể xẩy ra hiện tượng gần xa, trong ñó máy di ñộng gần trạm gốc sẽ gây nhiễu cho các người sử dụng khác. ðể khắc phục nhược ñiểm này phải áp dụng ñiều khiển công suất nhanh cho CDMA trong ñó mày di ñộng gần trạm gốc sẽ ñược ñiều chình phát công suất thấp hơn máy di ñộng ở xa trạm gốc. ðiều khiển công suất nhanh trong WCDMA ñược thực hiện 1500 lần trong một giây. Một ñặc ñiểm nữa của CDMA là các mã ngẫu nhiên hóa mang tính trực giao khá cao nên các ñường truyền ñến máy thu có ñộ trễ khác nhau thời gian chip hoặc lớn hơn thời gian này ñều ñộc lập với nhau và vì thế có thể sử dụng phân tập ña ñường (hay máy thu RAKE) trong CDMA. Nguyên tắc của máy thu RAKE là chọn một số ñường (một số ngón) có công suất thu lớn hơn ngưỡng, ñồng chỉnh pha các ñường này rồi cộng công suất thu của chúng với nhau. WCDMA sử dụng hai tầng trải phổ: (1) trải phổ bằng mã ñịnh kênh, (2) trải phổ bằng mã nhận dạng nguồn phát. Mã ñịnh kênh ñược xây dựng trên cơ sở mã hệ số trải phổ trực giao khả biến (OVSF), trong ñó hệ số trải phổ SF=Rs/Rc với Rs là tốc ñộ ký hiệu và Rc là tốc ñộ chip. Mã ngẫu nhiên hóa ñược cấu trúc từ mã Gold. WCDMA sử dụng ñiều chế QPSK cho ñường xuống và BPSK cho ñường lên. ðể giảm tỷ số công suất ñỉnh trên công suất trung bình của tín hiệu ñiều chế, ngẫu nhiên hóa phức ñược sử dụng.


Chương 3 GIAO DI ỆN VÔ TUYẾN CỦA WCDMA UMTS


• Hiểu tổng quan về WCDMA/FDD • Hiểu kiến trúc WCDMA và các kênh của nó • Hiểu ñược các kỹ thuật phân tập phát trong WCDMA


• Kiến trúc giao diện vô tuyến của 3G WCDMA/FDD

• Các thông số lớp vật lý và quy hoạch tần số của WCDMA/FDD

• Các kiểu kênh của WCDMA/FDD

• Sơ ñồ tổng quát của một thiết bị thu phát WCDMA

• Các sơ ñồ phân tập phát ñược sử dụng cho WCDMA

• Các sơ ñồ ñiều chế và chuyển giao trong WCDMA

• Các thông số quan trọng máy thu và máy phát vô tuyên của UE

• Mã hóa tiếng AMR


• Tham khảo thêm các tài liệu tham khảo cuối tài liệu giảng dạy của khóa học

3.2. MỞ ðẦU WCDMA UMTS là một trong các tiêu chuẩn của IMT-2000 nhằm phát triển của GSM ñể cung cấp các khả năng cho thế hệ ba. WCDMA UMTS sử dụng mạng ña truy nhập vô tuyến trên cơ sở W-CDMA và mạng lõi ñược phát triển từ GSM/GPRS. W-CDMA có thể có hai giải pháp cho giao diện vô tuyến: ghép song công phân chia theo tần số (FDD: Frequency Division Duplex) và ghép song công phân chia theo thời gian (TDD: Time Division Duplex). Cả hai giao diện này ñều sử dụng trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-CDMA). Giải pháp thứ nhất sẽ ñược triển khai rộng rãi còn giải pháp thứ hai chủ yếu sẽ ñược triển khai cho các ô nhỏ (Micro và Pico). Hiện nay mới chỉ có WCDMA/FDD ñược triển khai vì thế trong khóa học này ta sẽ chỉ xét WCDMA/FDD Giải pháp FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz với hai sóng mang phân cách nhau 190 MHz: ñường lên có băng tần nằm trong dải phổ từ 1920 MHz ñến 1980 MHz, ñường xuống có băng tần nằm trong dải phổ từ 2110 MHz ñến 2170 Mhz. Mặc dù 5 MHz là ñộ rộng băng danh ñịnh, ta cũng có thể chọn ñộ rộng băng từ 4,4 MHz ñến 5


MHz với nấc tăng là 200 KHz. Việc chọn ñộ rộng băng ñúng ñắn cho phép ta tránh ñược 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 ñến 1920 MHz và từ 2010 MHz ñến 2025 MHz; ở ñây ñường lên và ñường xuống sử dụng chung một băng tần. Giao diện vô tuyến của W-CDMA/FDD (ñể ñơn giản ta sẽ bỏ qua ký hiệu FDD nếu không xét ñến TDD) hoàn toàn khác với GSM và GPRS, W-CDMA sử dung phương thức trải phổ chuỗi trực tiếp với tốc ñộ chip là 3,84 Mcps. Trong WCDMA mạng truy nhập vô tuyến ñược gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network). 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 ñã có kế hoạch nâng cấp các GSM BTS cho WCDMA. ðối với các nhà sản suất này có thể chỉ tháo ra một số bộ thu phát GSM từ BTS và thay vào ñó các bộ thu phát mới cho WCDMA. Một số rất ít nhà sản suất còn lập kế hoạch xa hơn. Họ chế tạo các BSC ñồng thời cho cả GSM và WCDMA. Tuy nhiên ña phần các nhà sản suất phải thay thế GSM BSC bằng RNC mới cho WCDMA. W-CDMA 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 ñược nâng cấp từ mạng hiện có ñể hỗ trợ ñồng thời WCDMA và GSM. Giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD ñược xây dựng trên ba kiểu kênh: kênh logic, kênh truyền tải và kênh vật lý. Kênh logic ñược hình thành trên cơ sở ñóng gói các thông tin từ lớp cao trước khi sắp xếp vào kênh truyền tải. Nhiều kênh truyền tải ñược ghép chúng vào kênh vật lý. Kênh vật lý ñược xây dựng trên công nghệ ña truy nhập CDMA kết hợp với FDMA/FDD. Mỗi kênh vật lý ñược ñặc trưng bởi một cặp tần số và một mã trải phổ. Ngoài ra kênh vật lý ñường lên còn ñược ñặc trưng bởi góc pha. Trong phần dưới ñây ta trước hết ta xét kiến trúc giao thức của giao diện vô tuyến sau ñó ta sẽ xét giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD, sau ñó sẽ xét các kênh này.

3.3. KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC CỦA GIAO DI ỆN VÔ TUYẾN WCDMA/FDD Kiến trúc giao diện vô tuyến của WCDMA ñược cho trên hình 3.1.


UP: Mặt phẳng người sử dụng CP: Mặt phẳng ñiều khiển

Hình 3.1. Kiến trúc giao thức vô tuyến cho UTRA FDD. Ngăn xếp giao thức của giao diện vô tuyến bao gồm 3 lớp giao thức:

• Lớp vật lý (L1). ðặc tả các vấn ñề liên quan ñến giao diện vô tuyến như ñiều chế và mã hóa, trải phổ v.v..

• Lớp liên kết nối số liệu (L2). Lập khuôn số liệu vào các khối số liệu và ñảm bảo truyền dẫn tin cậy giữa các nút lân cận hay các thực thể ñồng cấp

• Lớp mạng (L3). ðặc tả ñánh ñịa chỉ và ñịnh tuyến Mỗi khối thể hiện một trường hợp của giao thức tương ứng. ðường không liền nét thể hiện các giao diện ñiều khiển, qua ñó giao thức RRC ñiều khiển và lập cấu hình các lớp dưới. Lớp 2 ñược chia thành các lớp con: MAC (Medium Access Control: ðiều khiển truy nhập môi trường) và RLC (Radio link Control: ñiều khiển liên kết), PDCP (Packet Data Convergence Protocol: Giao thức hội tụ số liệu gói) và BMC (Broadcast/Multicast Control: ðiều khiển quảng bá/ña phương ). Lớp 3 và RLC ñược chia thành hai mặt phẳng: mặt phẳng ñiều 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: ñiều 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 vật lý là lớp thấp nhất ở giao diện vô tuyến. Lớp vật lý ñược sử dụng ñể truyền dẫn ở giao diện vô tuyến. Mỗi kênh vật lý ở lớp này ñược xác ñịnh bằng một tổ hợp tần số, mã ngẫu nhiên hoá (mã ñịnh kênh) và pha (chỉ cho ñường lên). Các kênh ñược sử dụng vật lý ñể truyền thông tin của các lớp cao trên giao diện vô tuyến, tuy nhiên cũng có một số kênh vật lý chỉ ñược dành cho hoạt ñộng của lớp vật lý.


ðể truyền thông tin ở giao diện vô tuyến, các lớp cao phải chuyển các thông tin này qua lớp MAC ñến lớp vật lý bằng cách sử dụng các kênh logic. MAC sắp xếp các kênh này lên các kênh truyền tải trước khi ñưa ñến lớp vật lý ñể lớp này sắp xếp chúng lên các kênh vật lý. 3.4. CÁC THÔNG SỐ LỚP VẬT LÝ VÀ QUY HO ẠCH TẦN SỐ 3.4.1. Các thông số lớp vật lý Các thông số lớp vật lý của WCDMA ñược cho trong bảng 3.1.

Bảng 3.1. Các thông số lớp vật lý W-CDMA

W-CDMA

Sơ ñồ ña truy nhập DS-CDMA băng rộng

ðộ rộng băng tần (MHz) 5/10/15/20

Mành phổ 200 kHz

Tốc ñộ chip (Mcps) (1,28)/3,84/7,68/11,52/15,36

ðộ dài khung 10 ms

ðồng bộ giữa các nút B Dị bộ/ñồng bộ

Mã hóa sửa lỗi Mã turbo, mã xoắn

ðiều chế DL/UL QPSK/BPSK

Tr ải phổ DL/UL QPSK/OCQPSK (HPSK)

Bộ mã hóa thoại CS-ACELP/(AMR)

Tổ chức tiêu chuẩn 3GPP/ETSI/ARIB DL: Downlink: ñường xuống; UL: Uplink: ñường lên OCQPSK (HPSK): Orthogonal Complex Quadrature Phase Shift Keying (Hybrid PSK) = khóa chuyển pha vuông góc trực giao CS-ACELP: Conjugate Structure-Algebraic Code Excited Linear Prediction = Dự báo tuyến tính kích thích theo mã lñại số cấu trúc phức hợp 3GPP: Third Generation Parnership Project: ðề án của các ñối tác thế hệ ba ETSI: European Telecommunications Standards Institute: Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ARIB: Association of Radio Industries and Business: Liên hiệp công nghiệp và kinh doanh vô tuyến

3.4.2. Quy hoạch tần số Các băng tần sử dụng cho WCDMA FDD trên toàn cầu ñược cho trên hình 3.2a. WCDMA sử dụng phân bố tần số quy ñịnh cho IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000) (hình 3.2b) như sau. Ở châu Âu và hầu hết các nước châu Á băng tần IMT-2000 là 2×60 MHz (1920-1980 MHz cộng với 2110-2170 MHz) có thể sử dụng cho WCDMA/ FDD. Băng tần sử dụng cho TDD ở châu Âu thay ñổi, băng tần ñược cấp theo giấy phép có thể là 25 MHz cho sử dụng TDD ở 1900-1920 (TDD1) và 2020-2025 MHz (TDD2). Băng tần cho các ứng dụng TDD không


cần xin phép (SPA= Self Provided Application: ứng dụng tự cấp) có thể là 2010-2020 MHz. Các hệ thống FDD sử dụng các băng tần khác nhau cho ñường lên và ñường xuống với phân cách là khoảng cách song công, còn các hệ thống TDD sử dụng cùng tần số cho cả ñường lên và ñường xuống. UMTS quy ñịnh khai thác song công phân chia theo tần số là chế ñộ tiêu chuẩn cho thông tin thoại và số liệu. Hoạt ñộng ñồng thời và liên tục của các mạch ñiện phát và thu là các thay ñổi ñáng kể nhất so với họat ñộng của GSM.

Hình 3.2. Phân bố tần số cho WCDMA/FDD. a) Các băng có thể dùng cho WCDMA FDD toàn cầu; b) Băng tần IMT-2000.

Băng tần cho họat ñộng FDD cho các băng I, II và III ñược cho trên hình 3.3. Băng I (B1) là ấn ñịnh băng chính ở Châu Âu. Quy ñịnh dành hai cấp phát 60MHz với khoảng cách song công chuẩn 190MHz, tuy nhiên quy ñịnh cũng cho phép song công khả biến, trong ñó khoảng cách phát thu nằm trong khoảng 130 ñến 250MHz. Hệ thống song công khả biến ñặt ra các yêu cầu bổ sung ñối với thiết kế máy phát thu vì các bộ tổ tần số máy phát và máy thu phải hoạt ñộng ñộc lập với nhau. Băng II (B2) tái sử dụng băng hiện có của hệ thống thông tin di ñộng cá nhân và dự ñịnh ñể sử dụng ở Mỹ ñể ñảm bảo ñồng tồn tại UMTS và GSM. Khoảng cách song công chỉ bằng 80MHz ñối với băng II vì thế ñặt ra các yêu cầu khó khăn hơn ñối với phần cứng của máy thu phát.


Hình 3.3 Cấp phát băng tần WCDMA/FDD

Hình 3.4 cho thấy cấp phát băng thông theo ñầu thầu tại Vương Quốc Anh. Phổ tần ñược chia cho năm nhà khai thác như sau:

√ Cấp phép A (Hutchison) nhận cấp phát băng kép 14,6 MHz (tương ñương 3×5MHz với băng bảo vệ nhỏ hơn)

√ Cấp phép B Vodafon) nhận cấp phát băng kép 14,8MHz (tương ñương 3×5MHz với băng bảo vệ nhỏ hơn)

√ Cấp phép C (BT3G) nhận cấp phát băng kép 10MHz (2×5MHz) và băng ñơn 5MHz tại 1910 MHz

√ Cấp phép D (One2One) nhận cấp phát băng kép 10MHz (2×5MHz) và băng dơn 5MHz tại 1900MHz

√ Cấp phép E (Orange) nhận cấp phát băng kép (2×5MHz) và băng ñơn 5MHz tại 1905MHz.

Hình 3.4. Thí dụ cấp phát băng tần cho năm nhà khai thác tại Vương Quốc Anh Cấp phát tần số của ðức khác với cấp phát tần số ở Anh ở chỗ, các 10MHz băng kép ñược cấp phát cho sáu nhà khai thác (6×10MHz), tất cả bốn kênh TDD1 ñược cấp phát (1900 ñến 1920 MHz) cùng với một trong số các kênh TDD2 (hình 3.5).


Hình 3.5. Cấp phát tần số cho sáu nhà khai thác tại ðức Tại Vi ệt Nam băng tần 3G ñược cấp phát tần số theo tám khe tần số như cho trong bảng 3.2, trong ñó hai hoặc nhiều nhà khai thác có thể cùng tham gia xin cấp phát chung một khe.

Bảng 3.2. Cấp phát tần số 3G tại Vi ệt Nam

Khe tần số

FDD TDD

BSTx* BSRx** BSTx/BSRx

A 2110-2125 MHz 1920-1935 MHz 1915-1920 MHz

B 2125-2140 MHz 1935-1950 MHz 1910-1915 MHz

C 2140-2155 MHz 1950-1965 MHz 1905-1910 MHz

D 2155-2170 MHz 1965-1980 MHz 1900-1905 MHz

* BSTx: máy phát trạm gốc ** BSRx: máy thu trạm gốc Lý do cấp phát các kênh 5MHz khác nhau tại các nước khác nhau là ở chỗ các nhà khai thác phải quy hoạch mã và phải tránh việc sử dụng các mã gây ra nhiễu kênh lân cận trong cùng một nước hoặc các nhà khai thác khác trong nước liền kề. Vì thế cần phải nghiên cứu quan hệ giữa các tổ hợp mã trải phổ và hoạt ñộng của các kênh lân cận.

3.5. CÁC KÊNH CỦA WCDMA Các kênh của WCDMA ñược chia thành các loại kênh sau ñây:


√ Kênh vật lý (PhCH). Kênh mang số liệu trên giao diện vô tuyến. Mỗi PhCH có một trải phổ mã ñịnh kênh duy nhất ñể 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 ñược chia sẻ giữa các UE trong một ô.

√ Kênh truyền tải (TrCH) . Kênh do lớp vật lý cung cấp cho lớp 2 ñể truyền số liệu. Các kênh TrCH ñược sắp xếp lên các PhCH

√ Kênh Logic (LoCH). Kênh ñược lớp con MAC của lớp 2 cung cấp cho lớp cao hơn. Kênh LoCH ñược xác ñịnh bởi kiểu thông tin mà nó truyền.

3.5.1. Các kênh logic, LoCH

Nói chung các kênh logic (LoCH: Logical Channel) ñược chia thành hai nhóm: các kênh ñiều khiển (CCH: Control Channel) ñể truyền thông tin ñiều khiển và các kênh lưu lượng (TCH: Traffic Channel) ñể truyền thông tin của người sử dụng. Các kênh logic và ứng dụng của chúng ñược tổng kết trong bảng 3.2.

Bảng 3.2. Danh sách các kênh logic

Nhóm kênh Kênh logic Ứng dụng

CCH (Control Channel: Kênh ñiều khiển)

BCCH (Broadcast Control Channel: Kênh ñiều khiển quảng bá)

Kênh ñường xuống ñể phát quảng bá thông tin hệ thống

PCCH (Paging Control Channel: Kênh ñiều khiển tìm gọi)

Kênh ñường xuống ñể phát quảng bá thông tin tìm gọi

CCCH (Common Control Channel: Kênh ñiều khiển chung)

Kênh hai chiều ñể phát thông tin ñiều khiển giữa mạng và các UE. ðược sử dụng khi không có kết nối RRC hoặc khi truy nhập một ô mới

DCCH (Dedicated Control Channel: Kênh ñiều khiển riêng).

Kênh hai chiều ñiểm ñến ñiểm ñể phát thông tin ñiều khiển riêng giữa UE và mạng. ðược thiết lập bởi thiết lập kết nối của RRC

TCH (Traffic Channel: Kênh lưu lượng)

DTCH (Dedicated Traffic Channel: Kênh lưu lượng riêng)

Kênh hai chiều ñiểm ñến ñiểm riêng cho một UE ñể truyền thông tin của người sử dụng. DTCH có thể tồn tại cả ở ñường lên lẫn ñường xuống

CTCH (Common Traffic Channel: Kênh lưu lượng chung)

Kênh một chiều ñiểm ña ñiểm ñể truyền thông tin của một người sử dụng cho tất cả hay một nhóm người sử dụng quy ñịnh hoặc chỉ cho một người sử dụng. Kênh này chỉ có ở ñường xuống.


3.5.2. Các kênh truyền tải, TrCH

Các kênh lôgic ñược lớp MAC chuyển ñổi thành các kênh truyền tải. Tồn tại hai kiểu kênh truyền tải: các kênh riêng và các kênh chung. ðiểm khác nhau giữa chúng là: kênh chung là tài nguyên ñược chia sẻ cho tất cả hoặc một nhóm các người sử dụng trong ô, còn kênh kênh riêng ñược ấn ñịnh riêng cho một người sử dụng duy nhất. Các kênh truyền tải chung bao gồm: BCH (Broadcast channel: Kênh quảng bá), FACH (Fast Access Channel: Kênh truy nhập nhanh), PCH (Paging Channel: Kênh tìm gọi), DSCH (Down Link Shared Channel: Kênh chia sẻ ñường xuống), CPCH (Common Packet Channel: Kênh gói chung). Kênh riêng chỉ có một kênh duy nhất là DCH (Dedicated Channel: Kênh riêng). Kênh truyền tải chung có thể ñược áp dụng cho tất cả các người sử dụng trong ô hoặc cho một người hoặc nhiều người ñặc thù. Khi kênh truyền tải chung ñược sử dụng ñể phát thông tin cho tất cả các ngừơi sử dụng thì kênh này không cần có ñịa chỉ. Chẳng hạn kênh BCH ñể phát thông tin quảng bá cho tất cả các người sử dụng trong ô. Khi kênh truyền tải chung áp dụng cho một người sử dụng ñặc thù, thì cần phát nhận dạng người sử dụng trong băng (trong bản tin sẽ ñược phát). Kênh PCH là kênh truyền tải chung ñược sử dụng ñể tìm gọi một UE ñặc thù sẽ chứa thông tin nhận dạng người sử dụng bên trong bản tin phát. Danh sách các kênh truyền tải và ứng dụng của chúng dược cho ở bảng 3.3.

Bảng 3.3. Danh sách các kênh truyền tải

Kênh truy ền tải ứng dụng

DCH (Dedicated Channel: Kênh riêng)

Kênh hai chiều ñược sử dụng ñể phát số liệu của người sử dụng. ðược ấn ñịnh riêng cho người sử dụng. Có khả năng thay ñổi tốc ñộ và ñiều khiển công suất nhanh

BCH (Broadcast Channel: Kênh quảng bá)

Kênh chung ñường xuống ñể phát thông tin quảng bá (chẳng hạn thông tin hệ thống, thông tin ô)

FACH (Forward Access Channel: Kênh truy nhập ñường xuống)

Kênh chung ñường xuống ñể phát thông tin ñiều khiển và số liệu của người sử dụng. Kênh chia sẻ chung cho nhiều UE. ðược sử dụng ñể truyền số liệu tốc ñộ thấp cho lớp cao hơn

PCH (Paging Channel: Kênh tìm gọi)

Kênh chung dường xuống ñể phát các tín hiệu tìm gọi

RACH (Random Access Channel)

Kênh chung ñường lên ñể phát thông tin ñiều khiển và số liệu người sử dụng. áp dụng trong truy nhập ngẫu nhiên và ñược sử dụng ñể truyền số liệu thấp của người sử dụng

CPCH (Common Packet Channel: Kênh gói chung)

Kênh chung ñường lên ñể phát số liệu người sử dụng. áp dụng trong truy nhập ngẫu nhiên và ñược sử dụng trước hết ñể truyền số liệu cụm.

DSCH (Dowlink Shared Channel: Kênh chia sẻ ñường xuống)

Kênh chung ñường xuống ñể phát số liệu gói. Chia sẻ cho nhiều UE. Sử dụng trước hết cho truyền dẫn số liệu tốc ñộ cao.


Các kênh logic ñược chuyển thành các kênh truyền tải như cho trên hình 3.6.

Hình 3.6. Chuyển ñổi giữa các LoCH và TrCH trên ñường lên và ñường xuống 3.5.3. Các kênh vật lý

Một kênh vật lý ñược coi là tổ hợp của tần số, mã ngẫu nhiên, mã ñịnh kênh và cả pha tương ñối (ñối với ñường lên). Kênh vật lý (Physical Channel) bao gồm các kênh vật lý riêng (DPCH: Dedicated Physical channel) và kênh vật lý chung (CPCH: Common Physical Channel). Các kênh vật lý ñược tổng kết ở hình 3.7 và bảng 3.4.

Hình 3.7. Tổng kết các kiểu kênh vật lý


Bảng 3.4. Danh sách các kênh vật lý

Tên kênh ứng dụng

DPCH (Dedicated Physical Channel: Kênh vật lý riêng)

Kênh hai chiều ñường xuống/ñường lên ñược ấn ñịnh riêng cho UE. Gồm DPDCH (Dedicated Physical Control Channel: Kênh vật lý ñiều khiển riêng) và DPCCH (Dedicated Physical Control Channel: Kênh vật lý ñiều khiển riêng). Trên ñường xuống DPDCH và DPCCH ñược ghép theo thời gian với ngẫu nhiên hóa phức còn trên ñường lên ñược 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 ñược ấn ñịnh ít nhất một DPDCH. Kênh ñược sử dụng ñể phát số liệu người sử dụng từ lớp cao hơn

DPCCH (Dedicated Physical Control Channel: Kênh vật lý ñiều khiển riêng)

Khi sử dụng DPCH, mỗi UE chỉ ñược ấn ñịnh một DPCCH. Kênh ñược sử dụng ñể ñiều khiển lớp vật lý của DPCH. DPCCH là kênh ñi kèm với DPDCH chứa: các ký hiệu hoa tiêu, các ký hiệu ñiều khiển công suất (TPC: Transmission Power Control), chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải. Các ký hiệu hoa tiêu cho phép máy thu ñánh giá hưởng ứng xung kim của kênh vô tuyến và thực hiện tách sóng nhất quán. Các ký hiệu này cũng cần cho hoạt ñộng của anten thích ứng (hay anten thông minh) có búp sóng hẹp. TPC ñể ñiều khiển công suất vòng kín nhanh cho cả ñường lên và ñường xuống. TFCI thông tin cho máy thu về các thông số tức thời của các kênh truyền tải: các tốc ñộ số liệu hiện thời trên các kênh số liệu khi nhiều dịch vụ ñược sử dụng ñồng thời. Ngoài ra TFCI có thể bị bỏ qua nếu tốc ñộ số liệu cố ñịnh. Kênh cũng chứa thông tin hồi tiếp hồi tiếp (FBI: Feeback Information) ở ñường lên ñể ñảm bảo vòng hồi tiếp cho phân tập phát và phân tập chọn lựa.

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

Kênh chung ñường lên. ðược sử dụng ñể mang kênh truyền tải RACH

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

Kênh chung ñường lên. ðược sử dụng ñể mang kênh truyền tải CPCH

CPICH (Common Pilot Channel: Kênh hoa tiêu chung)

Kênh chung ñường xuống. Có hai kiểu kênh CPICH: P-CPICH (Primary CPICH: CPICH sơ cấp) và S-CPICH (Secondary CPICH: CPICH thứ cấp). P-CPICH ñảm bảo tham chuẩn nhất quán cho toàn bộ ô ñể UE thu ñược SCH, P-CCPCH, AICH và PICH vì các kênh nay không có hoa tiêu riêng như ở các trường hợp kênh DPCH. Kênh S-CPICH ñảm bảo tham khảo nhất quán


chung trong một phần ô hoặc ñoạn ô cho trường hợp sử dụng anten thông minh có búp sóng hẹp. Chẳng hạn có thể sử dụng S-CPICH làm tham chuẩn cho S-CCPCH (kênh mang các bản tin tìm gọi) và các kênh DPCH ñường xuống.

P-CCPCH (Primary Common Control Physical Channel: Kênh vật lý ñiều khiển chung sơ cấp)

Kênh chung ñường xuống. Mỗi ô có một kênh ñể truyền BCH

S-CCPCH (Secondary Common Control Physical Channel: Kênh vật lý ñiều khiển chung thứ cấp)

Kênh chung ñường xuống. Một ô có thể có một hay nhiều S-CCPCH. ðược sử dụng ñể truyền PCH và FACH

SCH (Synchrronization Channel: Kênh ñồng bộ)

Kênh chung ñường xuống. Có hai kiểu kênh SCH: SCH sơ cấp và SCH thứ cấp. Mỗi ô chỉ có một SCH sơ cấp và thứ cấp. ðược sử dụng ñể tìm ô

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

Kênh chung ñường xuống. Mỗi ô có nhiều PDSCH (hoặc không có). ðược sử dụng ñể mang kênh truyền tải DSCH

AICH (Acquisition Indication Channel: Kênh chỉ thị bắt)

Kênh chung ñường xuống ñi cặp với PRACH. ðược sử dụng ñể ñiều khiển truy nhập ngẫu nhiên của PRACH.

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

Kênh chung ñường xuống ñi cặp với S-CCPCH (khi kênh này mang PCH) ñể phát thông tin kết cuối cuộc gọi cho từng nhóm cuộc gọi kết cuối. Khi nhận ñược thông báo này, UE thuộc nhóm kết cuối cuộc gọi thứ n sẽ thu khung vô tuyến trên S-CCPCH

AP-AICH (Access Preamble Acquisition Indicator Channel: Kênh chỉ thị bắt tiền tố truy nhập)

Kênh chung ñường xuống ñi cặp với PCPCH ñể ñiều khiển truy nhập ngẫu nhiên cho PCPCH

CD/CA-ICH (CPCH Collision Detection/ Channel Assignment Indicator Channel: Kênh chỉ thị phát hiện va chạm CPCH/ấn ñịnh kênh)

Kênh chung ñường xuống ñi cặp với PCPCH. ðược sử dụng ñể ñiều khiển va chạm PCPCH

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

Kênh chung ñường xuống liên kết với AP-AICH ñể phát thông tin về trạng thái kết nối của PCPCH


Các các kênh truyền tải ñược chuyển thành các kênh vật lý như trên hình 3.8.

Hình 3.8. Chuyển ñổi giữa các kênh truyền tải và các kênh vật lý

Hình 3.9 cho thấy việc ghép hai kênh truyền tải lên một kênh vật lý và cung cấp chỉ thị lỗi cho từng khối truyền tải tại phía thu.

TFI= Transport Format Indicator: Chỉ thị khuôn dạng truyền tải TFCI= Transport Format Combination Indicator: Chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải

Hình 3.9. Ghép các kênh truyền tải lên kênh vật lý


3.5.4. Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH và truy nhập gói CPCH Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH và truy nhập gói CPCH ñược cho trên hình 3.10a và 3.10b.

Hình 3.10. Các thủ tục truy nhập ngẫu nhiên RACH và truy nhập gói

Các trủ tục truy nhập ngẫu nhiên trên hình 3.10a như sau. UE khởi xướng thủ tục truy nhập ngẫu nhiên RACH bằng cách phát ñi một AP (tiền tố truy nhập). Nếu chấp nhận (OK), nút B phát AICH (chỉ thị phát hiện bắt) ñến UE. Sau ñó UE có thể phát bản tin trên kênh RACH (kênh truy nhập ngẫu nhiên). Các thủ tục truy nhập ngẫu nhiên CPCH như sau. Dựa trên thông tin khả dụng của từng kênh PCPCH do CSICH thông báo, UE khởi xướng thủ tục truy nhập CPCH trên kênh chưa sử dụng bằng cách phát ñi một AP (tiền tố truy nhập). Nếu ñược nút B chấp nhận (OK) UE phát ñi một CP (tiền tố phát hiện va chạm) ñể thông báo rằng nó ñã chiếm kênh này. Cuối cùng nút B phát ñi CD/CA-ICH (chỉ thị phát hiện va chạm và ấn ñịnh kênh) ñến UE. Sau ñó UE có thể phát gói trên kênh CPCH (kênh gói chung) 3.5.5. Thí dụ về báo hiệu thiết lập cuộc gọi sử dụng các kênh logic và truyền tải Hình 3.11 cho thấy báo hiệu thiết lập lập cuộc gọi sử dụng kênh logic và kênh truyền tải. ðầu tiên UE sử dụng kênh logic CCCH truyền trên kênh truyền tải RACH ñể yêu cầu ñường truyền báo hiệu (RRC). RNC trả lời bằng kênh logic CCCH trên kênh truyền tải FACH. Sau khi có kết nối RRC, UE sẽ trao ñổi báo hiệu với RNC qua kênh logic DCCH trên kênh truyền tải DCH. Sau khi nhận ñược lệnh "truyền trực tiếp" từ UE, RNC phát lệnh yêu cầu dịch vụ CM (Connection Management: quản lý kết nối) trên giao thức RANAP (Radio Access Application Part: phần ứng dụng truy nhập mạng vô tuyến) ñể khởi ñầu báo hiệu thiết lập kênh mang lưu lượng Tùy thuộc vào yêu cầu của UE lệnh báo hiệu này có thể ñược chuyển ñến MSC hoặc SGSN (trong trường hợp xét là MSC). Sau khi thực hiện các thủ tục an ninh, các thủ tục thiết lập kênh mang ñược thực hiện.


Hình 3.11. Báo hiệu thiết lập cuộc gọi. 3.6. CẤU TRÚC KÊNH VẬT LÝ RIÊNG Cấu trúc kênh vật lý riêng ñược trình bày trên hình 3.12. Trong mô hình này mỗi cặp hai bit thể hiện một cặp I/Q (một ký hiệu) của ñiều chế QPSK. Từ hình vẽ ta thấy, cấu trúc khung bao gồm một chuỗi các khung vô tuyến, mỗi khung bao gồm 15 khe (dài 10 ms, chứa 38400 chip) và mỗi khe chứa 2560 chip (dài 0,667 ms) bằng một chu kỳ ñiều khiển công suất (tần số ñiều khiển công suất là 1500 lần trong một giây).


Hình 3.12. Cấu trúc kênh vật lý riêng cho ñường lên và ñường xuống

Cấu trúc kênh vật lý riêng ñường lên cho một khe (một chu kỳ ñiều khiển công suất) ñược cho trên hình 3.12. Thông tin riêng lớp cao hơn bao gồm số liệu người sử dụng và báo hiệu ñược mang bởi DPDCH ñường lên và thông tin ñiều khiển tạo ra bởi lớp 1 ñược mang bởi DPCCH. DPCCH bao gồm các ký hiệu hoa tiêu quy ñịnh trước (ñược sử dụng ñể ước tính kênh và tách sóng nhất quán), các lệnh ñiều khiển công suất (TPC: Transmit Power Control), thông tin phản hồi (FBI: Feedback Information) cho phân tập phát vòng kín và kỹ thuật phân tập chọn trạm (SSDT: Site Selection Diversity Technique), TFCI (tùy chọn). Có thể không có, một hay một số (nhiều nhất là 6) kênh DPDCH trên một liên kết vô tuyến, nhưng chỉ có một DPCCH cho liên kết này. DPDCH (hoặc các DPDCH) và DPCCH ñược ghép chung theo mã I/Q với ngẫu nhiên hóa phức. Cấu trúc kênh vật lý riêng ñường xuống ñược mô tả trên hình 3.12.Trên ñường xuống kênh riêng (DPCH) ñường xuống bao gồm DPDCH ñường xuống và DPCCH ñường xuống ghép theo thời gian với ngẫu nhiên hóa phức. Số liệu riêng ñược tạo ra tại các mức cao hơn trên DPDCH ñược ghép theo thời gian với các bit hoa tiêu, các lệnh TPC và các bit TFCI (tùy chọn) ñược tạo ra tại lớp vật lý. TFCI có thể có hoặc không có, nếu không có các bit TFCI, DTX (phát không liên tục) ñược sử dụng trong trường tương ứng.

3.7. SƠ ðỒ TỔNG QUÁT MÁY PHÁT VÀ MÁY THU WCDMA Hình 3.13 cho thấy sơ ñồ khối của máy phát vô tuyến (hình 3.13a) và máy thu vô tuyến (3.13b) trong W-CDMA. Lớp 1 (lớp vật lý) bổ sung CRC cho từng khối truyền tải (TB: Transport Block) là ñơn vị số liệu gốc cần xử lý nhận ñược từ lớp MAC ñể phát hiện lỗi ở phía thu. Sau ñó số liệu ñược mã hoá kênh và ñan xen. Số liệu sau ñan xen ñược bổ sung thêm các bit hoa tiêu và các bit ñiều khiển công suất phát (TPC: Transmit Power Control)), ñược sắp xếp lên các nhánh I và Q của QPSK và ñược trải phổ hai lớp (trải phổ và ngẫu nhiên hoá). Chuỗi chip sau ngẫu nhiên hoá ñược giới hạn trong băng tần 5 MHz bằng bộ lọc Niquist cosin tăng căn hai (hệ số dốc bằng 0,22) và ñược biến ñổi vào tương tự bằng bộ biến ñổi số vào tương tự (D/A) ñể ñưa lên ñiều chế vuông góc cho sóng mang. Tín hiệu trung tần (IF) sau ñiều chế ñược


biến ñổi nâng tần vào sóng vô tuyến (RF) trong băng tần 2 GHz, sau ñó ñược ñưa lên khuyếch ñại trước khi chuyển ñến anten ñể phát vào không gian. Tại phía thu, tín hiệu thu ñược bộ khuyếch ñại ñại tạp âm thấp (LNA) khuyếch ñại, ñược biến ñổi vào trung tần (IF) thu rồi ñược khuyếch ñại tuyến tính bởi bộ khuyếch ñại AGC (tự ñiều khuyếch). Sau khuyếch dại AGC tín hiệu ñược giải ñiều chế ñể ñược các thành phần I và Q. Các tín hiệu tương tự của các thành phần này ñược biến ñổi vào số tại bộ biến ñổi A/D, ñược lọc bởi bộ lọc Nyquist cosine tăng căn hai và ñược phân chia theo thời gian vào một số thành phần ñường truyền có các thời gian trễ truyền sóng khác nhau. Máy thu RAKE chọn các thành phần lớn hơn một ngưỡng cho trước). Sau giải trải phổ cho các thành phần này, chúng ñược kết hợp bởi bộ kết hợp máy thu RAKE, tín hiệu tổng ñược giải ñan xen, giải mã kênh (giải mã sửa lỗi), ñược phân kênh thành các khối truyền tải TB và ñược phát hiện lỗi. Cuối cùng chúng ñược ñưa ñến lớp cao hơn.

Hình 3.13. Sơ ñồ khối máy phát tuyến (a) và máy thu vô tuyến (b)

3.8. PHÂN TẬP PHÁT Khi nhiều anten thu ñược sử dụng, ta nói máy thu sử dụng phân tập anten thu (Rx). Phân tập Rx có thể ñược sử dụng tại nút B ñể tăng dung lượng ñường lên và vùng phủ sóng. Do giá thành và không gian chiếm lớn, phân tập anten thu không phổ biến tại máy ñầu cuối. ðể khắc phục nhược ñiểm này WCDMA sử dụng phân tập phát cho máy ñầu cuối. Tồn tại hai kỹ thuật phân tập phát ở WCDMA: Phân tập vòng hở và phân tập vòng kín.


3.8.1. Phân tập vòng hở Phân tập phát vòng hở sử dụng bộ mã hóa ñược gọi là STTD (Space time Transmit Diversity: phân tập phát không gian thời gian). Sơ ñồ máy phát và máy thu sử dụng STTD ñược cho trên hình 3.14a và 3.14b.

MF: Matched Filter: Bộ lọc phối hợp

Hình 3.14. Phân tập phát vòng hở của WCDMA STTD ñược xây dựng trên cơ sở mã Alamouti như sau :

1 21 2

2 1

x x(x , x )

x x

∗

∗

− =

X (3.1)

trong ñó cột 1 chứa các ký hiệu ñược phát ñi từ anten 1 còn cột 2 chứa các ký hiệu ñược phát ñi từ anten 2. Các ký hiệu này là các ký hiệu ñiều chế QPSK (xem hình 3.15).

Hình 3.15. Bộ ñiều chế STTD sử dụng mã khối không gian thời gian trực giao (O-

STBC) 2x2.


3.8.2. Chế ñộ vòng kín R3 và R4 sử dụng hai khái niệm phân tập phát vòng kín. Trong cả hai chế ñộ này, thông tin ñồng chỉnh pha ñược phát trên một kênh hồi tiếp nhanh (tốc ñộ 1500 bps) cho phép chọn 4 hoặc 16 khả năng trọng số búp sóng. Cả hai khái niệm này ñều có thể coi là truyền dẫn nhất quán (tạo búp thích ứng kênh) với sử dụng cân bằng kênh và các chiến lược báo hiệu hồi tiếp khác nhau. Kiến trúc máy phát và máy thu nút B ñược cho trên hình 3.16a và 3.16b.

Hình 3.16. Phân tập phát vòng kín của WCDMA

Trong cả hai chế ñộ trọng số phát ñược lựa chọn theo thủ tục dưới ñây:

• ðầu cuối ño các kênh hoa tiêu chung CPICH1 và CPICH2 ñược phát trên anten 1 và anten 2.

• ðầu cuối nhận ñược ước tính kênh cho ñường truyền h1 và h2

• Vectơ trọng số phát cần thiết W(w1, w2) ñược xác ñịnh, ñược lượng tử và ñược gửi ñến BTS trong trường FBI của kênh DCCH.

3.9. ðIỀU KHI ỂN CÔNG SUẤT TRONG WCDMA CDMA rất nhạy cảm với ñiều khiển công suất: ñể hệ thống WCDMA hoạt ñộng bình thường, cần có một cơ chế ñiều khiển công suất tốt ñể duy trì tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) tại mức cho phép. Vì nhiều người sử dụng cùng truyền ñồng thời trên cùng một tần số, nên mức nhiễu phụ thuộc vào số lượng người sử dụng.


Tồn tại hai kiểu ñiều khiển công suất: 1. ðiều khiển công suất vòng hở: cho các kênh chung 2. ðiều khiển công suất vòng kín: cho các kênh riêng DPDCH/DPCCH và chia sẻ

DSCH ðiều khiển công suất vòng hở thường ñược UE trước khi truy nhập mạng và nút B trong quá trình thiết lập ñường truyền vô tuyến sử dụng ñể ước lượng công suất cần phát trên ñường lên dựa trên các tính toán tổn hao ñường truyền trên ñường xuống và tỷ số tín hiệu trên nhiễu yêu cầu. ðiều khiển công suất vòng kín có nhiêm vụ giảm nhiễu trong hệ thống bằng cách duy trì chất lượng thông tin giữa UE và UTRAN (ñường truyền vô tuyến) gần nhất với mức chất lượng tối thiểu yêu cầu ñối kiểu dịch vụ mà người sử dụng ñòi hỏi. ðiều khiển công suất vòng kín bao gồm hai phần: ñiều khiển công suất nhanh vòng trong tốc ñộ 1500 Hz và ñiều khiển công suất chậm vòng ngoài tốc ñộ 10-100Hz.

3.9.1. Thí dụ về ñiều khiển công suất vòng hở cho PRACH Dựa trên tính toán của PC vòng hở, UE thiết lập các công suất ban ñầu cho tiền tố kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý (PRACH). Trong thủ tục truy nhập ngẫu nhiên (xem phần 3.5.4), UE thiết lập công suất phát tiền tố ñầu tiên như sau: Preamble_Initial_power = CPICH_Tx_power – CPICH _RSCP + UL_interference + UL_required_CI (3.2) trong ñó CPICH_Tx-power là công suất phát của P-CPICH, CPICH _RSCP là công suất P-CPICH thu tại UE, CPICH_Tx_power – CPICH _RSCP là ước tính suy hao ñường truyền từ nút B ñến UE. UL_interferrence (ñược gọi là ‘tổng công suất thu băng rộng’) ñược ño tại nút B và ñược phát quảng bá trên BCH, UL_required_CI là hằng số tương ứng với tỷ số tín hiệu trên nhiễu ñược thiết lập trong quá trình quy hoạch mạng vô tuyến.

3.9.2. ðiều khiển công suất vòng kín ñường lên Sơ ñồ ñiều khiển công suất vòng kín ñường lên ñựcc cho trên hình 3.17.

Hình 3.17. Nguyên lý ñiều khiển công suất vòng kín ñường lên


3.9.2.1. ðiều khiển công suất vòng trong ñường lên Phương pháp ñiều khiển công suất nhanh vòng kín lên như sau (xem hình 3.17). Nút B thường xuyên ước tính tỷ số tín hiệu trên nhiễu thu ñược (SIR= Signal to Interference Ratio) trên hoa tiêu ñường lên trong UL DPCCH và so sánh nó với tỷ số SIR ñích (SIRñích). Nếu SIRướctính cao hơn SIRñích thì nút B thiết lập bit ñiều khiển công suất trong DPCCH TPC=0 ñể lệnh UE hạ thấp công suất (Tùy vào thiết lập cấu hình: 1dB chẳng hạn) , trái lại nó thiết lập bit ñiều khiển công suất trong DPCCH TPC=1 ñể ra lệnh UE tăng công suất (1dB chẳng hạn). Chu kỳ ño-lệnh-phản ứng này ñược thực hiện 1500 lần trong một giây (1,5 KHz) ở W-CDMA. Tốc ñộ này sẽ cao hơn mọi sự thay ñổi tổn hao ñường truyền và thậm chí có thể nhanh hơn phañinh nhanh khi MS chuyển ñộng tốc ñộ thấp.

3.9.2.2. ðiều khiển công suất vòng ngoài ñường lên ðiều khiển công suất vòng ngoài thực hiện ñiều chỉnh giá trị SIRñích ở nút B cho phù hợp với yêu cầu của từng ñường truyền vô tuyến ñể ñạt ñược chất lượng các ñường truyền vô tuyến như nhau. Chất lượng của các ñường truyền vô tuyến thường ñược ñánh giá bằng tỷ số bit lỗi (BER: Bit Error Rate) hay tỷ số khung lỗi (FER= Frame Error Rate). Lý do cần ñặt lại SIRñích như sau. SIR yêu cầu (tỷ lệ với Ec/N0) chẳng hạn là FER=1% phụ thuộc vào tốc ñộ của MS và ñặc ñiểm truyền nhiều ñường. Nếu ta ñặt SIRñích ñích cho trường hợp xấu nhất (cho tốc cao ñộ nhất) thì sẽ lãng phí dung lượng cho các kết nối ở tốc ñộ thấp. Như vậy tốt nhất là ñể SIRñích thả nổi xung quanh giá trị tối thiểu ñáp ứng ñược yêu cầu chất lượng. ðể thực hiện ñiều khiển công suất vòng ngoài, mỗi khung số liệu của người sử dụng ñược gắn chỉ thị chất lượng khung là CRC. Nếu kiểm tra CRC cho thấy BLERướctính> BLERñích thì SIRñích sẽ bị giảm ñi một nấc bằng ∆SIR, trái lại nó sẽ ñược tăng lên một nấc bằng ∆SIR. Lý do ñặt ñiều khiển vòng ngoài ở RNC vì chức năng này thực hiện sau khi thực hiện kết hợp các tín hiệu ở chuyển giao mềm.

3.9.3. ðiều khiển công suất vòng kín ñường xuống ðiều khiển công suất vòng kín ñược minh họa trên hình 3.18. UE nhận ñược BLER ñích từ lớp cao hơn do RNC thiết lập cùng với các thông số ñiều khiển khác. Dựa trên BLER ñích nhận ñược từ RNC, nó thực hiện ñiều khiển công suất vòng ngoài bằng cách tính toán SIR ñích cho ñiều kiển công suất vòng kín nhanh ñường xuống. UE ước tính SIR ñường xuống từ các ký hiệu hoa tiêu của DL DPCCH . Ước tính SIR này ñược so sánh với SIR ñích. Nếu ước tính này lớn hơn SIR ñích, thì UE thiết lập TPC=0 trong UL DPCCH và gửi nó ñến nút B, trái lại nó thiết lập TPC=1. Tốc ñộ diều khiển công suất vòng trong là 1500Hz


Hình 3.18. Nguyên lý ñiều khiển công suất vòng kín ñường xuống

3.10. CÁC KIỂU CHUYỂN GIAO VÀ CÁC SỰ KIỆN BÁO CÁO TRONG WCDMA Chuyển giao là quá trình ñược thực hiện khi UE ñã có kết nối vô tuyến ñể duy trì chất lượng truyền dẫn. Trong WCDMA có thể có chuyển giao cừng hoặc chuyển giao mềm.

3.10.1. Chuyển giao cứng Chuyển giao cứng (HHO: Hard Handover) của WCDMA cũng giống như của GSM. UE chỉ nối ñén một nút B. Khi thực hiện HO ñến một nút B khác, kết nối ñến nút B cũ ñược giải phóng. Tất cả các kết nối sử dụng kênh FACH (kênh không sử dụng ñiều khiển công suất và dành cho các gói ngắn) hay DSCH (kênh phù hợp nhất cho các dịch vụ chuyển mạch gói) ñều sử dụng HHO. Ngoài ra HHO sử dụng cho:

√ HO giữa các hệ thống (giữa UTRAN và GSM)

√ HO giữa các tần số sóng mang khác nhau của UTRAN

3.10.2. Chuyển giao mềm/ mềm hơn Chuyển giao mềm (hoặc mềm hơn) sử dụng nhiều kết nối từ một UE ñến nhiều nút B. Danh sách các nút B tham gia vào kết nối với UE trong chuyển giao mềm/mềm hơn ñược gọi là “tập tích cực”. Có thể quy ñịnh ñược kích thước cực ñại của tập tích cực. Thực chất chuyển giao là quá trình trong ñó một ô (ñoạn ô) hoặc ñược kết nạp vào tập tích cực hoặc bị loại ra khỏi tập tích cực. ðịnh kỳ hoặc tại các sự kiện báo cáo (sự kiện 1A, 1B và 1C chẳng hạn), SRNC nhận ñược kết quả ño từ UE ñể ñưa ra quyết ñịnh chuyển giao. Sau khi quyết ñịnh chuyển giao, SRNC giửi bản tin lập lại cấu hình liên kết vô tuyến ñã ñược ñồng bộ ñến các nút B liên quan và ñồng thời gửi bản tin


RRC về lập lại cấu hình kênh vật lý ñến UE ñể các nút B này và UE thực hiện chuyển giao. Chuyển giao mềm cho phép tăng số ñường truyền thu ñược trên ñường xuống và ñường lên nhờ vậy tăng tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR: Signal to Interference Ratio): Ec/I0 (Ec là năng lượng chip còn I0 là mật ñộ phổ công suất nhiễu) và lượng tăng này ñược gọi là ñộ lợi chuyển giao. Sơ ñồ tổng quát SHO ñược cho trên hình 3.19.

R1a, R1b là dải báo cáo cho các sự kiện 1a và 1b ñược thiết lập bởi RNC; H1a, H1b là hằng số trễ ñược quy ñịnh cho các sự kiện 1a và 1b

Hình 3.19. Thí dụ về giải thuật SHO Trong thí dụ trong trên hình 3.19 ta sử dụng các sự kiện báo cáo 1A, 1B và 1C.

Từ hình 3.19 ta thấy: √ Lúc ñầu. Chỉ có ô 1 và ô 2 nằm trong tập tích cực √ Tại sự kiện A. (Ec/I0)P-CPICH1 > (Ec/I0)P-CPICH3- (R1a-H1a/2) trong ñó (Ec/I0)P-

CPICH1 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu kênh hoa tiêu của ô 1 mạnh nhất, (Ec/I0)P-

CPICH3 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu kênh hoa tiêu của ô 3 nằm ngoài tập tích cực, R1a là hằng số dải báo cáo (do RNC thiết lập), H1a là thông số trễ sự kiện và (R1b-H1a/2) 1à cửa sổ kết nạp cho sự kiện 1A. Nếu bất ñẳng thức này tồn tại trong khoảng thời gian ∆T thì ô 3 ñược kết nạp vào tập tích cực

√ Tại sự kiện C. (Ec/I0)P-CPICH4 > (Ec/I0)P-CPICH2 +H1c, trong ñó (Ec/I0)P-CPICH4 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu của ô 4 nằm ngoài tập tích cực và (Ec/I0)P-CPICH2 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu của ô 2 tồi nhất trong tập tích cực, H1c là thông số trễ sự kiện 1C. Nếu quan hệ này tồn tại trong thời gian ∆T và tập tích cực ñã ñầy thì ô 2 bị loại ra khỏi tập tich cực và ô 4 sẽ thế chỗ của nó trong tập tích cực

√ Tại sự kiện B. (Ec/I0)P-CPICH1 < (Ec/I0)P-CPICH3- (R1b+H1b) trong ñó (Ec/I0)P-

CPICH1 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu kênh hoa tiêu của ô 1 yếu nhất trong tập tích cực, (Ec/I0)P-CPICH3 là tỷ số tín hiệu trên nhiễu của ô 3 mạnh nhất trong tập tích cực và R1b là hằng số dải báo cáo (do RNC thiết lập), H1b là thông


số số trễ và (R1b+H1b) là cửa sổ loại cho sự kiện 1C. Nếu quan hệ này tồn tại trong khoảng thời gian ∆T thì ô 3 bị loại ra khỏi tập tích cực

3.11. CÁC THÔNG SỐ MÁY THU VÀ MÁY PHÁT VÔ TUY ẾN CỦA UE Các thông số máy thu và máy phát quan trọng trong phần vô tuyến của UE ñược cho trong bảng bảng 3.2. Bảng 3.2. Các thông số máy thu và máy phát vô tuyến quan trọng cho phần vô tuyến của UE

Các thông số chung

Tần số công tác

Băng tần I: 2110-2170 MHz Băng tần II: 1930-1990 MHz Băng tần III: 1805-1880 MHz

Phân cách song công chuẩn

Băng tần I: 190 MHz Băng tần II: 80 MHz Băng tần III: 95 MHz

Các thông số máy thu

ðộ nhạy

Băng tần 1: -117dBm Băng tần II: -115dBm Băng tần III: - 114dBm

Các thông số máy phát

Công suất phát cực ñai và ñộ chính xác

Loại 1: +33dBm +1/-3dB



Loại 4: +21dBm ±2dB

ðiều khiển công suất phát vòng hở

Bình thường: ±9dB

Cực ñai: ±12dB

3.12. AMR CODEC CHO W-CDMA Bộ mã hoá tiếng ña tốc ñộ thích ứng (AMR CODEC: Adaptive Multirate Codec) ñược coi là công nghệ vượt trội các công nghệ mã hoá tiếng khác. Vì thế nó ñược chọn là sơ ñồ mã hoá tiếng cho 3GW-CDMA UMTS. Nó cung cấp 8 chế ñộ mã hoá từ 12,2 bps ñến 4,75kbps. Trong số các chế ñộ này, 12,2kbps, 7,4 kbps và 6,7 kbps có chung một giải thuật với các sơ ñồ mã hoá tiếng ñược tiêu chuẩn hoá ở các tiêu chuẩn của các vùng khác trên thế giới. AMC CODEC cho phép lựa chọn tốc ñộ tùy theo chất lượng kênh truyền sóng. Nếu chất lượng tốt, tốc ñộ cao nhất (12,2kbps) ñược chọn. Nếu ñường truyền xấu, một trong số các tốc ñộ thấp hơn ñược lựa tùy thuộc vào chất lượng ñường truyền. AMR cũng quy ñịnh các công nghệ ngoại vi cần thiết cho thông tin di ñộng. Hai tuỳ chọn ñược cung cấp là giải thuật VAD (phát hiện tích cực tiếng) và DTX (phát


không liên tục. Ngoài ra cũng ñịnh nghĩa các yêu cầu cho che dấu lỗi khi xẩy ra lỗi. Chẳng hạn nội suy các thông số mã hoá như khuếch ñại bảng mã, hệ số dự ñoán ngắn hạn cũng ñược ñịnh nghĩa theo sự chuyển ñổi trạng thái do lỗi gây ra.

3.13. TỔNG KẾT Trước hết chương này trình bày ngăn xếp giao thức của giao diện vô tuyến và các kênh logic, kênh truyền tải, kênh vật lý ñược tạo nên ở giao diện này. Sau ñó chương trình bày các thông số lớp vật lý và quy hoạch tần số của WCDMA. Tại Vi ệt- Nam băng I ñược chia làm bốn khe và ñược phân cho 4 nhà khai thác. Ngăn xếp giao thức ñược chia thành hai loại: một trong mặt phẳng C-Plane ñể truyền báo hiệu và một trong mặt phẳng U-Plane ñể truyền lưu lượng. Tiếp theo cấu trúc của các kênh này ñược trình bày cụ thể. Các kênh ñược chia thành hai loại: kênh ñiều khiển, báo hiệu và kênh ñể truyền lưu lượng. WCDMA là giai ñoạn phát triển ñầu của 3G WCDMA UMTS vì thế việc thiết kế các kênh ñể truyền lưu lượng vẫn tập trung lên dịch vụ chuyển mạch kênh với kênh ñược sử dụng cho dịch vụ này là DPCH. Tuy nhiên các kênh dung có chuyển mạch gói cũng ñã bắt ñầu ñược chú trọng. DSCH (Kênh chia sẻ ñường xuống), RACH, FACH và CPCH ñược sử dụng cho mục ñích này. Các kênh RACH, FACH và CPCH ñược sử dụng ñể truyền nhanh các gói nhỏ, còn kênh DSCH ñược sử cùng với kênh DPCH trong thời ñiểm gói lớn hơn khả năng truyền của kênh DPCH. ðường xuống sử dụng sơ ñồ ñiều chế QPSK kết hợp với mã hóa kênh kiểm soát lỗi. Mã hóa kiểm soát lỗi ñược thực hiện ở hai lớp: (1) mã hóa phát hiện lỗi CRC, (2) mã hóa sửa lỗi. Các mã sửa lỗi có thể là mã xoắn hoặc mã turbo. WCDMA sử dụng phương pháp trải phổ chuỗi trực tiếp với tốc ñộ chip Rc=3,84Mcps. Trải phổ ñược thực hiện tại hai thao tác với hai mã: mã ñịnh kênh và mã nhận dạng nguồn phát. Khác với GSM, 3G WCDMA sử dụng cả phân tập phát lẫn phân tập thu tại nút B. Các sơ ñồ này có thể nằm trong chế ñộ vòng hở hoặc vòng kín. ðể ñảm bảo tỷ số tín hiệu trên nhiễu yêu cầu, hai sơ ñồ ñiều khiển công suất ñược sử dụng cho WCDMA: ñiều khiển công suất vòng hở và vòng kín. ðiều khiển công suất vòng hở ñược áp dụng khi khi UE bắt ñầu truy nhập mạng. ðiều khiển vòng kín ñược sử dụng khi UE ñã kết nối với nút B. ðiều khiển công suất vòng kín bao gồm ñiều khiển công suất vòng trong nhanh với tốc ñộ 1500 lần trong một giây và ñiều khiển công suất vòng ngoài chậm với tốc ñộ 10-100 lần trong một giây. WCDMA có thể sử dụng chuyển giao cứng hoặc mềm. Chuyển giao mềm chỉ ñược thực hiện trên cùng một tần số và trong cùng một hệ thống Cuối chương một số thông số và thông tin quan trọng liên quan ñến máy thu và máy phát vô tuyến của UE cũng như CODEC thoại cho WCDMA cũng ñược trình bày.


Chương 4 TRUY NHẬP GÓI TỐC ðỘ CAO (HSPA)


• Hiểu kiến trúc ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến HSDPA • Hiểu ñược các sơ ñồ lập biểu (Scheduler) và HARQ áp dụng cho HSPA • Hiểu ñược kiến trúc HSDPA và các kênh của nó • Hiểu ñược kiến trúc HSUPA và các kênh của nó • Hiểu ñược chuyển giao trong HSDPA


• Tổng quan HSPA

• Kiến trúc giao diện vô tuyến của HSPA

• HSDPA

• HSUPA

• Chuyển giao HSDPA


• Tham khảo các tài liệu tham khảo nếu cần

4.2. TỔNG QUAN TRUY NHẬP GÓI TỐC ðỘ CAO (HSPA) 4.2.1. Mở ñầu Truy nhập gói tốc ñộ cao ñường xuống (HSDPA: High Speed Down Link Packet Access) ñược 3GPP chuẩn hóa ra trong R5 với phiên bản tiêu chuẩn ñầu tiên vào năm 2002. Truy nhập gói ñường lên tốc ñộ cao (HSUPA) ñược 3GPP chuẩn hóa trong R6 và tháng 12 năm 2004. Cả hai HSDPA và HSUPA ñược gọi chung là HSPA. Các mạng HSDPA ñầu tiên ñược ñưa vào thương mại vào năm 2005 và HSUPA ñược ñưa vào thương mại vào năm 2007. Các thông số tốc ñộ ñỉnh của R6 HSPA ñược cho trong bảng 4.1.

Bảng 4.1. Các thông số tốc ñộ ñỉnh R6 HSPA

HSDPA (R6) HSUPA (R6)

Tốc ñộ ñỉnh (Mbps) 14,4 5,7


Tốc ñộ số liệu ñỉnh của HSDPA lúc ñầu là 1,8Mbps và tăng ñến 3,6 Mbps và 7,2Mbps vào năm 2006 và 2007, tiềm năng có thể ñạt ñến trên 14,4Mbps năm 2008. Trong giai ñoạn ñầu tốc ñộ ñỉnh HSUPA là 1-2Mbps trong giai ñoạn hai tốc ñộ này có thể ñạt ñến 4-5,7 Mbps vào năm 2008. HSPA ñược triển khai trên WCDMA hoặc trên cùng một sóng mang hoặc sử dụng một sóng mang khác ñể ñạt ñược dung lượng cao (xem hình 4.1).

Hình 4.1. Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) hoặc chung sóng mang với

WCDMA (f1). HSPA chia sẻ chung hạ tầng mạng với WCDMA. ðể nâng cấp WCDMA lên HSPA chỉ cần bổ sung phần mềm và một vài phần cứng nút B và RNC. Lúc ñầu HSPA ñược thiết kế cho các dịch vụ tốc ñộ cao phi thời gian thực, tuy nhiên R6 và R7 cải thiện hiệu suất của HSPA cho VoIP và các ứng dụng tương tự khác. Khác với WCDMA trong ñó tốc ñộ số liệu trên các giao diện như nhau (384 kbps cho tốc ñộ cực ñại chẳng hạn), tốc ñộ số liệu HSPA trên các giao diện khác nhau. Hình 4.2 minh họa ñiều này cho HSDPA. Tốc ñộ ñỉnh (14,4Mbps trên 2 ms) tại ñầu cuối chỉ xẩy ra trong thời ñiểm ñiều kiện kênh truyền tốt vì thế tốc ñộ trung bình có thể không quá 3Mbps. ðể ñảm bảo truyền lưu lượng mang tính cụm này, nút cần có bộ ñệm ñể lưu lại lưu lượng và bộ lập biểu ñể truyền lưu lượng này trên hạ tầng mạng.

Hình 4.2. Tốc ñộ số liệu khác nhau trên các giao diện (trường hợp HSDPA)

4.3. KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC GIAO DI ỆN VÔ TUYẾN HSPA CHO SỐ LIỆU NGƯỜI SỬ DỤNG Hình 4.3 cho thấy kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA cho số liệu người sử dụng. Mặt phẳng báo hiệu không ñược thể hiện trên hình 4.3 (trong mặt phẳng này báo hiệu ñược nối ñến RLC sau ñó ñược ñưa lên DCH hay HSDPA hoặc HSUPA). Số liệu từ các dịch vụ khác nhau ñược nén tiêu ñề IP tại PDCP (Packet Data


Convergence Protocol). MAC-hs (High Speed: tốc ñộ cao) thực hiện chức năng lập biểu nhanh dựa trên nút B. ðối với HSDPA chức năng MAC mới (MAC-hs) ñược ñặt trong nút B ñể xử lý phát lại nhanh dựa trên HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request: yêu cầu phát lại tự ñộng lai ghép), lập biểu và ưu tiên. ðối với HSUPA chức năng MAC mới (MAC-e) ñược ñặt trong nút B ñể xử lý phát lại nhanh dựa trên HARQ, lập biểu và ưu tiên. Tại UE chức năng MAC-e mới ñược sử dụng ñể xử lý lập biểu và HARQ dưới sự ñiều khiển của MAC-e trong nút B. Chức năng MAC mới (MAC-es) ñược ñặt trong RNC ñể sắp xếp lại thứ tự gói trước khi chuyển lên các lớp trên. Sự sắp xếp lại này là cần thiết, vì của chuyển giao mềm có thể dẫn ñến các gói từ các nút B khác nhau ñến RNC không theo thứ tự.

MAC-hs: High Speed MAC: MAC tốc ñộ cao MAC-e: E-DCH MAC: MAC kênh E-DCH, MAC-es: thực thể MAC kênh E-DCH ñể sắp ñặt lại thứ tự

Hình 4.3. Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA cho số liệu người sử dụng

Hình 4.4 cho thấy các chức năng mới trong các phần tử của WCDMA khi ñưa vào HSPA.


Hình 4.4. Các chức năng mới trong các phần tử của WCDMA khi ñưa vào HSPA. 4.4. TRUY NHẬP GÓI TỐC ðỘ CAO ðƯỜNG XUỐNG (HSDPA) HSDPA ñược thiết kế ñể tăng thông lượng số liệu gói ñường xuống bằng cách kết hợp các công nghệ lớp vật lý: truyền dẫn kết hợp phát lại nhanh và thích ứng nhanh ñược truyền theo sự ñiều khiển của nút B.

4.4.1 Truyền dẫn kênh chia sẻ ðặc ñiểm chủ yếu của HSDPA là truyền dẫn kênh chia sẻ. Trong truyền dẫn kênh chia sẻ, một bộ phận của tổng tài nguyên vô tuyến ñường xuống khả dụng trong ô (công suất phát và mã ñịnh kênh trong WCDMA) ñược coi là tài nguyên chung ñược chia sẻ ñộng theo thời gian giữa các người sử dụng. Truyền dẫn kênh chia sẻ ñược thực hiện thông qua kênh chia sẻ ñường xuống tốc ñộ cao (HS-DSCH: High-Speed Dowlink Shared Channel). HS-DSCH cho phép cấp phát nhanh một bộ phận tài nguyên ñường xuống ñể truyền số liệu cho một người sử dụng ñặc thù. Phương pháp này phù hợp cho các ứng dụng số liệu gói thường ñược truyền theo dạng cụm và vì thể có các yêu cầu về tài nguyên thay ñổi nhanh. Cấu trúc cơ sở thời gian và mã của HS-DSCH ñược cho trên hình 4.5. Tài nguyên mã cho HS-DSCH bao gồm một tập mã ñịnh kênh có hệ số trải phổ 16 (xem phần trên của hình 4.5), trong ñó số mã có thể sử dụng ñể lập cấu hình cho HS-DSCH nằm trong khoảng từ 1 ñến 15. Các mã không dành cho HS-DSCH ñược sử dụng cho


mục ñích khác, chẳng hạn cho báo hiệu ñiều khiển, các dịch vụ MBMS hay các dịch vụ chuyển mạch kênh.

Hình 4.5. Cấu trúc thời gian-mã của HS-DSCH

Phần dưới của hình 4.5 mô tả ấn ñịnh tài nguyên mã HS-DSCH cho từng người sử dụng trên cở sở TTI=2ms (TTI: Transmit Time Interval: Khoảng thời gian truyền dẫn). HSPDA sử dụng TTI ngắn ñể giảm trễ và cải thiện quá trình bám theo các thay ñổi của kênh cho mục ñích ñiều khiển tốc ñộ và lập biểu phụ thuộc kênh (sẽ xét trong phần dưới). Ngoài việc ñược ấn ñịnh một bộ phận của tổng tài nguyên mã khả dụng, một phần tổng công suất khả dụng của ô phải ñược ấn ñịnh cho truyền dẫn HS-DSCH. Lưu ý rằng HS-DSCH không ñược ñiều khiển công suất mà ñược ñiều khiển tốc ñộ. Trong trường hợp sử dụng chung tần số với WCDMA, sau khi phục vụ các kênh WCDMA, phần công suất còn lại có thể ñược sử dụng cho HS-DSCH, ñiều này cho phép khai thác hiệu quả tổng tài nguyên công suất khả dụng. 4.4.2. Lập biểu phụ thuộc kênh Lập biểu (Scheduler) ñiều khiển việc dành kênh chia sẻ cho người sử dụng nào tại một thời ñiểm cho trước. Bộ lập biểu này là một phần tử then chốt và quyết ñịnh rất lớn ñến tổng hiệu năng của hệ thống, ñặc biệt khi mạng có tải cao. Trong mỗi TTI, Bộ lập biểu quyết ñịnh HS-DSCH sẽ ñược phát ñến người (hoặc các người) sử dụng nào kết hợp chặt chẽ với cơ chế ñiều khiển tốc ñộ (tại tốc ñộ số liệu nào). Dung lượng hệ thống có thể ñược tăng ñáng kể khi có xét ñến các ñiều kiện kênh trong quyết ñịnh lập biểu: lập biểu phụ thuộc kênh. Vì trong một ô, các ñiều kiện của các ñường truyền vô tuyến ñối với các UE khác nhau thay ñổi ñộc lập, nên tại từng thời ñiểm luôn luôn tồn tại một ñường truyền vô tuyến có chất lượng kênh gần với ñỉnh của nó (hình 4.6). Vì thế có thể truyền tốc ñộ số liệu cao ñối với ñường truyền vô tuyến này. Giải pháp này cho phép hệ thống ñạt ñược dung lượng cao. ðộ lợi nhận ñược khi truyền dẫn dành cho các người sử dụng có các ñiều kiện ñường truyền vô


tuyến thuận lợi thường ñược gọi là phân tập ña người sử dụng và ñộ lợi này càng lớn khi thay ñổi kênh càng lớn và số người sử dụng trong một ô càng lớn. Vì thế trái với quan ñiểm truyền thống rằng phañinh nhanh là hiệu ứng không mong muốn và rằng cần chống lại nó, bằng cách lập biểu phụ thuộc kênh phañinh có lợi và cần khai thác nó. Chiến lược của bộ lập biểu thực tế là khai thác các thay ñổi ngắn hạn (do phañinh ña ñường) và các thay ñổi nhiễu nhanh nhưng vẫn duy trì ñược tính công bằng dài hạn giữa các người sử dụng. Về nguyên tắc, sự mất công bằng dài hạn càng lớn thì dung lượng càng cao. Vì thế cần cân ñối giữa tính công bằng và dung lượng.

Hình 4.6. Lập biểu phụ thuộc kênh cho HSDPA

Ngoài các ñiều kiện kênh, bộ lập biểu cũng cần xét ñến các ñiều kiện lưu lượng. Chẳng hạn, sẽ vô nghĩa nếu lập biểu cho một người sử dụng không có số liệu ñợi truyền dẫn cho dù ñiều kiện kênh của người sử dụng này tốt. Ngoài ra một số dịch vụ cần ñược cho mức ưu tiên cao hơn. Chẳng hạn các dịch vụ luồng ñòi hỏi ñược ñảm bảo tốc ñộ số liệu tương ñối không ñổi dài hạn, trong khi các dịch vụ nền như tải xuống không có yêu cầu gắt gao về tốc ñộ số liệu không ñổi dài hạn. Nguyên lý lập biểu của HSDPA ñược cho trên hình 4.7. Nút B ñánh giá chất lượng kênh của từng người sử dụng HSDPA tích cực dựa trên thông tin phản hồi nhận ñược từ ñường lên. Sau ñó lập biểu và thích ứng ñường truyền ñược tiến hành theo giải thuật lập biểu và sơ ñồ ưu tiên người sử dụng.


Hình 4.7. Nguyên lý lập biểu HSDPA của nút B

4.4.3. ðiều khiển tốc ñộ và ñiều chế bậc cao ðiều khiển tốc ñộ ñã ñược coi là phương tiện thích ứng ñường truyền cho các dịch vụ truyền số liệu hiệu quả hơn so với ñiều khiển công suất thường ñược sử dụng trong CDMA, ñặc biệt là khi nó ñược sử dụng cùng với lập biểu phụ thuộc kênh. ðối với HSDPA, ñiều khiển tốc ñộ ñược thực hiện bằng cách ñiều chỉnh ñộng tỷ lệ mã hóa kênh và chọn lựa ñộng giữa ñiều chế QPSK và 16QAM. ðiều chế bậc cao như 16QAM cho phép ñạt ñược mức ñộ sử dụng băng thông cao hơn QPSK nhưng ñòi hỏi tỷ số tín hiệu trên tạp âm (Eb/N0) cao hơn. Vì thế 16 QAM chủ yếu chỉ hữu ích trong các ñiều kiện kênh thuận lơi. Nút B lựa chọn tốc ñộ số liệu ñộc lập cho từng TTI 2ms và cơ chế ñiều ñiều khiển tốc ñộ có thể bám các thay ñổi kênh nhanh. 4.4.3.1. Mã hóa kênh HS-DSCH Do mã hóa turbo có hiệu năng vượt trội mã hóa xơắn nên HS-DSCH chỉ sử dụng mã hóa turbo. Nguyên lý tổng quát của bộ mã hóa turbo như sau (hình 4.8a). Luồng số ñưa vào bộ mã hóa turbo ñược chia thành ba nhánh, nhánh thứ nhất không ñược mã hóa và các bit ra của nhánh này ñược gọi là các bit hệ thống, nhánh thứ hai và thứ ba ñược mã hóa và các bit ra của chúng ñược gọi là các bit chẵn lẻ 1 và 2. Như vậy cứ một bit vào thì có ba bit ra, nên bộ mã hóa turbo này có tỷ lệ mã là r=1/3. Tỷ lệ này có thể giảm nếu ta bỏ bớt một số bit chẵn lẻ và quá trình này ñược gọi là ñục lỗ (hình 4.8b).


Hình 4.8. Mã hóa turbo và ñục lỗ

4.4.3.2. ðiều chế HS-DSCH HS-DSCH có thể sử dụng ñiều chế QPSK và 16-QAM. Chùm tín hiệu QPSK và 16QAM ñược cho trên hình 4.9. ðiều chế QPSK chỉ cho phép mỗi ký hiệu ñiều chế truyền ñược hai bit, trong khi ñó ñiều chế 16QAM cho phép mỗi ký hiệu ñiều chế truyền ñược bốn bit vì thế 16QAM cho phép truyền tốc ñộ số liệu cao hơn. Tuy nhiên từ hình 4.9 ta thấy khoảng cách giữa hai ñiểm tín hiệu trong chùm tín hiệu 16QAM lại ngắn hơn khoảng cách này trong chùm tín hiệu QPSK và vì thế khả năng chịu nhiễu và tạp âm của 16QAM kém hơn QPSK.

Hình 4.9. Chùm tín hiệu ñièu chế QPSK, 16-QAM và khoảng cách cực tiểu giữa

hai ñiểm tín hiệu


4.4.3.3. Truyền dẫn thích ứng trên cơ sở ñiều chế và mã hóa kênh thích ứng Truyền dẫn thích ứng là quá trình truyền dẫn trong ñó tốc ñộ số liệu ñược thay ñổi tùy thuộc vào chất lượng ñường truyền: tốc ñộ ñường truyền ñược tăng khi chất lượng ñường truyền tốt hơn, ngược lại tốc ñộ ñường truyền bị giảm. ðể thay ñổi tốc ñộ truyền phù hợp với chất lượng kênh, hệ thống thực hiện thay ñổi sơ ñồ ñiều chế và tỷ lệ mã nên phương pháp này ñược gọi là ñiều chế và mã hóa thích ứng (AMC: Adaptive Modulation and Coding). Chẳng hạn khi chất lượng ñường truyền tốt hơn, hệ thống có thể tăng tốc ñộ truyền dẫn số liệu bằng cách chọn sơ ñồ ñiều chế 16QAM và tăng tỷ lệ mã bằng 3/4 bằng cách ñục lỗ, trái lại khi chất lượng truyền dẫn tồi hơn hệ thống có thể giảm tốc ñộ truyền dẫn bằng cách sử dụng sơ ñồ ñiều chế QPSK và không ñục lỗ ñể giảm tỷ lệ bằng 1/3.

4.4.4. HARQ với kết hợp mềm HARQ với kết hợp mềm cho phép ñầu cuối yêu cầu phát lại các khối thu mắc lỗi, ñồng thời ñiều chỉnh mịn tỷ lệ mã hiệu dụng và bù trừ các lỗi gây ra do cơ chế thích ứng ñường truyền. ðầu cuối giải mã từng khối truyền tải mã nó nhận ñược rồi báo cáo về nút B về việc giải mã thành công hay thất bại cứ 5ms một lần sau khi thu ñược khối này. Cách làm này cho phép phát lại nhanh chóng các khối số liệu thu không thành công và giảm ñáng kể trễ liên quan ñế phát lại so với phát hành R3. Nguyên lý xử lý phát lại HSDPA ñược minh họa trên hình 4.10. ðầu tiên gói ñược nhận vào bộ nhớ ñệm của nút B. Ngay cả khi gói ñã ñược gửi ñi nút B vẫn giữ gói này. Nếu UE giải mã thất bại nó lưu gói nhận ñược vào bộ nhớ ñệm và gửi lệnh không công nhận (NAK) ñến nút B. Nút B phát lại cả gói hoặc chỉ phần sửa lỗi của gói tùy thuộc vào gải thuâth kết hợp gói tại UE. UE kết hợp gói phát trước với gói ñược phát lại và giải mã. Trong trường hợp giải mã phía thu thất bại, nút B thực hiện phát lại mà không cần RNC tham gia. Máy di ñộng thực hiện kết hợp các phát lại. Phát theo RNC chỉ thực hiện khi xẩy ra sự cố hoạt ñộng lớp vật lý (lỗi báo hiệu chẳng hạn). Phát lại theo RNC sử dụng chế ñộ công nhận RLC, phát lại RLC không thường xuyên xẩy ra.


Hình 4.10. Nguyên lý xử lý phát lại của nút B

Không như HARQ truyền thống, trong kết hợp mềm, ñầu cuối không loại bỏ thông tin mềm trong trường hợp nó không thể giải mã ñược khối truyền tải mà kết hợp thông tin mềm từ các lần phát trước ñó với phát lại hiện thời ñể tăng xác suất giải mã thành công. Tăng phần dư (IR) ñược sử dụng làm cơ sở cho kết hợp mềm trong HSDPA, nghĩa là các lần phát lại có thể chứa các bit chẵn lẻ không có trong các lần phát trước. IR có thể cung cấp ñộ lợi ñáng kể khi tỷ lệ mã ñối với lần phát ñầu cao vì các bit chẵn lẻ bổ sung làm giảm tổng tỷ lệ mã. Vì thế IR chủ yếu hữu ích trong tình trạng giới hạn băng thông khi ñầu cuối ở gần trạm gốc và số lượng các mã ñịnh kênh chứ không phải công suất hạn chế tốc ñộ số liệu khả dụng. Nút B ñiều khiển tập các bit ñược mã hóa sẽ sử dụng ñể phát lại có xét ñến dung lượng nhớ khả dụng của UE. Các hình 4.11 cho thấy thí dụ về sử dụng HARQ sử dụng mã turbo cơ sở tỷ lệ mã r=1/3 cho kết hợp phần dư tăng. Trong lần phát ñầu gói bao gồm tất cả các bit thông tin cùng với một số bit chẵn lẻ ñược phát. ðến lần phát lại chỉ các bit chẵn lẻ khác với các bit chẵn lẻ ñược phát trong gói trước là ñược phát. Kết hợp gói phát trước và gói phát sau cho ra một gói có nhiều bit dư ñể sửa lỗi hơn và vì thế ñây là sơ ñồ kết hợp phần dư tăng.


Hình 4.11. HARQ kết hợp phần dư tăng sử dụng mã turbo

4.4.4. Kiến trúc Từ các phần trên ta thấy rằng các kỹ thuật HSDPA dựa trên thích ứng nhanh ñối với các thay ñổi nhanh trong các ñiều kiện kênh. Vì thế các kỹ thuật này phải ñược ñặt gần với giao diện vô tuyến tại phía mạng, nghĩa là tại nút B. Ngoài ra một mục tiêu quan trọng của HSDPA là duy trì tối ña sự phân chia chức năng giữa các lớp và các nút của R3. Cần giảm thiểu sự thay ñổi kiến trúc, vì ñiều này sẽ ñơn giản hóa việc ñưa HSDPA vào các mạng ñã triển khai cũng như ñảm bảo hoạt ñộng trong các môi trường mà ở ñó không phải tất cả các ô ñều ñược nâng cấp bằng chức năng HSDPA. Vì thế HSDPA ñưa vào nút B một lớp con MAC mới, MA-hs, chịu trách nhiệm cho lập biểu, ñiều khiển tốc ñộ và khai thác giao thức HARQ. Do vậy ngoại trừ các tăng cường cho RNC như ñiều khiển cho phép HSDPA ñối với các người sử dụng, HSDPA chủ yếu tác ñộng lên nút B (hình 4.12).


Hình 4.12. Kiến trúc HSDPA

Mỗi UE sử dụng HSDPA sẽ thu truyền dẫn HS-DSCH từ một ô (ô phục vụ). Ô phục vụ chịu trách nhiệm lập biểu, ñiều khiển tốc ñộ, HARQ và các chức năng MAC-hs khác cho HSDPA. Chuyển giao mềm ñường lên ñược hỗ trợ trong ñó truyền dẫn số liệu ñường lên sẽ thu ñược từ nhiều ô và UE sẽ nhận ñược các lệnh ñiều khiển công suất từ nhiều ô. Di ñộng từ một ô hỗ trợ HSDPA ñến một ô không hỗ trợ HSDPA ñược xử lý dễ ràng. Có thể ñảm bảo dịch vụ không bị gián ñoạn cho người sử dụng (mặc dù tại tốc ñộ số liệu thấp hơn) bằng chuyển mạch kênh trong RNC trong ñó người sử dụng ñược chuyển mạch ñến kênh dành riêng (DCH) trong ô không có HSDPA. Tương tự, một người sử dụng ñược trang bị ñầu cuối có HSDPA có thể chuyển mạch từ kênh riêng sang HSDPA khi người này chuyển vào ô có hỗ trợ HSDPA. Cấu trúc kênh tổng thể của HSDPA kết hợp WCDMA ñược cho trên hình 4.13.

Hình 4.13. Cấu trúc kênh HSDPA kết hợp WCDMA

Dưới ñây ta tổng kết chức năng của các kênh trong HSDPA: 1. HS-DSCH (High Speed- Downlink Shared Channel) là kênh truyền tải ñược sắp

xếp lên nhiều kênh vật lý HS-PDSCH ñể truyền tải lưu lượng gói chia sẻ cho nhiều người sử dụng, trong ñó mỗi HS-PDSCH có hệ số trải phổ không ñổi và bằng 16. Cấu hình cực ñại của HS-DSCH là 15SF16 (tương ứng với tốc ñộ ñỉnh khi ñiều chế


16QAM và tỷ lệ mã 1/1 là 14,4Mbps). Các người sử dụng chia sẻ HS-DSCH theo số kênh vật lý HS-PDSCH (số mã với SF=16) và khoảng thời gian truyền dẫn TTI=2ms.

2. HS-SCCH (High Speed-Shared Control Channel) sử dụng hệ số trải phổ 128 và có cấu trúc thời gian dựa trên một khung con có ñộ dài 2ms bằng ñộ dài của HS-DSCH. Các thông tin sau ñây ñược mang trên HS-SCCH:

√ Số mã ñịnh kênh

√ Sơ ñồ ñiều chế

√ Kích thước khối truyền tải

√ Gói ñược phát là gói mới hay phát lại (HARQ) hoặc HARQ theo RNC RLC

√ Phiên bản dư

√ Phiên bản chùm tín hiệu Khi HSDPA hoạt ñộng trong chế ñộ ghép theo thời gian, chỉ cần lập cấu hình một HS-SCCH, nhưng kho HSDPA hoạt ñộng trong chế ñộ ghép theo mã thì cần có nhiều HS-SCCH hơn. Một UE có thể xem xét ñược nhiều nhất là 4 HS-SCCH tùy vào cấu hình ñược lập bởi hệ thống.

3. HS-DPCCH (High Speed- Dedicated Physical Control Channel) ñường lên có hệ số trải phổ 256 và cấu trúc từ 3 khe 2ms chứa các thông tin sau ñây:

√ Thông tin phản hồi (CQI: Channel Quality Indicator: chỉ thị chất lượng kênh) ñể báo cho bộ lập biểu nút B về tôc ñộ số liệu mà UE mong muốn

√ ACK/NAK (công nhận và phủ nhận) cho HARQ 4. DPCCH (Dedicated Physical Control Channel) ñi cùng với HS-DPCCH ñường lên

chứa các thông tin giống như ở R3. 5. F-DPCH (Fractional- Dedicated Physical Channel) ñường xuống có hệ số trải phổ

256 chứa thông tin ñiều khiển công suất cho 10 người sử dụng ñể tiết kiệm tài nguyên mã trong truyền dẫn gói

4.4.5. HSDPA MIMO MIMO là một trong tính năng mới ñược ñưa vào R7 ñể tăng các tốc ñộ số liệu ñỉnh thông qua truyền dẫn luồng. Nói một cách chặt chẽ, MIMO (Multiple Input Multiple Output) là một cách thể hiện tổng quát sự sử dụng nhiều anten ở cả phía phát và phía thu. Nhiều anten có thể ñược sử dụng ñể tăng ñộ lợi phân tập và vì thế tăng tỷ số sóng mang trên nhiễu tại máy thu. Tuy nhiên thuật ngữ này thường ñược sử dụng ñể biểu thị truyền dẫn nhiều lớp hay nhiều luồng như là một phương tiện ñể tăng tốc ñộ số liệu ñến mức cực ñại có thể trong một kênh cho trước. Vì thế MIMO hay ghép kênh không gian có thể nhìn nhận như là một công cụ ñể cải thiện thông lượng của người sử dụng ñầu cuối giống như một ‘bộ khuếch ñại tốc ñộ số liệu’. Về bản chất, cải thiện thông lượng của người sử dụng ñầu cuối ở một mức ñộ nhất ñịnh sẽ dẫn ñến tăng thông lượng hệ thống. Các sơ ñồ MIMO ñược thiết kế ñể khai thác một số thuộc tính của môi trường truyền sóng vô tuyến nhằm ñạt ñược các tốc ñộ số liệu cao bằng cách phát ñi nhiều luồng số liệu song song. Tuy nhiên ñể ñạt ñược các tốc ñộ số liệu cao như vậy, cần ñảm bảo tỷ số tín hiệu trên nhiễu cao tương ứng tại máy thu. Vì thế ghép kênh không


gian chủ yếu ñược áp dụng cho các ô nhỏ hơn hay vùng gần với nút B, nơi mà thông thường tỷ số tín hiệu trên nhiễu cao. Trong trường hợp không thể ñảm bảo tỷ số tín hiệu trên nhiễu ñủ cao, nhiều anten thu mà UE có năng lực MIMO ñược trang bị có thể ñược sử dụng cho phân tập thu cho một luồng phát ñơn. Vì thế một UE có năng lực MIMO sẽ ñảm bảo tốc ñộ số liệu cao hơn tại biên ô trong các ô lớn so với một UE tương ứng chỉ có một anten. HSDPA MIMO hỗ trợ truyền dẫn hai luồng. Mỗi luồng ñược xử lý lớp vật lý như nhau (mã hóa, trải phổ và ñiều chế giống như trường hợp HSDPA một lớp). Sau mã hóa, trải phổ và ñiều chế, tiền mã hóa tuyến tính dựa trên các trọng số phản hồi từ UE ñược sử dụng trước khi luồng số ñược sắp xếp lên hai anten (hình 4.14).

Hình 4.14. Sơ ñồ MIMO 2x2

Sơ ñồ trên cũng có thể hoạt ñộng trong chế ñộ truyền dẫn một luồng. Trong trường hợp này chỉ có một luồng số liệu là ñược mã hóa và ñược truyền ñồng thời trên cả hai anten giống như trường hợp phân tập phát vòng kín của WCDMA. Sơ ñồ MIMO với hai chế ñộ này ñược gọi là D-TxAA (Dual Transmit Adaptive Array: dàn thích ứng phát kép). Trong môi trường di ñộng thực tế chế ñộ hai luồng ñược sử dụng khi UE gần trạm gốc (ñường truyền có chất lượng tốt) và một luồng ñược sử dụng khi UE xa trạm gốc (ñường truyền có chất lượng xấu). Việc ñưa vào MIMO sẽ ảnh hưởng chủ yếu lên quá trình xử lý lớp vật lý; ảnh hưởng lên lớp giao thức là nhỏ và các lớp trên chủ yếu nhìn MIMO như là một tốc ñộ số liệu cao hơn.

4.4.6. Tăng tốc ñộ ñỉnh bằng việc sử dụng MIMO và ñiều chế bậc cao 16QAM/64QAM Bảng 4.2 cho thấy quá trình tăng tốc ñộ ñỉnh HSDPA bằng việc sử dụng MIMO kết hợp với ñiều chế bậc cao 16QAM/64QAM ñối với các loại ñầu cuối UE khác nhau.

Bảng 4.2. Các loại ñầu cuối HSDPA khác nhau

Thể loại Số mã ðiều chê MIMO Tỷ lệ mã hóa

Tốc ñộ bit ñỉnh (Mbps)

Phát hành của 3GPP

12 5 QPSK - 3/4 1,8 R5

5/6 5 16QAM - 3/4 3,6 R5


7/8 10 16QAM - 3/4 7,2 R5

9 15 16QAM - 3/4 10,1 R5

10 15 16QAM - Gần 1/1 14,0 R5

13 15 64QAM - 5/6 17,4 R7

14 15 64QAM - Gần 1/1 21,1 R7

15 15 16QAM 2x2 5/6 23,4 R7

16 15 16QAM 2x2 Gần 1/1 28 R7

4.5. TRUY NHẬP GÓI TỐC ðỘ CAO ðƯỜNG LÊN (HSUPA)

Cốt lõi của HSUPA cũng sử dụng hai công nghệ cơ sở như HSDPA: lập biểu nhanh và HARQ nhanh với kết hợp mềm. Cũng giống như HSDPA, HSUPA sử dụng khoảng thời gian ngắn 2ms cho TTI ñường lên. Các tăng cường này ñược thực hiện trong WCDMA thông qua một kênh truyền tải mới, E-DCH (Enhanced Dedicated Channel: kênh riêng tăng cường). Mặc dù sử dụng các công nghệ giống HSDPA, HSUPA cũng có một số khác biệt căn bản so với HSDPA và các khác biệt này ảnh hưởng lên việc thực hiện chi tiết các tính năng:

√ Trên ñường xuống, các tài nguyên chia sẻ là công suất và mã ñều ñược ñặt trong một nút trung tâm (nút B). Trên ñường lên, tài nguyên chia sẻ là ñại lượng nhiễu ñường lên cho phép, ñại lượng này phụ thuộc vào công suất của nhiều nút nằm phân tán (các nút UE)

√ Trên ñường xuống bộ lập biểu và các bộ ñệm phát ñược ñặt trong cùng một nút, còn trên ñường lên bộ lập biểu ñược ñặt trong nút B trong khi ñó các bộ ñệm số liệu ñược phân tán trong các UE. Vì thế các UE phải thông báo thông tin về tình trạng bộ ñệm cho bộ lập biểu

√ ðường lên WCDMA và HSUPA không trực giao và vì thế xẩy ra nhiễu giữa các truyền dẫn trong cùng một ô. Trái lại trên ñường xuống các kênh ñược phát trực giao. Vì thế ñiều khiển công suất quan trọng ñối với ñường lên ñể xử lý vấn ñề gần xa. E-DCH ñược phát với khoảng dịch công suất tương ñối so với kênh ñiều khiển ñường lên ñược ñiều khiển công suất và bằng cách ñiều chỉnh dịch công suất cho phép cực ñại, bộ lập biểu có thể ñiều khiển tốc ñộ số liệu E-DCH. Trái lại ñối với HSDPA, công suất phát không ñổi (ở mức ñộ nhất ñịnh) cùng với sử dụng thích ứng tốc ñộ số liệu.

√ Chuyển giao ñược E-DCH hỗ trợ. Việc thu số liệu từ ñầu cuối tại nhiều ô là có lợi vì nó ñảm bảo tính phân tập, trong khi ñó phát số liệu từ nhiều ô trong HSDPA là phức tạp và chưa chắc có lợi lắm. Chuyển giao mềm còn có nghĩa là ñiều khiển công suất bởi nhiều ô ñể giảm nhiễu gây ra trong các ô lân cận và duy trì tương tích ngược với UE không sử dụng E-DCH

√ Trên ñường xuống, ñiều chế bậc cao hơn (có xét ñến hiệu quả công suất ñối với hiệu quả băng thông) ñược sử dụng ñể cung cấp các tốc ñộ số liệu cao trong một số trường hợp, chẳng hạn khi bộ lập biểu ấn ñịnh số lượng mã ñịnh kênh ít cho truyền dẫn nhưng ñại lượng công suất truyền dẫn khả dụng lại khá


cao. ðối với ñường lên tình hình lại khác; không cần thiết phải chia sẻ các mã ñịnh kênh ñối với các người sử dụng khác và vì thể thông thường tỷ lệ mã hóa kênh thấp hơn ñối với ñường lên. Như vậy khác với ñường lên ñiều chế bậc cao ít hữu ích hơn trên ñường lên trong các ô vĩ mô và vì thế không ñược xem xét trong phát hành ñầu của HSUPA.

4.5.1. Lập biểu ðối với HSUPA, bộ lập biểu là phần tử then chốt ñể ñiều khiển khi nào và tại tốc ñộ số liệu nào một UE ñược phép phát. ðầu cuối sử dụng tốc ñộ càng cao, thì công suất thu từ ñầu cuối tại nút B cũng phải càng cao ñể ñảm bảo tỷ số Eb/N0 (Eb=Pr/Rb, Pr là công suất thu tại nút B còn Rb là tốc ñộ bit ñược phát ñi từ UE) cần thiết cho giải ñiều chế. Bằng cách tăng công suất phát, UE có thể phát tốc ñộ số liệu cao hơn. Tuy nhiên do ñường lên không trực giao, nên công suất thu từ một UE sẽ gây nhiễu ñối với các ñầu cuối khác. Vì thế tài nguyên chia sẻ ñối với HSUPA là ñại lượng công suất nhiễu cho phép trong ô. Nếu nhiễu quá cao, một số truyền dẫn trong ô, các kênh ñiều khiển và các truyền dẫn ñường lên không ñược lập biểu có thể bị thu sai. Trái lại mức nhiễu quá thấp cho thấy rằng các UE ñã bị ñiều chỉnh thái quá và không khai thác hết toàn bộ dung lượng hệ thống. Vì thế HSUPA sử dụng bộ lập biểu ñể cho phép các người sử dụng có số liệu cần phát ñược phép sử dụng tốc ñộ số liệu cao ñến mức có thể nhưng vẫn ñảm bảo không vượt quá mức nhiễu cực ñại cho phép trong ô. Nguyên lý lập biểu HSUPA ñược cho trên hình 4.15.

Hình 4.15. Nguyên lý lập biểu HSUPA của nút B

Khác với HSDPA, bộ lập biểu và các bộ ñệm phát ñều ñược ñặt tại nút B, số liệu cần phát ñược ñặt tại các UE ñối với ñường lên. Tại cùng một thời ñiểm bộ lập biểu ñặt tại nút B ñiều phối các tích cực phát của các UE trong ô. Vì thế cần có một cơ chế ñể thông báo các quyết ñịnh lập biểu cho các UE và cung cấp thông tin về bộ ñệm từ các UE ñến bộ lập biểu. Chương trình khung HSUPA sử dụng các cho phép lập biểu phát ñi từ bộ lập biểu của nút B ñể ñiều khiển tích cực phát của UE và các yêu cầu lập biểu phát ñi từ UE ñể yêu cầu tài nguyên. Các cho phép lập biểu ñiều khiển tỷ số công


suất giữa E-DCH và hoa tiêu ñược phép mà ñầu cuối có thể sử dụng; cho phép lớn hơn có nghĩa là ñầu cuối có thể sử dụng tốc ñộ số liệu cao hơn nhưng cũng gây nhiễu nhiều hơn trong ô. Dựa trên các kết quả ño ñạc mức nhiễu tức thời, bộ lập biểu ñiều khiển cho phép lập biểu trong từng ñầu cuối ñể duy trì mức nhiễu trong ô tại mức quy ñịnh (hình 4.16). Trong HSDPA, thông thường một người sử dụng ñược xử lý trong một TTI. ðối với HSUPA, trong hầu hết các trường hợp chiến lược lập biểu ñường lên ñặc thù thực hiên lập biểu ñồng thời cho nhiều người sử dụng. Lý do vì một ñầu cuối có công suất nhỏ hơn nhiều so với công suất nút B: một ñầu cuối không thể sử dụng toàn bộ dung lượng ô một mình.

Hình 4.16. Chương trình khung lập biểu của HSUPA

Nhiễu giữa các ô cũng cần ñược ñiều khiển. Thậm chí nếu bộ lập biểu ñã cho phép một UE phát tại tốc ñộ số liệu cao trên cơ sở mức nhiễu nội ô chấp thuận ñược, nhưng vẫn có thể gây nhiễu không chấp nhận ñược ñối với các ô lân cận. Vì thế trong chuyển giao mềm, ô phục vụ chịu trách nhiệm chính cho họat ñộng lập biểu, nhưng UE giám sát thông tin lập biểu từ tất cả các ô mà UE nằm trong chuyển giao mềm. Các ô không phục vụ yêu cầu tất cả các người sử dụng mà nó không phục vụ hạ tốc ñộ số liệu E-DCH bằng cách phát ñi chỉ thị quá tải trên ñường xuống. Cơ chế này ñảm bảo hoạt ñộng ổn ñịnh cho mạng. Lập biểu nhanh cung cấp một chiến lược cho phép kết nối mềm dẻo hơn. Vì cơ chế lập biểu cho phép xử lý tình trạng trong ñó nhiều người sử dụng cần phát ñồng thời, nên số người sử dụng số liệu gói tốc ñộ cao mang tính cụm ñược cho phép lớn hơn. Nếu ñiều này gây ra mức nhiễu cao không thể chấp nhận ñược trong hệ thống, thì bộ lập biểu có thể phản ứng nhanh chóng ñể hạn chế các tốc ñộ số liệu mà các UE có thể sử dụng. Không có lập biểu nhanh, ñiều khiển cho phép có thể chậm trễ hơn và phải dành một dự trữ nhiễu trong hệ thống trong trường hợp nhiều người sử dụng hoạt ñộng ñồng thời. 4.5.2. HARQ với kết hợp mềm HARQ nhanh với kết hợp mềm ñược HSUPA sử dụng với mục ñích cơ bản giống như HSDPA: ñể ñảm bảo tính bền vững chống lại các sai lỗi truyền dẫn ngẫu nhiên. Sơ ñồ ñược sử dụng giống như ñối với HSDPA. ðối với từng khối truyền tải


ñược phát trên ñường lên, một bit ñược phát từ nút B ñến UE ñể thông báo giải mã thành công (ACK) hay yêu cầu phát lại khối truyền tải thu bị mắc lỗi (NAK). ðiểm khác biệt chính so với HSDPA bắt nguồn từ việc sử dụng chuyển giao mềm trên ñường lên. Khi UE nằm trong chuyển giao mềm, nghĩa là giao thức HARQ kết cuối tại nhiều ô. Vì thế trong nhiều trường hợp số liệu truyền dẫn có thể ñược thu thành công tại một số nút B nhưng lại thất bại tại các nút B khác. Nhìn từ phía UE, ñiều này là ñủ, vì ít nhất một nút B thu thành công số liệu. Vì thế trong chuyển giao mềm tất cả các nút B liên quan ñều giải mã số liệu và phát ACK hoặc NAK. Nếu UE nhận ñược ACK ít nhất từ một nút B, UE coi rằng số liệu ñã ñược thu thành công. HARQ với kết hợp mềm có thể ñược khai thác không chỉ ñể ñàm bảo tính bền vững chống lại nhiễu không dự báo ñược mà còn cải thiện hiệu suất ñường truyền ñể tăng dung lượng và (hoặc) vùng phủ. Các bit ñược mã hóa bổ sung chỉ ñược phát khi cần thiết. Vì thế tỷ lệ mã sau các lần phát lại ñược xác ñịnh theo tỷ lệ mã cần thiết cho ñiều kiện kênh tức thời. ðây cũng chính là mục tiêu mà thích ứng tốc ñộ cố gắng ñạt ñược, ñiểm khác chính là thích ứng tốc ñộ cố gắng tìm ra tỷ lệ mã phù hợp trứơc khi phát.

4.5.3. Kiến trúc ðể hoạt ñộng hiệu quả, bộ lập biểu phải có khả năng khai thác các thay ñổi nhanh theo mức nhiễu và các ñiều kiện ñường truyền. HARQ với kết hợp mềm cũng cho lợi từ các phát lại nhanh và ñiều này giảm chi phí cho các phát lại. Vì thế hai chức năng này phải ñược ñặt gần giao diện vô tuyến. Vì thế cũng giống như HSDPA, các chức năng lập biểu và HARQ của HSUPA ñược ñặt tại nút B. Ngoài ra cũng giống như ñối với HSDPA, cũng cần ñảm bảo giữ nguyên các lớp cao hơn lớp MAC. Vì thế mật mã, ñiều khiển cho phép … vẫn ñặt dưới quyền ñiều khiển của RNC. ðiều này cho phép ñưa HSUPA êm ả vào các vùng ñược chọn lựa; trong các ô không hỗ trợ truyền dẫn E-DCH, có thể sử dụng chuyển mạch kênh ñể sắp xếp luồng số của người sử dụng lên DCH. Giống như triết lý thiết kế HSDPA, một thực thể MAC mới (MAC-e) ñược ñưa vào UE và nút B. Trong nút B, MAC-e chịu trách nhiệm truyền tải các phát lại HARQ và lập biểu, còn trong UE, chiu trách nhiệm chọn lựa tốc ñộ số liệu trong các giới hạn do bộ lập biểu trong MAC-e của nút B ñặt ra. Khi UE nằm trong chuyển giao mềm với nhiều nút B, các khối truyền tải khác nhau có thể ñược giải mã ñúng tại các nút B khác nhau. Kết quả là một khối truyền tải có thể ñược thu ñúng tại một nút B, trong khi ñó một nút B khác vẫn tham gia và các phát lại của một khối truyền tải ñược phát sớm hơn. Vì thế ñể ñảm bảo chuyển các khối truyền tải ñúng trình tự ñến giao thức RLC, cần có chức năng sắp xếp lại thứ tự trong RNC ở dạng một thực thể mới: MAC-es. Trong chuyển giao mềm, nhiều thực thể MAC-e ñược sử dụng cho một UE vì số liệu ñược thu từ nhiều ô. Tuy nhiên MAC-e trong ô phục vụ chịu trách nhiệm chính cho lập biểu; MAC-e trong ô không phục vụ chủ yếu xử lý giao thức HARQ (hình 4.17).


Hình 4.17. Kiến trúc mạng ñược lập cấu hình E-DCH (và HS-DSCH).

Hình 4.18. cho thấy các kênh cần thiết cho HSUPA. E-DCH ñược sắp xếp lên một tập các mã ñịnh kênh ñường lên ñược gọi là các kênh số liệu vật lý riêng của E-DCH (E-DPDCH). Phụ thuộc vào tốc ñộ số liệu tức thời, số các E-DPDCH và các hệ số trải phổ có thể thay ñổi. Ngoài kênh số liệu E-DCH còn có các kênh báo hiệu cho nó như sau. Các kênh E-AGCH (E-DCH Absolute Grant Channel: kênh cho phép tuyệt ñối của E-DCH) và E-RGCH (E-DCH Relative Grant Channel: kênh cho phép tương ñối của E-DCH) là các kênh hỗ trợ cho ñiều khiển lập biểu. Kênh E-HICH (E-DCH HARQ Indicator Channel: kênh chỉ thị HARQ của E-DCH) là kênh hỗ trợ cho phát lại sử dụng cơ chế HARQ.

Hình 4.18. Các kênh cần thiết cho một UE có khả năng HSUPA

Không như HSDPA, HSUPA không hỗ trợ ñiều chế thích ứng vì nó không hỗ trợ các sơ ñồ ñiều chế bậc cao. Lý do là các sơ ñồ ñiều chế bậc cao phức tạp hơn và ñòi hỏi phát nhiều năng lượng trên một bit hơn, vì thể ñể ñơn giản ñường lên sử dụng sơ ñồ ñiều chế BPSK kết hợp với truyền dẫn nhiều mã ñịnh kênh song song. Tổng kết các kênh ñường lên cần thiết cho hoạt ñộng của E-DCH ñược minh họa trên hình 4.19 cùng với các kênh sử dụng cho HSDPA.


Các kênh mới ñược ñưa vào cho HSUPA ñược thể hiện bằng các ñường ñứt nét

Hình 4.19. Cấu trúc kênh tổng thể với HSDPA và HSUPA. Vì ñường lên không trực giao theo thiết kế, nên cần thiết ñiều khiển công suất nhanh ñể xử lý vấn ñề gần xa. E-DCH không khác với mọi kênh ñường lên khác và vì thế công suất ñược ñiều khiển theo cách giống như các kênh ñường lên khác. Nút B ño tỷ số tín hiệu trên nhiễu và phát ñi các lệnh ñiều khiển công suất trên ñường xuống ñến UE ñể ñiều chỉnh công suất phát của UE. Các lệnh ñiều khiển công suất có thể ñược phát bằng cách sử dụng DPCH hay ñể tiết kiệm các mã ñịnh kênh bằng F-DPCH. Dưới ñây ta tổng kết các kênh của HSUPA: 1. E-DPCH bao gồm hai kênh truyền ñồng thời: E-DPDCH và DPCCH. EDPDCH có

hệ số trải phổ khả biến từ 2 ñến 256 với cấu hình cực ñại 2xSF2+2SF4 (tốc ñộ số liệu ñỉnh bằng 5,76 Mbps với tỷ lệ mã hóa 1/1). Khoảng thời gian truyền dẫn (TTI) của E-DPDCH có thể là 2ms (tốc ñộ số liệu lớn hơn 2Mbps) hoặc 10ms (tốc ñộ số liệu bằng hoặc dưới 2Mbps). DPCCH truyền ñồng thời với E-DPDCH chứa các thông tin hoa tiêu và ñiều khiển công suất (TPC).

2. E-DPCCH là kênh vật lý mới ñường lên tồn tại song song với E-DPDCH ñể truyền thông tin ngoài băng liên quan ñến truyền dẫn E-DPDCH. E-DPCCH có hệ số trải phổ 256 chứa các thông tin sau:

√ E-TFCI (Enhanced-Transport Format Combination Indicator: chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải) ñể thông báo cho máy thu nút B về kích thước khối truyền tải ñược mang trên các E-DPDCH. Từ thông tin này máy thu rút ra số kênh E-DPDCH và hệ số trải phổ ñược sử dụng

√ Số thứ tự phát lại (RSN: Retransmission Sequence Number) ñể thông báo về số thứ tự của khối truyền tải hiện thời ñược phát trong chuỗi HARQ.

√ Bit hạnh phúc ñể thông báo rằng UE có hài lòng với tốc ñộ hiện thời (công suất tương ñối ấn ñịnh cho nó) hay không và nó có thể sử dụng ñược ấn ñịnh công suất cao hơn hay không.

3. HICH (HARQ Indicator Channel: kênh chỉ thị HARQ) là kênh vật lý ñường xuống ñể truyền ACK hoặc NAK cho HARQ.

4. E-RGCH (E-DCH Relative Grant Channel: kênh cho phép tương ñối E-DCH) là kênh vật lý ñường xuống mới ñể phát lệnh tăng/giảm một nấc công suất của lập biểu (thường chỉ 1dB) so với giá trị tuyệt ñối ñược ấn ñịnh bởi kênh E-AGCH. E-RGCH ñược sử dụng cho các ñiều chỉnh nhỏ trong khi ñang xẩy ra truyền số liệu.


20E-RGCH ñược ghép chung với 20HICH trên cơ sở 40 chữ ký vào một DPDCH có mã ñịnh kênh với hệ số trải phổ 128

5. E-AGCH (E-DCH Absolute Grant Channel: kênh cho phép tuyệt ñối) là kênh vật lý ñường xuống mới có mã ñịnh kênh với hệ số trải phổ 128 ñể chỉ thị mức công suất chính xác của E-DPDCH so với DPCCH. E-AGCH chứa:

√ Giá trị cho phép tuyệt ñối chỉ thị tỷ số công suất E-DPDCH/DPCCH mà UE có thể sử dụng

√ Phạm vi cho phép tuyệt ñối ñể cho phép hoặc cấm UE phát theo HARQ

√ Số nhận dạng UE sơ/thứ cấp cho phép UE xác ñịnh kênh E-AGCH này có dành cho nó hay không

4.5.4. Các loại ñầu cuối HSUPA Có sáu loại ñầu cuối HSUPA trong R6 với tốc ñộ ñỉnh từ 0,72Mbps ñến 5.76Mbps. Bảng liệt kê các khả năng của các loại ñầu cuối HSUPA trong R6.

Bảng 4.3. Các loại ñầu cuối R6 HSUPA

Thể loại

Số mã cực ñại sử dụng ñồng thơi cho E-DPCH

TTI ñược hỗ trợ

Hệ số trải phổ E-DPCH thấp nhất

Tốc ñộ số liệu ñỉnh lớp 1 với TTI=10ms

Tốc ñộ số liệu ñỉnh lớp 1 với TTI=2ms

1 1 10 4 0,72 N/A*

2 2 2,10 4 1,45 1,45

3 2 10 4 1,45 N/A

4 2 2, 10 2 2 2,91

5 2 10 2 2 N/A

6 4 (2SF4+2SF2) 2,10 2 2 5,76

* N/A: không áp dụng Như vậy R6 có thể có ba loại thiết bị:

• Thiết bị chỉ cho DCH

• Thiết bị có khả năng cả DCH và HSDPA

• Thiết bị có khả năng cả DCH, HSDPA và HSUPA

4.6. CHUYỂN GIAO TRONG HSDPA Trong HSDPA chỉ có chuyển giao cứng. Tồn tại các kiểu chuyển giao sau ñây trong HSDPA:

√ Chuyển giao trong cùng một RNC √ Chuyển giao giữa các RNC √ Chuyển giao từ kênh HS-DSCH sang DCH


ðể thực hiện chuyển giao UE phải báo cho SRNC về ô tốt nhất. Trông phần dưới ñây ta sẽ xét quá trình xác ñịnh ô tốt nhất.

4.6.1. Xác ñịnh ô tốt nhất và chuyển giao Quá trình xác ñịnh ô (ñoạn ô) tốt nhất và chuyển giao ñược mô tả trên hình 4.20.

Hình 4.20. Sự kiện ño và báo cáo ô (ñoạn ô) phục vụ HS-DSCH tốt nhất

Dựa trên kết quả ño Ec/I0 trên kênh P-CPICH của các ô nằm trong tập tích cực của chuyển giao mềm ñường lên (thậm chí có thể cả các ô hay ñoạn ô nằm trong tập ứng cử), UE báo cáo ô phục vụ HS-DSCH tốt nhất cho SRNC ñể nó quyết ñịnh chuyển giao cứng cho HS-DSCH. Hình 4.20 cho thấy ô 2 (ñoạn ô) là ô ñược chọn và sau khoảng thời gian ∆T+∆D thì HS-DSCH ô 1 ñược chuyển sang ô 2.

4.6.2. Chuyển giao HS-DSCH giữa các ô (hay ñoạn ô) trong cùng một RNC Quá trình chuyển giao HS-DSCH giữa hai ñoạn ô của cùng một nút B ñược minh họa trên hình 4.21. Sau khi quyết ñịnh chuyển giao, SRNC gửi bản tin ñặt lại cấu hình liên kết vô tuyến ñã ñược ñồng bộ ñến các nút liên quan B và ñồng thời gửi bản tin RRC về ñặt lại cấu hình kênh vật lý ñến UE ñể chúng thực hiện chuyển giao. Quá trình chuyển giao từ nút B này sang nút B khác thuộc cùng một RNC cũng xẩy ra tương tự.


Hình 4.21. Chuyển giao HS-DSCH giữa hai ñoạn ô thuộc cùng một nút B

4.6.3. Chuyển giao HS-DSCH giữa hai các ô (ñoạn ô) thuộc hai RNC khác nhau

Quá trình chuyển giao HS-DSCH giữa hai ô (ñoạn ô) thuộc hai RNC khác nhau

ñược minh họa trên hình 4.22. Sau khi SRNC ñã quyết ñịnh chuyển giao, nó gửi bản tin ñặt lại cấu hình liên kết vô tuyến ñã ñược ñồng bộ ñến các nút B liên quan và ñồng thời gửi bản tin RRC ñặt lại cấu hình kênh vật lý ñến UE ñể thực hiện chuyển giao. Trong trường hợp này bản tin ñặt lại cấu hình liên kết vô tuyến ñược SRNC gửi ñến nút B ñích thông qua DRNC.

Hình 4.22. Chuyển giao HS-DSCH giữa các ñoạn ô thuộc hai RNC khác nhau


4.6.4. Chuyển giao HS-DSCH sang ô chỉ có DCH Hình 4.23 minh họa quá trình chuyển giao HS-DSCH từ ô (ñoạn ô) có HS-DSCH sang một nút B chỉ có DCH. Sau khi SRNC ñã quyết ñịnh chuyển giao, nó gửi bản tin ñặt lại cấu hình liên kết vô tuyến ñã ñược ñồng bộ ñến các nút B liên quan và ñồng thời gửi bản tin RRC về ñặt lại cấu hình kênh vật lý ñến người sử dụng ñể chúng thực hiện chuyển giao. Trong trường hợp này bản tin ñặt lại cấu hình liên kết vô tuyến ñược SRNC gửi ñến nút B ñích thông qua DRNC

Hình 4.23. Chuyển giao HS-DSCH từ nút B có HS-DSCH sang một nút B chỉ có

DCH. 4.7. TỔNG KẾT HSPA là công nghệ tăng cường cho 3G WCDMA còn ñược gọi là 3G+. HSPA là công nghệ truyền dẫn gói phù hợp cho truyền thông ña phương tiện IP băng rộng. HSDPA sử dụng kênh chia sẻ ñường xuống trên cơ sở ghép nhiều kênh mã với hệ số trải phổ SF=16, trong ñó tối ña số kênh mã dành cho lưu lượng lên ñến 15 và một kênh mã ñược dành cho báo hiệu và ñiều khiển. HSUPA sử dụng kênh tăng cường E-DCH ñể truyền lưu lượng. Cả HSDPA và HSUPA ñều sử dụng truyền dẫn thích ứng trên cở sở lập biểu và HARQ. Truyền dẫn thích ứng là công nghệ trong ñó tài nguyên vô tuyến dược phân bổ cho người sử dụng dựa trên tình trạng của kênh truyền sóng tức thời ñến người sử dụng này: (1) nếu ñiều kiện truyền sóng tốt người sử dụng ñược phân phối nhiều tài nguyên hơn, ngược lại người này ñược phân phối ít tài nguyên. HSDPA sử dụng phân phối tài nguyên theo mã hoặc thời gian trong ñó công suất truyền dẫn không ñổi và tốc ñộ truyền dẫn có thể thay ñổi số lượng mã, số khe ñược cấp phát hoặc bằng cách thay ñổi sơ ñồ truyền dẫn (AMC: Adaptive Modulation and


Coding: mã hóa và ñiều chế thích ứng), còn HSUPA sử dụng phân phối tài nguyên theo công suất với ñiều kiện công suất ñược cấp phát cho mỗi máy di ñộng không gây nhiễu cho các máy khác. Khi ñược cấp phát công suất cao hơn máy di ñộng có thể truyền dẫn tốc ñộ cao hơn bằng cách sử dụng nhiều mã hơn cho kênh E-DCH hay giảm hệ số trải phổ SF nhưng không thay ñổi sơ ñồ truyền dẫn (ñiều chế luôn là BPSK). Cả hai HSDPA và HSUPA ñều sử dụng HARQ, trong ñó bản tin ñược yêu cầu phát lại ñược lưu trong bộ nhớ ñệm ñể sau ñó kết hợp với bản tin ñược phát lại tạo thành một bản tin tốt hơn trước khi xử lý lỗi. Cơ chế phát lại với phần dư tăng cho phép mỗi lần phát lại chỉ cần phát lại một bộ phần của phần dư chưa ñược phát vì thế tiết kiệm ñược dung lượng ñường truyền. ðiểm khác biệt giữa HSDPA và HSUPA là HSDPA không sử dụng ñiều khiển công suất và chuyển giao mềm trái lại HSUPA sử dụng cả hai kỹ thuật này, ngoài ra HSUPA chỉ sử dụng một kiểu ñiều chế BPSK vì thế nó không áp dụng kỹ thuật ñiều chế mà mã hóa thích ứng (AMC: Adaptive Modulation and Coding). Cuối chương chuyển giao cứng cho HSDPA ñược trình bày cho. Trong HSDPA chỉ có chuyển giao cứng. ðể thực hiện chuyển giao, UE phải ño tỷ số tín hiệu trên nhiễu kênh P-CPICH của tất cả các ô hoặc các ñoạn ô nằm trong tập tích cực (thậm chí có thể cả trong tập ứng cử). Từ kết quả ño nó gửi báo cáo về ô tốt nhất ñến SRNC. SRNC sẽ quyết ñịnh chuyển giao.


Thuật ngữ và viết tắt 2G Second Generation Thế hệ thứ 2

3G Third Generation Thế hệ thứ ba

3GPP 3ird Genaration Partnership Project ðề án các ñối tác thế hệ thứ ba

3GPP2 3ird Generation Patnership Project 2 ðề án ñối tác thế hệ thứ ba 2

AICH Acquisition Indication Channel Kênh chỉ thị bắt

AMC Adaptive Modulation and Coding Mã hóa và ñiều chế thích ứng

AMR Adaptive MultiRate ða tốc ñộ thích ứng

ARQ Automatic Repeat-reQuest Yêu cầu phát lại tự ñộng

AP-AICH

Access Preamble Acquisition Indicator Channel

Kênh chỉ thị bắt tiền tố truy nhập

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế ñộ truyền dị bộ

BCCH Broadcast Control Channel Kênh ñiều khiển quảng bá

BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá

BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bit

BLER Block Error Rate Tỷ số lỗi khối

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa chuyển pha hai trạng thái

BS Base Station Trạm gốc

BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc

CC Convolutional Code Mã xoắn

CDMA Code Division Multiple Access ða truy nhập phân chia theo mã

CD/CA-ICH:

CPCH Collision Detection/ Channel Assignment Indicator Channel

Kênh chỉ thị phát hiện va chạm CPCH/ấn ñịnh kênh

CN Core Network Mạng lõi

CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung

CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung

CQI Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lượng kênh

CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra vòng dư

CS Circuit Switch Chuyển mạch kênh

CSICH CPCH Status Indicator Channel Kênh chỉ thị trạng thái CPCH

DCCH Dedicated Control Channel Kênh ñiều khiển riêng

DCH Dedicated Channel Kênh ñiều khiển

DL Downlink ðường xuống

DPCCH Dedicated Physycal Control Channel Kênh ñiều khiển vật lý riêng

DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng

DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý riêng


DRX Discontinuous Reception Thu không liên tục

DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ ñường xuống

DSSS Direct-Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp

E-AGCH Enhanced Absolute Grant Channel Kênh cho phép tuyệt ñối tăng cường

E-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng tăng cường

EDGE

Enhanced Data rates for GPRS Evolution

Tốc ñộ số liệu tăng cường ñể phát triển GPRS

EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị

E-DPCCH

Enhanced Dedicated Control Channel

Kênh ñiều khiển riêng tăng cường

E-DPDCH

Enhanced Dedicated Data Channel

Kênh số liệu riêng tăng cường

E-RGCH Enhanced Relative Grant Channel

Kênh cho phép tương ñối tăng cường

FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập ñường xuống

FDD Frequency Division Duplex

Ghép song công phân chia theo thời gian

F-DPCH Fractional DPCH DPCH một phần (phân ñoạn)

GERAN GSM EDGE Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE

GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GSM Global System For Mobile Communications

Hệ thống thông tin di ñộng tòan cấu

HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest Yêu cầu phát lại tự ñộng linh hoạt

HHO Hard Handover Chuyên giao cứng

HLR Home Location Register Bộ ghi ñịnh vị thường trú

HSDPA High Speed Downlink Packet Access

Truy nhập hói ñường xuống tốc ñộ cao

HS-DPCCH

High-Speed Dedicated Physical Control Channel

Kênh ñiều khiển vật lý riêng tốc ñộ cao

HS-DSCH

High-Speed Dedicated Shared Channel

Kênh chia sẻ riêng tốc ñộ cao

HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc ñộ cao

HS-PDSCH

High-Speed Physical Dedicated Shared Channel

Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc ñộ cao

HSS Home Subsscriber Server Server thuê bao nhà

HS- High-Speed Shared Control Channel Kênh ñiều khiển chia sẻ tốc ñộ cao


SCCH

HSUPA High-Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói ñường lên tốc ñộ cao

IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ ña phương tiện IP

IMT-2000

International Mobile Telecommunications 2000

Thông tin di ñộng quốc tế 2000

IP Internet Protocol Giao thức Internet

IPv4 IP version 4 Phiên bản IP bốn

IPv6 IP version 6 Phiên bản IP sáu

IR Incremental Redundancy Phần dư tăng

Iu Giao diện ñược sử dụng ñể thông tin giữa RNC và mạng lõi

Iub Giao diện ñược sử dụng ñể thông tin giữa nút B và RNC

Iur Giao diện ñược sử dụng ñể thông tin giữa các RNC

LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn

MAC Medium Access Control ðiều khiển truy nhập môi trường

MIMO Multi-Input Multi-Output Nhiều ñầu vào nhiều ñầu ra

MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin ña phương tiện

MSC Mobile Services Switching Center

Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di ñộng

NodeB Nút B

OVSF Orthogonal Variable Spreading Factor Hệ số trải phổ khả biến trực giao

PAPR Peak to Average Power Ratio

Tỷ số công suất ñỉnh trên công suất trung bình

P-CCPCH

Primary Common Control Physical Channel

Kênh vật lý ñiều khiển chung sơ cấp

PCH Paging Channel Kênh tìm gọi

PCPCH Physical Common Packet Channel Kênh vật lý gói chung

PDCP Packet-Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói

PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ ñường xuống vật lý

PHY Physical Layer Lớp vật lý

PICH Page Indication Channel Kênh chỉ thị tìm gọi

PRACH Physical Random Access Channel Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên)

PS Packet Switch Chuyển mạch gói

PSTN Public Switched Telephone Network

Mạng ñiện thoại chuyển mạch công cộng

QAM Quadrature Amplitude Modulation ðiều chế biên ñộ vuông góc

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

QPSK Quatrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha vuông góc


RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RAT Radio Access Technology Công nghệ truy nhập vô tuyến

RF Radio Frequency Tần số vô tuyến

RLC Radio Link Control ðiều khiển liên kết vô tuyến

RNC Radio Network Controller Bộ ñiều khiển mạng vô tuyến

RRC Radio Resource Control ðiều khiển tài nguyên vô tuyến

RTP Real Time Protocol Giao thức thời gian thực

S-CCPCH

Secondary Common Control Physical Channel

Kênh vật lý ñiều khiển chung sơ cấp

SCH Synchronization channel Kênh ñồng bộ

SF Spreading Factor Hệ số trải phổ

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

SIM Subscriber Identity Module Moñun nhận dạng thuê bao

SMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin

SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

SHO Soft Handover Chuyển giao mềm

TDD Time Division Duplex

Ghép song công phân chia theo thời gian

TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời gian

TDMA Time Division Mulptiple Access

ða truy nhập phân chia theo thời gian

TFC Transport Format Combination Kết hợp khuôn dạng truyền tải

TFCI Transport Format Combination Indicator

Chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải

TrCH Transport Channel Kênh truyền tải

TTI Transmission Time Interval Khỏang thời gian phát

UE User Equipment Thiết bị người sử dụng

UL Uplink ðường lên

UMB Ultra Mobile Broadband Băng thông di ñộng siêu rộng

UMTS Universal Mobile Telecommunications System

Hệ thống thông tin di ñộng toàn cấu

USIM UMTS SIM

UTRA UMTS Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt ñất UMTS

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network

Mnạg truy nhập vô tuyến mặt ñất UMTS

Uu Giao diện ñược sử dụng ñể thông tin giữa nút B và UE


WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

ða truy nhập phân chia theo mã băng rộng

WiFi Wireless Fidelitity Chất lượng không dây cao

WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access

Tương hợp truy nhập vi ba toàn cầu

VoIP Voice over IP Thoại trên IP


TÀI LI ỆU THAM KH ẢO

1. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Sách “Thông tin di ñộng thế hệ ba” , Nhà xuất bản Bưu ðiện, 2001

2. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Sách “cdmaOne và cdma2000”, Nhà xuất bản Bưu ðiện, 2003

3. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Giáo trình “Thông tin di ñộng thế hệ ba”, Học Viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông , Nhà xuất bản Bưu ðiện, 2004

4. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Sách ‘Mạng riêng ảo MNPN”, Nhà xuất bản Bưu-ðiện, 12/2005

5. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Sách ‘An ninh trong thông tin di ñộng”, Nhà xuất bản Bưu-ðiện, 9/2006

6. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Bài giảng “Thông tin di ñộng” cho ñào tạo từ xa, Học Viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông 2007

7. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Giáo trình “Lộ trình phát triển thông tin di ñộng 3G lên 4G”, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, 12/2008

8. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng. Tài liệu “WiMAX”, Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông. 12/2008

Documents

Umts Nguyen Pham Anh Dung