Mạng truy nhập vô tuyến trong hệ thống thông tin di động W – CDMA

Lời mở đầu Hệ thống thông tin di động 3G –WCDMA ra đời với nhiều tính năng vượt trội so với các thế hệ di động trước đó: với băng thông rộng, nó có thể tích hợp âm thanh, hình ảnh, dữ liệu và truyền với tốc độ cao đã cung cấp nhiều dịch vụ hấp dẫn và tiện lợi đáp ứng được nhu cầu trao đổi , cập nhật thông tin , cũng như nhu cầu về giải trí và thương mại ngày càng trở nên mạnh mẽ của con người. Và “ mạng truy nhập vô tuyến (RAN)” là phần tử lớn nhất, nó có mặt trên khắp vùng địa lý nơi mà các dịch vụ được cung cấp, và nó chiếm kinh phí đầu tư lớn nhất của hệ thống W-CDMA. Vì tầm quan trọng và ảnh hưởng của nó em đã chọn đề tài nghiên cứu của mình là “ mạng truy nhập vô tuyến trong hệ thống thông tin di động W – CDMA ”. Đề tài đã đi vào nghiên cứu khá đầy đủ các vấn đề trong mạng truy nhập vô tuyến từ cấu trúc , các giao diện đến cách quy hoạch và kỹ thuật truy nhập dùng trong mạng. Theo đó, đề tài tiến hành nghiên cứu các nội dung chính theo bố cục gồm hai phần, mỗi phần hai chương. Phần I. Nêu tổng quan về W-CDMA. · Chương 1: trình bày một cách tổng quan về lịch sử phát triển của các hệ thống thông tin di động và một số nét khái quát về hợp chuẩn IMT 2000. · Chương 2: Nêu khái quát về W-CDMA với các đặc điểm , cấu trúc hệ thống , đặc tính kỹ thuật và các công nghệ then chốt sử dụng trong hệ thống. Phần II. Là phần trọng tâm của đề tài “ mạng truy nhập vô tuyến ” gồm hai chương. · Chương 3: Trình bày chi tiết kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã trải phổ trực tiếp mà mạng truy nhập vô tuyến sử dụng. · Chương 4: trình bày chi tiết về cấu trúc, các phần tử, các giao diện của mạng truy nhập vô tuyến và cách quy hoạch nó. Do phạm vi và thời gian làm đồ án nên đồ án mới chỉ đi vào nghiên cứu một phần nhỏ trong lĩnh vực rộng lớn của thông tin di động nói chung và mạng truy nhập vô tuyến nói riêng và do những hạn chế của bản thân. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng chắc chắn đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Rất mong được sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo cũng như ý kiến đóng góp của các bạn bè. Mục lục Lời cảm ơn 1 Mục lục 2 Danh mục hình vẽ 4 Danh mục bảng . 5 Các thuật ngữ và chữ viết tắt . 4 Lời mở đầu 12 Phần 1: Tổng quan về W-CDMA Chương 1: Tổng quan về thông tin di động thế hệ 3 và IMT 2000 1.1 Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động . 14 1.1.1 Lộ trình phát triển từ hệ thống IS-95 thế hệ 2 đến cdma2000 thế hệ 3 . 17 1.1.2 Lộ trình phát triển từ GSM lên 3G W-CDMA 22 1.2 Tổng quan về IMT-2000 27 1.2.1 Mục tiêu của IMT-2000 . 27 1.2.2 Chuẩn hóa IMT-2000 . 30 1.2.3 Băng tầng IMT-2000 32 Chương 2 Tổng quan về W-CDMA 2.1 Các đặc điểm của W-CDMA 33 2.2 Cấu trúc hệ thống . 35 2.3 Các đặc tính kỹ thuật cơ bản của W-CDMA 40 2.4 Các công nghệ then chốt trong W-CDMA 42 Phần 2: Mạng truy nhập vô tuyến trong hệ thống thông tin di động W-CDMA Chương 3: Kỹ thuật truy nhập vô tuyến trong hệ thống thông tin di động W-CDMA 3.1 Nguyên lý DS-CDMA . 46 3.2 Đồng bộ mã 53 3.2.1 Bắt mã PN 53 3.2.2 Bám mã PN 54 Chương 4: Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN 58 4.1 Cấu trúc UTRAN . 58 4.1.1 Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC 59 4.1.2 Nút B (trạm gốc) . 61 4.2 Mô hình giao thức tổng quát đối với các giao diện mặt đất của UTRAN . 70 4.2.1 Lớp cắt ngang 70 4.2.2 Các mặt phẳng đứng . 71 4.3 Các giao diện trong UTRAN . 73 4.3.1 Giao diện RNC-RNC và báo hiệu RNSAP 73 4.3.2 Giao diện RNC-nút B và báo hiệu NBAP 81 4.3.3 Giao diện vô tuyến (Uu) . 84 4.3.3.1 Cấu trúc giao tuyến Uu . 84 4.3.3.2. Các chức năng của MAC 88 4.3.3.3 Chức năng điều khiển đoạn nối vô tuyến, RLC . 94 4.3.3.4. Các chức năng điều khiển tài nguyên vô tuyến, RRC . 95 4.4 Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến . 96 4.4.1 Định cỡ giao diện IuB 97 4.4.2 Định cỡ nút B 99 4.4.3. Định cỡ RNC 100 4.4.4. Quy hoạch mạng truyền dẫn UTRAN . 102 Kết luận 106 Tài liệu tham khảo 107

doc107 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 11/06/2013 | Lượt xem: 3039 | Lượt tải: 10download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Mạng truy nhập vô tuyến trong hệ thống thông tin di động W – CDMA, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
FDD Băng tần thu phát Băng tần IMT 2000 Khoảng cách tần số thu/ phát 190Mhz Khoảng cách sóng mang Dòng quét sóng mang 200 KHz Tốc độ chíp 3,84 Mc/s Tốc độ ký hiệu (Symbol) 7,5 ks/s ~ 960 ks/s Phương pháp điều chế Điều chế số liệu: QPSK, điều chế trải phổ QPSK Phương pháp giải điều chế Tách sóng nhất quán có hỗ trợ tín hiệu hoa tiêu Tốc độ truyền số liệu Tối đa 384 Kbit/s (2Mbit/s) Công suất phát cực đại 20w (±) 2dB/ sóng mang / sec tơ/ (10w(±)2dB/ sóng mang/ sec tơ/ anten/ khi phân tập phát) Độ ổn định tần số (±) 0,05 ppm hoặc nhỏ hơn Độ rộng băng thông chiếm dụng 5MHz hoạch nhỏ hơn (99% độ rộng băng thông) Tỉ lệ công suất nhiễu sang kênh lân cận (ACLR) Sóng mang 5MHz: 45dB hoặc cao hơn/ độ rộng băng 3,84MHz Sóng mang 10MHz: 50 dB hoặc cao hơn/ độ rộng băng 3,84 MHz Độ nhạy tham chiếu Tốc độ dữ liệu 12,2 Kbit/s Nức tín hiệu đầu vào:- 121 dBm tỉ lệ lỗi bít (10^-3) hoặc thấp hơn. 4.2 Mô hình giao thức tổng quát đối với các giao diện mặt đất của UTRAN. Cấu trúc giao thức của các giao diện mặt đất của UTRAN được thiết kế theo cùng mô hình giao thức tổng quát. Mô hình này được cho ở hình 4.8. Cấu trúc này được xây dựng trên nguyên tắc là các lớp và các mặt phẳng độc lập logic với nhau và khi cần có thể thay đổi một phần của cấu trúc giao thức trong khi vẫn giữ nguyên các phần khác. 4.2.1 Lớp cắt ngang Cấu trúc giao thức gồm 2 lớp chính: lớp mạng vô tuyến và lớp mạng truyền tải. Mọi vấn đề liên quan tới UTRAN chỉ có thể nhìn thấy ở lớp mạng vô tuyến. Lớp mạng vô tuyến trình bày thông tin ứng dụng cần truyền: hoặc số liệu của người sử dụng hoặc thông tin điều khiển. Lớp mạng truyền tải trình bày công nghệ truyền tải sử dụng cho các giao diện. ở phát hành 3GPP năm 1999 công nghệ truyền tải ATM được sử dụng vì thế lớp mạng truyền tải trình bày truyền tải trên cơ sở ATM. Trong trường hợp lớp mạng truyền tải khác được sử dụng lớp mạng truyền tải phải khác. Tuy nhiên lớp mạng vô tuyến không thay đổi. ALCAP = Access Link Control application Protocol: giao thức ứng dụng điều khiển đoạn nối truy nhập. Hình 4.8 mô hình giao thức tổng quát cho các giao diện mặt đất UTRAN. 4.2.2 các mặt phẳng đứng + Mặt phẳng điều khiển Mặt phẳng điều khiển được sử dụng cho mọi báo hiệu đặc thù UMTS. Nó gồm giao thức ứng dụng (Application Protocol) như là RANAP (Radio Access Network Application Part): phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến) ở Iu, RNSAP (Radio Network Subsystem application Part: phần ứng dụng hệ thống con mạng vô tuyến) ở IuB và vật mang báo hiệu để truyền tải các bản tin của giao thức ứng dụng. Mặt phẳng báo hiệu chịu trách nhiệm thiết lập các vật mang để truyền tải số liệu của người sử dụng nhưng bản thân số liệu của người sử dụng không được mang ở mặt phẳng điều khiển. Từ hình 4.8 ta thấy các vật mang số liệu của người sử dụng do giao thức ứng dụng thiết lập là các vật mang chung và độc lập với công nghệ tryền tải đang được sử dụng. Nếu lớp ứng dụng biết trước các vật mang của một công nghệ truyền tải đặc thù thì không thể hoàn toàn tách riêng lớp mạng vô tuyến ra khỏi lớp mạng truyền tải. Nói cách khác, giao thức ứng dụng phải được thiết kế sao cho phù hợp với công nghệ truyền tải đặc thù. Các vật mang báo hiệu để mang các ứng dụng báo hiệu do thao tác của O&M thiết lập. các vật mang báo hiệu náy giống như các đoạn nối báo hiệu SS7 giữa BSC và MSC ở GSM. Vật mang báo hiệu đối với giao thức ứng dụng có thể hoặc không thể cùng kiểu như vật mang báo hiệu cho ALCAP. Nó luôn được thiết lập bởi các hoạt động khai thác và bảo dưỡng. + Mặt phẳng người sử dụng Mặt phẳng người sử dụng là mặt phẳng truyền mọi thông tin được người sử dụng phát và thu như: tiếng được mã hóa ở cuộc gọi hay gói ở các kết nối internet. Mặt phẳng người sử dụng gồm các luồng số liệu và các vật mang số liệu do các luồng này. Mỗi luồng số liệu được đặc trưng bởi một hay nhiều các giao thức khung được định nghĩa cho giao diện này. + Mặt phẳng điều khiển mạng truyền tải. Mặt phẳng điều khiển mạng truyền tải chứa chức năng mặt phẳng đặc thù cho công nghệ truyền tải đang được sử dụng và lớp mạng vô tuyến không thể nhìn thấy nó. Nếu người sử dụng sử dụng các vật mang được lập cấu hình trước theo tiêu chuẩn thì không cần thiết có mặt phẳng điều khiển mạng truyền tải. ngược lại cần sử dụng mặt phẳng này. Mặt phẳng này không chứa bất kỳ thông tin nào của lớp mạng vô tuyến. Nó gồm giao thức ALCAP để thiết lập các vật mang truyền tải (vật mang số liệu) cho mặt phẳng người sử dụng. Mặt phẳng điều khiển mạng truyền tải là mặt phẳng hoạt động giữa mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng người sử dụng việc đưa ra mặt phẳng điều khiển mạng truyền tải làm cho giao thức ứng dụng trong mặt phẳng điều khiển mạng vô tuyến hoàn toàn độc lập với công nghệ được chọn lựa cho vật mang số liệu ở mặt phẳng người sử dụng. Khi mặt phẳng điều khiển mạng truyền tải được sử dụng các vật mang truyền tải mang số liệu ở mặt phẳng người sử dụng được thiết lập như sau: Trước hết là một giao dịch của giao thức ứng dụng ở mặt phẳng điều khiển, giao dịch này khởi động việc thiết lập vật mang số liệu theo sự điều khiển của giao thức ALCAP đặc thù cho công nghệ mặt phẳng người sử dụng. Tính độc lập của mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng người sử dụng dựa trên giả thuyết rằng xuất hiện một giao dịch ALCAP. Cần lưu ý rằng có thể không sử dụng ALCAP cho tất cả các kiểu vật mang số liệu. Nếu không có giao dịch ALCAP thì hoàn toàn không cần thiết có mặt phẳng điều khiển mạng truyền tải. Đây là trường hợp xảy ra khi các vật mang số liệu được lập trước cấu hình. Cũng cần lưu ý rằng giao thức ALCAP ở mặt phẳng điều khiển mạng truyền tải không được sử dụng để thiết lập vật mang báo hiệu cho giao thức ứng dụng hay ALCAP khi đang khai thác thời gian thực. Vật mang báo hiệu cho ALCAP có thể hoặc không có thể cùng kiểu như vật mang báo hiệu cho giao thức ứng dụng. Các quy định UMTS cho rằng vật mang báo hiệu cho ALCAP luôn được thiết lập bởi khai thác và bảo dưỡng và không quy định chi tiết điều này. + Mặt phẳng người sử dụng mạng truyền tải Các vật mang số liệu ở mặt phẳng người sử dụng và các vật mang báo hiệu cho giao thức ứng dụng đều thuộc mặt phẳng người sử dụng mạng truyền tải. Như đã nói ở trên các vật mang số liệu ở mặt phẳng người sử dụng mạng truyền tải được điều khiển trực tiếp bởi mặt phẳng điều khiển mạng truyền tải khi khai thác thời gian thực, tuy nhiên các hoạt động điều khiển để thiết lập các vật mang báo hiệu cho giao thức ứng dụng được coi là các hoạt động khai thác và bảo dưỡng. 4.3 Các giao diện trong UTRAN 4.3.1 Giao diện RNC-RNC và báo hiệu RNSAP Ngăn xếp giao thức RNC với RNC (Iur) được cho ở hình 4.9 Cũng như đối với giao diện Iu, hai lựa chọn có thể có đối với truyền tải báo hiệu RSNAP: Ngăn xếp SS7 (SCCP và MTP3b) và truyền tải mới dựa trên SCTP/IP.Hai giao thức mặt phẳng người sử dụng được định nghĩa (DCH = Dedicated channel: kênh riêng) và CCH (common channel: kênh chung). Mặc dù lúc đầu giao diện này được thiết kế để hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC (xem hình 4.3.a), trong quá trình phát triển tiêu chuẩn nhiều tính năng được bổ sung và đến nay giao diện Iur đảm bảo 4 chức năng sau: Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC. Hỗ trợ kênh lưu lượng riêng. Hỗ trợ kênh lưu lượng chung. Hỗ trợ quản li tài nguyên toàn cục. Chính vì lí do này mà giao thức báo hiệu Iur (RNSAP = radio network subsystem application part: Phần ứng dụng hệ thống con mạng vô tuyến) được chia thành 4 mô-đun (như là các nhóm thủ tục).nói chung có thể thực hiện chỉ một phần của 4 chức năng Iur giữa hai bộ điều khiển mạng vô tuyến tuỳ theo yêu cầu của nhà khai thác. Iur1: hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC Chức năng này đòi hỏi mô-đun báo hiệu cơ sở của RNSAP. Đây là viên gạch đầu tiên cho việc xây dựng các giao diện Iur và tự mình đảm bảo chức năng cần thiết cho tính di động giữa hai RNC, nhưng không hỗ trợ cho việc trao đổi bất kì lưu lượng nào của người sử dụng. Nếu mô-đun này không được thực hiện thì giao diện Iur nói trên sẽ không tồn tại và cách duy nhất để một người sử dụng kết nối với UTRAN qua RNS1 có thể sử dụng một ô ở RNS2 là phải tự mình tạm thời cắt kết nối ra khỏi UTRAN (giải phóng kết nối RRC). Các chức năng được mô-đun cơ sở Iur cung cấp gồm: Hỗ trợ việc đặt lại SRNC; Hỗ trợ cập nhật vùng đăng kí UTRAN và ô giữa các RNC; Hỗ trợ tìm gọi giữa các RNC; Báo cáo các lỗi giao thức. hình 4.9 Ngăn xếp giao thức cho giao diện Iur Iur2:hỗ trợ lưu lượng kênh riêng Chức năng này đòi hỏi mô-đun kênh riêng của báo hiệu RNSAP và cho phép truyền lưu lượng kênh riêng giữa hai RNC. Thậm chí nhu cầu đầu tiên đối với chức năng là hỗ trợ trạng thái chuyển giao mềm, nó cũng cho phép giữ SRNC cho toàn bộ thời gian sử dụng các kênh riêng (các tài nguyên riêng ở nút B), thông thường khi người sử dụng còn có một kết nối tích cực đến vùng chuyển mạch kênh. Chức năng này cũng đòi hỏi giao thức khung của mặt phẳng người sử dụng cho kênh riêng cùng với giao thức mặt phẳng điều khiển mạng truyền tải (Q.2630.1)được sử dụng cho các kết nối truyền tải (các kết nối AAL2). Mỗi kênh riêng được truyền trên một kết nối truyền tải trừ kênh DCH được điều phối được sử dụng để nhận được chống lỗi không cân bằng ở giao diện vô tuyến. Giao thức khung cho các kênh riêng, viết tắt là DCH FP (FP = Frame Protocol), định nghĩa cấu trúc các khung số liệu mang thông tin của người sử dụng và các khung điều khiển được sử dụng để trao đổi thông tin đo và điều khiển. Vì lí do này các giao thức không quy định cả các bản tin và các thủ tục đơn giản. các khung số liệu của người sử dụng thông thường được định tuyến trong suốt qua DRNC; như vậy giao thức khung Iur được sử dụng cả ở IuB và được gọi là Iur/IuB DCH FP. Các chức năng được mô-đun Iur DCH cung cấp là: Thiết lập, thay đổi và giải phóng kênh riêng ở DRNC do chuyển giao cứng và chuyển giao mềm ở trạng thái kênh riêng; Thiết lập và giải phóng các kết nối truyền tải qua giao diện Iur; Truyền các khối truyền tai giữa SRNC và DRNC; Quản lí các đoạn nối vô tuyến ở DRNC thông qua các thủ tục báo cáo đo và thiết lập công suất. Iur3:hỗ trợ lưu lượng kênh chung Chức năng này cho phép xử lí các luồng số liệu kênh dùng chung. Nó đòi hỏi mô-đun kênh truyền tải chung của giao thức RNSAP và giao thức khung kênh truyền tải chung (Viết tắt là CCH FP). Giao thức báo hiệu Q.2630.1 của mặt phẳng điều khiển mạng truyền tải cũng cần thiết nếu các kết nối AAL2 được sử dụng. Nếu chức năng này không được thực hiện thì mọi cập nhật ô giữa các RNC luôn luôn khởi động quá trình đặt lại SRNC, nghĩa là RNC phục vụ luôn luôn là RNC điều khiển ô được sử dụng cho truyền tải kênh chung hoặc kênh chia sẻ. Một mặt chức năng này cho phép tránh được thủ tục đặt lại SRNC phức tạp(Qua CN), mặt khác chức năng này đòi hỏi phân chia MAC (Medium Access Control: Điều khiển truy cập môi trường) thành hai phần tử mạng dẫn đến sự kém hiệu quả khi sử dụng các tài nguyên và phức tạp ở giao diện Iur. Vì thế tính năng này vẫn được hỗ trợ ở tiêu chuẩn nhưng không quan trọng cho hoạt động của hệ thống . Các chức năng được mô-đun kênh truyền tải chung Iur cung cấp là: Thiết lập và giải phóng kết nối truyền tải qua Iur cho các luồng số liệu kênh chung; Phân chia lớp MAC giữa SRNC (MAC-d, d kí hiệu cho Dedicated: riêng) và DRNC (MAC-c và MAC-sh, c kí hiệu cho Common: chung, còn sh kí hiệu cho shared: chia sẻ). Thời biểu để truyền số liệu đường xuống được thực hiện ở DRN; Điều khiển dòng số liệu giữa MAC-d và MAC-c/MAC-sh. Iur4: Hỗ trợ quản lí tài nguyên toàn cục Chức năng này đảm bảo báo hiệu dể hỗ trợ tài nguyên tăng cường và các tính năng khai thác bảo dưỡng (O&M) qua giao diện Iur. Nó được thực hiện bằng mô-đun toàn cục của giao thức RNSAP và không đòi hỏi giao thức mặt phẳng người sử dụng vì không có truyền dẫn số liệu của người sử dụng qua giao diện Iur. Đây là một chức năng tuỳ chọn. Các chức năng do mô-đun tài nguyên toàn cục cung cấp là: Truyền các kết quả đo ở ô giữa hai RN; Truyền thông tin định thời nút B giữa hai RN; Tổng kết các chức năng của giao diện Iur. Ta có thể tổng kết các chức năng chung của giao diện Iur như sau: Quản lí mạng truyền tải. Quản lí lưu lượng cho các kênh truyền tải chung gồm: Thiết lập/Bổ sung/Xoá đoạn nối vô tuyến Tìm gọi 3. Quản lí lưu lượng cho các kênh truyền tải riêng Thiết lập/Bổ sung/Xoá đoạn nối vô tuyến Báo cáo kết quả đo 4. Báo cáo kết quả đo cho các đối tượng đo chung và riêng Các chức năng trên được phân chia như sau: Kết hợp/Phân chia phân tập vĩ mô. DRNS có thể thực hiện kết hợp/Phân chia phân tập vĩ mô cho các luồng số liệu qua các ô. SNRS thực hiện kết hợp/Phân chia các luồng số liệu Iur nhận được/Gửi tới các DRNS và các luồng số liệu thông tin qua các ô của chính mình. Điều khiển topo kết hợp/Phân chia phân tập vĩ mô. Khi yêu cầu một ô mới cho kết nối UE-UTRAN, SRNC có thể yêu cầu DRNC một luồng số liệu mới, trong trường hợp này chức năng kết hợp và phân chia trong DRNC không được sử dụng cho ô này. Nếu không, DRNC sẽ chịu trách nhiệm quyết định có sử dụng chức năng kết hợp và phân chia trong DRNC hay không, nghĩa là có nên bổ sung một luồng số liệu Iur mới hay không. Quản lý các tài nguyên phần cứng của DRNS. Phân bổ và điều khiển các tài nguyên phân cứng được dử dụng cho các luồng số liệu Iur và thu/phát giao diện vô tuyến trong DRNS được thực hiện trong DRNS. Ấn định các kênh vật lý: ấn định các kênh vật lý trong các kênh thuộc DRNS được thự hiện trong DRNS. Điều khiển công suất đường lên. Đây là một nhóm các chức năng để điều khiển mức công suất phát đường lên để giảm thiểu nhiễu đường lên và duy trì chất lượng của các kết nối. Nếu kết nối bao hàm cả SRNS và DRNS thì chức năng điều khiển công suất vòng trong đường lên (được đặt trong nút B). Điều khiển công suất đường xuống. Đây là nhóm các chức năng để điều khiển mức phát công suất đường xuống. Nó cũng được sử dụng để hiệu chỉnh sự trôi công suất giữa một số đường truyền. SRNC định kỳ (hay theo một số giải thuật) phát tham chuẩn công suất đường xuống đích giữa trên báo cáo công suất đo được từ UE. Điều khiển cho phép. Điều khiển cho phép trong một DRNS được yêu cầu măc định trong quá trình thiết lập/thay đổi đoạn nối vô tuyến. Thông tin về nhiễu đường lên và công suất đường xuống ở các ô phải luôn có ở Iur. Phân chia chức năng giao thức vô tuyến. Iur hỗ trợ phân chia chức năng giao thức vô tuyến giữa SRNC và DRNS. Lớp thích ứng ATM (AAL) AAL (ATM adaptation Layer) là một giao thức để kết hợp lớp cao có các thuộc tính lưu lượng khác nhau như: thoại, luồng video và các gói IP với lớp ATM được tiêu chuẩn độc lập với ứng dụng lớp cao. Bốn kiểu AAL được quy định là AAL1, AAL2, AAL3/4 và AAL5. AAL1 được sử dụng để truyền số liệu tốc độ cố định liên tục như tiến mã hóa PCM. AAL2 được tiêu chuẩn hóa để truyền các khung ngắn trong ATM như số liệu, tiếng nén trong thông tin di động và được áp dụng để truyền số liệu của người sử dụng trong RAN của thông tin di động 3G. AAL3/4 được phát triển cho mục đích truyền số liệu và nó có thể truyền đến 1024 byte số liệu lớp cao trên một kết nối VC bằng một MID (Multiple Identifier: đa nhận dạng). AAL5 là giao thức đơn giản hơn AAL3/4 được sử dụng rộng rãi để truyền các gói số liệu và các báo hiệu điều khiển. AAL5 được sử dụng để truyền báo hiệu trong thông tin di động 3G và số liệu gói ở giai đoạn RAN-CN (Radio Access Network – Correspondent Node: Mạng truy nhập vô tuyến – Nút tương thích). AAL2 Hình 4.10 mô tả cấu trúc của AAL2. AAL2 có thể ghép đến 256 kết nối của người sử dụng trên một kết nối VC và nó có khả năng phát các bản tin ngắn rất hiệu quả và ít bị trễ. Gói của lớp con phần chung (CPS: Common Part sublayer) gồm một tiêu đề 3 byte và một tải tin dài từ 1÷45 byte. Tiêu đề chứa nhận dạng kênh (CID) để nhận dạng người sử dụng. Nhiều kết nối của người sử dụng có thể được truyền bằng cách ghép chúng lên một VC. Gói CPS được mang trong đơn vị số liệu giao thức của CPS (CPS-PDU) có trường là 1 byte (STF: Start Fied). Hình 4.11 minh họa việc sử dụng AAL2 tại các giao diện của W-CDMA. AAL2 là giao thức được sử dụng trên các giao diện giữa nút B với RNC và giao thức RNC. AAL2 cũng là giao thức để truyền lưu lượng trong mạng lõi của CS. Điều này cho phép dễ dàng truyền lưu lượng CS từ RNC này đến RNC khác qua CN. Hình 4.10 Cấu trúc AAL2 hình 4.11 Các giao diện RAN AAL5 AAL5 phù hợp cho việc chuyển số liệu gói IP. Cấu trúc khung của AAL5 được cho ở hình 4.12. Số liệu của người sử dung ở lớp cao được gắn thêm đuôi (gồm thông tin về độ dài và mã phát hiện lỗi) và phần đệm (PAD) để điều chỉnh độ dài sẽ tạo nên CPCS- PDU ( CPCS: Common Part Convergence Sublayer: Lớp con hội tụ phần chung). Độ dài cực đại của CPCS-PDU là 65535 byte. Trong W-CDAM, các báo hiệu điều khiển của RAN và số liệu PS trên giao diện Iu và CN được truyền ở AAL5. Hình 4.12 Cấu trúc AAL5 4.3.2 Giao diện RNC-nút B và báo hiệu NBAP Ngăn xếp giao thức của giao diện RNC-nút B (giao diện IuB) được cho ở hình 4.13 . Giao thức này giống như Iur, điểm khác cơ bản là ở các mặt phẳng mạng vô tuyến và mặt phẳng điều khiển mạng truyền tải ngăn xếp SS7 được thay bằng SAAL-UNI (Signalling ATM Adaptation Layer-UNI: lớp thích ứng ATM báo hiệu-giao diện người sử dụng mạng) đơn giản hơn để làm vật mang báo hiệu.USCH (Uplink Shared channel: Kênh chia sẻ đường lên) chỉ có chế độ TDD. Để hiểu được cấu trúc của giao diện này, mô hình logic của nút B được giới thiệu ở hình 4.14. Mô hình này bao gồm một cửa điều khiển chung (đoạn nối báo hiệu chung) và một tập các điểm kết cuối lưu lượng, mỗi điểm được điều khiển bởi một cửa riêng (các đoạn nối báo hiệu riêng). Mỗi điểm kết cuối lưu lượng điều khiển một số MS có các tài nguyên riêng ở nút B và lưu lượng tương ứng được truyền qua các cổng số liệu riêng. Các cửa số liệu chung bên ngoài các điểm kết cuối lưu lượng RACH, FACH và PCH. Hình 4.13 Ngăn xếp giao thức cho giao diện IuB RACH = Random Access Channel: Kênh truy nhập ngẫu nhiên FACH = Forward Access Channel: Kênh truy nhập đường xuống PCH = Paging Channel: Kênh tìm gọi DSCH = Downlink Shared Channel: Kênh dùng chung chung đường xuống DCH = Dedicated Channel: kênh riêng Hình 4.14 kênh logic của nút B cho FDD Lưu ý rằng không tồn tại tương quan giữa điểm kết cuối lưu lượng và các ô, nghĩa là một điểm kết cuối lưu lượng có thể điều khiển nhiều ô và một ô có thể bị điều khiển bởi nhiều điểm kết cuối lưu lượng Báo hiệu giao diện IuB (NBAP: node B Application Part: phần ứng dụng nút B) được chia thanh hai phần tử chính: NBAP chung (C-NBAP) sử dụng cho các đoạn nối báo hiệu chung và NBAP riêng (D-NBAP) sử dụng cho các đoạn nối báo hiệu riêng. Các giao thức khung IuB mặt phẳng người sử dụng định nghĩa các cấu trúc khung và các thủ tục điều khiển cơ sở trong băng cho từng kiểu kênh truyền tải (cho từng kiểu cổng số liệu của mô hình). Báo hiệu Q.2630.1 được sử dụng để quản lý động các kết nối AAL2 sử dụng trong mặt phẳng người sử dụng. NBAP chung và khai thác bảo dưỡng logic Các thủ tục NPAP chung (C-NBAP) được sử dụng cho báo hiệu không liên quan đến một trường hợp UE đặc thù đã có ở nút B. C-NBAP định nghĩa tất cả các thủ tục cho khai thác và bảo dưỡng (O&M) logic của nút B như: Quản lý cấu hình và sự cố. Các chức năng chính của NBAP chung là: Thiết lập đoạn nối vô tuyến (RL = Radio Link) đầu tiên của một UE và chọn điểm kết cuối lưu lượng; Cấu hình ô; Xử lý các kênh RACH/FACH và PCH; Khởi xướng và báo cáo đo đạc đặc thù ô hoặc nút B; Quản lý sự cố. NBAP riêng Khi RNC yêu cầu đoạn nối vô tuyến đầu tiên cho EU thông qua thủ tục thiết lập đoạn nối vô tuyến C-NBAP, nút B ấn định một kết cuối lưu lượng để xử lý trường hợp UE này và các báo hiệu tiếp theo liên quan đến MS này được trao đổi bằng các thủ tục NBAP riêng (D-NBAP) qua cổng điều khiển riêng của điểm kết cuối đã cho. Các chức năng chính của NBAP riêng là: Bổ sung, giải phóng va lập cấu hình lại các đoạn nối vô tuyến cho một trường hợp UE; Xử lý các kênh riêng và dùng chung; Xử lý kết hợp chuyển giao; Khởi đầu và báo cáo đo đạc đặc thù đoạn nối vô tuyến; Quản lý sự cố đoạn nối vô tuyến. 4.3.3 Giao diện vô tuyến (Uu) 4.3.3.1. Cấu trúc giao tuyến Uu Cấu trúc giao thức ở giao diện vô tuyến được cho ở hình 4.15 Giao diện vô tuyến được phân thành 3 lớp giao thức: Lớp vật lý Lớp đoạn nối số liệu (L1); Lớp đoạn nối số liệu (L2); Lớp mạng (L3). Hình 4.15 Cấu trúc phân lớp của giao dện vô tuyến Lớp 2 được chia thành các lớp con: + MAC (Medium Access Control: Điều khiển truy nhập môi trường); + RLC (Radio Link Control: Điều khiển đoạn nối); + PDCP (Packet Data Convergenca Protocol: Giao thức hội tụ số liệu gói); + BMC ( Broadcast/Multi-cast Control): điều khiển quảng bá/ đa phương. Lớp 3 và RLC được chia thành mặt phẳng: mặt phẳng điều khiển người sử dụng U. PDCP và BMC chỉ có ở mặt phẳng U. Trong mặt phẳng C lớp 3 được chia thành các lớp con: “ tránh lặp” (TBD) nằm ở tầng truy nhập nhưng kết cuối ở mạng lõi (CN: Core Network) và lớp RRC (Radio Resource Control: Điều khiển tài nguyên vô tuyến). Báo hiệu ở các lớp cao hơn: MM (Mobility Management: Quản lý di động) và CM ( Connection Management: Quản lý kết nối) được coi là tầng không truy cập. Lớp vật lý là lớp thấp nhất ở giao diện vô tuyến. Lớp vật lý được sử dụng để truyền dẫn ở giao diện vô tuyến. Mỗi kênh vật lý ở lớp này được xác định bằng một tổ hợp tần số, mã ngẫu nhiên hóa (mã định kênh) và pha (chỉ cho đường lên). Các kênh được sử dụng vật lý để truyền thông tin của các lớp cao trên giao diện vô tuyến, tuy nhiên cũng có một số kênh vật lý chỉ được dành cho hoạt động của lớp vật lý. Để truyền thông tin ở giao diện vô tuyến, các lớp cao phải chuyển các thông tin này qua lớp MAC đến lớp vật lý bằng cách sử dụng các kênh logic. MAC sắp xếp các kênh này lên các kênh truyền tải trước khi đưa đến lớp vật lý để lớp này sắp xếp chúng lên các kênh vật lý. Nói chung các kênh logic được chia thành hai nhóm: các kênh điều khiển để truyền thông tin của mặt phẳng điều khiển và các kênh lưu lượng để truyền thông tin người sử dụng. Các kênh điều khiển bao gồm: Kênh quảng bá điều khiển (BCCH): Kênh đường xuống để phát quảng bá thông tin hệ thống. Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH): Kênh đường xuống để phát thông tin tìm gọi. Kênh điều khiển riêng (DCCH): Kênh hai chiều điểm đến điểm để phát thông tin điều khiển riêng giữa UE và mạng. Kênh điều khiển chung (CCCH): Kênh hai chiều để phát thông tin điều khiển giữa mạng và các UE. Kênh logic này luôn luôn được sắp xếp lên các kênh truyền tải ACH/FACH Kênh lưu lượng riêng(DTCH): Kênh điểm đến điểm riêng cho một UE để truyền thông tin của người sử dụng. DTCH có thể tồn tại cả ở đường lên lẫn đường xuống. Kênh lưu lượng chung (CTCH): Kênh một chiều điểm đa điểm để truyền thông tin của một người sử dụng cho tất cả hay một nhóm người sử dụng quy định hoặc chỉ cho một người sử dụng. Kênh này chỉ có ở đường xuống. Sắp xếp kênh logic lên kênh truyền tải được cho ở hình 4.16. Hình 4.16. Sắp xếp giữa các kênh logic và các kênh truyền tải ở đường lên và đường xuống. Tồn tại các kết nối sau đây giữa các kênh logic và các kênh truyền tải: PCCH kết nối đến PCH; - BCCH được nối đến BCH và cũng có thể được kết nối đến FACH; DCCH và DTCH có thể được kết nối đến hoặc RACH và FACH, CPCH và FACH, RACH và DSCH, DCH và DSCH hoặc DCH và DCH; CCCH được kết nối đến RACH và FACH; CTCH được kết nối đến FACH. Quá trình truyền thông tin từ lớp 1 thông qua RLC và MAC được mô tả ở hình 4.17 RLC: Điều khiển đoạn nối PDU: Đơn vị số liệu giao thức SDU: Đơn vị số liệu dịch vụ MAC: Điều khiển truy nhập môi trường TB: Khối truyền tải Hình 4.17. Truyền thông tin từ lớp cao qua RLC và MAC đến lớp 1. Các tiêu đề RLC và MAC trên hình 4.17có thể không hoặc có tùy thuộc vào RLC hay MAC là trong suốt hay không trong suốt. Ở chế độ không trong suốt không cần có tiêu đề, ngược lại chế đệ trong suốt cần có tiêu đề. 4.3.3.2. Các chức năng của MAC Giao thức MAC chuyển số liệu giữa UE và từng thực thể MAC trong RNC theo tỉ lệ một-một. Chức năng phân chia và kết hợp số liệu được cung cấp bởi các giao thức cao hơn vì MAC không có khả năng này. MAC có thể ấn định lại các tài nguyên vô tuyến và thay đổi các thông số MAC theo các lệnh gửi đến từ RRC. MAC cũng có chức năng đo khối lượng và chất lượng lưu lượng và thông báo các kết quả đo này cho RRC. MAC cung cấp các chức năng truyền số liệu khác nhau từ RLC ở dạng các kênh logic. MAC xử lý việc chuyển đổi giữa các kênh logic và các kênh truyền tải do lớp 1 cung cấp. Các kênh logic có thể được chia thành các kênh CCH được sử dụng để truyền thông tin ở mặt phẳng điều khiển và các kênh TCH được sử dụng để truyền thông tin ở mặt phẳng người sử dụng. Việc chuyển đổi các kênh logic và các kênh truyền tải được thực hiện như cho ở hình. a. Các chức năng của MAC MAC có các chức năng sau: Chuyển đổi giữa các kênh logic và các kênh truyền tải MAC thực hiện chuyển đổi giữa các kênh logic và các kênh truyền tải như đã xét ở trên. Phối tổ hợp khuôn dạng truyền tải (TFC) MAC chọn TFC (Transport Format Combination) thích hợp cho từng kênh truyền tải từ tập hợp khuôn dạng kết hợp kênh truyền tải (TFCS: Transport Format Combination Set) được mô tả bởi RRC. Đối với RACH, MAC chỉ chọn TF (Transport Format: Khuôn dạng truyền tải) vì tại lớp 1 không xảy ra ghép các TF. Điều khiển ưu tiên Trên cơ sở chọn TF, MAC chọn TF có thể truyền dẫn số liệu ưu tiên cao trên cơ sở sắp xếp ưu tiên theo thuật ngữ của vật mang vô tuyến và RLC. Ngoài ra MAC lập biểu truyền số liệu giữa các UE trên kênh chung. Nhận dạng các UE trên kênh chung MAC mô tả các nhận dạng UE-Id trong tiêu đề MAC. Ghép và phân luồng vào và từ các kênh truyền tải ở RLC-PDU MAC ghép luồng và phân luồng các kênh logic lên một kênh mang truyền tải sử dụng tiêu đề MAC. Quan trắc khối lượng lưu lượng MAC đo khối lưu lượng theo phương pháp quan trắc được đặc tả bởi RRC cho từng kênh truyền tải và báo cáo cho RRC. Chuyển mạch giữa các kênh truyền tải chung và riêng. RRC chuyển mạch giữa các kênh truyền tải chung và riêng thông qua MAC trên cơ sở lưu lượng đo. Mật mã hóa MAC thực hiện mật mã khi chế độ trong suốt được sử dụng. Chọn loại dịch vụ truy nhập (ASC) để truyền dẫn RACH MAC tại UE điều khiển và chọn các tài nguyên PRACH lớp 1 (chữ ký và các khe thời gian truy nhập) và các thông số RACH trên cơ sở ASC (Access Service Class: Lớp dịch vụ trong truy nhập) được mô tả bởi RRC. b. Khuôn dạng số liệu của MAC b1. Đơn vị giao thức MAC (PDU) Hình 4.18 cho thấy cấu hình của MAC PDU. Tiêu đề MAC và đơn vị dịch vụ SDU có độ dài khả biến. Cấu hình tiêu đề MAC phụ thuộc vào kênh logic. MAC SDU là RLC PDU. Bảng 4.2 liệt kê các phần tử của tiêu đề MAC. TCTF = Target Channel Type Field: Trường kiểu kênh đích C/T Hình 4.18. PDU số liệu MAC Bảng 4.2 Thành phần của tiêu đề MAC Các phần tử Mục đích TCTF Được sử dụng để nhận dạng các kênh logic trên FACH và RACH. Kiểu UE-Id Khuôn dạng của UE-Id. UE-Id Được sử dụng để nhận dạng UE. C/T Được sử dụng để nhận dạng các kênh logic trên các kênh truyền tải riêng và để nhận dạng các kênh logic khi truyền tải số liệu của người sử dụng bằng RACH và FACH. b2. Tiêu đề MAC và hỗ trợ kênh logic Cấu trúc của tiêu đề MAC phụ thuộc vào kênh logic (xem hình 4.19). Cụ thể, tiêu đề MAC gồm có 6 kiểu cấu hình. Bảng 4.3 liệt kê các kênh logic được sử dụng trong từng cấu hình. Hình 4.19. Cấu trúc của tiêu đề MAC Bảng 4.3. Cấu trúc tiêu đề MAC và chuyển đổi kênh logic vào kênh truyền tải Kênh logic Kênh truyền tải Sự có mặt của ghép kênh Kiểu tiêu đề MAC (Xem hình 2) DTCH/DCCH BCCH PCCH CCCH CTCH DCH RACH/FACH DSCH BCH FACH PCH RACH/FACH FACH Không ghép các kênh riêng Có ghép các kênh riêng _ _ Ghép Không ghép _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ (1) (2) (3) (4) (5) (1) (6) (1) (6) (6) c. Chọn tổ hợp khuôn dạng truyền tải MAC xử lý sắp xếp số liệu (chuyển đổi số liệu) vào lớp 1 thông qua các giao diện của lớp L1 và L2 trên cơ sở các kênh truyền tải. Dưới đây là định nghĩa các thuật ngữ liên quan đến việc chuyển đổi số liệu bởi MAC. Khối truyền tải (TB): TB là khối cơ sở để trao đổi giữa MAC và lớp 1, để lớp 1 xử lý. RLC-PDU tương ứng với TB và khối này được bổ sung CRC tại lớp 1. Tập khối truyền tải: Được định nghĩa như là tập các TB. Đây là khối được trao đổi giữa L1 và MAC tại cùng một thời điểm bằng cách sử dụng cùng một kênh truyền tải. Kích thước khối truyền tải: Là độ dài của TB được tính theo đơn vị bit. Kích thước của tập khối truyền tải: Là độ dài của tập khối truyền tải tính theo đơn vị bit. Khoảng thời gian truyền (TTI): Khoảng thời gian mà tại đó tập các TB đi qua các lớp và bằng khoảng thời gian mà tại đó các tập TB được gửi đi bởi lớp 1 trên giao diện vô tuyến. TTI là bội số nguyên của chu kỳ đan xen tối thiểu (10 ms); trong thực tế bằng 10, 20, 30, 40 và 80 ms. MAC cung cấp số liệu cho lớp 1 từng TTI. Khuôn dạng truyền tải (TF): Là khuôn dạng mà TB được cung cấp tại từng TTI. Nó gồm phần động và phần bán cố định. + Phần động: Kích thước khối truyền tải và kích thước tập truyền tải; + Phần bán cố định: TTI, phương pháp sửa lỗi và kích thước CRC. Tập khuôn dạng truyền tải (TFS): Là tập các TF được sử dụng trong kênh truyền tải. Trong TFS, các phần bán cố định của cùng một TF nhận cùng một giá trị. Các phần động có thể nhận các giá tri khác nhau đối với từng TTI để đảm bảo tốc độ khả biến. Tổ hợp khuôn dạng truyền tải (TFC): Vì lớp 1 có thể ghép nhiều kênh truyền tải, nên cần có tổ hợp các kênh truyền tải để truyền chúng cùng một lúc lên lớp 1. Tổ hợp này được gọi là TFC. Kênh truyền tải đa hợp được mã hóa (CCTrCH) của một UE được định nghĩa là một đơn vị các kênh truyền tải được tổ hợp như TFC. Tập tổ hợp khuôn dạng truyền tải (TFI): Là nhận dạng một TF được ấn định cho từng TB sẽ được gửi đến lớp 1 từ MAC và để chỉ thị TF nào được sử dụng trong TFS. Chỉ thị tổ hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI): Tương ứng một-một với TFC. Được tạo ra trên cơ sở TFI bởi lớp 1 và được truyền trên giao diện không gian. Và sử dụng tại lớp 1 ở phía thu để giải mã số liệu thu và phân luồng các TB. Khi sắp xếp số liệu vào lớp 1, MAC chọn TFC phù hợp từ TFCS do RRC mô tả, ấn định TFI cho TFS và gửi nó đến lớp 1. Vì phần bán cố định chung cho tất cả các TFC, nên thực chất việc chọn được thực hiện bởi phần động. 4.3.3.3 Chức năng điều khiển đoạn nối vô tuyến, RLC Ngay trên lớp MAC là lớp điều khiển đoạn nối vô tuyến (RLC). Khi một lớp cao yêu cầu một mang vô tuyến, RLC được thiết lập. RLC đảm bảo các chức năng sau: Phân đoạn/ và lắp ráp lại các PDU (đơn vị số liệu giao thức) vào, ra PU (đơn vị tải tin); Móc nối các PDU; Đệm cho PDU để lấp kín PU; Truyền tải số liệu người sử dụng ở chế độ có công nhận hoặc không công nhận; Quản lý chất lượng dịch vụ QoS; Hiệu chỉnh lỗi bằng cách phát lại ở chế độ có công nhận; Kiểm tra số trình tự (ở chế độ không công nhận); Điều khiển dòng để điều khiển tốc độ phát thông tin của RLC; Phát hiện lặp; Mã hóa. RLC hỗ trợ cả dịch vụ nhận và trong suốt. Với dịch vụ trong suốt, các PDU thu mắc lỗi sẽ bị loại bỏ. Với dịch vụ công nhận RLC sẽ phục hồi PDU mắc lỗi bằng cách yêu cầu phát lại. Một trong các giao thức nằm trên RLC là giao thức hội tụ số liệu gói (PDCP). Nhiệm vụ chính của PDCP là cho phép các lớp dưới (RLC, MAC và các lớp vật lý) được sử dụng chung không phụ thuộc vào kiểu cấu trúc số liệu người sử dụng. Chẳng hạn truyền số liệu gói từ một UE có thể sử dụng IPv4 hoặc IPv6. Nhờ vậy khi đưa ra một giao thức mới ở lớp trên ta không cần thay đổi giao diện vô tuyến. PDCP giống như Giao thức hội tụ độc lập mạng con (SNDCP: Subnetwork Non-Dependent Convergence Protocol) ở GPRS. Điều khiển quảng bá/ đa phương (BMC) có chức năng điều khiển quảng bá các bản tin trên toàn bộ ô giống như chức năng tương ứng được định nghĩa ở GMS. Các bản tin quảng bá ô cụ thể là: thông báo về giao thông hoặc thời tiết hoặc vùng địa lý hiện thời của UE,… 4.3.3.4. Các chức năng điều khiển tài nguyên vô tuyến, RRC Điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC) là một trong số các phần tử quan trọng nhất ở hình 4.15. Có thể coi RRC là nhà quản lý chung của giao diện vô tuyến chịu trách nhiệm quản lý tài nguyên vô tuyến như: xác định tài nguyên vô tuyến nào sẽ được ấn định cho một UE. Để có thể phân tích các yêu cầu từ người sử dụng và từ mạng cũng như ấn định các tài nguyên tương ứng, tất cả báo hiệu điều khiển đến và từ các UE đều phải đi qua RRC. Ngoài ra giữa RRC và các lớp khác cũng có các giao diện điều khiển. Các bản tin RRC mang tất cả các thông số cần thiết để thiết lập, thay đổi và giải phóng các thực thể của giao thức lớp 2 và lớp 1. Các bản tin RRC mang phần tải tin của mình tất cả các báo hiệu lớp cao (MM, CM, SM,…) và tính di động của thiết bị người sử dụng ở chế độ kết nối được điều khiển bởi báo hiệu RRC (đo, chuyển giao, cập nhật ô…). RRC thực hiện hoặc điều khiển các chức năng sau: Phát quảng bá thông tin hệ thống; Thiết lập các kết nối báo hiệu ban đầu giữa UE và mạng. Khi người sử dụng và mạng muốn liên lạc, trước hết kết nối RRC được thiết lập. Kết nối RRC này sẽ được sử dụng để truyền báo hiệu giữa UE và mạng cho mục đích cấp phát và quản lý tài nguyên vô tuyến. Cấp phát các vật mang vô tuyến cho một UE. Một UE có thể cấp phát được nhiều vật mang vô tuyến để truyền số liệu của người sử dụng. Báo cáo kết quả đo. RRC quyết định cần đo gì, khi nào nên đo và báo cáo kết quả đo. Quản lý di động. Quyết định khi nào cần chuyển giao. RRC cũng thực hiện việc lựa chọn lại ô và vùng định vị hay cập nhật định tuyến. Điều khiển chất lượng dịch vụ (QoS). Vì RRC điều khiển việc cấp phát tài nguyên vô tuyến nên nó ảnh hưởng trực tiếp đến QoS. RRC ấn định tài nguyên vô tuyến tuân theo QoS cần cung cấp cho người sử dụng. 4.4 QUY HOẠCH MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN Quy hoạch mạng truy nhập (RAN) bao gồm việc xác định số RNC yêu cầu và mạng truyền dẫn để kết nối các RNC này với các BTS và giữa các RNC với nhau (để có chuyển giao giữa các RNC). Đối với GMS, đa phần các BSC bị giới hạn dung lượng ở số BTS, số ô và số máy thu phát mà chúng có thể hỗ trợ. Trong một số trường hợp giới hạn này được đánh giá bằng Erlang, nhưng trong các mạng thực tế giới hạn dung lượng này ít xảy ra. Trong W-CDMA dung lượng của hầu hết các RNC liên quan đến hỗn hợp dịch vụ: tiếng và số liệu. Mặc dù vẫn sử dụng đánh giá giới hạn bằng tổng số BTS, ô hay các sóng mang vô tuyến, nhưng xử lý lưu lượng đóng vai trò chính. Thông thường giới hạn lưu lượng bao gồm: tổng thông lượng, tổng dung lượng giao diện IuB và tổng các lần thử gọi ở giờ cao điểm (BHCA) đối với các cuộc gọi tiếng. Vì thế khi xác định số RNC yêu cầu ta cần đảm bảo rằng các giới hạn này không bị vượt quá. Điều này có nghĩa là phải quy hoạch mạng RNC sát với mạng vô tuyến. Ngoài ra khi quy hoạch ta cũng cần so sánh, cân nhắc giới hạn với nhau. Chẳng hạn nếu Erlang tiếng được sử dụng ít hơn thì chắc rằng RNC có thể hỗ trợ yêu cầu lưu lượng số liệu cao hơn. Để đơn giản quá trình định cỡ, ta nên bắt đầu quá trình này bằng định cỡ giao diện IuB. Đối với rất nhiều nhà cung cấp thiết bị thì tổng dung lượng giao diện IuB có lẽ là nhân tố ràng buộc nhất. Ngoài ra giao diện IuB chung cho cả tiếng và số liệu. Sau khi ta đã xác định được yêu cầu dung lượng giao diện IuB cho từng BTS, ta có thể tính tổng các dung lượng này và xác định tổng số RNC cần thiết. Trong thực tế ta cần cộng thêm 25% đến 35% dung lượng RNC so với dung lượng được tính vì ba lý do sau. Trước hết khi phân bố các BTS cho các RNC ta cần xem xét các vùng định vị hoặc định tuyến. Thông thường ta cần ấn định các vùng đăng ký này sao cho chúng trùng với ranh giới của các RNC. Vì thế ta cần phân bố các BTS cho các RNC một cách linh hoạt. Thứ hai, cần ưu tiên chuyển giao mềm bên trong RNC hơn chuyển giao mềm giữa các RNC vì như vậy ta có thể giảm thiểu các yêu cầu truyền tải IuB và ta có thể giảm thiểu tổng số các yêu cầu chuyển mạch. Như vậy ta nên định nghĩa các biên giới RNC sao cho chúng không trùng với các vùng có dung lượng cao. Điều này cũng đòi hỏi ta phải phân bố linh hoạt BTS cho các RNC. Thứ ba, ta cũng cần một dự trữ nhất định để khi phát triển thêm các đài trạm ta không phải bổ sung thêm RNC mới. 4.4.1 Định cỡ giao diện IuB Đặc điểm của các giao diện vật lý với BTS dẫn đến dung lượng IuB với BTS có một giá trị quy định. Chẳng hạn một luồng E1 có thể cung cấp 2 Mbit/s. Thông thường để kết nối với BTS ta có thể sử dụng luồng E1, E3 hoặc STM1. Như vậy dung lượng của các đường truyền dẫn nối đến RNC có thể cao hơn tổng tải của giao diện IuB tại RNC. Chẳng hạn nếu ta cần đấu nối 100 BTS với dung lượng IuB của mỗi BTS là 2,5 Mbit/s. Ta cần cấu hình cho mỗi BTS hai luồng 2 Mbit/s và tổng dung lượng khả dụng của giao diện IuB là 400 Mbit/s. Tuy nhiên tổng tải của giao diện IuB tại RNC vẫn là 250 Mbit/s chứ không phải 400 Mbit/s. Như đã trình bày ở các phần trên, thiết kế vô tuyến được thực hiện trên cơ sở vùng phủ và yêu cầu về dung lượng. Khác với các phần khác của mạng thiết kế vô tuyến thường không được dự phòng tương lai xa. Khi cần có dự phòng tương lai trong thiết kế, dự phòng tương lai cho 9 đến 12 tháng là không thực dụng. Sở dĩ như vậy vì mạng vô tuyến là phần tử lớn nhất của toàn bộ mạng thông tin di động, nên dự phòng quá xa cho tương lai có thể dẫn đến chi phí đầu tư dự phòng quá lớn trước khi cần đến dung lượng. Tuy nhiên nếu đặt dự phòng xa cho tương lai thì ta có thể chỉ cần định cỡ dung lượng IuB trên cơ sở thông lượng dự kiến (gồm cả dự phòng này) với bổ sung 40% chẳng hạn. Mặc dù qua điểm này ít khoa học hơn, nhưng việc đưa dự phòng tương lai xa cũng có nghĩa là giao diện sẽ có đủ dung lượng trong một thời gian nhất định trong tương lai. Trong thời gian này ta có thể theo dõi sự phát triển của nhu cầu và đưa ra một dự báo chính xác hơn về dung lượng giao diện cần thiết trong tương lai. Nếu chỉ đặt một dự phòng tương lai nhỏ (03 đến 06 tháng), thì ta cần nghiên cứu thật kỹ lưỡng quyết định dung lượng IuB. Để xác định dung lượng IuB yêu cầu ta cần cộng thêm một lượng bổ sung cho dung lượng. Sự bổ sung này cần thiết cho tính cụm của lưu lượng, tải báo hiệu và tải khai thác và bảo dưỡng (O&M). Ngoài ra ta cũng cần thêm dung lượng cho phần điều khiển bổ sung của ATM, vì toàn bộ lưu lượng, báo hiệu và O&M được mang ở các tế bào ATM. Lượng bổ sung cho tính cụm phụ thuộc vào hỗn hợp lưu lượng. Nếu chỉ cung cấp dịch vụ tiếng thì lượng này bằng không. Nhưng nếu toàn bộ là dịch vụ số liệu thì lượng cần bổ sung có thể lên đến 40%. Thông thường là 25%. Ngoài ra ta cũng cần bổ sung 10% cho báo hiệu, 10% cho O&M. Thêm vào đó ta bổ sung cho phần điều khiển của ATM tùy theo dịch vụ. Ta biết rằng mỗi tế bào ATM có 53 byte, trong đó 48 byte tải tin còn 5 byte dành cho điều khiển, như vậy bổ sung cho điều khiển của ATM đã chiếm 10,4%. Ngoài ra lớp AAL cũng đòi hỏi thêm một số byte bổ sung trong các tế bào ATM (không kể tiêu đề tế bào). Đối với AAL2 thông tin điều khiển của nó chiếm 3 byte trong 48 byte tải tin. Như vậy đối với AAL2 tổng bổ sung cho điều khiển chiếm 18%. Đối với AAL5, 4 byte trong số 48 byte tải tin dành cho điều khiển AAL5 và tổng bổ sung cho điều khiển trong trường hợp này là 20%. Đối với báo hiệu, Giao thức định hướng theo nối thông đặc thù dịch vụ (SSCOP: Service Specific Connection Oriented Protocol) và Giao thức thức điều phối đặc thù dịch vụ (SSCF: Service Specific Co-ordination Protocol) nằm trên AAL5 cũng tiêu tốn thêm phần bổ sung. Để tiện tính toán ta đưa phần bổ sung SSCOP và SSCF vào phần bổ sung cho báo hiệu. Trên cơ sở phân tích nói trên, tổng độ rộng băng IuB cần thiết được xác định như sau: Độ rộng băng IuB = Lưu lượng người sử dụng dự kiến ´ (1 + tính cụm) ´ (1 + bổ sung báo hiệu + bổ sung O & M) ´ (1 + ATM), (8.25) Nếu ta lấy các dữ liệu trên làm thí dụ thì phương trình (8.25) trên như sau: Độ rộng băng IuB = Lưu lượng người sử dụng dự kiến ´ (1 + 0,25) ´ (1 + 0,1 + 0,1) ´ (1 + 0,2) hay: Độ rộng băng IuB = Lưu lượng người sử dụng dự kiến ´ 1,8 Như vậy do báo hiệu, O&M và bổ sung điều khiển ATM, ta cần định cỡ độ rộng băng giao diện IuB gần gấp hai lần lưu lượng thô thực tế của người sử dụng. Tuy nhiên các phương tiện truyền dẫn IuB là đối xứng. Nói một cách khác nếu đường truyền đi là 2 Mbit/s thì đường về cũng là 2 Mbit/s. Vì thế khi định cỡ IuB, ta chỉ cần xét lưu lượng cho một hướng: hướng có yêu vầu dung lượng cao hơn. Thông thường đây là hướng đường xuống. 4.4.2 Định cỡ nút B Nút B có các giới hạn sau: Số máy thu phát cực đại (TRX) (256 hoặc 512 chẳng hạn); Số ô (hay đoạn ô) cực đại (256 hay 512 chẳng hạn); Số kênh số liệu gói cực đại (2000 chẳng hạn); Số giao diện vật lý cực đại (128 chẳng hạn); Trong nhiều trường hợp nhà cung cấp thiết bị cung cấp BSC có dung lượng cố định theo giới hạn nêu trên. Khi xác định số BSC yêu cầu ta cần phân tích quy hoạch vô tuyến cho mạng cần phục vụ và tính toán số BSC để đảm bảo giới hạn ràng buộc nhất. Thí dụ ta cần xây dựng một mạng với 256 trạm, 3 đoạn ô mỗi trạm và một TRX/ đoạn ô. Ta xem xét mô hình BSC hỗ trợ được 256 trạm, 256 đoạn ô và 512 TRX. Sau đó dựa trên tính toán số trạm ta cần một BSC, dựa trên tính toán số đoạn ô ta cần 03 BTS và dựa trên tính toán số TRX ta cần 02 BSC. Như vậy ta cần triển khai ít nhất là 03 BSC. 4.4.3. Định cỡ RNC Trong khi BSC nói chung bị giới hạn bởi: số lượng các phần tử mạng vô tuyến (số trạm, số đoạn ô và số TRX) mà BSC cần hỗ trợ, thì dung lượng của RNC có xu thế bị giới hạn bởi lưu lượng hoặc thông lượng, sở dĩ như vậy vì RNC có thể tham dự vào xử lý lưu lượng cho các BTS mà không trực tiếp điều khiển chúng. Chẳng hạn một RNC có thể hoạt động như RNC phục vụ (SRNC) hoặc RNC trôi (DRNC) trong quá trình chuyển giao. Trong trường hợp thứ hai, RNC chỉ xử lý lưu lượng đến hoặc từ BTS mà không điều khiển nó. Như vậy số lượng BTS được diều khiển trở nên ít quan trọng hơn, trong khi đó khối lưu lượng được xử lý lại có ý nghĩa hơn đối với dung lượng của RNC. Dung lượng RNC thông thường bị giới hạn bởi tổ hợp các yếu tố sau: Tổng Erlang; Tổng BHCA; Tổng các thuê bao tiếng; Tổng các thuê bao số liệu; Tổng dung lượng giao diện IuB (Mbit/s); Tổng dung lượng giao diện Iur (Mbit/s); Tổng dung lượng chuyển mạch (Mbit/s); Tổng số các BTS được điều khiển; - Tổng số sóng mang vô tuyến. Việc xác định số lượng RNC cần thiết cho mạng sẽ dựa trên yếu tố ràng buộc nhất trong số các yếu tố trên. Không giống như BSC, thông thường các nhà cung cấp thiết bị có thể cung cấp nhiều cấu hình RNC khác nhau. Chẳng hạn giao diện IuB có thể được cung cấp với khả năng truyền dẫn khác nhau (E1, T1, STM1,…). Ngoài ra các nhà cung cấp thiết bị này cũng có thể cung cấp RNC theo cấu hình kết hợp nhiều tủ máy. Trong thời gian đầu khi dung lượng chưa cao số tủ máy được trang bị có thể ít, sau đó các tủ máy được bổ sung để đáp ứng sự mở rộng dung lượng. Việc xác định số RNC yêu cầu cũng phức tạp hơn việc xác định số BSC yêu cầu, đặc biệt khi cần xét đến ảnh hưởng của chuyển giao mềm. Để minh họa ta xét ví dụ sau. Giả sử có 02 RNC hỗ trợ một số BTS. Một trong số các giới hạn của RNC là tổng dung lượng chuyển mạch. Nếu xảy ra nhiều chuyển giao mềm thì dung lượng chuyển mạch sẽ được sử dụng ở cả hai RNC. Trong thực tế dung lượng chuyển mạch vẫn bị tiêu phí ở RNC ngay cả sau chuyển giao mềm nếu chưa kết thúc quá trình ấn định lại SRNS. Như vậy khi xác định số RNC ta không thể chỉ xét các phần tử vô tuyến cũng như tổng tải lưu lượng mà còn phải xét đến cả ảnh hưởng của chuyển giao mềm. Vì thế việc tính toán số RNC yêu cầu cần được tiến hành kết hợp chặt chẽ với quy hoạch vô tuyến. Trong phần lớn các trường hợp ta thấy yếu tố giới hạn nhất sẽ là giao diện IuB. Để minh họa ta xét thí dụ sau. Thông thường giới hạn dung lượng IuB đối với một RNC nằm trong khoảng 150 Mbit/s và 200 Mbit/s. Một RNC có thể giới hạn 500 sóng mang hoặc hơn (đây cũng là số ô nếu mỗi ô chỉ có một sóng mang). Giả sử ta dự kiến rằng một ô phải hỗ trợ từ 500kbit/s đến 1 Mbit/s, thì rõ ràng rằng số RNC sẽ phụ thuộc chủ yếu vào yếu tố độ rộng băng IuB chứ không phải các yếu tố khác. Tất nhiên sau khi đã xác định số RNC trên cơ sở độ rộng băng của giao diên IuB, ta cũng cần kiểm tra thêm xem các giới hạn định cỡ RNC khác có bị vượt quá hay không. Nếu chúng bị vượt quá ta cần bổ sung thêm dung lượng cho yếu tố ràng buộc nhất. Tuy nhiên trường hợp này ít khi xảy ra. 4.4.4. Quy hoạch mạng truyền dẫn UTRAN Sau khi đã xác định số RNC cần thiết ta cần quy hoạch việc bố trí các BTS cho các RNC (gọi tắt là quy hoạch bố trí). Quy hoạch này sẽ xác định biên giới của các RNC. Phân tích các ô tại và gần các biên giới của các RNC. Phân tích các ô tại và gần các biên giới này sẽ cho phép ta đánh giá lượng lưu lượng chuyển giao giữa các RNC theo dự kiến, như vậy ta có thể xác định được số các kết nối Iur và độ rộng băng cần thiết cho mỗi kết nối. Số lượng chuyển giao giữa các RNC sẽ phụ thuộc vào môi trường vô tuyến gần biên giới RNC. Một cách gần đúng ta có thể coi rằng 50% lưu lượng tại các ô biên giới được phục vụ đồng thời bởi hai ô thuộc hai RNC khác nhau. Giả định này cho phép bổ sung thêm chuyển giao mềm với sự tham gia của các ô không nằm trên biên giới. Để minh họa ta xét thí dụ sau. Một người sử dụng nào đó ở tầng trên cùng của một tòa nhà cao tầng. Người sử dụng này có thể được phục vụ bởi một ô không nằm trên biên giới giữa hai RNC, nhưng nhờ vị trí cao, người này phát đến một nút B thuộc một RNC khác. Tất nhiên chính xác bao nhiêu chuyển giao mềm được phép trong mạng sẽ được các ấn định trong bảng dữ liệu trong các RNC. Nhưng tại thời điểm này thiết kế chỉ tập trung lên sắp xếp nút B cho RNC và mạng truyền dẫn, bảng dữ liệu này vẫn chưa được xác định. Giao diện Iur được sử dụng để truyền dẫn lưu lượng từ MSC qua DRNC đến RNC điều khiển, vì thế ta cũng có thể áp dụng các giả thiết cơ sở khi định cỡ độ rộng băng IuB để định cỡ độ rộng băng Iur. Chẳng hạn nếu ta giả thiết là độ rộng băng IuB cần thiết gần gấp hai lần thông lượng của người sử dụng thì độ rộng băng Iur cần thiết cũng gấp gần hai lần băng thông của phần lưu lượng xảy ra khi chuyển giao giữa các RNC. a, Kết nối logic b, cấu hình xuyến Hình 4.20. Kết nối RNC Sau khi đã quy hoạch bố trí nút B cho RNC, ta cần nắm được các yêu cầu của giao diện IuB và Iur, lúc này ta cần quy hoạch mạng truyền tải để kết nối giữa nút B và RNC, giữa các RNC và giữa các RNC với SGSN và MSC. Giả sử rằng các giao diện này đều là giao diện ATM. Hình 4.20 cho thấy thí dụ về một mạng đơn giản gồm: + 03 RNC được đặt độc lập và cách xa MSC, SGSN; mỗi RNC điều khiển một số nút B; + 01 SGSN; + 01 MSC/VLR Hình 4.20a mô tả kết nối logic giữa các nút cách xa nhau. Việc thực hiện riêng rẽ từng giao diện như trên là không hợp lý và không kinh tế. một giải pháp hợp lý và kinh tế hơn cho kết nối RNC là sử dụng cấu hình xuyến. Tùy thuộc vào dung lượng ta có thể sử dụng cấu hình xuyến SDH: STM-1 hoặc STM-4 (hình 4.20b). Trong nhiều trường hợp khoảng cách giữa các nút dẫn đến giá thành cấu hình xuyến cao. Khi này ta có thể sử dụng cấu hình ở hình 4.21. trường hợp thứ nhất (hình 4.21a) ta triển khai một lớp ATM riêng chịu trách nhiệm chuyển mạch các đường truyền ATM giữa các nút khác nhau. Bằng cách triển khai lớp ATM này, ta có thể giảm tổng giá thành truyền dẫn. Tất nhiên trong trường hợp này ta phải chi phí cho đầu tư và khai thác thiết bị mới. Ở cấu hình thứ hai (hình 4.21b) ta sử dụng một trong số các RNC là chuyển mạch ATM. Như vậy ở trạm MSC ta có khả năng sử dụng một SGSN hay RNC ở trạm này là chuyển mạch ATM. Đây là lựa chọn mà một số nhà cung cấp thiết bị sử dụng, vì thực chất RNC là một chuyển mạch ATM có thêm các chức năng W-CDMA. Thông thường thì dung lượng của một chuyển mạch RNC là vài Gbit/s trong khi dung lượng giao diện IuB có thể chỉ giới hạn 200 kbit/s. Như vậy RNC có thể chuyển mạch nhiều lưu lượng ATM hơn lưu lượng cần thiết cho một RNC thuần túy. Ta có thể lợi dụng lưu lượng thừa này và giảm tổng giá thành truyền dẫn và không cần phải triển khai một mạng chuyển mạch ATM riêng. Quy hoạch và giá thành của mạng truyền dẫn UTRAN liên quan chặt chẽ với vị trí đặt các RNC. Có nhiều cách đặt RNC. Ta có thể đặt các RNC tại MSC, đặt xa MSC hoặc kết hợp cả hai. Vị trí đặt các RNC liên quan đến dung lượng của một RNC, giá thành của RNC, tính khả dụng của vị trí đặt và giá thành truyền dẫn. Quyết định cuối cùng phải cân bằng được các tiêu chí như: giá thành đầu tư, giá thành khai thác và độ tin cậy mạng. a, lớp chuyển mạch ATM b, sử dụng RNC và (hoặc) SGSN cho chuyển mạch ATM Hình 4.21. Sử dụng lớp chuyển mạch riêng (a) hay sử dụng RNC và (hoặc) SGSN cho chuyển mạch ATM (b). Kết luận Sau một thời gian nghiên cứu cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo :Ths Trần Xuân Trường và sự giúp đỡ của bạn bè em đã hoàn thành được đồ án này. Trong đó em đã hiểu được các vấn đề của mạng truy nhập vô tuyến trong hệ thống thông tin di động W-CDMA từ kỹ thuật truy nhập sử dụng trong mạng cho đến các phần tử tạo nên mạng truy nhập vô tuyến , các giao thức mở được sử dụng trong mạng và cuối cùng đó là cách quy hoạch mạng vô tuyến. Qua đồ án ta có thể thấy rõ quy mô và tầm quan trọng của mạng truy nhập vô tuyến trong hệ thống thông tin di động W-CDMA. Vì thế nó cần quan tâm và phát triển hơn nữa : cụ thể là nghiên cứu các kỹ thuật đa truy nhập mới để có thể nâng cao tốc độ truy nhập thông tin. Nghiên cứu và phát triển truyền tải IP thay cho truyền tải ATM Tuy nhiên, do thời gian cũng như khả năng nghiên cứu còn hạn chế nên bản đồ án này cũng không tránh khỏi thiếu sót, vì vậy em mong rằng sẽ nhận dược sự đóng góp của quý thầy cô và các bạn để đề tài này được hoàn thiện hơn. Một lần nữa em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo trong bộ môn Viễn thông cùng bè bạn đã tạo điều kiện cho em hoàn thành nội dung đồ án. TPHCM, ngày 7 tháng 5 năm 2009 sinh viên: Đinh Văn Thuần. Tài liệu tham khảo TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động thế hệ Ba”, Nhà xuất bản Bưu điện, 2004. TS. Đặng Đình Lâm - TS.Chu Ngọc Anh – Ths.Hoàng Anh – Ths.Ngưyễn Phi Hùng, “hệ thống thông tin di động 3G và xu hướng phát triển”, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2004. Ks. Nguyễn Văn Thuận, “hệ thống thông tin di động W-CDMA”, trung tâm đào tạo bưu chính viễn thông I, 2004. Harri Holma and Antti Toskala, “W-CDMA for UMTS”, Jonh Winley and Sons, 2000. M.R. Karim and M.Sarraf, “WCDMA and cdma2000 for 3G MobileNetworks”, www.3gpp.org. support.vnn.vn.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docDO AN TOT NGHIEP.doc
  • docbìa11.doc
  • rarHNHV~1.rar
  • docNHNXTC~1.DOC