High speed downlink packet access

Đề tài Thông tin di động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
-----o-o-----

BÁO CÁO MÔN HỌC THÔNG TIN DI ĐỘNG

Người hướng dẫn: Trương Tấn Quang

Nhóm thực hiện:

Võ Hồng Anh Khoa

0620023

Nguyễn Đình Lãm

0620040

Lê Trung

0620081

Đinh Đức Trọng

0620090

Thành phố Hồ Chí Minh, 2009

1

Đề tài Thơng tin di động

Phụ Lục:
CHƯƠNG 1:..............................................................................................................................4
MẠNG THƠNG TIN DI ĐỘNG UMTS.................................................................................4
1.1
Lịch Sử Phát Triển Của Mạng Thông Tin Di Động................................................4
1.1.1 Thế Hệ Đầu Tiên - 1G..............................................................................................5
1.1.2 Thế Hệ Thứ Hai - 2G :.............................................................................................5
1.1.3 Thế Hệ Thứ Ba - 3G.................................................................................................6
1.2
Tổng Quan Về Mạng Thông Tin Di Động UMTS..................................................7
1.2.1 Kiến Trúc Mạng.......................................................................................................7
1.2.1.1. Phần Core Network............................................................................................9
1.2.1.1.1 SGSN - Serving GPRS Support Node.........................................................9
1.2.1.1.2 GGSN – Gateway GPRS Support Node....................................................10
1.2.1.1.3 GMSC ( Gateway MSC)............................................................................10
1.2.1.1.4 HLR (Home Location Register).................................................................10
1.2.1.2. Phần Radio Access...........................................................................................10
1.2.1.2.1 Node - B.....................................................................................................11
1.2.1.2.2 RNC – Radio Network Controller.............................................................12
1.2.1.2.3 UE -User Equipment.................................................................................13
1.2.1.2.4 Các Giao Diện............................................................................................13
1.2.2 Các Giao Thức Giao Diện Vô Tuyến....................................................................14
1.2.2.1 Kiến Trúc Giao Thức........................................................................................15
1.2.2.2 Giao Thức Điều Khiển Truy Nhập Môi Trường- MAC...................................16
1.2.2.2.1 Chức Năng của MAC.................................................................................17
1.2.2.2.2 Các Kênh Logic.........................................................................................19

1.2.2.3 Giao Thức Điều Khiển Liên Kết Vô Tuyến – RLC............................................19
1.2.2.3.1 Kiến Trúc Lớp RLC...................................................................................19
1.2.2.3.2 Chức Năng.................................................................................................20
1.2.2.3.2 Chức Năng Và Thủ Tục Báo Hiệu RRC....................................................21
1.2.3 Quản Lý Tài Nguyên Vô Tuyến............................................................................22
1.2.3.1 Nhiễu - Cơ Sở Của Quản Lý Tài Nguyên Vô Tuyến.........................................22
1.2.3.2 Điều Khiển Công Suất.....................................................................................23
1.2.3.2.1 Điều Khiển Công Suất Nhanh....................................................................23
1.2.3.2.2 Điều Khiển Cơng Suất Vịng Ngồi..........................................................24
1.2.3.3 Chuyển Giao –HandOver................................................................................25
1.2.3.3.1 Chuyển Giao Cùng Một Tần Số ( Intra-frequency handover )..................26
1.2.3.3.2 Chuyển Giao Giữa Hai Tần Số..................................................................26
1.2.3.4 Điều Khiển Quản Trị........................................................................................27
1.2.3.5 Điều Khiển Tải (Điều Khiển Tắc Nghẽn).........................................................27
1.2.3.6 Phân Bổ Tài Nguyên Mã...................................................................................28
1.2.3.6.1 Đường xuống.............................................................................................28
1.2.3.6.2 Đường lên..................................................................................................28
1.2.3.7 Bắt đồng bộ mạng............................................................................................29
CHƯƠNG 2:............................................................................................................................30
CÔNG NGHỆ HSDPA CHO MẠNG UMTS.......................................................................30
2.1 Khái Niệm Công Nghệ HSDPA.....................................................................................30
2.2 Nguyên Lý HSDPA........................................................................................................30
2.3 Kiến Trúc HSDPA.........................................................................................................33
2.4 Kiến Trúc Các Kênh Của HSDPA................................................................................35
2.4.1 Kiến Trúc Giao Thức.............................................................................................35
2


Đề tài Thông tin di động
2.4.2. Kiến Trúc Kênh HS-DSCH..................................................................................36

2.4.2.1 Những Nét Đặc Trưng Của HS-DSCH.........................................................36
2.4.2.2 Mơ Hình Lớp Vật Lý Đường Xuống HS-DSCH................................................37
2.4.2.2.1 Kiểu FDD..................................................................................................37
2.4.2.2.2 Kiểu TDD...................................................................................................39
2.4.2.3 Mơ Hình Lớp Vật Lý Đường Lên HS-DSCH....................................................41
2.4.2.4 Cấu Trúc Lớp Vật Lý HS-DSCH Trong Miền Mã............................................41
2.4.2.4.1 Kiểu FDD..................................................................................................41
2.4.2.4.2 Kiểu TDD..................................................................................................42
2.4.2.5 Những Thuộc Tính Của Kênh Truyền Tải HS-DSCH.......................................42
2.4.3 Cấu Trúc Kênh HS-SCCH....................................................................................42
2.4.4 Cấu Trúc Kênh HS-DPCCH.................................................................................43
2.4.4.1 Phân Đoạn DPCH............................................................................................44
2.4.4.2 Thích Ứng Liên Kết HS-DSCH.........................................................................45
2.4.4.3 Tính Di Động....................................................................................................46
2.4.5 Thời Gian Của Các Kênh HSDPA.......................................................................46
2.5 Kiến Trúc Lớp Điều Khiển Môi Trường Truy Nhập- MAC........................................47
2.5.1 Kiến Trúc MAC HS-DSCH Phía UE...................................................................47
2.5.1.1 Tổng Quan Kiến Trúc.......................................................................................47
2.5.1.2 Đặc Điểm Của MAC-d.....................................................................................48
2.5.1.3 Đặc Điểm Của MAC-c/sh................................................................................49
2.5.1.4 Đặc Điểm Của MAC-hs....................................................................................50
2.5.2.Kiến Trúc MAC HS-DSCH Phía UTRAN...........................................................51
2.5.2.1 Kiến Trúc Tổng Quan.......................................................................................51
2.5.2.2 Đặc Điểm của MAC-c/sh..................................................................................52
2.5.2.3 Đặc Điểm của MAC-hs.....................................................................................53
2.6 HARQ.............................................................................................................................54
2.6.1 Các Loại HARQ.....................................................................................................54
2.6.2 Giao Thức HARQ..................................................................................................55
2.6.2.1 Báo Hiệu...........................................................................................................56
2.6.2.1.1 Đường lên..................................................................................................56

2.6.2.2.2 Đường xuống.............................................................................................56
2.6.2.2 Xử lý lỗi.............................................................................................................56
2.6.3 Quản Lý HARQ.....................................................................................................57
2.7 Thích Ứng Liên Kết Nhanh...........................................................................................57
2.8 Điều Chế Và Mã Hóa Thích Ứng –AMC và Kỹ Thuật Phát Đa Mã...........................58
2.9 Lập Lịch Gói...................................................................................................................60
2.9.1 Lựa Chọn Thuật Tốn Lập Lịch..........................................................................60
2.10 Quản Lý Tài Ngun Vơ Tuyến.................................................................................60
2.10.1 Các Thuật Tốn Tại RNC...................................................................................60
2.10.1.1 Cấp Phát Tài Nguyên......................................................................................60
2.10.1.2 Điều Khiển Quản Trị......................................................................................61
2.10.1.3 Quản Lý Tính Di Động...................................................................................61
2.10.2 Các Thuật Tốn Tại Node-B...............................................................................62
2.10.2.1 Cơng Nghệ Thích Ứng Liên Kết HS-DSCH....................................................62
2.10.2.2 Điều Khiển Công Suất HS-DSCH...................................................................62
2.11 So Sánh Công Nghệ HSDPA Với Công Nghệ CDMA2000 1xEV-DV......................63
CHƯƠNG 3:............................................................................................................................63
ỨNG DỤNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA HSDPA TRÊN THẾ GIỚI....................................63
3.1 Ứng Dụng của HSDPA..................................................................................................63
3


Đề tài Thông tin di động
3.2 Phát Triển Của HSDPA................................................................................................64

CHƯƠNG 1:

MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS
1.1

Lịch Sử Phát Triển Của Mạng Thông Tin Di Động:
Thông tin di động bắt đầu từ những năm 1920, khi các cơ quan an ninh ở Mỹ bắt đầu

sử dụng điện thoại vô tuyến, dù chỉ là ở các căn cứ thí nghiệm. Cơng nghệ vào thời điểm đó
đã có những thành cơng nhất định trên các chuyến tàu hàng hải, nhưng nó vẫn chưa thực sự
thích hợp cho thơng tin trên bộ. Các thiết bị cịn khá cồng kềnh và cơng nghệ vơ tuyến vẫn
cịn gặp khó khăn trước những tồ nhà lớn ở thành phố.
Vào năm 1930 đã có một bước tiến xa hơn với sự phát triển của điều chế FM, được
sử dụng ở chiến trường trong suốt thế chiến thứ hai. Sự phát triển này kéo dài đến cả thời
bình, và các dịch vụ di động bắt đầu xuất hiện vào những năm 1940 ở một số thành phố lớn.
Tuy vậy, dung lượng của các hệ thống đó rất hạn chế, và phải mất nhiều năm thông tin di
động mới trở thành một sản phẩm thương mại.
Hình 1 trình bày tóm tắt tiến trình phát triển các thế hệ thơng tin di động từ 1G đến
3G. Để tiến tới thế hệ ba, thế hệ hai phải trải qua một giai đoạn trung gian, giai đoạn này
được gọi là 2,5G.

4


Đề tài Thơng tin di động

Hình 1.Tiến Trình Phát Triển Của Thông Tin Di Động

1.1.1 Thế Hệ Đầu Tiên - 1G
Tháng 12-1971 hệ thống cellular kỹ thuật tương tự, FM, ở dải tần số 850Mhz ra đời.
Dựa trên công nghệ này đến năm 1983, mạng điện thoại di động AMPS (Advance Mobile
Phone Service) phục vụ thương mại đầu tiên tại Chicago, nước Mỹ. Sau đó hàng loạt các
chuẩn thơng tin di động ra đời như : Nordic Mobile Telephone (NTM), Total Access
Communication System (TACS).
Giai đoạn này gọi là hệ thống di động tương tự thế hệ đầu tiên (1G) với dải tầng hẹp,

tất cả các hệ thống 1G sử dụng điều chế tần số FM cho đàm thoại, điều chế khố dịch tần FSK
(Frequency Shift Keying) cho tín hiệu và kỹ thuật truy cập được sử dụng là FDMA
(Frequency Division Multiple Access).
1.1.2 Thế Hệ Thứ Hai - 2G :

5


Đề tài Thông tin di động
Hệ thống thông tin di động thứ hai được phổ biến trong suốt thập niên 90. Sự phát
triển công nghệ thông tin di động thế hệ thứ hai cùng các tiện ích của nó đã làm bùng nổ
lượng thuê bao di động trên toàn cầu. Đây là thời kỳ chuyển đổi từ các công nghệ analog sang
digital.
Giai đoạn này có các hệ thống thơng tin di động số như : GSM-900MHZ (Global
System for Mobile), DCS-1800MHZ (Digital Cordless System), PDC - 1900Mhz (Personal
Digital Cellular), IS-54 và IS-95 (Interior Standard). Trong đó GSM là tiền thân của hai hệ
thống DCS, PDC. Các hệ thống sử dụng kỹ thuật TDMA (Time Division Multiple Access)
ngoại trừ IS-95 sử dụng kỹ thuật CDMA (Code Division Multiple Access).
Thế hệ 2G có khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng, các tiện ích hỗ trợ cho công nghệ
thông tin, cho phép thuê bao thực hiện quá trình chuyển vùng quốc tế tạo khả năng giữ liên
lạc trong một diện rộng khi họ di chuyển từ quốc gia này sang quốc gia khác.
Năm 2001, nhằm tăng thông lượng truyền để phục vụ nhu cầu truyền thông tin
(không phải thoại- phi thoại) trên mạng di động, GPRS - General Packet Radio Service đã ra
đời. GPRS đôi khi được xem như là 2,5G. Tốc độ truyền dữ liệu (data rate) của GSM chỉ
=9,6Kbps trong khi đó GPRS đã cải tiến tốc độ truyền tăng lên gấp 3 lần so với GSM, tức là
20-30Kbps. GPRS cho phép phát triển dịch vụ WAP và internet (email) tốc độ thấp.Tiếp theo
sau 2003, EDGE - Enhanced Data Rates for GSM Evolution đã ra đời với khả năng truyền dữ
liệu tốc độ lên được 250 Kbps (trên lý thuyết). EDGE còn được biết đến như là 2,75G trên
đường tiến tới 3G.
1.1.3 Thế Hệ Thứ Ba - 3G :

Từ năm 1992 Hội nghị thế giới truyền thông dành cho truyền thông một số dải tần cho
hệ thống di động 3G : phổ rộng 230MHz trong dải tần 2GHz, trong đó 60MHz được dành cho
liên lạc vệ tinh. Sau đó Liên Hiệp Quốc Tế Truyền Thông (UIT) chủ trương một hệ thống di
động quốc tế toàn cầu với dự án IMT-2000 sử dụng trong các dải 1885-2025MHz và 21102200MHz.
Thế hệ 3G gồm có các kỹ thuật : W-CDMA (Wide band CDMA) kiểu FDD và TDCDMA (Time Division CDMA) kiểu TDD. Mạng 3G bao gồm các mạng :
 UMTS sử dụng kỹ thuật W-CDMA được chuẩn hoá bởi 3GPP
 CDMA 2000 được chuẩn hoá bởi 3GPP2
 TD-SCDMA được phát triển ở Trung Quốc
6


Đề tài Thông tin di động
 FOMA đựoc phát triển ở Nhật Bản bởi NTT DoCoMo cũng dùng kỹ thuật WCDMA.
Mục tiêu của IMT- 2000 là giúp cho các thuê bao liên lạc với nhau và sử dụng các
dịch vụ đa truyền thông trên phạm vi thế giới, với lưu lượng bit đi từ 144Kbit/s trong vùng
rộng và lên đến 2Mbps trong vùng địa phương. Dịch vụ bắt đầu vào năm 2001- 2002. Cuối
năm 2004, điện thoại di động 3G đã bắt đầu xuất hiện trên thị trường.
Có 2 mạng chính được xây dựng trên nền tảng cơng nghệ 3G: UMTS (Universal
Mobile Telephone System) - hiện đang được triển khai trên mạng GSM sẵn có, và
CDMA2000 dựa trên nền tảng của mạng CDMA IS95- mang đến khả năng truyền tải dữ liệu
ở mức 3G cho mạng CDMA. Cả UMTS và CDMA2000 đã được triển khai tại Mỹ từ cách đây
nhiều năm. Tốc độ của hai mạng này có thể sánh bằng với chất lượng của kết nối DSL.
UMTS(Universal Mobile Telephone System): dựa trên công nghệ W-CDMA, là giải
pháp tổng quát cho các nước sử dụng công nghệ di động GSM. UMTS do tổ chức 3GPP quản
lý. 3GPP cũng đồng thời chịu trách nhiệm về các chuẩn mạng di động như GSM, GPRS và
EDGE. UMTS đơi khi cịn có tên là 3GSM, dùng để nhấn mạnh sự liên kết giữa 3G và chuẩn
GSM. UMTS hỗ trợ tốc độ truyền tải dữ liệu đến 1920 Kbps (chứ không phải là 2 Mbps như
một số tài liệu thường công bố), mặc dù trong thực tế hiệu suất đạt được chỉ vào khoảng 384
Kbps. Tuy nhiên, tốc độ này vẫn còn nhanh hơn so với chuẩn GSM (14,4Kbps) và HSCSD
(14,4Kbps); và là lựa chọn hoàn hảo đầu tiên cho giải pháp truy cập Internet giá rẻ bằng thiết

bị di động.
Trong tương lai không xa, mạng UMTS có thể nâng cấp lên High Speed Downlink
Packet Access (HSDPA) - còn được gọi với tên 3,5G. HSDPA cho phép đẩy nhanh tốc độ tải
xuống tới 10 Mbps.
1.2

Tổng Quan Về Mạng Thông Tin Di Động UMTS:
1.2.1 Kiến Trúc Mạng:
Mạng thông tin di động 3G lúc đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển mạch

gói (PS) và chuyển mạch kênh (CS) để truyền số liệu gói và tiếng.
Các trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM.
Trên đường phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh sẽ dần được thay thế bằng
chuyển mạch gói. Các dịch vụ kể cả số liệu lẫn thời gian thực (như tiếng và video) cuối cùng

7


Đề tài Thông tin di động
sẽ được truyền trên cùng một mơi trường IP bằng các chuyển mạch gói. Hình 2.1 cho thấy ví
dụ về một kiến trúc tổng quát của thông tin di động 3G kết hợp cả CS và PS trong mạng lõi.

Hình 2.1: Kiến trúc tổng quát của một mạng di động kết hợp cả CS và PS

Hình
2.2: Kiến trúc mạng trong 3GPP phiên bản R’99
Hình 2.2 cho thấy ta thấy cấu trúc mạng 3G dựa trên cơ sở kỹ thuật W-CDMA của
3GPP phiên bản R’99 (Tập tiêu chuẩn đầu tiên cho UMTS ).

8

Đề tài Thơng tin di động
Mạng UMTS gồm có hai phần: phần mạng truy nhập vô tuyến – UTRAN (UMTS
Terrestrial Radio Access Network), phần mạng lõi (Core network). Phần Core Network thì có
core cho data bao gồm SGSN, GGSN. Phần core cho voice thì có MCS và GMSC. Phần
UTRAN bao gồm Node B và RNC
1.2.1.1. Phần Core Network:
Mạng lõi có chức năng chính là cung cấp trường chuyển mạch, định tuyến và tìm
đương cho lưu lượng người sử dụng. Đồng thời mạng lõi cũng chứa cơ sở dữ liệu và chức
năng quản lý mạng. Kiến trúc cơ sở của mạng lõi cho mạng UMTS dựa trên cơ sở của mạng
GSM với GPRS. Tất cả các thiết bị được sửa đổi cho hoạt động và dịch vụ của UMTS.
Chuyển mạch trong mạng lõi được chia thành hai trường chuyển mạch là chuyển mạch kênh
và chuyển mạch gói. Các thiết bị của chuyển mạch kênh là MSC, VLR và Gateway MSC. Các
thiết bị của chuyển mạch gói là SGSN, GGSN. Các thiết bị mạng như: EIR, HLR, VLR và
AUC được dùng chung cho cả hai trường.
Mạng lõi sử dụng phương thức truyền tải không đồng bộ- ATM. Các thành phần
của mạng lõi có vai trị và chức năng:
1.2.1.1.1 SGSN - Serving GPRS Support Node: trong mạng lõi có rất nhiều
SGSN, mỗi SGSN lại được kết nối trực tiếp với một số các RNC. RNC lại quản lý một số các
Node B. Mỗi Node B lại có các UE kết nối với nó. Vì thế SGSN quản lý tất cả các UE đang
kết nối dịch vụ data trong vùng quản lý của nó. Cụ thể là:
- Xác nhận (Authenticate) các UE đang dùng dịch vụ data kết nối với nó.
- Quản lý việc đăng ký của một UE vào mạng
- Quản lý quá trình di động của UE, ở đây là SGSN quản lý được các UE hiện
đang kết nối với Node B nào tại một thời điểm. Tùy theo UE đang ở chế độ hoạt động là đang
liên lạc (active) hay không liên lạc (idle) mà độ chính xác của thơng tin liên quan đến vị trí
của UE sẽ khác nhau. SGSN sẽ quản lý và theo dõi sự thay đổi về vị trí của UE theo thời gian
dựa vào location area identity/ routing area identity.
- Thiết lập, duy trì và giải phóng các “ PDP Context ”( các thơng tin liên quan

đến connection của UE mà nó cho phép hoặc quy định việc gửi và nhận thông tin của UE ).
- Nhận và chuyển thơng tin từ ngồi mạng data (ví dụ: Internet ) chuyển tới UE
và ngược lại.
- Quản lý việc tính cước đối với UE.
9


Đề tài Thơng tin di động
- Tìm và đánh thức UE rỗi khi có một cuộc gọi tìm đến UE (Paging)
1.2.1.1.2 GGSN – Gateway GPRS Support Node: là cổng kết nối mạng
GPRS/UMTS với các mạng bên ngoài ( External network: internet, các mạng GPRS khác).
Nó có vai trị:
- Nhận và chuyển thông tin từ UE gửi ra mạng External và ngược lại từ bên
ngồi đến UE. Gói thơng tin từ SGSN gửi đến GGSN sẽ được “Decapsulate” trước khi gửi ra
ngồi vì thơng tin truyền giữa SGSN và GGSN là truyền trên “ GTP tunnel”
- Nếu thơng tin từ ngồi gửi đến GGSN để gửi tới một UE trong khi chưa tồn tại
“PDP Context” thì GGSN sẽ gửi thơng tin yêu cầu SGSN thực hiện “Paging” và sau đó thực
hiện quá trình PDP Context để chuyển cuộc gọi tới UE.
- Trong suốt quá trình liên lạc trên mạng UMTS thì UE chỉ kết nối với một
GGSN duy nhất (GGSN kết nối dịch vụ mà UE đang dùng) dù có di chuyển bất kể nơi nào
trong mạng. Dĩ nhiên là SGSN, RNC và Node- B sẽ thay đổi. GGSN cũng tham gia quản lý
quá trình di động của UE.
1.2.1.1.3 GMSC ( Gateway MSC): là điểm chuyển mạch, nới mà mạng di động
mặt đất công cộng UMTS được kết nối tới các mạng chuyển mạch kênh bên ngoài. Tất cả các
kết nối chuyển mạch kênh tới và đi từ mạng chuyển mạch kênh sẽ đi qua GMSC.
1.2.1.1.4 HLR (Home Location Register): Là cơ sở dữ liệu lưu giữ lâu dài các
thông tin về thuê bao. HLR chứa các thông tin như định vị trí của thuê bao, chi tiết liên quan
đến hợp đồng thuê bao của người dùng như các dịch, nhận dạng của th bao, thơng số K-I
dùng trong q trình bảo mật và chứng thực. HLR còn là một trung tâm nhận thực AuC quản
lý an toàn số liệu của các thuê bao.

 MSC/VLR (Mobile Services Switching Centre/ Visitor Location Register):
1.2.1.2. Phần Radio Access:
Mạng truy nhập vô tuyến chứa các phần tử sau:
- RNC: Radio Network Controller, bộ điều khiển mạng vơ tuyến đóng vai trị
như BSC ở các mạng thơng tin di dộng.
- Node- B: đóng vai trị như các BTS ở các mạng thông tin di động.
- UE: User Equipment, thiết bị người sử dụng.
10


Đề tài Thông tin di động
Công nghệ CDMA băng rộng được sử dụng cho giao diện không gian UTRAN.
UMTS WCDMA là hệ thống CDMA trải phổ trực tiếp mà ở đó dữ liệu người sử dụng được
ghép kênh với những bit giả ngẫu nhiên và được trải cùng với mã giả ngẫu nhiên băng rộng.
WCDMA hoạt động theo hai chế độ: FDD và TDD. UTRAN gồm có một hay nhiều mạng vô
tuyến con - RNS . Một RNS là một mạng con với UTRAN và bao gồm một RNC và một hay
nhiều Node-B. Các RNC có thể kết nối tới các RNC khác theo đường một giao diện Iur. Các
RNC và các Node-B được kết nối cùng với một giao diện Iub .
Từ hình 2.2 ta thấy rằng tất cả các giao diện ở UTRAN của 3GPPP phiên bản R’99
đều được xây dựng trên cơ sở ATM. ATM được chọn vì nó có khả năng hỗ trợ nhiều loại dịch
vụ khác nhau (như tốc độ bít khả biến cho các dịch vụ trên cơ sở gói và tốc độ bít không đổi
cho các dịch vụ chuyển mạch kênh). Mặt khác mạng lõi sử dụng cùng một kiến trúc cơ sở như
kiến trúc của GSM/GPRS, nhờ vậy công nghệ mạng lõi có thể hỗ trợ cơng nghệ truy nhập vơ
tuyến mới. Chẳng hạn nâng cấp mạng lõi hiện có để hỗ trợ UTRAN sao cho một MSC có thể
nối đến cả UTRAN RNC và GSM BSC.
Trong phần UTRAN gồm có hai phần là Node –B và RNC.

Hình 2.3: Kiến Trúc Của UTRAN
1.2.1.2.1 Node - B:
Chức năng của Node - B là:

-

Truyền/ nhận giao diện không gian

-

Điều chế và giải điều chế

-

Mã hóa kênh vật lý CDMA

-

Bắt lỗi
11


Đề tài Thơng tin di động
-

Điều khiển cơng suất vịng lặp kín

Node –B chuyển đổi luồng dự liệu giữa giao diện Iub và Uu. Nó cũng tham gia vào
việc quản lý tài nguyên vô tuyến như điêu khiển công suất vòng trong…
1.2.1.2.2 RNC – Radio Network Controller:
RNC là điểm truy nhập dịch cho tất cả các dịch vu do UTRAN cung cấp từ mạng
lõi, ví dụ như quản lý tất cả các kết nối tới UE. RNC giao tiếp với mạng lõi (thông thường tới
một MSC và một SGSN) và đồng thời nó cũng là điểm cuối của giao thức RRC đó là định
nghĩa bản tin và thủ tục giữa trạm di động và UTRAN.

- Trong trường hợp Node-B chỉ có một kết nối với mạng thì RNC chịu trách nhiệm
điều khiển Node-B được gọi là CRNC – điều khiển RNC. Điều khiển RNC là chịu trách
nhiệm cho tải và điều khiển tác nghẽn của chính ơ mà nó quản lý cùn như thực hiện điều
khiển quản trị và cung cấp mã cho một liên kết vô tuyến mới được xác định nằm trong các ơ
của nó.
- Trong trường hợp một kết nối giữa trạm di động và UTRAN sử dụng tài ngun vơ
tuyến từ nhiều hơn một RNC, thì các RNC phức tạp sẽ được tách thành hai loại theo chức
năng riêng biệt:
+ RNC phục vụ (Serving RNC): Đây là RNC kết nối cả liên kết Iu cho đường
truyền tải dự liệu của người sử dụng và báo hiệu RANAP với mạng lõi. SRNC cũng kết cuối
báo hiệu điều khiển tài ngun vơ tuyến, nó là giao thức báo hiệu giữa UE và UTRAN, xử lý
dữ liệu lớp 2 (L2) từ/tới giao diện vô tuyến. Hoạt động quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như
là sắp xếp các thông số thông báo truy nhập vô tuyến vào bên trong thông số kênh truyền tải
của giao diện không gian, giải quyết chuyển giao, điều khiển cơng suất vịng ngồi, đó là các
nhiệm vụ của SRNC. SRNC của Node B này cũng có thể là CRNC của một vài Node B khác.
Một UE kết nối tới UTRAN có một và chỉ một SRNC.
+ RNC trôi ( Drift RNC): Đây là RNC bất kỳ khác với SRNC, để điều khiển
các ô được MS sử dụng. Khi cần, DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân chia ở phân tập vĩ
mô. DRNC không thực hiện xử lý ở lớp 2 đối số liệu từ/tới giao diện vô tuyến mà chỉ định
tuyến số liệu một cách trong suốt giữa các giao diện Iub và Iur, ngoài trừ khi UE đang sử
dụng một kênh truyền tải chung hay được chia sẻ. Một UE có thể khơng có hoặc có một hay
nhiều DRNC
Một RNC vật lý thông thường kết nối tất cả CRNC, SRNC và DRNC chức năng.
12


Đề tài Thơng tin di động

Hình 2.4: Chức năng logic của RNC cho một kết nối UE với UTRAN. Bên trái là một UE liên
kết với RNC chuyển giao mềm, Bên phải là một UE sử dụng tài nguyên từ một và chỉ một

Node-B được điều khiển bởi DRNC.
1.1.1.1 UE -User Equipment:
Bao gồm thiết bị di động ME và modun nhận dạng thuê bao UMTS (USIM). USIM
là vi mạch chứa một số thông tin liên quan đến thuê bao cùng với khoá bảo an (giống SIM ở
GSM).
1.2.1.2.4 Các Giao Diện:
Giao diện giữa UE và mạng được gọi là Uu. Trong các quy định của 3 GPP, trạm
gốc được gọi là Node- B. Node- B được nối đến một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC.
RNC điều khiển các tài nguyên vơ tuyến của các Node -B được nối với nó. RNC đóng vai trị
giống như BSC ở GSM. RNC kết hợp với các Node -B nối với nó được gọi là hệ thống con
mạng vô tuyến RNS. Giao diện giữa Node -B và RNC gọi là giao diện Iub. Khác với giao
diện Abis tương đương ở GSM, giao diện Iub được tiêu chuẩn hố hồn tồn và để mở, vì thế
có thể kết nối nút B của một nhà sản xuất này với RNC của nhà sản xuất khác.
Khác với ở GSM, các BSC trong mạng GSM không nối với nhau, trong mạng truy
nhập vơ tuyến của UMTS (UTRAN) có cả giao diện giữa các RNC. Giao diện này được gọi là
Iur có tác dụng hỗ trợ tính di động giữa các RNC và chuyển giao giữa các nút B nối đến các
RNC khác nhau. Báo hiệu Iur hỗ trợ chuyển giao.
UTRAN được nối đến mạng lõi qua giao diện Iu. Giao diện Iu có hai phần tử khác
nhau: Iu-CS và Iu-PS. Kết nối UTRAN đến phần chuyển mạch kênh được thực hiện qua giao
diện Iu-CS, giao diện này nối RNC đến một MSC/VLR. Kết nối UTRAN đến phần chuyển
mạch gói được thực hiện qua giao diện Iu-PS, giao diện nay nối RNC đến một SGSN.

13


Đề tài Thông tin di động

 Giao diện Iub: Giao diện Iub là một giao diện quan trọng nhất trong số các
giao diện của hệ thống mạng UMTS. Sở dĩ như vậy là do tất cả các lưu lượng thoại và số liệu
đều được truyền tải qua giao diện này, cho nên giao diện này trở thành nhân tố ràng buộc bậc

nhất đối với nhà cung cấp thiết bị đồng thời việc định cỡ giao diện này mang ý nghĩa rất quan
trọng.

Giao

diện

Iub

kết

nối

một

Node-B

với

một

RNC

Đặc điểm của giao diện vật lý đối với BTS dẫn đến dung lượng Iub với BTS có một giá trị
quy định. Thông thường để kết nối với BTS ta có thể sử dụng luồng E1, E3 hoặc STM1 nếu
khơng có thể sử dụng luồng T1, DS-3 hoặc OC-3. 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 Mbps, biết rằng cấu hình cho mỗi BTS
hai luồng 2 Mbps và tổng dung lượng khả dụng của giao diện Iub sẽ là 100 x 2 x 2 = 400
Mbps. Tuy nhiên tổng tải của giao diện Iub tại RNC vẫn là 250 Mbps chứ không phải là 400

Mbps.
 Giao diện Iur: Giao diện Iur mang thông tin của các thuê bao thực hiện
chuyển giao mềm giữa hai Node B ở các RNC khác nhau. Tương tự như giao diện Iub, độ
rộng băng của giao diện Iur gần bằng hai lần lưu lượng do việc chuyển giao mềm giữa hai
RNC gây ra.

 Giao diện Iu: Giao diện Iu là giao diện kết nối giữa mạng lõi CN và mạng
truy nhập vô tuyến UTRAN. Giao diện này gồm hai thành phần chính là:
- Giao diện Iu-CS: Giao diện này chủ yếu là truyền tải lưu lượng thoại giữa RNC và
MSC/VLR. Việc định cỡ giao diện Iu-CS phụ thuộc vào lưu lượng dữ liệu chuyển mạch kênh
mà

chủ

yếu

là

lượng

tiếng.

- Giao diện Iu-PS: Là giao diện giữa RNC và SGSN. Định cỡ giao diện này phụ thuộc vào
lưu lượng dữ liệu chuyển mạch gói. Việc định cỡ giao diện này phức tạp hơn nhiều so với
giao diện Iub vì có nhiều dịch vụ dữ liệu gói với tốc độ khác nhau truyền trên giao diện này.
 Giao diện Uu: Đây là giao diện vô tuyến W-CDMA. Giao diện Uu là giao
diện từ đầu tới cuối, nó giúp UE truy nhập tới phần cố định của hệ thống. Bởi vậy gần như
chắc chắn nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS.
 Giao diện Cu: Đây là một giao diện điện giữa thẻ thông minh USIM và ME.

1.2.2 Các Giao Thức Giao Diện Vô Tuyến :
14


Đề tài Thông tin di động

Các giao thức giao diện vô tuyến là cần thiết cho việc thiết lập, cấu hình lại , giải
phóng dịch vụ liên lạc vơ tuyến. Lớp giao thức ở trên lớp vật lý được gợi là lớp liên kết dữ
liệu (L2) và lớp mạng (L3). Trong kiểu UTRA FDD giao diện vô tuyến, lớp 2 được chia thành
hai lớp con. Trong mặt điều khiển, lớp 2 bao gồm với hai lớp con là giao thức điều khiển truy
nhập môi trường – MAC và giao thức điều khiển liên kết vô tuyến – RLC. Trong mặt người
sử dụng, cùng với hai giao thức MAC và RLC thì cịn được thêm vào hai giao thức nữa tùy
vào dịch vụ cung cấp đó là : giao thức dữ liệu gói hội tụ (PDCP) và giao thức điều khiển
quảng bá/đa truyền thơng (BMC). Lớp 3 gồm có một giao thức được gọi là điều khiển tài
nguyên vô tuyến (RRC), nó thuộc về mặt điều khiển. Các giao thức lớp mạng khác như là
điều khiển cuộc gọi, quản lý di động, dịch vụ bản tin ngắn…
1.2.2.1 Kiến Trúc Giao Thức:

Kiến Trúc Giao Thức Giao Diện Vô Tuyến với Chế Độ UTRA FDD
Lớp vật lý hỗ trợ dịch vụ tới lớp MAC theo đường kênh truyền tải đó là đặc tính bởi
dữ liệu được truyền tải theo đặc tính như thế nào và với cái gì.
Lớp MAC hỗ trợ dịch vụ tới lớp RLC bởi các kênh logic có cùng chức năng. Các
kênh logic đó có tính năng là dữ liệu được truyền là loại gì.

15


Đề tài Thông tin di động
Lớp RLC hỗ trợ dịch vụ tới lớp cao hơn theo đường các điểm truy nhập dịch vụ
(SAP). Lớp RLC xử lý dữ liệu gói, ví dụ như chức năng tự động yêu cầu lặp lại được sử dụng.

Về mặt điều khiển thì dịch vụ RLC được sủ dụng bởi lớp RRC cho truyền tải báo hiệu. Về
mặt người sủ dụng thì dịch vụ RLC được sử dụng bởi lớp giao thức dịch vụ đặc biệt PDCP
hay BMC hoặc bởi lớp cao hơn khác có chức năng phía người sử dụng (ví dụ mã hóa tiếng
nói). Giao thức RLC có thể hoạt động ở ba kiểu: trong suốt, khơng trả lời và kiểu có trả lời.
Giao thức dữ liệu gói hội tụ (PDCP) chỉ có cho miền dịch vụ chuyển mạch gói (PS).
Chức năng chính của nó là nén phần mào đầu. Dịc vụ được hỗ trợ bởi PDCP gọi là : thông
báo vô tuyến.
Giao thức điều khiển quảng bá/đa truyền thông (BMC) sử dụng để vận chuyển trên
giao diện vô tuyến bản tin trực giao từ ô trung tâm quảng bá. Trong phiên bản R’99 của 3GPP
đã chỉ rõ đặc tính kỹ thuật của dịch vụ quảng bá đó là dịch vụ bản tin ngắn ơ quảng bá, nó
xuất phát từ GSM.
Lớp RRC hỗ trợ dịch vụ tới các lớp cao hơn (tầng không truy nhập) theo đường các
điểm dịch vụ truy nhập, nó sử dụng bởi các giao thức lớp cao hơn ở phía UE và bởi giao thức
Iu RANAP ở phía UTRAN. Tất cả các tín hiệu lớp cao ( quản lý di động, điều khiển cuộc gọi,
quản lý lớp phiên…) tập hợp bên trong bản tin RRC cho truyền tải trên giao diện vô tuyến.
Giao diện điều khiển giữa RRC và tất cả các giao thức lớp dưới đều được sử dụng
bởi lớp RRC tới cấu hình đặc tính của thực thể giao thức lớp dưới, bao gồm cả thông số cho
lớp vật lý, truyền tải và các kênh logic.
1.2.2.2 Giao Thức Điều Khiển Truy Nhập Môi Trường- MAC:
Tại lớp điều khiển truy nhập môi trường các kênh logic được sắp xếp tới các kênh
truyền tải. Lớp MAC đồng thời cũng đảm nhiệm cho việc lựa chọn định dạng truyền tải thích
hợp cho mỗi kênh truyền tải được quyết định trên trên độ tức thời của các kênh logic.

16


Đề tài Thông tin di động

Kiến Trúc Lớp MAC
Lớp MAC bao gồm ba thực thể :

 MAC-b: xử lý kênh quảng bá (BCH). Có một thực thể MAC-b trong mỗi UE và
một MAC-b trong UTRAN đặt tại Node-B cho một ô.
 MAC-c/sh: xử lý các kênh chung và các kênh chia sẻ gói kênh (PCH), kênh truy
nhập liên kết phía trước (FACH), kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH), kênh gói đường lên
chung (CPCH) và kênh chia sẻ đường xuống (DSCH). Có một thực thể MAC-c/sh trong mỗi
UE nó sử dụng kênh chia sẻ và một thực thể MAC-c/sh ở phía UTRAN (đặt trong RNC điều
khiển) cho mội ô. Kênh logic BCCH có thể được sắp xếp tới kênh BCH hay kênh truyền tải
FACH. Cho PCCH, thi khơng có mào đầu MAC, như vậy chức năng của lớp MAC chỉ có gửi
dữ liệu nhận được từ PCCH tới PCH tại thời điểm được xác đinh bởi RRC.
 MAC-d: chịu trách nhiệm xử lý những kênh chuyên dụng (DCH) cấp phát tới
một UE trong chế độ kết nối. Có một thực thể MAC-d trong UE và một thực thể MAC-d
trong UTRAN (trong RNC dịch vụ) cho mỗi UE.
1.2.2.2.1 Chức Năng của MAC:
Sắp xếp giữa kênh logic và kênh truyền tải.
Lựa chọn một khn dang truyền tải thích hợp cho mỗi kênh truyền tải, phụ
thuộc và tốc độ tức thời của tài nguyên.

17


Đề tài Thông tin di động
Xử lý quyền ưu tiên giữa các luồng dữ liệu của một UE. Việc này đạt được bởi
sự lựa chọn ‘tốc độ bit cao’ và ‘tốc độ bit thấp’ từ những định dạng truyền tải cho các luồng
dữ liệu khác nhau.
Xử lý quyền ưu tiên giữa các UE bằng phương tiện lập lịch động. Một chức năng
lập lịch động có thể áp dụng cho kênh truyền tải đường xuống chung và chia sẻ FACH và
DSCH.
Nhận dạng của các UE trên các kênh truyền tải chung. Khi một kênh truyền tải
chung (RACH, FACH hay CPCH) mang dữ liệu từ những kênh logic chuyên dụng
(DCCH,DTCH), nhận dạng của UE (C-RNTI) hay nhận dạng tạm thời mạng vô tuyến

UTRAN (U-RNTI) được chứa trong phần mào đầu của MAC.
Ghép hay tách kênh của lớp cao PDU vào/ tới các block truyền tải được cung cấp
từ/ tới lớp vật lý trên các kênh truyền tải chung. MAC xử lý dịch vụ ghép kênh cho các kênh
truyền tải chung (RACH,FACH,CPCH). Việc này là cần thiết từ khi nó khơng làm được trong
lớp vật lý.
Ghép hay tách kênh của lớp cao PDU vào/ tới tập hợp block truyền tải được cung
cấp từ/ tới lớp vật lý trên các kênh truyền tải chuyên dụng. MAC cũng cung cấp dịch vụ ghép
kênh cho các kênh truyền tải chuyên dụng. Trong khi ghép kênh lớp vật lý được làm cho mọi
loại ghép kênh dịch vụ , bao gồm những dịch vụ với chất lượng khác nhau của các thơng số
dịch vụ, thì ghép kênh lớp MAC chỉ khả thi cho các dịch vụ với cùng các thông số QoS.
Giám sát khối lượng truyền tải. MAC nhận các RLC PDU cùng với trạng thái
thông tin trên số lượng dữ liệu trong bộ đệm truyền dẫn RLC. MAC so sánh số lượng của dữ
liệu tương ứng cảu kênh truyền tải với ngưỡng đặt bởi RRC. Nếu số lượng dữ liệu quá cao
hay quá thấp, MAC sẽ gửi một bản báo cáo đo lường trên trạng thái khối lượng truyền tải tới
RRC. RRC cũng có thể yêu cầu MAC gửi những phép đo này đinh kỳ. RRC sử dụng những
bản báo cáo này cho nhanh chóng cấu hình lại của đường vô tuyến hay kênh truyền tải.
Chuyển mạch kiểu kênh vận chuyển động. Thực hiện của chuyển mạch giữa các
kênh vận chuyển chung và chuyên dụng dựa trên quyết định chuyển mạch nhận được từ RRC.
Lựa chọn lớp truy nhập dịch vụ (ASC) cho truyền dẫn RACH. Tài nguyên
PRACH có thể được chia cắt giữa lớp dịch vụ truy nhập khác nhau trong các loại quyền ưu
tiên khác nhau cung cấp của RACH thông dụng. Số tối đa của ASC là 8. MAC chỉ ra ASC kết
hợp với một PDU tới lớp vật lý.

18


Đề tài Thông tin di động
1.2.2.2.2 Các Kênh Logic:
Các dịch vụ truyền số liệu của lớp MAC được cung cấp trên các kênh logic. Một
tập hợp các kênh logic được định nghĩa cho các cho các loại khác nhau của dịch vụ truyền số

liệu đề xuất bởi MAC. Một sự phân loại chung của các kênh logic trong hai nhóm: các kênh
điều khiển và các kênh lưu lượng. Các kênh điều khiển được sử dụng để thơng tin phía điều
khiển truyền tải, cịn các kênh lưu lượng thì cho thơng tin phía người sử dụng.
Các kênh điều khiển: kênh điều khiển truyền thơng(BCCH), kênh điều khiển gói
(PCCH), kênh điều khiển chuyên dụng (DCCH), kênh điều khiển chung (CCCH).
Các kênh lưu lượng : kênh lưu lượng chuyên dụng (DTCH), kênh lưu lượng
chung (CTCH).

Sắp Xếp Giữa Các Kênh Logic và Các Kênh Lưu Lượng, Hướng Lên Và Xuống
1.2.2.3 Giao Thức Điều Khiển Liên Kết Vô Tuyến – RLC:
RLC cung cấp dịch vụ phân chia đoạn và truyền lại giữa user và điều khiển dữ liệu.
Mỗi RLC được RRC cấu hình để hoạt động trong ba chế độ: chế độ trong suốt (TM), chế độ
báo nhận (AM), chế độ không báo nhận (UM). Dịch vụ của lớp RLC cung cấp về phía điều
khiển được gọi là người đưa báo hiệu vô tuyến (SRB). Cịn phía người sử dụng, dịch vụ cung
cấp bởi RLC gọi là người đưa vo tuyến (RB).
1.2.2.3.1 Kiến Trúc Lớp RLC:

19


Đề tài Thông tin di động

Kiến Trúc Lớp RLC
1.2.2.3.2 Chức Năng:
Phân đoạn và tiền biên dịch: chức năng này thực hiện phân đoạn/ tiền biên dịch
của các lớp bậc cao chiều dài biến thiên PDU vào trong/ từ những khối tải RLC (PU). Một
RLC PDU mang một PU.
Xích chuỗi:
Lót thêm
Chuyển đổi dữ liệu người sử dụng.

Sửa lỗi
Phân phát lỗi của lớp bậc cao các PDU
Dị tìm bản sao
Điều khiển luồng.
Phát hiện và khôi phục lỗi giao thức.
1.2.2.4 Giao Thức Điều Khiển Tài Ngun Vơ Tuyến – RRC:
Phần chính của báo hiệu điều khiển giữa UE và UTRAN là bản tin điều khiển tài nguyên vô
tuyến. Những bản tin RRC mang tất cả các thông số yêu cầu thiết lập, điều chỉnh và giải
phóng những thực thể giao thức lớp 1 và lớp 2. Bản tin RRC cũng mang tải tin của chúng
cùng tất cả báo hiệu lớp cao (MM,SM,CM…). Tính di động của thiết bị người sử dụng trong
chế độ kết nối được điều khiển bởi tín hiệu RRC (đo lường, chuyển giao, cập nhật ô…).
1.2.2.4.1 Kiến Trúc Logic Lớp RRC:

20