Đề cương thông tin di động

Đề cương Thông tin di động_D11VT1

Đề cương thông tin di động
1. Hệ thống thông tin di động GSM
- Kiến trúc mạng GSM: Vẽ sơ đồ khối, chức năng của các phần tử.
- Giao diện vô tuyến :

-

-

+ Các kênh vật lý : khái niệm, tổ chức kênh vật lý.
+ Các kênh logic: khái niệm, tên và chức năng của từng kênh.
Đo và nhảy tần trong hệ thống GSM:
+ Mục đích, nguyên lý.
+ Vẽ hình ví dụ.
Chuyển giao: khái niệm, tiêu chuẩn chuyển giao và phân loại.
Một số trường hợp định tuyến:
+ Bật tắt máy ở MS.
+ Cập nhật vị trí.
+ Định tuyến cuộc gọi đến MS.

2. Hệ thống thông tin di động GPRS
- Kiến trúc mạng GPRS: vẽ sơ đồ khối, chức năng của các phần tử.
- Giao diện vô tuyến:
+ Các kênh vật lý: khái niệm, tổ chức kênh vật lý
+ Các kênh logic: khái niệm, tên và chức năng của từng kênh.

+
+
+

+
+

3. Hệ thống thông tin di động 3G
- Kiến trúc mạng W-CDMA (R3, R4, R5): Vẽ sơ đồ khối, chức năng của các phần tử.
- Giao diện vô tuyến
+ Kiến trúc giao thức của giao diện vô tuyến
+ Các kênh logic: khái niệm, tên và chức năng của từng kênh.
+ Các kênh truyền tải: khái niệm, tên và chức năng của từng kênh, sắp xếp kênh logic
lên kênh truyền tải.
+ Các kênh vật lý: khái niệm, tên và chức năng của từng kênh, sắp xếp kênh truyền tải
lên kênh vật lý.
- Điều khiển công suất
Lý do phải điều khiển công suất
Điều khiển công suất vòng hở: vẽ hình, giải thích nguyên lý.
Điều khiển công suất vòng kín: vẽ hình, giải thích nguyên lý
Chuyển giao: khái niệm và phân loại chuyển giao trong W-CDMA
Lớp vật lý của W-CDMA
Các thông số của kênh vật lý W-CDMA FDD
Sơ đồ xử lý tín hiệu số WCDMA
+ Trải phổ và ngẫu nhiên hóa ở các kênh vật lý: sơ đồ trải phổ, ngẫu nhiên hóa và điều
chế đường lên, đường xuống
+ Cấu trúc khung kênh DPDCH và DPCCH đường lên, đường xuống (phần này có bài
tập)
Bài tập ví dụ :

Made by: Dat Tin

Trang 1

Đề cương Thông tin di động_D11VT1
1. Vẽ cấu trúc khung kênh DPDCH/DPCCH đường xuống. Nếu cho k=5, (1) tính tốc độ bit
kênh , (2) tính SF, (3) tìm các mã OVSF Cch,SF,i, trong đó i là số thứ tự mã, (4) vẽ sơ đồ
điều chế và trải phổ cho trường hợp chỉ sử dụng một kênh cho đườngxuống: Cd,1=Cch,SF,i
(5) vẽ sơ đồ điều chế và trải phổ cho trường hợp sử dụng 4 kênh. Tính tốc độ bit kênh tối đa
cho trường hợp này
2. Vẽ cấu trúc khung kênh DPDCH/DPCCH đường lên. Nếu cho k=6, (1) tính tốc độ bit , (2)
tính SF, (3) tìm mã OVSF Cch,SF,I, trong đó i là số tứ tự của mã (4) vẽ sơ đồ điều chế và
trải phổ cho trường hợp chỉ sử dụng một kênh cho đường lên:Cd,1=Cch,SF,i lưu ý i=SF/4 (5)
vẽ sơ đồ điều chế và trải phổ cho trường hợp sử dụng 6 kênh đường lên, Tính tốc độ bit kênh
tối đa cho trường hơp này.
4. Hệ thống HSPA
- Các trạng thái 3G UMTS RRC với HSPA của UE (ý nghĩa của từng trạng thái, quản lý di
động UE trong từng trạng thái: kết nối, tìm gọi, chọn lại ô, chuyển giao)
- Cấu trúc thời gian-mã của HS-DSCH (SF=16, 15 mã dùng cho số liệu, tốc độ bit đỉnh cho
các sơ đồ điều chế khác nhau:16QAM, 64QAM, sơ đồ cây mã)
- Xử lý phát lại của nút B (vẽ hình, giải thích nguyên lý)
- Cấu trúc kênh tổng thể
- Các loại đầu cuối HSUPA : Mã E-DPCH loại đầu cuối 6 (2SF4+2FS2, tốc độ số liệu đỉnh
cho các sơ đồ điều chế khác nhau:(16QAM, 64QAM, sơ đồ cây mã)

-

5. Hệ thống thông tin di động LTE
- Kiến trúc mạng LTE: Vẽ sơ đồ khối, chức năng của các phần tử.
- Cấu trúc tài nguyên truyền dẫn trong LTE :
+ Đơn vị tài nguyên trong miền tần số và thời gian (sóng mang con, khối tài nguyên,
khung, khung con, khe, ký hiệu OFDM)
+ Băng thông (băng thông kênh, cấu hình băng thông truyền dẫn, lý do cấu hình băng

thông truyền dẫn nhỏ hơn băng thông kênh). Đề xuất sử dụng tần số cho băng tần 7
với sử dung các băng thông kênh 10 và 20 MHz.
+ Dung lượng cực đại đối với cấu hình băng thông truyền dẫn cho các băng thông kênh:
5 MHz; 10MHz; 20MHz sử dụng điều chế 64QAM với băng thông sóng mang con 15
kHz (số khối tài nguyên số sóng mang con, thời gian FFT, T cp=4,7µs, số mẫu trên CP,
số bit trong một sóng mang con, tốc độ bit).
- Các tín hiệu tham chuẩn trong LTE
+ Các tín hiệu tham chuẩn đường xuống (Cell-Specific RS; ý nghĩa, MS-Specffic RS: ý
nghĩa, MBSFN-Specific RS: ý nghĩa, cơ sở để ghép tín hiệu tham chuyển: dịnh lý
Nyquist).
+ Mẫu ký hiệu tham chuẩn cho một cửa an ten và hai anten cửa anten
+ Các tín hiệu tham chuẩn đường lên (DRS, SRS, ý nghĩa, tài nguyên sử dụng)
- Tổng kết các kênh và chuyển đổi giữa chúng (sơ đồ chuyển đổi, tên các kênh, chức năng của
các kênh)
Các thủ tục lớp vật lý:
+ Thủ tục HARQ
+ Thủ tục truy nhập ngẫu nhiên (phát tiền tố, đợi trả lời, phát PUSCH, không va chạm:
sử dụng khi nào, va chạm: sử dụng khi nào)
+ Tìm gọi

Made by: Dat Tin

Trang 2


Đề cương Thông tin di động_D11VT1
+ Tìm ô và đồng bộ (sắp xếp PSS và SSS1/SSS2 trong khung, các trúc PSS, cấu trúc
SSS, giải mã ZC của PSS: ID lớp vật lý và đồng bộ khe, giải mã SSS tìm nhóm nhận
dạng ô lớp vật lý và đồng bộ khung)
- Các trạng thái của LTE: RRC mode và MOBILY (IDLE, CONNECTED, chọn lại ô, chuyển

giao).

I.

Hệ thống thông tin di động GSM
1. Kiến trúc mạng GSM
Sơ đồ khối

Chức năng các phần tử:
- MS: trạm di động
+ SIM: thiết bị an ninh chứa các thông tin cần thiết và các giải thuật để nhận thực thuê
bao cho mạng, SIM card lưu giữ thông tin cá nhân (đăng ký thuê bao) cài cứng trên
card.
+ ME (mobile equipment): thiết bị di động hỗ trợ việc gọi điện, trao đổi dữ liệu kênh.
- BSS: hệ thống con trạm gốc
+ BTS(base transceiver station: trạm thu phát gốc): điều khiển lưu lượng vô tuyến
giữa MS và nó thông qua giao diện Um
+ BSC (base station controller: bộ điều khiển trạm gốc): quản lý tài nguyên vô tuyến
thông qua lệnh điều khiển từ xa với BTS và MS. Ấn định, giải phóng kênh vô
tuyến, quản lý chuyển giao.
BTS giao tiếp với BSC qua giao diện Abis
- SS: Hệ thống con chuyển mạch:
+ MSC (mobile switching center: trung tâm chuyển mạch di động): Điều phối việc
thiết lập cuộc gọi đến hoặc từ người sử dụng tới các mạng điện thoại khác nhau:
ISDN, PSTN, internet.
+ GMSC: MSG cổng giao tiếp với mạng ngoài, chức năng giống MSC
+ HLR (home location register: bộ ghi định vị thường trú): mang thông tin về thuê
bao trong vùng của GMSC tương ứng.
+ VLR (visitor location register: bộ ghi định vị tạm trú): chứa các chi tiết tạm thời về
MS làm khách tại MSC hiện thời

+ AuC(authentication center: trung tâm nhận thực): đảm bảo tất cả các thông số cần
thiết cho nhận thực và mã hóa giữa MS và BTS.
Made by: Dat Tin

Trang 3


Đề cương Thông tin di động_D11VT1

+ EIR(equipment identity register: bộ ghi nhận dạng thiết bị): ghi lại nhận dạng số
máy của thiết bị di động để tránh mất cắp.
+ SMS-GMSC: cổng vào GSM PLMN để truyền SM (soft message).
+ SMS-IWMSC: chuyển SM từ MS khởi xướng trong GSM PLMN đến SM-SC.
2. Giao diện vô tuyến:
a. Các kênh vật lý: Mang thông tin người dùng truyền từ MS  BTS, được xây dựng

trên công nghệ TDMA kết hợp FDMA/FDD, đặc trưng bởi 1 cặp tần số và 1 khe
thời gian. Truyền theo 2 tốc độ :13kbps(FR) và 6,5kbps(HR).

+ Tổ chức kênh vật lý:
- Phân bố tần số GSM:
Dải tần: 890 – 960 MHz
fn = 890 + (0.2 MHz) x n : tần số bán băng tần thấp giành cho đường lên.
fn’ = fn + 45 MHz : tần số bán băng tần cao giành cho đường xuống.
Gồm 125 kênh đánh số từ 0-124 :n = 0,1,2…124.
Kênh 0: dành cho khoảng bảo vệ
Kênh 1-124: kênh tần số.

- GSM mở rộng(E-GSM): băng tần cộng thêm 10 MHz, số kênh tăng thêm 50

kênh.
fn = 890 MHz + (0.2 MHz) x n ,
0 ≤ n ≤ 124
fn = 890 MHz + (0.2 MHz).(n - 1024),
974 ≤ n ≤ 1023
’
fn = fn + 45 MHz.
Kênh bổ sung: đánh số từ 974- 1023
Kênh 974 dành cho khoảng bảo vệ, kênh còn lại là các kênh tần số.
- Hệ thống DCS-1800: băng tần công tác 1710 – 1880 MHz.

fn = 1710 + (0.2 MHz) x (n - 511),
fn’ = fn + 95 MHz.
Gồm 374 kênh từ 512 - 885

Made by: Dat Tin

512 ≤ n ≤ 885

Trang 4


Đề cương Thông tin di động_D11VT1
- Tổ chức đa truy nhập kết hợp FDMA và TDMA:

Mỗi kênh tần số có băng thông 200 KHz tổ chức thành các khung truy nhập theo thời
gian, mỗi khung gồm 8 khe thời gian (=4,62 ms) mỗi khe là 0.577ms (TS 0,… Ts7),
mỗi khe thời gian có độ dài 156,25 bit là nội dung vật lý của một cụm.
GSM sử dụng băng tần 900 MHz:
890 – 915MHz cho đường lên (MS phát)

935 – 960MHz cho đường xuống (BTS phát)
Khoảng cách giữa các sóng mang là: 200kHz
Hệ thống mở rộng DCS – 1800:
1710 – 1785 MHz: đường lên
1805 – 1880 MHz: đường xuống.
- Tổ chức đa khung, siêu khung, siêu siêu khung.

1 siêu siêu khung = 3 giờ 28 phút 53 giây 760 ms = 2048 siêu khung = 2 715 647
khung.
1 siêu khung = 5,12 giây
1 siêu khung = 5.12 giây
Có 2 loại đa khung
+ Đa khung 26 khung (51 siêu khung/ siêu siêu khung): độ dài 120 ms, chứa 26 đa
khung. Sử dụng cho kênh TCH,SACCH,FACCH.
+ Đa khung 51 khung (26 siêu khung /siêu siêu khung): độ dài 235.4 ms, chứa 51 đa
khung TDMA. Sử dụng cho các kênh BCCH, CCCH, và SACCH.
b. Các kênh logic: đóng gói các thông tin từ lớp cao trước khi sắp xếp vào kênh vật

lý, đặc trưng bởi thông tin truyền giữa BTS và MS.

Made by: Dat Tin

Trang 5


Đề cương Thông tin di động_D11VT1

- Kênh lưu lượng TCH:

+ thoại: mang thông tin tiếng hoặc số liệu,TCH toàn tốc: 13 kbit/s, TCH bán tốc: 6.5

kbit/s
+ số liệu: 12 kbit/s cho tốc độ luồng cơ sở 9600bit/s, 6 kbit/s-4800bit/s,
3.6 kbit/s- <= 2400bit/s.
- Kênh điều khiển: CCH
+ kênh quảng bá (BCH):
• FCCH: kênh hiệu chỉnh tần số: mang thông tin hiệu chỉnh tần số cho các trạm MS
( chỉ sử dụng ở đường xuống)
• SCH: kênh đồng bộ: mang thông tin đồng bộ khung cho trạm di động MS và nhận
dạng BTS (đường xuống)
• BCCH: kênh điều khiển quảng bá: phát quảng bá các thông tin chung về ô, thông
tin vùng định vị. (đường xuống)
+ Các kênh điều khiển chung CCCH:
• PCH: kênh tìm gọi: tìm gọi thuê bao động (đường xuống)
• Kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH: được MS sử dụng để yêu cầu được dành 1

kênh SDCCH, (trả lời kênh PCH) – đường lên.
• Kênh cho phép truy nhập AGCH: chỉ định 1 kênh SDCCH (trả lời kênh RACH)
– đường xuống
+ Các kênh điều khiển riêng DCCH :
• Kênh điều khiển riêng đứng 1 mình SDCCH: chỉ được sử dụng dành riêng cho

báo hiệu với 1 MS
• Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH: kênh số liệu liên tục để mang các thông
tin liên tục: báo cáo đo lường, định trước thời gian, điều khiển công suất.
• Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH: thay đổi lưu lượng tiếng hay số liệu
bằng báo hiệu.
3. Đo và nhảy tần trong hệ thống GSM:
a. Đo
Mục đích: Phục vụ cho việc chuyển ô, điều khiển tài nguyên vô tuyến.
Nguyên lý:

Made by: Dat Tin

Trang 6


Đề cương Thông tin di động_D11VT1

-

1_MS thu
và đo tín

hiệu ở BTS đang phục vụ nó (TS2)
- 2_MS phát
- 3_MS đo cường độ tín hiệu ở một trong số các ô lân cận
- 4_MS đọc BSIC trên SCH(TS0) cho một trong số các ô mạnh nhất. Nếu MS không
đồng bộ với ô mà nó muốn nhận dạng, thì nó không tìm được TS 0 mang BCCH. Vì
thế nó phải đo ở khoảng thời gian ít nhất 8 khe thời gian để đảm bảo xác định chắc
chắn TS0 mang BCCH.
b. Nhảy tần:
Mục đích:
- Đảm bảo sự phân tập ở đường truyền dẫn đặc biệt tang hiệu quả của mã hóa kênh
và ghép đan xen đối với MS chuyển động chậm.
- Trung bình hóa tỷ số tín hiệu trên nhiễu (C/I) để đảm bảo tỉ số này lớn hơn mức
ngưỡng.
Nguyên lý:
- Ở các khe thời gian (TS) khác nhau, MS phát các tần số khác nhau
- Tốc độ nhảy tần giữa các khe thời gian 217 lần/s.
- Tần số phát – thu luôn luôn song công (UL_DL sử dụng cùng một chuỗi nhảy tần.
- Chuỗi nhảy tần trong 1 ô hoàn toàn trực giao (không xảy ra va chạm thông tin)

Made by: Dat Tin

Trang 7


Đề cương Thông tin di động_D11VT1

4. Chuyển giao
a. Khái niệm: Là quá trình xảy ra khi lưu lượng của MS được chuyển từ 1 kênh TCH

này sang 1 kênh TCH khác. Chuyển giao có thể xảy ra trong cùng 1 ô hoặc giữa các
ô khác nhau.
b. Phân loại:
- Chuyển giao cứu hộ: Khi chất lượng thu giảm đáng kể do MS rời xa vùng phủ sóng
của ô phục vụ.
- Chuyển giao giới hạn: Mặc dù ô đang phục vụ vẫn đảm bảo thông tin nhưng
chuyển giao sang ô tốt hơn để tối ưu mức nhiễu.
- Chuyển giao lưu lượng: Được thực hiện khi lưu lượng ở ô đang phục vụ đã ứ
nghẽn tuy nhiên các ô lân cận còn cho phép lưu lượng.
c. Tiêu chuẩn chuyển giao:
- Chuyển giao cứu hộ: Mức tín hiệu thu RxLevel (BTS, MS-SACCH), dựa trên 3
tiêu chí:
+ Tỷ số lỗi truyền dẫn
+ Tổn hao đường truyền
+ Trễ đường truyền
- Chuyển giao giới hạn:
+ chất lượng truyền dẫn so với các ô lân cận.
+ RxQual (BTS, MS-SACCH)
- Chuyển giao lưu lượng:

+ thông tin về tải của các BTS
+ dung lượng ô và tải.
5. Một số trường hợp định tuyến:

Made by: Dat Tin

Trang 8


Đề cương Thông tin di động_D11VT1
- Cập nhật vị trí: xảy ra khi trạm di động đang ở trạng thái rỗi nhưng nó di chuyển

từ một vùng định vị này sang vùng định vị khác. Khi này, trạm di động phải thông
báo cho mạng ngoài về vị trí mới của nó để mạng ghi lại vị trí mới này vào VLR
hoặc HLR.
- Có 2 dạng cập nhật vị trí:
- MS chuyển từ ô 3 thuộc LA3 sang ô 4 thuộc LA1. Cả 2 ô này đều trực thuộc cùng
một MSC/VLR. Cập nhật vị trí không cần thông báo đến HLR
- MS chuyển từ ô 3 sang ô 5 của LA3. 2 ô này thuộc 2 tổng đài MSC khác nhau, cập
nhật vị trí phải được thông báo cho HLR để nó ghi lại vị trí của MSC/VLR mới.

- Định tuyến cuộc gọi đến MS: Giả sử một thuê bao nào đó từ mạng ngoài cần gọi

đến MS, trước hết nó quay số MSISDN. Tổng đài phụ trách thuê bao này phân tích
số MSISDN và nhận thấy rằng thuê bao bị gọi là một thuê bao di động và vì thế nó
hướng cuộc gọi này đến GMSC của mạng PLMN của thuê bao (1). Bây giờ GMSC
có thể yêu cầu MSRN cho thuê bao di động từ HLR (2,3). Dựa trên MSRN, cuộc
gọi được định tuyến đến MSC(4). MSC quyết định TMSI cho MS (5,6) và thực hiện
thủ tục tìm gọi trong vùng định vị liên quan (7). Sau khi MS trả lời tìm gọi (8), kết
nối được hoàn tất.

Made by: Dat Tin

Trang 9


Đề cương Thông tin di động_D11VT1

- Chuyển mạng quốc tế : Qúa trình một thuê bao di động có thể sử dụng

SIM=CARD của mình ở mạng khác. Qúa trình này liên quan đến 3 mạng thuộc 23
nước : nước nơi thuê bao di động khởi sướng cuộc gọi _nước có mạng nhà của thuê
bao( H-PLMN)_nước nơi thuê bao khách được gọi trong mạng V-PLMN.

Made by: Dat Tin

Trang 10


Đề cương Thông tin di động_D11VT1

Made by: Dat Tin

Trang 11


Đề cương Thông tin di động_D11VT1
II.

Hệ thống thông tin di động GPRS

1. Kiến trúc mạng GPRS

Chức năng các khối:
- MS gồm :thiết bị đầu cuối TE(terminal equipment) và đấu cuối di động
MT(mobile terminal) .
- MS có thể hoạt động ở 3 chế độ:
+ chế độ A: xử lý đồng thời chuyển mạch kênh + chuyển mạch gói
+ chế độ B: cho phép MS ở chế độ PS hoặc chế độ CS nhưng không đồng thời ở cả 2
chế độ
+ chế độ C: cho phép MS thực hiện mỗi lần một dịch vụ.
- BSS: Hệ thống con trạm gốc:
+ BTS: xử lý cả lưu lượng kênh CS và lưu lượng gói PS. Nó chuyển số liệu CS đến
MSC và số PS đến SGSN.
+ BSC: Chứa PCU (Packet control Unit: khối điều khiển gói) nhằm để quản lí các
chức năng RLC/MAC.
+ CN : Mạng lõi
- HLR: Để xác định xem thuê bao GPRS có địa chỉ IP tĩnh hay động và điểm truy

nhập nào sử dụng để nối đến mạng ngoài.
- SGSN: Xử lý lưu lượng các gói IP đến và từ MS đó đăng nhập vào vùng phục vụ

của nó, đảm bảo định tuyến gói nhận được và gửi đi từ nó.
- GGSN: Đảm bảo kết nối với các mạng chuyển mạch gói bên ngoài như internet và

các mạng riêng khác.
- AuC : Chứa thông tin để nhận dạng người được cho phép sử dụng mạng GPRS để

ngăn chặn sử dụng mạng trái phép giống như GMS.
2. Giao diện vô tuyến
a. Các kênh vật lý: Giống GSM (cùng kênh tần số 200 kHz được chia thành 8 khe thời

gian), trong GPRS, MS có thể truy nhập đến nhiều khe thời gian hơn. Sử dụng cấu
trúc đa khung 52 khung cho cả báo hiệu và điều khiển. Tại một thời điểm nhất định
thông tin được mang trong khe phụ thuộc vào vị trí của khung trong cấu trúc đa
Made by: Dat Tin

Trang 12


Đề cương Thông tin di động_D11VT1

khung 52 khung. Trong số 52 khung của cấu trúc đa khung, có 12 khối vô tuyến
mang số liệu của người sử dụng, 2 khung để trống và 2 khung dành cho hai kênh
điều khiển định thời gói PTCCH (Packet timing control channel)
(Trang 160)
b. Các kênh logic: Đóng gói các thông tin từ lớp cao trước khi sắp xếp vào kênh vật
lý, đặc trưng bởi thông tin truyền giữa BTS và MS.

- Kênh điều khiển quảng bá gói PBCCH (packet broadcast control channel):

thông báo các MS về thông tin đặc thù của số liệu gói (đường xuống)
- Kênh điều khiển chung gói PCCCH (packet commen control channel)
+ Kênh tìm gọi gói (PPCH: packet paging channel): tìm gọi MS trước khi tải gói
xuống (đường xuống)
+ Kênh cho phép truy nhập gói (PAGCH: packet access grant channel) : ấn định các
tài nguyên cho MS trước khi truyền gói (đường xuống)
+ Kênh thông báo gói (PNCH: packet Notification channel): thông báo đa phương
tiện điểm – đa điểm cho 1 nhóm các MS rằng sắp xảy ra 1 cuộc truyền gói PTM-M
(đường xuống)
+ Kênh truy nhập ngẫu nhiên gói (PRACH: Packet random access channel): Khởi

xướng truyền số liệu hoặc báo hiệu gói ( đường lên).
- PDTCH: Kênh lưu lượng số liệu gói (Packet data traffic channel): Truyền số

liệu thực sự của người sử dụng trên giao diện vô tuyến. Các kênh PDTCH là kênh
đơn hướng: hoặc đường lên hoặc đường xuống.
- PDCCH: Kênh điều khiển dành riêng gói (Packet dedicated control channel):
+ Kênh điều khiển liên kết nhanh gói (PACCH: Packet associated control channel):
kênh 2 chiều, chuyển báo hiệu và các thông tin giữa MS và mạng trong khi truyền
gói.
+ Kênh điều khiển định thời gói (PTCCH: Packet timing control channel): định thời
trước cho các MS. PTCCH/U mang thông tin trong các cụm truy nhập ngẫu nhiên
để cho phép mạng rút ra định thời trước cho việc truyền dẫn gói từ MS.
III.

Hệ thống thông tin di động 3G
1. Kiến trúc mạng W-CDMA R3: (21)

Made by: Dat Tin

Trang 13


Đề cương Thông tin di động_D11VT1

a. Thiết bị người sử dụng UE (user equipment): là đầu cuối mạng UMTS của người

-

b.

sử dụng. Đây là phần hệ thống có nhiều thiết bị nhất và sự phát triển của nó sẽ ảnh
hưởng lớn lên các ứng dụng và các dịch vụ khả dụng. Bao gồm:
TE(terminal equipment) Thiết bị đầu cuối: dành cho điện thoại, cung cấp các dịch
vụ số liệu mới.
ME(mobile equipment): Thiết bị di động như máy điện thoại, laplop...
USIM(UMTS Subscriber Identify Moudule) Module nhận dạng thuê bao UMTS:
chứa các hàm và số liệu cần để nhận dạng và nhận thực thuê bao trong mạng
UMTS. Nó có thể lưu cả bản sao hồ sơ của thuê bao.
Mạng truy nhập vô tuyến UMTS: UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access
Network): đảm bảo các cuộc truyền thông UMTS trên kênh vô tuyến và điều khiển
chúng.

- RNC (Radio Network Controller): chịu trách nhiệm cho một hay nhiều nút B(trạm

gốc) và điều khiển các tài nguyên của chúng, được nối đến CN bằng hai kết nối,
một cho miền chuyển mạch gói (đến GPRS) và một đến miền chuyển mạch kênh
(MSC). Đây cũng là điểm truy nhập dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho CN.Một
nhiệm vụ quan trọng nữa của RNC là bảo vệ sự bí mật và toàn vẹn.
- Nút B(Trạm gốc): thực hiện kết nối kênh vô tuyến vật lý giữa đầu cuối với nó. Điều
khiển lưu lượng vô tuyến giữa nó và UE qua giao diện vô tuyến Uu.
c. Mạng lõi: được chia thành ba phần, miền PS, miền CS và HE.

+ Miền CS đảm bảo các dịch vụ điện thoại đến các mạng khác bằng kết nối TDM.
Bao gồm các thành phần:
- MSC/VLR: (Mobile Switching Controller/ Visitor Location Register: Bộ điều

khiển chuyển mạch vô tuyến/Bộ ghi định vị tạm trú): Nó thực hiện chứ năng báo
hiệu và chuyển mạch cho các thêu bao trong vùng quản lý của mình. Dữ liệu thuê
bao cần thiết để cung cấp các dịch vụ thuê bao được copy từ HLR và lưu ở VLR.
- GMSC(Gateway MSC): chịu trách nhiệm thực hiện các chức năng định tuyến đến

vùng có MS
Made by: Dat Tin

Trang 14


Đề cương Thông tin di động_D11VT1

+ HE (Home Environment): môi trường nhà lưu các hồ sơ thuê bao của hãng khai
thác. Nó cũng cung cấp cho các mạng phục vụ SN các thông tin về thuê bao và về
cước cần thiết để nhận thực người sử dụng và tính cước cho các dịch vụ cung cấp.
Bao gồm:
-HLR/AuC(Home Location Register/Authentication Center): Bộ ghi định vị thường
trú/Trung tâm nhận thực.
-EIR(Equipment Identify Register): Bộ ghi nhận dạng thiết bị chịu trách nhiệm lưu
các số nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMEI. Đây là số nhận dạng duy nhất cho
thiết bị đầu cuối.
+ Miền PS- miền chuyển mạch gói: đảm bảo các dịch vụ số liệu cho người sử dụng
bằng các kết nối Internet và các mạng số liệu khác bao gồm:
- SGSN (SGSN: Serving GPRS Support Node): chịu trách nhiệm cho tất cả kết nối

PS của tất cả các thuê bao. Nó lưu hai kiểu dữ liệu thuê bao: thông tin đăng ký thuê
bao và thông tin vị trí thuê bao
- GGSN (Gateway GPRS Support Node): Node hỗ trợ GPRS cổng là một kết nối
giữa SGSN với các mạng số liệu khác.Mọi truyền thông số liệu từ thuê bao đến các
mạng ngoài đều qua GGSN.
- Các giao diện
+ Giao diện Cu: giao diện chuẩn cho các card thông minh. Trong UE đây là nơi kết
nối giữa USIM và UE
+ Giao diện Uu. Giao diện Uu là giao diện vô tuyến của WCDMA trong UMTS. Đây

là giao diện mà qua đó UE truy nhập vào phần cố định của mạng. Giao diện này
nằm giữa nút B và đầu cuối.
+ Giao diện Iu. Giao diện Iu kết nối UTRAN và CN, Nó gồm hai phần, IuPS cho miền
chuyển mạch gói, IuCS cho miền chuyển mạch kênh.
+ Giao diện Iur. Đây là giao diện RNC-RNC. Ban đầu được thiết kế để đảm bảo
chuyển giao mềm giữa các RNC
+ Giao diện Iub. Giao diện Iub nối nút B và RNC. Khác với GSM đây là giao diện
mở.

2. Kiến trúc W-CDMA R4:

Made by: Dat Tin

Trang 15


Đề cương Thông tin di động_D11VT1

- Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện giữa RNC và

MSC Server.
- MGW(Media Gateway) nhận các cuộc gọi từ RNC và định tuyến các cuộc gọi này

đến nơi nhận trên các đường trục gói.
- MGW được điều khiển bởi MSC Server/GMSC Server( MSC/GMSSC) sử dụng

-

-

giao thức điều khiển ITU H.248, MGW chuyển tiếng thoại được đóng gói thành
PCM tiêu chuẩn để đưa đến PSTN.
SGSN : Node hỗ trợ dịch vụ GPRS chịu trách nhiệm cho tất cả các kết nối dịch vụ
số liệu gọi với các mạng khác.
GGSN : Node hỗ trợ cổng GPRS là nơi thực hiện chung chuyển số liệu từ SGSN ra
với các mạng khác.
HSS(Home Subcriber Server) và HLR: (Server thêu bao tại nhà) có chức năng
tương đương, ngoại trừ giao diện với HSS là giao diện trên cơ sở truyền tải gói (IP
chẳng hạn) trong khi HLR sử dụng giao diện trên cơ sở báo hiệu số 7.
MSC Server, GMCS Server, và HSS liên lạc với cổng SS7 bằng cách sử dụng giao
thức truyền tải được thiết kế đặc biệt để mang các bản tin SS7 ở mạng IP.

3. Kiến trúc W-CDMA R5

Made by: Dat Tin

Trang 16


Đề cương Thông tin di động_D11VT1

- Đưa ra một miền mới được gọi là phân hệ đa phương tiện IP (IMS: IP Multimedia

Subsystem), được thiết kế để hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện thời gian thực IP.
- Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) chứa các phần tử sau: Chức năng điều khiển trạng

-

-

-

thái kết nối (CSCF: Connection State Control Function), Chức năng tài nguyên đa
phương tiện (MRF: Multimedia Resource Function), chức năng điều khiển cổng
các phương tiện (MGCF: Media Gateway Control Function), Cổng báo hiệu
truyền tải (T-SGW: Transport Signalling Gateway) và Cổng báo hiệu chuyển mạng
(R-SGW: Roaming Signalling Gateway).
UE trở thành một tác nhân của người sử dụng SIP. Như vậy, UE có khả năng điều
khiển các dịch vụ lớn hơn trước rất nhiều.
CSCF quản lý việc thiết lập , duy trì và giải phóng các kết nối phiên đa phương tiện
đến và từ người sử dụng.
SGSN và GGSN là các phiên bản tăng cường của các nút được sử dụng ở GPRS và
UMTS R3 và R4. Điểm khác nhau duy nhất là ở chỗ các nút này không chỉ hỗ trợ
dịch vụ số liệu gói mà cả dịch vụ chuyển mạch kênh (tiếng chẳng hạn).
Chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF) là chức năng lập cầu hội nghi được
sử dụng để hỗ trợ các tính năng như tổ chức cuộc gọi nhiều phía và dịch vụ hội nghị
.
Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW) là một cổng báo hiệu SS7 để đảm bảo tương tác
SS7 với các mạng tiêu chuẩn ngoài như PSTN.
Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW) là một nút đảm bảo tương tác báo hiệu với
các mạng di động hiện có sử dụng SS7 tiêu chuẩn.
MGW thực hiện tương tác với các mạng ngoài ở mức đường truyền đa phương tiện.

4. Giao diện vô tuyến.
a. Kiến trúc giao thức của giao diện vô tuyến W-CDMA

Made by: Dat Tin

Trang 17

Đề cương Thông tin di động_D11VT1

UP: mặt phẳng người sử dụng
CP: mặt phẳng điều khiển
Note: Không có giao thức điều khiển vì đây là chuyển mạch kênh dành cho thoại
Kiến trúc giao diện vô tuyến phân thành 3 lớp giao thức:
+ Lớp vật lý L1: Đặc tả các vấn đề liên quan đến giao diện vô tuyến như điều chế và
mã hóa, trải phổ, được sử dụng để truyền dẫn ở giao diện vô tuyến.
+ Lớp liên kết số liệu L2: Lập khuôn số liệu vào các khối số liệu và đảm bảo truyền
dẫn tin cậy giữa các nút lân cận hay các thực thể đồng cấp. Lớp L2 chia thành :
MAC (medium access control: Điều khiển truy nhập môi trường), RLC (radio link
control: Điều khiển liên kết vô tuyến), PDCP (Packet Data Convergence Protocol:
Giao thức hội tụ số liệu gói), BMC (Broadcast/Multicast Control: Điều khiển
quảng bá đa phương).
+ Lớp mạng L3: Đặc tả đánh địa chỉ và định tuyến, chia thành hai mặt phẳng: mặt
phẳng điều khiển (C-Plane) và mặt phẳng người sử dụng (U-Plane). PDCP và BMC
chỉ có ở mặt phẳng U.
5. Các kênh logic:

Bảng 1: Danh sách các kênh logic W-CDMA
Nhóm kênh

Ứng dụng

Kênh logic
BCCH (Broadcast Control Kênh đường xuống để phát quảng
Channel: Kênh điều khiển
bá thông tin hệ thống
CCH (Control

quảng bá)
Channel:

Made by: Dat Tin

Trang 18


Đề cương Thông tin di động_D11VT1

Kênh điều PCCH
(Paging
Control
khiển)
Channel: Kênh điều khiển
tìm gọi)
CCCH (Common Control
Channel: Kênh điều khiển
chung)
DCCH (Dedicated Control
Channel: Kênh điều khiển
riêng).
DTCH (Dedicated Traffic
Channel: Kênh lưu lượng
TCH (Traffic
riêng)
Channel:
Kênh lưu
lượng)
CTCH (Common Traffic

Channel: Kênh lưu lượng
chung)

Kênh đường xuống để phát quảng
bá thông tin tìm gọi
Kênh hai chiều để phát thông tin
điều khiển giữa mạng và các UE.
Kênh hai chiều điểm - điểm để phát
thông tin điều khiển riêng giữa
UE và mạng.
Kênh hai chiều điểm -điểm riêng
cho một UE để truyền thông tin
của người sử dụng, tồn tại cả
đường lên-xuống.
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. tồn tại
chỉ ở đường xuống.

6. Các kênh truyền tải: Kênh do lớp vật lý cung cấp cho lớp 2 để truyền số liệu.
a. Danh sách các kênh truyền tải

Kênh truyền tải
DCH
(Dedicated
Channel:
Kênh
riêng)

BCH
(Broadcast
Channel:
Kênh
quảng bá)
FACH
(Forward
Access
Channel:
Kênh truy nhập
đường xuống)
PCH (Paging Channel:
Kênh tìm gọi)
RACH
(Random
Access
Channel:
Kênh truy nhập
ngẫu nhiên)
CPCH
(Common
Made by: Dat Tin

ứng dụng
Kênh hai chiều được sử dụng để phát số liệu của người sử
dụng. Được ấn định riêng cho người sử dụng. Có khả năng
thay đổi tốc độ và điều khiển công suất nhanh
Kênh chung đường xuống để phát thông tin quảng bá (chẳng
hạn thông tin hệ thống, thông tin ô)
Kênh chung đường xuống để phát thông tin điều khiển và số

liệu của người sử dụng. Kênh chia sẻ chung cho nhiều UE.
Được sử dụng để truyền số liệu tốc độ thấp cho lớp cao
hơn
Kênh chung dường xuống để phát các tín hiệu tìm gọi
Kênh chung đường lên để phát thông tin điều khiển và số liệu
người sử dụng. áp dụng trong truy nhập ngẫu nhiên và
được sử dụng để truyền số liệu thấp của người sử dụng
Kênh chung đường lên để phát số liệu người sử dụng. áp dụng
Trang 19


Đề cương Thông tin di động_D11VT1

Packet
Channel:
trong truy nhập ngẫu nhiên và được sử dụng trước hết để
Kênh gói chung)
truyền số liệu cụm.
DSCH
(Dowlink Kênh chung đường xuống để phát số liệu gói. Chia sẻ cho
Shared
Channel:
nhiều UE. Sử dụng trước hết cho truyền dẫn số liệu tốc độ
Kênh chia sẻ đường
cao.
xuống)
b. Sắp xếp kênh logic lên kênh truyền tải

7. Các kênh vật lý: Kênh mang số liệu trên giao diện vô tuyến. Mỗi PhCH có một mã

trải phổ định kênh duy nhất để phân biệt với kênh khác.
a. Danh sách các kênh vật lý:

Tên kênh
ứng dụng
DPCH (Dedicated Physical Kênh hai chiều đường xuống/đường lên được ấn định
Channel: Kênh vật lý
riêng cho UE. Gồm DPDCH (Dedicated Physical Dât
riêng)
Channel: Kênh vật lý số liệu riêng) và DPCCH
(Dedicated Physical Control Channel: Kênh vật lý
điều khiển riêng).
DPDCH
(Dedicated Khi sử dụng DPCH, mỗi UE được ấn định ít nhất một
Physical Data Channel:
DPDCH. Kênh được sử dụng để phát số liệu người sử
Kênh vật lý số liệu riêng
dụng từ lớp cao hơn
DPCCH
(Dedicated Khi sử dụng DPCH, mỗi UE chỉ được ấn định một
Physical
Control
DPCCH. Kênh được sử dụng để điều khiển lớp vật lý
Made by: Dat Tin

Trang 20


Đề cương Thông tin di động_D11VT1

Channel: Kênh vật lý
của DPCH.
điều khiển riêng)
PRACH (Physical Random Kênh chung đường lên. Được sử dụng để mang kênh
Access Channel: Kênh
truyền tải RACH
vật lý truy nhập ngẫu
nhiên)
PCPCH (Physical Common Kênh chung đường lên. Được sử dụng để mang kênh
Packet Channel: Kênh
truyền tải CPCH
vật lý gói chung)
CPICH (Common Pilot Kênh chung đường xuống. Có hai kiểu kênh CPICH: PChannel: Kênh hoa tiêu
CPICH (Primary CPICH: CPICH sơ cấp) và Schung)
CPICH (Secondary CPICH: CPICH thứ cấp). PCPICH đảm bảo tham chuẩn nhất quán cho toàn bộ ô
để UE thu được SCH, P-CCPCH, AICH và PICH vì
các kênh nay không có hoa tiêu riêng như ở các
trường hợp kênh DPCH. Kênh S-CPICH đảm bảo
tham khảo nhất quán chung trong một phần ô hoặc
đoạn ô cho trường hợp sử dụng anten thông minh có
búp sóng hẹp.
P-CCPCH
(Primary Kênh chung đường xuống. Mỗi ô có một kênh để truyền
Common
Control
BCH
Physical Channel: Kênh
vật lý điều khiển chung
sơ cấp)
S-CCPCH

(Secondary Kênh chung đường xuống. Một ô có thể có một hay
Common
Control
nhiều S-CCPCH. Được sử dụng để truyền PCH và
Physical Channel: Kênh
FACH
vật lý điều khiển chung
thứ cấp)
SCH
(Synchrronization Kênh chung đường xuống. Có hai kiểu kênh SCH: SCH
Channel: Kênh đồng bộ)
sơ cấp và SCH thứ cấp. Mỗi ô chỉ có một SCH sơ cấp
và thứ cấp. Được sử dụng để tìm ô
PDSCH
(Physical Kênh chung đường xuống. Mỗi ô có nhiều PDSCH
Downlink
Shared
(hoặc không có). Được sử dụng để mang kênh truyền
Channel: Kênh vật lý
tải DSCH
chia sẻ đường xuống)
AICH
(Acquisition Kênh chung đường xuống đi cặp với PRACH. Được sử
Indication
Channel:
dụng để điều khiển truy nhập ngẫu nhiên của
Kênh chỉ thị bắt)
PRACH.
PICH (Page Indication Kênh chung đường xuống đi cặp với S-CCPCH (khi
Channel: Kênh chỉ thị

kênh này mang PCH) để phát thông tin kết cuối cuộc
Made by: Dat Tin

Trang 21


Đề cương Thông tin di động_D11VT1

tìm gọi)
gọi cho từng nhóm cuộc gọi kết cuối.
AP-AICH
(Access Kênh chung đường xuống đi cặp với PCPCH để điều
Preamble
Acquisition
khiển truy nhập ngẫu nhiên cho PCPCH
Indicator Channel: Kênh
chỉ thị bắt tiền tố truy
nhập)
CD/CA-ICH
(CPCH Kênh chung đường xuống đi cặp với PCPCH. Được sử
Collision
Detection/
dụng để điều khiển va chạm PCPCH
Channel
Assignment
Indicator Channel: Kênh
chỉ thị phát hiện va chạm
CPCH/ấn định kênh)
CSICH (CPCH Status Kênh chung đường xuống liên kết với AP-AICH để phát
Indicator Channel: Kênh

thông tin về trạng thái kết nối của PCPCH
chỉ thị trạng thái CPCH)
b. Sắp xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý

8. Điều khiển công suất
a. Lý do:
- Để hệ thống WCDMA hoạt động bình thường, cần có một cơ chế điều khiển công

suất tốt để duy trì tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) tại mức cho phép. Vì nhiều người
sử dụng cùng truyền đồng thời trên cùng một tần số gây nhiễu đường truyền với
mức độ khác nhau tùy số người sử dụng.
- Tránh hiện tượng gần xa dẫn tới giảm dung lượng hệ thống (công suất thu tại
node B của tất cả các UE phải bằng nhau.)
b. Điều khiển công suất vòng hở: thực hiện ở RLC
- Được thực hiện khi MS bắt đầu truy nhập mạng, và chưa có kết nối với BTS
Made by: Dat Tin

Trang 22


Đề cương Thông tin di động_D11VT1

- Nguyên lý:

Được thực hiện khi MS bắt đầu truy nhập mạng và chưa có kết nối với BTS, trả lời
kênh tìm gọi Idle, cập nhật vị trí. Điều khiển công suất vòng hở thực hiện đánh giá
gần đúng công suất đường xuống của tín hiệu kênh hoa tiêu dựa trên tổn hao
truyền sóng của tín hiệu này.
- Nhược điểm: Điều khiển công suất vòng hở thiếu chính xác vì điều kiện truyền

song đường lên – xuống là khác nhau do pha đinh.

c. Điều khiển công suất vòng kín: Khi MS đã có kết nối với BTS,nó bao gồm: (1)

điều chỉnh công suất vòng trong khi MS và BTS đánh giá SIR (tỉ số tín hiệu trên
nhiễu) để đưa ra kết luận về điều khiển công suất cho đường lên và đường
xuống. (2) điều khiển công suất vòng ngoài, MS và RNC dựa trên tỉ lệ lỗi khối
(BLER) để đưa ra quyết định SIRđích cho việc điều khiển công suất vòng trong.

Made by: Dat Tin

Trang 23


Đề cương Thông tin di động_D11VT1

Nguyên lý:
Điều khiển công suất vòng trong: BS (hoặc MS) thường xuyên ước tính tỷ số tín hiệu
trên can nhiễu thu được (SIR) và so sánh với tỷ số SIR đích, nếu SIRước tính cao hơn
SIRđích thì BS (MS) thiết lập bit điều khiển công suất để cho MS (BS) hạ thấp công
suất, trái lại nó ra lệnh MS (BS) tăng công suất. Chu kỳ đo – lệnh – phản ứng này
được thực hiện 1500 lần trong 1 giây (1,5 KHz).
Điều khiển công suất vòng ngoài: Thực hiện đánh giá dài hạn chất lượng đường
truyền trên cơ sở BLER hoặc BER để quyết định SIR đích cho điều khiển công
suất vòng trong, nó thực hiện điều chỉnh giá trị SIRđích ở BS (MS) cho phù hợp
với yêu cầu của từng đường truyền vô tuyến để đạt được chất lượng các đường
truyền vô tuyến như nhau. Các đường truyền vô tuyến thường được đánh giá bằng
tỷ số lỗi bit BER hay tỷ số lỗi khung FER.
9. Chuyển giao trong W-CDMA (254)
• Khái niệm: Chuyển giao là quá trình được thực hiện khi UE đã có kết nối vô tuyến

và để duy trì chất lượng truyền dẫn bằng cách chuyển lưu lượng của UE từ 1
kênh TCH này sang 1 kênh TCH khác.
• Phân loại:
- Chuyển giao cứng (HHO: hard handover): Thực hiện trên 2 tần số khác nhau
hoặc 2 hệ thống khác nhau, giống như của GSM, UE chỉ nối đến một nút B. Khi
thực hiện HHO đến một nút B khác, kết nối đến nút B cũ được giải phóng.
Chuyển giao cứng thực hiện khi phải chuyển giao giữa các tần số, giữa các RAT
(Radio Access Technology) hay giữa các chế độ truy nhập khác nhau (FDD và
TDD)
Made by: Dat Tin

Trang 24


Đề cương Thông tin di động_D11VT1
- Chuyển giao mềm: Cùng một tín hiệu được phát từ 2 node B đến UE (trừ lệnh

điều khiển công suất). Danh sách các nút B tham gia vào kết nối với UE trong
chuyển giao mềm/mềm hơn được gọi là “tập tích cực: các hoa tiêu của các BTS
đang kết nối với MS”. Thông tin giữa MS và BS xảy ra đồng thời trên 2 kênh của
giao diện vô tuyến.

Chuyển giao mềm hơn: Sử dụng nhiều kết nối từ một UE đến nhiều nút B. Là quá
trình trong đó một hoa tiêu mới được kết nạp vào tập tích cực và một hoa tiêu trong
tập tích cực bị khai trừ khỏi tập này.

10.
Lớp vật lý của W-CDMA. (225)
a. Các thông số kênh vật lý W-CDMA/FDD

Made by: Dat Tin

Trang 25