Chuyển giao điều khiển công suất trong mạng thông tin di động WCDMA

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài: “Chuyển giao - Điều khiển công suất trong mạng thông tin di động
WCDMA”

Giảng viên hướng dẫn : TS.Nguyễn Vũ Sơn
Sinh viên thực hiện
: Vũ Đức Thắng
Lớp
: K16-ĐTTT
Khoá
: 2013-2017
Hệ

: Đại học chính quy

Hà Nội, tháng 5 /2017


VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CN ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Họ và tên sinh viên: Vũ Đức Thắng
Lớp: K16-ĐTTT

Khoá: 2013-2017

Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật điện tử, Truyền thông
Hệ đào tạo: ĐHCQ
1/ Tên đề tài: “Chuyển giao - Điều khiển công suất trong mạng thông tin di động
WCDMA”
2/ Nội dung chính:
Chương 1: Giới thiệu hệ thống thông tin di động.
Chương 2: Cấu trúc mạng thông tin di động WCDMA.
Chương 3: Chuyển giao trong mạng thông tin di động WCDMA.
Chương 4: Điều khiển công suất trong mạng thông tin di động WCDMA.

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên)


Đồ án tốt nghiệp

Mục lục

MỤC LỤC
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ................... 2
1.1. Lịch sử phát triển .......................................................................................... 2
1.1.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 ........................................................ 2
1.1.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 ........................................................ 2

1.1.2.1. Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA ......................................2
1.1.2.2. Đa truy cập phân chia theo mã CDMA................................................3
1.1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 ........................................................ 4
1.2. Lộ trình phát triển từ mạng GSM lên WCDMA ............................................. 5
1.2.1. GSM ....................................................................................................... 6
1.2.2. GPRS ..................................................................................................... 8
1.2.3. EDGE ..................................................................................................... 9
1.2.4. WCDMA .............................................................................................. 10
1.3. Kết luận chương .......................................................................................... 14
CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDM ............... 15
2.1. Khái quát .................................................................................................... 15
2.2. Cấu trúc mạng thông tin di động WCDMA ................................................ 15
2.3. Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN) .............................................. 17
2.3.1. Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) .................................................... 18
2.3.2. NODE B (Trạm gốc) ............................................................................ 19
2.4. Giao diên vô tuyến ...................................................................................... 19
2.4.1. Giao diện UTRAN – CN, IU ................................................................. 19
2.4.2. Giao diện RNC – RNC, IUr ................................................................... 21
2.4.3. Giao diện RNC – Node B, IUb .............................................................. 21
2.5. Khái quát các giải pháp kĩ thuật trong mạng WCDMA .............................. 21
2.5.1. Sóng mang ............................................................................................ 22
2.5.2. Kênh logic ............................................................................................ 23
2.5.3. Kênh vật lý ........................................................................................... 23
2.5.4. Sự trải phổ ............................................................................................ 27
2.5.5. Gói dữ liệu............................................................................................ 28
2.5.6. Chuyển giao ......................................................................................... 28
2.6. Kết luận chương .......................................................................................... 29
CHƯƠNG 3:CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
WCDMA....................................................................................................................... 31
3.1. Khái quát về chuyển giao trong các hệ thống thông tin di động .................. 31

3.2. Các loại chuyển giao trong mạng thông tin di động WCDMA..................... 31
3.3. Các trường hợp chuyển giao........................................................................ 33
3.4. Trình tự của chuyển giao ............................................................................ 33
3.5. Các mục đích của chuyển giao .................................................................... 35
3.6. Chuyển giao cứng ...................................................................................... 37
3.7. Chuyển giao mềm trong cùng tần số ........................................................... 37

GVHD:TS.Nguyễn Vũ Sơn

SVTH:Vũ Đức Thắng


Đồ án tốt nghiệp

Mục lục

3.7.1. Chuyển giao mềm ................................................................................. 37
3.7.2. Lợi ích của chuyển giao mềm ............................................................... 37
3.7.3. Nguyên lý chuyển giao mềm ................................................................ 38
3.7.4. Các thuật toán của chuyển giao mềm .................................................... 41
3.7.5. Các đặc điểm của chuyển giao mềm ..................................................... 43
3.7.6. Tổng phí của chuyển giao mềm ............................................................ 44
3.7.7. Độ lợi dung lượng mạng của chuyển giao mềm .................................... 46
3.8. Chuyển giao mềm hơn .................................. Error! Bookmark not defined.
3.9. Chuyển giao giữa các tấn số trong WCDMA............................................... 48
3.10. Chuyển giao giữa các hệ thông WCDMA và GSM ................................... 49
3.11. Thiết lập vá kêt thúc chuyển giao mềm ..................................................... 51
3.11.1. Thiết lập chuyển giao mềm ................................................................. 51
3.11.2. Kết thúc chuyển giao mềm.................................................................. 52
3.12. Kết luận chương ........................................................................................ 53

CHƯƠNG 4 : ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG WCDMA.................................................................................................. 55
4.1. Ý nghĩa của điều khiển công suất ................................................................ 55
4.2. Phân loại điều khiển công suất ................................................................... 56
4.3. Điều khiển công suất cho đường lên và đường xuống ................................. 57
4.3.1. Điều khiển công suất cho đường lên ..................................................... 58
4.3.1.1. Khái quát........................................................................................ 58
4.3.1.2. Điều khiển công suất vòng hở ........................................................ 58
4.3.1.3. Điều khiển công suất vòng kín ....................................................... 63
4.3.1.4. Điều khiển công suất vòng ngoài.................................................... 68
4.3.1.5. Điều khiển công suất vòng trong .................................................... 72
4.3.2. Điều khiển công suất đương xuống ....................................................... 73
4.3.2.1. Khái quát........................................................................................ 73
4.3.2.2. Điều khiển công suất đường xuống ................................................ 74
4.4. Kết luận chương .......................................................................................... 81
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 82
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
TÀI LIỆU THAM KHẢO

GVHD:TS.Nguyễn Vũ Sơn

SVTH:Vũ Đức Thắng


Đồ án tốt nghiệp

Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của công nghệ viễn thông và công nghệ

thông tin, đặc biệt là thông tin di động và Internet đã dẫn tới một nhu cầu tất yếu là
kết hợp hai ngành công nghệ mũi nhọn này nhằm đáp ứng nhu cầu dịch vụ ngày
càng tăng và đa dạng của khách hàng.
Ở Việt Nam mạng thông tin di động WCDMA đã và đang được triển khai
rộng rãi. Với mong muốn tìm hiểu kỹ về công nghệ WCDMA em đã chọn đề tài:
“Chuyển giao - Điều khiển công suất trong mạng thông tin di động WCDMA”
làm đồ án tốt nghiệp.
Mục tiêu của đề tài là tìm hiểu kỹ về công nghệ chuyển giao mềm và điều
khiển công suất trong mạng thông tin di động WCDMA.
Với mục tiêu trên nội dung của đề tài gồm 4 chương:
Chương 1: Giới thiệu hệ thống thông tin di động.
Chương 2: Cấu trúc mạng thông tin di động WCDMA.
Chương 3: Chuyển giao trong mạng thông tin di động WCDMA.
Chương 4: Điều khiển công suất trong mạng thông tin di động WCDMA.
Trong quá trình tìm hiểu, mặc dù em đã cố gắng rất nhiều nhưng do kiến thức
có hạn và thời gian hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong
nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy, cô và bạn bè để đồ án tốt
nghiệp của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS.Nguyễn
Vũ Sơn đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
Hà Nội, tháng 05/2017
Sinh viên thực hiện
Vũ Đức Thắng

GVHD:TS.Nguyễn Vũ Sơn

1

SVTH: Vũ Đức Thắng

Đồ án tốt nghiệp

Chương 1: Giới thiệu hệ thống thông tin di động

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG
1.1. Lịch sử phát triển
1.1.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ 1
Hệ thống di động thế hệ 1 chỉ hổ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng kỹ
thuật điều chế tương tự để mang dữ liệu thoại của người dùng, và sử dụng phương
pháp đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA).
Đặc điểm:
- Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến.
- Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể.
- BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS.
Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di dộng tiên tiến (Advanced
Mobile phone System - AMPS).
Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản. Tuy
nhiên hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung
lượng và tốc độ.Vì các khuyết điểm trên nguời ta đưa ra hệ thống di dộng thế hệ 2
ưu điểm hơn thế hệ 1 về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp.
1.1.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ 2
Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế hệ
2 được đưa ra để đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công
nghệ số.
Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng điều chế số. Và chúng sử
dụng 2 phương pháp đa truy cập:
- Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA).
- Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA).

1.1.2.1. Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA
Phổ quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi
dải tần liên lạc này dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe
thời gian trong chu kỳ một khung. Các thuê bao khác dùng chung kênh nhờ cài xen
thời gian, mỗi thuê bao được cấp phát cho một khe thời gian trong cấu trúc khung.

GVHD:TS.Nguyễn Vũ Sơn

2

SVTH: Vũ Đức Thắng


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1: Giới thiệu hệ thống thông tin di động

Đặc điểm :
- Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số.
- Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong đó
một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy di động và
một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ máy di động đến trạm gốc. Việc
phân chia tần như vậy cho phép các máy thu và máy phát có thể hoạt động cùng
một lúc mà không sợ can nhiễu nhau.
- Giảm số máy thu phát ở BTS.
- Giảm nhiễu giao thoa.
Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global
System for Mobile - GSM).
Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn kỹ thuật FDMA. Hệ
thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng xử lý không quá 106

lệnh trong một giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử lý hơn 50x106
lệnh trên giây.
1.1.2.2. Đa truy cập phân chia theo mã CDMA
Thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử
dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi, mà không
sợ gây nhiễu lẫn nhau. Những người sử dụng nói trên được phân biệt với nhau nhờ
dùng một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai. Kênh vô tuyến CDMA được
dùng lại mỗi ô (cell) trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt nhau
nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên (Pseudo Noise - PN).
Đặc điểm:
- Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz.
- Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp.
- Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường hiệu
quả hơn FDMA, TDMA.
- Việc các thuê bao MS trong ô dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn
vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn vấn đề, chuyển giao trở
thành mềm, điều khiển dung lượng ô rất linh hoạt.

GVHD:TS.Nguyễn Vũ Sơn

3

SVTH: Vũ Đức Thắng


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1: Giới thiệu hệ thống thông tin di động

1.1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3

Hệ thống thông tin di động chuyển từ thế hệ 2 sang thế hệ 3 qua một giai đoạn
trung gian là thế hệ 2,5 sử dụng công nghệ TDMA trong đó kết hợp nhiều khe hoặc
nhiều tần số hoặc sử dụng công nghệ CDMA trong đó có thể chồng lên phổ tần của
thế hệ hai nếu không sử dụng phổ tần mới, bao gồm các mạng đã được đưa vào sử
dụng như: GPRS, EDGE và CDMA2000-1x. Ở thế hệ thứ 3 này các hệ thống thông
tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục
vụ ở tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s. Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động
băng hẹp hiện nay, các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 gọi là các hệ thống thông
tin di động băng rộng.
Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000 đã được đề
xuất, trong đó 2 hệ thống W-CDMA và CDMA2000 đã được ITU chấp thuận và
đưa vào hoạt động trong những năm đầu của những thập kỷ 2000.

Các

hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA, điều này cho phép thực hiện tiêu
chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ 3.
- WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là sự nâng cấp của
các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, IS136.
- CDMA2000 là sự nâng cấp của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử
dụng công nghệ CDMA: IS-95.
Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3:
Thông tin di động thế hệ thứ 3 xây dựng trên cơ sở IMT-2000 được đưa vào
phục vụ từ năm 2001. Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng
đồng thời bảo đảm sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ 2.
Tốc độ của thế hệ thứ ba được xác định như sau:
- 384 Kb/s đối với vùng phủ sóng rộng.
- 2 Mb/s đối với vùng phủ sóng địa phương.
Các tiêu chí chung để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba (3G):
- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau:

GVHD:TS.Nguyễn Vũ Sơn

4

SVTH: Vũ Đức Thắng


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1: Giới thiệu hệ thống thông tin di động

• Đường lên : 1885-2025 MHz.
• Đường xuống : 2110-2200 MHz.
Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến:
-Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến.
-Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông.
Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau như:
- Trong công sở.
- Ngoài đường.
- Trên xe, vệ tinh.
Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:
- Môi trường thông tin nhà ảo (VHE: Virtual Home Environment) trên cơ sở
mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu.
- Đảm bảo chuyển mạng quốc tế.
- Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch
theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói.
Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện.
1.2. Lộ trình phát triển từ mạng GSM lên WCDMA
WCDMA là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G của IMT-2000 được phát

triển chủ yếu ở Châu Âu với mục đích cho phép các mạng cung cấp khả năng
chuyển vùng toàn cầu và để hỗ trợ nhiều dịch vụ thoại, dịch vụ đa phương tiện. Các
mạng WCDMA được xây dựng dựa trên cơ sở mạng GSM, tận dụng cơ sở hạ tầng
sẵn có của các nhà khai thác mạng GSM. Quá trình phát triển từ GSM lên CDMA
qua các giai đoạn trung gian, có thể được tóm tắt trong sơ đồ sau đây:

Hình 1.1: Quá trình phát triển từ GSM lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA.

GVHD:TS.Nguyễn Vũ Sơn

5

SVTH: Vũ Đức Thắng


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1: Giới thiệu hệ thống thông tin di động

1.2.1. GSM

Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc mạng GSM.
Ở sơ đồ cấu trúc của mạng GSM
SS: Switching Subsystem: Hệ thống chuyển mạch.
MSC: Mobile Service Switching Centre: Tổng đài di động.
HLR: Home Location Register: Bộ ghi định vị thường trú.
VLR: Visitor Location Register: Bộ ghi định vị tạm trú.
AUC: Authentication Centre: Trung tâm nhận thực.
EIR: Equipment Indentification Register: Thanh ghi nhận dang thiết bị.
BSS: Base Station System: Hệ thống trạm gốc.

BSC: Base Station Controller: Đài hệ thống trạm gốc.
BTS: Base Transceiver Station: Trạm thu phát gốc.
OSS: Operation & Support Subsystem: Phân hệ khai thác và bảo dưỡng.
OMC: Operation and Maintenance Center: Trung tâm vận hành và bảo
dưỡng.
PSPDN: Packet Switch Public Data Network: Mạng số liệu công cộng
chuyển mạch gói.
CSPDN: Circuit Switched Public Data Network: Mạng số liệu công cộng
chuyển mạch kênh.
PSTN: Public Switched Telephone Network: Mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng.
PLMN: Public Land Mobile Network: Mạng di động mặt đất công cộng.
ISDN: Integrated Service Digital Network: Mạng số đa dịch vụ.

GVHD:TS.Nguyễn Vũ Sơn

6

SVTH: Vũ Đức Thắng


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1: Giới thiệu hệ thống thông tin di động

MS: Mobile Station: Trạm di động.
Hệ thống khai thác và bảo dưỡng OSS mặc dù không thuộc thành phần của
mạng thông tin di động nhưng nó liên quan chặt chẽ với mạng đó là trạm di động
MS thuộc người sử dụng.
Trong mỗi một BSS có một bộ điều khiển trạm gốc BSC điều khiển một nhóm

BTS về các chức năng như chuyển giao và điều khiển công suất.
Trong mỗi SS, một trung tâm chuyển mạch của PLMN, gọi tắt là tổng đài di
động MSC phục vụ nhiều BSC hình thành cấp quản lý vùng lãnh thổ gọi là vùng
phục vụ MSC bao gồm nhiều vùng định vị.
Do yêu cầu quản lý về nhiều mặt đối với MS của mạng di động Cellular dẫn
đến cơ sở dữ liệu lớn. Bộ ghi định vị thường trú HLR chứa các thông tin về thuê bao
như các dịch vụ mà thuê bao lựa chọn và các thông số nhận thực. Vị trí hiện thời của
MS được cập nhật qua bộ ghi định vị tạm trú VLR cũng được chuyển đến HLR.
Trung tâm nhận thực AUC có chức năng cung cấp cho HLR các thông số nhận
thực và các khóa mật mã . Mỗi MSC có mội VLR.
Khi MS di động vào một vùng phục vụ MSC mới thì VLR yêu cầu HLR cung
cấp các số liệu về MS này đồng thời VLR cũng thông báo cho HLR biết MS nói trên
đang ở vùng phục vụ nào. VLR có đầy đủ các thông tin để thiết lập cuộc gọi theo
yêu cầu của người sử dụng . Một MSC đặc biệt (gọi là MSC cổng) được PLMN giao
cho chức năng kết nối giữa PLMN với mạng cố định.
Giai đoạn đầu của qúa trình phát triển GSM là phải đảm bảo dịch vụ số liệu
tốt hơn. Tồn tại hai cơ chế dịch vụ số liệu : chuyển mạch kênh (CS : Circuit
Switched) và chuyển mạch gói (PS : Packet Switched).
Để thực hiện kết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể sử dụng giao thức
ứng dụng vô tuyến (WAP : Wireless Application Protocol).
Nhược điểm của GSM:
Hiện nay các mạng GSM vẫn sử dụng công nghệ cũ là BaseBand. Nhược điểm
của công nghệ này là:
- Không giúp nhà khai thác mạng tối ưu hoá việc quy hoạch lại tần số tại các
thành phố lớn. Đây cũng là nguyên nhân dẫn tới việc không thể xử lý được hiện
tượng nhiễu, tiếng thoại không trong đối với chất lượng cuộc gọi tại các thành phố
lớn nơi mật độ sử dụng di động là rất cao.

GVHD:TS.Nguyễn Vũ Sơn

7

SVTH: Vũ Đức Thắng


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1: Giới thiệu hệ thống thông tin di động

- Hệ số sử dụng tại tần số trong GSM thấp, nên với một mật độ lưu lượng như
nhau, mạng GSM cần sử dụng tần số cũng lớn hơn, nhất là tại các nước phát triển,
nơi mà phí sử dụng tần số thường cao.
- Cũng như tất cả các hệ thống thông tin vô tuyến thông thường, hệ thống GSM
không bảo mật tuyệt đối thông tin của thuê bao, mặc dù hệ thống GSM đã có những
giải pháp kỹ thuật mã hoá đường truyền khá tinh xảo.
- Tốc độ truyền dữ liệu thấp,cũng như dung lượng hệ thống nhỏ nên hạn chế
việc phát triển các dịch vụ gia tăng, truyền số liệu như: xem phim, truy cập
internet…Trong khi đó nhu cầu của người sử dụng ngày càng cao,cần được đáp ứng
đầy đủ và nhanh chóng.
1.2.2. GPRS

Um

A
BSS

NSS

MS
MSC/VLR GMSC

BTS BSC TRAU

Thay đổi HW& SW cho
GPRS

HLR/AuC/EIRV

A
S

i
n

ISDN
PSPDN
PSDN X25
PSTN
PSTN

Gb
GPRS Packet Core

SGS
N

GGSN Mạng số
Internet

Thêm mới

Hình 1.3: Triển khai GPRS trên nền mạng GSM.
GPRS là một hệ thống vô tuyến thuộc giai đoạn trung gian, nhưng vẫn là hệ
thống 3G nếu xét về mạng lõi. GPRS cung cấp các kết nối số liệu chuyển mạch gói
với tốc độ truyền lên tới 171,2Kb/s (tốc độ số liệu đỉnh) và hỗ trợ giao thức Internet
TCP/IP và X25, nhờ vậy tăng cường đáng kể các dịch vụ số liệu của GSM.
Công việc tích hợp GPRS vào mạng GSM đang tồn tại là một quá trình đơn
giản. Một phần các khe trên giao diện vô tuyến dành cho GPRS, cho phép ghép
kênh số liệu gói được lập lịch trình trước đối với một số trạm di động. Phân hệ trạm
gốc chỉ cần nâng cấp một phần nhỏ liên quan đến khối điều khiển gói (PCU- Packet
GVHD:TS.Nguyễn Vũ Sơn

8

SVTH: Vũ Đức Thắng


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1: Giới thiệu hệ thống thông tin di động

Control Unit) để cung cấp khả năng định tuyến gói giữa các đầu cuối di động các
nút cổng (gateway). Một nâng cấp nhỏ về phần mềm cũng cần thiết để hỗ trợ các hệ
thống mã hoá kênh khác nhau.
Mạng lõi GSM được tạo thành từ các kết nối chuyển mạch kênh được mở rộng
bằng cách thêm vào các nút chuyển mạch số liệu và gateway mới, được gọi là
GGSN (Gateway GPRS Support Node) và SGSN (Serving GPRS Support Node).
GPRS là một giải pháp đã được chuẩn hoá hoàn toàn với các giao diện mở rộng và
có thể chuyển thẳng lên 3G về cấu trúc mạng lõi.
GPRS có 4 ưu điểm chính sau:

Đáp ứng tốt yêu cầu của khách hàng
Sự tiến tới một mạng cơ sở IP cho phép phát triển và đưa ra các dịch vụ theo
yêu cầu dễ sử dụng, có thể truy cập nhanh chóng. Cấu trúc thông tin Internet vô
tuyến này sẽ cho phép các mạng cá nhân thay đổi cơ bản cách thông tin của con
người. Các khách hàng có thể sử dụng nhiều dịch vụ như : thương mại điện tử, hội
nghị truyền hình, truy nhập Web, sách điện tử, thư thoại,...
Tiến tới sự trật tự
Các kỹ năng tích hợp đảm bảo dể dàng tiến tới các dịch vụ thế hệ tiếp theo. Cấu
trúc mới này cho phép các dịch vụ có mặt ở mọi nơi bất chấp các trở ngại về kỹ
thuật. Kỹ thuật truy nhập được đẩy mạnh nhằm giúp các nhà khai thác đạt được
thành công với tốc độ phát triển hợp lý.
Phân phối dịch vụ nhanh chóng
Mạng GPRS được thiết kế mở, đơn giản, mở ra nhiều ứng dụng và dịch vụ cho
các hệ thống thông tin. Cấu trúc cơ sở IP cùng với các giao diện lập trình ứng dụng
mở, đem lại khả năng phát triển nhanh chóng các ứng dụng và dịch vụ mới. Hơn
nữa, các nhà khai thác có thể hợp tác trong phát triển các ứng dụng riêng.
Giảm chi phí quyền sở hữu
Mạng gói cơ sở IP không chỉ hiệu quả về chi phí, phát triển theo yêu cầu khách
hàng mà còn giảm chi phí quyền sở hữu nhờ tối ưu hoá hiệu quả dải tin, giảm chi
phí quản lý mạng đem lại khả năng phát triển cao nhất.
1.2.3. EDGE
EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) là một kỹ thuật truyền
dẫn 3G đã được chấp nhận và có thể triển khai trong phổ tần hiện có của các nhà

GVHD:TS.Nguyễn Vũ Sơn

9

SVTH: Vũ Đức Thắng

Đồ án tốt nghiệp

Chương 1: Giới thiệu hệ thống thông tin di động

khai thác TDMA và GSM. EDGE tái sử dụng băng tần sóng mang và cấu trúc khe
thời gian của GSM, và được thiết kế nhằm tăng tốc độ số liệu của người sử dụng
trong mạng GPRS hoặc HSCSD bằng cách sử dụng các hệ thống cao cấp và công
nghệ tiên tiến khác. Vì vậy, cơ sở hạ tầng và thiết bị đầu cuối hoàn toàn phù hợp với
EDGE hoàn toàn tương thích với GSM và GRPS.
E RAN

NSS

MS

BTS

BSC

TRAU

MSC/VLR

GMSC

ISDN

PSPDN
PSTN

PSDN
X25
PSTN
HLR/AuC/EIR
Nâng cấp HW& SW cho EDGE

i
n

V
A
S

Gb
Mạng lõi E-GPRS
SGSN

GGSN

Mạng số liệu khác
Internet

Nâng cấp phần mềm

Hình 1.4: Sơ đồ cấu trúc 2,5G GPRS/EDGE.
1.2.4. WCDMA
WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là một công nghệ truy
nhập vô tuyến được phát triển mạnh ở Châu Âu. Hệ thống này hoạt động ở chế độ
FDD và dựa trên kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS- Direct Sequence
Spectrum) sử dụng tốc độ chip 3,84Mc/s bên trong băng tần 5MHz. Băng tần rộng

hơn và tốc độ trải phổ cao làm tăng độ lợi xử lý và một giải pháp thu đa đường tốt
hơn, đó là đặc điểm quyết định để chuẩn bị cho IMT-2000.
WCDMA hỗ trợ trọn vẹn cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói
tốc độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời các dịch vụ hỗn hợp với chế độ gói
hoạt động ở mức hiệu quả cao nhất. Hơn nữa WCDMA có thể hỗ trợ các tốc độ số
liệu khác nhau, dựa trên thủ tục điều chỉnh tốc độ.
Chuẩn WCDMA hiện thời sử dụng phương pháp điều chế QPSK, một
phương pháp điều chế tốt hơn 8-PSK, cung cấp tốc độ số liệu đỉnh là 2Mb/s với
chất lượng truyền tốt trong vùng phủ rộng.
GVHD:TS.Nguyễn Vũ Sơn

10

SVTH: Vũ Đức Thắng


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1: Giới thiệu hệ thống thông tin di động

Um
A

E-RAN

MS
BTS

CN CS Domain
3G MSC/VLR

BSC

Gb

HLR/AuC/EIR

Uu
Iu
UE

UTRAN
NodeB

3G GMSC

V
A
S

PSPDN
X25
PSTN
CSPDN

PSDN

C W M U
A A E S
M P X A

E
E T
L

CN PS Domain
SGSN

RNC

GGSN

Iub
Thêm mới

ISDN

Mạng số liệu khác
Internet

Nâng cấp phần mềm

Hình 1.5: Triển khai WCDMA.
WCDMA là công nghệ truyền dẫn vô tuyến mới với mạng truy nhập vô tuyến
mới, được gọi là UTRAN, bao gồm các phần tử mạng mới như RNC (Radio
Network Controller) và NodeB (tên gọi trạm gốc mới trong UMTS). Tuy nhiên,
mạng lõi GPRS/EDGE có thể được sử dụng lại và các thiết bị đầu cuối hoạt động ở
nhiều chế độ có khả năng hỗ trợ GSM/GPRS/EDGE và cả WCDMA.
Ưu điểm của mạng WCDMA:
Chuyển giao mềm
Đối với điện thoại di động, để đảm bảo tính di động, các trạm phát phải được

đặt rải rác khắp nơi. Mỗi trạm sẽ phủ sóng một vùng nhất định và chịu trách nhiệm
với các thuê bao trong vùng đó. Khi tín hiệu nhận được từ mạng của MS không còn
đảm bảo chất lượng, hệ thống sẽ thực hiện chuyển giao, đối với WCDMA là chuyển
giao mềm. Tức là chuyển giao trong đó trạm di động MS bắt đầu thông tin với một
trạm gốc BTS mới mà vẫn chưa cắt liên lạc thông tin với trạm gốc cũ. Ngoài ra
chuyển giao mềm hơn là chuyển giao mềm được thực hiện giữa các đoạn ô của
cùng một ô. Chuyển giao mềm góp phần vào việc nâng cao chất lượng cuộc gọi
bằng cách cung cấp kết nối “make before break” (nối trước khi cắt). Điều này làm
giảm khả năng mất cuộc gọi khi kết nối RF (Radio Frequency - Tần số vô tuyến) rời

GVHD:TS.Nguyễn Vũ Sơn

11

SVTH: Vũ Đức Thắng


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1: Giới thiệu hệ thống thông tin di động

bỏ một ô để thiết lập cuộc gọi ở ô đích trong quá trình chuyển giao. Chuyển giao
mềm được thực hiện hoàn tất mà thuê bao không phát hiện ra được, nó không tạo ra
những “lỗ hổng” hay “gián đoạn” trong cuộc thoại như vẫn nghe thấy trong các kỹ
thuật khác chẳng hạn như GSM sử dụng chuyển giao.
Điều khiển công suất nhanh
Một ưu điểm khác nữa của WCDMA là nhờ sử dụng các thuật toán điều khiển
nhanh và chính xác, thuê bao chỉ phát ở mức công suất vừa đủ để đảm bảo chất
lượng tín hiệu, giúp tăng tuổi thọ của pin, thời gian chờ và đàm thoại. Máy điện
thoại di động WCDMA cũng có thể sử dụng pin nhỏ hơn, nên trọng lượng máy nhẹ,

kích thước gọn và dễ sử dụng.
Trong thông tin di động, thuê bao di động di chuyển khắp nơi với nhiều tốc độ
khác nhau, vì thế tín hiệu phát ra có thể bị sụt giảm một cách ngẫu nhiên. Để bù cho
sự sụt giảm này, hệ thống phải điều khiển cho thuê bao tăng mức công suất phát.
Các hệ thống analog và GSM hiện nay có khả năng điều khiển chậm và đơn giản,
thuê bao không thể thay đổi mức công suất đủ nhanh, do đó phải luôn luôn phát ở
công suất cao hơn vài dB so với mức cần thiết.
Tính bảo mật cao hơn so với các công nghệ trước đây
Trong vấn đề bảo mật, WCDMA là công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã.
Mã ở đây là mã giả ngẫu nhiên PN (Pseudorandom Noise). Mã PN được tạo ra một
cách xác định cho mỗi cuộc liên lạc, chu kỳ của nó dài 212, 214…bít. Cho nên với
việc tạo ra 1 mã PN xác định cho mỗi cuộc liên lạc và chu kỳ dài như vậy sẽ cực kỳ
khó phát hiện ra mã PN hay là nội dung của cuộc gọi. Như vậy đảm bảo tính bào
mật của các cuộc gọi trong công nghệ Cellular WCDMA. Ngoài ra, với tốc độ
truyền nhanh hơn các công nghệ hiện có, nhà cung cấp dịch vụ có thể triển khai
nhiều tùy chọn dịch vụ như thoại, thoại và dữ liệu, fax, Internet...
Không chỉ ứng dụng trong hệ thống thông tin di động, WCDMA còn thích hợp
sử dụng trong việc cung cấp dịch vụ điện thoại vô tuyến cố định với chất lượng
ngang bằng với hệ thống hữu tuyến, nhờ áp dụng kỹ thuật mã hóa mới. Đặc biệt các
hệ thống này có thể triển khai và mở rộng nhanh và chi phí hiện thấp hơn hầu hết
các mạng hữu tuyến khác, vì đòi hỏi ít trạm thu phát.
Khả năng chống nhiễu

GVHD:TS.Nguyễn Vũ Sơn

12

SVTH: Vũ Đức Thắng

Đồ án tốt nghiệp

Chương 1: Giới thiệu hệ thống thông tin di động

Tạp âm nền có phổ rộng sẽ bị giảm nhỏ do bộ lọc ở máy thu sau khi nén phổ,
nhiễu từ các máy di động khác không được nén phổ cũng tương tự như tạp âm.
Nhiễu từ các nguồn phát sóng không trải phổ nếu có băng tần trùng với băng tần
(dải thông) của máy thu WCDMA sẽ bị trải phổ, mật độ phổ công suất của nhiễu
này giảm xuống. Vậy bản chất làm việc theo nguyên tắc trải phổ ở máy phát, nén
phổ ở máy thu làm cho ảnh hưởng của nhiễu - tạp âm bị tối thiểu hóa.
Dung lượng mềm
Dung lượng của WCDMA tăng từ 4 đến 5 lần so với GSM (từ 8 đến 10 lần so
với AMPS). Dung lượng WCDMA có giới hạn mềm do WCDMA dùng kỹ thuật
trải phổ theo mã, hiệu suất tái sử dụng tần số trải phổ cao, số cuộc gọi khác nhau
tương ứng với các mã khác nhau mà số mã thì hầu như vô hạn cho nên luôn tồn tại
cuộc gọi; trong khi đó GSM chỉ có giới hạn dung lượng cứng do mỗi người sử dụng
chiếm 1 kênh riêng trong quá trình thoại, và dĩ nhiên người khác không được chen
vào; cho nên nếu hết kênh cung cấp thì những người sử dụng khác sẽ bị từ chối
cuộc gọi. Cũng phải nói thêm rằng, ở dung lượng mềm chất lượng cuộc gọi có giảm
đi một chút. Nhưng chấp nhận chất lượng giảm đi một chút đó để tồn tại cuộc gọi
trong WCDMA. Vì vậy mà trong những điều kiện tương đương, dung lượng mạng
WCDMA là lớn hơn so với các mạng khác.
Khả năng dịch vụ số liệu của WCDMA là tốt hơn so với các mạng khác
Với khả năng cung cấp tốc độ thoại là 8 Kb/s và tốc độ dữ liệu là 114 Kb/s
mạng WCDMA nói chung mở ra khả năng cung cấp dịch vụ số liệu tốt hơn rất
nhiều so với các mạng khác. Sau này W-CDMA tốc độ dữ liệu là 384 Kb/s. Tốc độ
dữ liệu cao tạo ra khả năng dịch vụ số liệu phong phú cho CDMA từ khả năng kết
nối Internet, web, download, email,…
Tính kinh tế
Đặc biệt WCDMA có khả năng phủ sóng rộng. Một trạm phát sóng có thể phủ

một vùng rộng tương đương với vùng phủ sóng của vài ba trạm phát khác nên chi
phí đầu tư dựng các trạm phát sóng sẽ giảm đi nhiều. Nhờ đó, nhà đầu tư có thể tiết
kiệm được rất nhiều chi phí đầu tư ban đầu cũng như chi phí vận hành và bảo dưỡng
mạng để giảm giá thành dịch vụ. Đây cũng chính là điều kiện để công nghệ

GVHD:TS.Nguyễn Vũ Sơn

13

SVTH: Vũ Đức Thắng


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1: Giới thiệu hệ thống thông tin di động

WCDMA có nhiều cơ hội tiến về các vùng nông thôn, vùng sâu, vùng xa, vùng hẻo
lánh, nơi có nhiều tiềm năng chưa được khai thác.
1.3. Kết luận chương
Chương này đã trình bày một cách khái quát về những nét đặc trưng cũng như
sự phát triển của các hệ thống thông tin di động từ thế hệ 1, 2 đến thế hệ 3, đồng
thời đã sơ lược những yêu cầu của hệ thống thông tin di động thế hệ 3.
Thế hệ thứ nhất là thế hệ thông tin di động tương tự sử dụng công nghệ truy
cập phân chia theo tần số (FDMA). Tiếp theo là thế hệ thứ hai sử dụng kỹ thuật số
với các công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo
mã (CDMA). Và hiện nay là thế hệ thứ ba đang chuẩn bị đưa vào hoạt động.
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba với tên gọi WCDMA khẳng định
được tính ưu việt của nó so với các thế hệ trước cũng như đáp ứng kịp thời các nhu
cầu ngày càng tăng của người sử dụng về tốc độ bit thông tin và tính di động. Tuy
chưa xác định chính xác khả năng di động và tốc độ bit cực đại nhưng dự đoán có

thể đạt tốc độ 100 km/h và tốc độ bit từ 1÷10 Mbit/s. Thế hệ thứ tư có tốc độ lên tới
34 Mbit/s đang được nghiên cứu để đưa vào sử dụng.

GVHD:TS.Nguyễn Vũ Sơn

14

SVTH: Vũ Đức Thắng


Đồ án tốt nghiệp

Chương 2: Cấu trúc mạng thông tin di động WCDMA

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
WCDM
2.1. Khái quát
WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - truy cập đa phân mã
băng rộng) là công nghệ 3G hoạt động dựa trên công nghệ CDMA và có khả năng
hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao như:video, truy cập Internet, hội thảo
hình... WCDMA nằm trong dải tần 1920 MHz -1980 MHz, 2110 MHz - 2170 MHz.
WCDMA giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách
dùng kỹ thuật CDMA hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA. Trong các
công nghệ thông tin di động thế hệ ba thì WCDMA nhận được sự ủng hộ lớn nhất
nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau
đặc biệt là dịch vụ tốc độ bit thấp và trung bình.
WCDMA có các tính năng cơ bản sau:
- Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5MHz.
- Lớp vật lý mềm dẻo để tích hợp được tất cả thông tin trên một sóng mang.
- Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1.

- Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến.
Nhược điểm chính của WCDMA là hệ thống không cấp phép trong băng TDD
phát liên tục cũng như không tạo điều kiện cho các kỹ thuật chống nhiễu ở các môi
trường làm việc khác nhau.
Hệ thống thông tin di động thế hệ ba WCDMA có thể cung cấp các dịch vụ
với tốc độ bit lên đến 2 MBit/s. Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn đối
xứng và không đối xứng, thông tin điểm đến điểm và thông tin đa điểm. Với khả
năng đó, các hệ thống thông tin di động thế hệ ba có thể cung cấp dể dàng các dịch
vụ mới như : điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nó còn cung cấp các
dịch vụ đa phương tiện khác.
2.2. Cấu trúc mạng thông tin di động WCDMA
Mạng thông tin di động WCDM gồm hai phân mạng: mạng lõi và mạng thâm
nhập vô tuyến.

GVHD:TS.Nguyễn Vũ Sơn

15

SVTH: Vũ Đức Thắng


Đồ án tốt nghiệp

Chương 2: Cấu trúc mạng thông tin di động WCDMA

UE (User Equipment)
Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ
thống. UE gồm hai phần :
- Máy di động (ME : Mobile Equipment): Là đầu cuối vô tuyến được sử dụng
cho thông tin vô tuyến trên giao diện UU.

- Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM): Là một thẻ thông minh chứa
thông tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu giữ các
khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối.
Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)
Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến
truy nhập vô tuyến. UTRAN gồm hai phần tử :
- Nút B: Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện IUb và UU. Nó
cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến.
- Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC : Có chức năng sở hữu và điều khiển các
tài nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B được kết nối với nó). RNC còn là điểm
truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN.
Mạng lõi CN
Mạng lõi CN gồm các thành phần chính sau:
- HLR (Home Location Register):
Là thanh ghi định vị thường trú lưu giữ thông tin chính về lý lịch dịch vụ của
người sử dụng. Các thông tin này bao gồm: Thông tin về các dịch vụ được phép,
các vùng không được chuyển mạng và các thông tin về dịch vụ bổ sung như: trạng
thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi.
- MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register) :
Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển
mạch kênh cho UE tại vị trí của nó. MSC có chức năng sử dụng các giao dịch
chuyển mạch kênh. VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người sử dụng
cũng như vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ.
- GMSC (Gateway MSC) : Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài.

GVHD:TS.Nguyễn Vũ Sơn

16

SVTH: Vũ Đức Thắng

Đồ án tốt nghiệp

Chương 2: Cấu trúc mạng thông tin di động WCDMA

- SGSN (Serving GPRS) : Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụng
cho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS).
- GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Có chức năng như GMSC nhưng chỉ
phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
Các mạng ngoài
- Mạng CS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh.
- Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
Các giao diện vô tuyến
- Giao diện CU : Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện này
tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh.
- Giao diện UU : Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của
hệ thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS.
- Giao diện IU : Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà
khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau.
- Giao diện IUr : Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất
khác nhau.
- Giao diện IUb : Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC. IUb được
tiêu chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn.
2.3. Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN)
UTRAN bao gồm một hay nhiều phân hệ mạng vô tuyến (RNS). Một RNS là một
mạng con trong UTRAN và bao gồm một Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và
một hay nhiều Nút B. Các RNC có thể được kết nối với nhau thông qua một giao
diện Iur. Các RNC và Nút B được kết nối với nhau qua giao diện Iub.
Các yêu cầu chính để thiết kế kiến trúc, giao thức và chức năng UTRAN

- Tính hỗ trợ của UTRAN và các chức năng liên quan: Yêu cầu tác động tới
thiết kế của UTRAN là các yêu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm (một thiết bị đầu cuối
kết nối tới mạng thông qua 2 hay nhiều cell đang hoạt động) và các thuật toán quản
lý nguồn tài nguyên vô tuyến đặc biệt của WCDMA.

GVHD:TS.Nguyễn Vũ Sơn

17

SVTH: Vũ Đức Thắng


Đồ án tốt nghiệp

Chương 2: Cấu trúc mạng thông tin di động WCDMA

- Làm tăng sự tương đồng trong việc điều khiển dữ liệu chuyển mạch gói và
chuyển mạch kênh, với một ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến duy nhất và với
việc sử dụng cùng một giao diện cho các kết nối từ UTRA đến miền chuyển mạch
gói và chuyển mạch kênh của mạng lõi.
-

Làm tăng tính tương đồng với GSM.

- Sử dụng phương thức vận chuyển ATM như là cơ cấu chuyển vận chính
trong UTRAN.
- Sử dụng kiểu chuyển vận trên cơ sở IP như là cơ cấu chuyển vận thay thế
trong UTRAN kể từ Release 5 trở đi.
2.3.1. Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC)
Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) là phần tử mạng chịu trách nhiệm điểu

khiển nguồn tài nguyên vô tuyến của UTRAN. Nó giao tiếp với mạng lõi (thường
là với một MSC và một SGSN) và cũng là phần tử cuối cùng của giao thức điểu
khiển nguồn tài nguyên vô tuyến mà xác định các thông điệp và thủ tục giữa máy di
động và UTRAN. Về mặt logic, nó tương ứng với BSC trong GSM.
Vai trò logic của RNC
RNC điều khiển một Nút B (như là vạch giới hạn cho giao diện Iub tới Nút B)
được coi như là bộ RNC đang điều khiển (CRNC) của Nút. Bộ điều khiển CRNC
chịu trách nhiệm điều khiển tải và điều khiển nghẽn cho cell của nó, và điều khiển
thu nhận và phân bố mã cho liên kết vô tuyến được thiết lập trong các cell.
Trong trường hợp một kết nối UTRAN, máy di động sử dụng nguồn tài nguyên
từ nhiều phân hệ mạng vô tuyến RNS, thì các RNS bao gồm 2 chức năng logic riêng
biệt (về phương diện kết nối máy di động - UTRAN này).
- RNC phục vụ (SRNC): RNC cho mỗi máy di động là một RNC mà xác định
biên giới cả liên kết Iu cho sự vận chuyển dữ liệu người sử dụng và báo hiệu
RANAP tương thích qua mạng lõi (kết nối này được gọi là kết nối RANAP). SRNC
cũng xác định biên giới của Báo hiệu điều khiển nguồn tài nguyên vô tuyến, nó là
giao thức báo hiệu giữa UE và UTRAN. Nó thực hiện xử lý ở lớp 2 cho các dữ liệu
chuyển qua giao diện vô tuyến. Hoạt động Quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến cơ
bản, như là ánh xạ các thông số mang thông tin truy nhập vô tuyến thành các thông
số kênh chuyển vận giao diện vô tuyến, quyết định chuyển giao , và điều khiển công
suất vòng bên ngoài. Các hoạt động này được thực thi trong SNRC. SRNC cũng có

GVHD:TS.Nguyễn Vũ Sơn

18

SVTH: Vũ Đức Thắng


Đồ án tốt nghiệp

Chương 2: Cấu trúc mạng thông tin di động WCDMA

thể là CRNC của một số Nút B sử dụng bởi máy di động cho kết nối với UTRAN.
Một UE kết nối với UTRAN thì chỉ có duy nhất một SRNC.
- Bộ RNC trôi ( DRNC): DRNC có thể là bất cứ RNC nào ngoài SRNC, nó
điều khiển các cell sử dụng bởi máy di động. Nếu cần thiết, DRNC có thể thực hiện
kết hợp hay chia nhỏ phân tập macro. DRNC không thực hiện xử lý dữ liệu người
sử dụng ở lớp 2, nhưng định tuyến một cách trong suốt dữ liệu giữa giao diện Iub và
Iur, ngoại trừ khi UE đang sử dụng một kênh chuyển vận dùng chung. Một UE có
thể không có, có một hoặc có nhiều DRNC.
Chú ý rằng một RNC ở mức vật lý bao gồm toàn bộ các chức năng CRNC,
SRNC và DRNC.
2.3.2. NODE B (Trạm gốc)
Chức năng chính của Node B là để thực hiện xử lý ở lớp 1 giao diện vô tuyến
(ghép xen và mã hoá kênh, thích ứng tốc độ, trải phổ .v.v.). Nó cũng thực hiện một
số hoạt động quản lý tài nguyên vô tuyến như là điều khiển công suất vòng bên
trong. Về mặt logic nó tương thích với trạm gốc GSM.
2.4. Giao diên vô tuyến
Cấu trúc UMTS không định nghĩa chi tiết chức năng bên trong của phần tử
mạng mà chỉ định nghĩa giao diện giữa các phần tử logic. Cấu trúc giao diện được
xây dựng trên nguyên tắc là các lớp và các phần cao độc lập logic với nhau, điều
này cho phép thay đổi một phần của cấu trúc giao thức trong khi vẫn giữ nguyên
các phần còn lại (hình 2.3).
2.4.1. Giao diện UTRAN – CN, IU
Giao diện IU là một giao diện mở có chức năng kết nối UTRAN với CN. Iu có
hai kiểu: Iu CS để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch kênh và Iu PS để kết nối
UTRAN với chuyển mạch gói.
Cấu trúc IU CS
IU CS sử dụng phương thức truyền tải ATM trên lớp vật lý là kết nối vô tuyến,

cáp quang hay cáp đồng. Có thể lựa chọn các công nghệ truyền dẫn khác nhau như
SONET, STM-1 hay E1 để thực hiện lớp vật lý.
Ngăn xếp giao thức phía điều khiển:
Gồm RANAP trên đỉnh giao diện SS7 băng rộng và các lớp ứng dụng là phần

GVHD:TS.Nguyễn Vũ Sơn

19

SVTH: Vũ Đức Thắng


Đồ án tốt nghiệp

Chương 2: Cấu trúc mạng thông tin di động WCDMA

điều khiển kết nối báo hiệu SCCP, phần truyền bản tin MTP3-b, và lớp thích ứng
báo hiệu ATM cho các giao diện mạng SAAL-NNI.
Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải:
Gồm các giao thức báo hiệu để thiết lập kết nối AAL2 (Q.2630) và lớp thích
ứng Q.2150 ở đỉnh các giao thức SS7 băng rộng.
Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng:
Gồm một kết nối AAL2 được dành trước cho từng dịch vụ CS.
Cấu trúc IU PS
Lớp mạng
vô tuyến
Giao thức
ứng dụng

Lớp mạng

truyền tải

Phía người sử
dụng mạng
truyền tải

Luồng
số liệu

Phía điều
khiển mạng
truyền tải

Phía người sử
dụng mạng
truyền tải

ALCAP

Mạng
báo hiệu

Mạng
báo hiệu

Mạng
số liệu

Lớp vật lý

Hình 2.1: Mô hình tổng quát các giao diện vô tuyến của UTRAN.
Phương thức truyền tải ATM được áp dụng cho cả phía điều khiển và phía
người sử dụng.
Ngăn xếp giao thức phía điều khiển IU PS
Chứa RANAP và vật mang báo hiệu SS7. Ngoài ra cũng có thể định nghĩa vật
mang báo hiệu IP ở ngăn xếp này. Vật mang báo hiệu trên cơ sở IP bao gồm:
M3UA (SS7 MTP3 User Adaption Layer), SCTP (Simple Control Transmission
Protocol), IP (Internet Protocol) và ALL5 chung cho cả hai tuỳ chọn.
Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải IU PS
Phía điều khiển mạng truyền tải không áp dụng cho IU PS. Các phần tử thông

GVHD:TS.Nguyễn Vũ Sơn

20

SVTH: Vũ Đức Thắng


Đồ án tốt nghiệp

Chương 2: Cấu trúc mạng thông tin di động WCDMA

tin sử dụng để đánh địa chỉ và nhận dạng báo hiệu AAL2 giống như các phần tử
thông tin được sử dụng trong CS.
Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng Iu PS
Luồng số liệu gói được ghép chung lên một hay nhiều AAL5 PVC (Permanent
Virtual Connection). Phần người sử dụng GTP-U là lớp ghép kênh để cung cấp các
nhận dạng cho từng luồng số liệu gói. Các luồng số liệu sử dụng truyền tải không
theo nối thông và đánh địa chỉ IP.
2.4.2. Giao diện RNC – RNC, IUr

IUr là giao diện vô tuyến giữa các bộ điều khiển mạng vô tuyến. Lúc đầu giao
diện này được thiết kế để hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC, trong quá
trình phát triển tiêu chuẩn nhiều tính năng đã được bổ sung và đến nay giao diện
IUr phải 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 lý tài nguyên vô tuyến toàn cầu.

2.4.3. Giao diện RNC – Node B, IUb
Giao thức IUb định nghĩa cấu trúc khung và các thủ tục điều khiển trong băng
cho các từng kiểu kênh truyền tải. Các chức năng chính của IUb:
- Chức năng thiết lập, bổ sung, giải phóng và tái thiết lập một kết nối vô tuyến
đầu tiên của một UE và chọn điểm kết cuối lưu lượng.
Khởi tạo và báo cáo các đặc thù ô, node B, kết nối vô tuyến.
-

Xử lý các kênh riêng và kênh chung.

-

Xử lý kết hợp chuyển giao.

- Quản lý sự cố kết nối vô tuyến.
2.5. Khái quát các giải pháp kĩ thuật trong mạng WCDMA
WCDMA trải phổ trực tiếp với tốc độ 4.096 Mchip/s.WCDMA dùng các mã
PN khác nhau để phân biệt cell, phân biệt người dùng (WCDMA vận hành dị bộ).

GVHD:TS.Nguyễn Vũ Sơn

21

SVTH: Vũ Đức Thắng