Tổng quan công nghệ WCDMA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA CÔNG NGHỆ

TỔNG
QUAN VỀ
THÔNG TIN
DI ĐỘNG
THẾ HỆ BA

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
W-CDMA

Sinh viên thực hiện:

PHAN VĂN HÀ
Lớp 46K - ĐTVT

Giảng viên hướng dẫn:

KS. ĐẶNG THÁI SƠN

Vinh 2010

Chương I :
Phan văn Hà: 46k ĐTVT
1

TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ BA
W-CDMA
1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động.
Vô tuyến di động đã được sử dụng gần 78 năm .Mặc dù các khái niệm tổ
ong ,các kỹ thuật trải phổ ,điều chế số và các công nghệ vô tuyến hiện đại khác
đã được biết đến hơn 50 năm trước đây ,dịch vụ điện thoại di động mãi đến đầu
những năm 1960 mới xuất hiện ở các dạng sử dụng được và khi đó nó chỉ là các
sửa đổi thích ứng của các hệ thống điều vận .Các hệ thống điện thoại di động
đầu tiên này ít tiện lợi và dung lượng rất thấp so với các hệ thống hiện nay cuối
cùng các hệ thống điện thoại tổ ong điều tần song công sử dụng kỹ thuật đa
thâm nhập phân chia theo tần số (FDMA ) đã xuất hiện vào những năm 1980
.Cuối những năm 1980 người ta nhận thấy rằng các hệ thống tổ ong tương tự
không thể đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao vào thế kỷ sau nếu như không
loại bỏ được các hạn chế cố hữu của hệ thống này.
 Phân bổ tần số rất hạn chế ,dụng lượng thấp
 Tiến ồn khó chịu và nhiễu xảy ra khi máy di động chuyển dịch
trong môi trường fading đa tia
 Không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hàng
 Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ
sở hạ tầng
 Khơng đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi
 Khơng tương thích giữa các hệ thống khác nhau ,đặc biệt là ở Châu
Âu ,làm cho thuê bao không thể sử dụng được máy di động của mình ở nước
khác .

Phan văn Hà: 46k ĐTVT
2

Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử
dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với các kỹ thuật đa thâm
nhập mới .
Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia
theo thời gian (TDMA ) đầu tiên trên thế giới được ra đời ở Châu Âu và có tên
gọi là GSM .GSM được phát triển từ năm 1982 khi các nước Bắc Âu gửi đề
nghị đến CEPT để quyết định một dịch vụ viễn thông chung Châu Âu ở băng
tần 900 Mhz .Năm 1985 hệ thống số được quyết định .Tháng 5 năm 1986 giải
pháp TDMA băng hẹp đã được lựa chọn .Ở Việt Nam hệ thống thông tin di
động số GSM được đưa vào từ năm 1993.
Ở Mỹ khi hệ thống AMPS tương tự sử dụng phương thức FDMA được
triển khai vào giữa những năm 1980 ,các vấn đề dụng lượng đã phát sinh ở các
thị trường di động chính như : New York ,Los Angeles và Chicago .Mỹ đã có
chiến lược nâp cấp hệ thống này thành hệ thống số :chuyển tới hệ thống TDMA
được ký hiệu là IS -54 .Việc khảo sát khách hàng cho thấy chất lượng của
AMPS tốt hơn .Rất nhiều hãng của Mỹ lạnh nhạt với TDMA ,AT & T là hãng
lớn duy nhất sử dụng TDMA .Hãng này đã phát triển ra một phiên bản mới :IS
-136 ,còn được gọi là AMPS số (D-AMPS ) .Nhưng không giống như IS-54
,GSM đã đạt được các thành công ở Mỹ .
Các nhà nghiên cứu ở Mỹ tìm ra hệ thống thơng tin di động số mới là
công nghệ đa thâm nhập phân chia theo mã (CDMA ) .Công nghệ này sử dụng
kỹ thuật trải phổ trước đó đã có các ứng dụng chủ yếu trong quân sự .Được
thành lập vào năm 1985 ,Qualcom đã phát triển công nghệ CDMA cho thông
tin di động và đã nhận được nhiều bằng phát minh trong lĩnh vực này .Đến nay
công nghệ này đã trở thành công nghệ thống trị ở Bắc Mỹ ,Qualcom đã đưa ra
phiên bản CDMA đầu tiên được gọi là IS-95A.

Phan văn Hà: 46k ĐTVT
3

Các mạng CDMA thương mại đã được đưa vào khai thác tại Hàn Quốc
và Hồng kông .CDMA cũng đã được mua hoặc đưa vào thử nghiệm ở
Argentina ,Brasil ,Chile ,Trung Quốc ,Germany ,Irael ,Peru ,Philippins
,Thailand và Nhật ,Việt Nam …
Song song với sự phát triển của hệ thống thông tin di động tổ ong nói trên
,các hệ thống thơng tin di động hạn chế cho mạng nội hạt sử dụng máy cầm tay
không dây số cũng được nghiên cứu phát triển .Ngồi các hệ thống thơng tin di
động mặt đất ,các hệ thống thông tin di động vệ tinh :Global Star và Iridium
cũng được đưa vào thương mại trong năm 1998.
Hiện nay để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các khách hàng viễn
thông về cả dịch vụ viễn thông mới các hệ thống thông tin di động đang tiến tới
thế hệ thứ ba .Hiện nay có hai tiêu chuẩn đã được chập nhận cho IMT-2000 đó
là W-CDMA và CDMA2000 .W-CDMA được phát triển lên từ GSM thế hệ thứ
2 và CDMA2000 được phát triển lên từ IS-95 thế hệ thứ 2 .Ở thế hệ này các hệ
thống thông tin di động có xu thế hịa nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có
khả năng phụ 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 thứ
ba được gọi là hệ thống thông tin di động băng rộng .

Hình 1.1 phát triển từ GSM lên W-CDMA
1.2 Những hạn chế của hệ thống thông tin di động thứ hai (2G).
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai sử dụng công nghệ số nhưng là
dịch vụ băng hẹp nên vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu chuyền tải tốc độ cao của

Phan văn Hà: 46k ĐTVT
4


một số người sử dụng ,những hạn chế của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ

2 là :
 Dịch vụ còn đơn nhất chủ yếu là dịch vụ thoại ,chỉ có thể truyền tải
những thơng tin ngắn và đơn giản.
 Băng thông hẹp ,tốc độ truyền thoại là 13kbit/s và truyền số liệu với
tốc độ 9,6 kbit/s .Tốc độ này chỉ phù hợp cho các dịch vụ số liệu giai đoạn
trước.
 Khơng thể thực hiện trên tồn cầu do tiêu chuẩn phân tán và bảo hộ
kinh tế nên khơng thể thống nhất tồn cầu và chuyển mạch tồn cầu.
1.3 Tiêu chuẩn của hệ thống thông tin di động thế hệ ba (3G).
Hệ thống thông tin di động thế hệ ba ra đời cung cấp nhiều dịch vụ viễn
thông như số liệu tốc độ thấp và cao ,đa phương tiện ,video cho người dùng làm
việc ở các phương tiện công cộng cũng như tư nhân .Hệ thống thông tin di động
thế hệ ba không chỉ giải quyết những tồn tại của hệ thống thông tin di động thế
hệ hai mà còn phải đáp ứng được yêu cầu ngày càng tăng của khác hàng .Do đó
hệ thống thơng tin di động thế hệ ba được xây dựng dựa trên các tiêu chí sau :
 Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2 Ghz
o Đường lên (Uplink ) :1885 -2015 Mhz
o Đường xuống (Downlink ) :2110 -2200 Mhz
 Có tiêu chuẩn thống nhất tồn cầu cho các loại hình thơng tin vơ
tuyến tích hợp các mạng thơng tin hữu tuyến và vô tuyến ,tương tác cho mọi
loại dịch vụ viễn thơng
 Mạng phải là băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương
tiện .Nghĩa là hệ thống di động trong tương lai có thể thực hiện chuyển tải dịch
vụ hình ảnh tốc độ thấp cho đến tốc độ cao nhất là 2 Mbit/s .Môi trường được
chia làm 4 vùng :

Phan văn Hà: 46k ĐTVT
5

o Vùng 1 :Trong nhà ,ơ picơ có Rb ≤ 2 Mbit/s
o Vùng 2 :Thành phố ,ơ macro có Rb ≤ 384 kbit/s.
o Vùng 3 :Ngoại ơ ,ơ macro có Rb ≤ 144 kbit/s.
o Vùng 4 :Tồn cầu có Rb ≤ 9,6 kbit/s
 Tăng dịch vụ chuyển mạch gói :Hệ thống thơng tin di động thế hệ hai
chỉ có phương thức chuyển mạch kênh truyền thông ,hiệu suất kênh thấp .Trong
khi đó hệ thống thơng tin di động thế hệ ba tồn tại đồng thời cả chuyển mạch
kênh và chuyển mạch gói.
 Tăng phương thức truyền tải khơng đối xứng :Do dịch vụ số liệu mới
WWW có đặc tính khơng đối xứng :Truyền tải đường lên thường chỉ cần vài
nghìn bit/s ,cịn truyền tải đường xuống có thể cần vài trăm nghìn bit/s (Hệ
thống thơng tin di động thế hệ hai chỉ hỗ trợ dịch vụ đối xứng).
 Khả năng tăng cường số liệu :Hệ thống thông tin di động tương lai sẽ
nâng cao hơn về phương diện WWW và khả năng truyền số liệu so với hệ thống
thông tin di động thế hệ hai .
 Chất lượng truyền thông và chất lượng dịch vụ không thua kém mạng
dịch vụ ,nhất là đối với tiếng .Hệ thống thông tin di động trong tương lai làm
cho chất lượng truyền tải đạt đến hoặc gần đến chất lượng của hệ thống hữu
tuyến ,có thể cung cấp tốc độ truyền là 144 Kbps cho người đi xe ,384 kbps cho
người đi bộ và 2 Mbps cho người sử dụng trong nhà.
 Mạng phải có khẳ năng sử dụng tồn cầu ,nghĩa là bao gồm cả phần tử
thông tin vệ tinh.
 Nâng cao tuổi thọ của pin :Cơng nghệ tích hợp tiêu hao cơng suất thấp
đang được nghiên cứu và hy vọng có thể được ứng dụng trong hệ thống thông
tin di động thế hệ tiếp theo .Kỹ thuật tích hợp Silic xạ tần là hướng phát triển

Phan văn Hà: 46k ĐTVT
6

quan trọng khác có thể giảm thể tích trọng lượng và sự tổn hao năng lượng của
hệ thống.
 Hiệu suất tần phổ cao hơn :Qua việc ứng dụng những kỹ thuật mới
như điều khiển công suất nhanh ,chuyển giao mềm hệ thống Anten thông minh
…Đã nâng cao hiệu quả phổ của hệ thống mới một cách hiệu quả.
 Hiệu suất kênh cao hơn.
1.4 Tổng kết quá trình đi lên của hệ thống thông tin di động thế hệ
ba
Các công nghệ của thông tin di động ngày càng phát triển và ngày một
tiến xa hơn ,bây giờ thì chúng ta đã có thể nhìn lại các giai đoạn phát triển của
hệ thống thơng tin di động tồn cầu.
Ta xét tổng kết các nề tảng cơng nghệ chính của hệ thống thơng tin di
động từ thế hệ một đến thế hệ ba và q trình tiến hóa của các nền tảng của thế
hệ ba .Và để tiến tới thế hệ ba có thể thế hệ thứ hai phải trải qua một giai đoạn
trung gian ,giai đoạn này được gọi là thể hệ 2.5 G
Bảng 1.1 Tổng kết một số nét chính của các công nghệ thông tin di động
từ thể hệ 1G đến thế hệ 3G

Phan văn Hà: 46k ĐTVT
7


Thông tin di động đã trải qua các thế hệ sau :
 1G :First generation (analog cellular) Mạng di động thế hệ 1 (chuẩn
analog)
 2G :Second generation (digital cellular) Mang di đông thê hê thư 2
(chuẩn kỹ thuật số)
 2.5G :Enhanced digital cellular Mạng di động chuẩn kỹ thuật số nâng
cao
 3G :Third generation (multimedia cellular) Mạng di động thế hệ thứ 3

(đa phương tiện)

Phan văn Hà: 46k ĐTVT
8


Hình 1.2 Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động (1G – 3G)

Phan văn Hà: 46k ĐTVT
9


Chương II :
CÔNG NGHỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ BA W-CDMA
2.1 Giới thiệu công nghệ W-CDMA
W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access - truy cập đa phân
mã băng rộng) là cơng nghệ 3G hoạt động dựa trên 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.
W-CDMA 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 cơng nghệ thơng tin di động thế hệ ba thì W-CDMA 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.
W-CDMA có các tính năng cơ sở sau :
- Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5MHz.
- Lớp vật lý mềm dẻo để tích hợp được tất cả thơng 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 W-CDMA là hệ thống khơng 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 W-CDMA có thể cung cấp các dịch
vụ với tốc độ bit lên đến 2MBit/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 thơng tin di động thế hệ ba có thể cung cấp dể

Phan văn Hà: 46k ĐTVT
10


dàng các dịch vụ mới như : điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngồi ra nó
cịn cung cấp các dịch vụ đa phương tiện khác.
Đa phương tiện di động

KBit/s
2M
Truyền hình hội
nghị
(Chất lượng cao)

384
Truyền hình hội
nghị
(Chất lượng thấp)

64

Truy
nhập
Internet

Đàm thoại hội
nghị

16
9.6

Video
theo
yêu
cầu

Báo
điện
tử

WWW

FTP

Truy nhập cơ sở dữ liệu

Mua
hàng
theo
Catalog
Video

Thư
điện tử

32

2.4

Y tế từ xa

Quảng bá

Karaoke
ISDN

Truyền
hình di
động

Tin tức
Dự báo
thời tiết

Truyền
thanh di
động

Thơng tin
lưu lượng

Thư tiếng

Điện
thoại
IP

Các dịch vụ
phân phối
thông tin

Xuất bản
điện tử

Thông tin
nghỉ ngơi
H.ảnh

vv…
Số liệu

Điện thoại

Thư điện tử

FAX
Tiếng

1.2
Đối xứng

Khơng đối xứng
Điểm đến điểm

Đa phương
Đa điểm

Hình 2.1 Các dịch vụ đa phương tiện trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba

Các nhà khai thác có thể cung cấp rất nhiều dịch vụ đối với khách hàng, từ
các dịch vụ điện thoại khác nhau với nhiều dịch vụ bổ sung cũng như các dịch
vụ không liên quan đến cuộc gọi như thư điện tử, FPT…
Cơng trình nghiên cứu của các nước châu Âu cho W-CDMA bắt đầu từ đề
án CODIT (Code Division Multiplex Testbed : Phịng thí nghiệm đa truy cập
theo mã) và FRAMES (Future Radio Multiplex Access Scheme : Kỹ thuật đa
truy cập vô tuyến trong tương lai) từ đầu thập niên 90. Các dự án này đã tiến
hành thử nghiệm các hệ thống W-CDMA để đánh giá chất lượng đường truyền.
Theo các chuyên gia trong ngành viễn thông, đường tới 3G của GSM là W-

Phan văn Hà: 46k ĐTVT
11


CDMA. Nhưng trên con đường đó, các nhà khai thác dịch vụ điện thoại di động
phải trải qua giai đoạn 2,5G. Thế hệ 2,5G bao gồm những gì? Đó là: dữ liệu
chuyển mạch gói tốc độ cao (HSCSD), dịch vụ vơ tuyến gói chung GPRS và
Enhanced Data Rates for Global Evolution (EDGE).
2.2 Cấu trúc tổng quát của hệ thống W-CDMA.
Cấu trúc tổng quan gồm các phần tử logic và các giao diện .Hệ thống WCDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS. Về mặt chức năng có thể chia
cấu trúc mạng W-CDMA ra làm hai phần : mạng lõi (CN) và mạng truy nhập
vơ tuyến (UTRAN).

Trong đó mạng lõi gồm các trung tâm chuyển mạch kênh (MSC) và các nút
hỗ trợ chuyển mạch gói (SGSN) .Các kênh thoại và kênh truyền số liệu được
kết nối với các mạng ngoài thông qua các trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di
động cổng (GMSC) và nút chuyển mạch gói cổng (GGSN) .Để kết nối trung
tâm chuyển mạch kênh với các mạng ngồi như ISDNm ,PSTN thì cần có thêm
phần tử làm chức năng tương tác mạng (IWF) .Ngồi ra cịn có các cơ sở dữ
liệu cần thiết cho mạng thông tin di động như :HLR ,AUC và EIR.
Mạng truy nhập vô tuyến gồm các phần tử sau :
 RNC :Bộ điều khiển mạng vơ tuyến có vai trị như BRC ở mạng
GSM
 NB :Nút B đóng vai trị như BTS ở mạng GSM
 MS :Trạm di động
 TE :Thiết bị đầu cuối
Giao diện giữa MSC và RNC là I U CS ,giao diện giữa SGSN và RNC là I U
PS ,giao diện giữa các RNC là Iur ,giao diện giữa RNC và nút B là Iub.
Trong W-CDMA cịn có thiết bị người sử dụng (UE) thực hiện giao diện
người sử dụng với hệ thống. Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đều
bao gồm những giao thức mới được thiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến WPhan văn Hà: 46k ĐTVT
12


CDMA, trái lại mạng lõi được định nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM. Điều này
IU

UU
Node

B
RNC

Node B

USIM

ME

IUr

IUb

CU

MSC/
VLR

GMSC

PLMN,PSTN
ISDN

HLR

Node B

RNC

SGSN

GGSN

Internet

Node B

UE

UTRAN

CN

Các mạng
ngồi

Hình 2.2 Cấu trúc của W-CDMA UMTS

cho phép hệ thống W-CDMA phát triển mang tính tồn cầu trên cơ sở cơng
nghệ GSM.
2.3 Chức năng của các thành phần trong hệ thống W-CDMA.
2.3.1 UE (User Equipment)
Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ
thống. UE gồm hai phần :
- Thiết bị 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
thơng tin nhận dạng của th bao, nó thực hiện các thuật tốn nhận thực, lưu
giữ các khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối.
2.3.2 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN.

Phan văn Hà: 46k ĐTVT
13

UU
Node B
Node B
RNC
RNC
Node B
Node B

USIM

IU
CS

MSC/VLR

RNS

CU
ME
UE

Iub

Iur

Node B
Node B
GGSN

RNC
RNC
Node B
Node B

IU PS
RNS

CN

UTRAN

Hình 2.3 Cấu trúc UTRAN

Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN bao gồm hai hay nhiều phân hệ mạng vô
tuyến RNS (Radio Network Subsystem) kết nối tới mạng lõi trên giao diện I U và
kết nối với nhau trên giao diện Iur .Mỗi một RNS bao gồm các nút B (Node B)
và một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC ,mỗi RNC có thể nối với một hay
nhiều Node B .Các Node B được kết nối với RNC thông qua giao diện I ub và
các RNC được kết nối với nhau thông qua giao diện Iur.
 UTRAN có các đặc tính chính sau :
o Hỗ trợ các chức năng truy nhập vô tuyến, đặc biệt là chuyển
giao mềm và các thuật toán quản lý tài nguyên đặc thù của W-CDMA.
o Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch
kênh và chuyển mạch gói bằng cách sử dụng giao thức vô tuyến duy nhất để kết
nối từ UTRAN đến cả hai vùng của mạng lõi.
o Đảm bảo tính chung nhất với GSM
o Sử dụng cơ chế truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở
UTRAN.

Phan văn Hà: 46k ĐTVT
14


 Chức năng của các phần tử trong hệ thống con mạng vơ tuyến
o Nút B để chuyển đổi dịng dữ liệu giữa các giao diện I ub và
Uu .Chức năng chủ yếu của nút B là thực hiện xử lý lớp vật lý của giao diện vơ
tuyến (mã hóa kênh ,đan xen ,thích ứng tốc độ ,trải phổ ,điều khiển cơng suất
…) .Ngài ra nút B cịn tham gia khai thác và quản lý tài nguyên vô tuyến như
điều khiển cơng suất vịng trong về phần chức năng thì nó giống như trạm gốc
GSM.
o Bộ điều khiển mạng vơ tuyến của (RNC) : RNC là phần tử
mạng chịu trách nhiệm điều khiển tài nguyên vô tuyến của UTRAN. RNC kết
nối với CN (thông thường là với một MSC và một SGSN) qua giao diện vô
tuyến Iu. RNC điều khiển node B chịu trách nhiệm điều khiển tải và tránh tắc
ngẽn cho các ơ của mình. Khi một MS UTRAN sử dụng nhiều tài ngun vơ
tuyến từ nhiều RNC thì các RNC này sẽ có hai vai trị logic riêng bịêt
 RNC phục vụ (Serving RNC) : SRNC đối với một MS là
RNC kết cuối cả đường nối Iu để truyền số liệu người sử dụng và báo hiệu
RANAP (phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến) tương ứng từ mạng lõi.
SRNC cũng là kết cuối báo hiệu điều khiển tài ngun vơ tuyến. Nó thực hiện
xử lý số liệu truyền từ lớp kết nối số liệu tới các tài nguyên vô tuyến. SRNC
cũng là CRNC của một node B nào đó được sử dụng để MS kết nối với
UTRAN.
 RNC trôi (Drif RNC) : DRNC là một 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 tập vĩ mô. DRNC không thực hiện xử lý số liệu trong lớp kết
nối số liệu mà chỉ định tuyến số liệu giữa các giao diện IUb và IUr. Một UE có thể
khơng có hoặc có một hay nhiều DRNC.

2.3.3 Mạng lõi CN.

Phan văn Hà: 46k ĐTVT
15


Các phần tử của mạng lõi CN thực hiện các chức năng liên quan đến
chuyển mạch định tuyến và kết nối số liệu .Chức năng cụ thể của từng phần tử
như sau :
• HLR (Bộ định vị thường trú ) là một cơ sở dữ liệu được đặt tại hệ thống
chủ của người sử dụng để lưu bản sao chính về lý lịch dịch vụ của người sử
dụng .Lý lịch dịch vụ này bao gồm :Thông tin được phép về các dịch vụ ,các
vùng không được phép chuyển mạng và thông tin về các dịch vụ bổ sung như
trạng thái chuyển hướng cuộc gọi ,số lần chuyển hướng cuộc gọi … Các thông
tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông được lưu trong HLR
không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao .HLR thường là một máy tính
đứng riêng khơng có khả năng chuyển mạng nhưng có khả năng quản lý hàng
trăm ngàn thuê bao.
MSC/VLR (Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động /bộ ghi định vị tạm
trú ) :Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ
chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí hiện thời của nó .Chức năng của MSC là sử
dụng các giao dịch chuyển mạch kênh ,chức năng của VLR là lưu trữ văn bản
sao lưu về lý lịch của người sử dụng khách cũng như vị trí chính xác hơn của
UE trong hệ thống đang phục vụ .Phần mạng được truy nhập qua MSC/VLR
thường được gọi là vùng chuyển mạch kênh CS.
• GMSC (Gateway MSC ) :Là chuyển mạch tại điểm kết nối UMTS
PLMN và mạng CS bên ngoài (CS ext) .GMSC trên thực tế thường được tích
hợp vào cùng MSC/VLR.
• SGSN (Serving GPRS Support Node) :Điểm hỗ trợ GPRS đang phục vụ
SGSN trong W-CDMA UMTS khác với SGSN trong GPRS ở giao diện với

RNC .Các giao diện IU PS được đưa vào W-CDMA UMTS để tăng cường cho
Gb là giao diện nối giữa BSS và SGSN trong GPRS .Giao diện I U PS có khả
năng hỗ trợ các dịch vụ thời gian thực .Một điểm khác giữa 2,5G và 3G SGSN
Phan văn Hà: 46k ĐTVT
16


là chức năng nén và mật mã ,2.5G SGSN tối ưu có sự sử dụng đoạn nối vơ
tuyến bằng cách nén tiêu đề TCP/IP còn ở 3G người sử dụng :GTP-U Tunnel
giữa GGSN và SGSN và một Tunnel khác giữa SGSN và RNC cịn ở GPRS chỉ
có một Tunnel giữa GGSN và SGSN.
• GGSN (Gateway SGSN) :GGSN là điểm neo cho UE và có thể được coi
như là một Router mặc định .Việc chọn GGSN dựa trên APN (Access Point
Name :tên điểm truy nhập) .Khi UE yêu cầu thiết lập một PDP context ,APN
được đặt vào yêu cầu .Trên cơ sở yêu cầu APN ,SGSN hỏi DSN để xác định
GGSN đích để chuyển yêu cầu .Trả lời DSN xác định GGSN và PDP context
được thiết lập với GGSN này .GGSN trong W-CDMA UMTS giống với GGSN
trong GPRS .Nhưng cần lưu ý ,khác với GPRS GGSN có thể hỗ trợ một PDP
context cho một người sử dụng ,nó cũng có khả năng ấn định một địa chỉ IP cho
nhiều PDP context của một UE ,điều này là không thể trong GPRS.
2.3.4 Giao diện của W-CDMA
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

Phan văn Hà: 46k ĐTVT
17

Hình 2.4 Cấu trúc giao thức IU CS
IU CS sử dụng phương thức truyền tải ATM trên lớp vật lý là kết nối vơ
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.
- Control Plane :Ngăn xếp giao thức phía điều khiển gồm RANAP trên
đỉnh giao diện SS7 băng rộng và các lớp ứng dụng là phần 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 –mạng ( SAAL-NNI gồm SSCF ,SSCOP ,AAL5) .Lớp
SSCF và SSCOP được thiết kế để vận chuyển báo hiệu trong mạng ATM ,quản
lý kết nối báo hiệu ,AAL5 giúp phân đoạn dữ liệu tới những cell ATM.
- Transport Network Control Plane :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.
- User Plane :Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng gồm một kết nối
AAL2 được dành trước cho từng dịch vụ CS riêng.
• Cấu trúc IU PS

Phan văn Hà: 46k ĐTVT
18


Hình 2.5 Cấu trúc giao thức IU PS
Phương thức truyền tải ATM được áp dụng cho cả phía điều khiển và phía
người sử dụng.
- Control Plane :Ngăn xếp giao thức phía điều khiển I U PS là chứa RANAP
và vật mang báo hiệu SS7.Ngồi 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 ( có SS7
MTP3 User Adaption Layer) ,SCTP (Simple Control Transmission Protocol)
,IP (Internet Protocol) và ALL5 chung cho cả hai tuỳ chọn ,SCTP có chức năng
vận chuyển báo hiệu trong Internet.

- Transport Network :Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải
IU PS là không hiệu quả với IU PS. Các phần tử thông 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.
- User Plane :Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng Iu PS là luồng số liệu
gói được ghép trên một hay nhiều kết nối ảo AAL5 PVC (Permanent Virtual
Connection). Phần người sử dụng giao thức tunneling GPRS là cung cấp nhiều
nhận dạng cho từng luồng dữ liệu gói riêng .Mỗi luồng số liệu sử dụng truyền
Phan văn Hà: 46k ĐTVT
19


tải không kết nối thông UDP và đánh địa chỉ IP.
• 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 vơ tuyến tồn cầu.
• 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.
2.4 Cấu trúc phân kênh của WCDMA
Cũng như trong các hệ thống thông tin di động thế hệ hai, các kênh thông
tin trong WCDMA được chia ra làm hai loại tuỳ thuộc vào quan điểm nhìn
nhận. Theo quan điểm truyền dẫn ta sẽ có các kênh vật lý cịn theo quan điểm
thơng tin ta sẽ có các kênh truyền tải.
Lớp vật lý ảnh hưởng lớn đến sự phức tạp của thiết bị về mặt đảm bảo khả
năng xử lý băng tần cơ sở cần thiết ở trạm gốc và trạm đầu cuối. Trên quan
điểm các hệ thống thông tin di động thế hệ ba là các hệ thống băng rộng, vì vậy
Phan văn Hà: 46k ĐTVT
20


không thể thiết kế lớp vật lý chỉ cho một dịch vụ thoại duy nhất mà cần đảm
bảo tính linh hoạt cho các dịch vụ tương lai.
2.4.1 Kênh vật lý

Kênh vật lý đường lên gồm một hay nhiều kênh số liệu vật lý riêng
(DPDCH) và một kênh điều khiển vật lý (DPCCH).

a. Kênh vật lý riêng đường lên
 Kênh điều khiển vật lý (DPCCH)
Kênh điều khiển vật lý đường lên được sử dụng để mang thông tin điều
khiển lớp vật lý. Thông tin này gồm : các bit hoa tiêu để hỗ trợ đánh giá kênh
cho tách sóng nhất quán, các lệnh điều khiển công suất (TCP : Transmit Control
Power), thông tin hồi tiếp (FBI : Feedback Information) và một chỉ thị kết hợp
khuôn dạng truyền tải (TFCI).

Phan văn Hà: 46k ĐTVT
21

DPDCH
DPCCH

Số liệu Ndata bit
Hoa tiêu
TFCI
TCP
Npilot bit
NTFCI bit
Tkhe = 2560 chip, 10.2k bit (k = 0…6)
NTPC bit

Khe #0

Khe #1

Khe #i

FBI
NFBI bit

Khe #14

Một khung vơ tuyến : Tf = 10ms
Hình 2.6. Cấu trúc khung vô tuyến của DPDCH/DPCCH đường lên

Thông số k xác định số bit trên khe của DPDCH/DPCCH đường lên. Mỗi
khung có độ dài 10ms được chia thành 15 khe, mỗi khe dài T slot = 2560 chip

ứng với 666μs, tương ứng với một chu kỳ điều khiển công suất. Như vậy độ
rộng khe gần bằng với độ rộng khe ở GSM (577μs). Các bit FBI được sử dụng
khi sử dụng phân tập phát vịng kín ở đường xuống. Có tất cả 6 cấu trúc khe cho
DPCCH đường lên. Có các tuỳ chọn sau : 0, 1 hay hai bit cho FBI và có hoặc
khơng các bit TFCI. Các bit hoa tiêu và TPC ln ln có mặt và số bit của
chúng được thay đổi để luôn sử dụng hết khe DPCCH.
 Kênh số liệu vật lý riêng DPDCH
Kênh truyền số liệu cho người sử dụng, tốc độ số liệu của DPDCH có thể
thay đổi theo khung. Thơng thường đối với các dịch vụ số liệu thay đổi, tốc độ
số liệu của kênh DPDCH được thông báo trên kênh DPCCH. DPCCH được
phát liên tục và thông tin về tốc độ trường được phát bằng với chỉ thị kết hợp
khuôn dạng truyền tải (TFCI), là thông tin DPCCH về tốc độ số liệu ở khung
DPDCH hiện hành. Nếu giải mã TCFI khơng đúng thì tồn bộ khung số liệu bị
Phan văn Hà: 46k ĐTVT
22


mất. Tuy nhiên độ tin cậy của TCFI cao hơn số liệu nên ít khi xảy ra mất TCFI.
b. Kênh vật lý chung đường lên
 Kênh truy cập ngẫu nhiên PRACH
Kênh truy cập ngẫu nhiên vật lý (PRACH) được sử dụng để mang
RACH.
- Phát RACH : Phát truy nhập ngẫu nhiên dựa vào phương pháp ALOHA
theo phân khe với chỉ thị bắt nhanh. Cứ hai khung thì có 15 khe truy nhập và
khoảng cách giữa chúng là là 5120 chip. Các lớp cao cung cấp thông tin về khe
truy nhập sử dụng ở hiện thời.
Khung vô tuyến 10ms

Khung vô tuyến 10ms

5120 chip
#0 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7

Kênh truy nhập #0

#0

#8 #9 #10 #11 #12 #13 #14

Phát truy cập ngẫu nhiên

Kênh truy nhập #1

Kênh truy nhập #7
Kênh truy nhập #8

Phát truy cập ngẫu nhiên

Phát truy cập ngẫu nhiên
Phát truy cập ngẫu nhiên

Kênh truy nhập #14

Hình 2.7. Số thứ tự các khe truy nhập RACH và khoảng cách giữa chúng

- Phần tiền tố của RACH : Phần tiền tố của cụm truy nhập ngẫu nhiên gồm
256 lần lặp một chữ ký.

Phan văn Hà: 46k ĐTVT
23

Tiền tố

Tiền tố

Tiền tố

10ms (Một khung vô tuyến)

4096 chip

Tiền tố

Phần bản tin

Tiền tố

Tiền tố

Phần bản tin
20ms (Hai khung vô tuyến)

4096 chip

Hình 2.8. Cấu trúc phát truy nhập ngẫu nhiên

- Phần bản tin của RACH : Khung vô tuyến phần bản tin 10ms được chia
thành 15 khe, mỗi khe dài Tslot = 2560 chip. Mỗi khe gồm hai phần : phần số
liệu mang thông tin lớp 2 và phần điều khiển mang thông tin lớp 1. Cả hai phần

được phát đồng thời. Phần số liệu gồm 10.2 k bit với k = 0, 1, 2, 3. Phần điều
khiển gồm 8 bit hoa tiêu để hỗ trợ sự đánh giá cho tách sóng nhất quán và hai
bit TFCI . Tổng số bit TFCI trong bản tin truy nhập ngẫu nhiên là 30. Giá trị
của TFCI tương ứng với một khuôn dạng truyền tải nhất định của bản tin truy
nhập hiện thời.
Số liệu

Số liệu Ndata bit

Điều khiển

Hoa tiêu Npilot bit

Tslot = 2560 chip, 10.2k bit (k=0..3)

Khe #0

Khe #1

Khe #i

Khung vô tuyến phần bản tin TRACH = 10
Hình 2.9. Cấu trúc khung vơ tuyến phần bản tin RACH

Phan văn Hà: 46k ĐTVT
24

Khe #14

 Kênh gói chung PCPCH
Kênh gói chung vật lý được sử dụng để mang CPCH. PCPCH thực chất là
sự mở rộng của RACH. Sự khác nhau cơ bản so với RACH là kênh này có thể
dành trước nhiều khung và có sử dụng điều khiển cơng suất.
- Phát CPCH : Phát CPCH dựa trên nguyên tắc DSMA – CD (DSMA –
Collision Detection) với chỉ thị bắt nhanh. Phát truy nhập ngẫu nhiên CPCH
gồm một hay nhiều tiền tố truy nhập (AP : Access Preamble) dài 4096 chip,
một tiền tố phát hiện tranh chấp (CDP : Collisiion Detection Preamble) dài
4096 chip, một tiền tố điều khiển công suất (PCP : Power Control Preamble) dài
từ 0 đến 8 khe và một bản tin có độ dài khả biến Nx10ms.
Phần bản tin

0 hay 8 khe
Tiền tố truy nhập

DPCCH

Tiền tố phân giải va chạm

N.10ms

DPDCH

Hình 2.10 Cấu trúc phát đa truy nhập ngẫu nhiên CPCH

- Phần tiền tố truy nhập CPCH : Phần tiền tố truy nhập ngẫu nhiên CPCH
tương tự như của RACH. Số chuỗi được sử dụng ở đây có thể nhỏ hơn số chuỗi
được sử dụng ở tiền tố RACH.
- Phần tiền tố phát hiện tranh chấp : Phần này giống như phần tiền tố
RACH.

- Phần tiền tố điều khiển công suất : Là các tiền tố điều khiển cơng suất có
độ dài lấy giá trị từ 0 đến 8 khe được thiết lập bởi các bit cao.
- Phần bản tin CPCH : Gồm các khung bản tin 10ms, số khung bản tin này

Phan văn Hà: 46k ĐTVT
25