Báo cáo Môn học thông tin di động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG -----o-o----- BÁO CÁO MÔN HỌC THÔNG TIN DI ĐỘNG Người hướng dẫn: Trương Tấn Quang Nhóm thực hiện: Võ Hồng Anh Khoa 0620023 Nguyễn Đình Lãm 0620040 Lê Trung 0620081 Đinh Đức Trọng 0620090 Thành phố Hồ Chí Minh, 2009 Phụ Lục: CHƯƠNG 1: MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS Lịch Sử Phát Triển Của Mạng Thông Tin Di Động: Thông tin di động bắt đầu từ những năm 1920, khi các cơ quan an ninh ở Mỹ bắt đầu sử dụng điện thoại vô tuyến, dù chỉ là ở các căn cứ thí nghiệm. Công nghệ vào thời điểm đó đã có những thành công nhất định trên các chuyến tàu hàng hải, nhưng nó vẫn chưa thực sự thích hợp cho thông tin trên bộ. Các thiết bị còn khá cồng kềnh và công nghệ vô tuyến vẫn còn gặp khó khăn trước những toà nhà lớn ở thành phố. Vào năm 1930 đã có một bước tiến xa hơn với sự phát triển của điều chế FM, được sử dụng ở chiến trường trong suốt thế chiến thứ hai. Sự phát triển này kéo dài đến cả thời bình, và các dịch vụ di động bắt đầu xuất hiện vào những năm 1940 ở một số thành phố lớn. Tuy vậy, dung lượng của các hệ thống đó rất hạn chế, và phải mất nhiều năm thông tin di động mới trở thành một sản phẩm thương mại. Hình 1 trình bày tóm tắt tiến trình phát triển các thế hệ thông tin di động từ 1G đến 3G. Để tiến tới thế hệ ba, thế hệ hai phải trải qua một giai đoạn trung gian, giai đoạn này được gọi là 2,5G. Hình 1.Tiến Trình Phát Triển Của Thông Tin Di Động 1.1.1 Thế Hệ Đầu Tiên - 1G Tháng 12-1971 hệ thống cellular kỹ thuật tương tự, FM, ở dải tần số 850Mhz ra đời. Dựa trên công nghệ này đến năm 1983, mạng điện thoại di động AMPS (Advance Mobile Phone Service) phục vụ thương mại đầu tiên tại Chicago, nước Mỹ. Sau đó hàng loạt các chuẩn thông tin di động ra đời như : Nordic Mobile Telephone (NTM), Total Access Communication System (TACS). Giai đoạn này gọi là hệ thống di động tương tự thế hệ đầu tiên (1G) với dải tầng hẹp, tất cả các hệ thống 1G sử dụng điều chế tần số FM cho đàm thoại, điều chế khoá dịch tần FSK (Frequency Shift Keying) cho tín hiệu và kỹ thuật truy cập được sử dụng là FDMA (Frequency Division Multiple Access). 1.1.2 Thế Hệ Thứ Hai - 2G : Hệ thống thông tin di động thứ hai được phổ biến trong suốt thập niên 90. Sự phát triển công nghệ thông tin di động thế hệ thứ hai cùng các tiện ích của nó đã làm bùng nổ lượng thuê bao di động trên toàn cầu. Đây là thời kỳ chuyển đổi từ các công nghệ analog sang digital. Giai đoạn này có các hệ thống thông tin di động số như : GSM-900MHZ (Global System for Mobile), DCS-1800MHZ (Digital Cordless System), PDC - 1900Mhz (Personal Digital Cellular), IS-54 và IS-95 (Interior Standard). Trong đó GSM là tiền thân của hai hệ thống DCS, PDC. Các hệ thống sử dụng kỹ thuật TDMA (Time Division Multiple Access) ngoại trừ IS-95 sử dụng kỹ thuật CDMA (Code Division Multiple Access). Thế hệ 2G có khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng, các tiện ích hỗ trợ cho công nghệ thông tin, cho phép thuê bao thực hiện quá trình chuyển vùng quốc tế tạo khả năng giữ liên lạc trong một diện rộng khi họ di chuyển từ quốc gia này sang quốc gia khác. Năm 2001, nhằm tăng thông lượng truyền để phục vụ nhu cầu truyền thông tin (không phải thoại- phi thoại) trên mạng di động, GPRS - General Packet Radio Service đã ra đời. GPRS đôi khi được xem như là 2,5G. Tốc độ truyền dữ liệu (data rate) của GSM chỉ =9,6Kbps trong khi đó GPRS đã cải tiến tốc độ truyền tăng lên gấp 3 lần so với GSM, tức là 20-30Kbps. GPRS cho phép phát triển dịch vụ WAP và internet (email) tốc độ thấp.Tiếp theo sau 2003, EDGE - Enhanced Data Rates for GSM Evolution đã ra đời với khả năng truyền dữ liệu tốc độ lên được 250 Kbps (trên lý thuyết). EDGE còn được biết đến như là 2,75G trên đường tiến tới 3G. 1.1.3 Thế Hệ Thứ Ba - 3G : Từ năm 1992 Hội nghị thế giới truyền thông dành cho truyền thông một số dải tần cho hệ thống di động 3G : phổ rộng 230MHz trong dải tần 2GHz, trong đó 60MHz được dành cho liên lạc vệ tinh. Sau đó Liên Hiệp Quốc Tế Truyền Thông (UIT) chủ trương một hệ thống di động quốc tế toàn cầu với dự án IMT-2000 sử dụng trong các dải 1885-2025MHz và 2110- 2200MHz. Thế hệ 3G gồm có các kỹ thuật : W-CDMA (Wide band CDMA) kiểu FDD và TD-CDMA (Time Division CDMA) kiểu TDD. Mạng 3G bao gồm các mạng : UMTS sử dụng kỹ thuật W-CDMA được chuẩn hoá bởi 3GPP CDMA 2000 được chuẩn hoá bởi 3GPP2 TD-SCDMA được phát triển ở Trung Quốc FOMA đựoc phát triển ở Nhật Bản bởi NTT DoCoMo cũng dùng kỹ thuật W-CDMA. Mục tiêu của IMT- 2000 là giúp cho các thuê bao liên lạc với nhau và sử dụng các dịch vụ đa truyền thông trên phạm vi thế giới, với lưu lượng bit đi từ 144Kbit/s trong vùng rộng và lên đến 2Mbps trong vùng địa phương. Dịch vụ bắt đầu vào năm 2001- 2002. Cuối năm 2004, điện thoại di động 3G đã bắt đầu xuất hiện trên thị trường. Có 2 mạng chính được xây dựng trên nền tảng công nghệ 3G: UMTS (Universal Mobile Telephone System) - hiện đang được triển khai trên mạng GSM sẵn có, và CDMA2000 dựa trên nền tảng của mạng CDMA IS95- mang đến khả năng truyền tải dữ liệu ở mức 3G cho mạng CDMA. Cả UMTS và CDMA2000 đã được triển khai tại Mỹ từ cách đây nhiều năm. Tốc độ của hai mạng này có thể sánh bằng với chất lượng của kết nối DSL. UMTS(Universal Mobile Telephone System): dựa trên công nghệ W-CDMA, là giải pháp tổng quát cho các nước sử dụng công nghệ di động GSM. UMTS do tổ chức 3GPP quản lý. 3GPP cũng đồng thời chịu trách nhiệm về các chuẩn mạng di động như GSM, GPRS và EDGE. UMTS đôi khi còn có tên là 3GSM, dùng để nhấn mạnh sự liên kết giữa 3G và chuẩn GSM. UMTS hỗ trợ tốc độ truyền tải dữ liệu đến 1920 Kbps (chứ không phải là 2 Mbps như một số tài liệu thường công bố), mặc dù trong thực tế hiệu suất đạt được chỉ vào khoảng 384 Kbps. Tuy nhiên, tốc độ này vẫn còn nhanh hơn so với chuẩn GSM (14,4Kbps) và HSCSD (14,4Kbps); và là lựa chọn hoàn hảo đầu tiên cho giải pháp truy cập Internet giá rẻ bằng thiết bị di động. Trong tương lai không xa, mạng UMTS có thể nâng cấp lên High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) - còn được gọi với tên 3,5G. HSDPA cho phép đẩy nhanh tốc độ tải xuống tới 10 Mbps. Tổng Quan Về Mạng Thông Tin Di Động UMTS: Kiến Trúc Mạng: Mạng thông tin di động 3G lúc đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển mạch gói (PS) và chuyển mạch kênh (CS) để truyền số liệu gói và tiếng. Các trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM. Trên đường phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh sẽ dần được thay thế bằng chuyển mạch gói. Các dịch vụ kể cả số liệu lẫn thời gian thực (như tiếng và video) cuối cùng sẽ được truyền trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch gói. Hình 2.1 cho thấy ví dụ về một kiến trúc tổng quát của thông tin di động 3G kết hợp cả CS và PS trong mạng lõi. Hình 2.1: Kiến trúc tổng quát của một mạng di động kết hợp cả CS và PS Hình 2.2: Kiến trúc mạng trong 3GPP phiên bản R’99 Hình 2.2 cho thấy ta thấy cấu trúc mạng 3G dựa trên cơ sở kỹ thuật W-CDMA của 3GPP phiên bản R’99 (Tập tiêu chuẩn đầu tiên cho UMTS ). Mạng UMTS gồm có hai phần: phần mạng truy nhập vô tuyến – UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network), phần mạng lõi (Core network). Phần Core Network thì có core cho data bao gồm SGSN, GGSN. Phần core cho voice thì có MCS và GMSC. Phần UTRAN bao gồm Node B và RNC 1.2.1.1. Phần Core Network: Mạng lõi có chức năng chính là cung cấp trường chuyển mạch, định tuyến và tìm đương cho lưu lượng người sử dụng. Đồng thời mạng lõi cũng chứa cơ sở dữ liệu và chức năng quản lý mạng. Kiến trúc cơ sở của mạng lõi cho mạng UMTS dựa trên cơ sở của mạng GSM với GPRS. Tất cả các thiết bị được sửa đổi cho hoạt động và dịch vụ của UMTS. Chuyển mạch trong mạng lõi được chia thành hai trường chuyển mạch là chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Các thiết bị của chuyển mạch kênh là MSC, VLR và Gateway MSC. Các thiết bị của chuyển mạch gói là SGSN, GGSN. Các thiết bị mạng như: EIR, HLR, VLR và AUC được dùng chung cho cả hai trường. Mạng lõi sử dụng phương thức truyền tải không đồng bộ- ATM. Các thành phần của mạng lõi có vai trò và chức năng: 1.2.1.1.1 SGSN - Serving GPRS Support Node: trong mạng lõi có rất nhiều SGSN, mỗi SGSN lại được kết nối trực tiếp với một số các RNC. RNC lại quản lý một số các Node B. Mỗi Node B lại có các UE kết nối với nó. Vì thế SGSN quản lý tất cả các UE đang kết nối dịch vụ data trong vùng quản lý của nó. Cụ thể là: - Xác nhận (Authenticate) các UE đang dùng dịch vụ data kết nối với nó. - Quản lý việc đăng ký của một UE vào mạng - Quản lý quá trình di động của UE, ở đây là SGSN quản lý được các UE hiện đang kết nối với Node B nào tại một thời điểm. Tùy theo UE đang ở chế độ hoạt động là đang liên lạc (active) hay không liên lạc (idle) mà độ chính xác của thông tin liên quan đến vị trí của UE sẽ khác nhau. SGSN sẽ quản lý và theo dõi sự thay đổi về vị trí của UE theo thời gian dựa vào location area identity/ routing area identity. - Thiết lập, duy trì và giải phóng các “ PDP Context ”( các thông tin liên quan đến connection của UE mà nó cho phép hoặc quy định việc gửi và nhận thông tin của UE ). - Nhận và chuyển thông tin từ ngoài mạng data (ví dụ: Internet ) chuyển tới UE và ngược lại. - Quản lý việc tính cước đối với UE. - Tìm và đánh thức UE rỗi khi có một cuộc gọi tìm đến UE (Paging) 1.2.1.1.2 GGSN – Gateway GPRS Support Node: là cổng kết nối mạng GPRS/UMTS với các mạng bên ngoài ( External network: internet, các mạng GPRS khác). Nó có vai trò: - Nhận và chuyển thông tin từ UE gửi ra mạng External và ngược lại từ bên ngoài đến UE. Gói thông tin từ SGSN gửi đến GGSN sẽ được “Decapsulate” trước khi gửi ra ngoài vì thông tin truyền giữa SGSN và GGSN là truyền trên “ GTP tunnel” - Nếu thông tin từ ngoài gửi đến GGSN để gửi tới một UE trong khi chưa tồn tại “PDP Context” thì GGSN sẽ gửi thông tin yêu cầu SGSN thực hiện “Paging” và sau đó thực hiện quá trình PDP Context để chuyển cuộc gọi tới UE. - Trong suốt quá trình liên lạc trên mạng UMTS thì UE chỉ kết nối với một GGSN duy nhất (GGSN kết nối dịch vụ mà UE đang dùng) dù có di chuyển bất kể nơi nào trong mạng. Dĩ nhiên là SGSN, RNC và Node- B sẽ thay đổi. GGSN cũng tham gia quản lý quá trình di động của UE. 1.2.1.1.3 GMSC ( Gateway MSC): là điểm chuyển mạch, nới mà mạng di động mặt đất công cộng UMTS được kết nối tới các mạng chuyển mạch kênh bên ngoài. Tất cả các kết nối chuyển mạch kênh tới và đi từ mạng chuyển mạch kênh sẽ đi qua GMSC. 1.2.1.1.4 HLR (Home Location Register): Là cơ sở dữ liệu lưu giữ lâu dài các thông tin về thuê bao. HLR chứa các thông tin như định vị trí của thuê bao, chi tiết liên quan đến hợp đồng thuê bao của người dùng như các dịch, nhận dạng của thuê bao, thông số K-I dùng trong quá trình bảo mật và chứng thực. HLR còn là một trung tâm nhận thực AuC quản lý an toàn số liệu của các thuê bao. MSC/VLR (Mobile Services Switching Centre/ Visitor Location Register): 1.2.1.2. Phần Radio Access: Mạng truy nhập vô tuyến chứa các phần tử sau: RNC: Radio Network Controller, bộ điều khiển mạng vô tuyến đóng vai trò như BSC ở các mạng thông tin di dộng. Node- B: đóng vai trò như các BTS ở các mạng thông tin di động. UE: User Equipment, thiết bị người sử dụng. Công nghệ CDMA băng rộng được sử dụng cho giao diện không gian UTRAN. UMTS WCDMA là hệ thống CDMA trải phổ trực tiếp mà ở đó dữ liệu người sử dụng được ghép kênh với những bit giả ngẫu nhiên và được trải cùng với mã giả ngẫu nhiên băng rộng. WCDMA hoạt động theo hai chế độ: FDD và TDD. UTRAN gồm có một hay nhiều mạng vô tuyến con - RNS . Một RNS là một mạng con với UTRAN và bao gồm một RNC và một hay nhiều Node-B. Các RNC có thể kết nối tới các RNC khác theo đường một giao diện Iur. Các RNC và các Node-B được kết nối cùng với một giao diện Iub . Từ hình 2.2 ta thấy rằng tất cả các giao diện ở UTRAN của 3GPPP phiên bản R’99 đều được xây dựng trên cơ sở ATM. ATM được chọn vì nó có khả năng hỗ trợ nhiều loại dịch vụ khác nhau (như tốc độ bít khả biến cho các dịch vụ trên cơ sở gói và tốc độ bít không đổi cho các dịch vụ chuyển mạch kênh). Mặt khác mạng lõi sử dụng cùng một kiến trúc cơ sở như kiến trúc của GSM/GPRS, nhờ vậy công nghệ mạng lõi có thể hỗ trợ công nghệ truy nhập vô tuyến mới. Chẳng hạn nâng cấp mạng lõi hiện có để hỗ trợ UTRAN sao cho một MSC có thể nối đến cả UTRAN RNC và GSM BSC. Trong phần UTRAN gồm có hai phần là Node –B và RNC. Hình 2.3: Kiến Trúc Của UTRAN 1.2.1.2.1 Node - B: Chức năng của Node - B là: Truyền/ nhận giao diện không gian Điều chế và giải điều chế Mã hóa kênh vật lý CDMA Bắt lỗi Điều khiển công suất vòng lặp kín Node –B chuyển đổi luồng dự liệu giữa giao diện Iub và Uu. Nó cũng tham gia vào việc quản lý tài nguyên vô tuyến như điêu khiển công suất vòng trong… 1.2.1.2.2 RNC – Radio Network Controller: RNC là điểm truy nhập dịch cho tất cả các dịch vu do UTRAN cung cấp từ mạng lõi, ví dụ như quản lý tất cả các kết nối tới UE. RNC giao tiếp với mạng lõi (thông thường tới một MSC và một SGSN) và đồng thời nó cũng là điểm cuối của giao thức RRC đó là định nghĩa bản tin và thủ tục giữa trạm di động và UTRAN. - Trong trường hợp Node-B chỉ có một kết nối với mạng thì RNC chịu trách nhiệm điều khiển Node-B được gọi là CRNC – điều khiển RNC. Điều khiển RNC là chịu trách nhiệm cho tải và điều khiển tác nghẽn của chính ô mà nó quản lý cùn như thực hiện điều khiển quản trị và cung cấp mã cho một liên kết vô tuyến mới được xác định nằm trong các ô của nó. - Trong trường hợp một kết nối giữa trạm di động và UTRAN sử dụng tài nguyên vô tuyến từ nhiều hơn một RNC, thì các RNC phức tạp sẽ được tách thành hai loại theo chức năng riêng biệt: + RNC phục vụ (Serving RNC): Đây là RNC kết nối cả liên kết Iu cho đường truyền tải dự liệu của người sử dụng và báo hiệu RANAP với mạng lõi. SRNC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến, nó là giao thức báo hiệu giữa UE và UTRAN, xử lý dữ liệu lớp 2 (L2) từ/tới giao diện vô tuyến. Hoạt động quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như là sắp xếp các thông số thông báo truy nhập vô tuyến vào bên trong thông số kênh truyền tải của giao diện không gian, giải quyết chuyển giao, điều khiển công suất vòng ngoài, đó là các nhiệm vụ của SRNC. SRNC của Node B này cũng có thể là CRNC của một vài Node B khác. Một UE kết nối tới UTRAN có một và chỉ một SRNC. + RNC trôi ( Drift RNC): Đây là RNC bất kỳ khác với SRNC, để điều khiển các ô được MS sử dụng. Khi cần, DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân chia ở phân tập vĩ mô. DRNC không thực hiện xử lý ở lớp 2 đối số liệu từ/tới giao diện vô tuyến mà chỉ định tuyến số liệu một cách trong suốt giữa các giao diện Iub và Iur, ngoài trừ khi UE đang sử dụng một kênh truyền tải chung hay được chia sẻ. Một UE có thể không có hoặc có một hay nhiều DRNC Một RNC vật lý thông thường kết nối tất cả CRNC, SRNC và DRNC chức năng. Hình 2.4: Chức năng logic của RNC cho một kết nối UE với UTRAN. Bên trái là một UE liên kết với RNC chuyển giao mềm, Bên phải là một UE sử dụng tài nguyên từ một và chỉ một Node-B được điều khiển bởi DRNC. UE -User Equipment: Bao gồm thiết bị di động ME và modun nhận dạng thuê bao UMTS (USIM). USIM là vi mạch chứa một số thông tin liên quan đến thuê bao cùng với khoá bảo an (giống SIM ở GSM). 1.2.1.2.4 Các Giao Diện: Giao diện giữa UE và mạng được gọi là Uu. Trong các quy định của 3 GPP, trạm gốc được gọi là Node- B. Node- B được nối đến một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC. RNC điều khiển các tài nguyên vô tuyến của các Node -B được nối với nó. RNC đóng vai trò giống như BSC ở GSM. RNC kết hợp với các Node -B nối với nó được gọi là hệ thống con mạng vô tuyến RNS. Giao diện giữa Node -B và RNC gọi là giao diện Iub. Khác với giao diện Abis tương đương ở GSM, giao diện Iub được tiêu chuẩn hoá hoàn toàn và để mở, vì thế có thể kết nối nút B của một nhà sản xuất này với RNC của nhà sản xuất khác. Khác với ở GSM, các BSC trong mạng GSM không nối với nhau, trong mạng truy nhập vô tuyến của UMTS (UTRAN) có cả giao diện giữa các RNC. Giao diện này được gọi là Iur có tác dụng hỗ trợ tính di động giữa các RNC và chuyển giao giữa các nút B nối đến các RNC khác nhau. Báo hiệu Iur hỗ trợ chuyển giao. UTRAN được nối đến mạng lõi qua giao diện Iu. Giao diện Iu có hai phần tử khác nhau: Iu-CS và Iu-PS. Kết nối UTRAN đến phần chuyển mạch kênh được thực hiện qua giao diện Iu-CS, giao diện này nối RNC đến một MSC/VLR. Kết nối UTRAN đến phần chuyển mạch gói được thực hiện qua giao diện Iu-PS, giao diện nay nối RNC đến một SGSN. Giao diện Iub: Giao diện Iub là một giao diện quan trọng nhất trong số các giao diện của hệ thống mạng UMTS. Sở dĩ như vậy là do tất cả các lưu lượng thoại và số liệu đều được truyền tải qua giao diện này, cho nên giao diện này trở thành nhân tố ràng buộc bậc nhất đối với nhà cung cấp thiết bị đồng thời việc định cỡ giao diện này mang ý nghĩa rất quan trọng. Giao diện Iub kết nối một Node-B với một RNCĐặc điểm của giao diện vật lý đối với BTS dẫn đến dung lượng Iub với BTS có một giá trị quy định. Thông thường để kết nối với BTS ta có thể sử dụng luồng E1, E3 hoặc STM1 nếu không có thể sử dụng luồng T1, DS-3 hoặc OC-3. Như vậy, dung lượng của các đường truyền dẫn nối đến RNC có thể cao hơn tổng tải của giao diện Iub tại RNC.Chẳng hạn nếu ta cần đấu nối 100 BTS với dung lượng Iub của mỗi BTS là 2,5 Mbps, biết rằng cấu hình cho mỗi BTS hai luồng 2 Mbps và tổng dung lượng khả dụng của giao diện Iub sẽ là 100 x 2 x 2 = 400 Mbps. Tuy nhiên tổng tải của giao diện Iub tại RNC vẫn là 250 Mbps chứ không phải là 400 Mbps. Giao diện Iur: Giao diện Iur mang thông tin của các thuê bao thực hiện chuyển giao mềm giữa hai Node B ở các RNC khác nhau. Tương tự như giao diện Iub, độ rộng băng của giao diện Iur gần bằng hai lần lưu lượng do việc chuyển giao mềm giữa hai RNC gây ra. Giao diện Iu: Giao diện Iu là giao diện kết nối giữa mạng lõi CN và mạng truy nhập vô tuyến UTRAN. Giao diện này gồm hai thành phần chính là: - Giao diện Iu-CS: Giao diện này chủ yếu là truyền tải lưu lượng thoại giữa RNC và MSC/VLR. Việc định cỡ giao diện Iu-CS phụ thuộc vào lưu lượng dữ liệu chuyển mạch kênh mà chủ yếu là lượng tiếng. - Giao diện Iu-PS: Là giao diện giữa RNC và SGSN. Định cỡ giao diện này phụ thuộc vào lưu lượng dữ liệu chuyển mạch gói. Việc định cỡ giao diện này phức tạp hơn nhiều so với giao diện Iub vì có nhiều dịch vụ dữ liệu gói với tốc độ khác nhau truyền trên giao diện này. Giao diện Uu: Đây là giao diện vô tuyến W-CDMA. Giao diện Uu là giao diện từ đầu tới cuối, nó giúp UE truy nhập tới phần cố định của hệ thống. Bởi vậy gần như chắc chắn nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS. Giao diện Cu: Đây là một giao diện điện giữa thẻ thông minh USIM và ME. 1.2.2 Các Giao Thức Giao Diện Vô Tuyến : Các giao thức giao diện vô tuyến là cần thiết cho việc thiết lập, cấu hình lại , giải phóng dịch vụ liên lạc vô tuyến. Lớp giao thức ở trên lớp vật lý được gợi là lớp liên kết dữ liệu (L2) và lớp mạng (L3). Trong kiểu UTRA FDD giao diện vô tuyến, lớp 2 được chia thành hai lớp con. Trong mặt điều khiển, lớp 2 bao gồm với hai lớp con là giao thức điều khiển truy nhập môi trường – MAC và giao thức điều khiển liên kết vô tuyến – RLC. Trong mặt người sử dụng, cùng với hai giao thức MAC và RLC thì còn được thêm vào hai giao thức nữa tùy vào dịch vụ cung cấp đó là : giao thức dữ liệu gói hội tụ (PDCP) và giao thức điều khiển quảng bá/đa truyền thông (BMC). Lớp 3 gồm có một giao thức được gọi là điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC), nó thuộc về mặt điều khiển. Các giao thức lớp mạng khác như là điều khiển cuộc gọi, quản lý di động, dịch vụ bản tin ngắn… 1.2.2.1 Kiến Trúc Giao Thức: Kiến Trúc Giao Thức Giao Diện Vô Tuyến với Chế Độ UTRA FDD Lớp vật lý hỗ trợ dịch vụ tới lớp MAC theo đường kênh truyền tải đó là đặc tính bởi dữ liệu được truyền tải theo đặc tính như thế nào và với cái gì. Lớp MAC hỗ trợ dịch vụ tới lớp RLC bởi các kênh logic có cùng chức năng. Các kênh logic đó có tính năng là dữ liệu được truyền là loại gì. Lớp RLC hỗ trợ dịch vụ tới lớp cao hơn theo đường các điểm truy nhập dịch vụ (SAP). Lớp RLC xử lý dữ liệu gói, ví dụ như chức năng tự động yêu cầu lặp lại được sử dụng. Về mặt điều khiển thì dịch vụ RLC được sủ dụng bởi lớp RRC cho truyền tải báo hiệu. Về mặt người sủ dụng thì dịch vụ RLC được sử dụng bởi lớp giao thức dịch vụ đặc biệt PDCP hay BMC hoặc bởi lớp cao hơn khác có chức năng phía người sử dụng (ví dụ mã hóa tiếng nói). Giao thức RLC có thể hoạt động ở ba kiểu: trong suốt, không trả lời và kiểu có trả lời. Giao thức dữ liệu gói hội tụ (PDCP) chỉ có cho miền dịch vụ chuyển mạch gói (PS). Chức năng chính của nó là nén phần mào đầu. Dịc vụ được hỗ trợ bởi PDCP gọi là : thông báo vô tuyến. Giao thức điều khiển quảng bá/đa truyền thông (BMC) sử dụng để vận chuyển trên giao diện vô tuyến bản tin trực giao từ ô trung tâm quảng bá. Trong phiên bản R’99 của 3GPP đã chỉ rõ đặc tính kỹ thuật của dịch vụ quảng bá đó là dịch vụ bản tin ngắn ô quảng bá, nó xuất phát từ GSM. Lớp RRC hỗ trợ dịch vụ tới các lớp cao hơn (tầng không truy nhập) theo đường các điểm dịch vụ truy nhập, nó sử dụng bởi các giao thức lớp cao hơn ở phía UE và bởi giao thức Iu RANAP ở phía UTRAN. Tất cả các tín hiệu lớp cao ( quản lý di động, điều khiển cuộc gọi, quản lý lớp phiên…) tập hợp bên trong bản tin RRC cho truyền tải trên giao diện vô tuyến. Giao diện điều khiển giữa RRC và tất cả các giao thức lớp dưới đều được sử dụng bởi lớp RRC tới cấu hình đặc tính của thực thể giao thức lớp dưới, bao gồm cả thông số cho lớp vật lý, truyền tải và các kênh logic. 1.2.2.2 Giao Thức Điều Khiển Truy Nhập Môi Trường- MAC: Tại lớp điều khiển truy nhập môi trường các kênh logic được sắp xếp tới các kênh truyền tải. Lớp MAC đồng thời cũng đảm nhiệm cho việc lựa chọn định dạng truyền tải thích hợp cho mỗi kênh truyền tải được quyết định trên trên độ tức thời của các kênh logic. Kiến Trúc Lớp MAC Lớp MAC bao gồm ba thực thể : MAC-b: xử lý kênh quảng bá (BCH). Có một thực thể MAC-b trong mỗi UE và một MAC-b trong UTRAN đặt tại Node-B cho một ô. MAC-c/sh: xử lý các kênh chung và các kênh chia sẻ gói kênh (PCH), kênh truy nhập liên kết phía trước (FACH), kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH), kênh gói đường lên chung (CPCH) và kênh chia sẻ đường xuống (DSCH). Có một thực thể MAC-c/sh trong mỗi UE nó sử dụng kênh chia sẻ và một thực thể MAC-c/sh ở phía UTRAN (đặt trong RNC điều khiển) cho mội ô. Kênh logic BCCH có thể được sắp xếp tới kênh BCH hay kênh truyền tải FACH. Cho PCCH, thi không có mào đầu MAC, như vậy chức năng của lớp MAC chỉ có gửi dữ liệu nhận được từ PCCH tới PCH tại thời điểm được xác đinh bởi RRC. MAC-d: chịu trách nhiệm xử lý những kênh chuyên dụng (DCH) cấp phát tới một UE trong chế độ kết nối. Có một thực thể MAC-d trong UE và một thực thể MAC-d trong UTRAN (trong RNC dịch vụ) cho mỗi UE. 1.2.2.2.1 Chức Năng của MAC: Sắp xếp giữa kênh logic và kênh truyền tải. Lựa chọn một khuôn dang truyền tải thích hợp cho mỗi kênh truyền tải, phụ thuộc và tốc độ tức thời của tài nguyên. Xử lý quyền ưu tiên giữa các luồng dữ liệu của một UE. Việc này đạt được bởi sự lựa chọn ‘tốc độ bit cao’ và ‘tốc độ bit thấp’ từ những định dạng truyền tải cho các luồng dữ liệu khác nhau. Xử lý quyền ưu tiên giữa các UE bằng phương tiện lập lịch động. Một chức năng lập lịch động có thể áp dụng cho kênh truyền tải đường xuống chung và chia sẻ FACH và DSCH. Nhận dạng của các UE trên các kênh truyền tải chung. Khi một kênh truyền tải chung (RACH, FACH hay CPCH) mang dữ liệu từ những kênh logic chuyên dụng (DCCH,DTCH), nhận dạng của UE (C-RNTI) hay nhận dạng tạm thời mạng vô tuyến UTRAN (U-RNTI) được chứa trong phần mào đầu của MAC. Ghép hay tách kênh của lớp cao PDU vào/ tới các block truyền tải được cung cấp từ/ tới lớp vật lý trên các kênh truyền tải chung. MAC xử lý dịch vụ ghép kênh cho các kênh truyền tải chung (RACH,FACH,CPCH). Việc này là cần thiết từ khi nó không làm được trong lớp vật lý. Ghép hay tách kênh của lớp cao PDU vào/ tới tập hợp block truyền tải được cung cấp từ/ tới lớp vật lý trên các kênh truyền tải chuyên dụng. MAC cũng cung cấp dịch vụ ghép kênh cho các kênh truyền tải chuyên dụng. Trong khi ghép kênh lớp vật lý được làm cho mọi loại ghép kênh dịch vụ , bao gồm những dịch vụ với chất lượng khác nhau của các thông số dịch vụ, thì ghép kênh lớp MAC chỉ khả thi cho các dịch vụ với cùng các thông số QoS. Giám sát khối lượng truyền tải. MAC nhận các RLC PDU cùng với trạng thái thông tin trên số lượng dữ liệu trong bộ đệm truyền dẫn RLC. MAC so sánh số lượng của dữ liệu tương ứng cảu kênh truyền tải với ngưỡng đặt bởi RRC. Nếu số lượng dữ liệu quá cao hay quá thấp, MAC sẽ gửi một bản báo cáo đo lường trên trạng thái khối lượng truyền tải tới RRC. RRC cũng có thể yêu cầu MAC gửi những phép đo này đinh kỳ. RRC sử dụng những bản báo cáo này cho nhanh chóng cấu hình lại của đường vô tuyến hay kênh truyền tải. Chuyển mạch kiểu kênh vận chuyển động. Thực hiện của chuyển mạch giữa các kênh vận chuyển chung và chuyên dụng dựa trên quyết định chuyển mạch nhận được từ RRC. Lựa chọn lớp truy nhập dịch vụ (ASC) cho truyền dẫn RACH. Tài nguyên PRACH có thể được chia cắt giữa lớp dịch vụ truy nhập khác nhau trong các loại quyền ưu tiên khác nhau cung cấp của RACH thông dụng. Số tối đa của ASC là 8. MAC chỉ ra ASC kết hợp với một PDU tới lớp vật lý. 1.2.2.2.2 Các Kênh Logic: Các dịch vụ truyền số liệu của lớp MAC được cung cấp trên các kênh logic. Một tập hợp các kênh logic được định nghĩa cho các cho các loại khác nhau của dịch vụ truyền số liệu đề xuất bởi MAC. Một sự phân loại chung của các kênh logic trong hai nhóm: các kênh điều khiển và các kênh lưu lượng. Các kênh điều khiển được sử dụng để thông tin phía điều khiển truyền tải, còn các kênh lưu lượng thì cho thông tin phía người sử dụng. Các kênh điều khiển: kênh điều khiển truyền thông(BCCH), kênh điều khiển gói (PCCH), kênh điều khiển chuyên dụng (DCCH), kênh điều khiển chung (CCCH). Các kênh lưu lượng : kênh lưu lượng chuyên dụng (DTCH), kênh lưu lượng chung (CTCH). Sắp Xếp Giữa Các Kênh Logic và Các Kênh Lưu Lượng, Hướng Lên Và Xuống 1.2.2.3 Giao Thức Điều Khiển Liên Kết Vô Tuyến – RLC: RLC cung cấp dịch vụ phân chia đoạn và truyền lại giữa user và điều khiển dữ liệu. Mỗi RLC được RRC cấu hình để hoạt động trong ba chế độ: chế độ trong suốt (TM), chế độ báo nhận (AM), chế độ không báo nhận (UM). Dịch vụ của lớp RLC cung cấp về phía điều khiển được gọi là người đưa báo hiệu vô tuyến (SRB). Còn phía người sử dụng, dịch vụ cung cấp bởi RLC gọi là người đưa vo tuyến (RB). 1.2.2.3.1 Kiến Trúc Lớp RLC: Kiến Trúc Lớp RLC 1.2.2.3.2 Chức Năng: Phân đoạn và tiền biên dịch: chức năng này thực hiện phân đoạn/ tiền biên dịch của các lớp bậc cao chiều dài biến thiên PDU vào trong/ từ những khối tải RLC (PU). Một RLC PDU mang một PU. Xích chuỗi: Lót thêm Chuyển đổi dữ liệu người sử dụng. Sửa lỗi Phân phát lỗi của lớp bậc cao các PDU Dò tìm bản sao Điều khiển luồng. Phát hiện và khôi phục lỗi giao thức. 1.2.2.4 Giao Thức Điều Khiển Tài Nguyên Vô Tuyến – RRC: Phần chính của báo hiệu điều khiển giữa UE và UTRAN là bản tin điều khiển tài nguyên vô tuyến. Những bản tin RRC mang tất cả các thông số yêu cầu thiết lập, điều chỉnh và giải phóng những thực thể giao thức lớp 1 và lớp 2. Bản tin RRC cũng mang tải tin của chúng cùng tất cả báo hiệu lớp cao (MM,SM,CM…). Tính di động của thiết bị người sử dụng trong chế độ kết nối được điều khiển bởi tín hiệu RRC (đo lường, chuyển giao, cập nhật ô…). 1.2.2.4.1 Kiến Trúc Logic Lớp RRC: Kiến Trúc Lớp RRC Lớp RRC được mô tả với bốn thực thể chức năng: Thực thể chức năng điều khiển chuyên dụng (DEFC): xử lý tất cả chức năng và báo hiệu riêng tới một UE. Trong SRNC có một thực thể DEFC cho mỗi UE có một RRC kết nối với RNC này. DEFC phần lớn sử dụng chế độ báo nhận RLC, nhưng một vài bản tin gửi sử dugnj chế độ không báo nhận SAP ( ví dụ RRC giải phóng kết nối) hay SAP trong suốt (ví dụ cập nhật ô). Thực thể chức năng điều khiển khai báo và phân trang (PNPE) xử lý phân trang của UE chế độ rỗi. Thực thể chức năng điều khiển truyền thông (BCFE) xử lý hệ thống thông tin truyền thông. Có ít nhất một BCFE cho mỗi tế bào trong RNC. BCFE sử dụng các kênh logic BCCH hay FACH , thông thường qua đường SAP trong suốt. Thực thể thứ tu thông thường nằm ngoài giao thức RRC nhưng vẫn thuộc tâng truy nhập và ‘logic’ của lớp RRC, từ thông tin yêu cầu của thực thể này là một phần của bản tin RRC. Thực thể này được gọi là thực thể chức năng định tuyến (RFE) và nó là công cụ để định tuyến của bản tin lớp cao tới thực thể khác MM/CM (phía UE) hay miền mạng lõi khác (phia UTRAN). 1.2.2.4.2 Chức Năng Và Thủ Tục Báo Hiệu RRC: Chức năng của giao thức RRC: Phát thanh của hệ thống thông tin lên quan tới tầng truy nhập và tầng không truy nhập. Phân trang. Lựa chọn tế bào ban đầu và chọn lại trong chế độ rỗi. Thiết lập, duy trì và giải phóng một liên kết RRC giữa UTRAN với UE. Điều khiển của người vận chuyển vô tuyến, những kênh vận chuyển và những kênh vật lý. Điều khiển chức năng bảo mật. Bảo vệ nguyên vẹn của bản tin báo hiệu. Báo cáo phép đo UE và điều khiển báo cáo. Những chức năng kết nối di động RRC. Hỗ trợ tái định vị SRNS. Hỗ trợ cho điều khiển công suất vòng ngoài đường xuống trong UE. Điều khiển công suất vòng lặp mở. Chức năng liên quan tới dịch vụ truyền thông tế bào. Hỗ trợ cho chức năng định vị UE. 1.2.3 Quản Lý Tài Nguyên Vô Tuyến: 1.2.3.1 Nhiễu - Cơ Sở Của Quản Lý Tài Nguyên Vô Tuyến: Thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến – RRM (Radio Resource Management) là trách nhiệm làm cho hiệu suất sử dụng tài nguyên giao diện vô tuyến đạt hiệu quả. Quản lý tài nguyên vô tuyến cần đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS, giữ kế hoạch vùng phủ sóng, và đưa dung lượng hệ thống lên cao. Họ của thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến có thể được chia thành: điều khiển chuyển giao, điều khiển công suất, điều khiển quản trị, điều khiển tải, và chức năng lập lịch gói. Điều khiển công suất cần cho việc giữ ảnh hưởng của nhiễu ở mức tối thiểu trong giao diện không gian và cung cấp chất lượng yêu cầu của dịch vụ. Chuyển giao cần cho hệ thống tế bào để xử lý tính di động của các UE khi đi xuyên qua danh giới các ô. Điều khiển quản trị, điều khiển tải, và lập lịch gói để đảm bảo yêu cầu chất lượng của dịch vụ và tối đa lưu lượng hệ thống với sự trộn của tốc độ bit khác nhau, dịch vụ và yêu cầu chất lượng. Thuật toán quản lý tài nguyên có thể dựa trên số lượng phần cứng trong mạng hay các mức độ nhiễu trong giao diện không gian. Khóa cứng được định nghĩa như là trường hợp phía phần cứng bị giới hạn dung lượng trước khi giao diện không gian bị quá tải. Khóa mềm được định nghĩa như là trường hợp phía giao diện không gian tải được ước lượng trên giới hạn kế hoạch. RRM dựa trên khóa mềm sẽ cung cấp dung lượng cao hơn so với RRM dựa trên khóa cứng. 1.2.3.2 Điều Khiển Công Suất: 1.2.3.2.1 Điều Khiển Công Suất Nhanh: Trong W-CDMA , điều khiên công suất nhanh với tần số 1,5KHz được hỗ trợ trong cả đường lên và đường xuống. Trong GSM, chỉ có điều khiển công suất chậm được dùng với tần số xấp xỉ 2Hz. Còn trong IS-95, điều khiển công suất nhanh với tần số 800 Hz chỉ hỗ trợ trong đường lên. Giá Trị Eb/N0 Yêu Cầu Khi Có và không Có Điều Khiển Công Suất Nhanh Công Suất Truyền Yêu Cầu Tương Đương Khi Có Và Không Có Điều Khiển Công Suất Nhanh. Khi UE di chuyển với tốc độ thấp thì điều khiển công suất có thể bù cho fading của kênh và giữ cho mức công suất nhận được gần ổn định. Những nguồn lỗi chính tại công suất thu xuất hiện từ sự ước lượng không đúng SIR, lỗi báo hiệu và trễ trong vòng lặp điều khiển công suất. Ta định nghĩa sự nâng lên của công suất là tỷ số giữa công suất truyền dẫn trung bình trên một kênh có fading với nó trên một kênh không có fading khi mức công suất bên nhận là cùng trong cả các kênh có và không có fading với điều khiển công suất nhanh. Sự Nâng Lên Của Công Suất Trong Kênh Fading với Điều Khiển Công Suất Tại đường xuống, dung lượng của giao diện không gian được xác định trực tiếp từ công suất truyền yêu cầu từ đó xác định nhiễu truyền dẫn. Như vậy để làm dung lượng công suất truyền đường xuống tối đa chỉ cần một liên kết nên nó được tối thiểu. Tại đường xuống, mức công suất nhận trong UE không ảnh hưởng tới dung lượng. Tại đường lên, công suất truyền được xác định từ số lượng nhiễu tới các ô bên cạnh, và công suất nhận xác định từ số lượng nhiễu từ các UE trong cùng một ô. Khi ta thiết kế sơ đồ da dạng đường lên cần tính đến cả hai công suất truyền và nhận. 1.2.3.2.2 Điều Khiển Công Suất Vòng Ngoài: Điều khiển công suất vòng ngoài là cần thiết để giữ chất lượng của thông tin tại mức yêu cầu được thiết lập tại đích cho điều khiển công suất nhanh. Điều khiển công suất vòng ngoài tập trung cung cấp chất lượng theo yêu cầu: không quá tồi và không quá tốt. Chất lượng quá cao có thể làm lãng phí dung lượng. Điều khiển công suất vòng ngoài cần cho cả đường lên và đường xuống bởi vì nó là điều khiển công suất nhanh trong cả đường lên và đường xuống. Điều khiển công suất vòng ngoài đường lên được đặt trong RNC và điều khiển công suất vòng ngoài đường xuống được đặt trong UE. Tần số của điều khiển công suất vòng lặp ngoài điển hình 10- 100 Hz. Điều Khiển Công Suất Vòng Ngoài Đường Lên Trong RNC Thuật Toán Điều Khiển Công Suất Vòng Ngoài Chung. 1.2.3.3 Chuyển Giao –HandOver: Trong thực tế các tiêu chuẩn UMTS cho phép hỗ trợ chuyển giao cứng từ UMTS đến GSM và ngược lại. Đây là một yêu cầu rất quan trọng vì cần có thời gian để triển khai rộng khắp UMTS nên sẽ có khoảng trống trong vùng phủ của GSM. Nếu UTRAN và GSM BSS được nối đến các MSC khác nhau, chuyển giao giữa các hệ thống đạt được bằng cách chuyển giao giữa các MSC. Nếu giả thiết rằng nhiều chức năng của MSC/VLR giống nhau đối với UMTS và GSM, MSC cần phải có khẳ năng hỗ trợ đồng thời cả hai kiểu dịch vụ. Tương tự hoàn toàn hợp lý khi giả thiết rằng SGSN phải có khả năng hỗ trợ đồng thời kết nối Iu-PS đến RNC và Gb đến GPRS BSC. Hệ thống UMTS hỗ trợ sử dụng chuyển giao cứng, mềm, và mềm hơn giữa các ô. Mục tiêu của sử dụng chuyển giao trong hệ thống thông tin di động tế bào để đạt được một điều kiện tốt nhất của điều khiển công suất vòng lặp kín. Ô mạnh nhất là ô có điều kiện liên kết vô tuyến tốt nhất cho truyền tải dữ liệu tới một người sử dụng riêng biệt. 1.2.3.3.1 Chuyển Giao Cùng Một Tần Số ( Intra-frequency handover ) Chuyển giao mềm: Khi ở trạng thái đang đàm thoại, MS liên tục đo mức tín hiệu của các trạm gốc lân cận và so sánh tín hiệu này với một tập hợp các mức ngưỡng và gửi kết quả so sánh lên trạm gốc hiện thời. Dựa trên thông tin này, trạm gốc ra lệnh cho MS thêm vào hoặc loại bỏ các trạm gốc khỏi tập tích cực ( active set ). Tập tích cực là tập hợp các trạm gốc cùng gửi dữ liệu đến MS. MS nhận các tín hiệu này và kết hợp chúng như kết hợp các tín hiệu đa đường. Trong quá trình dò tín hiệu, MS sẽ xác định được độ lệch khung (frame offset) của kênh CCPCH của các ứng cử viên chuyển giao so với giá trị của trạm gốc hiện thời. Khi cần thực hiện chuyển giao mềm, độ lệch khung cùng với độ lệch khung giữa kênh DPDCH/DPCCH và kênh CCPCH sơ cấp của trạm gốc hiện thời sẽ được sử dụng để tính toán giá trị bù khung yêu cầu giữa kênh DPDCH/DPCCH và kênh CCPCH thứ cấp của trạm gốc sẽ nhận chuyển giao. Độ lệch khung này được chọn sao cho độ lệch khung giữa các kênh DPDCH/DPCCH của trạm gốc hiện thời và trạm gốc nhận chuyển giao tại đầu thu của MS là nhỏ nhất. Chú ý rằng độ lệch khung giữa kênh DPDCH/DPCCH và kênh CCPCH sơ cấp chỉ có thể được điều chỉnh theo từng bước của một symbol kênh DPDCH/DPCCH nhằm duy trì tính trực giao của đường xuống. Chuyển giao mềm hơn: Chuyển giao mềm hơn là chuyển giao mềm giữa các sector trong cùng một trạm gốc. Chuyển giao mềm hơn về nguyên tắc cũng được thực hiện giống như chuyển giao mềm. Tuy nhiên điểm khác biệt giữa hai loại chuyển giao này là tín hiệu các sector thu được từ MS trong chuyển giao mềm hơn sẽ được kết hợp lại ở trạm gốc, còn tín hiệu các trạm gốc thu được từ MS trong chuyển giao mềm sẽ được kết hợp ở BSC. 1.2.3.3.2 Chuyển Giao Giữa Hai Tần Số : Việc chuyển giao giữa hai tần số có thể thực hiện trong các trường hợp sau: Chuyển giao giữa các cell lân cận sử dụng các tần số khác nhau Chuyển giao trong nội bộ các lớp của một cell xếp chồng sử dụng nhiều tần số Chuyển giao giữa hai hệ thống/hai nhà khai thác sử dụng các tần số khác nhau, bao gồm cả chuyển giao sang các hệ thông GSM. Chuyển giao giữa hai tần số có thể được thực hiện theo hai phương thức: Phương thức thu hai tần số (Dual – receiver): Đối với các MS có tính năng phân tập thu, có thể sử dụng tạm thời một nhánh để dò tìm tín hiệu ở các tần số khác phục vụ cho việc chuyển giao. Phương thức nén khe thời gian: Đối với các MS chỉ có một bộ thu, có thể sử dụng phương thức này để dò tìm tín hiệu ở các tần số khác phục vụ cho chuyển giao mà không làm ảnh hưởng đến dòng thông tin. Khi ở chế độ nén khe thời gian, lượng thông tin thông thường của một khung có độ dài 10ms sẽ được nén lại về thời gian bằng cách bỏ bớt một số bit hoặc giảm hệ số trải phổ để tiết kiệm được thời gian truyền tin của khung xuống còn 5ms. Khoảng thời gian tiết kiệm được sẽ được dùng để đo tín hiệu của các tần số khác. Tần số thực hiện nén khe thời gian là 10 Hz, tức là 100ms/khe thời gian nén. Đối với các dịch vụ chấp nhận độ trễ truyền tin lớn, có thể thực hiện việc nén nhiều khung lại với nhau để tạo ra một khe thời gian đo. Phương pháp này được sử dụng đối với các dịch vụ tốc độ cao, khó thực hiện việc giảm 1/2 tăng ích xử lý. Ví dụ: đối với một dịch vụ 2Mbps với mức ghép xen 5 khung (50 ms), có thể tạo ra một khung rỗi 5ms bằng cách giảm tăng ích xử lý đi 10% trong khoảng thời gian 5 khung. 1.2.3.4 Điều Khiển Quản Trị: Nếu tải giao diện không gian được cho phép tăng quá mức thì vùng phủ của ô sẽ bị làm giảm dưới mức giá trị đã được lập kế hoạch và chất lượng của dịch vụ của kết nối hiện không thể chấp nhận được. Trước khi chấp nhận một UE mới, điều khiển quản trị cần kiểm tra xem sự chấp nhận đó sẽ không làm mất hoạch định vùng phủ hay chất lượng của kết nối hiện tại. Điều khiển quản trị chấp nhận hay từ chối một yêu cầu thiết lập một thông báo truy nhập vô tuyến trong mạng truy nhập vô tuyến. Chức năng điều khiển quản trị được đặt tại RNC nơi mà thông tin về tải của vài ô có thể đang tồn tại. 1.2.3.5 Điều Khiển Tải (Điều Khiển Tắc Nghẽn): Một nhiệm vụ quan trọng của chức năng RRM là đảm bảo hệ thống không quá tải và vẫn như cũ. Nếu hệ thống được lập kế hoạch đúng mức, điều khiển quản trị và lập lịch gói làm việc tốt đúng mức thì tình trạng quá tải là hiếm có. Nếu hệ thống gặp quá tải thì chức năng điều khiển tải được thực hiện và nhanh chóng đưa hệ thống quay trở lại bình thường và quay trở lại kiểm soát tải, nó được chỉ rõ bởi lập kế hoạch mạng vô tuyến. Những hoạt động điều khiển tải được thực hiện nhằm giảm bớt tải: Điều khiển tải nhanh đường xuống: từ chối quyền tăng công suất đường xuống nhận được từ UE. Điều khiển tải nhanh đường lên: giảm chỉ số Eb/N0 đường lên sử dụng bởi điều khiển công suất nhanh đường lên. Giảm lưu lượng của gói dữ liệu lưu thông. Chuyển giao tới một sóng mang W-CDMA khác. Chuyển giao tới GSM. Giảm bớt tốc độ bit của thời gian thực các UE ví dụ như mã hóa tiếng nói AMR. Tách những cuộc gọi ưu tiên thấp trong một kiểu điều khiển. Hai hoạt động nhanh đầu tiên được thực hiện trong một Node-B. Tất cả các hoạt động này có thể được đặt vào một khe thời gian, ví dụ với tần số 1,5KHz. 1.2.3.6 Phân Bổ Tài Nguyên Mã: 1.2.3.6.1 Đường xuống: Mã phân kênh: mã phân kênh cho kênh BCCH là mã quy định được sử dụng cho tất cả các cell trong hệ thống. Mã phân kênh cho kênh CCPCH thứ cấp được phát quảng bá trên kênh BCCH. Mã phân kênh cho các kênh vật lý dành riêng đường xuống do mạng quyết định. MS sẽ được thông báo mã phân kênh nào được sử dụng ở đường xuống qua các bản tin cho phép truy nhập (Access Grant). Bản tin cho phép truy nhập là bản tin của hệ thống gửi cho MS để trả lời bản tin Yêu cầu truy nhập ngẫu nhiên (Random Access Request) của MS. Mã phân kênh có thể thay đổi trong một kết nối, khi dịch vụ sử dụng thay đổi hoặc khi thực hiện chuyển giao giữa các cell. Khi đó mã phân kênh mới sẽ được thỏa thuận trên kênh DCCH. Mã scrambling: mã scrambling đường xuống được hệ thống gán cho mỗi sector trong cell. MS sẽ được thông báo về mã scrambling trong quá trình tìm cell. 1.2.3.6.2 Đường lên: Mã phân kênh: Mỗi kết nối được phân bổ ít nhất một mã phân kênh, mã này được sử dụng cho kênh điều khiển dành riêng. Số lượng mã phân kênh được phân bổ phụ thuộc vào số lượng kênh DPDCH được sử dụng. Việc phân bổ các mã phân kênh cho các kết nối khác nhau hoàn toàn không liên quan đến nhau – tức là các kết nối có thể sử dụng chung một số mã phân kênh. Do đó mã phân kênh có thể phân bổ theo một trật tự định trước cho các kết nối. Hệ thống và MS chỉ cần thỏa thuận số lượng mã phân kênh sẽ sử dụng cho đường lên, sau đó MS sẽ tự phân bổ mã phân kênh theo trật tự định trước này. Mã scrambling sơ cấp: Hệ thống sẽ quyết định việc sử dụng mã scrambling sơ cấp nào cho đường xuống. Sau đó, hệ thống sẽ gửi thông báo về mã scrambling sơ cấp được sử dụng cho MS trên bản tin Cho phép truy nhập. Mã scrambling sơ cấp cũng có thể được thay đổi trong thời gian của một kết nối. Việc thay đổi mã được thỏa thuận trên kênh DCCH. Mã scrambling thứ cấp: Việc sử dụng mã scrambling thứ cấp đường lên là một tùy chọn của hệ thống, mã này thường được sử dụng ở các cell không có khả năng xác định nhiều người sử dụng (MultiUser detection). MS sẽ được thông báo có sử dụng mã scrambling thứ cấp hay không qua bản tin Cho phép truy nhập. Mã scrambling thứ cấp nào được sử dụng sẽ phụ thuộc vào mã scrambling sơ cấp đã được phân bổ. Do đó hệ thống sẽ không cần thông báo chính xác về mã scrambling thứ cấp sẽ sử dụng 1.2.3.7 Bắt đồng bộ mạng: Tại thời điểm bật nguồn, MS sẽ sử dụng kênh SCH sơ cấp để đồng bộ khe thời gian với trạm nào có công suất phát lớn nhất. Sau đó, bằng kênh SCH thứ cấp, MS thực hiện đồng bộ khung và xác định nhóm mã của trạm gốc bằng cách tương quan hóa tín hiệu thu được tại vị trí của mã đồng bộ thứ cấp với 16 khả năng có thể của mã đồng bộ thứ cấp này. Để đạt được đồng bộ khung, 16 chuỗi giải điều chế phải tương quan với 16 mã dịch theo chu kỳ của chuỗi điều chế kênh SCH thứ cấp, tạo ra tổng số 256 giá trị tương quan khác nhau. Bằng cách xác định cặp mã/dịch pha có độ tương quan lớn nhất, MS sẽ xác định nhóm mã và khung đồng bộ. Sau đó, MS sẽ xác định mã scrambling mà trạm gốc sử dụng bằng cách thực hiện tương quan theo symbol của kênh CCPCH với tất cả các mã scrambling trong nhóm mã đã được xác định trước đó. Sau khi xác định được mã scrambling, MS có thể xác định được kênh CCPCH sơ cấp, thực hiện đồng bộ đa khung và đọc các thông tin trên kênh BCCH Trong hầu hết sản phẩm của các nhà sản xuất, nhiều phần tử mạng đang được nâng cấp để hỗ trợ đồng thời GSM/GPRS và UMTS. Các phần tử mạng này bao gồm MSC/VLR, HLR, SGSN và GGSN. Đối với nhiều nhà sản xuất, các trạm gốc được triển khai cho GSM/GPRS đã được thiết kế để có thể nâng cấp chúng hỗ trợ cho cả GSM và UMTS. Đối với mốt số nhà sản xuất BSC được nâng cấp để hoạt động như cả GSM BSC và UMTS RNC. Tuy nhiên cấu hình này rất hiếm. Yêu cầu các giao diện và các chức năng khác nhau (như chuyển giao mềm) của UMTS RNC chứng tỏ rằng công nghệ của nó hoàn toàn khác với GSM BSC. Vì thế thông thường ta thấy các UMTS RNC và GSM BSC tách biệt. CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ HSDPA CHO MẠNG UMTS 2.1 Khái Niệm Công Nghệ HSDPA: HSDPA – High Speed Downlink Packet Aceess: truy nhập đường xuống tốc độ cao là giải pháp cho mạng UMTS được 3GPP chuẩn hóa như là một phần của phiên bản R5 với các chỉ tiêu kỹ thuật của phiên bản đầu tiên được đưa ra vào tháng 3 năm 2002. Nó được xây dựng phát triển từ năm 2004 bởi Nortel Network. Phiên bản này đã được ITU-T chấp nhận trở thành giải pháp kỹ thuật cho mạng UMTS. Mạng HSPDA dành cho thương mại đầu tiên đã sẵn sàng triển khai vào cuối năm 2005 và được triền khai dịch vụ vào tháng 8 năm 2006 với mục đích đạt được tốc độ lớn, giá thành rẻ, giảm trễ cho UMTS ở rất nhiều nước ở Châu Âu và các nước khác trên thế giới. Mạng UMTS là mạng 3G được kỳ vọng mang về thu nhập nhiều nhật từ trước tới nay cho các nhà khai thác mạng. Vì vậy họ cần phải khắc phục những nhược điểm của W-CDMA và đáp ứng cho những yêu cầu về chia sẻ lưu lượng đường xuống tốc độ cao, và họ cần phải triển khai những dịch vụ mới hơn nữa cho khách hàng như: tải dữ liệu với tốc độ lớn hơn 2Mbps…..Cho nên giải pháp HSDPA đã được nghiên cứu và lựa chọn để nâng cao khả năng đáp ứng của mạng UMTS về dịch vụ tải dữ liệu với tốc độ cao khi di chuyển. 2.2 Nguyên Lý HSDPA : Hình 2.2: Mô Tả Đơn Giản Nguyên Lý Hoạt Động Của HSDPA HSDPA phát triển dựa trên một kênh truyền tải mới đó là kênh HS-DSCH ( kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao. Kênh này sẽ mang một lượng lớn tài nguyên mã và công suất được truyền cho một người sử dụng tại một TTI nào đó theo phương pháp ghép theo mã hoặc thời gian. HSDPA cũng sử dụng những công nghệ đó là: Điều chế và mã hóa thích ứng – AMC Yêu cầu lặp tự động lai nhanh – HARQ Lập lịch gói nhanh (Packet Scheduling) Sóng mang tốc độ dữ liệu cao (HDRC) trong băng tần 5Mhz Điều chế 64QAM cho phép tốc độ đỉnh tương đương 10,8Mbps. Điều chế 16QAM hỗ trợ tốc độ đỉnh 7,2Mbps Mã Tubor. Khả năng sửa lỗi gần với giới hạn lý thuyết. Các công nghệ này được phối hợp một cách chặt chẽ và cho phép thích ứng với các tham số truyền dẫn theo mỗi khoảng thời gian TTI nhằm liên tục hiệu chỉnh sự thay đổi của chất lượng kênh vô tuyến. Công nghệ W-CDMA hiện nay (theo R’99/R’4 của 3GPP ) cho phép tốc độ dữ liệu gói lên tới 2Mbps. Tuy nhiên các tiêu chuẩn thiết kế hệ thống của W-CDMA có những hạn chế: không tận dụng được các ưu thế của dữ liệu gói đối với đường trục hữu tuyến, hạn chế về tốc độ 2Mbps đối với các dịch vụ về dữ liệu gói hiện nay đối với khách hàng có nhu cầu sử dụng dữ liệu với tốc độ lớn hơn, không thể xử lý đôi với dữ liệu tốc độ 10Mbps. Vì thế HSDPA (phiên bản R’5) được tiếp tục phát triển để khắc phục những hạn chế trên. Những công nghệ cải tiến của HSDPA so với W-CDMA: HSDPA được phát triển dựa trên kênh HS-DSCH, so với W-CDMA thì nó thêm các tính năng cải tiến đó là hệ thống bổ sung thêm AMC, H-ARQ, cố định TTI = 2ms, phát triền phần PS sang IP, hệ thống phát đa mã. Nhưng đồng thời HSDPA cũng không sử dụng những tính năng của W-CDMA đó là điều khiển công suất vòng kín và hệ số trải phổ biến thiên. Trong W-CDMA, điều khiển công suất nhanh nhằm giữ ổn định chất lượng tín hiệu nhận được (Eb /N0) bằng cách tăng công suất phát để chống lại sự suy hao của tín hiệu thu được. Kết quả của nó là tạo ra các giá trị đỉnh trong công suất phát và tăng nền nhiễu đa truy nhập, do đó sẽ làm giảm dung lượng của toàn mạng. Hơn nữa, sự hoạt động của điều khiển công suất yêu cầu luôn luôn phải đảm bảo một mức độ dự trữ nhất định trong tổng số công suất phát của Node-B để thích ứng với các biến đổi của nó. Việc loại bỏ điều khiển công suất sẽ tránh được các hiệu ứng tăng công suất như trên cũng như không cần tới dựu trữ công suất phát của cell. Tuy nhiên do không dùng điều khiển công suất nên HSDPA yêu cầu các kỹ thuật thích ứng liên kết khác để thích ứng với các tham số tín hiệu phát nhằm liên tục bám theo các biến thiên của kênh truyền vô tuyến, ở đây kỹ thuật AMC đã được chọn. Với kỹ thuật AMC, điều chế và tỉ lệ mã hóa được thích ứng một cách liên tục vơí chất lượng kênh vô tuyến thay cho việc hiệu chỉnh công suất. Truyền dẫn sủ dụng nhiều mã Walsh cũng được sử dụng trong qúa trình thích ứng liên kết. Sự kết hợp của hai kỹ thuật thích ứng liên kết trên đã thay thế hoàn toàn kỹ thuật hệ số trải phổ biến thiên (Variable Speading Factors) trong W-CDMA do khả năng thích ứng chậm kỹ thuật này đối với sự biến thiên của truyền dẫn vô tuyến tốc độ cao. HSDPA không sử dụng điều khiển công suất vòng kín, phải tối thiểu hóa sự thay đổi của chất lượng kênh vô tuyến trong mỗi khoảng thời gian TTI, vấn đề này được giải quyết bằng việc giảm độ rộng của TTI từ 10ms của W-CDMA xuống còn 2ms ở HSDPA. Cộng với sự bổ sung kỹ thuật H-ARQ nhanh, nó cho phép phát lại một cách nhanh nhất các block dữ liệu bị mất hoặc lỗi và khả năng kết hợp với thông tin “ mềm” ở lần phát đàu tiên với các lần phát lại sau đó. Để thu thập được thông tin chất lượng kênh hiện thời cho phép các kỹ thuật thích ứng liên kết và lập lịch gói nhanh theo dõi, giám sát một cách liên tục các điều kiện vô tuyến hiện tại của thuê bao di động, lớp MAC chịu trách nhiệm giám sát kênh HS-DSCH được chuyển từ RNC tới Node-B. Thông tin về chất lượng kênh nhanh cho phép bộ lập lịch gói nhanh phục vụ user chỉ khi điều kiện của user này là thích hợp. Quá trình lập lịch gói nhanh và đặc tính chia sẻ theo thời gian của kênh HS-DSCH về bản chất có thể coi là phân tập lựa chọn đa người sử dụng với những lợi ích rất to lớn đối với việc cải thiện thông lượng của cell. Việc chuyển dịch chức năng lập lịch tới Node-B là thay đổi chính về kiến trúc của HSDPA so với phiên bản R’99. 2.3 Kiến Trúc HSDPA : Hình 2.3: Kiến trúc mạng đa phương tiện IP của 3GPP Sau kiến trúc 3GPP phiên bản R’99 là 3GPP phiên bản R’4. Sự khác nhau cơ bản giữa phiên bản R’99 và phiên bản R’4 là ở chỗ khi này mạng lõi là mạng phân bố. Thay cho việc có các MSC chuyển mạch kênh truyền thống như ở kiến trúc trước, kiến trúc chuyển mạch phân bố được đưa vào. Bước phát triển tiếp theo của UMTS là kiến trúc mạng đa phương tiện IP phiên bản R’5 (hình 2.3). Bước phát triển này thể hiện sự thay đổi toàn bộ mô hình cuộc gọi. Ở đây cả tiếng và số liệu được xử lý giống nhau trên toàn bộ đường truyền từ đầu cuối của người sử dụng đến nơi nhận cuối cùng. Có thể coi kiến trúc này là sự hội tụ toàn diện của tiếng và số liệu. Từ hình 2.3 ta thấy tiếng và số liệu không cần các giao diện cách biệt, chỉ có một giao diện Iu duy nhất mang tất cả phương tiện. Trong mạng lõi giao diện này kết cuối tại SGSN và không có MWG riêng. Ta cũng thấy một số phần tử mạng mới như: Chức năng điều khiển trạng thái cuộc gọi CSCF Chức năng tài nguyên đa phương tiện MRF Chức năng điều khiển cổng các phương tiện MGCF Cổng báo hiệu truyền tải T-SGW Cổng báo hiệu chyển mạng R-SGW Một đặc điểm quan trọng của kiến trúc toàn IP là thiết bị của người sử dụng được tăng cường rất nhiều. Nhiều phần mềm được cài đặt ở UE. Trong thực tế, UE hỗ trợ giao thức khởi đầu phiên (SIP: Session Initiation Protocol). 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 phiên đa phương tiện đến và từ người sử dụng. Nó bao gồm các chức năng như: biên dịch và định tuyến. CSCF hoạt động như một đại diện Server / hộ tịch viên. SGSN và GGSN là các phiên bản tăng cường của các nút được sử dụng ở GPRS và UMTS phiên bản R’99 và R’4. 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). Vì thế cần hỗ trợ các khả năng chất lượng dịch vụ (QoS) hoặc bên trong SGSN và GGSN hoặc ít nhất ở các bộ định tuyến kết nối trực tiếp với chúng. Chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF) là chức năng lập cầu hội nghị được sử dụng để hỗ trợ các tính năng như tổ chức nhiều 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, T-SGW hỗ trợ các giao thức Sigtran. Cổng báo hiệu chuyển mạch (R-SGW) là một nút đảm bảo tương tác báo hiệu với các mạng di động hiện có sử dụng SS7 tiêu chuẩn. Trong nhiều trường hợp T-SGW và R-SGW cùng tồn tại trên cùng một nền tảng. MGW thực hiện tương tác với các mạng ngoài ở mức đường truyền đa phương tiện. MGW ở kiến trúc mạng của phiên bản 3GPP R’5 có chức năng giống như ở phiên bản R’4. MGW được điều khiển bởi chức năng điều khiển các phương tiện MGCF. Giao thức điều khiển giữa các thực thể này là ITU-T H.248 . MGCW cũng liên lạc với CSCF. Giao thức được chọn cho giao diện này là SIP. Cần lưu ý rằng cấu trúc toàn IP phiên bản R’5 là một tăng cường của mạng phiên bản R’99 hoặc R’4. Nó đưa thêm vào một vùng mới trong mạng đó là vùng đa phương tiện IP (IM: IP Multimedia). Vùng mới này cho phép mang cả số liệu và thoại qua IP trên toàn tuyến nối đến máy cầm tay. Sử dụng vùng chuyển mạch gói cho mục đích truyền tải sử dụng SGSN, GGSN, Gn và Gi... là các nút và giao diện thuộc vùng PS. 2.4 Kiến Trúc Các Kênh Của HSDPA : 2.4.1 Kiến Trúc Giao Thức: Chức năng HS-DSCH cần được cập nhật ở những môi trường hoạt động mà các ô chưa có chức năng HS-DSCH.Cấu trúc các lớp PDCP, RLC, MAC-d được giữ nguyên như phiên bản R’99 và R’4. RLC có thể hoạt động trong chế độ AM (Acknowledged Model) hoặc chế độ UM ( Unacknowledged Model) (nhưng ko hoạt động trong chế độ TM – Transparent Model). PDCP có thể được cấu hình để thực hiện hoặc không thực hiện sự nén phần mào đầu. MAC-d được lưu lại trong S-RNC Những chức năng mới của HARQ và lập lịch HS-DSCH được chứa đựng trong lớp MAC. Trong UTRAN những chức năng mới này được bao hàm trong một thực thể mới đó là MAC-hs được đặt tại Node-B. Kênh truyền tải thực hiện chức năng HS-DSCH được gọi là HS-DSCH và được điều khiển bởi MAC-hs. Hai cấu hình của giao thức MAC khả thi trên phần UTRAN : Cấu hình với MAC-c/sh: trong trường hợp này, MAC-hs được đặt tại Node-B bên dưới MAC-c/sh ở CRNC. MAC-c/sh sẽ cung cấp những chức năng tới HS-DSCH để đồng nhất đối với những cái mà được cung cấp bởi DSCH trong phiên bản R99. HS-DSCH FP(giao thức khung) sẽ xử lý sự vận chuyển dữ liệu từ SRNC đến CRNC (nếu có cả giao diện Iur) và giữa CRNC với Node-B. Cấu hình không có MAC-c/sh: trong trường hợp này CRNC không sử dụng bất kì …. . MAC-d trong SRNC được đặt trực tiếp ở trên lớp MAC-hs tại Node-B. Ví dụ trong HS-DSCH…. SRNC được kết nối trực tiếp tới Node-B, như vậy là đi vòng qua CRNC. Cả hai cấu hình này đều có thể nhìn thấy rõ từ cả UE lẫn Node-B.: PHY MAC RLC RLC PHY L1 L1 L1 L1 L2 L2 L2 L2 MAC - hs MAC – c/sh HS- DSCH FP HS- DSCH FP HS- DSCH FP HS- DSCH FP MAC - D Iub Iur Uu Kiến trúc giao thức của HS-DSCH, Cấu hình với MAC-c/sh PHY MAC RLC PHY MAC- hs HS- DSCH FP L1 L1 L2 L2 HS- DSCH FP RLC MAC- d Uu Iub/Iur Kiến trúc giao thức của HS-DSCH, cấu hình với không có MAC-c/sh 2.4.2. Kiến Trúc Kênh HS-DSCH : 2.4.2.1 Những Nét Đặc Trưng Của HS-DSCH: Kênh truyền tải HS-DSCH có những tính năng được cho bên dưới: một kênh truyền tải HS-DSCH được xử lý và giải mã từ một CCTrCH. Chỉ có một CCTrCH của HS-DSCH trên từng kiểu UE CCTrCH có thể tìm tới một hoặc một vài kênh vật lý Chỉ có một HS-DSCH trên CCTrCH. Chỉ có ở đường xuống. Khả năng sử dụng cho hình thức chùm . Khả năng áp dụng công nghệ thích ứng liên kết khác với điều khiển công suất. Khả năng cho băng rộng trong toàn bộ ô. Luôn luôn kết hợp với một DPCH và một hay nhiều kênh điều khiển vật lý chia sẻ (HS-SCCHs) Cấu Trúc Lớp Vật Lý Đường Xuống Và Lên Của HSDPA 2.4.2.2 Mô Hình Lớp Vật Lý Đường Xuống HS-DSCH 2.4.2.2.1 Kiểu FDD: Mô Hình Kênh Vật Lý Đường Xuống Của UE là HS-PDSCH với DPCH kết hợp. HS-PDSCH được truyền tải từ ô 1 trong hình. Cấu hình cơ sở của kênh kết nối đường xuống gồm có một hoặc một vài kênh HS-PDSCHs cùng với một DPCH có liên hệ kết hợp với một số kênh điều khiển vật lý dùng chung riêng biệt HS-SCCHs. Tập hợp của những kênh điều khiển vật lý dùng chung được cấp phát tới một UE tại một thời điểm đã cho được gọi là một tập hợp HS-SCCH.. UTRAn có thể sử dụng nhiều hơn một tập hợp HS-SCCH tại một ô nhất định. Có một khoảng thời gian bù đắp giữa thời điểm bắt đầu của HS-SCCH thông tin và bắt đầu tương ứng của khung con HS-PDSCH. UE cung cấp một tập hợp HS-SCCH trong cấu hình hoặc cấu hình lại HS-PDSCH theo đường báo hiệu RRC. Số lượng của những kênh HS-SCCH trong một tập hợp HS-SCCH như được nhìn thấy từ UE là điểm đầu của việc sắp xếp từ một cái nhỏ nhất của một HS-SCCH tới một cái lớn nhất của bốn HS-SCCH. UE sẽ theo dõi liên tục tất cả các HS-SCCH được cấp phát trong tập hợp. Một cách tiếp cận báo hiệu hai mức được sử dụng để chỉ ra UE nào đã được lập lịch và cho thông tin báo hiệu cần thiết yêu cầu để UE giải mã các HS-PDSCH Với mỗi HS-SCCH TTI, mỗi kênh điều khiển dùng chung (HS-SCCH) mang những thông tin báo hiệu có liên quan tới HS-DSCH cho UE. Những thông tin sau đậy được mang trên HS-SCCH: Thông tin liên quan đến khuôn dạng truyền tải và chỉ báo loại tài nguyên (TFRI): mô tả các mã định kênh và phương thức/ thuật điều chế được sử dụng, tỷ lệ mã hóa được trích ra từ kích cỡ của block truyền tải và các tham số khuôn dạng truyền tải khác. Thông tin liên quan tới HARQ: nó bao gồm các thông tin liên quan tới giao thức HARQ cho HS-DSCH TTI tương ứng, chu kỳ phát tiếp theo sẽ là một block mới hay là một block được phát lại do có lõi trước đó và các thông tin về phiên bản dư thừa Mặt nạ ID của UE: để xác định user được phục vụ trong chu kỳ TTI tiếp theo. HS-SCCH mang một chỉ số nhận dạng UE (đường từ một UE tới CRC riêng biệt) để xác đinh UE . Chỉ số đó mang những thông tin cần thiết cho giải mã HS-PDSCH. Phần đầu tiên của HS-SCCH bao gồm bộ mã biên dịch kênh và sơ đồ điều chế cấp cho HS-DSCH với phần thứ hai chứa đựng kích thước khối truyền tải và thông tin liên quan tới HARQ. Một CRC sẽ tính toán cả hai phần chỉ số của UE và sau đó gán thông tin cho HS-SCCH. Trong trường hợp HS-DSCH truyền tới cùng một UE trong nhiều HS-SCCH TT I liên tiếp, cùng một HS-SCCH nên cần được sử dụng cho liên kết báo hiệu đường xuống tương ứng . Lớp báo hiệu cao hơn trong DCCH có thể được sắp xếp tới DCH để đặt vào DPCH có liên kết hay trong trường hợp của TDD là tới HS-DSCH. 2.4.2.2.2 Kiểu TDD Mô Hình lớp vật lý của UE tốc độ 3,84Mcps, TDD Mô hình lớp vật lý của UE tốc độ 1,28Mcps, TDD Toàn bộ cấu trúc báo hiệu đường xuống của TDD dựa trên sự liên kết của kênh vật lý chuyên dụng và kênh điều khiển vật lý dụng chung. Thông tin báo hiệu đường xuống hỗ trợ cho HS-DSCH được mang bởi HS-SCCH. Cũng như trong phiên bản R’99 sự liên kết của kênh vật lý chuyên dụng có thể là một cách chia kênh cho việc sử dụng tài nguyên một cách hiệu quả với một quãng lặp lại tương ứng trong giới hạn của những TTI. UE nhận được thông tin của một HS-DSCH được định sẵn bằng một bản tin báo hiệu trên một HS-SCCH. UE sẽ được cấp phát một tổ hợp của bốn HS-SCCH, và sẽ theo dõi tất cả những HS-SCCH này một cách liên tục. Trong bất kỳ TTI đã cho, một số cực đại của các HS-SCCH có thể được gửi tới UE. Trong trường hợp đó UE sẽ phát hiện ra một bản tin cho nó trên một HS-SCCH đặc trưng , sau đó nó có thể hạn chế bớt sự giám sát của nó tới các HS-SCCH khác mà chỉ giám sát HS-SCCH đã nhận được trong TTI tiếp theo. 2.4.2.3 Mô Hình Lớp Vật Lý Đường Lên HS-DSCH : Trong FDD, báo hiệu đường lên được bổ sung thêm một DPCCH với SF=256, đó là mã ghép kênh với những kênh vật lý đường lên chuyên dụng hiện thời. Báo hiệu đường lên chứa các thông tin về HS-DSCH gồm có báo nhận HARQ và chỉ thị chất lượng kênh. Trong TDD, UE sẽ sử dụng một tài nguyên vô tuyến đường lên cùng chung (HS-SICH) cho truyền tải ACK/NACK và thông tin CQI . Mối liên hệ giữa HS-SCCH ở đường xuống với HS-SICH ở đường lên là tiền định và không là báo hiệu động trên HS-SCCH. 2.4.2.4 Cấu Trúc Lớp Vật Lý HS-DSCH Trong Miền mã. 2.4.2.4.1 Kiểu FDD: HS-SCCH dựa trên mã kênh với một hệ số trải phổ cố định, SF =16. Một UE có thể được gán nhiều mã kênh trong cùng một TTI, phụ thuộc vào chính khả năng của UE đó. Hơn nữa, bộ ghép kênh của tín hiệu ghép kênh của các UE trong miền mã trong khoảng thời gian một TTI HS_DSCH là được phép. 2.4.2.4.2 Kiểu TDD: HS-DSCH dựa trên một hay nhiều mã kênh với SF=16 hoặc là SF=1, nhưng không đồng thời cả hai cùng một lúc được. Truyền dẫn trên một hay nhiều khe thời gian cũng được phép. Hơn nữa một sự kết hợp của mã ghép kênh và thời gian ghép kênh bởi nhiều khe thời gian bên trong một TTI HS-DSCH là được phép. Nhưng nếu là cùng một tổ hợp của mã kênh thì phải sử dụng trong tất cả các khe thời gian cấp cho HS-DSCH. TTI HS-DSCH sẽ không được phép vượt qua giới hạn khung 3,84Mcps hoặc khung con 1,28Mcps. 2.4.2.5 Những Thuộc Tính Của Kênh Truyền Tải HS-DSCH : - Khối truyền tải là block động cho lần truyền tải đầu tiên. Một kích thước block truyền tải sẽ được áp dụng đông nhất cho bất kỳ sự truyền lại nào. Kênh truyền tải sẽ không hỗ trợ cho việc tìm ra khuôn dạng truyền tải không rõ ràng. - Kích thước block truyền dẫn được thiết lập. - Khoảng thời gian truyền –TTI, cho FDD TTI HS-DSCH là cố định và như nhau là 2ms, TTI HS-DSCH cho 3,84Mcps TDD là 10ms, cho 1,28Mcps TDD cố định 5ms sẽ được chấp nhận. - Thông số mã hóa: loại chống lỗi: mã turbo tỷ lệ 1/3 - Điều chế động cho lần truyền tải và truyền lại đầu tiên. Hỗ trợ QPSK là mang tính bắt buộc với UE ở mọi nơi trong khi hỗ trợ 16QAM phụ thuộc vào khả năng của UE. - Sự dư thừa phiên bản động. - Kích cỡ của CRC là cố định 24bit. Sẽ có một CRC cho một TTI, thí dụ có một CRC cho một tổ hợp TB. 2.4.3 Cấu Trúc Kênh HS-SCCH: Báo hiệu đường xuống liên quan tới kênh HS-DSCH được truyền trên kênh HS-SCCH . Thông tin báo hiệu được mang bởi HS-SCCH cơ bản bao gồm chỉ thị tài nguyên định dạng truyền tải (TFRI) và thông tin HARQ của kênh HS-DSCH . TFRI bao gồm cả các mã channelization sử dụng bởi HS-DSCH, sơ đồ điều chế và kích thước block truyền tải. Thông tin HARQ gồm có chỉ số dự liệu mới HARQ, nhận dạng quá trình HARQ, phiên bản dư thừa và phiên bản chòm sao. Khi kênh HS-DSCH chia sẻ giữa các người sử dụng, chỉ số thiết bị người sử dụng được gửi trên kênh HS-SCCH để cho biết chỉ số của người sử dụng cho các HS-DSCH được cấp phát trong suốt thời gian TTI. Chỉ số thiết bị người sử dụng được cung cấp bởi 16 bit nhận dạng tạm thời mạng vô tuyến HS-DSCH (H-RNTI) được định nghĩa bởi RRC. Thông tin được mang bởi kênh này được chia thành hai phần: - Phần I gồm các mã channelization (7 bit) và sơ đồ điều chế (2bit). - Phần II gồm kích thước block truyền tải (6 bit), nhận dạng quá trình HARQ (3 bit), chỉ số dữ liệu mới HARQ (1 bit), phiên bản dư thừa và phiên bản chòm sao (3 bit). HS-SCCH cũng bao gồm một CRC được gắn thêm vào, nó gồm có 16 bit được tính toán trên hai phần I và II và gắn thêm vào phần II: Kênh này có thể truyền ở một công suất cố định hay có thể sử dụng điều khiển công suất. Một hệ số trải phổ của 128 cho phép 40 bit trên một khe sóng mang (với điều chế QPSK). Không có hoa tiêu hay bit điều khiển công suất trên HS-SCCH và kết quả là pha ban đầu của nó luôn giống như cho HS-DSCH . Khoảng thời gian giữa HS-SCCH và HS-DSCH cho phép thiết bị đầu cuối có một khe thời gian để cho thêm vào mã giải trải phổ và điều chế. Cho các thông số còn lại, sẽ được khe thời gian xử lý cân nhắc trước khi truyền và một TTI 2-ms có thể bắt đầu. Kiến Trúc Khung Của Kênh HS-SCCH 2.4.4 Cấu Trúc Kênh HS-DPCCH: Tại đường lên, thông tin báo hiệu được truyền cho HARQ báo nhận và đo lường phản hồi. Sử dụng thích ứng liên kết nhanh trên kênh HS-DSCH đòi hỏi biết được thông tin về chất lượng kênh trong suốt quá trình truyền. Đo lường chất lượng kênh thiết bị người sủ dụng trên CPICH và gửi kết quả tới Node-B. Sự sử dụng HARQ phụ thuộc vào một Bản tin báo nhận từ người sủ dụng tới Node-B, kết quả là Node-B truyền lại gói nhận được bị nhầm hay truyền gói mới. HS-DPCCH sử dụng cố định một hệ số trải phổ của 256 và có một 2-ms/ba khe cấu trúc. Khe đàu tiên sử dụng cho thông tin HARQ. Hai khe còn lại sử dụng cho CQI. Thông tin HARQ luôn được gửi khi có một mã HS-SCCH nhận được phù hợp ở phía đường xuống trong khi tần suất truyền CQI được điều khiển bởi thông số hệ thống k. Kiến Trúc HS-DPCCH Thông tin báo hiệu được mang bởi kênh HS-DSCH liên kết với kênh điều khiển đường lên chuyên dụng (HS-DPCCH). Kênh này được trải phổ với hệ số trải phổ của 256 (ví dụ 30 bit trên TTI) và nó được mã hóa ghép kênh với những kênh vật lý đường lên chuyên dụng hiện tại (DPCH). Báo nhận HARQ là một bit báo nhận/không báo nhận (ACK/NACK) chỉ số được lặp lại 10 lần và truyền trong một khe. Trường báo nhận HARQ là một của đóng khi không có thông tin ACK/NACK đang được gửi. Thông tin đo lường hồi tiếp bao gồm một chỉ thị chất lượng kênh (CQI) để lựa chọn định dạng truyền tải và tài nguyên bởi dịch vụ HS-DSCH tại Node-B. Thông tin chất lượng kênh gồm có 5 bit và mã được sử dụng là (20,5), mã truyền trên hai khe. 2.4.4.1 Phân Đoạn DPCH: Cấu Trúc Khe F-DPCH Kết Hợp Với Cấu Trúc DPCH. F-DPCH có một vài hạn chế đối với người sử dụng. Nó không tiện cho dịch vụ dự liệu bắt buộc phải sắp xếp tới DCH, như những cuộc gọi thoại AMR và video CS. Hơn nữa sự thiếu thông tin hoa tiêu có nghĩa là một cách thức như là hồi tiếp cơ sở đa dạng truyền (chế độ vòng lặp kín) đã không được dùng. Trên khía cạnh khác, khi sử dụng F-DPCH, các SRB có thể có lợi từ dữ liệu tốc độ cao của HSDPA và làm giảm bớt thời gian thiết lập dịch vụ một cách đáng kể 2.4.4.2 Thích Ứng Liên Kết HS-DSCH: Thích ứng liên kết là cơ sở trong lớp vật lý CQI tồn tại cung cấp bởi đầu cuối. Sử dung thích ứng liên kết, mạng sẽ luôn có lợi từ giới hạn của điều khiển công suất động tại đường xuống. Giống như những tín hiệu đường xuống không thể sử dụng một dãy động quá rộng để tránh vấn đề gần xa giữa những tín hiệu từ cũng một nguồn, điều khiển công suất động đường xuống là bị giới hạn rất nhiều. Trong khi tại một đường lên là 71dB hay nhiều hơn được sử dụng thì tại đường xuống chỉ quanh quẩn 10 đến 15 dB có thể sử dụng được. Thích Ứng Liên Kết. 2.4.4.3 TínhDi Động: Khi hoạt động trong chuyển giao mềm với HSDPA thì cần phải đo lường được các trường hợp thay đổi có thể xảy ra để thông tin nhận được về sự thay đổi là tương đối đầy đủ của tế bào trong việc thiết lập họat động. HSDPA Hoạt Động Với DCH Thiết Lập Hoạt Động Của 3 2.4.5 Thời Gian Của Các Kênh HSDPA : Mối quan hệ về thời gian giữa các kênh HSDPA được cho ở hình bên dưới: Thời Gian Truyền Các Kênh Trong HSDPA Tại đường xuống, HS-SCCH nhận hai khe (1,334 ms) trước kênh HS-DSCH. Cho nên người sủ dụng có được thời gian để giải mã phần đầu của HS-SCCH, nó chủ yếu bao gồm các mã channelization của kênh HS-DSCH được độn vào bởi chỉ số thiết bị người sử dụng. Chỉ có một lần phần đàu tiên này được giải mã, người sử dụng có năng lực bắt đầu giải mã HS-DSCH. Tại đường lên, HS-DPCCH bắt đầu m*256 chip sau bắt đầu của đường lên DPCCH với m lựa chọn bởi thiết bị người sử dụng bắt đầu truyền ACK/NACK (của khoảng của một khe thời gian) trong lần đầu 0-255 chip sau 7,5 khe tiếp theo cho tới hết của HS-DSCH nhận. HS-DPCCH và các kênh DPCCH khác cùng sử dụng trộn mã và một sự đồng bộ vật lý giữa các kênh này phụ thuộc vào việc làm giảm bớt nhiễu tại phía thu. Sự đồng bộ vậy lý có nghĩa là chuỗi trải phổ của các kênh phải bắt đầu cùng lúc. Khi hệ số trải phổ của HS-DPCCH và DPCCH là cố định tại 256, thì đông bộ đạt được bằng cách thêm vào một trễ của 0-255 chip. Đồng bộ vật lý là khác đồng bộ truyền tải, khi kênh truyền tải bắt đầu truyền chúng tại cùng một thời điểm. 2.5 Kiến Trúc Lớp Điều Khiển Môi Trường Truy Nhập- MAC: 2.5.1 Kiến Trúc MAC HS-DSCH Phía UE: 2.5.1.1 Tổng Quan Kiến Trúc: Kiến trúc tổng quan của MAC phía UE với HS-DSCH Dữ liệu nhận trên HS-DSCH được sắp xếp tới lớp MAC-hs. MAC-hs được cấu hình theo đường MAC điều khiển SAP bởi RRC giống như MAC-s/ch và MAC - d, thiết lập các thông số trong MAC-hs giống như sự cho phép kết hợp khuôn dạng truyền tải cho HS-DSCH. Báo hiệu đường xuống kết hợp mang thông tin hỗ trợ cho HS-DSCH trong khi đó báo hiệu đường lên kết hợp mang thông tin phản hồi. 2.5.1.2 Đặc Điểm Của MAC-d: Thực thể MAC-d được sủa đổi với sự thêm vào của một liên kết với thực thể MAC-hs. Những liên kết tới MAC-hs và MAC-c/sh không thể hình thành đồng thời cùng một lúc trong một UE. Sự sắp xếp giữa thực thể C/T MUX trong lớp MAC-d và bộ đệm bổ xung trong trong MAC-hs được cấu hình bởi lớp bậc cao. Một bộ đẹm bổ xung được săp xếp tới một thực thể C/T MUX và nhiều bộ đệm bổ xung có thể được sắp xếp tới cùng một thực thể C/T MUX. Kiến Trúc Của MAC-d Kiến trúc đơn giản của sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các MAC-hs trong UE 2.5.1.3 Đặc Điểm Của MAC-c/sh: MAC-c/sh ở phía UE không phải sửa đổi cho HS-DSCH có nghĩa là vẫn giữa giống phiên bản R4 2.5.1.4 Đặc Điểm Của MAC-hs: MAC-hs xử lý các chức năng đặc biệt của HS-DSCH. MAC-hs bao gồm các thực thể : HARQ: thực thể HARQ chịu trách nhiệm xử lý giiao thức HARQ. Ở đó sẽ có một HARQ xử lý trên HS-DSCH trên TTI. Thực thể HARQ chức năng xử lý tất cả các nhiệm vụ mà nó được yêu cầu cho HARQ. Ví dụ nhiệm vụ của nó là chịu trách nhiệm các phát sinh ACK hay NACK. Cấu hình chi tiết của giao thức HARQ được cung cấp bởi RRC trên MAC- điều khiển SAP. Bổ xung: thực thể bổ xung tổ chức các khối dữ liệu nhận được tới TSN nhận. Những khối dữ liệu với TSN liên tiếp được cấp phát cho những lớp bậc cao hơn tiếp nhận. Một thiết bị đếm giờ quyết định sự phân phát không liên tục của khối dữ liệu tới lớp bậc cao . Có một thực thể bổ xung cho mỗi lớp ưu tiên. Những thứ sau đây là được phép: Một MAC-hs PDU chứa duy nhất những MAC-d PDU cùng với quyền ưu tiên và cùng từ một luồng MAC-d . Các MAC-d PDU có kích cỡ khác nhau có thể được hỗ trợ từ một MAC-hs PDU. 2.5.2.Kiến Trúc MAC HS-DSCH Phía UTRAN: 2.5.2.1 Kiến Trúc Tổng Quan: Một thực thể chức năng MAC mới là MAC-hs được thêm vào kiến trúc MAC của phiên bản R’99. MAC-hs được đặt tại Node-B. Nếu một HS-DSCH được gửi tới UE là những MAC-hs SDU, ví dụ các MAC-d PDU sẽ được truyền tải và truyền từ MAC-c/sh tới MAC-hs theo đường giao diện Iub trong trường hợp của cấu hình với MAC-c/sh, hoặc là từ MAC-d theo đường giao diện Iur/Iub trong trường hợp với cấu hình không có MAC-c/sh. Ki Kiến Trúc Tổng Quan MAC phía UTRAN Ghép các luồng cho HS-DSCH trên phía UTRAN được minh họa bên dưới: 2.5.2.2 Đặc Điểm của MAC-c/sh: Dữ liệu cho HS-DSCH phụ thuộc vào việc điều khiển luồng giữa RNC dịch vụ và RNC trôi. Một chức năng điều khiển luồng mới được là bao gồm cả hỗ trợ truyền tải dữ liệu giữa MAC-d và MAC-hs . 2.5.2.3 Đặc Điểm của MAC-hs: MAC-hs có đảm nhiệm xử lý việc truyền tải dữ liệu trên HS-DSCH. Hơn nữa nó còn đảm nhiệm quản lý tất cả các tài nguyên vật lý được kết nối với HS-DSCH . MAC-hs nhận cấu hình các thông số từ lớp RRC theo đường MAC-điều khiển SAP. Ở đó sẽ xử lý quyền ưu tiên phần MAC-d PDU trên MAC-hs . MAC-hs bao gồm bốn thực thể chức năng khác nhau: Điều khiển luồng: đây là sự kết hợp của chức năng điều khiển luồng cùng với chức năng điều khiển luồng của MAC-c/sh trong trường hợp của cấu hình với MAC-c/sh và MAC-d trong trường hợp cấu hình không có MAC-c/sh. Cả hai thực thể cùng cung cấp một luồng dữ liệu điều khiển MAC-c/sh và MAC-hs ( cấu hình với MAC-c/sh) hoặc MAC-d và MAC-hs ( với cấu hình không có MAC-c/sh) mang tới dung lượng truyền dẫn của giao diện không gian. Chức năng này được mong đợi… Lập lịch/ xử lý quyền ưu tiên: chức năng này quản lý tài nguyên HS-DSCH giữa thực thể HARQ và luồng dữ liệu theo lớp ưu tiên của chúng. Dựa trên tình trạng báo cáo trở lại từ sự kết hợp báo hiệu đường lên là truyền tải mới hay truyền lai mà sẽ quyết định. Xa hơn nữa nó thiết lập chỉ số lớp ưu tiên và TSN cho các khối dữ liệu mới sẽ được phục vụ. Để duy trì quyền ưu tiên truyền dẫn một cách thích hợp thì một sự truyền dẫn mới có thể bắt đầu trên một qua trình HARQ tại mọi thời điểm. TSN là duy nhất với mỗi lớp ưu tiên bên trong một HS-DSCH và nó sẽ tăng thêm cho mỗi block dữ liệu mới. Nó không cho phép lập lịch truyền tải mới, kể cả sự truyền lại khởi đầu từ lớp RLC bên trong cùng một TTI, cùng với sự truyền lại khởi đầu từ lớp HARQ. HARQ : một thực thể HARQ xử lú chức năng HARQ cho một người sử dụng. Một thực thể HARQ có khả năng hỗ trợ nhiều trường hợp có thể xảy ra của giao thức chờ và đợi HARQ. Sẽ có một quá trình HARQ trên TTI. Lựa chọn TFRI: lựa chọn một định dạng truyền tải phù hợp và kết hợp tài nguyên cho dữ liệu để truyền tải trên HS-DSCH . Kiến Trúc Của MAC Phía UTRAN/ Đặc Điểm Của MAC-hs 2.6 HARQ : 2.6.1 Các Loại HARQ : Trong HSDPA có ba loại HARQ được nghiên cứu và chuẩn hóa đã được 3GPP chỉ rõ: kết hợp khuôn (CC: Chase Combining), Độ dư gia tăng (IR: Incremental Redundancy), Tiền giải mã độ dư gia tăng. - Kết hợp khuôn: mỗi lần phát lại chỉ đơn giản là sự lặp lại của từ mã dã được sử dụng cho lần phát đầu tiên. - Độ dư gia tăng: sự phát lại bao gồm cả thông tin dư thừa bổ xung và thông tin này được phát kèm thêm nếu có lỗi giải mã trong lần phát đầu tiên. 2.6.2 Giao Thức HARQ : Giao thức HARQ dựa trên một sự phối hợp của đường xuống bất đối xứng và đường lên đối xứng. Sơ đồ kết hợp ARQ dựa trên sự gia tăng dư thừa. Bám kết hợp được coi như là một trường hợp đặc biệt của sự gia tăng dư thừa. Dung lượng bộ nhớ mềm của UE sẽ được định nghĩa phù hợp với những yêu cầu cần thiết cho bám kết hợp. UTRAN cần tính đến dung lượng bên trong của bộ nhớ mềm UE khi cấu hình định dạng truyền tải khác đi và khi lựa chọn định dạng truyền tải cho truyền mới và truyền lại. HSDPA kết hợp chặt chẽ với chức năng phát lại ở lớp vật lý cho phép cải thiện đáng kể chất lượng dịch vụ và tăng khả năng chống lỗi thích ứng liên kết. Bởi vì chức năng HARQ được đặt tại thực thể MAC-hs của Node-B, quá trình phát lại các khối truyền tải sẽ nhanh hơn đáng kể so với sự phát lại tại lớp RLC bởi vì RNC hoặc Iub không tham gia vào quá trình này. Giao thức phát lại được lựa chọn đó là dừng và chờ (SAW-Stop and Wait) do sự đơn giản của giao thức này đối với ARQ. Trong SAW, bộ phát cố gắng phát block truyền tải hiện tại cho đến khi nó được nhận thành công trước khi khởi tạo quá trình phát block tiếp theo. Do có thể xảy ra trường hợp phát liên tục tới một UE nào đó, N tiến trình SAW-ARQ có thể hoạt động song song để phục vụ cho UE đó, và các tiến trình khác nhau sẽ phát trong các TTI tách biệt. Số tiến trình SAW-ARQ tối đa cho mỗi UE là 8. Theo ước lượng RTT lớp 1. trễ giữa thời điểm phát và thời điểm phát lại lần thứ nhất khoảng 12ms, có nghĩa là nó yêu cầu 6 tiến trình SAW phát liên tục tới một UE riêng lẻ. Giao thức SAW dựa trên sự không đồng bộ đường xuống và đồng bộ đường lên. Có nghĩa là ở đường xuống, HS-SCCH phải xác định được tiến trình HARQ đang phát trên kênh HS-DSCH, trong khi ở đường lên các xác nhận tiến trình SAW được gắn liền với sự định thời. Kỹ thuật HARQ là điểm khác biệt cơ bản nhất so với kỹ thuật phát lại trong W-CDMA bởi vì bộ giải mã UE kết hợp các thông tin “ mềm” của nhiều quá trình phát lại của cùng một block ở cấp độ bit. Kỹ thuật này đòi hỏi dung lượng bộ nhớ của UE phải đủ lớn để UE có thể lưu trữ các thông tin “mềm” của những lần phát giải mã không thành công. Hình dưới thể hiện một ví dụ với N kênh giao thức SAW phát một chuỗi các gói lần lượt là P1, P2, …,P6 Hoạt Động Của Giao Thức SAW 4 Kênh (Định Thời Không Được Mô Tả) 2.6.2.1 Báo Hiệu: 2.6.2.1.1 Đường lên: Tại đường lên, một báo cáo được sử dụng để chỉ ra ACK (báo nhận chủ động) hay là NACK (báo nhận bị động). 2.6.2.2.2 Đường xuống: Báo Hiệu Kênh Điều Khiển Chung: Các thông số của giao thức HARQ sau được mang trên HS-DSCH : - Thông số nhận dạng quá trình HARQ: tất cả các quá trình HARQ sẽ được cấp phát một chỉ số nhận dạng, nó được sử dụng cho xử lý kết hợp truyền và nhận . - Chỉ số dữ liệu mới: nó được dùng để phân biệt các block dữ liệu mới. Nó đặc biệt với quá trình HARQ. Nó sẽ tăng lên cho mỗi block dữ liệu mới. Báo Hiệu Trong Băng Trên HS-DSCH : Các thông số sau là báo hiệu trong băng trong phần mào đầu của MAC-hs để hỗ trợ sự phân phát một cách liên tục và xử lý quyền ưu tiên tại UE. Các thông số này được bảo vệ bởi giống như block dữ liệu CRC: Chỉ thị lại chỉ số hàng đợi : nó sử dụng để chỉ thị lại chỉ số bộ đệm nơi đến của một MAC-hs PDU. Số chuỗi truyền: nó sẽ tăng lên cho mỗi block dữ liệu mới nới nhận tới bộ đệm chỉ thị lại. Nó được sử dụng cho chỉ thị lại hõ trợ chuỗi liên tiếp. 2.6.2.2 Xử lý lỗi: Đa số lỗi thường xuyên được xử lý đó là: - NACK được phát hiện ra như là ACK. NW bắt đầu lại lần nữa với dữ liệu mới trong quá trình HARQ. Khối dữ liệu được bỏ vào trong NW và bị mất. Truyền lại sẽ được bỏ lên trên tới những lớp cao. - ACK được phát hiện ra như là NACK: nếu mạng gửi truyền lại block dữ liệu thì UE sẽ gửi lại một ACK tới mạng. Nếu trong trường hợp này bên phát tại phía mạng gửi một chỉ thị hủy bỏ bởi sự gia tăng chỉ số gói mới, bên nhận tại UE sẽ tiếp tục quá trình khối dữ liệu mới như trong trường hợp bình thường. - Nếu một lỗi CRC trên HS-DSCH được phát hiện thì UE sẽ không nhận dữ liệu và không gửi báo cáo tình trạng. Nếu sự thiếu của báo cáo tình trạng được phát hiện ra, NW có thể truyền lại block. 2.6.3 Quản Lý HARQ : Ví dụ HARQ song song được xử lý bởi thực thể MAC-hs trong Node-B. MAC-hs quản lý điều khiển luồng dữ liệu và tiền lắp ráp của RLC các PDU với kích thước cố định bên trong một MAC-hs PDU với kích thước biến đổi. Thêm vào đó nó thực hiện HARQ và chức năng lập lịch. Một RLC các PDU được tiền lắp ráp trong MAC-hs PDU, kết quả là PDU được ấn định con số 8 – chỉ số chuỗi bit truyền (TSN) và một HARQ Id hay một của ba giá trị các bit. TSN được mạng trong phần mào đầu của MAC-hs PDU và truyền trên kênh HS-DSCH. Tuy nhiên HARQ Id lại được mang trên kênh HS-SCCH . Vì thế TSN được sử dụng trong thực thể thêm của lớp MAC-hs để phân phát dữ liệu trong chuỗi tới lớp trên. Số MAC-hs PDU truyền bị giới hạn bởi kich thước của sổ truyền dẫn tối đa là 32. 2.7 Thích Ứng Liên Kết Nhanh: Kênh không dây trong hệ thống tế bào là sự kết hợp của đa đường/ che khuất kênh. Kênh vô tuyến đi theo vài đường từ trạm phát trong phạm vi có thể để tới đích. Fading xuất hiện khi nhiều đường gây nhiễu cho nhau, cộng lại thành một tín hiệu kết hợp trong khoảng thời gian ngắn làm biến đổi công suất tín hiệu nhận được tại phía thu. Công suất nà có thể yếu hoặc mạnh so với công suất yêu cầu cần thiết cho người sử dụng chất lượng QoS đã cho. Chất lượng liên kết giữa phát và thu cũng phụ thuộc vào sự biến đổi chậm của trị số biên độ tín hiệu nhận phải trả cho sự che khuất của địa hình, nhà cửa, cây cối. Chức năng thích ứng liên kết nhanh của Node-B có vai trò thích ứng điều chế, khuôn dạng mã hóa, và số lượng đa mã với các điều kiện vô tuyến hiên thời. Chức năng thích ứng liên kết phải lựa chọn được MSC và số lượng đa mã để thích ứng chúng với giá trị Eb/N0 tức thời. Tuy nhiên tiêu chí lựa chọn có thể dựa trên các tài nguyên biến thiên sau: Chỉ thị chất lượng kênh (CQI): UE gửi theo đường lên một bản tin về CQI chứa các thông tin tuyệt đối về chất lượng tín hiệu tức thời nhận được bởi người sử dụng đó. CQI cho biết kích thước block truyền tải, số mã và phương thức điều chế từ một tập các phương thức điều chế mà UE có khả năng hỗ trợ. RNC ra lệnh UE thông báo về CQI với một chu kì lấy từ tập [2,4,8,10,20,40,80,160]ms và cũng có thể hủy bỏ các thông báo này. Đo lường công suất của kênh DPCH liên kết: mỗi người sử dụng được sếp trên một kênh HS-DSCH hoạt động song song với kênh DPCH với mục đích báo hiệu. Công suất phát của chúng có thể được sử dụng để dự đoán thông tin về trạng thái tức thời về chất lượng kênh truyền. Thông tin này được sử dụng để thích ứng liên kết và lập lịch gói. Với giải pháp này Node-B yêu cầu một bảng các giá trị tương ứng Eb/N0 , độ lệch công suất phát giữa DPCH và HS-DSCH với các MSC khác nhau cùng với một giá trị đích BLER cho trước. Xác nhận HARQ : việc xác nhận tương ứng với giao thức HARQ cũng có thể cung cấp các thông tin về chất lượng kênh, mặc dù tham số này ít được sử dụng hơn hai tham số trên bởi vì chỉ nhận được tham số này khi user đã được phục vụ. Do đó nó không cung cấp thông tin chất lượng kênh tức thời. Kích thước bộ đệm nhớ: độ lớn dữ liệu được lưu giữ trong bộ đệm của MAC-hs cũng có thể được sử dụng kết hợp với các tham số trên để chọn các tham số phát. Để tối ưu chức năng thích ứng liên kết, có thể phải kết hợp tất cả các nguồn thông tin ở trên vơi nhau. Nêú chỉ lựa chọn một trong chúng thì tham số CQI có thể xem như một giải pháp lựa chọn hấp dẫn nhất do tính đơn giản, tính thường trực và tính chính xác của nó. 2.8 Điều Chế Và Mã Hóa Thích Ứng –AMC và Kỹ Thuật Phát Đa Mã: Để đối phó với dải rộng của Eb/N0 tại đầu cuối UE, HSDPA thích ứng quá trình điều chế, tỉ lệ mã hóa và số mã định kênh với các điều kiện vô tuyến hiện thời. Sự kết hợp của hai kỹ thuật điều chế , tỉ lệ mã hóa được gọi là Điều Chế và Mã Hóa Thích Ứng (AMC). Định dạng điều chế có thể là QPSK hay 16QAM. Tỷ lệ mã hóa turbo có thể biến đổi trong khoảng 0,17 đến 0,89. Và tốc độ mã hóa phụ thuộc vào dung lượng thiết bị người sử dụng (ví dụ số mã kênh HS-DSCH tối đa nó có thể xử lý được) và kích thước block truyền tải mong muốn (TBS). Số các mã của HS-DPSCH cấp cho người sử dụng,phạm vi của nó từ 1 đến số mã tối đa có thể hỗ trợ bởi thiết bị người sử dụng, phụ thuộc vào kiểu của nó. Cho mọi kiểu thiết bị, con số này không thể vượt qúa 15 mã. Trong thực tế hệ số trải phổ sử dụng trong HSDPA cố định là 16. Vì thế 16 nhánh mã có thể sẵn sàng, nhánh cuối cùng được dành cho báo hiệu và kênh điều khiển, như vậy còn lại tối đa 15 mã để cấp phát tốt cho người sử dụng. Cùng với điều chế QPSK, HSDPA kết hợp chặt chẽ với phương thức điều chế 16QAM để tăng tốc độ đỉnh của các người sử dụng được phục vụ với điều kiện vô tuyến thích hợp. Việc hỗ trợ cho QPSK có tính chất bắt buộc đối với thông tin di động, còn với 16QAM là một tùy chọn cho mạng và UE. Sử dụng đồng thời cả hai phương thức điều chế này, đặc biệt là phương thức điều chế cấp cao 16QAM, đưa ra một số thách thức nhất định đối với độ phức tạp của bộ thu đầu cuối, nó cần phải xác định được biên độ tương ứng của các ký hiệu nhận được. Trong khi đối với phương pháp điều chế QPSK truyền thống chỉ yêu cầu tách pha tín hiệu. Một bộ mã hóa turbo dựa trên bộ mã hóa turbo R’99 với tỷ lệ 1/3. Kết quả là tạo ra một dải tỉ lệ mã có tới 64 giá trị khác nhau. Sự kết hợp của một kiểu điều chế và một tỉ lệ mã hóa được gọi là Lược Đồ Mã Hóa và Điều Chế (MCS- Modulation and Coding Scheme). MSC và Tốc Độ Dữ Liệu Đỉnh Tương Ứng Với Mỗi MSC. Kỹ thuật phát đa mã cũng được coi là một công cụ thích ứng liên kết. Nếu các người sử dụng cso các điều kiện vô tuyến thích hợp tốt thì Node-B có thể lợi dụng điều kiện này bằng cách phát nhiều mã song song với nhau, nhằm đạt được lưu lượng dữ liệu đỉnh khá lớn. Ví dụ với MSC 5 với bộ 15 đa mã, có thể đạt được tốc độ dữ liệu đỉnh tối đa lên tới 10,8 Mbps. Với kỹ thuật phát đa mã, toàn bộ dải động của AMC có thể được tăng lên một lượng 10.log10(15) @ 12dB. Toàn bộ dải động thích ứng liên kết do AMC kết hợp với phát đa mã xấp xỉ 30dB. Dải động của kỹ thuật trải phổ biến thiên trong W-CDMA xấp xỉ 20dB, tức là nhỏ hơn 10dB so với dải động thích ứng liên kết của HSDPA . 2.9 Lập Lịch Gói: Kiến trúc chia sẻ thời gian của kênh HS-DSCH hỗ trợ sử dụng lập lịch theo thời gian. Thích ứng liên kết nhanh dựa trên cơ sở sự gắn bó mật thiết của AMC với lập lịch cung cấp tốc độ truyền dẫn cao hơn và lưu lượng trung bình. Đưa thực thể MAC-hs tại Node-B vào lập lịch và sử dụng một giá trị TTI thấp = 2 ms chấp nhận bám tốt hơn của giá trị biến đổi nhanh của kênh vô tuyến. Với yêu cầu tăng lên trên dịch vụ dữ liệu ứng dụng đặc biệt là dịch vụ thời gian phi thực cùng tương tác và phát triển của HSDPA cũng như mọi hệ thống không dây, nên cung cấp dung lượng để hỗ trợ sự hỗn hợp của dịch vụ với chất lượng khác nhau của nhu cầu dịch vụ. 2.9.1 Lựa Chọn Thuật Toán Lập Lịch: Trong HSDPA , thực thể MAC-hs trong Node-B thực hiện chức năng lập lịch, sử dụng những điều kiện kênh vô tuyến ước lượng để tăng cường lưu lượng tế bào trong khi thỏa mãn QoS người sử dụng. Có bốn thuật toán lập lịch phổ biến và có liên quan: Round Robin (RR), lưu lượng tối đa (FT), C/I max và cân xứng hợp lý. 2.10 Quản Lý Tài Nguyên Vô Tuyến: Tổng Quan Của Hầu Hết Thuật Toán RRM có Liên Quan Tới HSDPA 2.10.1 Các Thuật Toán Tại RNC: 2.10.1.1 Cấp Phát Tài Nguyên: Trước khi Node-b có thể bắt đầu truyền dẫn dữ liệu trên HS-DSCH, RNC điều khiển (CRNC) cần cấp phát các mã channelization và công suất cho truyền dẫn của HSDPA. Để tối thiểu một HS-SCCH được mã hóa với một hệ số trải phổ (SF) của 128 và một HS-PDSCH được mã hóa với SF 16 cần phải cấp phát tới Node-B. Tài nguyên được cấp phát bằng việc gửi đi một ‘NBAP - Node-B Application Part : yêu cầu cấu hình lại kênh vật lý chia sẻ’ bản tin từ CRNC tới Node-B. Từ đây, việc cấp phát của mã channelization cho truyền HSDPA chỉ yêu cầu báo hiệu giữa RNC và Node-B. Nói chung, nó có ưu điểm là cấp phát nhiều mã kênh chia sẻ đường xuống vật lý tốc độ cao (HS-PDSCH) tới Node-B từ đó hiệu suất trải phổ của HS-DSCH được nâng lên. CRNC Node-B NBAP : Yêu cầu cấu hình lại kênh vật lý chia sẻ Báo Hiệu Cho HSDPA Cấp Phát Tài Nguyên Vô Tuyến HS-DSCH truyền tới đa người sử dụng trong suốt một TTI đơn song song yêu cầu đa mã HS-SCCH và đa mã HS-PDSCH. Mã ghép kênh là loại được tìm thấy hữu ích cho những viễn cảnh tại một Node-B có rất nhiều mã HS-PDSCH được cấp so với cái mà đực hỗ trợ bởi HSDPA di động. Node-B có thể hỗ trợ 10 – 15 mã HS-PDSCH trong khi đầu cuối HSDPA chỉ hỗ trợ 5 mã HS-PDSCH. 2.10.1.2 Điều Khiển Quản Trị: Điều khiển quản trị là một chức năng mà xác định những người mới được phép hay không với đầu cuối HSDPA có thể truy nhập tới ô và được phép hay không sử dụng dịch vụ HSDPA hay DCH. Điều khiển quản trị được quyết định tại RNC. Trong trường hợp của dịch vụ chuyển mạch kênh như AMR thoại hay video thì nó sẽ đi theo DCH. Cho dịch vụ chuyển mạch gói, thuật toán tại RNC cần xem xét thông số QoS cung cấp bởi mạng lõi cũng như tình trạng tài nguyên chung của mạng. Nếu lưu lượng cố gắng tốt nhất với yêu cầu không khắt khe của QoS cho truyền dẫn trên HSDPA , thì khi đó thuật toán điều khiển quản trị có thể được làm khá đơn giản bởi chỉ kiểm tra độ sẵn sàng của RNC và Node-B tài nguyên phần cứng tới một người sử dụng HSDPA mới. 2.10.1.3 Quản Lý Tính Di Động: HSDPA không sử dụng chuyển giao mềm , khi HS-DSCH và HS-SCCH được truyền chỉ trong một khu vực một ô đơn được gọi là ‘ô HS-DSCH dịch vụ’. RNC xác định ô HS-DSCH dịch vụ cho UE HSDPA đang hoạt động. 2.10.2 Các Thuật Toán Tại Node-B: 2.10.2.1 Công Nghệ Thích Ứng Liên Kết HS-DSCH : Thuật toán thích ứng liên kết HS-DSCH tại Node-B điều chỉnh tốc độ truyền bít trên HS-DSCH mọi TTI khi người sử dụng được lập lịch truyền dẫn. Trong lý tưởng, tốc độ truyền bit HS-DSCH sẽ được điều chỉnh như là một chức năng của HS-DSCH trên TTI thêm vào tỉ số tín hiệu trên nhiều tại kết thúc người sử dụng. Nguồn biến thiên góp phần biến đổi SNIR của HS-DSCH mặc dù giả thiết công suất truyền HS-DSCH là không đổi. Tổng công suất truyền từ ô HS-DSCH dịch vụ là thời gian được thay đổi quyền truyền dẫn của điều khiển công suất các DCH, kênh vô tuyến đường xuống là thời gian biến đổi nếu người sử dụng di chuyển, và giao toa giữa các ô tại kết cuối người sử dụng cũng là thời gian biến đổi. Để phục vụ mục đích thích ứng liên kết HS-DSCH , UE định kỳ gửi một CQI tới ô HS-DSCH dịch vụ trên đường lên HS-DPCCH . CQI chỉ thị kích thước tối đa block truyền tải có thể nhận với ít nhất 90% xác suất. Thông tin này được báo hiệu theo đường một CQI bậc được hạn chế từ 0 – 31. Thuật Toán Thích Ứng Liên Kết HS-DSCH Tại Node-B 2.10.2.2 Điều Khiển Công Suất HS-DSCH : Xác thực chất lượng tiếp nhận HS-SCCH là quan trọng khi mà block truyền tải trên HS-DSCH có thể chỉ được giải mã nếu HS-SCCH được nhận chính xác từ lần đầu tiên. Vì vậy cần có đủ công suất để cấp phát tới truyền dẫn HS-SCCH tới sự tiếp nhận bảo đảm đáng tin cậy. Mặt khác, nó cũng mong muốn giảm công suất truyền HS-SCCH tới mức giảm bớt nhiễu trong mạng. Nó là khuyến cáo chung cho điều khiển công suất HS-SCCH mọi TTI, trong đó công suất truyền HS-SCCH được điều chỉnh sao cho người sử dụng mong muốn xác suất cao của giải mã chính xác kênh. Một lượng lớn công suất HS-SCCH được sử dụng cho UE1 tai vùng biên của ô trong khi một lượng nhỏ có thể sử dụng cho UE3 đóng tới trạm gốc Nguyên Lý Điều Khiển Công Suất HS-SCCH HS-DSCH sử dụng liên kết thích ứng tốt hơn điều khiển công suất. 2.11 So Sánh Công Nghệ HSDPA Với Công Nghệ CDMA2000 1xEV-DV: Nét đặc trưng HSDPA CDMA2000 1xEV-DV Kích thước khung đường xuống 2ms TTI (3 khe) 1,25;2,5;5;10 ms kích thước khung biến đổi (kích thước khe 1,25ms) Phản hồi kênh Báo cáo chất lượng kênh tại tốc độ 2ms hay 500Hz C/I phản hồi tại 800Hz (tất cả 1,25ms) Ghép kênh dữ liệu người sử dụng TDM/CDM TDM/CDM (khung biến đổi) Điều chế và mã hóa thích ứng Bắt buộc QPSK & 16QAM QPSK, 8-PSK & 16-QAM HARQ Độ dư gia tăng (IR) Độ dư gia tăng bất đối xứng Hệ số trải phổ SF = 16 sử dụng UTRA OVSF các mã channelization Độ dài mã Waslh 32 Phương pháp điều khiển kênh Kênh đặc biệt chỉ tới kênh chia sẻ Điều khiển kênh chung CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA HSDPA TRÊN THẾ GIỚI 3.1 Ứng Dụng của HSDPA : Từ khi dịch vụ HSDPA được chính thức giới thiệu vào tháng 8 năm 2006 đến nay đã có 267 mạng HSDPA tại 114 nước trong đó có 237 mạng đã được đưa vào thương mại hóa tại 105 nước. Trên 93% mạng W-CDMA thương mại hóa đã tiến lên HSDPA . Mạng UMTS 900 đã được hoạt động thương mại hóa tại Australia, Finland, Estonia, Iceland, New Zealand and Thailand. Trên 65 triệu thuê bao của mạng HSDPA. Số lượng mạng UMTS/HSDPA tại Mỹ Latin và Carible đã tăng lên từ không có mạng nào lên con số 41 tại 20 quốc gia trong vòng có 2 năm, trong đó có 35 mạng của các quốc gia Mỹ Latin. Số lượng thuê bao đã lên tới 5 triệu và nó sẽ tăng lên. Tại Canada mạng UMTS/HSDPA đã phủ tới 70% đất nước. AT& tại Mỹ hiện nay đã phủ tới 350 thành phố, còn T-Mobile đã xây dựng mạng này trên 130 thành phố. Đồng thời với việc triển khai mạng thì các thiết bị phục vụ cho mạng cũng rất nhiều. Có 1095 thiết bị HSDPA hoạt động được cung cấp bởi 148 công ty, bao gồm 467 điện thoại di động và UMPC, và 128 máy tính xách tay. 671 thiết bị HSDPA hỗ trợ tốc độ 3,6 Mbps (bao gồm cả notebook), 337 thiết bị HSDPA hố trợ tốc độ 7,2 Mbps. 3.2 Phát Triển Của HSDPA : Bước phát triển tiếp theo của HSDPA là HSPA+ hay còn được biết đến như là HSPA Evolution& Evolved HSPA có thể cung cấp tốc độ dữ liệu lên tới 42 Mbps cho đường xuống và 22 Mbps cho đường lên nếu sử dụng hệ thống Antenna MIMO. Tài liệu tham khảo: [1] 3GPP. Technical Specification Group Radio Access Network (TS 25.308 V5.7.0 (12-2004)). “Technical Specification: High Speed Downlink Packet Access; Overall Description,Stage 2 (Release 5)”. [2] Harri Holma, Antti Toskala. “HSDPA HSUPA for UMTS High Speed Radio Access for Mobile Communications”. John willey& Sons LTD. 2006 [3] Mohamad Assaad, Djamal Zeghlache. “TCP Performance over UMTS-HSDPA Systems”. Auerbach Publication [4] Harri Holma, Antti Toskala . “Wcdma for umts radio access for third generation mobile communications”. John willey& Sons LTD, Third Edition [5] “Simulating High Speed Downlink Packet Access (HSDPA)”. N2Nsoft white paper series. 2006 [6] Yoshikazu Goto, Hideyuki Matsutani and Yoshiyuki Yasuda. Overview of HSDPA: “Special Feature:HSDPA technologies Enabling Greater”. Vol.5 No.4 Apr.2007 [7] TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Giáo trình Thông tin di động thế hệ ba”, NXB Bưu điện. 3/2004. [8] TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng. “Giáo trình Thông tin di động”. NXB Bưu điện. 6/2002. [9] TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng. “Thông tin di động GSM”. NXB Bưu Điện. 1999. [10] TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng. “Lý thuyết trải phổ và ứng dụng”. NXB Bưu Điện. 05/2000. [11] www.3gpp.org [12] www.umtsworld.com [13]