Chương 1: Hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS • Giao diện Iub: kết nối một nút B với một RNC. Nó cho phép hỗ trợ sự cạnh tranh giữa các nhà sản xuất trong lĩnh vực này. UMTS là hệ thống điện thoại di động đầu tiên có Iub được tiêu chuẩn hoá như một giao diện mở hoàn toàn.4 Mạng lõi CN (Core Network) Những chức năng chính của việc nghiên cứu mạng lõi UMTS là: • Quản lí di động, điều khiển báo hiệu thiết lập cuộc gọi giữa UE và mạng lõi • Báo hiệu giữa các nút trong mạng lõi • Định nghĩa các chức năng giữa mạng lõi và các mạng bên ngoài • Những vấn đề liên quan đến truy nhập gói • Giao diện Iu và các yêu cầu quản lí và điều hành mạng Mạng lõi UMTS có thể chia thành 2 phần: chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Thành phần chuyển mạch kênh gồm: MSC, VLR và cổng MSC.
Thành phần chuyển mạch gói gồm nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN: Serving GPRS Support Node) và cổng nút hỗ trợ GPRS (GGSN: Gateway GPRS Support Node). Một số thành phần của mạng như HLR và AUC được chia sẽ cho cả hai phần. Cấu trúc của mạng lõi có thể được thay đổi khi các dịch vụ mới và các đặc điểm mới của hệ thống được đưa ra. Các phần tử chính của mạng lõi như sau : • HLR (Home Location Register: Thanh ghi định vị thường trú) là một cơ sở dữ liệu để lưu trữ thông tin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng, bao gồm thông tin về các dịch vụ bổ sung như trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi.
• MSC/VLR (Mobile Service Switching Center: Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động) 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. Nhiệm vụ của MSC là sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh. VLR làm nhiệm vụ giữ bản sao về lý lịch của 12 Chương 1: Hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS người sử dụng cũng như vị trí chính xác hơn của UE trong hệ thống đang phục vụ. CS là phần mạng đựơc truy nhập qua MSC/VLR.
• GMSC (Gateway MSC) là chuyển mạch tại điểm kết nối UMTS PLMN với mạng CS bên ngoài. Vùng PS là phần mạng được truy nhập qua SGSN. • GGSN (Gateway GPRS Support Node) có chức năng giống như các dịch vụ điện thoại, ví dụ như ISDN hoặc PSTN. • Các mạng PS đảm bảo các kết nối cho những dịch vụ chuyển mạch gói, ví dụ như Internet.5 Truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) Hình 1.3: Cấu trúc của UTRAN UTRAN bao gồm một hay nhiều hệ thống con mạng vô tuyến RNS (Radio Network Subsystem).
Một RNS là một mạng con trong UTRAN và gồm một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC (Radio Network Controller) và một hay nhiều Node B. Các RNC và các Node B được kết nối với nhau bằng giao diện Iub. 13 Chương 1: Hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS Các đặc tính chính của UTRAN : • Hỗ trợ UTRAN và tất cả các chức năng liên quan. Đặc biệt là các ảnh hưởng chính lên việc thiết kế là yêu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm (một đầu cuối kết nối qua hai hay nhiều ô tích cực) và các thuật toán quản lý tài nguyên đặc thù WCDMA.
• Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói bằng một ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến duy nhất và bằng cách sử dụng cùng một giao diện để kết nối từ UTRAN đến cả hai vùng PS và CS của mạng lõi. • Đảm bảo tính chung nhất với GSM khi cần thiết. • Sử dụng truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN. Hai thành phần trong UTRAN: bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và node B.
Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC RNC là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển các tài nguyên vô tuyến của UTRAN. Nó giao diện với CN (thông thường với một MSC và một SGSN) và kết cuối giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC (Radio Resource Control), giao thức này định nghĩa các bản tin và các thủ tục giữa MS và UTRAN. Nó đóng vai trò như BSC. Các chức năng chính của RNC : - Điều khiển tài nguyên vô tuyến - Cấp phát kênh - Thiết lập điều khiển công suất - Điều khiển chuyển giao - Phân tập Macro - Mật mã hóa - Báo hiệu quảng bá - Điều khiển công suất vòng hở 14 Chương 1: Hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS Node B (trạm gốc) Chức năng chính của Node B là thực hiện xử lý L1 của giao diện vô tuyến (mã hoá kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ,…).
Nó cũng thực hiện một phần khai thác quản lý tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòng trong. Về phần chức năng nó giống như trạm gốc ở GSM. Lúc đầu Node B được sử dụng như là một thuật ngữ tạm thời trong quá trình chuẩn hoá nhưng sau đó nó không bị thay đổi.6 Thiết bị người sử dụng UE (User Equipment) UE là sự kết hợp giữa thiết bị di động và module nhận dạng thuê bao USIM (UMTS subscriber identity). Giống như SIM trong mạng GSM/GPRS, USIM là thẻ có thể gắn vào máy di động và nhận dạng thuê bao trong mạng lõi.
• Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment) là đầu cuối vô tuyến được sử dụng cho thông tin vô tuyến giao diện Uu. • Modun nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity Modulo) là một thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng thuê bao, thực hiện các thuật toán nhận thực và lưu giữ các khoá nhận thực cùng một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối.5 CÁC KÊNH CỦA WCDMA/UMTS Các kênh của WCDMA được chia thành các loại kênh sau đây: - Kênh vật lý (PhCH). Kênh mang số liệu trên giao diện vô tuyến. Mỗi PhCH có một trải phổ mã định kênh duy nhất để phân biệt với kênh khác.
Một người sử dụng tích cực có thể sử dụng các PhCH riêng, chung hoặc cả hai. Kênh riêng là kênh PhCH dành riêng cho một UE còn kênh chung được chia sẻ giữa các UE trong một ô. - Kênh truyền tải (TrCH). Kênh do lớp vật lý cung cấp cho lớp 2 để truyền số liệu.
Các kênh TrCH được sắp xếp lên các PhCH 15 Chương 1: Hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS - Kênh Logic (LoCH). Kênh được lớp con MAC của lớp 2 cung cấp cho lớp cao hơn. Kênh LoCH được xác định bởi kiểu thông tin mà nó truyền.1 Các kênh logic, LoCH Nói chung các kênh logic (LoCH: Logical Channel) được chia thành hai nhóm: các kênh điều khiển (CCH: Control Channel) để truyền thông tin điều khiển và các kênh lưu lượng (TCH: Traffic Channel) để truyền thông tin của người sử dụng. Nhóm kênh điều khiển: - Kênh điều khiển quảng bá(BCCH) - Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH) - Kênh điều khiển chung (CCCH) - Kênh điều khiển riêng (DCCH) Nhóm kênh lưu lượng: - Kênh lưu lượng riêng (DTCH) - Kênh lưu lượng chung (CTCH) 1.2 Các kênh truyền tải, TrCH Tồn tại hai kiểu kênh truyền tải: các kênh riêng và các kênh chung.
Điểm khác nhau giữa chúng là: kênh chung là tài nguyên được chia sẻ cho tất cả hoặc một nhóm các người sử dụng trong ô, còn kênh kênh riêng được ấn định riêng cho một người sử dụng duy nhất. Danh sách các kênh truyền tải - DCH (Dedicated Channel: Kênh riêng): Kênh hai chiều được sử dụng để phát số liệu của người sử dụng. Được ấn định riêng cho người sử dụng. Có khả năng thay đổi tốc độ và điều khiển công suất nhanh - BCH (Broadcast Channel: Kênh quảng bá): Kênh chung đường xuống để phát thông tin quảng bá (chẳng hạn thông tin hệ thống, thông tin ô) 16 Chương 1: Hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS - FACH (Forward Access Channel: Kênh truy nhập đường xuống): Kênh chung đường xuống để phát thông tin điều khiển và số liệu của người sử dụng.
Kênh chia sẻ chung cho nhiều UE. Được sử dụng để truyền số liệu tốc độ thấp cho lớp cao hơn - PCH (Paging Channel: Kênh tìm gọi): Kênh chung dường xuống để phát các tín hiệu tìm gọi - RACH (Random Access Channel): Kênh chung đường lên để phát thông tin điều khiển và số liệu người sử dụng. áp dụng trong truy nhập ngẫu nhiên và được sử dụng để truyền số liệu thấp của người sử dụng - CPCH (Common Packet Channel: Kênh gói chung): Kênh chung đường lên để phát số liệu người sử dụng. áp dụng trong truy nhập ngẫu nhiên và được sử dụng trước hết để truyền số liệu cụm.
- DSCH (Dowlink Shared Channel: Kênh chia sẻ đường xuống): Kênh chung đường xuống để phát số liệu gói. Chia sẻ cho nhiều UE. Sử dụng trước hết cho truyền dẫn số liệu tốc độ cao.3 Các kênh vật lý Một kênh vật lý được coi là tổ hợp của tần số, mã ngẫu nhiên, mã định kênh và cả pha tương đối (đối với đường lên). Các kênh vật lý được tổng kết ở hình 1.4: 17 Chương 1: Hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS Hình 1.4: Tổng kết các kiểu kênh vật lý - DPDCH (Dedicated Physical Data Channel: Kênh vật lý số liệu riêng): Khi sử dụng DPCH, mỗi UE được ấn định ít nhất một DPDCH.
Kênh được sử dụng để phát số liệu người sử dụng từ lớp cao hơn - DPCCH (Dedicated Physical Control Channel: Kênh vật lý điều khiển riêng): Khi sử dụng DPCH, mỗi UE chỉ được ấn định một DPCCH. Kênh được sử dụng để điều khiển lớp vật lý của DPCH. DPCCH là kênh đi kèm với DPDCH chứa: các ký hiệu hoa tiêu, các ký hiệu điều khiển công suất (TPC: Transmission Power Control), chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI). Các ký hiệu hoa tiêu cho phép máy thu đánh giá hưởng ứng xung kim của kênh vô tuyến và thực hiện tách sóng nhất quán.
Các ký hiệu này cũng cần cho hoạt động của anten thích ứng (hay anten thông minh) có búp sóng hẹp. TPC để điều khiển công suất vòng kín nhanh cho cả đường lên và đường xuống. TFCI thông tin cho máy thu về các thông số tức thời của các kênh truyền tải: các tốc độ số liệu hiện thời trên các kênh số liệu khi nhiều 18 Chương 1: Hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS dịch vụ được sử dụng đồng thời. Ngoài ra TFCI có thể bị bỏ qua nếu tốc độ số liệu cố định.
- PRACH (Physical Random Access Channel: Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên): Kênh chung đường lên.