Chương 1 của luận văn đã trình bày những nội dung như sau: (1) Tìm hiểu sơ lược về hệ thống MIMO cũng như tầm quan trọng của nó trong các hệ thống không dây. (2) Các kỹ thuật phân tập chính trong hệ MIMO như phân tập thời gian, phân tập tần số, phân tập không gian,… (3) Trình bày một số kết quả dung năng của hệ SISO và hệ nhiều anten như MISO, SIMO, MIMO. Qua đó ta thấy được nguyên lý hoạt động của hệ thống MIMO cũng như những ưu điểm của nó so với các hệ thống SISO, MISO, SIMO về dung năng. MIMO có lợi như vậy, UTRAN quen dùng khi kết hợp với MIMO có tốt không? Để tìm hiểu về khả năng dùng MIMO trong hệ 3GPP, chương sau đây sẽ xét những nét chung về 3GPP.
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 13 Chương 2 - TÌM HIỂU VỀ UTRAN 3GPP [1] [6] UTRAN 3GPP là mạng đa truy cập trong hệ thống 3G W-CDMA (mạng lõi và mạng truy cập). Trước khi xét chi tiết về UTRAN, ta xét sơ lược về W-CDMA, một trong chuẩn hệ thống 3G. Giới thiệu về hệ thống thông tin di động thế hệ ba 2. Giới thiệu 3G mang lại cho người dùng các dịch vụ giá trị gia tăng cao cấp, giúp chúng ta thực hiện truyền thông thoại và dữ liệu (như e-mail và tin nhắn dạng văn bản), tải xuống âm thanh và hình ảnh với băng tần rộng.
Các ứng dụng 3G thông dụng gồm hội nghị video di động, chụp và gửi ảnh kỹ thuật số nhờ điện thoại, máy ảnh, gửi và nhận e-mail và file đính kèm với dung lượng lớn, tải tệp tin video và MP3, thay cho modem để kết nối đến máy tính xách tay hay PDA và nhắn tin dạng chữ với chất lượng cao… 2. Thế nào là công nghệ 3G 3G là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (Third Generation). Có nhiều chuẩn thông tin di động thế hệ 3G được đề xuất như: WCDMA, WTDMA, TDMA/CDMA, ODMA, WCDMA2000…Trong đó WCDMA (Wide Band Code Division Multiple Access - đa truy cập phân chia theo mã băng rộng) là nổi bật nhất cho truyền thông đa phương tiện. Đặc điểm kỹ thuật của nó là được tạo ra từ các đề án của các đối tác thế hệ 3 (3GPP - 3rd Generation Partership Project).
Hệ thống 3G của châu Âu được gọi là UMTS (Universal Mobile Telecommunication System: Hệ thống viễn thông di động toàn cầu). Cấu trúc hệ thống UMTS Cấu trúc UMTS bao gồm các phần tử mạng logic và các giao diện. UMTS sử dụng cấu trúc như hệ thống 2G thậm chí cả một phần cấu trúc của hệ thống thế hệ 1. Các giao diện là các giao diện mở vì cần định nghĩa giao diện này sao cho ở mức chi tiết có thể sử dụng được thiết bị của 2 nhà sản xuất khác nhau ở các điểm cuối.
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.1: Cấu trúc mạng UMTS Về mặt chức năng, các phần tử mạng được nhóm thành (Xem hình 2.1): Thiết bị người sử dụng UE (User Equipment): Thực hiện giao diện người dùng với hệ thống o UE bao gồm hai phần: Thiết bị di động ME (Moblie Equipment), Modul nhận dạng thuê bao USIM (UMTS Subcriber Indentity Module) Mạng truy nhập vô tuyến RAN (Radio Access Network) hay UTRAN (UMTS Terrestrial RAN) để thực hiện chức năng liên quan đến vô tuyến. o Node B được coi là BS o Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC (Radio Network Controller) Mạng lõi CN (Core Network): Để thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi và kết nối số liệu o Thanh ghi định vị thường trú HLR (Home Location Register) o Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động/Bộ ghi định vị tạm trú MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/ Visitor Location Register) o Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng GMSC (Gateway Mobile Services Switching Center) o Điểm hỗ trợ GPRS đang phục vụ (Servicing GPRS Support Node ): o Nút hỗ trợ GPRS cổng GGSN (Gateway GPRS Support Node) Các giao diện: Cu, Uu, Iu, Iur, Iub (Sẽ trình bày kỹ ở phần 2.2) UMTS được phát triển từ các hệ thống GSM hiện tại. Ngoài ra người ta còn có một mong muốn rất lớn là hệ thống UMTS sẽ có khả năng kết hợp nhiều mạng TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 15 khác nhau như PMR, MSS, WLAN… thành một mạng thống nhất có khả năng hỗ trợ các dịch vụ số liệu tốc độ cao và quan trọng hơn đây sẽ là một mạng định hướng dịch vụ. Về mặt phổ, dải tần của UMTS theo hình (2.2: Sử dụng phổ UMTS Về mặt phân bố nút mạng theo hình (2.3: Các nút mạng UMTS 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 hoàn toàn là 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 thoại và video) cuối cùng sẽ được truyền đi trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch gói. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.
Cấu trúc phân lớp của W-CDMA Cấu trúc phân lớp của WCDMA được xây dựng trên cơ sở các tiêu chuẩn của UMTS được thể hiện như hình (2.4: Cấu trúc phân lớp của mạng WCDMA Trong đó: + GC: General Control: Điều khiển chung + Nt: Notification: Thông báo + DC: Dedicate Control: Điều khiển riêng Các giao thức giữa các phần tử trong mạng WCDMA được chia thành hai tầng chính: Tầng không truy nhập và tầng truy nhập (Hình 2.4) Cấu trúc giao thức ở giao diện vô tuyến (Uu) như hình sau: Hình 2.5: Cấu trúc giao thức ở giao diện vô tuyến TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 17 Giao diện vô tuyến được phân thành 3 lớp giao thức: Lớp vật lý (L1) Lớp kết nối số liệu (L2) Lớp mạng (L3) Lớp 2 được chia thành các lớp con: MAC: Medium Access Control: Điều khiển truy nhập môi trường RLC: Radio Link Control: Điều khiển kết nối vô tuyến PDCP: Packet Data Convergence Protocol: Giao thức hội tụ số liệu gói BMC: Broadcast/Multicast Control: Điều khiển quảng bá/Đa phương. Lớp 3 và RLC được chia thành hai phần: Phần điều khiển (C) và phần người sử dụng (U). PDCP và BMC chỉ có ở phần (U). Trong mặt phẳng (C) lớp 3 được chia thành các lớp con: “Tránh lặp” (TBD) nằm ở tầng truy nhập nhưng kết cuối ở mạng lõi CN và lớp RRC.
Báo hiệu của các lớp cao hơn MM (Mobility Management) và CM (Connection Management) được coi là ở tầng truy nhập. Tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu về lớp vật lý và lớp liên kết số liệu 2. Lớp vật lý trong WCDMA Lớp vật lý ảnh hưởng lớn đến sự phức tạp của thiết bị về mặt đảm bảo khả năng xử lý băng tần cơ sở cần thiết ở trạm gốc và trạm đầu cuối. Trên quan điểm dịch vụ các hệ thống thế hệ 3 là các hệ thống băng rộng, vì thế không thể thiết kế lớp vật lý chỉ cho một dịch vụ thoại duy nhất mà cần đảm bảo tính linh hoạt cho các dịch vụ tương lai.
Các kênh truyền tải và sắp xếp chúng lên các kênh vật lý Kênh truyền tải kênh riêng DCH - Dedicated Channel (Uplink/Downlink) Mạng thông tin từ các lớp trên lớp vật lý riêng cho một người sử dụng bao gồm số liệu cho dịch vụ hiện thời (như là các khung tiếng) và thông tin điều khiển lớp cao (các lệnh chuyển giao và các báo cáo đo đạc từ UE). Lớp vật lý không thể phân biệt hai loại thông tin này nên xử lý như nhau. Nhờ việc hỗ trợ tốc độ bít thay đổi và ghép kênh nên ở WCDMA không cần kênh truyền tải tách biệt cho số liệu và điều khiển như GSM. Kênh truyền tải riêng được đặc trưng bởi các tính năng như: Điều khiển công suất nhanh, thay đổi tốc độ số liệu nhanh theo từng khung và khả năng phát đến TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 18 một phần ô hay đoạn ô bằng cách thay đổi hướng anten của hệ thống anten thích nghi.
Các kênh riêng hỗ trợ chuyển giao mềm. Kênh truyền tải chung UTRA định nghĩa 6 kiểu kênh truyền tải chung. Các kênh này có một số điểm khác với các kênh trong GSM, chẳng hạn như truyền dẫn gói ở các kênh chung và một kênh dùng chung đường xuống để phát số liệu gói. Các kênh chung không có chuyển giao mềm, nhưng một số kênh có điều khiển công suất nhanh.
Kênh quảng bá BCH (Broadcast Channel) Được sử dụng để phát các thông tin đặc thù UTRAN hoặc ô. Trong một mạng, số liệu quan trong nhất là các mã truy nhập ngẫu nhiên và các khe thời gian có thể cấp phát hay các kiểu phân tập phát được sử dụng cho các kênh khác ở một ô cho trước. Vì UE chỉ có thể đăng ký đến một ô nếu nó có thể giải mã kênh quảng bá nên cần phát kênh này ở công suất khá cao để phủ sóng đến toàn bộ mọi người trong ô. Tốc độ thông tin trên kênh bị giới hạn bởi khả năng giải mã của các UE tốc độ thấp cho nên tốc độ kênh quảng bá UTRA là thấp và cố định.
Kênh truy nhập đường xuống FACH (Forward Access Channel) Mạng thông tin truyền tải đến các UE nằm trong một ô cho trước. Các số liệu gói cũng có thể được phát trên kênh FACH. Trong một ô có thể có nhiều FACH. Một FACH cần có tốc độ bít đủ thấp để tất cả các UE thu được.
FACH không sử dụng điều khiển công suất nhanh và để thu đúng các bản tin được phát nó có chứa thông tin nhận dạng trong dải. Kênh tìm gọi PCH (Paging Channel) Mạng số liệu liên quan đến thủ tục tìm gọi khi mạng muốn khởi đầu thông tin với UE. Tùy theo cấu hình hệ thống bản tin tìm gọi có thể được phát trong một ô hoặc trong hàng trăm ô. Việc thiết kế kênh tìm gọi ảnh hưởng đến công suất tiêu thụ của UE ở chế độ chờ.
UE càng ít điều chỉnh máy thu của mình để thu bản tin tìm gọi thì pin của nó ở chế độ chờ càng lâu. Kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH (Random Access Channel) Được sử dụng để mang thông tin điều khiển từ UE như yêu cầu thiết lập một kết nối. Kênh này cũng được dùng để phát đi các cụm nhỏ số liệu gói từ UE. Để hoạt động đúng, hệ thống phải thu được kênh này từ toàn bộ vùng phủ của ô.
Cho nên tốc độ số liệu thực tế phải đủ thấp. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.