D Ữ Li Ệ U Chuy Ể N M Ạ Ch Gói Và Chuy Ể N M Ạ Ch Kênh

Ký hiệu:

Tn: Chu kỳ của mã giả ngẫu nhiên dùng cho trải phổ. Tb: Thời gian một bit của luồng số cần phát.

Tc: Thời gian một chip của mã trải phổ.

Hệ thống FHSS thực hiện trải phổ bằng cách nhảy tần số mang trên một tập lớn các tần số. Mẫu nhảy tần có dạng giả ngẫu nhiên. Tần số mang trong khoảng thời gian của một chip Tc giữ nguyên không đổi. Tốc độ nhảy tần có thể nhanh hoặc chậm. Trong hệ thống nhảy tần nhanh, nhảy tần được thực hiện ở tốc độ cao hơn tốc độ bit của bản tin, còn ở hệ thống nhảy tần chậm thì ngược lại.

T 2T

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 105 trang tài liệu này.

Hình 2.2: Trải phổ nhảy tần (FHSS)

Trong hệ thống THSS, một khối các bit số liệu được nén và được phát ngắt quãng trong một hay nhiều khe thời gian trong một khung chứa một số lượng lớn các khe thời gian. Một mẫu nhẩy thời gian sẽ xác định các khe thời gian nào được sử dụng để truyền dẫn trong mỗi khung. Độ rộng khe t = T1/M,

trong đó M là số khe thời gian trong một khung (trong t/h này M =

Mét khung

Hình 2.3: Trải phổ nhảy thời gian (THSS)

T1 2T 3T

8).

Hiện nay, điều đáng quan tâm về các hệ thống trải phổ là các ứng dụng đa

truy nhập mà ở đó nhiều người sử dụng cùng chia sẻ một độ rộng băng tần truyền dẫn. Trong hệ thống DSSS, tất cả các người sử dụng cùng dùng chung một băng tần và phát tín hiệu của họ đồng thời. Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên chính xác để lấy ra tín hiệu mong muốn bằng cách nén phổ. Các tín hiệu khác xuất hiện ở dạng các nhiễu phổ rộng công suất thấp tựa tạp âm. Trong các hệ thống FHSS và THSS, mỗi người sử dụng được ấn định một mã giả ngẫu nhiên sao cho không có cặp máy phát nào sử dụng cùng tần số hay cùng khe thời gian cho nên các máy phát sẽ tránh được xung đột. Như vậy, FHSS và THSS là kiểu hệ thống tránh xung đột, trong khi đó DSSS là kiểu hệ thống lấy trung bình. Hệ thống thông tin di động sử dụng DSSS nên ta chỉ xét đến kỹ thuật trải phổ DSSS.

2.2. Giới thiệu chung hệ thống UMTS

Nền tảng của mạng GSM hiện tại sẽ được mở rộng thành mạng lưới rất rộng lớn để có thể phục vụ một số lượng thuê bao dự đoán trong tương lai. Cấu trúc hệ thống UMTS hiện tại đang được nghiên cứu, về cơ bản có thể chia ra những phần sau:

- Mạng truy cập UTRAN.

- Mạng lõi CN.

- Thiết bị của người sử dụng UE.

Hình 2.4: Cấu trúc hệ thống UMTS

Và các phần trên được kết nối với nhau qua các giao diện mở. Cấu trúc hệ thống UMTS

Ký hiệu:

- USIM (User Sim Card): Thẻ Sim Card của người sử dụng.

- MS (Mobile Station): Máy điện thoại di động.

- RNC (Radio Node Controller): Bộ điều khiển trạm gốc.

- MSC (Mobile Services Switching Center): Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động.

- VLR (Visitor Location Register): Bộ ghi định vị tạm trú.

- SGSN (Servicing GPRS (General Packet Radio Service) Support Node):

Điểm hội trợ GPRS (Dịch vụ vô tuyến gói chung) đang phục vụ.

- GMSC (Gateway Mobile Services Switching Center): Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng.

- GGSN (Gateway GPRS Support Node): Nút hỗ trợ GPRS cổng.

- HLR (Home Location Register): Bộ ghi định vị thường trú.

- UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network): Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS.

- CN (Core Network): Mạng lõi.

- Hiện tại tiến trình tiêu chuẩn hoá UMTS đang được triển khai. Phần mạng truy nhập của UMTS là UTRAN đã được chuẩn hoá. Tháng 01/1998, ETSI quyết định sử dụng UTRA FDD hay W-CDMA trên băng tần đôi và UTRA TDD hay TD/CDMA trên băng tần đơn.

2.3. Mạng truy nhập UTRAN

2.3.1. Đặc tính mạng UTRAN

2.3.1.1. Phổ tần

Phổ tần hệ thống thông tin di động mặt đất UMTS gồm:

- Băng tần kép (1929-1980 MHz ~ 2110-2170 MHz).

- Băng tần đơn (1910-1920 MHz ~ 2010-2025 MHz). Dải phổ trên đã được lựa chọn ở cả Châu Âu và Nhật Bản.

2.3.1.2. Hai chế độ kép

Trước hết ta phải phân biệt được các khái niệm UTRA-FDD hay W- CDMA và UTRA TDD hay TD/CDMA. Từ hệ thống IMT-2000, ở Châu Âu ETSI đã xây dựng nên hệ thống UMTS có giao diện vô tuyến là UTRAN có hai

chế độ hoạt động là UTRAN FDD và UTRAN TDD đều sử dụng công nghệ nền tảng là W-CDMA. Trong khi đó ở Nhật, ARIB cũng xây dựng nên một hệ thống 3G tương tự UMTS ở Châu Âu và giao diện vô tuyến cũng có hai chế độ là W- CDMA và TD/CDMA cũng sử dụng công nghệ W-CDMA làm nền tảng. Như vậy ta có thể hiểu đơn giản là UTRA FDD ở Châu Âu và W-CDMA ở Nhật là một, sử dụng băng tần kép có đường lên và xuống ở hai dải tần số khác nhau phân chia theo tần số; còn UTRA TDD Châu Âu và TD/CDMA ở Nhật là một, sử dụng băng tần đơn có đường lên và xuống cùng băng tần nhưng được phân chia theo khe thời gian.

Như vậy, hai chế độ được định nghĩa trong UTRA là FDD và TDD. Cả hai chế độ đều là CDMA băng rộng (W-CDMA) với độ rộng kênh vô tuyến là 5 MHz và đã được phát triển nhằm sử dụng tối đa hiệu quả và lợi ích của CDMA. ETSI đang nỗ lực nhằm kết hợp hài hoà giữa hai chế độ này. Hiện tại ETSI chỉ chú trọng đến chế độ FDD và người ta chưa rõ là liệu TDD có được đưa vào hệ thống UMTS pha 1 hay không.

Tương tự, tổ chức tiêu chuẩn Nhật Bản (ARIB) cũng chưa coi TD/CDMA là một lựa chọn dự phòng. TD/CDMA sẽ được sử dụng trên băng tần đơn. Lợi ích của TD/CDMA (cũng như UTRA TDD) là khả năng quản lý lưu lượng không song công (lưu lượng giữa đường lên và đường xuống khác nhau). Bởi TD/CDMA có đường lên và đường xuống ở trên cùng một băng tần chỉ phân cách về mặt thời gian, nên đối với việc truyền số liệu không cân bằng giữa đường lên và đường xuống, hiệu quả phổ của chế độ TD/CDMA sẽ cao hơn so với chế độ W-CDMA (ấn định hai băng tần riêng cho đường lên và đường xuống). Lấy Internet là một ví dụ điển hình, rất nhiều thông tin được tải xuống từ các trang WEB mà rất ít thông tin được gửi đi.

Như vậy ta có thể thấy chế độ UTRA TDD ở Châu Âu (TD/CDMA ở Nhật) ưu điểm hơn chế độ UTRA-FDD (W-CDMA ở Nhật) tuy nhiên có thể chưa được triển khai ngay trong pha 1 vì lí do độ phức tạp của kỹ thuật.

2.3.1.3. Dung lượng

UTRAN hỗ trợ cả tốc độ bit thấp và tốc độ bit cao. Tốc độ 384kb/s khi chuyển động và 2Mb/s khi cố định đảm bảo đáp ứng nhu cầu khác nhau của người sử dụng từ thoại tới đa dịch vụ multimedia. Người sử dụng sẽ nhận thấy hiệu quả ứng dụng cao hơn so với các ứng dụng ngày nay đang sử dụng trên mạng di động. Đa dạng tốc độ truyền số liệu cũng thực hiện được bằng cách sử dụng các phương pháp trải phổ động và tương thích năng lượng truyền sóng.

2.3.1.4. Dữ liệu chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh

Các dịch vụ gói đưa ra khả năng luôn luôn “trực tuyến - online” đối với các ứng dụng mà không cần chiếm một kênh riêng biệt. Các dịch vụ gói cũng cho phép người dùng trả tiền cước trên cơ sở tổng số byte số liệu trao đổi qua mạng mà không phải trả tiền theo thời gian kết nối. UTRAN có một chế độ tối ưu gói. Nó hỗ trợ truyền nhanh các gói đột xuất, truyền trên kênh riêng khi lưu lượng gói lớn và liên tục. Các dịch vụ dữ liệu gói rất quan trọng đối với việc xây dựng các ứng dụng kinh tế cho truy nhập mạng LAN và Internet.

Các dịch vụ chuyển mạch kênh tốc độ cao là cần thiết đối với các ứng dụng thời gian thực, ví dụ như hội nghị truyền hình.

2.3.2. Cấu trúc hệ thống

Hệ thống UTRAN bao gồm một tập các phân hệ mạng vô tuyến RNS (Radio Network Subsystem) kết nối tới mạng lõi trên giao diện Iu và kết nối với nhau trên giao diện Iur. Một phân hệ mạng vô tuyến RNS bao gồm một đơn vị điều khiển mạng vô tuyến RNC (Radio Network Controller) và một hoặc nhiều

thực thể được gọi là nút B (Node B). Node B được nối với RNC trên giao diện Iub. Mỗi RNS chịu trách nhiệm quản lý các ô vô tuyến của nó.

Với mỗi kết nối giữa thiết bị người sử dụng UE với mạng UTRAN, sẽ có một RNS gọi là RNS phục vụ (Serving RNS). Khi cần thiết, các RNS kề cận (Drift RNS) hỗ trợ RNS phục vụ bằng cách cung cấp các kênh vô tuyến. Vai trò của một RNS (phục vụ hay kề cận) là trên cơ sở từng kết nối giữa thiết bị người sử dụng và mạng UTRAN.

RNS bao gồm chức năng tách/ghép kênh nhằm hỗ trợ sự phân tập giữa các Node B khác nhau.

Hình 2.5: Cấu trúc mạng UTRAN

2.3.2.1. Cấu trúc RNC

Là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển các tài nguyên vô tuyến của UTRAN. Nó giao diện với CN 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.

RNC điều khiển nút B thông qua giao diện Iub được biểu thị như là RNC điều khiển CRNC (Control RNC) của nút B. CRNC chịu trách nhiệm điều khiển tải và tránh nghẽn cho các ô của mình. Khi một kết nối MS - UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên từ nhiều RNC, các RNC này sẽ có hai vai trò logic riêng biệt:

- RNC phục vụ SRNC (Service RNC) đối với một MS là RNC kết cuối cả đường Iu để truyền số liệu người sử dụng và cả báo hiệu RANAP (Radio Access Network Application Part) tương ứng từ / tới mạng lõi. SRNC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến: giao thức báo hiệu giữa UE và UTRAN. Nó xử lí số liệu lớp 2 từ / tới giao diện vô tuyến. SRNC cũng là CRNC của một nút B nào đó được MS sử dụng để kết nối với UTRAN.

- RNC kề cận DRNC (Drift RNC) là một RNC bất kỳ khác với SRNC để điều khiển các ô được MS sử dụng. Khi cần nó thực hiện kết hợp, phân chia ở phân tập vĩ mô. DRNC không thực hiện xử lí lớp 2 đối với số liệu tới / từ giao diện vô tuyến mà chỉ định tuyến số liệu trong suốt giữa các giao diện Iub và Iur. Một UE có thể có nhiều DRNC.

2.3.2.2. Nút B (trạm gốc)

Thực hiện xử lí lớp 1 của giao diện vô tuyến (mã hoá kênh, đan xen, thích ứng tốc độ trải phổ). Nó cũng thực hiện điều khiển công suất vòng trong. Về chức năng nó giống như trạm gốc BTS ở GSM.

2.4. Mạng lõi CN

- HLR là một cơ sở dữ liệu được đặt tại hệ thống chủ nhà của người sử dụng để

lưu giữ thông tin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng bao gồm: thông