Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Tổng Quan Về Hệ Thống UMTS

Tổng Quan Về Hệ Thống UMTS

Tải bản đầy đủ - 0trang

Lời giới thiệu



trình phát triển lên mạng di động thế hệ thứ 3. Công nghệ WCDMA sẽ tận dụng cơ

sở hạ tầng sẵn có của mạng GSM để phát triển, vì vậy nó sẽ tiết kiệm được chi phí

cho các nhà đầu tư.

Các đặc điểm của công nghệ WCDMA:

+ WCDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ phân chia theo mã trực tiếp DS-CDMA.

Tức là các bits thông tin của người dùng sẽ được trải phổ trên một băng rộng bằng

cách nhân bits dữ liệu với chuỗi bits ngẫu nhiên tốc độ cao quasi (gọi là tốc độ

chips) lấy từ mã trải phổ CDMA. Vì vậy mà WCDMA có thể hổ trợ tốc độ bits cao

đến 2Mbps.

+ WCDMA sử dụng tốc độ chips 3.84Mcps cho các sóng mang có băng thơng

là 5Mhz. Còn DS-CDMA sử dụng sóng mang khoảng 1Mhz như IS-95 gọi là hệ

thống CDMA băng hẹp.

+ WCDMA hổ trợ các tốc độ dữ liệu khác nhau và tốc độ dữ liệu của người

dùng luôn không đổi trong một khung 10ms. Tuy nhiên giữa các người dùng khác

nhau thì có thể thay đổi từ khung này đến khung khác.

+ WCDMA hổ trợ 2 chế độ truy cập: FDD và TDD. Ở chế độ FDD, thì các

sóng mang 5Mhz khác nhau được sử dụng lần lượt cho các đường lên và đường

xuống, trong khi đó TDD chỉ sử dụng một sóng mang 5Mhz và phân biệt ở các khe

thời gian khác nhau cho đường lên và đường xuống.

+ WCDMA hổ trợ khơng đồng bộ giữa các trạm gốc, do đó khơng cần những

khoảng thời gian đồng bộ giữa các trạm. Vì vậy việc phát triển các trạm ở khu vực

trong nhà, thành phố sẽ dể dàng hơn.

+ WCDMA sử dụng kết hợp tách sóng ở đường lên và đường xuống dựa vào

việc sử dụng các biểu tượng hoa tiêu.

+ Hệ thống WCDMA sử dụng các máy thu Rake để làm giảm suy hao do nhiễu

đa đường.

+ Giao diện vô tuyến của WCDMA được chế tạo như là một cách để cải tiến hệ

thống CDMA, như hổ trợ khả năng tách sóng của nhiều người dùng, sử dụng anten

thông minh để làm tăng dung lượng và vùng phủ sóng của hệ thống.



Trang x



Lời giới thiệu



+ WCDMA được thiết kế để phát triển cùng với GSM. Vì vậy, chuyển giao

giữa GSM và WCDMA được hổ trợ để có thể tận dụng vùng phủ sóng đã có của

GSM mà phát triển WCDMA.

+ Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1

+ Tốc độ điều khiển công suất trong WCDMA là 1500Hz lớn hơn trong

CDMA2000 là 800, vì vậy tối ưu hơn trong việc giảm nhiễu.

Với việc sử dụng những kỹ thuật tiên tiến trong triệt nhiễu, cùng với tốc độ

truy cập cao hệ thống thông tin di động thứ 3 hứa hẹn sẽ mang lại cho người sử

dụng những ứng dụng đa phương tiện: thoại có hình, truy cập internet tốc độ cao,

hội nghị truyền hình, truyền hình theo nhu cầu ... và nhiều dịch vụ khác.

1.4



Hệ thống UMTS



1.4.1 Tổng quan

UMTS là hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 của Châu Âu sử dụng kỹ

thuật trải phổ WCDMA. Năm 1998, châu Âu và Nhật đạt được sự nhất trí về những

tham số chủ chốt của khuyến nghị CDMA băng rộng và đưa nó trở thành phương án

kỹ thuật dùng giao diện khơng gian FDD trong hệ thống UMTS. Và từ đó phương

án kỹ thuật này được gọi là WCDMA để nêu rõ sự khác biệt với tiêu chuẩn CDMA

băng hẹp của Mỹ (băng rộng chỉ có 1,25 MHz).

UMTS được tiêu chuẩn hóa bởi tổ chức 3GPP. UMTS đơi khi còn được gọi

là 3GSM, để chỉ sự kết hợp về bản chất công nghệ 3G của UMTS và chuẩn GSM

truyền thống.



Trang x



Lời giới thiệu



Hình 1.1: Phổ tần số của hệ thống UMTS

 1920-1980 Mhz và 2110-2170 Mhz là các phổ tần dành cho đường uplink và

downlink trong các ứng dụng FDD.

 1900-1920 Mhz và 2010-2025 Mhz là các phổ tần dành cho đường uplink và

downlink trong các ứng dụng TDD.

 1980-2010 Mhz và 2170-2200 Mhz là các phổ tần dành cho đường uplink và

downlink cho vệ tinh.

1.4.2 Dịch vụ UMTS

UMTS cung cấp 3 loại dịch vụ viễn thông cơ bản:

 Bearer services: là dịch vụ viễn thông cho phép truyền thông tin giữa người

sử dụng và mạng.

 Teleservices: là các dịch vụ từ xa như thoại, SMS.

 Supplementary services: các dịch vụ mở rộng như hiển thị tên người gọi,

chuyển hướng cuộc gọi ...



Trang x



Lời giới thiệu



Hình 1.2: Tiêu chuẩn QoS cho các ứng dụng real-time và non-real-time

UMTS hổ trợ 4 loại QoS:

 Conversational class: yêu cầu độ trễ nhất định là nhỏ nhất, khơng có bộ đệm,

lưu lượng đối xứng, đảm bảo tốc độ bits.

 Streaming class: độ trễ thay đổi là nhỏ nhất, cho phép có bộ đệm, lưu lượng

khơng đối xứng, đảm bảo tốc độ bits.

 Interactive class: yêu cầu độ trễ vừa phải, cho phép có bộ đệm, lưu lượng

không đối xứng, không đảm bảo tốc độ bits.

 Background class: độ trễ lớn, cho phép có bộ đệm, lưu lượng không đối

xứng, không đảm bảo tốc độ bits.

1.4.3 Cấu trúc cơ bản của hệ thống UMTS

Hệ thống UMTS gồm nhiều phần tử logic, mỗi phần tử sẽ có một chức năng

xác định. Thường thì các phần tử được biết như là các phần tử logic nhưng khi thực

thi vào thực tế thì thường ở lớp vật lý, đặc biệt cũng có một số giao diện mở (giao

diện cho phép sử dụng các thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau). Dựa vào chức

năng của các phần tử logic mà người ta sẽ nhóm những phần tử có cùng chức năng

lại cùng một nhóm.

Hệ thống UMTS được chia thành 3 thành phần chính:

-



UE: thiết bị đầu cuối của người sử dụng.



Trang x



Lời giới thiệu



-



Mạng truy cập vô tuyến mặt đất ( UTRAN ): xử lý các chức năng có liên



-



quan đến vơ tuyến.

Mạng lõi ( CN ): chứa dữ liệu để quản lý người dùng, thực hiện định tuyến

cuộc gọi và kết nối dữ liệu với mạng bên ngồi.



Hình 1.3: Cấu trúc cơ bản và các giao diện của UMTS

Các loại giao diện trong mạng:

 Cu: là giao diện kết nối giữa USIM và ME. Cu là giao diện chuẩn cho các

card thông minh.

 Uu: là giao diện vô tuyến của WCDMA. Đây là giao diện mà qua đó UE truy

cập vào phần cố định của hệ thống mạng, vì vậy đây là giao diện mở quan

trọng nhất trong UMTS. Giao diện này nằm giữa nút B và đầu cuối.

 Iub: giao diện kết nối giữa node B và RNC. Khác với GSM đây là giao diện

mở. Điều này được mong đợi sẽ thúc đẩy sự cạnh tranh giữa các nhà sản

xuất với nhau, vì vậy sẽ khơng còn tình trạng độc quyền và chất lượng ngày

càng tốt hơn

 Iur: giao diện kết nối giữa các RNC với nhau. Ban đầu được thiết kế để đảm

bảo chuyển giao mềm giữa các RNC, nhưng trong quá trình phát triển nhiều

tính năng mới được bổ sung. Giao diện này đảm bảo bốn tính năng nổi bật

sau:

+ Di động giữa các RNC

+ Lưu thông kênh riêng

+ Lưu thông kênh chung

+ Quản lý tài nguyên toàn cục



Trang x



Lời giới thiệu



 Iu: giao diện kết nối UTRAN với CN, là giao diện mở. CN có thể kết nối đến

nhiều UTRAN cho cả giao diện IuCS và IuPS. Nhưng một UTRAN chỉ có

thể kết nối đến một điểm truy nhập CN. Iu gồm 2 phần:

• IuPS: dùng cho miền chuyển mạch gói

• IuCS: dùng cho miền chuyển mạch kênh

1.4.4 Mạng lõi (CN)

Mạng lõi của UMTS gồm 2 miền: miền chuyển mạch kênh (CS) và miền

chuyển mạch gói (PS).

• Chuyển mạch kênh (CS): một kênh sẽ được thiết lập và duy trì trong suốt

quá trình trao đổi giữa 2 người dùng. Sau khi quá trình trao đổi kết thúc thì

kênh sẽ được giải phóng, thường được dùng cho thoại. Chuyển mạch kênh

gồm các phẩn tử: MSC/VLR, GMSC.

• Chuyển mạch gói (PS): dữ liệu sẽ được chia thành các gói nhỏ hơn để

truyền. Mỗi gói sẽ có một địa chỉ đích để mà có thể được chuyển tiếp khi đi

qua các node. Ưu điểm của kỹ thuật này là khi mà có một node trong mạng

bị lỗi, thì tùy thuộc vào giao thức định tuyến trong mạng một đường dẫn mới

sẽ được xác định để mà vẫn có thể chuyển gói tin đến đích. Chuyển mạch gói

gồm các phần tử: SGSN, GGSN.

Còn các phần tử: VLR, HLR, EIR, AUC thì được dùng chung cho cả hai loại

chuyển mạch.

 Chức năng các phần tử trong mạng lõi:

 MSC: là node hổ trợ quá trình định tuyến trong chuyển mạch kênh. Ngoài ra

MSC là nơi xử lý quá trình chuyển giao (Handover) các cuộc gọi và cũng là

nơi chứa những thơng số về vị trí hiện tại của người dùng để mà có thể thiết

lập kết nối ngay khi có cuộc gọi đến.

 GMSC: là node chuyển mạch kết nối với các mạng bên ngoài.

 HLR: khi người dùng ký kết hợp đồng sử dụng dịch vụ di động thì dữ liệu về

người dùng và khóa chứng thực được lưu giữ ở HLR. Nó cũng lưu giữ thơng

tin về vị trí hiện thời của thuê bao.

 VLR: cũng chứa những thông tin giống HLR nhưng là tạm thời. Khi th

bao di chuyển đến một nơi khác thì thơng tin sẽ được VLR cập nhật, vì vậy



Trang x



Lời giới thiệu



số liệu về vị trí thuê bao của VLR chính xác hơn HLR. Điểm thuận lợi của

mơ hình nhiều cấp độ này là không phải tất cả thông tin đều được tra cứu ở

trung tâm dữ liệu, điều này ngăn cản sự quá tải có thể xảy ra ở trung tâm dữ

liệu.

 SGSN: có nhiệm vụ giống MSC và VLR nhưng thực hiện cho chuyển mạch

gói. Vị trí hiện tại của người dùng cũng được chứa ở SGSN để mà định tuyến

khi có các gói dữ liệu đến. Ngồi ra nó cũng có chức năng chứng thực.

 GGSN: là node cổng có nhiệm vụ chuyển các gói dữ liệu tới mạng khác

(Internet ...). Thường thì GGSN sẽ kết hợp với một tường lửa. Các gói dữ

liệu đến được đóng gói vào các thùng chứa đặc biệt bởi GGSN và được

chuyển tiếp trên giao thức đường hầm GTP đến SGSN.

 EIR: chứa số IMEI của máy di động. Dựa vào trạng thái của IMEI mà EIR sẽ

điều khiển việc cho phép thiết bị truy cập hay khơng.

Có 3 trạng thái có khả năng xảy ra:

-



Danh sách trắng: là những thiết bị được phép truy cập vào mạng.

Danh sách xám: là những thiết bị nằm ngoài khả năng giám sát



-



bởi mạng và có vấn đề.

Danh sách đen: là những thiết bị bị mất cắp hoặc bị mất kiểm soát

bởi mạng. Đây là những thiết bị không được phép truy cập vào



mạng

 AuC: kết hợp với HLR và chứa khóa chứng thực cho những thuê bao đã

được đăng ký ở HLR.



1.4.5



UTRAN

Nhiệm vụ chính của UTRAN là thiết lập và duy trì việc giao tiếp giữa UE



và CN. Về mặt kiến trúc UTRAN gồm nhiều RNS, mỗi RNS lại bao gồm nhiều

node B và một RNC. Các RNS giao tiếp với nhau thông qua giao diện Iur, giao diện

này có thể mang cả thơng tin báo hiệu và lưu lượng.

1.4.5.1



RNC



Trang x



Lời giới thiệu



RNC là node trung tâm của mạng truy cập vô tuyến, cũng giống như BSC

trong hệ thống GSM. RNC quản lý nguồn tài nguyên của tất cả các cell mà nó điều

khiển ( định vị kênh, chuyển giao, điều khiển công suất ). Những nhiệm vụ chủ yếu

của RNC là:

 Điều khiển cuộc gọi: không giống GSM, UMTS sử dụng kỹ thuật CDMA vì

vậy cung cấp một số lượng lớn thuê bao trên cùng một kênh. Điều này sẽ

làm tăng khả năng nhiễu giữa các thuê bao. Do đó RNC sẽ phải tính tốn lưu

lượng tải của mỗi cell, và sau đó sẽ xem xét mức nhiễu khi một thuê bao mới

yêu cầu thiết lập cuộc gọi là có thể chấp nhận được khơng, nếu khơng được

thì sẽ từ chối việc truy cập của thuê bao.

 Quản lý tài nguyên vô tuyến

 Phân bổ mã: mã CDMA trong UMTS được quản lý trong cái gọi là cây mã.

RNC cung cấp một phần cây mã đến máy di động và cũng có thể thay đổi mã

trong q trình kết nối.

 Điều khiển cơng suất

 Lập lịch gói: trong chuyển mạch gói thì nhiều thuê bao sẽ cùng chia sẽ một

kênh truyền vô tuyến. RNC có nhiệm vụ lập chu trình phân bố việc truyền

các gói tin cho thuê bao.

 Điều khiển chuyển giao

 Mã hóa dữ liệu đến từ mạng cố định

 Sử dụng chuyển mạch ATM hoặc IP trên các kết nối giữa node B với RNC,

RNC với RNC và RNC với CN.

1.4.5.2 Node B

Node B trong UMTS cũng giống như trạm BTS trong GSM. Node B quản

lý một hoặc nhiều cell. Có 3 loại node B ở trong 2 chế độ UMTS: UTRA-FDD node

B, UTRA-TDD node B và dual-mode node B, có thể dùng 2 chế độ đồng thời. Node

B kết nối trên đường ATM hoặc IP đến RNC. Tùy thuộc vào khoảng cách giữa node

B và RNC mà có những nhiệm vụ khẩn cấp không thể thực hiện ở RNC như điều

khiển cơng suất vòng trong nên đơi khi được thực hiện ở node B. Trong trường hợp

đặc biệt của chuyển giao mềm hơn, việc tách và gộp luồng dữ liệu của nhiều phân



Trang x



Lời giới thiệu



vùng được xử lý ở node B. Ngoài ra node B cũng đo chất lượng và cường độ của tín

hiệu, lập báo cáo đo đạt cho RNC.

1.4.5.3 UE

UE là node quan trọng cuối cùng trong mạng. Gồm 2 thành phần là:

-



ME: đây là thiết bị đầu cuối di động được sử dụng để giao tiếp với mạng qua



-



giao diện vô tuyến Uu

USIM: là thẻ thông minh được gắn vào ME, chứa các thông tin về nhận thực

thuê bao, chứa khóa cho việc chứng thực và thực hiện các thuộc toán chứng

thực khi thuê bao thiết lập cuộc gọi.



1.5



Chuyển giao

Trong hệ thống thông tin di động tế bào có hổ trợ việc chuyển vùng phục vụ



khi mà user đang di chuyển từ cell này sang cell khác. Quá trình này được gọi là

chuyển giao. Mục đích chính của chuyển giao là duy trì các cuộc gọi đang diễn ra.

Điều này thực sự cần thiết khi mà user đang di chuyển (có thể với tốc độ cao) và sẽ

thật sự phiền nhiễu nếu cuộc gọi đang diễn ra bị rớt khi user di chuyển từ cell này

sang cell khác. Khác với GSM các user chỉ có giao tiếp cùng lúc với một cell gọi là

chuyển giao cứng, thì ở CDMA cho phép cùng lúc user có thể giao tiếp với nhiều

cell khác nhau gọi là chuyển giao mềm. Chuyển giao mềm và mềm hơn là các loại

chuyển giao đặc biệt của CDMA trong hệ thống UMTS và cũng là đặc tính quan

trọng nhất của cuộc cách mạng sử dụng phương thức truy cập WCDMA. WCDMA

có 3 loại chuyển giao: chuyển giao cứng, chuyển giao mềm và chuyển giao mềm

hơn.

1.5.1



Chuyển giao cứng (Hard Handover)



Trang x



Lời giới thiệu



Hình 1.4: Chuyển giao cứng

Chuyển giao cứng trong WCDMA cũng có những nét tương đồng như trong

GSM. Chuyển giao cứng được thực hiện trong trường hợp chất lượng dịch vụ bị xấu

đi hoặc trong việc quản lý phân bố lưu lượng tải. Trong quá trình chuyển giao cứng

các kết nối cũ của UE bị bỏ đi trước khi một liên kết mới được thiết lập. Có 3 loại

chuyển giao cứng:

 Inter-system: là quá trình chuyển giao giữa hệ thống 2G và 3G hoặc giữa các

chế độ UTRA-FDD và UTRA-TDD. Khi vùng phủ sóng của WCDMA và hệ

thống lân cận (GSM) chồng lên nhau thì IS-HO được sử dụng để điều khiển

tải giữa các hệ thống. Chẳng hạn như các kết nối về thoại thì xử lý ở mạng

2G lân cận, còn kết nối dữ liệu thì xử lý ở hệ thống WCDMA. Thuật toán ISHO được xử lý ở RNC.

 Intra-frequency: chuyển giao này không xuất hiện ở chế độ FDD mà chỉ có ở

TDD. Q trình chuyển giao này làm thay đổi mã trải phổ và giải trải phổ

nhưng tần số thì khơng đổi.

 Inter-frequency: chuyển giao này xuất hiện khi cell ở các cấp độ phân cấp

khác nhau (mico, macro, pico cell), hay giữa GSM và WCDMA. Lúc đó

chuyển giao Inter-system cũng là Inter-frequency và tần số sóng mang của

UE sẽ thay đổi.



Trang x



Lời giới thiệu



1.5.2



Chuyển giao mềm (Soft Handover)



Hình 1.5: Chuyển giao mềm trong cùng RNC và khác RNC

Chuyển giao mềm xảy ra khi UE nằm ở khu vực là nơi giao nhau giữa 2

vùng phủ sóng của 2 cell. Có 2 loại chuyển giao mềm:

-



Chuyển giao giữa các node B nhưng thuộc cùng một RNC quản lý.

Chuyển giao giữa các node B nhưng thuộc các RNC khác nhau.

Trong chuyển giao mềm thì liên kết đến 2 trạm gốc có được thiết lập đồng



thời, đây là cách mà UE có thể giao tiếp với 2 trạm gốc. Bởi việc có nhiều hơn một

kết nối trong q trình xử lý chuyển giao, điều này làm tăng độ tin cậy hơn và quá

trình chuyển giao được liền mạch hơn.

Thực tế trong chuyển giao mềm sử dụng nhiều đường liên kết đồng thời,

điều đó có nghĩa là các cell lân cận sẽ ở trên cùng một tần số hoặc kênh bởi vì UE

khơng có nhiều máy phát và máy thu. Điều này là thật sự cần thiết.

Khi chuyển giao mềm, UE nhận tín hiệu từ 2 node B và kết hợp chúng bằng

sử dụng máy thu RAKE. Việc chuyển giao ở đường uplink phức tạp hơn vì việc kết

hợp tín hiệu khơng thể được hồn thành vì có liên quan đến nhiều node B. Thay vào

đó việc kết hợp tín hiệu sẽ được hoàn thành trên các frame. Khung tốt nhất được lựa

chọn là sau chu kỳ của bộ xáo trộn bits (Interleaving).

Chuyển giao mềm sử dụng nguồn tài nguyên mạng nhiều hơn là chuyển giao

cứng. Tuy nhiên điều này bù lại sẽ làm tăng độ tin cậy và hiệu suất của quá trình



Trang x



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tổng Quan Về Hệ Thống UMTS

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×