bai giang tt di dong

THÔNG TIN DI ĐỘNG

TS. Trần Cảnh Dương

Mobile: 0903220098

Email: [email protected]

Hà Nội tháng 8 năm 2012

mailto:[email protected]

Tài liệu tham khảo

Giáo trình chính:

1. “Giáo trình thông tin di động”, Phạm Công Hùng,

Nguyễn Hoàng Hải, Tạ Vũ Hằng, Vũ Thị Minh Tú…,

Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, 2007.

Sách tham khảo:

2. “Lý thuyết viễn thông”, NXB TN, 1995

3. “Tính toán, định cỡ mạng thông tin di động nâng

cao”, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà

Nội, Phan Hữu Trí, 2010 (Luận án Thạc sỹ do TS. Trần

Cảnh Dương hướng dẫn).

4. “Vô tuyến chuyển tiếp”, Tổng cục Bưu điện, NXB

KHKT, 2000.

Tài liệu tham khảo (tiếp)

5. Vi ba số, tập 2, Tổng cục Bưu điện, NXB KHKT,

2000.

6. Thông tin vệ tinh, Tổng cục Bưu điện, NXB KHKT,

1997.

7. Thông tin di động tổ ong, Nguyễn Phạm Anh Dũng,

1993.

Chương 1: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ

THỐNG TRUYỀN THÔNG DI ĐỘNG

1.1 Sự phát triển của truyền thông di

động

Sự phát triển của truyền thông di động 1G(Analog)

NMT

AMPS

TACS IMT-2000

2G(Digital)

GSM 900/1800/1900

CDMA

IS-95

TDMA

IS-136

PDC

Các thế hệ thông tin di động

• 1G

– Hệ thống này dựa trên nền tảng công nghệ tương

tự (Analog).

– Năm 1980 mạng được chuyển thành loại hình dịch

vụ và được thiết kế cho thuê bao di động chuyển

tải tiếng nói.

– Định hướng cho các thế hệ sau.

Hệ thống di động thế hệ thứ nhất

1. Hệ thống điện thoại di động vùng Bắc Âu (Nordic

Mobile Telephony System – NMTS)

2. Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến (Advance

Mobile Phone System - AMPS)

Phát triển D-AMPS (Digital AMPS)

3.Hệ thống truyền thông truy nhập toàn bộ (Total

Access Communications System - TACS).

TACS dựa trên tiêu chuẩn AMPS

– E-TACS – Enhanced TACS

– J-TACS – Japanese TACS

Hệ thống tế bào 1G

• Các tiêu chuẩn:

– AMPS (Mỹ)

– NMT (Bắc Âu)

– TACS (Châu Âu)

– NTT (Nhật)

– Nhiều nơi khác...

• Phổ

– Trong khoảng 800 and 900 MHz

Bell System AMPS

Hệ thống tế bào thế hệ thứ nhất

Máy điện thoại

Trạm gốc

Trung tâm chuyển mạch

Một số vấn đề của thế hệ thứ nhất

• Dung lượng phổ hết

• Hạn chế do ràng buộc giữa nhiễu với tái sử

dụng tần số

• Không có khả năng chuyển vùng (Roaming)

Dữ liệu Data/FAX ít loại, không tin cậy, tốc độ

thấp (2400 bps).

Số lượng kênh trong AMPS

• Độ rộng băng cho từng người dùng tương ứng mỗi

kết nối (hướng lên và hướng xuống) là 30 KHz.

• Số lượng kênh người dùng

= Tổng độ rộng băng/ độ rộng băng người dùng

= 25 MHz / 30 kHz

= 833

Mục tiêu chính của GSM

• Hệ thống phải là tiêu chuẩn chung châu Âu.

• Chất lượng thoại tốt.

• Sử dụng hiệu quả tần số vô tuyến.

• Hệ thống có dung lượng lớn.

Mục tiêu chính của GSM (tiếp)

• Hệ thống phải tương thích với ISDN (Integrated Services Digital Network).

• Hệ thống phải phù hợp với hệ thống truyền thông dữ liệu khác.

• Hệ thống phải an toàn cả thuê bao cũng như thông tin được phát.

Thuận lợi của GSM

• Sử dụng hiệu quả tần số vô tuyến

• Chất lượng thoại tốt hơn so với hệ thống tương tự Hỗ trợ truyền dẫn Dữ liệu/FAX

• Mã hóa tiếng nói và an toàn dữ liệu thuê bao cao

• Nhiều dịch vụ mới xuất hiện do tương thích với ISDN

• Hỗ trợ chuyển vùng quốc tế (International roaming).


• 2G

– Công nghệ kỹ thuật số (Digital)

– Tạo khả năng máy điện thoại di động vượt qua

khỏi biên giới một quốc gia

– Các dịch vụ mới với tốc độ truyền dữ liệu thấp đã

trở nên phong phú và đa dạng: mobifax (chuyển

fax di động), gửi thư tiếng nói, dịch vụ gửi tin

nhanh (short message service)…


• 2G (tiếp)

- Không những là mạng di động mà còn những giải

pháp cung cấp cho vô tuyến điện (cordless), radio

di động, vệ tinh, mạng vô tuyến cục bộ (W-LAN)

– Những hệ thống của thế hệ 2G đồng nghĩa với sự

toàn cầu hóa các hệ thống di động do vậy cần phải

tiêu chuẩn hóa (Tiêu chuẩn viễn thông châu Âu-

EITS).

Ví dụ: GSM

• Băng tần

– 935-960, 890-915 MHz

– Hai băng tần 25 MHz (giống như AMPS)

• AMPS có 833 kênh người dùng

• Như thế nào đối với GSM?

Số lượng kênh trong GSM

• Tần số sóng mang: 200 kHz

• TDMA: 8 khe thời gian trên mỗi tần số sóng

mang.

• Số sóng mang = 25 MHz / 200 kHz

= 125

• Số kênh người dùng= 125 x 8

= 1000

So sánh dung lượng

• Hệ số dùng lại

– 7 đối với AMPS

– 3 đối với GSM (tại sao hệ số sử dụng nhỏ hơn?)

• Dung lượng của GSM liên quan như thế nào với AMPS?

A. Một nửa của AMPS B. Như nhau

C. Lớn gấp 3 lần D. Lớn gấp 10 lần

Trả lời

• AMPS

– Hệ số dùng lại = 7

– Số lượng người dùng/ cell = 833 / 7 = 119

• GSM

– Hệ số dùng lại = 3

– Số lượng người dùng = 1000 / 3 = 333

– Gần như lớn gấp 3 lần so với AMPS!

Hệ thống tế bào 2G

• Bốn tiêu chuẩn chính:

– GSM (Châu Âu)

– IS-54 (sau đó thành IS-136, US)

– JDC (Tế bào số của Nhật)

– IS-95 (CDMA, Mỹ)

Air Interface

• Radio Transmission Techniques

– FDMA

– TDMA

– CDMA

• Channels

– Physical channels

– Logical channels

FDMA

Time

Frequency

Channel

TDMA

Time

Frequency

0 1 2 3 4 5 6 7

Channel

Time Slot

CDMA

Frequency

Time

Code

Code 1

Code 2

Code 3

Channels

• Physical Channels

– Associated with frequency bands, time slots, codes

– Physical channels transfer bits from one network element

to another

• Logical Channels

– Distinguished by the nature of carried information and the

way to assemble bits into data units

– Three types • one-to-one: traffic channels between a BTS and a MS

• one-to-many: synchronization signals from BTS to MSs in a cell

• many-to-one: from MSs to the same BTS

Air Interface Layers

Radio

Transmission

Logical

Channels

Messages

Radio

Transmission

Logical

Channels

Messages

Terminal Base Station

Layer 1

Bits

Layer 2

Packets

Layer 3

Messages

Giao diện vô tuyến

* ITU phân chia:

Băng tần 890 – 915 MHz: đường lên

935 – 960 MHz: đường xuống.

Phương pháp điều chế trong GSM: Khóa mã dịch thiểu

lọc bởi Gaussian (GMSK) với một giá trị BT (3 dB

băng thông × chu kỳ bit) là 0,3 tại tốc độ dữ liệu tổng là

270 kb/s.

• Phương pháp đa truy nhập của GSM:

TDMA/FDMA, kết hợp với bước nhảy tần chậm.


• Bước nhảy tần chậm nhằm giảm âm đa luồng và

xuyên nhiễu đồng kênh.

• Mỗi băng tần: 124 tần số sóng mang, sử dụng FDMA

và phân tách bởi 200 kHz.

• Mỗi tần số sóng mang được chia theo thời gian sử

dụng phương thức TDMA thành 8 khe thời gian (toàn

tốc) hoặc 16 khe (bán tốc).


• GSM hỗ trợ kênh TCH trọn tốc độ (TCH/F), tốc độ

dữ liệu 22,8 kb/s và cho phép dữ liệu được truyền đi

với tốc độ 12,6 hoặc 3 kb/s.

• Kênh bán tốc (TCH/H), là kênh chiếm một nửa khe

TDMA, hỗ trợ toàn bộ tốc độ dữ liệu là 11,4 kb/s. Dữ

liệu được truyền đi với tốc độ 6 hay 3,6 kb/s.

Giao diện vô tuyến (tiếp)

- Hai trường 57 bit được phân định để truyền thông tin

trong mỗi khe thời gian của GSM.

- Ngoài nội dung thông tin, mỗi khe thời gian còn có 3

bit đuôi (mức logic 0) đặt tại điểm đầu và điểm cuối

của mỗi khe thời gian. Các bit này dùng để tạo phần

tử đệm giữa các khe thời gian.

- Hai bit điều khiển kế tiếp từng 57 bit trong thông tin

người dùng để phân biệt giữa truyền thoại và truyền

số liệu.

Giao diện vô tuyến (tiếp)

• Một chuỗi sắp hàng 26 bit đặt tại chính giữa

khe nhằm xác thực và cân đối kênh.

• Một khoảng thời gian chắn 30,5 µs, tương

đương 8,25 bit được bổ sung vào khe thời gian

trước khi truyền.

• Mỗi khe thời gian chiếm 0,577 ms và 156,25

bit được truyền đi, tốc độ 270,833 kb/s.

Khung TDMA

• Một tập hợp 8 khe thời gian được gọi là một

khung TDMA (4,615 ms).

• Mỗi khe thời gian được dùng để giao tiếp với

một máy di động.

• Mỗi khung có thể hỗ trợ 8 người dùng đồng

thời.

• Các khung TDMA được tập hợp thành một

nhóm gọi là nhóm đa khung (26 hoặc 51

khung TDMA).

Khung TDMA (tiếp)

• Dạng 26 khung TDMA có 24 khung được

phân cho các kênh TCH (TCH/F).

• Mỗi kênh TCH chiếm một trong tám khe thời

gian trên mỗi khung.

• Khung 12 chứa thêm tám kênh điều khiển kết

hợp chậm (SACCH).

• Khung cuối cùng (khung 25) dự phòng nếu

như không có cơ chế bán tốc độ sử dụng.

Khung TDMA (tiếp)

• Kênh SACCH được dùng để điều khiển và

kiểm soát các tín hiệu đi kèm với một kênh

TCH.

• Một kênh điều khiển kết hợp nhanh (FACCH)

chiếm các khe từ một kênh TCH để truyền bản

tin điều khiển công suất và báo hiệu chuyển

vùng.

• GSM dùng một số kênh điều khiển logic để

quản lý mạng.

Cấu trúc khung GSM

3 57 26 57 8.25 1 1 3

0 7

...

... Superframe

6.12 sec

120 msec

4.615 msec

0.57692 msec

156.25 bits

51 Multiframe

26 Frames

8 Multiframe

Coded data Midamble

Tail bit Stealing Flag Guard period

Bộ mã hóa âm thoại toàn tốc

• Bộ mã hóa âm thoại toàn tốc của GSM có tốc độ đầu

ra 13 kb/s.

• Âm thoại được giữ trong các khối có khoảng thời

gian 20 ms do đó đầu ra của bộ mã hóa âm thoại có

các cuỗi 260 bit. Khối này phụ thuộc việc sửa lỗi.

• Các bit âm thoại được chia thành 2 lớp:

- Lớp 1: có các bit ảnh hưởng lớn đến chất lượng tín

hiệu nhận được và lệ thuộc vào việc sửa lỗi.

- Lớp 2: bỏ qua việc sửa lỗi.

Bộ mã hóa toàn tốc

• Trong tổng số 260 bit trong một khung 20 ms, có 182

bit lớp 1. Các bit lớp 1 có 50 bit lớp 1a, là những bit

nhạy cảm với lỗi nhất và các bit lớp 1b (132 bit).

• Ba bit mã dư quay vòng được bổ sung vào lớp 1a.

• Thêm 4 bit đuôi vào các bit lớp 1b. Như vậy lớp 1 có

189 bit. Mã hóa chập tốc độ sẽ tạo ra 378 bit có tại

đầu ra bộ mã hóa.

• Sau đó thêm vào 78 bit lớp 2 không được bảo hộ, tạo

ra tổng 456 bit trong khung 20 ms tương ứng tốc độ

mã hóa 22,8 kb/s.

Bộ mã âm thoại toàn tốc của GSM

a Mã hóa

thoại

13kb/s

khung 20

ms

182 bit

3 bit kiểm tra lỗi dư quay vòng

Lớp 2

Lớ

p 1

b

50 bit

78 bit

132 bit

4 bit đuôi

Bộ mã hóa

chập bán

tốc độ

Bộ ghép

kênh khối

2×20ms

378 bit

456 bit

22,8 kbit/s

189 bit

Bộ mã âm thoại toàn tốc của GSM (tiếp)

- Đầu ra của khối sửa lỗi được đưa vào bộ mã kênh

- Bộ mã kênh thực hiện chèn gối các bit.

- Chèn gối và bỏ chèn gối kết hợp tại thiết bị thu để

giải tán hiệu ứng lỗi bursty xảy ra do môi trường

truyền dẫn di động.

- Bộ mã chiếm hai khung thời gian 20 ms, tương

đương 912 bit, sắp thành 8 khối 114 bit.

- Mỗi khối 114 bit được đặt vào một khe thời gian để

truyền.

Hệ thống thông tin di động

thứ 2 (2G) tiên tiến

• Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD)

• Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS)

• Tốc độ dữ liệu nâng cao cho phát triển mạng GSM

(EDGE)

1.2.1 Dữ liệu chuyển mạch kênh

tốc độ cao (HSCSD)


- GSM 9,6 kb/s không thể truyền file cỡ vài Megabyte.

- Tạo khả năng có sẵn 8 kênh TCH trọn tốc độ của

GSM cho một người sử dụng, HSCSD có thể đạt tốc

độ tối thiểu 76,8 kb/s.

- Nếu sử dụng kỹ thuật giảm một số thủ tục thì có thể

đạt tốc độ dữ liệu cao hơn mức 115 kb/s.

- HSCSD tận dụng cấu trúc mạng GSM và không cần

điều chỉnh cơ cấu hạ tầng vật lý của mạng.

- HSCSD cần cập nhật phần mềm.

1.2.2 Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS)

• GPRS là hệ thống chuyển mạch gói

• Cung cấp các dịch vụ kiểu mạng internet cho người

sử dụng dịch vụ di động

• Hội tụ giữa IP và tính di động

• GPRS là bậc thang tiến triển quan trọng giữa GSM và

UMTS.

• GPRS có tính hiệu quả phổ cao. Người sử dụng liên

tiếp được kết nối nhưng có thể chỉ phải trả cước phí

cho dữ liệu truyền qua mạng.

• Nguồn tài nguyên kênh truyền dành tối đa cho người

sử dụng mạng. Hiệu quả kinh tế cao.

Tốc độ dữ liệu nâng cao cho phát triển mạng

GSM (EDGE)

• EDGE có dung lượng mạng và tốc độ truyền dữ liệu cao hơn

so với mạng chuyển mạch kênh (HSCSD) và chuyển mạch gói

(GPRS).

• Thiết lập giao diện sóng vô tuyến mới liên kết với khóa mã

dịch pha bát phần (8-PSK), tồn tại đồng thời với kỹ thuật điều

chế GSM (GMSK).

• Có thể tăng tốc độ của HSCSD và GPRS lên 3 lần cho từng

kênh.

• Sử dụng ít khe thời gian hơn và tăng hiệu quả sử dụng mạng.

• Không cần sự điều chế thêm nào đối với mạng GSM.

EDGE (tiếp)

• Chuẩn EDGE pha 1 quan tâm cả hai dịch vụ:

- HSCSD nâng cao (ECSD), tốc độ dữ liệu 38,4 kb/s

cho mỗi khe thời gian

- GPRS nâng cao (EGPRS), tốc độ dữ liệu 60kb/s cho

mỗi khe thời gian.

- Đạt tốc độ dữ liệu cao hơn bằng cách kết hợp các

kênh TCH. Ví dụ để có dịch vụ 64 kb/s ta cần 2 kênh

ECSD.

Mục đích của 3G

Tốc độ truyền cao

Dịch vụ phong phú

Chất lượng tiếng nói tốt

Dung lượng lớn

Chi phí thấp

Bảo mật tốt

Hiệu quả tần số cao

Tốc độ cực đại 2Mb/s

Dễ chuyển đổi từ 2G

Sự ra đời của IMT2000

• 1985, FPLMTS ra đời

– FPLMTS: Future Public Land Mobile Telecommunication System

• 1996 được đặt lại tên IMT-2000

– IMT2000: International Mobile Telecommunication 2000

– Ý nghĩa của ‘2000’:

• Phổ tần số khoảng 2000MHz

• Đưa vào kinh doanh năm 2002

• Tốc độ dữ liệu 2000kbps

• Phạm vi tần số

– 1992:

• 1885-2025MHz(uplink), 2110-2200MHz(downlink)

– Tháng 5 năm 2000, phạm vi tần số:

• 806-960MHz,1710-1885MHz & 2500-2690MHz

Cấu trúc của hệ thống thông tin

di động 3G

Các thế hệ thông tin di động (tiếp)

• 3G

– Tốc độ dữ liệu cao hơn cho ứng dụng đa phương

tiện.

– Nhu cầu truy nhập vào các ứng dụng và dịch vụ

băng rộng tăng nhanh.

– Sự hội tụ của những công nghệ dựa trên các giao

thức Internet và di động là động lực chính cho sự

phát triển của các hệ thống thuộc 3G.


• 3G (tiếp)

– Có khả năng cung cấp các dịch vụ với tốc độ dữ

liệu đạt và vượt 2Mb/s

– Tiêu chuẩn hóa các hệ thống 3G do Liên đoàn

Viễn thông Quốc tế thực hiện. Trên phương diện

toàn cầu, đó là Viễn thông di động Quốc tế 2000

(IMT-2000). Ở châu Âu, hệ thống 3G được coi là

Hệ thống Viễn thông Di động Toàn cầu (UMTS).

Hình ảnh minh họa gọi điện video trong mạng 3G

Kiến trúc mạng cơ sở W-CDMA của 3GPP R99

Kiến trúc mạng W-CDMA phát hành 4

Kiến trúc mạng đa phương tiện IP của GPP

Mô hình đồng nhất mạng 2G và 3G

Lịch trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP

Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các

phát hành của 3GPP

Quá trình phát triển của mạng thông tin di

động

Thế hệ 3,5G

• 3,5G là những ứng dụng được nâng cấp dựa trên công

nghệ hiện có của 3G.

• Công nghệ của 3,5G chính là HSDPA (High Speed

Downlink Package Access).

• Đây là giải pháp mang tính đột phá về mặt công nghệ,

được phát triển trên cơ sở của 3G.


• 4G

– Tốc độ dữ liệu di động trên 2Mb/s.

– Trong một số môi trường tốc độ dữ liệu có thể lên

tới 155Mb/s.

– Tiếp tục mở rộng các dịch vụ và ứng dụng.

– Sự cải thiện về chất lượng dịch vụ (QoS), hiệu

dụng băng thông, môi trường hướng gói tin và dựa

hoàn toàn vào giao thức internet (IP)

4G (tiếp)

* 4G được kỳ vọng với đặc điểm nổi bật nhất là cung

cấp khả năng kết nối ABC (Always Best Connected -

luôn được kết nối tốt nhất):

rộng khắp, mọi lúc, mọi nơi, mọi nhà cung cấp, mọi

thiết bị di động của người dùng.

* Tốc độ của Internet không dây sẽ tương đương với

băng thông rộng DSL và modem cáp, tức là nhanh hơn

4 lần so với các mạng không dây hiện nay.

Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di

động lên 4G

Một số từ viết tắt

• AMPS: Advanced Mobile Phone System

• TACS: Total Access Communication System

• GSM: Global System for Mobile Telecommucations

• WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access

• EVDO: Evolution Data Only

• IMT: International Mobile Telecommnications

• IEEE: Institute of Electrical and Electtronics Engineers

• WiFi: Wireless Fidelitity

• WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access

• LTE: Long Term Evolution

• UMB: Untra Mobile Broadband

Điện thoại không dây

• Mạng đơn giản nhất có thể dùng trong nhà, gồm BTS

và kết cuối không dây công suất thấp.

• BTS tạo kết nối tới mạng cố định nội hạt.

• BTS thực hiện chuyển đổi giao thức theo yêu cầu

giữa mạng cố định với mạng truy nhập bằng vô tuyến.

Những vấn đề cơ bản:

• Hệ thống tế bào:

– Cấu trúc tế bào

– Sử dụng lại tần số

• Các phương pháp đa truy nhập:

– FDMA, TDMA và CDMA

1.2 HỆ THỐNG TẾ BÀO

– Mạng tế bào hoạt động trên nguyên tắc phân chia

vùng phủ sóng dịch vụ thành các phân vùng hoặc

tế bào, ở đó có riêng một tập hợp tài nguyên hoặc

kênh để người sử dụng mạng truy nhập.

– Các vùng phủ sóng tế bào thường được xây dựng

theo cấu trúc ô tế bào lục giác. Trên thực tế, hình

dạng các tế bào còn tùy thuộc địa hình.

– Hình dạng và ranh giới của một tế bào do trạm thu

phát gốc (BTS) xác định.

Hệ thống tế bào (tiếp)

– Sử dụng các kênh tín hiệu để thực hiện chức năng

quản lý và kiểm soát.

– Sử dụng kênh lưu lượng TCH để mang nội dung

thông tin của cuộc gọi.

Tăng dung lượng mạng

• Sử dụng số lượng lớn các kênh có sẵn trên mạng.

• Sử dụng các kỹ thuật điều chế hữu ích bằng quang

phổ và đa truy nhập có trong mạng.

• Sử dụng lặp lại các kênh giống nhau, tách riêng một

cự ly đủ lớn để đảm bảo khả năng tránh giao thoa

đồng kênh.

Hệ thống tế bào

Dùng (i,j) biểu thị

một cell đặc biệt.

Ví dụ:

Cell A được biểu diễn

bởi (2,1).

A

R D

Công thức khoảng cách

RN

RjijiD

3

)(3 22

22 jijiN

Chú ý: i và j là số nguyên

Ở đây:

Hệ số tái sử dụng (cỡ cụm)

Trong môi trường tán xạ di động mặt đất, cường độ

công suất máy thu được tại một khoảng R từ thiết bị

phát được xác định:

RC

Trong đó γ là hằng số liên quan môi trường mặt đất,

thường chọn bằng 4.

Đối với một cấu hình 7 tế bào sử dụng lặp tần, tỷ số

sóng mang giao thoa xảy ra do một máy di động trong

vùng 6 tế bào nằm trong khoảng cách D so với máy di

động sử dụng lặp tần tối thiểu, tức là bên ngoài vành đai

thứ nhất của mẫu cụm tế bào sử dụng lặp tần được biểu

diễn như sau:

66

q

R

D

R

D

I

C

Trong đó q là tham số suy giảm giao thoa đồng kênh,

q=D/R.

Giả thiết công suất phát của các tế bào như nhau và loại

bỏ giao thoa đồng kênh tín hiệu từ các tế bào cùng tần

số tại vành đai thứ hai của cụm tế bào.

Với γ = 4, một cụm 7 tế bào có thể đạt C/I = 18 dB.

Để giảm giao thoa đồng kênh, đảm bảo chất lượng dịch vụ

ta cần điều khiển công suất máy đầu cuối và trạm gốc.

Ví dụ

• Giả sử cần SNR >18 dB.

• Sử dụng lại tối thiểu bao nhiêu?

(giả sử = 4)

• Trước khi trả lời câu hỏi này chúng ta cần một

vài kết quả liên quan hình học …

Giải

5.6

4.43

4.4

6310 dB 186

1 8.1

N

N

RD

R

D

Chọn i = 2, j = 1 or i = 1, j = 2.

RND 3

Trả lời: N = 7

Song công phân chia theo tần số

(Frequency Division Duplex-FDD)

Forward Link-down link-đường xuống

Reverse Link-up link-đường lên

Sử dụng hai băng tần riêng biệt cho đường lên và đường xuống.

Một cách đặc trưng, 25 MHz trong mỗi hướng.

AMPS: 824-849 MHz (đường xuống) 869-894 MHz (đường lên)

mobile base station

Đa truy nhập phân chia theo tần số (Frequency Division Multiple Access -FDMA)

• Phổ của mỗi đường (lên hoặc xuống) được phân

chia thành các băng tần.

• Mỗi trạm được gán một băng tần cố định.

Các

băn

g tầ

n

Rỗi

Rỗi

Rỗi

Khoảng cách tái sử dụng

• Khoảng cách bao nhiêu để hai thuê bao sử

dụng cùng kênh?

– Nó tùy vào chất lượng tín hiệu được chấp nhận hay

không.

– Khoảng cách giữa hai người dùng càng xa thì chất

lượng tín hiệu càng tốt.

• Làm thế nào để đo được chất lượng tín hiệu?

Độ rộng băng Nyquist

• Đối với tín hiệu nhị phân (hai mức điện áp)

C = 2B

• Với tín hiệu nhiều mức:

C = 2B log2 M

M = số tín hiệu riêng biệt hoặc các mức điện áp

Signal Quality

• Chất lượng tín hiệu phụ thuộc vào tỷ lệ giữa công

suất tín hiệu và công suất nhiễu (tạp âm).

• Tỷ số này được gọi là tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm

(nhiễu) hay SNR hoặc SIR.

i

iI

S

I

S

Interference from the i-th interfering BS.

Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm

• Tỷ lệ giữa công suất tín hiệu và công suất tạp âm là một biểu thị đặc biệt trong truyền dẫn.

• Được đo tại máy thu

• Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm (SNR hoặc S/N)

• Giá trị SNR cao có nghĩa tín hiệu có chất lượng cao. SNR thiết lập biên trên đối với tốc độ dữ liệu có thể đạt được.

âm suât tap công

hiêusuât tín cônglog10)( 10dB SNR

Công thức dung lượng Shannon

• Phương trình:

• Biểu diễn cực đại về mặt lý thuyết có thể đạt được.

• Trong thực tế chỉ đạt được các tỷ lệ thấp hơn.

• Công thức thừa nhận tạp âm trắng (tạp âm nhiệt)

– Không tính đến tạp âm xung

– Không tính đến méo do suy hao hoặc méo do trễ.

SNR1log2 BC

Ví dụ của công thức Nyquist và Shannon

• Phổ của một kênh giữa 3 MHz và 4 MHz ;

SNRdB = 24 dB

• Sử dụng công thức Shannon

251SNR

SNRlog10dB 24SNR

MHz 1MHz 3MHz 4

10dB

B

Mbps88102511log10 6

2

6 C

Ví dụ của công thức Nyquist và Shannon (tiếp)

• Yêu cầu bao nhiêu mức tín hiệu?

16

log4

log102108

log2

2

2

66

2

M

M

M

MBC

Phân loại môi trường truyền dẫn

Môi trường truyền dẫn

- Đường vật lý giữa máy phát và máy thu

Phương tiện hướng dẫn sóng

- Sóng được truyền dọc theo phương tiện rắn

- Ví dụ cáp đối xứng, cáp đồng trục, cáp quang v.v…

Phương tiện không hướng dẫn sóng

- Có khả năng truyền dẫn nhưng không hướng dẫn tín hiệu điện từ.

- Thường sử dụng truyền dẫn không dây

- Ví dụ khí quyển, không gian vũ trụ

Mô hình truyền sóng

• Công suất tín hiệu thu phụ thuộc khoảng cách giữa bộ phát và bộ thu..

• P0 là công suất thu tại khoảng cách d0.

• được gọi là số mũ tổn hao đường (path loss exponent).

– Một cách đặc trưng, 3 ≤ ≤ 5.

0

0d

dPPr

Phân tích trường hợp xấu nhất

• Giả sử:

– Người dùng ở tại góc

một ô (cell).

0

0d

RPS

i

i

i

iD

R

d

DP

d

RP

I

S

0

0

0

0Di là khỏang cách giữa trung tâm của cell tham khảo và cell ảnh hưởng thứ i.

Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm (SNR)

• Chỉ quan tâm một cell ảnh hưởng

R

D

I

S

6

1

R D

Chương 2. Hệ thống GSM

2.1 Tổng quan về hệ thống GSM

Mạng lưới GSM

Máy di động

Giao diện

vô tuyến

Trạm thu

phát gốc Giao diện

A-bis

Giao diện A

Trung tâm chuyển mạch di động

Bộ điều khiển

trạm gốc

Bộ đăng ký định vị

thường trú

Chuyển mạch cổng Bộ đăng

ký định

vị tạm

trú

Quản lý

mạng

Phân Hệ thống

trạm gốc

Phân hệ chuyển mạch

Trung tâm dịch

vụ nhắn tin

Máy di động

• Máy di động là gì?

– Là một thiết bị có thể truy nhập dịch vụ trong

mạng GSM qua giao diện vô tuyến.

+ =

Thiết bị di động

Khối nhận dạng

thuê bao

Máy di động Mạng GSM

Giao diện

vô tuyến

Thiết bị di động

• IMEI (International Mobile Equipment

Identification) Nhận dạng thiết bị di động quốc

tế.

Cấu trúc hệ thống GSM

PSTN

Data Terminal

HLR/

VLR

MSC BSC

OMC (Operation & Maintenance

Center)

Operation

Terminal

BTS

Handset A

X.25

A-bis SS7

Phân hệ mạng PSTN Phân hệ

vô tuyến Máy di động

UM

SIM card

Các phần tử mạng GSM

• Máy di động

• BTS: Base Transceiver Station

• MSC: Mobile Switching Center

• BSC: Base Station Controller

• HLR/VLR: Home Location Register/Visiting

Location Register

• SIM Card: Subscriber Identity Module Card

• Service Centers: USSD, SMS, ...

Máy di động

• Thuê bao sử dụng để truy nhập mạng GSM

qua giao diện vô tuyến

• Bao gồm phần cứng và phần mềm đối với giao

diện vô tuyến

• Cần một SIM (Subscriber Identity Module) nó

chứa dữ liệu đặc trưng của thuê bao để truy

nhập mạng GSM, trừ cuộc gọi cứu hộ khẩn

cấp.

Trạm thu phát gốc

(Base Transceiver Station - BTS)

• Truyền thông đi và đến máy di động

– Máy di động sử dụng một kênh vô tuyến đến BTS để truyền thông với hệ thống di động

• BTS bao gồm truyền dẫn vô tuyến và thiết bị thu

– Gồm có anten và xử lý báo hiệu đối với mạng vô tuyến

• BTS phân biệt tốc độ và báo hiệu điều khiển tương

ứng với máy di động và gửi chúng đến BSC trên

các kênh phân biệt.

BTS (tiếp)

• Khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU

(Transcoder/Rate Adaptation Unit) ở BSC là quan

trọng nhất của BTS. TRAU mã hóa và giải mã thoại

rất đặc thù cho thông tin di động số.

• Mỗi BTS làm việc ở tập hợp các kênh vô tuyến khác

với kênh vô tuyến ở ô lân cận để chống nhiễu giao

thoa đồng kênh.

Các chức năng tiềm năng chung của BTS

• Quảng bá thông tin của hệ thống

- BSC xác định các thông báo thông tin lưu trữ và định

kỳ quảng bá tới hệ thống con thu phát TRX ở kênh

điều khiển quảng bá BCCH.

- Tìm gọi: Các nhận dạng trạm di động được xác định

từ BSC được gửi đi ở kênh BCCH.

- Yêu cầu kênh từ MS: TRX phát hiện các yêu cầu từ

các MS và báo cho BSC. BSC ấn định một kênh

DCCH cho báo hiệu giữa MSC và MS. Ở mDCCH

sau đó MS được ấn định một TCH cho thoại và số

liệu.

Các chức năng tiềm năng riêng của BTS

• Đưa kênh vào hoạt động: BSC lệnh cho TRX thực

hiện. Khi một kênh được ấn định BSC thông báo cho

TRX các thông số như kiểu kênh, mã kênh v.v…

• Hủy hoạt động kênh: TRX hủy hoạt động kênh

• Khởi đầu mật mã: TRX thực hiện trên cơ sở khóa mật

mã

• Phát hiện chuyển giao: khi một kênh được thiết lập

cho chuyển giao, TRX nhận biết kênh thâm nhập

ngẫu nhiên.

Các chức năng kênh mặt đất của BTS

• Thực hiện, chuyển đổi và thích ứng số liệu

- Chuyển đổi mã tiếng: thực hiện giữa 64kb/s và

13kb/s. Chức năng này được đặt ở xa (trong TRAU ở

BSC)

- Điều khiển trong băng của TRAU ở xa: thông tin điều

khiển được bổ sung đến số liệu và thoại dẫn đến tốc

độ kênh là 16kb/s.

Bốn kênh thông tin được ghép chung vào một kênh

16kb/s giữa BSC và TRS.

Mã hóa và ghép kênh ở BTS

• Là chức năng lập khuôn dạng thông tin ở các kênh vật lý, bao

gồm:

- Ghép kênh ở đường vô tuyến: các kênh logic được ghép chung

ở các các kênh vật lý.

- Mã hóa và ghép xen kênh: luồng bit được lập khuôn dạng cho

từng khe thời gian trên kênh vật lý.

- Mật mã/giải mật mã: tiếng nói được mật mã và giải mật mã

bằng khóa mật mã.

Mật mã và giải mật mã được thực hiện ở cac bit mang thông tin

quan trọng. Trung tâm nhận thực AUC tạo khóa mật mã và nạp

vào TRX. Số ngẫu nhiên RAND (Random number) được gửi đến

MS.

Điều khiển hệ thống con vô tuyến ở BTS

• Đo chất lượng:

- Các phép đo chất lượng và cường độ tín hiệu được

thực hiện ở tất cả các kênh riêng trên đường lên (MS

đến BTS). Thực hiện các phép đo trong thời gian hoạt

động của kênh.

- Kết quả đo từ MS về chất lượng đường xuống (BTS

đến MS), cường độ tín hiệu và các mức tín hiệu của

BTS xung quanh được gửi đi và xử lý ở BTS.

Điều khiển hệ thống con vô tuyến ở BTS (tiếp)

• Đồng bộ thời gian

- Tín hiệu được phát từ TRX đến MS để định trước thời

gian truyền dẫn đến TRX nhằm bù trừ thời gian trễ gây

ra do truyền sóng.

- TRX liên tục giám sát và cập nhật đồng bộ thời gian.

- Số liệu đo cho đường lên và đồng bộ thời gian hiện

thời được thông báo cho BSC.

* Điều khiển công suất của TRX và MS: được BSC điều

khiển nhằm giảm tối thiểu mức công suất phát (giảm

nhiễu đồng kênh)

Điều khiển hệ thống con vô tuyến ở BTS (tiếp)

• Phát tín hiệu vô tuyến: bao gồm nhảy tần (chuyển mạch băng

tần cơ sở với các máy phát khác nhau cho từng tần số).

• Thu tín hiệu vô tuyến: bao gồm cân bằng và phân tập

• Lỗi đường truyền vô tuyến: được phát hiện và báo cho BSC.

Điều khiển TRX ở BTS

• LAPD (Link Acccess Procedres on D chanel): kết nối

đường báo hiệu giữa BSC và TRX.

Khi có sự cố của LAPD, BSC sẽ thông báo lỗi.

• TRX phát hiện lỗi đường truyền vô tuyến.

• Khối con đồng bộ ở TRX:

- Chuẩn tần số: thông tin định thời được lấy ở đường

PCM từ BSC.

- Số khung: có thể đặt và đọc số khung từ bộ đếm số

khung.

Khởi động hệ thống và nạp phần mềm ở BTS

• Khởi động hệ thống: khởi đầu trạm hay một phần

trạm bao gồm nạp phần mềm cho các bộ xử lý đã

được khởi động.

• Khởi động lại

Thiết lập cấu hình BTS

Thiết lập các thông số và các tổ hợp kênh ở TRX cho lưu lượng:

• Phát vô tuyến: thiết lập tần số và công suất ra cho các máy

phát.

• Thu vô tuyến: Thiết lập tần số cho các máy thu (kể cả máy thu

nhảy tần và máy thu không nhảy tần).

• Điều khiển vô tuyến: định nghĩa việc sắp xếp thông tin hệ

thống ở các khe thời gian.

• Kết hợp kênh logic: sắp xếp các kênh logic ở các kênh vật lý.

• Ấn định nhận dạng ô

Bảo dưỡng tại BTS

• Không cần nối với BSC.

• Sử dụng máy tính nối vào BTS để kiểm tra cảnh báo

và trạng thái BTS hoặc thay đổi một số tham số.

Bộ điều khiển trạm gốc

(Base Station Controller-BSC)

• Kiểm tra và điều khiển một số trạm gốc – Quản lý tần số, điều khiển của BTS, chức năng

trao đổi

• Quản lý giao diện vô tuyến – Phân bố và giải phóng kênh, quản lý chuyển giao

(handover)

• BSC là giao diện giữa MSC và BTS – Một phía của BSC được nối đến một số BTS, một

phía nối với MSC.

Bộ điều khiển trạm gốc (tiếp)

• BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán nhất

định.

• Giao diện Abis được quy định giữa BSC và BTS

• Nhiệm vụ quan trọng nhất của BSC là đảm bảo khả

năng sử dụng tối ưu tài nguyên vô tuyến.

• BSC điều khiển kết nối cho máy di động.

• BSC chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ.

• BSC quản lý truyền dẫn đến BTS.

Trung tâm chuyển mạch di động - MSC (Mobile services SwitchingCenter )

• Đảm nhận toàn bộ chức năng chuyển mạch

liên quan đến xử lý cuộc gọi

– Thiết lập các cuộc gọi đi và đến từ người dùng

GSM

• MSC là giao diện giữa mạng GSM và PSTN

(Public Switched Telephone Network)

Bộ đăng ký định vị thường trú

(Home Location Register-HLR)

• Một cơ sở dữ liệu quản lý các thuê bao di động

• Chứa đựng thông tin các thuê bao

– Thông tin về các dịch vụ, hạn chế dịch vụ và các

dịch vụ bổ sung

– Lưu trữ mọi thông tin liên quan việc cung cấp các

dịch vụ viễn thông, kể cả vị trí hiện thời của máy

di động.

Bộ đăng ký định vị tạm trú

(Visitor Location Register -VLR) • Chứa đựng dữ liệu liên quan các máy di động hiện

thời ở trong vùng phục vụ MSC

– Dữ liệu thường trực tương tự như dữ liệu trong

HLR

– Dữ liệu tạm thời gồm:

• Nhận dạng thuê bao tạm thời (Temporary Subscriber

Identity -TMSI)

• Nhận dạng vùng phục vụ (Location Area Identity -

LAI) của máy di động

– VLR chỉ định số chuyển vùng thuê bao di động

(MSRNs) để thiết lập cuộc gọi đến.

Tổng đài GMSC

• Tổng đài GMSC là một MSC cổng (Gate MSC)

• Một thuê bao cố định PSTN muốn gọi một thuê bao

GSM. Tổng đài PSTN sẽ nối cuộc gọi này đến một

MSC có chức năng cổng (được gọi là tổng đài cổng

GMSC). GMSC sẽ tìm vị trí thuê bao di động bằng

cách hỏi HLR nơi thuê bao đăng ký. HLR trả lời vùng

MSC hiện thời. MSC định tuyến lại cuộc gọi đến

MSC cần thiết và VLR sẽ biết cụ thể vị trí máy di

động.

• Các cuộc gọi kết nối di động đều định tuyến đến

GMSC. GMSC có chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi.

Trung tâm nhận thực AUC

• Để đảm bảo an toàn về chất lượng, ngôn ngữ, dữ liệu

và báo hiệu được mã hóa và được nhập dưới dạng ký

tự đầu vào, chìa khóa bí mật được cất giữ trong AUC

và được sử dụng trong MS.

• Chức năng AUC cung cấp cho HLR các thông số

nhận thực và khóa mật mã dùng cho bảo mật.

Bộ ghi nhận thực thiết bị EIR

• Các thiết bị di động được EIR kiểm tra

• Để ngăn chặn sự đánh cắp và những dạng không

được phê chuẩn mà MS sẽ dùng, EIR được nối đến

MSC qua một đường báo hiệu, nó cho phép MSC

kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị.

Mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCS7)

• Nhà khai thác GSM có thể có CCS7 chung hay riêng

phụ thuộc quy định từng nước

• Nếu có CCS7 riêng thì các điểm chuyển báo hiệu

SPT (Signalling Transfer Point) có thể là một bộ phận

của NNS.

• Nhà khai thác GSM có thể dùng mạng riêng để định

tuyến các cuộc gọi ra đến điểm gần nhất.

Subscriber Identity Module (SIM)

• Subscriber Identity Module

– Contains • phone number (MSISDN)

• international mobile subscriber identity (IMSI)

• status of SIM

• service code

• authentication key

• PIN (personal identification code)

• PUK (personal unlock code)

SIM Cards • SIM cards are embedded with a

microprocessor

– Stores customer identity information and is made to fit inside the cellular phone

• Memory capacity

– 1K, 3K, 8K, 16K

– With/Without OTAC (Over The Air Customization)

• Two types of SIM card form factors

– ID-1 SIM

– Plug-In SIM

Application Service Centers

• Responsible for GSM network add-on services

– Operation and Maintenance Center (OMC)

• Monitoring and control the network

• Usually connect with MSC, BSC, HLR, and other service centers

– Short Message Service Center (SMSC)

• provide short message services

• usually connect to MSC

– Unstructured Supplementary Service Data Center (USSDC)

• provide USSD service in the form of *ID*ID*info#

• usually connect to HLR

Cấu trúc địa lý mạng GSM

• Mục đích: định tuyến các cuộc gọi vào đến tổng đài cần thiết

và cuối cùng đến thuê bao bị gọi.

• Các vùng

– Ô (Cell)

– Vùng định vị (Location Area - LA)

– Vùng phục vụ MSC/VLR (MSC/VLR Service Area)

– Vùng mạng di động mặt đất công cộng (PLMN -Public

Land Mobile Network Service Area)

– Vùng phục vụ GSM (GSM Service Area): tất cả các nước

thành viên.

Thứ bậc của các vùng phục vụ trong hệ thống GSM

• Vùng

trong đó

thuê bao

có thể

truy nhập

mạng. cell

Vùng định vị

MSC/VLR

Vùng mạng di động mặt đất công cộng (PLMN Service Area)

Vùng phục vụ GSM

Truyền sóng trong hệ thống GSM

2.2.1 Sóng điện từ

• GSM sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số

FDMA (Frequency Division Multiple Access).

• Sử dụng công nghệ điều biến khóa dịch tối thiểu Gause

(GMSK): 217kb/s, di thông 500KHz-600kHz.

• Bộ mã hóa tiếng lai ghép thực hiện giảm tốc độ bit cho từng

kênh xuống 13Kb/s. để giải thông chỉ khoảng 200KHz.

• 890MHz-915MHz: đường lên

• 935MHz-960MHz: đường xuống

• Dải thông của một kênh vật lý: 200KHz

• GSM900 có 124 kênh vật lý

Tính toán tần số sóng mang

E-GSM: đường lên 880MHz-915MHz

đường xuống 925MHz-960MHz

DCS1800 đường lên 1710MHz-1785MHz

đường xuống 1805MHz-1880MHz

Ký hiệu: F1 là tần số đường lên (dải tần thấp)

F2 là tần số đường xuống (dải tần cao)

N là số thứ tự tần số sóng mang

Tính toán tần số sóng mang (tiếp)

Nguyên tắc truyền sóng

• Sóng vô tuyến dùng cho thông tin di động là VHF và

UHF có tần số >30MHz, bước sóng rất ngắn nên bị

hấp thụ rất nhanh.

• Sóng trời có xu hướng thóat vào không gian bởi các

đặc tính khác nhau của tầng điện ly.

• Bức xạ ở góc thấp hơn là sóng không gian, đó là

phương thức truyền sóng chủ yếu (truyền sóng trong

tầm nhìn thẳng).

Nguyên tắc truyền sóng (tiếp)

Một số tình trạng xảy ra khi

truyền sóng một tia

• Phản xạ: xảy ra khi sóng gặp một mặt phẳng nhẵn,

cường độ phản xạ phụ thuộc dẫn suất của vật phản xạ.

• Tán xạ: xảy ra khi sóng phản xạ trên mặt phẳng gồ

ghề. Tia tới sẽ bị phân tán thành nhiều tia có cường

độ khác nhau và theo các hướng khác nhau.

• Khúc xạ: xảy ra khi sóng gặp phải mép của vật thể,

nó sẽ đổi hướng theo một góc nhất định phụ thuộc

vào tần số. Tần số càng cao, góc khúc xạ càng lớn.

• Suy giảm: gây ra do vật cản trên đường đi của sóng.

Tần số càng cao, suy giảm càng cao

Truyền sóng nhiều tia

Truyền sóng nhiều tia

2) Fading chậm (fading chuẩn loga)

• Xảy ra do hiệu ứng che khuất bởi các vật che chắn.

• Giảm khả năng phủ sóng của máy phát.

• Giải pháp chống fading: dự trữ fading

• Nếu khả năng suy hao 10% thì dự trữ fading 3÷5dB

• Mạng di động cần có chuẩn cho tín hiệu nhỏ nhất có

thể tại biên giới ô.

Độ nhạy yêu cầu ở đường vào máy thu

• 104 dBm cho BTS

• 104 dBm cho MS trên ô tô

• 102 dBm cho MS cầm tay

• Dự trữ fading cho chuẩn loga: 3÷5dBm

• Cần cộng thêm dự trữ nhiễu vì độ nhạy máy thu chỉ

được tính cho chất lượng nhỏ nhất khi không có

nhiễu.

Truyền sóng nhiều tia (tiếp)

3) Fading Rician

• Xảy ra fading nhanh khi tín hiệu trực tiếp mạnh hơn

và tín hiệu không trực tiếp yếu hơn đồng thời tới máy

thu.

• Xảy ra phần lớn ở nông thôn, microcellular,

picrocellular.

Phân tán thời gian và nhiễu giao thoa ký tự

• Sóng tới có nhiều tia và thời gian lan truyền khác

nhau dẫn đến pha khác nhau, ảnh hưởng tới di thông

của tín hiệu số.

• Dịch chuyển miền thời gian lên nhau (ký hiệu lân cận

sẽ giao thoa).

• Giải pháp: - bộ cân bằng (Equalization) cho phép

phản xạ trễ trong khoảng 4 bit (14,9µs), tương ứng

4,5 km.

- Nếu trễ lớn hơn 15µs, cần dùng thuật toán viterbi.

- GSM yêu cầu tỉ số C/I tối thiểu 9dBm.

Phân tán thời gian và giao thoa ký tự (tiếp)

Mô hình truyền sóng

Một số mô hình truyền sóng thực nghiệm

• Hata

• SOST231

• SAKAGAMIKUBOL

Sử dụng tần số trong hệ thống GSM

Mục tiêu thiết kế:

• dung lượng cao với cùng cấp độ phục vụ GOS (Grade

of Service)

• Chất lượng thoại chấp nhận được

Các thông số đánh giá

Các thông số đánh giá (tiếp)

• C/A thấp gây ra BER cao

• Khuyến nghị của GSM: giá trị C/A nhỏ nhất nên lớn

hơn -9dBm.

• C/I và C/A có thể tăng bằng cách quy hoạch tần số.

2.3.1.3 Phân tán thời gian

Tỷ số đánh giá: C/R

Giải pháp: dùng Equalization

Các thông số đánh giá (tiếp)

2.3.2 Tái sử dụng tần số

• Nguyên lý cơ bản khi thiết kế hệ thống tổ ong là các

mẫu sử dụng lại tần số.

• Các vùng phải cách xa một cự li đủ lớn để nhiễu giao

thoa đồng kênh có thể chấp nhận được

• Tỷ số sóng mang trên nhiễu C/I phụ thuộc vị trí tức

thời của thuê bao di động.

• Phân bố C/I xác định số nhóm tần số

• Toàn bộ số kênh N, chia thành F nhóm, mỗi nhóm có

N/F kênh.

Tái sử dụng tần số

f

f

Có thể sử dụng cùng tần số cho các cell khác nhau nhưng phải cách xa nhau.

Vùng phủ sóng vô tuyến được gọi là một cell

Cấu trúc tế

bào MS – Mobile Station (Máy di động)

BSC – Base Station Controller (Bộ điều khiển trạm gốc)

MSC – Mobile Switching Center (Trung tâm chuyển mạch di động)

PSTN – Public Switched Telephone Network (Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng)

MSC PSTN

BSC

Phân chia một vùng thành các ô

MS

Biểu diễn hình học

• Ô (Cell) được biểu diễn bằng các hình lục giác

• Tại sao là hình lục giác?

• Sẽ như thế nào nếu là hình tròn?

• Hình vuông hoặc tam giác thì sẽ ra sao?

Quy hoạch Ô

• Dùng lại các tần số

trong các vùng địa lý:

– Mẫu lặp lại 7 ô là đặc

trưng, ngoài ra còn phổ

biến các mẫu khác.

A3 A1

A2 G3

G1

G2 C3

C1

C2

B3 B1

B2

F3 F1

F2

D3 D1

D2 E3

E1

E2

G3 G1

G2

F3 F1

F2

C3 C1

C2

A3 A1

A2 B3

B1

B2

E3 E1

E2

D3 D1

D2

Mẫu lặp lại 7 ô

Dùng lại tần số

Các mẫu ô

1

3 2 3

2 7

1 6

4 5

K=3 K=7

Sử dụng lại tần số liên quan cỡ cụm N

• Tần số không thể lặp lại trong cùng mẫu

• N lớn

– Có nhiều kênh hơn trong một mẫu

– Số thuê bao nhiều hơn

– Khả năng dùng lại tần số kém hơn

• N nhỏ – Số kênh ít hơn trong mẫu, xuyên kênh cao hơn

– Số thuê bao ít hơn

– Khả năng dùng lại tần số tốt hơn

Tái sử dụng tần số

• Tổng số kênh được chia thành N cụm

• N được gọi là hệ số tái sử dụng hoặc gọi là cỡ

cụm (cluster size). Cụm được sử dụng để xác

định số cuộc gọi có thể trong một tế bào.

• Không có hai ô tế bào lân cận nào dùng chung

một tần số.

• Mỗi ô được gán một kênh cho từng cụm.

• Cùng cụm có thể lặp lại kênh cho hai ô khác

nhau nhưng phải đủ xa.

Tái sử dụng tần số (tiếp)

• Giảm số lượng tế bào trong một cụm, dung

lượng của hệ thống có thể tăng lên do tăng

thêm nhiều kênh trong mỗi tế bào.

• Khi giảm kích thước cụm sẽ giảm khoảng sử

dụng lặp tần dẫn đến khả năng giao thoa đồng

kênh tăng lên.

Ví dụ:

N = 7

Hệ thống tế bào

Dùng (i,j) biểu thị

một cell đặc biệt.

Ví dụ:

Cell A được biểu diễn

bởi (2,1).

A

R D

Công thức khoảng cách

RN

RjijiD

3

)(3 22

22 jijiN

Chú ý: i và j là số nguyên

Ở đây:

Hệ số tái sử dụng (cỡ cụm)

Tính C/I

B

D

Khoảng cách tái sử dụng

B

P (D-R)

Tính C/I của máy di động tại vị trí P

Mẫu 3/9

• Mẫu tần số chia thành 9 nhóm tần số ấn định trong 3

vị trí trạm gốc.

• Khoảng cách giữa các trạm đồng kênh D=5,2R

A1 B1 C1 A2 B2 C2 A3 B3 C3

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18

19 20 21 22 23 24 25 26 27

28 29 30 31 32 33 34 35 36

37 38 39 40

Mẫu 3/9

Mẫu 3/9

• Tỷ số C/A đảm bảo không có các cell giống nhau,

gần nhau có các sóng mang liền nhau.

• Tuy nhiên, hệ thống 3/9 có các cell gần nhau về mặt

địa lý (A1 và C3) lại dùng các sóng mang liền nhau.

• Tỷ số C/A của các máy di động ở biên giới giữa A1

và C3 là 0 dB (chuẩn là -9 dB), vị trí này có mức

nhiễu cao. Cần nhảy tần, điều khiển công suất, truyền

dẫn gián đoạn để giảm hiệu ứng này.

Các mẫu sử dụng tần số

• Mẫu 3/9, Mẫu 4/12, Mẫu 7/21

• Khi số nhóm tần số (N/21, N/12, N/21) tăng, có nghĩa

số tần số có thể dùng cho một trạm tăng thì khoảng

cách giữa các trạm đồng kênh giảm (7,9R, 6R, 5,2R),

có nghĩa nhiễu trong hệ thống tăng.

• Với số nhóm tần số tăng, số thuê bao được phục vụ

tăng (248, 664, 833)

• Lựa chọn mẫu sử dụng lại tần số căn cứ đặc điểm địa

lý, mật độ thuê bao vùng phủ sóng và tổng số kênh N

của mạng.

Các mẫu sử dụng tần số

• Mẫu 3/9: số kênh trong một cell lớn, khả năng nhiễu

cao. Áp dụng nơi cớ mật độ máy di động cao.

• Mẫu 4/12: Dùng nơi có mật độ lưu lượng trung bình.

• Mẫu 7/21: sử dụng nơi có mật độ lưu lượng thấp.

Dung lượng và C/I

• Tài nguyên hệ thống: M kênh

• Số kênh trong một nhóm kênh hay một cell: M/N

• Từ đây tính dung lượng tương ứng cấp độ phục vụ

GoS qua bảng Erlang.

• Số nhóm càng nhỏ thì số lượng kênh trên mỗi nhóm

càng lớn và số thuê bao có thể được phục vụ càng cao

(hiệu quả trung kế tốt hơn).

• N nhỏ, dẫn đến C/I nhỏ, nhiễu đồng kênh tăng.

• Cho trước N thì dung lượng trên một cell là cố định.

Dung lượng và C/I

• Khu vực cell tỷ lệ thuận với bình phương bán kính

cell.

• Mật độ dung lượng trong một đơn vị diện tích tỷ lệ

nghịch với khu vực cell.

• Nếu chia cell có bán kính bằng nửa so với cell cũ thì

với N cho trước, dung lượng tăng 4 lần.

• Tuy nhiên không thể luôn dùng một nhóm tần số cho

các cell nhỏ để tránh nhiễu đồng kênh.

Sector hóa và phân chia ô

• Cell có kích thước càng nhỏ thì dung lượng mạng

càng tăng nhưng cần nhiều trạm hơn, chi phí tăng.

• Khi hệ thống mới sử dụng, số thuê bao thấp, kích

thước cell phải lớn.

• Khi dung lượng tăng thì phải giảm kích thước cell.

• Cần đảm bảo chất lượng hệ thống khi số thuê bao

tăng đồng thời chi phí phải thấp nhất.

Các giai đoạn chia ô

• Giai đoạn 0: ban đầu lưu lượng thấp, dùng “omi cell”.

• Giai đoạn 1: Mạng mở rộng, dung lượng tăng, sử

dụng lại tần số thường xuyên hơn.

BTS có anten vô hướng, nay thay thành 3 cell mới, có

anten định hướng.

Giai đoạn 2:

Một cell tách thành 4

Đặc tính của Ô (Cell)

• Thành phần cơ bản trong hệ thống:

– Ô là vùng được một trạm gốc phủ sóng vô tuyến.

• Địa chỉ được xác định bởi nhận dạng toàn cầu ô (Cell

Global Identity-CGI)

• Một ô có vài tần số tùy theo tải lưu lượng.

Quan hệ dung lượng với kích thước cell

Tính toán dung lượng trong hệ thống GSM

• Khái niệm lưu lượng:

- Kênh vô tuyến trung kế được chia cho nhiều người

dùng và có hiệu quả về phổ tần.

- Lưu lượng là tỷ lệ của tổng thời gian chiếm kênh của

tất cả các cuộc gọi và tổng thời gian đo.

A = C.t/T

Trong đó: A là lưu lượng (Erlang), C là số cuộc gọi

t là thời gian trung bình chiếm kênh mỗi cuộc gọi

T là tổng thời gian đo.

Nếu kênh bị chiếm toàn bộ thời gian sẽ có lưu lượng lớn

nhất là 1 Erlang.

Tính toán dung lượng trong hệ thống GSM

• Lưu lượng yêu cầu = Lưu lượng thông + Lưu lượng nghẽn

• Kế hoạch hóa dung lượng phải căn cứ vào nhu cầu lưu lượng

trong giờ cao điểm.

• Cấp độ dịch vụ (GoS – Grade of Service) tốt phản ảnh khả

năng nghẽn thấp.

• Mạng được thiết kế với một mức nghẽn nào đó có thể chấp

nhận được. Khái niệm GoS xác định phần trăm số cuộc gọi

không thành công do thiếu tài nguyên trên tổng số cuộc gọi

đang cần đấu nối đồng thời.

• Các mạng GSM nói chung có Gó là 2% (2% lưu lượng bị

nghẽn, 98% lưu lượng thông).

Tính toán lưu lượng

Tính toán lưu lượng (tiếp)

Tính toán lưu lượng (tiếp)

• Cấp phát SDCCH có thể theo các cấu hình sau:

• SDCCH/4 đứng một mình

• SDCCH/8 đứng một mình

• SDCCH/4 + SDCCH/8

• SDCCH/8 + SDCCH/8

• SDCCH/4 + SDCCH/8 + SDCCH/8…

• Nếu sử dụng quảng bá cell (cell Broadcast) thì dịch

vụ này chiếm một SDCCH. Nếu dùng cấu hình

SDCCH/8 và sử dụng cell Brocast thì số kênh

SDCCH chỉ còn 7 SDCCH.

Ví dụ tính toán lưu lượng

Ví dụ tính toán lưu lượng (tiếp)

Numbering & Routing

Numbering

• Mobile Subscriber ISDN Number (MSISDN) – Mapping to Mobile Station Roaming Number (MSRN) by HLR

• International Mobile Subscriber Identify (IMSI) – Stored in SIM/HLR

• Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI) – Assigned by VLR, Stored in VLR

• International Mobile Equipment Identity (IMEI) – Unique ID to handset, used by air interface

ID-Numbers

• MSISDN = CC + NDC + SN – MSISDN: Mobile Station ISDN Number

– CC Country Code

– NDC National Destination Code

– SN Subscriber Number

• IMSI = MCC + MNC + MSIN – IMSI International Mobile Subscriber Identity

– MCC Mobile Country Code

– MNC Mobile Network Code

– MSIN Mobile Station Identification Number

ID-Numbers (cont.)

• IMEI = TAC + FAC + SNR + spare – IMEI Internal Mobile Equipment Identity

– TAC Type Approval Code, determined by a central GSM/PCS body

– FAC Final Assembly Code, identifies the manufacturer

– SNR Serial Number, uniquely identifies all equipment within each TAC and FAC

• IMEISV = TAC + FAC + SNR + SVN – IMEISV International Mobile Equipment Identity and

Software Version Number

– SVN Software Version Number

ID-Numbers (cont.)

• MSRN = CC + NDC + SN – MSRN Mobile Station Roaming Number

– CC Country Code


– SN Subscriber Number. In this case, the address to

the serving MSC

• LAI = MCC + MNC + LAC – MCC Mobile Country Code

– MNC Mobile Network Code

– LAC Location Area Code

ID-Numbers (cont.) • CGI = MCC + MNC + LAC + CI

– CGI Cell Global Identity

– CI Cell Identity

• BSIC = NCC + BCC – BSIC Base Station Identity Code

– NCC Network Color Code (3bits)

– BCC Base Station Color Code (3bits)

• LN = CC + NCD + LSP – LN Location Number

– CC Country Code

– NCD National Destination Code

– LSP Locally Significant Part

ID -Numbers (cont.)

• LN = CC + NCD + LSP – LN Location Number

– CC Country Code

– NCD National Destination Code

– LSP Locally Significant Part

• RSZI = CC + NDC + ZC – RSZI Regional Subscription Zone Identity

– CC Country Code


– ZC length of the Zone code (2 octets)

Routing

• Information resident in MS & SIM

– IMSI, TMSI, IMEI, and misc. information

• Routing Information used by Network

– MSISDN, MSRN

Location Registry

Location Registry

• Registration Message Flow

– Inter-LA movement

• In the same MSC

– Inter-MSC movement

• In the same GSM Operator

– Inter-VLR movement

Registration Message Flow -- Inter-LA Movement

1

2

3

4

HLR

MSC2

LA2 LA1

MSC1

VLR2 VLR1

Registration Message Flow -- Inter-MSC Movement

1

2

3

4

5

6

LA2

MSC2

HLR

LA1

MSC1

VLR1 VLR2

HLR

VLR1 VLR2

LA1 LA2

Registration Message Flow -- Inter-VLR Movement

1 6

7 8

3

2

4 5

MSC2 MSC1

Prior MSC

Prior VLR HLR

Serving VLR

Serving MSC

Serving Base

Registration info Store info

REGISTRATION NOTIFICATION INVOKE

Store info

Store info

Change info

remove info


REGISTRATION NOTIFICATION RESULT


REGISTRATION CANCELLATION INVOKE

remove info

REGISTRATION CANCELLATION RESULT



QUALIFICATION REQUEST INVOKE

QUALIFICATION REQUEST RESULT

PROFILE REQUEST INVOKE

PROFILE REQUEST RESULT

Message sequence and system operations for registration

of a terminal in a visited service area

Call Setup

MS BSS MSC/VLR HLR PSTN

Channel REQuest

IMMediate ASSign

Complete layer 3 Info,

AUThentication REQuest

TMSI REALlocation CoMmanD

SETUP

Mobile-originated call, mobile to land call flow (part 1 of 2)

AUThentication RESponse

Cipher Mode Complete

Cipher Mode CMD

Cipher Mode CMD

Cipher Mode Complete

TMSI REALlocation COMplete


CALL PROCeeding

Mobile-originated call, mobile to land call flow (part 2 of 2)

Assignment Request

ASSignment CoMmanD

Assignment Complete

Assignment Complete

Initial Address Message (IAM)

Address Complete message (ACM)

Alerting Answer Signal/answer Message(ANM)

connect

Connect Acknowledge

Prior

MSC Prior

VLR HLR

Serving

VLR

Serving

MSC Serving

Base

Call setup to a roaming subscriber

Receive call

setup request

LOCATION REQUEST INVOKE

ROUTE REQUEST INVOKE

ROUTE REQUEST INVOKE

ROUTE REQUEST RESULT

ROUTE REQUEST RESULT

LOCATION REQUEST RESULT

Call setup request

(temporary phone number) Page command

PAGE

Delete MIN

conversation VMPS call setup

GMSC

MSC/VLR

BSC

HLR

BTS BTS BTS

MSISDN

MSISDN

MSRN

IMSI

MSISDN-->IMSI-->

MSC/VLR Service Area

IMSI<-->MSRN

6.

1. 3.

5.

4.

7.

8.

8. 9.

2.

PSTN 5.

Call Delivery


Mobile-terminated call, land to mobile call flow (part 1 of 2)

Send routing info.

Provide roaming number

Roaming number Routing information

Initial address message Paging command

Paging request

Channel request

Immediate assign

Complete layer 3 info.

Authentication request

Authentication response

Cipher mode cmd Cipher mode cmd

Cipher mode cmd Cipher mode complete

Mobile-terminated call, mobile to land call flow (part 2 of 2)


TMSI reallocation command

TMSI reallocation complete

SETUP

Call confirmed

Assignment request

Assignment command

Assignment complete

Assignment complete

alerting

connect

Connect acknowledge

Address complete message

Answer signal /answer message

Example of call management scenarios

Fig. 4.5 Busy

indication

to caller

Action by

serving

MSC

Announcement

to caller

HLR sends call forwarding

number to home MSC

Terminal idle and subscriber responds

Terminal busy

No answer or no page response

Unconditional call forwarding

Call request at home MSC

Call waiting

Call forwarding

Handover

MS BSS MSC VLR HLR VLR

Location Update in new MSC

Authenticate

Authentication Resp,

Start ciphering

Forward new TMSI

Loc.n area up. acc

Send para

(authentication)

Authentication Prar.

Update location

Insert subscriber data

Subs. Data Ins. Acc. Loc.n update acc

Cancel location

Loc.n cancellation acc.

Location update call flow

Inter-MSC handover

BSS1 MSC-A MSC-B BSS2 VLR-B

Handover request

MS

Perform handover Allocate handover number

Handover request

Send handover report

Handover request ack Radio channel ack

Initial address message

Address complete message Handover command

Handover command Handover access

Handover detect physical information Handover complete

Handover complete Answer signal

Send end signal Clear command Clear complete End signal

Remove handover report

HLR

VLR

GMSC

MSC

MSISDN

MSISDN

MSRN

MSRN IMSI

IMSI

MSRN

MSRN

1

2

3 4 5

6

The Use of MSRN

PSTN

Đa truy nhập phân chia theo thời

gian (TDMA)

• Người dùng di động truy nhập kênh theo kiểu quay vòng.

• Mỗi người có một khe trong mỗi vòng.

Khe 2, 5 và 6 đang rỗi

FDMA/TDMA, ví dụ GSM

1 2 3 7 8

f

t

124

1

124

1

20 MHz

200 kHz

890.2 MHz

935.2 MHz

915 MHz

960 MHz

Mỗi tần số sóng mang được chia thành 8 khe thời gian.

Subscriber Identification Module

• IMSI

– International Mobile Subscriber Identity

• ICCID

– International Compact Card Identification

– Unique SIM manufacturing number

Location Update

• The transaction between a mobile station and

network enabling it to keep track of a

subscriber.

Who are you?

I am Jose.

Knock, knock, Hello?

OK Jose, come in.

Location Update Procedure

MS BSS MSC VLR HLR

LOCATION UPDATE REQUEST

REQUEST SUBS ID

SEND SUBS ID REQUEST SUBS INFO

SEND SUBS INFO

AUTHENTICATION

AUTHENTICATION RESPONSE

HLR UPDATE

Call Set-Up

• Mobile Subscriber International ISDN Number

MSISDN = CC + NDC + SN

CC = Country Code

NDC = National Destination Code

SN = Subscriber Number

Call Establishment (PSTNO-MT)

PSTN BTS

1 BSC1 MSC 1

VLR1

MSC 2

VLR2

HLR HLR Enquiry

HLR DB MSISDN IMSI VLR Address Sub. Data 63+918+9499247 310+02+1234567890 vlr2 services

VLR DB IMSI MSRN LAI DATA 310+02+1234567890 1 services

LAI 1

MSRN POOL

MS B

IMSI

A

B

MSISDN

MSISDN (B) CC+ NDC + SN 63 918 9499247

IMSI = MCC+MNC+MSIN

MSRN = CC+NDC+SN

MSISDN

Call Establishment (MO-PSTNT)

PSTN BTS

1 BSC 1

MSC

VLR1

MSC

VLR2

LAI 1

MS

A

B

MSISDN

MSISDN (A) CC+ NDC + SN 63 2 5113580 HLR

Call Establishment (MO-MT)

VLR DB IMSI MSRN LAI Services 2 Speech

BTS 1

BTS 2 BSC

2

BSC 1

MSC

VLR1

MSC

VLR2

HLR

HLR Enquiry

LAI 1

LAI2

MSRN MS

MS B

IMSI

B

C

MSISDN

MSISDN (C) CC+ NDC + SN 63 918 9499247

IMSI = MCC+MNC+MSIN

MSRN = CC+NDC+SN

MSISDN

HLR DB MSISDN IMSI VLR Address Sub. Data 63+918+9499247 310+02+1234567890 vlr1 services

BTS1

Inter Cell –Intra BSC Handover

BSC1

A

B

Measurement Report

BTS2

MSC/

VLR 1

MSC/

VLR 2

BSC2 BSC3

HLR

BTS3 BTS4

PSTN

BTS1

BSC1

BTS2

MSC/

VLR 1

MSC/

VLR 2

BSC2 BSC3

HLR

BTS3 BTS4

PSTN

Inter Cell –Intra BSC Handover

A

B I’m OK

Inter Cell –Inter BSC Handover

A

B

BTS1

BSC1

BTS2

MSC/

VLR 1

MSC/

VLR 2

BSC2 BSC3

HLR

BTS3 BTS4

PSTN

Measurement Report

Inter Cell –Inter BSC Handover

A

B

BTS1

BSC1

BTS2

MSC/

VLR 1

MSC/

VLR 2

BSC2 BSC3

HLR

BTS3 BTS4

PSTN

I’m OK

Inter MSC Handover

A

B

BTS1

BSC1

BTS2

MSC/

VLR 1

MSC/

VLR 2

BSC2 BSC3

HLR

BTS3 BTS4

PSTN

Measurement Report

Inter MSC Handover

A

B

BTS1

BSC1

BTS2

MSC/

VLR 1

MSC/

VLR 2

BSC2 BSC3

HLR

BTS3 BTS4

PSTN

I’m OK

Kênh điều khiển logic Có 3 loại:

1) Kênh điều khiển quãng bá (BCCH)

• Kênh sửa lỗi tần số (FCCH) – liên kết đường xuống:

Cho phép máy điện thoại di động đồng bộ tần số ban đầu với

trạm thu phát (BTS).

• Kênh đồng bộ (SCH):

Cho phép máy điện thoại di động đồng bộ thời gian ban đầu với

trạm thu phát (BTS).

• Kênh điều khiển quảng bá (BCCH) – chỉ cho liên kết đường

xuống.

Cung cấp thông tin cho máy di động như xác minh BTS, phân

cấp tần số và hàng nhảy tần.

Kênh điều khiển logic (tiếp)

2) Kênh điều khiển chuyên biệt (DCCH)

• Kênh điều khiển kết hợp chậm (SACCH): điều khiển

và kiểm soát các tín hiệu kết hợp với TCH.

• Kênh điều khiển kết hợp nhanh (FACCH):

• Nhận dạng các khe thời gian từ phân cấp lưu thông để

sử dụng cho điều khiển (chẳng hạn chuyển vùng và

điều khiển công suất).

• Kênh điều khiển chuyên biệt độc lập (SDCCH):

Sử dụng đăng ký, cập nhật định vị, chứng thực và thiết

lập cuộc gọi

Kênh điều khiển logic (tiếp)

3) Kênh điều khiển chung (CCCH)

• Kênh paging (PCH) – chỉ cho liên kết đường xuống:

Cảnh báo về nhu cầu mạng cần được báo hiệu.

• Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RCH) – chỉ liên kết

đường lên:

Kênh này để máy di động yêu cầu truy nhập mạng.

• Kênh cho truy nhập (AGCH) – chỉ liên kết đường

xuống:

Sử dụng để cấp phát một kênh DCCH độc lập với máy

di động để báo hiệu sau một yêu cầu về kênh RACCH.

Siêu khung

• Các khuôn dạng 51 trong 26 khung và 26 trong

51 khung được kết hợp với nhau tạo nên một

siêu khung GSM.

• Cấu trúc phân tầng TDMA được hoàn thành

khi 2048 siêu khung được kết hợp với nhau để

hình thành nên một hợp chủng khung.

• There are two types of multiframe

– 26 TDMA-frame multiframe is used to carry

TCH, SACCH and FACCH


BCCH, CCH, SDCCH and SACCH

Frame Types

Burst and Frames

• The information contained in one time

slot on the TDMA frame is call a burst.

• Five types of burst

– Normal Burst (NB)

– Frequency Correction Burst (FB)

– Synchronization Burst (SB)

– Access Burst (AB)

– Dummy Burst

Traffic channels

(TCH)

Signaling

channel

TCH/F: Full-rate Traffic Channel

TCH/H: Half-rate Traffic Channel

FCCH: Frequency correction

SCH: Synchronization

BCCH: Broadcast control

PCH: Paging

AGCH: Access grant

RACH: Random access

SDCCH: Stand-alone dedicated control

SACCH: Slow associated control

FACCH: Fast associated control

Two-way

Base-to-

mobile

Two-way

Logical Channel List

BCH

CCCH

DCCH

Logical Channels

• Control Channels

– Broadcast Channels (BCH)

– Common Control Channels (CCCH)

– Dedicated Control Channels (DCCH)

• Traffic Channels (TCH)

– Full Rate (TCH/F)

– Half Rate (TCH/H)

Control Channels

• Broadcast Channels (BCH) – Frequency Correction Channel (FCCH)

– Synchronization Channel (SCH)

– Broadcast Control Channel (BCCH)

• Common Control Channels (CCCH) – Paging Channel (PCH)

– Random Access Channel (RACH)

– Access Grant Channel (AGCH)

• Dedicated Control Channels (DCCH) – Stand alone Dedicated Control Channel (SDCCH)

– Cell Broadcast Channel (CBCH)

– Slow Associated Control Channel (SACCH)

– Fast Associated Control Channel (FACCH)

Message name Transmitted by

AUTHENTICATION REQUEST


AUTHENTICATION REJECT

IDENTITY REQUEST

IDENTITY RESPONSE

TSMI REALLOCATION COMMAND

LOCATION UPDATING REQUET

LOCATION UPDATING ACCEPT

LOCATION UPDATING REJECT

IMSI DETACH REQUEST

CM SERVICE REQUEST

CM RE-ESTABLISHMENT REQUEST

MM-STATUS

Base

Mobile

Base

Base

Mobile

Base

Mobile

Base

Base

Mobile

Mobile

Mobile

Mobile/Base

Mobility Management Messages

Message name

Starting a call

Transmitted by

SETUP

EMERGENCY SETUP

CALL PROCEEDING

PROGRESS

CALL CONFIRMED

ALERTING

CONNECT

Mobile/base

mobile

base

base

mobile

mobile/base

mobile/base During a call

START DTMF

STOP DTMF

MODIFY

USER INFORMATION

Mobile

mobile

mobile/base

mobile/base Ending a call

DISCONNECT

RELEASE

RELEASE COMPLET

Mobile/base

mobile/base

mobile/base

Abnormal conditions STATUS

STATUS ENQUIRY

CONGESTION CONROL

Mobile/base

mobile/base

mobile/base

Call management messages

Message name Logical channel Transmitted by

SYNC CHANNEL INFORMATION

SYSTEM INFORMATION (TYPE 1,2,3,4,5)SYSTEM INFORMATION (TYPE 6)

CHANNEL REQUESTPAGING REQUEST (TYPE 1,2.3)

IMMEDIATE ASSIGNMENTIMMEDIATE ASSIGNMENT EXTENDED

IMMEDIATE ASSIGNMENT REJECTASSIGNMENT COMMANDADDITIONAL ASSIGNMENT

PAGING RESPONSEMERSUREMENT REPORT

HANDOVER COMMANDHANDOVER ACCESS

PHYSICAL INFORMATIONHANDOVER COMPLETE

CIPHERING MODECHANNEL RELEASEPARTIAL RELEASE

FREQUENCY REDEFINITION

CLASSMARK CHANGE

CHANNEL MODE MODIFYRR STATUS

SCH

BCCHSACCH

RACHPCH

AGCHAGCH

AGCHFACCHFACCH

SDCCHSACCH

FACCHTCH

FACCHFACCH

FACCHFACCHFACCH

SACCHFACCH

SACCHFACCH

FACCHFACCH

SACCH

Base

BaseBase

MobileBase

BaseBase

BaseBaseBase

MobileMobile

BaseMobile

BaseMobile

BaseBaseBase

Base

Mobile

BaseMobile/base

Radio Resources Management Messages

Prior MSC

Prior VLR HLR

Serving VLR

Serving MSC

Serving Base

Registration info Store info


Store info

Store info

Change info

remove info





remove info




QUALIFICATION REQUEST INVOKE

QUALIFICATION REQUEST RESULT

PROFILE REQUEST INVOKE

PROFILE REQUEST RESULT

Message sequence and system operations for registration

of a terminal in a visited service area

Mobile station

Base station

Category Logical Channel


Carrier sine wave

SYSTEM INFORMATION TYPE3

CHANNEL REQUEST

IMMEDIATE ASSIGNMENT

LOCATION UPDATING REQUEST


CIPHERING MODE COMMAND

CIPHERING MODE ACK


TMSI ALLOCATION COMPLETE


CHANNEL RELEASE

RRM

RRM

RRM

RRM

MM

MM

MM

MM

MM

RRM

RRM

RRM

FCCH

SCH

BCCH

RACH

AGCH

SDCCH

SDCCH SDCCH

SDCCH

SDCCH

SDCCH

SDCCH

SDCCH

Location-Updating Procedure

Mobile station

Base station


RRM

RRM

RRM

RRM

RRM

RRM

MM

MM

RRM

RRM

CMCM

CM

CM

RRM

RRM

CM

CM

CM

CM

RRM

FCCH

SCH

BCCH

PCH

RACH

AGCH

SDCCH

SDCCH

SDCCH

SDCCH

SDCCH

SDCCH

SDCCH

SDCCH

SDCCH

SDCCH

SDCCH

FACCH

TCH

TCH

FACCH

FACCH

FACCH

FACCH

Carrier sine wave


SYSTEM INFORMATION

PAGING REQUEST

CHANNEL REQUEST


PAGING RESPONSE



CIPHERING MODE

CIPHERING MODE ACK

SETUP

CALL CONFIRMED

ALERTING

CONNECT

ASSIGNMENT COMMAND

ASSIGNMENT ACK

CONNECT ACK

conversation

conversation

conversation

DISCONNECT

RELEASE

RELEASE COMPLETE

CHANNEL RELEASE

Call Deliver to MH

Mobile-Assisted Handover

Mobile station

Base station

Logical Channel

TCH TCH SACCH TCH TCH TCH SACCH TCH FACCH new TCH TCH TCH TCH FACCH TCH TCH SACCH TCH TCH TCH SACCH TCH

conversation

conversation

MEASUREMENT REPORT

conversation

conversation

conversation

MEASUREMENT REPORT

conversation

HANDOVER COMMAND

HANDOVER ACCESS

HANDOVER ACCESS

HANDOVER ACCESS

PHYSICAL INFORMATION

HANDOVER COMPLETE

conversation

conversation

MEASUREMENT REPORT

conversation

conversation

conversation

MEASUREMENT REPORT

conversation

Broadcast Channels (BCH)

• To help the MH (Mobile Handset) measures

– to turn to a BTS

– to listen for the cell information

• to start roaming, waiting for calls to arrive, making calls

– Because BTSs are not synchronized with each

other, every time a MH decides to camp to another

cell, its FCCH, SCH, and BCCH must be read.

Frequency Correction Channel (FCCH)

• Provide MH with the frequency

reference of the system

– To enable the Mobile Handset (MH) to

synchronize with the frequency

• Transmission properties

– Transmit on the down-link

– Point to multi-point.

Synchronization Channel (SCH)

• MH synchronize with the structure within the

locative cell – MH can receive information from the proper time slots on the TDMA

structure

• To ensure a GSM BTS is chose – The Base Station Identity Code (BSIC) can only be decoded by a

GSM BTS

• Transmission properties – Transmit on down-link

– Point to multi-point.

Broadcast Control Channel (BCCH)

• BTS broadcast cell information to MH – LAI ( Location Area Identity), to start

roaming, waiting for calls to arrive, making calls

– maximum output power allowed in the cell

– information about BCCH carriers for the neighboring cells

• MH will perform measurement to BTS


– Point to multi-point

Common Control Channels

(CCCH)

• CCCH support the establishment of a

dedicated communication path (dedicated

channel) between the MH and the BTS

• Three types of CCCH

– Paging Channel (PCH)

– Random Access Channel (RACH)

– Access Grant Channel (AGCH)

Paging Channel (PCH)

• Used by BTS to page particular MH in the cell – MH actively listen to PCH to check contact

info within certain time

– Contact could be incoming call or short message

• Contact info on PCH include – IMSI (MH’s identity number), or

– TMSI (temporary number)


– point to point

Random Access Channel (RACH)

• Used by MH to request a dedicated

channel for call setup

– Shared by any MH attempts to access the

network

– Channel request message contains the

reason for the access attempt


– Transmit on up-link

– Point to pint.

Access Grant Channel (AGCH)

• The network assigns a signaling

channel via AGCH

– A Stand alone Dedicated Control Channel

(SDCCH) is assigned


– Transmit on down-link

– Point to point

Dedicated Control Channels

(DCCH)

• DCCH are used for transferring nonuser

information between the network and the MH – Messages on DCCH Including

• channel maintenance

• mobility management

• radio resource management

• Four kinds of DCCH – Stand alone Dedicated Control Channel (SDCCH)

– Cell Broadcast Channel (CBCH)

– Slow Associated Control Channel (SACCH)

– Fast Associated Control Channel (FACCH)

Stand alone Dedicated Control Channel (SDCCH)

• Transfer signaling information between

the BTS and the MH

• Typically used for location updating prior

to use of a traffic channel


– Bidirectional channel, transmit on both up

and down-link

– Point to point.

Cell Broadcast Channel (CBCH)

• To carry Short Message Service Cell

Broadcast (SMSCB)

• Use the same physical channel as

SDCCH


– Transmit on down-link

– Point to multi-point

Slow Associated Control Channel (SACCH)

• Carries control and measurement parameters

along with routine data necessary to maintain

a radio link between the MH and the BTS – On the uplink, MS sends averaged measurements (signal strength

and quality) of current and neighboring BCCH

– On downlink, MS receives information about transmitting power to use and an instruction with time advance/retard

• Transmission properties – Bidirection channel, transmit on both up and down link

– Point to point

Fast Associated Control Channel (FACCH)

• An FACCH is used over a TCH where it

steals time slots from a TCH

– a 20 ms segment of speech is stolen to

carry handover signaling information

• Appears on demand

Traffic Channels (TCH)

• TCH transport user information

(speech/data)

• TCH are bidirectional dedicated channels

between the network and the MH

Mobile station

Base station



Carrier sine wave

SYSTEM INFORMATION TYPE3

CHANNEL REQUEST


LOCATION UPDATING REQUEST


CIPHERING MODE COMMAND

CIPHERING MODE ACK


TMSI ALLOCATION COMPLETE


CHANNEL RELEASE

RRM

RRM

RRM

RRM

MM

MM

MM

MM

MM

RRM

RRM

RRM

FCCH

SCH

BCCH

RACH

AGCH

SDCCH

SDCCH SDCCH

SDCCH

SDCCH

SDCCH

SDCCH

SDCCH

Location-Updating Procedure

Mobile station

Base station


RRM

RRM

RRM

RRM

RRM

RRM

MM

MM

RRM

RRM

CMCM

CM

CM

RRM

RRM

CM

CM

CM

CM

RRM

FCCH

SCH

BCCH

PCH

RACH

AGCH

SDCCH

SDCCH

SDCCH

SDCCH

SDCCH

SDCCH

SDCCH

SDCCH

SDCCH

SDCCH

SDCCH

FACCH

TCH

TCH

FACCH

FACCH

FACCH

FACCH

Carrier sine wave


SYSTEM INFORMATION

PAGING REQUEST

CHANNEL REQUEST


PAGING RESPONSE



CIPHERING MODE

CIPHERING MODE ACK

SETUP

CALL CONFIRMED

ALERTING

CONNECT

ASSIGNMENT COMMAND

ASSIGNMENT ACK

CONNECT ACK

conversation

conversation

conversation

DISCONNECT

RELEASE

RELEASE COMPLETE

CHANNEL RELEASE

Call Deliver to MH

Mobile-Assisted Handover

Mobile station

Base station

Logical Channel

TCH TCH SACCH TCH TCH TCH SACCH TCH FACCH new TCH TCH TCH TCH FACCH TCH TCH SACCH TCH TCH TCH SACCH TCH

conversation

conversation

MEASUREMENT REPORT

conversation

conversation

conversation

MEASUREMENT REPORT

conversation

HANDOVER COMMAND

HANDOVER ACCESS

HANDOVER ACCESS

HANDOVER ACCESS

PHYSICAL INFORMATION

HANDOVER COMPLETE

conversation

conversation

MEASUREMENT REPORT

conversation

conversation

conversation

MEASUREMENT REPORT

conversation

Burst

• The information contained in one time slot is a burst

• Five types of burst – Normal Burst (NB)

• To carry information on traffic and control channels

– Frequency Correction Burst (FB) • To synchronize the frequency of the mobile

– Synchronization Burst (SB) • To synchronize the frames of the mobile

– Access Burst (AB) • For random and handover access

– Dummy Burst • For padding the frame

Bursts and Frames

• There are two types of multiframe


TCH, SACCH and FACCH


BCCH, CCH, SDCCH and SACCH

Bursts and Frames

... 2047 2046 2045 2044 2043 1 0 2 3 4 5

... 0 1 2 3 50 49 48 47

0 1 25 24 ...

0 1 25 24 ... 0 1 50 49 ...

0 1 2 3 4 5 6 7

1 hyperframe = 2048 superframes = 2,715,648 TDMA frames (3 hours 28 minutes 53 seconds 760 microseconds)

1 superframe = 1326 TDMA frames (6.12 seconds)

= 51 (26-frame) multiframes or 26 (51-frame) multiframes

1TDMA frame = 8 timeslots

(120/26 =~ 4.615 ms)

1 (26-frame) multiframe

= 26 TDMA frames (120 ms)

1 (51-frame) multiframe

= 51 TDMA frames (120 ms)

Bursts and Frames

0 1 2 3 4 5 6 7

GP

8.25

TB

3 Encrypted bits 57

flag

1 Training sequence 26 flag

1 Encrypted bits 57 TB

3

TB

3 Fixed bits 142

GP

8.25

TB

3

GP

8.25

TB

3

TB

3 Encrypted bits 39 Synchronization sequence 64 Encrypted bits 39

TB

3 Synchronization sequence

41

Encrypted bits 36 TB

3 GP 68.25

GP

8.25

TB

3 TB

3 Mixed bits 58 Training sequence 26 Mixed bits 58

Normal Burst (NB)

Frequency correction

burst (FB)

Synchronization

burst (SB)

Access burst (AB)

Dummy burst (DB)

TB: Tail bits

GP: Guard period

1 TDMA frame = 8 timeslots

1 timeslot = 156.25 bit durations (15/26 =~ 0.577 ms)

(1 bit duration 48/13 =~ 3.69 micro sec)

Normal Burst

T3 Coded Data

57

Training

Sequence 26

Coded

Data 57 GP

8.25

S1 S1 T3

148 bits = 0.54612 msec

This burst is used to carry information on TCH and on the control channels

BCCH, PCH, AGCH, SDCCH, ASCCH and FACCH.

Note: GP (Guard Period)

Random Access Burst

T8 Synchronization

sequence 41

Coded Data

36

Guard Period

68.25 T3

88 bits = 0.32472 msec

68.25 bits = 0.252 msec which is equivalent to 75.5 km

propagation delay.

That is, the max. allowed distance between mobile station

and BTS is 37.75 km. Based on other system parameters,

the max cell size is 35 km in GSM.

Logical Channels Characteristics

Logical Channel

Uplink- only

Downlink- only

Both uplink & downlink

Point- to-pint

Broadcast Dedicated shared

BCCH FCCH SCH RACH PCH AGCH SDCCH SACCH FACCH TCH

√

√ √ √

√ √ √

√

√ √ √ √ √ √ √

√ √ √

√ √ √ √

√ √ √ √ √ √

√ √

1.2 Hệ thống thông tin di động thứ 2 (2G)

tiên tiến


• Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS)

• Tốc độ dữ liệu nâng cao cho phát triển mạng GSM

(EDGE)

1.2.1 Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao

(HSCSD)


- GSM 9,6 kb/s không thể truyền file cỡ vài Megabyte.

- Tạo khả năng có sẵn 8 kênh TCH trọn tốc độ của

GSM cho một người sử dụng, HSCSD có thể đạt tốc

độ tối thiểu 76,8 kb/s.

- Nếu sử dụng kỹ thuật giảm một số thủ tục thì có thể

đạt tốc độ dữ liệu cao hơn mức 115 kb/s.

- HSCSD tận dụng cấu trúc mạng GSM và không cần

điều chỉnh cơ cấu hạ tầng vật lý của mạng.

- HSCSD cần cập nhật phần mềm.

1.2.2 Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS)

• GPRS là hệ thống chuyển mạch gói

• Cung cấp các dịch vụ kiểu mạng internet cho người

sử dụng dịch vụ di động

• Hội tụ giữa IP và tính di động

• GPRS là bậc thang tiến triển quan trọng giữa GSM và

UMTS.

• GPRS có tính hiệu quả phổ cao. Người sử dụng liên

tiếp được kết nối nhưng có thể chỉ phải trả cước phí

cho dữ liệu truyền qua mạng.

• Nguồn tài nguyên kênh truyền dành tối đa cho người

sử dụng mạng. Hiệu quả kinh tế cao.

Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS)

Các kiểu hoạt động của MS trong GPRS:

• Lớp A: Các dạng gói đồng thời với chuyển mạch

kênh

• Lớp B: Tự động chọn dạng chuyển mạch kênh hay

chuyển mạch gói

• Lớp C: Chỉ chuyển mạch gói.

Một MS của GPRS bao gồm kết cuối di động (MT) , là

thiết bị thu và phát tín hiệu dữ liệu và thiết bị kết cuối

(TE), là thiết bị giống một máy tính cá nhân có thể chạy

được các ứng dụng.


• GPRS có các dịch vụ phi thời gian thực với tôc độ dữ

liệu từ 9 lên đến 171 kb/s

• Tốc độ bit có sẵn phụ thuộc số lượng người sử dụng

• GPRS có 4 loại mã: CS-1, CS-2, CS-3, CS-4

• GPRS có thể tương tác với các dịch vụ truyền phát

TCP/IP và X.25

• Thiết lập cuộc gọi nhanh hơn so với GSM

• Cung cấp dịch vụ điểm tới điểm, điểm tới đa điểm


• GPRS tận dụng giao diện sóng vô tuyến của GSM.

• Để đạt tốc độ dữ liệu biến thiên, một MS có thể cấp

phát 1 đến 8 khe thời gian trong một khung TDMA.

• Việc cấp phát khe thời gian có thể khác nhau trên các

hướng đi và về do đó MS có thể truyền và nhận dữ

liệu với các tốc độ khác nhau. Như vậy GPRS có thể

cung cấp hiệu quả các dịch vụ kiểu Internet.

• Các kênh được phân cấp động tới các MS.

• Các gói tin được truyền đi trên các kênh TCH dữ liệu

gói (PDTCH) vô hướng, là kênh tương đương kênh

TCH trọn tốc độ sử dụng bởi GSM cho thoại.

Các kênh trong GPRS

• Kênh PDTCH được cấp tạm thời cho một MS cụ thể khi

truyền dữ liệu.

• Các kênh TCH được truyền qua kênh vật lý gồm 52 đa khung

(tạo từ 2 kênh 26 đa khung của GSM).

• Kênh 52 đa khung có 12 khối gồm 4 khung TDMA, 2 khung

cho kênh điều khiển quảng bá đóng gói (PBCCH) và 2 kênh

dự trữ. Kênh 52 đa khung chiếm 240 ms.

• Một kênh 51 đa khung dùng cho việc truyền dành riêng kênh

điều khển đóng gói (PDCCH) và các kênh PBCCH.

• GPRS cung cấp một số kênh logic để điều khiển và báo hiệu

được gộpthành kênh PBCCCH, kênh điều khiển dành riêng

đóng gói (PDCCH) và kênh PCCCH.

Các kênh điều khiển logic của GPRS

1) Nhóm PDCCH

• Kênh điều khiển kết hợp gói (PACCH):

Cung cấp thông tin tín hiệu liên quan một MS cụ thể.

Có thể dùng để paging đối với các dịch vụ chuyển mạch

kênh khi MS đang ở chế độ chuyển mạch gói.

• Kênh điều khiển tăng thời gian của gói – hướng lên

(PTCCH?U):

MS dùng nó để truyền các burst truy nhập ngẫu nhiên,

từ đó BTS tính khoảng tăng thời gian.

•

Các kênh điều khiển logic của GPRS (tiếp)

* Kênh điều khiển tăng thời gian của gói – hướng xuống

(PTCCH/D):

BTS sử dụng để truyền thông tin tăng tới MS.

2) Nhóm PBCCH

* Kênh điều khiển quảng bá gói (PBCCH) – chỉ liên kết

theo hướng xuống:

BTS sử dụng để cung cấp cho MS về thông tin hệ thống

đặc biệt liên quan đến dữ liệu gói.

Các kênh điều khiển logic của GPRS (tiếp)

3) Nhóm PCCCH

• Kênh thông báo gói (PPCH):

Được dùng để gửi một thông tin đa luồng phát từ điểm đến đa

điểm tới một nhóm gồm các MS.

• Kênh paging gói (PPCH) – chỉ theo hướng xuống:

Cảnh báo cho máy di động biết về gói tin trước khi truyền gói.

• Kênh truy nhập ngẫu nhiên gói (PRACH) – chỉ theo hướng lên:

MS sử dụng để bắt đầu truyền dữ liệu hoặc báo hiệu.

• Kênh trao quyền truy nhập gói (PAGCH) – chỉ theo đường

xuống:

• Cấp nguồn tài nguyên tới MS trước khi truyền gói.

What Is GPRS? (Cont.)

• Packet data network connectivity for GSM

networks

• Allows completely transparent IP support

• Billing according to actual bandwidth

consumed!

– As opposed to billing by calls, or billing by

bandwidth provisioned

• User can stay connected (on-line) for long

periods of time without sending any data and

without paying

• Dynamically variable data rates: from 9 to 150

GPRS Architecture

GPRS Architecture (Cont.)

GPRS

Backbone

SS7

PSTN

Data

Network

Internet

Mobile

PC Eth

ern

et

BSS

BTS

EIR

MSC

SGSN

BSC

VLR

GGSN

Workstation

FW

Router

Border GWInter PLMN

Network

X.25

Network

Corporate

Network

Transmission Plane Protocol Stack

Relay

Network

Service

GTP

Application

IP / X.25

SNDCP

LLC

RLC

MAC

GSM RF

SNDCP

LLC

BSSGP

L1bis

RLC

MAC

GSM RF

BSSGP

L1bis

Relay

L2

L1

IP

L2

L1

IP

GTP

IP / X.25

Um Gb Gn Gi MS BSS SGSN GGSN

Network

Service

UDP /

TCP

UDP /

TCP

Transmission Plane Protocol

Stack(Cont.)

• GTP – GPRS tunnelling protocol.

• SNDCP – maps network-level

characteristics onto the characteristics of

the underlying network.

• BSSGP – conveys routing and QoS

information between the BSS and SGSN.

Transmission Plane Protocol

Stack(Cont.)

• NS – performs the transport of BSSGP

PDUs between the BSS and SGSN.

• LLC – defines the logical link control layer

protocol to be used for packet data transfer

between the MS and the SGSN.

• Relay – relays LLC or PDP PDUs between

different interfaces(Um/Gb or Gb/Gn).

• RLC/MAC – provides radio link control

function.

Signalling Plane

• Consists of protocols for control and

support of the transmission plane functions:

– Controlling the GPRS network access

connections

– Controlling the attributes of an established

network access connection

– Controlling the routing path of an established

network connection

– Controlling the assignment of network

resources

– Providing supplementary services

Signalling Plane MS-SGSN

BSSGP

Relay

GMM/SM

LLC

RLC

MAC

GSM RF

GMM/SM

LLC

BSSGP

L1bis

Um Gb

MS BSS SGSN

Network

Service

RLC

MAC

GSM RF L1bis

Network

Service

GMM/SM:

• GPRS Attach/Detach

• Security, routing area, location update

• PDP context activation/modification/deactivation

Signalling Plane SGSN-HLR

• MAP - with additional functionalities to handle GPRS subscribers information, among other functions

• TCAP, SCCP, MTP3 and MTP2 – SS7 protocols

SCCP

MTP2

MTP3

MTP2

MTP3

SCCP

Gr

SGSN HLR

TCAP

MAP

TCAP

MAP

L1 L1

Signalling Plane GSN-GSN

• GTP – GPRS Tunnelling protocol.

– This protocol tunnels user and signalling data between GPRS

support nodes(GSNs) in the GPRS backbone.

– Create/update/delete PDP context request/response.

UDP

L2

L1

IP

L2

L1

IP

UDP

Gn

GSN GSN

GTP GTP

Signalling Plane-Interfaces

• MS - SGSN : Um and Gb interfaces

• GSN - GSN : Gn interface

• SGSN - HLR : Gr interface

• Other signalling planes:

– SGSN - MSC/VLR : Gs interface

– SGSN - EIR : Gf interface

– SGSN - SMS-GMSC or SMS-IWMSC : Gd

interface

– GGSN - HLR : Gc interface

GPRS Protocols - Interfaces

Protocol Interface

GTP Gn

SNDCP Gb

LLC Gb

NS Gb

GMM Gb

BSSGP Gb

BSSAP+ Gs

MAP Gr, Gf, Gd and Gc

MS Identities

• IMSI – International Mobile Subscriber

Identity.

– A unique identity allocated to each mobile

subscriber in GSM/GPRS.

• P-TMSI – Packet Temporary Mobile

Subscriber Identity.

• TLLI – Temporary Logical Link Identity.

– Is derived from a P-TMSI and provides user

identity confidentiality.

• PDP Address – Packet Data Protocol Address

– A GPRS Subscriber(identified by IMSI) shall have

MM Functionality

• Mobility management(MM) states

– Three different MM states :

• IDLE

• STANDBY

• READY

– Each state describes a level of functionality

and information

– The information sets held at MS and SGSN are

denoted MM context

MM Functionality(Cont.)

IDLE

READY

STANDBY

GPRS Detach

PDU transmission

GPRS Attach

READY timer expiry

or Force to STANDBY

STANDBY timer

expiry

• State model of MS - Transitions and

Functions

MM Functionality(Cont.)

• State model of SGSN - Transitions and

Functions

IDLE

READY

STANDBY

GPRS Detach

or

Cancel Location

PDU reception

GPRS Attach

READY timer expiry

or Force to STANDBY

or Abnormal RLC condition

STANDBY timer

Expiry or Cancel

Location

GPRS Attach Procedure

MS Network

ATTACH REQUEST Start T3310

ATTACH ACCEPT

ATTACH REJECT Stop T3310

Stop T3310

or

ATTACH COMPLETE Stop T3350

ATTACH REQUEST Start T3310

If P-TMSI

and/or

TMSI allocated

Start T3350

If P-TMSI

and/or

TMSI allocated

HỆ THỐNG CDMA

• 3.1 Đặc điểm CDMA

• Hệ thống IS-95A được xây dựng trên lý thuyết trải

phổ

• Hiệu suất sử dụng độ rộng băng tần cao và khả năng

truy nhập nên CDMA là công nghệ hàng đầu để giảm

nghẽn do sự bùng nổ các mạng điện thoại di động.

• Ưu điểm: dung lượng lớn, tính năng cải thiện chất

lượng thoại, dễ dàng phát triển mạng, khả năng

truyền dữ liệu tốc độ cao, đáp ứng được các dịch vụ

tiên tiến sử dụng băng thông rộng.

• CDMA 2000 (G3 chuẩn CDMA) có tối đa 2,4Mbps.

Quá trình phát triển của mạng thông tin di

động

Lộ trình tiến tới 3G

• Xu thế: đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về dung

lượng, tính tiện lợi, giá cả, tính đa dạng dịch vụ.

• Châu Âu: GSM⇒GPRS ⇒EDGE ⇒W-CDMA

• Bắc Mỹ, Hàn Quốc, Trung Quốc:

IS-95A ⇒IS-95B ⇒CDMA 2000

* Nhật Bản phát triển mạng PDC theo hai hướng W-CDMA và CDMA 2000.

Ưu điểm của hệ thống CDMA

• Dung lượng gấp 8÷10 lần so với hệ thống AMPS và

4÷5 lần so với GSM.

• Chất lượng cuộc gọi được nâng cao

• Thiết kế hệ thống đơn giản hóa do dùng chung dải tần

số ở mọi ô.

• Nâng cao bảo mật thông tin.

• Đặc tính phủ sóng được cải thiện, nâng cao phạm vi

phủ sóng.

• Tăng thời gian đàm thoại cho máy đầu cuối.Dait

thông được cung cấp theo yêu cầu sử dụng.

• Nâng cấp mạng dễ dàng.

Tổng dung lượng hệ thống

• Với dải tần 10 MHz

• W-CDMA chỉ có 2 sóng mang/sector (mỗi sóng mang 5 MHz)

• CDMA 2000 có 7 sóng mang (mỗi sóng mang dùng 1,25

MHz).

• Với 62 kênh lưu lượng TCH/sóng mang thì W-CDMA có tối

đa 124 TCH/sector, CDMA 2000 1x có 266 TCH/sector.

So sánh dung lượng thoại

giữa các công nghệ

TDMA GSM GSM WCDMA CDMA-2000 1x

Dung lượng (Erl) 37 21÷35 29÷47 111÷176 230,9÷328,7

Người dùng/sector 48 29÷44 38÷58 124÷190 245÷343

Tái sử dụng 7/21 4/12 3/9 1/1 1/1

So sánh tốc độ dữ liệu

giữa các công nghệ

GPRS EDGE WCDMA CDMA

2000 1x

CDMA

2000 1xEV-

DO

Lưu lượng

trung bình

(Kbps)

256 768 1800 2450 11060

Mẫu tái sử

dụng tần số

3/9 3/9 1/1 1/1 1/1

3.2 Trải phổ

3.2.1 Trải phổ trực tiếp (Direct Squence Spread

Spectrum-DSSS).

• Các tín hiệu mạng thông tin được điều chế trực tiếp

bởi mã tín hiệu tốc độ chip cao.

• Tín hiệu dữ liệu có thể là tín hiệu tương tự hoặc số

• Bỏ qua điều chế dữ liệu tín hiệu số vì tín hiệu được

nhân trực tiếp nhờ tín hiệu mã và tạo ra tín hiệu điều

chế sóng mang băng rộng.

3.2 Trải phổ (tiếp)

3.2.2 Trải phổ nhảy tần số (Frequency Hopping Spread

Spectrum- FH-SS).

• Ở một tần số sóng mang, các tín hiệu mang thông tin

được lặp lại tùy theo tín hiệu mã.

• Trong một khoảng thời gian, tần số này giữ nguyên.

• Sau một khoảng thời gian, sóng mang lại nhảy tới

một tần số khác.


3.2.3 Trải phổ nhảy thời gian (Time Hopping Spread Spectrum-

TH-SS)

• Các tín hiệu được truyền không liên tục

• Các tín hiệu xuất hiện đột ngột ở những thời gian quyết định

bởi tín hiệu mã gán cho người sử dụng.

• Trục thời gian được chia thành khung, mỗi khung có M khe

thời gian (time slot).

• Trong mỗi khung, người dùng gửi dữ liệu trên một trong M

khe thời gian.

• Sử dụng khe thời gian nào tùy vào mã gán cho thuê bao.

• TH-SS dùng toàn bộ phổ băng rộng cho các khoảng thời gian

ngắn thay vì chỉ dùng các phần của phôtrong suốt thời gian

như trải phổ nhảy tần số.


3.2.4 Điều chế lai ghép (Hybrid modulation)

• Kết hợp hai hay nhiều công nghệ điều chế trên.

• Kết hợp CDMA với các phương thức đa truy nhập

khác, chẳng hạn TDMA.

3.3 Các khái niệm của hệ thống trải phổ

Công thức dung lượng Shannon

• Công thức:

Với C là dung lượng kênh truyền [b/Hz]

B là độ rộng băng tần [Hz]

N là công suất nhiễu

• Biểu diễn cực đại về mặt lý thuyết có thể đạt được.

• Trong thực tế chỉ đạt được các tỷ lệ thấp hơn.

• Công thức thừa nhận tạp âm trắng (tạp âm nhiệt)

– Không tính đến tạp âm xung

– Không tính đến méo do suy hao hoặc méo do trễ.

S/N1log2 BC

Công thức dung lượng Shannon (tiếp)

3.3.1 Hệ số xử lý của hệ thống

3.3.1 Hệ số xử lý của hệ thống (tiếp)

Ví dụ tính hệ số xử lý hệ thống của hệ

thống DSSS

- Tốc độ chip của đồng hồ mã hóa là 10 Mcps

- Tốc độ thông tin là 4,8 Kbps

• Tính hệ số xử lý hệ thống của hệ thống DSSS.

• Tính hệ số xử lý hệ thống khi tốc độ mã hóa tăng lên

50 Mcps.

• Hệ thống có ưu điểm gì khi tăng tốc độ mã hóa lên 50

Mcps với tốc độ thông tin là 4,8 Kbps?

Ví dụ tính hệ số xử lý hệ thống của hệ thống

DSSS (tiếp)

3.3.2 Hoạt động của hệ thống DSSS

• Tín hiệu trải phổ có băng thông rộng hơn rất nhiều so

với băng thông của thông tin cần truyền (băng tần cơ

sở).

• Việc trải phổ dữ liệu bằng tín hiệu trải phổ (tín hiệu

mã hóa). Tín hiệu mã hóa độc lập với dữ liệu và có

tốc độ cao hơn nhiều.

• Tại máy thu, việc nén phổ bằng bộ tương quan chéo

của tín hiệu trải phổ tại đầu thu và tín hiệu trải phổ

ban đầu để nén phổ tại đầu thu phải đồng bộ, giống

tín hiệu trải phổ dùng trải phổ dữ liêu.

Khóa dịch pha nhị phân liên kết

Khóa dịch pha nhị phân liên kết (tiếp)

Khóa dịch pha cầu phương (QPSK)

Hệ thống DSSS với máy phát QPSK

Cộng

môdun 2

Tốc độ

thông tin

Ri=1/T

Băng tần

cơ sở di(t)

Lọc dải

tần cơ sở

ɸ

Tốc độ chip Rc=1/Tc

Dãy PN, cc(t)

Dãy PN, cs(t)

Dịch pha 900

Bộ khuếch

đại công

suất

Xi(t)

Hệ thống DSSS với máy phát QPSK (tiếp)

3.3.3 Bit giả ngẫu nhiên

Hoạt động của máy phát và máy thu:

• Dữ liệu bất kỳ si(t) lấy từ nguồn số.

• Dãy mã bất kỳ ci(t) lấy từ máy phát phổ trực tiếp.

• Hai dãy si(t) và ci(t) được cộng với nhau và truyền

đến máy thu với giả thiết không có trễ đường truyền.

• Mã ci(t) dùng ở máy phát cũng có thể sử dụng ở máy

thu.

• Dãy dữ liệu ban đầu được khôi phục bằng cách cộng

môdun 2 chuỗi nhận được với mã ci(t) tại bên thu.

3.3.3 Bit giả ngẫu nhiên

Si(t) Si(t)ci(t)

ci(t)

Máy phát di động

Máy

phát

1 Si(t) 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1

2 Ci(t) 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0

3 Si(t).ci(t) 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1

Máy

thu

4 Si(t).ci(t) 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1

5 Ci(t) 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0

6 Si(t).ci(t). Ci(t)= Si(t) 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1

Các bước cộng môdun 2:

3.3.3 Bit giả ngẫu nhiên (tiếp)

• Ở dãy dữ liệu si(t) thay 1 và -1 tương ứng cho 0 và 1.

• Cộng môdun hai của các số 1 và 0 tương ứng với

nhân môdun 2 của 1 và -1.

Si(t)ci(t) Si(t)ci(t)ci(t) = Si(t)

ci(t)

Máy thu di động

3.3.3 Bit giả ngẫu nhiên (tiếp)

• Phép cộng mô dun hay dùng vì cổng NOR rẻ hơn

nhiều so với bộ nhân.

• ci(t).ci(t) = 1.

• Các bước nhân môdun 2:

Ta đã giả thiết không có trễ đường truyền (đồng bộ),

thực tế không đồng bộ do đó bên thu sai và cần đồng

chỉnh (đồng bộ hóa).

Máy phát

1 Si(t) -1 -1 1 -1 1 1 -1 -1 -1 -1

2 Ci(t) -1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 1 1

3 Si(t).ci(t) 1 -1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 -1

Máy thu

4 Si(t).ci(t) 1 -1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 -1

5 Ci(t) -1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 1 1

6 Si(t).ci(t). Ci(t)= Si(t) -1 -1 1 -1 1 1 -1 -1 -1 -1

3.3.4 Hoạt động của hệ thống CDMA

• Hệ thống FDMA, TDMA có giới hạn về dung lượng.

• Trong CDMA, hệ thống trải phổ có thể hoạt động tốt

khi dùng thêm sóng vô tuyến. Tuy nhiên tăng mức

nhiễu chung với toàn bộ máy thu ở các cell.

• Nhiễu phụ thuộc mức năng lượng thu được, mức

đồng bộ về thời gian và sự tương quan chéo giữa các

tín hiệu.

• Dung lượng phụ thuộc nhiễu và thiết kế hệ thống.

• Kỹ thuật mã hóa sửa lỗi trước cải thiện khả năng

chống nhiễu và tăng dung lượng hệ thống.

Phân tích phổ của trải phổ và giải trải phổ

Spreading code

Spreading code

Signal

Combination

Narrowband signal

f

P(f)

Broadband signal

P(f)

f

Noise & Other Signal

P(f)

f

Noise+Broadband signal

P(f)

f

Recovered signal

P(f)

f

3.3.4 Hoạt động của hệ thống CDMA (tiếp)

3.3.5 Dãy giả tạp âm

(PN-Pseudorandom Noise Sequences)

• Trải phổ băng tần tín hiệu đã điều chế thành băng tần lớn hơn

để truyền.

• Phân biệt các thuê bao cho quy trình đa truy nhập

• Các dãy PN không phải ngẫu nhiên mà có tính chu kỳ và xác

định.

• Các tính chất:

- Tần suất của 0 và 1 là 1,2

- Khi toàn số 0 hoặc 1, đọ dài là 1 với xác suất là 1/2; độ dài là 2

với xác suất là 1/4; độ dài là 3 với xác suất là 1/8…

- Khi dãy PN được dịch, chuỗi kết quả cũng phải có tổng các A

và D giống với chuỗi gốc.

3.3.5 Dãy giả tạp âm (tiếp)

X1 X2 X3 X4

Bộ cộng

môdun 2

Xung đồng hồ

Bộ 4 thanh ghi có hồi tiếp tuyến tính

Đầu ra

• Khi có xung đồng hồ trạng thái thanh ghi dịch trước

dịch sang thanh ghi bên phải ngay trước nó.

• Trạng thái của các thanh ghi dịch lặp lại sau (24-1=)

15 nhịp.

• Dãy có độ dài lớn nhất là dãy có thể tạo bởi thanh ghi

dịch có độ dài nhất định. Ở bộ phát dãy nhị phân, dãy

dài nhất là 2n-1 chip với n là số tầng.


• Tính chất của dãy giả ngẫu nhiên có độ dài lớn nhất

Bộ n tầng ghi dịch (n thanh) tạo ra dãy có độ dài lớn

nhất có các tính chất:

- Số 0 và 1 chỉ được khác nhau một chip

- Số các nhị phân 1: 2n-1, Số các nhị phân 0: 2n-1-1

- Chuỗi mã dài 2n-1 chip.

- Một dãy chạy là dãy toàn số 0/1.

- Khi có chữ số thay đổi có nghĩa bắt đầu dãy chạy

mới.

- Độ dài dãy chạy là tổng các số trong dãy đó.



Xn-1 Xn-2 X1 X0

h1 h2 hn-1 hn-2

Bộ thanh ghi dịch tuyến tính n tầng

H1=1: mạch kín,

h1=0: mach hở


Độ dài dãy chạy Các số 1 Các số 0 Số chip

1 2 2

2 1 1

3 0 1

4 1 0

Tổng số chip 15

Phân bố cho các dãy chạy cho dãy 24-1 chip

(bộ 4 thanh ghi có hồi tiếp tuyến tính)

Ý nghĩa của tương quan

• Tương quan thể hiện điều gì?

– Nó xác định sự tương tự của một chuỗi so với một chuỗi

khác.

– Nó được xác định trong phạm vi giữa –1 và 1.

Giá trị Thể hiện

1 Hai chuỗi phù hợp với nhau hoàn toàn.

0 Không có sự liên quan giữa hai chuỗi

–1 Hai chuỗi giống nhau nhưng ngược lại như một hình

ảnh phản chiếu qua tấm gương (The two sequences

are mirror images of each other).

Các giá trị khác biểu thị từng mức độ tương quan

Tự tương quan

Tương quan chéo

Ví dụ tính hàm tự tương quan

• Cho bộ phát mã 3 tầng để tạo mã tuyến tính có độ dài tối đa 6

chip với dãy chuẩn là 1110010. Tính hàm tự tương quan nếu

tốc độ chip là 10 Mcps.

Bảng 3.8 Các số A (Agreement) và D (Disagreement) với dãy chuẩn.

Độ

lệch

Dãy Số chữ số

giống

nhau

Số chữ số

không giống

nhau

A-D

1 0111001 3 4 -1

2 1011100 3 4 -1

3 0101110 3 4 -1

4 0010111 3 4 -1

5 1001011 3 4 -1

6 1100101 3 4 -1

0 1110010 7 0 7

Ví dụ tính hàm tự tương quan (tiếp)

Ví dụ tính hàm tự tương quan (tiếp)

• Đồ thị của hàm tự tương quan của bộ gồm 3 tầng và

các đường hồi tiếp tuyến tính:

t

-1/7

1

0

3.3.6 Hàm trực giao

• Sử dụng hàm trực giao để tăng hiệu suất băng thông

của một hệ thống trải phổ.

• Mỗi thuê bao dùng một hàm trực giao để truyền các

ký hiệu.

• Hai mã là trực giao khi tương quan của chúng bằng

không (Không có nhiễu giữa hai người dùng).

* Có nhiều dãy để tạo các bộ của các hàm trực giao.

• Dãy Walsh và dãy Hadamard tạo được các bộ có hiệu

quả trong hệ thống CDMA.

• Bộ các hàm trực giao có thể dùng làm mã trải phổ

hoặc địng dạng, điều chế ký tự, các ký tự này trực

giao với nhau.

Hàm trực giao (tiếp)


Thông qua ví dụ cho thấy Hệ thống trực giao có:

• Ưu điểm: Hiệu suất băng thông tăng 33,1%.

• Nhược điểm: Thiết kế bên thu phức tạp

Ví dụ trên cần 16 bộ tương quan ở bên thu cho từng

kênh thuê bao (hệ thống khác chỉ dùng một bộ).


• Hệ thống CDMA chuẩn IS-95 dùng các hàm trực

giao:

- mã trải phổ ở kênh truyền thuận (đường lên)

- điều chế …………. nghịch

Một bộ có 6 ký hiệu làm mã thì có 64 ký hiệu điều chế

và truyền đi 1 trong 64 ký hiệu đó.

Ký hiệu điều chế truyền đi là hàm trực giao trong 64

hàm trực giao nhau.

Mã Walsh

• Mã trực giao phổ biến nhất được sử dụng trong hệ

thống CDMA.

• Các hàm Walsh sinh ra từ các mã của ma trận

hadmard. Một hàng toàn số 0, các hàng khác có 1 và

0 như nhau.

• Một bộ mã Walsh có độ dài n is được định nghĩa các

hàng của ma trận Hadamard n n.

• Ma trận Hadamard có thể được xây dựng bằng

phương pháp tương tác.

• Các hàm Walsh có thể tạo khối dài N = 2j, j là số

nguyên.


• Ví dụ:

11

11

21 0nn

nn

nHH

HHHH

0110

1100

1010

0000

10

0042 HH


• Chu kỳ truyền một ký hiệu điều chế được gọi là

khoảng thời gian của ký hiệu (1s/4800 =208,33 µs).

• Kết hợp với 1/64 ký hiệu điều chế gọi là một chip

Walsh (1s/307200=3,255 µs).

• Trong một ký hiệu Walsh các chip truyền theo thứ tự

0, 1, 2, …63.

• Với kênh thuận (đường lên) Hàm Walsh dùng khử

nhiễu do các thuê bao cùng cell.

• Với đường xuống cùng một cell, tất cả các hàm

Walsh đều được đồng bộ và độ tương quan lẫn nhau

bằng không.


• Dữ liệu thuê bao tại đầu vào (tín hiệu số) nhân với

hàm trực giao Walsh (theo chuẩn TIA IS-95 dùng 64

hàm Walsh đầu tiên).

• Sau đó dữ liệu được trải phổ bởi mã PN báo hiệu cho

BS và truyền trên một sóng mang.

• Tại máy thu sau khi loại bỏ sóng mang, máy thu đem

nhân tín hiệu với mã đồng bộ PN.

• Để loại bỏ nhiễu do BS thứ i truyền tới các thuê bao

ta nhân hàm Walsh đã được đồng bộ với tín hiệu của

thuê bao thứ i.

• Các hàm Walsh tạo dạng sóng chữ nhật với hai biên

độ +1 và -1.

Walsh 1

Walsh N

Mã PN cho BS

Mã PN cho BS

Thuê bao 1

Thuê bao N

Ứng dụng của hàm Walsh và mã bù ở trạm gốc

Sóng mang liên kết

Mẫu ở t=T

Ứng dụng của hàm Walsh và mã bù ở máy di động

3.4 Các thủ tục chuyển giao

• Trạng thái tích cực: softer/soft, softer/soft ảo.

• Trạng thái chờ: giữa các PCF

• Giữa các hệ thống CDMA 2000 1x và EV-DO: trạng

thái tích cực, chờ, chuyển giao đối với Simle

IP/Mobile IP.

3.4 Các thủ tục chuyển giao

Chuyển giao ở trạng thái tích cực (softer/soft):

• Chuyển giao AT (Access Terminal) đến sector hay

BTS khác mà không ngắt kết nối của AT với BTS

đang phục vụ.

• Nâng cao chất lượng so với hệ thống chuyển giao

cứng (ngắt kết nối với BTS đang phục vụ). Tuy nhiên

chiếm 35% tài nguyên mạng.

• Chỉ trong cùng băng tần, tần số, offset khung.

• Cung cấp sự phân cực trên các kênh lưu lượng

(đường lên hay đường xuống) ở vùng biên giữa các

BTS

3.4 Các thủ tục chuyển giao (tiếp)

Chuyển giao ở trạng thái tích cực (tiếp):

• Cung cấp sự phân cực trên các kênh lưu lượng

(đường lên hay đường xuống) ở vùng biên giữa các

BTS.

• Chuyển giao softer/soft 1xEV-DO chỉ cho đường lên

• Chuyển giao softer/soft ảo 1xEV-DO chỉ cho đường

xuống.

• Nhiều BTS/sector cùng nhận tín hiệu AT.

Các thủ tục chuyển giao (tiếp)

Chuyển giao softer/soft ảo

• AT đo cường độ tín hiệu của tất cả Pilot trong Active

Set.

• AT chọn sector có Pilot mạnh nhất và yêu cầu phục

vụ (nhận báo hiệu và dữ liệu).

• Quá trình AT chọn một kênh liên kết đường lên khác

trong Active Set chính là Chuyển giao softer/soft ảo

• BTS quyết định trễ tối thiểu thay đổi DRC.


Chuyển giao ở trạng thái chờ:

• Nhằm duy trì phiên của AT khi ở trạng thái chờ.

• Tiết kiệm tài nguyên hệ thống.

Quá trình thiết lập phiên lãng phí do cần nhiều tài

nguyên để xác định các tham số/giao thức. Mỗi khi thiết

lập xong, kết nối được giải phóng rồi thiết lập lại. Kênh

lưu lượng không dùng để truyền dữ liệu.

• Giảm trễ cho người dùng.

• Cho phép người dùng 1xEV-DO luôn ở trạng thái

online.


Chuyển giao giữa các hệ thống 1x và EV-DO:

• Không gián đoạn dùng dịch vụ dữ liệu của thuê bao.

• Theo hai chiều.

• Phiên IP được duy trì nếu EV-DO và 1x sử dụng

cùng một PDSN hay dùng cơ chế Mobile IP.

Chuyển giao giữa các hệ thống 1x và EV-DO (tiếp)

Đầu cuối Hybrid:

• Hỗ trợ thoại/dữ liệu 1x và dữ liệu 1xEV-DO.

• Giám sát cả kênh tìm gọi của 1x và kênh điều khiển của EV-

DO khi ở trạng thái chờ.

• Ưu tiên dùng 1xEV-DO để truyền dữ liệu khi nó nằm trong

vùng phủ sóng của cả 1x và EV-DO.

• Khi truyền dữ liệu bằng 1xEV-DO, nó vẫn giám sát hệ thống

1x theo chu kỳ để nhận biết cuộc gọi đến. Nếu có cuộc gọi

đến, người dùng nhấc máy, phiên dữ liệu EV-DO sẽ được

chuyển giao sang 1x.

• Khi truyền dữ liệu bằng 1xEV-DO, nó kiểm tra cường độ tín

hiệu 1x. Nếu cần chuyển giao nó sẽ chuyển sang chế độ 1x.

Các trường hợp chuyển giao

1) AT đang có phiên dữ liệu với mạng truy cập vô tuyến

1x EV-DO RAN. Khi ở trạng thái chờ, nếu có sự thay

đổi RAN, nó chuyển giao trạng thái chờ sang RAN mới.

2) AT đang truyền dữ liệu với 1xEV-DO thì có cuộc gọi

tới hệ thống 1x. Do AT giám sát kênh chung đường

xuống 1x định kỳ nên nó nhận được bản tin tìm gọi.

- Tiếp tục cuộc gọi dữ liệu trên hệ thống 1x.

- Giải phóng dữ liệu 1xEV-DO bằng cách chuyển giao

sang 1x và tiếp tục chỉ với cuộc gọi thoại.

Các trường hợp chuyển giao (tiếp)

3) AT có thể nhận SMS khi đang truyền dữ liệu trên hệ thống 1x

EV-DO. SMS được nhận trong suốt khe thời gian được ấn định

cho AT hay khe thời gian quảng bá.

4) Khi đang truyền dữ liệu trên 1x EV-DO, nó thực hiện cuộc gọi

thoại trên 1x.

- Tiếp tục cuộc gọi dữ liệu trên hệ thống 1x.

- Giải phóng dịch vụ dữ liệu 1x EV-DO bằng cách chuyển giao

sang hệ thống 1x và tiếp tục chỉ với cuộc gọi thoại.

- 5) AT di chuyển ra khỏi vùng phủ sóng của hệ thống 1x EV-

DO và vào vùng phủ sóng của 1x. AT sẽ thay đổi AN từ hệ

thống 1x EV-DO sang hệ thống 1x.

Giới thiệu giải pháp của ZTE

• Tích hợp 1xEV-DO và 3G1x lên chung một nền tảng

(Platform) điều khiển vô tuyến.

• BSC thực hiện chức năng điều khiển vô tuyến.

• Tại BTS card CHM1 cung cấp kênh cho 1xEV-DO

(tín hiệu được mã hóa, điều chế và phát trên cùng

anten với 1x).

• Lưu lượng 1xEV-DO và 1x theo giao diện được

truyền đến PCF tại BSC.

• PCF thực hiện chức năng điều khiển gói và chuyển

toàn bộ lưu lượng qua giao diện A10/A11 tới PDSN.

Lưu lượng EV-DO và 1x đến BSC, PDSN cùng một đường

Giới thiệu giải pháp của ZTE (tiếp)

• Thiết bị truy nhập: AT (MS).

• Mạng truy nhập AN (BTS, BSC, AN AA).

• PCF, PDSN, máy chủ AAA.

• Hệ thống 1xEV-DO sử dụng kiến trúc mạng trên nền

IP.

• Giao diện gồm: vô tuyến, A8/A9, A10/A11 cùng tính

năng như CDMA 2000 1x.

Giới thiệu giải pháp của ZTE (tiếp)

Giải pháp CDMA 2000 1xEV-DO của ZTE gồm:

• Hệ thống chuyển mạch di động ZXC10-MSS

• Hệ thống chuyển mạch dữ liệu gói ZXPDSS

• Hệ thống trạm gốc ZXC10-BSCB

• Hệ thống trạm thu phát gốc ZXC10-BTS

• Hệ thống cung cấp các dịch vụ gia tăng (ZXSC100,

VMS)

Hệ thống chuyển mạch di động ZXC10-MSS

MSM

SNM

OMM

Kiến trúc phần cứng của MSC/VLR

Hệ thống chuyển mạch di động ZXC10-MSS

• Hệ thống chuyển mạch di động ZXC10-MSS bao

gồm: ZXC10-MSC/VLR và ZXC10HLR/AUC.

• MSC/VLR bao gồm các modul:

- Chuyển mạch bản tin MSM

- Xử lý MSC/VLR MPM

- Mạng chuyển mạch SNM

- Bảo dưỡng và vận hành hệ thống OMM

- Các tủ MPM kết nối nhau qua giao diện quang và kết

nối với OMM qua mạng LAN.

Hệ thống chuyển mạch di động ZXC10-MSS (tiếp)

MPM là modul độc lập cơ bản, có các chức năng:

• Kết nối kênh thoại

• Xử lý báo hiệu giữa các thuê bao cùng modul

• Kết nối các bản tin báo hiệu, kênh thoại giữa các thuê bao của

modul chuyển mạch và các thuê bao của các modul xử lý MSC

khác.

• Thực hiện các chức năng khác: VLR, GMSC (Gateway MSC),

SSP…

• Modul MPM dùng các card chuyển mạch DDSN

(active/standby)

• Để nối với BSC, MSC khác và PSTN, MSC dùng card CDTI,

mỗi card có 4 cổng E1.

Hệ thống chuyển mạch di động ZXC10-MSS (tiếp)

Modul MSM: chuyển mạch bản tin giữa các modul.

• MSM nối với SNM bằng cáp quang.

• Modul chuyển mạch trung tâm SNM là modul lõi thực hiện

chức năng chuyển mạch.

- Chuyển mạch kênh thoại giữa các modul của hệ thống

-Truyền các khe thời gian từ các modul MPM đến MSC

thông qua kết nối bán cố định.

SNM dùng đơn vị chuyển mạch nhỏ nhất là các modul

chuyển mạch TDM loại T dung lượng 32K/64K.

• Modul vận hành bảo dưỡng OMM: quản lý các thực thể

chuyển mạch như bảo mật, thống kê hiệu năng, giám sát dịch

vụ, giám sát báo hiệu, quản lý tính cước, cấu hình dữ liệu,

đồng hồ nhịp, phát hiện lỗi, điều khiển cảnh báo…

Hệ thống ZXC 10-BSS

Bộ điều khiển trạm gốc BSC:

• Thực hiện chức năng điều khiển BTS

• BSC bao gồm: - Modul xử lý cuộc gọi

- Modul trung kế số

- Modul phân bố và lựa chọn

- Modul định thời

- Modul vận hành và bảo dưỡng

• BSC được tích hợp chức năng điều khiển gói PCF

cho cả 1x và EV-DO.

Hệ thống ZXC 10-BSS (tiếp)

Trạm thu phát gốc BTS

• Thực hiện liên kết đầu cuối truy cập AT qua giao diện

vô tuyến với mạng truy nhập AN.

Bao gồm:

- Hệ thống con số băng gốc BDS

- Hệ thống con tần số vô tuyến

• BTS được BSC điều khiển.

• BTS thực hiện truyền dẫn vô tuyến và các chức năng

điều khiển khác.


AN-AAA:

• AN-AA là Secver thực hiện chức năng nhận thực, trao quyền

và thanh toán cho các thuê bao EV-DO.

Hệ thống điều khiển trạm gốc ZXC10-BSC

• Hỗ trợ các giao diện

• Cho phép BSC kết nối với các thiết bị của các nhà cung cấp

khác.

• Tích chức năng điều khiển gói PCF cho cả 1x và EV-DO kết

nối đến PDSN qua giao diện A10/A11.

• Tích hợp chức năng IWF để cung cấp dịch vụ dữ liệu kênh

(circuit data), chẳng hạn dịch vụ fax.

• Sử dụng bộ mã hóa 8k EVRC.


Hệ thống trạm thu phát gốc ZXC10-BTS

• Có thể cung cấp cả hai dịch vụ 3G 1x và EV-DO cùng một

rack và cùng một anten.

• Dùng card CHM1 để cung cấp kênh cho 1x EV-DO.

Card CHM1 có dung lượng tối đa:

- 96 kênh cho đường lên

- 192 kênh cho đường xuống

• Dùng card CHM0 để cung cấp kênh cho 1x.

Card CHM0 có dung lượng 256 kênh cho đường lên và 512 kênh

cho đường xuống.

Cung cấp các giá trị dịch vụ gia tăng.

3.6 Giải pháp 3G của Lucent

• Giải pháp mạng CDMA 2000 1xEV-DO của Lucent

tách biệt phần dữ liệu 1xEV-DO với phần dữ liệu

3G1x và được điều khiển bởi Nút điều khiển mạng vô

tuyến RNC.

• Giải pháp: - Mạng 1xEV-DO độc lập

- Mạng kết hợp 1x và EV-DO

• Lưu lượng dữ liệu của người dùng sẽ không chạy

chung đường với lưu lượng 1x từ BTS đến PCF mà sẽ

có router tập trung lưu lượng 1xEV-DO từ các BTS

rồi đưa về bộ DO-RNC (chạy trên Flexent Mobility

Server).

3.6 Giải pháp 3G của Lucent (tiếp)

• Flexent Mobility Secver thực hiện chức năng điều

khiển gói PCF cho 1xEV-DO.

• Lưu lượng 1xEV-DO được dẫn tới một router khác

rồi đưa tới PDSN thông qua giao diện mở R-P

(A10/A11) cung cấp các dịch vụ nhận thực, thanh

toán, điều khiển.

• Lưu lượng 1x vẫn theo đường truyền thống, chạy

cùng thoại từ BTS về PCF rồi tới PDSN qua giao

diện A10/A11.

• Dữ liệu qua PDSN tới bộ định tuyến/tường lửa ra

mạng của nhà cung cấp dịch vụ hoặc trực tiếp đến

Internet.

3.7 Thiết kế mạng CDMA 2000 1xEV-DO

Thiết kế mạng CDMA 2000 1xEV-DO (tiếp)

Thiết kế mạng CDMA 2000 1xEV-DO (tiếp)

Tính toán cho đường truyền vô tuyến:

Căn cứ để tính toán, thiết kế đường truyền (link Budget)

theo mô hình truyền sóng:

• Tham số thiết kế giả thiết

• Dữ liệu thống kê

• Khảo sát thực tế.

• Dự trữ fading được xác định thiết kế phủ sóng 95%

vùng dịch vụ và 90% biên của các cell vùng dịch vụ.

• Bán kính cell được xác định theo các công thức trong

mô hình Okumara-Hata với giả thiết chiều cao anten

trạm gốc 30 m và chiều cao anten thuê bao là 1,5 m.

Chương 4. MẠNG CỤC BỘ KHÔNG DÂY

WLAN -WiFi - WiMAX

4.1 KHÁI NIỆM

4.11. Mạng không dây

- Mạng không dây (Wireless Network) và mạng cục

bộ không dây WLAN (Wireless Local Area Network)

có khả năng giao tiếp thông qua sóng vô tuyến.

- Khả năng xử lý và trao đổi thông tin linh hoạt và tự

do hơn.

- Người dùng có thể truy nhập vào mạng Intranet

hoặc Internet.

Khái niệm (tiếp)

4.1.2 WiFi và các chuẩn IEEE 802.11

FiFi (Wireless Fidelity):

• tập hợp các chuẩn tương thích với mạng không dây

nội bộ dựa trên đặc tả .IEEE 802.11.

• Cho phép máy tính hoặc thiết bị cá nhân truy cập vào

mạng Internet.

• Tốc độ kết nối:

802.11: 1-2 Mbps 802.11a: 54 Mbps

802.11b: 11 Mbps 802.11g: 54 Mbps

Khái niệm (tiếp)

4.1.3 WiMAX

• WiMAX là công nghệ kết nối không dây băng rộng

(đặc tả IEEE 802.16).

• Phạm vi phủ sóng rộng hơn (50 km) so với WiFi.

• Kết nối các điểm truy cập không dây “hotspot” theo

chuẩn IEEE 802.11 (WiFi) tới mạng Internet.

• Tốc độ lên tới 72 Mbps.

Ứng dụng và lợi ích của mạng không dây

Đối tượng ứng dụng:

• Hệ thống thông tin doanh nghiệp

• Du lịch

• Giáo dục

• Y tế

Lợi ích của mạng không dây

• Truyền thông tin và dữ liệu giữa các thiết bị đầu cuối

mà không quan tâm vị trí trong vùng phủ sóng.

• Không cần hệ thông dây để kết nối.

• Thuận lợi khi thiết lập mở rộng mạng.

• So với mạng LAN hữu tuyến, mạng không dây có

hiệu suất cao hơn, tiện lợi hơn, chi phí xây dựng ít

hơn.

• Cho phép người dùng truy cập thông tin theo thời

gian thực.

Lợi ích của mạng không dây (tiếp)

• Tương ứng mỗi điểm truy nhập AP (Access Point) có một

vùng phủ sóng.

• Máy tính di chuyển sẽ được tự động chuyển vùng.

• Không yêu cầu lắp đặt cáp tốn kinh phí và thời gian.

• Cài đặt cấu hình linh hoạt, đặc biệt cài đặt thiết bị truy nhập

AP thông qua trình duyệt Web.

• Khả năng mở rộng:

- có nhiều mô hình

- Vị trí xa, ngoài vùng phủ của AP thì có thể dùng trạm lặp

(repeater).

- Khả năng phân tải và thay đổi tốc độ truyền dẫn.

Tốc độ truyền dẫn của AP: 1; 2; 5,5; 11; 54 Mbps… (có thể thay

đổi tùy theo điều kiện cụ thể của WLAN).

Các cấu hình mạng LAN

Có 2 cấu hình (định nghĩa theo phương thức các máy

trạm liên kết và trao đổi thông tin)

• Cấu hình mạng phụ thuộc (infrastructure mode)

• Cấu hình tùy biến (ad-hoc mode)

Các cấu hình mạng WLAN

Cấu hình mạng WLAN phụ thuộc

• Sử dụng mô hình máy trạm/máy phục vụ

(client/server).

• Máy trạm là thiết bị cuối có gắn card mạng không dây

như PC, laptop, PDA, điện thoại IP vô tuyến…

• Máy phục vụ là điểm truy nhập AP.

• Về mặt vật lý trạm theo chuẩn 802.3 và 802.11 đều

liên kết theo nguyên tắc cấu trúc bus và kỹ thuật đa

truy nhập cảm nhận sóng mang CSMA (Carier Sense

Multiple Access).

Các cấu hình mạng WLAN (tiếp)

• Thay phương thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang

phát hiện xung đột (CSMA/CD) trong 802.3 bằng

phương thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang tránh

xung đột CSMA/CA trong 802.11.

• Xung đột xảy ra khi: - hai trạm cùng nhận đường

truyền rỗi

- Cùng phát khung dữ liệu tại một thời điểm.

- Khi xung đột dữ liệu sẽ bị tổn thất và khung sẽ được

yêu cầu truyền lại.

- Các điểm truy nhập AP thực hiện chức năng cổng

chuyển tiếp (gateway) cho các máy trạm của mạng

WLAN.

Cấu hình mạng WLAN phụ thuộc (tiếp)

• Mạng WLAN gồm nhiều cell (mỗi cell có một tập

dịch vụ cơ bản - Basic Service Set).

• Các cell được phân biệt bởi số nhận dạng SSID

(Service Set Identity).

• Trong mạng WLAN các cell có thể được mở rộng

hoặc liên kết tạo nên tập dịch vụ mở rộng ESS

(Extended Service Set).

Cấu hình mạng WLAN độc lập

• Cấu hình theo chế độ độc lập hay tùy biến thực hiện

kết nối mạng theo quan hệ hàng ngang điểm tới điểm

(peer-to-peer).

• Kết nối mạng không qua thiết bị quản lý và hỗ trợ

trung gian.

• Không cần điểm truy nhập AP thực hiện quản lý, điều

khiển và chuyển tiếp thông tin.

• Hình thành một mạng liên kết nhau qua sóng vô

tuyến.

• Tuy thiết lập tùy biến từ trạm bất kỳ đến trạm bất kỳ,

chúng vẫn chia sẽ một tập tham số chung như kênh

tần số, thiết lập nhận dạng và phương thức mật mã

hóa.

4.4 Nguyên tắc hoạt động của WLAN

• Bộ chuyển đổi (điểm truy cập) được kết nối đến mạng

có dây từ một điểm cố định thông qua cáp Ethernet.

• Điểm tuy cập nhận, lưu trữ tạm (buffer) và truyền dữ

liệu giữa các thành phần với mạng có dây.

• Các thiết bị Access Point Aironet đóng vai trò thiết bị

mạng LAN sử dụng vô tuyến.

• Cho phép máy tính, Notebook (có card mạng) truy

nhập vào mạng LAN.

• Cho phép các máy tính vừa di chuyển vừa kết nối

mạng.

4.4 Nguyên tắc hoạt động của WLAN (tiếp)

• Trước khi phát các khung, một trạm cần quyền truy

nhập phương tiện tương ứng kênh vô tuyến.

• Chuẩn 802.11 định nghĩa hai hình thức truy nhập

phương tiện tương ứng hai chế độ:

- Chế độ chức năng điều phối phân bố

(DistributedCoordination Function)

- Chế độ chức năng điều phối điểm PCF (Point

Coordination Function).

• Chế độ DCF được thiết lập mặc định và dựa trên giao

thức CSMA/CA (Carier Sense Multiple

Access/Collision Avoidance).


• Trong chế độ DCF các trạm 802.11 truy nhập cạnh

tranh và gửi khung khi các trạm khác không truyền

dữ liệu.

• Khi một trạm đang gửi khung thì các trạm khác phải

đợi.

• Để được phép truy nhập kênh, lớp MAC kiểm tra giá

trị của vectơ cấp phát mạng NAV (Network

Allocation Vector), tương ứng bộ đếm được thiết lập

trong trạm 802.11 (cho thấy thời gian cần để hoàn

thành việc truyền khung.


• Giá trị NAV phải bằng không trước khi trạm truyền

khung.

• Trước khi phát một khung, trạm cần tính thời gian

cần để gửi khung (căn cứ độ dài khung và tốc độ

truyền dẫn).

• Trạm thiết lập thời gian gửi khung cho trường “thời

đoạn truyền - Duration” trong phần tiêu đề của

khung.

• Khi nhận được khung, các trạm kiểm tra trường giá

trị “thời đoạn truyền” và thiết lập NAV tương ứng

nhằm dành kênh truyền cho trạm đang gửi.


• Chế độ DCF có bộ định thời “quay lui – backoff) mà

trạm dùng để phát hiện trạng thái bận của kênh truyền

vô tuyến sau một khoảng thời gian ngẫu nhiên.

• Nếu kênh vô tuyến bận, trạm phải đợi một chu kỳ tới

gian ngẫu nhiên.

• Khoảng thời gian trễ ngẫu nhiên dẫn đến các trạm

phải đợi với chu kỳ thời gian khác nhau tránh các

trạm cùng kiểm tra trạng thái kênh đồng thời, tìm

kênh rỗi, phát dữ liệu và xảy xung đột.

• Bộ định thời quay lui làm giảm số lần xung đột.


• Trạm phát không biết xung đột khi đang truyền dữ

liệu do không thu phát đồng thời.

• Trạm thu gửi bản tin phản hồi ACK

(acknowledgement) nếu nhận được khung không lỗi.

• Sau khoảng thời gian nhất định, nếu không nhận được

bản tin ACK, khung vừa gửi xem như bị xung đột và

trạm phát sẽ gửi lại khung đó.

• Để hỗ trợ phân phối các khung dữ liệu bị giới hạn

thời gian truyền tải các dịch vụ thời gian thực, tiêu

chuẩn 802.22 định nghĩa chế độ tùy chọn PCF.

Nguyên tắc hoạt động của WLAN (tiếp)

Bắt đầu

NAV=0?

Kiểm tra

đường truyền

Đường

truyền rỗi

N

Y

Y

N

Y N

Truyền khung

Quay lui

Ngẫu nhiên

Xung

đột?

Truyền

thành công


• Ở Chế độ PCF, điểm truy nhập AP cho phép từng trạm truy

nhập kênh truyền thông qua phương thức hỏi vòng (polling)

lần lượt các trạm trong chu kỳ không cạnh tanh.

• Máy trạm chỉ được phép truyền khung sau khi AP hỏi đến.

• Chu kỳ thời gian cho lưu lượng dữ liệu PCF xảy ra luân phiên

giữa các chu kỳ cạnh tranh của chế độ DCF.

• AP hỏi vòng các trạm theo danh sách hỏi vòng, sau đó chuyển

sang một chu kỳ cạnh tranh khi các trạm dùng chế độ DCF.

• Tiến trình này cho phép hỗ trợ cả chế độ vận hành đồng bộ và

không đồng bộ.

• Chế độ PCF hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS.

4.5 Các tiêu chuẩn IEEE cho mạng WLAN

Chuẩn Băng tần Phương thức điều chế Tốc độ

tối đa

Tốc độ hỗ trợ

khác

802.11 2,4 GHz, IR FHSS và DSSS 2 Mbps

802.11b 2,4 GHz DSSS 11 Mbps 5,5; 2,1

802.11a 5 GHz OFDM 54 Mbps 48, 36, 24, 18, 12,

9, 6

802.11g OFDM OFDM 54 Mbps 48, 36, 24, 18, 12,

9, 6

Nguyên tắc hoạt động của WLAN (tiếp)

• PHY

Lớp ứng dụng

Lớp trình diễn

Lớp phiên

Lớp truyền tải

Lớp mạng

Lớp liên kết dữ liệu

Lớp vật lý

802.11

Điều khiển truy nhập

MAC CSMA/CA

802.11b

FHSS

DSSS

IR

802.11a, g

OFDM

4.5 Các tiêu chuẩn IEEE cho mạng WLAN (tiếp)

• Quy định 802.11 là tiêu chuẩn cho WLAN không

dây.

• Tiêu chuẩn 802.11 tập trung vào 2 lớp dưới cùng của

mô hình OSI (lớp vật lý và lớp liên kết).

• Các ứng dụng LAN và giao thức lớp trên (bao gồm

TCP/IP) hoạt động trong mạng WLAN đều tương

thích với 802.11 như trong Ethernet.

Các tiêu chuẩn IEEE cho mạng WLAN (tiếp)

8.5.1 Chuẩn 802.11

• Có hai phương thức điều chế:

- Trải phổ dãy trực tiếp (DSSS-Direct Sequency

Spectrum Spread)

- Trải phổ nhảy tần FHSS (Frequency Hoping

Spectrum Spread).

• Hoạt động trên băng tần 2,4 GHz và IR (Ifrared-hồng

ngoại).

• Với FHSS, tín hiệu băng hẹp được trải rộng do nhảy

tần trong băng 2,4 GHz.


• Một AP hoạt động 1 trong 15 mẫu nhảy tần, như vậy

có tối đa 15 AP hoạt động đồng thời trong một vùng

phủ sóng.

• Chuẩn 802.11 theo FHSS chỉ hỗ trợ tối đa 2 Mbps và

không tương thích các chuẩn 802.11 khác (chỉ thích

hợp cho môi trường ngoài trời do khả năng chống

nhiễu vô tuyến đặc biệt là fading chọn lọc tần số.

• 802.11 theo DSSS cũng hỗ trợ tối đa 2 Mbps nhưng

có khả năng tương thích với chuẩn 802.11 nên có thể

liên lạc trong vùng phủ sóng của AP theo chuẩn

801.11b.


4.5.2 Chuẩn 802.11a

• Hoạt động tại băng tần 5 GHz.

• Dùng ghép kênh tần số trực giao OFDM (Orthogonal

Frequency Division Multiplexing).

• Hỗ trợ tối đa 54 Mbps.

• Phạm vi phủ sóng tối đa khoảng 30 m tùy theo tốc độ

truyền dẫn.

• Ưu điểm đó là hỗ trợ dung lượng lớn nhất trong các

chuẩn thuộc họ 802.11 do đó có thể cấp đến 12 kênh.

• Ưu điểm khác: hoạt động ở băng tần 5 GHz ít có thiết

bị vô tuyến khác.


• Hạn chế: phạm vi phủ sóng kém hơn so với

802.11b/g do hoạt động ở băng tần cao hơn. Như vậy

cần nhiều AP hơn so với 802.11b/g.

• Tại cùng khoảng cách, tốc độ 802.11a lớn hơn

802.11b nhưng sử dụng 802.11b vẫn duy trì kết nối

khi ra khỏi tầm phủ sóng của 802.11a, tốc độ giảm

xuống còn 1 hoặc 2 Mbps.

• Chuẩn 802.11a và 802.11 b không tương thích nên

máy trạm và AP của hai chuẩn không liên kết nhau.

• Bộ điều chế 802.11 thực hiện điều chế số liệu nhị

phân theo nhiều phương thức tùy tốc độ.


Chuẩn 802.11 (tiếp):

• Tốc độ 6 Mbps dùng phương thức điều chế pha

BPSK.

• Tốc độ 54 Mbps dùng phương thức điều chế pha kết

hợp biên độ QAM.

Chuẩn 802.11b

• Hoạt động tại băng tần 2.4 GHz, hỗ trợ tốc độ tối đa

lên đến 11 Mbps.

• Hầu hết các mạng WLAN đều tương thích chuẩn này

thông qua AP và card mạng không dây


Chuẩn 802.11b (tiếp)

• Ưu điểm: phạm vi phủ sóng rộng (100 m)

• Nhược điểm: nhiễu từ các thiết bị vô tuyến khác trong

cùng băng tần 2,4 GHz.

• Dùng phương thức trải phổ trực tiếp DSSS để trải phổ

tín hiệu với độ rộng kênh vô tuyến 22 MHz trong

băng tần 2,4 GHz.

Chuẩn 802.11d

• Chuẩn hóa một số vấn đề liên quan lớp vật lý như quy

định phân kênh, mẫu nhảy tần (mở rộng 802.11).


Chuẩn 802.11e

• Theo cả chế độ DCF và PCF

• Tăng cường khả năng lớp MAC 802.11 để mở rộng

hỗ trợ các ứng dụng yêu cầu QoS, cải thiện bảo mật,

tăng hiệu quả của giao thức.

Chuẩn 802.11f

• Áp dụng cho mạng LAN không dây di động lớn.

• Giao thức liên kết các điểm truy nhập IAPP (Inter-

Access Point Protocol) nhằm liên kết vô tuyến giữa

các AP của nhiều nhà sản xuất thông qua hệ thống

phân phối.


Chuẩn 802.11f (tiếp)

• Các khóa mã của phiên trao đổi thông tin giữa các AP

được ấn định bởi máy chủ nhận thực người dùng truy

nhập dịch vụ từ xa RADIUS Server (Remote

Authentication Dial In User Sercice).

• Máy chủ RADIUS thực hiện ánh xạ giữa địa chỉ

MAC của các AP và IP.

Chuẩn 802.11i

• Tăng cường tính bảo mật và nhận thực.

• Dựa trên giao thức tích hợp khóa tạm thời TKPI


Chuẩn 802.11g

• Tương thích với 802.11b

• Hỗ trợ tốc độ tới 54 Mbps.

• Băng tần 2,4 GHz.

• Ghép kênh theo tần số trực giao OFDM.

• Nhược điểm: - Nhiễu vô tuyến tại băng tần 2,4 GHz.

-Hạn chế bởi số lượng 3 kênh vô tuyến

không bị chồng lấn.

- Hạn chế dung lượng so với 802.11a

4.6 Đặc điểm và cấu hình mạng truy nhập không

dây băng rộng (WiMAX)

4.6.1 Đặc điểm:

• WiMax (Wordwide Interoperability for Microwave

Access) truyền tải dữ liệu tốc độ cao không dây với

phạm vi phủ sóng rộng theo chuẩn IEEE 802.16.

• WiMAX là công nghệ vô tuyến băng rộng trên nền

IP.

• WiMAX có khả năng tích hợp với nhiều công nghệ

mạng vô tuyến điện và hữu tuyến điện.

• Kết nối Internet với một nhóm máy tính trong phạm

vi lên đến 50 km.

4.6 Đặc điểm và cấu hình mạng WiMAX (tiếp)

• WiMAX sử dụng cả băng tần được phép và băng tần

không yêu cầu cấp phép (WiFi chỉ dùng băng tần

không cấp phép ISM).

• WiMAX cho phép tương tác giữa nhiều công nghệ và

thiết bị:

- Chuẩn hóa theo IEEE 802.16a/REVd cho thiết bị cố

định.

- Chuẩn hóa theo IEEE 802.16e hỗ trợ đầu cuối di động.

Đặc điểm của hệ thống WiMAX

theo bộ chuẩn IEEE 802.16

• Khoảng cách trạm thu phát có thể tới 50 km.

• Tốc độ truyền có thể thay đổi, tối đa 70 Mbps.

• Hoạt động cả đường truyền tầm nhìn thẳng và đường

truyền che khuất.

• Dải tần: 2-11GHz và 10-66 GHz

• Đường lên có tần số thấp hơn đường xuống.

• OFDM dùng 2048 sóng mang, trong đó 1536 dành

cho thông tin (32 kênh con, mỗi kênh con có 48 sóng

mang).


theo bộ chuẩn IEEE 802.16 (tiếp)

• Điều chế nhiều mức thích ứng từ BPSK, QPSK đến

256 QAM kết hợp các phương pháp sửa lỗi dữ liệu:

- Ngẫu nhiên hóa

- Mã hóa sửa lỗi Rees Solomon

- Mã xoắn tỷ lệ mã từ 1/2 đến 7/8.

• WiMAX hỗ trợ sử dụng đa truy nhập phân chia theo

tần số trực giao OFDMA (OFDM Access). Độ rộng

từ 5 MHz đến 20 MHz được chia thành nhiều băng

con 1,75 MHz. Mỗi băng con được chia nhỏ nhờ

công nghệ OFDM.


theo bộ chuẩn IEEE 802.16 (tiếp)

• Hỗ trợ cả công nghệ TDD (Time Division Duplexing)

và FDD (Frequency Division Duplexing).

• WiMAX được chia thành 4 lớp:

- Lớp con tiếp ứng (Convergence): giao diện giữa lớp đa

truy nhập và các lớp trên.

- Lớp đa truy nhập (MAC layer).

- Lớp truyền dẫn (Transmision).

Lớp vật lý (Physical).

Ưu điểm của công nghệ WiMAX

• Thông lượng: đạt 75 Mbps

• Khả năng mở rộng: hỗ trợ khả năng cấp phát nhiều độ

rộng kênh truyền vô tuyến khác nhau.

• Chất lượng dịch vụ (QoS): đảm bảo dịch vụ thời gian

thực như VoIP, IPTV…

• Bảo mật: - tin cậy và an toàn.

- IEEE 802.16 định nghĩa riêng một phân

lớp SS thực hiện tính năng bảo mật thuộc lớp MAC.


4.6.2 Cấu hình mạng WiMAX:

• Trạm gốc BS (Base Station):

• BS có chức năng tương tự BTS trong mạng thông tin

di động.

• Trạm thuê bao SS (Subscriber Station):

• Kết nối đến BS bởi:

- Anten

- Card mạng rời

- Mainboard trong các máy tính


4.6.2 Cấu hình mạng WiMAX (tiếp):

• Trạm lặp RS (Repeater Station):

• Chuyển tiếp tín hiệu nhằm kết nối BS đến SS.

• BS được kết nối đến mạng Internet bằng:

- Đường truyền tốc độ cao dành riêng

- Kết nối tới BS khác như một trạm trung chuyển

bằng đường truyền thẳng nên có thể phủ sóng xa.


• Các anten thu/phát có thể trao đổi thông tin qua:

- Đường tín hiệu trực tiếp:

+ Anten đặt cao, cố định

+ Tốc độ truyền có thể đạt tối đa.

+ Dùng băng tần cao 66 GHz vì ở băng tần này tín hiệu

ít bị nhiễu và băng thông lớn.

- Đường tín hiệu phản xạ.

+ Sử dụng băng tần thấp hơn tương tự WiFi (2-11

GHz).

+Tín hiệu vượt qua các vật cản, phản xạ, nhiễu xạ, uốn

cong, vòng qua các vật chắn đến điểm thu.

4.7 Cấu trúc giao thức WiMAX 802.16

Phân lớp hội tụ phụ thuộc dịch vụ CS

(Service-Specific Convergence SubLayer)

• Mô hinh cấu trúc giao thức của IEEE 802.16:

Phân lớp phần chung MCPS

(MAC Common Part Sublayer)

Phân lớp bảo mật SS

(Security Sublayer)

Lớp vật lý

(PHY)

Lớp MAC

Lớp PHY

CS-SAP CS-SAP

MAC SAP

PHY SAP

4.7 Cấu trúc giao thức WiMAX 802.16 (tiếp)

• 4.7.1 Lớp điều khiển truy nhập phương tiện MAC

* Phân lớp hội tụ CS (Convergence Sublayer):

• Chuyển đổi hay ánh xạ từ các chuẩn của mạng khác

như ATM hoặc IP thông qua điểm truy nhập dịch vụ

SAP (Service Access Point).

• Chuyển đổi các gói tin từ các định dạng của các mạng

khác thành gói tin phù hợp với định dạng IEEE

802.16.

• Phân lớp CS thực hiện: nhận các PDU (Packet Data

Unit) từ lớp cao hơn, phân lớp dịch vụ các PDU, phân

phối các PDU xuống phân lớp MCPS thông qua điểm

SAP thích hợp.


* Phân lớp MCPS (MAC Common Part Sublayer)

• Cung cấp chức năng chính của lớp MAC:

-Truy nhập

- Phân bố băng thông

- Thiết lập và quản lý kết nối

• Lớp này nhận dữ liệu từ phân lớp hội tụ CS.

• Chất lượng dịch vụ cần đảm bảo trong quá trình

truyền và sắp xếp dữ liệu.


* Trao đổi thông tin giữa trạm gốc BS và trạm thuê bao

SS theo kiến trúc:

- Điểm tới điểm P2P (Point-to-point)

- Điểm tới đa điểm PMP (Point-to-Multipoint)

- Kết hợp (Mesh).

• Kiến trúc PMP được quan tâm nhất. Tại đường

xuống, dữ liệu được phát quảng bá tới các SS.

• Trạm SS phân tích và thu dữ liệu thông qua kiểm tra

đường nhận dạng kênh CID ((channel Identity) trong

MAC PDU.


• PMP: dữ liệu được truyền giữa BS và SS, hiệu suất

cao hơn so với P2P nhưng phạm vi phủ sóng hẹp hơn.

• Mesh: dữ liệu có thể được truyền giữa các SS.

* Phân lớp bảo mật SS (Security Sublayer):

• Cung cấp cơ chế chứng thực, trao đổi khóa và mã

khóa.

• 802.16 thiết kế riêng một phân lớp bảo mật SS.

• Lớp SS cung cấp các cơ chế điều khiển truy nhập tin

cậy, đảm bảo an toàn cho dữ liệu.

• 802.16 ngăn ngừa truy cập trái phép bằng mã hóa các

luồng dịch vụ.


• Phân lớp SS có các giao thức quản lý khóa mật mã tại

BS để chứng thực và cấp phát các khóa tới trạm thuê

bao SS.

• Nếu một SS không cấp các cơ chế bảo mật IEEE

802.16 thì các bước chứng thực và cấp phát khóa sẽ

bị bỏ qua. Nếu BS chấp nhận thì SS vẫn được truyền

dữ liệu.


4.7.2 Lớp vật lý PHY

Lớp vật lý trong họ chuẩn IEEE 802.16 hỗ trợ:

• Đặc tính SC (Single Carier): dùng một sóng mang.

• Đặc tính Sca: dùng một sóng mang nhưng có cải tiến.

• Đặc tính OFDM: truyền thông tin trên nhiều tần số

phụ trực giao nhau.

• Đặc tính OFDMA: dựa trên nền công nghệ OFDM có

hỗ trợ đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao.

4.8 Một số cấu hình ứng dụng của WiMAX

4.8.1 Các loại hình dịch vụ được WiMAX hỗ trợ:

1) Dịch vụ UGS (Unsolited Grant Service):

• Được thiết kế cho các luồng dữ liệu thời gian thực có

chiều dài cố định như các luồng T1/E1 hoặc VoIP.

• Các gói tin được phát đều theo chu kỳ.

• Dữ liệu có tốc độ cao, ổn định và loại bỏ một số tiêu

đề không cần thiết.

• Do kích thước gói tin cố định do đó không cần dùng

cơ chế cấp phát băng thông.

4.8 Một số cấu hình ứng dụng của WiMAX (tiếp)

2) Dịch vụ RtPS (Real-time Polling Service):

- Được thiết kế cho các luồng dữ liệu thời gian thực

nhưng các gói tin có chiều dài thay đổi.

- Dữ liệu có tốc độ lớn, ổn định và tính ưu tiên cao.

- Cần dùng cơ chế cấp phát băng thông do kích thước

gói tin có thể thay đổi.


3) Dịch vụ NrPS (Non real-time Polling Service):

• Được thiết kế cho các luồng dữ liệu có chiều dài thay

đổi.

• Có khả năng đáp ứng được cho dữ liệu có độ trễ lớn,

tốc độ nhỏ.

• Đặc biệt phù hợp dịch vụ dữ liệu cơ bản như FTP,

email.

• Dịch vụ yêu cầu cơ chế cấp phát băng thông.

4) Dịch vụ BE (Best Effort): dữ liệu được truyền với

khả năng tốt nhất của hệ thống.


4.9.2 Các cấu hình ứng dụng của WiMAX

WiMAX cung cấp dịch vụ băng thông rộng trên nền IP

1) Ứng dụng cho mạng truy nhập

• Cung cấp các dịch vụ có băng thông lớn, khoảng cách

xa, chất lượng tốt.

• Khả năng cung cấp dịch vụ trong nhiều điều kiện địa

lý khác nhau.

• Bằng kết nối điểm - đa điểm, trạm gốc BS có thể thay

thế các dịch vụ băng thông rộng truyền thống như

đường dây thuê bao số DSL


2) Ứng dụng cho mạng đường trục

• Xây dựng mạng đường trục vô tuyến với băng thông

lên đến 72 Mbps.

3) Ứng dụng WiMAX kết hợp WiFi

• Tạo vùng truy nhập không dây rộng lớn.

• - Khách hàng truy nhập dịch vụ thông qua các điểm

truy nhập hostpots theo chuẩn 802.11.

• - Các điểm truy nhập AP được kết nối với trạm gốc

BS theo chuẩn 802.16 cung cấp kết nối đến Internet.

• Sử dụng cho nhiều phạm vi như nhà ga, khách sạn…

Các phương pháp truy nhập

Ba dạng chính:

– Frequency Division Multiple Access (FDMA)

– Time Division Multiple Access (TDMA)

– Code Division Multiple Access (CDMA)

• Frequency hopping (FH-CDMA)

• Direct sequence (DS-CDMA)

Mặt phẳng Tần số-Thời gian

Thời gian

Tần số

Phân chia tín hiệu thành các khe thời gian và các băng tần.

FDMA

Thời gian

Tần số

Nhiều người dùng phát đồng thời cùng một băng tần

TDMA

Thời gian

Tần số

Nhiều người dùng phát tạ các khe thời gian khác nhau.

Mỗi người dùng chiếm phổ tần riêng.

CDMA nhảy tần

Tần số

Thời gian

Sắp xếp từng khe thời gian và băng tần.

Mỗi người dùng một mã và mã đó điều khiển việc nhảy tần.

Đồng bộ

• Mỗi tín hiệu đồng bộ với các tín hiệu khác.

• Quá trình nhảy tần có thể xung đột, nhưng nó không xuất hiện thường xuyên.

Xung đột xuất hiện như thế nào tùy thuộc vào các mã.

Đa truy nhập phân chia theo mã chuỗi trực tiếp

(Direct Sequence CDMA)

Thời gian

Tần số

Toàn bộ người dùng chiếm tất cả độ rộng băng với toàn bộ thời gian.

Tín hiệu của các người dùng chồng lấn lên nhau.

Điều này được thực hiện như thế nào?

Mã hoá CDMA

• Mỗi người dùng được gán một dãy ký hiệu (hoặc mã), biểu thị bằng (c1,c2,…,cM). Thành phần của nó được gọi là một chip.

• Mỗi bit, di, được mã hóa bằng cách nhân bit với chuỗi ký hiệu:

Zi,m = di cm

Ví dụ mã hóa

• Bit dữ liệu

d1 = –1

• Chuỗi ký hiệu

(c1,c2,…,c8) = (+1,+1,+1,–1,+1,–1,–1,–1)

• Đầu ra của bộ mã hóa

(Z1,1,Z1,2,…,Z1,8) = (–1,–1,–1,+1,–1,+1,+1,+1)

Độ rộng băng

• Chú ý rằng tốc độ chip lớn hơn rất nhiều so với

tốc độ dữ liệu.

– Giả sử tín hiệu dữ liệu ban đầu chiếm độ rộng băng

tần W.

– Độ rộng băng của tín hiệu mã hóa như thế nào?

What is the bandwidth of the encoded signal?

Kỹ thuật trải phổ trực tiếp

Thời gian

Tần số

Thời gian

Tần số

Mã hóa

Độ rộng băng được mở rộng bởi hệ số trải phổ M.

Giải mã CDMA

• Khi không có người dùng gây nhiễu, bộ thu sẽ

thu các bít đã mã hóa, Zi,m và phục hồi bit dữ

liệu ban đầu, di bằng cách tính:

M

m

mmii cZM

d1

,

1

Ví dụ giải mã CDMA

(c1,c2,…,c8) = (+1,+1,+1,–1,+1,–1,–1,–1)

(Z1,1,Z1,2,…,Z1,8) = (–1,–1,–1,+1,–1,+1,+1,+1)

(–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1)

di = –1

nhân

Cộng và chia cho M

Trường hợp nhiều người dùng

• Nếu có N người dùng thì tín hiệu tại bộ thu:

• Bộ thu CDMA phục hồi bít dữ liệu ban đầu

của người dùng như thế nào?

• How can a CDMA receiver recover a user’s

original data bit?

Multiplied by the signature sequence of user 1

2-user

example

Chuỗi ký hiệu

• Để bộ thu có thể nhận được tín hiệu người gửi

đặc trưng, mã CDMA phải có tương quan thấp

(low correlation).

• Tương quan của hai mã, (cj,1,…, cj,M) và (ck,1,…,

ck,M) , được định nghĩa theo biểu thức:

M

m

mkmj ccM 1

,,

1

Cách tạo ra chuỗi ký hiệu

• Cách tạo ra chuỗi ký hiệu của tương quan thấp

như thế nào?

• Có hai loại chuỗi ký hiệu được sử dụng rộng

rãi trong hệ thống CDMA.

– Mã trực giao (Orthogonal Codes)

– Chuỗi tạp âm giả (Pseudo Noise Sequences - PN

Sequences)

Mã trực giao

• Hai mã là trực giao khi tương quan của chúng

bằng không.

– Không có nhiễu giữa hai người dùng.

• Trong ví dụ hai người dùng trước, các mã là

trực giao.

• Làm thế nào để tạo ra được mã trực giao?

How to generate orthogonal codes?

Chuỗi ký hiệu

• Chuỗi ký hiệu có thể được tìm bởi:

– Lấy ra các hàng

– Thay thế 0 bằng –1

Chúng đã trực giao chưa?

Đường xuống (Forward Link IS-95)

• Mã Walsh có độ dài 64 được dùng để trải

phổ cho đường xuống (base-to-mobile) của

IS-95.

• Nó KHÔNG phù hợp với đường lên

(reverse link/ (mobile-to-base). Tại sao?

– Sử dụng chuỗi PN để thay thế.

Chuỗi PN

• Tạp âm giả (Pseudo-Noise Sequences) là gì?

– Chúng được định trước.

– Nhưng chúng giống tạp âm ngẫu nhiên

• Tạo chuỗi PN như thế nào?

• Một phương pháp chung đó là dùng Bộ đăng

ký dịch chuyển hồi tiếp tuyến tính (linear

feedback shift register).

Bộ đăng ký dịch chuyển:

Ví dụ x1 x2 x3

x1 x2 x3 Output

1 0 0 ---

0 1 0 0

1 0 1 0

1 1 0 1

1 1 1 0

0 1 1 1

0 0 1 1

1 0 0 1

Trạng thái ban đầu: 1 0 0

Output: 0 0 1 0 1 1 1 …

(Periodic with period 7)

The output sequence must be periodic (why?)

The period cannot be greater than 7. (why?)

1.4 CÁC HỆ THỐNG THẾ HỆ THỨ 3 (3G)

Mục đích của 3G

Tốc độ truyền cao

Dịch vụ phong phú

Chất lượng tiếng nói tốt

Dung lượng lớn

Chi phí thấp

Bảo mật tốt

Hiệu quả tần số cao

Tốc độ cực đại 2Mb/s

Dễ chuyển đổi từ 2G

Cấu trúc của một hệ thống thông tin di động

3G

Chế độ song công

Downlink

Uplink

5 MHz channel FDD mode

Fq. 1

Fq. 2

Uplink and Downlink

5 MHz channel

. . . . . .

TDD mode

FDMA

Multiplex Access Technology：Truyền nhiều tín hiệu thoại đồng

thời trên một đôi cáp mà không có nhiễu.

• Mỗi tần số sóng mang tương ứng một kênh lưu lượng

• Thoại được phát liên tục trong miền thời gian U

SE

R

1

US

ER

2

US

ER

3

Thời gian

Tần số FDMA

TDMA

USER1

USER2

USER3

Tần số

Time

• Tăng hiệu quả phổ tần số

• Thoại được phát không liên tục trong miền thời

gian

• Đồng bộ hệ thống rất quan trọng

CDMA

• Dung lượng lớn

• Chất lượng thoại cao

• Chuyển giao mềm

• Độ nhạy thấp đối với fading vô tuyến

USER2

USER3

USER1

CDMA Tần số

Thời gian

Mã

Thủ tục truyền dữ liệu

Dữ liệu UE Mã hóa &

Chèn Trải phổ

Phát RF

Thu RF Giải điều biến Giải trải phổ

Giải mã & Giải chèn Dữ liệu UE

Điều biến Điều biến

băng gốc

Điều biến băng gốc

Quy trình xử lý của hệ thống WCDMA

Source

Coding

Channel Coding

Spreading Modulation

Source

Decoding

Channel

Decoding Despreading Demodulation

Transmission

Reception

chip modulated signal

bit symbol

Service

Signal

Radio

Channel

Service

Signal

Transmitter

Receiver

Mã hóa kênh

• Mục đích:

– Chèn thông tin thừa vào luồng dữ liệu nhằm phát hiện và sửa lỗi

truyền dẫn nếu có

Không dùng

được Non-coding： BER<10-1 ~ 10-2

Mã xoắn： BER<10-3 Dịch vụ thoại

Mã Turbo： BER<10-6 Dịch vụ dữ

liệu

Nguyên tắc mã hóa kênh

• Chèn thông tin thừa vào dữ liệu ban đầu để sửa lỗi.

• Mã xoắn và mã Turbo (1/2,1/3).

• Tăng tải không hiệu quả và thời gian truyền.

• Sửa lỗi không liên tục.

W C D M A

T U R B O

S P E A K

W W C C D D M M A A

T T U U R R B B O O

S S P P E E A A K K

W ？C C D D M M A A

T T U ？R R B B O O

S S P P E E A ？K K

Chèn

• Mục đích:

– Thay đổi hàng dữ liệu ban đầu và sắp xếp lại tùy theo nguyên tắc

mới để giảm ảnh hưởng của fading thời hạn ngắn.

• Có thể phát lỗi liên tục thành lỗi ngẫu nhiên.

• Bất lợi:

– Thêm thời gian truyền bổ sung.

x1 x6 x11 x16 x21

x2 x7 … x22

x3 x8 … x23

x4 x9 … x24

x5 x10 … x25

Dữ liệu vào

A = (x1 x2 x3 x4 x5 … x25) Dữ liệu ra

A’= (x1 x6 x11 x16… x25)

Ví dụ：

Mã hóa và chèn

W C D M A

T U R B O

S P E A K

W W C C D D M M A A

T T U U R R B B O O

S S P P E E A A K K

W T S W T S

C U P C U P

D R E D R E

M B A M B A

A O K A O K

W ? ? C D D M M A A

T ? ? U R R B B O O

S ? ? P E E A A K K

Mã hóa Chèn

W T S ? ? ?

? ? ? C U P

D R E D R E

M B A M B A

A O K A O K

Giải chèn Giải mã

Nguyên lý trải phổ

• Công thức SHANON

C = Blog2(1+S/N)

C là dung lượng của kênh (b/s)

B là độ rộng băng tín hiệu (Hz)

S là công suất trung bình của tín hiệu (W)

N là công suất trung bình của tạp âm (W)

Đây là nguyên lý cơ bản đối với truyền thông trải phổ.

Mở rộng băng

Kênh vô tuyến

Bộ thu Bộ phát

Trải phổ Giải trải phổ

Tạp âm

• Bit thông tin người dùng được trải trên băng rộng bằng cách nhân với mã trải phổ tốc độ cao (chip). Độ rộng băng tần tín hiệu trải phổ rộng hơn độ rộng tín hiệu ban đầu. W=3.84Mchip/s、 Rthoại=12kbit/s

Mã hóa kênh

• Mã OVSF

– Định nghĩa: C ch,SF,k, mô tả mã kênh, SF:trải phổ ， k: số mã r, 0

< k<SF-1

SF = 1 SF = 2 SF = 4

C ch,1,0 = (1)

C ch,2,0 = (1,1)

C ch,2,1 = (1,-1)

C ch,4,0 =(1,1,1,1)

C ch,4,1 = (1,1, - 1, - 1)

C ch,4,2 = (1, - 1,1, - 1)

C ch,4,3 = (1, - 1, - 1,1)

Mã trực giao

Trực giao—

Lấy tổng kết quả của phép là 0

Mã 1 +1-1+1+1-1+1-1-1

Mã 2 -1+1+1-1-1+1+1-1

Nhân -1-1+1-1+1+1-1+1

Tổng 0

Trực giao

Mã 1 +1-1+1-1-1+1-1-1

Mã 2 +1+1-1+1-1-1+1-1

Nhân +1-1-1-1+1-1-1+1

Tổng -2

Không trực giao

Trải phổ và giải trải phổ

Ký hiệu

Trải phổ

Giải trải phổ

1

-1

1

-1

1

-1

1

-1

1

-1

Dữ liệu =

010010

Mã trải phổ

Tín hiệu trải phổ =Dữ liệu× mã

Mã trải phổ=

1 -1 -1 1 -1 1 1 -1

( SF = 8 )

Dữ liệu = Tín hiệu trải phổ × Mã trải phổ

Chip

Kỹ thuật trải phổ trực tiếp

S1xC1

S2XC2

W

S1

S2

Trải phổ

Giải trải

phổ (S1xC1)+(S2xC2)

Giao diện không

gianAir-IF

[S1xC1+S2xC2]xC1

=S1

[S1xC1+S2xC2]xC2

=S2

N

S

C1xC2=0,

C1,C2,trực giao

Ví dụ

-1 1 -1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 Không

trải phổ -1 1 -1 1 -1 -1 1 1

1 -1 1 -1

-4 4

0 0

Điều chỉnh

-1 1

1 -1 1 -1

-1 1 Trải

phổ

Số nguyên

1 1 1 1 -1 -1 -1 -1

Quá trình trải phổ của WCDMA

DATA

Hệ số trải phổ biến trực

giao (OVSF)

---Mã kênh Mã trộn

Tốc độ ký hiệu Tốc độ chip

3.84Mcps Tốc độ chip

3.84Mcps

Sắp xếp nguồn mã

• Mã kênh:

– Mã kênh dựa trên công nghệ trải phổ biến trực giao OVSF (orthogonal

variable spreading factor ). Truyền từ một nguồn đơn được phân biệt bằng

mã kênh.

– Mã trộn:

Sử dụng mã trộn sau khi trải phổ, nó không thay đổi độ rộng băng tín hiệu.

Chúng chỉ được sử dụng để phân biệt các UE hoặc Node Bs.

TrongWCDMA, nguồn mã chủ yếu phân thành mã kênh

(channelization codes) và mã trộn (scrambling codes).

Nguồn mã

Đặc tính của mã kênh

SF=8

SF=32

SF=16

• Sắ xếp mã:

– ensure not occupied for the code in the root direction and downwards

subtree

• Kết quả sắp xếp:

– block all low rate SC in subtree and high rate in upwards root direction

Ví dụ

SF=64

SF=32

SF=16

SF= 8

0 1 2 3 4 5 6 7

` ` ` `

` ` 0 1 2 3

` 0 1

0

SF=64

SF=32

SF=16

SF= 8

0 1 2 3 4 5 6 7

` ` ` `

` ` 0 1 2 3

` 0 1

0

0 1 2 3 4 5 6 7

` ` ` `

` ` 0 1 2 3

` 0 1

0

0 1 2 3 4 5 6 7

` ` ` `

` ` 0 1 2 3

` 0 1

0

(a) (b)

(c) (d)

`

Idle

Allocated

Blocked

Điều biến WCDMA

Nguyên lý của WCDMA

• Nguyên lý của WCDMA

– Tất cả người dùng phát đồng thời cùng băng tần

– Mỗi người dùng gây nhiễu cho người khác

– Các cell lân cận sử dụng cùng tần số

– Cell, người dùng và kênh vật lý được phân biệt bằng mã.

• Mã

– Mã kênh để phân biệt các kênh vật lý trong đường lên và phân biệt người

dùng trong đường xuống.

– Mã trộn dùng để phân biệt người dùng trong đường lên và cell trong

đường xuống.

Mã nguồn WCDMA

• AMR (Tương thích đa tốc độ) Thoại

– Tích hợp mã hóa thoại với 8 tốc độ thoại

– Tốc độ bit AMR có thể điều khiển bởi RAN

phụ thuộc vào tải hệ thống và chất lượng của

việc kết nối thoại

• Dịch vụ thoại video:

– H.324 được sử dụng cho dịch vụ thoại

Videois trong vùng chuyển mạch kênh.

– Bao gồm: mã hóa video, mã hóa thoại, các

giao thức dữ liệu, trộn kênh ...

CODEC Bit Rate (kbps)

AMR_12.20 12.2 (GSM EFR)

AMR_10.20 10.2

AMR_7.95 7.95

AMR_7.40 7.4 (TDMA EFR)

AMR_6.70 6.7 (PDC EFR)

AMR_5.90 5.9

AMR_5.15 5.15

AMR_4.75 4.75

Mã kênh WCDMA

• Tác dụng – Nâng cao độ tương quan giữa các kí hiệu làm tăng khả năng khôi phục tín

hiệu khi hiện tượng xuyên âm xảy ra.

– Cung cấp khả năng sửa lỗi tốt hơn ở phía thu, nhưng làm tăng độ trễ

• Các dạng – Không mã hóa

– Mã xoắn (1/2, 1/3)

– Mã dạng ống (1/3)

Code Block

of N Bits

No Coding

1/2 Convolutional

Coding

1/3 Convolutional

Coding

1/3 Turbo Coding

Uncoded N bits

Coded 2N+16 bits

Coded 3N+24 bits

Coded 3N+12 bits

Xen kênh WCDMA • Tác dụng

– Xen kênh nhằm giảm khả năng xảy ra các bit lỗi liên tiếp nhau

– Khoảng xen kênh dài hơn sẽ bảo đảm dữ liệu tốt hơn với độ trễ cao hơn

1110

1.........

............

...000

0100

0 0 1 0 0 0 0 . . . 1 0 1 1 1

1110

1.........

............

...000

00100 0 … 0 1 0 … 1 0 0 … 1 0 … 1 1

Inter-column permutation

Output bits

Input bits

Interleaving periods:

10, 20, 40, or 80 ms

Mã phân kênh WCDMA

• Mã OVSP (Orthogonal Variable Spreading Factor)

• SF = chip rate / symbol rate

– High data rates → low SF code

– Low data rates → high SF code

SF = 8 SF = 1 SF = 2 SF = 4

C ch,1,0 = (1)

C ch,2,0 = (1,1)

C ch,2,1 = (1, -1)

C ch,4,0 = (1,1,1,1)

C ch,4,1 = (1,1,-1,-1)

C ch,4,2 = (1,-1,1,-1)

C ch,4,3 = (1,-1,-1,1)

C ch,8,0 = (1,1,1,1,1,1,1,1)

C ch,8,1 = (1,1,1,1,-1,-1,-1,-1)

C ch,8,2 = (1,1,-1,-1,1,1,-1,-1)

C ch,8,3 = (1,1,-1,-1,-1,-1,1,1)

C ch,8,4 = (1,-1,1,-1,1,-1,1,-1)

C ch,8,5 = (1,-1,1,-1,-1,1,-1,1)

C ch,8,6 = (1,-1,-1,1,1,-1,-1,1)

C ch,8,7 = (1,-1,-1,1,-1,1,1,-1)

……

Độ lợi xử lý

• Độ lợi xử lý

– Độ lợi xử lý khác nhau đối với từng dịch vụ

– Nếu tốc độ bít của dịch vụ cao hơn thì độ lợi xử lý nhỏ

hơn, UE sẽ cần công suất cao hơn cho dịch vụ này, vì

vậy vùng phủ của dịch vụ sẽ nhỏ hơn.

)ratebit

rate log(10Gain Pr

chipocess

Mục đích của mã hóa phân kênh • Đối với đường lên, mã phân kênh được dùng để phân loại các kênh vật lý khác nhau của

một kết nối.

• Đối với đường xuống, mã phân kênh được dùng để phân loại các kết nối khác nhau trong

một cell

Radio bearer** SF Radio bearer** SF

Speech 4.75 UL 128 Speech 4.75 DL 256

Speech 12.2 UL 64 Speech 12.2 DL 128

Data 64 kbps UL 16 Data 64 kbps DL 32





Speech 12.2 + Data 64 kbps UL 16 Speech 12.2 + Data 64 kbps DL 32

** With 3.4 kbps Signaling

Tương quan • Sự tương quan tính toán độ tương tụ giữa hai tín hiệu ngẫu nhiên..

• Các tín hiệu giống nhau và tín hiệu trực giao:

Correlation = 0

Orthogonal signals

-1 1 -1 1

-1 1 -1 1

1 1 1 1

+1

-1

+1

-1

+1

-1

+1

-1

Correlation = 1

Identical signals

-1 1 -1 1

1 1 1 1

-1 1 -1 1

C1

C2

+1

+1

C1

C2

Symbol

Spreading

Despreading

1

-1

1

-1

1

-1

1

-1

1

-1

Data =

010010

Spreading code

Spread signal = Data × code

Spreading code =

1 -1 -1 1 -1 1 1 -1

( SF = 8 )

Data = Spread signal × Spread code

Chip

Spreading and Despreading

Phân tích phổ của trải phổ và giải trải phổ

Spreading code

Spreading code

Signal

Combination

Narrowband signal

f

P(f)

Broadband signal

P(f)

f

Noise & Other Signal

P(f)

f

Noise+Broadband signal

P(f)

f

Recovered signal

P(f)

f

Mục đích của mã hóa ngẫu nhiên

• Mã hóa ngẫu nhiên dùng để nhận biết các nguồn phát khác nhau

– Đối với đường xuống, mã hóa ngẫu nhiên được dùng để phân biệt các

cell khác nhau

– Đối với đường lên, mã hóa ngẫu nhiên được dùng để phân biệt các UE

khác nhau.

Mã ngẫu nhiên

• Mã hóa ngẫu nhiên: GOLD chuỗi.

• Có 224 mã ngẫu nhiên cho đường lên dài được dùng cho mã hóa đường

lên DPCCH/DPDCH. Mã hóa đường lên được chỉ định bởi các lớp phía

trên.

• Đối với các kênh vật lý đường xuống, có 8192 mã ngẫu nhiên được sử

dụng.

Trộn mã

• Đường truyền xuống ở mức cell

Scrambling code

Channelization code 1



User 1 signal

User 2 signal

User 3 signal

NodeB

Trộn mã

• Truyền dẫn đường lên ở mức cell

NodeB

Scrambling code 3

User 3 signal

Channelization code

Scrambling code 2

User 2 signal

Channelization code

Scrambling code 1

User 1 signal

Channelization code

• Power Control

• Handover

• Rake receiver

• Call Admission Control & traffic control

• Intelligent Antenna and MUD

Agenda

Why Power Control?

• All CDMA users occupy the same frequency at

the same time! Frequency and time are not used

as discriminators.

• CDMA operates by using CODES to

discriminate between users.

• CDMA interference comes mainly from nearby

users

• Each user is a small voice in a roaring crowd --

but with a uniquely recoverable code.

Transmit power on all users must be tightly controlled so their signals

reach the base station at the same signal level and at the absolute

minimum power level necessary to ensure acceptable service quality.

Overpowered by strong signals Block the whole cell

Power

f

Near-Far Effect

Power control

Power

f

Power

f

Nearby terminals have higher probability of success

Power control tech reduce the

interference among each UEs

and increase system capacity

Power Control

Overcome Near-Far effect and fading compensation

Reducing multi-address interference, ensuing network capacity

Prolonging the working time of cell

DL power control

Cell transmitting power

Transmitting power control bit

UE signal

Power control order

UL power control

Three methods of power control

Open loop:

measure received signal level and adjust transmitting power

Inner-loop (closed loop):

Frequency:1500HZ

Measured SIR> Target SIR, lower transmitting power

Measured SIR< Target SIR, increase transmitting power

Outer-loop (closed loop):

Measure BLER, adjust target SIR

Power control

UE

RNC

Node B

Open loop power control（no feedback）

Closed loop power control（feedback）

UE Node B

RNC Outer-loop

Inner-loop

Open loop power control

If received signal is stronger,then

UE can speak softer

Node

B Node

B

1

2

1

2

problem：

Unbalanced for UL/DL signal, not accurate, only used in initial stage

Open loop

If received signal is weaker,then UE

can speak louder

Closed loop power control

Inner-loop power control is fast

Inner-loop ：according to SIR estimation,Node-B control UE transmission

power.conducted every 0.66ms (1500Hz )

Outer-loop： according to BLER measurement estimation RNC control

and adjust SIR target

Node B

...

”Power up”

”Power down”

”Power down”

”Power ...” SIR estimation

SIR estimation RNC SIR target ”Power up”

TPC:1500Hz BER tar SIR tar

Closed loop power control

• Inner Loop Power control UL/DL (fast)

For a fixed SIR target per service (RAB), UE or Node-B will use:

– Signaling channel, TCP,

– Continuously @ rate 1500 times/s,

– To relatively changes (up or down) the power to reach the SIR target.

• Outer loop Power control (Slow)

– If the BLER measured (DL@UE, UL@RNC) is below/above the target,

– UE/RNC increase/reduce SIR target.

– Use the new target for the Inner loop PC.

The Effect of Power Control

• The purpose of DL power control:

– Saving power resource of base station, reducing interference to

other station.

• The purpose of UL power control:

– Overcoming Near-Far effect, received signal level from all UEs is

the same.

•Power Control

•Handover

•Rake receiver

•Call Admission Control & traffic control

•Intelligent Antenna and MUD

•Capacity of WCDMA system

Agenda

Handover

• Handover refers to the process in which when a UE

moves from one Node B to another during calling.

• Purpose:

– Keep service continuity.

• In the WCDMA system, handover is divided into

soft handover and hard handover.

Type of handover

Intra-Node B (Softer handover)

Intra-RNC, inter-Node B

Inter-RNC

Soft handover：

Same Node B, Inter- sector

Softer handover：

Intra-frequency handover

Inter-frequency handover

Inter-system (3G&2G)

Inter-mode (FDD&TDD)

Hard handover：

WCDMA system support

multi handover technology

Hand-over

Hard Handover

Soft Handover

Soft/Softer Hand-over

A

B

C

A

B

C

A

B

C

A

B

C

A

B

C

A

B

C

Soft/Softer Handover

• The soft/softer handover allows to swap from one cell to another without call

interruption or without deleting all old radio links (by opposition to hard HO).

• It also allows the UE to be connected to more than one cell simultaneously and

take benefit from macro-diversity.

Soft Handover Softer Handover

CN CN

Iur

The two Node Bs may belong to the

same RNC

The two Node Bs may

belong to the Same RNC


SRNC DRNC

CN

Node B

SRNC

CN


Node B

CN

Hard Handover

• The hard handover procedure is used in case of

service quality degradation or for traffic distribution

management.

• During the hard handover procedure, all the old

radio links with the UE are abandoned before new ones

are established.

• Hard handover may occur in the following

main cases :

– When the UE is handed over another UTRAN

carrier, or another technology mode.

– When soft handover is not permitted (if O&M

constraint)

Hard Handover

Node B

SRNC

RNC or

BSC

CN

Node B or

BTS

Basic concepts

• Active Set:

– The set of cells connected with UE;

– User information is transmitted from these cells.

• Monitor Set:

– The set of cells not within the active set but being monitored by a

UE according to the adjacent node list allocated by UTRAN.

• Detect Set:

– The set of cells in neither the active set nor the monitor set.

Soft handover process

• Measurement

– The RNC sends a measurement control message to UE.

– UE should perform measurement as required and report the measurement result.

– Generally, the measured quantity is the common pilot’s Ec/No.

• Decision

– The RNC stores data of different cells according to the measurement results.

– The RNC makes preliminary decision according to the event decision method.

e.g.

– When the event is reported and the target cell is acceptable, send an active set update

command to add/delete the cell into/from the active set.

• Execution

– The RNC sends an active set update command to UE and UE starts handover.

Example of soft handover

AS_Th – AS_Th_Hyst As_Rep_Hyst

As_Th + As_Th_Hyst

Cell 1 Connected

Event 1A Þ Add Cell 2

Event 1C Þ Replace Cell 1 with Cell 3

Event 1B Þ Remove Cell 3

CPICH 1

CPICH 2

CPICH 3

Time

Measurement

Quantity ΛT ΛT ΛT

•Power Control

•Handover

•Rake receiver




Agenda

RAKE Receiving

d1 d2

t t t

d3

transmitting Receiving Rake

combination noise

RAKE Receiving

RAKE overcome multi-finger interference，improve receive capability

receiver

Single

receiving

Single

receiving

Single

receiving

searcher calculate

combining

t t

s(t) s(t)

signal

Multi-finger receiver

• Maximal ratio combining(MRC)

at each time delay phase shifting by adding

Finger 1

Finger 2

Finger 3

Multi-finger receiver

receiver transmitter

coding decoding Direct signal

Reflect signal

Dispersive time < 1 chip length

Multi-finger receiver can’t supply multi-finger diversity

decoding Direct signal

Reflect signal transmitter receiver

Dispersive time > 1 chip length

Multi-finger receiver can supply multi-finger diversity,improve signal gain

coding

•Power Control

•Handover

•Rake receiver




Agenda

Call Admission Control

• When user initiates a call, RRM decides weather

access or deny this call according to the resource

situation.

• When accessing, network allocate resource (such as

OVSF, Scramble code)

Traffic control

• When traffic surpass system threshold, traffic control begin.

• To accept as many as possible services while keep the stability of the system.

Breath effect

• Breath effect of cell

Coverage and capacity are relative

•Power Control

•Handover

•Rake receiver




Agenda

Intelligent Antenna

Wave bind of dynamic adjusting antenna matrix follow high data rate user

user

Interface

Omni-cell cell with Three sector Cell with smart attenna

Intelligent Antenna

Intelligent Antenna

Single User Detection Principle

Multi-user Detection Principle

Channels Structure and Function

Course Objectives

• Classification of channels

• Structure and Function of channels

•Classification of channels

• Structure and Function of channels

Agenda

Channel Type

• Physical channel

• Transport channel

• Logical channel

Node B RNC

Physical channel

Transport channel

Logical channel

UE

Concept of channel

PHY layer

MAC layer

RLC layer

Transport channel

Physical channel

Logical channel

L1

L2

Channel Type

• Logical channels:

– Describe what is transported (i.e., the types of

information to be transmitted)

• Transport channels:

– Describe how the logical channels are to be transmitted

• Physical channels:

– Represent the “transmission media” providing the

platform through which the information is actually

transferred

Protocol stack of the Uu interface

L3

cont

rol

cont

rol

cont

rol

cont

rol

Logical

Channels

Transport

Channels

C-plane signalling U-plane information

PHY

L2/MAC

L1

RLC

DCNtGC

L2/RLC

MAC

RLC

RLCRLC

RLC

RLCRLC

RLC

Duplication avoidance

UuS boundary

BMCL2/BMC

control

PDCPPDCP L2/PDCP

DCNtGC

Radio

Bearers

RRC

Logical Channels

Control Channel (CCH) Broadcast Control Channel (BCCH)

Paging Control Channel (PCCH)

Dedicated Control Channel (DCCH)

Common Control Channel (CCCH)

Traffic Channel (TCH) Dedicated Traffic Channel (DTCH)

Common Traffic Channel (CTCH)

Transport Channel

Random Access Channel (RACH)

Broadcast Channel (BCH)

Paging Channel (PCH)

Forward Access Channel (FACH)

Common Packet Channel (CPCH)

Common Transport Channels

Dedicated Transport Channels

Downlink Shared Channel (DSCH)

Dedicated Channel (DCH)

Physical Channel

Dedicated Physical Channel (DPCH)

Physical Random Access Channel (PRACH)

Physical Common Packet Channel (PCPCH)

Uplink Physical Channels

Secondary Common Control Physical Channel (S-CCPCH)

Common Pilot Channel (CPICH)

Primary Common Control Physical Channel (P-CCPCH)


Physical Downlink Shared Channel (PDSCH)

Downlink Physical Channels

Acquisition Indication Channel (AICH)

Page Indication Channel (PICH)

Dedicated Physical Channel (DPCH)

Logic Channel

Transport Channel

CCCH DCCH DTCH

RACH CPCH DCH

Uplink Downlink

PCCH BCCH DCCH DTCH

CCCH CTCH

PCH BCH FACH DSCH DCH

Mapping relationship

Mapping relationship

Transport Channels

DCH

RACH

CPCH

BCH

FACH

PCH

DSCH

Physical Channels

Dedicated Physical Data Channel (DPDCH)

Dedicated Physical Control Channel (DPCCH)

Physical Random Access Channel (PRACH)

Physical Common Packet Channel (PCPCH)

Common Pilot Channel (CPICH)

Primary Common Control Physical Channel (P-CCPCH)

Secondary Common Control Physical Channel (S-CCPCH)


Physical Downlink Shared Channel (PDSCH)

Acquisition Indication Channel (AICH)

Page Indication Channel (PICH)

•Classification of channels

•Function of channels

Agenda

WCDMA frame structure

Physical Channels(1)

The physical channel is in a 3-layer structure by the time:

• Superframe

– One superframe lasts 720ms, and consists of 72 radio frames.

• radio frame

– One radio frame has a period of 10ms, and comprises 15 timeslots with

the same length. Corresponding to 38400 chips, it is a basic unit of the

physical layer.

• Timeslot

– A timeslot is a unit composed of a bit domain, corresponding to 2560

chips. The bit number and structure of a timeslot depends on the

specific type of the physical channel.

Physical Channels(2)

• The frame structure of the physical channels is

shown:

Tslot #1 Tslot #2 Tslot #I Tslot #15

Tslot= 2560 chip

Frame #0 Frame #I Frame #71

Tf=10 ms

Tsuper=720 ms

Frame #1

Physical Channel

Synchronization Channel (1)

• The Synchronization Channel (SCH) is a downlink signal used for cell search.

• The SCH consists of two sub channels, the Primary and Secondary SCH.

• The 10 ms radio frames of the Primary and Secondary SCH are divided into 15

slots, each of length 2560 chips.

Structure of synchronization channel

Synchronization Channel (2)

• P-SCH

– The Primary SCH consists of a modulated code of length 256 chips

– The primary synchronization code (PSC) is transmitted once every slot

– The PSC is the same for every cell in the system.

• S-SCH

– The Secondary SCH consists of repeatedly transmitting a length 15

sequence of modulated codes of length 256 chips.

– the Secondary Synchronization Codes (SSC), transmitted in parallel with

the Primary SCH.

– Each SSC is chosen from a set of 16 different codes of length 256.

– This sequence on the Secondary SCH indicates which of the code groups

the cell's downlink scrambling code belongs to.

CPICH

• Uncoded channel with spreading factor 256 which is scrambles with the cell-

specific primary scrambling code.

• Provides a known reference signal to aid channel estimation. (Amplitude and

phase information for the Rake receiver and SIR estimator)

• There are two kinds of pilot signals

– Primary: Cell/sector specific primary scrambling code to be used for the

whole cell/sector

– Secondary: A secondary scrambling code with or without a channelization

code of length 256 to be used in a narrow beam (Adaptive antennas/Beam

steering) e.g. hot spot areas.

• Primary CPICH channel power defines the handover regions .I.e. cell

boundaries .By adjusting the CPICH channel powers of two neighbouring base

stations, the traffic load can be balanced between them.

PRACH

Pilot

N pilot

bits

Data

N data

bits

Slot #0 Slot #1 Slot #i Slot #14

T slot

= 2560 chips, 10*2 k bits (k=0..3)

Message part radio frame T RACH

= 10 ms

Data

Control TFCI

N TFCI

bits

Tasks of Uplink receiver

• DPCCH is received and dispreaded decoded in a slot by slot manner

while the DPDCH is first buffered and then decoded together with other

frames that were jointly coded with it (interleaved)

• For every slot

– A channel estimate (amplitude and phase) and SIR estimate are made

based on the received pilot bits.

– Based on SIR determine downlink power control command and send

it

– Decode the TPC bit and adjust downlink transmission power

accordingly

• For every second or fourth slot

– Decode FBI bits over two or four slots and adjust antenna phase

and/or amplitude accordingly depending on tranmission diversity

mode

Tasks of Uplink receiver

• For every 10 ms frame

– Decode TFCI and obtain the bit rate and channel decoding parameters for

DPDCH

• For Transmission Time Interval (TTI), i.e. how often data must be delivered to

higher layer protocol (10-80 ms), decode DPDCH

Tasks of Downlink receiver

• The same as in uplink except

– In downlink, the dedicated channel bit rate is constant (except the

bit rate of Downlink Shared Channel DSCH which can vary)

– FBI bits are not used

– There is a Common Pilot Channel (CPICH) available which can

be used to increase the accuracy of channel and SIR estimates

– If transmission diversity option is used receiver must estimate the

channel state for the two different pilot patterns provided by the

antennas

Cell search procedure (1)

• The cell search is typically carried out in three steps:

• Step1:Slotsynchronization

During the first step of the cell search procedure the UE uses the SCH's

primary synchronization code to acquire slot synchronization to a cell.

• This is typically done with a single matched filter (or any similar device)

matched to the primary synchronization code which is common to all cells.

The slot timing of the cell can be obtained by detecting peaks in the matched

filter output.


• Step2: Frame synchronization and code-group identification

During the second step of the cell search procedure, the UE uses the SCH's

secondary synchronization code to find frame synchronization and identify the

code group of the cell found in the first step.

• This is done by correlating the received signal with all possible secondary

synchronization code sequences, and identifying the maximum correlation

value. Since the cyclic shifts of the sequences are unique the code group as

well as the frame synchronization is determined.


• Step3: Scrambling-code identification

During the third and last step of the cell search procedure, the UE

determines the exact primary scrambling code used by the found cell.

• The primary scrambling code is typically identified through symbol-

by-symbol correlation over the CPICH with all codes within the code

group identified in the second step.

• After the primary scrambling code has been identified, the Primary

CCPCH can be detected and the system- and cell specific BCH

information can be read.

Cell procedure

Summary of the process

Channel Synchronization

acquired Note

Primary SCH Chip, Slot, Symbol

Synchronization

Synchronization 256 chips

The same in all cells

Secondary

SCH

Frame Synchronization,

Code Group

(one of 64)

15-code sequence of secondary synchronization

codes. There are 16 secondary synchronization

codes. There are 64 S-SCH sequences

corresponding to the 64 scrambling code groups 256

chips, different for different cells and slot intervals

Common

Pilot CH

Scrambling code (one of

8)

To find the primary scrambling code from common

pilot CH

PCCPCH Synchronization,

BCCH info

Fixed 30 kbps channel spreading factor 256

RACH procedure

• UE decodes BCH to find out the available RACH sub-channels and their

scrambling codes and signatures

• It selects randomly one of the available sub-channels and signatures

• The downlink power is measured and the initial RACH power level is set with

a proper margin due to open loop inaccuracy

• UE transmits 1 ms long preamble with the selected signature

• Node B replies by repeating the preamble using Acquisition Indication

Channel (AICH)

• UE decodes AICH message to see whether the NodeB has detected the

preamble

– If AICH is not detected, the preamble is resend with 1 dB higher transmit

power

– If AICH is detected, a 10 or 20 ms long message part is transmitted with

the same power as the last preamble

RACH procedure

Paging

Giới thiệu HSDPA

Nội dung

1. Khái niệm về HSDPA

2. Công nghệ HSDPA

WCDMA Evolution

Phiên bản 99 Dữ liệu gói

• Dữ liệu gói được xử lý thế nào trong phiên bản 99 (FDD)

• DCH ( Kênh riêng )

• Mã trải phổ được gán cho mỗi người dùng

• Vòng điều khiển công suất kín

• Chuyển giao mềm

– FACH ( Kênh chung )

• Mã trải phổ chung

• Không có vòng điều khiển công suất kín

• Không có chuyển giao mềm

Release 99 Downlink Limitation

• Các tính năng của kênh riêng (DCH)

– Tốc độ tải xuống tối đa 384kbps

– Giới hạn của mã OVSF đối với người dùng tốc độ cao

– Tốc độ chuyển mạch phụ thuộc vào thông lượng burst chậm

– Vòng điều khiển công suất phản ứng chậm với kênh

• Các tính năng kênh chung ( FACH )

– Tố cho các ứng dụng dữ liệu burst

– Chỉ hỗ trợ dữ liệu tốc độ thấp

– Công suất phát không thay đổi.

High Speed Downlink Packet Access (HSDPA)

• Sự khách nhau giữa HSDPA và R99

– Tập hợp các kênh dữ liệu tốc độ cao

– Các kênh được chia sẻ bởi nhiều người dùng

– Mỗi người dùng được gán tất cả hay một phần tài nguyên sau mỗi 2ms

Node B

HS-PDSCH


• HSDPA sẽ chỉ ra các giới hạn của R99 thế nào:

– Mã hóa và điều chế phù hợp

• Nhanh chóng nhận biết điều kiện của kênh

• Điều chế QPSK & QAM

• Tốc độ mã hóa từ 1/3 đến 1

– Vận hành đa mã

• Nhiều mã được dùng cho mỗi người dùng

• Hệ số trải phổ cố định

– NodeB nhanh chóng được lập

• Lớp vật lý HARQ ( Hybrid Automatic Repeat reQuest )


• Tổng hợp

Nội dung

1. Khái niệm về HSDPA

2. Công nghệ HSDPA

Công nghệ HSDPA

AMC (Adaptive Modulation & Coding)

Data rate adapted to radio condition on 2ms

Fast Scheduling based on CQI and fairness

Scheduling of user on 2ms

HARQ（Hybrid automatic repeat

request ）with Soft combing

Reduce round trip time

16QAM

16QAM in complement to QPSK for higher peak bit rates

SF16, 2ms and CDM/TDM

Dynamic shared in Time and code domain

3 New Physical Channels

Block 1 Block 2 Block 1

Block 1?

Block 1 Block 1?

+

Adaptive Modulation and Coding

( AMC ) • AMC ( Adaptive Modulation and Coding ) dựa trên CQI ( Chỉ số chất lượng

kênh - Channel Quality Indicator )

– Điều chỉnh tốc độ dữ liệu để bù cho điều kiện của kênh truyền

• Điều kiện kênh tốt: Tốc độ cao hơn

• Điều kiện kênh xấu: tốc độ thấp hơn

– Điều chỉnh tốc độ mã hóa kênh để bù cho điều kiện của kênh truyền

• Điều kiện kênh tốt: Tốc độ mã hóa cao hơn, ví dụ 3/4

• Điều kiện kênh xấu: tốc độ thấp hơn ví dụ 1/3

– Điều chỉnh mẫu điều chế để bù cho điều kiện của kênh truyền

• Điều kiện kênh tốt: Áp dụng mẫu điều chế Tốc độ cao. VD: 16QAM

• Điều kiện kênh xấu: Áp dụng mẫu điều chế Tốc độ thấp. VD: QPSK

Điều biến thích nghi và mã hóa (AMC)

• AMC ( Adaptive Modulation and Coding ) dựa trên CQI ( Channel Quality

Indicator )

– CQI ( Chỉ số chất lượng kênh )

• UE đo chất lượng kênh và báo cáo về NodeB sau mỗi 2ms

• NodeB chọn mẫu điều chế, kích cỡ khối dữ liệu dựa trên CQI

Điều kiện kênh xấu

→ tăng công suất Node B Node B

Điều khiển công suất Điều khiển tốc độ



Điều kiện kênh tốt

→ mức thấp

→ tốc độ dữ liệu thấp

→ mức cao

Hybrid Automatic Repeat reQuest

( HARQ ) - Yêu cầu lặp tự động lại

• ARQ thông thường

– Trong mẫu ARQ thông thường, các khối dữ liệu nhận được mà không thể

giải mã đúng sẽ bị loại bỏ và được gửi lại riêng để mã hóa

• ARQ lai

– Trong trường hợp HARD với kết hợp mềm, các dữ liệu nhận được mà

không thể giải mã đúng sẽ không bị loại bỏ. Thay vào đó, các dữ liệu tương

ứng nhận được sẽ được lưu vào bộ đệm và kết hợp mềm với các dữ liệu

được truyền lại sau đó. Việc mã hóa sẽ được thực hiện với tín hiệu kết hợp

• Ví dụ về HARQ

•

• So với ARQ thông thường, việc dùng HARQ với kết hợp mềm tăng hiệu quả

của Eb/Ip cho mỗi lần truyền lại và tăng xác suất sửa lỗi mã hóa.

Yêu cầu lặp tự động lai ( HARQ )


• Có nhiều mẫu khác nhau cho HARQ với kết hợp mềm

• Các mẫu khác nhau trong cấu trúc việc truyền lại và trong các kết hợp mềm

được thực hiện tại phía thu

– Trong trường hợp kết hợp kiểu Chase (CC), mỗi lần truyền là đều sao

chép lại thông tin truyền ban đầu

– Trong trường hợp tăng độ dự phòng (Incremental Redundancy - IR )

mỗi lần truyền sẽ thêm 1 lần dự phòng.


• Ví dụ về Chase Combining (CC) Scheme

Hybrid Automatic Repeat reQuest ( HARQ )

• Ví dụ về Incremental Redundancy ( IR ) Scheme

Fast Scheduling • Fast scheduling là nói về việc quyết định đầu cuối nào chia sẻ trên kênh

truyền sẽ được kết nối trực tiếp tại thời điểm được gán

TTI Ngắn (2ms)

• TTI ngắn hơn ( Transmission Time Interval ) để giảm RTT RTT ( round

trip time )

• TTI ngắn hơn là cần thiết để đem lại hiệu qua cho các chức năng như AMC,

kết hoạch thuật giải và HARQ

• Trong HSDPA, một kênh truyền đường xuống được biết đến như 1 cuộc

gọi HS-DSCH. Ở đây, chỉ 1 phần trong tổng số tài nguyên mã là được

chia sẻ động giữa các người dùng HSDPA.

Chia sẻ kênh truyền

• Các mã được gán cho người dùng HSDPA chỉ khi họ thực sự được dùng

trên kênh truyền, điều này dẫn đến hiệu quả sử dụng mã và công suất

All

channelization

codes available

for HSDPA

Time

Channelization

code

UE1 data UE2 data UE3 data

Chia sẻ kênh truyền

Higher-Order Modulation

HSDPA New Physical Channels

HSDPA Physical Layer Channels

• Các kênh HSDPA mới

– Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao -High Speed Downlink shared

Channel ( HS-DSCH )

• Kênh truyền đường xuống

– Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao - High Speed Shared Control Channel

( HS-SCCH )

• Kênh điều khiển đường xuống

– Kênh được chia sẻ đường xuống vật lý tốc độ cao- High Speed Physical

Downlink Shared Channel ( HS-PDSCH )

• Kênh vật lý đường xuống

– Kênh điều khiển vật lý riêng tốc độ cao - High Speed Dedicated Physical

Control Channel ( HS-DPCCH )

• Kênh điều khiển đường lên

Tốc độ tối đa của HSDPA

• Về lý thuyết, tốc độ tối đa HSDPA hiện nay là 14.4 Mbps

• Làm sao để đạt được tốc độ 14.4 Mbps

– Truyền đa mã

• NodeB phải có tất cả 15 mã OVSF (SF=16) cho 1 UE

– Gán liên tiếp sử dụng quá trình đa HARD

• NodeB phải dành tất các các khe thời gian cho 1UE

• UE phải giải mã kênh truyền chính xác ngay trong lần đầu.

– Tăng ích kênh mã hóa thấp

• Tốc độ mã hóa hiệu quả =1

• Yêu cầu điều kiện kênh thật tốt để giải mã

– 16QAM

• Yêu cầu điều kiện kênh truyền rất tốt.

Implementation of MAC-hs

HS-DPCCH

demodulation and

decode

SRNC(MAC-d)

power monitor

CQI adjustment

Scheduler

Queues/flow

control

HARQ

TFRC

Power

management

Coding

and

modulation

OM

parameters Power limitation

Power for HSDPA

CQI Value

Stat. Of ACK/NACK ACK/NACK

Waiting time

Queue filling info Queue priority

CQI Value Code

allocation Code available

Data flow

Control signal

bai giang tt di dong

Documents