Lời mở đầu 1 Chương 1: Sự phát triển của các hệ thống thông tin di động 3

Kênh truy cập ngẫu nhiên vật lý (PRACH) được sử dụng để mang RACH.

- Phát RACH: Phát truy nhập ngẫu nhiên dựa vào phương pháp ALOHA theo phân khe với chỉ thị bắt nhanh. Cứ hai khung thì có 15 khe truy nhập và khoảng cách giữa chúng là là 5120 chip. Các lớp cao cung cấp thông tin về khe truy nhập sử dụng ở hiện thời.

- Phần tiền tố của RACH: Phần tiền tố của cụm truy nhập ngẫu nhiên gồm 256 lần lặp một chữ ký.

- Phần bản tin của RACH: Khung vô tuyến phần bản tin 10ms được chia thành 15 khe, mỗi khe dài T_slot = 2560 chip. Mỗi khe gồm hai phần: phần số liệu mang thông tin lớp 2 và phần điều khiển mang thông tin lớp 1. Cả hai phần được phát đồng thời. Phần số liệu gồm 10.2^k bit với k = 0, 1, 2, 3. Phần điều khiển gồm 8 bit hoa tiêu để hỗ trợ sự đánh giá cho tách sóng nhất quán và hai bit TFCI. Tổng số bit TFCI trong bản tin truy nhập ngẫu nhiên là 30. Giá trị của TFCI tương ứng với một khuôn dạng truyền tải nhất định của bản tin truy nhập hiện thời.

Kênh gói chung vật lý được sử dụng để mang CPCH. PCPCH thực chất là sự mở rộng của RACH. Sự khác nhau cơ bản so với RACH là kênh này có thể dành trước nhiều khung và có sử dụng điều khiển công suất.

- Phát CPCH: Phát CPCH dựa trên nguyên tắc DSMA – CD (DSMA – Collision Detection) với chỉ thị bắt nhanh. Phát truy nhập ngẫu nhiên CPCH gồm một hay nhiều tiền tố truy nhập (AP: Access Preamble) dài 4096 chip, một tiền tố phát hiện tranh chấp (CDP: Collisiion Detection Preamble) dài 4096 chip, một tiền tố điều khiển công suất (PCP: Power Control Preamble) dài từ 0 đến 8 khe và một bản tin có độ dài khả biến Nx10ms.

- Phần tiền tố truy nhập CPCH: Phần tiền tố truy nhập ngẫu nhiên CPCH tương tự như của RACH. Số chuỗi được sử dụng ở đây có thể nhỏ hơn số chuỗi được sử dụng ở tiền tố RACH.

- Phần tiền tố phát hiện tranh chấp: Phần này giống như phần tiền tố RACH.

- Phần tiền tố điều khiển công suất: Là các tiền tố điều khiển công suất có độ dài lấy giá trị từ 0 đến 8 khe được thiết lập bởi các bit cao.

- Phần bản tin CPCH: Gồm các khung bản tin 10ms, số khung bản tin này do lớp cao hơn quy định. Mỗi khung 10ms được chia ra 15 khe dài 2560 chip, mỗi khe gồm hai phần: phần số liệu mang thông tin các lớp cao và phần điều khiển mang thông tin các lớp thấp. Phần số liệu và phần điều khiển được phát đồng thời.

3.7.1.3 Kênh vật lý riêng đường xuống (DPCH)

Kênh riêng đường xuống được tạo bởi lớp hai và các lớp trên. Một khung kênh riêng đường xuống dài 10ms được chia ra làm 15 khe, mỗi khe dài 2560 chip tương ứng với một chu kỳ điều khiển công suất. Cấu trúc khung của kênh riêng đường xuống được thể hiện ở hình sau :

Có hai kiểu kênh hoa tiêu chung là kênh hoa tiêu chung sơ cấp và kênh hoa tiêu chung thứ cấp, phân biệt về lĩnh vực sử dụng và các hạn chế đối với tính năng vật lý của chúng.

- Kênh hoa tiêu chung sơ cấp: Được ngẫu nhiên hóa bởi mã ngẫu nhiên sơ cấp và luôn được sử dụng cùng một mã định kênh. Mỗi ô có một kênh và chúng được phát quảng bá trên toàn bộ ô.

- Kênh hoa tiêu chung thứ cấp: Mã ngẫu nhiên hóa có thể là sơ cấp hoặc thứ cấp và sử dụng mã định kênh tuỳ ý. Một ô có thể không có hoặc có nhiều kênh. Chúng chỉ được phát trong một phần ô.

 Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp (P-CCPCH)

Là kênh vật lý đường xuống có tốc độ cố định (30 kbit/s) đưọc sử dụng để mang BCH.

 Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp (S-CCPCH)

Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp sử dụng để mang thông tin FACH và PCH. Có hai kiểu kênh S-CCPCH là kiểu có mang TFCI và kiểu không mang TFCI.

 Kênh đồng bộ (SCH)

Kênh đồng bộ là kênh mang tín hiệu tìm ô ở đường xuống. SCH gồm hai kênh con là SCH sơ cấp và SCH thứ cấp. Các khung 10ms của SCH sơ cấp và thứ cấp được chia thành 15 khe, mỗi khe dài 2560 chip.

SCH sơ cấp gồm một mã đồng bộ sơ cấp PSC (Primary Synchronization) được điều chế 256 chip, mã đồng bộ sơ cấp như nhau trong mọi ô hệ thống. SCH thứ cấp gồm 15 chuỗi mã được điều chế có độ dài 256 chip. Các mã đồng bộ thứ cấp (Secondary Synchrization Code) phát đồng thời với SCH sơ cấp. Mỗi SSC được chọn từ tập của 16 mã dài 256. Chuỗi này ở SCH thứ cấp chỉ thị mã ngẫu nhiên đường xuống của ô thuộc nhóm mã nào.

 Kênh vật lý dùng chung đường xuống (PDSCH)

Kênh vật lý dùng chung đường xuống (PDSCH) được sử dụng để mang kênh dùng chung đường xuống. PDSCH luôn được dùng chung với nhiều kênh khác trên cơ sở ghép kênh theo mã.

 Kênh chỉ thị bắt (AICH)

Kênh chỉ thị bắt được sử dụng để mang thông tin chỉ thị bắt. Chỉ thị bắt AI_s tương ứng với một chữ ký s trên kênh PRACH hoặc PCPCH. AICH gồm một chuỗi lặp của 15 khe truy nhập liên tiếp (AS = Access Slot), mỗi khe dài 40 bit. Mỗi khe gồm hai phần: phần chỉ thị bắt (AI) gồm 32 giá trị thực a₀,a₁,..,a₃₁ và một phần không sử dụng gồm 8 giá trị thực a₃₂,a₃₃,..a₃₉.

 Kênh chỉ thị tìm gọi (PICH)

Kênh chỉ thị tìm gọi là kênh vật lý có tốc độ cố định được sử dụng để mang các chỉ thị tìm gọi (PI). Một khung PICH dài 10ms chứa 300 bit, trong đó 288 bit được sử dụng để mang thông tin, 12 bit còn lại không được định nghĩa.

2. 
   Kênh truyền tải
   

1. 
   Kênh truyền tải riêng
   

- Điều khiển công suất nhanh theo từng khung.

- Thay đổi tốc độ số liệu theo từng khung và khả năng phát đến một phần ô hay một đoạn ô bằng cách thay đổi hướng anten của hệ thống anten thích ứng.

- Hỗ trợ chuyển giao mềm.

Có sáu kiểu kênh truyền tải chung được định nghĩa trong UTRA. Các kênh truyền tải chung không có chuyển giao mềm, tuy vậy một số kênh có điều khiển công suất. So với hệ thống thông tin di động thế hệ hai, các kênh này có một số điểm khác như truyền dẫn gói ở các kênh chung, dùng chung một kênh đường xuống để phát số liệu gói…

 Kênh quảng bá (BCH)

Kênh quảng bá BCH (Broadcast Channel) là một kênh truyền tải được sử dụng để phát các thông tin đặc thù UTRA trong một ô.

 Kênh truy nhập đường xuống (FACH)

Kênh truy nhập đường xuống FACH (Forward Access Channel) là một kênh truyền tải đường xuống mang thông tin điều khiển đến các UE nằm trong một ô cho trước. Kênh FACH cũng có thể truyền các gói số liệu. Khi có nhiều kênh FACH, các kênh bổ sung có thể có tốc độ bit cao hơn. FACH không sử dụng điều khiển công suất nhanh và các thông tin được phát phải chứa thông tin nhận dạng trong băng.

 Kênh tìm gọi (PCH)

Kênh tìm gọi PCH (Paging Channel) là một kênh truyền tải đường xuống mang số liệu liên quan đến thủ tục tìm gọi.

 Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH)

Kênh truy cập ngẫu nhiên RACH (Random Access Channel) là kênh truyền tải đường lên được sử dụng để mang thông tin điều khiển từ UE. Kênh này cũng có thể sử dụng để phát đi các cụm nhỏ số liệu gói từ UE. Để hoạt động đúng, hệ thống phải thu được kênh truy cập ngẫu nhiên từ toàn bộ vùng phủ của ô.

 Kênh gói chung đường lên (CPCH)

Kênh gói đường lên CPCH (Common Packet Channel) là một mở rộng của kênh RACH để mang số liệu của người sử dụng được phát theo gói trên đường lên. Kênh CPCH cùng với kênh FACH ở đường xuống tạo nên cặp kênh để truyền số liệu.

 Kênh đường xuống dùng chung (DSCH)

Kênh đường xuống dùng chung DSCH (Dedicated Shared Channel) là kênh truyền tải để mang thông tin của người sử dụng, ngoài ra DSCh cũng có thể mang thông tin điều khiển. DSCH hỗ trợ điều khiển công suất nhanh và có thể được dùng chung cho nhiều người sử dụng.

Trong quá trình truyền dẫn thông tin, các kênh truyền tải được đặt lên các kênh vật lý thể hiện ở sơ đồ sau :

Kênh riêng (DCH) được sắp xếp lên hai kênh vật lý. Kênh số liệu vật lý riêng mang thông tin các lớp cao, còn kênh điều khiển vật lý riêng mang thông tin của lớp vật lý cần thiết.

Nguyên nhân của việc khởi đầu của một tiến trình chuyển giao là do chất lượng đường truyền, sự thay đổi tốc độ, dịch vụ, do lưu lượng do sự điều hành và bảo dưỡng và chủ yếu là khi một thuê bao di chuyển từ vùng phủ sóng của một trạm gốc tới vùng phủ sóng khác.

Mục đích của chuyển giao là đảm bảo sự liên tục của dịch vụ vô tuyến giữ vững chất lượng yêu cầu, hạn chế tối đa nhiễu giao thao của hệ thống bằng cách kết nối di động đến một hoặc các node B mạnh nhất. Ngoài ra còn đảm bảo liên lác di động giữa các mạng khác nhau và phân bố tải tại các vùng điểm nóng.

Các trường hợp chuyển giao

● UE di chuyển từ cell này sang cell khác

● Dung lượng kết nối của một cell A đã dùng hết vì thế phải kết nối của những thêu bao nào nằm trong vùng giao nhau của cell này với một cell khác thì sẽ được chuyển sang cell khác đó.

• 
  Chuyển giao mềm
  
• 
  Chuyển giao mềm hơn
  
• 
  Chuyển giao mềm-mềm hơn
  
• 
  Chuyển giao cứng
  

UE phát đến và thu từ hai node B này đồng thời. UE thu đồng thời thông tin từ các node B và kết hợp chúng để được thông tin tốt nhất. Ở đường lên thông tin phát đi từ UE được các node B thu lại rồi chuyển đến RNC để được kết hợp chung.

Trong chuyển giao mềm các node B đều phát lệnh điều khiển công suất UE ở vùng chồng lấn vùng phủ của hai đoạn cell thuộc hai node khác nhau (chuyển giao hai đường). Thông tin giữa UE và node B xảy ra đồng thời ở hai kênh của giao diện vô tuyến từ hai hoặc hơn node B khác nhau.



Hình 3.23 Chuyển giao mềm 2 đường

Chuyển giao mềm chỉ có thể được thực hiện khi cả node B cũ lẫn node B mới đều làm việc ở cùng một tần số. UE thông tin với 2 Sector của 2 Cell khác nhau (chuyển giao 2 đường) hoặc với 3 sector của 3 cell khác nhau (chuyển giao 3 đường). Node B điều khiển trực tiếp quá trình xử lý trong quá trình chuyển giao gọi là node B sơ cấp , các node B khác không điều khiển quá trình cuộc gọi gọi là các node B thứ cấp. Chuyền giao mềm kết thúc khi hoặc node B sơ cấp hoặc node B thứ câp bị bỏ. Nếu node B sơ cấp bị loại thì node B sơ cấp thành node thứ cấp và ngược lại trong cuộc gọi này. Chuyển giao ba đường có thể kết thúc bằng cách loại bỏ một trong số các node B và trở thành chuyền giao hai đường.

Chuyển giao mềm hơn xảy ra giữa hai hay nhiều sector thuộc cùng một node B.Trong trường hợp này chỉ có một vòng điều khiển công suất do node B điều khiển để phục vụ cả hai đoạn cell.

Trong chuyển giao mền hơn , UE ở vùng chống lấn giữa hai vùng phủ của hai đoạn cell của node B. Thông tin giữa UE và node B xảy ra đồng thời trên hai kênh của giao diện vô tuyến. Vì thế, cần sử dụng hai mã khác nhau ở đường xuống để UE có thể phân biệt được hai tín hiệu. Dữ liệu bị chia nhỏ tại node B và được định tuyến tới các anten khác nhau. Máy thu của UE nhận hai tín hiệu này bằng phương pháp xử lý Rake.

Ở đường lên cũng xảy ra quá trình tương tự ở UE: node B thu được kênh mã của UE ở từng đoạn cell, sau đó chuyển chúng đến cùng máy thu Rake và kết hợp chúng để nhận được tín hiệu tốt nhất.

UE thông tin với hai sector của cùng thuộc một node B A và một sector của node B B.Các tài nguyên mạng cần cho kiểu chuyển giao này gồm tài nguyên cho chuyển giao mềm hai đường giữa node B A và node B B công với tài nguyên cho chuyển giao mềm tại node B B.

Chuyển giao cứng có thể xảy ra trong trường hợp như: chuyền giao từ một cell này sang cell khác khi hai cell có các tần số sóng mang khác nhau hoặc từ một cell này sang cell khác khi các cell này được nối đến hai RNC khác nhau và không tồn tại giao diện Iur, giữa hai RNC này. Chuyển giao cứng là chuyển giao “ngắt trước khi nối”:

Chuyển giao cứng cùng tần số:

Chuyển giao cứng cùng tần số có thể thực hiện khi giao diện Iur không có hiệu lực. Trường hợp này có thể phát sinh nếu chuyển giao gồm hai RNC được cung cấp bởi các nhà sản xuất khác nhau. Trong chuyển giao cứng cùng tần số, UE truyền trong phạm vi dải tần số bằng nhau, nhưng kết nối cũ kết thúc trước khi kết nối mới có thể được thiết lập, do đó gây ngắt quãng kết nối trong khoảng thời gian ngắn.

Chuyển giao cứng khác tần số:

Đây là kiểu chuyển giao giống chuyển giao GSM, giữa hai tần sô WCDMA f1 và f2 hay chuyền giao từ vùng có dịch vụ WCDMA sang vùng không có WCDMA (GSM) hoặc ngược lại. Trong trường hợp này, kết nối qua cell cũ (cell A) bị xóa và kết nối đến mạng vô tuyến vẫn được duy trì qua cell mới (cell B). Chuyển giao khác tần số cũng có thể thực hiện giữa hai tần số trong giới hạn của cùng một cell.

Trong chuyển giao khác tần số cần thiết đo cường độ tín hiệu và chất lượng ở các tần số khác trong khi vẫn có các kết nối với tần số hiện tại.

Một thuật ngữ đặc biệt được sử dụng để mô tả SNR của kênh hoa tiêu: năng lượng chíp trên mật độ nhiễu hoặc Ec/Io. Năng lượng chíp (năng lượng trên một chíp) khác với năng lượng bít trong đó "các chíp" liên quan tới các chuỗi PN được trải phổ. Vì không có thông tin băng gốc chứa đựng trong kênh hoa tiêu, nên kênh hoa tiêu không có quá trình giải trải phổ và các bít không được khôi phục. Do đó, để mô tả cường độ tín hiệu của kênh hoa tiêu, tỷ số S/N (SNR) hoặc Ec/Io được sử dụng. Lưu ý rằng do kênh hoa tiêu không được giải trải phổ nên Ec/Io duy trì dưới mức 1 trong phần lớn thời gian.

Dưới đây chúng ta sẽ xem xét quá trình chuyển giao từ ô nguồn tới ô đích. Trong việc quản lý quá trình chuyển giao, máy di động lưu giữ trong bộ nhớ của nó bốn danh sách riêng của các séc tơ trong trạm gốc dưới dạng các tập danh sách.

Có bốn loại tập danh sách là:

• 
  Tập hoạt động (active set)
  
• 
  Tập dự tuyển (candidate set )
  
• 
  Tập lân cận ( neighbor set )
  
• 
  Tập dư (remaining set).
  

( láng giềng) của séc tơ đang phục vụ thông tin cho máy di động. Tập dư (R) chứa tất cả các kênh hoa tiêu còn lại trong hệ thống đối với tần số sóng mang WCDMA, trừ các kênh hoa tiêu đang nằm trong các tập hoạt động, dự tuyển và lân cận.

Như trình bày trong hình dưới, máy di động di chuyển từ vùng phủ sóng của ô nguồn A tới vùng phủ sóng của ô đích B. Sau đây là một chuỗi các bước trong quá trình chuyển giao này:

1. Ở đây máy di động chỉ đang được phục vụ bởi ô A và tập hoạt động của nó chỉ chứa kênh hoa tiêu A. Máy di động đo tỷ số Ec/Io của kênh hoa tiêu B và nhận thấy nó lớn hơn T_ADD. Máy di động gửi một bản tin đo cường độ kênh hoa tiêu và chuyển kênh hoa tiêu B từ tập lân cận tới tập dự tuyển.

2. Máy di động thu được một bản tin điều khiển chuyển giao từ ô A. Bản tin điều khiển để máy di động bắt đầu thông tin trên một kênh lưu lượng mới với ô B.

3. Máy di động chuyển kênh hoa tiêu B từ tập dự tuyển tới tập hoạt động. Sau khi chiếm được kênh lưu lượng hướng đi đã được chỉ định trong bản tin điều khiển chuyển giao, máy di động sẽ gửi một bản tin hoàn thành chuyển giao. Lúc này tập hoạt động chứa hai kênh hoa tiêu.

4. Máy di động phát hiện ra kênh hoa tiêu A hiện đã bị rớt xuống dưới ngưỡng T_DROP. Máy di động khởi động bộ đếm thời gian rớt mức.

5. Bộ đếm thời gian rớt mức đạt đến giá trị T_TDROP. Máy di động sẽ gửi đi một bản tin đo cường độ kênh hoa tiêu.

6. Máy di động nhận được một bản tin điều khiển chuyển giao. Bản tin này chỉ chứa ôpset PN của ô B. Ôpset PN của ô A không có trong bản tin này.

7. Máy di động chuyển kênh hoa tiêu A từ tập hoạt động tới tập lân cận và nó gửi đi một bản tin hoàn thành chuyển giao.



Hình 3.29 Quá trình chuyển giao

3.9 Điều khiển công suất

Việc điều chỉnh công suất là rất cần thiết để một hệ thống WCDMA hoạt động tốt vì tất cả các thêu bao WCDMA đều chia sẻ cùng một băng tần vô tuyến nhờ việc sử dụng các mã tạp âm giả ngẫu nhiên và do đó mội thuê bao được xem như tạp âm ngẫu nhiên đối với các thuê bao khác. Quá trình điều chỉnh công suất được thực hiện để giải quyết bài toán “xa-gần” và để tăng tối đa dung lượng. Điều chỉnh công suất tức là công suất phát từ mỗi thuê bao được điều chỉnh để sao cho công suất thu của mọi thuê bao ở trạm gốc là bằng nhau (nếu không tính đến các loại tạp âm khác mà chỉ xét đến suy hao truyền lan vô tuyến thì quá trình điều chỉnh công suất sẽ điều chỉnh để thuê bao ở xa trạm gốc sẽ phát công suất lớn hơn thuê bao ở gần trạm gốc).

Một vấn đề cần phải giải quyết ngay trong việc điều chỉnh công suất đó là công suất phát ban đầu của máy di động. Trước khi máy di động thiết lập liên hệ với trạm gốc, máy di động không thể được điều chỉnh công suất bởi trạm gốc. Như vậy, câu hỏi đặt ra là khi máy di động mới bắt đầu thử truy nhập vào trạm gốc thì mức công suất nào máy di động nên sử dụng để phát yêu cầu của nó. Ở thời điểm này, trạm gốc vẫn chưa tạo ra sự liên lạc với thuê bao di động và trạm gốc không biết vị trí của thuê bao di động.

Lựa chọn thứ nhất là máy di động có thể thử truy nhập tới trạm gốc với một công suất cao. Công suất cao như vậy sẽ làm tăng khả năng trạm gốc thu được yêu cầu truy nhập của máy di động. Tuy nhiên, nhược điểm của việc phát công suất khởi đầu cao đó là công suất này sẽ gây nhiễu tới các thuê bao khác hiện đang được quản lý trong ô.

Lựa chọn thứ hai là máy di động có thể yêu cầu truy nhập trạm gốc với một công suất phát thấp. Công suất thấp như vậy sẽ làm giảm khả năng trạm gốc thu được yêu cầu truy nhập của máy di động. Nhưng ưu điểm là máy di động này sẽ không gây nhiễu nhiều tới các thuê bao khác.

Giải pháp được chọn là khi máy di động mới bắt đầu thử truy nhập hệ thống nó phát một chuỗi các thăm dò truy nhập. Các thăm dò truy nhập là một chuỗi mức công suất phát tăng dần. Máy di động phát thăm dò truy nhập đầu tiên của nó ở một mức công suất tương đối thấp, sau đó nó đợi một đáp ứng phản hồi từ trạm gốc. Nếu sau một khoảng thời gian tuỳ ý máy di động không thu được một bản tin xác nhận từ trạm gốc thì máy di động phát thăm dò truy nhập thứ hai với một công suất hơi cao hơn. Quá trình này sẽ lặp lại cho đến khi máy di động thu được bản tin xác nhận phản hồi từ trạm gốc. Ngoài ra, máy di động còn sử dụng mức công suất nó thu được từ trạm gốc để ước tính công suất ban đầu của nó. Nói cách khác, nếu máy di động nhận được một tín hiệu mạnh từ trạm gốc thì nó cho rằng trạm gốc ở gần và như vậy nó sẽ phát khởi đầu với một mức công suất tương đối thấp. Nếu máy di động nhận được một tín hiệu yếu từ trạm gốc thì nó cho rằng trạm gốc ở xa và như vậy nó sẽ phát khởi đầu với một mức công suất tương đối cao.