đồ án kỹ thuật điều khiển công suất trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba umts

Nội dung chính của từng chương: Chương 1: Hệ thống viễn thông di động thế hệ thứ ba UMTS Giới thiệu một cách cơ bản về hệ thống viễn thông thế hệ thứ ba UMTS như là nguồn gốc của hệ th

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển của các hệ thống viễn thông di động trên toàn thế giới đã trải qua được ba thế hệ, với rất nhiều các kiểu hệ thống khác nhau Từ các hệ thống tương tự ở thế hệ thứ nhất đến các hệ thống số ở các thế hệ tiếp theo và hiện nay

còn đang được triển khai phát triển ở các hệ thống viễn thông di động thế hệ thứ tư

Trong đó hệ thống viễn thông di động đa năng UMTS thuộc về thế hệ viễn

thông di động thứ ba đã được đề xuất bởi Tổ Chức Tiêu Chuẩn Viễn Thông Châu

Âu ETSI và Liên Đoàn Kinh Doanh Và Công Nghiệp Vô Tuyến ARIB của Nhật

Hệ thống UMTS được xây dựng trên cơ sở của mạng GSM là mạng đã được sự thừa nhận của hầu hết các quốc gia trên toàn thế giới Nhiều nước hàng đầu trên thế giới

đã triển khai hệ thống 3G của mình theo UMTS như các nước ở Châu Âu, Nhật Bản

và trong đó có Việt Nam Mạng UMTS hiện đang được Viettel, Mobifone, Vinaphone là ba nhà mạng chiếm thị phần chính ở Việt Nam triển khai và phát triển

Kỹ thuật điều khiển công suất là một trong những kỹ thuật được sử dụng trong việc quản lý tài nguyên mạng vô tuyến trong UMTS Nhằm mục đính giải

quyết hiện tượng gần xa tránh được sự can nhiễu giữa các tín hiệu thu được của những người sử dụng khác nhau

Trên những cơ sở đấy em đã quyết định trọn đề tài “Kỹ thuật điều khiển

công suất trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba UMTS” Đề tài được thực

hiện với mục đính có thể nắm được một cách cơ bản về hệ thống cũng như các kỹ thuật quản lý tài nguyên vô tuyến và hiểu rõ về các kỹ thuật điều khiển công suất

trong hệ thống UMTS

Mặc dù bản thân đã rất có gắng và được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn TS Trần Mạnh Hoàng song do trình độ hiểu biết của bản thân còn nhiều

hạn chế, thời gian chuẩn bị ngắn, nguồn tài liệu không nhiều, nên không tránh khỏi

thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo thêm của thầy giáo hướng dẫn, sự góp

ý của các thầy cô giáo khoa Điện tử-Viễn thông cũng như của các bạn sinh viên, để

em khắc phục những thiếu sót đó dé hoàn thiện thêm kiến thức của mình

Em xin chân thành cám ơn thầy giáo hướng dẫn TS Trần Mạnh Hoàng đã

tận tình chỉ bảo cho em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Sinh viên

TOM TAT DO ÁN

Đồ án được chia làm bốn chương với nội dung nghiên cứu chủ yếu là kỹ

thuật điều khiển công suất trong hệ thống viễn thông UMTS

Nội dung chính của từng chương:

Chương 1: Hệ thống viễn thông di động thế hệ thứ ba UMTS

Giới thiệu một cách cơ bản về hệ thống viễn thông thế hệ thứ ba UMTS như

là nguồn gốc của hệ thống UMTS, kiến trúc mạng UMTS,các loại kênh vô tuyến, một số đặc điểm cơ bản như trải phổ và đa truy nhập phân chia theo mã, giao diện

vô tuyến, quy hoạch tần số và các loại chất lượng dịch vụ

Chương 2: Các kỹ thuật quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thống UMTS Trình bầy về các kỹ thuật quản lý tài nguyên mạng vô tuyến và tầm quan trọng của nó trong mạng UMTS như kỹ thuật điều khiển công suất, điều khiến

chuyển giao, điều khiển cho phép, điều khiển tải, điều khiển tải, lập biểu gói

Chương 3: Kỹ thuật điều khiến công suất theo bước DSSPC và kỹ thuật điều

khiến công suất phân tán DPC

Nghiên cứu hai thuật toán điều khiển công suất thông minh là DSSPC và DPC

Chương 4: Kết quả tính toán và mô phóng

Đưa ra các kết quả tính toán để mô phỏng hai thuật toán DSSPC và DPC

MỤC LỤC

D98) (9)02 (0:4 1

0/2092 3a 4 DANH SÁCH HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG ĐÔ ÁN - -©cc Sexy 8 DANH SÁCH BẢNG BIỀU 2 2-222222+22EYE2EEE2EEEEEEE22EEEEErEEErrrrrrerree 10 THUẬT NGỮ VIẾT TẮTT 2: ©2+22+2E+++EE++£EEEtEEEtEEEESEEEESEEEtEEErrrrrrrrrrrrvee 11 CHƯƠNG |: HE THONG VIEN THONG DI DONG THE HE THU BA UMTS.20

1.1 Giới thiệu chương

1.2 Sự ra đời của hệ thông viên thông UMTS - + + SE *+EEvEx ve vvrvkekekrrererevee 20 1.2.1 Lịch sử phát triển của các hệ thống viễn thông 2- ¿+ +++2E+22SEEt22E+22EE+zzrxzrxree 20

Các hệ thống viễn thông thế hệ thứ nhắt 2-2-2 22£2+£#SEE+2EE22EEE+2EE22E2222E222221227222222 20

Các hệ thống viễn thông thé hé thir hai

Các hệ thống viễn thông thé hệ thứ hai (2G) cải tiẾn 22-22 2222EE+22SE+22SE22EE+2E2+vzzSzzzrze 21

1.2.2 Hệ thống viễn thông di động quốc tế cho năm 2000 (IM'T-2000) - ¿2222225222 23

1.3 Một số đặc điểm cở bản của hệ thống UMTS . 2-222©222E++222+22EE£2E2+trvzzzzxrerr 27

1.3.1 Trải phổ và đa truy nhập phân chia theo mã 22-22 SV++222+2SES22SEE+22EE2S2EE2E2Errrxrrrree 27 1.3.2 Giao diện vô tuyến của hệ thống UMTS(WCDMA) 2+: 222+2222E+t2222EEt2EEkvrrrrrrrrtrrree 29 1.3.3 Quy hoạch tẦn SỐ ¿S21 2 12 22 1221112711211127111 TT T1 T11 T11 g1 TH g1 re 30

1.3.4 Các loại lưu lượng và dịch vụ QoS (Quality Of Service) của mạng UMTTS - 30

1.4 Kiến trúc hệ thống viễn thông UMTTS 22-22+2©E++2EE+SEEE+£EE+tEEEEvEEErrrrrrrrrrcrr 31 1.4.1 Kién tric hé thong UMTS theo mé thite R3 .:ss:sssssssssssssssssseeseeeeeeseeseeseceessssnssnssnsvnseseeseeesecee 31

Thiết bị người sử dụng UE 2: 22©2222S++2SE++ÊEEE2EEE+2EEE122211251271121711221112711112112111 2271 c1 32 Mạng truy nhập vô tuyến UMTS (UTRAAN) - 22-22222222 22222922122231222312223122311222122211 22222 xe 34

Điều khiển công suất vòng hở đường lên cho PRACH 2- 22 ©2+2+++2E++2EEE+22EE+z2E2zvrxrzx 57

Kỹ thuật điều khiển công suât vòng hở đường xuống . :- 2+ 22 ©++22E++22E+222E2z222xrzrszee 58

2.3.2 Kỹ thuật điều khiển công suất vòng kín đường lên 2-22 ©2+22++2EE+22EE+2Ez+zzrxeezrre 59

Phương pháp điều khiển công suất vòng trong đường lên -. - 2z +++2++++2++z22z+zzszze 59 Điều khiển công suất vòng ngoài đường lên ¿+2 +++EE++£EEE+2EE+2E2E2E22.22222222xezrrrei 60 2.3.3 Điều khiển công suất vòng kín đường xuống - ¿22 +22 SEE++£EE2EE+222E2222222272 E222 60 Điều khiển công suất vòng ngoài đường xuống 2:22 ©++2E++2SEE++£E+2EE+22Etz2EEvrrrxrrrree 61 Điều khiển công suất vòng trong đường xuOng eecccccsessscssseessssseessssssecssssecssssescssssessssseeseesveeeees 61

2.4 Điều khiển chuyén giao .cceccseessseessseessseesssessseesssessssesssessssesessessesssesesseessecssesesseeeseeesseees 61

2.4.1 Giới thiệu về chuyển giaO 22 ©222222S22+2S221222221112221111221111211111221111221211122111 c1 61

2.4.2 Cac kiéu chuyén giao trong hé théng UMTS

lì oi 02 NA -434 62

Chuyển giao mềm hơn 22: 22£©S2£2S%#SEE+2EEESEEE22EEE2E3112221222112271122112211122111271122111 22712 122 64 Chuyển giao mềm — mềm hơn 2: 2£S£2++2EEE+ESE£SEE+22EEEEEEE2EEE+2EEEEEEEEEE2EE22222.ecre 64

3.2 Thuật toán điều khiển công suất theo bước động DSSPC

3.2.1 Khái niệm và lợi ích của độ dự trữ, cửa số công SUẤT, 50c 21 2ESE 27112111 1111711211 111111 Eertree 70 3.2.2 Sự hoạt động của mạng - -¿- - + ¿+ +2 +22 SE EE +2 2EE 2k SE SE 71 H1 1T 1101171 1 HT HH 71 3.2.3 Sur hoat dng 0n cố 443đ 73

3.3 Phuong phap điều khiển công suât phân tán DPC (Distributed Power Contro]) 715 3.3.1 Điều khiển công suất phân tán và điều khiển công suất tập trung - -.-z- z2zz+szz +2 76

3.3.2 Thuật toán điều khiển công suất - 2: 22+ +22 SEEt22E++SEE+2EEEE2E231222512211122112271122211 2712 12 76 3.4 Công thức tính toán SIR;c¿i tỪ Py, -¿- 2 5E S2 2121 22121 E1 121E1 2121211 12110 1 Hy re 77 3.5 Kết luận chương 2-22-©2222EEE+EEEE2EE22EEEEEEEEEEE.EErrrrrrrrrrerrrrrrereree.)

Chương 4: KÉT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG

4.1 Giới thiệu chương - 2£ VV22++++2EEEE++++EEEEEEE++TEEE2A21E12222211112222111122 2121112 errre 81

4.2 Phan mém m6 phong Matlab .cscsssessssessseessveesssecssseesseesssecsssesssseessecsssessseessseessseceseeeese 81

4.3 Quỹ đường truyền cho hệ thống UMTS được sir dung dé tinh toán

4.5 Mô phỏng thuật toán DSSPC 222£2222+2S2SEestrEEeeerrterrrrrtrrerrrrrrrrrrerreer Ổ

4.5.1 Lưu đồ thuật toán và thiết lập ban đầu cho phương pháp điều khiển công suất theo bước DSSPC

SH HH 2 TH 0 TT T111 1 1 T11 TT TH 0.211 85 4.5.2 Két qua nh ố ố ố ố ẽố ố ẽ ẽ ẽ ẽ “(-ŒAỤABHH.H.HH 88 4.6 MO phong 0) áo 09 91 ẻ 89 4.6.1 Lưu đồ thuật toán và thiết lập ban đầu cho phương pháp điều khiển công suất phân tán DPC 89

6

Công suât phát lớn nhất và nhỏ nhất của thiết bị di động UE

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu SIRdich -s 22©+2S+22++2SEE+2EEE2EEE+2EEE2EEESEEEEEEEtEEErerrrrrrrrcrr 91

4.6.2 Két qua m6 phong o cccccsecsssecssssessssessseessseesssecsusessssecsussssvessssecsusessisessusssssecsssesssuessseesnseeeseeeete 91 4.7 Kết luận chương 2+-2+2+2+2EE+22EE2EE122E1222112211127112211271112711711221112111 211 92

KẾT LUẬN CHUNG

TÀI LIỆU THAM KHẢO - 2-22 52SE2£EE2EESEEEE2E221211271121121271 2122 xe.

Hình 1.7: Vai trò logic của SRNC và DRNC - 2 55c seseeeeres 35

Hình 1 8: Kiến trúc mạng phân bố của phát hành 3GPP R4 - 2s 4I Hình 1 9: Kiến trúc mạng UMTS R5 2¿2¿+2++2E++EE+zrxrerrxrrrxeeres 43 Hình 1 10: Sự chuyền đồi các kênh logic thành các kênh truyền tải 47 Hình 1 11: Tổng kết kiểu các kênh vật lý 2- 2-2 z+2E££++zEtzzxezxerrrecrx 48 Hình 1 12: Sự chuyền đồi từ kênh truyền tải sang kênh vật lý - 51

Hình 1 13: Cấu trúc kênh vật lý riêng cho đường lên và đường xuống TH HH te 33

Hình 2 1:Vị trí điển hình của các thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM).55

Hình 2 2: Điều khiển cống suất trong UMTTS 22 22 ©22++++£+22xe+zevzrscrx 56

Hình 2 3: Nguyên lý hoạt động của phương pháp điều khiển công suất vòng kín

Hình 2 4: Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín đường xuống 61 Hinh 2.5: Chuyén giao mém hai QUOT 35 63 Hinh 2 6: Chuyén giao mém 3 600117 Ốồ 63 Hình 2 7: Chuyển giao mềm hơn 2: 2+ + +2E£+EE£2EE££EE2EEEEEEtEECEEEerErrrrrrre 64 Hình 2 8: Chuyển giao mềm — mềm hơn 2- 222 5£22E£2+2E+2£S£+Ezvzzzszx 65

Hình 2 9: Chuyển giao cùng tần số

Hình 2 10: Chuyển giao khác tần sỐ -. 2-22 S22EEE+2EE2EEt2EZEEezEerrrrrrk 67

Hình 3 1: Dự trữ SIR đối với các chất lượng dịch vụ khác nhau 71

Hình 3 2: Thuật toán tạo lập TPC trong DSSPC - -.- 555 +S<x++sesse+ 72 Hình 3 3: Mô hình chung của DSSPC với điều khiển công suất đường lên 75

Hình 4 1: Thuật toán điều khiển công suất theo bước động DSSPC 88 Hình 4 2: Mô phỏng sự thay đổi của công suất phat tai 3 UE trong quá trình điều khiên công suât theo phương pháp DSSPC - - 5 5S £+ssvsrererrree 88 Hinh 4 3: M6 phong sự thay đôi của tỷ số SIR thu được tại Node B tương ứng với

3 UE trong quá trình điêu khiên công suât theo phương pháp DSSPC 89

Hình 4 4: Thuật toán điều khiển công suất phân tán DPC -2+ 90 Hình 4 5: Mô phỏng sự thay đồi của công suất phát tại 3 UE trong quá trình điều

khiển công suất theo phương pháp DPC 2-22 ¿+ ++2E£2£+2E++£x+zxzrrrsrx 91 Hình 4.6: Mô phỏng sự thay đôi của tỷ số SIR thu được tại Node B tương ứng với

3 UE trong quá trình điều khiển công suất theo phương pháp DPC 92

DANH SACH BANG BIEU

Phân loại các dịch vụ trong I[MT-2000 - - 5+ +s++e++sxxxs+ 25

Các loại lưu lượng trong ƯTMTS

Danh sách kênh logic và ứng dụng của chúng -‹ + << <++ 44 Danh sach các kênh truyền tải và ứng dụng của chúng 46

Tổng kết các kênh vật lý và ứng dụng của chúng : + 48

Bảng tra cứu ứng dụng DSSPC -Q -Ă St S* set 74

Quỹ đường truyền tham khảo cho dịch vụ số liệu thời gian thực

144kbit/s (3km/giờ, người sử dụng trong nhà được phủ sóng bởi BS ngoài trời, kênh

xe 6 tô kiêu A, có chuyền giao mềm) 2-2 +E+EE++E+EEt£EE£EZEEEEerEerxerrrree 81

10

THUAT NGU VIET TAT

Access Grant Channel Kênh cho phép truy nhập

Acquisition Indication Channel Kénh chi thị bắt

Advanced Mobile Phone

Collision Detection/ Channel

Assignment Indicator Channel

Collision Detection/Channel

Assignment Indicator Channel

Code Division Multiple

Access

Core Network

Common Physical Channel

Common Pilot Channel

Cyclic Redundancy Check

Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến

Liên đoàn kinh doanh và công nghệ vô tuyến

Trung tâm nhận thực Kênh quảng bá

Cổng biên giới Kênh điều khiển

Kênh chỉ thị ấn định kênh/ phát hiện xung đột

Kênh chỉ thị ấn định kênh/ Phát hiện xung đột

Đa truy nhập phân chia theo mã

Dedicated Control Channel

Dedicated Physical Control

Channel

Dedicated Physical Channel

Downlink Physical Channel

Dedicated Physical Data

Kênh lưu lượng chung

Bộ chuyên đổi tín hiệu số thành tương

tự Kênh điều khiển riêng

Kênh điều khiển vật lý riêng

Kênh vật lý riêng

Kênh vật lý đường xuống

Kênh vật lý số liệu riêng

Bộ điều khiển mạng vô tuyến trôi

Trải phổ chuỗi trực tiếp

12

DS-CDMA Direct Sequence - Code

Division Multiple Access

Downlink Shared Channel

Dedicated Traffic Channel

Da truy nhập phân chia theo mã trải phô chuỗi trực tiếp

Kênh chia sẻ đường xuống

Kênh lưu lượng riêng

Enhanced Data Rates for GSM Tốc độ số liệu tăng cường đề phát triển Evolution

Equipment Identity Register

European Telecommunication

Standard Institute

Fast Associated Control

Channel

Forward Access Channel

Time Division Duplex

GSM

Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị

Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu

Kênh điều khiển liên kết nhanh

Kênh truy nhập đường xuống

Ghép kênh phân chia theo tần số

Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng

Gateway Mobile Service

Switching Center

General Packet Radio Service

Global System for Mobile

Communication

Home Environment

Home Location Register

Trung tâm chuyển mạnh các dịch vụ di động công

Dịch vụ vô tuyến gói tông hợp

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

Môi trường nhà

Bộ ghi định vị thường trú

13

High Speed Circuit Switched

IWF Internetworking Function

LAI Location Area Identity

LoCH Logic Channel

MAC Medium Access Control

MCC Mobile Country Code

MGCF Media Gateway Control

Function

MNC Mobile Network Code

Dữ liệu chuyền mạch kênh tốc độ cao

Dịch vụ thuê bao thường trú (Đăng ký

thường trú)

Trung tần

Nhận dạng trạm di động quốc tế

Giao thức Internet Mạng số liên kết đa dịch vụ

Chức năng tương tác mạng

Nhận dạng vùng định vị Các kênh logic

Điều khiển truy nhập trung gian

Mobile Station ISDN

Mobile Station Random

Number

Nordic Mobile Telephone

Operation and Management

Center

Packet Associated Control

Channel

Packet Access Grant Channel

Packet Common Control

Hệ thống khai thác và bảo dưỡng mạng

Kênh điều khién liên kết gói

Kênh cho phép truy nhập gói

Kênh điều khiển chung gói

Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp

Kênh tìm điều khiển tìm gọi

15

Personal Digital Cellular

Packet Data Network

Physical Downlink Shared

Channel

Packet Data Protocol

Packet Data Traffic Channel

Paging Indicator Channel

Phase Shift Keying

Kênh vật lý gói chung

Tế bào số cá nhân

Mang di liệu gói

Kênh vật lý chia sẻ đường xuống

Giao thức số liệu gói

Các kênh lưu lượng số liệu gói

Kênh truy nhập vật lý ngẫu nhiên

Kênh truy nhập ngẫu nhiên gói

Chuyên mạch gói

Khoá dịch pha

16

PSPDN Packet Switch Public Data

QPSK Quadrate Phase Shift Keying

QoS Quality Of Service

RAB Radio Access Bearer

RACH Random Access Channel

RAN Radio Access Network

RNC Radio Network Controller

RNS Radio Network System

R-SGW Roaming Signaling Gateway

S-CCPCH Secondary Common Control

Các số nhận dang tạm thời gói

Khoá dịch pha vuông góc

Các loại lưu lượng và dịch vụ

Vùng định tuyến thuê bao

Vật mang truy nhập vô tuyến

Kênh truy nhập ngẫu nhiên

Mạng truy nhập vô tuyến

Tần số vô tuyến (cao tần)

Bộ điều khiển mạng vô tuyến

hệ thống mạng vô tuyến

Công báo hiệu chuyển mạng

Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp

17

Serving GPRS Support Note

Serving Radio Network

Bộ điều khiển mạng vô tuyến phục vụ

Hệ thống truyền thông truy nhập toàn

Uplink Physical Channel

Kênh lưu lượng

Ghép kênh phân chia theo tần số Thiết bị đầu cuối

Số nhận dạng thuê bao di động tạm thời

Khối thích ứng tốc độ chuyên đổi mã

Cổng báo hiệu truyền tải

Thiết bị của người sử dụng

Thẻ IC UMTS

Hệ thống viễn thông di động đa năng

Kênh vật lý đường lên

18

UMTS subscriber Identity

VLR Visitor Location Register

VoIP Voice Over IP

W-CDMA Wideband Code Division

M6-dun nhan dang thué bao

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

CHUONG 1: HE THONG VIEN THONG DI DONG THE

HE THU BA UMTS

1.1 Giới thiệu chương

Mục đích của chương I cần đạt được là hiểu rõ về nguồn gốc của hệ thống

viễn thông thế hệ thứ ba UMTS thông qua chủ đề “Sự ra đời của hệ thống viễn

thông UMTS” cùng với việc đi vào tìm hiểu kỹ hơn về mạng UMTS thông qua hai chủ đề tiếp theo là “Một số đặc điểm của hệ thống UMTS” và “Kiến trúc mạng

viễn thông UMTS”

1.2 Sự ra đời của hệ thông viễn thông UMTS

1.2.1 Lịch sử phát triển của các hệ thống viễn thông

Sự phát triển của các hệ thống viễn thông di động trên toàn thế giới đã trải qua được ba thế hệ, với rất nhiều các kiểu hệ thống khác nhau Từ các hệ thống tương tự ở thế hệ thứ nhất đến các hệ thống số ở các thế hệ tiếp theo và hiện nay

còn đang được tiếp tục triển khai phát triển vào các hệ thống viễn thông di động ở

thế hệ thứ tư

Các hệ thống viễn thông thế hệ thứ nhất

Các hệ thống viễn thông thé hệ thứ nhất là các hệ thống điện thoại di động

theo công nghệ tương tự được ra đời vào khoảng thời gian cuối những năm 1970

đầu những năm 1980 Hệ thống sử dụng kỹ thuật phân chia theo tần số FDMA và điều tần FM Hệ thống đơn thuần hỗ trợ dịch vụ thoại, chất lượng kém, tính bảo mật thấp Trong đó có ba hệ thống điền hình là :

+ Hệ thống điện thoại di động vùng Bắc Âu (NMT: Nordic Mobile Telephone) vào năm 1981 ở băng tần 450 MHz

+_ Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến (AMPS: Advanced Mobile Phone System) trién khai tai Bac My

20

+ Hệ thống truyền thông truy nhập toàn bộ (TACS: Total Access Communication System) triển khai tại Anh vào năm 1985

Các hệ thống viễn thông thế hệ thứ hai

Sử dụng thành tựu của công nghệ kỹ thuật số, các hệ thống viễn thông thế hệ

thứ hai đã có được những bước tiến quan trọng so với hệ thống tương tự Ngoài lĩnh vực viễn thông truyền tiếng nói bằng kỹ thuật số, một loạt các dịch vụ số mới với tốc độ truyền dữ liệu thấp đã trở nên phong phú và đa dạng Bao gồm “mobile fax’ (chuyển fax di động), gửi thư tiếng nói, và dịch vụ gửi tin nhanh (short message service SMS) Những hệ thống của thế hệ thứ hai (2G) sử dụng công nghệ đa truy

nhập là TDMA và CDMA Một số hệ thống điền hình:

+ Hệ thống truyền thông di động toàn cầu (GSM) được chuẩn hóa tại Châu

Âu bởi Tổ Chức Tiêu Chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) là một tiêu

chuẩn toàn cầu được sự thừa nhận của hầu hết các quốc gia trên toàn thế giới

IS-95 (CDMA one) — CDMA trién khai tại My va Han Quéc

Các dịch vụ điện thoại di động tiên tiến kỹ thuật số (D-AMPS) do Hội

Công nghiệp Viễn thông (TIA) định chuẩn

PDC (Personal Digital Cellular) - TDMA, Trién khai tai Nhat Ban vao nam 1991

Các hệ thống viễn thông thế hệ thứ hai (2G) cái tiến

Các mạng thế hệ 2G cải tiến khai thác các nhu cầu đối với dịch vụ dữ liệu mobile, với khả năng có những tốc độ dữ liệu cao hơn so với các dịch vụ 2G thuần

túy

+ Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD: Data Switched Circuit

Speed Hight) bằng cách tận dụng khả năng sẵn có của GSM với tối da 8 kênh TCH trọn tốc thì HSCSD có thé đạt tới tốc độ tối thiểu là 76,8 kb/s

và còn có thể lên tới 115 kb/s nếu sử dụng thêm một số những kỹ thuật

21

giảm thủ tục rườm rà HSCSD tận dụng cấu trúc mạng GSM và không cần có những chỉnh sửa đối với cơ cấu hạ tầng của mạng chỉ trừ việc cập nhật phần mềm

+ Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS: Services Radio Packet Gencral) là dịch vụ chuyên mạch gói không giống với GSM và HSCSD là dịch vụ chuyển mạch kênh Đây là một bước quan trọng trong sự trưởng thành của GSM mang lại sự hội tụ gần gũi hơn của IP và tính di động GPRS cho ra các dịch vụ phi thời gian với tốc độ dữ liệu lên tới 171 kb/s

+ Những tốc độ dữ liệu nâng cao cho phát triển của mạng GSM (EDGE : Enhance Data rate for GSM Evolution) Công nghệ EDGE ra đời đã nâng được dung lượng và tốc độ truyền dữ liệu của cả hai mang chuyển mạch kênh HSCSD và chuyền mạch gói GPRS Điều này thực hiện được

là nhờ việc thiết lập một giao diện sóng radio mới liên kết với khóa mã sử dung trong GSM (GMSK) 1a khéa dich pha bat phan (8-PSK) Phuong

pháp điều chế mới này cho phép các tốc độ dữ liệu cua HSCSD va GPRS

có sẵn có thể mở rộng lên đến ba lần cho từng kênh EDGE có thể đạt tới

400 kb/s đối với các dịch vụ chất lượng cao

Các hệ thống viễn thông thế hệ thứ ba

Sự bức thiết về những hệ thống di động lại có thể truy cập vào được các dịch

vụ đa phương tiện băng rộng, tốc độ cao như những gì đã có ở các mạng cố định

Mà các dịch vụ này nằm ngoài khả năng của các mạng 2G (cung cấp các dịch vụ có

tốc độ thấp) Đã dẫn tới sự phát triển của các hệ thống 3G với nền tảng là sự hội tụ

của những công nghệ dựa trên giao thức Internet và di động

Việc tiêu chuẩn hóa các hệ thống 3G do Liên đoàn Viễn thông Quốc tế thực

hiện Trên phương diện toàn cầu, đó là hệ thống viễn thông Di động Quốc tế 2000

(IMT-2000)

Ban đầu các hệ thống 3G được dự kiến như một chuẩn chung thống nhất trên

thế giới, nhưng thực tế theo IMT-2000 thế giới 3G được chia làm 3 phần:

22

+ Hệ thống viễn thông di động đa năng UMTS (WCDMA) của tổ chức ETSI ở Châu Âu và ARIB ở Nhật Bản

+_ Đa truy nhập đồng bộ phân kênh theo thời gian TD-SCDMA của tô chức

RITT ở Trung Quốc

+ CDMA2000 phat triển từ IS-95 của tổ chức TIA ở Mỹ

Các hệ thống thế hệ thứ tư

Với yêu cầu ngày càng cao của người sử dụng , mạng 3G vẫn chưa đủ nhanh

để có thể đáp ứng được yêu cầu của các ứng dụng chuyển động Ví dụ như bạn không thể chát video trên các mạng 3G hiện nay khi đang chuyên đông, chẳng hạn

như khi ở trên tầu Tuy nhiên mạng 4G lại có thể thực hiện rất tốt chuyện này và lại

còn tăng thêm tốc độ truyền dẫn dữ liệu Cuộc đua phát triển mạng viễn thông lên 4G hiện tại vẫn chưa ngã ngũ Hai đối thủ còn lại trong cuộc đua là WMAX di động

và LTE Cả hai đều đang được rất nhiều các đại gia tài trợ phát triển

WMAX có lợi thế phát triển sớm hơn so với LTE, các mạng WMAX đã được triển khai và các thiết bị WMAX cũng đã có mặt trên thị trường Tuy nhiên LTE lại được hiệp hội các nhà khai thác GSM (GSM Association ) chấp nhận là công nghệ băng rộng tương lai của hệ thống di động hiện tại đang chiếm lĩnh thị trường di động toàn cầu với hơn 2,5 tỉ thuê bao Và còn quan trọng hơn LTE cho phép tận dụng cơ sở hạ tầng GSM có sẵn (tuy vẫn cần thêm đầu tư thiết bị ) còn WMAX thì phải xây dựng lại từ đầu Nên cuộc đua phát triển lên 4G hiện giờ vẫn rất căng thắng, liệu rằng ai sẽ chiến thắng hay cả hai sẽ hợp thành một chuân 4G chung duy nhất trong tương lai

1.2.2 Hệ thống viễn thông di động quốc tế cho năm 2000 (IMT-2000)

Bộ phận tiêu chuẩn của ITU-R (Liên minh Viễn thông Quốc tế - bộ phận vô

tuyến) đã xây dựng các tiêu chuẩn cho IMT-2000 Mục đích của IMT-2000 là đưa

ra nhiều khả năng mới nhưng cũng đồng thời đảm báo sự phát triên liên tục của thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) vào những năm 2000 Thông tin di động thé hệ thứ ba (3G) xây dựng trên cơ sở IMT-2000 sẽ được đưa vào phục vụ từ năm 2001

23

Các hệ thống 3G sẽ cung cấp rất nhiều dịch vụ viễn thông bao gồm: thoại, số liệu

tốc độ bít thấp và bít cao, đa phương tiện, video cho người sử dụng làm việc cả ở

môi trường công cộng lẫn tư nhân (vùng công sở, vùng dân cư, phương tiện vận tải wee)

Các tiêu chí chung để xây dựng IMT-2000:

+ Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz :

- Duong lén : 1885-2025 MHz

- Đường xuống : 2110-2200 MHz

+ Là hệ thống thông tịn di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến

- Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến va VÔ tuyến

- Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông

+_ Sử dụng trong các môi trường khai thác khác nhau:

- Môi trường thông tin nhà ảo (VHE: Virtual Home Environment) trên cơ

sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu

- Đảm bảo chuyền mạng quốc tế

- Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển

mạch theo kênh và số liệu chuyền mạch theo gói

24

+ Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện thì mội trường hoạt động của IMT-2000 được chia thành bốn vùng với các tốc độ phục vụ như sau:

Global Satellite

Suburban

Hình 1.1: Phân vùng dịch vu cho IMT-2000

- Vùng 1: Trong nha, 6 pico, R, < 2Mbit/s

- Ving 2: Thanh phé, 6 micro, Ry < 384 kbit/s

- Vung 3: Ngoai 6, 6 macro, Ry < 144 kbit/s

- Vung 4: Toan cau , Ry < 9,6144 kbit/s

Bang 1 1: Phan loai cac dich vu trong IMT-2000

cao(144 kbit/s — 2Mbit/s)

- Dịch vụ số liệu toc dé cao (> 2Mbit/s)

- Dich vu Video (384 kbit/s) Dich vu da phuong - Dịch vụ ảnh động (384 kbit/s — 2Mbit/s) tiện

- Dịch vụ ảnh động thời gian thực

€©2Mbit/s) Dịch vụ Internetđơn | Dịch vụ truy nhập Wep ( 385 kbit/s -2

26

+ 3GPP2 (tổ chức thứ hai về đề án của đối tác thế hệ thứ ba) có các thành

viên là: TIA và TIPI của Mỹ, TTA của Hàn Quốc, ARIB và TTC của

Lộ trình phát triển lên UMTS từ GSM sẽ được thực hiện từng bước tùy theo

đòi hỏi về chất lượng dịch vụ và đảm bảo tính khả thi về kinh tế

Com) Cases) Corns) € wn >

Hình 1 2: Lộ trình phát triển UMTS từ GSM

1.3 Một số đặc điểm cớ bản của hệ thống UMTS

1.3.1 Trải phố và đa truy nhập phân chia theo mã

Sử dụng hợp lý và hiệu quả tài nguyên băng tần là vấn đề được quan tâm hàng đầu trong các hệ thống viễn thông Đề giải quyết van dé này công nghệ đa truy nhập đã được sử dụng đề nhiều khách hàng có thể dùng chung tài nguyên tần số hoặc khe thời gian hoặc là cả hai Trong hệ thống thông tin tương tự (1G) công nghệ

đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA được sử dụng Trong hệ thống thông tin thế hệ thứ hai (2G) thì sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA va phan chia theo ma CDMA Va sau đó là WCDMA được xây dựng dựa trên CDMA nhưng với băng tần rộng hơn

27

Trong các hệ thống thông tin trải phổ (viết tắt là SS: Spread Spectrum) độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng, thông thường hàng trăm lần trước khi

được phát Có ba kiểu trải phổ cơ bản

+ Chuỗi trực tiếp (DSSS: Direct Sequence Spreading Spectrum)

+ Nhay tan (FHSS: Frequence Hopping Spreading Spectrung)

+ Nhấy thời gian(THSS: Time Hopping Spreading Spectrum)

Phương pháp trải phổ được hệ thống WCDMA sử dụng là DSSS

trong miền thời gian

c) Quá trình xử lý tin hiệu

trong miền tan sé

+ Ký hiệu x, y và c ký hiệu tổng quát cho tín hiệu vào, ra và mã trải phổ

+ x(t), y(t) va c(t) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phô trong miền thời gian

+ X(0, Y(9 và C() ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phô trong miên tân sô

28

+ Ty 1a thời gian một bit của luồng số cần phát, Rạ=1/T, là tốc độ bit của

luồng số cần truyền; T là thời gian một chip của mã trải phổ, R=1/T, la

tốc độ chip của mã trải phổ R,=15R¿ và Ty=l15T

1.3.2 Giao diện vô tuyến cúa hệ thống UMTS(WCDMA)

W-CDMA sử dụng trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS-CDMA) và có hai giải

pháp cho giao diện vô tuyến là: Ghép song công phân chia theo thời gian (TDD: Time Division Duplex) và ghép song công phân chia theo tần số (FDD: Time Division Duplex)

Phương pháp ghép song công phân chia theo thời gian hiện nay đang được triển khai FDD sử dụng hai băng tan 5 MHz với hai sóng mang phân cách nhau 190 MHz:

+ Đường lên có băng tần nằm trong đải phổ từ 1920 MHz đến 1980 MHz + Đường xuống có băng tần nằm trong đải phổ từ 2110 MHz đến 2170

MHz

Phương pháp ghép kênh TDD sử dụng các tần số nằm trong dai 1900 dén

1920 MHz va 2010 MHz đến 2025 MHz, & đây đường lên đường xuống sử dụng trung một băng tần

29

Hình 1 4: Phố tần cho ghép kênh FDD và TDD 1.3.3 Quy hoạch tần số

Băng côi ae Tên Tổng phổ Đường lên Đường xuống [MHz] [MHz]

BăngVII ][ 2600 _|[ 2x70 MHz || 2500-2570 ][ 2620-2690 | Bang 3G mới

Bảng! ]{ 210 || 2x60 MHz |[ 1920-1980 |[ 2110-2170 ] Bang IMT2000 (Bang WCDMA chu đạo)

BăngVII ][ 900 _|[ 2x35 MHz |[ 880-915 |[ 925-960 ] Châu Âu và châu Á

[ BánV ]| §50 |[2x25MH¿ |[ 24-349 || 869-894 | USA, chau My va chau A

IMT-2000: International Mobile Telecommunications-2000; MSS:

Mobile Sattelite Service: dich vu thông tin di động vệ tỉnh

E1 Tin phé cho IMT-2000 [ ] _ Tin phé cho Mss

Hình 1.5: Phân bố tần số cho WCDMA/FDD

1.3.4 Các loại lưu lượng và dịch vụ QoS (Quality Of Service) của mạng UMTS

30

Trong UMTS có bốn loại lưu lượng : Loại hội thoại, loại luồng, loại tương tác và loại cơ bản

Yếu tố phân biệt chủ yêu của các dịch vụ này là độ nhạy cảm trễ của lưu lượng Chang han loại hội thoại rất nhạy cảm với trễ, trong khi đó loại cơ bản ít nhạy cảm với trễ nhất

Bảng 1 2: Các loại lưu lượng trong UTMTS

Thông tin yêu | Thong tin | Doi hoi phai Các đữ liệu tải

cầu trễ nhỏ một chiều | tra loi trong xuống không đòi

doi hoi một thời gian | hỏi tré thap, tré cd

Thoại Phân phối | Duyệt trình Tai xudng e-mail,

- - truyền hình | Web og,

1.4 Kiến trúc hệ thống viễn thông UMTS

Hệ thống viễn thông UMTS được xây dựng theo ba mô thức chính là R3,R4,R5

1.4.1 Kiến trúc hệ thống UMTS theo mô thức R3

Một mang UMTS bao gom ba phan:

31

+ Thiết bị di động (UE: User Equipment) bao gồm ba thiết bị: thiết bị đầu

cuối (TE), thiết bị di động (ME) và module nhận dang thué bao UMTS

(USIM: UMTS Subscriber Identity Module)

+ Mang truy nhap vo tuyén mat dat UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access Network) tao thanh tir cac hệ thống mạng vô tuyến (RNS: Radio Network System) va méi RNS bao gom RNC (Radio Network Controller: b6 diéu khién mạng vô tuyến) và các nút B nối với nó

+ Mạng lõi (CN: Core Network) bao gồm miền chuyên mạch kênh, chuyển mạch gói và HE (Home Environment: Môi trường nhà) HE bao gồm các

cơ sở dữ liệu: AuC (Authentication Center: Trung tâm nhận thực), HLR (Home Location Register: Bộ ghi định vị thường trú) và EIR (Equipment Identity Register: Bộ ghi nhận dạng thiết bị)

PSTN ISDN

32

+ Các đầu cuối TE

Vì máy đầu cuối bây giờ không chỉ đơn thuần dành cho điện thoại mà còn

cung cấp các dịch vụ số liệu mới, nên tên của nó được chuyền thành đầu cuối Các nhà sản xuất chính đã đưa ra rất nhiều đầu cuối dựa trên các khái niệm mới, nhưng trong thực tế chỉ một số ít là được đưa vào sản xuất Mặc dù các đầu cuối dự kiến

khác nhau về kích thước và thiết kế, tất cả chúng đều có màn hình lớn và ít phím

hơn so với 2G Lý do chính là đề tăng cường sử dụng đầu cuối cho nhiều dịch vụ số liệu hơn và vì thé đầu cuối trở thành tổ hợp của máy thoại di động, modem và máy tính bàn tay

Đầu cuối hỗ trợ hai giao diện Giao diện Uu định nghĩa liên kết vô tuyến

(giao diện WCDMA) Nó đảm nhiệm toàn bộ kết nối vật lý với mạng UMTS Giao

diện thứ hai là giao diện Cu giữa UMTS IC card (UICC) và đầu cuối Giao diện này

tuân theo tiêu chuẩn cho các card thông minh

Mặc dù các nhà sản xuất đầu cuối có rất nhiều ý tưởng về thiết bị, họ phải

tuân theo một tập tối thiểu các định nghĩa tiêu chuẩn đề các người sử dụng bằng các

đầu cuối khác nhau có thé truy nhập đến một số các chức năng cơ sở theo cùng một cách

Các tiêu chuẩn này gồm:

- Bàn phím (các phím vật lý hay các phím ảo trên màn hình)

- Đăng ký mật khẩu mới

- Thay đổi mã PIN (Personal Identification Numbcr)

- Giải chặn PIN/PIN2 (PUK : PIN Unlooking

- Trinh bay IMEI (International Mobile Equipment Identity)

- Diéu khién cudc goi

Các phần còn lại của giao diện sẽ dành riêng cho nhà thiết kế và người sử dụng sẽ chọn cho mình đầu cuối dựa trên hai tiêu chuẩn (nếu xu thế 2G còn kéo dài)

là thiết kế và giao điện Giao diện là kết hợp của kích cỡ và thông tin do màn hình

cung cấp (màn hình nút chạm), các phím và menu

33

+ UICC (UMTS IC card)

UMTS IC card là một card thông minh Điều mà ta quan tâm đến nó là dung lượng nhớ và tốc độ bộ xử lý do nó cung cấp Ứng dụng USIM chạy trên UICC + Mô dun nhận dạng thuê bao USIM

Trong hệ thống GSM, SIM card lưu giữ thông tin cá nhân (đăng ký thuê bao) cài cứng trên card Điều này đã thay đổi trong UMTS, Modul nhận dạng thuê bao UMTS được cài như một ứng dụng trên UICC Điều này cho phép lưu nhiều ứng dụng hơn và nhiều chữ ký (khóa) điện tử hơn cùng với USIM cho các mục đích khác (các mã truy nhập giao dịch ngân hàng an ninh) Ngoài ra có thể có nhiều

USIM trên cùng một UICC đề hỗ trợ truy nhập đến nhiều mạng

USIM chứa các hàm và số liệu cần để nhận dạng và nhận thực thuê bao trong mạng UMTS Nó có thể lưu cả bản sao hồ sơ của thuê bao

Người sử dụng phải tự mình nhận thực đối với USIM bằng cách nhập mã PIN Điều này đảm bảo rằng chỉ người sử dụng đích thực mới được truy nhập mạng UMTS Mạng sẽ chỉ cung cấp các dịch vụ cho người nào sử dụng đầu cuối dựa trên nhận dạng USIM được đăng ký

Mạng truy nhập vô tuyến UMTS (UTRAN)

UTRAN là liên kết giữa người sử dụng và mạng lõi CN Nó gồm các phần tử

đảm bảo các cuộc truyền thông UMTS trên vô tuyến và điều khiển chúng

UTRAN được định nghĩa giữa hai giao diện Giao diện lu giữa UTRAN và

CN, gồm hai phần: IuPS cho miền chuyển mạch gói và IuCS cho miền chuyển

mạch kênh; giao diện Uu giữa UTRAN và thiết bị người sử dụng Giữa hai giao diện này là hai nút, RNC và nút B

+ Điều khiến mạng vô tuyến RNC

RNC (Radio Network Controller) chịu trách nhiệm cho một hay nhiều trạm gốc và điều khiển các tài nguyên của chúng Đây cũng chính là điểm truy nhập dịch

vụ mà UTRAN cung cấp cho CN Nó được nối đến CN bằng hai kết nối, một cho

miền chuyền mạch gói (đến SGSN) va một dén mién chuyén mach kénh (dén

MSC)

34

Một nhiệm vụ quan trọng nữa của RNC là bảo vệ sự bí mật và toàn vẹn Sau thủ tục nhận thực và thỏa thuận khóa, các khoá bảo mật và toàn vẹn được đặt vào RNC Sau đó các khóa này được sử dụng bởi các hàm an ninh f8 và f9

RNC có nhiều chức năng logic tùy thuộc vào việc nó phục vụ nút nào Người

sử dụng được kết nối vào một RNC phục vụ (SRNC: Serving RNC) Khi người sử

dụng chuyển vùng đến một RNC khác nhưng vẫn kết nối với RNC cũ, một RNC

trôi (DRNC: Drift RNC) sẽ cung cấp tài nguyên vô tuyến cho người sử dụng, nhưng RNC phục vụ vẫn quản lý kết nối của người sử dụng đến CN Vai trò logic của SRNC và DRNC được mô tả trên hình 1.3 Khi UE trong chuyển giao mềm giữa cac RNC, ton tai nhiều kết nối qua Iub và có ít nhất một kết nối qua Tur Chi một

trong số các RNC này (SRNC) là đảm bảo giao diện lu kết nối với mạng lõi còn các

RNC khac (DRNC) chi lam nhiệm vụ định tuyén thông tin giữa các Tub va Tur

Chức năng cuối cùng của RNC là RNC điều khiển (CRNC: Control RNC)

Mỗi nút B có một RNC điều khiến chịu trách nhiệm cho các tài nguyên vô tuyên của nó Một RNC vật lý trong thực tế sẽ chứa tất cả các chức năng của DRNC,SRNC và CRNC

lu Iucs

số thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như "điều khiển công suất vòng trong" Tính năng này đề phòng ngừa vấn đề gần xa; nghĩa là nếu tất cả các đầu cuối

35

đều phát cùng một công suất, thì các đầu cuối gần nút B nhất sẽ che lap tín hiệu từ các đầu cuối ở xa Nút B kiểm tra công suất thu từ các đầu cuối khác nhau và thông báo cho chúng giảm công suất hoặc tăng công suất sao cho nút B luôn thu được công suất như nhau từ tất cả các đầu cuối

Mạng lõi CN

Mạng lõi CN được chia thành ba miễn :

- Miền chuyên mạch gói PS (Packet Switch) đảm bảo các dịch vụ số liệu cho người sử dụng bằng các kết nối đến Internet và các mạng số liệu khác

- Miền chuyên mạch kênh CS (Circuit Switch) đảm bảo các dịch vụ điện

thoại đến các mạng khác bằng các kết nối TDM Các nút trong mạng lõi

CN được kết nói với nhau bằng đường trục của nhà khai thác, thường sử dụng các công nghệ mạng tốc độ cao như ATM và IP Mạng đường trục trong miền CS sử dụng TDM còn trong miền PS sử dụng IP

- Môi trường nhà HE (Home Environment)

+ Nút hỗ trợ GPRS phục vụ SGSN (Serving GPRS Support Node) Nút SGSN là nút chính của miền chuyển mạch gói Nó nối đến UTRAN thông qua giao diện IuPS và đến GGSN thông quan giao điện Gn SGSN chịu trách nhiệm cho tất cả kết nối chuyên mạch gói PS của tất cả các thuê bao Nó lưu hai kiêu dữ liệu thuê bao: thông tin đăng ký thuê bao và thông tin vị trí thuê bao

Số liệu thuê bao lưu trong SGSN gồm :

- Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMSI (International Mobile

Subsscriber Identity )

- Các số nhận dạng tạm thời gói (P-TMSI: Packet- Temporary Mobile Subscriber Identity)

- Giao thức số liệu gói PDP (Packet Data Protocol)

Số liệu vị trí lưu trên SGSN :

- Vùng định tuyến thuê bao (RA: Routing Area)

- Bộ ghi định vị tạm trú VLR (Visitor Location Rigister)

- Các địa chỉ GGSN của từng GGSN có kết nối tích cực

36

+ Nút hỗ trợ GPRS cổng GGSN(Gateway GPRS Support Node)

GGSN là một SGSN kết nối với các mạng số liệu khác Tất cả các cuộc truyền

thông số liệu từ thuê bao đến các mạng ngoài đều qua GGSN GGSN nối đến Internet thông qua giao diện Gi và đến BG thông qua Gp Cũng như SGSN, nó lưu

cả hai kiểu số liệu: thông tin thuê bao và thông tin vị trí

Số liệu thuê bao lưu trong GGSN :

an ninh chống lại các tấn công bên ngoài

+ Bộ ghi định vị tam tri VLR (Visitor Location Register)

VLR 1a ban sao cua HLR cho mang phuc vu (SN: Serving Network) Dữ liệu thuê bao cần thiết để cung cấp các dịch vụ thuê bao được copy từ HLR và lưu ở

day Ca MSC va SGSN đều có VLR nối với chúng

Số liệu sau đây được lưu trong VLR:

- IMSI

- MSISDN

- TMSI (nếu có)

- Vùng định vị LA hiện thời của thuê bao

- MSC/SGSN hiện thời mà thuê bao nói đến

Ngoài ra VLR có thê lưu giữ thông tin về các dịch vụ mà thuê bao được cung

cấp Cả SGSN và MSC đều được thực hiện trên cùng một nút vật lý với VLR vì thế

được gọi là VLR/SGSN và VLR/MSC

+ Trung tâm chuyển mạch dich vu di déng MSC (Mobile Services Switching Center

37

MSC thực hiện các kết nối CS giữa đầu cuối và mạng Nó thực hiện các chức năng báo hiệu và chuyên mạch cho các thuê bao trong vùng quản lý của mình Chức năng của MSC trong UMTS giống chức năng MSC trong GSM, nhưng nó có nhiều khả năng hơn Các kết nối CS được thực hiện trên giao diện CS giữa UTRAN va MSC Cac MSC được nói đến các mạng ngoài qua GMSC

+ GMSC (MSC cổng)

GMSC có thể là một trong số các MSC GMSC chịu trách nhiệm thực hiện các chức năng định tuyến đến vùng có MS Khi mạng ngoài tìm cách kết nói đến PLMN của một nhà khai thác, GMSC nhận yêu cầu thiết lập kết nói và hỏi HLR về

MSC hiện thời quản lý MS

+ Môi trường nhà HE (Home Environment)

HE lưu các hồ sơ thuê bao của hãng khai thác Nó cũng cung cấp cho các mạng phục vụ (SN: Serving Network) các thông tin về thuê bao và về cước cần thiết

để nhận thực người sử dụng và tính cước cho các dịch vụ cung cấp Tắt cả các dịch

vụ được cung cấp và các dịch vụ bị cắm đều được liệt kê ở đây

+ B6 ghi dinh vi thuong tra HLR (Home Location Register)

HLR là một cơ sở dữ liệu có nhiệm vụ quản lý các thuê bao di động Một

mạng di động có thể chứa nhiều HLR tùy thuộc vào số lượng thuê bao, dung lượng

của từng HLR và tổ chức bên trong mạng

Cơ sở dữ liệu này chứa IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: số nhận dạng thuê bao di động quốc tế), ít nhất một MSISDN (Mobile Station ISDN: số thuê bao có trong danh bạ điện thoại) và ít nhất một địa chỉ PDP

(Packet Data Protocol: Giao thức số liệu gói) Cả IMSI và MSISDN có thể sử dụng

làm khoá để truy nhập đến các thông tin được lưu khác Để định tuyến và tính cước các cuộc gọi, HLR còn lưu giữ thông tin về SGSN và VLR nào hiện đang chịu trách nhiệm thuê bao Các dịch vụ khác như chuyên hướng cuộc gọi, tốc độ số liệu và thư thoại cũng có trong danh sách cùng với các hạn chế dịch vụ như các hạn chế chuyền mạng

HLR và AuC là hai nút mạng logic, nhưng thường được thực hiện trong cùng một nút vật lý HLR lưu giữ mọi thông tin về người sử dụng và đăng ký thuê bao

38

Như: thông tin tính cước, các dịch vụ nào được cung cấp và các dịch vụ nào bị từ chối và thông tin chuyên hướng cuộc gọi Nhưng thông tin quan trọng nhất là hiện VLR và SGSN nào đang phụ trách người sử dụng

+ Trung tâm nhận thực AuC (Authentication Center)

AUC lưu giữ toàn bộ số liệu cần thiết để nhận thực, mật mã hóa và bảo vệ sự

toàn vẹn thông tin cho người sử dụng Nó liên kết với HLR và được thực hiện cùng với HLR trong cùng một nút vật lý Tuy nhiên cần đảm bảo rằng AuC chỉ cung cấp thông tin về các vectơ nhận thực (AV: Authetication Vector) cho HLR

AuC lưu giữ khóa bí mật chia sẻ K cho từng thuê bao cùng với tất cả các hàm tạo khóa từ f0 đến f5 Nó tạo ra các AV, cả trong thời gian thực khi

SGSN/VLR yêu cầu hay khi tải xử lý thấp, lẫn các AV dự trữ

+ Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register)

EIR chịu trách nhiệm lưu các số nhận dạng thiết bị di động quốc tế (IMEI:

International Mobile Equipment Identity) Đây là số nhận dạng duy nhất cho thiết bị đầu cuối Cơ sở dữ liệu này được chia thành ba danh mục: danh mục trắng, xám và đen Danh mục trắng chứa các số IMEI được phép truy nhập mạng Danh mục xám chứa IMEI của các đầu cuối đang bị theo dõi còn danh mục đen chứa các số IMEI của các đầu cuối bị cấm truy nhập mạng Khi một đầu cuối được thông báo là bị mat cap, IMEI của nó sẽ bị đặt vào danh mục đen vì thế nó bị cắm truy nhập mạng Danh mục này cũng có thể được sử dụng đề cấm các seri máy đặc biệt không được truy nhập mạng khi chúng không hoạt động theo tiêu chuẩn

+ Cac mạng ngoài

Các mạng ngoài không phải là bộ phận của hệ thống UMTS, nhưng chúng cần thiết để đảm bảo truyền thông giữa các nhà khai thác Các mạng ngoài có thể là các mạng điện thoại như: PLMN (Public Land Mobile Network: mạng di động mặt đất công cộng), PSTN (Public Switched Telephone Network: Mang điện thoại

chuyền mạch công cộng), ISDN hay các mạng số liệu như Internet Miền PS kết nối

đên các mạng sô liệu còn miên CS nôi đên các mạng điện thoại

+_ Các giao diện

39

Vai trò các các nút khác nhau của mạng chỉ được định nghĩa thông qua các giao diện khác nhau Các giao diện này được định nghĩa chặt chẽ đề các nhà sản xuất có thê kết nói các phần cứng khác nhau của họ

- Giao diện Cu là giao điện chuẩn cho các card thông minh Trong UE đây

là nơi kết nối giữa USIM và UE

- Giao diện Uu là giao diện Uu là giao diện vô tuyến của WCDMA trong UMTS Đây là giao diện mà qua đó UE truy nhập vào phần cố định của mạng Giao điện này nằm giữa nút B và đầu cuối

- Giao diện Iu là giao diện Iu kết nối UTRAN và CN Nó gồm hai phần,

IuPS cho miền chuyền mạch gói, IuCS cho miền chuyền mạch kênh CN

có thể kết nối đến nhiều UTRAN cho cả giao diện IuCS và IuPS Nhưng một UTRAN chỉ có thể kết nối đến một điểm truy nhập CN

- Giao diện Iub Giao diện Tub nối nút B và RNC Khác với GSM đây là giao diện mở

- Giao diện Iur đây là giao diện RNC-RNC Ban đầu được thiết kế để đảm

bảo chuyên giao mềm giữa các RNC, nhưng trong quá trình phát triển nhiều tính năng mới được bồ sung Giao diện này đảm bảo bốn tính năng nổi bật sau:

1 Di động giữa các RNC

2 Lưu thông kênh riêng

3 Lưu thông kênh chung

4 Quản lý tài nguyên toàn cục

1.4.2 Kiến trúc hệ thống UMTS R4

Sự khác nhau cơ bản của kiến trúc R3 và R4 ở chỗ mạng lõi trong R4 là mạng phân bố và chuyền mạch mềm Thay cho việc có các MSC chuyển mạch kênh truyền thống như ở kiến trúc R3 trước đó, kiến trúc mạng phân bố và chuyên mạch mềm được đưa vào

Về can ban, MSC được chia thành MSC server và công các phương tiện (MGW : Mcdia Gateway) MSC chứa tất cả các phần mềm điều khiến cuộc gọi, quản lý di động có ở một MSC tiêu chuẩn Tuy nhiên nó không chứa ma trận

40