tổng quan về w-cdma và giải pháp nâng cấp từ gsm lên w-cdma tai viet nam

Chương I TỔNG QUAN VỀ MẠNG GSM1.1.KHÁI QUÁT VỀ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1.1.Giới thiệu chung về các hệ thống thông tin di động 1.1.1.1.Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 Hệ thố

MỤC LỤC

CHƯƠNG III 52NÂNG CẤP MẠNG GSM LÊN W-CDMA 52

LỜI MỞ ĐẦU

Thông tin di động đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày củacon người trên toàn thế giới.Các hệ thống thông tin di động ngày nay đang khôngngừng phát triển từ hệ thống thông tin di động GSM ra đời năm cuối thế kỷ IX đếnnay thế giới đã biết đến các chuẩn di động 3G và tiếp đến là các chuẩn di động 4Gtrong tương lai

Để hiểu và có những kiến thức nhất định về các hệ thống thông tin di động hiệnnay em đã chọn đề tài : “Tổng quan về W-CDMA và giải pháp nâng cấp từ GSMlên W-CDMA”

Nội dung đồ án của em bao gồm :

Chương I : Tổng quan về mạng GSM.

Chương II : Giải pháp GPRS trên mạng GSM.

Chương III : Nâng cấp mạng GSM lên W-CDMA.

Đồ án của em được hoàn thành với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong bộmôn Điện tử Viễn thông - khoa Điện - Điện tử tàu biển , đặc biệt là thầy

ThS.Vũ Văn Rực Em xin chân thành cảm ơn

Hải Phòng, ngày 22 tháng 01 năm 2011

Sinh viên : Vũ Văn Quý

Chương I TỔNG QUAN VỀ MẠNG GSM

1.1.KHÁI QUÁT VỀ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

1.1.1.Giới thiệu chung về các hệ thống thông tin di động

1.1.1.1.Hệ thống thông tin di động thế hệ 1

Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần

số (FDMA) và chỉ hổ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng kỹ thuật điều chếtương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người sử dụng Với FDMA , khách hàngđược cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần số Sơ

đồ báo hiệu của hệ thống FDMA khá phức tạp, khi MS bật nguồn để hoạt động thì

nó dò sóng tìm đến kênh điều khiển dành riêng cho nó Nhờ kênh này, MS nhậnđược dữ liệu báo hiệu gồm các lệnh về kênh tần số dành riêng cho lưu lượng ngườidùng Trong trường hợp nếu số thuê bao nhiều hơn so với các kênh tần số có thể,thì một số người bị chặn lại không được truy cập

Đa truy nhập phân chia theo tần số nghĩa là nhiều khách hàng có thể sử dụngđược dãi tần đã gán cho họ mà không bị trùng nhờ việc chia phổ tần ra thành nhiềuđoạn Phổ tần số quy định cho liên lạc di dộng được chia thành 2N dải tần số kếtiếp, và được cách nhau bằng một dải tần phòng vệ Mỗi dải tần số được gán chomột kênh liên lạc N dải kế tiếp dành cho liên lạc hướng lên, sau một dải tầnphân cách là N dải kế tiếp dành riêng cho liên lạc hướng xuống

Đặc điểm :

Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể

BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS

Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di dộng tiên tiến(Advanced Mobile phone System - AMPS)

Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cậpđơn giản Tuy nhiên hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng củangười dùng về cả dung lượng và tốc độ Vì các khuyết điểm trên mà nguời tađưa ra hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 ưu điểm hơn thế hệ 1 về cả dunglượng và các dịch vụ được cung cấp

1.1.1.2.Hệ thống thông tin di động thế hệ 2

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao cả về số lượng và chấtlượng, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 được đưa ra để đáp ứng kịp thời sốlượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số

Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng điều chế số Và chúng

sử dụng 2 phương pháp đa truy cập :

 Đa truy cập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access-TDMA)

 Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access-CDMA)

a Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA.

Với phương pháp truy cập TDMA thì nhiều người sử dụng một sóng mang vàtrục thời gian được chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để dành cho nhiều người

sử dụng sao cho không có sự chồng chéo Phổ quy định cho liên lạc di động

được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này dùng chung cho

N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ mộtkhung Các thuê bao khác dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian, mỗi thuê baođược cấp phát cho một khe thời gian trong cấu trúc khung

Đặc điểm :

-Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số

-Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong

đó một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy

di động và một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ máy di động đếntrạm gốc Việc phân chia tần như vậy cho phép các máy thu và máy phát có thểhoạt động cùng một lúc mà không sợ can nhiễu nhau

-Giảm số máy thu phát ở BTS

-Giảm nhiễu giao thoa

Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu(Global System for Mobile Communications - GSM)

Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn kỹ thuậtFDMA Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng xử

lý không quá 106 lệnh trong 01 giây, còn trong MS số TDMA phải có khảnăng xử lý hơn 50x106 lệnh trên giây

b Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA.

Với phương pháp đa truy cập CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nênnhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hànhcác cuộc gọi mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau Những người sử dụng nóitrên được phân biệt với nhau nhờ dùng một mã đặc trưng không trùng vớibất kỳ ai Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại mỗi cell trong toàn mạng, vànhững kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên(Pseudo Noise - PN)

Đặc điểm của CDMA:

động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ởtốc độ bit lên đến 2 Mbit/s Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động bănghẹp hiện nay, các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 gọi là các hệ thống thông tin

di động băng rộng

Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000 đã được

đề xuất, trong đó 2 hệ thống W-CDMA và CDMA2000 đã được ITU chấp thuận vàđưa vào hoạt động trong những năm đầu của những thập kỷ 2000 Các hệ thống nàyđều sử dụng công nghệ CDMA, điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thếgiới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ 3

- W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là sự nâng cấp của

các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, 136

IS CDMA2000 là sự nâng cấp của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sửdụng công nghệ CDMA: IS-95.

Hình 1.1 Quá trình phát triển lên 3G của 2 nhánh công nghệ chính

 Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3:

Thông tin di động thế hệ thứ 3 xây dựng trên cơ sở IMT-2000 được đưavào phục vụ từ năm 2001 Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năngmới nhưng cũng đồng thời bảo đảm sự phát triển liên tục của thông tin di độngthế hệ 2

- Tốc độ của thế hệ thứ ba được xác định như sau:

+ 384 Kb/s đối với vùng phủ sóng rộng

+ 2 Mb/s đối với vùng phủ sóng địa phương

- Các tiêu chí chung để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba (3G):

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

Đường lên : 1885-2025 MHz

Đường xuống : 2110-2200 MHz

+ Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vôtuyến:

Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến

Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông

+ Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau: trong công sở, ngoài đường,trên xe, vệ tinh

+ Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:

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 chuyển mạng quốc tế

Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyểnmạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói

+ Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

1.1.1.4.Hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo

Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 sang thế hệ 4 qua giai đoạn trung gian làthế hệ 3,5 có tên là mạng truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA Thế hệ 4

là công nghệ truyền thông không dây thứ tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độtối đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1 cho đến 1.5 Gb/giây Công nghệ 4G đượchiểu là chuẩn tương lai của các thiết bị không dây Các nghiên cứu đầu tiên củaNTT DoCoMo cho biết, điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu với tốc độ 100 Mb/giâykhi di chuyển và tới 1 Gb/giây khi đứng yên, cho phép người sử dụng có thể tải vàtruyền lên hình ảnh động chất lượng cao Chuẩn 4G cho phép truyền các ứng dụngphương tiện truyền thông phổ biến nhất, góp phần tạo nên các những ứng dụngmạnh mẽ cho các mạng không dây nội bộ (WLAN) và các ứng dụng khác

Thế hệ 4 dùng kỹ thuật truyền tải truy cập phân chia theo tần số trực giaoOFDM, là kỹ thuật nhiều tín hiệu được gởi đi cùng một lúc nhưng trên những tần sốkhác nhau Trong kỹ thuật OFDM, chỉ có một thiết bị truyền tín hiệu trên nhiều tần sốđộc lập (từ vài chục cho đến vài ngàn tần số) Thiết bị 4G sử dụng máy thu vô tuyếnxác nhận bởi phần mềm SDR (Software - Defined Radio) cho phép sử dụng băngthông hiệu quả hơn bằng cách dùng đa kênh đồng thời Tổng đài chuyển mạch mạng4G chỉ dùng chuyển mạch gói, do đó, giảm trễ thời gian truyền và nhận dữ liệu

1.1.2.Đặc điểm truyền sóng trong thông tin di động

Thông tin di động sử dụng sóng vô tuyến để truyền thông tin vì vậy trong quátrình truyền tin chất lượng liên lạc sẽ bị ảnh hưởng rất lớn bởi tác động của nhiễu,tạp âm, địa hình, khoảng cách liên lạc, tốc độ truyền tin, tốc độ di chuyển của trạm

di động, anten, công suất phát, sơ đồ điều chế,…làm cho tín hiệu ở phía thu bị thayđổi so với phía phát cả về biên độ, tần số, pha và thời gian giữ chậm Tác động củacác yếu tố tới chất lượng liên lạc là rất phức tạp tuy nhiên trong thực tế người ta chỉnghiên cứu tác động của các yếu tố : hiệu ứng Dopple, tổn hao đường truyền, pha-ding, trải trễ

Với αi là góc tới của tia sóng thứ i so với hướng chuyển động của máy thu

fm=V.fC/C là lượng dịch tần Dopler, trong đó C là vận tốc ánh sáng

Như vậy chỉ có trong trường hợp máy thu đứng yên so với máy phát (V=0) hoặcmáy thu đang chuyển động vuông góc với góc tới của tín hiệu (cos αi=0) thì tần sốtín hiệu thu mới không bị thay đổi so với tín hiệu phát Hiện tượng Dopler xảy ramạnh nhất khi máy thu di động theo phương của tia sóng tới (cos αi= ±1) Điều nàythường xảy ra trong thông tin di động khi máy thu đặt trên xe di chuyển trên các xa

lộ, còn các anten trạm phát thì được bố trí dọc theo xa lộ

1.1.2.2.Tổn hao đường truyền

Là lượng suy giảm mức điện thu so với mức điện phát Mức điện trung bình củatín hiệu thu giảm dần theo khoảng cách đo công suất tín hiệu trên một đơn vị diệntích của mặt cầu sóng giảm dần theo khoảng cách giữa các anten thu và phát, do hấpthụ của môi trường truyền…Tổn hao đường truyền phụ thuộc vào tần số bức xạ, địahình, tính chất môi trường, mức độ di động của các chướng ngại vật, độ cao anten,loại anten… Trong thông tin vô tuyến tế bào, trong nhiều trường hợp tổn hao đườngtruyền tuân theo luật mũ 4, tức là tăng tỷ lệ với luỹ thừa mũ 4 của khoảng cách Vềnguyên tắc tổn hao đường truyền hạn chế kích thước tế bào và cự ly liên lạc songnhiều trường hợp ta có thể lợi dụng tính chất của tổn hao đường truyền để phân chiahiệu quả các tế bào, cho phép tái sử dụng tần số một cách hữu hiệu làm tăng hiệuquả sử dụng tần số

Trong những khoảng cách tương đối ngắn mức tín hiệu thu trung bình có thểxem là hằng số, tuy nhiên mức điện tức thời của tín hiệu thu tại anten lại có thể thayđổi nhanh với những lượng tiêu biểu tới 40 dB Những thay đổi nhanh mức điện thutức thời này được gọi là Pha-đing nhanh

Trong thực tế mỗi tia sóng thu được tại máy thu di động đều phải chịu nhữngthay đổi về pha, thời gian giữ chậm riêng, biên độ cũng như dịch tần Dopler do tiasóng bị phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ,… kết quả là tín hiệu trạm di động thu được có thểkhác một cách căn bản với tín hiệu đã phát đi Trong trường hợp nghiêm trọng, tổngvecto các tín hiệu tới theo nhiều tia có thể giảm tới một giá trị rất thấp Hiện tượngnày gọi là Pha-đing nhiều tia

Pha-đing được gọi là phẳng nếu nó xảy ra như nhau suốt cả dải tần số của kênh.Pha-đing là chọn lọc theo tần số khi nó xảy ra không đồng đều trong dải tần số củakênh, gây lên ISI Như vậy kích thước của tế bào có ảnh hưởng rất quan trọng tớiđặc điểm truyền sóng Đối với tế bào kích thước lớn thì bắt buộc phải có mạch sanbằng ngay cả khi tốc độ truyền thấp (vài chục kbps) Ngược lại với các siêu vi tếbào (picocell) trong đó trải giữ chậm nhỏ hơn 1µs nhiều, Pha-đing là phẳng ngay cảvới tốc độ số liệu vài Mbps, khi đó mạch san bằng là không cần thiết

1.1.2.4.Trải trễ

Trong thông tin di động số ảnh hưởng của đặc tính truyền dẫn còn phụthuộc nhiều vào tỷ số giữa độ dài của một dấu (symbol) và trải giữ chậm (delayspread) của kênh vô tuyến biến đổi theo thời gian Độ trải giữ chậm có thể xem như

độ dài của tín hiệu thu được khi có một xung cực hẹp được truyền đi Nếu số liệuđược truyền với tốc độ thấp thì chúng có thể giải quyết được dễ dàng tại phần thu

Đó là sự bành chướng do truyền theo nhiều tia của một xung số liệu thì kết thúctrước khi xung tiếp theo được phát đi Tuy thế nếu ta cứ tăng tốc độ truyền số liệulên mãi thì tới một lúc mỗi dấu số liệu sẽ trải hẳn sang các dấu số liệu lân cận, tạo raxuyên nhiễu giữa các dấu ISI (InterSymbol Interference) Nếu không có các mạchsan bằng kênh nhằm loại bỏ ISI thì tỷ lệ lỗi bit BER sẽ lớn tới mức không thể chấpnhận được Giả sử ta vẫn truyền số liệu với tốc độ lớn song đưa máy di động lại gầntrạm cố định đồng thời giảm một cách thích hợp công suất phát thì trải giữ chậmcủa từng tia nhìn chung là nhỏ Khi đó ISI sẽ còn không đáng kể do không cần sanbằng kênh

1.2.HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM

1.2.1.Giới thiệu về GSM

Năm 1982 Hội nghị Bưu chính và Viễn thông châu Âu đã thành lập nhómchuyên môn về thông tin di động GSM(GroupSpeciale Mobile) có nhiệm vụ xácđịnh một hệ thống thông tin di động công cộng tiêu chuẩn toàn châu Âu hoạt độngtrên băng tần 900 MHz Nhóm này đã quyết định xây dựng hệ thống liên lạc số diđộng cho hệ GSM (nay được hiểu rộng rãi là “Global System for MobileCommunications”, tức là hệ thống thông tin di động toàn cầu).Tới năm 1986, 9 đềnghị đầu tiên đã được đề xuất cho một hệ GSM toàn châu Âu và đã được thửnghiệm tại hội nghị diễn ra ở Pa-ri Tại hội nghị này, đại diện các nhà quản lý vàcung cấp dịch vụ thông tin từ 15 nước châu Âu đã tiến hành bỏ phiếu lựa chọn cấuhình tiêu chuẩn của hệ thống GSM căn cứ theo các yêu cầu về phổ, chất lượng âmthanh, giá thành máy di động, giá trạm cố định, tính tiện lợi mang xách, khả năngphục vụ các dịch vụ mới và khả năng cùng hoạt động với các hệ thống hiện hành Các mô tả cơ bản của GSM như sau :

- Băng sóng : 890-915 MHz (đường lên)

935-960 MHz (đường xuống)

Các băng sóng song công này phân bổ cho hai dải phòng vệ, mổi dải rộng 200kHz 124 cặp sóng mang vô tuyến, mỗi kênh rộng 200 kHz, khoảng cách các sóngmang vô tuyến là 200 kHz

- Loại song công: FDD (Frequency Division Duplex) đường lên và xuống trênhai dải tần số thuộc hai băng riêng biệt, khoảng cách giữa hai dải song công là 45MHz

- Sơ đồ truy nhập: hệ thống TDMA với 8 khe thời gian trên một sóng mang vôtuyến Mỗi khe thời gian tương ứng với 0,577 ms do đó mỗi khung tương ứng với8x0,577 ms = 4,615 ms

- Điều chế: Thông tin được phát với tốc độ xấp xỉ 271 Kb/s sử dụng khóa dịchGauss tối thiểu GMSK (Gausian Minimum Shift Kkeying) với tích độ rộng băng vàkhoảng cách bít là BT=0,3 Với khoảng cách kênh là 200 Khz thì sử dụng loại điềuchế này cho phép sự chia cắt sóng mang là 18 dB với kênh ngay sát kênh đầu tiên

và 50 dB với kênh tiếp theo

- Mã hóa tiếng nói: Mã dự đoán tuyến tính kích thích xung đều RPE-LPC(Regular Pulse Excited – Linear Predictive Code) tốc độ 13 kb/s

- Mã hóa kênh: Phương pháp mã hóa kênh sử dụng hai bộ mã ràng buộc vớinhau Bộ mã khối với 3 bit kiểm tra được sử dụng để mã hóa 50 bit tiếng nói quan

trọng nhất, sau đó 53 bit này được ghép với 132 bit tiếng nói quan trọng cùng 4 bitđuôi tạo thành cụm 189 bit và được mã hóa tiếp bằng mã xoắn bán tốc nên độ dài

mã 378 bit, 78 bit tiếng nói không quan trọng không được mã

- Nhảy tần: Nhảy tần chậm tốc độ 217 bước/s được sử dụng và ghép xen cho cáctrạm di động di chuyển chậm

- Tráo thứ tự truyền: Áp dụng hai lần, nhờ vậy việc bị mất cả một loạt cụmTDMA chỉ gây ảnh hưởng tới 12,5% số bit của một khung tín hiệu tiếng nói

- Công suất : Công suất đỉnh cho máy di động 2-20 W

Công suất trung bình cho máy di động 0,25-2,5 W

1.2.2.Các dịch vụ của GSM

1.2.2.1 Dịch vụ thoại

Là dịch vụ quan trọng nhất của GSM Nó cho phép các cuộc gọi hai hướng diễn

ra giữa người sử dụng GSM với thuê bao bất kỳ ở một mạng điện thoại nói chungnào Tốc độ truyền thoại trong GSM là 13kbps

Dịch vụ cuộc gọi khẩn là một loại dịch vụ khác bắt nguồn từ dịch vụ thoại Nócho phép người dùng có thể liên lạc với các dịch vụ khẩn cấp như cảnh sát hay cứuhoả mà có thể có hay không có SIM card trong máy di động

Dịch vụ Wap (dịch vụ giao thức ứng dụng không đây) được bắt đầu xây dựng

và triển khai lần đầu tiên vào giữa năm 1997, ngày nay đã trở nên phổ biến Tiêu chícủa dịch vụ rất đơn giản : cho phép thuê bao dùng điện thoại di động, máy nhắn tinhoặc những thiết bị viễn thông khác có hỗ trợ Wap có thể truy cập một cách có giớihạn vào các trang wed để xem thông tin về thị trường chứng khoán, xem tin tức, gửi

và nhận email … Mặc dù Wap sử dụng các công nghệ và khái niệm từ thế giới wed

và Internet nhưng các thiết bị Wap không thể truy cập trực tiếp vào các nguồn tàinguyên wed trên Internet mà phải nhờ qua Wap gateway

BSS: Base Station System - Hệ thống trạm gốc

BTS: Base Tranceiver Station - Trạm thu phát gốc

BSC: Base Station Controller - Đài điều khiển trạm gốc

MSC: Mobile Switching Centre - Trung tâm chuyển mạch di động

AUC: Authentication Centre – Trung tâm nhận thực

EIR: Equipment Identity Register - Bộ ghi số nhận diện thiết bị

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

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

ISDN : Integrated Servive Digital Network - Mạng số đa dịch vụ

PLMN: Public Land Mobile Network - Mạng di động mặt đất công cộng

PSTN :Public Switched Telephone Network - Mạng chuyển mạch thoại côngcộng

Chức năng các khối:

1.2.3.1.Phân hệ chuyển mạch NSS

Phân hệ chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSMcũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động củathuê bao Chức năng chính của hệ thống chuyển mạch là quản lý thông tin giữanhững người sử dụng mạng GSM và các mạng khác bao gồm:

 Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC

MSC là một tổng đài thực hiện tất cả các chức năng chuyển mạch và báo hiệucủa MS nằm trong vùng địa lý do MSC quản lý MSC khác với một tổng đài cốđịnh là nó phải điều phối cung cấp các tài nguyên vô tuyến cho thuê bao và MSCphải thực hiện thêm ít nhất hai thủ tục:

- Thủ tục đăng ký

- Thủ tục chuyển giao

MSC một mặt giao tiếp với BSS, mặt khác giao tiếp với mạng ngoài MSC làmnhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC cổng (GMSC), có chức năngtương tác IWF (InterWorking Function) để thích ứng các đặc điểm truyền dẫn củaGMS và các mạng ngoài Phân hệ chuyển mạch giao tiếp với mạng ngoài để sử

MS

OSS

BSSNSS

dụng khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu của người sửdụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử của mạng GSM.

MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số bộ điều khiểntrạm gốc BSC

 Bộ ghi định vị thường trú HLR

HLR là một cơ sở dữ liệu quan trọng trong mạng có chức năng quản lý thuê bao.Một PLMN có thể có một hoặc nhiều HLR phụ thuộc vào lượng thuê bao HLR lưuhai loại số gán cho mỗi thuê bao di động, đó là:

MSISDN: số danh bạ (số thuê bao)

Như vậy, với một số MSISDN sẽ tương ứng với một số IMSI và chỉ tồn tại một

số IMSI duy nhất trong toàn hệ thống GSM IMSI được sử dụng để MS truy nhậpvào cơ sở dữ liệu Cơ sở dữ liệu chứa các thông tin sau:

- Thông tin thuê bao dịch vụ thoại và phi thoại mang (bearer service)

- Giới hạn dịch vụ (giới hạn roaming)

- Các dịch vụ hỗ trợ HLR chứa các thông số của dịch vụ này; tuy nhiên nócòn có thể được lưu trong card thuê bao

Như vậy, HLR không có khả năng chuyển mạch nhưng có khả năng quản lýhàng ngàn thuê bao Khi mạng có thêm một thuê bao mới, thì các thông tin về thuêbao sẽ được đăng ký trong HLR

 Trung tâm nhận thực AUC

AuC kết nối với HLR, cung cấp các thông số hợp thức hoá và các khoá mã đểđảm bảo chức năng bảo mật

 Bộ ghi định vị tạm trú VLR

VLR là cơ sở dữ liệu lớn thứ hai trong mạng, lưu trữ tạm thời số liệu thuê baohiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và lưu trữ số liệu về vị trícủa thuê bao Khi MS vào một vùng định vị mới, nó phải thực hiện thủ tục đăng ký.MSC quản lý vùng này sẽ tiếp nhận đăng ký của MS và truyền số nhận dạng vùngđịnh vị (LAI) nơi có mặt thuê bao tới VLR Một VLR có thể phụ trách một hoặcnhiều vùng MSC

Các thông tin cần để thiết lập và nhận một cuộc gọi của MS được lưu trong cơ

sở dữ liệu của VLR Đối với một số dịch vụ hỗ trợ, VLR có thể truy vấn các thôngtin từ HLR: IMSI (nhận dạng máy di động quốc tế), MSISDN (ISDN của máy diđộng), số chuyển vùng của thuê bao MS (MSRN), số nhận dạng thuê bao di độngtạm thời (TMSI), số nhận dạng thuê bao di động nội bộ (LMSI) và vùng định vị nơiđăng ký MS VLR cũng chứa các thông số gán cho mỗi MS và được nhận từ VLR

 Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR

Thực thể chức năng này chứa một hoặc nhiều cơ sở dữ liệu lưu trữ các IMEI (sốnhận dạng thiết bị) sử dụng trong hệ thống GSM EIR được nối với MSC qua mộtđường báo hiệu, nhờ vậy MSC có thể kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị

 Trung tâm chuyển mạch dịch vụ cổng GMSC

Để thiết lập một cuộc gọi phải định tuyến đến tổng đài mà không cần biết vị tríhiện thời của thuê bao GMSC có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê bao vàđịnh tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời.GMSC có giao diện báo hiệu số 7 để có thể tương tác với các phần tử khác của hệthống chuyển mạch

1.2.3.2.Phân hệ trạm gốc BSS

BSS thực hiện kết nối các MS với các tổng đài, do đó liên kết người sử dụngmáy di động với những người sử dụng dịch vụ viễn thông khác BSS cũng phảiđược điều khiển nên được kết nối với OSS

 Trạm thu phát gốc BTS

BTS giao diện với MS xử lý các tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến.MộtBTS bao gồm các thiết bị phát thu, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vôtuyến Có thể coi BTS là các modem vô tuyến phức tạp có thêm một số các chứcnăng khác Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (Transcoder and rate adapterunit: khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ) TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình

mã hóa và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, ở đây cũng thực

hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu TRAU là một bộ phận củaBTS, nhưng cũng có thể đặt nó cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợpđược đặt giữa các BSC và MSC

 Bộ điều khiển trạm gốc BSC

BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điềukhiển từ BTS và MS như ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyểngiao.Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lýchuyển giao (handover) Một phía BSC được nối với BTS còn phía kia nối vớiMSC của SS Trong thực tế BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể.Vai trò chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao(handover) Một BSC trung bình có thể quản lý tới vài chục BTS phụ thuộc vào lưulượng của các BTS này Giao diện giữa BSC với MSC được gọi là giao diện A, còngiao diện giữa nó với BTS được gọi là giao diện Abis

Một BSC có thể quản lý nhiều BTS Số lượng BTS mà BSC có thể quản lý phụthuộc vào lưu lượng của BTS

1.2.3.3.Hệ thống khai thác và hỗ trợ OSS

OSS thực hiện chức năng khai thác, bảo dưỡng và quản lý toàn hệ thống baogồm:

 Trung tâm quản lý mạng NMC

NMC được đặt tại trung tâm của hệ thống, chịu trách nhiệm cung cấp chức năngquản lý cho toàn bộ mạng

- Giám sát các nút trong mạng

- Giám sát các trạng thái các bộ phận của mạng

- Giám sát trung tâm bảo dưỡng và khai thác OMC của các vùng và cung cấpthông tin đến các bộ phận OMC

 Trung tâm quản lý và khai thác OMC

OMC cung cấp chức năng chính để điều khiển và giám sát các bộ phận trongmạng (các BTS, MSC, các cơ sở dữ liệu ).OMC có các chức năng: quản lý cảnhbáo, quản lý sự cố, quản lý chất lượng, quản lý cấu hình và quản lý bảo mật

1.2.3.4.Trạm di động MS

MS là thiết bị đầu cuối chứa các chức năng vô tuyến chung, xử lý giao diện vôtuyến và cung cấp các giao diện với người dùng (màn hình, loa, bàn phím ) Mộttrạm di động gồm hai phần chính:

 ME (Mobile Equipment - thiết bị di động): là phần cứng được dùng để

thuê bao truy nhập vào mạng ME chứa kết cuối di động (MT) phụ thuộc vào

ứng dụng và các dịch vụ, có thể kết hợp các nhóm chức năng thích ứng đầucuối (TA) và thiết bị đầu cuối (TE) khác nhau.

 SIM (Subscriber Identity Module – modun nhận dạng thuê bao): gắn

chặt với người dùng trong vai trò một thuê bao duy nhất, có thể làm việc vớinhiều ME khác nhau SIM là một card điện tử thông minh được cắm vào ME

để nhận dạng thuê bao và tin tức bảo vệ loại dịch vụ mà thuê bao đăng ký.SIM có phần cứng và phần mềm cần thiết với bộ nhớ có thể lưu trữ thông tin

Có hai loại thông tin là thông tin cố định và thông tin thay đổi:

- Thông tin cố định:

Số nhận dạng thuê bao MSISDN, IMSI Thuê bao sẽ được kiểm tra tính hợp lệtrước khi truy nhập vào mạng thông qua số nhận dạng IMSI được thực hiện bởitrung tâm nhận thực AuC

Mã khoá cá nhân

- Thông tin thay đổi:

Số hiệu nhận dạng vùng định vị

Số nhận dạng thuê bao tạm thời TMSI

Một số TMSI sẽ tương ứng với một IMSI được cấp phát tạm thời để tăng tínhbảo mật cho quá trình báo hiệu giữa MS và hệ thống TMSI sẽ thay đổi khi MS cậpnhật lại vị trí

1.2.4.Kiến trúc địa lý

Trong mọi mạng điện thoại, kiến trúc địa lý là nền tảng quan trọng để xây dựngquy trình kết nối cuộc thoại đến đúng đích Với mạng di động điều này càng quantrọng hơn do người dùng luôn luôn thay đổi vị trí nên kiến trúc phải có khả năngtheo dõi được vị trí của thuê bao

1.2.4.1.Vùng mạng : Tổng đài vô tuyến cổng (Gateway - MSC)

Các đường truyền giữa mạng GSM/PLMN và mạng PSTN/ISDN khác hay cácmạng PLMN khác sẽ ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế Tất cả các cuộcgọi vào mạng GSM/PLMN sẽ được định tuyến đến một hay nhiều tổng đài gọi làtổng đài vô tuyến cổng (GMSC) GMSC làm việc như một tổng đài trung kế vàocho GSM/PLMN Đây là nơi thực hiện chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi cho cáccuộc gọi kết cuối di động Nó cho phép hệ thống định tuyến các cuộc gọi đến nhậncuối cùng của chúng là các thuê bao di động bị gọi

1.2.4.2.Vùng phục vụ MSC/VLR

Vùng phục vụ là một bộ phận của mạng do MSC quản lý Để định tuyến mộtcuộc gọi đến một thuê bao di động, đường truyền qua mạng sẽ nối đến MSC ở vùng

phục vụ mà thuê bao di động đang ở Một vùng mạng GSM/PLMN sẽ được chiathành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR.

Hình 1.3 Phân vùng một vùng phục vụ MSC thành các vùng định vị và các ô

1.2.5.Hoạt động

Khi một thuê bao di động thực hiện một cuộc gọi, MS sẽ tìm kiếm một BS đangcung cấp một mức tín hiệu mà MS thu thấy đủ lớn trên sóng mang của kênh điềukhiển phát thanh Sau đó MS sẽ đồng bộ với nó và báo cho BS biết quá trình truynhập này là để thiết lập cuộc gọi đi Tiếp đến BS sẽ đặt một kênh báo hiệu haichiều, đồng thời thiết lập một đường nối tới MSC MSC sử dụng số nhận diện IMSInhận được từ trạm di động để hỏi đăng kí thường trú của thuê bao Số liệu về thuêbao nhận được từ bộ ghi định vị thường trú sau đó sẽ được chuyển đến bộ ghi định

vị tạm trú khu vực Sau khi được mạng chấp nhận, MS xác định loại dịch vụ mong

LA 4

LA 3

LA 1

LA 2

Cell

MS VLR

muốn và cung cấp số thuê bao bị gọi BS phục vụ tế bào sẽ đặt kênh liên lạc vàMSC sẽ nối tuyến cuộc gọi tới thuê bao được gọi Nếu MS di chuyển sang một tếbào khác thì nó sẽ được gán cho BS khác và quá trình chuyển giao hand-over xảy

ra Nếu cả hai BS cùng tham gia vào quá trình chuyển giao này và cùng một BSCđiều khiển thì quá trình chuyển giao hand-over được tiến hành dưới sự điều khiểncủa BSC đó

Nếu một người từ mạng điện thoại cố định công cộng PSTN muốn thiết lập mộtcuộc gọi tới một thuê bao GSM, tổng đài trong PSTN sẽ nối cuộc gọi tới tổng đàicổng GMSC (Gateway MSC) của mạng di động PSTN GSMC có thể là bất cứMSC nào của GSM (có thể là hầu hết các MSC của GSM) Tại GMSC, chức nănghỏi định tuyến cuộc gọi tới thuê bao di động được thực hiện bằng cách hỏi bộ ghiđịnh vị thường trú HLR nơi MS bị gọi đang hiện diện HLR sẽ thông báo địa chỉMSC nào mà MS bị gọi đã đăng ký gần đây nhất Khi đó GMSC có thể định tuyếncuộc gọi tới MSC cần thiết

Khi cuộc gọi đạt tới MSC này, bộ ghi định vị tạm trú của nó sẽ cho biết chi tiết hơn

về vị trí của MS bị gọi, nhờ đó có thể kết nối tới MS bị gọi Dưới sự điều khiển củađài điều khiển trạm gốc BSC, tín hiệu tìm gọi được phát trên kênh tìm gọi PCH(Paging Channel) khắp khu vực phủ sóng của vùng định vị mà tại đó MS bị gọi đãđăng kí vị trí Các kênh tìm gọi này được các MS trong vùng thu nghe thườngxuyên ngay cả khi không có đàm thoại Khi MS nhận được tín hiệu tìm gọi nó sẽbắt đầu truy nhập thủ tục nhận thực để khởi tạo cuộc gọi

1.2.6.Kỹ thuật vô tuyến số trong GSM

1.2.6.1.Mã hóa kênh

Trong truyền dẫn số người ta thường đo chất lượng của tín hiệu bằng tỷ số lỗibit (BER) Tỷ số BER càng nhỏ thì chất lượng truyền dẫn càng cao, tuy nhiên dođường truyền dẫn luôn thay đổi nên không thể giảm tỷ số này xuống không Nghĩa

là ta phải chấp nhận một số lượng lỗi nhất định Mã hóa kênh được sử dụng để pháthiện và hiệu chỉnh lỗi trong luồng bit thu nhằm giảm tỉ số lỗi bit BER Để đạt đượcđiều này người ta bổ sung các bit dư vào luồng thông tin Như vậy ta phải gửi đinhiều bit hơn cần thiết cho thông tin, nhưng bù lại ta có thể đạt được độ an toànchống lỗi tốt hơn

Công thức tính dung lượng kênh Shannon :

=

N

S B

B N

P B

0 2

Trong đó:

C : Dung lượng kênh.

B : Băng thơng truyền dẫn (Hz)

P : Cơng suất tín hiệu thu (W)

N0 : Mật độ cơng suất nhiễu đơn biên (W/Hz)

Cơng suất thu được tại máy thu:

P = EbRbTrong đĩ :

Eb: năng lượng bit trung bình

R E B

òg

0

1log

Với

B

C

là hiệu suất băng thơng

Bộ mã hĩa kênh mã hĩa dữ liệu thơng tin nguồn ra một chuỗi mã khác để phátlên kênh truyền Cĩ thể chia mã hĩa kênh thành hai loại : mã khối (Block code) và

mã xoắn (Convolutional code)

a.Mã khối

Mã khối là mã sữa sai truyền thẳng (Forward Error Correction – FEC), nĩ cho phépmột số bits lỗi được sửa sai mà khơng cần truyền lại Trong mã khối, các bits parityđược thêm vào khối bits thơng tin để tạo nên các từ mã khác hoặc khối mã Ở bộ mãhĩa khối, k bits thơng tin được mã hĩa ra thành n bits Tổng các bits (n –k) đượccộng vào các bits thơng tin với mục đích phát hiện sai và sữa sai

Ở mã khối ta bổ sung bit kiểm tra vào một số bit thơng tin nhất định, nguyêntắc này được mơ tả như sau :

Hình 1.4 Mã hĩa khối

BỘ MÃ HĨA KHỐI

Trong mã hóa khối các bit kiểm tra trong khối chỉ phụ thuộc vào các bit thôngtin ở khối bản tin.

b.Mã xoắn

Ở mã hóa xoắn, bộ mã hóa tạo ra khối các bit mã không chỉ phụ thuộc vào cácbit của khối bản tin hiện thời được dịch vào bộ mã hóa mà còn phụ thuộc vào cácbit của các khối trước Các chuỗi thông tin được chia ra thành các khối riêng lẽ và

mã hóa là một chuỗi bits thông tin được sắp xếp thành một chuỗi liên tục tại đầu racủa bộ mã hóa Với cùng một độ phức tạp thì độ lợi mã hóa của mã chập lớn hơn

mã khối

Một mã xoắn được sinh ra bằng cách cho chuỗi thông tin đi qua các thanh ghidịch trạng thái hữu hạn Thanh ghi dịch này chứa n (k bits) tầng và phát ra một hàmđại số tuyến tính dựa trên việc phát ra các đa thức Dữ liệu ngõ vào được dịch vào

và theo thanh ghi dịch k bits tại mỗi thời điểm Số bits đầu ra với mỗi chuỗi dữ liệungõ vào k bits là n bits Tỷ lệ mã Rc =k/n Hệ số N được gọi là chiều dài bắt buộc

và cho thấy số bits dữ liệu ngõ vào phụ thuộc vào ngõ ra hiện hành Nó quyết địnhthế mạnh và độ phức tạp của mã

1.2.6.2.Điều chế

Mục tiêu chính của sự phát triển hệ thống thông tin di động số là việc sử dụngtốt hơn phổ tần số đã có Với mục tiêu trên kỹ thuật điều chế và giải điều chế bănghẹp là cực kỳ quan trọng GSM sử dụng phương pháp điều chế khóa dịch pha cựctiểu Gauss GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) Phương pháp điều chế nàythỏa mãn được các yêu cầu đặt ra :

- Phổ công suất đầu ra hẹp : Đảm bảo yêu cầu công suất ngoài băng phát xạvào các kênh lân cận nhỏ hơn 60 – 80 dB trong các kênh yêu cầu Điều này là cần

Encoded Sequence 1

thiết để tránh nhiễu các kênh lân cận gây ra trong quá trình truyền lan.

- Xác suất lỗi quá trình truyền lan nhỏ : Chỉ tiêu này bị ảnh hưởng bởi độ ẩmmôi trường cũng như tạp âm nhiệt và nhiễu Vì thế yêu cầu công suất máy phát phảithấp và tái sử dụng cùng kênh trong vùng địa lý phải cao

- Chỉ số khuếch đại tuyến tính nhỏ : Yêu cầu này rất cần thiết để tiết kiệmnguồn và cải thiện hiệu quả tầng ra

- Nguồn sóng mang nhiều tần số : Yêu cầu này cần thiết để cho phép thâmnhập bất cứ kênh vô tuyến nào được ấn định Bộ tổng hợp tần số khóa pha với tần

số trung tâm có thể lập trình được thường được sử dụng cho mục đích này

GMSK là phương pháp điều chế băng hẹp dựa trên kỹ thuật điều chế dịch pha,thực hiện bằng cách nối dây chuyền một bộ lọc Gauss và bộ điều chế MSK MSKchính là phương pháp điều chế FSK liên tục (CPFSK) trong trường hợp hệ số điềuchế bằng 0.5

FSK là phương pháp điều tần, nó biến đổi thông tin thành các tín hiệu tần sốtrong sóng mạng, sau đó truyền đi Có thể sử dụng bộ VCO (Voltage ControlledOscillator) để thực hiện FSK

Hình 1.6 Cấu tạo nguyên lý bộ FSK

Tín hiệu điều chế có pha thay đổi liên tục gọi là FSK liên tục (CPFSK).CPFSK thoả mãn điều kiện trực giao khi lượng thay đổi pha trên một mã bằng sốnguyên lần 0.5 Trong trường hợp đặc biệt CPFSK có hệ số điều chế bằng 0.5 đượcgọi là khóa dịch tần cực tiểu MSK

Giả sử sóng mang đã được điều chế đối với MSK có dạng như sau :

S(t) = A.cos (ω0t + Ψt + ϕ0)Trong đó :

A : Biên độ không thay đổi

ω0 = 2πf (rad/s) : Tần số góc của sóng mang

Ψt : Góc pha phụ thuộcvào luồng số đưa lên điều chế

ϕ0 : Pha ban đầu

Lúc này ta sẽ có góc pha Ψt như sau :

FSK m giá trị

VCO

Tín hiệu m mức

Ψt =∑ kiΦi (t-iT)Trong đó :

ki = 1 nếu di = di-1

ki = -1 nếu di≠ di-1

Φi(t) = πt/2T, T là khoảng thời gian của bit

di là chuỗi bit đưa lên điều chế

Ta thấy ở MSK nếu bit điều chế ở thời điểm xét giống như bit ở thời điểmtrước đó Ψt sẽ thay đổi tuyến tính từ 0 ÷π/2, ngượi lại nếu bit điều chế ở thời điểmxét khác bit trước đó thì Ψt sẽ thay đổi tuyến tính từ 0 ÷ -π/2

Sự thay đổi góc pha ở điều chế MSK cũng dẫn đến thay đổi tần số theo quan hệsau:

ω = dϕ(t)/dtTrong đó :

ϕ(t) = ω0t + Ψt + ϕ0Nếu chuỗi bit đưa lên điều chế không đổi (toàn số 1 hoặc toàn số 0) ta có tần sốnhư sau:

ω1 = 2πf1= ω0+πT/2Nếu chuỗi bit đưa lên điều chế thay đổi luân phiên (1,0,1,0 ) thì ta có:

ω2 = 2πf2= ω0 - πT/2

Để thu hẹp phổ tần của tín hiệu điều chế luồng bit đưa lên điều chế được đưaqua bộ lọc Gauss Ở GSM bộ lọc Gauss được sử dụng BT = 0.3, trong đó B là độrộng băng tần Vậy độ rộng băng tần ở 3dB có thể tính như sau:

B.T = 0.3 hay B = 0.3/T = 0.3/ (1/271 x103) = 81 Khz

1.2.6.3.Phương pháp đa truy nhập trong GSM

Ở giao diện vô tuyến MS và BTS liên lạc với nhau bằng sóng vô tuyến Do tàinguyên về tần số có hạn mà số lượng thuê bao lại không ngừng tăng lên nên ngoàiviệc sử dụng lại tần số, trong mỗi cell số kênh tần số được dùng chung theo kiểutrung kế Hệ thống trung kế vô tuyến là hệ thống vô tuyến có số kênh sẵn sàng phục

vụ ít hơn số người dùng khả dĩ Xử lí trung kế cho phép tất cả người dùng sử dụngchung một cách trật tự số kênh có hạn vì chúng ta biết chắc rằng xác suất mọi thuêbao cùng lúc cần kênh là thấp Phương thức để sử dụng chung các kênh gọi là đatruy nhập

Hiện nay, người ta sử dụng 5 phương pháp truy nhập kênh vật lý:

FDMA (Đa truy cập phân chia theo tần số) : Phục vụ các cuộc gọi theo các

kênh tần số khác nhau

TDMA (Đa truy cập phân chia theo thời gian) : Phục vụ các cuộc gọi theo các

khe thời gian khác nhau

CDMA (Đa truy cập phân chia theo mã) : Phục vụ các cuộc gọi theo các chuỗi

mã khác nhau

PDMA (Đa truy cập phân chia theo cực tính) : Phục vụ các cuộc gọi theo các

sự phân cực khác nhau của sóng vô tuyến

SDMA (Đa truy cập phân chia theo không gian) : Phục vụ các cuộc gọi theocác anten định hướng búp sóng hẹp

GSM sử dụng kết hợp hai phương pháp đa truy cập là FDMA và TDMA Dảitần 935 – 960MHz được sử dụng cho đường lên và 890 – 915MHz cho đườngxuống (GSM 900) Dải thông tần một kênh là 200KHz, dải tần bảo vệ ở biên cũngrộng 200KHz nên ta có tổng số kênh trong FDMA là 124 Một dải thông TDMA làmột khung có tám khe thời gian, một khung kéo dài trong 4.616ms Khung đườnglên trễ 3 khe thời gian so với khung đường xuống, nhờ trễ này mà MS có có thể sửdụng một khe thời gian có cùng số thứ tự ở cả đường lên lẫn đường xuống để truyềntin bán song công

Các kênh tần số được sử dụng ở GSM nằm trong dãy tần số quy định 900Mhzxác định theo công thức sau:

124 kênh Để cho các kênh lân cận không gây nhiễu cho nhau mỗi BTS phủ một ôcủa mạng phải sử dụng các tần số cách xa nhau và các ô chỉ được sử dụng lại tần số

ở khoảng cách cho phép

Truyền dẫn vô tuyến ở GSM được chia thành các cụm (Burst) chứa hàng trăm bit

đã được điều chế Mỗi cụm được phát đi trong một khe thời gian 577μs ở trong mộtkênh tần số có độ rộng 200 Khz nói trên Mỗi một kênh tần số cho phép tổ chức cáckhung thâm nhập theo thời gian, mỗi khung bao gồm 8 khe thời gian từ TS0 đến TS7

1.2.6.4.Giao tiếp vô tuyến

Giao tiếp vô tuyến là khái niệm dùng để chỉ cấu trúc truyền dẫn giữa trạm di

động và trạm thu phát gốc GSM sử dụng kết hợp hai phương pháp đa truy cậpFDMA và TDMA Trong FDMA có 124 kênh với dải tần 935 – 960MHz sử dụngcho đường lên và 890 – 915MHz cho đường xuống Mỗi kênh được đặc trưng bởimột tần số (sóng mang) gọi là kênh tần số RFCH (Radio chanel) cho mỗi hướng thuphát và được gán cho một khung thời gian trong TDMA, mỗi khung được chia ra 8khe thời gian để truyền dẫn thông tin theo hai hướng Như vậy ta có tổng số kênh ởGSM 900 là 992.

Một cặp RFCH (thu và phát) tại một khe thời gian được gọi là một kênh vật lý.Một kênh nhìn theo quan điểm nội dung tin tức được gọi là kênh logic (logical chanel).Các kênh logic được sắp xếp lên các kênh vật lý theo một nguyên tắc nhất định

1.2.7.Quản lý tài nguyên vô tuyến RRM (Radio Resoucre Management)

Khi một MS đang ở trong cuộc gọi thì có nghĩa một đường truyền dẫn tin tức

và một đường báo hiệu giữa MS đó với MSC neo đang được duy trì Sự duy trì đóbắt đầu từ lúc MS rời bỏ trạng thái chờ bước vào trạng thái truyền tin đến lúc trở vềlại trạng thái chờ Về phía cơ sở hạ tầng của PLMN, đường truyền dẫn tuy duy trìliên tục nhưng có thể thay đổi nhiều, nhất là chuyển giao Chức năng RRM liênquan đến việc quản lý đường truyền dẫn, có ba chức năng quản lý chính là định vị,chuyển giao và di động

1.2.7.1.Quản lý di động MM (Mobility Manegement)

Lớp quản lý di động được xây dựng trên lớp RR đảm nhận các chức năng xuấthiện do sự di chuyển của tế bào cũng như vấn đề nhận thực và bảo mật Thuê bao diđộng được thông báo cuộc gọi đến bằng thông điệp ngắn gửi qua kênh chấp thuậntruy cập và nhắn tin (PAGCH) của một cell Quản lý di động cung cấp khả năngkhởi động cuộc gọi ở trong hệ thống mạng này và phân phối nó đến hệ thống cácmạng khác

1.2.7.2.Quản lý cập nhật vị trí

Thuê bao luôn được liên kết với mạng di động mặt đất PLMN (Public LandMobile Network) thường trú của nó Khi di chuyển nó sẽ liên kết với mạng PLMNtạm trú Chúng ta có thể nhận dạng cuộc gọi từ PLMN tạm trú từ vị trí của MS.Trong quá trình xử lí chọn lựa PLMN, MM thường tìm cell ở trong PLMNthường trú Nếu không có dịch vụ hiện hành, user có thể chọn chế độ tự động (tìmkiếm mạng ) hoặc chế độ thao tác bằng tay (tìm kiếm user) để tìm được PLMN phùhợp Trong trường hợp dịch vụ giới hạn, MM tiếp tục kiểm tra chỉ 30 sóng mangmạnh nhất Dịch vụ giới hạn luôn quan tâm đến vùng phủ sóng tại biên giới của các

quốc gia lân cận.

1.2.7.3.Quản lý chuyển giao (Handover)

Trong lúc cuộc gọi diễn ra, hai thuê bao cùng ở trên một kênh thoại Khi một

MS di chuyển ra khỏi vùng phủ sóng của trạm gốc chứa nó thì tín hiệu thu trở nênyếu Ðể cuộc gọi không bị ngắt, trạm gốc hiện hành sẽ yêu cầu một thủ tục chuyểngiao cuộc gọi đến một kênh tần số mới ở một trạm gốc mới mà không gây ra ngắtcuộc gọi hoặc bắt đầu một cuộc gọi mới Cũng có thể chuyển giao xảy ra khôngphải do tín hiệu yếu mà để cải thiện chung về nhiễu Chuyển giao này sẽ giúp cho

MS hoạt động thông tin trong vùng tối ưu nhất theo quan điểm phòng vệ nhiễu mặc

dù tín hiệu trức chuyển giao vẫn mạnh Loại chuyển giao thứ ba là chuyển giao lưuthông Vì một lý do nào đó mà dung lượng trong một cell tăng đột biến, để giải tỏanghẽn mạch ở cell đó ta thực hiện chuyển giao thuê bao sang cell kế cận

Có hai tiêu chuẩn chuyển giao sau đây :

- Tiêu chuẩn 1 : Liên quan đến sự sớm định thời Nếu cell mới đồng bộ với cell

cũ thì MS có thể tính ra sự sớm định thời mới, đó là chuyển giao đồng bộ Trườnghợp chuyển giao dị bộ thì cả MS và BTS mới đều khởi tạo sự sớm định thời

- Tiêu chuẩn 2 : Liên quan đến vị trí điểm chuyển mạch ở cơ sở hạ tầngPLMN Có thể chuyển giao xảy ra giữa các cell do một BSC quản lý, giữa các BSC

do MSC quản lý và giữa các MSC

1.2.8.Nâng cấp GSM lên W-CDMA

1.2.8.1.Sự cần thiết nâng cấp mạng GSM lên 3G

Để đáp ứng được các dịch vụ mới về truyền thông đa phương tiện trên phạm vitoàn cầu đồng thời đảm bảo tính kinh tế, hệ thống GSM sẽ được nâng cấp từngbước lên thế hệ ba Thông tin di động thế hệ ba có khả năng cung cấp dịch vụtruyền thông multimedia băng rộng trên phạm vi toàn cầu với tốc độ cao đồng thờicho phép người dùng sử dụng nhiều loại dịch vụ đa dạng Việc nâng cấp GSM lên3G thực hiện theo các tiêu chí sau :

- Là mạng băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện trên phạm vitoàn cầu Cho phép hợp nhất nhiều chủng loại hệ thống tương thích trên toàn cầu

- Có khả năng cung cấp độ rộng băng thông theo yêu cầu nhằm hỗ trợ một dảirộng các dịch vụ từ bản tin nhắn tốc độ thấp thông qua thoại đến tốc độ dữ liệu caokhi truyền video hoặc truyền file Nghĩa là đảm bảo các kết nối chuyển mạch chothoại, các dịch vụ video và khả năng chuyển mạch gói cho dịch vụ số liệu Ngoài ra

nó còn hỗ trợ đường truyền vô tuyến không đối xứng để tăng hiệu suất sử dụngmạng (chẳng hạn như tốc độ bit cao ở đường xuống và tốc độ bit thấp ở đường lên)

- Khả năng thích nghi tối đa với các loại mạng khác nhau để đảm bảo các dịch

vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và điện thoại vệ tinh Các tính năng này sẽcho phép mở rộng đáng kể vùng phủ sóng của các hệ thống di động

- Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để bảo đảm sự pháttriển liên tục của thông tin di động Tương thích với các dịch vụ trong nội bộ IMT-

2000 và với các mạng viễn thông cố định như PSTN/ISDN Có cấu trúc mở chophép đưa vào dễ dàng các tiến bộ công nghệ, các ứng dụng khác nhau cũng như khảnăng cùng tồn tại và làm việc với các hệ thống cũ

1.2.8.2.Giải pháp nâng cấp

Giải pháp đề ra là không lên xóa bỏ hoàn toàn hệ thống GSM cũ và thay thếhoàn toàn bằng hệ thống 3G W-CDMA mới vì như vậy sẽ rất tốn kém , không tậndụng được cơ sở kỹ thuật cũng như hạ tầng của hệ thống cũ và trong quá trình thựchiện có thể bị mất các khách hàng do gián đoạn trong quá trình chuyển giao

Giải pháp đề ra ở đây là từng bước nâng cấp hệ thống GSM để có thể đáp ứngđược yêu cầu của khách hàng là sử dụng được các dịch vụ nâng cao là dịch vụ vôtuyến gói đa năng GPRS và dịch vụ vô tuyến gói chung nâng cao EDGE

Giai đoạn đầu của quá trình nâng cấp mạng GSM là phải đảm bảo dịch vụ sốliệu tốt hơn, có thể hỗ trợ hai chế độ dịch vụ số liệu là chế độ chuyển mạch kênh(CS : Circuit Switched) và chế độ chuyển mạch gói (PS : Packet Switched) Để thựchiện kết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể sử dụng giao thức ứng dụng vôtuyến (WAP : Wireless Application Protocol) WAP chứa các tiêu chuẩn hỗ trợ truycập internet từ trạm di động Hệ thống WAP phải có cổng WAP và chức năng kếtnối mạng

Hình 1.7 Nâng cấp GSM lên WCDMA

Trong giai đoạn tiếp theo, để tăng tốc độ số liệu có thể sử dụng công nghệ sốliệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD : High Speed Circuit Switched Data) vàdịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS : General Packet Radio Protocol Services).GPRS sẽ hỗ trợ WAP có tốc độ thu và phát số liệu lên đến 171.2Kbps Một ưu điểmquan trọng của GPRS nữa là thuê bao không bị tính cước như trong hệ thốngchuyển mạch kênh mà cước phí được tính trên cơ sở lưu lượng dữ liệu sử dụng thay

GSM

9.6Kbps 171.2KbpsGPRS 384KbpsEDGE WCDMA2Mbps

vì thời gian truy cập.

Dịch vụ GPRS tạo ra tốc độ cao chủ yếu nhờ vào sự kết hợp các khe thời gian,tuy nhiên kỹ thuật này vẫn dựa vào phương thức điều chế nguyên thuỷ GMSK nênhạn chế tốc độ truyền Bước nâng cấp tiếp theo là thay đổi kỹ thuật điều chế kết hợpvới ghép khe thời gian ta sẽ có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn, đó chính là công nghệEDGE

EDGE vẫn dựa vào công nghệ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói với tốc

độ tối đa đạt được là 384Kbps nên sẽ khó khăn trong việc hỗ trợ các ứng dụng đòihỏi việc chuyển mạch linh động và tốc độ truyền dữ liệu lớn hơn Lúc nay sẽ thựchiện nâng cấp EDGE lên W-CDMA và hoàn tất việc nâng cấp GSM lên 3G

 Kết luận chương I:

Trong chương I em đã giới thiệu tổng quát các hệ thống thông tin di động,đi sâutìm hiểu về hệ thống di động GSM Chỉ ra các nhược điểm của hệ thống GSM vàđưa ra giải pháp nâng cấp từ GSM lên W-CDMA.Trong chương II sẽ trình bầy giảipháp GPRS trên mạng GSM.Đây là 1 bước quan trọng để nâng cấp GSM lên W-CDMA

Chương II GIẢI PHÁP GPRS TRÊN MẠNG GSM 2.1.KHÁI NIỆM VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA GPRS

2.1.1.Khái niệm GPRS

Dịch vụ vô tuyến gói đa năng GPRS (General Packet Radio Services) là mộtchuẩn của viện định chuẩn châu Âu ETSI Đây là một kỹ thuật mới áp dụng chomạng thông tin di động GSM Nó cung cấp dịch vụ dữ liệu gói bên trong mạngPLMN và giao tiếp với mạng ngoài qua cổng đấu nối trực tiếp như TCP/IP, X.25…Điều này cho phép các thuê bao di động GPRS có thể dễ dàng truy nhập vào mạnginternet, intranet và truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 171Kbps Trong mạng GPRS,một MS chỉ được dành tài nguyên vô tuyến khi nó có số liệu cần phát và ở thờiđiểm khác những người sử dụng có thể sử dụng chung một tài nguyên vô tuyến.Nhờ vậy mà hiệu quả sử dụng băng tần tăng lên đáng kể

2.1.2.Các đặc điểm của GPRS

 Tốc độ truyền dữ liệu

Tốc độ của GPRS có giới hạn từ 14,4 kbps (sử dụng một khe thời gian) đến 115kbps (sử dụng tổng hợp các khe thời gian) Tuy nhiên tốc độ cực đại theo lý thuyết

có thể đạt được là 171,2 kbps khi sử dụng đồng thời 8 khe thời gian cho một thiết bị

di động Tốc độ này lớn gấp ba lần tốc độ truyền dữ liệu qua các mạng cố định vàmười lần so với các mạng GSM hiện nay Bằng cách gán chức năng GPRS chophép thông tin được truyền nhanh hơn, hiệu quả hơn, cước phí sử dụng dịch vụGPRS sẽ ít hơn Nhưng trung bình tốc độ chỉ khoảng 56 kbps, phụ thuộc vào việccấp phát tài nguyên cho từng thuê bao Tốc độ dữ liệu cao hơn cho phép thuê bao sửdụng thêm nhiều dịch vụ

 Luôn luôn kết nối

Không giống như các dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh, truy nhập GPRS khôngcần thủ tục thiết lập kết nối mạng trước khi gửi và nhận dữ liệu Đặc tính này chophép dữ liệu được gửi và nhận ngay khi có nhu cầu

Kiến trúc Publich/Subcriber là một mô hình ứng dụng hoàn hảo cho môi trườngGPRS, cho phép các ứng dụng tự động đưa thông tin tới người sử dụng Ví dụ nhưứng dụng trong thị trường chứng khoán, người sử dụng di động yêu cầu được thôngbáo ngay khi nào cổ phiếu lên tới một giá cổ phần xác định Server sẽ đưa thông tinnày tới người sử dụng mà không cần thiết lập một cuộc gọi chuyển mạch kênh yêucầu có thông báo đó

Giải pháp kết nối liên tục này của GPRS đã làm tăng lợi ích của các ứng dụng vàlàm phong phú thêm nhiều nhu cầu của người sử dụng Tuy nhiên cũng có một vấn

đề khi thực hiện kết nối liên tục là MS không ở trạng thái truyền nhận dữ liệu góitrong khi server muốn truyền bản tin Chẳng hạn như một MS đang ở trong trạngthái thoại mà không ở trạng thái kết nối dữ liệu Trong trường hợp này, phải có mộtđường truyền dữ liệu đan xen Có thể dịch vụ SMS được sử dụng để thông báo chongười sử dụng di động biết rằng họ sẽ nhận một bản tin Khi nhận được thông báo,người sử dụng sẽ chuyển MS từ trạng thái thoại sang trạng thái dữ liệu để nhận bảntin ứng dụng

 Tính trực tiếp

Các phương tiện GPRS kết nối khi thông tin được gửi và nhận trực tiếp Đối vớimạng Internet, muốn truy nhập cần có một modem kết nối Nhưng đối với mạngGPRS, không cần modem kết nối quay số vẫn có thể truy nhập vào các mạng côngcộng và các mạng cơ vụ

 Đánh địa chỉ IP động

Trong hệ thống GSM, mục tiêu thiết kế để phục vụ thoại di động là chính Khi

sử dụng dịch vụ GPRS, mục tiêu chính của nó là tạo ra khả năng truy nhập tới cácmạng dữ liệu tiêu chuẩn (IP, X.25) Các mạng này coi GPRS là chỉ là một thànhphần mạng con thông thường Do đó GPRS cũng sử dụng một cơ chế đánh địa chỉgiao thức Internet (IP Addressing) Tuy nhiên các địa chỉ này có hạn do đó giới hạn

số lượng người sử dụng Internet cũng như các mạng không dây thế hệ 3G Mộtphương pháp để giải quyết vấn đề này là cấp phát động các địa chỉ IP cho các thiết

bị di động Như vậy người sử dụng di động sẽ có một địa chỉ mạng dữ liệu tĩnhhoặc động và lưu lượng dữ liệu sẽ luôn sử dụng gateway do địa chỉ này chỉ dẫn.Một địa chỉ tĩnh (địa chỉ IP) có thể dùng tuỳ chọn Trong trường hợp đó, địa chỉ nàyđược cấp lâu dài cho một thuê bao Nó sẽ hướng tới một gateway của mạng chủ, gói

dữ liệu sẽ luôn được định tuyến qua mạng chủ Một địa chỉ động cấp phát chongười sử dụng chỉ trong thời gian một kết nối

2.1.2.6.Hỗ trợ nhiều ứng dụng

Một đặc điểm quan trọng khi sử dụng GPRS là tăng tốc độ gắn liền với nhiềuloại ứng dụng được hỗ trợ Tốc độ của mạng chuyển mạch kênh GSM là 9,6 kbpsvới thời gian thiết lập cuộc gọi lớn và độ dài bản tin nhắn bị giới hạn là 160 kí tự,không đáp ứng được nhiều ứng dụng không dây cần tốc độ cao

Mạng GPRS dựa trên IP cho phép thuê bao truy nhập tất cả các ứng dụngInternet như các dịch vụ email, chat qua mạng di động; các dịch vụ hình ảnh động;

các dịch vụ cung cấp thông tin (gia cả thị trường chứng khoán, thời tiết, mua véxem phim, ); truyền file GPRS cung cấp chức năng Internet di động bằng cách

phối hợp hoạt động giữa mạng Internet và mạng GPRS.

2.2.CÁC DỊCH VỤ GPRS

Internet hiện có mà không cần thiết lập một nhóm chat của riêng mình

các dịch vụ này là giá cổ phiếu, kết quả thể thao, bản tin thời tiết, tin tức thời sự, cácthông tin về giao thông, bản đồ và kết quả sổ xố,

thiếp,

nơi làm việc khác nhau cùng sử dụng một tài liệu về vấn đề liên quan tới chuyênmôn như ngành y tế, báo chí, phòng chữa cháy,

và âm thanh chất lượng cao (ví dụ để phục vụ cảnh sát làm bằng chứng), yêu cầukích thước file lớn cần có tốc độ truyền cao

cục bộ từ LAN của họ trong một cơ quan

toàn công ty

báo có thư mới trên máy di động Họ phải quay số định kỳ để check mail Tuy nhiênbằng cách kết nối Internet sử dụng cơ chế cảnh báo như SMS hay GPRS, người sửdụng sẽ được thông báo khi có thư mới

trí bằng dịch vụ di động phi thoại

phần mềm ứng dụng,

2.3.NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA MẠNG GSM CÓ SỬ DỤNG GPRS

- Kết nối trực tuyến tới mạng Internet

- Hỗ trợ các dịch vụ Internet từ xa với các dữ liệu văn bản, hình ảnh (email,chat, hình ảnh động), các dịch vụ cung cấp thông tin như giá cả thị trường chứngkhoán, thời tiết, với tốc độ cao

- Chất lượng cao hơn vì tài nguyên vô tuyến và băng thông chỉ được sửdụng khi thực sự truyền dữ liệu.

- Tính cước theo khối lượng byte sử dụng, khác với GSM cũ tính cướctheo thời gian kết nối

2.4.KIẾN TRÚC TỔNG QUAN CỦA GPRS TRÊN MẠNG GSM

2.4.1.Các giao diện và điểm tham chiếu

Hình 2.1 Sơ đồ khối của mạng GSM đã nâng cấp để cung cấp dịch vụ GPRS

Trong GSM, có nhiều giao diện giữa các thực thể mạng.Để sử dụng được dịch

vụ GPRS mạng GSM phải triển khai bổ sung một số giao diện mới, đó là các giaodiện G

- Các kết nối của hệ thống GPRS tới các phần tử mạng và chuyển mạchNSC của hệ thống GSM được thực hiện thông qua mạng báo hiệu số 7 (gồm Gc,

Gd, Gf, Gr, Gs)

- Các điểm tham chiếu và các giao diện khác được thực hiện thông quamạng backbone Intra-PLMN (Gn), Inter-PLMN (Gp) hoặc các mạng ngoài Gi.Trong GPRS có hai điểm tham chiếu khác nhau: Gi dành riêng cho GPRS, Rđược dùng chung cho cả GPRS và mạng GSM

 Gi: điểm tham chiếu giữa GGSN và mạng bên ngoài Hệ thống GPRS sẽ hỗ trợ

cho việc kết nối với nhiều kiểu mạng dữ liệu khác nhau và điều này giải thích tạisao Gi không phải là một giao diện chuẩn hoá mà chỉ đơn thuần là một điểmtham chiếu

 R: có chức năng kết nối thiết bị đầu cuối TE tới đầu cuối di động MT.

 Gb: gữa SGSN và BSS để trao đổi thông tin báo hiệu và lưu lượng người dùng.

Giao diện Gb cho phép nhiều người sử dụng được dùng chung các tài nguyênvật lý Nguồn tài nguyên chỉ được cung cấp khi người sử dụng truyền hay nhận

dữ liệu Khác với giao diện A, người sử dụng chiếm độc quyền nguồn tàinguyên đã được cấp trong suốt thời gian cuộc gọi dù có hay không truyền dữliệu Frame Relay dựa trên các NS (Network Service) tạo ra khả năng điều khiểnlưu lượng cho giao diện này

 Gc: giữa GGSN và HLR GGSN có thể yêu cầu thông tin vị trí từ HLR thông

qua giao diện này

 Gd: giữa SMS-GMSC và SGSN để sử dụng dịch vụ SMS hiệu quả hơn.

 Gf: giữa SGSN và EIR cho phép SGSN truy vấn các thông tin về thiết bị trong

EIR MS được phân loại theo 3 danh sách: black list (cho các MS bị mất trộm),gray list (cho các MS đang được theo dõi), và white list (cho các MS còn lại)

 Gn: giữa hai GSN trong cùng một PLMN, là một giao diện báo hiệu và dữ liệu

trong mạng trục Intra-PLMN Giao thức đường hầm (GPT) của GPRS đượcdùng trong Gn (và Gp) thông qua mạng trục IP cơ sở

 Gp: giữa hai GSN trong các mạng PLMN khác nhau Gp cung cấp chức năng

giống như giao diện Gn Nhưng ngoài ra cùng với BG và firewall, nó còn cungcấp tất cả các chức năng cần thiết cho việc kết nối liên mạng của mạng Inter-PLMN như chức năng bảo mật, định tuyến,

 Gr: giữa GS và HLR, cho phép SGSN truy vấn các thông tin về thuê bao trong

HLR HLR có thể được cài đặt trong một mạng PLMN khác với mạng củaSGSN

 Gs: giữa SGSN và MSC SGSN có thể gửi thông tin vi trí tới MSC hoặc nhận

các yêu cầu nhắn tin từ MSC thông qua giao diện này Gs làm tăng hiệu quả sửdụng tài nguyên mạng và tài nguyên vô tuyến khi có sự kết hợp giữa GPRS vàmạng GSM

 Um: giữa MS và phần cố định của GPRS Giao diện này cũng giống giao diện

Um của GSM nhưng có một số thay đổi cho phù hợp với GPRS

2.4.2.Chức năng các khối :

GPRS được áp dụng một cách logic trên cấu trúc mạng GSM bằng việc thêmvào hai nút hỗ trợ GPRS (GSN): nút hỗ trợ phục vụ GPRS (SGSN), nút hỗ trợ cổngGPRS (GGSN) Trong một mạng GPRS có thể có nhiều GSN

2.4.2.1.SGSN (Serving GPRS Support Node):

- Có cùng mức với MSC

- Lưu giữ vị trí của từng MS

- Thực hiện các chức năng quản lý di động

- Thực hiện nhận thực

- Thực hiện mã hoá

- Cung cấp điều khiển truy nhậpSGSN liên kết với hệ thống trạm gốc BSS bằng frame Relay (giao diện Gb)truyền các gói dữ liệu tới các thiết bị di động trong vùng phục vụ của nó SGSNcũng giao diện với HLR để lấy các thông tin về thuê bao SGSN có chức năng pháthiện thiết bị di động mới vào vùng phục vụ và duy trì các thông tin về vị trí trongvùng phục vụ đó Trong quá trình kết nối với mạng (GPRS attach), SGSN thiết lậpchức năng quản lý di động chứa các thông tin liên quan di động và bảo mật cho MS.Khi kích hoạt PDP context, SGSN thiết lập PDU PDP context để định tuyến tớiGGSN phục vụ thuê bao GPRS SGSN có thể gửi thông tin vị trí tới MSC/VLR vànhận các yêu cầu nhắn tin từ MSC/VLR qua giao diện Gs

2.4.2.2.GGSN (Gateway GPRS Support Node):

Cung cấp chức năng liên kết hoạt động với các mạng chuyển mạch gói ngoài vàkết nối với các SGSN qua mạng đường trục GPRS-IP, dựa vào địa chỉ PDP GGSNchuyển đổi các gói dữ liệu GPRS đến từ SGSN thành khuôn dạng giao thức dữ liệugói (PDP) như X.25, IP và truyền các gói này trong mạng GGSN có thể kết nối vớimạng GPRS khác để phục vụ chuyển vùng

Khi dữ liệu được truyền từ mạng PDP tới mạng GSM, địa chỉ PDP đầu vào sẽchuyển thành địa chỉ đích GSM Các gói được đánh địa chỉ lại này gửi từ GGSN tớiSGSN tương ứng Để hỗ trợ chức năng định tuyến cho người sử dụng, GGSN lưucác địa chỉ của SGSN trong thanh ghi dịch vị trí Hơn nữa, GGSN cũng thực hiệnchức năng nhận thực và tính cước GGSN có thể yêu cầu cung cấp thông tin vị trí từHLR qua giao diện Gc GGSN là điểm đầu tiên của kết nối PDN với mạng PLMN(điểm tham chiếu Gi)

Các chức năng của SGSN và GGSN có thể được kết hợp trong cùng một nút vật

lý hoặc là các nút khác nhau SGSN và GGSN có chức năng định tuyến IP và kết

nối với các bộ định tuyến IP SGSN và GGSN ở các mạng PLMN khác nhau sẽđược kết nối qua giao diện Gp Giao diện này có chức năng của giao diện Gn và bổsung chức năng bảo mật phục vụ truyền thông liên mạng PLMN.

2.4.2.3.Backbone Network – Mạng đường trục GPRS

Mạng đường trục là mạng IP cơ sở Có hai loại mạng đường trục GPRS:

- Mạng đường trục PLMN cục bộ (Intra-PLMN Backbone Network): làmạng IP liên kết nối các GSN trong cùng một mạng PLMN

- Mạng đường trục PLMN liên mạng (Inter-PLMN Backbone Network): Làmạng IP liên kết nối các GSN trong các mạng PLMN khác nhau

Mạng Intra-PLMN Backbone là một mạng IP riêng biệt chỉ dành cho dữ liệu

và báo hiệu GPRS Mạng IP riêng biệt là mạng IP mà sử dụng một cơ chế điềukhiển truy nhập nào đó để đạt được mức bảo mật theo yêu cầu Hai mạng Intra-PLMN Backbone được kết nối qua giao diện Gp sử dụng Border Gateway (BG) vớimột mạng Inter-PLMN Mạng Inter-PLMN Backbone được lựa chọn theo yêu cầuchuyển vùng (roaming), bao gồm chức năng bảo mật BG Thông thường BG baogồm một firewall có chức năng bảo vệ mạng và một bộ định tuyến (router) phục vụviệc lựa chọn mạng BG không được định nghĩa trong phạm vi mạng GPRS Inter-PLMN Backbone là một mạng IP cơ sở, ví dụ mạng IP cá nhân hay mạng Internetcông cộng sử dụng kênh thuê riêng (leased line)

MSC/ VLR có thể được cải tiến nhằm tăng tính hiệu quả trong việc phối hợpcác dịch vụ GPRS với các dịch vụ phi GPRS, cũng như cải thiện chức năng bằngviệc sử dụng giao diện Gs, trong đó nó sử dụng các thủ tục BSSAP+ là một phầnthủ tục BSSAP thông thường.

2.4.2.5.SMS-GMSC và SMS-IWMSC

Việc nhắn tin cuộc gọi chuyển mạch kênh có thể được thực hiện hiệu quả hơnthông qua SGSN, như vậy nó có thể kết hợp việc cập nhật dữ liệu vị trí cho cả cácthuê bao GPRS và non-GPRS SMS-GMSC và SMS-IWMSC được kết nối tớiSGSN cho phép MS gửi và nhận SM qua các kênh vô tuyến GPRS

Gb Giải pháp bổ sung PCU vào BSC là một giải pháp hiệu quả về mặt chi phí hệthống.

Về truyền dẫn thì giao diện A-bis được sử dụng lại cho cả chuyển mạch kênh

và chuyển mạch gói trên GPRS, nhưng giao diện giữa BSS và SGSN lại dựa trêngiao diện mở Gb Thông qua A-bis, các đường truyền dẫn và báo hiệu hiện tại củaGSM được sử dụng lại trong GPRS nên đem lại hiệu suất hệ thống cao và hiệu quảtrong giá thành Giao diện Gb mới là một đề xuất mới nhưng nó có thể định tuyếnlưu thông Gb một cách trong suốt thông qua MSC