giải pháp quá độ tiến tới 3g của mạng viễn thông di động vinaphone

HSCSD a Giới thiệu chung Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD là một công nghệ đơn giản và kinh tế đối với sự cải thiện tốc độ truyền số liệu trong tốc độ truyền dữ liệu của GSM thô

4 1 2 Thu tục rời mạng 51

4.2. Q uản lý phiên, k h u n g g i a o thức d ữ liệu g ó i ( P D P C o n t e x t ) 53

4.2.1 Khởi tạo khung giao thức dữ liệu gói (PDP Context) 54

4.2.2 Xoá khung giao thức dữ liệu gói (PDP Context) 54

4 3 Quản lý v ị t r í 5 7 4 3 1 Cập nhật khu vực định tuyến trong nội bộ SGGN 59

4 3 2 Cập nhật khu vực định tuyến giữa các SGSN 60

4 4 Đ ịnh tu y ế n trên m ạ n g G P R S 6 4 V Q U Ả N L Ý M Ạ N G V À T Í N H C Ư Ớ C G P R S 65

5.1 Quàn lý m ạ n g G P R S 6 5 5.2 Tính c ư ớ c G P R S 6 7 5 2 1 Thông tin tính cước 68

5.2.2 Cong tính cước (BGw) 70

V I T R Ạ M DI Đ Ộ N G G P R S 72

6.1 Phân lo ạ i trạm di đ ộ n g G P R S t h e o c h ế đ ộ là m v i ệ c 72

6 2 Phân loại trạm di đ ộ n g G P R S th e o s ổ khe thời g i a n 7 4 6.2.1 Kết nối GPRS đoi xứng và không đối xímg. 74

6.2.2 Phân loại trạm di động GPRS theo sổ khe thời gian 75

C H Ư Ơ N G III: V Á N Đ E H A N D O V E R T R O N G H Ệ T H Ó N G G S M / G P R S C Ủ A M Ạ N G T H Ô N G T I N D I Đ Ộ N G V I N A P H Ỏ N E 7 7 I K H Á I Q U Á T H Ệ T H Ố N G Ỏ P R S C Ủ A M Ạ N G T H Ô N G T I N D I Đ Ộ N G V I N A P I I O N E 77

1.1 Hiện trạng m ạ n g t h ô n g tin di đ ộ n g V in a P h o n e s ử d ụ n g c ô n g n g h ệ G S M 77

1.2 C ác d ịc h vụ V in a P h o n e c u n g c ấ p c h o k h á c h h à n g 78

1.3 M ụ c tiêu c h o v i ệ c n â n g c ấ p hệ th ố n g G S M thành h ệ t h ố n g G P R S 7 8 1.4 S ơ đ ồ hệ t h ố n g G P R S thử n g h iệ m c ù a m ạ n g V i n a P h o n e 78

II Đ O H A N D O V E R T R O N G H Ẹ T H Ố N G G P R S C Ủ A M Ạ N G T H Ô N G T I N D I Đ Ộ N G V I N A P H O N E 83

2 1 C á c trường hợ p H a n đ o v e r 83

2 1 1 Handover giữa các ô thuộc cùng một BSC 84

2 1 2 Handover giữa hai ô thuộc hai BSC khác nhau 85

2.1.3 Handover giữa các ó thuộc hai tông đài khác nhau 86

2.2. G iới thiệu v ề m á y T E M S và phần m ề m T E M S I n v e s tig a tio n 3 2 4 87

2.3 G iớ i th iệ u v ề phần m ề m T E M S In v e stig a tio n 3 2 4 8 9 2.4 Thự c n g h i ệ m 8 9 2 4 1 Thí nghiệm về đo Handover trong cùng một cell 89

2 4 2 Thí nghiệm về đo Hcmdover giữa các cell 92

K É T L U Ậ N 9 5 T À I L I Ệ Ú T H A M K H Ả O 96

Hình 3.11: Ket nối máy TE M S với máy Laptop cài đặt phần mềm TE M S Investigation 3.2 88

Hình 3.12: Giao diện chính TE M S Investigation 3 2 4 89

H ình 3.13: Giao diện TE M S Investigation 3.2.4 trước kh i H a n d o ve r 90

H ình 3.14: Giao diện TE M S Investigation 3.2.4 sau k h i H a n d o ve r 91

H ình 3.15: Màu biểu thị các mức thu R rxLev Sub (d B ) 92

H ình 3.16: Giao diện TE M S Investigation 3.2.4 trước kh i H a n do ve r 92

H ình 3.17: Giao diện TE M S Investigation 3.2.4 sau kh i H a n d o ve r 93

C Á C T Ù V I Ể T T Ắ T

A -B is B S C -B T S Interface - G iao diện g iữ a B S C v à BTS

A M P S A d v an ced M obile P h o n e S ervice - D ịch vụ điện thoại di đ ộ n g tiên tiến

A R IB A sso ciatio n o f R ad io In d u stry and B u sin ess - To chứ c cô n g ngh iệp và

kin h doanh vô tuyến (T ổ ch ứ c tiêu ch u ẩn củ a N h ật B ản)

A T M A sy n ch ro n o u s T ran sfer M o d eP h ư ơ n g thứ c truyền k hô n g đ ồ n g bộ

B C C H B ro ad cast C on trol C h an n els - C ác k ên h điều khiển p h át q u ản g bá

B P S K B inary P h ase S hift K ey in g - K ho á d ịch p h a nhị phân

C D M A C o d e D ivison M ultiple A ccess - Đ a truy cập phân ch ia th eo m ã

C F N R C all F o rw ard in g on M o b ile su b crib er N o t R eachable - C huyển tiếp cuộc

gọi khi khô ng liên lạc đ ư ợ c với th u ê bao di động

C F U C all F orw ard in g U n co n d itio n al - C h u y ển tiếp cuộc gọi vô đ iều kiện

C G F C h arg in g G atew ay F u n ctio n ality - C hứ c năn g cổ ng tính cư ớ c

C P H C H C om m o n P h y sical C h ann el - K ên h v ật lý dù ng chu ng

D A M P S D ig ital A d vanced M o bile P ho ne S y stem - T iêu ch u ẩn th ô n g tin di động

c ủ a châu  u, sử dụ ng công ngh ệ F D M A /T D M A

D P C C H D ed ica ted P hysical C o n tro l C h an n el K ên h điều khiển v ật lý dành riêng

D T X D isco n tin u o u s T ran sm issio n - T ru y ền dẫn không liên tục

E D G E E n h an ced D ata rate for G S M E v o lu tio n - T iêu ch uẩn tru yền d ẫn tốc độ

cao cho G SM

E T S I E uropean T eleco m m u n ica tio n S tand ards Institute - V iện tiêu chuẩn V iễn

thô ng châu  u

F D M F req u en cy D iv isio n M u ltip lex - G hép kênh phân ch ia theo tần số

F D M A F req u en cy D iv isio n M ultiple A ccess - Đ a truy cập ph ân c h ia theo tần số

F T P F ile T ransfer P ro to co l - G iao thứ c truy ên tệp

G - C D R G G S N - C all D etail R ecord - B ản ghi chi tiết cuộc gọi tro n g G G S N

G G S N G atew ay G P R S S u p p o rt N o d e - N ú t hồ trợ cổn g nổi G P R S (G P R S )

chuẩn truy cập gói cho hệ th ố n g di độn g G SM

G T P G PR S T u n n elin g P rotocol - G iao thứ c tạo đ ư ờ ng hầm G P R S

H P L M N H om e P ublic L and M o bile N etw o rk - M ạng di đ ộ n g m ặt đất cô ng cộng

th ư ờ n g trú

H S C S D H igh S p eech C ircu it S w itch D ata - D ữ liệu chuyển m ạch kênh tốc độ cao

I M E I In tern atio nal M o b ile E q u ip m en t Id en tifier - N h ận d ạn g th iết bị di động

quố c tế

I M S I In ternational M o bile S u b scrib er Id en tity - s ố nhận dạng th u ê b ao di động

toàn cầu

IM T -2 0 0 0 Internatio nal M o b ile T eleco m m u n icatio n s 200 0 - T iêu ch uẩn thô ng tin di

độn g quốc tế 200 0 (T h ô n g tin di đ ộ n g thế hệ th ứ ba)

IP s e c In tern et P rotocol secu rity - B ảo m ật giao thức In ternet

I S P In tern et S ervice P ro v id er - N h à cu n g cấp dịch vụ Intern et

I T U Internatio nal T eleco m m u n ica tio n U n io n - H iệp hội viễn thô ng quốc tế

M L S R M axim um Length Shifted Register - Chuỗi ghi dịch tuyến tính độ dài cực đại

M S C M obile S w itch in g C enter - Bộ điều khiển chuyển m ạch di động

M U D M ulti U ser D etectio n - X ác đ ịnh nh iều n gư ời sử dụn g

N D IS Network Driver Interface Specification.: Đặc tính kỹ thuật giao diện điều khiển

mạng.

N S S N etw o rk S w itch in g S y stem - H ệ th ố n g ch uyển m ạch m ạng

O S S Operation and Support System - Hệ thống khai thác và hồ trợ

P A C C H P acket A sso ciated C o ntrol C h an n el - K ên h điều k hiển kết h ọ p gói

P A G C H Packet A ccess G ran t C h annel - K ênh cấp tru y cập gói

P B C C H P acket B ro ad cast C ontrol C hann el - K ênh đ iều khiển q u ản g bá gói

P C C C H P acket C om m o n C ontrol C hann el - K ênh điều khiển gói c h u n g (G PR S )

P C U P acket C ontrol U nit - K hối đ iều kh iển gói

P D C H P acket D ata C h annel - K ênh d ừ liệu gói

P D N P acket D ata N etw o rk - M ạng d ữ liệu gói

P D P P acket D ata P rotocol - G iao thứ c d ữ liệu gói

P D T C H P acket D ata T raffic C han nel - K ên h lưu lư ợng dữ liệu gói

P L M N Public Land M obile N etw ork - M ạng thông tin di động m ặt đất công cộng

P M P Point to M ultip oint - Đ iểm - đ a đ iếm

P N C H P acket N otification C h an n el - K ênh th ôn g báo gói

P P C H Packet P aging C han nel - K ênh nhắn tin gói

P R A C H P acket R andom A ccess C h ann el - K ênh truy cập ngẫu nhiên gói

P S K P hase S hifted K ey in g - Đ iều chế p h a

P S T N Public Switching Telephone Network - Mạng chuyển mạch thoại c ô n g cộng PSPDN Packet Switching Public Digital Network - Mạng chuyển mạch gói công cộng

P T C C H Packet Timing Advance Conừol - Kênh điều khiển đồng bộ gói

P - T IM S I Packet Temporary Mobile Subscriber Identity xác định số nhận dạng thuê bao

di động tạm thời gói

Q o S Q u ality o f S erviv e - C hất lư ợ ng dịch vụ

Q P S K Q u ad ratu re P h ase S hift K ey in g - Đ iều chế p h a bốn m ứ c (v u ô n g góc)

R A C H R andom A ccess C hannel - K ênh tru y cập ngẫu nh iên (G S M )

R A I R outing A rea Id en tity - N h ận dạn g khu vực định tuyến

R L C R adio L ink C ontrol - Đ iều khiển liên kết vô tuyến

R P P R egional P ro cesso r - V i x ử lý

R S I Rate S et 1 - T ập tổc độ 1 (tập tốc độ là ước số và bộ i số củ a tốc độ c ơ sở

9600bps)

R S 2 Rate Set 2 - T ập tốc độ 2 (tập tốc độ là ước số và bội số củ a tốc độ c ơ sở

14400bps)

R -S C H R everse S u p p lem en tary C hannel - K ênh p h ụ trợ đ ư ờ n g lên (cd m a2000)

S -C D R S G S N - C all D etail R ecord - Bản ghi chi tiết cuộc gọi tro n g S G S N

S G S N S erving G P R S S u pport N od e - N út hồ trợ dịch vụ G P R S (G P R S )

S I M S u bcriber Id en tity M odule - M ô - đun nhận d ạn g th uê bao

S IR Signal to In terferen ce R atio - Tỷ số tín h iệu/nh iễu

S M S Short M essa g e S erv ice - D ịch vụ nhắn tin ngắn

S M S C Short M essa g e S erv ice C enter - T run g tâm dịch vụ n h ắn tin ngấn

S N D C P Sub N etw o rk D ep en d en t C o n verg en ce P ro to co l - G iao thức hội tụ phụ

thuộc ph ân hệ m ạng.

S N M P Simple N etw ork M anagem ent Protocol - G iao thức quản lý m ạng đơn giản S-S M O -C D R SG SN d eliv ered Short m essage M ob ile O riginated - C all D etail record:

Bản ghi cuộc gọi chi tiết cho việc gửi b ản tin ngắn x u ất p hát từ M S do

SG SN cấp p h át khi SM S do trạm di đ ộ n g gửi đi.

S S M T C D R SGSN delivered Short m essage M obile T erm inated Call D etail Record

-Bản ghi cu ộ c gọi chi tiết cho việc gử i bản tin ng ắn tới M S do S G S N cấp phát khi trạm di độn g nh ận SM S.

T C H T raffic C h an n el - K ênh lưu lượng

T C P T ran sm isso n C o ntro l P rotocol - G iao thứ c điều kh iển truy ền dẫn

T C P / I P T ran sm issio n C ontrol P ro to co l/ In ternet P rotocol - G iao thứ c đ ièu khiển

truyền dẫn

T D D T im e D iv isio n D uplex - S ong côn g ph ân thời

T D M A T im e D iv ision M ultiple A ccess - Đ a tru y cập ph ân ch ia theo thời gian

T E T erm inal E q u ip m en t - T hiết bị đầu cuối

T A F T erm inal

T I A T eleco m m u n icatio n In d u stry A sso ciation - H iệp hội cô n g ng hệ viễn

thô ng (T ổ ch ứ c tiêu chuẩn của M ỹ)

T M S I Tem porary M obile Subscriber Identity - N hận dạng thuê bao đầu cuối tạm then

T R A U T ran sco d er R ate A daptio n U nit - K hối thích ứng tốc độ ch u y ển đổi m ã

T T A T eleco m m u n icatio n T ech no lo gy A sso ciatio n - Tổ chức côn g ng hệ viền

thông (Tổ ch ứ c tiêu chuẩn của H àn Q uốc)

U D P U ser D atagram P rotocol - G iao thứ c truyền d ữ liệu theo kiểu biểu đồ, sử

dụng p h ư ơ n g thức không đấu nối (co n n ectio n less)

U M T S : U n iv ersal M o bile T elecom m u nicatio n S ystem - H ệ thong thô ng tin di

độn g toàn cầu

U S F Up-link State Flag - Cờ trạng thái kết nối lên

Ư T R A U M T S T e ư e stria l R adio A ccess - T iêu ch uẩn th ô n g tin di động m ặt đất

W A P W ireless A cces P rotocol - G iao thứ c tru y nh ập vô tuyến

W C D M A W ideband C D M A - Đa truy nhập phân ch ia theo m ã băn g rộng

c ó k h ả n ă n g tư ơ n g th íc h c a o v ớ i c á c h ệ th ố n g h iệ n tạ i n h ằ m c u n g c ấ p c h o k h á c h

h à n g m ộ t v ù n g p h ủ s ó n g lớ n n h ấ t, k h ả n ă n g c h u y ể n v ù n g c a o v à n h ấ t q u á n tro n g

c á c d ịc h vụ c u n g cấp T u y n h iê n , m ộ t tro n g n h ữ n g g iả i p h á p c ó h iệ u q u ả n h ấ t là

g iả i p h á p đ ư ợ c V iệ n T iê u C h u ẩ n V iễ n T h ô n g C h â u  u (E T S I) đ ư a ra , đ ó c h ín h là

c ô n g n g h ệ c h u y ể n m ạ c h g ó i v ô tu y ế n G P R S

T ro n g c ác h ệ th ố n g đ iệ n th o ạ i di đ ộ n g th ì h ệ th ố n g s ử d ụ n g c ô n g n g h ệ G S M là

p h ổ b iế n n h ấ t ở V iệ t N a m v à trê n th ế g iớ i C h ín h v ì lý d o đ ó m à v iệ c n g h iê n c ứ u

p h á t triể n d ịc h v ụ c h u y ể n m ạ c h g ó i n ó i c h u n g v à d ịc h v ụ I n te rn e t n ó i riê n g c h o

m ạ n g G S M h iệ n tại là m ộ t v ấ n đ ề h ế t s ứ c c ần th iế t Đ ể c u n g c ấ p d ịc h v ụ c h u y ể n

m ạ c h g ó i c h o c á c h ệ th ố n g đ iệ n th o ạ i di đ ộ n g G S M h iệ n tạ i, n g ư ờ i ta th ử n g h iệ m

n h iề u g iả i p h á p k h á c n h a u S o v ớ i c ác p h ư ơ n g p h á p tru y n h ậ p k h á c , G P R S có

n h ữ n g lợi th ế v ề m ặ t ch i p h í (x é t từ g ó c đ ộ n g ư ờ i s ử d ụ n g ) M ặ t k h á c , n ế u x é t từ

g ó c đ ộ n h à c u n g c ấ p d ịc h v ụ th ì G P R S c ũ n g là m ộ t g iả i p h á p rấ t tiế t k iệ m b ở i n ó

tậ n d ụ n g m ộ t c á c h tố i đ a c á c th iế t bị h iệ n có tr o n g m ạ n g G S M , đ ồ n g th ờ i s ử d ụ n g

h iệ u q u ả tà i n g u y ê n v ô tu y ế n v à p h ụ c v ụ đ ư ợ c n h iề u h ơ n số k h á c h h àn g

Luận văn: "G iải p h á p q u á đ ộ tiế n tớ i th ô n g tin d i đ ộ n g th ế h ệ t h ứ b a c ủ a

tn ạ ttg th ô n g tin d i đ ộ n g V in a P h o n e " trinh b ày sự ph át triển m ạng G SM lên m ạng

G PR S được chia làm 3 chương:

C h ư ơ n g 1: T rin h b à y tổ n g q u a n v ề 3G

C h ư ơ n g 2: T rìn h b ày G iả i p h á p G P R S c h o m ạ n g V in a P h o n e

C h ư ơ n g 3: T r ìn h b à y c á c k ế t q u ả th ự c n g h iệ m k h i k iể m tr a H a n d o v e r tro n g h ệ

th ố n g G P R S

D o g iớ i h ạ n v ề k h u ô n k h ổ , lu ậ n v ă n ch ỉ c h ú tr ọ n g v à o q u á trìn h tiế n lê n 3G

c ủ a m ạ n g G S M h iệ n n a y M ộ t số m ạ n g k h á c tiê u c h u ẩ n ứ n g c ử v iê n 3 G k h á c có

C H Ư Ơ N G I

TỎ N G QUAN V Ề H Ệ TH Ó N G

TH Ô N G T IN D I ĐỘNG T H É H Ệ TH Ú 3

■ I V I T

Chương I - Tông quan vê hệ thông thông tin di động thê hệ thứ 3

I s ự R A Đ Ờ I C Ủ A T H Ô N G T I N D I Đ Ộ N G T H É H Ệ T H Ú 3 • • •

1.1 Đ ặt vấn đề

N gày nay, C ông ng hệ th ôn g tin di độ n g k h ô n g còn dành riên g để gọi điện thoại th ô n g thư ờ n g, h àn g tỷ bản tin ngắn đư ợc gửi v à nhận hàn g th án g và ngư ời dùng đã nhận ra rằn g dịch vụ thông tin di độ n g k h ô n g chi thuận lợi trong việc vừ a

di chuyển v ừ a nói ch u y ện m à nó còn có thể m a n g lại nhiều ý ng hĩa hon nữ a khi m à

kỷ nguyên In tern et đã đến với ch ú ng ta K h ô ng còn nghi n g ờ gì nữ a về sự ph át triển của tiềm năng Internet di động N hư ng khi m à nhu cầu củ a khách h àn g sử dụ ng dịch

vụ thô ng tin di đ ộ n g n g ày càn g lên cao, số liệu kh ô n g chỉ còn ở dạn g truyền các bản tin văn b ản thuần tu ý thì tố c độ truyền dữ liệu v à d u n g lư ợng của m ạn g di độn g trở thành m ột vấn đề nan giải N goài ra, sự p hát triển củ a In tern et cũ ng đòi hỏi thông tin di đ ộ n g phải p h át triển các hệ thống hồ trợ k hách h àn g tru y cập m ạn g với băn g thông lớn, hỗ trợ đ ầy dù các dịch vụ của Internet.

T rước tình hình đó, U ỷ ban V iễn thông Q uốc tế ITU đ ã đề ra m ục tiêu phát triển m ột tiêu chuẩn m ới cho thông tin di độn g được gọi là IM T-2000 Tiêu chuẩn này phải đáp ứng các yêu cầu sau:

- Tối đ a h oá các đặc đ iểm ch un g củ a các giao d iện vô tuy ến có liên quan nhằm tạo điều kiện cho việc th iết kế chế tạo các m áy đầu cuối đa m ode, có khả năng hoạt độn g với nhiều chuẩn vô tuy ến khác nhau.

chi phí cao nhằm tạo điều kiện để phát triển hệ th ốn g ở các nước đang phát triển.

- T iêu ch uẩn phải bao gồ m cả phần thô ng tin di đ ộ n g m ặt đất và th ô n g tin di độ ng

vệ tinh để có khả n ăn g ph ủ sóng ở các khu vự c có m ật độ ngư ời sử khác nhau với các loại hình dịch vụ k h ác nhau P h ần th ô n g tin di đ ộ n g m ặt đất sẽ cung cấp các dịch vụ viễn th ô n g với giá thành thấp cho các kh u vực có m ật độ người sử dụng cao P hần th ôn g tin di độ ng vệ tinh cung cấp các dịch vụ viễn thông c ơ bản với phạm

vi phủ sóng toàn cầu.

M ục tiêu của IM T -2 0 0 0 là ph át triển và th ố n g n h ất các hệ th ốn g di động phát triển trong nh ữ ng n ăm 1990 th à n h m ột cơ sở hạ tần g vô tuy ến có khả năng cu ng cấp các loại hình dịch vụ đa d ạn g tro ng nhiều m ôi trư ờ n g khác nhau Đ ặc điểm và m ục đích của IM T -20 00 so với các hệ thố ng hiện nay là:

Chương I - Tổng quan về hệ thống í/lông tin di dộng th ế hệ th ứ 3

> H ệ th ố n g toàn cầu:

- IM T -2 00 0 là hệ thống m ang tính toàn cầu m ang tính kết hợp củ a nhiều hệ thống trên th ế giới.

- M áy đầu cuối nhỏ gọn, sử d ụ n g đư ợc ở m ọi nơi trên th ế giới, đ ồ n g thòi hỗ trợ

n h iề u loại m áy đầu cuối khác.

- S ử d ụ n g m ộ t dải tần ch un g trên to àn thế giới

- C ó k h ả nâng chu yển vùng trên to àn th ế giới

- H ệ th ố n g các thiết bị tư ơng th ích với tiêu ch uẩn hiện tại.

> C ác dịch vụ và tính n ă n g m ớ i

- Có thể cung cấp các tính năng hỗ trợ thoại và dữ liệu tiên tiến hơn các công nghệ trước.

- C h ất lư ợng dịch vụ cao hơn, đặc b iệt ỉà dịch vụ thoại

- C h ấ t ỉư ợ n g và độ tích hợp cao tư ơ n g đ ư ơ n g với m ạng cố định

- T ố c độ bit cao

- KLhả năn g cun g cấp dải tần theo y êu cầu sẽ hỗ trợ các dịch v ụ yêu cầu tốc độ bit

kh ác nhau, từ dịch vụ tốc độ thấp n h ư SM S, thoại đến các dịch vụ tốc độ cao như vid eo , truyền file.

- H ỗ trợ tín h năng truy ền d ữ liệu k h ô n g cân b ằn g (tốc độ h ư ớ ng đi khác tốc độ

h ư ớ n g về)

- T ă n g cư ờ n g tính năn g bảo m ật

- H ồ trợ việc xây dụng các dịch vụ dự a trên m ạng thông m inh theo chuẩn ITU -T Q 1200

- Q u ản lý hệ thố ng n h ất quán theo ch u ẩn IT U -T M 3.000

> K h ả n ă n g p h á i triển và ch u yển đổi

- T ư ơ n g thích với các d ịch vụ củ a b ản thân hệ th ốn g IM T -2 0 0 0 v à với m ạng cố

đ ịn h (P S T N /IS D N )

- T ạ o c ơ sở cho việc tiếp tục p h át triển các dịch vụ m ạng di độ n g và m ạng cố định

- C ó cấu trúc m ở cho phép phát triển các cô ng nghệ tiên tiến và phát triển các loại hình dịch vụ.

- C ó k h ả năng cùng tồn tại và th ích ứ ng với các hệ thống trư ớ c IM T -2000.

'r Tỉnh linh hoạt, tính n ă n g h o ạ t đ ộ n g đa m ô i trư ờ n g

Chương I - Tông quan vê hệ thông thông tin di động thê hệ thứ 3

- C ó k h ả n ăn g tư ơ n g thích cao với các hệ th ố n g hiện tại nhằm cun g cấp cho khách hàng m ột v ù n g p h ù sóng lớn nhất, khả n ăn g ch u y ển vùng cao và n h ất qu án trong các dịch vụ cu n g cấp.

- Sừ dụng dải tần hiệu quả hơn so với các hệ thống trước IM T-2000, cung cấp các dịch

vụ với giá họp lý, theo nhu cầu về tốc độ dữ liệu, chất lượng kênh và trễ truyền dẫn.

Tôc độ tru y ên d ữ liệu của 1

B ả n g 1.1: S o sánh các tham sô của các h ệ th ông 2G và 3 G

Y êu cầu ch ính c ù a giao diện vô tuyến cho IM T -2 0 0 0 có thể tóm tắt lại n hư sau:

- T ốc độ đ ư ờ n g tru y ền yêu cầu là 144K b/s, tốc độ khuyến nghị là 38 4 K b p s trong toàn bộ v ù n g p h ủ sóng,

- T ốc đ ộ đ ư ờ n g tru y ền là 2M b/s ở các kh u vự c có nh u cầu cao (các kh u đô thị)

- H iệu su ất sử d ụ n g tần sổ cao hơn so với các hiện thố ng hiện tại

C ó độ linh h o ạt cao trong việc đ ư a ra các dịch vụ m ới.

Phạm vi m ục tiêu củ a IM T -200 0 rất rộng và vì v ậy tuỳ thuộc vào việc chú trọn g vào

m ục tiêu nào sẽ n ảy sinh các giải ph áp hệ th ố n g khác nhau Do có sự khác biệt trong

m ức độ p hát triển củ a các hệ th ốn g thế hệ th ứ hai ở các khu vực trên thế giới nên

Chương I - Tổng quan về hệ thống thông tin di động th ể hệ thứ 3

nhu cầu phát triển hệ th ố n g m ới ở các khu v ự c n ày cũ ng sẽ khác nhau C hín h sự khác biệt về qu an điểm và nhu cầu này dẫn tới sự hình thành các phiên b ản khác nhau củ a chuẩn IM T -2000 B ên cạnh đó, y êu cầu về tư ơ ng th ích với các hệ th ố n g

cũ cũng ảnh h ư ở n g rất lớn đến v iệc đề ra các cô n g ngh ệ áp dụng cho IM T -2000.

1.2 Cấu trúc ntạttg 3G

C ấu trúc m ạng 3G bao g ồm gồm 03 lớp cơ bàn:

- L('rp truy nháp: đư ợc tạo bởi các trạm gốc (n ú t B) v à các bộ điều khiển m ạng vô tuyến khác nhau để ph ân tích và đ iều khiển lưu lư ợng vô tuyến.

M áy thu phát trạm c ơ sở: thực hiện v iệc thu p hát són g vô tuyến g iữ a các m áy

di độ ng và m ạng di động

K hối điều khiển m ạn g vô tuyến: đ iều kh iển các phần tử vô tuyến trong m ạng

và phụ trách h oạt đ ộ n g cũ n g n h ư điều kh iển các nú t B.

- Lớp lõi: Có 02 vai trò chính:

- V ai trò th ứ hai đư ợc b iết đến như m ột m ạn g đ ư ờ n g trục giải q uy ết các chứ c năng kỹ thuật, k hả n ăn g tru y nhập tới m ạn g số liệu gói khác, cung cấp m ột giao diện tới In tern et và phân loại th ô n g tin tính cư ớ c và bảo mật.

- Lớp dich vu: Đ iều khiển các ưu tiên, các đ ặc tính và kh ả năng truy nhập c ơ bản của thuê bao tới các dịch vụ nâng cao đã làm ch o 3G có m ột vị trí nổi trội; [2],

K hái qu át về m ạng 3G đ ư ợ c m ô tả tro ng sơ dồ sau:

Chương I - Tông quan vê hệ thông thông tin di động thê hệ thứ 3

Chương I - Tổng quan về hệ thống thông tin di động th ế hệ th ứ 3

II C Á C M Ô H ÌN H T R IÉ N KHAI T H Ô N G T IN DI Đ Ộ N G T H E HỆ

T H Ử BA T R Ê N T H É GIỚI

H iện nay, hai công nghệ giao diện vô tuyến chiếm ư u thế đó là G S M và

C D M A O ne đều hướng theo con đường thẳng nhất có thể để lên 3G.

Nhà khai thác G SM có thể chọn m ột vài sự kết hợp GSM, G PRS.EDGE, và tiến lên WCDMA hình thành UMTS.

Nhà khai thác CDMA O ne có s ự chọn lựa CDMA 2000 IX, lx E V -D V và 3x (Cũng

đi qua quả trình từ IP đơn giản đến IP phứ c tạp)

2 1 P h á t triển cdm a2000 từ cdm aO ne

H ệ th ố n g được đề nghị p h át triển lên C D M A 2 0 0 0 là các hệ th ố n g 2G hiện tại

sử d ụ n g cô n g n g h ệ C D M A (các hệ th ốn g này đư ợc gọi là C D M A O n e) C ác tổ chức ủng h ộ cd m a2 0 0 0 đã cù n g th à n h lậ p m ột t ổ c h ứ c c h u n g gọi là N h ó m p h á t triển

C D M A (C D G ) n h ằm xây d ự n g các tiêu chuẩn ch u n g để p h át triển các hệ thố ng khác nhau lên C D M A 2 0 0 0

Do lợi th ế v ề cô n g nghệ, việc ph át triển từ các hệ thố ng C D M A 2G hiện tại lên

C D M A 2 0 0 0 rất thuận lợi, vì bản thân ch u ẩn IS-95 hiện tại chính là m ột phiên bản băng hẹp c ủ a C D M A 2000.

M ặt k h ác, b ên cạn h việc đáp ứ n g các yêu cầu củ a IM T -2 000 , ch uấn cd m a2 000 đã

rấ t ch ú trọ n g v ào việc ph át triển đi lên từ các hệ th ố n g c d m aO n e th ô n g qu a việc sử

d ụ n g dải tần m ớ i là bội số củ a dải tần cũ, hỗ trợ hai p h ư ơ n g thứ c đ a só n g m ang và trải p h ổ trự c tiếp, với c ấ u trúc m ã h o á và đ iều chế cũ n g n h ư các chuỗi giả ngẫu nhiên sử d ụ n g h o àn toàn g iố ng với các hệ thố ng C D M A 2G.

T ổ ch ứ c C D G đ ã hoạch đ ịn h hai giai đoạn phát triển củ a C D M A 2 0 0 0 n h ư sau:

- C D M A 2 0 0 0 p h a 1 sẽ đư ợc ph át triển đi lên từ IS -95B v à đ ư ợc triể n khai từ cấu hình k ên h h iện thời với nh ữ n g tính năng m ới sau:

+ H ỗ trợ k ên h IX v à 3X 1,25 M H z

+ H ỗ trợ tru y ền gói tốc độ 144 kbps

+ T ă n g d u n g lư ợng thoại lên gấp hai lần

Chương / - Tổng quan về hệ thống thông tin di động th ế hệ thứ 3

+ C ải tiến chức năng chu yển giao

Pha 1 của cdm a2000 cho phép triển khai các tính năng của hệ thống 3G m à vẫn duy trì

sự hồ trợ cho các hệ thống cdm aO ne, trên c ơ sở sử dụng dải tần hiện tại của cdm aO ne.

- C D M A 2 0 0 0 pha 2 sẽ đư ợ c p hát triển đi lên từ cdm a2 0 0 0 p h a 1 với nhữ ng tính năng m ới sau:

+ H ỗ trợ tất cả các loại kênh (6X , 9X , 12X)

+ H ỗ trợ các dịch vụ truy ền d ữ liệu theo kênh v à gói với tốc độ 2M b ps

+ Hồ trợ dịch vụ truyền tho ại theo gói v à các p h ư ơ n g pháp m ã h o á v o co d er tiên tiến + H ỗ trợ các dịch vụ M ulti M ed ia (V oIP , truyền d ữ liệu tốc độ cao, video hội nghị, trình d u y ệt w eb)

M ục đích củ a việc phân ch ia sự p h át triển cd m a2 0 0 0 th àn h hai giai đoạn là nhằm tận dụn g các tín h năng củ a hệ th ố n g n ày để dần ph át triển lên 3G tro n g khi vẫn duy trì h oạt đ ộ n g cua các hệ th ố n g cd m aO n e m à k h ô n g cần thiết phải sư dụ ng ngay các dải tần m ới cho dịch v ụ b ăn g rộn g [8].

C ác t ổ chức tiêu c h u ẩ n đă th à n h lậ p m ộ t h iệ p hội ph át triển W C D M A c ó t é n là

3 G P P và b ao gồm các th àn h viên sau: E T SI, T T A , A R IB , T T C , C W T S M ục đích của tổ chứ c 3G P P là x ây dự n g các tiêu ch u ẩn để phát triển hệ th ố n g G SM hiện thời lên hệ th ố n g 3G dự a trên tiêu ch u ẩn U T R A

M ột tron g nhữ ng đề nghị W C D M A đ án g ch ú ý nhất là củ a E T SI, được gọi là

U T R A (U M T S terrestrial rad io access) U T R A sử dụng hai p h ư ơ n g thức: F D D và

T D D P h ần lớn các tiêu ch u ẩn củ a W C D M A được đề cập đ ến tro n g luận văn này đều lấy từ chuẩn U T R A củ a E T SI [2],

K hó khăn lớn nhất là sự đ a d ạn g củ a các hệ th ố n g 2G đư ợc đề nghị ph át triển lên

W C D M A hiện tại, với giao diện vô tu y ến sử dụng các p h ư ơ n g thứ c khác nhau như

C D M A , T D M A , F D M A D o đó v iệc p hát triển các hệ th ố n g 2G hiện tại lên

W C D M A sẽ là m ột q u á trình lâu dài và đòi hòi nhiều thay đổi.

Chương I - Tồng quan về hệ thống thông tin di động th ế hệ thứ 3

C on đ ư ờ n g tiến tới W C D M A từ các hệ th ốn g G SM đư ợc các tổ chức ở châu  u đư a

ra n h ư sau:

« - G S M pha 1 /2 - ~ - G S M pha 2 + -► UM TS/IMT2000

H ìn h 1.2: S ự p h á t triển từ G S M lên U M T S/IM T 2000

2.3 Các h ệ th ố n g tru n g gian trên con dườtíg p h á t triển lên WCDM A

2.3.1 G S M

a) G iới thiệu chung

H ệ thống thôn g tin di động toàn cầu G SM là tiêu chuẩn thông tin di động

đ ư ợ c E T SI xây d ự n g từ n h ữ ng năm 1990 và đư ợc ứng dụng nhiều nhất trong các

m ạ n g di độ ng hiện nay M ạn g G SM sử dụng cô n g nghệ T D M A , đặc trư ng của công

n g h ệ này là phân kênh theo thời gian M ỗi sóng m ang được ch ia làm 8 khe thời gian, m ỗi thuê b ao di độ ng tro n g ô được cấp m ộ t khe thời gian để liên lạc Theo

ch u ẩn G SM , băng tần của m ột sóng m ang là 200 K H z M ỗi BTS có thể có m ột hay

nh iề u só n g m ang D ải tần của G SM được phân bổ ở các tần số 800M H z, 900 M H z, 1800M H z, 1900M Hz.

Chương I - Tổng quan về hệ thống thông tin di động th ế hệ thứ 3

G S M hỗ trợ các dịch vụ thoại fax, truyền số liệu, nhắn tin ngắn và m ột số dịch vụ phụ trợ khác như: thư thoại, W A P D o m ục tiêu ban đầu của các nhà xây dự ng chuẩn

G S M là cung cấp dịch vụ thoại nên chuẩn này chỉ hồ trợ các dịch vụ có tốc độ 9,6kbps, chư a đáp ứng được nhu cầu về truyền số liệu tốc độ cao cho các thuê bao di động.

b) C ấu trú c hệ thống G S M

ISDN PSDN CSDN PSTN

Bộ điểu khiển trạm gốc (B SC ): L à việc n h ư m ột th iết bị chuyển m ạch cho ph ân hệ

B S S BSC bao gồm các khối giao d iện A v ới M S C , giao diện A bis với B TS v à khối

g iao diện với O M C C hức năng của B SC : Q u ản lý kênh vô tuyến; quản lý m ột số

H ệ th ố n g B SS

m ạ n g khác

H ệ th ố n g sss

Chương I - Tổng quan về hệ thống thông tin di động th ế hệ thứ 3

B T S ; Đ iều khiển nối th ô n g m áy di độn g và quản lý m ạng truyền dẫn.

T ru n g tâm chuyển m ạch các dịch vụ di độ ng (M SC ): điều khiển m ộ t số các BSC

M S C điểu khiển các cu ộ c gọi từ /tớ i m áy di độn g (M S) C ác M S C có chức năn g

c ổ n g (G atew ay M S C ) đ ư ợ c k ết nối với các m ạn g IS D N , P S T N để có thể đảm bảo liên lạc giữ a m ạn g di đ ộ n g v à các m ạn g này.

D o đ ặc điểm của M S là luôn di động, cần phải có m ột bộ phận luôn cập nhật vị trí

c ủ a M S để khi các m áy k hác tìm gọi, hệ th ốn g có thể tìm đư ợc vị trí của M S để

th iết lập kênh liên lạc C ơ sở d ữ liệu về M S đư ợc lưu trữ tro n g bộ định vị th ư ờ n g trú (H L R ) Khi m ột cá nhân đ ăn g ký thu ê bao di động, d ữ liệu củ a th uê bao sẽ được lưu

g iữ tro n g H LR C ác d ữ liệu n ày b ao gồm các th ô n g tin về dịch vụ củ a thuê bao, các

th ô n g số nh ận thự c, vị trí củ a M S K hi M S di động, nó sẽ gửi các th ôn g tin vị trí củ a

m inh tới cơ sở dữ liệu g ốc cù a nó đặt trong H L R K hi thuê bao ờ nơi khác m uốn gọi

đ ến M S, hệ th ốn g di độ n g sẽ gửi y êu cầu tìm vị trí của M S tới H L R để xác định xem M S hiện đ an g ở v ù n g p h ụ c vụ nào trong m ạng di động, từ đó hệ th ốn g di độn g

sẽ đ iề u khiển việc nối th ô n g g iữ a thu ê bao gọi với MS.

H L R : nối với trung tâm nh ận thự c (A U C C hứ c năng củ a A U C là cu ng cấp cho H L R các th ô n g số nhận thực v à các k h o á m ật m ã để sử dụng cho v iệc bảo mật ) Q uá trìn h nhận th ự c th ư ờ n g x ảy ra ở thời điểm b ắt đầu kết nối T ro n g quá trình nhận

th ự c các d ữ liệu bảo m ật đư ợ c lưu tại thẻ SIM đư ợc x ử lý v à so sánh v ớ i d ữ liệu

đ ư ợ c lưu tại H LR

M S C : được nối tới bộ ghi định vị tạm trú (V L R ) V L R là m ột c ơ sở d ừ liệu ch ứ a

th ô n g tin về tấ t cả các M S hiện đan g nằm tro n g vù ng phục vụ củ a M SC K hi M S đi vào vùng p h ụ c vụ của m ột M S C m ới, V L R củ a M S C n ày sẽ gửi yêu cầu về các

th ô n g số của M S tới H LR H L R khi đó sẽ thô ng báo cho V L R các thô ng số củ a M S

Đ ồ n g thời H L R cũn g đư ợc V L R th ông báo vị trí hiện thời củ a M S (M S đang ở vùng

p h ụ c vụ của M S C nào) N eu sau đó M S m u ốn thự c hiện m ộ t cu ộ c gọi, V L R sẽ có tất c ả các thô ng số cần thiết để thiết lập cu ộ c gọi m à k h ô n g cần phải thô ng qua

H LR N h ư vậy, có thể coi V L R n h ư m ột H L R tạm thời của M S D o dun g lư ợng trao đổi th ô n g tin g iữ a M S C và V L R rất lớn nên hai khối này th ư ờ n g đ ư ợ c đặt ờ cùn g

m ộ t vị trí hoặc được tích hợp lại thàn h m ột th iết bị.

M ồi M S có m ột SIM , SIM cùn g vói thiết bị trạm M E hợp thành m áy di động MS H ệ thống đăng ký với M S chính là đăng ký với SIM , tức là m ột thuê bao đăng ký các

Chương I - Tổng quan về hệ thống thông tin di động th ế hệ thứ 3

thông số với mạng thông qua SIM chứ không phải thông qua ME Do đó, thuê bao có thể dùng SIM của mình nối với một ME khác để gọi Tuy nhiên, để tránh trường họp mất cắp máy di động, hệ thống di động sử dụng bộ nhận dạng thiết bị EIR để quản lý

ME Mỗi ME có một số nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMEI Thông số này được đăng ký và kiểm soát qua EIR Bằng cách đó, EIR có thể cấm một thiết bị có thông sổ không được khai báo liên lạc với hệ thống Bộ nhận dạng thiết bị (EIR) được nối với MSC qua một đường báo hiệu

Nếu có một thuê bao cố định thuộc mạng PSTN muốn liên lạc với một thuê bao di động Mạng PSTN sẽ hướng cuộc gọi này tới một MSC có chức năng cổng (GMSC) GMSC sẽ tìm ra vị trí của MS cần liên lạc bằng cách hỏi HLR nơi MS đăng ký HLR sẽ trả lời về địa chỉ vùng MSC/VLR nơi MS đang hoạt động GMSC sau đó có đủ thông tin để định tuyến cuộc gọi đến vùng MSC hiện đang quản lý

MS MSC này sẽ hòi VLR cũa nó về vị trí vùng định vị cụ thể của MS Sau đó MSC

ra lệnh cho BSC ở vùng định vị của MS phát thông báo tìm gọi MS

2.3.2 HSCSD

a) Giới thiệu chung

Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD là một công nghệ đơn giản và kinh tế đối với sự cải thiện tốc độ truyền số liệu trong tốc độ truyền dữ liệu của GSM thông qua việc cho phép máy đầu cuối có thể sử dụng nhiều kênh lưu lượng cùng một lúc HSCSD thực hiện sự kết họp tới 4 khe thời gian trong cấu trúc ghép kênh phân chia theo thời gian của GSM Tốc độ truyền dữ liệu của HSCSD có thể lên tới 64 kbps đối với phương thức truyền trong suốt (transparent mode) và 38,4 kbps đối với phương thức truyền không trong suốt nếu sử dụng 4 kênh TCH tốc độ 9,6 kbps hoặc 57,6 kbps nếu sử dụng 4 kênh TCH tốc độ 14,4 kbps Tốc độ truyền hiệu dụng của phương thức truyền HSCSD không trong suốt có thể được tăng hon gấp 2-4 lần bằng việc sử dụng phương pháp nén theo chuẩn V42bis

Cấu trúc của HSCSD được xây dựng với yêu cầu tương thích với cơ sở hạ tầng mạng và giao diện vô tuyến hiện tại của GSM Sự khác biệt của HSCSD so với GSM phần lớn nằm ở các giao thức báo hiệu và truyền dừ liệu

Đe thiết lập kênh lun lượng, trong giai đoạn thiết lập cuộc gọi, thuê bao sử dụng HSCSD sẽ thoả thuận với mạng về một tập các tham số bao gồm tốc độ truyền, số

Chương I - Tổng quan về hệ thống thong tin di động th ế hệ thứ 3

lượng kênh, phương pháp mã hoá kênh Các tham số này có thể được nhập vào máy di động bằng các lệnh GSM AT

Một kết nối HSCSD sẽ được thiết lập nếu mạng có thể cung cấp dịch vụ cho máy đầu cuối trong điều kiện giới hạn của các tham số trên Kết nối sẽ được duy trì cho tới khi người sử dụng ra lệnh kết thúc kết nối, với điều kiện là các đặc tính của dịch

vụ được duy trì trong một giới hạn cho trước trong toàn bộ quá trình thông tin

Việc tính cước cho một cuộc gọi HSCSD được thực hiện dựa trên số lượng kênh TCH mà máy đầu cuối sử dụng Thuê bao chủ gọi sẽ phải trả cước cho tất cả các kênh TCH sử dụng Trong trường họp cuộc gọi là của một thuê bao cố định gọi một thuê bao HSCSD, thuê bao bị gọi sẽ phải trả cước cho các kênh TCH mà thuê bao này sử dụng thêm ngoài kênh TCH đầu tiên Tức là thuê bao cố định chú gọi sẽ trả phần cước thời gian dùng kênh cho 1 kênh TCH đầu, thuê bao HSCSD bị gọi sẽ trả phần cước airtime cho các kênh TCH khác Việc tính cước có thể được căn cứ vào

số lượng kênh và phương thức mã hoá kênh

b) Cấu trúc hệ thống HSCSD

Cấu trúc cùa HSCSD bao gồm các kênh lưu lượng độc lập với nhau, được thiết lập giữa MS và mạng Các kiểu kênh lun lượng có thể được sử dụng bao gồm TCF/F4.8, TCH/F9.6 và TCH/F14.4 có tốc độ dữ liệu tương ứng là 4,8; 9,6; 14,4 kbps

Để tối thiểu hoá chi phí phát triển HSCSD từ GSM, các trạm gốc hỗ trợ HSCSD có thay đổi không đáng kể so với GSM Tuy nhiên phần thay đổi lớn nhất là ở BSC và MSC Trong cấu trúc của HSCSD, dòng dữ liệu được chia nhỏ ra ở các khối chức năng phân tách/kết hợp Khối chức năng này tồn tại cả ở MS và ở phía mạng Vị trí của khối chức năng này trong mạng phụ thuộc vào cấu hình kênh lưu lượng: Trong các cấu hình sử dụng 4 kênh TCH/F, chức năng phân tách/kết hợp dữ liệu được đặt

ở khối IWF, và dòng lưu lượng được truyền tải giữa BSC và IWF trên 1 kênh 64 kbps Đối với các cấu hình có số lượng kênh thoại lớn hơn 4, chức năng phân tách/kết hợp sẽ được đặt ở phần BSS

Chương I - Tồng quan về hệ thống thông tin di động th ế hệ thử 3

I A S

Hình 1.4: cấu trúc đa kênh HSCSD

c) Giao diện vô tuyến

Trong câu trúc giao diện vô tuyên của GSM, một sóng mang có dải thông 200 kHz được chia làm 8 khe thời gian, mỗi khe thời gian là một kênh TCH/F và được gán cho

1 MS Trong cấu trúc của HSCSD, mỗi MS có thể sử dụng nhiều khe thời gian để truyền thông tin cấu trúc khe thời gian cũng như phương thức mã hoá kênh và ghép xen, các phương thức tương thích tốc độ, thuật toán nhảy tần, các chuỗi hướng dẫn (training sequence) trong HSCSD cũng được xây dựng giống như GSM để đảm bảo khả năng tương thích Tuy nhiên thuật toán mật mã hoá được cải tiến hơn so với GSM, mồi kênh lun lượng trong HSCSD sử dụng một khoá mật mã khác nhau Các khoá này được tạo ra từ một khoá mật mã được xây dựng trong quá trình thiết lập cuộc gọi

Ở các hệ thống GSM, kênh dữ liệu đường lên và đường xuống được truyền lệch nhau theo thời gian nên quá trình thu và phát không diễn ra cùng một lúc, do đó phương thức truyền tin là bán song công Tuy nhiên đối với HSCSD, do sử dụng nhiều kênh thoại nên thời điểm thu và phát dữ liệu sẽ có thể chồng lấn lên nhau Do

đó đòi hỏi máy đầu cuối phải có thiết kế phức tạp hơn đồng thời cấu trúc tần số vô tuyến cũng phải thay đổi để hỗ trợ khả năng thu và phát tín hiệu cùng một lúc

Hệ thống HSCSD có thể hoạt động theo phương thức truyền không cân bằng, tức là tốc độ dừ liệu đường xuống có thể lớn hơn đường lên để hỗ trợ các ứng dụng thích hợp với cơ chế truyền không cân bằng như: trình duyệt WEB, video hội nghị, truyền video Một số cấu hình thường được sử dụng là 2+1, 3+1, 3+2, 4+1

Tương tự như GSM, các kênh SACCH và FACCH được sử dụng để điều khiển hoạt động của kênh TCH/F Kênh SACCH được sử dụng chủ yếu cho việc thông báo

Chương I - Tổng quan về hệ thống thông tin di động th ế hệ th ứ 3

cường độ và chất lượng tín hiệu của các ô lân cận Kênh FACCH được sử dụng để tăng cường tốc độ báo hiệu trong quá trình chuyển giao Trong phương thức truyền cân bằng của HSCSD, mồi kênh SACCH sẽ phục vụ một kênh TCH nhằm phân tách việc điều khiển công suất cho từng kênh TCH Đối với phương thức truyền không cân bằng, do số lượng kênh ờ đường xuống lớn hơn ở đường lên nên sẽ có một số kênh SACCH chỉ phục vụ các kênh đường xuống Chất lượng và mức tín hiệu của các kênh thoại sẽ được trao đổi trên kênh chính của HSCSD Kênh chính

là kênh duy nhất sử dụng FACCH trong hệ thống

d) Các giao thức truyền dữ liệu

HSCSD hỗ trợ các giao thức truyền dừ liệu trong suốt và không trong suốt Các chức năng của giao thức truyền dừ liệu phần lớn được đặt tại khối chức năng tương thích đầu cuối TAF của MS và ở khối IWF của hệ thống

Truyền dữ liệu trong suốt: Việc truyền dữ liệu trong suốt được xây dựng dựa trên

giao thức V I 10 của ISDN Việc biến đổi tốc độ từ 12 kbps (tốc độ của giao diện vô tuyến) sang 16 kbps (tốc độ báo hiệu của ISDN) được thực hiện bàng cách cắt 20 bit đồng bộ ra khỏi khung 80 bit của V I 10 Do sử dụng nhiều kênh lưu lượng nên trong cấu trúc khung V I 10 của HSCSD sẽ dư ra một số bit trạng thái, các bit này có thể được sử dụng cho việc đồng bộ giữa các kênh thoại

Truyền dữ liệu không trong suốt: dịch vụ truyền dừ liệu không trong suốt được dựa

trên cấu trúc liên kết vô tuyến RLC giữa MS và IWF RLC sẽ chịu trách nhiệm đánh số khung và phát lại các khung lỗi để đảm bảo bên thu nhận được các khung theo thứ tự và không có lỗi

2.3.3 GPRS

a) Giới thiệu chung

(Trong các giai đoạn phát triển của GSM lên 3G thỉ luận văn đặc biệt chủ trọng vào GPRS vì đây là bước có những thay đổi cơ bản trong cấu trúc và dịch vụ của hệ thống).

GPRS sử dụng công nghệ dữ liệu gói để truyền dữ liệu khác hẳn việc sử dụng chuyển mạch kênh GPRS sẽ cung cấp dịch vụ dữ liệu gói cho mạng GSM bằng cách phân bổ các khe thời gian trên các giao diện vô tuyến để từ đó ghép kênh tạo luồng giữ liệu

Chương I - Tổng quan về hệ thống thông tin di động th ế hệ thử 3

gói từ một vài thuê bao di động Chuyển mạch gói ở đây đồng nghĩa với việc tài nguyên vô tuyến chỉ được sử dụng khi người sử dụng thực sự gửi và nhận tin

Phương án GPRS: Việc chuyển đổi mạng tới 2,5G hầu như chỉ liên quan đến việc

bổ sung lóp dừ liệu cho hệ thống 2G Ở mức mạng, GPRS cùng sử dụng các máy thu phát vô tuyến và hệ thống chuyển mạch với phần mềm năng cấp ở BS

Do G PRS h oạt đ ộng ở lớp t rên của G SM nên p han 1 ớn c ác tính t oán h oàn t oàn giống nhau Có sẵn một phần dung lượng ở các hệ thống thế hệ thứ 2 để dùng cho dịch vụ dừ liệu

Ở lớp dừ liệu mạng trục GPRS có thể được coi là mạng lớn của nhiều mạng con nhỏ hơn

GPRS có thể cung cấp tốc độ truyền dừ liệu lên tới 115kbps bằng cách sử dụng đồng thời cả 8 khe thòi gian Đây là một dịch vụ gia tăng phi thoại cho phép gửi và nhận thông t in trên n hiều m ạng đ iện thoại d i đ ộng, n ó b ổ sung c ho c ho dịch vụ chuyển mạch kênh và nhắn tin ngắn hiện nay

GPRS thuộc thế hệ GSM pha 2+, được đưa ra nhằm cung cấp khả năng truy cập vô tuyến theo gói cho thuê bao GSM và khả năng định tuyến chuyển mạch gói cho hệ thống tổng đài GSM Công nghệ chuyển mạch gói được xây dựng để tối ưu việc truyền số liệu theo cụm và hồ trợ khả năng truyền một số lượng lớn dữ liệu, ý tưởng

về việc xây dựng GPRS được đưa ra lần đầu vào năm 1992 và tiêu chuẩn đầu tiên được đưa ra vào năm 1997 Tiêu chuẩn này bao gồm tất cả các chức năng của GPRS, bao gồm truyền số liệu người sử dụng từ điểm đến điểm, khả năng kết nối với Internet và mạng X25, chức năng gửi bản tin ngắn (Short message) nhanh bằng các giao thức GPRS, các chức năng lọc để đảm bảo bí mật cho người sử dụng, các công cụ tính cước theo lượng số liệu truyền tải, khả năng truy cập vô danh (anonymous) dành cho các thuê bao trả trước, khả năng chuyển vùng giữa các mạng PLMN Các phiên bản chuẩn sau này còn bao gồm cả khả năng truyền số liệu điểm -

đa điểm (truyền số liệu chơ một nhóm hoặc truyền quảng bá), các dịch vụ phụ trợ và một số khả năng kết nối với các mạng khác (như kết nối qua ISDN hoặc modem)

Đối với người sử dụng, chức năng quan trọng nhất của GPRS là khả năng tính cước theo dung lượng thông tin truyền đi Người sử dụng không cần phải trả tiền cho phần dung lượng mà họ không s ử dụng tới Trong khoảng thời gian chờ, phổ tín hiệu s ẽ được dành cho các thuê bao khác s ử dụng Một khả năng khác cùa GPRS là

nó có thể truyền tải hầu như tất cả các ứng dụng hiện tại và tương lai, vì tốc độ

_? y r r

Chương I - Tông quan vê hệ thông thông tin di động thê hệ thứ 3

truyền dẫn của GPRS có khả năng thay đổi tới giá trị lớn nhất là 171,2 kbps

Đứng trên quan điểm của người cung cấp dịch vụ, cần phải sử dụng một cách có hiệu quả tất cả các nguồn lực khan hiếm, đặc biệt là đối với dịch vụ truyền số liệu Đặc tính truyền dẫn theo cụm tin tạo điều kiện cho việc chia xẻ giao diện vô tuyến

và các nguồn lực của mạng lưới giữa nhiều người sử dụng mà không ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả truyền dẫn thông tin của mỗi người sử dụng riêng lẻ Điều này

sẽ làm tăng thu nhập trên mỗi đơn vị tần số sử dụng

Đối tượng cùa GPRS là các ứng dụng thường xuyên truyền tải một lượng thông tin

ít và đôi khi cần một lượng thông tin có kích cỡ trung bình Điều này tạo điều kiện cho hệ thống thu hút được các dịch vụ và ứng dụng mới Việc truyền dẫn những lượng thông tin lớn vẫn được thực hiện qua chuyển mạch kênh để ngăn ngừa hiện tượng nghẽn khi truyền qua mạng gói Các ứng dụng của GPRS có thể bao gồm từ việc truyền tin trên các máy tính xách tay (thư điện tử, truyền file, duyệt Web ) tới các ứng dụng đặc biệt khác có nhu cầu truyền tin tương đối thấp (đo lường từ xa, kiểm soát lưu lượng giao thông, hướng dẫn giao thông, các giao dịch tiền tệ)

GPRS có thể được sử dụng với các gói giao thức phần mềm chuẩn Giao diện giữa gói giao thức GPRS và giao thức ứng dụng dựa trên cơ sở truyền tin điểm - điểm hoặc một số cơ sở khác như NDIS (Network Driver Interface Specification)

b) Cấu trúc mạng GPRS

Cấu t rúc mạng GPRS được X ây d ựng t rên n ền c ủa hệ t hống G SM hiện t ại T uy nhiên, một số phần tử mạng khác cũng được thêm vào để bố xung chức năng chuyển mạch gói Chức năng định tuyến chính được thực hiện thông qua các điểm

hỗ trợ, bao gồm: Nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN - Gateway GPRS Support Node) và nút hỗ trợ phục vụ GPRS (SGSN - Serving GPRS Support Node) Bên cạnh đó còn

có một mạng trục chính để nối các điểm GGSN và SGSN với nhau, và một cổng biên giới (Border Gateway) để kết nối với các mạng PLMN khác Ngoài ra còn có server quản lý tên miền để phục vụ cho mục đích biên dịch địa chỉ

V - L Q ¡ ¿ ¿ Ạ

_ y r Ị

C hương I - Tông quan vê hệ thông thông tin di động thê hệ th ứ 3

Hình 1.5: GPRS trong môi trường GSM

GGSN lưu giữ thông tin về vị trí của các thuê bao đang sử dụng giao thức truyền số liệu của GGSN Nó cũng chính là một nút kết nối giữa GPRS PLMN và các mạng bên ngoài (Ví dụ mạng X25) Dựa trên địa chỉ của các gói tin nhận được từ các mạng bên ngoài, GGSn sẽ chuyển các gói tin này tới SGSN nào thích hợp Đồng thời các gói tin được truyền từ thuê bao tới GGSN thông qua SGSN để định tuyến

ra các mạng ngoài Việc truyền các gói dữ liệu thực hiện được là do GGSN có thế tham gia vào các thủ tục quản lý lưu động của GPRS, Một đặc điểm quan trọng khác là GGSN có khả năng thu thập thông tin cước theo gói

SGSN tham gia vào việc định tuyến cũng như các chức năng quản lý lun động Nó phát hiện và đăng ký các thuê bao GPRS mới đang nằm trong vùng phục vụ của mình và truyền tải các gói tin giữa các thuê bao di động với GGSN SGSN tham gia vào giao thức quản lý giao diện vô tuyến cấp cao cũng như nhiều giao thức mạng GPRS khác

Việc truyền tải các bản tin dữ liệu và bản tin báo hiệu giữa các nút hỗ trợ GPRS được thực hiện thống qua mạng trục chính của GPRS c ấu trúc giao thức của mạng trục chính dựa trên giao thức Internet (IP) Giao thức TCP (Transmisson Control Protocol) được sử dụng cho các giao thức mạng yêu cầu khả năng truyền tải tin cậy qua trục chính GPRS, và giao thức ƯDP (User Datagram Protocol) được sử dụng cho các giao thức mạng khác (non-reliable) Giao thức GTP (GPRS Tunneling Protocol) được xây dựng ở phía trên các giao thức này cổng biên giới (Border

_•> \ ĩ r

Chương I - Tông quan vê hệ thông thông tin di động thê hệ thứ 3

Gateway) được sử dụng khi cần thiết phải truyền tải thông tin giữa hai GPRS PLMN

để đảm báo tính an ninh trên mạng trục chính Kiểu mạng trục chính được các nhà cung cấp dịch vụ thoả thuận với nhau, có thể là Internet hay qua đường thuê riêng.Hoạt động của các giao thức vô tuyến cấp thấp được quản lý bởi phân hệ trạm gốc BSS Các giao thức truy cấp mức trung và giao thức tự động phát lại là chức năng chính của các phân hệ trạm gốc của GPRS Vì số lượng phân hệ trạm gốc đang hoạt động trong mạng GSM hiện nay rất lớn nên các giao thức GPRS được thiết kế sao cho các thiết bị hiện tại có thể nâng cấp để sử dụng với GPRS

Trong trường hợp giao diện vô tuyến không được quản lý bởi BTS, người ta có thể lắp đặt các khối quản lý gói PCU (Packet Control Unit) Khi đó các chức năng quản

lý vô tuyến được đặt ở BSC hoặc SGSN Việc truyền các bản tin số liệu và báo hiệu giữa BTS và PCU được thực hiện thông qua các khung PCU gọi là các khung TRAU mở rộng

Cấu trúc giao thức giữa BSS và s GSN dựa trên cơ sở công nghệ chuyển mạch khung, dùng các mạch ảo để đồn kênh số liệu từ một số MS Kết nối giữa hai phần

tử này có thể là điểm - điểm hoặc nhiều bước nhảy (multi hop) Giao thức BSSGP

là giao thức riêng của GPRS được sử dụng ở mức trên của Frame Relay BSSGP cung cấp các định dạng bản tin và các thủ tục để truyền số liệu và các bản tin tìm gọi, đồng thời cung cấp các cơ chế quản lý kết nối này cấu trúc giao thức của mặt phẳng truyền dẫn GPRS được mô tả như sau:

Hình 1.6: cẩu trúc mặt phẳng truyền dẫn GPRS

Chương I - Tổng quart về hệ thống tltông tin di động th ế hệ thứ 3

MSC và VLR không tham gia vào quá trình định tuyến dừ liệu GPRS Tuy nhiên, hai phần tử này vẫn cần thiết để phối hợp giữa GPRS và các dịch vụ GPRS khác.HLR chứa thông tin về thuê bao đăng ký GPRS và thông tin định tuyến AUC vẫn quản lý thông tin nhận thực cho thuê bao và tạo các tham số nhận thực và mã hoá EIR được sử dụng để nhận thực thiết bị di động, tức là không cho phép sử dụng các máy bất họp pháp SGSN tương tác với MSC/VLR, HLR, AUC và EIR thông qua giao thức SS7 Giao thức này cũng được sử dụng để SGSN tương tác với SM gateway MSC và SM interworking MSC

Đây là công nghệ đang được sử dụng để triển khai cho các mạng thông tin di động

ở Việt Nam vì vậy sẽ được đề cập sâu hơn trong phần 2

3.1.1 EDGE

c) Giới thiệu chung

Để tăng tốc độ truyền dữ liệu của hệ thống GPRS nhưng vẫn duy trì dải tần làm việc của hệ thống ở 200 kHz các nhà khai thác đã sử dụng công nghệ EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) thông qua việc thay đổi phương thức điều chế dữ liệu Việc triển khai các hệ thống EDGE có thể được thực hiện trên các mạng GSM và TDMA/136 hiện tại, do đó triển khai EDGE là một bước cơ bản trong việc thống nhất các tiêu chuẩn giao diện vô tuyến để chuẩn bị cho sự đồng nhất trong các hệ thống 3G

EDGE thay thế phương thức điều chế GMSK của GSM ( 1 bit/symbol) bằng điều chế 8-PSK, tương ứng với 3 bit/symbol Tốc độ symbol của một kênh vật lý trong EDGE là 271 kbps, tức là 69,2 kbp/khe thời gian, gấp ba lần so với tốc độ 22,8 kbps/khe thời gian nếu dùng GMSK [6]

Bằng việc xây dựng hệ thống trên cở sở hạ tầng của GPRS, EDGE có thể cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu gói với tốc độ từ 11,2 kbps đến 69,2 kbps cho một khe thời gian Ngoài ra, EDGE còn hỗ trợ phương thức sử dụng nhiều khe thời gian để tăng tốc độ truyền gói lên 554 kbps

Chương I - Tổng quan về hệ thống thông tin di động th ế hệ thứ 3

d) Triển khai EDGE trong các hệ thống GSM

Việc triển khai EDGE trong các hệ thống GSM đòi hỏi phải nâng cấp hạ tầng vô tuyến, còn phần NSS sẽ không có nhiều thay đổi vì các nút của GPRS, SGSN, GGSN đều ít nhiều độc lập với tốc độ truyền dữ liệu

Một trong những vấn đề hàng đầu cần giải quyết khi triển khai EDGE trên cơ sơ các

hệ thống GSM là sự tấc nghẽn lưu lượng trong giao diện vô tuyến Vì giao diện vô tuyến hiện tại chỉ hỗ trợ tốc độ 16 kbps cho một kênh lưu lượng, còn đối với EDGE, tốc độ yêu cầu là khoảng 64 kbps, do đó phải phân bổ nhiều khe thời gian trong giao diện Abis cho mỗi kênh lưu lượng

Đối với các giao thức truyền không trong suốt (ví dụ như các giao thức sử dụng ARQ), chất lượng đường truyền xấu đi chỉ làm giảm tốc độ của dữ liệu mà không làm rớt kênh lưu lượng Do mỗi MS sẽ chịu mức nhiễu khác nhau nên tốc độ truyền dẫn mà EDGE cung cấp cho mỗi MS cũng sẽ khác nhau Tốc độ sẽ càng tăng khi

MS chuyển động gần vào trung tâm của ô và ngược lại Theo các kết quả kiểm tra của các cơ quan tiêu chuẩn, tốc độ bit/khe thời gian của một hệ thống đạt 95% dung lượng là 45 kbps đối với 30% người sử dụng, tốc độ bit trung bình sẽ vào khoảng 30 kbps

_•* y r r

Chương I - Tông quan vê hệ thông thông tin di động thê hệ tlíứ 5

Đối với các giao thức truyền trong suốt, EDGE sẽ thực hiện cơ chế thích nghi kết nối (link adaptation) để thay đổi các phương thức mã hoá và điều chế nhàm cung

cấp các khe thời gian có chất lượng đáp ứng các yêu cầu về tốc độ bit và BER

Hệ số sử dụng lại tần số cho hầu hết các mạng GSM hiện tại vào khoảng từ 9 đến

12 Tuy nhiên, nhờ vào việc thực hiện nhảy tần và phát không liên tục (DTX), hệ số này có thể giảm tới giá trị 3, tức là cứ 3 ô sẽ sử dụng lại một tần số Nhờ vào cơ chế thích nghi kết nối, EDGE có thể được triển khai ở bất cứ hệ số quy hoạch tần số nào

Sau khi triển khai EDGE, mồi ô thông thường sẽ có hai bộ thu phát (transceiver): một bộ thu phát cho GSM và một bộ thu phát cho EDGE Mỗi khe thời gian có thể

sử dụng cho một trong các loại kênh sau:

Kênh thoại và dữ liệu kênh cho GSM

Kênh dữ liệu gói cho GPRS

Kênh dữ liệu kênh cải tiến (enhanced circuit-switched data - ECSD) và kênh thoại GSM

Kênh dữ liệu gói cho EDGE (EGPS)

Bộ thu phát cho GSM chỉ có thể hỗ trợ loại kênh thứ nhất và thứ hai, còn bộ thu phát cho EDGE sẽ có thể hỗ trợ cả bốn loại kênh trên

Chương II-G iải pháp cho việc chuẩn bị tiến lên 3G của mạng thông tin di động VittaPhone

I XU HƯỚNG T IẾ N TỚ I THÔNG T IN D I ĐỘNG TH Ế HỆ THỨ BA (3G)

Hiện nay, hai mạng thông tin di động lớn trong nước đó IàM obiFone v à VinaPhone đều sử dụng công nghệ GSM Trong phạm vi luận văn chỉ đề cập tới việc chuẩn bị tiến tới 3G của mạng thông tin di động Vina Phone

Kể từ khi ra đời, mạng thông tin di động GSM đã cho thấy những tính năng vượt trội so với mạng thông tin analog Cùng với các công nghệ TDMA khác như IS-136, DAM P, và các công nghệ CDMA (IS-95), GSM đã thúc đẩy sự phát triển chưa từng có của thị trường thông tin di động thế giới Dự kiến đến năm 2003, số thuê bao di động trên toàn thế giới sẽ vượt qua thuê bao cố định và đạt con số một tỉ thuê bao Nhưng cũng như các công nghệ khác, sau gần 20 năm phát triển, thông tin

di động thế hệ thứ 2 (2G) hắt đầu bộc lộ những khuyết điểm của nó; khi mà nhu cầu

về dịch vụ truyền số liệu và các dịch vụ băng rộng càng trở nên cấp thiết Tình trạng phát triển các mạng di động 2G quá nhiều đã làm nảy sinh một loạt các vấn đề cần giải quyết như: phân bổ tần số bị hạn chế, chuyển vùng phức tạp và không kinh tế, chất lượng chưa đạt mức của điện thoại cố định, Hai nhược điểm cơ bản của hệ thống GSM là chuyển mạch kênh không đáp ứng được với các tốc độ số liệu cao; và

sự lãng phí tài nguyên do một kênh luôn ở trạng thái mở ngay cả khi không có lưu lượng đi qua

Hầu hết các dịch vụ hiện tại của mạng GSM như thoại, số liệu đều sử dụng một kênh lưu lượng (TCH) trên giao diện vô tuyến Những ứng dụng mới lại yêu cầu tốc

độ truyền dẫn cao hơn, do vậy mạng GSM đã thể hiện những nhược điểm như:

■ Thời gian thiết lập kết nối dài

■ Thuê bao chiếm toàn bộ kênh trong suốt quá trình kết nối

■ Dịch vụ SMS hạn chế độ dài bản tin, tối đa là 160 kí tự

■ Dịch vụ số liệu có tốc độ thấp, tối đa là 9,6kb/s

■ Mạng GSM/PLMN không có khả năng cung cấp trực tiếp các dịch vụ Internet

■ Không hiệu qủa trong việc quản lý tài nguyên tần số và tính cước bởi thuê baophải sử dụng và trả tiền cho một kênh lưu lượng trong suốt qúa trình kết nối

1.2 Dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao trên mạng thông tin di động - nhu cầu tất yếu:

Trước đây thuê bao thông tin di động chỉ sử dụng dịch vụ thoại truyền thống với tốc độ bit thấp (13 Kbps với GSM và 8 Kbps với CDMA) nhưng khi vấn đề Internet toàn cầu và các mạng riêng khác phát triển cả về quy mô và mức độ tiện ích thì đã xuất hiện nhu cầu truyền số liệu ở mọi lúc, mọi nơi Các nhà khai thác sử

Chương II -Giảipháp cho việc chuẩn bị tiến lên 3G cùa mạng thông tin di động VinaPhone

dụng công nghệ không dây đang đòi hỏi tính đa dạng cho dịch vụ số liệu không dây, người sử dụng không chỉ có nhu cầu truyền thoại, số liệu, fax mà còn mong muốn

sử dụng máy đầu cuốn của mình truy nhập một cách dễ dàng vào mạng Internet để xem các thông tin cần thiết về thị trường chứng khoán, tra cứu các cơ sở dữ liệu về khách sạn, tiệm ăn, các điểm di lịch , lịch bay của các hãng hàng không, các số điện thoại cần thiết, thời tiết, các dịch vụ giải trí như trò chơi, kết quả bóng đá, thể thao, nghe nhạc MP3, tải về những hình ảnh động cho máy điện thoại di động Đồng thời sử dụng WAP hoặc WEB, thuê bao di động còn có thể truy nhập vào các mạng Intranet để xem các thông tin về cá nhân ví dụ như truy nhập vào mạng ngân hàng

đế xem thông tin về tài khoản tại ngân hàng đó Đặc biệt, trong thời đại ngày nay, với sự bùng nổ của thương mại điện tử (E-Commerce), nhu cầu về mua bán trên mạng qua máy điện thoại di động ngày càng tăng

Do nhu cầu tăng lên, đòi hỏi sử dụng các dịch vụ truyền dữ liệu tốc độ cao, đặc biệt là nhu cẩu truy nhập đa dịch vụ (multimedia) trên mạng Intemet/Intranet qua máy di động ngày càng tăng

Tất cả các dịch vụ trên đòi hỏi:

> Băng thông cho dịch vụ data trên máy di động cao hom rất nhiều so với băng thông hiện nay, lên đến 2 Mbps cho những ứng dụng multimedia

> Tốc độ truy nhập tùy ý: Thuê bao muốn sử dụng đa dịch vụ cùng một lúc, ví dụ như vừa truy nhập Internet vừa tải các file từ máy chủ tại văn phòng Do đó, họ sẵn sàng trả tiền cho băng thông họ yêu cầu, nhà khai thác dịch vụ thông tin di động sẽ cung cấp băng thông cho thuê bao theo yêu cầu

Khác với kỹ thuật truyền số liệu theo phương thức kênh, trong phương thức truyền số liệu gói, mạng chỉ truyền thông tin tới thuê bao khi có nhu cầu Do đó, cùng một kênh vô tuyến có thể được sử dụng đồng thời cho nhiều trạm di động

khác nhau Không những thế, một trạm di động có thể sử dụng đồng thời tới 8 khe thời gian vô tuyến Khi trạm di động cần truyền một gói tin, mạng sẽ chuyển gói tin này trên khe thời gian đầu tiên còn trống, và các gói tin tiếp theo trên khe thời gian khác nếu có thể Do bản chất của thông tin sổ liệu thường tồn tại dưới

dạng cụm nên việc cấp khe thời gian động như trên giúp cho việc sử dụng các kênh

vô tuyến trở nên hiệu quả hơn

Chương II -Giải pháp cho việc chuẩn bị tiến lên 3G của mạng thông tin di động VinaPhone

Hình 2.1: Yêu cầu về băng tần và đô ổn đinh của môt số dich vu số liêu.n ê ỉ • • • •

Hình 2.2: Sự khác nhau giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói.

Khi bản tin cần truyền có dung lượng quá lớn, bản tin này có thê được chia nhỏ thành nhiều gói tin Khi các gói tin này tới nơi nhận, bên nhận tin có nhiệm vụ sắp xếp và nối ghép các gói tin lại thành bản tin ban đầu Việc định tuyến các gói tin tới đích dựa vào các thông tin địa chỉ được gửi kèm trong mồi gói tin Truyền số liệu theo phương thức gói thường thích hợp với các dịch vụ mà trong đó:

Chương II -Giảipháp cho việc chuẩn hị tiến lên 3G của mạng thông tin di động VmaPhone

- Dừ liệu thường tập trung dưới dạng cụm.

- Dữ liệu nhạy cảm vói các lồi

Truyền sổ liệu theo phương thức gói đặc biệt thích họp với các dịch vụ như: thư điện tử, nhắn tin, đo lường từ xa, truy cập w eb, (hình 2.1)

Hình 2.1 cho thấy yêu cầu và tính chất cùa một số dịch vụ truyền số liệu phổ biến Tính chất cụm và yêu cầu về băng tần sẽ ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương thức thông tin/chuyển mạch cụ thể Ngoài ra, chi phí cũng là một yếu tố quan trọng trong việc quyết định phương thức thông tin cho mỗi loại hình dịch vụ

Hình 2.2 chỉ ra sự khác nhau cơ bản giữa phương thức chuyển mạch kênh và phương thức chuyển mạch gói Trong khi chuyển mạch kênh cung cấp một kết nối

mở hai chiều trong toàn bộ thời gian phục vụ thì chuyển mạch gói chi cung cấp kết nối một chiều mỗi khi có nhu cầu truyền các gói tin

1.3 Xu hướng phát triển của công nghệ GSM:

Để đáp ứng những nhu cầu về dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao như trên, công nghệ thông tin di động GSM, công nghệ thông tin di động được sử dụng rộng rãi tại Châu Âu và nhiều nước khác trên thế giới, cần phải phát triển để phục vụ nhu cầu sử dụng dịch vụ truyền số liệu của thuê bao di động

Trong giai đoạn này khi mà hệ thống GSM đã triển khai rất rộng trên qui mô toàn cầu, mỗi nước phải tùy thuộc điều kiện kinh tế, xã hội mà có những bước triển khai cho thích họp, không tạo ra những hụt hẫng lớn (xét trên góc độ kinh tế) và tận dụng được cơ sở hạ tầng hiện có Mặt khác, do hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 chi sử dụng cấu trúc chuyển mạch gói mà hệ thống GSM chỉ sử dụng cấu trúc chuyển mạch kênh nên không thể cùng một lúc thay đổi toàn bộ mạng

Có thể thấy ràng việc chuyển sang thế hệ thứ 3 là xu hướng tất yếu, nhưng do chi phí đầu tư quá lớn, đòi hỏi phải có một giải pháp quá độ mà có thể chấp nhận được cả từ nhà sản xuất, nhà khai thác và khách hàng Đó chính là công nghệ thế hệ 2+ mà tiêu biểu là dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS, còn được gọi là dịch vụ số liệu gói trên đường truyền vô tuyến Mục đích của chương này là giới thiệu về kiến trúc v à một số dịch vụ tiêu biểu của hệ thống GPRS, áp dụng trên mạng GSM; những cải tiến mà GSM thực hiện để hỗ trợ GPRS

Trong phạm vi luận văn này, chỉ sẽ nghiên cứu hướng phát triển thứ nhất của GSM, hướng phát triển sử dụng dịch vụ GPRS như pha phát triển GSM 2+ để tiến tới công nghệ thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) [2]

Chiam g II -Giảipháp cho việc chuẩn bị tiến lên 3G của mạng thông tin di động VmaPhone

1.4 Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS:

Tiêu chuẩn GSM được thiết kế ban đầu chỉ tính đến việc truyền dẫn theo phưong thức chuyển mạch kênh nên việc đưa thêm các kỹ thuật chuyển mạch gói

bổ sung vào GSM đương nhiên đòi hỏi những thay đổi căn bản về mặt chức năng và hoạt động Điểm hạn chế lớn nhất của chuyển mạch kênh trong thông tin vô tuyến nói chung và trong GSM nói riêng là tài nguyên vô tuyến khá hạn hẹp và một khi đã

bị chiếm để phục vụ cho một hoạt động thì không thể sử dụng đồng thời cho một hoạt động khác, ngay cả khi không có dữ liệu truyền đi Chuyển mạch gói là một tiếp cận ưu việt hơn để giải quyết vấn đề này đồng thời chuyển mạch gói cũng được phát triển thành một kỳ thuật tiêu chuẩn trong thông tin di động thế hệ thứ ba (3G)

Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) đã phát triển và tiêu chuẩn hóa Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS) cho dữ liệu gói trong các hệ thống GSM từ hơn

5 năm qua

Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS cho phép áp dụng nguyên tắc vô tuyến gói

để truyền gói dữ liệu của người sử dụng một cách hiệu quả giữa các máy đầu cuối di động GSM và mạng dữ liệu gói Các gói dữ liệu có thể được định tuyến trực tiếp từ máy đầu cuối GPRS tới các mạng chuyển mạch gói Phiên bản hiện nay của GPRS hồ trợ các mạng dựa trên chuẩn IP như mạng Ỉnternet/Intranet cũng như các mạng X.25

Người sử dụng mạng GPRS sẽ đạt được thời gian truy nhập mạng thấp hơn

và tốc độ dữ liệu cao hơn Nếu như với GSM, người sử dụng phải mất một vài giây

đê truy nhập mạng và chỉ đạt được tổc độ truyền dữ liệu tối đa là 9.6 K b p s thì với dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS, thời gian truy nhập mạng thấp hơn 1 giây và tốc

độ truyền dữ liệu tối đa đạt trên 115 K bps.

Hơn thế nữa, phương thức truyền gói GPRS đem lại một giải pháp tính cước tốt hơn cho người sử dụng so với giải pháp tính cước của các dịch vụ chuyển mạch kênh thông thường Các dịch vụ chuyển mạch kênh tính cước dựa trên thời gian kết nối Vì vậy, giải pháp tính cước này không thích hợp với các ứng dụng có lưu lượng không liên tục Người sử dụng phải trả tiền cho toàn bộ cước không gian (Airtime), bao gồm cả thời gian rỗi khi không có một gói dừ liệu nào được chuyển đi, ví dụ như khi người sử dụng đang đọc trang Web Với các dịch vụ chuyển mạch gói, giải pháp tính cước có thể dựa trên số lượng dữ liệu truyền đi Ưu điểm của giải pháp này là khách hàng có thể giữ kết nối liên tục (on-line) trong một thời gian dài, cước phí được tính dựa vào số lượng gói dữ liệu gửi đi [2]

Tóm lại, GPRS cải thiện việc sử dụng tài nguyên mạng vô tuyến, cho phép tính cước dựa trên lượng dữ liệu truyền đi (Packet Billing), tốc độ truyền dừ liệu

Chương II-G iảipháp cho việc chuẩn bị tiến lên 3G của mạng thông tin di động VinaPhone

cao hon, thời gian truy nhập mạng ngắn hơn và làm đon giản hóa việc truy nhập mạng dữ liệu gói của thuê bao GSM

1.4 Các dịch vụ GPRS:

Các dịch vụ truyền số liệu của GPRS cho phép truyền dữ liệu chuyển mạch gói Có hai loại dịch vụ truyền số liệu: Dịch vụ truyền điểm tới điểm PTP (Point- To-Point) và dịch vụ truyền điểm tới đa điểm PTM (Point To Multipoint) GPRS hiện tại chỉ thực hiện được dịch vụ PTP còn loại dịch vụ PTM chỉ có thề thực hiện với các phiên bản GPRS trong tương lai

Dịch vụ PTP cho phép truyền gói dữ liệu giữa hai người sử dụng Nó cho phép thực hiện truyền dữ liệu cả ở chế độ không kết nối (Connectionless) (ví dụ như cho mạng IP) và truyền ở chế độ kết nối có hướng (Connection-oriented) (ví dụ như mạng X.25)

Hệ thống GPRS cung cấp kết nối IP giữa trạm di động và mạng Intemet/Intranet Dữ liệu truyền dựa trên giao thức ỈP Từ quan điếm của người sử dụng thì mạng GPRS đã cung cấp một kết nối Modem đến mạng Internet trong đó trạm di động đóng vai trò của Modem

Khi sử dụng dịch vụ truyền số liệu của mạng GPRS, người sử dụng có thể lựa chọn tốc độ truyền tùy ý Tốc độ truyền phục thuộc vào sơ đồ mã hóa giao diện

vô tuyến được sử dụng

Do các trạm di động sử dụng giao thức TCP/IP để kết nối nên GPRS cho phép thực hiện các dịch vụ của Intemet/Intranet nhu dịch vụ World Wide Web, WAP, E-Mail, truy nhập cơ sở dữ liệu và các dịch vụ thực hiện từ xa qua máy đầu cuối di động ví dụ như dịch vụ kiểm tra thẻ tín dụng, tài khoản ngân hàng Tuy nhiên, tất cả các dịch vụ này là dịch vụ của mạng InterneƯIntranet và không nằm trong hạ tầng mạng GPRS

Dịch vụ gửi bản tin ngắn SMS cũng có thể được thực hiện qua mạng GPRS Ngoài ra còn có các dịch vụ phụ trợ khác như dịch vụ chuyển tiếp cuộc gọi vô điều kiện (CFU), dịch vụ chuyển tiếp cuộc gọi khi không thể kết nối tới thuê bao (CFNR) và dịch vụ nhóm thuê bao gần nhau (CUG)

1.5 Chất lượng dịch vụ (QoS):

Các dịch vụ khác nhau như dịch vụ đa phương tiện thời gian thực, World Wide Web, WAP, E-Mail, Video đòi hỏi chất lượng dịch vụ QoS rất khác nhau Vì vậy, một trong những tính năng q uan trọng cần quan tâm là V iệc phân loại chất lượng dịch vụ thành các mức QoS khác nhau cho mỗi phiên làm việc GPRS cho phép xác định QoS sử dụng các tham số về quyền ưu tiên dịch vụ như độ tin cậy, trễ

Chương II -Giảipháp cho việc chuẩn bị tiến lên 3G cùa mạng thông tin di động VinaPhone

và lượng thông tin truyền qua Quyền ưu tiên dịch vụ là mức độ ưu tiên của dịch vụ

đó so với dịch vụ khác và được chia thành 3 mức: cao, bình thường và thấp

Độ tin cậy dùng để chỉ các tính năng truyền theo yêu cầu của ứng dụng Có 3 mức độ tin cậy được xác định để đảm bảo giá trị cực đại của suy hao, lỗi thứ tự gói hoặc mất đường truyền (phát hiện lỗi) của các gói dừ liệu Bảng 1 cho ta các mức

độ tin cậy khác nhau của mạng GPRS

Bảng 2.1: Các mức độ tin cậy của mạng GPRS

Bảng 2.2 cho ta các mức trễ của mạng GPRS Các tham số trễ xác định các giá trị cực đại cho các thời gian trễ thực và trễ 95% Trễ 95% có nghĩa là trễ cực đại trong 95% của tất cả các gói được truyền Thời gian trễ được xác định là thời gian truyền từ trạm di động này tới trạm di động kia hoặc giữa một trạm di động và giao tiếp Gi tới mạng dữ liệu gói bên ngoài Thời gian trễ bao gồm toàn bộ trễ trong mạng GPRS như trễ do yêu cầu và ấn định sóng vô tuyến, trễ truyền giữa các mạng đường trục GPRS ở đây không tính tới trễ bên ngoài mạng GPRS ví dụ như trễ chuyển tiếp giữa các mạng bên ngoài

Chương II -Giảipháp cho việc chuẩn bị tiến lên 3G của mạng thông tin di động VmaPhone

Lượng thông tin truyền qua xác định tốc độ bit cực đại và tốc độ bit thực tế.Việc sử dụng các mức QoS cũng như các tham số về QoS có thể được thỏa thuận giữa thuê bao di động và mạng GPRS cho mồi phiên làm việc, dựa trên nhu cầu về QoS và các tài nguyên hiện có Việc tính cước dịch vụ sẽ được thực hiện dựa trên lượng dừ liệu truyền đi, loại dịch vụ và các tham số QoS lựa chọn

II CẤU TRÚ C H Ệ TH Ố N G GPRS

2.1 C ấ u tr ú c m ạ n g G P R S :

GPRS được xem như là một dịch vụ của mạng GSM ETSI đã thiết kế hệ thống GPRS triển khai trên cơ sở hạ tầng mạng sẵn có của mạng GSM sao cho không ảnh hưởng đến các dịch vụ hiện tại và với chi phí đầu vào thấp Các phần tử hiện hữu của mạng GSM chỉ cần nâng cấp về phần mềm, ngoại trừ khối BSC phải nâng cấp

về phần cứng Một số luyến truyền dẫn được sử dụng chung cho cả dịch vụ chuyển mạch kênh và dịch vụ chuyển mạch gói, ví dụ như tuyến giữa BTS và BSC Đe có thể tích hợp GPRS vào mạng GSM hiện tại, cần có thêm một sổ các nút được gọi là các nút hỗ trợ GPRS (GSN) Các nút GSN thực hiện việc chuyển các gói dữ liệu giữa các trạm di động và giữa trạm di động và các mạng dừ liệu gói bên ngoài (PDN) như mạng InterneƯIntranet, X.25 Hai nút mới được bổ xung, đó là nút hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch gói di động (SGSN) và nút hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch gói di động cổng (GGSN)

Các giao diện của GSM cũng được sử dụng lại và bổ xung thêm chức năng để

hỗ trợ các nút GPRS Trạm BTS của GSM được bổ xung các giao thức mới để truyền tải dữ liệu dưới dạng gói Ngoài ra, một số các chức năng như phân bổ tài nguyên khe thời gian và phân bổ kênh số liệu gói cũng được thực thi tại đây Do vậy, các kênh số liệu gói (PDCH) của GPRS được trộn lẫn với các kênh lưu lượng (TCH) của chuyển mạch kênh Trong khi một kênh lưu lượng được phân bổ cho chỉ một người dùng thì một kênh số liệu gói có thể được chia xẻ đồng thời bởi nhiều thuê bao GPRS khác nhau

Hình 2.3 là kiến trúc của hệ thống GPRS trên nền của mạng GSM, trong đó đã lược bỏ một số thành phần và các liên kết thuần GSM Phần sau đây sẽ trình bày chức năng cụ thể của từng khối [5]