tiểu luận về công nghệ 3G

Tiểu luận : Nâng cấp công nghệ họ GMS lên 3G và cấu trúc mạng lõi Giáo viên hướng dẫn : Tiến sĩ Phạm Công Hùng Sinh viên : Đặng Hoàng Tùng – Lớp cao học khóa I http://www.ebook.edu.vn T

Trang 1

Tiểu luận : Nâng cấp công nghệ họ GMS lên 3G và cấu trúc mạng lõi

Giáo viên hướng dẫn : Tiến sĩ Phạm Công Hùng

Sinh viên : Đặng Hoàng Tùng – Lớp cao học khóa I http://www.ebook.edu.vn Trang 1

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Cuốn bài giảng thông tin di động 3G – Tiến sĩ Phạm Công Hùng

2 “Mạng viễn thông thế hệ sau” Nhà XB Bưu điện 2002

3 “Softswitch architecture for VoI”, McGraw-Hill, 12/2003

4 “Ar-chitecture to be deployed on strategies of Next Generation Networks”, IEEE Communication magazine 2003- K.H.Lee, K.O.Lee, K.C.Park

5 G.De Marco, P.Asprino, A.Fresa, M.Longo, “Developing new generation network services”, IEEE Communication magazine 2003

6 “Softswicth”- www.tel-access.com

7 “Softswitch Evolution in NGN” - Jonathan Cumming

8 “Third Generation (3G) Wireless White Paper” Trillium Digital Systems, Inc March 2000

Trang 2

PHỤ LỤC

Trang 3

Trang 4

Như chúng ta đã biết mạng 2G (Second-Generation wireless telephone technology) là mạng điện thoại di động thế hệ thứ 2 Đặc điểm khác biệt nổi bật giữa mạng điện thoại thế hệ đầu tiên (1G) và mạng 2G là sự chuyển đổi từ điện thoại dùng tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Tùy theo kỹ thuật đa truy cập, mạng 2G có thể phân ra 2 loại: mạng 2G dựa trên nền TDMA (Time Division Multiple Access) và mạng 2G dựa trên nền CDMA (Code Division Multiple Access)

Trong đó, TDMA là phương thức đa truy cập phân chia theo thời gian còn CDMA là phương thức đa truy cập phân chia theo mã Trong kỹ thuật CDMA, tín hiệu của mỗi người dùng (user) sẽ được dàn trải (spreading) bằng một mã xác định trực giao (hoặc giả trực giao) với nhau Tín hiệu truyền sẽ là tín hiệu chồng chập của nhiều người dùng khác nhau theo thời gian và trên cùng một băng tần số

Còn mạng 3G (third-generation technology) là công nghệ truyền thông thế hệ thứ ba, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh ) Và điểm nổi bật nhất của mạng 3G so với mạng 2G nằm ở khả năng cung ứng truyền thông gói tốc độ cao nhằm triển khai các dịch vụ truyền thông đa phương tiện trên mạng di động Tốc độ truyền dữ liệu mạng 3G sẽ cao hơn rất nhiều so với mạng 2G

Hiện nay, tại Việt Nam phát triển công nghệ 3G là một trong vấn đề được nhiều chuyên gia cũng như các nhà đầu tư quan tâm.Theo đánh giá của các chuyên gia viễn thông, việc chuyển từ 2G sang 3G là điều không thể tránh được trong xu thế hiện nay vì người sử dụng muốn hưởng các dịch vụ đa phương tiện phong phú và dịch vụ dữ liệu tốc độ cao Những chiếc điện thoại di động thế hệ 2G sẽ hoạt động được trên mạng 3G nếu người sử dụng đăng ký dịch vụ Theo nhiều chuyên gia, có thể sẽ có những chiếc điện thoại chuyện dụng trên mạng 3G và chúng không khác mấy so với các loại điện thoại hiện thời

Trang 5

Tương tự như sự hội tụ của mạng cố định theo hướng NGN, các công nghệ di động cũng đang trong quá trình hội tụ nhằm đáp ứng các yêu cầu của khách hàng di động về băng thông và chất lượng dịch vụ với việc ra đời mạng di động thế hệ 2.5G, 3G

Lưu lượng các giao dịch (voice/data) trên mạng di động cũng tăng rất nhanh trong thời gian gần đây và từ năm 1999 đã vượt nhu cầu trên đường hữu tuyến Các nghiên cứu tại Việt Nam về mạng di động còn rất hạn chế và thường chỉ là nghiên cứu lý thuyết mà ít có những sản phẩm thực tế Nguyên nhân sâu xa của vấn đề là ở chỗ mạng di động chứa đựng nhiều kỹ thuật phức tạp khó chủ động trong điều kiện hiện nay của Việt Nam

II / CÁC YẾU TỐ KỸ THUẬT TRONG MẠNG DI ĐỘNG

Tương tự như trong mạng cố định, mạng di động bao gồm các lớp: lớp các đầu cuối nguời sử dụng (terminal), lớp truy nhập (access), lớp mạng lõi (core), lớp cung cấp dịch vụ (services) với sự tham gia của các tác nhân: Khách hàng (customer-subscriber), nhà cung cấp dịch vụ (service provider) và nhà cung cấp nội dung (content provider)

2.1 Lớp các thiết bị đầu cuối ( terminal )

Lớp các đầu cuối di động có chức năng giao diện với người sử dụng và truy nhập dịch vụ từ mạng lõi, một số chức năng bao gồm trong đầu cuối di động: các giao thức truy nhập vô tuyến, các giao thức truy nhập dịch vụ (call/data),

Trang 6

báo hiệu đầu cuối đến đầu cuối, nhận thực (SIM), framework cho các dịch vụ của người sử dụng,

2.3 Lớp lõi (core)

Lớp lõi (core) của mạng di động thực hiện các chức năng: chuyển mạch các phiên giao dịch, quản lý di động, báo hiệu thiết lập cuộc gọi giữa mạng core và đầu cuối, báo hiệu liên mạng giữa các mạng core mobile, báo hiệu liên mạng với các mạng cũ

Lớp lõi bao gồm các thành phần: Chuyển mạch (MSC), quản lý thuê bao (HLR, VLR, EIR, UAC), cổng giao tiếp liên mạng (GMSC) Các thành phần lớp lõi thực hiện quản lý thuê bao như EIR, HLR, VLR thường tương tự nhau trong các mạng di động và các thế hệ di động vì chúng thường là phần quản trị CSDL không liên quan đến kỹ thuật mạng Các thành phần chuyển mạch và cổng giao

Trang 7

tiếp liên mạng của các mạng GSM và CDMA giống nhau về nguyên tắc và khác nhau trong những giao thức tại các giao diện cụ thể

III SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG DI ĐỘNG

3.1 Sự phát triển giữa các thế hệ thông tin

Trên mạng cố định (fixed) đang diễn ra một quá trình hội tụ về công nghệ và dịch vụ giữa mạng viễn thông và Internet dựa trên kỹ thuật chuyển mạch gói IP, thuật ngữ NGN- mạng thế hệ sau được nhắc đến rất nhiều trong những năm gần đây Internet cũng đang phát triển từng ngày, từ các modem tốc độ thấp, đến nay

đã phát triển nhiều phương thức truy nhập tốc độ cao và linh hoạt hơn trong đó Wireless-LAN thực sự là một thách thức với mạng di động tuy khả năng di động còn hạn chế

Đứng trước sự phát triển của Internet cùng với các dịch vụ phong phú mới của mạng cố định, các nhà cung cấp dịch vụ di động không thể thoả mãn với mạng

di động 2G hiện chỉ có ứng dụng thoại và nhắn tin ngắn SMS Nhiều tổ chức viễn thông lớn và các tổ chức chuẩn hoá quốc tế cố gắng đưa ra một kiến trúc mạng di động mới nhằm thích ứng linh hoạt với sự phát triển của công nghệ IP,

có thể đáp ứng tốt nhu cầu của khách hàng về các dịch vụ mới 3GPP là tổ chức

mở về chuẩn hoá mạng di động trong thế hệ mới với việc nghiên cứu và đưa ra các khuyến nghị cho mạng di động trên con đường tiến tới sự hội tụ

Trang 8

3GPP đã tiến hành các nghiên cứu cho các mạng di động khác nhau nhưng đều hướng tới một cái đích chung, đó là mạng di động thế hệ thứ 3(3G) Một loạt các khuyến nghị, đề xuất cũng được ITU chấp nhận trong bộ tiêu chuẩn về 3G (IMT-2000)

Một số công ty lớn trên thế giới còn thông báo đã phát triển lên mạng 4G, mặc

dù chưa có những khuyến nghị và định nghĩa cụ thể nào về 4G nhưng có thể hiểu đây là một mạng di động hội tụ giữa 3G và Wireless-LAN cung cấp cho khách hàng băng thông rất cao và khả năng di động toàn cầu trên cơ sở công nghệ IP

Hình dưới điểm qua một số mốc và các đặc trưng cơ bản trong tiến trình phát triển của kỹ thuật liên quan đến di động và xu thế hội tụ trong tương lai của mạng di động

3.2 Xu hướng công nghệ thông tin không dây

Xu hướng tiến đến 3G không phải là sự thay đổi hoàn toàn về công nghệ mà là

cố gắng nâng cấp từng bước các mạng đang tồn tại nhằm đảm bảo sự tương thích cũng như tránh sự đầu tư vượt quá sức của nhà khai thác

Ở Việt Nam cũng đang trong quá trình tiến tới thế hệ mạng di động 3G, tiến hành các nghiên cứu lý thuyết, ban hành các tiêu chuẩn về các giao diện mạng,

Trang 9

đề xuất phương án triển khai thử nghiệm 3G ở Việt Nam và cũng đã triển khai thử nghiệm 3G trong phạm vi hẹp trên mạng của Mobifone, Vinaphone

Các nhà khai thác mạng di động hiện tại và một số nhà cung cấp dịch vụ di động mới (Viettel, SPT, ETC ) thực hiện việc nâng cấp mạng hay trang bị mới vẫn dựa trên lộ trình từ 2G lên 2.5G rồi đến 3G mà chưa một nhà khai thác nào có sự đầu tư trực tiếp vào 3G

Với thị trường Việt Nam, công nghệ di động đầu tiên GSM, thế hệ 2G đơn giản, chỉ cho phép thoại là chính Việc nâng cấp lên công nghệ GPRS vào cuối năm

2003 đã giúp người dùng bắt đầu làm quen với những ứng dụng dữ liệu Cuối năm 2007 vừa qua, sau khi ứng dụng EGDE, tốc độ đã được nâng cao hơn với đỉnh tốc độ đạt khoảng 384 kb/s Nhưng tốc độ thực tế vẫn còn thấp khiến các dịch vụ dựa trên nền dữ liệu không thể phát triển và bùng nổ mạnh như dịch vụ thoại hiện nay

Trên thế giới bây giờ còn 2 thế hệ cao cấp của họ GSM vẫn chưa được ứng dụng tại thị trường Việt Nam, đó là WCDMA - thế hệ 3G với tốc độ 2Mbps và HSPA (HSDPA & HSUPA) – thế hệ 3,5G với khả năng truyền lên đến 14,4 Mbps Đây

là những công nghệ tiên tiến đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới với hơn

200 triệu thuê bao, trên 220 mạng thuộc 94 quốc gia, chiếm 2/3 thuê bao 3G trên toàn cầu (GSA, 6/2008)

Trang 10

Sinh viên : Đặng Hoàng Tùng – Lớp cao học khóa I http://www.ebook.edu.vn Trang

10

III NÂNG CẤP CÔNG TRONG NGHỆ HỌ GSM LÊN 3G

3.1 Hiện trạng hệ thống thông tin di động ở nước ta

Qua một số sách báo, tạp chí và thông tin từ một số nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động thì mảng di động trong thời gian trước đây chỉ tập trung vào các vấn

đề lý thuyết và việc triển khai công nghệ hơn là việc nghiên cứu phát triển sản phẩm Sự hạn chế này bên cạnh việc là hạn chế chung ở nước ta trong nghiên cứu về viễn thông nói chung còn do sự tập trung các công nghệ phức tạp nhất về

kỹ thuật mạng di động và các kỹ thuật chuyên dụng để thực hiện nằm ngoài khả năng tiếp cận của chúng ta

Trong một vài năm trở lại đây đã có một số nghiên cứu theo hướng sản phẩm trên mạng di động và lần đầu tiên các sản phẩm nghiên cứu này đã tham gia hoặc có khả năng tham gia vào cấu trúc mạng và cung cấp dịch vụ cho các mạng

di động ở VN 2G và 2,5G Có thể kể đến CDIT với các sản phẩm: Hệ thống nhắn tin ngắn-SMSC, Hệ thống cung cấp dịch vụ báo cuộc gọi bị lỡ, hệ thống thông báo thuê bao chuyển vùng (2G), Hệ thống nhắn tin đa phương tiện MMSC, Hệ thống cung cấp dịch vụ WAP2.0, Hệ thống cung cấp dịch vụ Video-streaming (2.5G)

Nhìn chung, các sản phẩm nghiên cứu này tập trung ở lớp cung cấp dịch vụ Các nghiên cứu về các mạng lõi, mạng truy nhập và đầu cuối vẫn hầu như rất ít được

đề cập đến

3.2 Nghiên cứu chuyển từ 2G lên 3G

Mô hình tổ chức của các mạng viễn thông từ trước tới nay được tổ chức theo hàng dọc, nghĩa là mỗi mạng phục vụ cho một loại hình dịch vụ riêng Trong xu hướng phát triển của mạng viễn thống để đáp ứng với tình hình mới, mô hình tổ chức mạng thế mới NGN được đề xuất sử dụng ( chuyển mô hình tổ chức mạng

từ hàng dọc sang cấu hình phân lớp có sự tách biệt giữa các lớp : truy nhập,

Trang 11

Khi nâng cấp lên 3G, công nghệ WCDMA hoạt động trên một kỹ thuật truy cập khác hoàn toàn, đó là CDMA, do đó băng tần hoạt động sẽ phải tách biệt với GSM (WCDMA mỗi kênh băng tần số là 5MHz) Sẽ cần một dải tần 3G mới khác với tần số đang hoạt động hiện nay

Việc đầu tư mở rộng bằng cách đặt thêm trạm phát sóng BTS hiện nay gặp nhiều khó khăn do việc quản lý hành chính và sự tốn kém về tài chính Mật độ trạm tại các khu dân cư tương đối dầy ( ví dụ tại Đà Nẵng khoảng cách gần nhất giữa 2 trạm từ 200-300m) nếu bổ xung thêm trạm sẽ dẫn đến nhiễu kênh và khó tái sử dụng tần số

Để đổi mới ta sẽ cần một thiết bị thu phát sóng BTS hoàn toàn mới, được đặt tên

là Node B, cùng với nó là một thiết bị quản lý trạm gốc (BSC) mới, tên là điều khiển mạng vô tuyến RNC (Radio Network Controller)

Đối với mạng GSM, để chuyển sang mô hình mạng phân lớp NGN trong giai đoạn đầu chuyển sang mạng 3G, giải pháp chuyển mạch mềm cho di động ( Mobile SoftSwitch ) sẽ thay thế các MSC truyền thống bằng các chuyển mạch mềm, trong đó có sự tách biệt giữa phần điều khiển và phần chuyển mạch Công nghệ chuyển mạch gói được đưa và sử dụng song song với công nghệ chuyển

Trang 12

Hình 1: Phương án chung mạng lõi Mặt khác, để tránh tác động đến mạng đang hoạt động cũng như để mở rộng dung lượng, một giải pháp khác cũng được các nhà cung cấp sử dụng là đầu tư một hệ thống mạng mới hoàn toàn (Hình 2)

Hình 2: Phương án thêm mạng lõi

Trang 13

13

Theo thời gian, tất cả các thiết bị mạng lõi và vô tuyến sẽ tích hợp chung như Hình 3 Các thiết bị BTS, BSC cũ sẽ hết khấu hao hoặc di chuyển ra các vùng sâu, vùng xa khác để hỗ trợ sóng GSM/EDGE

Hình 3: Phương án tích hợp chung

3.2.2 Sự phát triển liền mạch

Có một số nhận xét về sự nâng cấp lên 3G chỉ là sự ghép thêm 1 hệ thống mới với công nghệ mới vào hệ thống có sẵn Nhưng thực tế việc nâng cấp mạng mang tính kế thừa và liền mạch như hình dưới

Vô tuyến WCDMA

- Băng tần 1900, 2100 Mhz

- Phủ sóng bắt đầu từ các vùng đô thị

Trang 14

14

Ở đây, ngoài hệ thống vô tuyến WCDMA (bao gồm RNC và Node B) là cần đầu tư mới, tất cả hệ thống khác sẽ được tận dụng lại Hầu hết các nhà sản xuất tổng đài hiện nay đều có giải pháp để nâng cấp hệ thống mạng lõi, truyền dẫn, cơ sở dữ liệu, hệ thống vận hành… hiện hữu để hỗ trợ cả GSM và WCDMA

Như vậy, muốn phủ sóng 3G ở đâu, các nhà cung cấp dịch vụ sẽ đặt thiết bị thu phát sóng 3G khu vực đó (sử dụng nhà trạm có sẵn) và nối về tổng đài Tất nhiên, với số lượng hơn 3000 - 4000 nhà trạm/1 mạng như hiện nay tại Việt Nam, việc đầu tư 3G phủ sóng toàn quốc không phải dễ dàng và khá tốn kém Tuy nhiên từ sự đầu tư WCDMA này, việc nâng cấp lên mạng 3,5G HSPA sẽ rất đơn giản khi chỉ cần nâng cấp phần mềm, tương tự như khi người ta nâng cấp từ GPRS lên EDGE, là người dùng có thể sử dụng được dịch vụ di động không thua kém gì mạng ADSL hữu tuyến hiện nay

- Tuy nằm trên 2 thiết bị khác nhau, sự vận hành của 2 hệ thống vô tuyến bao gồm GSM và WCDMA cũng sẽ được quản lý thống nhất, đảm bảo chuyển giao liền mạch giữa 2 hệ thống Cuộc gọi sẽ vẫn đảm bảo duy trì khi chuyển băng tần

và chuyển công nghệ, điều này sẽ xảy ra khi người dùng di chuyển ngoài vùng phủ sóng của một công nghệ hoặc bị quá tải

Nhờ tính liền mạch này, việc sử dụng băng thông sẽ rất hiệu quả (có sự điều tiết, phân bố qua lại giữa các cuộc gọi trên các băng tần), tức sẽ giảm nghẽn mạng; các thiết bị sẽ được tận dụng tối đa (dùng chung tài nguyên cho cả hai hệ thống);

và việc đầu tư WCDMA không cần phải đồng loạt toàn mạng

3.2.3 Việc vận hành của một mạng 3G

Tùy vào mức độ phát triển của từng thị trường và từng mạng, mô hình triển khai 3G của mỗi nhà khai thác sẽ khác nhau Hoặc phủ sóng đồng loạt 3G trên toàn thị trường, hoặc phủ sóng dần dần từ khu vực đô thị rồi mở rộng dần Khi đó tại vùng 3G, sẽ tồn tại một loạt các công nghệ GSM, GPRS, EDGE,

Định dạng
Số trang	27
Dung lượng	571,05 KB