TÀI LIỆU VỀ Thông tin di động

Lịch sử phát triểnGiới thiệu chung : Hệ thống thông tin di động tế bào số Digital Cellular mobile communication systems hay còn gọi là hệ thống thông tin di động mobile systems là hệ t

Tài liệu tham khảo

Thông tin di động số, Ericsson, 1996

www.wikipedia.org

Tính toán mạng thông tin di động số cellular,

Thầy Vũ Đức Thọ

GSM, CdmaOne and 3G Systems,

Raymond Steele, Chin-Chun Lee, Peter Gould

GSM, Switching, Services and Protocols,

John Wiley & Sons

Phần 1 T ỔNG QUAN VỀ

HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Nội dung

Lịch sử phát triển

Cấu trúc hệ thống

Tế bào

Đa truy nhập

ξ1 Lịch sử phát triển

Giới thiệu chung :

Hệ thống thông tin di động tế bào số (Digital Cellular

mobile communication systems) hay còn gọi là hệ thống thông tin di động (mobile systems) là hệ thống liên lạc với nhiều điểm truy nhập khác nhau (access points, or base stations) trên một vùng địa lý hay còn goi là các cell

Nguời sử dụng có thể di chuyển trong vùng phủ sóng của các trạm (base station)

Ra đời vào những năm 1920 ( là các phương tiện thông tin giữa các đơn vị cảnh sát Mỹ )

ξ1 Lịch sử phát triển

1982 sử dụng kỹ thuật TDMA là Nhóm đặc trách di đông GSM

( G roup S pecial M obile) sau này được đổi thành Hệ thống di động toàn cầu ( G lobal S ystem for M obile communications

Hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng phương thức

đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA và điều chế tần

số FM.

Đặc điểm:

ξ1 Lịch sử phát triển

 Phương thức truy nhập: FDMA

 Dịch vụ đơn thuần là thoại

 Dung lượng tăng

 Chất lượng thoại tốt hơn  Hỗ trợ

các dịch vụ số liệu (data)  Phương

thức truy nhập:

Chuyển mạch: chuyển mạch kênh (Circuit Switching)

IS-95 (CDMA one) - CDMA Triển khai tại Mỹ và Hàn Quốc.

PDC (Personal Digital Cellular) – TDMA, Triển khai tại Nhật Bản

E volved S econd G eneration ( 2.5 G )

 Các dịch vụ số liệu cải tiến :

ξ1 Lịch sử phát triển

 Tốc độ bit d ata cao hơn

 Hỗ trợ kết nối Internet.

 Phương thức chuyển mạch:

 Chuyển mạch gói - Packet Switching Ví dụ:

 GPRS - General Packet Radio Services: Nâng cấp từ mạng GSM nhằm hỗ trợ chuyển mạch gói (172 kbps).

 EDGE - Enhance Data rate for GSM Evolution

Hỗ trợ tốc độ bit cao hơn GPRS trên nền GSM (384 kbps)

T hird G eneration ( 3G )

 Hỗ trợ các dịch vụ số liệu gói tốc độ cao:

 Dịch vụ đa phương tiện, kết nối qua Internet, ví dụ như:

 Video Streaming, video conference, web browsing, email, navigational maps

Cost of moving from GSM to cdmaOne overrides the benefit of the CDMA migration path

Source: U.S Bancorp Piper Jaffray

ξ1 Lịch sử phát triển

F ourth G eneration ( 4G )

Hiện nay đang xây dựng chuẩn

Cải tiến về dịch vụ dữ liệu:

Distribution of GSM Subscribers

 GSM is used by 70% of subscribers worldwide

 564 M subs / 800 M subs in July 2001

 Most GSM deployments in Europe (59%) and Asia (33%)

 ATT & Cingular deploying GSM in US today

Number of subscribers in the world (Jul 2001)

Source: EMC World Cellular / GSM Association 71%

GSM

US TDMA 10%

CDMA 12%

PDC 7%

ξ2 Cấu trúc hệ thống

2 Cấu trúc hệ thống

Trong đó :

HLR : H ome L ocation R egister: bộ đăng ký định vị thường trú

VLR : V isited L ocation R egister: bộ đăng ký định vị tạm trú

AuC : Au thentication C enter: Trung tâm nhận thực

MSC : M obile S witching C enter: Trung tâm chuyển mạch di động

ξ3 Khái niệm tế bào

3 Khái niệm tế bào

 Độ nhạy thu - Receive Sensitivity:

Mức công suất tối thiểu mà tại đó máy thu vẫn nhận được tín hiệu.

Đơn vị: [dBm]

VD: Card mạng WLAN theo chuẩn 802.11 có độ nhạy thu là -96 dBm

4 Các phương thức đa truy nhập

FDMA: Frequency Division Multiple Access đa truy

nhâp phân chia theo tần số

TDMA: Time Division Multiple Access

đa truy nhâp phân chia theo thời gian

CDMA: Code Division Multiple Access đa truy

nhâp phân chia theo mã

- UL: 890 MHz – 915 MHz

- DL: 935 MHz – 960 MHz

Network Switching Subsystem

Phân hệ vô tuyến - RSS = BSS + MS

Radio SubSystem

Phân hệ vận hành và bảo dưỡng - OMS

Operation and Maintenance Subsystem

ξ2.1 Cấu trúc hệ thống GSM

Kết nối mang thông tin báo hiệu /điều khiển Kết nối mang thông tin người sử dụng và báo hiệu

1 Trạm di động MS - Mobile Station

Trạm di động MS = ME + SIM

ME : Mobile Equipment - thiết bị di động

SIM: Subscriber Indentity Module Module nhận

dạng thuê bao.

ME = hardware + software

ME IMEI =  Assigned at the factory

Type Approval Final Assembly

BSC: Base Station Controller

Bộ điều khiển trạm gốc BSC thực hịên các chức năng sau:

Điều khiển một số trạm BTS: xử lý các bản tin báo hiệu, điều

khiển,vận hành & bảo dưỡng đi/đến BTS

Khởi tạo kết nối

Điều khiển chuyển giao:Intra & Inter BTS HO Kết

nối đến MSC, BTS và OMC

BSS’s components

BSS = TRAU + BSC + BTS

 BTS : Base Tranceiver Station hoặc BS :

Base Station

 Trạm thu phát gốc BTS thực hịên các chức năng sau:

Thu phát vô tuyến (Radio Carrier Tx and Rx)

Ánh xạ kênh logic vào kênh vật lý

( Logical to physical Ch Mapping )

Mã hóa/giải mã hóa (Coding/Decoding)

Mật mã hóa/giải mật mã hóa(Ciphering/Deciphering)

Điều chế / giải điều chế (Modulating/ Demodulating)

Hình chuỗi: chain , , ,    

Gh ép kênh:

4*(3+13) = 64 Kbps

Tốc độ 1 k ênh thoại: 16 Kbps

1 2 3 4

1 TS  1 k ênh

thoại: 64 kbps

)

TS (64kbps 1

 k4 ênh (16kbps)

2 Phân hệ chuyển mạch NSS

m trú VLR

B ộ đ ị nh v ị t ạ

“VLR là c ơ ở ữ ệ s d li u trung gian l ư u gi ữ ạ t m th ờ i

c v thuê bao trong vùng ph MSC/VLR

• Tr ng thái c ạ ủ a MS (b n: busy; r ỗ ậ i : idle)

VLR: Visitor Location Register

th c ‘triple: RAND, Kc,SRES’ khi HLR yêu c ự ầ

đ ể ế ti n hành quá trình nh n th ậ ự c thuê bao”.

AuC: Aunthentication Center

• Một thiế ịt b s có s IMEI thuẽ ố ộc 1 trong 3 danh sách:

+ Danh sách trắ ng (white list) -> valid ME

Danh sách đen (black list) -> stolen ME

+

Danh sách xám (gray list) -> ME is fauly or do not meet curent GSM +

specifications

3 Phân hệ vận hành và bảo dưỡng OMS

Trung tâm vận hành và bảo dưỡng OMC

OMS: Operation and M aintenance S ubsystem

Trung tâm vận hành và bảo dưỡng OMC

OMC :

O peration and

M aintenance

C enter

Cấu trúc mạng GSM

KV1: C ác tỉnh miền Trung t ừ Quảng trị đến Kh ánh hòa v à

tỉnh T ây nguy ên

V ùng 3

Vùng ph ủ sóng -

Vinaphone

ξ2.2 Ph ân c p vùng ph c v ấ ụ ụ

GSM Service Area

Vùng phục vụ PLMN

Vùng định vị LAI

và vùng ph ụ c v MSC/VLR ụ

Số nhận dạng v ùng định vị LAI

Mobile country Network Code Mobile Location Area Code (LAC) Code (MCC) (MNC)

Số LAI : L ocation A rea I dentity => Số nhận dạng vùng định vị

Mobile country Mobile Network Location Area Cell

Code (MCC) Code (MNC) Code (LAC) Identity (CI)

Số nhận dạng ô toàn cầu GCI:

GCI = MCC + MNC + LAC + CI = LAI + CI

ξ2.3 Các giao diện trong mạng GSM

Khái niệm

Giao diện - Interface:

”Là ranh giới giữa các thực thể chức năng (functional

entities) tại đó khuôn dạng dữ liệu (protocols) và quá trình trao đổi thông tin (procedure) được chuẩn

hóa”

GSM’s interfaces

Quá trình xử lý tín hiệu thoại GSM

Phân cấp cấu trúc khung - Frame hierarchy

Kênh lưu lượng - TCH

Kênh đi u khi n - CCH ề ể

ξ2.5 S ử dụng lại tần số

Khái niệm:

Số kênh tần số là hữu hạn

 Sử dụng lại tần số là việc cấp phát cùng một nhóm tần số vô tuyến tại các

vị trí địa lý khác nhau trong mạng mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng kết nối tại giao diện vô tuyến do nhiễu đồng kênh và nhiễu kênh lân cận gây nên.

Trong mạng GSM, mỗi trạm BTS được cấp phát một nhóm tần số vô tuyến.

Các trạm thu phát gốc BTS lân cận được cấp phát các nhóm kênh vô tuyến không trùng với các kênh của BTS liền kề.

Khái niệm

Các cell cùng tên được cấp

phát cùng một nhóm tần số vô B

tuyến

Một cụm - cluster có kích cỡ

N cell, được lăp lại tại các vị

trí địa lý khác nhau trong

Khoảng cách giữa hai cell lân cận 2μ

Khoảng cách sử dụng lại tần số D Khoảng cách sử

D = kho ảng cách giữa hai cell đồng kênh

Khoảng cách sử dụng lại tần số D

Site A

A1

A2 A3

ξ5 Chu trình cuộc gọi và chuyển giao

Chu trình cuộc gọi

 Cuộc gọi kết thúc tại MS MTC - Mobile

Terminating Call ví dụ: Cuộc gọi từ

PSTN đến PLMN

 Cuộc gọi khởi tạo từ MS MOC -

Mobile Originating Call  Trạng thái

của MS:

MS tắt máy (detached)

MS bật máy (atached): - rỗi (idle)

- bận (busy).

0912345678

i Chu trình cu c g ọ ộ Call sequence: MTC

Mobile Terminating Call (1)

TP Ha Noi

HCM

Mobile Terminating Call (2)

Mobile Terminating Call (3)

Mobile Terminating Call (4)

Chuy n giao cu c g i – HO (Hand Over) ể ộ ọ

ξ2.9 GPRS

General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

Note: Interfaces have been omitted for clarity purposes.

SGSN: Serving GPRS Support Node

Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS

- Quản lý di động

- Mật mã và nén

- Đóng gói và truyền dẫn gói

GGSN: Gateway GPRS Support Node

Nút hỗ trợ cổng GPRS

- Liên kết giữa các mạng

- Định tuyến dữ liệu

Phần 3

3G and UMTS/WCDMA

Mục tiêu

Mô tả các yêu cầu chính của UMTS/WCDMA

Liệt kê các phiên bản chính của chuẩn UMTS và cái mà phiên bản đó

hỗ trợ

Liệt kê các thành phần chính trong mạng UMTS và các chức năng củachúng

Mô tả các giao thức ở giao diện vô tuyến UMTS và các kênh

Tài liệu tham khảo

Christophe Chevallier, Christopher Brunner, Andrea Garavaglia,

Kevin P Murray, and Kenneth R Baker, editors WCDMA

(UMTS) Deployment Handbook, Wiley & Sons, Ltd., 2006

(ISBN 13: 978-0-470-03326-5) (ISBN 10: 0-470-03326-6)

Juha Korhonen, Introduction to 3G Mobile Communications,

Artech House, 2001 (ISBN 10:

158053287X)

3rd Generation Partnership Project Technical Specifications, ftp://ftp.3gpp.org/Specs

Từ GSM đến UMTS

− 2 Mb/s trong môi trường cố định hoặc trong tòa nhà

− 384kb/s trong môi trường thành phố hoặc với người đi bộ

− 144kb/s trong môi trường di động diện rộngUMTS là gì ?

Universal Mobile Telecommunications System – UMTS

 Là một chuẩn IMT-2000 - giải pháp vô tuyến di động 3G

 Được thiết kế để có thể được triển khai sử dụng lại phần lớn mạng lõi GSM/GPRS

 UMTS sử dụng công nghệ truy nhập vô tuyến dựa vào CDMA hoàn toàn mới trong dạng WCDMA

 Hỗ trợ đa dịch vụ, phân biệt chất lượng dịch vụ tốt hơn và tốc độ dữ liệu cao hơn ( tới 14Mb/s)

WCDMA là gì?

WCDMA = wideband code division multiple access

WCDMA (còn được biết đến như UTRA-FDD) có các kênh riêng rẽ mỗi kênh rộng 5MHz được dành cho liên lạc ở cả uplink và

downlink

WCDMA là công nghệ mạng truy nhập vô tuyến (radio access

network –RAN) trong chuẩn UMTS

Rất nhiều người sử dụng từ UMTS như WCDMA

Bài giảng này dùng từ WCDMA để chỉ tới công nghệ tại giao diện vô tuyến sử dụng trong UMTS, và UMTS để chỉ tới một hệ thống hoàn chỉnh

Mạng UMTS

Dải tần được cấp phát cho UMTS-WCDMA

Băng thông UMTS-WCDMA

Ai định nghĩa các chuẩn UMTS/WCDMA ?

Các phiên bản và đặc tính 3GPP

Con đường phát triển băng rộng di động đã được hình thành thành công

Từ GSM đến WCDMA – dịch vụ dữ liệu

Từ GSM đến WCDMA – sự phát triển của tốc độ

dữ liệu

Kiến trúc mạng UMTS

Kiến trúc mạng UMTS

Thiết bị người dùng (UE)

Universal subscriber Indentity

Module (USIM)

 ứng dụng để quản lý thông tin

đăng ký hòa mạng của UE và các

Mạng lõi (CN- core network)

Topology mạng UMTS – quy hoạch mạng

Phần 4

Các kênh và lớp giao thức WCDMA

Đối tượng học hỏi của phần

Mô tả gói giao thức AS/NAS trong phiên bản 99 UMTS

Giải thích sự khác biệt giữa mặt phẳng kiểm soát và mặt phẳng người sử dụng

Mô tả các chức năng giao thức của tầng truy nhập chính

Giải thích các chức năng kênh của Rel99 chính và ánh xạ của chúng

Giao thức báo hiệu UMTS

Gói giao thức báo hiệu UE

Mặ

t phẳng người dùng chuyển mạch gói

Vỉa truy nhập Các giao thức vỉa truy nhập

Lớp 3 – kiểm soát nguồn vô tuyến (RRC – radio resource control)

Lớp 2:

 Giao thức hội tụ dữ liệu gói ( PDCP – packet data convergence

protocol)

 Kiểm soát phát đa điểm/quảng bá (BMC – broadcast/multicast control)

 Kiểm soát liên kết vô tuyến (RLC – radio link control)

 Kiểm soát truy nhập môi trường truyền dẫn ( MAC - medium access control)

Lớp 1 – lớp vật lý

Lớp 3 - Kiểm soát nguồn tài nguyên vô tuyến RRC

Kiểm soát vỉa truy nhập

Thông báo và nhắn tin

Báo cáo và kiểm soát đo đạc

Quản lý kết nối RRC

Quản lý bearer vô tuyến

Thông tin hệ thống quảng bá

Lớp 2 – PDCP và BMC

Giao thức hội tụ dữ liệu gói (PDCP)

 Nén header của gói IP

 Không sử dụng cho dịch vụ chuyển mạch kênh

Kiểm soát phát đa điểm/quảng bá (BMC)

 Hỗ trợ các bản tin phát quảng bá trong tế bào, bao gồm:

 Việc phát các bản tin BMC đến UE

 Chuyến phát các bản tin quảng bá trong tế bào đến lớp cao hơn (NAS)