Giải đề cương thông tin di động viễn thông

+ EIRequipment identity register: bộ ghi nhận dạng thiết bị: ghi lại nhận dạng số máy của thiết bị di động để Câu 1.2 Giao diện vô tuyến GSM  Các kênh vật lý: Mang thông tin người dùng

GIẢI ĐỀ CƯƠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VT – NĂM 2014

1 Hệ thống di động GSM

Câu 1.1: Kiến trúc mạng GSM: Vẽ sơ đồ khối, chức năng của các phần tử …… 3

Câu 1.2: Giao diện vô tuyến GSM……… 4

Câu 1.3: Chuyển giao: khái niệm, tiêu chuẩn chuyển giao và phân loại………… 7

Câu 1.4: Một số trường hợp định tuyến……… ….7

2 Hệ thống thông tin di động GPRS Câu 2.1: Kiến trúc mạng GPRS………9

Câu 2.2 : Giao diện vô tuyến……… …10

3 Hệ thống thông tin di động 3G Câu 3.1: Kiến trúc mạng W-CDMA (R3, R4, R5)……….………11

Câu 3.2: Giao diện vô tuyến……… …… 15

Câu 3.3: Điều khiển công suất……….…19

Câu 3.4: Chuyển giao……….…21

Câu 3.5: Lớp vật lý của W-CDMA……….…21

Câu 3.6 Cấu trúc khung kênh DPDCH và DPCCH đường lên, đường xuống… 24 4 Hệ thống HSPA Câu 4.1: Các trạng thái 3G UMTS RRC với HSPA của UE……… 26

Câu 4.2: Cấu trúc thời gian-mã của HS-DSCH……… …27

Câu 4.3: Xử lý phát lại của nút B……… …27

Câu 4.4: Cấu trúc kênh tổng thể……….… 28

Câu 4.5: Các loại đầu cuối……… …30

5 Hệ thống thông tin di động LTE Câu 5.1 : Kiến trúc mạng LTE……… 30

Câu 5.2 : Cấu trúc tài nguyên truyền dẫn trong LTE ……….31

Câu 1.1 Kiến trúc mạng GSM: Vẽ sơ đồ khối, chức năng của các phần tử.

 Sơ đồ khối GSM

Kiến trúc mạng GSM

 Chức năng các phần tử

- MS: trạm di động

+ SIM: thiết bị an ninh chứa các thông tin cần thiết và các

giải thuật để nhận thực thuê bao cho mạng, SIM card lưu giữ thông tin cá nhân (đăng ký thuê bao) cài cứng trên card

+ ME (mobile equipment): thiết bị di động hỗ trợ việc gọi

điện, trao đổi dữ liệu kênh

- BSS: hệ thống con trạm gốc

+ BTS(base transceiver station: trạm thu phát gốc):

điều khiển lưu lượng vô tuyến giữa MS và nó thông qua giao diện Um

+ BSC (base station controller: bộ điều khiển trạm gốc): quản lý tài nguyên vô tuyến thông qua lệnh điều khiển

từ xa với BTS và MS Ấn định, giải phóng kênh vô tuyến, quản lý chuyển giao

BTS giao tiếp với BSC qua giao diện Abis

- SS: Hệ thống con chuyển mạch:

+ MSC (mobile switching center: trung tâm chuyển

từ người sử dụng tới các mạng điện thoại khác nhau: ISDN, PSTN, internet.

+ GMSC: MSG cổng giao tiếp với mạng ngoài, chức năng

+ AuC(authentication center: trung tâm nhận thực):

đảm bảo tất cả các thông số cần thiết cho nhận thực và mã hóa giữa MS và BTS

+ EIR(equipment identity register: bộ ghi nhận dạng thiết bị): ghi lại nhận dạng số máy của thiết bị di động để

Câu 1.2 Giao diện vô tuyến GSM

 Các kênh vật lý: Mang thông tin người dùng truyền từ MS

 BTS, được xây dựng trên công nghệ TDMA kết hợp FDMA/FDD, đặc trưng bởi 1 cặp tần số và 1 khe thời gian Truyền theo 2 tốc độ :13kbps(FR) và 6,5kbps(HR)

Sơ đồ kênh vật lý của GSM

- Phân bố tần số GSM:

Dải tần: 890 – 960 MHz

fn = 890 + (0.2 MHz) x n : tần số bán băng tần thấp giành cho đường lên.

fn’ = fn + 45 MHz : tần số bán băng tần cao giành cho đường xuống

Mỗi kênh tần số có băng thông 200 KHz tổ chức thành các khung truy nhập theo thời gian, mỗi khung gồm 8 khe thời gian (=4,62 ms) mỗi khe là 0.577ms (TS0,… Ts7), mỗi khe thời gian có độ dài 156,25 bit là nội dung vật lý của một cụm.

GSM sử dụng băng tần 900 MHz:

890 – 915MHz cho đường lên (MS phát)

935 – 960MHz cho đường xuống (BTS phát)

Khoảng cách giữa các sóng mang là: 200kHz

Hệ thống mở rộng DCS – 1800:

1710 – 1785 MHz: đường lên

1805 – 1880 MHz: đường xuống

- Tổ chức đa khung, siêu khung, siêu siêu khung.

1 siêu siêu khung = 3 giờ 28 phút 53 giây 760 ms = 2048 siêu khung = 2 715 647 khung

1 siêu khung = 5,12 giây

1 siêu khung = 5.12 giây

Có 2 loại đa khung

+ Đa khung 26 khung (51 siêu khung/ siêu siêu khung): độ dài 120 ms, chứa 26 đa khung Sử dụng cho kênh

TCH,SACCH,FACCH

+ Đa khung 51 khung (26 siêu khung /siêu siêu khung): độ dài 235.4 ms, chứa 51 đa khung TDMA Sử dụng cho các kênh BCCH, CCCH, và SACCH

 Các kênh logic: đóng gói các thông tin từ lớp cao trước khi

sắp xếp vào kênh vật lý, đặc trưng bởi thông tin truyền giữa BTS và MS

- Kênh lưu lượng TCH:

+ thoại: mang thông tin tiếng hoặc số liệu,TCH toàn tốc: 13

 FCCH: kênh hiệu chỉnh tần số: mang thông tin hiệu chỉnh

tần số cho các trạm MS ( chỉ sử dụng ở đường xuống)

 SCH: kênh đồng bộ: mang thông tin đồng bộ khung cho trạm

di động MS và nhận dạng BTS (đường xuống)

 BCCH: kênh điều khiển quảng bá: phát quảng bá các thông

tin chung về ô, thông tin vùng định vị (đường xuống)

+ Các kênh điều khiển chung CCCH:

 PCH: kênh tìm gọi: tìm gọi thuê bao động (đường xuống)

 Kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH: được MS sử dụng để yêu

cầu được dành 1 kênh SDCCH, (trả lời kênh PCH) – đường lên

 Kênh cho phép truy nhập AGCH: chỉ định 1 kênh SDCCH

(trả lời kênh RACH) – đường xuống

+ Các kênh điều khiển riêng DCCH :

 Kênh điều khiển riêng đứng 1 mình SDCCH: chỉ được sử

dụng dành riêng cho báo hiệu với 1 MS

 Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH: kênh số liệu liên tục

để mang các thông tin liên tục: báo cáo đo lường, định trước thời gian, điều khiển công suất

 Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH: thay đổi lưu lượng

tiếng hay số liệu bằng báo hiệu

Câu 1.3 Chuyển giao: khái niệm, tiêu chuẩn chuyển giao và phân loại

a Khái niệm: Là quá trình xảy ra khi lưu lượng của MS được

chuyển từ 1 kênh TCH này sang 1 kênh TCH khác Chuyển giao có thể xảy ra trong cùng 1 ô hoặc giữa các ô khác nhau

b Phân loại:

- Chuyển giao cứu hộ: Khi chất lượng thu giảm đáng kể do

MS rời xa vùng phủ sóng của ô phục vụ

- Chuyển giao giới hạn: Mặc dù ô đang phục vụ vẫn đảm

bảo thông tin nhưng chuyển giao sang ô tốt hơn để tối ưu mức nhiễu

- Chuyển giao lưu lượng: Được thực hiện khi lưu lượng ở ô

đang phục vụ đã ứ nghẽn tuy nhiên các ô lân cận còn cho phép lưu lượng

c Tiêu chuẩn chuyển giao:

- Chuyển giao cứu hộ: Mức tín hiệu thu RxLevel (BTS,

MS-SACCH), dựa trên 3 tiêu chí:

+ Tỷ số lỗi truyền dẫn

+ Tổn hao đường truyền

+ Trễ đường truyền

- Chuyển giao giới hạn:

+ chất lượng truyền dẫn so với các ô lân cận

+ RxQual (BTS, MS-SACCH)

- Chuyển giao lưu lượng:

+ thông tin về tải của các BTS

+ dung lượng ô và tải

Câu 1.4 Một số trường hợp định tuyến

- Cập nhật vị trí: xảy ra khi trạm di động đang ở trạng thái

rỗi nhưng nó di chuyển từ một vùng định vị này sang vùng định vị khác Khi này, trạm di động phải thông báo cho mạngngoài về vị trí mới của nó để mạng ghi lại vị trí mới này vào VLR hoặc HLR

Có 2 dạng cập nhật vị trí:

 MS chuyển từ ô 3 thuộc LA3 sang ô 4 thuộc LA1

Cả 2 ô này đều trực thuộc cùng một MSC/VLR Cập nhật vị trí không cần thông báo đến HLR

 MS chuyển từ ô 3 sang ô 5 của LA3 2 ô này thuộc 2

tổng đài MSC khác nhau, cập nhật vị trí phải được thôngbáo cho HLR để nó ghi lại vị trí của MSC/VLR mới

Các trường hợp cập nhật vị trí khác nhau

- Định tuyến cuộc gọi đến MS: Giả sử một thuê bao nào đó

từ mạng ngoài cần gọi đến MS, trước hết nó quay số MSISDN.Tổng đài phụ trách thuê bao này phân tích số MSISDN và nhận thấy rằng thuê bao bị gọi là một thuê bao di động và vìthế nó hướng cuộc gọi này đến GMSC của mạng PLMN của thuê bao (1) Bây giờ GMSC có thể yêu cầu MSRN cho thuê bao di động từ HLR (2,3) Dựa trên MSRN, cuộc gọi được địnhtuyến đến MSC(4) MSC quyết định TMSI cho MS (5,6) và thực hiện thủ tục tìm gọi trong vùng định vị liên quan (7) Sau khi MS trả lời tìm gọi (8), kết nối được hoàn tất

Nguyên lý định tuyến MS

- Chuyển mạng quốc tế : Qúa trình một thuê bao di động có

thể sử dụng SIM=CARD của mình ở mạng khác Qúa trình này liên quan đến 3 mạng thuộc 23 nước : nước nơi thuê bao

di động khởi sướng cuộc gọi _nước có mạng nhà của thuê bao( H-PLMN)_nước nơi thuê bao khách được gọi trong mạng V-PLMN

Câu 2.1 Kiến trúc mạng GPRS: vẽ sơ đồ khối, chức năng của các phần tử.

 Sơ đồ khối GPRS

+ BSC: Chứa PCU (Packet control Unit: khối điều khiển gói)

nhằm để quản lí các chức năng RLC/MAC

+ CN : Mạng lõi

- HLR: Để xác định xem thuê bao GPRS có địa chỉ IP tĩnh hay

động và điểm truy nhập nào sử dụng để nối đến mạng ngoài

- SGSN: Xử lý lưu lượng các gói IP đến và từ MS đó đăng nhập

vào vùng phục vụ của nó, đảm bảo định tuyến gói nhận được

và gửi đi từ nó

- GGSN: Đảm bảo kết nối với các mạng chuyển mạch gói bên

ngoài như internet và các mạng riêng khác

- AuC : Chứa thông tin để nhận dạng người được cho phép sử

dụng mạng GPRS để ngăn chặn sử dụng mạng trái phép giống như GMS

Câu 2.2 Giao diện vô tuyến GPRS

a Các kênh vật lý: Giống GSM (cùng kênh tần số 200 kHz

được chia thành 8 khe thời gian), trong GPRS, MS có thể truy nhập đến nhiều khe thời gian hơn Sử dụng cấu trúc

đa khung 52 khung cho cả báo hiệu và điều khiển Tại mộtthời điểm nhất định thông tin được mang trong khe phụ thuộc vào vị trí của khung trong cấu trúc đa khung 52 khung Trong số 52 khung của cấu trúc đa khung, có 12 khối vô tuyến mang số liệu của người sử dụng, 2 khung đểtrống và 2 khung dành cho hai kênh điều khiển định thời gói PTCCH (Packet timing control channel)

b Các kênh logic: Đóng gói các thông tin từ lớp cao trước

khi sắp xếp vào kênh vật lý, đặc trưng bởi thông tin truyềngiữa BTS và MS

- Kênh điều khiển quảng bá gói PBCCH (packet

broadcast control channel): thông báo các MS về thông

tin đặc thù của số liệu gói (đường xuống)

- Kênh điều khiển chung gói PCCCH (packet commen control channel)

+ Kênh tìm gọi gói (PPCH: packet paging channel): tìm

gọi MS trước khi tải gói xuống (đường xuống)

+ Kênh cho phép truy nhập gói (PAGCH: packet

access grant channel) : ấn định các tài nguyên cho MS

trước khi truyền gói (đường xuống)

+ Kênh thông báo gói (PNCH: packet Notification

channel): thông báo đa phương tiện điểm – đa điểm cho 1

nhóm các MS rằng sắp xảy ra 1 cuộc truyền gói PTM-M

(đường xuống)

+ Kênh truy nhập ngẫu nhiên gói (PRACH: Packet

random access channel): Khởi xướng truyền số liệu hoặc

báo hiệu gói ( đường lên)

- PDTCH: Kênh lưu lượng số liệu gói (Packet data traffic channel): Truyền số liệu thực sự của người sử dụng trên

giao diện vô tuyến Các kênh PDTCH là kênh đơn hướng: hoặc đường lên hoặc đường xuống

- PDCCH: Kênh điều khiển dành riêng gói (Packet

dedicated control channel):

+ Kênh điều khiển liên kết nhanh gói (PACCH: Packet associated control channel): kênh 2 chiều, chuyển báo

hiệu và các thông tin giữa MS và mạng trong khi truyền gói

+ Kênh điều khiển định thời gói (PTCCH: Packet

timing control channel): định thời trước cho các MS

PTCCH/U mang thông tin trong các cụm truy nhập ngẫu

nhiên để cho phép mạng rút ra định thời trước cho việc

truyền dẫn gói từ MS

Câu 3.1 Kiến trúc mạng W-CDMA (R3, R4, R5): Vẽ sơ đồ khối, chức năng của các phần tử

1 Kiến trúc mạng W-CDMA R3: (21)

a Thiết bị người sử dụng UE (user equipment): là đầu cuối

mạng UMTS của người sử dụng Đây là phần hệ thống có

nhiều thiết bị nhất và sự phát triển của nó sẽ ảnh hưởng lớn lên các ứng dụng và các dịch vụ khả dụng Bao gồm:

- TE(terminal equipment) Thiết bị đầu cuối: dành cho điện

thoại, cung cấp các dịch vụ số liệu mới

- ME(mobile equipment): Thiết bị di động như máy điện

thoại, laplop

- USIM(UMTS Subscriber Identify Moudule) Module nhận

dạng thuê bao UMTS: chứa các hàm và số liệu cần để nhận dạng và nhận thực thuê bao trong mạng UMTS Nó có thể lưu

cả bản sao hồ sơ của thuê bao

b Mạng truy nhập vô tuyến UMTS: UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network): đảm bảo các cuộc truyền

thông UMTS trên kênh vô tuyến và điều khiển chúng

- RNC (Radio Network Controller): chịu trách nhiệm cho

một hay nhiều nút B(trạm gốc) và điều khiển các tài nguyêncủa chúng, được nối đến CN bằng hai kết nối, một cho miềnchuyển mạch gói (đến GPRS) và một đến miền chuyển mạchkênh (MSC) Đây cũng là điểm truy nhập dịch vụ mà UTRANcung cấp cho CN.Một nhiệm vụ quan trọng nữa của RNC làbảo vệ sự bí mật và toàn vẹn

- Nút B(Trạm gốc): thực hiện kết nối kênh vô tuyến vật lý giữa

đầu cuối với nó Điều khiển lưu lượng vô tuyến giữa nó và UEqua giao diện vô tuyến Uu

c Mạng lõi: được chia thành ba phần, miền PS, miền CS

phục vụ SN các thông tin về thuê bao và về cước cần thiết đểnhận thực người sử dụng và tính cước cho các dịch vụ cungcấp Bao gồm:

-HLR/AuC(Home Location Register/Authentication Center): Bộ ghi định vị thường trú/Trung tâm nhận thực.

-EIR(Equipment Identify Register): Bộ ghi nhận dạng thiết

bị chịu trách nhiệm lưu các số nhận dạng thiết bị di động quốc

tế IMEI Đây là số nhận dạng duy nhất cho thiết bị đầu cuối

+ Miền PS- miền chuyển mạch gói: đảm bảo các dịch vụ sốliệu cho người sử dụng bằng các kết nối Internet và các mạng

số liệu khác bao gồm:

- SGSN (SGSN: Serving GPRS Support Node): chịu trách

nhiệm cho tất cả kết nối PS của tất cả các thuê bao Nó lưuhai kiểu dữ liệu thuê bao: thông tin đăng ký thuê bao vàthông tin vị trí thuê bao

- GGSN (Gateway GPRS Support Node): Node hỗ trợ GPRS

cổng là một kết nối giữa SGSN với các mạng số liệu khác.Mọitruyền thông số liệu từ thuê bao đến các mạng ngoài đềuqua GGSN

+ Giao diện Cu: giao diện chuẩn cho các card thông minh.

Trong UE đây là nơi kết nối giữa USIM và UE

+ Giao diện Uu Giao diện Uu là giao diện vô tuyến của

WCDMA trong UMTS Đây là giao diện mà qua đó UE truy nhậpvào phần cố định của mạng Giao diện này nằm giữa nút B vàđầu cuối

+ Giao diện Iu Giao diện Iu kết nối UTRAN và CN, Nó gồm

hai phần, IuPS cho miền chuyển mạch gói, IuCS cho miềnchuyển mạch kênh

+ Giao diện Iur Đây là giao diện RNC-RNC Ban đầu được

thiết kế để đảm bảo chuyển giao mềm giữa các RNC

+ Giao diện Iub Giao diện Iub nối nút B và RNC Khác với

GSM đây là giao diện mở

2 Kiến trúc W-CDMA R4:

- Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh đượcthực hiện giữa RNC và MSC Server.

- MGW(Media Gateway) nhận các cuộc gọi từ RNC và địnhtuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đường trục gói

- MGW được điều khiển bởi MSC Server/GMSC Server(MSC/GMSSC) sử dụng giao thức điều khiển ITU H.248, MGWchuyển tiếng thoại được đóng gói thành PCM tiêu chuẩn đểđưa đến PSTN

- SGSN : Node hỗ trợ dịch vụ GPRS chịu trách nhiệm cho tất cảcác kết nối dịch vụ số liệu gọi với các mạng khác

- GGSN : Node hỗ trợ cổng GPRS là nơi thực hiện chungchuyển số liệu từ SGSN ra với các mạng khác

- HSS(Home Subcriber Server) và HLR: (Server thêu bao tạinhà) có chức năng tương đương, ngoại trừ giao diện với HSS

là giao diện trên cơ sở truyền tải gói (IP chẳng hạn) trong khiHLR sử dụng giao diện trên cơ sở báo hiệu số 7

- MSC Server, GMCS Server, và HSS liên lạc với cổng SS7 bằngcách sử dụng giao thức truyền tải được thiết kế đặc biệt đểmang các bản tin SS7 ở mạng IP

3 Kiến trúc W-CDMA R5

- Đưa ra một miền mới được gọi là phân hệ đa phương tiện IP(IMS: IP Multimedia Subsystem), được thiết kế để hỗ trợ cácdịch vụ đa phương tiện thời gian thực IP.

- Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) chứa các phần tử sau: Chức

năng điều khiển trạng thái kết nối (CSCF: Connection State Control Function), Chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF: Multimedia Resource Function), chức năng điều khiển cổng các phương tiện (MGCF: Media Gateway Control Function), Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW: Transport Signalling Gateway) và Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW: Roaming Signalling Gateway).

- UE trở thành một tác nhân của người sử dụng SIP Như vậy,

UE có khả năng điều khiển các dịch vụ lớn hơn trước rấtnhiều

- CSCF quản lý việc thiết lập , duy trì và giải phóng các kết nối

phiên đa phương tiện đến và từ người sử dụng

- SGSN và GGSN là các phiên bản tăng cường của các nút

được sử dụng ở GPRS và UMTS R3 và R4 Điểm khác nhauduy nhất là ở chỗ các nút này không chỉ hỗ trợ dịch vụ sốliệu gói mà cả dịch vụ chuyển mạch kênh (tiếng chẳng hạn)

- Chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF) là chức

năng lập cầu hội nghi được sử dụng để hỗ trợ các tính năngnhư tổ chức cuộc gọi nhiều phía và dịch vụ hội nghị

- Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW) là một cổng báo hiệu

SS7 để đảm bảo tương tác SS7 với các mạng tiêu chuẩnngoài như PSTN

- Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW) là một nút đảm

bảo tương tác báo hiệu với các mạng di động hiện có sử

- MGW thực hiện tương tác với các mạng ngoài ở mức đườngtruyền đa phương tiện.

Câu 3.2 Giao diện vô tuyến 3G

UP: mặt phẳng người sử dụng

CP: mặt phẳng điều khiển

Note: Không có giao thức điều khiển vì đây là chuyển mạch kênh dành cho thoại

Kiến trúc giao diện vô tuyến phân thành 3 lớp giao thức:

+ Lớp vật lý L1: Đặc tả các vấn đề liên quan đến giao diện

vô tuyến như điều chế và mã hóa, trải phổ, được sử dụng đểtruyền dẫn ở giao diện vô tuyến

+ Lớp liên kết số liệu L2: Lập khuôn số liệu vào các khối

số liệu và đảm bảo truyền dẫn tin cậy giữa các nút lân cận

hay các thực thể đồng cấp Lớp L2 chia thành: MAC

(medium access control: Điều khiển truy nhập môi

trường), RLC (radio link control: Điều khiển liên kết vô tuyến), PDCP (Packet Data Convergence Protocol: Giao thức hội tụ số liệu gói), BMC (Broadcast/Multicast

Control: Điều khiển quảng bá đa phương).

+ Lớp mạng L3: Đặc tả đánh địa chỉ và định tuyến, chia

thành hai mặt phẳng: mặt phẳng điều khiển (C-Plane) vàmặt phẳng người sử dụng (U-Plane) PDCP và BMC chỉ có ởmặt phẳng U

 Các kênh logic: