ĐATN ngành điện tử viễn thông MẠNG WCDMA

Các nhà khai thác mạng GSM có thể bắt đầu chuyển từ GSM sang 3G bằng cách nâng cấp hệ thống mạng lên GPRS Dịch vụ vô tuyến chuyển mạch gói, tiếp theo là EDGE tiêu chuẩn 3G trên băng tần

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung của đồ án này không phải là bản sao chép của bất cứ đồ

án hoặc công trình đã có từ trước

Tôi xin cam đoan chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình

Đà Nẵng tháng 12 năm 2010

Người cam đoan

Phan Hữu Trung Nam

MỤC LỤC

Lời cam đoan

Mục lục

Các từ viết tắt

Lời nói đầu

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ

1.1 Giới thiệu 1

1.2 Hệ thống thông tin di động số 1 1

1.3 Hệ thống thông tin di động số 2 2

1.3.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA 3

1.3.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA 4

1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ ba 4

1.5 Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM 5

1.5.1 Giới thiệu chung 5

1.5.2 Cấu trúc mạng GSM 7

1.5.2.1 Trạm di động 8

1.5.2.2 Hệ thống con trạm gốc 8

1.5.2.3 Hệ thống mạng con 9

1.5.2.4 Đa truy cập trong GSM 10

1.5.2.5 Các thủ tục thông tin 11

1.5.2.5.1 Đăng nhập thiết bị vào mạng 11

1.5.2.5.2 Chuyển vùng 11

1.5.2.5.3 Thực hiện cuộc gọi 11

1.5.2.5.3.1 Cuộc gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định 11

1.5.2.5.3.2 Cuộc gọi từ điện thoại cố định đến thiết bi di động 12

1.5.2.5.3.3 Cuộc gọi từ thiết bị di động đến thiết bị di động 13

1.5.2.5.3.4 Kết thúc cuộc gọi 14

1.6 Sự phát triển mạng GSM lên 3G 14

1.6.1 Hệ thống GSM sẽ được nâng cấp từng bước lên thế hệ ba 14

1.6.2 Các giải pháp nâng cấp 15

1.7 Kết luận chương 16

Chương 2 CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ BA W-CDMA 2.1 Giới thiệu công nghệ W-CDMA 18

2.2 Cấu trúc mạng W-CDMA 20

2.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 22

2.2.1.1 Đặc trưng của UTRAN 23

2.2.1.2 Bộ điều khiển vô tuyến UTRAN 23

2.2.1.3 Node B 23

2.2.1.4 Giao diện vô tuyến 24

2.2.1.5 Giao diện UTRAN – CN, IU 24

2.2.1.6 Giao diện RNC – RNC, IUr. 26

2.2.1.7 Giao diện RNC – Node B, IUb 26

2.3 Kết luận chương 26

Chương 3 CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT TRONG W-CDMA 3.1 Giới thiệu 27

3.2 Mã hóa 27

3.2.1 Mã vòng 27

3.2.2 Mã xoắn 28

3.2.3 Mã Turbo 29

3.3 Điều chế BIT/SK và QPSK 29

3.3.1 Điều chế BIT/SK 29

3.3.2 Điều chế QPSK 30

3.4 Trải phổ trong W-CDMA 32

3.4.1 Giới thiệu 32

3.4.1.1Nguyên lý trải phổ DSSS 33

3.4.1.2 Mã trải phổ 34

3.4.1.3 Các hàm trực giao 36

3.5 Cấu trúc phân kênh của WCDMA 37

3.5.1Kênh vật lý 37

3.5.1.1 Kênh vật lý riêng đường lên 37

3.5.1.2 Kênh vật lý chung đường lên 40

3.5.1.3 Kênh vật lý riêng đường xuống (DPCH) 43

3.5.1.4 Kênh vật lý chung đường xuống 43

3.5.2 Kênh truyền tải 48

3.5.2.1 Kênh truyền tải riêng 48

3.5.2.2 Kênh truyền tải chung 48

3.5.2.3 Sắp xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý 49

3.6 Truy nhập gói trong W-CDMA 50

3.6.1 Tổng quan về truy nhập gói trong W-CDMA 50

3.6.2 Lưu lượng số liệu gói 51

3.6.3 Các phương pháp lập biểu gói 52

3.6.3.1 Lập biểu phân chia theo thời gian 52

3.6.3.2 Lập biểu phân chia theo mã 52

3.7 Kết luận chương 53

Chương 4 QUY HOẠCH MẠNG W-CDMA 4.1 Giới thiệu 54

4.2 Quá trình quy hoạch 54

4.3 Tính suy hao đường truyền cho phép 56

4.4 Xác định kích thước Cell 58

4.4.1 Mô hình Hata-Okumara 58

4.4.2 Mô hình Walfsch-Ikegami 59

4.4.3 Tính toán dung lượng và vùng phủ 61

4.4.4 Tối ưu mạng 64

4.5 Chương trình mô phỏng và tính toán 64

4.5.1 Lưu đồ tính toán 64

4.5.2 Giao diện chương trình chính 65

4.5.2.1 Giao diện tính suy hao đường truyền 65

4.5.2.2 Giao diện tính kích thước Cell 66

4.5.2.3 Giao diện tính dung lượng kênh 66

4.6 Kết luận chương 67 Kết luận và hướng phát triển đề tài

Phụ lục

Tài liệu tham khảo

 BẢNG TRA TỪ VIẾT TẮT

A

Kênh điều khiển liên kết

Hệ thống điện thoại di động tiên tiến

B

Kênh quảng bá điều khiển

Khóa dịch pha nhị phân

C

Kênh điều khiển chung

Đa truy cập chia theo mã

Tỷ số sóng mang trên nhiễu

Kênh điều khiển chung.

Kênh vật lý điều khiển chung

Kênh điều khiển công suất chung

Kênh gói chung

Kênh hoa tiêu chung

Kênh điều khiển dành riêng

DSSS Direct Sequence Spreading Spectrum

Trải phổ trực tiếp

Kênh lưu lượng riêng

Thiết bị đầu cuối số liệu

Kênh đường xuống dùng chung

E

Tăng tốc độ truyền dẫn…

Viện Tiêu chuẩn viễn thông châu Âu

F

FACH Forward Access Chanel

Kênh truy nhập đường xuống

Kênh điều khiển chung đường xuống

Kênh hiệu chỉnh tần số

Đa truy cập phân chia theo tần số

Kênh điều khiển riêng đường xuống

Khoá điều chế dịch tần

G

Cấp độ phục vụ

Thông tin di động toàn cầu

Hệ thống định vị toàn cầu

Dịch vụ vô tuyến gói chung

H

Hệ thống chuyển mạch kênh tốc độ cao

I

Tiêu chuẩn thông tin di động toàn cầu

IP Internet Protocol

Giao thức Internet

Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA của Mỹ (do AT&T đề xuất)

Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến của Mỹ (AT&T)

Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến của Mỹ (Qualcomm)

Mạng số đa dịch vụ

Liên minh viễn thông quốc tế - bộ phận vô tuyến

L

Điều khiển truy nhập liên kết

Hệ thống chuyển mạch

Đa truy cập theo cơ hội

Khai thác và bảo dưỡng

P

Kênh chấp nhận truy cập và nhắn tin

Kênh điều khiển tìm gọi

Kênh nhắn tin

Kênh gói chung vật lý

Mạng di động mặt đất công cộng

Mạng chuyển mạch thoại công cộng

Q

R

Kênh truy cập ngẫu nhiên

Điều khiển tài nguyên vô tuyến

S

Kênh đồng bộ

Kênh điều khiển dành riêng

Kênh lưu lượng

Đa truy cập phân chia theo thời gian

U

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu

W

Đa truy cập phân chia theo mã băng rộng

LỜI NÓI ĐẦU

Thông tin di động số đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới với những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong cuộc sống hằng ngày Các kĩ thuật không ngừng được hoàn thiện đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng Công nghệ điện thoại di động phổ biến nhất thế giới GSM đang gặp nhiều cản trở

và sẽ sớm bị thay thế bằng những công nghệ tiên tiến hơn, hỗ trợ tối đa các dịch vụ như Internet, truyền hình

Hệ thống viễn thông di động thế hệ hai là GSM và IS 95 Những công nghệ này ban đầu được thiết kế để truyền tải giọng nói và nhắn tin Để tận dụng được tính năng của

hệ thống 2G khi chuyển hướng sang 3G cần thiết có một giải pháp trung chuyển Các nhà khai thác mạng GSM có thể bắt đầu chuyển từ GSM sang 3G bằng cách nâng cấp hệ thống mạng lên GPRS (Dịch vụ vô tuyến chuyển mạch gói), tiếp theo là EDGE (tiêu chuẩn 3G trên băng tần GSM và hỗ trợ dữ liệu lên tới 384kbit) và UMTS (công nghệ băng thông hẹp GSM sử dụng truyền dẫn CDMA), và WCDMA.

3G là một bước đột phá của ngành di động, bởi vì nó cung cấp băng thông rộng hơn cho người sử dụng Điều đó có nghĩa sẽ có các dịch vụ mới và nhiều thuận tiện hơn trong dịch vụ thoại và sử dụng các ứng dụng dữ liệu như truyền thông hữu ích như điện thoại truyền hình, định vị và tìm kiếm thông tin, truy cập Internet, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe nhạc và xem video chất lượng cao,… Truyền thông di động ngày nay đã

và đang đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống Việc vẫn có thể giữ liên lạc với mọi người trong khi di chuyển đã làm thay đổi cuộc sống riêng tư và công việc của chúng ta

Thế giới đang có 2 hệ thống 3G được chuẩn hóa song song tồn tại, một dựa trên công nghệ CDMA còn gọi là CDMA 2000, chuẩn còn lại do dự án 3rd Generation Partnership Project (3GPP) thực hiện 3GPP đang xem xét tiêu chuẩn UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access TS Tiêu chuẩn này có 2 sơ đồ truy nhập

vô tuyến Một trong số đó được gọi là CDMA băng thông rộng (WCDMA)

“Ngày 10/3/2005, Bộ BCVT đã tiến hành nghiệm thu đề tài xây dựng tiêu chuẩn thiết bị đầu cuối thông tin di động WCDMA (UTRA-FDD) mã số 49-04-

KTKT-TC dành cho công nghệ 3G Theo đánh giá của các thành viên phản biện, việc xây dựng và hoàn thành công trình là một việc làm cần thiết, có ý nghĩa và đặc biệt là độ khả thi trong giai đoạn hiện nay, khi nhu cầu phát triển lên 3G là một xu hướng tất yếu ở Việt Nam, nhất là các nhà di động mạng GSM” (Theo báo điện tử VietNamNet)

Xuất phát từ ý tưởng muốn tìm hiểu công nghệ CDMA và mạng CDMA em đã thực hiện đồ án: “Công nghệ W-CDMA và qui hoạch mạng W- CDMA”.

W-Đồ án này em trình bày 4 chương, với nội dung chính là chương2, chương3, chương 4, gồm có :

Chương 1 : Tổng quan về thông tin di động,

Chương 2 : Công nghệ di động thế hệ ba W-CDMA,

Chương 3 : Các giải pháp kỷ thuật trong W-CDMA

Chương 4 : Quy hoạch mạng W-CDMA.

Trong quá trình làm đồ án khó tránh khỏi sai sót, em rất mong sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và sự góp ý của các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Duy Nhật Viễn và các thầy cô giáo đã giúp em hoàn thành đồ án này !.

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ

1.1 Giới thiệu.

Ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940, đến nay thông tin di động đã trải quanhiều thế hệ.Thế hệ không dây thứ 1 là thế hệ thông tin tương tự sử dụng côngnghệ đa truy cập phân chia phân chia theo tần số (FDMA).Thế hệ thứ 2 sử dụng kỹthuật số với công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chiatheo mã (CDMA).Thế hệ thứ 3 ra đời đánh giá sự nhảy vọt nhanh chóng về cả dunglượng và ứng dụng so với các thế hệ trước đó, và có khả năng cung cấp các dịch vụ

đa phương tiện gói là thế hệ đang được triển khai ở một số quốc gia trên thế giới.Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động trên thế giới được thểhiện sự phát triển của hệ thống điện thoại tổ ong (CMTS : Cellular MobileTelephone System) và nhắn tin (PS : Paging System) tiến tới một hệ thống chungtoàn cầu trong tương lai

Hình 1.1: Hệ thống điện thoại di động 1.2 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1

Phương pháp đơn giản nhất về truy nhập kênh là đa truy nhập phân chia tần

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

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

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

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

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

Đặc điểm :

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

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

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

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

1.3 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2

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

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

sử dụng 2 phương pháp đa truy cập :

-TDMA)

-CDMA)

1.3.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA.

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

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

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

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

Đặc điểm :

-Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số

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

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

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

-Giảm số máy thu phát ở BTS

-Giảm nhiễu giao thoa

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

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

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

1.3.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA.

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

Đặc điểm của CDMA:

đề, chuyển giao trở thành mềm, điều khiển dung lượng cell rất linh hoạt

1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ ba.

Công nghệ thông tin di động số thế hệ ba Công nghệ này liên quan đến nhữngcải tiến đang được thực hiện trong lĩnh vực truyền thông không dây cho điện thoại

và dữ liệu thông qua bất kỳ chuẩn nào trong những chuẩn hiện nay Đầu tiên làtăng tốc độ bit truyền từ 9.5Kbps lên 2Mbps Khi số lượng thiết bị cầm tay đượcthiết kế để truy cập Internet gia tăng, yêu cầu đặt ra là phải có được công nghệtruyền thông không dây nhanh hơn và chất lượng hơn Công nghệ này sẽ nâng caochất lượng thoại, và dịch vụ dữ liệu sẽ hỗ trợ việc gửi nội dung video và multimediađến các thiết bị cầm tay và điện thoại di động

Các hệ thống thông tin di động số hiện nay đang ở giai đoạn chuyển từ thế hệ2.5G sang thế hệ 3 (3 - Generation) Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng và các dịch

vụ thông tin di động, ngay từ đầu những năm đầu của thập kỷ 90 người ta đã tiếnhành nghiên cứu hoạch định hệ thống thông tin di động thế hệ ba ITU-R đang tiến

hành công tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000 Ởchâu Âu ETSI đang tiến hành tiêu chuẩn hóa phiên bản này với tên gọi là UMTS(Universal Mobile Telecommunnication System) Hệ thống mới này sẽ làm việc ởdải tần 2GHz Nó sẽ cung cấp nhiều loại hình dịch vụ bao gồm các dịch vụ thoại và

số liệu tốc độ cao, video và truyền thanh Tốc độ cực đại của người sử dụng có thểlên đến 2Mbps Người ta cũng đang tiến hành nghiên cứu các hệ thống vô tuyến thế

- Hệ thống thông tin di động 3G sử dụng các môi trường khai thác khác nhau

- Có thể hỗ trợ các dịch vụ như : Môi trường thông tin nhà ảo (VHE – VitualHome Environment) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạchtoàn cầu; Đảm bảo chuyển mạng quốc tế; Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồngthời cho thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói

- Dể dàng hỗ trợ các dich vụ mới xuất hiện

Các hệ thống thông tin di động thế hệ hai phát triển thông dụng nhất hiện nay

là : GSM, cdmaOne (IS-95), TDMA (IS-136), PDC Trong quá trình thiết kế hệthống thông tin di động thế hệ ba, các hệ thống thế hệ hai được cơ quan chuẩn hóacủa từng vùng xem xét để đưa ra các đề xuất tương ứng thích hợp với mỗi vùng

1.5 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM

1.5.1 Giới thiệu chung

Phần này sẽ giới thiệu về sự hình thành và phát triển của hệ thống thông tin di động

GSM, kiến trúc mạng GSM , phương pháp đa truy cập trong GSM , các thủ tụcthông tin của thuê bao sử dụng trong mạng và sự cần thiết phải nâng cấp mạng

GSM lên thế hệ 3G Lịch sử hình thành GSM bắt đầu từ một đề xuất vào năm 1982của Nordic Telecom và Netherlands tại CEPT (Conference of European Post andTelecommunication) để phát triển một chuẩn tế bào số mới đáp ứng với nhu cầungày càng tăng của mạng di động Châu Âu

Ủy ban Châu Âu (EC) đưa ra lời hướng dẫn yêu cầu các quốc gia thành viên

sử dụng GSM cho phép liên lạc di động trong băng tần 900MHz Viện tiêu chuẩnviễn thông Châu Âu (ETSI) định nghĩa GSM khi quốc tế chấp nhận tiêu chuẩn hệthống điện thoại tế bào số

Lời đề xuất có kết quả vào tháng 9 năm 1987, khi 13 nhà điều hành và quản lýcủa nhóm cố vấn CEPT GSM thỏa thuận ký hiệp định GSM MoU “Club”, với ngàykhởi đầu là 1 tháng 7 năm 1991

GSM là từ viết tắt của Global System for Mobile Communications (hệ thốngthông tin di động toàn cầu), trước đây có tên là Groupe Spécial Mobile

Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM là hệ thống thông tin tế bào số tíchhợp và toàn diện, được phát triển đầu tiên ở Châu Âu và đã nhanh chóng phát triểntrên toàn thế giới Mạng được thiết kế phù hợp với hệ thống ISDN và các dịch vụ

mà GSM cung cấp là một hệ thống con của dịch vụ ISDN chuẩn

Hình 1.2 Mạng tế bào vô tuyến GSM đầu tiên được thiết kế hoạt động ở dải tần 890-915 MHz và 935-960

MHz, hiện nay là 1.8GHz Một vài tiêu chuẩn chính được đề nghị cho hệ thống :

• Khả năng hỗ trợ thiết bị đầu cuối trao tay.

Tiêu chuẩn được ban hành vào tháng giêng năm 1990 và những hệ thốngthương mại đầu tiên được khởi đầu vào giữa năm 1992 Tổ chức MoU(Memorandum of Understanding) thành lập bởi nhà điều hành và quản lý GSMđược cấp phép đầu tiên, lúc đó có 13 hiệp định được ký kết và đến nay đã có 191thành viên ở khắp thế giới Tổ chức MoU có quyền lực tối đa, được quyền địnhchuẩn GSM

1.5.2 Cấu trúc mạng GSM

Mạng GSM gồm nhiều khối chức năng khác nhau Hình dưới cho thấy cách

bố trí của mạng GSM tổng quát Mạng GSM có thể chia thành ba phần chính.Trạm di động (Mobile Station_MS) do thuê bao giữ Hệ thống con trạm gốc (BaseStation Subsystem_BSS) điều khiển liên kết với trạm di động Hệ thống mạng con(Network Subsystem_NS) là phần chính của trung tâm chuyển mạch dịch vụ diđộng MSC (Mobile services Switching Center), thực hiện chuyển mạch cuộc gọigiữa những người sử dụng điện thoại di động, và giữa di động với thuê bao mạng cốđịnh MSC xử lý các hoạt động quản lý di động Trong hình không có trình bàytrung tâm duy trì và điều hành (Operations and Maintenance Center_OMS), giámsát điều hành và cơ cấu của mạng Trạm di động và hệ thống con trạm gốc thôngtin dùng giao tiếp Um, còn được gọi là giao tiếp không trung hay liên kết vô tuyến

Hệ thống con trạm gốc liên lạc với trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động dùnggiao tiếp A

Thiết bị di động được nhận dạng duy nhất bằng số nhận dạng thiết bị di độngquốc tế (International Mobile Equipment Identity_IMEI) SIM card chứa số nhậndạng thuê bao di động quốc tế (International Mobile Subscriber Identity_IMSI) sửdụng để nhận dạng thuê bao trong hệ thống, dùng để xác định chủ quyền và thôngtin khác Số IMEI và IMSI độc lập nhau SIM card có thể được bảo vệ chống lạiviệc sử dụng trái phép bằng password hoặc số nhận dạng cá nhân.

1.5.2.2 Hệ thống con trạm gốc

Hệ thống con trạm gốc gồm hai phần: trạm gốc thu phát (BTS) và trạm gốcđiều khiển (BSC) Hai hệ thống này liên kết dùng giao tiếp Abis chuẩn hoá, chophép điều hành các bộ phận cung cấp bởi các nhà sản xuất khác nhau

Trạm thu phát gốc là nơi máy thu phát vô tuyến phủ một cell và điều khiển cácgiao thức liên kết vô tuyến với trạm di động Trong một thành phố lớn, có nhiềukhả năng triển khai nhiều BTS, do đó yêu cầu BTS phải chính xác, tin cậy, dichuyển được và giá thành thấp.

Trạm gốc điều khiển tài nguyên vô tuyến của một hoặc nhiều BTS Trạm điềukhiển cách thiết lập kênh truyền vô tuyến, nhảy tần và trao tay BSC là kết nối giữatrạm di động và tổng đài di động (MSC)

1.5.2.3 Hệ thống mạng con

Thành phần chính của hệ thống mạng con là tổng đài di động, hoạt động như mộtnút chuyển mạch bình thường của PSTN hoặc ISDN, và cung cấp tất cả các chứcnăng cần có để điều khiển một thuê bao di động, như đăng ký, xác nhận, cập nhậttọa độ, trao tay, và định tuyến cuộc gọi cho một thuê bao liên lạc di động Nhữngdịch vụ này được cung cấp chung với nhiều bộ phận chức năng khác, tạo nên hệthống mạng con MSC cung cấp kết nối đến mạng cố định (như PSTN hoặc ISDN).Báo hiệu giữa các bộ phận chức năng trong hệ thống mạng con là hệ thống báo hiệu

số 7 (SS7) sử dụng cho báo hiệu trung kế trong mạng ISDN và mở rộng sử dụngtrong mạng công cộng hiện tại

Bộ ghi định vị thường trú (HLR) và bộ ghi định vị tạm trú (VLR) cùng vớiMSC cung cấp định tuyến cuộc gọi và khả năng liên lạc di động của GSM HLRchứa tất cả thông tin quản trị của mỗi thuê bao đã đăng ký trong mạng GSM tươngứng, cùng với vị trí hiện tại của di động Vị trí của di động thường ở dưới dạng địachỉ báo hiệu của VLR chứa trạm di động

Bộ ghi định vị tạm trú (VLR) chứa thông tin quản trị được chọn từ HLR, cầnthiết cho điều khiển cuộc gọi và cung cấp các dịch vụ thuê bao, cho mỗi thuê baohiện tại nằm trong vùng địa lý điều khiển bởi VLR Mặc dù mỗi bộ phận chức năngchung có thể được thực hiện độc lập nhưng tất cả các nhà sản xuất thiết bị chuyểnmạch cho đến nay đều sản xuất VLR với MSC, vì thế vùng địa lý điều khiển bởiMSC sẽ tương ứng với điều khiển bởi VLR đó, do đó đơn giản hóa báo hiệu cần

thiết Lưu ý rằng MSC không chứa thông tin các trạm di động – thông tin này lưutrữ trong các thanh ghi vị trí.

Có hai bộ ghi khác sử dụng cho mục đích xác nhận và bảo mật Bộ ghi nhậnthực thiết bị (EIR) là một cơ sở dữ liệu chứa một danh sách tất cả các thiết bị diđộng hợp lệ trên mạng, mỗi trạm di động được xác nhận bằng số nhận dạng thiết bị

di động quốc tế (IMEI) Số IMEI bị đánh dấu là không hợp lệ nếu được thông báomất cắp hoặc không được chấp thuận Trung tâm nhận thực AuC là cơ sở dữ liệuđược bảo vệ chứa bản sao khóa mã trong SIM card của thuê bao, sử dụng để nhậnthực và mã hóa trên kênh vô tuyến

1.5.2.4 Đa truy cập trong GSM

Mạng GSM kết hợp hai phương pháp đa truy cập là FDMA và TDMA Dải tần

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

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

FU = FL(n) + 45 MHz

1 ≤ n ≤ 124

0,2MHz là khoảng cách giữa các kênh lân cận, 45Mhz là khoảng cách thu phát, n sốkênh tần vô tuyến Ta thấy tổng số kênh tần số có thể tổ chức cho mạng GSM là

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

ở khoảng cách cho phép

Truyền dẫn vô tuyến ở GSM được chia thành các cụm (BURST) chứa hàng

trăm bit đã được điều chế Mỗi cụm được phát đi trong một khe thời gian 577μs ởtrong một kênh tần số có độ rộng 200 Khz nói trên Mỗi một kênh tần số cho phép

tổ chức các khung thâm nhập theo thời gian, mỗi khung bao gồm 8 khe thời gian từ

0 – 7 (TS0, TS1, TS7)

1.5.2.5 Các thủ tục thông tin

1.5.2.5.1 Đăng nhập thiết bị vào mạng

Khi một thuê bao không ở trạng thái gọi, nó sẽ quét 21 kênh thiết lập trên tổng

số 416 kênh Sau đó nó chọn một kênh mạnh nhất và khóa ở kênh này Sau 60s qúatrình tự định vị được lặp lại

Khi thuê bao bật lên, thiết bị dò tần số GSM để tìm kênh điều khiển Sau đó, thiết bị

đo cường độ của tín hiệu từ các kênh và ghi lại Cuối cùng chuyển sang kết nối vớikênh có tín hiệu mạnh nhất

Riêng trong chế độ chuyển vùng quốc tế hoặc chuyển vùng giữa mạng của hainhà khai thác dịch vụ khác nhau thì quá trình cập nhật vị trí đòi hỏi phải có sự chấpthuận và hổ trợ từ cấp nhà khai thác dịch vụ

1.5.2.5.3 Thực hiện cuộc gọi

1.5.2.5.3.1 Cuộc gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định

Trình tự thiết lập cuộc gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định như sau :

1 Thiết bị gửi yêu cầu một kênh báo hiệu

2 BSC/TRC sẽ chỉ định kênh báo hiệu

3 Thiết bị gửi yêu cầu cuộc gọi cho MSC/VLR Thao tác đăng ký trạng tháitích cực cho thiết bị vào VLR, xác thực, mã hóa, nhận dạng thiết bị, gửi số được gọi

cho mạng, kiểm tra xem thuê bao có đăng ký dịch vụ cấm gọi ra đều được thực hiệntrong bước này.

4 Nếu hợp lệ MSC/VLR báo cho BSC/TRC một kênh đang rỗi

5 MSC/VLR chuyển tiếp số được gọi cho mạng PSTN

6 Nếu máy được gọi trả lời, kết nối sẽ thiết lập

1.5.2.5.3.2 Cuộc gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động.

Điểm khác biệt quan trọng so với gọi từ thiết bị di động là vị trí của thiết bịkhông được biết chính xác Chính vì thế trước khi kết nối, mạng phải thực hiệncông việc xác định vị trí của thiết bị di động

1 Từ điện thoại cố định, số điện thoại di động được gửi đến mạng PSTN.Mạng sẽ phân tích và nếu phát hiện ra từ khóa gọi mạng di động, mạng PSTN sẽ kếtnối với trung tâm GMSC của nhà khai thác thích hợp

2 GMSC phân tích số điện thoại di động để tìm ra vị trí đăng ký gốc trongHLR của thiết bị và cách thức nối đến MSC/VLR phục vụ

3 HLR phân tích số di động gọi đến để tìm ra MSC/VLR đang phục vụ chothiết bị Nếu có đăng ký dịch vụ chuyển tiếp cuộc gọi đến, cuộc gọi sẽ được trả vềGMSC với số điện thoại được yêu cầu chuyển đến

4 HLR liên lạc với MSC/VLR đang phục vụ

5 MSC/VLR gửi thông điệp trả lời qua HLR đến GMSC

6 GMSC phân tích thông điệp rồi thiết lập cuộc gọi đến MSC/VLR

GSM/PLMN PSTN

1 2 3

1 2 3 4

BSC/TRC MSC/VLR

Thiết bị đầu cuối

Hình 1.4 Gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định

7 MSC/VLR biết địa chỉ LAI của thiết bị nên gửi thông điệp đến BSC quản lýLAI này.

8 BSC phát thông điệp ra toàn bộ vùng các ô thuộc LAI

9 Khi nhận được thông điệp thiết bị sẽ gửi yêu cầu ngược lại

10 BSC cung cấp một khung thông điệp chứa thông tin

11 Phân tích thông điệp của BSC gửi đến để tiến hành thủ tục bật trạng tháicủa thiết bị lên tích cực, xác nhận, mã hóa, nhận diện thiết bị

12 MSC/VLR điều khiển BSC xác lập một kênh rỗi, đổ chuông Nếu thiết bị

di động chấp nhận trả lời, kết nối được thiết lập

1.5.2.5.3.3 Cuộc gọi từ thiết bị di động đến thiết bị di động.

Quá trình diễn ra tương tự như gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động,chỉ khác điểm giao tiếp với mạng PSTN của điện thoại cố định sẽ được thay thếbằng MSC/VLR khác

Hình 1.5 Gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động

GSM/PLMN PSTN

BSC/TRC MSC/VLR

Tổng đài nội bộ

2 5

1.5.2.5.3.4 Kết thúc cuộc gọi

Khi MS tắt máy phát, một tín hiệu đặc biệt (tín hiệu đơn tone) được phát đếncác trạm gốc và hai bên cùng giải phóng cuộc gọi MS tiếp tục kiểm tra tìm gọithông qua kênh thiết lập mạnh nhất

1.6 Sự phát triển của mang GSM lên 3G

1.6.1 Hệ thống GSM sẽ được nâng cấp từng bước lên thế hệ ba.

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

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

- Có khả năng cung cấp độ rộng băng thông theo yêu cầu nhằm hỗ trợ một dảirộng các dịch vụ từ bản tin nhắn tốc độ thấp thông qua thoại đến tốc độ dữ liệu caokhi truyền video hoặc truyền file Đảm bảo các kết nối chuyển mạch cho thoại, cácdịch vụ video và khả năng chuyển mạch gói cho dịch vụ số liệu Ngoài ra nó còn hỗtrợ đường truyền vô tuyến không đối xứng để tăng hiệu suất sử dụng mạng (chẳnghạn như tốc độ bit cao ở đường xuống và tốc độ bit thấp ở đường lên)

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

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

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

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

1.6.2 Các giải pháp nâng cấp

Có hai giải pháp nâng cấp GSM lên thế hệ ba : một là bỏ hẳn hệ thống cũ, thaythế bằng hệ thống thông tin di động thế hệ ba; hai là nâng cấp GSM lên GPRS vàtiếp đến là EDGE nhằm tận dụng được cơ sở mạng GSM và có thời gian chuẩn bị

để tiến lên hệ thống 3G W-CDMA Giải pháp thứ hai là một giải pháp có tính khảthi và tính kinh tế cao nên đây là giải pháp được ưa chuộng ở những nước đang pháttriển như nước ta

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

Hình 1.6 Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G

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

vì thời gian truy cập

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

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

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

dịch vụ như Internet, truyền hình

Với công nghệ 3G, các nhà khai thác mạng có thể cung cấp nhiều dịch vụ sốliệu cho các khách hàng của mình, các dịch vụ hấp dẫn này làm cho cuộc sống của

họ dễ dàng hơn Nhờ đó, các nhà khai thác mạng có thể tăng doanh thu trung bìnhtrên một thuê bao Ngoài ra, 3G còn tạo khả năng cho các nhà khai thác cung cấpcác dịch vụ đặc biệt dành riêng cho các thuê bao của mình để có được sự trungthành của khách hàng

Chương 2: CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ BA W-CDMA

2.1 Giới thiệu công nghệ W-CDMA

Chương này sẽ giới thiệu về công nghệ W-CDMA, cấu trúc mạng W-CDMA,mạng truy nhập vô tuyến UTRAN, các giao diện vô tuyến và đặc trưng riêng củachúng, ta sẽ có cái nhìn tổng quan về mạng W-CDMA 3G

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - truy cập đa phân mãbăng rộng) là công nghệ 3G hoạt động dựa trên CDMA và có khả năng hỗ trợ cácdịch vụ đa phương tiện tốc độ cao như video, truy cập Internet, hội thảo hình WCDMA nằm trong dải tần 1920 MHz -1980 MHz, 2110 MHz - 2170 MHz

W-CDMA giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cáchdùng kỹ thuật CDMA hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA Trong cáccông nghệ thông tin di động thế hệ ba thì W-CDMA nhận được sự ủng hộ lớn nhấtnhờ vào tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhauđặc biệt là dịch vụ tốc độ bit thấp và trung bình

W-CDMA có các tính năng cơ sở sau :

- Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5MHz

- Lớp vật lý mềm dẻo để tích hợp được tất cả thông tin trên một sóng mang

- Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1

- Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến

Nhược điểm chính của W-CDMA là hệ thống không cấp phép trong băng TDDphát liên tục cũng như không tạo điều kiện cho các kỹ thuật chống nhiễu ở các môitrường làm việc khác nhau

Hệ thống thông tin di động thế hệ ba W-CDMA có thể cung cấp các dịch vụvới tốc độ bit lên đến 2MBit/s Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn đốixứng và không đối xứng, thông tin điểm đến điểm và thông tin đa điểm Với khảnăng đó, các hệ thống thông tin di động thế hệ ba có thể cung cấp dể dàng các dịch

vụ mới như : điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nó còn cung cấp cácdịch vụ đa phương tiện khác

Các nhà khai thác có thể cung cấp rất nhiều dịch vụ đối với khách hàng, từ cácdịch vụ điện thoại khác nhau với nhiều dịch vụ bổ sung cũng như các dịch vụ khôngliên quan đến cuộc gọi như thư điện tử, FPT…

Công trình nghiên cứu của các nước châu Âu cho W-CDMA bắt đầu từ đề ánCODIT (Code Division Multiplex Testbed : Phòng thí nghiệm đa truy cập theo mã)

và FRAMES (Future Radio Multiplex Access Scheme : Kỹ thuật đa truy cập vôtuyến trong tương lai) từ đầu thập niên 90 Các dự án này đã tiến hành thử nghiệmcác hệ thống W-CDMA để đánh giá chất lượng đường truyền

Theo các chuyên gia trong ngành viễn thông, đường tới 3G của GSM làWCDMA Nhưng trên con đường đó, các nhà khai thác dịch vụ điện thoại di độngphải trải qua giai đoạn 2,5G Thế hệ 2,5G bao gồm những gì? Đó là: dữ liệu chuyểnmạch gói tốc độ cao (HSCSD), dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS và EnhancedData Rates for Global Evolution (EDGE)

KBit/s

Điện thoại IP vv…

Y tế từ xa

Thư tiếng

Truy nhập cơ sở dữ liệu

Mua hàng theo Catalog Video

Video theo yêu cầu

Báo điện tử

Karaoke ISDN

Xuất bản điện tử

Thư điện tử FAX

Các dịch

vụ phân phối thông tin

Tin tức

Dự báo thời tiết

Thông tin lưu lượng

Thông tin nghỉ ngơi

Truyền hình di động

Truyền thanh di động

Tiếng

Số liệu H.ảnh

2.2 Cấu trúc mạng W-CDMA

Hệ thống W-CDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS Về mặt chức năng

có thể chia cấu trúc mạng W-CDMA ra làm hai phần : mạng lõi (CN) và mạng truynhập vô tuyến (UTRAN), trong đó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứngcủa mạng GPRS còn mạng truy nhập vô tuyến là phần nâng cấp của W-CDMA.Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống, trong W-CDMA còn có thiết bị người sử dụng(UE) thực hiện giao diện người sử dụng với hệ thống Từ quan điểm chuẩn hóa, cả

UE và UTRAN đều bao gồm những giao thức mới được thiết kế dựa trên công nghệ

vô tuyến W-CDMA, trái lại mạng lõi được định nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM.Điều này cho phép hệ thống W-CDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ sởcông nghệ GSM

Internet

Các mạng ngoài

MSC/

GGSNSGSN

- Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) : Là một thẻ thông minh chứathông tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu giữ cáckhóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối.

 UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)

Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đếntruy nhập vô tuyến UTRAN gồm hai phần tử :

cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến

- Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC: Có chức năng sở hữu và điều khiển cáctài nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B được kết nối với nó) RNC còn là điểmtruy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN

 CN (Core Network)

- HLR (Home Location Register): Là thanh ghi định vị thường trú lưu giữthông tin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng Các thông tin này bao gồm :Thông tin về các dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và cácthông tin về dịch vụ bổ sung như : trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyểnhướng cuộc gọi

- MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register) :

Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạchkênh cho UE tại vị trí của nó MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyểnmạch kênh VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người sử dụng cũng như

vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ

- GMSC (Gateway MSC) : Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài

- SGSN (Serving GPRS) : Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụngcho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS)

- GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Có chức năng như GMSC nhưng chỉphục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói

 Các mạng ngoài

- Mạng CS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh

- Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói.

 Các giao diện vô tuyến

tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh

hệ thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS

khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau

khác nhau

tiêu chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn

2.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN

UTRAN bao gồm nhiều hệ thống mạng con vô tuyến RNS (Radio NetworkSubsystem) Một RNS gồm một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC và các node B.Các RNC được kết nối với nhau bằng giao diện Iur và kết nối với node B bằng giaodiện Iub

2.2.1.1 Đặc trưng của UTRAN

Các đặc tính của UTRAN là cơ sở để thiết kế cấu trúc UTRAN cũng như cácgiao thức UTRAN có các đặc tính chính sau :

- Hỗ trợ các chức năng truy nhập vô tuyến, đặc biệt là chuyển giao mềm và cácthuật toán quản lý tài nguyên đặc thù của W-CDMA

- Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh và chuyểnmạch gói bằng cách sử dụng giao thức vô tuyến duy nhất để kết nối từ UTRAN đến

cả hai vùng của mạng lõi

- Đảm bảo tính chung nhất với GSM

- Sử dụng cơ chế truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN

2.2.1.2 Bộ điều khiển mạng vô tuyến UTRAN

RNC là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển tài nguyên vô tuyến củaUTRAN RNC kết nối với CN (thông thường là với một MSC và một SGSN) quagiao diện vô tuyến Iu RNC điều khiển node B chịu trách nhiệm điều khiển tải vàtránh tắc ngẽn cho các ô của mình Khi một MS UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên

vô tuyến từ nhiều RNC thì các RNC này sẽ có hai vai trò logic riêng bịêt

- RNC phục vụ (Serving RNC) : SRNC đối với một MS là RNC kết cuối cảđường nối Iu để truyền số liệu người sử dụng và báo hiệu RANAP (phần ứng dụngmạng truy nhập vô tuyến) tương ứng từ mạng lõi SRNC cũng là kết cuối báo hiệuđiều khiển tài nguyên vô tuyến Nó thực hiện xử lý số liệu truyền từ lớp kết nối sốliệu tới các tài nguyên vô tuyến SRNC cũng là CRNC của một node B nào đó được

sử dụng để MS kết nối với UTRAN

- RNC trôi (Drif RNC) : DRNC là một RNC bất kỳ khác với SRNC để điềukhiển các ô được MS sử dụng Khi cần DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân tập

vĩ mô DRNC không thực hiện xử lý số liệu trong lớp kết nối số liệu mà chỉ định

nhiều DRNC

2.2.1.3 Node B

Chức năng chính của node B là thực hiện xữ lý trên lớp vật lý của giao diện vô

tuyến như mã hóa kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ…Nó cũng thực hiệnphần khai thác quản lý tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòng trong.

Về phần chức năng nó giống như trạm gốc của GSM

2.2.1.4 Giao diện vô tuyến

Cấu trúc UMTS không định nghĩa chi tiết chức năng bên trong của phần tửmạng mà chỉ định nghĩa giao diện giữa các phần tử logic Cấu trúc giao diện đượcxây dựng trên nguyên tắc là các lớp và các phần cao độc lập logic với nhau, điềunày cho phép thay đổi một phần của cấu trúc giao thức trong khi vẫn giữ nguyêncác phần còn lại

2.2.1.5 Giao diện UTRAN – CN, I U

hai kiểu : Iu CS để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch kênh và Iu PS để kết nốiUTRAN với chuyển mạch gói

Giao thức ứng dụng

Mạng báo hiệu

Mạng

số liệu

Mạng báo hiệu ALCAP

Luồng

số liệu

Phía điều khiển mạng truyền tải

Phía người sử dụng mạng truyền tải

Phía người sử dụng mạng truyền tải

• Cấu trúc I U CS

cáp quang hay cáp đồng Có thể lựa chọn các công nghệ truyền dẫn khác nhau nhưSONET, STM-1 hay E1 để thực hiện lớp vật lý

- Ngăn xếp giao thức phía điều khiển : Gồm RANAP trên đỉnh giao diện SS7băng rộng và các lớp ứng dụng là phần điều khiển kết nối báo hiệu SCCP, phầntruyền bản tin MTP3-b, và lớp thích ứng báo hiệu ATM cho các giao diện mạngSAAL-NNI

- Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải : Gồm các giao thức báohiệu để thiết lập kết nối AAL2 (Q.2630) và lớp thích ứng Q.2150 ở đỉnh các giaothức SS7 băng rộng

- Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng : Gồm một kết nối AAL2 được dànhtrước cho từng dịch vụ CS

• Cấu trúc I U PS

Phương thức truyền tải ATM được áp dụng cho cả phía điều khiển và phíangười sử dụng

hiệu SS7 Ngoài ra cũng có thể định nghĩa vật mang báo hiệu IP ở ngăn xếp này.Vật mang báo hiệu trên cơ sở IP bao gồm : M3UA (SS7 MTP3 User AdaptionLayer), SCTP (Simple Control Transmission Protocol), IP (Internet Protocol) vàALL5 chung cho cả hai tuỳ chọn

địa chỉ và nhận dạng báo hiệu AAL2 giống như các phần tử thông tin được sử dụngtrong CS

- Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng Iu PS : Luồng số liệu gói được ghépchung lên một hay nhiều AAL5 PVC (Permanent Virtual Connection) Phần người

sử dụng GTP-U là lớp ghép kênh để cung cấp các nhận dạng cho từng luồng số liệugói Các luồng số liệu sử dụng truyền tải không theo nối thông và đánh địa chỉ IP

2.2.1.6 Giao diện RNC – RNC, IUr

diện này được thiết kế để hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC, trong quá trình

đảm bảo 4 chức năng sau :

- Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC

- Hỗ trợ kênh lưu lượng riêng

- Hỗ trợ kênh lưu lượng chung

- Hỗ trợ quản lý tài nguyên vô tuyến toàn cầu

- Chức năng thiết lập, bổ sung, giải phóng và tái thiết lập một kết nối vô tuyếnđầu tiên của một UE và chọn điểm kết cuối lưu lượng

- Khởi tạo và báo cáo các đặc thù ô, node B, kết nối vô tuyến

- Xử lý các kênh riêng và kênh chung

Theo đánh giá của các thành viên phản biện, việc xây dựng và hoàn thànhcông trình là một việc làm cần thiết, có ý nghĩa và đặc biệt là độ khả thi trong giaiđoạn hiện nay, khi nhu cầu phát triển lên 3G là một xu hướng tất yếu ở Việt Nam,nhất là các nhà di động mạng GSM

Chương 3 CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT TRONG W-CDMA

3.1 Giới thiệu

Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu các kỹ thuật trong W-CDMA,các kỹthuật mã hóa,điều chế,nguyên lý trải phổ,cấu trúc phân kênh và kỹ thuật truy cậpgói trong W-CDMA

3.2 Mã hóa

3.2.1 Mã vòng

Mã khối là bộ mã hóa chia dòng thông tin thành những khối tin (message) có k

mã có chiều dài n được gọi là một mã khối (n,k) Tỉ số R = k/n được gọi là tỉ số mã,

R chính là số bit thông tin đưa vào bộ giải mã trên số bit được truyền Do n bit rachỉ phụ thuộc vào k bit thông tin vào, bộ giải mã không cần nhớ và có thể được thựchiện bằng mạch logic tổ hợp Mã vòng là một tập con của mã khối tuyến tính

Mã vòng là phương pháp mã hóa cho phép kiểm tra độ dư vòng (CRC – CyclicRedundance Check) và chỉ thị chất lượng khung ở các khung bản tin

Mã hóa mã vòng (n,k) dạng hệ thống gồm ba bước :

Tất cả ba bước này được thực hiện bằng mạch chia với thanh ghi dịch (n-k)tầng có hàm hồi tiếp tương ứng với đa thức sinh g(x)

Sơ đồ mạch mã hóa vòng