các phương pháp chuyển giao trong hệ thống thông tin di động

LAC Location Area Code Mã vùng M MAC Medium Access Control Lớp điều khiển truy nhập môi trường ME Mobile Equipment Thiết bị di động MM Mobility Management Quản lý di động MMS Multimedia

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN LUẬN VĂN :

TS PHẠM DOÃN TĨNH

Hà Nội – Năm 2013

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là luận văn của riêng tôi Luận văn được viết dựa trên kết quả nghiên cứu theo đề cương của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của TS Phạm Doãn Tĩnh

Cùng với kết quả thực nghiệm thực tế với mạng Mobifone, những kết quả thực tế trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kì một bản luận văn nào khác

Hà Nội, ngày tháng 09 năm 2013

Học viên thực hiện

Nguyễn Thành Trung

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH VẼ 3

DANH MỤC BẢNG BIỂU 6

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 7

LỜI MỞ ĐẦU 13

CHƯƠNG 1: TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 15

1.1 Hệ thống thông tin di động đầu tiên 15

1.1.1 Lịch sử phát triển 15

1.1.2 Đặc điểm hệ thống 15

1.2 Hệ thống 2G 15

1.2.1 Đặc điểm hệ thống 16

1.2.2 Các hệ thống điển hình 17

1.2.3 Ưu nhược điểm của hệ thống 17

1.3 Hệ thống 3G, 3,5G 18

1.3.1 Đặc điểm hệ thống 19

1.3.2 Ưu nhược điểm 20

1.3.3 Hệ thống 3,5G 21

1.4 Hệ thống 4G và kế tiếp 21

1.4.1 Đặc điểm công nghệ 22

1.4.2 Kiến trúc tổng quát của hệ thống 22

CHƯƠNG 2: CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG GSM 24

2.1 Kiến trúc mạng 24

2.2 Mạng truy nhập vô tuyến 26

2.3 Chuyển giao trong GSM 33

2.3.1 Nguyên tắc chung của chuyển giao 34

2.3.2 Chuyển giao trong BTS 40

2.3.3 Chuyển giao trong cùng BSC 41

2.3.4 Chuyển giao trong cùng MSC 41

2.3.6 Chi tiết chuyển giao 43

CHƯƠNG 3: CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG UMTS 53

3.1 Mô hình mạng 53

3.1.1 Kiến trúc UTRAN và mạng lõi trong 3GPP R4 54

3.1.2 Kiến trúc logic của UTRAN 55

3.1.3 Giao diện và chức năng các thành phần mạng 56

3.2 Giao thức và mạng truy nhập vô tuyến 57

3.2.1 Giao thức mạng 57

3.2.2 Mạng truy nhập vô tuyến 60

3.3 Chuyển giao trong UMTS 72

3.3.1 Chuyển giao cùng tần số 75

3.3.2 Chuyển giao khác tần số và chuyển giao khác công nghệ truy cập vô tuyến 87

CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM CHUYỂN GIAO 640VỚI MẠNG MOBIFONE 99

4.1 Giới thiệu phần mềm TEMS Investigation 99

4.2 Kịch bản thực hiện 100

4.3 Kết quả thực hiện 100

4.4 Phân tích kết quả 103

KẾT LUẬN 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 110

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Kết nối liên tục giữa các mạng 23

Hình 2.1 Cấu trúc mạng GSM 24

Hình 2.2 Đa truy cập kết hợp TDMA và FDMA 28

Hình 2.3 Tổ chức một khung TDMA 28

Hình 2.4 Phân khung TDMA 29

Hình 2.5 Sơ đồ hệ thồng các kênh logic trong mạng GSM 29

Hình 2.6 Tổ chức hai kênh lưu lượng bán tốc TCH0/H và TCH1/H lên đa khung 26 30

Hình 2.7 Tổ chức các kênh điều khiển quảng bá lên các khe thời gian 31

Hình 2.8 Tổ hợp các kênh logic lên kênh vật lý 33

Hình 2.9 Tổng quan về chuyển giao trong GSM 34

Hình 2.10 Quy trình chung thực hiện thuật toán chuyển giao 35

Hình 2.11 Quy trình quyết định chuyển giao dựa trên thuật toán chuyển giao 1 36

Hình 2.12 Quá trình chuyển giao và ưu tiên trong thuật toán chuyển giao 1 38

Hình 2.13 Quy trình chuyển giao sử dụng thuật toán chuyển giao 2 39

Hình 2.14 Quyết định chuyển giao theo thuật toán chuyển giao 2 40

Hình 2.15 Chuyển giao trong BTS 41

Hình 2.16 Chuyển giao trong cùng BSC 41

Hình 2.17 Chuyển giao trong cùng MSC 42

Hình 2.18 Chuyển giao giữa các MSC khác nhau 43

Hình 2.19 Các bản tin gửi để BSC quyết định chuyển giao trong cùng MSC 44

Hình 2.20 Giai đoạn cấp kênh trong GSM 45

Hình2.21 Giai đoạn thực hiện chuyển giao trong cùng MSC 46

Hình 2.22 Thủ tục giải phóng kênh trong chuyển giao GSM 47

Hình 2.23 Thủ tục chuyển giao thành công trong cùng MSC 48

Hình 2.24 Quá trình MS quay trở lại BSS cũ 50

Hình 2.25 Giải phóng cuộc gọi 51

Hình 3.1 Kiến trúc tổng quan 54

Hình 3.2 Kiến trúc logic của UTRAN 55

Hình 3.3 Chức năng chính của các thành phần mạng 56

Hình 3.4 Giao tiếp giữa UE và UTRAN 57

Hình 3.5 Các giao thức mạng 57

Hình 3.6 Các giao thức trên giao diện Iu 59

Hình 3.7 Tổng quan về mạng truy nhập vô tuyến 60

Hình 3.8 Truy cập dịch vụ 60

Hình 3.9 Kênh vô tuyến, giao thức và thành phần mạng 61

Hình 3.10 Mô hình kênh logic 62

Hình 3.11 Các kênh logic, vận chuyển, và vật lý ở hướng xuống 63

Hình 3.12 Các kênh logic, vận chuyển, và vật lý ở hướng lên 63

Hình 3.13 Mô hình kênh vận chuyển 66

Hình 3.14 Mô hình kênh vật lý 68

Hình 3.15 Chuyển giao được hỗ trợ bởi UMTS 73

Hình 3.16 So sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm 75

Hình 3.17 Điều khiển chuyển giao 77

Hình 3.18 Chuyển giao cùng tần số, cùng NodeB 81

Hình 3.19 Thủ tục báo hiệu cho chuyển giao cùng tần số, cùng NodeB 81

Hình 3.20 Chuyển giao cùng RNC, khác NodeB, cùng tần số 82

Hình 3.21 Thủ tục chuyển giao cùng RNC, khác NodeB, cùng tần số 83

Hình 3.22 Chuyển giao mềm khác RNC, cùng tần số 83

Hình 3.23 Chuyển giao mềm khác RNC, cùng tần số 84

Hình 3.24 Chuyển giao cứng cùng RNC, khác NodeB, cùng tần số 85

Hình 3.25 Chuyển giao cứng cùng RNC, khác NodeB, cùng tần số 85

Hình 3.26 Chuyển giao cứng khác RNC, cùng tần số 86

Hình 3.27 Chuyển giao cứng khác RNC, cùng tần số 86

Hình 3.28 Chuyển giao khác tần số giữa các NodeB trong cùng RNC 88

Hình 3.29 Thủ tục báo hiệu cho chuyển giao khác tần số giữa các NodeB trong cùng RNC 89

Hình 3.30 Thủ tục chuyển giao cứng khác tần số giữa các RNC 90

Hình 3.31 Thủ tục báo hiệu của chuyển giao khác tần số giữa các RNC 90

Hình 3.32 Quy trình báo hiệu cho chuyển giao 3G-2G trong miền CS 91

Hình 3.33 Chuyển giao 3G-2G trong miền PS 93

Hình 3.34 Tạm dừng và trả lại dịch vụ SGSN 94

Hình 3.35 Tạm dừng và trả lại dịch vụ Inter-SGSN 94

Hình 3.36 Chuyển giao 2G tới 3G trong miền CS 95

Hình 3.37 Thủ tục báo hiệu của chuyển giao 2G-3G trong miền PS 96

Hình 3.38 Các trạng thái quản lý tính di động của mạng vô tuyến và mạng lõi chuyển gói dành cho một đường truyền chuyển gói tích cực 98

Hình 4.1 Kết quả đo route Dương Đình Nghệ, Trung Kính 101

Hình 4.2 Mức thu RSCP trung bình trên cả tuyến đo 102

Hình 4.3 Mức Ec/No trung bình trên tuyến đo 103

Hình 4.4 Kết quả chuyển giao mềm 103

Hình 4.5 Các sự kiện xảy ra trên MS1 104

Hình 4.6 Active set của MS1 tại một thời điểm 104

Hình 4.7 Các bản tin layer 3 của MS1 105

Hình 4.8 Chuyển giao từ WCDMA sang GSM 106

Hình 4.9 Danh sách cell lân cận 107

Hình 4.10 Chuyển giao không thành công 107

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Sự khác nhau giữa chuyển giao mềm và mềm hơn 76 Bảng 3.2 Các sự kiện đƣợc báo cáo bởi UE 78 Bảng 3.3 Danh sách các kiểu quyết định và kích hoạt chuyển giao theo sự kiện 80 Bảng 3.4 Các loại chuyển giao khác tần số và khác công nghệ 88 Bảng 4.1 Tổng hợp kết quả đo 102

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

2G Second Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 3G Third Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ 3

3GPP 3rd Generation Partnership

Project Dự án đối tác thế hệ thứ 3

A

AICH Acquisition Indicator Channel Kênh chỉ số thiết lập

AuC Authentication Centre Trung tâm nhận thực

B

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá

BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit

BMC Broadcast/Multicast Control Điều khiển quảng bá, đa truy nhập

BS Base Station Trạm gốc

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

C

CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung

CDMA Code Division Multiple

Access Đa truy nhập phân chia theo mã

CN Core network Mạng lõi

CPCH Common Packet Channel Kênh dữ liệu gói dùng chung

CRC Cyclic Redundancy Check Mã kiểm tra độ dƣ vòng

CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh

CTCH Common Traffic Channel Kênh truyền tải dùng chung

D

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng

DCH Dedicated Channel Kênh dành riêng

DPCCH Dedicated Physical Control

Channel Kênh điều khiển vật lý dành riêng

DPDCH Dedicated Physical Data

Channel Kênh vật lý dành riêng

DSSS Direct Sequence Spread

Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp DTCH Dedicated Traffic Channel Kênh truyền tải dành riêng

FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập chuyển tiếp

FBI Feedback Information Thông tin phản hồi

FDD Frequency Division Duplex Phân chia theo tần số

G

GGSN Gateway GPRS Support Node Cổng hỗ trợ GPRS

GMM GPRS MM Quản lý di động GPRS

GMSC Gateway MSC Cổng MSC

GSM Global System for Mobile

Communication Hệ thống thông tin di động toàn cầu

H

HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú

HO Hand over Chuyển giao

HSDPA High-speed Downlink Packet

Access

Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao

HSUPA High-speed Uplink Packet

Access Truy nhập gói đường lên tốc độ cao

I

IMT International Mobile

Telecommunications Viễn thông di động quốc tế

IP Internet Protocol Giao thức mạng internet

LAC Location Area Code Mã vùng

M

MAC Medium Access Control Lớp điều khiển truy nhập môi

trường

ME Mobile Equipment Thiết bị di động

MM Mobility Management Quản lý di động

MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện

MS Mobile Station Trạm di động

MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động

N

NBAP Node B Application Protocol Giao thức ứng dụng trạm gốc

NF Noise Figure Hệ số tạp âm

O

O&M Operations and Maintenance Vận hành và bảo dưỡng

P

PC Power control Điều khiển công suất

PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển tìm gọi

PCH Paging Channel Kênh tìm gọi

PCPCH Physical CPCH Kênh hoa tiêu

PDCP Packet Data Convergence

Protocol Giao thức hội tụ chuyển mạch gói

PDF Probability dustrubition

function Hàm phân bố xác suất

PG Process gain Độ lợi quá trình

PICH Paging Indicator Channel Kênh chỉ số tìm gọi

PLMN PublicLandMobile Network Mạng di động mặt đất công cộng

PN Pseudo Noise Nhiễu giả ngẫu nhiên

PS Packet Switched Chuyển mạch gói

PSC Primary Synchronisation Code Từ mã đồng bộ chính

PSTN Public Switched Telephone

Network

Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

Q

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vuông góc

R

RAC Routing Area Code Vùng định tuyến

RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập sóng vô tuyến

RB Radio Bearer Dịch vụ mang vô tuyến

RLB Radio Link Budgets Quỹ năng lượng đường truyền RLC Radio Link Control Điều khiển tuyến vô tuyến

RNC Radio Network Controller Khối điều khiển sóng vô tuyến

RNSAP

Radio Network Sub-system Application Protocol Giao thức ứng dụng mạng vô tuyến

RSCP Received Signal Code Power Công suất sóng thu đuợc

S

SAP Service access point Điểm truy cập dịch vụ

SCH Synchronisation Channel Kênh đồng bộ

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS

SHO Soft Hand over Chuyển giao mềm

SSC Secondary Synchronisation

Code Từ mã đồng bộ phụ

T

TDMA Time Division Multiple

Access Đa truy cập phân chia theo thời gian TPC Transmit Power Control Điều khiển công suất phát

U

UE User Equipment Thiết bị người sử dụng

UMTS Universal Mobile

Telecommunications System Hệ thống viễn thông toàn cầu

UTRAN Universal Terrestrial Radio

Access Mạng truy nhập mặt đất

V

VLR Visitor Location Register Thanh ghi định vị thường trú

W

WCDMA Wideband Code Division

Multiple Access Đa truy cập mã băng rộng

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay thông tin liên lạc đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống của chúng ta, chưa bao giờ việc liên lạc, trao đổi thông tin giữa con người với nhau ở trên khắp hành tinh trở nên dễ dàng như vậy, những giá trị mà công nghệ viễn thông mang lại góp một phần to lớn vào sự phát triển và tiến bộ của xã hội loài người Dịch vụ viễn thông ngày nay không đơn thuần chỉ là cuộc gọi, nhắn tin mà còn vô số dịch vụ hấp dẫn khác như: cuộc gọi video, truy cập internet, duyệt web, email… ở mọi nơi, mọi thời điểm Để đáp ứng nhu cầu ngày một lớn của khách hàng, các nhà cung cấp dịch vụ cũng không ngừng cải tiến, nâng cấp chất lượng dịch vụ, mở rộng vùng phủ sóng, đưa ra nhiều dịch vụ mới với các gói cước linh hoạt phù hợp với mọi lứa tuổi, mọi thành phần Ở Việt Nam hiện đang có sáu nhà cung cấp dịch vụ di động với vùng phủ sóng trên toàn quốc và khả năng chuyển vùng quốc tế linh hoạt

Hiện nay các nhà mạng tại Việt Nam đang khai thác dịch vụ dựa trên hai công nghệ là công nghệ GSM và UMTS (W-CDMA) Phát triển mở đầu dựa trên công nghệ GSM với kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và kết hợp đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) để tăng dung lượng hệ thống, sau đó với nhu cầu một tăng của người dùng về các dịch vụ mới chủ yếu liên quan đến dữ liệu, kết nối internet thì công nghệ UMTS (W-CDMA công nghệ truy cập băng rộng phân chia theo mã) được sử dụng để đáp ứng nhu cầu đó

Nói đến hệ thống di động thì điều quan trọng đầu tiên là tính “di động” của

nó, đây là chìa khóa tạo nên thành công của hệ thống di động so với các hệ thống thông tin liên lạc trước đây, và để đảm bảo tính di động của hệ thống đó chính là kỹ thuật chuyển giao (Handover), nhờ có chuyển giao mà dịch vụ luôn thông suốt ở mọi nơi, mọi lúc khi chúng ta di chuyển Chính vì những yếu tố đó tôi đã lựa chọn chuyển giao làm nội dung nghiên cứu trong đồ án tốt nghiệp cao học

Đồ án được chia làm năm phần chính:

Phần 1: Nghiên cứu về quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động từ thế hệ đầu tiên

Phần 2: Nghiên cứu về kỹ thuật chuyển giao trong GSM, các loại chuyển giao, thủ tục báo hiệu

Phần 3: Nghiên cứu về kỹ thuật chuyển giao trong UMTS, kiến trúc mạng, mạng truy cập vô tuyến, các thủ tục báo hiệu

Phần 4: Thực nghiệm chuyển giao trên mạng Mobifone bằng công cụ TEMS Investigation

Phần 5: Kết luận và hướng phát triển tiếp theo của đề tài

Qua đây tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Phạm Doãn Tĩnh đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian làm luận văn Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thiện luận văn này

CHƯƠNG 1: TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

Chương này giới thiệu về lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống thông tin di động qua các giai đoạn, đặc điểm của từng hệ thống từ đó để có cái nhìn tổng quan của toàn hệ thống hiện tại và hướng phát triển trong tương lai

1.1 Hệ thống thông tin di động đầu tiên

1.1.1 Lịch sử phát triển

Là mạng thông tin di động không dây cơ bản đầu tiên trên thế giới, sử dụng công nghệ tương tự, là hệ thống truyền tín hiệu tương tự (analog), là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại, được khơi mào ở Nhật vào năm 1979 Nó sử dụng các ăng-ten thu phát sóng gắn ngoài, kết nối theo tín hiệu analog tới các trạm thu phát sóng và nhận tín hiệu xử lý thoại thông qua các module gắn trong máy di động Chính vì thế mà các thế hệ máy di động đầu tiên trên thế giới có kích thước khá to và cồng kềnh do tích hợp cùng lúc hai module thu tín hiện và phát tín hiệu

như trên Những công nghệ chính thuộc thế hệ thứ nhất này có thể kể đến là : NMT

(Nordic Mobile Telephone) được sử dụng ở các nước Bắc Âu, Tây Âu và Nga

Cũng có một số công nghệ khác như AMPS (Advanced Mobile Phone Sytem – hệ thống điện thoại di động tiên tiến) được sử dụng ở Mỹ và Úc; TACS (Total Access

Communication Sytem – hệ thống giao tiếp truy cập tổng hợp) được sử dụng ở Anh,

C-45 ở Tây Đức, Bồ Đào Nha và Nam Phi, Radiocom 2000 ở Pháp; và RTMI ở

Italia

1.1.2 Đặc điểm hệ thống

Hầu hết các hệ thống đều là hệ thống analog và yêu cầu chuyển dữ liệu chủ yếu là âm thanh Với hệ thống này, cuộc gọi có thể bị nghe trộm bởi bên thứ ba Một số chuẩn trong hệ thống này là: NTM, AMPS, Hicap, CDPD, Mobitex, DataTac Những điểm yếu của thế hệ 1G là dung lượng thấp, xác suất rớt cuộc gọi cao, khả năng chuyển cuộc gọi không tin cậy, chất lượng âm thanh kém, không có chế độ bảo mật…do vậy hệ thống 1G không thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng

Năm 1982, hội nghị quản lý bưu điện và viễn thông ở Châu Âu (CEPT – European Conference of Postal and Telecommunications ad minstrations) thành lập

1 nhóm nghiên cứu, GSM – Group Speciale Mobile, mục đích phát triển chuẩn mới

về thông tin di động ở Châu âu Năm 1987, 13 quốc gia ký vào bản ghi nhớ và đồng

ý giới thiệu mạng GSM vào năm 1991

Năm 1988, Trụ sở chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI – European Telecommunication Standards Institute) được thành lập, có trách nhiệm biến đổi nhiều tiến cử kỹ thuật GSM thành chuẩn European

Sự phát triển kỹ thuật từ FDMA -1G, 2G - là kết hợp FDMA và TDMA Tất

cả các chuẩn của thế hệ này đều là chuẩn kỹ thuật số và được định hướng thương mại, bao gồm: GSM, iDEN, D-AMPS, IS-95, PDC, CSD, PHS, GPRS, HSCSD, WiDEN và CDMA2000 (1xRTT/IS-2000) Trong đó khoảng 60% số mạng hiện tại

là theo chuẩn của châu Âu

số là không đổi bằng 45MHz Mỗi kênh vô tuyến mang 8 khe thời gian TDMA và mỗi khe thời gian là một kênh vật lý trao đổi thông tin giữa MS và mạng GSM Tốc

độ mã từ (6.5- 13)Kbps 125 kênh tần số được đánh số từ 0 đến 124 được gọi là kênh tần số tuyệt đối ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number)

Ful(n) = 890 MHz + (0,2MHz) * n

Fdl(n) = Ful(n) + 45MHz

Với 1 <= n <= 124

Sử dụng các phương pháp đa truy nhập chính là :

+ Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA - Frequency Division Multiple Access )

+ Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA – Time Division Multiple Access)

+ Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA – Code Division Multiple Access)

1.2.2 Các hệ thống điển hình

Thế hệ thứ hai (2G) xuất hiện vào những năm 90 với mạng di động đầu tiên,

sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) Trong thời kỳ của thế hệ thứ hai, nền công nghệ thông tin di động đã tăng trưởng vượt trội cả về số lượng thuê bao và các dịch vụ giá trị gia tăng Các mạng thế thứ hai cho phép truyền

dữ liệu hạn chế trong khoảng từ 9.6 kbps đến 19.2 kbps Các mạng này được sử dụng chủ yếu cho mục đích thoại và là các mạng chuyển mạch kênh Tương tự như trong 1G, không tồn tại một chuẩn chung toàn cầu nào cho 2G, hiện nay các hệ thống 2G dựa trên 3 chuẩn công nghệ chính sau:

- D-AMPS (Digital AMPS): Được sử dụng tại Bắc Mỹ D-AMPS đang dần

được thay thế bởi GSM/GPRS và CDMA2000

- GSM (Global System for Mobile Communications): Các hệ thống triển khai

GSM được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới (ngoại trừ Bắc Mỹ, Nhật) Hệ thống GSM dồn kênh phân chia tần số được sử dụng, với mỗi đầu cuối di động truyền thông trên một tần số và nhận thông tin trên một tần số khác cao hơn (chênh lệch 80MHz trong D-AMPS và 55MHz trong GSM) Trong cả hai hệ thống, phương pháp dồn kênh phân chia thời gian lại được áp dụng cho một cặp tần số, làm tăng khả năng cung cấp dịch vụ đồng thời của hệ thống Tuy nhiên, các kênh GSM rộng hơn các kênh AMPS (200kHz so với 30kHz) qua đó GSM cung cấp độ truyền dữ liệu cao hơn D-AMPS

- CDMA (code Division Multiple Access):

CDMA sử dụng công nghệ đa truy cập thông qua mã Nhờ công nghệ này

mà CDMA có thể nâng cao dung lượng cung cấp đồng thời các cuộc gọi trong một cell cao hơn hẳn so với hai công nghệ trên

- PDC (Personal Digital Cellular): Là chuẩn được phát triển và sử dụng duy

nhất tại Nhật Bản Giống như D-AMPS và GSM, PDC sử dụng TDMA

- Những cuộc gọi di động được mã hóa kĩ thuật số

- Cho phép tăng hiệu quả kết nối các thiết bị

- Bắt đầu có khả năng thực hiện các dịch vụ số liệu trên điện thoại di động – khởi đầu là tin nhắn SMS

Những công nghệ 2G được chia làm hai dòng chuẩn : TDMA (Time – Divison Mutiple Access : Đa truy cập phân chia theo thời gian), và CDMA ( Code Divison Multple Access : Đa truy cập phân chia theo mã), tùy thuộc vào hình thức ghép kênh được sử dụng

Tại Việt Nam, các hệ thống thông tin đầu tiên sử dụng công nghệ GSM với các nhà cung cấp là Mobifone, Vinaphone và sau này là Viettel, sau đó với sự tham gia của ba nhà mạng là Sfone, EVN Telecom, HT-Mobile sử dụng công nghệ CDMA Tuy nhiên do tham gia thị trường sau cùng với hạn chế về thiết bị đầu cuối, các nhà mạng sử dụng công nghệ CDMA đã không còn chỗ đứng trên thị trường Sau sự kiện EVN Telecom sát nhập với Viettel, HT-Mobile xin chuyển đổi cộng nghệ sang GSM và Sfone chính thức tạm ngừng cung cấp dịch vụ, hệ thống 2G tại Việt Nam hiện nay chỉ sử dụng duy nhất công nghệ GSM

3G là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3

(Third Generation) Đã có rất nhiều người nhầm lẫn một cách vô ý hoặc hữu ý giữa hai khái niệm 3G và UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems)

Mạng 3G (Third-Generation technology) là thế hệ thứ ba của chuẩn công

nghệ điện thoại di động, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải

dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh ) 3G cung cấp cả hai hệ thống là chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập radio hoàn toàn khác so với hệ thống 2G hiện nay Điểm mạnh của công nghệ này

so với công nghệ 2G và 2.5G là cho phép truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, hình ảnh chất lượng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở các tốc độ khác nhau Với công nghệ 3G, các nhà cung cấp có thể mang đến cho khách hàng

các dịch vụ đa phương tiện, như âm nhạc chất lượng cao; hình ảnh video chất lượng

và truyền hình số; Các dịch vụ định vị toàn cầu (GPS); E-mail;video streaming; High-ends games;

Quốc gia đầu tiên đưa mạng 3G vào sử dụng rộng rãi là Nhật Bản Vào năm

2001, NTT Docomo là công ty đầu tiên ra mắt phiên bản thương mại của mạng CDMA Năm 2003 dịch vụ 3G bắt đầu có mặt tại châu Âu Tại châu Phi, mạng 3G được giới thiệu đầu tiên ở Maroc vào cuối tháng 3 năm 2007 bởi Công ty Wana

W-1.3.1 Đặc điểm hệ thống

Đặc điểm nổi bật nhất của mạng 3G là khả năng hỗ trợ một lượng lớn các khách hàng trong việc truyền tải âm thanh và dữ liệu – đặc biệt là ở các vùng đô thị

- với tốc độ cao hơn và chi phí thấp hơn mạng 2G

3G sử dụng kênh truyền dẫn 5 MHz để chuyển dữ liệu Nó cũng cho phép việc truyền dữ liệu ở tốc độ 384 Kbps trong mạng di động và 2 Mbps trong hệ thống tĩnh Người dùng hy vọng mạng 3G sẽ được phát triển hiệu quả hơn nữa, để các khách hàng của các mạng 3G khác nhau trên toàn cầu có thể kết nối với nhau

Kết cấu phân tầng: Hệ thống UMTS dựa trên các dịch vụ được phân tầng, không giống như mạng GSM Ở trên cùng là tầng dịch vụ, đem lại những ưu điểm như triển khai nhanh các dịch vụ, hay các địa điểm được tập trung hóa Tầng giữa là tầng điều khiển, giúp cho việc nâng cấp các quy trình và cho phép mạng lưới có thể được phân chia linh hoạt Cuối cùng là tầng kết nối, bất kỳ công nghệ truyền dữ liệu nào cũng có thể được sử dụng và dữ liệu âm thanh sẽ được chuyển qua ATM/AAL2 hoặc IP/RTP

CDMA được dùng trong mạng IMT-2000 3G là WCDMA (Wideband CDMA) và CDMA2000

- WCDMA là đối thủ của cdma2000 và là một trong 2 chuẩn 3G, trải phổ rộng hơn đối với CDMA do đó có thể phát và nhận thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn

- Ở Châu Âu, mạng 3G WCDMA được biết như là UMTS (Universal Mobile Telephony System) là một cái tên khác cho W-CDMA/dịch vụ 3G UMTS sử dụng WCDMA, WCDMA như chuẩn phát vô tuyến Nó có băng thông kênh là 5 MHz,

có thể mang 100 cuộc gọi cùng một lúc, hoặc nó có thể mang dữ liệu tới 2Mbps Tuy nhiên, với sự tăng cường HSDPA và HSUPA chính là trong những release sau này (R99/R4/R5/R6) của chuẩn, tốc độ phát dữ liệu tăng tới 14,4 Mbps

UMTS cho phép cả 2 chế độ FDD và TDD Chế độ đầu tiên là FDD là uplink

và downlink trên các tần số khác nhau Không gian giữa chúng là 190MHz cho mạng band1 Ở TDD uplink và downlink được chia theo thời gian với những trạm

cơ sở (base station) và sau đó di động phát lần lượt trên cùng tần số, đặc biệt phù hợp tới nhiều loại ứng dụng khác nhau Nó cũng thực hiện ở những cell nhỏ Thời gian bảo vệ được yêu cầu giữa phát và thu Hệ thống TDD có thể hiệu quả khi sử dụng trong picocell để mang dữ liệu internet

Tần số: hiện tại có 6 băng sử dụng cho UMTS/WCDMA, tập trung vào

UMTS tần số cấp phát trong 2 băng Uplink (1885 – 2025)MHz và Downlink (2110 – 2200) MHz

UMTS sử dụng WCDMA như một cơ cấu vận chuyển vô tuyến Điều chế trên đường uplink và downlink là khác nhau Downlink sử dụng dịch khóa pha cầu phương (QPSK) cho tất cả những kênh vận chuyển Tuy nhiên, Uplink sử dụng 2 kênh riêng biệt để thực hiện quay vòng của bộ phát ở trạng thái on và off để không gây ra nhiễu trên đường audio, những kênh đôi ( dual channel phase chifl keying) dùng để mã hóa dữ liệu người dùng tới I hoặc đầu vào In-phase tới bộ điều chế DQPSK, và điều khiển dữ liệu đã được mã hóa bằng việc sử dụng mã khác nhau tới đầu vào Q hoặc quadrature tới bộ điều chế

CDMA2000, chuẩn 3G khác Nó là một sự nâng cấp cdmaOne Nó sử dụng trải phổ rộng do đó có thể phát và thu thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn, phát dữ liệu internet nhanh, video, và phát nhạc chất lượng CD Tuy nhiên, có nhiều phần tử CDMA2000 được gọi là cdma20001X, 1X-EV-DV, 1X EV-DO, và cdma2000 3X Chúng phát dịch vụ 3G khi chiếm dữ một phổ tần nhỏ (1,25 MHz mỗi sóng mang)

1.3.2 Ưu nhược điểm

- Tiêu chuẩn thống nhất toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến

- Có khả năng truyền tải đa phương tiện

- Thực hiện truyền tải dịch vụ hình ảnh tốc độ thấp cho đến tốc độ cao nhất là 2Mbps

- Tính bảo mật của cuộc thoại và mức độ hiệu quả khai thác băng tần cao hơn

- Có khả năng chuyển mạch mềm, tích hợp được với mạng NGN

- Chất lượng thoại được nâng lên và dung lượng mạng tăng lên 4-5 lần so với GSM

- CDMA có cơ chế giúp tiết kiệm năng lượng, giúp tăng thời gian thoại của pin

- Khả năng mở rộng dung lượng của CDMA dễ dàng và chi phí thấp hơn so với GSM

1.3.3 Hệ thống 3,5G

3,5G là những ứng dụng được nâng cấp dựa trên công nghệ hiện có của 3G Công nghệ của 3,5G chính là HSDPA (High Speed Downlink Package Access) Đây là giải pháp mang tính đột phá về mặt công nghệ, được phát triển trên cơ sở của hệ thống 3G W-CDMA

HSDPA cho phép download dữ liệu về máy điện thoại có tốc độ tương đương tốc độ đường truyền ADSL, vượt qua những cản trở cố hữu về tốc độ kết nối của một điện thoại thông thường HSDPA là một bước tiến nhằm nâng cao tốc độ

và khả năng của mạng di động tế bào thế hệ thứ 3 UMTS HSDPA được thiết kế cho những ứng dụng dịch vụ dữ liệu như: dịch vụ cơ bản (tải file, phân phối email), dịch vụ tương tác (duyệt web, truy cập server, tìm và phục hồi cơ sở dữ liệu), và dịch vụ Streaming

- Sự giới hạn của giải phổ sử dụng

- Mặc dù được hứa hẹn khả năng chuyển vùng toàn cầu, nhưng do tồn tại những chuẩn công nghệ 3G khác nhau nên gây khó khăn trong việc chuyển vùng

- Thiếu cơ chế chuyển tải “seamless” (liền mạch) giữa đầu cuối với đầu cuối khi mở rộng mạng con di động với mạng cố định

Trong nỗ lực khắc phục những vấn đề của 3G, để hướng tới mục tiêu tạo ra một mạng di động có khả năng cung cấp cho người sử dụng các dịch vụ thoại, truyền dữ liệu và đặc biệt là các dịch vụ băng rộng multimedia tại mọi nơi (anywhere), mọi lúc (anytime), mạng di động thế hệ thứ tư - 4G (Fourth Generation) đã được đề xuất nghiên cứu và hứa hẹn những bước triển khai đầu tiên trong vòng một thập kỷ nữa

- Hỗ trợ nhiều công nghệ vô tuyến khác nhau

- Không cần liên kết điều khiển

- Hỗ trợ bảo mật đầu cuối-đầu cuối

1.4.2 Kiến trúc tổng quát của hệ thống

Dựa trên xu thế phát triển của thông tin di động, mạng 4G sẽ có băng thông rộng hơn, tốc độ dữ liệu cao hơn, chuyển giao nhanh hơn và không gián đoạn, và đặc biệt cung cấp các dịch vụ liên tục giữa các hệ thống và các mạng

Mạng 4G sẽ bao gồm tất cả các hệ thống của các mạng khác nhau, từ mạng công cộng đến mạng riêng, từ mạng băng rộng có quản trị mạng đến mạng cá nhân

và các mạng adhoc Các hệ thống 4G sẽ hoạt động kết hợp với các hệ thống 2G và 3G cũng như các hệ thống phát quảng bá băng rộng khác Thêm vào đó, mạng 4G

sẽ là mạng Internet di động dựa trên IP hoàn toàn

Hình 1.1 (dưới) cho thấy một loạt các hệ thống mạng 4G sẽ tích hợp: vệ tinh băng rộng, mạng tổ ong 2G, mạng tổ ong 3G, mạch vòng nội hạt vô tuyến (WLL)

và mạng cá nhân (PAN), dùng giao thức IP là giao thức tích hợp

Hình 1.1 Kết nối liên tục giữa các mạng

Qua các phần trên chúng ta đã tìm hiểu sơ qua về các hệ thống thông tin di động, lịch sử phát triển, đặc điểm của hệ thống, ưu và nhược điểm Trong đồ án này

sẽ tập trung tìm hiểu về kỹ thuật chuyển giao trong hệ thống thông tin di động GSM

và UMTS bởi vì chuyển giao được coi như chìa khóa, quyết định tính “di động” của

hệ thống Từ đó áp dụng vào mạng lưới để cải thiện chất lượng cung cấp dịch vụ của nhà mạng

CHƯƠNG 2: CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG GSM

Chương thứ hai sẽ đi nghiên cứu về hệ thống GSM, bao gồm: kiến trúc hệ thống, mạng truy cập vô tuyến, các kỹ thuật chuyển giao trong hệ thống GSM

Hệ thống GSM bao gồm 3 hệ thống cơ bản: hệ thống chuyển mạch SS, hệ thống trạm gốc BSS và trạm di động MS Mỗi hệ thống này chứa một số chức năng khác nhau như: chuyển mạch, quản lý nhận dạng thiết bị, tính cước tạo nên một hệ thống mạng di động liên kết Ngoài ra còn có tổng đài cổng GMSC GMSC làm việc như một tổng đài trung kế để giao diện giữa GSM và các mạng khác

Hình 2.1 Cấu trúc mạng GSM

Hệ thống được thực hiện như một mạng gồm nhiều ô vô tuyến cạnh nhau để cùng đảm bảo toàn bộ vùng phủ của vùng phục vụ Mỗi ô có một trạm vô tuyến gốc (BTS) làm việc ở một tập hợp kênh vô tuyến Các kênh này khác với các kênh được

sử dụng ở các ô lân cận để tránh nhiễu giao thoa Một bộ điều khiển trạm gốc (BSC) điều khiển một nhóm BTS, BSC điều khiển các chức năng như chuyển giao và điều khiển công suất

Một trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động (MSC) phục vụ một số

bộ điều khiển trạm gốc MSC điều khiển các cuộc gọi đến và từ mạng chuyển mạch công cộng (PSTN), mạng số liệu liên kết đa dịch vụ (ISDN), mạng di động mặt đất công cộng (PDN) và có thể là các mạng riêng

Các khối nói trên đều tham gia vào việc nối thông giữa một trạm di động (MS) và chẳng hạn một thuê bao ở PSTN – mạng cố định Nếu không thể thực hiện một cuộc gọi đến MS ta sẽ không cần bất cứ thiết bị nào khác Vấn đề nảy sinh khi muốn thực hiện một cuộc gọi ở cuối MS người khởi đầu cuộc gọi hầu như không biết MS được gọi ở đâu.Vì thế ta cần có một cơ sở dữ liệu ở mạng để theo dõi MS

Cơ sở dữ liệu quan trọng nhất là Bộ đăng ký vị trí thường trú (HLR) Khi một người nào đó đăng ký từ một mạng khai thác GSM Người này sẽ đăng ký HLR ở nhà cung cấp dịch vụ này HLR chứa thông tin về thuê bao như các dịch vụ bổ xung và các thông tin nhận thực Ngoài ra sẽ có các thông tin về vị trí MS, nghĩa là hiện thời

MS đang ở vùng MSC nào Thông tin này thay đổi khi MS di động, MS sẽ gửi thông tin về vị trí (qua MSC/VLR) đến HLR của mình, nhờ vậy đảm bảo phương tiện để nhận một cuộc gọi

Trung tâm nhận thực AU được nối đến HLR Chức năng của AU là cung cấp cho HLR các thông số nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng bảo mật Bộ ghi định vị tạm trú VLR là cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở trong vùng phục vụ của MSC Mỗi MSC có 1 VLR (thông thường được đặt trong cùng một thiết bị ) Ngay khi MS lưu động đến một vùng MSC mới VLR liên kết với MSC sẽ yêu cầu số liệu về MS này từ HLR Ðồng thời HLR sẽ thông báo MS đang ở vùng MSC nào Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VLR sẽ có tất

cả các thông tin cần thiết để thiết lập cuộc gọi mà không cần hỏi HLR Có thể coi VLR như 1 HLR phân bố, VLR cũng chứa những thông tin chính xác hơn về vị trí

cổng (GMSC), nó có thể là một tổng đài MSC bất kỳ ở mạng GSM (có thể hầu hết tổng đài này) GMSC sẽ phải tìm ra vị trí của MS cần tìm Ðiều này được thực hiện bằng cách hỏi HLR nơi MS đăng ký HLR sẽ trả lời địa chỉ của vùng MSC hiện hành Lúc này MSC có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC cần thiết Khi cuộc gọi đạt tới MSC này ,VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của MS, như vậy có thể nối thông cuộc gọi Ở GSM có sự khác biệt giữa thiết bị vật lí và đăng ký thuê bao Trạm di động là một khối thiết bị có thể đặt trên ô tô hay xách tay Ở GSM có một khối nhỏ được gọi là modun nhận dạng thuê bao (SIM), là một khối vật lí tách riêng, chẳng hạn là 1 card IC (còn được gọi là card thông minh) SIM cùng với thiết

bị trạm hợp thành trạm di động Không có SIM, MS không thể thâm nhập đến mạng

di động trừ trường hợp gọi khẩn Khi liên kết đăng ký thuê bao với card SIM chứ không với MS, đăng ký thuê bao có thể sử dụng trạm MS khác như của chính mình, điều này nảy sinh vấn đề khi MS bị mất cắp vì không có biện pháp để chặn đăng ký thuê bao nếu thiết bị bị mất cắp Chúng ta cần một cơ sở dữ liệu chứa số liệu phần cứng của thiết bị: Thanh ghi nhận dạng thiết bị (EIR) EIR được nối với MSC qua một đường báo hiệu, nó cho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị, bằng cách này có thể cấm một MS có dạng không được chấp nhận việc nhận thực đăng ký thuê bao được thực hiện từ các thông số AUC

Hệ thống khai thác và hỗ trợ (OSS) được nối đến tất cả các thiết bị ở hệ thống chuyển mạch và nối đến BSC

Mạng GSM sử dụng đa truy cập phân chia theo thời gian kết hợp phân chia theo tần số cho phép tận dụng tối đa băng tần được cấp và tăng dụng lượng hệ thống Xu hướng là tiết kiệm băng thông, thời gian truy cập ngắn và độ trể là nhỏ nhất GSM băng tần 900MHz sử dụng phương pháp truy cập TDMA 8 kênh với độ rộng băng tần sóng mang 200kHz và sử dụng truyền dẫn có liên kết để một MS có thể truy cập vào mạng

- Các kênh vật lý:

GSM sử dụng phối hợp giữa đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA)

và đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA)

 Phân chia theo tần số:

Phân bố tần số trong GSM đƣợc quy định nằm trong khoảng 890 - 960MHz với sự bố trí các kênh tần số nhƣ sau:

 Dải tần số tuyến lên (từ MS đến BTS) 25MHz: 890 – 915MHz

Trong thông tin di động sử dụng phương pháp lặp lại tần số để tránh sự nhiễu các kênh lân cận và tăng dung lượng hệ thống Một phương pháp đặc biệt nữa để tăng dung lượng hệ thống là kết hợp phân chia theo thời gian và phân chia theo tần

số Truyền dẩn 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 có độ rộng là 15/26ms ~ 577us ở trong một kênh tần số có độ rộng 200kHz nói trên

Hình 2.2 Đa truy cập kết hợp TDMA và FDMA

Mỗi kênh tần số cho phép tổ chức các khung truy cập theo thời gian có độ dài 4,62ms, mỗi khung bao gồm 8 khe thời gian từ 0 đến 7, mỗi khe gọi là một timeslots (TS0, TS1, , TS7)

Hình 2.3 Tổ chức một khung TDMA

Tất cả các khung TDMA ở tất cả các kênh tần số ở cả đường lên lẫn đường xuống đều được đồng bộ Tuy nhiên để MS sử dụng cùng một khe thời gian cho cả đường lên lẫn đường xuống mà không phải thu phát đồng thời thì khởi đầu của khung TDMA đường lên trễ 3 timeslots

Hình 2.4 Phân khung TDMA

- Các kênh logic: trong GSM có hai loại kênh logic chính là kênh lưu lượng TCH và kênh điều khiển CCH

Hình 2.5 Sơ đồ hệ thồng các kênh logic trong mạng GSM

 Kênh lưu lượng (TCH):

Các kênh lưu lượng được phân thành 2 loại: toàn tốc (13kbps) hay bán tốc (6,5kbps) Ở chế độ toàn tốc người dùng chiếm hoàn toàn một khe thời gian ở các khung liên tiếp, trong khi ở bán tốc khe được phân cách khung TCH không được dùng ở TS0 (khe này dành cho điều khiển) 26 khung liên tiếp tạo nên đa khung (trong đó khung thứ 13 luôn chứa dữ liệu điều khiển liên kết chậm, khung thứ 26 là khung rỗi ở chế độ toàn tốc và cũng chứa điều khiển liên tiếp chậm ở chế độ bán tốc)

Hình 2.6 Tổ chức hai kênh lưu lượng bán tốc TCH0/H và TCH1/H lên đa

khung 26

Tiếng nói: tiếng nói được số hoá tại tốc độ 13kbps, thêm mã kênh sẽ có tốc

độ 22,8kbps Với bán tốc tốc độ số hoá 6,5kbps khi bổ sung thêm mã kênh cho tốc

độ 11,4kbps Dữ liệu toàn tốc: 12kbps (cho tốc độ luồng cơ sở 9,6kbps), 6kbps (cho tốc độ luồng cơ sở 4,8kbps), 3,6kbps (cho tốc độ luồng cơ sở bé hơn hoặc bằng 2,4kbps)

 Các kênh điều khiển:

Có 3 loại kênh điều khiển chính: Kênh quảng bá BCH, kênh điều khiển chung CCCH, kênh điểu khiển riêng DCCH

 Kênh quảng bá BCH: có 3 loại kênh tách biệt

o Các kênh hiệu chỉnh tần số FCCH: Các kênh này mang thông tin hiệu

chỉnh tần số cho các trạm MS Chứa ở khung 0 và lặp lại sau 10 khung nhằm đồng

bộ tần số nội của máy di động MS với tần số trạm gốc BTS

Kênh này phát quảng bá các thông tin về tế bào (Cell), mạng và tình trạng hiện tại

của tế bào (cấu trúc điều khiển, các kênh lưu lượng còn rỗi, đang sử dụng hoặc nghẽn) Từ khung thứ 2 đến khung thứ 5 trong một đa khung (4/51 khung) chứa dữ liệu BCCH trên khe TS0

trạm di động MS và nhận dạng BTS, nó chỉ sử dụng cho đường xuống Khung SCH chứa tại các khung ngay sau FCCH cho phép máy di động xác định trạm cơ

sở phục vụ và đồng bộ khung với trạm gốc

Vì máy di động có thể ở xa BS đến 30Km nên nó thường phải hiệu chỉnh thời gian để đồng bộ đồng hồ với trạm gốc (tính đến thời gian truyền sóng) BS phát lệnh bổ sung thời gian đến MS thông qua SCH

Hình 2.7 Tổ chức các kênh điều khiển quảng bá lên các khe thời gian

 Các kênh điều khiển dùng chung CCCH: Có 3 loại

o Kênh tìm gọi PCH: Cung cấp tin nhắn từ BTS đến MS để tìm gọi MS, PCH phát IMSI của thuê bao và yêu cầu đáp lại trên tuyến lên RACH Ngoài ra PCH cũng có thể được dùng cung cấp các bản tin quảng bá tế bào dạng ASCII

o Kênh truy cập ngẫu nhiên RACH: Kênh này tuyến lên để máy di động

MS đáp lại lời tìm gọi hoặc để MS đề nghị khởi phát cuộc gọi (cung cấp một kênh) RACH dùng sơ đồ truy cập ALOHA và có thể chiếm tất cả các khung nằm

ở TS0 Khi thiết lập dịch vụ BS phải trả lời RACH bằng cách phân kênh và dành một kênh điều khiển dành riêng SDCCH để báo hiệu cuộc gọi Kết nối này (số hiệu kênh được phân) được thông báo qua AGCH

o Kênh trợ giúp truy cập AGCH: Hoạt động trên tuyến xuống, dữ liệu được mang chỉ thị cho MS chuyển sang một kênh vật lý xác định (một khe trong một ARFCN) với một kênh điều khiển riêng AGCH là bản tin CCCH cuối cùng gữi

từ trạm BS trước khi MS ngẳt khỏi kênh điều khiển (dùng để đáp lại RACH gữi ngược từ khung trước đó)

Dùng cho một cuộc gọi cụ thể Cũng có 3 loại giống như kênh lưu lượng có chức năng, dạng thức giống nhau trong cả 2 chiều đồng thời có thể ở bất kỳ khe nào ngoài TS0, bất kỳ ARFCN nào

o Kênh điều khiển dành riêng đứng một mình SDCCH: mang dữ liệu báo hiệu và hiệu chỉnh kết nối MS và BS ngay trước khi được phân TCH SDCCH đảm bảo rằng MS và BS vẫn được kết nối trong lúc BS và MSC kiểm tra thuê bao

và phân TCH SDCCH được dùng đê gửi bản tin nhận thực, báo hiệu cũng như đồng bộ máy di động với cấu trúc khung để chờ TCH, chúng có thể là một kênh vật

lý khác hay chiếm TS0 của BCH nếu lúc đó có yêu cầu chậm lưu lượng BCH hoặc CCCH

o Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH: kênh này liên kết với TCH hay SDCCH, ở tuyến xuống chúng mang thông tin điều khiển đến MS (mức công suất, đặt lại timing) Ở tuyến lên chúng mang thông tin về độ mạnh tín hiệu nhận

được, chất lượng kênh TCH cũng như kết quả đo mức BCH từ tế bào lân cận Dữ liệu được mang ở 8 khe (khi có 8 người dùng) trong khung thứ 13 hoặc 26

o Kênh liên kết nhanh FACCH: mang thông tin khẩn cấp (giống loại bản tin trong SDCCH) xen vào TCH bất kỳ lúc nào (ví dụ khi yêu cầu chuyển giao) bằng cách thay thế vào khe của TCH và đặt lại 2 bit cờ hiệu - cờ lấy lén)

 Kênh quảng bá ô CBCH: Kênh này chỉ được sử dụng ở đường xuống

để phát quảng bá ô cho các bản tin ngắn SMSCB CBCH sử dụng cùng kênh vật lý như SDCCH

Cấu hình kênh logic có thể đặt vào một kênh vật lý:

Hình 2.8 Tổ hợp các kênh logic lên kênh vật lý

Chuyển giao là chìa khóa của hệ thống thông tin di động, nếu không có chuyển giao thì tính “di động” sẽ bị mất đi Nói như vậy để thấy được sự quan trọng của chuyển giao trong hệ thống thông tin di động Ngoài ra chuyển giao còn ảnh hưởng đến một số chỉ tiêu chất lượng mạng (KPI) như: tỉ lệ rớt cuộc gọi (Call Drop Rate - CDR), tỉ lệ thiết lập cuộc gọi (Call Setup Success Rate – CSSR) Trong phần

dưới đây đồ án sẽ đi tìm hiểu sâu hơn về việc thực hiện chuyển giao trong hệ thống thông tin di động từ 2G (GSM) đến 3G (UMTS), việc kiểm soát và nâng cao chỉ tiêu chất lượng chuyển giao của nhà cung cấp dịch vụ di động

Hình 2.9 Tổng quan về chuyển giao trong GSM

Vậy khi nào sẽ xảy ra chuyển giao? Có một số trường hợp phải thực hiện chuyển giao:

- Để duy trì kết nối trong trường hợp cell thay đổi (khi MS di chuyển)

- Thay đổi kênh khi chất lượng đường truyền không đảm bảo (mức nhiễu cao)

- Theo thiết kế cell vùng biên và cấu trúc mạng vô tuyến của nhà cung cấp dịch vụ

2.3.1 Nguyên tắc chung của chuyển giao

Mạng GSM bao gồm nhiều cell có vùng phủ liên tiếp nhau, kỹ thuật chuyển giao được giới thiệu trong mạng GSM cho phép người dùng tiếp tục thực hiện cuộc gọi khi di chuyển mà không bị ngắt quãng, đảm bảo tối ưu hiệu năng mạng lưới

Trong suốt chuyển giao, MS và BTS thực hiện đo lường dịch vụ đường truyền vô tuyến đường lên và đường xuống tương ứng, ghi kết quả đo lường vào báo cáo đo lường (MR - Measurement Reports) và gửi các MR tới BSC BSC sẽ xác định thời điểm kích hoạt chuyển giao dựa trên MR và điều kiện thực tế của mạng vô tuyến Thuật toán chuyển giao bao gồm đo lường và báo cáo MR, xử lý MR, quyết định chuyển giao và thực hiện chuyển giao Có hai thuật toán chuyển giao 1 và 2 sẽ được nghiên cứu thêm ở các phần sau của đồ án

Thuật toán chuyển giao được gán với chuyển giao trên kênh TCH cũng như SDCCH

Hình 2.10 Quy trình chung thực hiện thuật toán chuyển giao

Quyết định chuyển giao dựa trên thuật toán chuyển giao 1

Hình 2.11 Quy trình quyết định chuyển giao dựa trên thuật toán chuyển giao 1

Trong thuật toán chuyển giao 1, có năm kiểu chuyển giao được định nghĩa:

 Chuyển giao nhanh: bao gồm chuyển giao nhanh PBGT và chuyển giao dịch tần Kiểu này phù hợp khi chất lượng cuộc gọi bị suy giảm do MS di chuyển nhanh Chuyển giao nhanh thích hợp nhất với kịch bản với khu vực phủ sóng đường tàu

 Chuyển giao khẩn cấp: có thể được thực hiện khi chất lượng cuộc gọi bị suy giảm nghiêm trọng Trên lý thuyết, một chuyển giao khẩn cấp có độ sai lệch lớn hơn các kiểu chuyển giao khác trong việc lựa chọn cell mục tiêu do thời giao quyết định ngắn Ở các cell thông thường, chuyển giao khẩn cấp thường bị loại bỏ

 Chuyển giao mạng hai băng tần tăng cường: tài nguyên trong các cell DCS1800 xếp chồng và thiếu hụt vùng phủ của các cell GSM900 có thể được chia

sẻ trong suốt quá trình thiết lập và chuyển giao Theo đó các cuộc gọi ở cell 900 lưu lượng cao có thể chuyển giao sang cell 1800 lưu lượng thấp hơn để cân bằng lưu lượng

 Chuyển giao tải: cho phép tải của hệ thống được cân bằng giữa các cell, đảm bảo hiệu năng mạng

 Chuyển giao thông thường: đảm bảo dịch vụ luôn thông suốt khi thuê bao di chuyển

Hình dưới thể hiện quá trình chuyển giao và những ưu tiên trong thuật toán chuyển giao 1

Hình 2.12 Quá trình chuyển giao và ƣu tiên trong thuật toán chuyển giao 1