Mô phỏng hệ thống thông tin di động thế hệ 3 WCDMA UMTS

Mô phỏng hệ thống thông tin di động thế hệ 3 WCDMA UMTS Mô phỏng hệ thống thông tin di động thế hệ 3 WCDMA UMTS Mô phỏng hệ thống thông tin di động thế hệ 3 WCDMA UMTS luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

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

-

Nguy ễn Tiến Thành MÔ PH ỎNG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TH Ế HỆ 3 WCDMA/UMTS Chuyên ngành : Điện tử - Viễn thông

LU ẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Nguyễn Hoàng Hải

Hà Nội – Năm 2012

1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân, được xuất phát từ yêu cầu phát sinh trong công việc để hình thành hướng nghiên cứu Các số liệu có nguồn gốc rõ ràng tuân thủ đúng nguyên tắc và kết quả trình bày trong lu ận văn được thu thập được trong quá trình nghiên cứu là trung

th ực, chưa từng được ai công bố trước đây

Hà Nội, tháng 3 năm 2012 Tác giả luận văn

Nguy ễn Tiến Thành

2

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

M ỤC LỤC 2

DANH SÁCH T Ừ VIẾT TẮT 4

DANH SÁCH BẢNG BIỂU 8

DANH SÁCH HÌNH VẼ 9

LỜI MỞ ĐẦU 10

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 12

1 1 H ệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất 12

1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai 12

1 3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba 13

1.4 H ệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư 16

1.5 Xu hướng phát triển của công nghệ mạng di động 17

Chương 2: MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G VỚI CÔNG NGHỆ WCDMA 24

2.1 Tổng quan về 3G WCDMA 24

2.2 C ấu trúc mạng di động sử dụng công nghệ WCDMA 25

2.2.1 Thiết bị người sử dụng UE (User Equipment) 27

2.2.2 Mạng truy nhập vô tuyến UMTS (UTRAN) 28

2.2.3 Mạng lõi 30

2.2.4 Các m ạng ngoài 33

2.2.5 Các giao di ện mở cơ bản của UMTS 34

2.2.6 Kiến trúc mạng 3G trong các bản phát hành tiếp theo 35

2.3 Một số tiêu chuẩn kỹ thuật cho thiết bị mạng 3G tại VMS Mobifone 39 2.3.1 Tiêu chuẩn kỹ thuật chung 39

2.3.2 Tiêu ch ẩn về tần số 41

3

2.3.3 Tiêu chu ẩn thiết bị Node B 41

2.3.4 Tiêu chu ẩn thiết bị RNC 44

2.3.5 Tiêu chuẩn tương thích với thiết bị truyền dẫn ATM 45

2.3.6 Tiêu chuẩn OMC 45

Chương 3: THIẾT KẾ MẠNG VÔ TUYẾN 3G 47

3.1 Cơ sở thiết kế mạng vô tuyến 47

3.1.1 Lưu đồ thiết kế mạng vô tuyến cơ bản 47

3.1.2 Dự báo phát triển thuê bao 48

3.1.3 Dự báo lưu lượng phút gọi của mạng 3G như sau: 48

3.2 Thi ết kế vùng phủ sóng 3G 51

3.2.1 D ự báo số lượng thuê bao 3G theo vùng địa lý 51

3.2.2 Vùng phủ sóng yêu cầu 52

3.2.3 Kế hoạch phủ sóng WCDMA 54

Chương 4: TÍNH TOÁN DUNG LƯỢNG MẠNG 3G 60

4.1 Tính toán dung lượng mạng 3G 60

4.1.1 Cơ sở dự báo thuê bao 3G 60

4.1.2 Mô hình lưu lượng mạng 63

4.1.3 Định cỡ số lượng channel elemnent (CE) 65

4.1.4 Các k ết quả tính toán thiết kế node B 68

4.1.5 Thi ết kế số lượng và dung lượng cho RNC 68

4.2 Kết quả tính toán và kết luận 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

AMC Adaptive Modulation and Coding Mã hóa và điều chế thích ứng AMR Adaptive MultiRate Đa tốc độ thích ứng

AP-AICH Access Preamble Acquisition

Indicator Channel

Kênh chỉ thị bắt tiền tố truy nhập

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị bộ

BLER Block Error Rate Tỷ số lỗi khối

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa chuyển pha hai trạng thái

BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

CQI Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lượng kênh

CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra vòng dư

5

DSSS Direct-Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp

EDGE Enhanced Data rates for GPRS

Evolution

Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GPRS

EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị

FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời

gian GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GSM Global System For Mobile

Communications

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú

HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập hói đường xuống tốc độ

cao HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao

HSUPA High-Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ cao IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP

IMT-2000

International Mobile

Telecommunications 2000

Thông tin di động quốc tế 2000

IP Internet Protocol Giao thức Internet

Iu Giao diện được sử dụng để thông tin giữa RNC và mạng lõi

Iub Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và RNC

Iur Giao diện được sử dụng để thông tin giữa các RNC

6

LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn

MIMO Multi-Input Multi-Output Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch các dịch

vụ di động PDCP Packet-Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói

QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc

QPSK Quatrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha vuông góc

RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến

RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến

SF Spreading Factor Hệ số trải phổ

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

SIM Subscriber Identity Module Mođun nhận dạng thuê bao

SMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin

SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời

gian TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA

Time Division Mulptiple Access

Đa truy nhập phân chia theo thời gian

7

UE User Equipment Thiết bị người sử dụng

UMTS Universal Mobile

Telecommunications System

Hệ thống thông tin di động toàn cấu

USIM UMTS SIM

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access

Network

Mnạg truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

Uu Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và UE

WCDMA Wideband Code Division Multiple

Tương hợp truy nhập vi ba toàn cầu

8

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

B ảng 1: Yêu cầu tốc độ dữ liệu cho 3G 14

Bảng 2: Tóm tắt tiến trình phát triển các chuẩn của 3GPP 20

Bảng 3: tiêu chuẩn khoảng cách an toàn 43

Bảng 4 : Phân vùng hình thái phủ sóng cho các thành phố và tỉnh 51

B ảng 5: diện tích phủ sóng của các hình thái môi trường 54

B ảng 6: liệt kê vùng phủ liên tục được sử dụng cho thiết kế mạng 56

Bảng 7: tỷ lệ sử dụng tải của cell trong thiết kế mạng 56

Bảng 8: vùng phủ mong muốn được sử dụng trong thiết kế mạng 57

Bảng 9 : suy hao thâm nhập cho mỗi hình thái môi trường 57

B ảng 10: Lựa chọn anten 57

Bảng 11: Bảng kết quả tính toán bán kính cell và vùng phủ của site 59

Bảng 12: Phân chia mật độ thuê bao theo các hình thái phủ sóng 60

Bảng 13: Phân chia % thuê bao theo tỉnh 63

B ảng 14: Giả thiết về mô hình lưu lượng ( traffic model) 64

B ảng 15: Mapping giữa kênh RAB và các dịch vụ điển hình 65

Bảng 16: Các thông số cần xem xét khi tính toán số lượng CE 66

Bảng 17: thiết kế số lượng CE cho các dịch vụ 67

Bảng 18: số thuê bao/node B và số CE yêu cầu 67

B ảng 19: Các chỉ số chất lượng của mạng 3G cần đạt được 68

B ảng 20: cấu hình và dung lượng của 1 RNC 69

9

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1: Quá trình phát tri ển lên 3G theo nhánh cdma2000 15

Hình 2: Kiến trúc mạng của 3GPP LTE 22

Hình 3: Quá trình phát triển lên 3G 25

Hình 4: Kiến trúc hệ thống ở mức cao 26

Hình 5: Các thành ph ần của mạng PLMN trong R99 27

Hình 6: Vai trò logic c ủa SRNC và DRNC 30

Hình 7: Kiến trúc mạng phân bố theo 3GPP tại R4 36

Hình 8: Kiến trúc mạng 3GPP R5 và R6 38

Hình 9: lưu đồ thiết kế mạng 3G 47

Hình 10: m ật độ thuê bao di động và cố định giai đoạn 2004-2013 48

Hình 11: Dự đoán tổng lưu lượng phút gọi của thuê bao 49

Hình 12: Lưu lượng thuê bao ước tính theo các năm 50

Hình 13: kế hoạch phủ sóng theo dân số mạng VMS Mobifone 50

Hình 14 : Lưu đồ thiết kế vùng phủ sóng mạng WCDMA 55

Hình 15: Tính toán s ố lượng channel 66

10

LỜI MỞ ĐẦU

Ra đời vào những năm 40 của thế kỷ XX, thông tin di động được coi như là

một thành tựu tiên tiến trong lĩnh vực thông tin viễn thông với đặc điểm các thiết bị đầu cuối có thể truy cập dịch vụ ngay khi đang di động trong phạm vi vùng phủ sóng Thành công của con người trong lĩnh vực thông tin di động không chỉ dừng

lại trong việc mở rộng vùng phủ sóng phục vụ thuê bao ở khắp nơi trên toàn thế

giới, các nhà cung dịch vụ, các tổ chức nghiên cứu phát triển công nghệ di động đang nỗ lực hướng tới một hệ thống thông tin di động hoàn hảo, các dịch vụ đa

dạng, chất lượng dịch vụ cao 3G - Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 đang được triển khai tại rất nhiều nơi trên thế giới, trong đó có Việt Nam

Tại Việt Nam trong năm 2009, Bộ Thông tin và Truyền thông đã chính thức

cấp giấy phép 3G cho 4 doanh nghiệp cung cấp mạng di động là Vinaphone, MobiFone, Viettel và Liên doanh EVNTelecom – HanoiTelecom, đánh dấu bước pháp triển cho công nghệ 3G tại Việt Nam Phần lớn các doanh nghiệp này đều phát triển lên 3G dựa trên nền tảng GSM Không những vậy các mạng di động cũng bắt đầu nghiên cứu và đưa vào thử nghiệm việc nâng cấp mạng từ 3G lên 3.5G để đáp ứng tốt hơn nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng

Xuất phát từ xu hướng phát triển này, nhằm phục vụ cho quá trình nghiên cứu cũng như công tác sau này, em xin chọn đề tài luận văn “Mô phỏng hệ thống thông tin di động thế hệ 3 WCDMA/UMTS“ Luận văn gồm có 4 chương:

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về các hệ thống thông tin di động

Chương 2: Mạng thông tin di động 3G với công nghệ WCDMA

Chương 3: Thiết kế mạng vô tuyến 3G

Chương 4: Tính toán dung lượng mạng 3G

Trong quá trình làm luận văn vẫn còn rất nhiều thiếu sót, vì vậy em rất mong

nhận được ý kiến đóng góp của các Thầy để luận văn hoàn thiện hơn nữa

11

Luận văn được thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Hoàng Hải - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy đã hướng dẫn và có ý kiến chỉ dẫn quý báu trong quá trình em làm luận văn

Hà Nội, Ngày tháng năm 2012

Người thực hiện

Nguy ễn Tiến Thành

12

1 1 H ệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất

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 chế tương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người sử dụng Với FDMA , khách hàng được 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 nhận được dữ liệu báo hiệu gồm các lệnh về kênh tần số dành riêng cho lưu lượng người dùng 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 dụng được dãi tần đã gán cho họ mà không bị trùng nhờ việc chia phổ tần ra thành nhiều đoạn Phổ tần số quy định cho liên lạc di dộng được chia thành 2N dải tần số kế

tiếp, và được cách nhau bằng một dải tần phòng vệ Mỗi dải tần số được gán cho

một kênh liên lạc N dải kế tiếp dành cho liên lạc hướng lên, sau một dải tần phân cách là N dải kế tiếp dành riêng cho liên lạc hướng xuống

1.2 H ệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai

Do nhu cầu phát triển của các hệ thống cũ không đáp ứng được các yêu cầu ngày càng tăng của số lượng thuê bao đã dẫn đến sự ra đời hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai với những ưu điểm vượt trội với việc sử dụng kỹ thuật số Khả năng của các hệ thống truyền thông số là rất lớn , cung cấp nhiều dịch vụ kể cả dịch

vụ thoại, dữ liệu…Tốc độ dữ liệu lên tới 9.6Kbps trên mỗi kênh vô tuyến Tất cả các hệ thống thế hệ thứ hai đều sử dụng phương pháp điều chế số Công nghệ đa truy nhập như đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) đa truy nhập phân

13

chia theo mã (CDMA) được kết hợp với FDMA trong thế hệ thứ hai này Hai hệ

thống điển hình cho hệ thống thông tin di động thứ 2 là hệ thống GSM và hệ thống CDMA

GSM (Global System for Mobile Communication) hay hệ thống thông tin di động toàn cầu được phát triển đầu tiên tại châu Âu và sau đó đã phát triển và trở lên thông dụng trên toàn thế giới Mạng thông tin di động GSM là một trong những

mạng thông tin di dộng số thế hệ 2G mà hiện nay đa có trên thế giới và thực chất là

mạng di động mặt đất công cộng PLMN( Public Land Mobile Network) Giao tiếp

vô tuyến của GSM dựa trên công nghệ TDMA (đa truy nhập phân chia theo thời gian) và FDMA (đa truy nhập phân chia theo tần số) Các hệ thống GSM của châu

Âu hoạt động tên 2 dải tần 900MHz (GSM900) và 1800MHz (GSM1800) Tại Mỹ,

hệ thống GSM hoạt động ở băng tần 1900MHz (GSM1900) Tại Việt Nam, các hệ

thống GSM đều hoạt động ở băng tần 900MHz

Phương thức đa truy nhập của GSM được dựa trên cơ sở TDMA/FDMA Mỗi băng tần ược chia làm các băng tần nhỏ với động rộng 200KHz gọi là các sóng mang Mỗi sóng mang được chia theo thời gian sử dụng phương pháp TDMA thành

8 khe thời gian, mỗi người dùng sẽ chiếm một khe thời gian

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 sử dụng công nghệ CDMA mà điển hình là mạng IS-95 Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access

- CDMA): phục vụ các cuộc gọi theo các chuỗi mã khác nhau Đối với hệ thống CDMA, tất cả người dùng sẻ sử dụng cùng lúc một băng tần Tín hiệu truyền đi sẻ chiếm toàn bộ băng tần của hệ thống Tuy nhiên, các tín hiệu của mỗi người dùng được phân biệt với nhau bởi các chuỗi mã Thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng

thời tiến hành các cuộc gọi, mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại mỗi cell trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên PN

1 3 H ệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba

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; những yêu cầu chủ yếu cho thế hệ thứ 3 là:

• Chất lượng thoại có thể so sánh với Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN)

• Hỗ trợ tốc độ số liệu cao Bảng sau đây cho ta yêu cầu về tốc độ số liệu cho các

Bảng 1: Yêu cầu tốc độ dữ liệu cho 3G

• Hỗ trợ các dịch vụ số liệu chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh số liệu

• Sử dụng hiểu quả hơn cho phổ vô tuyến

• Hỗ trợ cho các loại thiết bị di động khác nhau

• Tương thích với các mạng tồn tại trước đó và linh hoạt với những công nghệ và dịch vụ mới

• Băng thông rộng cho hướng lên và hướng xuống

15

Hai hướng chính phát triển lên mạng thế hệ thứ 3 là sử dụng công nghệ WCDMA và công nghệ CDMA2000

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là một công nghệ truy

nhập vô tuyến được phát triển mạnh ở Châu Âu Hệ thống này hoạt động ở chế độ FDD & TDD và dựa trên kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS-Direct Sequence Spectrum) sử dụng tốc độ chip 3,84Mcps bên trong băng tần 5MHz WCDMA hỗ

trợ trọn vẹn cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói tốc độ cao và đảm

bảo sự hoạt động đồng thời các dịch vụ hỗn hợp với chế độ gói hoạt động ở mức

hiệu quả cao nhất Hơn nữa WCDMA có thể hỗ trợ các tốc độ số liệu khác nhau,

dựa trên thủ tục điều chỉnh tốc độ

cdma2000 là một cách tiếp cận đa sóng mang cho các sóng có độ rộng n lần 1,25MHz hoạt động ở chế độ FDD Nhưng công việc chuẩn hoá tập trung vào giải pháp một sóng mang đơn 1,25MHz (1x) với tốc độ chip gần giống IS-95 cdma2000 được phát triển từ các mạng IS-95 của hệ thống thông tin di động 2G, có thể mô tả quá trình phát triển trong hình vẽ sau:

Hình 1: Quá trình phát tri ển lên 3G theo nhánh cdma2000

IS-95B, hay cdmaOne được coi là công nghệ thông tin di động 2,5G thuộc nhánh phát triển cdma2000, là một tiêu chuẩn khá linh hoạt cho phép cung cấp dịch

vụ số liệu tốc độ lên đến 115Kbps

Giai đoạn đầu của cdma2000 được gọi là 1xRTT hay chỉ là 1xEV-DO, được thiết kế nhằm cải thiện dung lượng thoại cua IS-95B và để hỗ trợ khả năng truyền

số liệu ở tốc độ đỉnh lên tới 307,2Kbps Tuy nhiên, các thiết bị đầu cuối thương mại

của 1x mới chỉ cho phép tốc độ số liệu đỉnh lên tới 153,6kbps Những cải thiện so

với IS-95 đạt được nhờ đưa vào một số công nghệ tiên tiến như điều chế QPSK và

Nguyên lý cơ bản của hệ thống này là chia các dịch vụ thoại và dịch vụ số liệu

tốc độ cao vào các sóng mang khác nhau 1xEV-DO có thể được xem như một

mạng số liệu “xếp chồng”, yêu cầu một sóng mang riêng Để tiến hành các cuộc gọi

vừa có thoại, vừa có số liệu trên cấu trúc “xếp chồng” này cần có các thiết bị hoạt

động ở 2 chế độ 1x và 1xEV-DO

Trong công nghệ 1xEV-DO có sự dư thừa về tài nguyên do sự phân biệt cố định tài nguyên dành cho thoại và tài nguyên dành cho số liệu Do đó, CDG, nhóm phát triển CDMA, khởi đầu pha thứ ba của cdma2000 đưa các dịch vụ thoại và số

liệu quay về chỉ dùng một sóng mang 1,25MHz và tiếp tục duy trì sự tương thích ngược với 1xRTT Tốc độ số liệu cực đại của người sử dụng lên tới 3,1Mbps tương ứng với kích thước gói dữ liệu 3940 bit trong khoảng thời gian 1,25ms

Mặc dù kỹ thuật truyền dẫn cơ bản được định hình, vẫn có nhiều đề xuất công nghệ cho các thành phần chưa được quyết định kể cả tiêu chuẩn cho đường xuống

của 1xEV-DV

cdma2000 3x, hay 3xRTT, đề cập đến sự lựa chọn đa sóng mang ban đầu trong cấu hình vô tuyến cdma2000 và được gọi là MC-CDMA (Multi carrier) thuộc IMT-MC trong IMT-2000 Công nghệ này liên quan đến việc sử dụng 3 sóng mang 1x để tăng tốc độ số liệu và được thiết kế cho dải tần 5MHz (gồm 3 kênh 1,25Mhz)

Sự lựa chọn đa sóng mang này chỉ áp dụng được trong truyền dẫn đường xuống Đường lên trải phổ trực tiếp, giống như WCDMA với tốc độ chip hơi thấp hơn một chút 3,6864Mcps (3 lần 1,2288Mcps)

1.4 H ệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư

17

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 đưa đến một trải niệm hoàn toàn khác khi tốc độ dữ liệu lên đến 100Mbps đối với các người dùng di chuyển và tốc độ 1G đối với các người dùng ít di chuyên Các yêu cầu đối với mạng 4G:

• Dựa trên mạng truyển mạch gói toàn IP

• Tốc độ dữ liêu đạt xấp xỉ 100Mbps trong môi trường di động cao như truy

cập điện thoại và lên đến 1Gbps v ới các môi trường ít di chuyển như truy

cập không dây thông thường

• Trực tiếp chia sẻ và sử dụng tài nguyên mạng để hỗ trợ nhiều người dùng

mới kết nối vào mạng

• Băng thông kênh vô tuyến từ 5 - 20MHz và có thể lên đến 40MHz

• Hiệu suất phổ kết nối với downlink là 15bit/s/Hz và 6,75 bit/s/Hz với uplink (có thể đạt tốc độ 1Gbps downlink với băng thông thấp hơn 67MHz)

• Hiệu suất phổ hệ thống lên đến 3bit/s/Hz/cell với downlink và 2,25 cho môi trường indoor

• Chuyển giao mềm với các mạng không đồng nhất

• Khả năng cung cấp chất lương dịch vụ cao cho các ứng dụng đa phương tiện

thế hệ mới

Vào tháng 9 năm 2009, các bản đề xuất về công nghệ được đưa ra trong đó

dựa trên chủ yếu 2 công nghệ chính là LTE Advanced được chuẩn hóa bởi 3GPP và chuẩn 802.16m được chuẩn hóa bởi IEEE

1.5 Xu hướng phát triển của công nghệ mạng di động

Tổ chức 3GPP thực hiện chuẩn hoá cho nhánh công nghệ WCDMA Tính đến

thời điểm hiện nay, lộ trình chuẩn hóa các tính năng của mạng di động theo cấu trúc NGN của 3GPP được liệt kê dưới đây:

• R99: Hoàn thành vào tháng 12/2000 phương án chuyển đổi nhằm tận dụng tối

đa hạ tầng GSM và GPRS hiện có Mạng lõi của 3G có cả phần chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh Mạng truy nhập vô tuyến của 3G có thể nối cả với

18

phần chuyển mạch kênh của GSM sau khi đã có phần bổ sung cho 3G Phần

mạng lõi với 2 nút mạng SGSN và GGSN của GPRS trước đây được sử dụng lại hoàn toàn Như vậy phương án này phù hợp cho thị trường có cả dịch vụ yêu

cầu chuyển mạch kênh (thoại, hình) và dịch vụ dữ liệu gói

• R4: phần gói với GGSN và SGSN vẫn giữ nguyên Trung tâm chuyển mạch di động MSC của hệ thống được tách thành hai phần: phần điều khiển chuyển

mạch và cổng đa phương tiện (thưc hiện chức năng chuyển mạch) Một bộ điều khiển có thể quản lý được rất nhiều cổng chuyển mạch đa phương tiện Việc chuẩn hoá cơ bản hoàn thành vào tháng 3/2001

• R5,6: đây là giải pháp sử dụng mạng lõi hướng tới toàn IP, có thể được truyền trên ATM Như vậy vai trò của mạng truy nhập vô tuyến chỉ là thành giao diện

vô tuyến của 3G Mạng lõi IP có thể tương thích với bất kỳ công nghệ truy nhập

vô tuyến nào: WCDMA, cdma2000, EDGE Hệ thống hoàn toàn không còn

phần chuyển mạch kênh Thoại cũng sẽ được truyền trên IP Như vậy công nghệ này sẽ còn phụ thuộc rất nhiều vào sự phát triển của VoIP Đưa cấu trúc NGN vào miền chuyển mạch gói nhờ sử dụng cấu trúc IMS Các Server cuộc gọi đa phương tiện dựa trên giao thức SIP Việc chuẩn hoá cơ bản hoàn thành vào giữa năm 2002 Release 5 chuẩn hóa công nghệ HSDPA áp dụng cho mạng WCDMA Tốc đốc download có thể đạt 14,4 kbps Release 6 giới thiệu HSUPA cho dữ liệu đường xuống

• R7,8: Giới thiệu HSPA +, áp dụng công nghệ MIMO, nâng cao tốc độ download

và upload Giới thiệu lần đầu LTE (Long Term evolution)

• R9: Đưa ra khả năng tương tác giữa WiMAX và LTE/UMTS; Dual-Cell HSDPA

với MIMO và Dual-Cell HSUPA

• R10: Giới thiệu LTE-Advaned đáp ứng các yêu cầu về 4G của IMT-Advanced

Tương thích ngược với phiên bản R8 (LTE); Multi-Cell HSDPA (4 sóng mang)

Phiên bản Release 6 giới thiệu HSUPA và bổ sung thêm một số tính năng dịch

vụ IMS và hoàn thiện một số tính năng (về tính cước, chất lượng dịch vụ…) của phiên bản Release 5 Những kết quả chuẩn hóa IMS trong phiên bản Release 6 của 3GPP đã được chuyển cho ETSI TISPAN để thực hiện chuẩn hóa phiên bản NGN R1

Đặc trưng cơ bản đối với phiên bản Release 7 của 3GPP là chuẩn hóa tính năng hỗ trợ truy nhập với mạng băng rộng cố định

Từ tháng 6 năm 2007, ETSI TISPAN chính thức chuyển các yêu cầu liên quan đến cấu trúc IMS cố định (lõi IMS tối ưu cho mạng cố định) sang 3GPP để tiếp tục

thực hiện chuẩn hóa một lõi IMS chung (Common IMS) Đây là công việc cần thiết

nhằm hạn chế những khác biệt giữa các chuẩn IMS di động và IMS cố định Cấu trúc IMS chung được chuẩn hóa trong các phiên bản bắt đầu từ Release 8 của 3GPP

Phiên b ản Th ời điểm

hoàn t ất Tính năng chính / Thông tin

Bổ sung một số tính năng như mạng lõi dựa trên IP và có

những cải tiến cho UMTS

tả chi tiết ở những phần sau

Release 7 Quý

4/2007

Tập trung giảm độ trễ, cải thiện chất lượng dịch vụ và các ứng dụng thời gian thực như VoIP Phiên bản này cũng tập trung vào HSPA+ (High Speeed Packet Evolution) và EDGE Evolution

Release 8 Quý

4/2008

Giới thiệu LTE và kiến trúc lại UMTS như là mạng IP thế

hệ thứ tư hoàn toàn dựa trên IP

Release 11

Dự kiến quý 3/2012

Đưa ra khả năng tương tác các dịch vụ Tương tác lớp dịch

vụ giữa các nhà cung cấp, vận hành cũng như với nhà cung cấp ứng dụng thứ 3

21

HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) tiếng Việt gọi là Công nghệ truy

nhập gói đường lên tốc độ cao, là một bước tiến nhằm nâng cao tốc độ và khả năng cũng như giảm độ trễ trên đường truyền gói lên của mạng UMTS (tốc độ đường lên

từ 729,6 Kbps lên đến 5,76 Mbps)

Lợi ích của HSDPA như đã trình bày trong các phần trước cho đường xuống khi hầu hết lưu thông dữ liệu 3G được trông đợi đầu tiên là đường xuống Release 6

sẽ nói về cải tiến, nâng cấp đường lên, được gọi là nâng cấp đường lên HSUPA sử

dụng tương tự các đặc điểm chính như HSDPA: HARQ, TTI ngắn, và lập biểu nút

B Những thử nghiệm được thực hiện cho thấy với HSUPA thì:

– Cải thiện 50-70% thông lượng sector đường lên

– Giảm trễ gói từ 20% đến 55 %

• HSPA+

HSPA+, còn gọi là HSPA Evolved, được thiết kế để nâng cao hiệu quả sử

dụng băng rộng di động và cung cấp một loạt dịch vụ Công nghệ cung cấp tốc độ

dữ liệu đỉnh và trung bình cao hơn, thời gian chờ thấp hơn, thời gian trả lời tốt hơn,

tuổi thọ của pin lâu hơn và luôn luôn được kết nối, so với các mạng di động thế hệ

hiện nay

Tiến hóa mới nhất của công nghệ WCDMA, HSPA+ Release 7, sẽ cung cấp

tốc độ truyền dữ liệu lên đến 42Mbps trên đường truyền xuôi, và đến 23Mbps trên đường truyền ngược bằng cách dùng nhiều kỹ thuật tiên tiến khác nhau, gồm nhiều kênh để truyền dữ liệu HSPA+ tương thích ngược với những thế hệ trước của WCDMA và không cần băng tần mới để triển khai Các nhà khai thác có thể nâng

cấp tài nguyên mạng và băng tần hiện có để cung cấp băng thông và năng suất di động thế hệ kế tiếp

• 3G-LTE

Cụm từ 3GPP LTE (The Third Generation Partnership Project Long Term Evolution) được dùng để nói về một công nghệ di động mới đang được phát triển và

22

chuẩn hóa bởi 3GPP Dự án được bắt đầu từ cuối năm 2004, nhằm đảm bảo tính

cạnh tranh của mạng 3G trong vòng 10 năm tới Mặc dù 3GPP đã phát triển HSDPA, HSUPA để tăng dung lượng truyền (data rate) đến tốc độ lý thuyết max khoảng 14.4 Mbps, nhưng 3G HSPA vẫn không thể cung cấp những dịch vụ như Video, TV Đứng trước sự ra đời và cạnh tranh của IEEE 802.16e (WiMAX), công nghệ hứa hẹn sẽ đạt dung lượng truyền khoảng 70Mbps, 3GPP buộc phải phát triển 3G LTEđể có thể đứng vững

Hình 2: Ki ến trúc mạng của 3GPP LTE Đăc điểm nổi bật mà 3G LTE mang lại:

– Dung lượng truyền trên kênh downlink có thể đạt 100 Mbps và trên kênh uplink có thể đạt 50 Mbps

– Tăng tốc độ truyền trên cả user + control planes

– Sẽ không còn circuit-mode Tất cả sẽ dựa trên IP packet VoIP sẽ dùng cho dịch vụ thoại

– Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời Tuy nhiên

mạng 3G LTE vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2G

hiện tại Điều này hết sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng (operator)

những yêu cầu của thế hệ công nghệ vô tuyến di động thế hệ thứ 4 (4G) Advanced được thiết lập bởi ITU LTE-Advanced sẽ tương thích ngược và thuận

IMT-với LTE, nghĩa là các thiết bị LTE sẽ hoạt động ở cả mạng LTE Advanced mới và các thiết bị LTE-Advanced sẽ hoạt động ở cả các mạng LTE cũ

Global Partnership Project) chuẩn hóa và hoàn thiện Các thành viên của 3GPP đã

thống nhất rằng, công nghệ truy nhập vô tuyến là hoàn toàn mới và dựa trên WCDMA, các thành phần của mạng sẽ được phát triền trên nền tảng của các mạng thông tin di động thế hệ 2 đã có với nguyên tắc tận dụng cao nhất có thể Đến nay,

hệ thống 3G UMTS đã khá hoàn thiện thông qua các bản phát hành của 3GPP như các bản phát hành R99, R4, R5… (R: Release – phát hành)

WCDMA là một công nghệ truy nhập vô tuyến được phát triển mạnh ở Châu

Âu Hệ thống này hoạt động ở chế độ FDD và dựa trên kỹ thuật trải phổ chuỗi trực

tiếp (DSSS- Direct Sequence Spectrum) sử dụng tốc độ chip 3,84Mcps bên trong băng tần 5MHz Băng tần rộng hơn và tốc độ trải phổ cao làm tăng độ lợi xử lý và

một giải pháp thu đa đường tốt hơn, đó là đặc điểm quyết định để chuẩn bị cho IMT-2000

WCDMA hỗ trợ trọn vẹn cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói

tốc độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời các dịch vụ hỗn hợp với chế độ gói

hoạt động ở mức hiệu quả cao nhất Hơn nữa WCDMA có thể hỗ trợ các tốc độ số

liệu khác nhau, dựa trên thủ tục điều chỉnh tốc độ

Chuẩn WCDMA hiện thời sử dụng phương pháp điều chế QPSK, một phương pháp điều chế tốt hơn 8-PSK, cung cấp tốc độ số liệu đỉnh là 2Mbps với chất lượng truyền tốt trong vùng phủ rộng

Các mạng di động thế hệ 3 UMTS sử dụng WCDMA được xây dựng dựa trên

cơ sở mạng GSM, tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của các nhà khai thác mạng GSM

Hình 3: Quá trình phát tri ển lên 3G

WCDMA là công nghệ truyền dẫn vô tuyến mới với mạng truy nhập vô tuyến

mới, được gọi là UTRAN, bao gồm các phần tử mạng mới như RNC (Radio Network Controller) và NodeB (tên gọi trạm gốc mới trong UMTS)

Tuy nhiên mạng lõi GPRS/EDGE có thể được sử dụng lại và các thiết bị đầu

cuối hoạt động ở nhiều chế độ có khả năng hỗ trợ GSM/GPRS/EDGE và cả WCDMA

2.2 C ấu trúc mạng di động sử dụng công nghệ WCDMA

Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 UMTS tận dụng kiến trúc đã có trong hầu

hết các hệ thống thông tin di động thế hệ 2, và thậm chí cả thế hệ thứ nhất Điều này được chỉ ra trong các đặc tả kỹ thuật 3GPP

Hệ thống UMTS bao gồm một số các phần tử mạng logic, mỗi phần tử có một

chức năng xác định Theo tiêu chuẩn, các phần tử mạng được định nghĩa tại mức logic, nhưng có thể lại liên quan đến việc thực thi ở mức vật lý Đặc biệt là khi có

một số các giao diện mở (đối với một giao diện được coi là “mở”, thì yêu cầu giao

diện đó phải được định nghĩa một cách chi tiết về các thiết bị tại các điểm đầu cuối

mà có thể cung cấp bởi 2 nhà sản xuất khác nhau) Các phần tử mạng có thể được nhóm lại nếu có các chức năng giống nhau, hay dựa vào các mạng con chứa chúng Theo chức năng thì các phần tử mạng được nhóm thành các nhóm:

Mạng truy nhập vô tuyến RAN (Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS là UTRAN) Mạng này thiết lập tất cả các chức năng liên quan đến vô tuyến

26

Mạng lõi (CN): Thực hiện chức năng chuyển mạch và định tuyến cuộc gọi và

kết nối dữ liệu đến các mạng ngoài

Thiết bị người sử dụng (UE) giao tiếp với người sử dụng và giao diện vô tuyến

Kiến trúc hệ thống ở mức cao được chỉ ra như sau:

UE UTRAN CN

Hình 4: Ki ến trúc hệ thống ở mức cao

Theo các đặc tả chỉ ra trong quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đều bao

gồm các giao thức hoàn toàn mới, việc thiết kế chúng dựa trên nhu cầu của công nghệ vô tuyến WCDMA mới Ngược lại, việc định nghĩa mạng lõi (CN) được kế

thừa từ GSM Điều này đem lại cho hệ thống có công nghệ truy nhập vô tuyến mới

một nền tảng mang tính toàn cầu là công nghệ mạng lõi đã có sẵn, như vậy sẽ thúc đẩy sự quảng bá của nó, mang lại ưu thế cạnh tranh chẳng hạn như khả năng roaming toàn cầu

Hệ thống UMTS có thể chia thành các mạng con có thể hoạt động độc lập

hoặc hoạt động liên kết các mạng con khác và nó phân biệt với nhau bởi số nhận

dạng duy nhất Mạng con như vậy gọi là mạng di động mặt đất UMTS (PLMN), các thành phần của PLMN được chỉ ra như sau (trong bản phát hành R99):

Hình 5: Các thành ph ần của mạng PLMN trong R99

2.2.1 Thi ết bị người sử dụng UE (User Equipment)

UE (User Equipment: thiết bị người sử dụng) là đầu cuối mạng UMTS của người sử dụng Có thể nói 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 Giá thành

giảm nhanh chóng sẽ tạo điều kiện cho người sử dụng mua thiết bị của UMTS Điều này đạt được nhờ tiêu chuẩn hóa giao diện vô tuyến và cài đặt mọi tiện ích tại các card thông minh

Thi ết bị di động ME (Mobile Equipment)

Các thiết bị di động ngày nay không chỉ đơn thuần dành cho điện thoại mà còn cung cấp các dịch vụ số liệu mới Các nhà sản xuất đã đưa ra rất nhiều các thiết bị

di động mới dựa trên các khái niệm mới, trở thành tổ hợp của máy điện thoại di động, modem và như một máy tính

Thiết bị di động hỗ trợ hai giao diện Giao diện Uu định nghĩa liên kết vô tuyến (giao diện WCDMA) Nó đảm nhiệm toàn bộ kết nối vật lý với mạng UMTS Giao diện thứ hai là giao diện Cu giữa UMTS IC card (UICC) và đầu cuối UICC là

một card thông minh và ứng dụng USIM chạy trên đây Giao diện này tuân theo tiêu chuẩn cho các card thông minh

bầy IMEI; Điều khiển cuộc gọi

Các phần còn lại của giao diện sẽ dành riêng cho nhà thiết kế và người sử

dụng sẽ chọn cho mình đầu cuối dựa trên hai tiêu chuẩn là thiết kế và giao diện Giao diện là kết hợp của kích cỡ và thông tin do màn hình cung cấp (màn hình nút

chạm), các phím và menu

Mô đun nhận dạng thuê bao UMTS

Trong hệ thống GSM, SIM card lưu giữ thông tin cá nhân về đăng ký thuê bao Điều này đã thay đổi trong UMTS, Modul nhận dạng thuê bao UMTS USIM (UMTS - Subcriber Identify Module) được cài như một ứng dụng trên UICC Điều này cho phép lưu nhiều ứng dụng hơn và nhiều chữ ký (khóa) điện tử hơn cùng với USIM cho các mục đích khác (các mã truy nhập giao dịch ngân hàng an ninh) Ngoài ra có thể có nhiều USIM trên cùng một UICC để hỗ trợ truy nhập đến nhiều

mạng

USIM 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

Người sử dụng phải tự mình nhận thực đối với USIM bằng cách nhập mã PIN Điểu này đảm bảo rằng chỉ người sử dụng đích thực mới được truy nhập mạng UMTS Mạng sẽ chỉ cung cấp các dịch vụ cho người nào sử dụng đầu cuối dựa trên

nhận dạng USIM được đăng ký

2.2.2 M ạng truy nhập vô tuyến UMTS (UTRAN)

UTRAN bao gồm một hay nhiều phân hệ mạng vô tuyến (RNS – Radio Network Subsystem) Một RNS là một mạng con trong UTRAN và bao gồm một

29

Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và một hay nhiều Nút B Các RNC có thể được kết nối với nhau thông qua giao diện Iur Các RNC và Nút B được kết nối với nhau qua giao diện Iub

B ộ điều khiển mạng vô tuyến RNC

Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển nguồn tài nguyên vô tuyến của UTRAN Nó giao tiếp với mạng lõi (thường là

với một MSC và một SGSN) và cũng là phần tử cuối cùng của giao thức điểu khiển nguồn tài nguyên vô tuyến mà xác định các thông điệp và thủ tục giữa máy di động

và UTRAN Về mặt logic, nó tương ứng với BSC trong GSM

Vai trò logic của RNC: RNC điều khiển một Nút B (như là vạch giới hạn cho giao diện Iub tới Nút B) được coi như là bộ RNC điều khiển (CRNC – Controlling RNC) của Nút B CRNC chịu trách nhiệm điều khiển tải và điều khiển nghẽn cho cell của nó, và cũng thự hiện điều khiển thu nhận và phân bố mã cho liên kết vô tuyến được thiết lập trong các cell

Trong trường hợp chuyển giao mềm giữa hai RNC, thiết bị di động đồng thời

kết nối đến 2 RNC Các RNC này thực hiện 2 chức năng logic riêng biệt (về phương diện kết nối máy di động – UTRAN)

RNC ph ục vụ (SRNC): ban đầu khi người sử dụng kết nối đến một RNC thì

RNC này được gọi là RNC phục vụ SRNC Khi xảy ra chuyển giao giữa các RNC, người sử dụng chuyển đến một RNC khác nhưng vẫn kết nối với RNC phục vụ SRNC lúc này vẫn thực hiện vận chuyển dữ liệu và các báo hiệu của người dùng đến mạng lõi Các hoạt động quản lý tài nguyên như chuyển giao, điều khiển công

suất vòng ngoài vẫn do SRNC thự hiện Một UE kết nối với UTRAN thì chỉ có duy

nhất một SRNC

RNC trôi ( DRNC): DRNC có thể là bất cứ RNC nào ngoài SRNC, nó điều khiển các cell sử dụng bởi máy di động cung cấp tài nguyên vô tuyến cho máy di động Nếu cần thiết, DRNC có thể thực hiện kết hợp hay chia nhỏ phân tập macro DRNC không thực hiện xử lý dữ liệu người sử dụng ở lớp 2, nhưng định tuyến một

Nút B Nút B

Trong UMTS, trạm gốc được gọi là nút B và nhiệm vụ của nó là thực hiện kết

nối vô tuyến vật lý giữa đầu cuối với nó Nó nhận tín hiệu trên giao diện Iub từ RNC và chuyển nó vào tín hiệu vô tuyến trên giao diện Uu Ngoài ra, nút B cũng

thực hiện chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòng trong Nút B kiểm tra công suất thu từ các đầu cuối khác nhau và thông báo cho chúng giảm công suất hoặc tăng công suất sao cho nút B luôn thu được công suất như nhau từ tất cả các đầu cuối

2.2.3 M ạng lõi

Các mạng di động thế hệ 3 UMTS sử dụng WCDMA được xây dựng dựa trên

cơ sở mạng GSM, được nâng cấp từ mạng GSM qua các giai đoạn 2.5G (GPRS) và 2.75G (EDGE) Do đó cấu trúc mạng lõi trong mạng 3G trong bản phát hành R99

của 3GPP bao gồm phần tử trong mạng GSM như miền chuyển mạch kênh CS,

miền chuyển mạch số PS và môi trường nhà HE (Home Environment) Miền PS đảm bảo các dịch vụ số liệu cho người sử dụng bằng các kết nối đến Internet và các

mạng số liệu khác Miền CS đảm bảo các dịch vụ thoại đến các mạng khác bằng các

kết nối TDM Các nút B trong mạng lõi được kết nối với nhau bằng đường trục của

31

nhà khai thác, thường sử dụng các công nghệ mạng tốc độ cao như ATM và IP

Mạng đường trục trong miền CS sử dụng TDM còn trong miền PS sử dụng IP

Vùng chuy ển mạch gói

GGSN (Gateway GPRS Support Node – Nút hỗ trợ GPRS cổng) là giao diện

giữa mạng di động và mạng IP qua 3 giao diện Gn, Gi và Gp Nhìn từ ngoài vào GGSN giống như một Router cổng thông thường Giao diện Gn cho phép liên lạc

với SGSN trong mạng PLMN Gn là một giao diện mở cho phép nhiều nhà cung

cấp có thể giao tiếp được với nhau Gn nơ bản dựa trên giao thức GTP-C và GTP-U

Để GGSN có khả năng định tuyến thông tin, nó phải lưu trữ các thông tin quản

lý di động đối với MS và ngoài ra còn lưu trữ các thông tin phục vụ việc tính cước

SGSN (SGSN: Serving GPRS Support Node - Nút hỗ trợ GPRS phục vụ) có

chức năng tương đương với một MSC trong hệ thống GSM, chịu trách nhiệm định tuyến dữ liệu gói tới từ vùng phục vụ địa lý mà nó đảm nhận, nhận thực và bảo mật truy cập vô tuyến, quản lý kết nối vật lý tới các MS SGSN lưu hai kiểu dữ liệu thuê bao: thông tin đăng ký thuê bao và thông tin vị trí thuê bao

Số liệu thuê bao lưu trong SGSN gồm: IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: số nhận dạng thuê bao di động quốc tế) ; Các nhận dạng tạm

thời gói (P-TMSI: Packet- Temporary Mobile Subscriber Identity: số nhận dạng thuê bao di động tạm thời gói) ; Các địa chỉ PDP (Packet Data Protocol: Giao thức

32

khả năng hơn Các kết nối CS được thực hiện trên giao diện CS giữa UTRAN và MSC Các MSC được nối đến các mạng ngoài qua GMSC

GMSC có thể là một trong số các MSC GMSC chịu trách nhiệm thực hiện các

chức năng định tuyến đến vùng có MS Khi mạng ngoài tìm cách kết nối đến PLMN

của một nhà khai thác, GMSC nhận yêu cầu thiết lập kết nối và hỏi HLR về MSC

hiện thời quản lý MS

VLR (Visitor Location Register: bộ ghi định vị tạm trú) là bản sao của HLR cho mạng phục vụ (SN: Serving Network) Dữ liệu thuê bao cần thiết để cung cấp các dịch vụ thuê bao được copy từ HLR và lưu ở đây Cả MSC và SGSN đều có VLR nối với chúng Các dữ liệu được lưu ở VLR như: IMSI, MSISDN, TMSI, LA

hiện thời của thuê bao, MSC/SGSN hiện thời mà thuê bao đang nối đến

Vì cả MSC và SGSN đều thực hiện trên cùng một nút vật lý với VLR nên được gọi là VLR/MSC và VLR/SGSN

Môi trường nhà (Home Environment - HE)

Môi trường nhà lưu các hồ sơ thuê bao của hãng khai thác Nó cũng cung cấp cho các mạng phục vụ (SN: Serving Network) các thông tin về thuê bao và về cước

cần thiết để nhận thực người sử dụng và tính cước cho các dịch vụ cung cấp Tất cả các dịch vụ được cung cấp và các dịch vụ bị cấm đều được liệt kê ở đây

B ộ ghi định vị thường trú HLR là một cơ sở dữ liệu có nhiệm vụ quản lý các

thuê bao di động Một mạng di động có thể chứa nhiều HLR tùy thuộc vào số lượng thuê bao, dung lượng của từng HLR và tổ chức bên trong mạng

Cơ sở dữ liệu này chứa IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: số

nhận dạng thuê bao di động quốc tế), ít nhất một MSISDN (Mobile Station ISDN:

số thuê bao có trong danh bạ điện thoại) và ít nhất một địa chỉ PDP (Packet Data Protocol: Giao thức số liệu gói) Cả IMSI và MSISDN có thể sử dụng làm khoá để truy nhập đến các thông tin được lưu khác Để định tuyến và tính cước các cuộc gọi, HLR còn lưu giữ thông tin về SGSN và VLR nào hiện đang chịu trách nhiệm thuê

33

bao Các dịch vụ khác như chuyển hướng cuộc gọi, tốc độ số liệu và thư thoại cũng

có trong danh sách cùng với các hạn chế dịch vụ như các hạn chế chuyển mạng HLR và AuC là hai nút mạng logic, nhưng thường được thực hiện trong cùng

một nút vật lý HLR lưu giữ mọi thông tin về người sử dụng và đăng ký thuê bao Như: thông tin tính cước, các dịch vụ nào được cung cấp và các dịch vụ nào bị từ

chối và thông tin chuyển hướng cuộc gọi Nhưng thông tin quan trọng nhất là hiện VLR và SGSN nào đang phụ trách người sử dụng

Trung tâm nh ận thực AuC (Authentication Center) lưu giữ toàn bộ số liệu cần

thiết để nhận thực, mật mã hóa và bảo vệ sự toàn vẹn thông tin cho người sử dụng

Nó liên kết với HLR và được thực hiện cùng với HLR trong cùng một nút vật lý Tuy nhiên cần đảm bảo rằng AuC chỉ cung cấp thông tin về các vectơ nhận thực (AV: Authetication Vector) cho HLR

AuC lưu giữ khóa bí mật chia sẻ K cho từng thuê bao cùng với tất cả các hàm

tạo khóa từ f0 đến f5 Nó tạo ra các AV, cả trong thời gian thực khi SGSN/VLR yêu

cầu hay khi tải xử lý thấp, lẫn các AV dự trữ

B ộ ghi nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register) chịu trách nhiệm

lưu các số nhận dạng thiết bị di động quốc tế (IMEI: International Mobile Equipment Identity) Đây là số nhận dạng duy nhất cho thiết bị đầu cuối Cơ sở dữ

liệu này được chia thành ba danh mục: danh mục trắng, xám và đen Danh mục

trắng chứa các số IMEI được phép truy nhập mạng Danh mục xám chứa IMEI của các đầu cuối đang bị theo dõi còn danh mục đen chứa các số IMEI của các đầu cuối

bị cấm truy nhập mạng Khi một đầu cuối được thông báo là bị mất cắp, IMEI của

nó sẽ bị đặt vào danh mục đen vì thế nó bị cấm truy nhập mạng Danh mục này cũng có thể được sử dụng để cấm các seri máy đặc biệt không được truy nhập mạng khi chúng không hoạt động theo tiêu chuẩn

2.2.4 Các m ạng ngoài

34

Các mạng ngoài không phải là bộ phận của hệ thống UMTS, nhưng chúng cần thiết để đảm bảo truyền thông giữa các nhà khai thác Các mạng này có thể chia làm hai nhóm: các mạng chuyển mạch kênh và các mạng chuyển mạch gói

Các mạng chuyển mạch kênh cung cấp các kết nối chuyển mạch kênh thông qua miền CS Các mạng này thường là các mạng điện thoại như PLMN (Public Land Mobile Network - mạng di động mặt đất công cộng), PSTN (Public Switched Telephone Network - Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng), ISDN (Integrated Services Digital Network – mạng số tích hợp đa dịch vụ)…

Các mạng chuyển mạch gói cung cấp các kêt nối chuyển mạch gói thông qua

miền PS Các mạng này thường là các mạng số liệu như mạng IP

2.2.5 Các giao di ện mở cơ bản của UMTS

Vai trò các các nút khác nhau của mạng chỉ được định nghĩa thông qua các giao diện khác nhau Các giao diện này được định nghĩa chặt chẽ để các nhà sản

xuất có thể kết nối các phần cứng khác nhau của họ

 Giao diện Cu: Đây là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao diện này tuân theo tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh

 Giao diện Uu: Đây là giao diện vô tuyến WCDMA Uu là giao diện nhờ

đó UE truy cập được với phần cố định của hệ thống, và vì thế có thể là

phần giao diện mở quan trọng nhất trong UMTS

 Giao diện Iu: Giao diện này kết nối UTRAN tới mạng lõi Tương tự như các giao diện tương thích trong GSM, là giao diện A (đối với chuyển mạch kênh), và Gb (đối với chuyển mạch gói), giao diện Iu đem

lại cho các bộ điều khiển UMTS khả năng xây dựng được UTRAN và

CN từ các nhà sản xuất khác nhau

 Giao diện Iur: Giao diện mở Iur hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC

từ các nhà sản xuất khác nhau, và vì thế bổ sung cho giao diện mở Iu