Phương án triển khai thử nghiệm mạng thông tin di động thế hệ thứ 3 tại công ty thông tin di động VMS

Phương án triển khai thử nghiệm mạng thông tin di động thế hệ thứ 3 tại công ty thông tin di động VMS Phương án triển khai thử nghiệm mạng thông tin di động thế hệ thứ 3 tại công ty thông tin di động VMS luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

tr-ờng đại học bách khoa hà nội -

Bùi Anh Tuấn

Ph-ơng án triển khai thử nghiệm mạng thông tin di động thế hệ thứ 3 tại công ty thông tin di động vms

Chuyên ngành : Điện tử - Viễn thông

Luận văn thạc sĩ : điện tử - viễn thông

ng-ời h-ớng dẫn khoa học

TS.Đỗ Hoàng Tiến

Hà nội - 2004

Danh mục các bảng

Bảng 2 Tốc độ bit (kbps) sử dụng các giản đồ mã hóa khác nhau và

các khe thời gian khác nhau

20

Bảng 10 So sánh giải pháp thử nghiệm của Alcatel và Ericsson 78

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Hình 21 Quan hệ giữa các cơ quan tiêu chuẩn hóa theo 3GPP 44

Hình 23 Các phiên bản đã và đang đ-ợc phát triển của WCDMA 45 Hình 24 Các phiên bản đã và đang đ-ợc phát triển của cdma2000 47

Hình 27 Dự báo tăng tr-ởng thuê bao VMS giai đoạn 2005-2015 55

Hình 30 Cấu hình hệ thống thử nghiệm 3G với công nghệ WCDMA 81

Mục lục

Mục lục 1

Danh mục các bảng 4a Danh mục các hình vẽ, đồ thị 4b Lời nói đầu 5

ch-ơng i - xu h-ớng phát triển mạng thông tin di động thế hệ ba trên thế giới 5

I Tình hình thị tr-ờng trên thế giới 6

1 Sự tăng tr-ởng của thị tr-ờng hiện nay 6

2 Thị tr-ờng mới tiềm năng 6

II Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ ba 7 III Lộ trình phát triển từ các hệ thống thế hệ hai đến thế hệ ba 14

1 Tổng quan h-ớng phát triển 2G - 3G 14

2 Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động GSM thế hệ hai lên WCDMA thế hệ ba 15

2.1 Mở đầu 15

2.2 Hệ thống thông tin di động 2G GSM 17

2.3 Hệ thống thông tin di động 2,5G 18

2.3.1 Dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao - HSCSD 18

2.3.2 Dịch vụ vô tuyến gói chung - GPRS 19

2.3.3 Cải thiện tốc độ số liệu cho phát triển GSM - EDGE 23

2.4 Hệ thống thông tin di động 3G - UMTS 24

2.4.1 Release 99 26

2.4.2 Release 4 28

2.4.3 Release 5 29

2.4.4 Release 6 30

3. Lộ trình phát triển từ hệ thống cdmaOne thế hệ hai lên cdma2000 thế hệ ba 31 3.1 Hệ thống cdmaOne 32

3.2 Hệ thống cdma2000 1x 32

4. Xu h-ớng phát triển 35

5 Kết luận 37

6 So sánh hệ thống thông tin di động thế hệ ba WCDMA với các hệ thống thông tin di động thế hệ hai 37

7 So sánh hai tiêu chuẩn WCDMA và cdma2000 40

ch-ơng II - tình hình chuẩn hóa các tiêu chuẩn 3g trên thế giới 42

i tình hình các cơ quan tiêu chuẩn hóa đối với các công nghệ 3g 42

1 Tổ chức 3GPP 43

2 Tổ chức 3GPP2 46

3 Mối quan hệ giữa 3GPP, 3GPP2 và ITU 47

II Tình hình chuẩn hóa công nghệ 2.5G và 3G 49

ch-ơng iII - triển khai nâng cấp mạng VMS lên 3g 52

i Mở đầu 52

II Cơ sở hạ tầng hiện có 52

1 Mạng chuyển mạch 53

2 Mạng truyền dẫn 53

3 Mạng truy nhập vô tuyến 53

III Dự báo nhu cầu phát triển mạng VMS giai đoạn 2005-2015 54

Iv lộ trình triển khai nâng cấp mạng mobifone lên 3g 56

V Triển khai hệ thống GPRS 61

1 Cấu hình tổng quát mạng GPRS trong mạng GSM 61

2 Hệ thống GPRS triển khai trên mạng VMS 64

2.1 Dung l-ợng hệ thống lõi GPRS cho mạng MobiFone 64

2.2 Cấu hình GPRS cho mạng MobiFone - VMS 64

2.3 Nâng cấp hệ thống mạng GSM để có khả năng kết nối GPRS 65

2.4 Nâng cấp hệ thống tính c-ớc 65

2.5 Tiến độ triển khai GPRS 65

3. Triển khai các dịch vụ GPRS trên mạng VMS 66

4 Ph-ơng án triển khai MMS 67

5 Dự kiến ph-ơng án tính c-ớc các dịch vụ GPRS 68

5.1 Các tham số để tính c-ớc 68

5.2 Đề xuất và ph-ơng thức tính c-ớc 69

5.2.1 Nguyên tắc tính c-ớc 69

5.2.2 Ph-ơng thức tính c-ớc 70

6 Đánh giá kết quả triển khai thử nghiệm 70

6.1 Đánh giá, lựa chọn công nghệ 70

6.2 Vùng phủ sóng GPRS trong pha thử nghiệm 71

6.3 Nội dung và kết quả đo kiểm 71

vi triển khai thử nghiệm hệ thống 3G 73

1 Mục đích thử nghiệm 73

2 Lựa chọn tiêu chuẩn và công nghệ 74

2.1 Giao tiếp vô tuyến và phổ tần 74

2.2 Mạng lõi 76

3. Giải pháp thử nghiệm 3G của Alcatel và Ericsson 76

4 Ph-ơng án triển khai 79

4.1 §¨ng ký tÇn sè thö nghiÖm 79

4.2 Ph¹m vi thö nghiÖm 79

4.3 Ph-¬ng ¸n triÓn khai 79

4.3.1 T¹i Hµ néi 79

4.3.2 T¹i Thµnh phè Hå ChÝ Minh 79

4.3.3 C¸c b-íc trong thö nghiÖm WCDMA 80

4.3.4 CÊu h×nh hÖ thèng thö nghiÖm WCDMA……… 81

4.3.5 C¸c dÞch vô trªn hÖ thèng thö nghiÖm WCDMA……… 83

4.3.6 C¸c øng dông trªn hÖ thèng thö nghiÖm WCDMA……… 84

4.3.7 ChuyÓn giao (handover) gi÷a m¹ng 2G vµ 3G……… 84

kÕt luËn 85

c¸c tõ viÕt t¾t 86

tµi liÖu tham kh¶o 96

Lời nói đầu

Sự ra đời của hệ thống thông tin di động GSM là một b-ớc nhảy vọt của lĩnh vực thông tin, mang lại cho ng-ời sử dụng nhiều lợi ích khó có thể phủ nhận Cùng với sự phát triển của kỹ thuật hiện đại, sự đổi mới công nghệ, thông tin di

động cũng ngày càng đổi mới theo chiều h-ớng tích cực Trong tiến trình của sự phát triển không ngừng đó, xu h-ớng triển khai 3G là một xu h-ớng tất yếu đang dần đ-ợc triển khai tại nhiều n-ớc trên thế giới Với nhiều công nghệ thông tin di

động thế hệ 2 hiện đang tồn tại, việc triển khai và hội tụ tới một công nghệ duy nhất 3G là cực kỳ khó khăn Ng-ời ta đã đ-a ra các lộ trình khác nhau cho các công nghệ 2G hiện đang tồn tại Đối với GSM, đây là công nghệ 2G phổ biến trên toàn cầu nên các nhà sản xuất, các tổ chức tiêu chuẩn thế giới cũng đặc biệt chú trọng trong việc nâng cấp lên 3G

ở Việt Nam, trong bối cảnh cạnh tranh của thị tr-ờng thông tin hiện nay, nhu cầu triển khai 3G là không thể phủ nhận nhằm mục đích tiếp cận các công nghệ mới và nâng cao uy tín, nâng cao khả năng cạnh tranh của nhà khai thác Việc nghiên cứu thành công và đ-a ra các b-ớc cụ thể để triển khai nâng cấp phát triển mạng di động lên 3G tạo ra lợi thế của nhà khai thác trong việc tối -u hiệu quả

đầu t- và cạnh tranh trên thị tr-ờng sôi động hiện nay

Luận văn “ Nghiên cứu ph-ơng án triển khai thử nghiệm mạng thông tin

di động thế hệ thứ 3 (3G) tại công ty Thông tin di động VMS“ nhằm đề xuất lộ

trình triển khai nâng cấp mạng MobiFone lên 3G, đồng thời đánh giá kết quả b-ớc

đầu triển khai

Do thời gian có hạn, luận văn khó tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy rất mong nhận đ-ợc sự đóng góp ý kiến của các Thầy, cô giáo để hoàn thiện hơn nữa

Xin chân thành cảm ơn

ch-ơng i - xu h-ớng phát triển mạng thông tin di động thế hệ ba trên thế giới

I Tình hình thị tr-ờng trên thế giới

1 Sự tăng tr-ởng của thị tr-ờng hiện nay

Ngày nay có tới hơn 400 mạng GSM đang hoạt động tại 168 n-ớc/vùng lãnh thổ trên thế giới Thêm vào đó là số l-ợng lớn ng-ời sử dụng hệ thống PDC của

Nhật, các chuẩn D-AMPS và CDMA

Cho đến nay có khoảng hơn 1,8 tỉ thuê bao di động trên toàn cầu, gần 1,3 tỷ trong số đó là thuê bao sử dụng công nghệ GSM.1 Rất nhiều trong số họ sẽ bắt đầu

sử dụng truy nhập vô tuyến cho các ứng dụng số liệu ví dụ nh- nhắn tin, truy nhập mạng LAN, truy nhập Internet, Intranet, hội nghị truyền hình, gửi và nhận ảnh chất l-ợng cao

Hình 1 - Phân bố thuê bao di động trên thế giới

ở các n-ớc phát triển, tỷ lệ ng-ời sử dụng điện thoại di động đ-ợc dự đoán sẽ rất cao trong những năm tới, một ng-ời sử dụng nhiều máy di động phục vụ cho các mục đích khác nhau Tất cả các thành tựu, kết quả này gợi ý một tiềm năng rất lớn cho các thuê bao di động ở Việt Nam

2 Thị tr-ờng mới tiềm năng

Bên cạnh những thuê bao di động truyền thống hiện nay, có thể tin t-ởng rằng rất nhiều máy di động có thể đ-ợc thiết kế đặc biệt phục vụ các mục đích khác nh- giao dịch, thông tin chỉ dẫn điểm tới điểm, điểm tới trung tâm Nh- vậy tiềm năng thị tr-ờng sẽ trở nên rất lớn

Về nhu cầu truyền số liệu trên mạng cố định toàn cầu, tỷ lệ l-u l-ợng thông tin số liệu tăng tr-ởng nhanh hơn thông tin thoại và đ-ợc dự báo sẽ chiếm tới 50% tổng l-u l-ợng trên một số mạng cố định Tại các khu vực nh- vậy, Internet đã trở

1 Nguồn: Tạp chí Cellular online

thành yếu tố chủ đạo Internet đã mở ra một h-ớng mới trong việc sử dụng sức mạnh của máy tính trên các lĩnh vực th-ơng mại và giải trí

Thị tr-ờng số liệu trên mạng di động đ-ợc dự báo sẽ chiếm khoảng 50% tổng l-u l-ợng trong vòng 10 năm tới

Một điểm đáng chú ý là Internet và mạng điện thoại số có cùng một hình mẫu phát triển, bởi vậy có thể tiên đoán rằng Internet qua mạng vô tuyến cũng sẽ là một tiềm năng và có cùng một hình mẫu nh- vậy nếu cung cấp đ-ợc các dịch vụ

và ứng dụng hợp lý Dịch vụ số liệu trên mạng di động có khoảng 200 triệu thuê bao vào năm 2003 và dự báo sẽ cùng cất cánh với sự triển khai th-ơng mại các hệ thống GPRS, EDGE Ng-ời ta cũng dự báo rằng, số liệu trên mạng di động sẽ tăng từ 0,8 triệu bít/ 1 ng-ời sử dụng hiện nay tới 30 triệu bit/ 1 ng-ời sử dụng trong vòng 10 năm tới

Thông tin di động thế hệ ba phải là hệ thống thông tin di động cho các dịch vụ

di động truyền thông cá nhân đa ph-ơng tiện Hộp th- thoại sẽ đ-ợc thay thế bằng b-u thiếp điện tử đ-ợc lồng ghép với hình ảnh và các cuộc thoại thông th-ờng tr-ớc đây sẽ đ-ợc bổ sung các hình ảnh để trở thành thoại có hình D-ới đây là một số yêu cầu chung đối với hệ thống thông tin di động thế hệ ba này:

• Mạng phải là băng rộng và có khả năng truyền thông đa ph-ơng tiện, nghĩa là mạng phải đảm bảo đ-ợc tốc độ bit lên tới 2 Mbps phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của máy đầu cuối: 2 Mbps dự kiến cho các dịch vụ cố định, 384 kbps khi đi bộ và 144 kbps khi đang di chuyển tốc độ cao

• Mạng phải có khả năng cung cấp độ rộng băng tần (dung l-ợng) theo yêu cầu

Điều này xuất phát từ việc thay đổi tốc độ bit của các dịch vụ khác nhau Ngoài ra cần đảm bảo đ-ờng truyền vô tuyến không đối xứng, chẳng hạn với tốc độ bit cao ở đ-ờng xuống và tốc độ bit thấp ở đ-ờng lên hoặc ng-ợc lại

• Mạng phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu, nghĩa là đảm bảo các kết nối chuyển mạch cho thoại, các dịch vụ video và các khả năng số liệu gói cho các dịch vụ số liệu

• Chất l-ợng dịch vụ phải không thua kém chất l-ợng dịch vụ mạng cố định, nhất là đối với thoại

• Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả thông tin vệ tinh

Bộ phận tiêu chuẩn của ITU-R đã xây dựng các tiêu chuẩn cho IMT-2000 IMT-2000 đã mở rộng đáng kể khả năng cung cấp dịch vụ và bao phủ một vùng rộng lớn các môi tr-ờng thông tin Mục đích của IMT-2000 là đ-a ra nhiều khả năng mới nh-ng cũng đồng thời đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di

động thế hệ thứ hai (2G) vào những năm 2000 Thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) xây dựng trên cơ sở IMT-2000 đã đ-ợc đ-a vào hoạt động từ năm 2001 Các

hệ thống 3G cung cấp rất nhiều dịch vụ viễn thông bao gồm: thoại, số liệu tốc độ bit thấp và bit cao, đa ph-ơng tiên, video cho ng-ời sử dụng làm việc cả ở môi tr-ờng công cộng lẫn t- nhân (vùng công sở, vùng dân c-, ph-ơng tiện vận tải) Các tiêu chí chung để xây dựng IMT-2000 nh- sau:

• Sử dụng dải tần qui định quốc tế 2GHz:

- Đ-ờng lên: (1885 - 2025) MHz

- Đ-ờng xuống: (2110 - 2200) MHz

• Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến:

- Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến

- T-ơng tác với mọi loại dịch vụ viễn thông

• Sử dụng các môi tr-ờng khai thác khác nhau:

- Đảm bảo chuyển mạng quốc tế

- Đảm bảo các dịch vụ đa ph-ơng tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói

• Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

Môi tr-ờng hoạt động của IMT-2000 đ-ợc chia thành bốn vùng với các tốc độ bit Rb phục vụ nh- sau:

- Vùng 1: trong nhà, picocell, Rb ≤ 2 Mbps

- Vùng 2: thành phố, microcell, Rb ≤ 384 kbps

- Vùng 3: ngoại ô, macrocell, Rb ≤ 144 kbps

- Vùng 4: toàn cầu, Rb = 9,6 kbps

Có thể tổng kết các dịch vụ do IMT-2000 cung cấp ở bảng 1 d-ới đây:

- Dịch vụ âm thanh chất l-ợng cao (16 - 64 kbps)

- Dịch vụ truyền thanh AM (32 - 64 kbps)

- Dịch vụ truyền thanh FM (64 - 144 kbps)

Dịch vụ số liệu

- Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64 - 144 kbps)

- Dịch vụ số liệu tốc độ t-ơng đối cao (144 kbps - 2 Mbps)

- Dịch vụ số liệu tốc độ cao (≥ 2 Mbps)

đa ph-ơng tiện Dịch vụ Website đa ph-ơng tiện thời gian thực (≥ 2 Mbps)

Bảng 1 - Phân loại các dịch vụ ở IMT-2000

Để xây dựng tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3, các tổ chức quốc tế sau đây đ-ợc hình thành d-ới sự điều hành chung của ITU:

• 3GPP: bao gồm các thành viên sau:

- ETSI: Châu Âu

WCDMA là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai sử dụng công nghệ TDMA nh- GSM, PDC, IS-136 cdma2000 là sự phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động thế hệ hai sử dụng công nghệ CDMA: IS-95

Mô hình tổng quát của mạng IMT-2000:

- Phát quảng bá thông tin truy nhập hệ thống

- Phát và thu UIM

Mạng lõi

- Điều khiển cuộc gọi

- Điều khiển chuyển mạch dịch vụ

- Điều khiển tài nguyên quy

định

Vùng mạng truy nhập

Ký hiệu: - TE (Terminal Equipment): Thiết bị đầu cuối

- UI (User Interface): Giao diện ng-ời sử dụng

Hình 2 - Mô hình mạng IMT-2000

Phân bố tần số cho IMT-2000 trên thế giới đ-ợc thể hiện ở hình 3

Châu Âu sử dụng hệ thống thế hệ hai là là DCS 1800 ở băng tần (1710-1755) MHz cho đ-ờng lên và (1805-1850) MHz cho đ-ờng xuống ở châu Âu và hầu hết các n-ớc châu á băng tần IMT-2000 là 2x60 MHz (1920-1980 MHz cộng với 2110-2170 MHz) có thể sử dụng cho WCDMA FDD Băng tần sử dụng cho TDD

ở châu Âu thay đổi, băng tần đ-ợc cấp theo giấy phép có thể là 25 MHz cho sử dụng TDD ở (1900-1920) và (2020-2025) MHz Các hệ thống FDD sử dụng các băng tần khác nhau cho đ-ờng lên và đ-ờng xuống với phân cách là khoảng cách song công, còn các hệ thống TDD sử dụng cùng tần số cho cả đ-ờng lên và đ-ờng xuống

Nhật sử dụng hệ thống thế hệ hai là PDC, còn Hàn Quốc sử dụng hệ thống thế

hệ hai là IS-95 cho cả khai thác tổ ong lẫn PCS ấn định phổ PCS ở Hàn Quốc khác với ấn định phổ PCS ở Mỹ, vì thế Hàn Quốc có thể sử dụng toàn bộ phổ tần quy định của IMT-2000 ở Nhật một phần phổ của IMT-2000 TDD đã đ-ợc sử dụng cho PHS (hệ thống điện thoại cầm tay cá nhân)

ở Mỹ không còn phổ mới cho các hệ thống thông tin di động thế hệ ba Các dịch vụ của thế hệ ba sẽ đ-ợc thực hiện trên cơ sở thay thế phổ tần của hệ thống thông tin thế hệ ba bằng phổ tần của hệ thống PCS thế hệ hai hiện tại

ở Trung Quốc phổ tần dành tr-ớc cho PCS và WLL sử dụng một phần phổ tần của IMT-2000 mặc dù chúng ch-a đ-ợc ấn định cho hãng khai thác nào Theo quyết định về phân định tần số, sẽ có đến 2x60 MHz đ-ợc sử dụng cho WCDMA

ở Trung Quốc Phổ tần cho TDD cũng sẽ đ-ợc sử dụng ở Trung Quốc

Các n-ớc đã bắt đầu xin giấy phép cho sử dụng phổ tần của IMT-2000 Giấy phép đầu tiên đ-ợc cấp cho Phần Lan vào 03/1999, sau đó là Tây Ban Nha Một số n-ớc cũng có thể đi theo quan điểm cấp phép giống nh- GSM đ-ợc cấp phép ở châu Âu Tuy nhiên, một số n-ớc bán đấu giá phổ tần cho IMT-2000 giống nh-

Mỹ bán đấu giá phổ tần cho PCS (n-ớc Anh chẳng hạn)

UMTS GSM 1800 DECT

ngoài các băng tần lõi cho 3G hiện có (1885-2025, 2110-2200 MHz; chỉ rõ trong WRC’92) cho IMT-2000

**) Mỹ: FCC và Bộ Th-ơng mại đã báo cáo xác định 03 dải tần đ-ợc đề xuất cho các dịch vụ 3G ở Mỹ

Các dải tần này bao gồm 45MHz trong băng tần 1755-1850 MHz, 45MHz trong băng 2500-2690 MHz và 78MHz trong băng 698-794 MHz

FCC dự định bán đấu giá phổ tần 700 MHz (747-762 + 777-792 MHz, 30 MHz) ở Bắc Mỹ vào ngày 6/3/ 2001

***) Chỉ dành cho Trung Quốc: cấp phát thêm trong băng tần 2300 - 2400 MHz cho IMT-2000 (dự định triển khai TD-SCDMA)

****) Các băng tần 2500-2520 & 2670-2690 MHz sẵn sàng trong khoảng năm 2005

III Lộ trình phát triển từ các hệ thống thế hệ hai đến thế hệ ba

1 Tổng quan h-ớng phát triển 2G - 3G

Có nhiều con đ-ờng đ-a nhà khai thác mạng phát triển lên 3G, hoặc là phát triển qua giai đoạn trung gian 2,5G (2G  2,5G  3G), hoặc là phát triển thẳng lên 3G (2G  3G)

Ph-ơng thức phát triển mạng qua thế hệ 2,5G chủ yếu đặt ra với các n-ớc, các công ty đã phát triển mạng 2G hoặc có vốn nhỏ Hai công nghệ giao diện vô tuyến chiếm -u thế đều h-ớng theo con đ-ờng thẳng nhất có thể để lên 3G Nhà khai thác GSM có thể chọn một vài sự kết hợp GSM, GPRS, EDGE và tiến lên WCDMA để hình thành UMTS, nghĩa là lộ trình: GSM, TDMA  GPRS  EDGE  WCDMA Còn nhà khai thác cdmaOne có sự chọn lựa cdma2000 1x, 1xEV-DO, 1xEV-DV và 3x (cũng thông qua quá trình từ IP

đơn giản (Simple IP) lên IP di động (Mobile IP)) và cụ thể lộ trình là: cdmaOne (IS-95A/B)  cdma2000 1x EV/EV DO/EV DV  cdma2000 3x

Ưu điểm:

- Đáp ứng nhu cầu về truyền dữ liệu “dạng 3G” với chi phí đầu t- thấp

- Kéo dài thời gian và tăng nhu cầu về 3G

- Tăng kinh nghiệm và khả năng khai thác mạng di động chuyển mạch gói

và tính c-ớc đối với các dịch vụ này

- Việc chuyển từ 2,5G lên 3G dễ hơn từ 2G lên 3G, nhất là từ cdma2000 1x lên cdma2000 3x

Hạn chế: chi phí lớn, nhu cầu ch-a cao và tăng chậm

2 Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động GSM thế hệ hai lên WCDMA thế hệ ba

2.1 Mở đầu

Sự phát triển nhanh chóng của các dịch vụ số liệu mà tr-ớc hết là sự bùng

nổ của Internet đã đặt ra các yêu cầu mới đối với công nghiệp viễn thông di

động Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 GSM ra đời vào những năm 80 của thế kỷ 19 đã đ-ợc triển khai và phát triển mạnh GSM sử dụng dải tần 900 và

1800, là sự kết hợp của ph-ơng thức đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) và ph-ơng thức đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) Hiện tại, có 3 ph-ơng thức để truyền số liệu trong mạng GSM:

- Sử dụng các dịch vụ mang GSM UDI (Unrestricted Digital Information - Thông tin số không bị hạn chế)

- Sử dụng một dịch vụ sóng mang GSM 3,1 kHz (GSM 3,1 KHz Audio Bearer Service)

- Sử dụng dịch vụ tin nhắn SMS (Short Message Service)

- Ngoài dịch vụ thoại truyền thống, GSM có thể cung cấp các dịch vụ số liệu nh- tin nhắn SMS, fax, hộp th- thoại (Voice mail), WAP và nhiều dịch vụ giá trị gia tăng khác nh- chuyển h-ớng cuộc gọi, hiển thị số chủ gọi

- Các công việc liên quan đến tính c-ớc nh-: dịch vụ trả tiền tr-ớc, tính c-ớc nóng

Mặc dù là hệ thống sử dụng công nghệ số nh-ng vì là hệ thống băng hẹp

và đ-ợc xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh nên GSM cũng có những hạn chế chủ yếu:

- Cung cấp các dịch vụ thoại và số liệu trên cơ sở chuyển mạch kênh Đối với dịch vụ số liệu, GSM phải mô phỏng modem giữa thiết bị của ng-ời sử dụng và mạng số liệu Tốc độ truyền số liệu cao nhất là 9,6kbps, tốc độ số liệu thấp này chỉ phù hợp cho Internet giai đoạn tr-ớc

- Quản lý tài nguyên không hiệu quả vì mỗi thuê bao cần phải có một TCH trong suốt thời gian kết nối Mỗi cuộc gọi chỉ có thể chiếm một khe thời gian, không có phân bổ động khe thời gian

- GSM sử dụng kỹ thuật điều chế GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying:

Điều chế dịch pha cực tiểu Gaussian) nguyên thủy làm hạn chế tốc độ

Từ các yêu cầu trên đây, để đảm bảo đáp ứng đ-ợc các dịch vụ mới về truyền thông máy tính và hình ảnh, đồng thời đảm bảo tính kinh tế, hệ thống thông tin di động thế hệ hai sẽ đ-ợc chuyển đổi từng b-ớc sang thế hệ ba

Có thể tổng quát các giai đoạn chuyển đổi này trong hình 4

Hình 4 - Lộ trình phát triển từ GSM lên WCDMA

2.2 Hệ thống thông tin di động 2G GSM

Cấu trúc mạng GSM đ-ợc thể hiện trên hình 5

Hình 5 - Cấu trúc mạng GSM

Giai đoạn đầu của quá trình phát triển GSM là phải đảm bảo dịch vụ số

liệu tốt hơn Tồn tại hai chế độ dịch vụ số liệu: chuyển mạch kênh (CS: Circuit Switched) và chuyển mạch gói (PS: Packet Switched) nh- sau:

• Các dịch vụ số liệu chế độ chuyển mạch kênh đảm bảo:

- Dịch vụ SMS

- Số liệu dị bộ cho tốc độ 14,4 kbit/s

- Fax băng tiếng cho tốc độ 14,4 kbit/s

• Các dịch vụ số liệu chế độ chuyển mạch gói đảm bảo:

- Chứa cả các dịch vụ của chế độ chuyển mạch kênh

- Dịch vụ Internet, E-mail…

- Sử dụng chức năng IWF/PSDN nh-:

+ Cổng vào cho mạng số liệu gói

+ IWF/PSDN có thể đặt tại MSC hay BSC hay độc lập

Để thực hiện kết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể sử dụng giao thức ứng dụng vô tuyến WAP

WAP chứa các tiêu chuẩn hỗ trợ truy nhập trực tiếp mạng Internet từ trạm

di động Trong t-ơng lai GPRS sẽ hỗ trợ WAP phát và thu số liệu nhanh hơn

Hệ thống WAP phải có cổng WAP và chức năng kết nối mạng (hình 6)

Hình 6 - Cấu hình hệ thống WAP

2.3 Hệ thống thông tin di động 2,5G

2.3.1 Dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao - HSCSD

Hình 7 thể hiện cấu trúc mạng HSCSD Mạng HSCSD vẫn sử dụng chế độ chuyển mạch kênh nh- mạng GSM Song có một số cải tiến so với mạng GSM là:

Tăng thông lợng dữ liệu hệ thống: mã hoá kênh đợc cải thiện (9,6 kbps

-> 14 kbps)

- Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD):

+ Có thể sử dụng nhiều kênh l-u l-ợng

+ Tốc độ dữ liệu tối đa đạt đ-ợc là 40 -50 kbps

MSC và BSC

Kết nối mạng (IWF)

Cổng WAP

Internet

Tháp anten

Tuy nhiên, vì không cải thiện đ-ợc đáng kể tốc độ cũng nh- chất l-ợng trong việc truyền số liệu của ng-ời sử dụng so với mạng GSM nên nhiều nhà khai thác ở nhiều quốc gia đã bỏ qua giai đoạn trung gian này

Hình 7 - Cấu trúc mạng HSCSD

2.3.2 Dịch vụ vô tuyến gói chung - GPRS

GPRS là cầu nối giữa hệ thống thông tin GSM thế hệ 2 và thế hệ 3

GPRS là một dịch vụ số liệu chuyển mạch gói trên cơ sở hạ tầng GSM Công nghệ chuyển mạch gói đ-ợc đ-a ra để tối -u việc truyền số liệu cụm và tạo điều kiện truyền tải cho một l-ợng dữ liệu lớn

Về mặt lý thuyết, GPRS có thể cung cấp tốc độ số liệu lên đến 171 kbps ở giao diện vô tuyến, mặc dù các mạng thực tế không bao giờ có thể đạt đ-ợc tốc độ này (do cần phải dành một phần dung l-ợng cho việc hiệu chỉnh lỗi trên đ-ờng truyền vô tuyến) Trong thực tế, giá trị cực đại của tốc độ chỉ cao hơn 100 kbps một chút với tốc độ khả thi th-ờng vào khoảng 40kbps hoặc 50 kbps Tuy nhiên, các tốc độ nói trên cũng lớn hơn nhiều so với tốc độ cực đại

ở GSM

GPRS đảm bảo tốc độ số liệu cao hơn nh-ng vẫn sử dụng giao diện vô tuyến giống GSM (cùng kênh tần số 200 KHz đ-ợc chia thành 8 khe thời gian) Tuy nhiên bằng GPRS, MS có thể truy nhập đến nhiều khe thời gian hơn

Ngoài ra, mã hóa kênh của GPRS cũng hơi khác với mã hóa kênh của GSM GPRS định nghĩa một số sơ đồ mã hóa kênh khác nhau Sơ đồ mã hóa

V

A

S

i n

Quản lý mạng (NMS)

ISDN PSDN PSPDN

X25 CSPDN

kênh th-ờng đ-ợc dùng nhất cho truyền số liệu gói là Sơ đồ mã hóa (Coding Scheme) 2 (CS-2) Sơ đồ mã hóa này cho phép một khe thời gian có thể mang

số liệu ở tốc độ 13,4 kbps Nếu một ng-ời sử dụng truy nhập đến nhiều khe thời gian thì có thể đạt đến tốc độ 40,2 hay 53,6 kbps Sơ đồ này đảm bảo hiệu chỉnh lỗi khá tốt ở giao diện vô tuyến Mặc dù CS-3 và CS-4 cung cấp thông l-ợng cao hơn, nh-ng chúng nhạy cảm cao với lỗi ở giao diện vô tuyến Thực ra CS-4 hoàn toàn không đảm bảo hiệu chỉnh lỗi ở giao diện vô tuyến CS-3 và đặc biệt là CS-4 đòi hỏi truyền lại nhiều hơn ở giao diện vô tuyến, vì thế thông l-ợng thực sự hầu nh- không tốt hơn CS-2

Bảng sau liệt kê các sơ đồ mã hóa khác nhau và các tốc độ số liệu t-ơng ứng đối với một khe thời gian

Sơ đồ mã hóa Tốc độ số liệu

giao diện vô tuyến (kbps)

Tốc độ số liệu gần đúng của ng-ời sử dụng (kbps)

là kích cỡ của gói ứng dụng cần truyền Đối với một l-ợng số liệu cần truyền cho tr-ớc, các kích cỡ của gói số liệu ứng dụng nhỏ hơn sẽ dẩn đến thông tin

bổ sung lớn hơn các kích cỡ của gói số liệu lớn hơn Kết quả là tốc độ số liệu

có thể sử dụng đ-ợc thấp hơn tốc độ số liệu giao diện vô tuyến 20-30%

Tất nhiên -u điểm lớn nhất của GPRS không chỉ đơn giản là ở chỗ nó cho phép tốc độ số liệu cao hơn Ưu điểm lớn nhất của GPRS là nó sử dụng công nghệ chuyển mạch gói Điều này có nghĩa là một ng-ời sử dụng chỉ tiêu phí tài nguyên khi ng-ời này cần truyền hoặc nhận số liệu Nếu một ng-ời sử dụng không phát số liệu ở một thời điểm thì các khe thời gian ở giao diện vô tuyến tại thời điểm này sẽ đ-ợc dành cho các ng-ời sử dụng khác

Việc GPRS cho phép nhiều ng-ời sử dụng cùng chia sẻ tài nguyên vô tuyến là một -u điểm lớn Điều này có nghĩa rằng mỗi khi một ng-ời sử dụng muốn truyền số liệu thì MS phải yêu cầu đ-ợc truy nhập đến các tài nguyên này và mạng phải cấp phát các tài nguyên này tr-ớc khi xảy ra truyền số liệu Mặc dù điều này có vẻ nh- nghịch lý với việc dịch vụ luôn luôn đ-ợc kết nối

nh-ng GPRS hoạt động sao cho thủ tục yêu cầu-cấp phát không bị phát hiện,

vì thế ng-ời sử dụng và dịch vụ d-ờng nh- luôn luôn đ-ợc kết nối

GPRS phù hợp với một phạm vi rộng các ứng dụng từ th- điện tử (E-mail), văn phòng di động (Mobile Office), các ứng dụng đo l-ờng l-u l-ợng từ xa, tới tất cả các ứng dụng dữ liệu cụm, chẳng hạn nh- truy cập Internet GPRS cho phép hỗ trợ các ứng dụng dữ liệu của mạng cố định hiện tại trên các đầu cuối di động Dịch vụ GPRS đ-ợc định h-ớng chủ yếu cho các ứng dụng với các đặc tính l-u l-ợng của truyền tải chu kỳ với khối l-ợng nhỏ và truyền không theo chu kỳ của các dữ liệu có kích nhỏ hoặc trung bình Điều này tạo khả năng cho hệ thống có thể phục vụ các dịch vụ và ứng dụng mới Sự truyền tải một l-ợng lớn dữ liệu vẫn sẽ đ-ợc duy trì qua các kênh chuyển mạch kênh

để tránh trở ngại của phổ vô tuyến gói Các ứng dụng của GPRS có thể tiến hành từ các công cụ thông tin trong một máy tính xách tay PC (th- điện tử, truyền dẫn file và hiển thị trang web (www)) đến các ứng dụng đặc biệt liên quan tới các truyền tải thấp (máy đo từ xa, điều khiển l-u l-ợng đ-ờng sắt và

đ-ờng giao thông, thông tin điều hành taxi và xe tải, h-ớng dẫn đ-ờng động

lực và giao dịch tiền tệ )

Vì lúc đầu GSM đ-ợc thiết kế cho l-u l-ợng chuyển mạch kênh, nên việc

đ-a dịch vụ chuyển mạch gói vào đòi hỏi phải bổ sung thêm thiết bị cho mạng (hình 8) Mạng GPRS kết nối với các mạng số liệu công cộng nh- IP và mạng X.25 Nút hỗ trợ GPRS phục vụ (SGSN) và nút hỗ trợ GPRS cổng (GGSN) thực hiện nhận và truyền các gói số liệu giữa các MS và các thiết bị

đầu cuối số liệu cố định của mạng số liệu công cộng (PDN) Nút GGSN còn cho phép truyền nhận các gói số liệu đến các MS ở các mạng thông tin di

động GSM khác

Hình 8 - Cấu trúc hệ thống GPRS

Giao diện vô tuyến của GPRS sử dụng các tính năng cơ bản của giao diện vô tuyến GSM Nh- vậy, cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói

đều có thể sử dụng cùng sóng mang Tuy nhiên, mạng đ-ờng trục của GPRS

đ-ợc thiết kế sao cho nó không phụ thuộc vào giao diện vô tuyến

Tóm lại, từ GSM phát triển lên GPRS:

Thực hiện Mới

Node mạng lõi chuyển mạch gói (SGSN, GGSN) Giao diện mới Gb giữa BSC-SGSN

Điều chỉnh Phần cứng và phần mềm BSC

Giữ nguyên

Mạng lõi chuyển mạch kênh (MSC/HLR/AuC) Giao diện vô tuyến (MS-BTS)

Giao diện vô tuyến (BSC-MSC)

Tính c-ớc vẫn là một chủ đề mở đối với ETSI Việc tính c-ớc sẽ có thể mở

ra đối với các nhà khai thác một ph-ơng pháp luận mới, đó là tính c-ớc cho thuê bao dựa trên khối l-ợng dữ liệu truyền đi/ nhận về thay vì cho việc tính cước truyền thống đó là dựa trên “đơn vị thời gian”

Quản lý mạng (NMS)

ISDN PSDN PSPDN

2.3.3 Cải thiện tốc độ số liệu cho phát triển GSM - EDGE

Công nghệ EDGE là một b-ớc cải tiến của chuẩn GSM, TDMA-136 để

đạt đến tốc độ truyền dữ liệu theo yêu cầu di động vô tuyến thế hệ 3, nh-ng vẫn giữ nguyên cấu trúc của mạng cũ bằng cách thay đổi kỹ thuật điều chế vô tuyến kết hợp với dịch vụ chuyển mạch gói vô tuyến chung

Giao diện EDGE tận dụng tốc độ bit cao hơn tốc độ trên hệ thống di động hiện thời Để tăng tốc độ bit trên giao diện vô tuyến, một ph-ơng thức điều

chế mới đ-ợc đ-a ra 8-PSK là ph-ơng thức đ-ợc lựa chọn vì nó cung cấp tốc

độ dữ liệu cao, hiệu quả phổ cao và độ phức tạp lắp đặt vừa phải Tốc độ từ mã đ-ợc giữ ở mức 271 ksp/giây dẫn đến tốc độ bit tăng từ 22.8 kbit/s lên 69.2 kbit/s trên một khe thời gian

Mục đích là tái sử dụng các dạng dịch vụ dữ liệu GSM thông th-ờng Bằng việc tái sử dụng cấu trúc của GPRS, dịch vụ chuyển mạch gói đ-ợc cung cấp với giao diện vô tuyến trong đó tốc độ bít biến đổi từ 11.2 đến 69.2 kbit/s trên một khe thời gian Các dịch vụ chuyển mạch thông th-ờng đ-ợc hỗ trợ với tốc

độ trên giao diện vô tuyến đạt đến 28.8 kbit/s Đối với tất cả các dịch vụ, sử dụng đa kênh thời gian đ-ợc hỗ trợ để thu đ-ợc 8 lần tốc độ bit cung cấp bởi

1 khe thời gian đơn, tạo nên tốc độ đỉnh đối với chuyển mạch gói là 554 kbit/s

Hình 9 - Cấu trúc mạng EDGE

Quản lý mạng (NMS)

ISDN PSDN PSPDN X25 CSPDN

Nhận thấy hạ tầng GSM đ-ợc sử dụng hiệu quả, chỉ có giao diện A-bis cần

có sự thay đổi chút ít Một điểm quan trọng là sự phủ sóng và kế hoạch tần số không cần thiết có thay đổi khi có hiện diện của EDGE Thêm nữa, vì các kênh vật lý EDGE có thể đ-ợc sử dụng cho cả các dịch vụ GSM chuẩn, không cần có sự phân chia cố định các kênh giữa các dịch vụ

Từ GPRS phát triển lên EDGE:

Thực hiện Mới

Điều chế, mã hóa Máy thu phát vô tuyến

Điều chỉnh Phần cứng và phần mềm

Giữ nguyên

Độ rộng băng sóng mang Qui hoạch mạng vô tuyến

Trên đây là giới thiệu tổng quan về EDGE Các mô phỏng cũng đã chứng

tỏ rằng EDGE có thể chia sẻ phổ với GSM/GPRS với chất l-ợng tốt cho cả hai loại thuê bao Chất l-ợng dựa trên điều khiển công suất có thể cải thiện hơn nữa chất l-ợng của thuê bao

Bất lợi của EDGE ở chỗ tỉ lệ mã hoá tăng lên làm tăng nhiều độ phức tạp khi sử dụng mạch trung hoà tối -u Tỉ lệ bit tăng lên so với GSM/GPRS chuẩn cũng giảm độ thô đối với tính rời rạc thời gian và vận tốc di chuyển của thuê bao di động

Giản đồ điều chế mới 8-PSK đối lập với giản đồ GMSK, không có đ-ờng biên bao không đổi, yêu cầu phải có độ tuyến tính của khuếch đại công suất

Đặc biệt đối với các thiết bị có công suất ra lớn, khó chế tạo các máy thu phát giá rẻ với điều kiện sử dụng trọn vẹn phổ GSM Nh- vậy, để thiết kế các máy thu phát sử dụng cho trạm macro cell, cần thử thách đ-a ra 8-PSK

EDGE cũng có thể xem xét nh- một giải pháp kỹ thuật cho các nhà khai thác không sở hữu bất kỳ một giấy phép nào về UMTS

2.4 Hệ thống thông tin di động 3G - UMTS

UMTS là hệ thống viễn thông di động toàn cầu của châu Âu dựa trên công nghệ WCDMA Mục đích của UMTS là cung cấp cho ng-ời sử dụng thông tin

cá nhân truy cập vào dải băng rộng để sử dụng các dịch vụ mới UMTS cung cấp thông tin cá nhân di động multimedia định h-ớng Đồng thời UMTS cung cấp dịch vụ roaming toàn cầu UMTS đ-ợc th-ơng mại hóa ở Nhật và ở châu

Âu ở Nhật, mấu chốt của UMTS là mang lại dung l-ợng cho thoại ở châu

Âu, mấu chốt là tăng yêu cầu của các dịch vụ multimedia và khả năng sử dụng các ứng dụng dữ liệu tốc độ cao

UMTS kết hợp các công nghệ mới với hệ thống và các dịch vụ của GSM hiện tại ERC đã qui định phổ mới trên băng tần số 2GHz đối với mặt đất Phổ này bao gồm:

đ-ợc phát triển nhằm sử dụng tối đa hiệu quả và lợi ích của CDMA

TD/CDMA đ-ợc sử dụng trên băng tần đơn Lợi ích của TD/CDMA là khả năng quản lý l-u l-ợng không song công (l-u l-ợng giữa đ-ờng lên và đ-ờng xuống khác nhau) Bởi TD/CDMA có đ-ờng lên và đ-ờng xuống ở trên cùng một băng tần chỉ phân cách về mặt thời gian, nên đối với việc truyền số liệu không cân bằng giữa đ-ờng lên và đ-ờng xuống, hiệu quả phổ của TD/CDMA sẽ cao hơn so với WCDMA (ấn định hai băng tần riêng cho đ-ờng lên và đ-ờng xuống) Lấy Internet là một ví dụ điển hình, rất nhiều thông tin

đ-ợc tải xuống từ các trang WEB mà rất ít thông tin đ-ợc gửi đi

1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250

DECT

UMTS TDD

UMTS FDD

UMTS Satellite

UMTS TDD

Hình 10 trình bày cả hai phần tử phổ dùng cho mặt đất và dùng cho vệ tinh

Tổng quát, từ 2,5G (GPRS/EDGE) phát triển lên UMTS:

Thực hiện

Mới

Giao diện vô tuyên WCDMA (UE, Node B) Giao diện mạng truy nhập vô tuyến RAN (Iub (Node B-RNC) và Iur (RNC-RNC)) Giao diện mạng lõi: Iu (MSC-RNC và SGSN-RNC)

Điều chỉnh MSC và SGSN cho giao diện Iu

• Về giao diện vô tuyến:

- Phần mạng truy nhập vô tuyến mới UTRAN (WCDMA) đ-ợc thêm các thành phần RNC và BS

- Việc có nâng cấp giao diện vô tuyến hiện có của GSM lên EDGE RAN) hay không là tuỳ chọn của nhà khai thác

(E-• MSC/VLR nâng cấp có thể xử lý đ-ợc cho phần vô tuyến băng rộng

• Để các dịch vụ IN có thể đ-ợc cung cấp cho các mạng tạm trú của thuê bao cần triển khai CAMEL

• Kết nối truyền dẫn trong mạng truy nhập vô tuyến WCDMA dùng ATM nhằm hỗ trợ các loại hình dịch vụ khác nhau: các dịch vụ tốc độ không đổi cho chuyển mạch kênh và các dịch vụ có tốc độ thay đổi đối với chuyển mạch gói

• Các nút mạng lõi đ-ợc chuyển đổi:

- Phần CS phải quản lý cả thuê bao 2G và 3G, đòi hỏi thay đổi trong MSC/VLR và HLR/AuC/EIR

- Phần PS đ-ợc nâng cấp từ GPRS, thay đổi ở SGSN là lớn nhất

• Mạng cung cấp các loại dịch vụ 3G và dịch vụ giống với mạng 2,5G, hầu hết các dịch vụ đ-ợc chuyển sang dạng gói khi có nhu cầu Ví dụ WAP sẽ chuyển sang dùng chuyển mạch gói Dịch vụ dựa trên vị trí giúp truyền dữ liệu gói hiệu quả hơn

Hình 11 - Kiến trúc 3G Release 99

• Ưu điểm:

- Tận dụng tối đa hạ tầng GSM/GPRS hiện có:

+ Có thể triển khai nhanh chóng

+ Chỉ tiêu của các phần tử mạng rất ổn định

- Cung cấp cả dịch vụ 2G và 3G, dịch vụ chuyển mạch kênh và gói

- Bảo đảm an toàn đầu t-:

+ Thiết bị nâng cấp dần dần tới mạng lõi 3G

MSC server có chức năng quản lý di động và điều khiển cuộc gọi, không chứa ma trận chuyển mạch, phần tử điều khiển MGW Còn Media Gateway (MGW) là phần tử chịu trách nhiệm duy trì các kết nối và thực hiện chức năng chuyển mạch khi cần

Thoại chuyển mạch gói (VoIP): cuộc gọi chuyển mạch kênh đ-ợc chuyển sang chuyển mạch gói trong MGW

• Ưu điểm: khắc phục đ-ợc một số nh-ợc điểm của R99:

- Tách riêng phần kết nối cuộc gọi, phần điều khiển và phần dịch vụ cho phần mạng lõi chuyển mạch kênh

- Toàn bộ l-u l-ợng đi qua MGW, đ-ợc quản lý bằng một MSC Server tách rời (nâng cấp từ MSC/VLR)

- Làm thay đổi căn bản phần CS nh-ng vẫn còn cả hai phần CS và PS

- Vai trò của CAMEL sẽ thay đổi, phải lập kết nối với phần PS và sẽ trở

thành yếu tố đấu nối giữa hạ tầng dịch vụ và mạng

- MRF: hỗ trợ các chức năng nh- cuộc gọi nhiều bên, cuộc gọi hội nghị Ngoài ra, SGSN và GGSN đ-ợc cải tiến so với R4 là có hỗ trợ thoại MGW vẫn có chức năng t-ơng tự nh- R4 và MGW do MGCF điều khiển

• Ưu điểm:

- Tồn tại duy nhất phần chuyển mạch gói PS

- Sử dụng hiệu quả và dễ dàng quản lý toàn bộ l-u l-ợng trên mạng 3G vì

đều là IP

- Công nghệ truy nhập vô tuyến sẽ giảm tầm quan trọng đi Trong t-ơng lai, các mạng lõi 3G sẽ có nhiều công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau

• Một số vấn đề cần xem xét thêm:

- Công nghệ chưa “chín muồi”, cần chờ tiêu chuẩn và hệ thống ổn định

- Môi tr-ờng th-ờng trú ảo (VHE): đáp ứng yêu cầu hội tụ các mạng di

động, cố định và Internet Cho phép thuê bao đ-ợc cung cấp dịch vụ nh-

đang ở mạng th-ờng trú kể cả khi roaming

- Quản lý chất l-ợng dịch vụ: do IP là dịch vụ “best effort”

- Bảo mật: IPv6, IP-VPN

- Mở rộng không gian địa chỉ: IPv6

- Đặc tính kết nối vô tuyến khác hữu tuyến, ví dụ: BER cao hơn

- Tính di động đầu cuối

2.4.4 Release 6

Mục đích chuẩn hóa của 3GPP Release 6 là:

- Cung cấp các dịch vụ đa ph-ơng tiện IP, pha 2:

+ Nhắn tin IMS và quản lý nhóm

- Hoạt động phối hợp với mạng LAN vô tuyến

- Các dịch vụ giọng nói:

+ Nhận dạng giọng nói phân bố (DSR)

- Phạm vi và định nghĩa đang tiếp tục đ-ợc tiêu chuẩn hoá

3 Lộ trình phát triển từ hệ thống cdmaOne thế hệ hai lên cdma2000 thế hệ ba

Công nghệ cdma2000 do tổ chức 3GPP2 chuẩn hoá cdma2000 đ-ợc phát triển từ tiêu chuẩn CDMA của Qualcom là IS-95 hay cdmaOne

Theo h-ớng này có thể phát triển lên 3G mềm dẻo hơn do:

- Các nhà khai thác cdmaOne không cần phổ mới

- 3x có khả năng cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn UMTS

1xRTT - hỗ trợ gói IP (giống GPRS)

1xEV - Thêm chuyển mạch mềm/ gateway thoại

3x - Tốc độ dữ liệu giao diện vô tuyến gấp 3 lần

Hình 14 - Lộ trình phát triển từ cdmaOne lên cdma2000 thế hệ ba

đa 2Mbps

1xEV 1xEV-DO 1xEV-DV

cdma2000 1x

Tốc độ tối đa 307.2kbps Dung l-ợng thoại tăng gấp đôi

IS- 95A

1995

3.1 Hệ thống cdmaOne

Hình 15 - Hệ thống cdmaOne + IS41

3.2 Hệ thống cdma2000 1x

Hình 16 - Hệ thống cdma2000 1X

• Nút dịch vụ dữ liệu gói PDSN:

- Thiết lập, duy trì và kết thúc các phiên truyền với máy di động

- Hỗ trợ các dịch vụ đơn giản và mobile IP

- Quản lý, nhận thực, tính c-ớc (AAA) đối với máy di động

- Định tuyến các gói giữa máy di động và các mạng dữ liệu bên ngoài

- Thu thập dữ liệu sử dụng và chuyển tới server AAA

• AAA:

- Authentication: nhận thực gắn với PPP và các kết nối mobile IP

- Authorization: hồ sơ dịch vụ và quản lý phân phối các khoá bảo mật

- Tính c-ớc: dữ liệu sử dụng phục vụ tính c-ớc

• Máy chủ mạng th-ờng trú Mobile IP:

- Theo dõi vị trí của thuê bao mobile IP khi thuê bao chuyển từ mạng này sang mạng khác

- Nhận các gói thay cho nút di động khi nút này đang gắn với mạng ngoài

và phân phát gói dữ liệu đến điểm kết nối hiện tại của máy di động

Để phát triển từ IS-95 lên 1x:

- Chỉ cần nâng cấp các khối và phần mềm/phần cứng

- Không cần thay đổi anten

- Chỉ cần nâng cấp phần mạng có nhu cầu nâng cao dung l-ợng và tốc độ dữ liệu

cdma2000 1x có khả năng t-ơng thích ng-ợc với cdma IS-95x:

- Hỗ trợ báo hiệu, dịch vụ và băng thông trải phổ của IS-95 A/B

- Truyền dữ liệu gói tốc độ cao

- Hỗ trợ các kỹ thuật chuyển giao

Hơn nữa, cdma2000 1x cải thiện hơn so với IS-95 bởi nhờ dung l-ợng thoại cao gấp 1,5 lần và tốc độ dữ liệu tối đa đạt 144 kbps D-ới đây là bảng

so sánh giữa IS-95A/B và cdma2000 1x:

Đ-ờng lên: OQPSK Đ-ờng lên: HPSK

Các giai đoạn phát triển cdma2000 1x:

- Pha 1: 1xEV-DO (Data Only / Data Optimized): chỉ tối -u cho l-u l-ợng dữ liệu gói và đã đ-ợc th-ơng mại hoá vào cuối năm 2001

- Pha 2: 1xEV-DV (Data and Voice): cung cấp l-u l-ợng dữ liệu gói phi thời gian thực và l-u l-ợng thoại thời gian thực và tiêu chuẩn đã đ-ợc hoàn tất vào tháng 6 năm 2002

Hình 17 - cdma2000 1x EV-DO - IP Data Only

Hình 18 - cdma2000 1X EV-DV - IP Data and Voice

4 Xu h-ớng phát triển

Xu h-ớng công nghiệp hiện nay đó là:

- Các hệ thống thông tin di động 3G đang đ-ợc cải tiến dần nhằm đáp ứng

đ-ợc yêu cầu ngày càng cao của ng-ời sử dụng

- Các mạng lõi 3G đang đ-ợc phát triển thống nhất tới một mạng lõi chuyển mạch gói chung sử dụng giao thức IETF

- Các nhà cung cấp dịch vụ h-ớng tới phát triển các dịch vụ multimedia dựa trên IP

- Hội tụ các mạng vô tuyến (di động, WLAN) và hữu tuyến

- Các tổ chức: OHG, ITU, ARIB, ETSI, TIA

Mạng lõi IP thống nhất có khả năng:

- Tăng c-ờng khả năng chuyển vùng toàn cầu giữa các hệ thống IMT-2000

- Hỗ trợ triển khai các mạng IMT-2000 hiệu quả về mặt chi phí dựa trên các giao diện mở đã đ-ợc chuẩn hoá

- Tiến tới khả năng cung cấp dịch vụ trong suốt, không phụ thuộc vào nhà khai thác và công nghệ mạng truy nhập

- Tăng tính hấp dẫn của các dịch vụ IMT-2000

Lợi ích của việc thống nhất mạng:

- Đối với thuê bao:

+ Đ-ợc cung cấp dịch vụ toàn cầu (chuyển vùng toàn cầu)

- Đối với các nhà cung cấp thiết bị Internet và viễn thông:

+ Thâm nhập đ-ợc vào các thị tr-ờng mới và rộng hơn

+ Chi phí sản xuất, nghiên cứu phát triển và hỗ trợ thấp

Hình 19 - Mạng lõi IP thống nhất

Khái niệm mạng thống nhất nhằm đảm bảo cung cấp dịch vụ trong suốt giữa các hệ thống IMT-2000 khác nhau và có kiến trúc dựa trên IP

Xu h-ớng phát triển tiếp theo:

- Hội tụ tới một mạng lõi IP độc lập với mạng truy nhập

- Mạng sử dụng một mạng lõi duy nhất

- Sử dụng nhiều mạng đa truy nhập: WCDMA, cdma2000, Ethernet

- Tích hợp các công nghệ truy nhập trong đầu cuối cho phép ng-ời sử dụng chuyển từ một mạng di động này sang các mạng di động khác và mạng cố

định một cách trong suốt

5 Kết luận

- Cấu trúc mạng 3G dựa trên nguyên tắc phát triển mạng theo từng phần mạng lõi và mạng truy nhập vô tuyến là ph-ơng án hiệu quả cho các nhà khai thác hiện có, tận dụng hạ tầng tốt nhất, đặc biệt là với thị tr-ờng thông tin di động mà dịch vụ thoại vẫn là chính nh- ở n-ớc ta

- Tr-ớc mắt việc triển khai mạng lõi IP của GPRS là phù hợp Đây sẽ là cơ

sở của mạng lõi 3G

- Bắt đầu triển khai bằng ph-ơng án R99 (một số hãng cung cấp thiết bị để

có thể áp dụng từng phần của ph-ơng án này) ở mức độ hạn chế nếu có nhu cầu Về lâu dài nên chọn ph-ơng án R5/R6 (toàn IP)

- Mạng lõi 3G sẽ dựa trên công nghệ IP trên ATM (IP over ATM), tiến tới toàn IP

- Yêu cầu phát triển IPv6 là rất cần thiết do yêu cầu cả về bảo mật và đảm bảo QoS

- Về lâu dài, cấu trúc mạng lõi IP sẽ cho phép triển khai nhiều công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau

- Cần có những nghiên cứu chi tiết hơn về thiết bị cũng nh- nhu cầu dịch vụ

để có thể xây dựng cấu trúc mạng cụ thể, ví dụ nh- những vấn đề kỹ thuật:

▪ Thiết lập môi tr-ờng th-ờng trú ảo (VHE) với báo hiệu thông minh CAMEL cho các thiết bị cụ thể

▪ Nghiên cứu chi tiết các giao thức mạng để có thể phối hợp triển khai

▪ Các lớp giao diện mạng phụ thuộc vào nhà sản xuất, gắn với những thiết bị cụ thể phải phối hợp đ-ợc với nhau

▪ Xây dựng cấu trúc cụ thể trên cơ sở nhu cầu dịch vụ, vùng l-u l-ợng: + Sơ đồ cụ thể cho từng vùng: các giao thức, đấu nối

+ Thay đổi phần cứng, phần mềm; thiết bị đ-a vào

6 So sánh hệ thống thông tin di động thế hệ ba WCDMA với các hệ thống thông tin di động thế hệ hai

Bảng 4 so sánh các thông số của giao diện vô tuyến giữa hệ thống WCDMA và GSM