368 nghiên cứu kỹ thuật nâng cấp mạng thông tin di động từ 2g lên 3g

mô hình kinh doanh trực tuyến, nâng cấp thông tin di động, kế toán tiền lương, nâng cao chất lượng tiệc cưới, quản trị nghiệp vụ lễ tân, kế toán tập hợp chi phí

LỜI NÓI ĐẦU

******

Nhu cầu trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện đại.Trong thập kỷ vừa qua là sự bùng nổ của Internet thì trong thập kỷ tới là sựbùng nổ của mạng thông tin di động thế hệ ba 3G và các dịch vụ mới.Cùng vớiviệc cho phép kết nối mọi nơi, mọi lúc, Internet cũng chỉ là một trong những khảnăng của mạng 3G 3G mang tới nhiều tiện ích, ứng dụng hơn là khả năng diđộng cho Internet Các dịch vụ mới sẽ xuất hiện như nhắn tin đa phương tiện, cácdịch vụ định vị, các dịch vụ thông tin cá nhân, vui chơi giải trí, các dịch vụ ngânhàng, thanh toán điện tử…sẽ phát triển mạnh Ở Việt Nam trong những năm vừaqua cũng có sự phát triển mạnh mẽ về thông tin di động cũng như Internet và tiếntới các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba cũng đã và sẽ được nhanh chóngtriển khai

Để theo kịp xu thế chung của thế giới là tiến tới mạng thế hệ sau 3G và cung cấp các dịch vụ mới, việc nghiên cứu để triển khai, chuyển đổi sang mạng 3G tại Việt Nam là cần thiết Đối với nhà khai thác mạng di động GSM thì cái đích là 3G mà họ quan tâm và triển khai phát triển

Xuất phát từ định hướng này,cùng với sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Duy

Cương , đồ án tốt nghiệp đại học của em với đề tài “ Nghiên cứu kỹ thuật nâng cấp mạng thông tin di động từ 2G lên 3G” nhằm tìm hiểu những kiến thức về

công nghệ thông tin di động Với các ưu thế vượt trội về tốc độ truyền tải dữ liệu, công nghệ di động 3G hứa hẹn cung cấp các dịch vụ nội dung phong phú đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng Việt Nam

Nội dung gồm 3 chương:

 Chương 1: Tổng quan về thông tin di động

 Chương 2: : Hệ thống GSM (2G), HSPA (3G) và các giải pháp kỹ thuật

nâng cấp từ 2G lên 3G

 Chương 3: Triển khai mạng 3G tại Việt Nam

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

3GPP Third Generation Global

Partnership Project

Dự án hội nhập toàn cầu thế hệ thứ 3

AGC Automatic Gain Control Bộ điều khiển tăng ích tự động

AMR Adaptive Multi-Rate codec Bộ mã hóa và giải mã đa tốc độ thích nghi

System

Hệ thống điện thoại di động tiên tiến(Mỹ)

BPSK Binary Phase Shift Keying Khoá dịch pha nhị phân

BSIC Base station identity code Mã nhận dạng trạm gốc

MultipleAccess Truy nhập phân chia theo mã

DRNC Drift RNC Bộ RNC điều khiển trôi

DSSS Direct Sequence Spread

EDGE Enhanced Data Rates for

EvolutionEIRP Equivalent Isotropic

FDD Frequency Division Duplex Phương thức song công phân chia theo tần

sốFDMA Frequency Division

Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số

GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu

GPRS General Packet Radio

GSM Global System for Mobile

Telecommunication Hệ thống viễn thông di động toàn cầuHLR Home Location Registor Bộ đăng ký thường trú

HSDPA High Speed Downlink Packet

IMT- 2000 International Mobile

Telecommunication 2000 Thông tin di động toàn cầu 2000

IP Internet Protocol Giao thức Internet

Telecommunication Union Liên hợp viễn thông quốc tếKPI Key Performace Indicator Bộ chỉ thị hiệu năng chính

MSC Mobile Service Switchinh

QPSK Quardrature Phase Shift

RAT Radio Access Technology Công nghệ truy nhập vô tuyến

RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RNS Radio Network Controller Phân hệ mạng vô tuyến

RRC Radio Resoure Control

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SIR Signal to Interference Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

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

SSMA Site Selection Diversity

TDD Time Division Duplex Phương thức song công phân chia theo thời

gianTDMA Time Division Multiple

TPC Transmission Power Control Điều khiển công suất phát

Thiết bị người sử dụng

Telecommunication System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu.UTRAN UMTS Terrestrial Radio

VLR Visitor Location Registor Bộ đăng ký tạm trú

VoIP Voice Over Internet Protocol Truyền thoại qua giao thức Internet

WCDMA Wideband Code Division

Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG

Trong xu thế phát triển chung của xã hội hiện đại thì sự ra đời của thông tin

di động đã giúp cho con người trong việc liên lạc với nhau ở mọi nơi, mọi lúc

Và không dừng ở đó, khi việc liên lạc thoại đã được đáp ứng tốt thì nhu cầu về các dịch vụ gia tăng trên thông tin di động như truy cập Internet, truyền dữ

liệu tốc độ cao bắt đầu phát triển

1.1 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA THÔNG TIN DI ĐỘNG

1.1.1 Sự xuất hiện của thông tin di động thế hệ 1G và 2G

Vào cuối thế kỷ XIX, các thí nghiệm của nhà bác học người Ý MaconiGuglielmo (1874-1937, giải nobel vật lý năm 1909) đã cho thấy thông tin diđộng có thể thực hiện giữa các máy thu – phát ở xa nhau và di động Thông tin

di động lúc đó chủ yếu sử dụng mã Morse, mãi tới năm 1928 hệ thống vô tuyếntruyền thanh mới được thiết lập, thoạt tiên cho cảnh sát Đến năm 1933 sở cảnhsát Bayone, New Jersey mới thiết lập được một hệ thống thoại vô tuyến di độngtương đối hoàn chỉnh trên thế giới Thời đó, các thiết bị thông tin di động rấtcồng kềnh, nặng hàng chục kilogam, đầy tạp âm và rất tốn nguồn do sử dụng cácđèn điện tử tiêu thụ nguồn lớn Công tác trong dải tần thấp của băng VHF, cácthiết bị này liên lạc được với nhau trong khoảng cách hàng chục dặm Sau đó,quân đội cũng dùng thông tin di động để triển khai và chỉ huy chiến đấu có hiệuquả Nói chung hệ thống thông tin di động thời này có chất lượng kém

Thông tin di động đã được đưa vào sử dụng rộng rãi tại Mỹ năm 1946, khi đó nóchỉ được sử dụng ở phạm vi thành phố Hệ thống này có sáu kênh Sử dụng cấutrúc ô rộng với tần số 150MHz Mặc dù, các khái niệm tế bào, trải phổ, điều chế

số, và các công nghệ hiện đại khác đã được biết đến hơn 50 năm trước đây, nhưngđến những năm 1960 dịch vụ điện thoại di động tế bào mới xuất hiện Các hệthống thông tin di động đầu tiên này ít có tiện ích và có dung lượng rất thấp Vàonhững năm 1980, hệ thống điện thoại tế bào điều tần song công sử dụng kỹ thuật

đã truy nhập phân chia theo tần số FDMA Đây là hệ thống sử dụng công nghệAnalog để truyền kênh thoại trên sóng vô tuyến đến thuê bao di động hay cònđược gọi là hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1General – 1G)

Các hệ thống thông tin di động tế bào tương tự nổi tiếng nhất là: Hệthống di động tiên tiến (AMPS), hệ thống di động tiên tiến băng hẹp(NAMPS), hệ thống thông tin truy cập toàn diện (TACS) và hệ thống NTT Hạnchế của các hệ thống này là: phân bổ tần số hạn chế, dung lượng thấp, tiếng ồnkhó chịu, không đáp ứng được các dịch vụ mới của khách hàng…

Giải pháp để loại bỏ các hạn chế của hệ thống 1G trên là chuyển sang sử dụng

kỹ thuật thông tin số sử dụng các dạng đa truy nhập mới Vào cuối thập niên

1980, các hệ thống thế hệ thứ 2 (2G) được đưa vào khai thác sử dụng công nghệ

số đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA Hệ thống đa truy nhập TDMAđầu tiên ra đời trên thế giới là GSM GSM được phát triển từ năm 1982, CEPTquyết định việc ấn định tần số dịch vụ viễn thông châu Âu ở băng tần 900 MHz.Đến những năm giữa thập niên 1990, đa truy nhập phân chia theo mã CDMA trởthành hệ thống 2G thứ hai khi người Mỹ đưa ra tiêu chuẩn nội địa – 95 (IS – 95)nay gọi là công nghệ Cdma one Ở Việt Nam hệ thống thông tin di động đượcđưa vào sử dụng năm 1993, hiện nay đã có 3 hãng khai thác ở mạng GSM làVinaPhone, Mobiphone và Viettel Mobile

Sự cạnh tranh giữa các nhà cung cấp dịch vụ đang mở ra một tương lai mới chothị trường thông tin di động ở Việt Nam Song song với sự phát triển hệ thốngthông tin di động tế bào nói trên, các hệ thống thông tin di động hạn chế cho mạngnội hạt sử dụng máy cầm tay không dây số cũng được nghiên cứu phát triển Hai

hệ thống điển hình cho loại thông tin này là DECT (Digital Enhanad CurdlessTelecom) của châu Âu và PHS của Nhật cũng đã được đưa vào khai thác Các

hệ thống thông tin di động kỹ thuật nói trên, sử dụng phương pháp đa truy nhậpTDMA như GSM (châu Âu), FPC (Nhật),

hoặc phương pháp đa truy nhập CDMA (IS – 95 Mỹ) đều thuộc thế hệ 2G

50kHz (xen kẽ 25kHz)

Cơ chế mã

hoá

11,2kbit/giây VSEP

5,6kbit/sPSI-

13kbit/giây VSELP

8,5kbit/giây QCELP tốc độ biến thiên 4 nấc

22,8kb/s LPC 11,4kbit/s EVSI

OPQSK

GMSK

Bảng 1.1 Các thông số cơ bản của hệ thống tế bào số

* Chú thích : RPE: Mã hoá dự báo kích thích xung đều

LTP: Mã hoá dự báo dài hạn

LPC: Mã dự báo tuyến tính FDD: Phân chia theo tần số

PSI-CEPT: Dự báo tuyến tính kích thích mã - đổi đồng bộ âm

Các hệ thống 2G có nhiều điểm nổi bật như chất lượng thông tin được cảithiện nhờ các công nghệ xử lý tổng hợp số khác nhau, nhiều dịch vụ mới (Ví dụ:các dịch vụ phi thoại), kỹ thuật mã hoá cải tiến, dung lượng cao hơn tương thíchtốt hơn với các mạng số và phát huy hiệu quả dải phố vô tuyến (Bảng 1.1 môtả) chuyển vùng trở thành một phần của dịch vụ và vùng phủ song cũng ngàycàng rộng hơn, nhưng vẫn phải đối mặt với các vấn đề hạn chế về dụng lượngtrên nhiều thị trường

1.1.2 Sự xuất hiện của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G).

Thông tin di động ngày nay đang tiến tới hệ thống thế hệ thứ 3 (3G) hứahẹn dung lượng thoại lớn hơn, kết nối dung lượng di động tốc độ cao hơn và sửdụng các công dụng đa phương tiện Các hệ thống viễn thống thế hệ (3G) cầncung cấp dịch vụ thoại với chất lượng tương đối các hệ thống hữu tuyến và dịch

vụ truyền số liệu có tốc độ từ 144 kbit/s đến 2Mb/s Hiện đang có hai hệ thốngtiêu chuẩn hoá: Một dựa trên chuẩn hệ thống CDMA băng hẹp IS – 95, đượcgọi là CDMA 2000 Chuẩn kia là sự kết hợp của các tiêu chuẩn Nhật Bản và

châu Âu do dự án hợp tác thế hệ thứ 3 (3GPP) tổ chức.

3GPP đang xem xét tiêu chuẩn vô tuyến truy nhập vô tuyến mặt đất (UTRA UMTS – Terrestrial Radio Access) UMTS – tiêu chuẩn này có hai sơ đồ truynhập vô tuyến Một trong số đó sắp xếp các cặp dải tần thông qua ghép song công phân chia theo tần số (FDD) thường gọi là CDMA băng thông rộng W- CDMA

1.1.3 Hướng về 3G trong thông tin di động.

Hình 1.1: Lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động lên 3G

Từ thập niên 1990, Liên minh viễn thông quốc tế đã bắt tay vào việc phát triểnmột nền tảng chung cho các hệ thống viễn thông di động Kết quả là một sảnphẩm được gọi là thông tin di động toàn cầu 2000 ( IMT – 2000) Con số 2000

có nghĩa là sản phẩm này sẽ có mặt vào khoảng năm 2000, nhưng thực tế làchậm hai, ba năm Khác với các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất 1G

và thứ hai 2G thì hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba

3G – IMT 2000 không chỉ là một bộ dịch vụ, nó có xu thế chuẩn hoá toàn cầu, nóđáp ứng ước mơ liên lạc từ bất cứ lúc nào và bất cứ nơi đâu Để được như vậy,IMT 2000 tạo điều kiện tích hợp mạng mặt đất hoặc vệ tinh Hơn thế nữa IMT

2000 cũng đề cập đến Internet không dây, hội tụ các mạng cố định và di độngquản lý di động (chuyển vùng), các tính năng đa phương tiện di động, hoạt động

xuyên mạng và liên mạng.

Như đã nói các hệ thống 3G cần phải hoạt động trên một dải phổ đủ rộng vàcung cấp được các dịch vụ thoại, dữ liệu, đa phương tiện Đối với một thuê bao diđộng hoạt động trên 1 ô siêu nhỏ (picocell) tốc độ dữ liệu có thể đến 2,048 Mb/s.Với một thuê bao di động tốc độ chậm hoạt động trên 1 ô cực nhỏ (micro cell), tốc

độ dữ liệu đạt 348 Kb/s Với một thuê bao di động trên phương tiện giao thônghoạt động trên 1 ô lớn (marcocell) tốc độ dữ liệu có

1.2 QUÁ TRÌNH TIẾN LÊN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G TẠI VIỆT NAM.

1.2.1 Thực tại thị trường thông tin di động ở Việt Nam.

Hiện nay ở Việt Nam, thị trường viễn thông đang có sự phát triển rấtmạnh mẽ đặc biệt là thông tin di động Các nhà cung cấp đang ngày càng củng

cố và phát triển hệ thống của mình để đáp ứng nhu cầu sử dụng của khách hàng

Họ đã bỏ tiền của, công sức ra đầu tư vào hệ thống để phục khách hàng vớimục đích kinh doanh và thu lợi nhuận Thị trường di động ở nước ta mới được

đầu tư mạnh mẽ trong khoảng 10 năm trở lại đây, và số khách hàng sử dụngđiện thoại di động cũng không ngừng tăng lên Hạ tầng cơ sở mà mạng thông tin

di động đang có thì chủ yếu là mạng GSM (2G) đã được nâng cấp lên 2,5G ( do

có GPRS ) đang hoạt động tốt, được khách hàng chấp nhận và sử dụng

Để tiến lên 3G thì đối với nhà cung cấp dịch vụ phải thay đổi công nghệ,phải bỏ tiền ra để đầu tư mua sắm thiết bị mới cho hệ thống của mình Còn đốivới người sử dụng là khách hàng cũng phải thay đổi thói quen sử dụng, phảimua mới thiết bị đầu cuối (là chiếc điện thoại di động thế hệ 3G) cho phù hợpvới công nghệ mới Điều này có lẽ là khó khăn nhất, để thay đổi thói quen vàchấp nhận mạng mới thì cũng cần khoảng thời gian không phải là ngắn

Tuy rằng, thế hệ 3G là bước phát triển tất yếu của hệ thống thông tin di động,3G ra đời hứa hẹn nhiều tính năng vượt trội nhưng chưa thể nói là hoàn toàn tốthơn thế hệ 2G (về phía khách hàng)

1.2.2 Hướng phát triển và khả năng ứng dụng hệ thống thông tin di động

chính là mục tiêu của ngành Viễn thông trong quá trình hội nhập và phát triển

Chương 2

HỆ THỐNG GSM (2G), HSPA (3G) VÀ CÁC GIẢI PHÁP NÂNG

CẤP TỪ 2G LÊN 3G2.1 HỆ THỐNG GSM (2G)

2.1.1 Giới thiệu

GSM (Global System for Mobile Communication) hệ thống thông tin di độngtoàn cầu GSM là tiêu chuẩn điện thoại số toàn cầu Châu Âu do ETSI (EuropeanTelecommunication Standard Institute – Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ) quyđịnh Giao tiếp vô tuyến của GSM dựa trên công nghệ TDMA (Đa truy nhập phânchia theo thời gian) kết hợp với FDMA (Đa truy nhập phân chia theo tần số) ỞChâu Âu hệ thống GSM hoạt động ở tần số 900MHz cũng như tần số 1800 MHz

Ở Bắc Mỹ, GSM hoạt động ở tần số 1900MHz Mạng GSM hỗ trợ truyền thoại vớitốc độ bit là 13kbit/s và truyền số liệu với tốc độ 9,6 kbit/s

GSM là chuẩn phổ biến nhất cho mạng di động trên thế giới Khả năng phủsóng rộng khắp nơi của chuẩn GSM làm cho nó trở nên phổ biến, cho phép người

sử dụng có thể sử dụng điện thoại di động của họ ở nhiều nơi trên thế giới Tiêuchuẩn GSM chỉ rõ các băng tần từ 890 đến 915MHz cho băng thu và từ 935 đến

960 MHz cho băng phát với mỗi băng được chia thành các kênh 200 KHz GSMhoạt động trên 4 băng tần, và chia các băng tần thành 124 kênh trong độ rộng băngthông 25MHz Và được CEPT đưa ra đã đáp ứng được tiêu chuẩn như sau:

- Cung cấp âm thoại chất lượng cao

- Hỗ trợ chuyển vùng quốc tế

- Hỗ trợ các thiết bị đầu cuối cầm tay

- Hỗ trợ một loạt các dịch vụ và các thiết bị mới

- Cung cấp hiệu quả phổ tần số

- Cung cấp khả năng tương thích với ISDN

- Cung cấp với chi phí dịch vụ và đầu cuối thấp

Mạng thông tin di động GSM là mạng thông tin di động số Cellular gồmnhiều ô (cell) Cell là đơn vị nhỏ nhất của mạng, có hình dạng (trên lý thuyết) là

một tổ ong hình lục giác Trong mỗi cell có một đài vô tuyến gốc BTS (BaseTransceiver Station) liên lạc với tất cả trạm di động MS (Mobile Station) có mặttrong cell Khi MS di chuyển ra ngoài vùng phủ sóng của cell, nó phải đượcchuyển giao sang làm việc với BTS của cell khác.

Đặc điểm của hệ thống thông tin di động Cellular là việc sử dụng lại tần số

và diện tích của mỗi cell khá nhỏ Mỗi cell sử dụng một nhóm tần số kênh vôtuyến Các chữ A, B, C, …vừa là tên của cell, vừa là biểu thị một nhóm xác địnhcác tần số vô tuyến sử dụng trong ceel đó Nhóm tần số được sử dụng nhiều lần docác cell với khoảng cách đủ lớn, công suất phát đủ nhỏ để nhiễu lẫn nhau khôngđáng kể

Thông thường, một cuộc gọi di động không thể kết thúc trong một cell nên hệthống di động cellular phải có khả năng điều khiển và chuyển giao cuộc gọi từ cellnày sang cell lân cận mà cuộc gọi chuyển giao không bị gián đoạn

2.1.2 Cấu trúc địa lý của mạng

Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc gọiđến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi Ở một mạng di động, cấutrúc này rất quạn trọng do tính lưu thông của thuê bao trong mạng Trong hệ thốngGSM, mạng được phân chia thành các phân vùng sau (hình 2 1)

Hình 2.1- Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM

2.1.3 Mô hình hệ thống thông tin di động GSM

Hình 2.2 -Mô hình hệ thống thông tin di động GSM

Các ký hiệu:

OSS : Phân hệ khai thác và hỗ trợ BTS : Trạm vô tuyến gốc

HLR : Bộ ghi định vị thường trú ISDN : Mạng số liên kết đa dịch vụ

MSC : Tổng đài di động PSTN (Public Switched Telephone Network):

BSS : Phân hệ trạm gốc Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

BSC : Bộ điều khiển trạm gốc PSPDN : Mạng chuyển mạch gói công cộnng

OMC : Trung tâm khai thác và bảo dưỡng CSPDN (Circuit Switched Public Data Network):

SS : Phân hệ chuyển mạch Mạng số liệu chuyển mạch kênh công cộng

VLR : Bộ ghi định vị tạm trú PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng

EIR : Thanh ghi nhận dạng thiết bị

Trạm di động (MS - Mobile Station)

Trạm di động (MS) bao gồm thiết bị trạm di động ME (Mobile Equipment)

và một khối nhỏ gọi là mođun nhận dạng thuê bao (SIM-Subscriber Identity

Module) Đó là một khối vật lý tách riêng, chẳng hạn là một IC Card hoặc còn gọi

là card thông minh SIM cùng với thiết bị trạm (ME-Mobile Equipment) hợp thànhtrạm di động MS SIM cung cấp khả năng di động cá nhân, vì thế người sử dụng

có thể lắp SIM vào bất cứ máy điện thoại di động GSM nào truy nhập vào dịch vụ

đã đăng ký Mỗi điện thoại di động được phân biệt bởi một số nhận dạng điệnthoại di động IMEI (International Mobile Equipment Identity) Card SIM chứa một

số nhận dạng thuê bao di động IMSI (International Subcriber Identity) để hệ thốngnhận dạng thuê bao, một mật mã để xác thực và các thông tin khác IMEI và IMSIhoàn toàn độc lập với nhau để đảm bảo tính di động cá nhân Card SIM có thểchống việc sử dụng trái phép bằng mật khẩu hoặc số nhận dạng cá nhân (PIN).Trạm di động ở GSM thực hiện hai chức năng:

- Thiết bị vật lý để giao tiếp giữa thuê bao di động với mạng qua đường vôtuyến

- Đăng ký thuê bao, ở chức năng thứ hai này mỗi thuê bao phải có một thẻgọi là SIM card Trừ một số trường hợp đặc biệt như gọi cấp cứu… thuê bao chỉ cóthể truy nhập vào hệ thống khi cắm thẻ này vào máy

Phân hệ trạm gốc (BSS - Base Station Subsystem)

BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS bằng thiết bị BTS thôngqua giao diện vô tuyến Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài ở phân

hệ chuyển mạch SS Tóm lại, BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờvậy đấu nối những người sử dụng các trạm di động với những người sử dụng viễnthông khác BSS cũng phải được điều khiển, do đó nó được đấu nối với phân hệvận hành và bảo dưỡng OSS Phân hệ trạm gốc BSS bao gồm:

 TRAU (Transcoding and Rate Adapter Unit): Bộ chuyển đổi mã và phối hợptốc độ

 BSC (Base Station Controler): Bộ điều khiển trạm gốc

 BTS (Base Transceiver Station): Trạm thu phát gốc

Khối BTS (Base Tranceiver Station):

Một BTS bao gồm các thiết bị thu /phát tín hiệu sóng vô tuyến, anten và bộphận mã hóa và giải mã giao tiếp với BSC BTS là thiết bị trung gian giữa mạng

GSM và thiết bị thuê bao MS, trao đổi thông tin với MS qua giao diện vô tuyến.Mỗi BTS tạo ra một hay một số khu vực vùng phủ sóng nhất định gọi là tế bào(cell)

Khối TRAU (Transcode/Rate Adapter Unit):

Khối thích ứng và chuyển đổi mã thực hiện chuyển đổi mã thông tin từ cáckênh vô tuyến (16 Kb/s) theo tiêu chuẩn GSM thành các kênh thoại chuẩn (64Kb/s) trước khi chuyển đến tổng đài TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá

và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, tại đây cũng thực hiệnthích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu TRAU là một bộ phận của BTS,nhưng cũng có thể được đặt cách xa BTS và thậm chí còn đặt trong BSC và MSC

Khối BSC (Base Station Controller):

BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển

từ xa Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và chuyểngiao Một phía BSC được nối với BTS, còn phía kia nối với MSC của phân hệchuyển mạch SS Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữaBTS và BSC là giao diện A.bis

3 Điều khiển nối thông các cuộc gọi: BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giảiphóng các đấu nối tới máy di động MS Trong quá trình gọi, sự đấu nối được BSCgiám sát Cường độ tín hiệu, chất lượng cuộc đấu nối được ở máy di động và TRXgửi đến BSC Dựa vào đó mà BSC sẽ quyết định công suất phát tốt nhất của MS vàTRX để giảm nhiễu và tăng chất lượng cuộc đấu nối BSC cũng điều khiển quá

trình chuyển giao nhờ các kết quả đo kể trên để quyết định chuyển giao MS sangcell khác, nhằm đạt được chất lượng cuộc gọi tốt hơn Trong trường hợp chuyểngiao sang cell của một BSC khác thì nó phải nhờ sự trợ giúp của MSC Bên cạnh

đó, BSC cũng có thể điều khiển chuyển giao giữa các kênh trong một cell hoặc từcell này sang kênh của cell khác trong trường hợp cell này bị nghẽn nhiều

4 Quản lý mạng truyền dẫn: BSC có chức năng quản lý cấu hình các đườngtruyền dẫn tới MSC và BTS để đảm bảo chất lượng thông tin Trong trường hợp có

sự cố một tuyến nào đó, nó sẽ tự động điều khiển tới một tuyến dự phòng

Phân hệ chuyển mạch (SS - Switching Subsystem)

Phân hệ chuyển mạch bao gồm các khối chức năng sau:

 Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR

Phân hệ chuyển mạch (SS) bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của mạngGSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di độngcủa thuê bao Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sửdụng mạng GSM với nhau và với mạng khác

Trung tâm chuyển mạch di động MSC

Tổng đài di động MSC (Mobile services Switching Center) thường là một tổngđài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC MSC thựchiện các chức năng chuyển mạch chính, nhiệm vụ chính của MSC là tạo kết nối và

xử lý cuộc gọi đến những thuê bao của GSM, một mặt MSC giao tiếp với phân hệBSS và mặt khác giao tiếp với mạng ngoài qua tổng đài cổng GMSC (GatewayMSC)

Chức năng chính của tổng đài MSC:

 Xử lý cuộc gọi (Call Processing)

 Điều khiển chuyển giao (Handover Control)

 Quản lý di động (Mobility Management)

 Tương tác mạng IWF(Interworking Function): qua GMSC

Hình 2 3 -Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC

Hệ thống khai thác và bảo trì mạng OMC

Một hệ thống GSM thường bao gồm rất nhiều trung tâm chuyển mạch MSC, bộđiều khiển trạm gốc BSC và trạm thu phát gốc BTS được lắp đặt tại rất nhiều vị tríkhác nhau trên một vùng diện tích lớn OMC là hệ thống có nhiệm vụ giám sáttoàn bộ mạng GSM nhằm phục vụ công tác khai thác và bảo trì mạng

2.1.4 Đặc điểm kỹ thuật( Giao diện Radio)

GSM là mạng điện thoại di động thiết kế gồm nhiều tế bào do đó các máyđiện thoại di động kết nối với mạng bằng cách tìm kiếm các cell gần nó nhất Cácmạng di động GSM hoạt động trên 4 băng tần Hầu hết thì hoạt động ở băng tần

9001800 Mhz Và chia các băng tần thành 124 kênh trong độ rộng băng thông

25 MHz, mỗi kênh cách nhau 1 khoảng 200 KHz, sử dụng công nghệ phân chiatheo thời gian TDM ( Time Division Multiplexing) để chia ra 8 full rate hay 16kênh haft rate

2.1.5 Giao tuyến vô tuyến UM

Trong hệ thống GSM giao diện vô tuyến là giao diện phức tạp và quan trọngnhất Giao diện vô tuyến GSM 900 bao gồm hai băng tần song công 25 MHz cho

cả đường lên và đường xuống (Uplink và Downlink) dải băng tần là (890 – 915)

MHz cho đường lên và (935 – 960) MHz cho đường xuống Trong hệ thống GSM,công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA được ứng dụng cho mỗi sóngmang có độ rộng băng tần 200 kHz Trong băng tần 25 MHz chia làm 124 dảithông tần, tương ứng 124 cặp kênh Bắt đầu từ 890,2 MHz với mỗi dải thông tầncủa kênh vật lý là 200 KHz (25MHz/125 kênh) dải tần bảo vệ biên là 200 KHz,tách biệt song công 45 MHz giữa tần số lên và tần số xuống 100 KHz đầu và cuốibăng được dùng làm dải phòng vệ Khi băng 900 hết thì dùng băng 900 mở rộng:đường lên (882  915) MHz, đường xuống (927  960) MHz Băng 1800: đườnglên (1710  1785) MHz, đường xuống (18051880) MHz MS được chế tạo để

có thể làm việc trong 124 tần số và tần số mở rộng

Thông tin về báo hiệu và số liệu của người sử dụng được bảo vệ và chống lỗi trêngiao diện vô tuyến Um thực hiện bằng cách sử dụng mã xoắn và chèn chéo Sửdụng điều chế khoá dịch pha tối thiểu Gauss GMSK (Gauss: Gaussian MinmumShift Keying) trên giao diện vô tuyến

2.1.6 Các kênh trong hệ thống GSM

Kênh vô tuyến: Mỗi sóng mang GSM hình thành một kênh vô tuyến Như vậy

toàn mạng GSM có thể có 124 cặp kênh vô tuyến

Kênh vật lý: Đây là các kênh thực, mỗi sóng mang GSM được phân chia về thời

gian thành 8 TS (Time Slot – khe thời gian), đánh số từ TS0 TS7 Mỗi TS hìnhthành một kênh vật lý

Tổng số kênh vật lý trong hệ thống GSM 124 kênh một kênh có 8 khe thời gian

Do đó trong toàn mạng GSM có 124 x 8 = 992 kênh vật lý

Kênh logic: là các kênh ảo, mỗi kênh logic truyền tin tức phục vụ một chức năng

nhất định Các kênh logic này được đặt vào các kênh vật lý để truyền đi, một hoặcnhiều kênh logic được truyền trên một kênh vật lý Trong mạng GSM có cả thảy là

11 loại kênh logic, kênh truyền đồng bộ, tìm gọi, báo hiệu là các kênh ảo, chỉ khitruyền thì mới sử dụng một kênh vật lý để truyền

Hình 2 4 - Phân loại kênh logic

2.1.7 Mã hoá kênh và điều chế

Hệ thống GSM mã hoá kênh dùng mã chập tốc độ 1/2 (1 bít vào, 2 bit ra) độ dàiràng buộc 5 (mã CC(2,1,5)) 50 bit quan trọng nhất trong một khung 20ms được

mã hoá khối với 3 bit dư, 53 bit đã mã khối này được ghép với 132 bit mã tiếngnói quan trọng cùng 4 bit đuôi, tạo nên khối 189 bit và được mã chập tốc độ 1/2tạo nên khối 378 bit, 78 bit mã tiếng nói không quan trọng Như vậy các mẫu 20mstiếng nói, sau khi hoàn tất mã hoá kênh có tất cả là 456 bit với tốc độ truyền là22,8 kbit/s

Lối ra 456 bit sau bộ mã xoắn được chia thành 8 khối liên tiếp Mỗi khe thờigian liên tiếp có thể truyền 2 khối 57 bit (một cụm), mỗi nhóm truyền tải lưu lượng

từ 2 mẫu tiếng nói khác nhau mỗi khe thời gian truyền thông tin của một cụm cóchiều dài 156,25 bit được truyền trong 0,277ms Tín hiệu này được điều chế bởitần số sóng mang tương tự sử dụng khoá điều chế GAUSS tối thiểu GMSK

2.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G

2.2.1 Giới thiệu về hệ thống thông tin di động 3G

2.2.1.1 Mục tiêu của IMT-2000

Những nỗ lực trong nghiên cứu và phát triển đã được thực hiện choIMT-2000 với mục đích cung cấp các dịch vụ đa phương tiện có chất lượng cao,tốc độ cao, khai thác một dải rộng các nội dung bao gồm thoại, số liệu và videotrong môi trường di động Hệ thống IMT-2000 có các mục tiêu sau:

• Các dịch vụ thông tin cá nhân nhờ nâng cao hiệu suất phổ (cá nhân hoá)

• Các dịch vụ thông tin xuyên suốt toàn cầu (toàn cầu hoá)

• Các dịch vụ đa phương tiện qua hệ thống truyền dẫn có tốc độ và chất lượngcao (đa phương tiện)

Việc sử dụng băng thông rộng hơn cho phép truyền với tốc độ cao một dunglượng lớn số liệu, hình ảnh tĩnh và video bên cạnh các kết nối thoại

Tốc độ truyền yêu cầu là 144kbit/s trong môi trường di chuyển tốc độ cao,384kbit/s khi di chuyển ở các tốc độ thấp và 2Mbit/s trong môi trường trong nhà

Các khả năng cải tiến của 3G

 Tốc độ bit cao hơn đáng kể so với mạng di động 2G

 Trễ thấp hơn với thời gian đi và về của gói là dưới 100ms với phiên bản

5 và thậm chí là dưới 5ms với phiên bản 6

 Tính di động liên tục giúp giữ kết nối liên tục, không giới hạn khi chuyểnđổi qua nhiều mạng và thiết bị khác nhau với các ứng dụng dữ liệu gói

 Sự phân biệt chất lượng dịch vụ (Qos) cho hiệu quả cao trong việc phânphối dịch vụ

 Khả năng sử dụng các dịch vụ dữ liệu và thoại đồng thời

 Có khả năng liên kết với hệ thống toàn cầu cho truyền thông di động (GSM)

và hệ thống vô tuyến gói chung (GPRS) hiện đang tồn tại

 Cho người dùng dữ liệu gói, UMTS hỗ trợ HSDPA với đường xuống tốc độcao và HSUPA được thiết kế để cung cấp tốc độ cao trên đường lên

2.2.1.2 Chuẩn hóa IMT-2000

Nghiên cứu về IMT-2000 đã được bộ phận thông tin vô tuyến của ITU (ITU-R ) bắt đầu thực hiện từ năm 1985 Cùng với nghiên cứu này, bộ phận chuẩnhóa viễn thông của ITU ( ITU-T ) đã coi việc nghiên cứu IMT-2000 là một nhiệm

vụ quan trọng và đã tiến hành các nghiên cứu về các giao thức báo hiệu lớp trên,các nhận dạng, các dịch vụ, mã hóa thoại hình ảnh… Tiếp theo các nghiên cứunày là các nghiên cứu về các thông số kỹ thuật chi tiết cho Dự án đối tác thế hệ 3(3GPP) thực hiện và những nỗ lực nhằm xây dựng sự thống nhất chung giữa các

tổ chức hướng tới sự phát triển của một giao diện vô tuyến được chuẩn hóa

Ngoài ITU, còn có các quốc gia, khu vực và các tổ chức cũng tiến hành cácnghiên cứu như ARIB (Association of Radio Industries and Businesses) củaNhật và ETSI (European Telecommunication Standard Institude) Kết quả là 10 hệthống thông tin mặt đất và 06 hệ thống thông tin vệ tinh đã được đề xuất lênITU-R, tất cả các đề xuất này sau đó đã được một nhóm gồm nhiều nước và tổchức khác nhau đánh giá Sau khi các hệ thống này được xác nhận là thỏa mãnyêu cầu của IMT-2000, các đặc tính chủ yếu của giao diện vô tuyến được cảitiến trên cơ sở xem xét các đặc tính tần số vô tuyến (RF) và các đặc tính bănggốc quan trọng Những nỗ lực đồng thời xảy ra nhằm tạo dựng được sự thốngnhất giữa những người chủ trương xây dựng một giao

diện vô tuyến chuẩn, được thể hiện trong bản kiến nghị về các thông số cơ bản tháng 3/1999, bản kiến nghị đã đưa ra các nội dung liên quan đến giao diện vô tuyến IMT-2000 như sau:

• Chuẩn giao diện vô tuyến bao gồm các công nghệ CDMA và TDMA

• CDMA bao gồm các phương thức trải phổ chuỗi trực tiếp song công phânchia theo tần số (FDD), phương thức đa sóng mang FDD và phương thứcsong công phân chia theo thời gian (TDD) Tốc độ chip tương ứng của phươngthức trải phổ trực tiếp FDD và đa sóng mang FDD là 3,84 Mc/s và 3,6864 Mc/s

• Nhóm TDMA bao gồm phương thức sóng mang đơn FDD và phương thức đatruy nhập phân chia theo tần số (FDMA)/ TDMA

• Mỗi công nghệ vô tuyến này phải có thể hoạt động trên hai mạng lõi 3G chính.

Ví dụ: phiên bản của GSM và ANSI-41(Viện tiêu chuẩn Quốc gia Mỹ )

 Các khuyến nghị nêu các thông số kỹ thuật của mỗi phương thức: trong đó phương thức trải phổ trực tiếp được gọi là W-CDMA

2.2.1.3 Băng tần cho IMT-2000

Băng tần cho IMT-2000 đã được quy định tại Hội nghị quản lý vô tuyến

thế giới – 92 (WARC-92) vào năm 1992 Một dải phổ 230 MHz trong băng tần

2GHz ( 1885 - 2025 MHz ; 2110 – 2200 MHz ) đã được phân chia cho

IMT-2000 Tuy nhiên, sự bùng nổ nhu cầu đối với thông tin di động và các xu hướng

đa phương tiện trong thông tin di động đã khiến cho ITU-R dự đoán vào năm

1999 – 2000 rằng băng tần IMT-2000 sẽ trở nên không đủ trong tương lai gần.Đặc biệt số thuê bao IMT-2000 sẽ đạt con số 200 triệu thuê bao trên toàn thếgiới vào năm 2010, đồng thời ITU-R cũng nhận thấy rằng cần phải đảm bảomột băng tần chung toàn cầu để đạt được giá thành thấp hơn nhờ vào việc sửdụng chung các thiết bị đầu cuối IMT-2000 trên phạm vi toàn cầu và phát triểncác chỉ tiêu kỹ thuật chung cho các thiết bị đầu cuối ITU-R ước tính rằng vàonăm 2010 sẽ thiếu băng thông khoảng

160MHz cho các hệ thống thông tin mặt đất và 2x 67 MHz cho các hệ

thống thông tin vệ tinh trên thế giới

2.2.2 Kiến trúc mạng 3G

Một mạng UMTS (hình 1.2) bao gồm 3 phần chính là: Thiết bị di động

(UE), mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) và mạng lõi (CN) Mạng UMTS còn có hệ thống hỗ trợ vận hành lõi vô tuyến (OSS-RC)

Thiết bị người sử dụng (UE) (hình 2.6): là đầu cuối mạng UMTS của người sử

dụng UE của UMTS dựa trên cùng một nguyên lý như MS của GSM đó là sự phân tách giữa thiết bị di động (ME) và modun nhận dạng thuê bao UMTS

UTRAN

 Giữ các thuật toán nhận thực và các khoá.

 Đầu cuối người dùng của giao diện vô tuyến

 Mặt bằng ứng dụng

Mô đun nhận dạng thuê bao UMTS (USIM): được cài như một ứng dụng

trên card IC thông minh UMTS (UICC) Điều mà ta quan tâm đến là dung lượng nhớ và tốc độ xử lý mà nó cung cấp Nhờ được cài trên UICC mà cho phép USIM lưu nhiều ứng dụng hơn và nhiều chữ ký (khoá điện tử) hơn Ngoài ra có thể có nhiều USIM trên cùng một UICC để hỗ trợ truy cập đến nhiều mạng USIM chứa các hàm và số liệu cần để nhận dạng và nhận thực thuê bao trong mạng UMTS Bên cạnh đó nó còn lưu cả các thông tin đăng ký của thuê bao Người sử dụng phải

tự mình nhận thực đối với USIM bằng cách nhập mã pin Mạng sẽ chỉ cung cấp dịch vụ cho người nào sử dụng đầu cuối dựa trên nhận dạng UMTS được đăng ký

Thiết bị di động (ME: Mobile equipment ): Là thiết bị đầu cuối vô tuyến được

sử dụng cho liên lạc vô tuyến trên giao diện Uu

Thiết bị đầu cuối (TE: Terminal equipment): Là thiết bị đầu cuối kết nối với UE

Thiết bị này mang giao diện người dùng ứng dụng

2.2.2.2 Mạng truy cập vô tuyến

Hình 2.7 - Kiến trúc UTRAN tổng quát

Mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) (hình 2.7) là một phần của

một hệ thống WCDMA Nó chứa một hoặc nhiều hệ thống con mạng vô tuyến(RNS) Mỗi RNS chứa một bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và một hoặc

nhiều Node B Chức năng chính của UTRAN là cung cấp một kết nối giữa UE vàmạng lõi UTRAN cách ly mạng lõi với các chi tiết liên quan đến vô tuyến choviệc cung cấp kết nối này.

UTRAN hỗ trợ một kênh mang truy cập vô tuyến (RAB) để thiết lập một kếtnối thoại giữa UE và mạng lõi Các đặc điểm của RAB khác nhau phụ thuộc vàoloại thông tin hoặc dịch vụ được truyền tải

UTRAN được xác định giữa hai giao diện Iu và Uu Iu là giao diện giữaUTRAN và mạng lõi, giao diện này gồm hai phần: IuPS cho miền chuyển mạchgói và IuCS cho miền chuyển mạch kênh Uu là giao diện giữa UTRAN và thiết bịngười sử dụng

 Các thành phần chính của mạng truy cập vô tuyến (UTRAN):

Bộ điều khiển tài nguyên vô tuyến (RNC): chịu trách nhiệm cho một hay nhiều

trạm gốc và điều khiển các tài nguyên của chúng Đây cũng chính là điểm truy cậpdịch vụ mà UTRAN cung cấp cho CN RNC có hai loại là RNC dịch vụ (SRNC)

và RNC trôi (DRNC) Giao diện nằm giữa các

RNC là giao diện Iur với chức năng cung cấp báo hiệu và các liên kết dữ liệu choviệc chuyển tiếp và chuyển giao mềm giữa các RNC Giao diện giữa RNC và Nút

B là Iub có chức năng cung cấp báo hiệu và các liên kết dữ liệu RNC được nốiđến mạng lõi CN bằng hai giao diện, một cho miền chuyển mạch gói (SGSN) làgiao diện Iu-PS và một đến miền chuyển mạch kênh (MSC) là Iu-CS

Nút B: Trong UMTS trạm gốc được gọi là Nút B Nhiệm vụ của nút B là thực

hiện kết nối vô tuyến vật lý giữa thiết bị đầu cuối với nó Nút B nhận tín hiệu trêngiao diện vô tuyến Iub từ RNC và chuyển nó vào tín hiệu vô tuyến trên giao diện

Uu Nó cũng thực hiện một số thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến cơ bản như

“điều khiển công suất vòng trong”

2.2.2.3 Mạng lõi

Hình 2.8- Kiến trúc mạng lõi

Mạng lõi UMTS được minh hoạ trong hình 2.8 Mạng UMTS hỗ trợ cả hoạt

động chuyển mạch gói (PS) và chuyển mạch kênh (CS) MSC/VLR và GMSCthuộc miền chuyển mạch kênh, trong khi nút hỗ trợ GPRS dịch vụ (SGSN) và nút

hỗ trợ GPRS cổng (GGSN) thuộc miền chuyển mạch gói Cả hai miền chia sẻ một

bộ ghi định vị thường trú (HLR) và một trung tâm nhận thực (AuC) Mạng lõiUMTS có thể kết nối với cả UTRAN và mạng truy cập vô tuyến GSM EDGE(GERAN) Trong một khu vực địa lý nơi cả hai hệ thống WCDMA và GSM/GPRSđược triển khai, sự phối hợp giữa các mạng truy cập cho phép UE hai chế độ vậnhành được trên cả hai hệ thống, thực hiện chuyển giao liên hệ thống WCDMA -GSM/ GPRS

Mạng truy cập GSM/GPRS sử dụng giao diện A/Gb có sẵn, còn mạng truy cập

UTRAN sử dụng giao diện mới Iu để liên lạc với mạng lõi

 Các thành phần chính của mạng lõi gồm có:

Nút hỗ trợ GPRS dịch vụ (SGSN): Thực hiện các nhiệm vụ truyền dẫn chuyển

mạch gói Vị trí hiện tại của một người dùng (bao gồm vùng định tuyến phần ứngdụng mạng truy cập vô tuyến (RANAP), số VLR và các địa chỉ GGSN) được lưutrong SGSN, nên gói dữ liệu đến có thể được định tuyến tới người dùng đó Cùngvới chức năng định tuyến, SGSN cũng thực hiện việc nhận thực và lưu thông tinđăng ký thuê bao (bao gồm có IMSI, số nhận dạng thuê bao di động tạm thời gói (P-TMSI) và các địa chỉ giao thức dữ liệu gói (PDP))

Nút hỗ trợ GPRS cổng (GGSN): là một SGSN kết nối với các mạng số liệu

khác (như internet) Tất cả các cuộc truyền thông số liệu từ thuê bao đến các mạng

ngoài đều qua GGSN GGSN thường chứa một tường lửa để đảm bảo an ninh củamạng chống lại các tấn công từ bên ngoài gọi là cổng trạm biên giới (BG) Cũngnhư SGSN, GGSN lưu cả hai kiểu số liệu: thông tin thuê bao và thông tin vị tríthuê bao

Dữ liệu vào mạng được đóng gói trong một contenơ đặc biệt bởi GGSN và đượcchuyển tiếp theo giao thức đường hầm GPRS (GTP) tới SGSN

Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (MSC): là một nút chuyển mạch

mà hỗ trợ các kết nối chuyển mạch kênh Để phục vụ cho nhiệm vụ chuyển mạch,một MSC phải hỗ trợ tính di động của người dùng

Nếu một người dùng di chuyển khu vực trong khi duy trì một kết nối, MSC chuyểntiếp kết nối từ các RNC và các nút B tương ứng tới vùng định vị của người dùng (chuyển giao) Thêm vào đó, MSC chứa khu vực định vị hiện tại của người dùng nên trong trường hợp có một cuộc gọi đến thì liên lạc có thể được thiết lập đúng trong cell mà máy di động đang hiện diện (quản lý định vị) MSC cũng tham gia trong các cơ chế nhận thực người dùng và bảo mật dữ liệu người dùng

Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động cổng (GMSC): GMSC có thể là mộttrong số các MSC, GMSC hỗ trợ các giao diện tới các mạng bên ngoài khác nhaunhư mạng số liên kết đa dịch vụ (ISDN) Khi mạng ngoài tìm cách kết nối đếnPLMN của một nhà khai thác, GMSC nhận yêu cầu thiết lập kết nối và hỏi HLR vềMSC hiện thời quản lý UE

Bộ ghi định vị thường trú (HLR): là một cơ sở dữ liệu có nhiệm vụ quản lý các

thuê bao di động HLR lưu trữ mọi thông tin về người sử dụng

và đăng ký thuê bao Một mạng di động có thể chứa nhiều HLR tuỳ thuộc ở

số lượng thuê bao, dung lượng từng HLR và tổ chức bên trong mạng

Cơ sở dữ liệu này chứa số nhận dạng thuê bao di động (IMSI), ít nhất một sốthuê bao có trong danh bạ điện thoại (MSISDN), và ít nhất một địa chỉ PDP CảIMSI và MSISDN có thể sử dụng làm khoá để truy cập đến các thông tin được lưukhác Để định tuyến và tính cước cuộc gọi, HLR lưu trữ thông tin về SGSN và

VLR nào hiện đang quản lý thuê bao đó

Bộ ghi định vị tạm trú (VLR): là một cơ sở dữ liệu tương tự như HLR Dữ liệu

thuê bao cần để cung cấp các dịch vụ cho thuê bao được sao chép từ HLR và lưu ởđây Tuy nhiên, dữ liệu trong một VLR là động Ngay khi người dùng thay đổi khuvực định vị, thông tin trong VLR sẽ được cập nhật Cả MSC và SGSN đều đượcnối tới VLR

Trung tâm nhận thực (AuC): lưu trữ toàn bộ số liệu cần thiết để nhận thực, mật

mã hoá và bảo vệ sự toàn vẹn thông tin cho người sử dụng Nó liên kết với HLR vàthực hiện cùng với HLR trong cùng một nút vật lý AuC lưu trữ khoá bí mậtchia sẻ K cho từng thuê bao cùng với tất cả các hàm tạo khoá từ f0 đến f5 Nó tạo

ra các vector nhận thực (AV) và các AV dự trữ, trong thời gian thực khiSGSN/VLR yêu cầu hay khi tải xử lý thấp

2.2.3 Hệ thống hỗ trợ, vận hành vô tuyến và lõi (OSS-RC)

OSS-RC là một hệ thống cung cấp chức năng quản lý chất lượng, kiểm soát

mạng và các thống kê mạng từ mạng truy cập vô tuyến (RAN) RAN được điều khiển bởi OSS-RC OSS-RC thu thập thông tin và dữ liệu bộ đếm từ RNC, các chuyển mạch ATM, và nút B OSS-RC là một công cụ giao diện người dùng mà các nhà vận hành có thể sử dụng cho việc xử lý cảnh báo, quản trị mạng tế bào, và các thuê bao di động

Các thống kê chất lượng được tạo ra dựa theo lưu lượng thực tế lấy

từ phần vô tuyến và phần mạng truyền tải Dữ liệu thống kê chất lượng thu

được từ một số các bộ đếm xác định trước Các bộ đếm (counter) là các phần tử được sử dụng để kiểm soát chất lượng và hoạt động của mạng

Các lớp giao thức và các kênh

2.2.4.1 Các lớp giao thức

Ngăn xếp giao thức báo hiệu UE được chia thành tầng truy cập (AS) và tầng không truy cập (NAS) Kiến trúc tầng không truy cập được phát triển từ các lớp trên của GSM và bao gồm các chức năng chính sau:

 Quản lý kết nối: bao gồm các lớp con có trách nhiệm cho:

Hình 2.9- Sự phân biệt ngăn xếp giao thức

Các dịch vụ chuyển mạch kênh gồm kiểm soát cuộc gọi (thiết lập vàgiải phóng cuộc gọi), các dịch vụ bổ sung (chuyển tiếp cuộc gọi và gọi ba đường)

và dịch vụ tin nhắn ngắn SMS

Các dịch vụ PS: quản lý phiên (thiết lập, giải phóng kết nối PS)

 Quản lý di động: thực hiện cập nhật vị trí và nhận thực cho các cuộc gọi

chuyển mạch kênh

 Quản lý di động GPRS: Thực hiện cập nhật vị trí và nhận thực cho các cuộc

gọi chuyển mạch gói

Vì tầng không truy cập UMTS về cơ bản là giống như GSM, nên trong phần này sẽ tập trung phân tích kiến trúc tầng truy cập UMTS Kiến trúc tầng truy cập UMTS là hoàn toàn mới trong WCDMA

 Kiến trúc giao thức giao diện Uu giữa UE và UTRAN

Dựa trên mô hình tham chiếu OSI, ngăn xếp giao thức giao diện Uu giữa UE

và UTRAN bao gồm ba lớp là: lớp vật lý, lớp liên kết dữ liệu và lớp kiểm soát tàinguyên vô tuyến (RRC) Tất cả các chức năng lớp cao đều được đàm phán mộtcách trực tiếp giữa UE và mạng lõi dựa trên các đường liên lạc giữa ba lớp trên.Ngoài ra để phân biệt loại dữ liệu truyền tải, hai lớp RRC và RLC còn được chiathành hai mặt phẳng là mặt phẳng người dùng và mặt phẳng điều khiển (chức năngcủa chúng được mô tả trong hình 2.9)

Ba lớp giao thức đã nêu trên cần cho việc thực hiện các chức năng là

Ngăn xếp giao thức UTRAN tại giao diện vô tuyến

Uu gồm các lớp từ 1 đến 3

- Mặt phẳng điều khiển (C-Plane):

Truyền tải các dữ liệu điều khiển.

- Mặt phẳng người dùng (U-plane):

Truyền tải dữ liệu người dùng.

- Mặt phẳng quản lý (M-plane): Cấu hình ngăn xếp giao thức.

thiết lập, giải phóng, cấu hình các dịch vụ kênh mang mạng vô tuyến.

Lớp 1 là lớp vật lý: Lớp vật lý được thiết lập trên Nút B trong phạm vi RAN.

Lớp này thực hiện tất cả các nhiệm vụ liên quan trực tiếp tới việc truyền dẫn dữliệu qua đường truyền vô tuyến

Lớp này thực hiện các chức năng liên quan trực tiếp với giao diện vô tuyến.Các chức năng chính của lớp vật lý bao gồm:

 Xử lý tần số vô tuyến, điều chế, giải điều chế của các kênh vật lý

 Ánh xạ các kênh truyền tải lên kênh vật lý

 Ghép kênh và giải ghép kênh của các kênh truyền tải hỗn hợp đã được mãhoá (CCTRCH)

 Phát hiện và sửa lỗi (nhờ phương pháp hiệu chỉnh phòng lỗi (FEC) và đanxen cùng với chức năng phối hợp tốc độ, điều khiển công suất, đồng bộ, phân tập

vùng rộng, đo lường FER, SIR công suất nhiễu vv

Lớp 2 là lớp liên kết dữ liệu: lớp liên kết dữ liệu phục vụ nhu cầu cấp phát các

tài nguyên tối thiểu cho tốc độ dữ liệu thay đổi liên tục

Nó có hai lớp con chính là:

 Lớp kiểm soát liên kết vô tuyến (RLC)

 Lớp kiểm soát truy cập môi trường (MAC)

Lớp MAC (kiểm soát truy cập môi trường): lớp MAC chịu trách nhiệm điều

phối truy cập tới môi trường vật lý mà trên đó dữ liệu được truyền Điều này cónghĩa là lớp MAC chứa các hàng đợi trên đó được đặt vào các dòng dữ liệu khácnhau cần truyền Ngoài ra nó còn có chức năng:

 Cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu trên các kênh logic và ánh xạ các kênhlogic vào các kênh truyền tải

 Lựa chọn các khuôn dạng truyền tải tương ứng (TF), định trình và quản lý

ưu tiên, mã hoá (nếu chế độ RLC trong suốt được sử dụng)

 Lớp MAC cũng có trách nhiệm cho các đo lường liên quan đến dung lượng

lưu lượng trên các kênh logic sau đó báo cáo cho lớp 3

Lớp kiểm soát đường truyền vô tuyến (RLC): Chức năng của lớp này là để bảo

vệ các dòng dữ liệu khác nhau này khỏi các lỗi theo các yêu cầu tương ứng Chomụch đích này, lớp RLC có thể làm việc trong ba chế độ: Chế độ trong suốt(không thêm vào nhãn giao thức), chế độ không phản hồi (giao thức truyền lạikhông được sử dụng, nên việc phân phối dữ liệu không được đảm bảo), và chế độphản hồi (giao thức truyền lại được sử dụng và việc phân phốí dữ liệu được bảođảm)

Trong tất cả các trường hợp, lớp RLC có thể phân đoạn các gói dữ liệu đượccung cấp bởi các lớp cao hơn nên lớp con MAC nhận các gói dữ liệu với kíchthước cố định trên các kênh logic Điều này làm đơn giản hoá việc quản lý hàngđợi trong lớp MAC

Cũng thuộc lớp 2 nhưng các giao thức PDCP và BMC chỉ có trong mặtphẳng người dùng PDCP chỉ cho dữ liệu gói, với chức năng chủ yếu là thực hiệnnén các đơn vị dữ liệu gói (PDU) tại phía phát và giải nén tại phía

thu trong ba chế độ vận hành: trong suốt, có phản hồi và không phản hồi

Các chức năng BMC chỉ có trong chế độ không phản hồi và trong suốt cungcấp định trình broadcast/multicast và truyền dẫn dữ liệu người dùng

Lớp kiểm soát tài nguyên vô tuyến (RRC):

Lớp con kiểm soát tài nguyên vô tuyến (RRC) nằm trong mặt phẳng điềukhiển và chứa tất cả các thuật toán cần thiết cho việc cấu hình và vận hành củangăn xếp giao thức UTRAN Các thuật toán trong phạm vi lớp RRC có ảnh hưởngtrực tiếp lên chất lượng của mạng RRC thực hiện việc báo hiệu trên mặt phẳngđiều khiển giữa UE và mạng trong chế độ kết nối Nó cũng chịu trách nhiệm chocác chức năng như thiết lập, giải phóng, duy trì và cấu hình lại kênh mang trongmặt phẳng người dùng và quản lý các tài nguyên vô tuyến trong mặt phẳng điềukhiển Các chức năng của RRC bao gồm quản lý tài nguyên vô tuyến và quản lý diđộng cũng như là điều khiển công suất, mã hoá, định tuyến (với các PDU), tìm gọi

và thu thập các đo lường từ các lớp dưới để tạo ra các chỉ dẫn cấu hình cho các lớptrên bằng các thuật toán phù hợp

2.2.5 Các kênh

Hình 2.10- Các kênh UMTS

Các kênh UMTS (hình 2.10) được phân loại thành các kênh logic, kênh truyền tải và kênh vật lý

2.2.5.1 Các kênh logic (chủ yếu)

Các kênh logic được xác định bởi loại thông tin được truyền ví dụ

như báo hiệu hay dữ liệu người dùng Một số kênh logic quan trọng được mô tả trong bảng 2

Bảng 2 Các kênh logic UMTS

Kênh Hướng Chức năng

Kênh lưu lượng dành

riêng (DTCH)

UL/DL Truyền dẫn dữ liệu người dùng

Kênh điều khiển dành

DL Quảng bá các thông tin hệ thống

Kênh điều khiển chung

Truyền dẫn dữ liệu điều khiển

Kênh điều khiển tìm gọi

(PCCH)

DL Được sử dụng cho các bản tin tìm gọi và

thông tin khai báo

2.2.5.2 Các kênh truyền tải

Các kênh truyền tải mang báo hiệu và dữ liệu người dùng giữa lớp MAC

và lớp vật lý và được định nghĩa bởi việc làm thế nào dữ liệu được truyền trên giao

diện vô tuyến ví dụ: ghép kênh các kênh logic

Một số kênh truyền tải quan trọng được mô tả trong bảng 3

Bảng 3 Các kênh truyền tải UMTS

Kênh Hướng Chức năng

Kênh chia sẻ đường xuống

(DSCH)

DL/UL Được chia sẻ giữa một số người dùng

Kênh truy cập đường

xuống (FACH)

DL Mang dữ liệu, thông tin tới UE đã được

đăng ký và có thể mang dữ liệu gói

Các kênh dành riêng

Kênh dành riêng (DCH) UL/DL Truyền dẫn dữ liệu dành riêng

2.2.5.3 Các kênh vật lý

Các kênh vật lý mang báo hiệu và dữ liệu ngưởi dùng trên liên kết vô tuyến

và được định nghĩa bởi các ánh xạ vật lý và các thuộc tính được sử dụng để truyền

dữ liệu trên giao diện vô tuyến ví dụ: tốc độ trải phổ Một số kênh vật lý quan trọng được mô tả trong bảng 4

Kênh vật lý điều khiển

chung thứ cấp (S-CCPCH)

DL Một ô có thể có một hoặc nhiều S-CCPCHdùng để truyền PCH và FACH

DL Mang các chỉ thị tìm gọi, báo hiệu với UE

có một bản tin cho nó trên kênh PCH

Kênh chia sẻ đường xuống

2.3.1.1 Giới thiệu chung

Kỹ thuật trải phổ với các hệ thống thông tin số nguyên thủy được phát triển

và ứng dụng trong thông tin nhằm cung cấp khả năng chống lại việc gây nhiễu cố

ý, che dấu tín hiệu bằng cách phát nó với mức công suất thấp, nhờ đó làm chongười nghe không mong muốn khó phát hiện ra được sự có mặt của tín hiệutrong nền tạp âm, hoặc để làm cho nhiều người sử dụng có thể truyền qua cùng

một kênh Ngày nay, các kỹ thuật trải phổ đang được sử dụng nhằm cho phéptruyền tin tin cậy trong một loạt các ứng dụng thương mại, bao gồm cả thôngtin trên xe di động thông tin vô tuyến liên sở ( interoffice).

Các hệ thống thông tin trải phổ là các hệ thống sử dụng tín hiệu có băng tần

W rất rộng, thường gấp hàng trăm lần tốc độ bit của hệ thống nhờ sử dụng kỹthuật trải phổ tín hiệu bằng các tín hiệu giả tạp PN (Pseudo Noise) Khi chỉ có mộtngười sử dụng băng tần trải phổ, sử dụng băng tần này là không hiệu quả Tuynhiên trong môi trường nhiều người sử dụng, những người sử dụng này có thể sửdụng chung một băng tần trải phổ và hệ thống sử dụng băng tần có hiệu quả màvẫn giữ được các ưu điểm của trải phổ

Ý tưởng của trải phổ trong các hệ thống thông tin là dựa vào định lýShannon, định lý này được phát biểu như sau: Với một kênh có tạp âm trắngcộng tính (AWNG) thì tương quan giữa dung lượng, công suất và độ rộng dải tầncho bởi:

C = W log 2 ( 1+ S/N )

W: độ rộng dải tần của tín hiệu

S: công suất tín hiệu

N: công suất tạp nhiễu

Như vậy, với cùng dung lượng C xác định Nhờ tăng W mà có thể truyềnđược tín hiệu với tỷ số S/N rất thấp, thậm chí < 1 Điều này có thể đạt được nhờthực hiện trải rộng phổ cần truyền ở phần phát và nén phổ ở phần thu Trên cơ

sở này cho phép hệ thống liên lạc làm việc tốt trong các điều kiện có nhiễu mạnh,thậm chí che giấu tín hiệu chìm vào trong nền nhiễu, nhờ đó đối phương rất khóphát hiện được tin tức truyền đi Hơn nữa, nhờ việc sử dụng các dãy giả ngẫunhiên để trải phổ nên đối phương hầu như không thể

giải mã được thông tin

Đặc điểm cơ bản của hệ thống thông tin trải phổ là phổ tín hiệu đượctruyền đi rất rộng Tuy vậy, không phải loại hệ thống thông tin nào có phổrộng cũng là hệ thống thông tin trải phổ Một hệ thống thông tin được gọi là hệ

thống trải phổ nếu nó thỏa mãn ba yếu tố sau:

• Tín hiệu sau khi trải phổ có bề rộng phổ lớn hơn gấp nhiều lần so với

bề rộng phổ ban đầu của nó trước khi trải phổ

• Việc trải phổ được thực hiện bởi tín hiệu trải phổ thường gọi là mã trảiphổ, mã trải phổ này độc lập với dữ liệu và có tốc độ lớn hơn nhiều lần tốc độ dữliệu Tín hiệu trải được lựa chọn sao cho tạo ra một phổ tổng cộng gần với phổcủa tạp âm

• Quá trình nén phổ được thực hiện nhờ tính tương quan giữa tín hiệu thuđược và tín hiệu giải trải phổ là bản sao đồng bộ của tín hiệu trải đã được sửdụng ở phần phát

Các phần tử cơ sở của một hệ thống thông tin trải phổ được minh họa trên hình2.11

Hình 2.11 - Mô hinh` một hệ thống thông tin trải phổ

Chúng ta đã thấy rằng bộ mã hóa và giải mã, bộ điều chế và giải điều chế

là các phần tử cơ bản của hệ thống thông tin số truyền thống Ngoài các phần tửnày, một hệ thống thông tin trải phổ còn áp dụng hai bộ tạo chuỗi giả ngẫu nhiênnhư nhau, một trong chúng giao tiếp với điều chế ở đầu phát và bộ kia thì giao tiếpvới bộ giải điều chế ở đầu thu

Hai bộ này tạo ra một chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên hay giả tạp PN được sửdụng tại bộ điều chế để trải tín hiệu được phát đi về phổ và trải phổ tín hiệu thuđược tại bộ giải điều chế ở phía máy thu

Chuỗi giả ngẫu nhiên PN được tạo ra ở máy thu phải đồng bộ với chuỗi PN hàmchứa trong tín hiệu thu để được giải trải chính xác tín hiệu thu được đã được trải

phổ Trong một hệ thống thực tế, việc đồng bộ được thiết lập trước khi truyềnđưa thông tin bằng cách truyền một mẫu bit cố định được thiết kế sao cho máythu sẽ tách được nó với một xác suất cao ngay cả khi có nhiễu Sau khi việc đồng

bộ thời gian của các bộ tạo chuỗi PN đã thực hiện xong, việc truyền thông tinbắt đầu Trong chế độ truyền dữ liệu, máy thu thường bám định thời với tín hiệuthu và giữ cho bộ tạo chuỗi PN được đồng bộ Sơ đồ chức năng hệ thống thông tintrải phổ được trình bày trên hình

Từ sơ dồ ta thấy vị trí của khối trải phổ trong hệ thống thông tin vô tuyến Phổcủa tín hiệu sau khi được xử lý sẽ được trải rộng đến độ rộng băng tần cần thiết,sau đó qua bộ điều chế chuyển phổ này tới băng tần truyền dẫn Tín hiệu đã điềuchế được khuếch đại và phát trên kênh truyền dẫn – kênh mặt đất hoặc kênh vệtinh

2.3.1.2 Phân loại các kỹ thuật trải phổ

Căn cứ vào cấu trúc và phương pháp điều chế người ta phân loại kỹ thuật trải phổ như sau:

Trải phổ chuỗi trực tiếp (DS – Direct Sequence) Trải phổ nhảy tần (FH –

Frequency Hopping) Trải phổ nhảy thời gian (TH – Time Hopping)

Trải phổ nhảy tần (FH): Thực chất là sự dịch chuyển tần số được chọn theo mã.

Thành phần cơ bản của hệ thống là bộ tạo mã PN và bộ tổ hợp tần số Trong trảiphổ nhảy tần (FH) độ rộng băng kênh sẵn có W được chia nhỏ thành một số lớncác khe tần số không lấn lên nhau Trong bất kỳ khoảng thời gian truyền tin nào,tín hiệu được truyền đều chiếm một (hay nhiều hơn một ) khe tần số nói trên.Việc chọn khe (hay các khe) tần số nào trong mỗi một khoảng thời gian truyềntín hiệu được thực hiện một cách giả ngẫu nhiên theo tín hiệu lối ra của một bộ tạochuỗi PN

Trải phổ nhảy thời gian (TH): Nguyên lý của hệ thống này là một bản tin có tốc

độ dòng số Rb được phân phối khoảng thời gian cần thiết được dùng để truyềnbản tin ấy bằng các hệ thống thông thường Trong khoảng thời gian này, dòng số

được gửi đi theo từng loạt phù hợp với sự điều khiển của mã PN.

Trải phổ chuỗi trực tiếp (DS): Trong phương pháp này mã trải phổ PN sẽ trải phổ

tín hiệu sóng mang đã điều chế dữ liệu một cách trực tiếp Phương pháp này làdạng đơn giản nhất trong kỹ thuật trải phổ và được sử dụng rộng rãi trong thôngtin di động, vệ tinh và rada Trong hệ thống thông tin di động W-CDMA cũng sửdụng kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp DS/SS

a) Nguyên lý trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS)

Nguyên lý trải phổ chuỗi trực tiếp là cơ sở cho kỹ thuật W-CDMA Như

ta đã biết hệ thống thông tin di động trước đây thường sử dụng kỹ thuật đa truynhập phân chia theo tần số FDMA và đa truy nhập phân chia theo thời gianTDMA, nhưng đứng trước nhu cầu về tăng dung lượng và loại hình dịch vụ thìhai kỹ thuật này gặp rất nhiều khó khăn Đó cũng là lý do tại sao kỹ thuật đatruy nhập phân chia theo mã băng rộng W-CDMA được coi là kỹ thuật thay thếtrong tương lai

Nguyên lý trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS: Direct Sequence Spectrum

Spreading) có thế trình bày như sau:

Gọi chuỗi dữ liệu cần được phát đi là s(t) có tốc độ là R (b/s) và chuỗi trải phổgiả ngẫu nhiên hay giả tạp PN là chuỗi chip c(t), (c(t) = ±1) có tốc độ Rc (b/s) rấtlớn hơn tốc độ chuỗi dữ liệu s(t) là R Chuỗi tín hiệu băng gốc phát sau trải phổlà:

độ rộng băng của c(t) và s(t), sẽ rộng hơn độ rộng băng của s(t) rất nhiều lần s(t)

do vậy đã được trải rộng về phổ với mật độ công suất phổ rất thấp