Quá trình phát triển lên 3g và hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 w CDMa

Người sử dụng có nhu cầu về các dịch vụ mới như: truyền số liệu tốc độ cao, điện thoại có hình, truy cập internet tốc độ cao từ máy điện thoại di động và các dịch vụ truyền thông đa phươ

LỜI MỞ ĐẦU

Mặc dù so với các loại hình dịch vụ viễn thông khác thì thông tin di động rađời khá muộn, chỉ mới xuất hiện trong vài chục năm qua Nhưng do mang lại nhiềulợi ích thiết thực cho người sử dụng nên dịch vụ này đã tăng trưởng một cách bùng

nổ Phát triển từ hệ thống thông tin di động tương tự, hệ thống thông tin di động 2Gđánh dấu sự thành công của công nghệ GSM với 70% thị phần thông tin di độngtrên toàn cầu hiện nay Nhưng khi vấn đề internet toàn cầu và các mạng riêng khácphát triển cả về quy mô và mức độ tiện ích đã xuất hiện nhu cầu về dịch vụ truyền

số liệu mọi lúc mọi nơi Người sử dụng có nhu cầu về các dịch vụ mới như: truyền

số liệu tốc độ cao, điện thoại có hình, truy cập internet tốc độ cao từ máy điện thoại

di động và các dịch vụ truyền thông đa phương tiện khác Điều đó khiến cho các hệthống di động 2G bộc lộ những nhược điểm, điều này tạo điều kiện xuất hiện hệthống thông tin di động 3G đáp ứng các nhu cầu truyền số liệu tốc độ cao và khắcphục những nhược điểm khác của hệ thống 2G

Ở Việt Nam hiện nay, các mạng di động lớn như Mobiphone, Vinaphone,Viettel, liên doanh EVN Telecom và Vietnammobile…đã dành được quyền cấpphát 3G và đang thực hiện triển khai công nghệ này với mong muốn đưa đến chongười sử dụng trong thời gian sớm nhất Với mục đích là tìm hiểu về các giải pháp

kĩ thuật mà các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đã sử dụng trong quá trình tiến lên

3G khảo sát và nghiên cứu nên em chọn đề tài “ Quá trình phát triển lên 3G và hệ thống thông tin di động thế hệ 3 WCDMA” làm đồ án tốt nghiệp của mình.

Nội dung đồ án của em gồm 3 chương:

Chương 1: Lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động

Tìm hiểu phát triển của hệ thống thông tin di động và sự phát triển của cácphương pháp đa truy nhập trong hệ thống thông tin di động

Chương 2: Quá trình phát triển từ GSM 2G lên UTMS 3G

Tìm hiểu quá trình tiến lên 3G của GSM và cấu trúc cơ bản của các hệ thống2,5G trên cơ sơ kế thừa từ GSM

Chương 3: Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 WCDMA

Tìm hiểu về hệ thống thông tin di động thế hệ 3WCDMA trên cơ sở kế thừa

từ hệ thống GSM và xu hướng phát triển trong tương lai

Dù đã rất cố gắng tìm tòi và học hỏi nhưng vẫn không thể tránh khỏi nhữngthiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của thầy cô Em

xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy KS.Nguyễn Anh Quỳnh đã

giúp em hoàn thành bản báo cáo này

Em xin trân trọng cảm ơn!

Mục Lục

Lời nói đầu

Mục Lục 3

Danh sách các hình vẽ 7

Danh sách các bảng 9

Các thuật ngữ viết tắt 10

Chương 1: Lịch sử phát triển của các hệ thống thông tin di động 17

1.1 Sự ra đời và phát triển của các hệ thống thông tin di động 17

1.2 Sự phát triển của các phương pháp đa truy nhập 18

1.2.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA 18

1.2.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA 19

1.2.3 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA: 20

Chương 2: Quá trình phát triển từ GSM 2G lên 3G 22

2.1 Quá trình phát triển lên 3G 22

2.1.1 Sự cần thiết nâng cấp mạng GSM lên 3G 22

2.1.2 Các yếu tố cần chuyển đổi từ 2G lên 3G 23

2.1.3 Giải pháp nâng cấp: 24

2.2 Hệ thống thông tin di động GSM 25

2.2.1.Tiêu chuẩn của GSM 25

2.2.2 Các đặc điểm của mạng thông tin di động GSM 26

2.2.3 Cấu trúc của mạng GSM 27

2.3 Công nghệ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD) 28

2.3.1 Chức năng thích ứng đầu cuối TAF 29

2.3.2 Máy di động đầu cuối và giao diện vô tuyến 29

2.3.3 Trạm thu phát gốc BTS 30

2.3.4 Giao diện Abis 30

2.3.5 Bộ chuyển đổi mã/ bộ thích ứng tốc độ TRAU (Tranconder/ Rate Adapter Unit) 30

2.3.6 Giao diện A 30

2.3.7 Trung tâm chuyển mạch di động MSC và các khối chức năng phối hợp IWF 30

2.4 Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS (General Packet Radio Service) 30

2.4.1 Cấu trúc mạng GPRS 32

2.4.1.1 Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) 33

2.4.1.2 Nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN) 33

2.4.1.3 Hệ thống trạm gốc BSS 33

2.4.1.4 Phần chuyển mạch 34

2.4.1.5.Thiết bị cung cấp dịch vụ nhắn tin ngắn (SMS - GMSC và SMS - IWMSC) 35

2.4.1.6 Thiết bị đầu cuối GPRS 35

2.4.2 Giao diện và giao thức trong mạng GPRS 35

2.4.2.1 Mặt phẳng truyền dẫn: 36

2.4.2.2 Mặt phẳng báo hiệu 36

2.4.3 Cấu trúc đa khung của giao diện vô tuyến GPRS 37

2.4.4 Các kênh logic trong GPRS 37

2.4.4.1 Kênh điều khiển quảng bá kiểu gói (PBCCH): 37

2.4.4.2 Kênh điều khiển chung gói 37

2.4.4.3 Các kênh lưu lượng số liệu gói 38

2.4.4.4 Các kênh điều khiển dành riêng gói 38

2.5 Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM (EDGE) 38

2.5.1 Kiến trúc mạng EDGE 39

2.5.2 Điều chế 39

2.5.3 Các kênh logic ở giao diện vô tuyến 40

2.5.4 Giao thức ứng dụng vô tuyến (WAP) 40

Chương 3: Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 WCDMA 42

3.1 Những yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 42

3.1.1 Những yêu cầu chung 42

3.1.2 Các tiêu chuẩn xây dựng IMT-2000 43

3.2 Công nghệ CDMA sử dụng trong hệ thống 3G 44

3.2.1 Nguyên lý trải phổ CDMA 44

3.2.2 Kỹ thuật trải phổ và giải trải phổ 46

3.2.3 Kỹ thuật đa truy nhập CDMA 46

3.3 Hệ thống WCDMA 47

3.3.1 Các mã trải phổ 47

3.3.2 Phương thức song công 50

3.3.3 Dung lượng mạng 51

3.3.4 Phân tập đa đường – Bộ thu RAKE 51

3.3.5 Trạng thái cell 52

3.3.6 Cấu trúc Cell 54

3.4 Giới thiệu về kiến trúc mạng 3G 55

3.4.1 Cấu trúc miền trong hệ thống UMTS 55

3.4.2 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 57

3.4.2.1 Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) 58

3.4.2.2 Node B (Trạm gốc) 59

3.4.2.3 Các chức năng điều khiển c ủa UTRAN 59

3.4.3 Giao diện vô tuyến 59

3.4.3.1 Giao diện Iu 60

3.4.3.2 Giao diện Iur 60

3.4.3.3 Giao diện Iub 61

3.4.4 Phân loại dịch vụ và ứng dụng 61

3.4.4.1 Các lớp QoS của UMTS 64

3.4.4.2 Các dịch vụ mạng 65

3.4.4.3 Môi trường nhà ảo VHE 66

3.4.4.4 CAMEL 67

3.4.4.5 Môi trường thực hiện các ứng dụng của MS (MexE) 68

3.4.4.6 Bộ công cụ ứng dụng USIM (USAT) 68

3.4.5 Cấu trúc kênh 68

3.4.5.1 Các kênh logic 68

3.4.5.2 Các kênh truyền dẫn 69

3.4.5.3 Cấu trúc kênh vật lý 70

3.4.5.4 Sự ánh xạ giữa các kênh 70

3.4.6 Vấn đề chuyển giao 71

3.4.6.1 Mục đích của chuyển giao 71

3.4.6.2 Trình tự chuyển giao 72

3.4.6.3 Các loại chuyển giao 74

3.4.7 Điều khiển công suất 78

3.4.7.1 Điều khiển công suất vòng mở 79

3.4.7.2 Điều khiển công suất vòng kín 80

3.5 So sánh hệ thống UMTS với hệ thống GSM 2G và CDMA 2000 82

3.5.1 Với GSM 82

3.5.2 Với CDMA 2000 83

3.6 Xu hướng phát triển và các yếu tố thúc đẩy 4G 83

3.6.1 Xu hướng phát triển 83

3.6.2 Những yếu tố thúc đẩy 4G 86

KẾT LUẬN 88

Tài liệu tham khảo 89

Danh sách các hình vẽ

Hình 1.1: Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động 18

Hình 1.2: Khái niệm về hệ thống FDMA 19

Hình 1.3: Khái niệm về hệ thống TDMA 20

Hình 1.4: Khái niệm về hệ thống CDMA 21

Hình 2.1: Quá trình phát triển từ 2G lên 3G 22

Hình 2.2: Các yếu tố cần chuyển đổi từ 2G lên 3G 23

Hình 2.3: Lộ trình nâng cấp GSM lên W-CDMA 24

Hình 2.4: Cấu trúc mạng GSM 27

Hình 2.5: Các luồng số liệu kết hợp ở IWF 29

Hình 2.6: Cấu trúc hệ thống HSCSD 29

Hình 2.7: Cấu trúc mạng GPRS 32

Hình 2.8: Cấu hình hệ thống WAP 41

Hình 3.1: Quá trình trải phổ và giải trải phổ 46

Hình 3.2: Công nghệ đa truy nhập CDMA 46

Hình 3.3: Nguyên lý đa truy nhập trải phổ 47

Hình 3.4: Quá trình trải phổ và trộn 48

Hình 3.5: Phổ tần số cho hệ thống 3G 50

Hình 3.6: Truyền sóng đa đường 52

Hình 3.7: Các chế độ của UE và các trạng thái điều khiển 53

Hình 3.8: Kiến trúc cơ bản hệ thống UMTS 55

Hình 3.9: Cấu trúc UTRAN 58

Hình 3.10: Mô hình giao thức tổng quát cho các giao diện mặt đất UTRAN 60

Hình 3.11: Kiến trúc các dịch vụ mang UMTS 66

Hình 3.12: Sơ đồ ánh xạ giữa các kênh 70

Hình 3.13: Tiến trình thực hiện chuyển giao 72

Hình 3.14: Nguyên tắc chung của thuật toán chuyển giao 73

Hình 3.15: Chuyển giao cứng cùng tần số 75

Hình 3.16: Chuyển giao cứng khác tần số 76

Hình 3.17: Chuyển giao mềm cùng tần số 77

Hình 3.18: Chuyển giao mềm hơn cùng tần số 78

Hình 3.19: Các cơ chế điều khiển công suất của WCDMA 79

Hình 3.20: OLPC đường lên 79

Hình 3.21: Cơ chế điều khiển công suất CLPC 81

Hình 3.22: Mạng lõi IP thống nhất 86

Danh sách các bảng

Bảng 1.1: Tiến trình phát triển các hệ thống thông tin di động 17

Bảng 3.1: Tổng kết các dịch vụ ở IMT-2000 43

Bảng 3.2: Các mã UMTS chính 49

Bảng 3.3 Trình bày các yêu cầu về chất lượng dịch vụ tương ứng với các lớp

dịch vụ của 3G 63

Bảng 3.4: So sánh giao diện vô tuyến giữa hệ thống WCDMA và GSM 82

Bảng 3.5: So sánh giao diện vô tuyến giữa hệ thống WCDMA và cdma2000 83

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Acquisition Indicator Channel

Advanced Mobile Phone Service

Asynchronous Transfer Mode

Authentication Center

Broadcast Control Channel

Bit Error Rate

Binary Phase Shift Keying

Base Station

Base Station Controller

Broadcast Channel

Customized Application for

Mobile network Enhanced Logic

Common Control Channel

CDMA Development Group

Code Division Multi Access

Closed loop Power Control

Call Server Control Function

Common Packet Channel

Common Pilot Channel

Common Traffic Channel

CPCH Status Indication Channel

Hệ thống thống tin di động thế hệ 2

Hệ thống thống tin di động thế hệthứ 3

Kênh chỉ thị bắtDịch vụ điện thoại di động tiên tiếnPhương thức truyền không đồng bộTrung tâm nhận thực

Kênh điều khiển quảng

Tỷ lệ lỗi bitĐiều chế dịch pha nhị phânTrạm gốc

Bộ điều khiển trạm gốcKênh quảng bá

Ứng dụng tùy chọn cho logic nângcao của mạng di động

Kênh điều khiển chungNhóm phát triển công nghệ CDMA

Đa truy nhập phân chia theo mãĐiều khiển công suất vòng kínQuản lý thông tin

Mạng lõiĐiều khiển thông tin

Bộ điều khiển mạng truy nhập vôtuyến điều khiển

Chuyển mạch kênhChức năng điều khiển phục vụ cuộcgọi

Kênh gói chung Kênh hoa tiêu chungKênh lưu lượng chungKênh chỉ thị trạng thái kênh CPCH

Thái Phúc Hữu Trang 12

CHƯƠNG 1: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG

THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Sự ra đời và phát triển của các hệ thống thông tin di động

Thông tin di động là một lĩnh vực rất quan trọng trong đời sống xã hội, nhucầu về thông tin di động của con người càng tăng lên và thông tin di động càngkhẳng định được sự cần và tính tiện dụng của nó Cho đến nay, hệ thống thông tin

di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ thế hệ di động thế hệ 1 đến thế hệ 3

và thế hệ đang phát triển trên thế giới - thế hệ 4

Thế hệ thông

Thế hệ 1(1G) AMPS,TACS,NM

T

băng hẹp (8 13kbps)

-Thế hệ 2,5G GPRS,EDGE,

CDMA 1x

Thoại, dịch vụ số liệugói

TDMA,CDMA tốc

độ mã cao hơnThế hệ 3G CDMA 2000,

W-CDMA

Thoại và số liệu góiđược thiết kế để truyềntiếng và số liệu đaphương tiện

Sử dụng CDMA đaphương tiện

Bảng 1.1: Tiến trình phát triển các hệ thống thông tin di động

Hình 1.1: Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động

1.2 Sự phát triển của các phương pháp đa truy nhập

1.2.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA

Phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thành 2N dải tần số kếtiếp, cách nhau một khoảng phòng vệ, mỗi dải tần gán cho một kênh liên lạc, N dảitần kế tiếp dành cho liên lạc hướng lên, sau một dải tần phân cách là N dải tần kếtiếp dành cho liên lạc hướng xuống

- Nhiễu giao thoa do các tần số lân cận nhau là đáng kể BTS phải có bộthu phát riêng làm việc với mỗi MS trong cell.

Hệ thống FDMA điển hình là AMPS (Advanced Mobile Phone System)dùng ở MỸ, Canada , Australia

1.2.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA

Phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thô thành các dải tần liênlạc, mỗi dải tần này được dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là mộtkhe thời gian trong chu kì một khung Tin tức được tổ chức dưới dạng gói, mỗi gói

có bít chỉ thị đầu gói, chỉ thị cuối gói, các bit đồng bộ, bit bảo vệ và bit dữ liệu

Đặc điểm:

- Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số

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

Phổ

Tần số

Băng tần hệ thốngKhoảng bảo vệ

Tần số

Kênh 1Kênh 3

Thời gianNgười dùng 1,4

Người dùng 2,5 Người dùng 3

Hình 1.2: Khái niệm về hệ thống FDMA (a) Phổ tần của hệ thống FDMA; (b) Mô hình khởi đầu và duy trì

cuộc gọi với 5 người dùng; (c) Phân bố kênh.

Băng tần

- Giảm được nhiễu giao thoa, giảm được số máy thu phát nhưng pha đinh

và trễ truyền dẫn là những vấn đề kĩ thuật phức tạp

Hệ thống TDMA điển hình là GSM GSM từ châu Âu đã đến nhiều nơi trênthế giới trong đó có Việt Nam và đã đạt được những thành tựu đáng kể

1.2.3 Đa tuy nhập phân chia theo mã CDMA

Thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi, mà không

sợ gây nhiễu lẫn nhau Những người sử dụng nói trên được phân biệt với nhau nhờdùng một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai Kênh vô tuyến CDMA đượcdùng lại mỗi ô (cell) trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt nhaunhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên (Pseudo Noise - PN)

Đặc điểm:

- Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz

- Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp

Hình 1.3: Khái niệm về hệ thống TDMA (a) Phổ tần của hệ thống TDMA; (b) Mô hình khởi đầu và duy trì cuộc gọi với 5 người dùng; (c) Phân bố kênh (khe), với giả thiết dùng TDMA 3 kênh.

Thời gian

Băng tần hệ thốngPhổ

- Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độtrường hiệu quả hơn FDMA, TDMA.

Băng tần hệ thốngPhổ

Người dùng 3

Người dùng 4

CHƯƠNG 2: QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ GSM LÊN WCDMA

2.1 Quá trình phát triển lên 3G

2.1.1 Sự cần thiết nâng cấp mạng GSM lên 3G

Tất cả các hệ thống 2G đều có khả năng cung cấp chất lượng và dung lượngcao hơn Chuyển vùng trở thành một phần của dịch vụ và vùng phủ sóng cũng ngàymột rộng hơn, nhưng vẫn phải đối mặt với các vấn đề hạn chế về dung lượng trênnhiều thị trường Thông tin di động ngày nay đang tiến tới một hệ thống thế hệ thứ

ba hứa hẹn dung lượng thoại lớn hơn, kết nối dữ liệu di động tốc độ cao hơn và sửdụng các ứng dụng đa phương tiện Các hệ thống vô tuyến thế hệ thứ 3 (3G) cầncung cấp dịch vụ thoại với chất lượng tương đương các hệ thống hữu tuyến và dịch

vụ truyền số liệu có tốc độ từ 144kbit/s đến 2 Mbit/s

Hình 2.1: Quá trình phát triển từ 2G lên 3G

Trong tiến trình phát triển lên công nghệ không dây thế hệ thứ 3 (3G) nổi lênhai hướng phát triển theo hai tiêu chuẩn chính đã được ITU-T công nhận đó làCDMA 2000 và W-CDMA

Châu Âu thì theo hướng : GSM-> GPRS -> EDGE -> W-CDMA

Bắc Mỹ, Hàn Quốc, Trung Quốc và một số nước khác đi theo hướng: IS-95A-> IS-95B -> CDMA 2000 mà bước đầu là CDMA 2000 1x

Riêng Nhật Bản thì họ đã phát triển mạng PDC của mình theo cả hai hướngW- CDMA và CDMA 2000

GPRS

EDGE

W-CDMA

CDMA20001x EV

4G

Hướng phát triển lên WCDMA từ hệ thống GSM qua GPRS có thể được tómtắt như sơ đồ trong hình dưới đây (giai đoạn EDGE có thể không cần thiết)

2.1.2 Các yếu tố cần chuyển đổi từ 2G lên 3G

Sự phát triển từ 2G lên 3G dựa trên 3 khía cạnh chính thể hiện ở hình 2.2

Hình 2.2: Các yếu tố cần chuyển đổi từ 2G lên 3G

Sự tiến triển về kĩ thuật là con đường phát triển chỉ rõ phương thức để triểnkhai các phần tử mạng và loại công nghệ để thực thi kỹ thuật đó Đây là bước pháttriển trực tiếp theo các xu hướng chung về mặt công nghệ Vì các phần tử mạng làyếu tố tạo nên mạng nên về mặt lý thuyết sự phát triển về mặt kỹ thuật sẽ tướng ứngvới sự phát triển mạng Trong giai đoạn 1, do tính chất mở của các giao diện đượcđịnh nghĩa trong chỉ tiêu kỹ thuật hệ thống, mạng 3G có thể được kết hợp tử nhiềuchủng loại thiết bị của nhiều hãng khác nhau Sự tiến triển về mặt kỹ thuật có thể xử

lý điều này, tuy nhiên với sự khác nhau về tốc độ và bước triển khai cụ thể trongmối kết hợp của mỗi thiết bị của các hãng khác nhau và yêu cầu thích ứng các thayđổi của chỉ tiêu kỹ thuật 3G nên trong nhiều trường hợp nếu không xem xét thấuđáo thì kết quả không như mong muốn

Khác với sự phát triển về mặt kỹ thuật sự tiến triển về mặt dịch vụ dựa trênnhu cầu của người sử dụng và nhu cầu này có thể là thực tế hoặc chỉ tưởng tượng.Đôi khi các nhà khai thác và nhà chế tạo thiết bị cung cấp dịch vụ vượt qua kỳ vọngcủa các thuê bao Nếu hai yếu tố này không tương đồng thì việc kinh doanh các dịch

vụ thông tin di động sẽ khó khăn

Sự tiến triển mạng

Sự tiến triển dịch vụ

Có hai giải pháp nâng cấp GSM lên thế hệ ba : một là bỏ hẳn hệ thống cũ,thay thế bằng hệ thống thông tin di động thế hệ ba; hai là nâng cấp GSM lên GPRS

và tiếp đến là EDGE nhằm tận dụng được cơ sở mạng GSM và có thời gian chuẩn

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

Giai đoạn đầu của quá trình nâng cấp mạng GSM là phải đảm bảo dịch vụ sốliệu tốt hơn, có thể hỗ trợ hai chế độ dịch vụ số liệu là chế độ chuyển mạch kênh vàchế độ chuyển mạch gói 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 truycập internet từ trạm di động Hệ thống WAP phải có cổng WAP và chức năng kếtnối mạng

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

vì thời gian truy cập

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

2002

GPRS

Hình 2.3: Lộ trình nâng cấp GSM lên W-CDMA

nghệ EDGE.

EDGE vẫn dựa vào công nghệ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói vớitốc độ tối đa đạt được là 384Kbps nên sẽ khó khăn trong việc hỗ trợ các ứng dụngđòi hỏi việc chuyển mạch linh động và tốc độ truyền dữ liệu lớn hơn Lúc này sẽthực hiện nâng cấp EDGE lên W-CDMA và hoàn tất việc nâng cấp GSM lên 3

 Về chất lượng phục vụ và an toàn bảo mật

+ Chất lượng của tiếng thoại trong GSM phải ít nhất như trong các hệ thống

di động tương tự trước đó trong điều kiện thực tế

+ Hệ thống có khả năng mật mã hóa thông tin người dùng mà không ảnhhưởng đến hệ thống, cũng như không ảnh hưởng đên thuê bao khác

 Về sử dụng lại tần số

Hệ thống cho phép khả năng sử dụng dải tần đạt hiệu quả cao để có thể phục

vụ ở thành thị lẫn vùng nông thôn cũng như các dịch vụ mới phát triển

Dải tần số hoạt động: 890 – 960 MHz

Hệ thống GSM 900 phải có thể cùng tồn tại với các hệ thống dùng GSM900MHz trước đây

 Về mạng:

Kế hoạch nhận dạng và đánh số dựa trên khuyến nghị của CCITT Hệ thốngphải cho phép cấu trúc và tỷ lệ tính cước khác nhau khi dùng trong các mạng khácnhau.

Trung tâm chuyển mạch và các thanh ghi dịch vụ phải dùng hệ thống báohiệu đã được tiêu chuẩn hóa quốc tế

2.2.2 Các đặc điểm của mạng thông tin di động GSM

- Có số lượng lớn các dịch vụ và tiện ích cho thuê bao cả trong thông tinthoại và truyền số liệu

- Có sự tương thích của các dịch vụ trong GSM với các dịch vụ mạng có sẵn( PSTN, ISDN) bởi các giao diện là theo chuẩn chung

- Một hệ thống GSM quôc gia có thể cho thâm nhập và quản lý mọi máy đạttiêu chuẩn GSM

- Tự động định vị và cập nhật vị trí cho mọi thuê bao di động

- Độ linh hoạt cao nhờ sử dụng các loại máy đầu cuối thông tin di động khácnhau

- Sử dụng băng tần ở 900 MHz với hiệu quả cao nhờ sự kết hợp giữa 2phương pháp TDMA và FDMA

- Ghép kênh phụ và chuyển đổi mã ở BCS để giảm chi phí truyền dẫn

- Nhân thực thuê bao và bảo mật số liệu người sử dụng( mật mã hóa) sẽ làmtăng sự bảo vệ chống lại việc sử dụng thuê bao trái phép và nghe trộm ở đườngtruyền vô tuyến

- Nhảy tần, phát không liên tục, chuyển giao bên trong ô và điều chỉnh độngcông suất ra của BTS, các chức năng này nhằm giảm các mức nhiễu giao thoa của

AUC HLR MSC

Truyền lưu lượng

Hệ thống chuyển mạch

Hình 2.4: Cấu trúc mạng GSM

Môt hệ thống GSM được chia thành nhiều hệ thống con như sau:

(1) NSS: Phân hệ chuyển mạch (Network switching subsystem)

(2) BSS: Phân hệ trạm gốc (Base station subsystem)

(3) OSS: Phân hệ bảo dưỡng và khai thác (Operation subsystem)

EIR: Thanh ghi nhận dạng thiết bị

MSC: Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động

(gọi tắt là tổng đài vô tuyến)

BSS : Hệ thống trạm gốc

BTS: Đài vô tuyến gốc

BSC: Đài điều khiển gốc

MS : Máy di động

OMC: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng

ISDN: Mạng số liên kết đa dịch vụ

PSPDN: Mạng chuyển mạch công cộng theo gói

CSPDN: Mạng chuyển mạch công cộng theo mạch

PSTN: Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

PLMN: Mạng di động mặt đất công cộng

2.3 Công nghệ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD)

Trước khi xuất hiện GPRS va EDGE đã xuất hiện nhu cầu các dịch vụ tốc độcao Khi này GSM chỉ hỗ trợ các dịch vụ số liệu đến tốc độ 9,6 kbit/s, đây là tốc độcực đại mà một khe thời gian có thể cung cấp Để hỗ trợ tốc độ số liệu cao hơn choGSM, cách tiếp cận dễ dàng nhất là MS phải sử dụng nhiều khe thời gian hơn Côngnghệ HSCSD sử dụng nguyên tắc này

Công nghệ HSCSD cho phép nâng cao khả năng truyền số liệu trên mạngGSM bằng cách cấp phát nhiều khe thời gian hơn cho người sử dụng Để thực hiệnđược nhiệm vụ này, tiêu chuẩn GSM đã được sửa đổi chẳng hạn như mã hoá kênh14,4 kbit/s thay thế cho mã hoá kênh 9,6 kbit/s dùng để hỗ trợ cho truyền số liệu.Bốn kênh 14,4 kbit/s được hết hợp thành một kênh 57,6 kbit/s Với việc sử dụngcông nghệ HSCSD máy điện thoại GSM và các thiết bị di động có thể sử dụng cácứng dụng đa phương tiện, truy nhập web và tải các trang đồ hoạ trong vài giây Đốivới dịch vụ trong suốt thì tôc độ tối đa là 64 kbit/s đạt được với 4 khe thời gian Dữliệu truyền trong dịch vụ chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD được hình thànhdưới dạng các luồng song song để đưa vào các khe thời gian khác nhau, và chúng sẽđược kết hợp lại tại đầu cuối.Tất cả các khe thời gian sử dụng trong một kết nốiHSCSD phải thuộc về cùng một sóng mang Việc cấp phát các khe thời gian phụthuộc vào thủ tục cấp phát khe thời gian

Dịch vụ HSCSD có thể triển khai dựa trên cơ sở hạ tầng có sẵn của GSM,chỉ cần nâng cấp phần mềm hiện có mà không cần lắp đặt thêm các phần tử mạnglưới mới Giống như GPRS,`HSCSD cho phép cấp phát tài nguyên không đối xứng

ở giao diện vô tuyến Tuy nhiên do vẫn sử dụng chuyển mạch kênh nên hiệu suất

sử dụng tài nguyên vô tuyến của HSCSD không cao

Hình 2.5: Các luồng số liệu kết hợp ở IWF

Hầu hết các chức năng của dịch vụ số liệu hiện nay được đặt ở IWF của tổngđài MSC và ở chức năng TAF Dịch vụ HSCSD sử dụng tính năng này, kênh tốc độcao chứa một số kênh con ở giao diên vô tuyến, các kênh con này được kết hợp lạithành một luồng số ở IWF và TAF Khi sử dụng điểu chế 8 – PSK, HSCSD có thểđạt được thông lượng cao hơn với ít khe thời gian hơn HSCSD đã được ứng dụngtrong mạng GSM nhưng sẽ không được triển khai rộng Nếu chọn giữa HSCSD vàtính hiệu quả của GPRS các nhà khai thác sẽ chọn công nghệ chuyển mạch gói

 Cấu trúc hệ thống HSCSD

Hình 2.6: Cấu trúc hệ thống HSCSD

2.3.1 Chức năng thích ứng đầu cuối TAF

Chức năng này đóng vai trò tiếp nhận số liệu của thiết bị đầu cuối TE đưa tới

và chia chúng vào trong các khe thời gian đã được chọn trước Mỗi khe thời gianmang số liệu với các tốc độ chuẩn hóa 1,2kb/s; 2,4kb/s; 4,8kb/s; 9,6kb/s; 14,4kb/s

2.3.2 Máy di động đầu cuối và giao diện vô tuyến

Số liệu từ bộ thích ứng đầu cuối TAF đưa tới đầu cuối di động ở MT, ở đómỗi khe thời gian được mã hóa kênh Đầu ra sau khi mã hõa kênh là luồng số liệutốc độ 22,8kb/s cho mỗi khe thời gian và nó được chuyển tới giao diện vô tuyến

2.3.3 Trạm thu phát gốc BTS

Tiếp nhận luồng số liệu từ giao diện vô tuyến Lúc này BTS thực hiện thủ tụcgiải mã cho mỗi khe thời gian để thu được luồng số liệu có tốc độ phù hợp vớikhung TRAU ( 16kb/s) Sau đó, luồng số liệu được chuyển tới khối TRAU đặt tại

bộ điều khiển trạm gốc BSC

2.3.4 Giao diện Abis

Các khung TRAU 16kb/s được gửi tới BSC thông qua giao diện Abis

2.3.5 Bộ chuyển đổi mã/ bộ thích ứng tốc độ TRAU (Tranconder/ Rate Adapter Unit)

TRAU tiếp nhận các khung số liệu TRAU 16kb/s từ giao diện Abis, và nóđịnh dạng lại thông tin của mỗi luồng số liệu thành dạng A – TRAU để đi trên giaodiện A

2.3.6 Giao diện A

Giao diện này cho phép chứa được 4 khung A – TRAU tốc độ 16kb/s từ một người sử dụng đưa đến Các khung này được ghép lại với nhau để phát đi trên mộtđường 64kb/s

2.3.7 Trung tâm chuyển mạch di động MSC và các khối chức năng phối hợp

IWF

MSC tiếp nhận các khung A - TRAU của đường kết nối 64kb/s và địnhtuyến chúng thông qua IWF Sau khi tiếp nhận, khối chức năng phối hợp IWF lấy racác thông tin số liệu trong A - TRAU và kết hợp chúng thành những luồng số liệughép trước khi chuyển tới các modem của mình Các modem tiếp nhận số liệu vàđịnh tuyến chúng qua mạng PSTN tới các đích và thiết bị đầu cuối số liệu DTE nơikhác

2.4 Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS

Dịch vụ vô tuyến gói chung là sự lựa chọn của các nhà khai thác GSM nhưmột bước chuẩn bị về sơ sở hạ tầng kỹ thuật để tiến lên W - CDMA với việc đưachuyển mạch gói vào mạng Mạng W - CDMA sử dụng lại rất nhiều phần tử củamạng GPRS

GPRS hỗ trợ dịch vụ số liệu tốc độ cao cho GSM Một MS trong mạngGPRS có thể truy nhập đến nhiều khe thời gian GPRS khác với HSCSD ở chỗnhiều người có thể sử dụng chung một tài nguyên vô tuyến, vì thế hiệu suất sử dụng

tài nguyên vô tuyến rất cao Một MS ở chế độ GPRS chỉ giành được tài nguyên khi

nó có số liệu cần phát Một người sử dụng GPRS có thể sử dụng đến 8 khe thời gian

để đạt được tố độ lên đến hơn 100kb/s Về mặt lý thuyết, GPRS có thể cung cấp tốc

độ tối đa là 171, 2kb/s ở giao diện vô tuyến qua 8 kênh 21,4 kb/s (sử dụng mã hóa

CS - 4) Ở trong các mạng thực tế do cần phải dành một phần dung lượng cho việchiệu chỉnh lỗi trên đường truyền vô tuyến nên tốc độ cực đại chỉ cao hơn 100kb/s sovới tốc độ khả thi vào khoảng 40 đến 50kb/s

Giao diện vô tuyến của GPRS được xây dựng trên cùng một nền tảng nhưgiao diện vô tuyến của GSM cùng sóng mang vô tuyến độ rộng băng tần 200khz và

8 khe thời gian Như vậy cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói đều cóthể sử dụng cùng sóng mang Tuy nhiên mạng đường trục của GPRS được thiết kếsao cho nó không phụ thuộc vào giao diện vô tuyến Ngoài ra mã hóa kênh sử dụngtrong GPRS cũng hơi khác trong GSM GPRS định nghĩa một số sơ đồ mã hóa kênhkhác nhau Sơ đồ mã hóa kênh thường sử dụng nhiều nhất cho truyền số liệu là sơ

đồ mã hóa CS - 2 (Code Schema 2) Mã hóa CS - 2 cho phép một khe thời gian cóthể mang số liệu ở tốc độ 13,4 kb/s

Mạng GPRS là một mạng số liệu gói được xây dựng trên cơ sở cấu trúcmạng GSM hiện tại, cộng thêm một số phần tử mới Vì lúc đầu GSM được thiết kếcho chuyển mạch kênh nên việc đưa chuyển mạch gói vào đòi hỏi phải bổ sungthêm thiết bị mới cho mạng GPRS là một bước phát triển kịp thời đáp ứng nhu cầutrao đổi dữ liệu ngày càng cao và sự chuyển tiếp hợp lý giữa thông tin di động thế

hệ 2 và thông tin di động thế hệ 3

2.4.1 Cấu trúc mạng GPRS

Hình 2.7: Cấu trúc mạng GPRS

2.4.1.1 Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN)

Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS phụ trách việc phân phân phát và định tuyến cácgói số liệu giữa máy cầm tay MS và các mạng truyền số liệu bên ngoài SGSNkhông chỉ định tuyến các gói số liệu giữa máy di động MS và nút hỗ trợ cổng GPRS– GGSN mà còn đăng ký cho các máy di động GPRS mới xuất hiện trongvùng phục

vụ của nó

SGSN có các chức năng chính như sau:

- Quản trị di động : Bao gồm qản lý việc nhập mạng, rời mạng của thuê baoGPRS, quản lý vị trí hiện diện của thuê bao trong vùng phục vụ, thực hiện các chứcnăng bảo mật, an ninh cho mạng

- Định tuyến và truyền tải các gói dữ liệu đi đến hay được xuất phát từ vùngphục vụ của SGSN đó

- Quản lý các trung kế logic bao gồm các kênh lưu lượng gói dữ liệu lưulượng các bản tin ngắn (SMS)

- Thiết lập hay huỷ bỏ các giao thức dữ liệu gói PDP phục vụ cho việctruyền tải các gói dữ liệu PDU giữa thuê bao GPRS và GGSN thông qua hai giaodiện Gn và Gb

- Thực hiện kỹ thuật nén dữ liệu được truyền tải giữa SGSN và máy di độngnhằm nâng cao hiệu quả của các kết nối trong mạng

- Cung cấp các khả năng kết nối với các phần tử khác trong mạng như :SGSN – MSC/VLR, HLR, BSC …

- Cung cấp khả năng tương tác với mạng GSM khi cả hai công nghệ nàycùng sử dụng chung một nguồn tài nguyên

- Điều hành việc xếp hàng của các gói dữ liệu trao đổi giữa trạm gốc BSS vànút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN)

- Cung cấp dữ liệu phục vụ cho việc tính cước, các thông tin phục vụ tínhcước được thu thập tại SGSN chỉ liên quan đến phần sử dụng mạng vô tuyến củacác thuê bao

Khi SGSN và GGSN thuộc về 2 mạng di động mặt đất công cộng PLMNkhác nhau, chúng được kết nối thông qua giao diện Gp Trong đó giao diện Gp baogồm chức năng của Gn cộng thêm chức năng vể an ninh được yêu cầu khi trao đổithông tin giữa các PLMN khác nhau

2.4.1.3 Hệ thống trạm gốc BSS

Phần BSS cung cấp tất cả các chức năng điều khiển và truyền dẫn thông tin

vô tuyến của mạng, bao gồm:

- Khối điều khiển dữ liệu gói PCU: có nhiệm vụ kết hợp các chức năng điềukhiển kênh vô tuyến GPRS với phần hệ thống trạm gốc BSS của mạng GSM hiện

tại PCU định tuyến các bản tin báo hiệu và truyền tải dữ liệu của người sử dụng.PCU sẽ lắp ráp và sắp xếp trong khung LLO, sau đó được chuyển tới SGSN PCUđặt tại BSC và phục vụ BSC đó

- Bộ điều khiển trạm gốc BSC: trong mạng GPRS, BCS đóng vai trò trungtâm phân phối, định tuyến dữ liệu và thông tin báo hiệu GPRS BSC có thể thiếtlập, giám sát và hủy bỏ kết nối của các cuộc gọi chuyển mạch kênh cũng nhưchuyển mạch gói

- Trạm gốc BTS: cung cấp khả năng ấn định kênh vật lý tại các khe thời giancho cuộc gọi chuyển mạch kênh trong mạng GSM và dữ liệu chuyển mạch góiGPRS BTS kết hợp với BSC để thực hiện các chức năng vô tuyến

2.4.1.4 Phần chuyển mạch

- Trung tâm chuyển mạch di động / Bộ đăng ký tạm trú MSC/VLR: được sửdụng cho việc đăng ký và liên lạc thuê bao nhưng không đóng vai trò gì trong việcđịnh tuyến dữ liệu GPRS Trong hệ thống GPRS, MSC/VLR không được dùng chothủ tục nhận thực thuê bao như trong hệ thống GSM mà thay vào đó là HLR, do đóSGSN sẽ nhận bộ ba thông số dành cho việc nhận thực từ bộ đăng ký thường trú /trung tâm nhận thực HLR/AUC

- Bộ đăng kí thường trú HLR: lưu giữ tất cả các thông tin về thuê bao GSMcũng như GPRS Thông tin về thuê bao GPRS được trao đổi giữa HLR và SGSN.Thêm vào đó, HLR được sử dụng trực tiếp cho việc nhận thực thuê bao thay choMSC/VLR trong hệ thống GSM SGSN sẽ nhận bộ ba thông số nhận thực từ HLR/AUC

- AuC: cung cấp bộ ba thống số nhận thực dành cho việc nhận thực và thựchiện mã hóa dường truyền thủ tục nhận thực trong GSM và trong GPRS là nhưnhau, chỉ có quá trình mã hóa đường truyền là thay đổi so với hệ thống GSM, sựthay đổi này không tác động gì đến AUC, do đó không cần cập nhật AUC

- Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR: thực hiện chức năng như trong hệ thốngGSM EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến thiết bị đầu cuối MS EIR đượcnối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị, một thiết bịkhông được phép sẽ bị cấm

2.4.1.5.Thiết bị cung cấp dịch vụ nhắn tin ngắn

SMS - GMSC (tổng đài di động có cổng dịch vụ SMS) và SMS - IWMSC(tổng đài di động liên mạng cho dịch vụ SMS) được kết nối với SGSN qua giaodiện Gd nhằm cung cấp khả năng truyền tải các bản tin ngắn.

2.4.1.6 Thiết bị đầu cuối GPRS

Thiết bị đầu cuối có thể chia làm 3 loại:

Loại 1: Hỗ trợ sử dụng đồng thời các dịch vụ thoại và số liệu: Như vậy người

sử dụng có thể vừa nói chuyện vừa truyền số liệu GPRS cùng một lúc, tức là sửdụng cả 2 dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói đồng thời

Loại 2: Hỗ trợ đồng thời việc nhập mạng GPRS và nhập mạng GSM: nhưngkhông cho phép sử dụng đồng thời cả 2 dịch vụ Người sử dụng loại 2 có thể đăng

kí ở mạng GSM và GPRS đồng thời nhưng không thể vừa nói chuyện vừa truyền sốliệu Nếu người sử dụng đã có một phiên số liệu GPRS và muốn thiết lập cuộc thoạithì phiên số liệu này sẽ bị treo và chờ cho đến khi cuộc thoại này kết thúc

Loại 3: Có thể nhập mạng GPRS hoặc GSM nhưng không thể nhập đồng thời

cả 2 mạng Như vậy tại một thời điểm nhất định thiết bị loại 3 hoặc là thiết bị GPRShoặc là thiết bị GSM Nếu đã nhập một loại dịch vụ thì có thể coi rằng thiết bị đã rời

bỏ dịch vụ kia

2.4.2 Giao diện và giao thức trong mạng GPRS

SGSN không chỉ giao diện với BSC để truyền gói tới và nhận gói từ MS màcòn có giao diện logic trực tiếp giữa MS và SGSN: cho báo hiệu (mặt phẳng báohiệu) và cho truyền số liệu (mặt phẳng truyền dẫn), mặc dù về mặt phẳng vật lý cácgiao diện này đều đi qua BSS

Các giao thức của GPRS cung cấp chức năng điều khiển cả truyền tải dữ liệutrên mặt phẳng báo hiệu và mặt phẳng truyền dẫn

2.4.2.1 Mặt phẳng truyền dẫn:

Gồm các cấu trúc giao thức phân lớp phục vụ cho việc truyền tải dữ liệu củangười sử dụng

Một số giao thức trong mặt phẳng truyền dẫn:

- Giao thức GTP: Giao thức này phục vụ cho việc truyển tải dữ liệu giữa cácGSN trong mạng đường trục GPRS

- Giao thức TCP: chuyển các khối dữ liệu gói PDU của GTP trong mạngđường trục GPRS cho các giao thức cần thiết để liên kết dữ liệu tin cậy.

TCP cung cấp khả năng điều khiển luồng và bảo vệ chống lại sự thất thoáthay ngắt quãng các PDU của GTP

- Giao thức IP: Là giao thức được sử dụng trong mạng đường trục GPRS,phục vụ cho việc báo hiệu và định tuyến dữ liệu

- Điều khiển kết nối logic: cung cấp liên kết dữ liệu tin cậy giữa máy đầucuối và SGSN đang phục vụ đầu cuối đó Phục vụ truyền tải các PDU của LLC giữađầu cuối và SGSN, phát hiện và khôi phục các PDU của LLC vị thất lạc hoặc ngắtquãng

- Chuyển tiếp (Relay): Trong BSC chức năng này sẽ chuyển tiếp các PDUcủa LLC giữa giao diện Um và Gb Tại SGSN nó sẽ chuyển tiếp các PDU của PDPgiữa các giao diện Gb và Gn

- Điều khiển kết nối vô tuyến / điều khiển truy nhập trung gian RLC/MAC:chức năng RLC cung cấp một liên kết tin cậy trên giao diện vô tuyến Còn MACđiều khiển các thủ tục báo hiệu truy nhập trên kênh vô tuyến và sắp xếp các khungLLC vào các kênh vật lý

2.4.2.2 Mặt phẳng báo hiệu.

Mặt phẳng báo hiệu bao gồm các giao thức điều khiển và hỗ trợ cho cácchức năng được thực hiên ở mặt phẳng truyền dẫn, nó bao gồm:

- Điều khiển việc truy nhập mạng và rời mạng

- Điều khiển thiết lập các kết nối trong mạng như quá trình khởi hoạt một địachỉ PDP.Điều khiển việc định tuyến trong mạng

- Điều khiển việc ấn định cấp phát tài nguyên

Một số giao diện trong GPRS

Giao diện Gb: SGSN với một hay nhiều khối điều khiển gốc PCU được kếtnối thông qua giao diên Gb

Giao diện Gr: Giao diện này kết nối SGSN với HLR bởi báo số 7, nó cungcấp khả năng truy nhập tới tất cả các nút báo hiệu trong mạng báo hiệu số 7, baogồm HLR của nội mạng PLMN và HLR của PLMN khác Tại giao diện này, giaothức MAP hỗ trợ khả năng trao đổi tín hiệu giữa HLR và SGSN

2.4.3 Cấu trúc đa khung của giao diện vô tuyến GPRS

Mặc dù GPRS cũng sử dụng cùng cơ sở hạ tầng như GSM, việc đưa vàoGPRS cũng có nghĩa rằng phải đưa thêm vào một số kiểu kênh logic mới và các sơ

đồ mã hóa kênh mới áp dụng cho các kênh logic này

Khe thời gian dùng để mang lưu lượng hay báo hiệu liên quan đến GPRSđược gọi là kênh số liệu gói PDCH GPRS sử dụng cấu trúc đa khung 52 khung đốilập với cấu trúc đa khung 26 khung của GSM Trong 52 khung, có 12 khối vô tuyếnmang số liệu của người sử dụng, 2 khe để trống và 2 khe dành cho kênh điều khiểnđịnh thời gói PTCCH Mỗi khối vô tuyến chiếm 4 khung TDMA, như vậy mỗi khối

vô tuyến tương ứng với 4 trường hợp liên tiếp của một khe thời gian

2.4.4 Các kênh logic trong GPRS

2.4.4.1 Kênh điều khiển quảng bá kiểu gói

BCCH có nhiệm vụ phát quảng bá các thông tin về hệ thống dữ liệu gói.PBCCH được sắp xếp lên kênh vật lý tương tự như kênh điều khiển quảng báBCCH trong mạng GSM Phát quảng bá ở đường xuống để thông báo cho các MS

về thông tin đặc thù của số liệu gói

2.4.4.2 Kênh điều khiển chung gói

+ Kênh tìm gọi gói PPCH: Chỉ sử dụng ở đường xuống, mạng sử dụng kênhnày để tìm gọi MS trước khi tải gói xuống

+ Kênh cho phép truy nhập gói PAGCH: Kênh này được sử dụng khi máy diđộng muốn truy nhập mạng để truyền số liệu hoặc báo hiệu

+Kênh báo gói PNCH: Kênh này được sử dụng để gửi bản mẫu định tàinguyên tới nhiều máy di động cùng lúc trong chế độ truyền tải dữ liệu điểm đến đađiểm

2.4.4.3 Các kênh lưu lượng số liệu gói

Được sử dụng để truyền tải dữ liệu trên giao diện vô tuyến Nó được ấn địnhtạm thời cho một MS (hay một nhóm MS trong trường hợp PTM điểm đến đađiểm) Tất cả các kênh PDTCH là kênh đơn hướng (hoặc đường lên hoặc đườngxuống) Điều này đảm bảo khả năng không đối xứng của GPRS Một PDTCHchiếm một khe thời gian và một MS với khả năng sử dụng đa khe có thể sử dụng sốlượng các kênh PDTCH khác nhau ở đường lên và đường xuống

2.4.4.4 Các kênh điều khiển dành riêng gói

- Kênh điều khiển liên kết gói PACCH: là một kênh 2 chiều dùng để chuyểnbáo hiệu và các thông tin khác giữa MS và mạng trong khi truyền gói Kiểu thôngtin được truyền bởi kênh này là: các công nhận, điều khiển công suất, ấn định và ấnđịnh lại tài nguyên

Kênh này được liên kết với một kênh lưu lượng số liệu gói PDTCH .PDCCH không được ấn định cố định một tài nguyên Khi cần gửi thông tin ở kênhPACCH, một phần số liệu gói của người sử dụng sẽ bị ngừng truyền, giống nhưtrường hợp xảy ra ở kênh FACCH của GSM nếu một MS được ấn định mộtPDTCH ở đường lên, nó vẫn phải nghe ở khe thời gian tương ứng trên đườngxuống, thậm chí cả khi khe thời gian này không được ấn định cho MS Mục đích là

để nhận báo hiệu cũng như các công nhận từ mạng được mang trên PACCH

- Kênh điều khiển định thời gói PTCCH: Kênh PTCCH mang thông tin đểđịnh thời trước cho các MS Kênh PTCCH đường lên mang thông tin trong các cụmtruy nhập ngẫu nhiên để cho phép mạng rút ra định thời trước cho việc truyền dẫngói từ MS Kênh PTCCH đường xuống để cập nhật thông tin định thời trước choMS

2.5 Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM (EDGE)

EDGE là thuật ngữ Enhanced Data Rates for GSM Evolution - Tốc độ sốliệu tăng cường để phát triển GSM

Mục tiêu chính của EDGE là tăng cường các khả năng cho qua số liệu củamạng GSM/GPRS Nói một cách khác mục tiêu này là nén nhiều bít hơn trong mộtgiây ở sóng mang có cùng độ rộng băng tầng 200Khz và 8 khe thời gian Để thựchiện điều này người ta chuyển từ sơ đồ điều chế khóa chuyển pha Gau – xo cực tiểu

ở GSM (GMSK) sang sơ đồ điều chế pha tám trạng thái (8 – PSK) Nhờ chuyển đổinày mà lý thuyết EDGE có thể hỗ trợ tốc độ số liệu lên đến 384 Kb/s EDGE tiến bộhơn nhiều so với GPRS, tuy nhiên nó vẫn chưa đạt đến yêu cầu dung lượng của thế

hệ 3 thực sự (tốc độ 2Mb/s) Như vậy có thể coi EDGE là thế hệ thứ 2.5G EDGE

có được sử dụng rộng rãi hay không phụ thuộc nhiểu yếu tố thời gian, nhu cầu vềcác dịch vụ số liệu cao của người sử dụng, mức độ sẵn sàng của các thiết bị đầucuối có khả năng EDGE và giá thành Về mặt thời gian thì sự phát triển của EDGE

và W-CDMA trong cùng một khung thời gian, thực chất các tiêu chuẩn của EDGEđược thực hiện trong khuôn khổ của đề án 3 GPP và là một bộ phận của tập tiêuchuẩn 3GPP 1999 Triển khai EDGE không đòi hỏi phổ tần mới như W-CDMA vàkhông đòi hỏi thay đổi mạng GPRS quá lớn EDGE có thể triển khai với chi phíphải chăng hơn W-CDMA, tuy nhiên việc đầu tư EDGE không giúp chúng ta trêncon đường tiến lên một cơ sở hạ tầng W-CDMA vì vậy EDGE có thể triển khai như

là một bước đệm đáp ứng các nhu cầu hiện tại để tiến lên 3G Hoặc có thể bỏ quagiai đoạn EDGE để tiến thẳng lên 3G hoặc có thể phát triển EDGE như là một hệthống giả thế hệ 3 để bổ sung cho mạng thế hệ 3 W-CDMA

2.5.1 Kiến trúc mạng EDGE.

Mạng EDGE có kiến trúc về cơ bản giống như kiến trúc mạng GPRS: cácphần tử mạng, các giao thức, các giao diện và các thủ tục đều rất giống nhau Tuynhiên cũng có một số điểm khác biệt nhau nhưng không đáng kể Điểm khác đầutiên đó là sự tăng cường của giao diện vô tuyến ở EDGE (mã hóa kênh ở giao diện

vô tuyến) EDGE sử dụng điều chế 8 – PSK

2.5.2 Điều chế

Giống như GSM, GPRS thì EDGE cũng sử dụng các kênh vô tuyến có độrộng 200Khz và 8 khe thời gian Tuy nhiên GSM sử dụng điều chế GMSK cònEDGE sử dụng 8-PSK nên có thể đạt được tốc độ truyền số liệu cao hơn

Mục đích của EDGE là cung cấp được hiệu suất sử dụng băng tần cao hơn cóthể nén được nhiều bit hơn trong độ rộng băng tần 200Khz Điều chế 8 –PSK chophép đạt được mục đích này Ở điều chế này, mỗi ký hiệu là 3 bit và được truyền ởmột trong 8 trạng thái phá sau đây của sóng mang: 450, 900, 1350, 1800, 2250, 2700,

3150

Tuy nhiên, ngoài việc phải tăng thêm giá thành do sản xuất thiết bị sử dụngđiều chế 8 – PSK, ta cũng gặp trở ngại là 8 – PSK nhạy cảm tạp âm hơn so vớiGMSK, vì ở 8 – PSK các trạng thái pha khá gần nhau, nên một lượng tạp âm nhỏhơn so với GMSK là có thể dẫn đến thay đổi vị trí của trạng thái pha và dẫn đếnxuất hiện lỗi Hậu quả trực tiếp của vấn đề này là nếu một BTS hỗ trợ cả điều chếGMSK và 8 – PSK và có cùng một công suất phát cho cả 2 loại điều chế, vùng phủsóng đối với 8 – PSK sẽ hẹp hơn đối với GMSK

2.5.3 Các kênh logic ở giao diện vô tuyến.

EDGE sử dụng các kiểu kênh giống như GPRS, thực chất các kênh này đượcdùng chung giữa GPRS và EDGE Như vậy cả người sử dụng GPRS và EDGE cóthể được ghép chung lên một kênh PDTCH Tất nhiên ở các khối kênh vô tuyến nàykhi PDTCH được sử dụng bởi người sử dụng EDGE, điều chế có thể là GMSK hoặc

8 – PSK Còn khi kênh này được sử dụng cho người sử dụng GPRS thì điều chếnhất thiết phải là GMSK

Một nét quan trọng của các người sử dụng GPRS và EDGE là khi họ chia sẻkênh đường lên là việc sử dụng USF Nhắc lại là USF được sử dụng khi cấp phátđộng, nó được phát ở đường xuống và được sử dụng để chỉ ra MS nào được truynhập đến khối RLC/MAC tiếp theo ở đường lên Nếu một kênh PDTCH được sửdụng cho cả 2 MS GPRS và EDGE thì cả 2 MS này phải có khả năng giải mã USF

để có thể chọn kênh truyền dẫn đường lên Vì thế khi một kênh PDTCH được sửdụng chung cho cả GPRS và EDGE thì mọi khối vô tuyến cấp phát tài nguyênđường lên cho GPRS MS phải sử dụng điều chế GMSK Tất cả các khối vô tuyếnkhác có thể sử dụng điều chế 8 –PSK

2.5.4 Giao thức ứng dụng vô tuyến (WAP)

WAP: Giao thức ứng dụng vô tuyến là một trong số nhiều giao thức được đưa vào lĩnh vực vô tuyến để cho phép người sử dụng di động truy nhập vào mạnginternet

Hình 2.6: Cấu hình hệ thống WAP

WAP được nhiều nhà bán thiết bị di động sử dụng vì nó cung cấp tiêu chuẩn

mở toàn cầu cho các máy điện thoại vô tuyến như: GSm 900, GSM 1800, GSM

1900, CDMA IS 95, TDMA IS 136, các hệ thống thế hệ 3

WAP dùng để cung cấp nội dung internet và các dịch vụ giá trị gia tăng khác.Ngoài ra WAP cũng được thiết kế cho các PDA sử dụng giao thức này Hệ thốngWAP phải có cổng WAP là chức năng kết nối mạng.

Ở mạng di động 2G, WAP cho phép thuê bao di động sử dụng internet mộtcách hạn chế: chỉ có thể truy cập internet, gửi và nhận e – mail ở dạng văn bảnkhông có đồ họa Ở thế hệ 2,5G và 3G các máy cầm tay được trang bị đặc biệt cóthể nhận được đồ họa

`Để các thuê bao di động có thể sử dụng được WAP, nhà khai thác hệ thốngthông tin di động phải cài đặt WAP vào hệ thống của mình và phải cung cấp cácmáy cầm tay có hỗ trợ WAP

MS kết nối internet qua cổng WAP bằng giao thức WAP, cổng WAP sẽ liênlạc với Web server bằng giao thức HTTP WAP sử dụng trình duyệt WAP WML nó

là dạng của ngôn ngữ HTML Do đặc điểm hiển thị hạn chế của các máy điện thoạinên nội dung các trang WAP luôn luôn đơn giản, ngắn gọn và ít hình ảnh Khi ta truycập vào một trang WAP, yêu cầu của ta được tiếp nhận theo giao thức WAP bởi mộtmáy tính cố định của nhà cung cấp dịch vụ Máy tính ấy diễn giải yêu cầu này theogiao thức HTTP rồi gửi đến địa chỉ yêu cầu Như vậy máy tính này đóng vai trò cửangõ WAP Khi nhận được nội dung trang WAP (tập tin WML), cửa ngõ WAP sẽ biêndịch nội dung ấy theo quy cách của WAP và gửi cho điện thoại di động

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THÔNG TIN THẾ HỆ THỨ 3 WCDMA

3.1 Những tiêu chuẩn với hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3

3.1.1 Những tiêu chuẩn chung

Những yêu cầu chung về các dịch vụ và chất lượng được ITU đưa ra, sau đócác tổ chức chuyển hoá và các nhà công nghiệp, khai thác sẽ tiến tới thiết kế mạngđáp ứng các yêu cầu đề ra như sau:

- Mạng phải là băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện, nghĩa

là mạng phải đảm bảo được tốc độ bit lên tới 2 Mbps phụ thuộc vào tốc độ dichuyển 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

- Chất lượng thoại tương đương mạng hữu tuyến.

- Mạng phải có khả năng cung cấp độ rộng băng tần (dung lượng) theo yêucầu Điều này xuất phát từ việc thay đổi tốc độ bit của các dịch vụ khác nhau Ngoài

ra cần đảm bảo đường truyền vô tuyến không đối xứng, chẳng hạn với tốc độ bit cao

ở đường xuống và tốc độ bit thấp ở đường lên hoặc ngược lại

- Có thể cung cấp cả dịch vụ di động và cố định

- Có khả năng chuyển vùng quốc gia và quốc tế

- Hỗ trợ cấu trúc cell nhiều lớp

- Cơ chế tính cước theo dung lượng truyền thay cho thời gian như hiện nay

- Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu nghĩa là gồm cả vệ tinh ITU-R

đã phát triển bộ chỉ tiêu kỹ thuật IMT-2000 IMT-2000 được tạo ra nhằm thoả mãnviệc phát triển các tiêu chuẩn cho phép thiết lập một cơ sở hạ tầng thông tin vôtuyến toàn cầu bao gồm các hệ thống mặt đất và vệ tinh và truy nhập cố định, diđộng cho các mạng công cộng và mạng riêng

3.1.2 Các tiêu chuẩn xây dựng IMT-2000

Dịch vụ di

động

Dịch vụ di động Di động đầu cuối/di động cá nhân/ di

động dịch vụDịch vụ định vị thông

144kbps)

- Dịch vụ số liệu tốc độ tương đối cao

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

tiện

- Dịch vụ video (384kbps)

- Dịch vụ ảnh động (384kbps- 2Mbps)

- Dịch vụ ảnh động thời gian thực (≥2Mbps)

Dịch vụ

Internet

Dịch vụ Internet đơngiản

Dịch vụ truy nhập Web ( 2Mbps)

384kbps-Dịch vụ Internet thờigian thực

Dịch vụ Internet ( 384kbps-2Mbps)

Dịch vụ Internet đaphương tiện

Dịch vụ Website đa phương tiện thời gianthực (≥ 2Mbps)

Bảng 3.1: Tổng kết các dịch vụ ở IMT-2000

+ Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau:

- Đường lên : 1885-2025 MHz

- Đường xuống: 2110-2200 MHz+ Là hệ thống thông tin di động cho các loại hình thông tin vô tuyến:

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

- Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông+ Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau: trong công sở, ngoài đường,trên xe, vệ tinh

+ Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:

- Môi trường nhà ảo (VHE): trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân

và chuyển mạch toàn cầu

- Đảm bảo chuyển mạng quốc tế

- Đảm bảo dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyểnmạch cho kênh và số liệu chuyển mạch cho gói

+ Môi trường hoạt động của IMT-2000 được chia thành 4 vùng với các tốc

độ bit Rb phục vụ như sau:

- Vùng 1: trong nhà, ô pico, Rb ≤ 2Mbps

- Vùng 2: thành phố, ô micro, Rb ≤ 384Mbps

- Vùng 3: ngoại ô, ô macro, Rb ≤ 144Mbps

- Vùng 4: toàn cầu, Rb = 9,6Mbps

3.2 Công nghệ CDMA sử dụng trong hệ thống 3G

3.2.1 Nguyên lý trải phổ CDMA

Các hệ thống số được thiết kế tận dụng dung lượng một cách tối đa Theonguyên lý dung lượng kênh truyền của Shannon được mô tả trong công thức dướiđây, rõ ràng dung lượng kênh truyền có thể được tăng lên bằng cách tăng băng tầnkênh truyền

Gp=Bt/Bi hoặc Gp=B/RTrong đó Bt: là độ rộng băng tần truyền thực tế

Bi: độ rộng băng tần của tín hiệu mang tin B: là độ rộng băng tần RF

R: là tốc độ thông tin Mối quan hệ giữ tỷ số S/N và tỷ số Eb/I0, trong đó Eb là năng lượng trên mộtbit, và I0 là mật độ phổ năng lượng tạp âm, thể hiện trong công thức sau :