Lộ trình phát triển của thông tin di động từ GSM lên 3g

qua kênh thiết lập mạnh nhất.2.4 Sự phát triển của mạng GSM lên 3G [2] 2.4.1 Hệ thống GSM sẽ được nâng cấp từng bước lên thế hệ ba [2] Để đáp ứng được các dịch vụ mới về truyền thông đa

LỜI NÓI ĐẦU

Ra đời vào những năm 40 của thế kỷ XX, thông tin di động đã và đang ngàycàng góp công vào sự phát triển mạnh mẽ của thế giới nói chung và của ngành viễn

hai nhà cung c p d ch v di đ ng l n nh t là Vinaphone vàấ ị ụ ộ ớ ấ

tuy n WCDMA t công ngh s n có đ xây d ng h th ng thôngế ừ ệ ẵ ể ự ệ ố

lên 3G"

Ch ươ ng 1: T ng quan v thông tin di đ ng s ổ ề ộ ố

Tìm hi u phát tri n c a thông tin di đ ng và các phể ể ủ ộ ương

Chương này sẽ giới thiệu về sự hình thành và phát triển của hệ thống thông tin

di động GSM, kiến trúc mạng GSM, phương pháp đa truy cập trong GSM, các thủtục thông tin của thuê bao sử dụng trong mạng và sự cần thiết phải nâng cấp mạngGSM lên thế hệ 3G

Ch ươ ng 3: Lộ trình phát triển từ GSM lên 3G

Tìm hiểu sự phát triển mạng GSM lên 3G và các cấu trúc cơ bản của hệ thống trên cơ

sở từ GSM

Ch ươ ng 4: Công ngh di đ ng th h th 3 – WCDMA ệ ộ ế ệ ứ

khoa công ngh Tr ệ ườ ng H VINH Đ đã t o m i đi u ki n t t nh tạ ọ ề ệ ố ấ

Vinh, ngày 25 tháng 02 n m 2010 ă

SINH VIÊN TH C HI N Ự Ệ

Nguyễn Hữu Hải

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 3

TÓM TẮT ĐỒ ÁN……… 5

………

DANH SÁCH HÌNH VẼ 6

KÝ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT……… 7

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ………

15

1.1 Giới thiệu 15

1.2 Lộ trình phát triển các thế hệ di động 15

1.2.1 thống thông tin di dộng thế hệ 1……… 16

1.2.2 thống thông tin di dộng thế hệ 2……… 17

1.2.3 thống thông tin di động thế hệ ba……… 19

1.3 Kết luận 20

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 21

2.1 Giới thiệu 21

2.2 Cấu trúc mạng GSM 22

2.3 Các thủ tục thông tin 26

2.3.1 Đăng nhập thiết bị vào mạng 26

2.3.2 Chuyển vùng 26

2.3.3 Thực hiện cuộc gọi 26

2.4 Sự phát triển của mạng GSM lên 3G 29

2.4.1 Hệ thống GSM sẽ được nâng cấp từng bước lên thế hệ ba 29

2.4.2 Các giải pháp nâng cấp 29

2.5 Kết luận 31

CHƯƠNG 3: LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ GSM LÊN 3G 32

3.1 Giới thiệu 32

3.2 Công nghệ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD 33

3.3 Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS 35

3.3.1 Giới thiệu GPRS 35

3.3.2 Các đặc điểm của mạng GPRS 36

3.3.3 Cấu trúc của mạng GPRS 37

3.3.4 Giao thức trong mạng GPRS 42

3.3.5 Giao diện vô tuyến 43

3.3.6 Các chức năng của GPRS 44

3.3.7 Nhập mạng GPRS 53

3.3.8 Khả năng phát triển của GPRS lên 3G 55

3.4 Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM (EDGE) 55

3.4.1 Kỹ thuật điều chế trong EDGE 56

3.4.2 Giao tiếp vô tuyến 57

CHƯƠNG 4: CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 3 – WCDMA 59

4.1 Giới thiệu 59

4.2 Khái niệm và các chuẩn của công nghệ WCDMA 59

4.2.1 Khái niệm về công nghệ WCDMA 59

4.2.2 Các chuẩn di động thuộc 3G 61

4.2.3 Các nhà cung cấp dịch vụ 3G trên thế giới 63

4.3 Các dịch vụ trong W-CDMA 65

4.4 Cấu trúc mạng W-CDMA 66

4.4.1 UE (User Equipment) 67

4.4.2 UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network) 67

4.4.3 CN (Core Network) 68

4.4.4 Các mạng ngoài 68

4.4.5 Các giao diện vô tuyến 68

4.5 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 69

4.5.1 Đặc trưng của UTRAN 69

4.5.3 Giao diện vô tuyến 71

4.5.4 Cấu trúc IU CS 71

4.5.5 Cấu trúc IU PS 72

4.6 Các loại kênh trong UTRAN 73

4.6.1 Các kênh lôgic 73

4.6.2 Các kênh vật lý 74

4.6.3 Các kênh truyền tải 75

4.7 Trải phổ trong thông tin di động thế hệ 3 78

4.8 Chuyển giao 79

4.8.1 Mục đích của chuyển giao 79

4.8.2 Trình tự chuyển giao 80

4.8.3 Các loại chuyển giao 83

4.9 Điều khiển công suất 85

4.9.1 Điều khiển công suất vòng hở (OLPC) 86

4.9.2 Điều khiển công suất vòng kín (CLPC) 87

4.9.3 Các trường hợp điều khiển công suất đặc biệt 88

4.10 Kết luận chương 4 90

KẾT LUẬN CHUNG 91 CHUNG TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Với đề tài ”lộ trình phát triển cua thông tin di động từ GSM lên 3G”.Đồ án

đá nêu lên được sự phát triển mạnh mẽ của thông tin di động trên thế giới nói chung

và ngành viễn thông nói riêng với sự đột phá nhanh chóng Đề tài này đá nêu lênquá trình phát triển từ GSM với những dich vụ thoại và các kênh tần số dành riêngcho người sử dụng…Không chỉ dừng ở đó các nhà nghiên cứu đá không ngừngphát triển công nghệ di động đang nỗ lực hướng tới một hệ thống tin di động hoànhảo hơn lúc này công nghệ 3G đã được ra đời đánh giá sự nhảy vót nhanh chóng về

cả ứng dụng và dung lượng so với các thế hệ trước đó với những tính năng ưuviệt,cung cấp nhiều tính năng vượt trội,phong phú phú hơn Kiến trúc mạngWCDMA là một phần quan trọng là một trong những tiền đề lúc đó chúng ta có thểhiểu được cái chuẩn của 3G từ những lợi ích của WCDMA mang lại.Hi vọng rằngvới công nghệ 3G sẽ là động lực hướng tới một tương lai xa hơn nữa

Project raised the strong development of mobile communications around the world ingeneral and in particular the telecommunications industry with breakthrough Quickchong.De this and raised the development process with the service from a GSMphone and the frequency channels for users Not only that the researchers did notstop developing mobile technology are working towards a system more perfectmobile 3G technology at this time was born assess quickly jump on both applicationsand storage than the previous generation with the advantages Vietnamese , providessuperior features, more extensive variety WCDMA network architecture is animportant part of one of the premises at which we can understand the standard of thebenefits of 3G WCDMA bring lai.Hi expectation that 3G technology is the drivingforce toward a further future

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Lộ trình phát triển của các thế hệ di động 15Hình 2.1 Mô hình hệ thống thông tin di động tế bào 22

Hình 2.3 Gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định 27

Hình 2.4 Gọi từ diện thoại cố định đến thiết bị di động 27

Hình 2.5 Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G 30

Hình 2.6 Quá trình nâng cấp GSM lên WCDMA 31

Hình 3.1 Cấu trúc hệ thống HSCSD 34

Hình 3.2 Cấu trúc mạng GPRS 38

Hình 3.3 Mạng đường trục GPRS 41

Hình 3.4 Nhập mạng GPRS 54

Hình 3.5 Điều chế 8PSK 56

Hinh 4.1 Các dịch vụ đa phương tiện trong hệ thống thông tin di động thứ ba 65

Hinh 4.2 Cấu trúc của UMTS 66

Hình 4.3 Cấu trúc UTRAN 69

Hình 4.4 Mô hình tổng quát của các giao diện vô tuyến của UTRAN 71

Hình 4.5 Các laoij kênh trong UTRAN 73

Hình 4.6 Các kênh vật lý đường lên 74

Hình 4.7 Các kênh vật lý đường xuống 75

Hình 4.8 Kênh truyền tải đường lên và đường xuống 77

Hình 4.9 Tín hiệu trải phổ 78

Hình 4.10 Tiến trình thực hiện chuyển giao 81

Hình 4.11 Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao 82

Hình 4.12 Chuyển giao mềm 84

Hình 4.13 Chuyển giao mềm và mềm hơn 84

Hình 4.14 Các cơ chế điều khiển công suất của WCMA 86

Hình 4.15 OLPC đường lên 86

Hình 4.16 Cơ chế điều khiển công suất OPLC 87

Hình 4.17 Điều khiển công suất kết hợp với chuyển giao mềm 88

KÝ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

A

ACCH Associated Control Channels

Kênh điều khiển liên kết

AI Acquisition Indicator

Chỉ thị bắt.

AMPS Advanced Mobile Phone System

Hệ thống điện thoại di động tiên tiến

ARQ Automatic Repeat Request

Yêu cầu lặp lại tự động

Tầng truy nhập

Cụm thâm nhậpAUC Authentication Centre

Trung tâm nhận thựcAUTN Authentication Token Network

Thẻ nhận dạng mạngAGCH Access Grant Channel

Kênh cho phép thâm nhậpAMR Adaptive Multi Rate

Mã hóa nhiều tốc độ thích ứngATM Asynchronous Tnsfer Mode

Chế độ truyền không đồng bộAWGN Addition White Gaussian Noise

Tạp âm Gauss trắng cộng sinh

B

BCCH Broadcast Control Channel

Kênh quảng bá điều khiển

BPSK Binary Phase Shift Keying

Khóa dịch pha nhị phân

BSIC Base Transceiver Station Identity Code

Mã nhận dạng trạm thu phát gốc

Cổng đường biên

CSPDN Circuit Switch Public Data Network

Mạng số liệu công cộng chuyển mạch theo mạchCCCH Common Control Channel

Kênh điều khiển chung

CDMA Code Division Multiple Access

Đa truy cập chia theo mã

C/I Carrier to Interference ratio

Tỷ số sóng mang trên nhiễu

CCH Control Chanel

Kênh điều khiển CCPCH Common Control Physical Chanel

Kênh vật lý điều khiển chung

CPCC Common Power Control Chanel

Kênh điều khiển công suất chung

CPCH Common Packet Chanel

Kênh gói chung

CPICH Common Pilot Chanel

Kênh hoa tiêu chung

Bản ghi dữ liệu cướcCTCH Common Traffic Channel

Kênh lưu lượng chungCLPC Closed loop Power Control

Điều khiển công suất vòng kín

CC Convolutional Code

Mã xoắnCRC Cyclic Redundance Check

Kiểm tra độ dư vòng

D

DCA Dynamic Chanel Allocation

Phân bổ kênh động

DCCH Dedicated Control Channel

Kênh điều khiển dành riêng

DPCCH Dedicated Physical Control Chanel

Kênh điều khiển vật lý riêng

DPCH Dedicated Physical Chanel

Kênh vật lý riêng

DPDCH Dedicated Physical Data Chanel

Kênh số liệu vật lý riêng

DTCH Dedicated Traffic Chanel

Kênh lưu lượng riêng

DTE Data Terminal Equipment

Thiết bị đầu cuối số liệu

DSCH Downlink Shared Chanel

Kênh dùng chung đường xuống

DSSS Direct Sequence Spread Spectrum

Trải phổ chuỗi trực tiếp

E

EDGE Enhanced Data rate for GSM Evolution

Tăng tốc độ truyền dẫn…

ETSI European Telecommunications Standards Institute

Viện Tiêu chuẩn viễn thông châu Âu

EIR Equipment Identification Register

Bộ ghi nhận dạng thiết bịECSD Enhanced Circuit Switched Data

Tăng cường dữ liệu chuyển mạch kênh

F

FACCH Fast Associated Control Channel

Kênh điều khiển liên kết nhanh

FACH Forward Access Chanel

Kênh truy nhập đường xuống

FAUSCH Fast Uplink Signalling Chanel

Kênh báo hiệu đường lên nhanh

FCCCH Forward Common Control Chanel

Kênh điều khiển chung đường xuống

FCCH Frequency Correction Channel

Kênh hiệu chỉnh tần số

FDD Frequency Division Duplex

Ghép kênh song công phân chia theo tần số

FDMA Frequence Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo tần sốFDCCH Forward Dedicated Control Chanel

Kênh điều khiển riêng đường xuống.

FSK Frequency Shift Keying

Khoá điều chế dịch tần

FHSS Frequency Hopping Spreading Spectrum

Trải phổ nhảy tầnFACCH Fast Associated Control Channel

Kênh điều khiển liên kết nhanhFER Frame Error Rate

Tỷ lệ lỗi khung

G

GOS Grade Of Service

Cấp độ phục vụ

GSM Global System for Mobile Communication

Thông tin di động toàn cầuGPS Global Position System

Hệ thống định vị toàn cầu

GPRS General Packet Radio Services

Dịch vụ vô tuyến gói chung

Giao thức đường hầm GPRS

Nút hỗ trợ GPRS3GPP Third Generation Partnership Pecject

Tổ chức chuẩn hóa các công nghệ mạng thông tin di động tế bào

H

Handover Chuyển giao

Chuyển giao cứng

HSCSD Hight Speed Circuit Switched Data

Hệ thống chuyển mạch kênh tốc độ cao

HPLMN Home Public Land Mobile Network

Mạng di động mặt đất công cộng thường trúHPSK Hybrid Phase Shift Keying

Điều chế pha hỗn hợpHLR Home Location Register

Bô ghi định vị trường trú

I

IMT-2000 International Mobile Telecommunication

Tiêu chuẩn thông tin di động toàn cầu

IMSI International Mobile Subscriber Identity

Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế

IP Internet Protocol

Giao thức Internet

IS-54 Interim Standard 54

Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA của Mỹ (do AT&T đề xuất)

IS-136 Interim Standard 136

Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến của Mỹ (AT&T)

IS-95A Interim Standard 95A

Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến của Mỹ (Qualcomm)ISDN Integrated Servive Digital Network

Mạng số đa dịch vụ

ITU-R International Mobile Telecommunication Union Radio Sector

Liên minh viễn thông quốc tế - bộ phận vô tuyến

IWF InterWorking Function

Chức năng tương tác mạngIMEI International Mobile Equipment Identity

Số nhận dạng di động quốc tế

L

LAC Link Access Control

Điều khiển truy nhập liên kết

LAI Location Area Indentify

Nhận dạng vùng vị trí

LLC Logical Link Control

Điều khiển liên kết logic

LR Location Registration

Đăng ký vị trí

LFSR Linear Feedback Shift Register

Bộ thanh ghi dịch có mạch hồi tiếp tuyến tính

MSC Mobile Service Switching Center

Tổng đài di động

MSK Minimum Shift Keying

Điều chế khóa pha cực tiểuMCC Mobile Country Code

Mã quốc gia của mạng di độngMNC Mobile Network Code

Mã mạng thông tinn di độngMSIN Mobile Station Identification Number

Số nhận dạng trạm di độngMSRN Mobile Station Roaming Number

Số lưu động của thuê bao di độngMMS Multimedia Messaging Service

Dịch vụ tin nhắn đa phương tiệnMAC Medium Access Control

Điều khiển truy nhập môi trường

Node B Là nút logic kết cuối giao diện IuB với RNC

NSS Network and Switching Subsystem

Hệ thống chuyển mạch NMC Network Management Center

Trung tâm quản lý mạng

O

ODMA Opportunity Driven Multiplex Access

Đa truy cập theo cơ hội

OM Operation and Management

Khai thác và bảo dưỡng

OSS Opration Subsystem

Hệ thống con khai thácOMC Operation & Maintenance Center

Trung tâm quản lý và bảo dưỡngOLPC Open Loop Power Control

Điều khiển công suất vòng hở

P

PAGCH Paging and Access

PCCC Parallel Concatenated Convolutional Code

Mã xoắn móc nối song song

PCCH Paging Contrlo Chanel

Kênh điều khiển tìm gọi

Kênh nhắn tin

PCPCH Physical Common Packet Chanel

Kênh gói chung vật lý

PCS Personal Communication Services

Dịch vụ thông tin cá nhân

PLMN Public Land Mobile Network

Mạng di động mặt đất công cộng

PSTN Public Switched Telephone Network

Mạng chuyển mạch thoại công cộng

PSPDN Packet Switched Public Data Network

Mạng số liệu công cộng chuyển mạch góiPCM Pulse Code Modulation

Điều chế xung mãPLL Physical Link Layer

Lớp đường truyền vật lýPTP Point to Point

Điểm - điểmPTM Point to Multi point

Điểm – đa điểm

RACH Random Access Channel

Kênh truy cập ngẫu nhiên

RRC Radio Resource Control

Điều khiển tài nguyên vô tuyến

S

SCH Synchronization Channel

Kênh đồng bộ

Kênh điều khiển dành riêng.

SDMA Space Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo không gian

T

TACH Traffic and Associated Channel

Lênh lưu lượng và liên kết

TCH Traffic Channel

Kênh lưu lượng

TDMA Time Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo thời gianTDD Time Division Duplex

Ghép song công phân chia thời gian

U

UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu

UMTS Universal Mobile Telecommunnication System

WCDMA Wideband Code Division Multiplex Access

Đa truy cập phân chia theo mã băng rộng

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ 1.1 Giới thiệu

Ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940, đến nay thông tin di động đã trải qua nhiềuthế hệ.Thế hệ không dây thứ 1 là thế hệ thông tin tương tự sử dụng công nghệ đa truycập phân chia phân chia theo tần số (FDMA) Thế hệ thứ 2 sử dụng kỹ thuật số vớicông nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo mã(CDMA) Thế hệ thứ 3 ra đời đánh giá sự nhảy vọt nhanh chóng về cả dung lượng và

ứng dụng so với các thế hệ trước đó, và có khả năng cung cấp các dịch vụ đa phươngtiện gói là thế hệ đang được triển khai ở một số quốc gia trên thế giới.

1.2 Lộ trình phát triển các thế hệ di động

Hình 1.1 trình bày tóm tắt lộ trình phát triển các thế hệ thông tin di dộng từ 1Gđến 3G Để tiến tới thế hệ ba, thế hệ 2 phải trải qua một giai đoạn trung gian, giaiđoạn này được gọi là 2, 5G[1]

Hình 1.1 Lộ trình phát triển của các thế hệ thông tin di động[1]

Hình 1.1 chúng ta có thể nhìn nhận khái quát chung về sự phát triển của thế

hệ thông tin di động một số nét như bảng 1.1

Bảng 1.1 Một số nét chính của nền tảng thông tin di động từ thế hệ 1G đến 3G

GSM (1900)

GSM (900)

GSM (1900)

IS - 136 (1900)

IS-95CDMA (1900)

IS-95CDMA (800)

GPRS

EDGE

W-CDMA

cdma2000 Nx

Chủ yếu cho thoạikết hợp với dịch vụbản tin ngắn

TDMA hoặc CDMA, số,băng kẹp (8-13Kbit/s)

Thế hệ trung

gian(2,5G)

GPRS, EDGE, CDMA200-1x

Trước hết là tiếngthoại có đưa thêmcác dịch vụ số liệugói

TDMA(kết hợp nhiều khehoặc nhiều tần số),CDMA, sử dụng chồnglấn phổ tần của thế hệ hainếu không sử dụng phổtần mới, tăng cườngtruyền số liệu gói cho thế

hệ hai

Thế hệ

3(3G)

CDMA2000, W-CDMA

Các dịch vụ tiếng

và số liệu gói đượcthiết kế để truyềntiếng và số liệu đaphương tiện là nềntảng thực sự củathế hệ ba

CDMA, CDMA kết hợpTDMA, băng rộng(tới 2Mbit/s), sử dụng chồnglấn lên thế hệ hai hiện cónếu không sử dụng phổtần mới

1.2.1 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1 [1]

Phương pháp đơn giản nhất về truy nhập kênh là đa truy nhập phân chia tần số

Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số(FDMA) và chỉ hổ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng kỹ thuật điều chế tương

tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người sử dụng Với FDMA, khách hàng được cấpphát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần số Sơ đồ báo hiệucủa hệ thống FDMA khá phức tạp, khi MS bật nguồn để hoạt động thì nó dò sóng tìmđến kênh điều khiển dành riêng cho nó Nhờ kênh này, MS nhận được dữ liệu báohiệu gồm các lệnh về kênh tần số dành riêng cho lưu lượng người dùng Trong

trường hợp nếu số thuê bao nhiều hơn so với các kênh tần số có thể, thì một số người

bị chặn lại không được truy cập

Đa truy nhập phân chia theo tần số nghĩa là nhiều khách hàng có thể sử dụngđược dải tần đã gán cho họ mà không bị trùng nhờ việc chia phổ tần ra thành nhiềuđoạn Phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thành 2N dải tần số kế tiếp,

và được cách nhau bằng một dải tần phòng vệ Mỗi dải tần số được gán cho một kênhliên lạc N dải kế tiếp dành cho liên lạc hướng lên, sau một dải tần phân cách là N dải

kế tiếp dành riêng cho liên lạc hướng xuống

Đặc điểm:

- Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến

- Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể

- BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS

Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di dộng tiên tiến (AdvancedMobile phone System - AMPS)

Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản.Tuy nhiên hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cảdung lượng và tốc độ Vì các khuyết điểm trên mà nguời ta đưa ra hệ thống thông tin

di dộng thế hệ 2 ưu điểm hơn thế hệ 1 về cả dung lượng và các dịch vụ được cungcấp

1.2.2 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 [1 ]

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao cả về số lượng và chất lượng,

hệ thống thông tin di động thế hệ 2 được đưa ra để đáp ứng kịp thời số lượng

lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số

Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng điều chế số Và chúng sử dụng 2 phương pháp đa truy cập:

- Đa truy cập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access TDMA)

- Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access - CDMA)

• Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA

Với phương pháp truy cập TDMA thì nhiều người sử dụng một sóng mang vàtrục thời gian được chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để dành cho nhiều người

sử dụng sao cho không có sự chồng chéo Phổ quy định cho liên lạc di động được

chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này dùng chung cho N kênh liênlạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ một khung Các thuê baokhác dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian, mỗi thuê bao được cấp phát cho mộtkhe thời gian trong cấu trúc khung

Đặc điểm:

- Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số

- Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong đómột băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy di động vàmột băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ máy di động đến trạm gốc Việcphân chia tần như vậy cho phép các máy thu và máy phát có thể hoạt động cùng mộtlúc mà không sợ can nhiễu nhau

- Giảm số máy thu phát ở BTS

- Giảm nhiễu giao thoa

Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu (GlobalSystem for Mobile Communications - GSM)

Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn kỹ thuật FDMA Hệthống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng xử lý không quá 106lệnh trong 01 giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử lý hơn 50x106 lệnhtrên giây

• Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

Với phương pháp đa truy cập CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiềungười sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi màkhông sợ gây nhiễu lẫn nhau Những người sử dụng nói trên được phân biệt với nhaunhờ dùng một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai Kênh vô tuyến CDMA đượcdùng lại mỗi cell trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ

mã trải phổ giả ngẫu nhiên (Pseudo Noise - PN)

Đặc điểm của CDMA:

- Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz

- Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp

- Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường rấtnhỏ và chống fading hiệu quả hơn FDMA, TDMA

- Việc các thuê bao MS trong cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyềndẫn vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn vấn đề, chuyển giaotrở thành mềm, điều khiển dung lượng cell rất linh hoạt

1.2.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ

ba [5]

Công nghệ thông tin di động số thế hệ ba Công nghệ này liên quan đến nhữngcải tiến đang được thực hiện trong lĩnh vực truyền thông không dây cho điện thoại và

dữ liệu thông qua bất kỳ chuẩn nào trong những chuẩn hiện nay Đầu tiên là tăng tốc

độ bit truyền từ 9.5Kbps lên 2Mbps Khi số lượng thiết bị cầm tay được thiết kế đểtruy cập Internet gia tăng, yêu cầu đặt ra là phải có được công nghệ truyền thôngkhông dây nhanh hơn và chất lượng hơn Công nghệ này sẽ nâng cao chất lượngthoại, và dịch vụ dữ liệu sẽ hỗ trợ việc gửi nội dung video và multimedia đến cácthiết bị cầm tay và điện thoại di động

Các hệ thống thông tin di động số hiện nay đang ở giai đoạn chuyển từ thế hệ2.5G sang thế hệ 3 (3 - Generation) Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng và các dịch

vụ thông tin di động, ngay từ đầu những năm đầu của thập kỷ 90 người ta đã tiếnhành nghiên cứu hoạch định hệ thống thông tin di động thế hệ ba ITU-R đang tiếnhành công tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000 Ởchâu Âu ETSI đang tiến hành tiêu chuẩn hóa phiên bản này với tên gọi là UMTS(Universal Mobile Telecommunnication System) Hệ thống mới này sẽ làm việc ở dảitần 2GHz Nó sẽ cung cấp nhiều loại hình dịch vụ bao gồm các dịch vụ thoại và sốliệu tốc độ cao, video và truyền thanh Tốc độ cực đại của người sử dụng có thể lênđến 2Mbps Người ta cũng đang tiến hành nghiên cứu các hệ thống vô tuyến thế hệthứ tư có tốc độ lên đến 32Mbps

Hệ thống thông tin di động thế hệ ba được xây dựng trên cơ sở IMT – 2000 vớicác tiêu chí sau:

- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz với đường lên có dải tần 2025MHz và đường xuống có dải tần 2110-2200MHz

1885 Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến,

tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến, đồng thời tương tác với mọi loạidịch vụ viễn thông.

- Hệ thống thông tin di động 3G sử dụng các môi trường khai thác khác nhau

- Có thể hỗ trợ các dịch vụ như: Môi trường thông tin nhà ảo (VHE – VitualHome Environment) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạchtoàn cầu; Đảm bảo chuyển mạng quốc tế; Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồngthời cho thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói

- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

Các hệ thống thông tin di động thế hệ hai phát triển thông dụng nhất hiện nay là:GSM, cdmaOne (IS-95), TDMA (IS-136), PDC Trong quá trình thiết kế hệ thốngthông tin di động thế hệ ba, các hệ thống thế hệ hai được cơ quan chuẩn hóa của từngvùng xem xét để đưa ra các đề xuất tương ứng thích hợp với mỗi vùng

…

Ủy ban Châu Âu (EC) đưa ra lời hướng dẫn yêu cầu các quốc gia thành viên sửdụng GSM cho phép liên lạc di động trong băng tần 900MHz Viện tiêu chuẩn viễnthông Châu Âu (ETSI) định nghĩa GSM khi quốc tế chấp nhận tiêu chuẩn hệ thốngđiện thoại tế bào số.

Lời đề xuất có kết quả vào tháng 9 năm 1987, khi 13 nhà điều hành và quản lýcủa nhóm cố vấn CEPT GSM thỏa thuận ký hiệp định GSM MoU “Club”, với ngàykhởi đầu là 1 tháng 7 năm 1991

GSM là từ viết tắt của Global System for Mobile Communications (hệ thốngthông tin di động toàn cầu), trước đây có tên là Groupe Spécial Mobile

Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM là hệ thống thông tin tế bào số tíchhợp và toàn diện, được phát triển đầu tiên ở Châu Âu và đã nhanh chóng phát triểntrên toàn thế giới Mạng được thiết kế phù hợp với hệ thống ISDN và các dịch vụ màGSM cung cấp là một hệ thống con của dịch vụ ISDN chuẩn

GSM đầu tiên được thiết kế hoạt động ở dải tần 890-915 MHz và 935-960MHz, hiện nay là 1.8GHz Một vài tiêu chuẩn chính được đề nghị cho hệ thống:

- Chất lượng âm thoại chính thực sự tốt

- Giá dịch vụ và thuê bao giảm

- Hỗ trợ liên lạc di động quốc tế

- Khả năng hỗ trợ thiết bị đầu cuối trao tay

- Hỗ trợ các phương tiện thuận lợi và dịch vụ mới

- Năng suất quang phổ

- Khả năng tương thích ISDN

Tiêu chuẩn được ban hành vào tháng giêng năm 1990 và những hệ thốngthương mại đầu tiên được khởi đầu vào giữa năm 1992 Tổ chức MoU(Memorandum of Understanding) thành lập bởi nhà điều hành và quản lý GSM đượccấp phép đầu tiên, lúc đó có 13 hiệp định được ký kết và đến nay đã có 191 thànhviên ở khắp thế giới Tổ chức MoU có quyền lực tối đa, được quyền định chuẩnGSM.

Hình 2.1 Mô hình hệ thống thông tin di động tế bào [ 5]

2.2 Cấu trúc mạng GSM [5]

Các kí hiệu :

Mạng tế bào vô tuyến

MSTOPSTN

SS: Hệ thống chuyển mạch

OSS: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng

PSPDN: Mạng chuyển mạch công cộng theo gói

PLMN: Mạng di động công cộng mặt đất

• Phân hệ trạm gốc (BSS)

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

kế cận để tránh nhiễu giao thoa BTS được điều khiển bởi bộ điều khiển trạm gốcBSC Các BSC được phục vụ bởi trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động (MSC).Một BSC điều khiển nhiều BTS

BSS nối với MS thông qua giao diện vô tuyến và cũng nối đến NSS Một bộphận TRAU (Transcoder/Rate Adaption Unit) thực hiện mã hoá và giải mã đồng thờiđiều chỉnh tốc độ cho việc truyền số liệu

Hệ thống GSM sử dụng mô hình OSI (Open System Interconnection) Có 3 giaodiện phổ biến trong mô hình OSI: giao diện vô tuyến giữa MS và BTS, giao diện Agiữa MSC và BSC và giao diện A-bis giữa BTS và BSC

- Đài vô tuyến gốc BTS: Một BTS bao gồm các thiết bị phát thu, anten và xử lý

tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến Có thể coi BTS là các modem vô tuyến phứctạp có thêm một số các chức năng khác Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU(Transcoder and rate adapter unit: khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ) TRAU làthiết bị mà ở đó quá trình mã hóa và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiếnhành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu TRAU

là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể đặt nó cách xa BTS và thậm chí trongnhiều trường hợp được đặt giữa các BSC và MSC

- Đài điều khiển trạm gốc BSC: BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô

tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa BTS và MS Các lệnh này chủ yếu là cáclệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao (handover) Một phíaBSC được nối với BTS còn phía kia nối với MSC của SS Trong thực tế BSC là mộttổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể Vai trò chủ yếu của nó là quản lý cáckênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao (handover) Một BSC trung bình có thểquản lý tới vài chục BTS phụ thuộc vào lưu lượng của các BTS này Giao diện giữaBSC với MSC được gọi là giao diện A, còn giao diện giữa nó với BTS được gọi làgiao diện Abis

- Chức năng tương tác mạng IWF (InterWorking Function): Là cổng giao tiếp

giữa người dùng mạng GSM với các mạng ngoài như PSPDN, CSPDN…Để kết nốiMSC với một số mạng khác cần phải thích ứng với các đặc điểm truyền dẫn củaGSM với các mạng này Các thích ứng này được gọi là các chức năng tương tác baogồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn Nó cho phép kết nối với cácmạng: PSPDN (mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói) hay CSPDN (mạng số liệucông cộng chuyển mạch theo mạch), nó cùng tồn tại khi các mạng khác chỉ đơn thuần

là PSTN hay ISDN IWF có thể được thực hiện trong cùng chức năng MSC hay cóthể ở thiết bị riêng, ở trường hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở

- Thanh ghi định vị thường trú HLR (Home Location Register): chứa tất cả các

thông tin về thuê bao, và các thông tin liên quan đến vị trí hiện hành của thuê bao,nhưng không chính xác HLR có trung tâm nhận thực AUC (Authentication Center)

và thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register) AUC quản lý bảomật dữ liệu cho việc nhận thực thuê bao EIR chứa các số liệu phần cứng của thiết bị

- Thanh ghi định vị tạm trú VLR (Visitor Location Register): VLR là cơ sở dữ

liệu thứ hai trong mạng GSM Nó được nối đến một hoặc nhiều MSC, có nhiệm vụlưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụcủa MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên đểcập nhật cho MSC với mức độ chính xác hơn HLR

- MSC cổng (GMSC): SS có thể chứa nhiều MSC, VLR, HLR Để thiết lập một

cuộc gọi đến người sử dụng GSM, trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến mộttổng đài cổng được gọi là GMSC mà không cần biết đến hiện thời thuê bao đang ởđâu Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyếncuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời (MSC tạm trú)

• Phân hệ khai thác và hỗ trợ (OSS)

Hệ thống khai thác và hỗ trợ được nối đến tất cả các thiết bị ở hệ thống chuyểnmạch và nối đến BSC Nó cung cấp hỗ trợ ít tốn kém cho khách hàng để đảm bảocông tác bảo dưỡng khai thác tại chỗ OSS có các tính năng chính như sau:

- Mô hình mạng logic được máy tính hóa

- Các khai thác định hướng theo hành động

- Các chức năng quản lý điều khiển theo thực đơn.

- Các phương tiện thu thập số liệu và xữ lý

Mục đích chính của OSS là đảm bảo theo dõi tổng quan hệ thống và hỗ trợ cáchoạt động bảo dưỡng của các cơ quan khai thác và bảo dưỡng khác nhau

2.3 Các thủ tục thông tin [2]

2.3.1 Đăng nhập thiết bị vào mạng

Khi một thuê bao không ở trạng thái gọi, nó sẽ quét 21 kênh thiết lập trên tổng

số 416 kênh Sau đó nó chọn một kênh mạnh nhất và khóa ở kênh này Sau 60s quátrình tự định vị được lặp lại

Khi thuê bao bật lên, thiết bị dò tần số GSM để tìm kênh điều khiển Sau đó,thiết bị đo cường độ của tín hiệu từ các kênh và ghi lại Cuối cùng chuyển sang kếtnối với kênh có tín hiệu mạnh nhất

2.3.2 Chuyển vùng [2]

Vì GSM là một chuẩn chung nên thuê bao có thể dùng điện thoại hệ GSM tạihầu hết các mạng GSM trên thế giới Trong khi di chuyển thiết bị liên tục dò kênh đểluôn duy trì tín hiệu với trạm là mạnh nhất Khi tìm thấy trạm có tín hiệu mạnh hơn,thiết bị sẽ tự động chuyển sang trạm mới, nếu trạm mới nằm trong vùng phủ khácthiết bị sẽ báo cho mạng biết vị trí mới của mình

Riêng trong chế độ chuyển vùng quốc tế hoặc chuyển vùng giữa mạng của hainhà khai thác dịch vụ khác nhau thì quá trình cập nhật vị trí đòi hỏi phải có sự chấpthuận và hổ trợ từ cấp nhà khai thác dịch vụ

2.3.3 Thực hiện cuộc gọi [5]

• Cuộc gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định

Trình tự thiết lập cuộc gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định như sau:

- Thiết bị gửi yêu cầu một kênh báo hiệu

- BSC/TRC sẽ chỉ định kênh báo hiệu

- Thiết bị gửi yêu cầu cuộc gọi cho MSC/VLR Thao tác đăng ký trạng thái tíchcực cho thiết bị vào VLR, xác thực, mã hóa, nhận dạng thiết bị, gửi số được gọi cho

mạng, kiểm tra xem thuê bao có đăng ký dịch vụ cấm gọi ra đều được thực hiện trongbước này.

- Nếu hợp lệ MSC/VLR báo cho BSC/TRC một kênh đang rỗi

- MSC/VLR chuyển tiếp số được gọi cho mạng PSTN

- Nếu máy được gọi trả lời, kết nối sẽ thiết lập

• Cuộc gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động

Điểm khác biệt quan trọng so với gọi từ thiết bị di động là vị trí của thiết bịkhông được biết chính xác Chính vì thế trước khi kết nối, mạng phải thực hiện công

GSM/PLMN PSTN

1 2 3

1 2 3 4

BSC/TRC MSC/VLR

Thiết bị đầu cuối

Hình 2.3 Gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định [5]

Tổng đài nội bộ

2 5

việc xác định vị trí của thiết bị di động

- Từ điện thoại cố định, số điện thoại di động được gửi đến mạng PSTN Mạng

sẽ phân tích và nếu phát hiện ra từ khóa gọi mạng di động, mạng PSTN sẽ kết nối vớitrung tâm GMSC của nhà khai thác thích hợp

- GMSC phân tích số điện thoại di động để tìm ra vị trí đăng ký gốc trong HLRcủa thiết bị và cách thức nối đến MSC/VLR phục vụ

- HLR phân tích số di động gọi đến để tìm ra MSC/VLR đang phục vụ cho thiết

bị Nếu có đăng ký dịch vụ chuyển tiếp cuộc gọi đến, cuộc gọi sẽ được trả về GMSCvới số điện thoại được yêu cầu chuyển đến

- HLR liên lạc với MSC/VLR đang phục vụ

- MSC/VLR gửi thông điệp trả lời qua HLR đến GMSC

- GMSC phân tích thông điệp rồi thiết lập cuộc gọi đến MSC/VLR

- MSC/VLR biết địa chỉ LAI của thiết bị nên gửi thông điệp đến BSC quản lýLAI này

- BSC phát thông điệp ra toàn bộ vùng các ô thuộc LAI

- Khi nhận được thông điệp thiết bị sẽ gửi yêu cầu ngược lại

- BSC cung cấp một khung thông điệp chứa thông tin

- Phân tích thông điệp của BSC gửi đến để tiến hành thủ tục bật trạng thái củathiết bị lên tích cực, xác nhận, mã hóa, nhận diện thiết bị

- MSC/VLR điều khiển BSC xác lập một kênh rỗi, đổ chuông Nếu thiết bị diđộng chấp nhận trả lời, kết nối được thiết lập

• Cuộc gọi từ thiết bị di động đến thiết bị di động

Quá trình diễn ra tương tự như gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động, chỉkhác điểm giao tiếp với mạng PSTN của điện thoại cố định sẽ được thay thế bằngMSC/VLR khác

• Kết thúc cuộc gọi

Khi MS tắt máy phát, một tín hiệu đặc biệt (tín hiệu đơn tone) được phát đếncác trạm gốc và hai bên cùng giải phóng cuộc gọi MS tiếp tục kiểm tra tìm gọi thông

qua kênh thiết lập mạnh nhất.

2.4 Sự phát triển của mạng GSM lên 3G [2]

2.4.1 Hệ thống GSM sẽ được nâng cấp từng bước lên thế hệ ba [2]

Để đáp ứng được các dịch vụ mới về truyền thông đa phương tiện trên phạm vitoàn cầu đồng thời đảm bảo tính kinh tế, hệ thống GSM sẽ được nâng cấp từng bướclên thế hệ ba Thông tin di động thế hệ ba có khả năng cung cấp dịch vụ truyền thôngmultimedia băng rộng trên phạm vi toàn cầu với tốc độ cao đồng thời cho phép ngườidùng sử dụng nhiều loại dịch vụ đa dạng Việc nâng cấp GSM lên 3G được thực hiệntheo các tiêu chí sau:

- Là mạng băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện trên phạm vitoàn cầu Cho phép hợp nhất nhiều chủng loại hệ thống tương thích trên toàn cầu

- Có khả năng cung cấp độ rộng băng thông theo yêu cầu nhằm hỗ trợ một dảirộng các dịch vụ từ bản tin nhắn tốc độ thấp thông qua thoại đến tốc độ dữ liệu caokhi truyền video hoặc truyền file Đảm bảo các kết nối chuyển mạch cho thoại, cácdịch vụ video và khả năng chuyển mạch gói cho dịch vụ số liệu Ngoài ra nó còn hỗtrợ đường truyền vô tuyến không đối xứng để tăng hiệu suất sử dụng mạng (chẳnghạn như tốc độ bit cao ở đường xuống và tốc độ bit thấp ở đường lên)

- Khả năng thích nghi tối đa với các loại mạng khác nhau để đảm bảo các dịch

vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và điện thoại vệ tinh Các tính năng này sẽ chophép mở rộng đáng kể vùng phủ sóng của các hệ thống di động

- Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để bảo đảm sự pháttriển liên tục của thông tin di động Tương thích với các dịch vụ trong nội bộ IMT-

2000 và với các mạng viễn thông cố định như PSTN/ISDN Có cấu trúc mở cho phépđưa vào dễ dàng các tiến bộ công nghệ, các ứng dụng khác nhau cũng như khả năngcùng tồn tại và làm việc với các hệ thống cũ

2.4.2 Các giải pháp nâng cấp [2]

Có hai giải pháp nâng cấp GSM lên thế hệ ba: một là bỏ hẳn hệ thống cũ, thaythế bằng hệ thống thông tin di động thế hệ ba; hai là nâng cấp GSM lên GPRS và tiếpđến 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 khả thi và tínhkinh tế cao nên đây là giải pháp được ưa chuộng ở những nước đang phát triển nhưnước 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 (CS:Circuit Switched) và chế độ chuyển mạch gói (PS: Packet Switched) Để thực hiệnkết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể sử dụng giao thức ứng dụng vô tuyến(WAP: Wireless Application Protocol) WAP chứa các tiêu chuẩn hỗ trợ truy cậpinternet từ trạm di động Hệ thống WAP phải có cổng WAP và chức năng kết nốimạng

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: High Speed Circuit Switched Data) vàdịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS: General Packet Radio Protocol Services) GPRS

sẽ hỗ trợ WAP có tốc độ thu và phát số liệu lên đến 171.2Kbps Một ưu điểm quantrọng của GPRS nữa là thuê bao không bị tính cước như trong hệ thống chuyển mạchkênh mà cước phí được tính trên cơ sở lưu lượng dữ liệu sử dụng thay vì thời giantruy cập

Hình 2.5 Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G [2]

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

EDGE vẫn dựa vào công nghệ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói với tốc

độ tối đa đạt được là 384Kbps nên sẽ khó khăn trong việc hỗ trợ các ứng dụng đòihỏi việc chuyển mạch linh động và tốc độ truyền dữ liệu lớn hơn Lúc này sẽ thựchiện nâng cấp EDGE lên W-CDMA và hoàn tất việc nâng cấp mạng GSM lên 3G

2.5 Kết luận

Công nghệ điện thoại di động phổ biến nhất thế giới GSM đang gặp nhiều cảntrở và sẽ sớm được phát triển bằng những công nghệ tiên tiến hơn, hỗ trợ tối đa cácdịch vụ như Internet, truyền hình

Với công nghệ 3G, các nhà khai thác mạng có thể cung cấp nhiều dịch vụ sốliệu cho các khách hàng của mình, các dịch vụ hấp dẫn này làm cho cuộc sống của họ

dễ dàng hơn Nhờ đó, các nhà khai thác mạng có thể tăng doanh thu trung bình trênmột thuê bao Ngoài ra, 3G còn tạo khả năng cho các nhà khai thác cung cấp các dịch

vụ đặc biệt dành riêng cho các thuê bao của mình để có được sự trung thành củakhách hàng Lộ trình phát triển từ hệ thống tin di động GSM lên 3G sẽ được trình bày

Chương 3

LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ GSM LÊN 3G

3.1 Giới thiệu [3]

Hệ thống thông tin di động GSM cung cấp các dịch vụ thoại và số liệu trên cơ

sở chuyển mạch kênh băng thông hẹp Do đó tốc độ truyền thấp, 13 kbit/s với truyềnthoại và 9,6 kbit/s với truyền số liệu Tốc độ này không đáp ứng được nhu cầu ngàycàng cao của người sử dụng về các dịch vụ mới như truyền số liệu tốc độ cao, điệnthoại có hình, truy cập Internet tốc độ cao từ máy di động và các dịch vụ truyền thông

đa phương tiện khác Vì những lí do trên, các nhà khai thác GSM đang từng bướcnâng cấp mạng GSM lên một hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 Con đường tiếntới 3G duy nhất của GSM là CDMA băng thông rộng Trên thị trường châu Âu, W-

CDMA được gọi là hệ thống viễn thông di động toàn cầu UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) Trong cấu trúc dịch vụ 3G cần có băng thông rất lớn và

như thế cần nhiều phổ tần hơn Tuy nhiên việc loại bỏ hẳn công nghệ đang dùng đểtiếp cận ngay mạng 3G là rất tốn kém về mặt kinh tế Vì vậy họ phải chọn giải phápnâng cấp mạng GSM qua bước trung gian 2,5G để tạm thời đáp ứng nhu cầu củangười sử dụng cũng như chuẩn bị cơ sở hạ tầng kỹ thuật sau đó mới tiến lên 3G Nóichung 2,5G bao gồm một hoặc tất cả các công nghệ sau:

- Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD)

- Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS)

- Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GMS (EDGE)

Lộ trình nâng cấp GSM lên W-CDMA như sau:

HSCSD (High Speed Circuit Switched Data): Số liệu chuyển mạch kênh tốc

EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution): Tốc độ số liệu tăng cường

3.2 Công nghệ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD [3]

GSM chỉ hỗ trợ các dịch vụ số liệu với tốc độ cực đại mà một khe thời gian cóthể cung cấp là 9,6 kbit/s Để hỗ trợ tốc độ số liệu cao hơn cho GSM, MS phải sửdụng nhiều khe thời gian Công nghệ HSCSD sử dụng nguyên tắc này

Công nghệ HSCSD cho phép nâng cao khả năng truyền số liệu trên mạng GSMbằng cách cấp phát nhiều khe thời gian hơn cho người sử dụng HSCSD phối hợp 4kênh thoại GSM 14,4 kbit/s thành một kênh 57,6 kbit/s Đối với dịch vụ số liệu thìtốc độ tối đa là 64 kbit/s đạt được với 4 khe thời gian Dữ liệu truyền trong dịch vụHSCSD được hình thành dưới dạng các luồng song song để đưa vào các khe thờigian khác nhau và chúng sẽ được kết hợp lại tại đầu cuối Tất cả các khe thời gian sửdụng trong một kết nối HSCSD phải thuộc về cùng một sóng mang Việc cấp phátcác khe thời gian phụ thuộc vào thủ tục cấp phát khe thời gian

Công nghệ HSCSD được triển khai dựa trên cơ sở hạ tầng sẵn có của mạngGSM, chỉ cần nâng cấp phần mềm hiện có mà không cần lắp đặt thêm các phần tửmạng mới Nó 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 vôtuyến của HSCSD không cao

● Cấu trúc hệ thống HSCSD TE (Terminal Equipment): Thiết bị đầu cuối

MT (Mobile Terminal): Máy di động đầu cuối

TAF (Terminal Adaptation Function): Chức năng thích ứng đầu cuối

IWF (Interworking Function): Chức năng kết nối mạng

Hình 3.1 Cấu trúc hệ thống HSCSD [3]

- Chức năng thích ứng đầu cuối TAF:

Đóng vai trò tiếp nhận số liệu của thiết bị đầu cuối TE đưa tới và chia chúngvào các khe thời gian đã được chọn trước Mỗi khe thời gian mang số liệu với các tốc

độ được chuẩn hóa 1,2 kbit/s; 2,4 kbit/s; 4,8 kbit/s; 9,6 kbit/s; 14,4 kbit/s

- MT và giao diện vô tuyến:

Số liệu từ TAF đưa tới đầu cuối di động MT, tại đây mỗi khe thời gian được mãhóa kênh Đầu ra sau mã hóa là luồng số liệu tốc độ 22,8 kbit/s cho mỗi khe thời gian

và nó được chuyển tới giao diện vô tuyến

- Trạm thu phát gốc BTS:

BTS tiếp nhận luồng số liệu từ giao diện vô tuyến, nó thực hiện giải mã cho mỗikhe thời gian để thu được luồng số liệu có tốc độ phù hợp với khung TRAU (16kbit/s) Sau đó luồng số liệu được chuyển tới khối TRAU đặt tại bộ điều khiển trạmgốc BSC Các khung TRAU 16 kbit/s được gửi tới BSC thông qua giao diện Abis

- Giao diện Abis:

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

- Bộ chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU:

TRAU tiếp nhận các khung số liệu 16 kbit/s từ giao diện Abis và nó định dạnglại thông tin của mỗi luồng số liệu thành dạng A - TRAU để truyền đi trên giao diệnA

- Giao diện A:

PDN PLMN ISDN PSPDN TRAU

TAF

BSC

Kênh 64 kbit/s Kênh nx 16 kbit/s

Cho phép chứa được 4 khung A-TRAU tốc độ 16 kbit/s từ một người sử dụngđưa đến Các khung này được ghép lại với nhau để phát đi trên một đường 64 kbit/s.

- Trung tâm chuyển mạch di động MSC và các khối IWF:

MSC tiếp nhận các khung A-TRAU của đường kết nối 64 kbit/s và định tuyếnchúng thông qua IWF Sau khi tiếp nhận, khối IWF lấy ra các thông tin số liệu trongA-TRAU và kết hợp chúng thành những luồng số liệu ghép trước khi chuyển tới cácmodem của mình Modem tiếp nhận số liệu và định tuyến chúng qua mạng PSTN tới

các modem đích và các thiết bi đầu cuối số liệu DTE (Data Terminal Equipment) ở

nơi khác

3.3 Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS [4]

3.3.1 Giới thiệu GPRS

GPRS (General Packet Radio Service) là công nghệ chuyển mạch gói được các

nhà khai thác GSM lựa chọn như là một bước chuẩn bị cơ sở hạ tầng kỹ thuật để tiếnlên 3G Nó sẽ giúp các nhà khai thác có thể triển khai nhiều ứng dụng đối với mạngđiện thoại di động GPRS hỗ trợ dịch vụ số liệu tốc độ cao cho GSM với tốc độ tối đađường truyền có thể đạt 171,2 kbit/s Nhờ đó có thể truy cập Internet từ MS có tính

năng WAP (Wireless Application Protocol) để gửi tin nhắn hình ảnh và âm thanh Và

có thể truy cập mạng Internet để gửi email, nhận fax, truy cập các cơ sở dữ liệu

GPRS cho phép cung cấp dịch vụ nhắn tin đa phương tiện (MMS – Multimedia Message Service) và dịch vụ truyền ảnh động VTS (Video Streaming) Đặc biệt với

tính năng luôn luôn kết nối, mạng GPRS cho phép người sử dụng vừa có thể kết nốimạng Internet vừa có thể đàm thoại đồng thời Một MS trong mạng GPRS có thể truynhập đến nhiều khe thời gian Với GPRS, người sử dụng có thể dùng chung một tàinguyên vô tuyến Vì thế hiệu suất sử dụng tài nguyên vô tuyến rất cao, cước phí truycập mạng cũng chỉ tính theo lưu lượng dữ liệu được truyền tải

Giao diện vô tuyến của GPRS được xây dựng trên cùng nền tảng như giao diện

vô tuyến của GSM, cùng sóng mang vô tuyến độ rộng 200KHz và 8 khe thời gian.Như vậy cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói đều có thể sử dụng cùngsóng mang Tuy nhiên mạng đường trục của GPRS được thiết kế sao cho nó khôngphụ thuộc vào giao diện vô tuyến Mạng GPRS là một mạng số liệu gói được xây

dựng trên cơ sở cấu trúc mạng GSM, vì vậy việc đưa chuyển mạch gói vào đòi hỏiphải bổ sung thêm thiết bị cho mạng.

3.3.2 Các đặc điểm của mạng GPRS [4]

- Sử dụng công nghệ chuyển mạch gói:

Với việc sử dụng công nghệ chuyển mạch gói, một thiết bị có thể luôn luônđược kết nối và sẵn sàng gửi một thông tin mà không cần chiếm dụng một kênh riêngtrong suốt thời gian truyền số liệu và kênh có thể được chia sẻ cho nhiều người dùngkhác nhau Điều này mạng chuyển mạch kênh không thể làm được Ngoài ra, trongGPRS nếu một lỗi được phát hiện trong một khung dữ liệu thu được trong BSS thìkhung sẽ được yêu cầu phát lại cho đến khi chính xác trước khi gửi qua mạng lõiGPRS

- Cho phép kết hợp nhiều khe thời gian để truyền dữ liệu:

GPRS sử dụng cùng một sóng mang với băng thông 200 KHz và 8 khe thời giannhư GSM Tuy nhiên trong GPRS có thể kết hợp các khe trong số 8 khe thời gian đểtruyền dữ liệu nên số gói dữ liệu truyền đi trong mỗi khung truyền tăng lên Kết hợpviệc cấp phát tài nguyên động nên hiệu quả sử dụng băng tần tăng lên đáng kể

- Kết nối tức thời và tính cước thuận lợi:

GPRS dễ dàng kết nối tức thời và người dùng có thể thiết lập luôn kết nối màkhông chiếm dụng tài nguyên, do đó thông tin có thể gửi hoặc nhận tức thời ngay khi

có nhu cầu Tức thời là một ưu điểm của GPRS khi so sánh với số liệu chuyển mạchkênh GSM vì nó đáp ứng được các ứng dụng có tính cấp bách

Trong chuyển mạch kênh thì việc tính cước là toàn bộ thời gian chiếm dụngkênh mặc dù có những khoảng thời gian không có dữ liệu được gửi đi Với GPRS chỉtính cước theo dung lượng được gửi đi Điều này thuận lợi cho việc kết nối trựctuyến với mạng trong thời gian dài

- Hỗ trợ các dịch vụ băng rộng:

Cũng như Internet, GPRS sử dụng công nghệ chuyển mạch gói và các giaothức trong họ TCP/IP nên tất cả các ứng dụng như email, truy cập Web tin nhanh vàtruyền file đều có thể thực hiện qua mạng GPRS Tốc độ truyền số liệu nhanh hơn

cho phép GPRS chứa đựng các ứng dụng băng rộng vốn không thích hợp với các kếtnối quay số chậm hơn như GSM.

- Tính bảo mật cao hơn:

GPRS cho phép thêm vào các giao thức sử dụng cho nhận thực trước khi thuêbao được phép truy cập vào Internet hoặc các mạng số liệu khác GPRS phụ trợ việc

mã hóa dữ liệu người dùng qua giao diện Wireless từ đầu cuối di động đến SGSN

(nút hỗ trợ dịch vụ).

- Hiệu quả trong việc sử dụng phổ:

Trong GPRS tài nguyên vô tuyến chỉ được sử dụng khi người sử dụng thực tạiđang gửi hoặc nhận dữ liệu Một tài nguyên vô tuyến hiện có có thể được chia sẻđồng thời giữa vài người sử dụng khác nhau Nhờ hiệu suất sử dụng tài nguyên vôtuyến này mà một số lớn người sử dụng GPRS có thể chia sẻ cùng một băng thông vàđược phục vụ từ cùng một cell

+ Định tuyến và truyền các gói dữ liệu giữa các máy đầu cuối GPRS Các luồngđược định tuyến từ SGSN đến BSC thông qua BTS đến MS

+ Quản lý trung kế logic tới đầu cuối di động bao gồm việc quản lý các kênhlưu lượng gói, lưu lượng nhắn tin ngắn SMS và tín hiệu giữa các máy đầu cuối

+ Xử lý các thủ tục dữ liệu gói PDP (Packet Data Protocol) bao gồm các thông

số quan trọng như tên điểm truy nhập, chất lượng dịch vụ khi kết nối với một mạng

dữ liệu khác bên ngoài hệ thống

+ Quản lý các nguồn kênh tài nguyên BSS

+ Cung cấp các file tính cước dành cho dữ liệu gói

+ Quản lý truy nhập, kiểm tra truy nhập các mạng dữ liệu ngoài bằng mật mã và

R

Báo hiệu Báo hiệu và lưu lượng

39

Là điểm giao diện với các mạng số liệu gói bên ngoài Một SGSN có thể giaodiện với một hay nhiều GGSN Đây là giao diện trên cơ sở IP được sử dụng để mangbáo hiệu và số liệu người sử dụng Giao diện này truyền xuyên số liệu giữa SGSN vàGGSN qua mạng đường trục IP GGSN chuyển đổi các gói dữ liệu GPRS đến từ

SGSN thành khuôn dạng giao thức dữ liệu gói (PDP).

Chức năng chính của GGSN:

+ Hỗ trợ giao thức định tuyến cho dữ liệu máy đầu cuối

+ Giao tiếp với các mạng dữ liệu gói IP bên ngoài

+ Cung cấp chức năng bảo mật mạng

+ Quản lý phiên GPRS theo mức IP, thiết lập thông tin đến mạng bên ngoài

+ Cung cấp dữ liệu tính cước (CDRs - Charging Data Records ).

- Hệ thống trạm gốc BSS

BSS cung cấp tất cả các chức năng điều khiển và truyền dẫn thông tin vô tuyếncủa mạng, bao gồm:

+ Khối điều khiển dữ liệu gói PCU: có nhiệm vụ kết hợp các chức năng điều

khiển vô tuyến GPRS (điều khiển truy nhập giao diện vô tuyến) với phần hệ thống

trạm gốc BSS của mạng GSM PCU định tuyến các bản tin báo hiệu và truyền tải dữliệu của người sử dụng PCU sẽ lắp ráp và sắp xếp lại dữ liệu để chuyển tới SGSN

Tại PCU các khối dữ liệu RLC sẽ được sắp xếp trong khung LLC (điều khiển liên kết logic), sau đó được chuyển tới SGSN PCU đặt tại BSC và phục vụ BSC đó.

+ Bộ điều khiển trạm gốc BSC: trong mạng GPRS, BSC đóng vai trò trung tâmphân phối, định tuyến dữ liệu và thông tin báo hiệu GPRS BSC có thể thiết lập, giámsát và hủy bỏ kết nối của các cuộc gọi chuyển mạch kênh cũng như chuyển 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 gói trongmạng GPRS BTS kết hợp với BSC để thực hiện các chức năng về vô tuyến

- Phần chuyển mạch:

GG

40