Lộ Trình Phát Triển Thông Tin Di Động Từ Gsm Lên G.docx

PHẦN I MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 1 Lé tr×nh ph¸t triÓn th«ng tin di ®éng tõ GSM lªn 3G MỤC LỤC PHẦN I MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG GSM 4 1 1 Lịch sử phát triển mạng thông t[.]

TỔNG QUAN VỀ MẠNG GSM

Lịch sử phát triển mạng thông tin di động

Với những yêu cầu cả về số lượng và chất lượng của các khách hàng sử dụng các dịch vụ viễn thông ngày càng tăng, đòi hỏi phải có những phương tiện thông tin hiện đại nhằm đáp ứng được nhu cầu đa dạng của khách hàng “mọi lúc, mọi nơi” mà họ cần Nhu cầu này có thể nói chỉ được đáp ứng sau khi kỹ thuật “thông tin di động” ra đời Do sự phát triển ngày càng cao của công nghệ điện tử và thông tin, mạng thông tin di động ngày càng được phổ biến, giá cả ngày càng hạ, chất lượng và độ tin cậy của mạng ngày càng được nâng cao. Trong quá trình phát triển, mạng thông tin di động đã trải qua các giai đoạn sau: o Giai đoạn 1: Xuất hiện năm 1946 khả năng phục vụ nhỏ, chất lượng, độ tin cậy của mạng thấp, giá cả đắt không phù hợp với khách hàng. o Giai đoạn 2: Phát triển vào những năm 1970 đến 1979 với sự phát triển của kỹ thuật vi xử lý đã mở ra một hệ thống phức tạp hơn Do vùng phủ sóng của các anten phát của các máy di động bị hạn chế, nên hệ thống chia thành các trạm phát và có thể dùng nhiều trạm thu cho một trạm phát. o Giai đoạn 3: Bắt đầu xuất hiện khái niệm mạng tế bào (tổ ong) Đây là mạng tổ ong tương tự, các trạm thu phát được sắp xếp theo các ô hình tổ ong, mỗi ô được gọi là một cell Mạng này đã có khả năng sử dụng lại tần số, cho phép chuyển giao giữa các cell trong cùng một cuộc gọi.

Hệ thống sử dụng tần số 450÷900 MHz với các mạng điển hình là:

AMPS (Advanced Mobile Phone Service- Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến) là hệ thống điện thoại di động tổ ong do AT&T và Motorola – Hoa Kỳ đề xuất sử dụng vào năm 1982 AMPS được sử dụng ở khoảng 70 nước khác nhau trên thế giới và là tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay.

NMT (Nordic Mobile Telephone – Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu) là hệ thống di động được sử dụng rộng rãi ở các nước Bắc Âu NMT sử dụng tần số 450÷900 MHz, dùng cho các hệ thống nhỏ và trung bình.

TACS (Total Access Communication Service – Dịch vụ truyền thông hoàn toàn truy nhập), là tiêu chuẩn được sử dụng ở Châu Âu và nhiều nước khác.

TACS là mạng thiết kế cho số lượng thuê bao lớn, sử dụng tần số 900 MHz và được vận hành vào năm 1985.

Tất cả các mạng nói trên đều dựa trên mạng truyền thoại tương tự bằng phương pháp điều tần Vùng phủ sóng chỉ ở mức quốc gia, không có khả năng chuyển vùng giữa các nước với nhau. o Giai đoạn thứ tư: Là các thế hệ dựa trên truyền dẫn số

- GSM (Global System for Mobile Communication- Hệ thống thông tin di động toàn cầu) sử dụng dải tần 900 MHz, bắt đầu hoạt động vào năm 1992, ở

Châu Âu và nhiều nước trên thế giới.

- DCS (Digital Cellular System- Dịch vụ điện thoại tổ ong số) là sự mở rộng của GSM sử dụng ở dải tần 1800 MHz.

- CDMA (Code Divíion Multiple Access- Đa truy nhập phân chia theo mã).

Các đặc tính của mạng thông tin di động GSM

Từ các khuyến nghị của GSM, ta có thể tổng hợp lên các đặc tính chủ yếu của mạng thông tin di động số mặt đất theo tiêu chuẩn GSM như sau: o Số lượng lớn các dịch vụ và tiện ích cho các thuê bao cả trong thông tin thoại và truyền dẫn số liệu. o Sự tương thích của các dịch vụ trong GSM với các dịch vụ của mạng sẵn có (PSTN-ISDN) bởi các giao diện theo tiêu chuẩn chung. o Một hệ thống GSM quốc gia có thể cho truy nhập và quản lý mọi máy thuê bao di động tiêu chuẩn GSM. o Tự động định vị và cập nhật vị trí cho mọi thuê bao di động. o Độ linh hoạt cao nhờ sử dụng các loại máy đầu cuối thông tin di động khác nhau như máy xách tay, máy cầm tay hay máy đặt trên ôtô. o Sử dụng băng tần ở 900 MHz với hiệu quả cao bởi sự kết hợp giữa hai phương pháp TDMA, FDMA. o Giải quyết sự hạn chế dung lượng, thực chất dung lượng sẽ tăng lên nhờ việc sử dụng tần số tốt hơn và kỹ thuật ô nhỏ do vậy số thuê bao được phục vụ sẽ tăng lên.

Các dịch vụ của mạng thông tin di động GSM

GSM là hệ thống đa dịch vụ với các hình thức khác nhau, có thể phân biệt:

Dịch vụ thoại là một dịch vụ quan trọng nhất của GSM Dịch vụ này cho phép nối cuộc gọi thoại hai hướng giữa một thuê bao GSM với bất cứ một thuê

TX: máy phátRX: máy thuCU: khèi ®iÒu khiÓn bao thoại khác qua một mạng chính Với sự phát triển của mạng đa dịch vụ ISDN, dịch vụ thoại đang và sẽ là một phần quan triọng của GSM.

- Chuyển hướng cuộc gọi vô điều kiện, khi thuê bao di động bận, khi không trả lời, không đến được trạm di động, khi ứ nghẽn vô tuyến.

- Cấm tất cả các cuộc gọi ra, gọi đi quốc tế, gọi đến

- Cấm tất cả các cuộc gọi đến khi lưu động ở nước ngoài có PLMN

- Hoàn thành các cuộc gọi đến khi thuê bao bận

- Nhóm người sử dụng trái phép

- Thông báo cước phí, dịch vụ điện thoại không trả cước

- Nhận dạng số chủ gọi, nhận dạng cuộc gọi hiểm thù.

1.3.2 Các dịch vụ số liệu

- Dịch vụ thông báo ngắn

Sử dụng tần số

Hệ thống vô tuyến GSM làm việc trong một băng tần hẹp, giải tần tiêu chuẩn GSM là từ 890÷960 MHz Băng tần này được chia làm 2 phần: o Băng tần lên (Uplink Band) với dải tần 890÷915 MHz cho các kênh vô tuyến từ trạm di động đến hệ thống trạm gốc. o Băng tần xuống (Downlink Band) với dải tần 935÷960 MHz cho các kênh vô tuyến từ trạm thu phát gốc đến trạm di động.

Hai băng tần mỗi băng tần có độ rộng 25 MHz Trong GSM 25 MHz này được chia thành 124 sóng mang, các sóng mang gần nhau cách nhau 200 KHz.Mỗi kênh sử dụng hai tần số riêng biệt, một được dùng cho tuyến lên và một được dùng cho tuyến xuống, các kênh này được gọi là kênh song công Khoảng cách giữa hai tần số nói trên là không đổi và bằng 45 MHz được gọi là khoảng cách song công Mỗi kênh vô tuyến này mang 8 khe thời gian TDMA và mỗi khe thời gian là một kênh vật lý trao đổi thông tin giữa mạng và trạm di động.

960MHZ 960MHZ 1880MHZ Băng tần GSM cơ bản

Băng GSM mở rộng Băng DCS

915MHZ 915MHZ 1785MHZ Băng tần GSM cơ bản

Băng GSM mở rộng Băng DCS

Băng tần ở trên được gọi là băng tần cơ sở Ngoài ra còn có băng tần GSM mở rộng và băng tần DCS (Digital Cellular System) Độ rộng băng tần lên, băng tần xuống, dải tần sóng mang được minh họa như hình 1.2.

Băng tần xuống (Downlink Band)

Bằng tần lên (Uplink Band)

Vùng mạng PLMN (Public Land Mobile Network - Mạng di động công cộng mặt đất) được chia thành nhiều ô vô tuyến nhỏ có bán kính từ 350m đến 35

Km Kích thước trên phụ thuộc vào cấu tạo địa hình và lưu lượng thông tin, mỗi ô vô tuyến tương ứng một trạm thu phát cơ sở tùy theo cấu tạo Anten có 2 loại BTS.

 BTS Omnidirectional với anten vô hướng nó bức xạ toàn không gian với góc định hướng là 360 0

 BTS sector có 2 hoặc 3 trạm định hướng 180 0 hoặc 120 0 và 60 0 Để sử dụng triệt để băng tần GSM đưa ra khái niệm sử dụng lại tần số Băng tần sẵn có được chia thành 124 tần số song công, các tần số này được chia thành các nhóm tần số và được ấn định cho một vùng nào đó bao gồm

Hình 2.1 Cấu trúc mạng GSM

Kết nối cuộc gọi và truyền dẫn tin tức00000000000000

OMC-R nhiều trạm BTS Các mẫu tần số này có thể đem cho một vùng bên cạnh mà không gây ra hiện tượng nhiễu giao thoa đồng kênh khi khoảng cách giữa 2 trạm BTS sử dụng cùng chung một tần số đủ lớn Do vậy tùy thuộc vào anten vô hướng hay sector mà ta có mẫu sử dụng lại tần số khác nhau.

CẤU TRÚC VÀ CÁC THÀNH PHẦN CỦA MẠNG GSM

Cấu trúc mạng thông tin di động GSM

GSM là một loại hình đa dịch vụ có cấu trúc tổ ong do vậy nó tương đối phức tạp Mô hình của nó như sau:

NSS Network Switching Subsystem – Hệ thống chuyển mạch.

MSC Mobile Service Switching Centre – Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động.

HLR Home Location Regíter – Bộ ghi định vị tạm trú

VLR Víitor Location Register – Bộ định vị tạm trú.

AUC Authentication Centre – Trung tâm nhận thực.

EIR Equipment Indentification Register – Thanh ghi nhận dạng thiết bị. BSS Base Station Controller – Đài điều khiển trạm gốc.

BTS Base Tranceiver Station – Trạm thu phát gốc.

OSS Operation&Support System – Hệ thống con khai thác, bảo dưỡng. NMC Network Management Centre – Trung tâm quản lý mạng

OMC Operation & Maintenace Centre – Trung tâm vận hành, bảo dưỡng. PLMN Public Land Mobile Network – Mạng di động mặt đất công cộng. PSTN Public Switched Telephone Network – Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng.

ISDN Intergrated Switched Digital Network – Mạng số liệu kết nối đa dịch vụ.

MS Mobile Station – Trạm di động.

Các thành phần của mạng

Một mạng GSM gồm ba phân hệ chính:

 Phân hệ vô tuyến BSS (Base Station System)

 Phân hệ mạng NSS (Network Substem)

 Hệ thống khai thác và bảo dưỡng OSS (Operation and Support System) Mặc dù không thuộc thành phần của mạng GSM, song có liên quan chặt chẽ với mạng đó là trạm di động MS (Mobile Station) thuộc người sử dụng.

Là một máy di động hay Mobiphone Về hình thức máy có nhiều dạng khác nhau: Máy cầm tay, xách tay hay đặt trên ôtô Trạm di động không hoàn toàn lệ thuộc chặt chẽ vào người sử dụng mà sự phụ thuộc này thông qua một thẻ vi mạch cá nhân SIM (Subcriber Identity Module) được gắn trên máy di động Sự nhận thực được kiểm tra bởi mạng, xem xét liệu thuê bao có hợp pháp khi sử dụng các dịch vụ mạng không, sau đó nó mới được nhập vào hệ thống. Một mã nhận dạng cá nhân được dùng kèm theo SIM – PIN (Personal Identity

Number Code) để chống sự sử dụng trái phép thẻ SIM.

Trạm di động có một số nhận dạng riêng là số nhận dạng thiết bị trạm di động quốc tế (International Mobile Equipment Identity) IMEI bao gồm mã công nhận kiểu TAC (Type Appraval Code) theo tiêu chuẩn GSM và số thứ tự sản phẩm do nhà sản xuất đặt Khi nhận thực, mạng sẽ thăm dò IMEI, so sánh với IMEI ghi trong cơ sở dữ liệu mạng từ khi đăng ký thuê bao và sẽ không chấp nhận thuê bao nếu so sánh này không tương ứng Mã hóa và giải mã tiếng sẽ được thực hiện ngay tại trạm di động tức là ngay quá trình truyền dẫn giữa mạng và MS là truyền dẫn số Ý nghĩa lớn nhất của vấn đề này là đảm bảo chất lượng truyền dẫn cao ngay cả khi đường vô tuyến không được tốt nhờ sử dụng các loại mã chống lỗi và bảo mật đường truyền Ngoài ra ở trạm di động còn có các kỹ

1 0 thuật để tiết kiệm công suất như sử dụng chế độ nghỉ và truyền dẫn không liên tục để kéo dài thời gian sử dụng nguồc cung cấp của trạm di động.

2.2.2 Phân hệ vô tuyến BSS

BSS thực hiện nhiệm vụ giám sát các đường ghép nối vô tuyến, liên kết kênh vô tuyến với máy phát và quản lý cấu hình các kênh này Cụ thể là:

 Điều khiển tần số vô tuyến của đường ghép nối và sự thay đổi công suất phát vô tuyến.

 Thực hiện việc mã hóa kênh, tín hiệu thoại số và phối hợp tốc độ truyền thông tin.

 Quản lý quá trình chuyển giao (Handover)

 Thực hiện bảo mật kênh vô tuyến.

Phân hệ gồm 2 phần: o Khối điều khiển vô tuyến số BSC (Base Station Controller) o Các trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station)

2.2.2.1 Thiết bị điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller)

BSC làm việc như một thiết bị chuyển mạch cho phân hệ BSS BSS bao gồm các khối giao diện A với MSC (Mobile Service Switching Center), các khối chức năng điều khiển BTS, khối giao diện với OMC (Operation & Maintenace

Center) và khối chuyển mạch.

Chức năng của BSC: a Quản lý mạng vô tuyến

Việc quản lý mạng vô tuyến chính là quản lý các ô và các kênh logic của chúng Các số liệu quản đều được đưa về BSC để đo đạc, xử lý Chẳng hạn như lưu lượng thông tin ở một ô, môi trường vô tuyến, số lượng cuộc gọi bị mất, các lần chuyển giao thành công và thất bại Với số thuê bao ngày càng tăng, BSC phải thiết kế sao cho dễ dàng tổ chức lại cấu hình để có thể quản lý được số kênh vô tuyến ngày càng tăng và hiệu quả sử dụng của lượng vô tuyến cho phép. b Quản lý trạm thu phát gốc

Trước khi đưa vào khai thác, BSC lập cấu hình cho trạm thu phát và các tần số cho mỗi trạm BTS Nhờ việc quản lý này mà BSC có thể có một tập hợp các kênh sẵn có dành cho điều khiển nối thông cuộc gọi. c Điều khiển nối thông máy di động

BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giải phóng các đấu nối tới MS Trong quá trình gọi sự đấu nối được BSC quan sát Cường độ tín hiệu và chất lượng tiếng được đo ở MS và BTS gửi đến BSC Nhờ một thuật toán BSC quyết định công suất phát tốt nhất cho MS TRX để giảm nhiễu của mạng và tăng cường chất lượng nối thông.

BSC cũng điều khiển quá trình chuyển giao nhờ kết quả đo để chuyển sang ô khác có chất lượng tốt hơn Trong trường hợp chuyển sang ô thuộc BSC khác quản lý, MSC cũng tham gia vào quá trình chuyển giao Bên cạnh đó BSC có thể điều khiển chuyển giao giữa các kênh lưu thông trong một ô khi chất lượng nối thông thấp nhưng không nhận được chỉ thị từ các phép đo cho biết ô khác tốt hơn Cũng có thể sử dụng việc chuyển giao để cân bằng tải giữa các ô. Khi thiết lập một cuộc gọi mở một ô bị ứ nghẽn, trạm di động có thể phải chuyển đến một ô khác có lưu lượng thấp hơn nếu nhận được chất lượng cho phép. d Quản lý mạng truyền dẫn

BSC quản lý các đường truyền dẫn từ BTS đến MSC để đảm bảo cho thông tin đúng và chính xác Do đó BSC phải lập cấu hình để giám sát các luồng thông tin đến MSC và BTS Trong trường hợp có sự cố ở kênh này thì BSC sẽ điều khiển để chuyển tới đường dự phòng.

2.2.2.2 Trạm thu phát gốc BTS (Base Tranceiver System)

BTS là trạm thu phát vô tuyến của hệ thống mà qua đó MS có thể liên lạc được với hệ thống Tại đây, các tín hiệu vô tuyến được điều chế, khuyếch đại và phối hợp thu phát.

 Phát quảng bá các kênh thông tin hệ thống trên BCCH dưới sự điều khiển của BSC.

 Phát các thông tin tìm gọi trên CCCH (tìm và phát bộ mã theo số SIM).

 Ấn định các kênh DCCH dưới sự điều khiển của BSC.

 Quản lý thu, phát tín hiệu thông tin trên các kênh vật lý.

 Mã hóa, giải mã và ghép kênh thuộc dải tần thu phát.

Ngoài ra BSC còn có bộ chuyển đổi mã hóa và thích ứng tốc độ có thể đặt tại BTS Một BTS có thể điều khiển được nhiều thiết bị thu phát để phát sóng cho một ô, số sóng mang phát đi có thể từ 8 đến 16 (tùy theo hãng sản xuất)

Phân hệ chuyển mạch NSS

NSS gồm các khối chức năng:

 Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động MSC.

 Bộ ghi định vị thường trú HLR (Home Location Register).

 Bộ ghi định vị tạm thời VLR (Visitor Location Register).

 Trung tâm nhận thực AUC (Authentication Center).

 Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identìication Register).

2.3.1 Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động MSC

Là hạt nhân của mạng di động PLMN Nó làm nhiệm vụ định tuyến và kết nối các phần tử mạng, thuê bao di động với nhau hay với thuê bao của mạng PSTN và ISDN Các dữ liệu liên quan đến thuê bao di động được cung cấp từ HLR, VLR, AUC, EIR Cũng từ khối này, các tin tức báo hiệu cần thiết sẽ được phát ra các giao diện ngoại vi của mạng chuyển mạch có giao diện với tất cả các phần tử mạng (BSS/HLR/VLR/AUC/EIR/OMC) và với mạng cố định PSTN hay ISDN MSC còn thực hiện cung cấp các dịch vụ của mạng cho thuê bao Ngoài ra nó còn chứa dữ liệu và thực hiện các quá trình Handover (chuyển giao). Trong chế độ thoại, một bộ triệt tiếng vọng (Echo- CanCeller) sẽ được đặt giữa MSC và mạng PSTN để triệt tiếng vọng gây ra ở các bộ biến đổi 2-4 dây trong mạng PSTN.

2.3.2 Bộ ghi dịch thường trú HLR

Là cơ sở dữ liệu trung tâm, quan trọng nhất của hệ thống GSM, ở đó lưu trữ các cơ sở dữ liệu và thuê bao đăng ký trong mạng của nó và thực hiện một số chức năng riêng của mạng thông tin di động Trong cơ sở dữ liệu này lưu trữ những số liệu về trạng thái thuê bao, quyền thâm nhập của thuê bao, các dịch vụ mà thuê bao đăng ký, số liệu động về vùng mà ở đó đang chứa thuê bao của nó. Trong HLR còn thực hiện việc tạo báo hiệu số 7 trên giao diện với MSC.

2.3.3 Bộ ghi định vị tạm thời VLR

Trong đó chứa các thông tin về tất cả các thuê bao di động đang nằm trong vùng phủ sóng của MSC này, gán cho các thuê bao từ vùng phục vụ MSC/VLR khác tới một số thuê bao tạm thời VLR còn thực hiện trao đổi thông tin về thuê bao Roaming giữa HLR nơi thuê bao đăng ký Chỉ có thế MSC mới thiết lập được đường ghép nối vô tuyến với MS với các trường hợp thông tin.

2.3.4 Trung tâm nhận thực AUC

Trong GSM có nhiều biện pháp an toàn khác nhau được dùng để tránh sự sử dụng trái phép, cho phép bám và ghi cuộc gọi Đường vô tuyến cũng được AUC cung cấp mã bảo mật chống nghe trộm, mã này được thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao Cơ sở dữ liệu của AUC còn ghi nhiều thông tin cần thiết về thuê bao và phải được bảo vệ chống mọi thâm nhập trái phép.

2.3.5 Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR

Bảo vệ mạng PLMN khỏi sự thâm nhập của những thuê bao trái phép bằng cách so sánh số IMEI của thuê bao này gửi tới khi thiết lập thông tin với sốIMEI (International Mobile Equipment Identity – Nhận dạng thiết bị trạm di động quốc tế) lưu trữ trong EIR, nếu không tương ứng thuê bao sẽ không thể truy nhập được vào mạng.

Trung tâm vận hành và bảo dưỡng OMC

OMC bao gồm cho cả phần vô tuyến và phần chuyển mạch, là một mạng máy tính cục bộ (LAN) Hệ thống này được nối với các phần tử của mạng như MSC, HLR/AUC, VLR, BSC, BTS,…qua giao diện X25 nhằm giám sát điều hành, bảo dưỡng mạng và quản lý thuê bao một cách tập trung Hệ thống này cũng là nơi cung cấp các thông tin quan trọng cho việc thiết lập kế hoạch xây dựng và mở rộng mạng.

Các chức năng chính của OMC trong việc quản lý mạng: o Thống kê các sự kiện xảy ra trong các phần tử mạng. o Thu thập và lưu giữ các số liệu xuất hiện trong quá trình khai thác của các phần tử mạng. o Truy nhập các phần tử của mạng từ xa bằng lệnh Người máy. o Tiếp nhận, lưu giữ các thông tin trạng thái gửi tới từ các phần tử của mạng o Xử lý các thông tin nhận từ trong mạng. o Quản lý sự cố trên các phần tử của mạng. o Quản lý cấu hình mạng bao gồm sửa đổi, tạo, lưu giữ,…cấu hình mạng. o Kiểm soát hoạt động của tất cả các phần tử trên mạng. o Bảo đảm an toàn số liệu và phần mềm trong các hệ thống quản lý mạng. o Quản lý thuê bao, bảo mật các số liệu thuê bao.

Một số ứng dụng của mạng trong quản lý GSM

- Quản lý lưu lượng: Bao gồm việc thống kê lưu lượng, kiểm soát tắc nghẽn, kiểm soát truy nhập Việc đo thống kê lưu lượng trong lúc mạng đang hoạt động là một trong những nhiệm vụ khó khăn của quản lý mạng Trong trường hợp có tắc nghẽn hệ thống tự động có biện pháp như: “phớt lờ” các cuộc gọi mới, phong tỏa bớt các dịch vụ không quan trọng,…

- Quản lý cấu hình: Tại OMC người ta có thể thực hiện một số công việc sau:

 Nạp lại phần mềm hệ thống hoặc nạp thêm phần mềm dịch vụ

 Thay đổi mức phát của các BTS.

 Khai báo các phần tử hay dịch vụ khi mở rộng mạng…

- Quản lý sự cố: Nhằm đáp ứng cho mạng hoạt động bình thường trong mọi tình huống, khi có sự cố xảy ra trên mạng cần kịp thời xử lý, khắc phục Thông thường việc quản lý sự cố tuân theo trình tự như sau:

- Quản lý thuê bao: Bao gồm việc đưa thêm hay loại bỏ thuê bao vào mạng, thay đổi số thuê bao, mở thêm hoặc phong tỏa các dịch vụ đối với một thuê bao nào đó Nhưng quan trọng nhất là quản lý số liệu cước như: thống kê, lưu giữ và xử lý cước trên mạng, mà còn tính theo loại hình dịch vụ, nhất là dịch vụ đặc biệt, dịch vụ thặng dư, Mặt khác, khi các nhà khai thác GSM có những hợp đồng Roaming với nhau, thì việc quản lý thuê bao “vãng lai” cũng là nét đặc thù của GSM.

- Quản lý bảo mật: Là một nhiệm vụ quan trọng trong mạng GSM, bao gồm việc quản lý số liệu thuê bao thông qua EIR,…quản lý số liệu mạng thông qua SIM card, HLR/AUC,…

Cấu trúc địa lý của mạng GSM

Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến cuộc gọi vào đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi Ở một mạng di động cấu trúc này rất quan trọng do tính lưu thông của các thuê bao trong mạng. o Vùng mạng: Tổng đài vô tuyến cổng (Gateway - MSC) các đường truyền giữa mạng MSC/PLMN và mạng PSTN/ISDN khác hay các mạng PLMN khác sẽ ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế Tất cả các cuộc gọi vào cho mạng GSM/PLMN sẽ được định tuyến đến một hay nhiều tổng đài được gọi là tổng đài vô tuyến cổng GMSC làm việc như một tổng đài trung kế vào cho GSM/PLMN Đây là nơi thực hiện chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi cho các cuộc gọi kết nối di động Nó cho phép hệ thống định tuyến các cuộc gọi đến nơi nhận cuối cùng của chúng - các trạm di động bị gọi. o Vùng phục vụ MSC/VLR: MSC là bộ phận của mạng được một MSC quản lý Để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động, đường truyền qua mạng sẽ nối đến MSC ở vùng phục vụ MSC nơi thuê bao đang ở. Vùng phục vụ là bộ phận của mạng được định nghĩa như một vùng mà ở đó có thể đạt đến một trạm di động nhờ việc trạm MS này được ghi lại ở một bộ ghi định vị thường trú (VLR) Một vùng mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR. o Vùng định vị (LA): Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một vùng định vị là một phần của vùng phục vụ MSC/VLC mà ở đó một MS có thể chuyển động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí tổng đài MSC/VLR điều khiển vùng định vị Vùng định vị là vùng mà ở đó một thông báo tìm gọi sẽ được phát quảng bá để tìm thuê bao di động gọi. o Ô (Cell): Vùng định vị được chia thành một số ô Ô là một vùng bao phủ vô tuyến được mạng nhận dạng bằng số nhận dạng ô toàn cầu Trạm di động tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc Mỗi ô vô tuyến có bán kính từ 350m đến 35 Km phụ thuộc vào cấu tạo địa hình và lưu lượng thông tin ở mỗi ô.

SỬ DỤNG LẠI TẦN SỐ VÀ QUY HOẠCH TẦN SỐ

Các thông số đánh giá

Các yếu tố để đánh giá chất lượng hệ thống:

 Mức tín hiệu sóng mang mong muốn thu được C (Carrier)

 Mức nhiễu đồng kênh I (Interference)

 Mức nhiễu lân cận A (Adjacent)

 Năng lượng tín hiệu phản xạ R (Reflecter) a Nhiễu dồng kênh

Nhiễu đồng kênh xảy ra khi một máy thu điều chỉnh đến kênh mà do hai máy phát cùng phát ở cùng một tần số hay kênh đó Cường độ tín hiệu thu được này phụ thuộc vào vị trí tương đối của máy thu đó tới hai máy phát.

Trạm gốc đang phục vụ Trạm gốc gây nhiễu

Hệ thống vô tuyến số Cellular dựa vào nguyên tắc cơ bản là sử dụng lại tần số để có thể phục vụ nhu cầu thông tin lớn với một giới hạn tài nguyên vô tuyến Do đó, không thể tránh được nhiễu đồng kênh trong hệ thống thông tin di động Vì vậy cần thiết phải thiết kế hệ thống với khả năng cho phép nhiễu này.

Tỷ số CARRIER/INTERFERENCE là quan hệ giữa tín hiệu mong muốn và tín hiệu nhiễu.

Pc : Là công suất thu được từ máy phát mong muốn

Pi : Là công suất thu được từ máy phát nhiễu Hình sau mô tả một cuộc gọi trong xe đang thu tín hiệu từ trạm gốc gần nhất, đồng thời chịu thêm nhiễu đồng kênh từ một trạm gốc gây nhiễu khác Giả thiết, hai trạm gốc này bức xạ cùng một công suất và đường truyền sóng tương đương Tại điểm giữa mobile có C/I = 0dB cường độ hai tín hiệu này bằng nhau.

Khuyến nghị GSM cho tỷ số C/I nhỏ nhất là 9 dB Trên thực tế các nhà khai thác thường thực hiện với C/I = 12 dB Một điều để thấy rằng C/I phụ thuộc rất nhiều vào sự quy hoạch tần số và mẫu sử dụng tần số Tần suất sử dụng lại tần số càng cao thì tỷ số C/I càng cao. b Nhiễu kênh liền kề

Nhiễu kênh liền kề xảy ra khi máy thu phát tín hiệu mong muốn C, những tín hiệu kênh lân cận C+1 và C-1 Mặc dù, máy thu không điều chỉnh tới những kênh lân cận đó, nhưng tín hiệu mong muốn bị suy giảm bởi những ảnh hưởng đó Máy thu càng có tính chọn lọc cao, thì ảnh hưởng kênh liền kề càng giảm.

Tỷ số CARRIER/ADJACENT là quan hệ giữa cường độ tín hiệu kênh mong muốn và tín hiệu kênh liền kề.

Pc : Là công suất thu được từ kênh mong muốn

Pa : Là công suất tu được từ kênh liền kề

Tỷ số C/A thấp sẽ dẫn đến tỷ số lỗi bit BER cao Các kênh GSM đã được mã hóa kênh tìm, sửa lỗi nhưng vẫn còn một lượng nhiễu nhất định Khoảng cách giữa tín hiệu mong muốn và nguồn liền kề càng cao thì C/A càng cao. Khuyến nghị GSM C/A nhỏ nhất là -9dB, nghĩa là tín hiệu mong muốn yếu hơn 9dB nhiễu gây ra do nhiễu liền kề Trong GSM, độ rộng kênh là 200 KHz và nhiễu kênh liền kề cũng rộng hơn 200KHz Để tối thiểu hóa nhiễu này, điều chế GMSK cho độ rộng tín hiệu lớn hơn 200 KHz thực hiện với thông số BT = 0.3, cho phép tạo lõm xung ở vị trí FCarrier = 200 KHz trong phổ của tín hiệu được điều chế Thông thường nhà khai thác chọn tỷ số C/A= 3 dB trong khi thiết kế. c Phân tán thời gian

C/R là tỷ số đánh giá phân tán thời gian trong hệ thống GSM khi sóng vô tuyến truyền và phản xạ trong không gian theo nhiều đường khác nhau Để hạn chế sự phản xạ này người ta sử dụng Equalizer có thể kiểm soát được phản xạ trễ trong khoảng 4 bit, tương ứng 15 às Nhưng trờn thực tế độ trễ này nhiều hơn vì nó phụ thuộc vào nhiều môi trường địa lý của vị trí đặt trạm, do đó ta chỉ có thể cho phép nó nhỏ hơn một mức ngưỡng nhất định.

Tái sử dụng tần số

Một nguyên lý cơ bản khi thiết kế hệ thống Cellular toàn bộ tần số có thể sử dụng cho một cell và được sử dụng lại trong một cell khác có khoảng cách địa lý đủ để chấp nhận được nhiễu đồng kênh Trong mỗi nhóm tần số thì các tần số sử dụng cũng có khoảng cách nhất định đủ cho tránh nhiễu kênh liền kề.

Sử dụng lại tần số ở những cell khác nhau bị giới hạn bởi tỷ số C/I giữa các cell.Một vấn đề là làm sao sử dụng lại một cách có hiệu quả nhất vừa cung ứng được dung lượng cao mà có thể tối thiểu tỷ số C/I Ta tính toán tỷ số C/I như sau:

P: Là vị trí máy di động liên quan tới cả hai vị trí A và B Tại máy di động MS có :

Trong đó: x là hệ thống truyền sóng, nó nằm trong khoảng từ 3 đến 4 đối với hầu hết các môi trường.

Số cell/nhóm Tỉ số C/I (dB) x

Bảng 3.1: Các giá trị C/I 3.2.1 Mẫu tái sử dụng lại tần số 3/9

Mẫu tái sử dụng lại tần số 3/9 có nghĩa các tần số sử dụng được chia thành 9 nhóm tần số ấn định trong 3 vị trí trạm gốc Mẫu này có khoảng cách giữa các đài đồng kênh là D = 5.2 R.

Các tần số ở mẫu 3/9 (giả thiết có 41 tần số - là số tần số sử dụng trong mạng GSM/VMS).

Hình 3.3: Mô hình sử dụng lại tần số 3/9

Bảng 3.2: Các tần số ở mẫu 3/9

Tỷ số C/A cũng là một tỷ số quan trọng và người ta cũng dựa vào tỷ số này để đảm bảo rằng việc ấn định tần số sẽ không làm cho các cell giống nhau có khác sóng mang liền nhau Lý tưởng là các sóng mang liền nhau không nên được sử dụng ở các cell cạnh nhau về mặt địa lý Tuy nhiên, trong hệ thống 3/9 các cell cạnh nhau về mặt địa lý là A1 và C3 lại sử dụng các sóng mang liền nhau Điều này chứng tỏ rằng tỷ số C/A đối với các máy di động hoạt động ở biên giới giữa hai cell A1 và C3 là 0 dB và mặc dù tỷ số này lớn hơn tỷ số chuẩn của GSM là -9dB Đây là mức nhiễu cao Việc sử dụng các biện pháp như nhảy tần, điều khiển công suất động, truyền dẫn gián đoạn là nhằm mục đích giảm tối thiểu các hiệu ứng này.

Mẫu 3/9, các tần số quy định được chia thành 9 nhóm và đặt tại 3 vị trí đài trạm Nên khoảng cách tái sử dụng lại tần số là: D=D 3 =R √ 3∗9≈ 5.2∗R

3.2.2 Mẫu tái sử dụng lại tần số 4/12

Mẫu tái sử dụng lại tần số 4/12 có nghĩa là các tần số sử dụng được chia thành 12 nhóm tần số ấn định trong 4 vị trí trạm gốc Khoảng cách giữa các trạm đồng kênh khi đó là D = 6 R Ấn định tần số

Mẫu 4/12 cũng cho dung lượng, lưu luợng thấp hơn mẫu 3/9 vì:

 Số lượng sóng mang trên cell ít hơn (mỗi Cell có 1/12 tổng số sóng mang thay vì 1/9)

 Các nhân tố sử dụng lại là thấp hơn (nghĩa là khoảng cách sử dụng lại là lớn hơn)

Mẫu 4/12: Các tần số quy định chia thành 12 nhóm và đặt tại 4 vị trí đài trạm Khi đó khoảng cách tái sử dụng tần số là:

3.2.3 Mẫu sử dụng lại tần số 7/21

Mẫu 7/21 có nghĩa là các tần số sử dụng được chia thành 21 nhóm ấn định trong 7 trạm gốc Khoảng cách giữa các trạm đồng kênh là D = 7.9 R Ấn định sóng mang

Mẫu 7/21: Các tần số quy định được chia thành 21 nhóm và đặt tại 7 vị trí đài trạm (7 BTS) Có khoảng cách tái sử dụng lại tần số là:

Khi số nhóm tần số tăng N/21, N/12, N/9, nghĩa là số tần số có thể dùng cho 1 đài trạm tăng thì khoảng cách giữa các đài đồng kênh D sẽ giảm 7.9 R; 6R; 5.2 R Điều này đồng nghĩa với nhiễu trong hệ thống cũng sẽ tăng lên Vói số nhóm tần số tăng thì số thuê bao được phục vụ cũng sẽ tăng lên.

Như vây, việc lựa chọn mẫu sử dụng lại tần số phải dựa trên các đặc điểm địa lý vùng phủ sóng, mật độ thuê bao của vùng phủ và tổng số kênh N của mạng.

SỰ PHÁT TRIỂN CỦA WAP

1.1 Mobile Internet và sự ra đời của Wap

Trên con đường hội nhập giữa thông tin di động và Internet, để đáp ứng nhu cầu về dịch vụ Internet di động (Mobile Internet) như nhận và gửi E-mail qua điện thoại di động, các dịch vụ thông tin, giải trí, thương mại di động (Mobile Commerce) bao gồm thông tin về tài khoản ngân hàng, thanh toán, mua bán hàng hóa, các dịch vụ thông tin dựa trên vị trí của thuê bao (Location Service),… WAP đã ra đời, WAP là sự hội tụ của thông tin di động và các dịch vụ Internet Khác với các ứng dụng có dây, các ứng dụng không dây có những đặc thù sau: o Đặc tính mạng không dây:

TỔNG QUAN VỀ WAP

Mobile Internet và sự ra đời của Wap

Trên con đường hội nhập giữa thông tin di động và Internet, để đáp ứng nhu cầu về dịch vụ Internet di động (Mobile Internet) như nhận và gửi E-mail qua điện thoại di động, các dịch vụ thông tin, giải trí, thương mại di động (Mobile Commerce) bao gồm thông tin về tài khoản ngân hàng, thanh toán, mua bán hàng hóa, các dịch vụ thông tin dựa trên vị trí của thuê bao (Location Service),… WAP đã ra đời, WAP là sự hội tụ của thông tin di động và các dịch vụ Internet Khác với các ứng dụng có dây, các ứng dụng không dây có những đặc thù sau: o Đặc tính mạng không dây:

- Độ trễ cao: Để gửi một Byte thông tin qua đường dây điện thoại từ máy trạm đến máy chủ và sau đó quay lại máy trạm trung bình mất

250 ms Nhưng để làm một thao tác tương tự trên mạng GSM sử dụng kết nối dữ liệu chuyển mạch kênh có độ trễ lên tới 800 ms.

- Băng thông hạn chế : Mạng GSM cung cấp dịch vụ truyền số liệu với băng thông 9,6 kbps CDMA cho phép truyền ở tốc độ 14,4 kbps.

- Tỷ lệ lỗi cao và độ tin cậy thấp : Tỷ lệ lỗi bit BER đối với đường dây điện thoại vào khoảng 10 -5 hoặc tốt hơn, tùy thuộc vào chất lượng đường dây điện thoại tại từng quốc gia. o Hạn chế của các thiết bị đầu cuối không dây :

- Bộ nhớ nhỏ : Khác với các máy tính có bộ nhớ RAM lên tới 128 MB hoặc 256 MB, bộ nhớ của thiết bị đầu cuối không dây, đặc biệt là các điện thoại di động rất nhỏ, tối đa cũng chỉ đạt được 16 KB hoặc 32 KB

- Nguồn cấp điện (Battery) trong thời gian hạn chế.

- Giao diện đồ họa mà màn hình nhỏ, đen trắng, không hiển thị được những hình ảnh phức tạp.

Với những hạn chế kể trên, giao thức HTTP (Hypertext Transfer Protocol

Giao thức truyền siêu văn bản), cũng như ngôn ngữ HTML (Hypertext Markup Language : Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản), Giao thức và ngôn ngữ sử dụng cho mạng Internet không thể sử dụng cho các ứng dụng không dây, vì những nguyên nhân sau :

- Thông thường, HTTP tạo ra một phần đầu (overhead) chiếm tới 50% - 70% của lưu lượng truyền Mà các trang WEB hiện nay là tổ hợp của các dòng văn bản (text) với các đường dẫn (link) tới các phần đồ họa. Điều này dẫn đến việc các trang WEB tạo ra lưu lượng truyền dữ liệu rất lớn khi sử dụng cho mạng không dây và ảnh hưởng rất lớn đến hiệu năng của các thiết bị đầu cuối không dây khi hiển thị (browser) các trang WEB.

- Phần đầu (overhead) của HTTP lớn còn đòi hỏi CPU rất mạnh cũng như hệ điều hành của thiết bị Browser.

- Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản HTML hỗ trợ 80 loại nhãn (tag) bao gồm cấu trúc văn bản , dạng (form), khung (frame), đồ họa vàMultimedia, đường dẫn (link), dòng và dãn dòng, bảng…HTML tương đối phức tạp và đòi hỏi 10 MB đĩa cứng đối với các thiết bị Browser

- WAP mang lại cho các nhà cung cấp thiết bị phần mềm, phần cứng khả năng phát triển công nghệ theo tiêu chuẩn, đảm bảo được nhà khai thác mạng cũng như nhà lập trình, sản xuất thiết bị đầu cuối sử dụng

- WAP mang lại tiềm năng sản xuất các thiết bị đầu cuối có hỗ trợ WAP cho các nhà sản xuất thiết bị đầu cuối.

- WAP mang lại khả năng cung cấp dịch vụ mới cho các nhà khai thác mạng.Vào tháng 05 năm 1998, WAP phiên bản 1.0 ra đời.

WAP – Giao thức ứng dụng không dây

WAP ( Wireless Application Protocol – Giao thức ứng dụng không dây) là một tiêu chuẩn dùng cho thông tin di động WAP cho phép các thiết bị di động như máy điện thoại di động, PAD (Personal Digital Assistant) truy nhập và lấy các thông tin từ các nguồn khác nhau, chủ yếu từ các WEB Site.

WAP là những kỹ thuật mang tính mở, toàn cầu, cho phép người sử dụng di động cùng các thiết bị không dây dễ dàng truy nhập thông tin, dịch vụ một cách tức thời.Tóm lại, WAP cho phép người sử dụng :

+ Nhận và gửi E-Mail qua máy điện thoại di động.

+ Nhận các thông tin từ Internet, dưới cả hai dạng các trang nội dung và các truy vấn từ cơ sở dữ liệu (database queries).

+ Nhận các thông tin mang tính chất thông báo

+ Thực hiện các tác vụ thương mại điện tử (M-Commeree) như mua hàng qua điện thoại.

WAP thực chất chạy trên dịch vụ Data của mạng thông tin di động Để có thể sử dụng dịch vụ WAP, thuê bao di động nhất thiết cần có dịch vụ Data.

CẤU TẠO HỆ THỐNG WAP

Cấu hình WAP

Hình 2.1: Các thành phần cơ bản của hệ thống WAP

Thiết bị đầu cuối di động có hỗ trợ WAP là một đầu cuối của giao thức WAP và thực hiện chức năng của môi trường ứng dụng WAP Trên thiết bị đầu cuối này có WML Browser, WML Script và môi trường cho các ứng dụng điện thoại Thiết bị đầu cuối di động có hỗ trợ WAP có thể là máy điện thoại di động, PDA hoặc các thiết bị khác có hỗ trợ WAP.

WAP Gateway thực hiện chức năng cầu nối giữa các giao thức mạng không dây và giao thức mạng có dây Để thực hiện nhiệm vụ cầu nối này, WAP Gateway phục vụ như đầu bên kia của giao thức WAP và như là một đầu cuối của các giao thức Internet Các yêu cầu WSP sẽ được WAP Gateway chuyển thành các yêu cầu HTTP và truyền qua mạng Internet tới máy chủ WEB Ngoài ra, WAP Gateway còn thực hiện việc mã hóa nhị phân từ WML và XML thành WBXML và dịch các WML Script thành các mã nhị phân tương ứng.

Máy chủ WEB là các máy chủ WEB thông thường, sử dụng các công cụ và các giao thức khác nhau để cung cấp các loại thông tin khác nhau Ví dụ như máy chủ WEB có thể cung cấp các trang thông tin được tạo ra bởi các công cụ như Active Server Pages (ASP) ColdFusion hoặc PHP Việc tích hợp các cơ sở dữ liệu có thể thực hiện thông qua các giao thức như CGI hoặc phổ biến hơn là ODBC Máy chủ WEB, nếu có hỗ trợ các loại phương tiện WAP, sẽ được gọi là máy chủ WAP.

Nguồn dữ liệu là nơi chứa dữ liệu được gửi tới người sử dụng hoặc hệ thống xử lý các yêu cầu của người sử dụng Nguồn dữ liệu có thể là các hệ thống cơ sở dữ liệu ORACLE hoặc SQL Server. Để mô tả chức năng của WAP Gateway, ta hãy xét ví dụ về một yêu cầuWAP, đi từ thiết bị đầu cuối tới nguồn dữ liệu Như trên hình vẽ, thiết bị đầu cuối sẽ tạo ra một yêu cầu truy vấn (Query), qua WAP Gateway tới máy chủWEB Máy chủ WEB sẽ lấy kết quả truy vấn từ nguồn dữ liệu (cơ sở dữ liệu),

2 6 sau đó chuyển đổi thành dạng XML Sau đó, XSL Style Sheet tại máy chủ WEB sẽ được sử dụng để chuyển đổi dữ liệu XML thành dữ liệu WML Nội dung thông tin chứa đựng trong WML sẽ được trả lại WAP Gateway để tới thiết bị đầu cuối. a Thiết bị đầu cuối khởi tạo WAP

- Chứa địa chỉ URL bằng cách nhập vào hoặc qua WML Card bằng các lựa chọn đường dẫn.

- Tạo nên một yêu cầu WSP có chứa địa chỉ URL.

- Mã hóa yêu cầu WSP thành dạng nhị phân.

- Phân bố yêu cầu WSP vào bộ giao thức WAP (WDP, WTLS, WTP và WSP).

- Thiết lập kết nối WAP với WAP Gateway và chuyển yêu cầu qua mạng không dây Giao thức WDP sẽ cung cấp các mapping cần thiết giữa các giao thức và các loại vật mang khác nhau (GSM, CDMA,…). b WAP Gateway gửi yêu cầu tới máy chủ WEB

Khi nhận được yêu cầu WSP đã được mã hóa nhị phân từ thiết bị đầu cuối WAP gửi qua mạng không dây, WAP Gateway sẽ thực hiện những chức năng sau:

 Nhận yêu cầu WSP đã được mã hóa nhị phân từ mạng không dây và đưa tới bộ giao thức WAP trong WAP Gateway.

 Xử lý yêu cầu qua các lớp của bộ giao thức WAP, giải mã nhị phân yêu cầu WSP và đưa tới bộ cầu nối WSP/HTTP.

 Trong bộ cầu nối WSP/HTTP, dịch yêu cầu WSP và xây dựng một yêu cầu HTTP tương ứng.

 Thiết lập một kết nối TCP/IP tới máy chủ WEB đích, qua đường kết nối này, truyền yêu cầu HTTP tới máy chủ WEB. c Máy chủ WEB khi nhận được yêu cầu HTTPsẽ khởi tạo một yêu cầu tới nguồn dữ liệu, trong đó có chứa dữ liệu mong muốn d Nguồn dữ liệu (cơ sỏ dữ liệu) nhận được từ yêu cầu truy vấn từ máy chủWEB sẽ đưa lại thông tin yêu cầu e Máy chủ WEB khi nhận đuợc trả lời từ nguồn dữ liệu sẽ trả thông tin về WAP Gateway qua HTTP f WAP Gateway trả thông tin về thiết bị đầu cuối:

- WAP Gateway xử lý thông tin nhận được qua các lớp của giao thứcTCP/IP, sau đó chuyển trả lời HTTP tới bộ cầu WSP/HTTP.

- Bộ cầu WSP/HTTP chuyển đổi trả lời HTTP thành trả lời WSP tương ứng, mã hóa nhị phân trả lời WSP và nội dung WMl và chuyển trả lời WSP đã mã hóa nhị phân và nội dung thông tin tới các giao thức WAP

- WAP Gateway xử lý trả lời WSP qua các lớp của bộ giao thức WAP và chuyển trả lời qua mạng không dây qua thiết bị đầu cuối g Thiết bị đầu cuối nhận trả lời WSP mã hóa nhị phân và nội dung WML qua mạng không dây từ WAP Gateưay Thiết bị đầu cuối sẽ thực hiện các chuiức năng sau:

- Thiết bị đầu cuối nhận trả lời WSP dạng mã hóa nhị phân và nội dung WML qua mạng không dây.

- Thiết bị đầu cuối xử lý qua các lớp của bộ giao thức WAP và chuyển nội dung WML tới môi trường ứng dụng WAP.

- Môi trường ứng dụng WAP sẽ giải mã nhị phân nội dung WML và chuyển đến màn hình của thiết bị đầu cuối để hiển thị.

Như vậy, chức năng của WAP Gateway là cầu nối giữa WSP/HTTP và ngược lại đồng thời mã hóa/ giải mã nhị phân Vai trò của WAP Gateway là hết sức quan trọng hệ thống WAP đây là cầu nối giữa mạng không dây và mạng có dây.

DỊCH VỤ VÔ TUYẾN GÓI GPRS

TỔNG QUAN VỀ DỊCH VỤ VÔ TUYẾN GÓI GPRS

Tại sao phải có GPRS, nhu cầu phát triển của dịch vụ này

Kể từ khi ra đời, mạng thông tin di động GSM đã cho thấy những tính năng vượt trội so với mạng thông tin vô tuyến Analog Cùng với những công nghệ TDMA khác như IS 136, DAMP và các công nghệ CDMA GSM đã thúc đẩy sự phát triển chưa từng có của thị trường thông tin di động trên thế giới. Nhưng cũng như những công nghệ khác, thông tin di động thế hệ thứ hai bắt đầu bộc lộ những nhược điểm khi nhu cầu của nó khi nhu cầu về băng thông rộng ngày càng trở nên cần thiết Tình trạng phát triển mạng 2G quá nhiều phát sinh ra một loạt các vấn đề như phân bổ tần số bị hạn chế, chuyển vùng phức tạp, không kinh tế, chất lượng chưa đạt được mức của điện thoại cố định, chuyển mạch kênh không đáp ứng được với các tốc độ cao và sự lãng phí tài nguyên do một kênh luôn ở trạng thái mở máy ngay cả khi không có lưu lượng đi qua Qua dự án này một số phương án kỹ thuật đã được chấp nhận và đang đi vào triển khai hoạt động trên thế giới như phát triển từ mạng CDMA One (IS-95) lên CDMA2000, phát triển từ các mạng GSM và TDMA hiện nay sử dụng công nghệ EDGE và dùng các bộ tiêu chuẩn của UMTS để tiến thẳng lên WCDMA.

Chuyển sang thế hệ thứ ba là tất yếu nhưng chi phí đầu tư là rất lớn lên đòi hỏi phải có một giải pháp quá độ mà có thể chấp nhận được từ phía nhà sản xuất, nhà khai thác, khách hàng Đó chính là dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS. GPRS khắc phục được các nhược điểm của thông tin chuyển mạch kênh truyền thống bằng cách chia nhỏ số liệu thành từng gói nhỏ rồi truyền đi theo một trật tự quy định và sử dụng các tài nguyên vô tuyến khi một người dùng thực sự cần phát hoặc thu Trong thời gian không có số liệu nào được phát triển, kết nối tạm ngừng hoạt động nhưng nó lập tức kết nối lại ngay khi có yêu cầu Sử dụng hiệu quả tài nguyên, hàng trăm khách hàng có thể chia sẻ một băng thông và được một cell duy nhất phục vụ Tốc độ tối đa theo lý thuyết là 17,2 Kbps với điều kiện toàn bộ 8 khe thời gian đều được dùng một lúc Tốc độ này lớn hơn 10 lần tốc độ cao nhất của hệ thống GSM hiện nay và gấp đôi tốc độ truy nhập Internet theo cách truyền thống.

GPRS cho phép việc điều khiển các giao dịch ngân hàng, trả lời thư điện tử, hiển thị trang WEB và hội thảo có hình trở nên dễ dàng Ta cũng có thể tích hợp truyền số liệu tốc độ cao, đa phương tiện trong một mạng vô tuyến, sau đó thêm vào các kỹ thuật mới như nhận dạng giọng nói và các kỹ thuật định vị nhờ giải pháp End To End Dựa vào cấu trúc mạng ngang hàng cơ sở IP, GPRS đã tạo ra rất nhiều ưu điểm so với hệ thống GSM hiện tại.

Hiện nay có rất nhiều nhà sản xuất hàng đấu thế giới đã đưa ra thị trường các sản phẩm GPRS Thông tin di động GSM cũng đã phát triển một cách mạnh mẽ thông qua số lượng thuê bao vùng phủ sóng và số lượng dịch vụ cung cấp cho khách hàng Thực tế cho biết việc sử dụng các dịch vụ số liệu theo phương pháp chuyển mạch kênh gây lãng phí tiềm năng mạng, nhất là phần vô tuyến. Điều đó không thể đáp ứng nhu cầu đa dạng hiện nay khi đưa vào khai thác dịch vụ thông tin hình ảnh, Internet, thương mại điện tử Những yêu cầu kinh tế, kỹ thuật đã nêu, dịch vụ GPRS là một trong những cách tốt nhất để sớm đưa hệ thống thông tin di động nước ta tiến lên thế hệ thứ 3 Hiện nay hệ thống GPRS đang được triển khai ở một số tỉnh ở nước ta và sẽ có sự phát triển rộng khắp.

Các đặc tính kỹ thuật của dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS

GPRS là một thiết lập của hệ thống toàn cầu cho phép dịch vụ mạng thông tin di động, được thiết kế để cung cấp truyền dẫn phương thức gói trong phạm vi PLMN và tương tác mạng với các mạng bên ngoài như TCP/IP, X25.

1.2.1 Các đặc tính kỹ thuật của GPRS

Xuất phát từ mạng GSM các đặc tính kỹ thuật của GPRS bao gồm:

 Các khía cạnh dịch vụ, mạng, vô tuyến.

 Giao diện MS-BSSF và các thủ tục

 Lớp vật lý thuộc phần vô tuyến

 Các thích ứng đầu cuối cho các MS

 Các giao diện BTS/BSC và BSC/MSC

 Tương tác mạng, dịch vụ

 Đặc điểm thiết bị và tương thích

 Quản lý mạng bao gồm khai thác và bảo trì

1.2.2 Các giao diện bên trong GPRS

Các giao diện bên trong GPRS bao gồm:

 Gn : Mạng Backbone nút hỗ trợ GPRS (GSN)

 Gb : BSS tới SGSN (máy chủ GSN)

 Gi : Điểm tham khảo bên ngoài Gi cho đầu nối theo đường TCP/IP, X25.

KIẾN TRÚC HỆ THỐNG GPRS

Kiến trúc hệ thống

Trong hệ thống GSM tốc độ truyền dẫn của cấu trúc chuyển mạch kênh tại mạng bị hạn chế từ 9,6 đến 14,4 Kbps Với GPRS, tài nguyên vô tuyến được

3 0 cấp phát động, việc thay đổi cở sở hạ tầng cho chuyển mạch gói mạng GPRS thay vì một cơ sở hạ tầng cho chuyển mạch kênh sẽ mang lại hiệu quả cao hơn.

Phần chuyển mạch kênh của mạng GSM hiện nay không cung cấp đầy đủ các chức năng hỗ trợ cho chuyển mạch gói Để xây dựng một cơ sở hạ tầng dựa trên mạng GSM đang tồn tại phải thêm một số phần tử, đó chính là một tập hợp các nút mạng mới, là các nút hỗ trợ GSN Các nút hỗ trợ có nhiệm vụ định tuyến các gói dữ liệu giữa các trạm di động MS các dữ liệu gói gọn PDN.

Thực tế mạng logic được thêm là nút hỗ trợ dịch vụ (SGSN) và nút hỗ trợ cổng (GGSN), khối kiểm tra gói (PCU)

Hình vẽ thể hiện dịch vụ GSM trên chuyển mạch kênh được cung cấp qua giao diện Um Đến BSS và sau đó qua giao diện A tới MSC Các cuộc gọi được định tuyến qua một MSC cổng (GMSC- Gate MSC) trước khi tới mạng công cộng khác như : ISDN,PSTN,…Tính di động được hỗ trợ bằng cách sử dụng các thanh ghi VLR và HLR.

Các dịch vụ GPRS được sử dụng cùng một kiến trúc BSS như các dịch vụ chuyển mạch kênh Các dịch vụ dựa trên chuyển mạch gói được định tuyến trên các giao diện Gb và Gn tới SGSN và GGSN trước khi kết nối đến các kết nối mạng dữ liệu gói PDN dựa trên cơ sở IP, X25 kết cuối SGSN và GGSN có thể được tích hợp cùng nút vật lý hoặc đặt ở các nút vật lý khác nhau HLR sẽ giữ thông tin thuê bao riêng của GPRS và ánh xạ IMSI tới một hoặc nhiều địa chỉ mang dữ liệu gói (chỉ đối với mỗi loại mạng đích)

Hình 2.1: Mô hình mạng GPRS

GPRS cố gắng tái sử dụng các thành phần mạng GSM hiện nay ở mức độ có thể, nhưng để xây dựng hiệu quả một mạng tế bào di động dịch vụ gói, thì cần phải sửa đổi các thành phần mạng mới, các giao diện và các giao thức điều khiển lưu luợng gói GPRS cần sửa đổi các thành phần mạng cũ, cụ thể như sau:

Sửa đổi nâng cấp để đáp ứng với GPRS Đầu cuối thuê bao (TE)

Toàn bộ đầu cuối mới phải truy nhập được các dịch vụ GPRS Các đàu cuối loại mới này sẽ phải tương thích với GSM cho các cuộc gọi.

BTS Cập nhật phần mềm trong các trạm thu cở sở (BTS) hiện thời.

Cần nâng cấp phần mềm bộ điều khiển trạm cơ sở (BSC) ngay từ khi cài đặt phần cứng mới PCU PCU định hướng luồng số liệu tới mạng GPRS, có thể là phần cứng riêng gắn với BSC.

Khi triển khai GPRS cần cài đặt các thành phần mạng lõi gọi là nút hỗ trợ phục vụ GPRS (SGSN) và nút hỗ trợ cổng GPRS (SGSN).

Các cơ sở dữ liệu Tất cả cá dữ liệu trong mạng cần phải nâng cấp phần mềm để điều khiển các chức năng và hình thức mới của GPRS.

Các thành phần mạng

2.2.1 Trạm di động (MS – Mobile Station)

MS bao gồm TE và MT MS thường được sử dụng trong cuộc hội thảo về đặc điểm của GPRS MS thích ứng với 3 loại cấu hình đó là: o Loại A dùng cho cả GPRS và GSM. o Loại B, giám sát GPRS và GSM chỉ một loại được hoạt động trong cùng một thời gian. o Loại C dùng cho các dịch vụ GPRS. a- Thiết bị đầu cuối TE

Cần phải có các đầu cuối thuê bao mới (TE) vì điện thoại GSM hiện thời không điều khiển giao dịch không gian tăng cường, chúng cũng không có khả năng gói hóa lưu lượng trực tiếp được Các đầu cuối thuê bao này dùng để truyền và nhận dữ liệu gói và thường là một máy vi tính GPRS sẽ cung cấp một kết nối IP giữa TE và người cung cấp dịch vụ Internet hoặc mạng LAN để kết nối với hệ thống GPRS Có nhiều dạng đầu cuối như đã nói ở phía trước, gồm các máy điện thoại tốc độ cao hiện thời để hỗ trợ truy cập số liệu tốc độ cao và các Card PC cho máy tính Laptop Tất cả các đầu cuối sẽ tương thích với GSM cho các cuộc gọi thoại dùng cho GSM. b- Đầu cuối di động (MT – Mobile Terminal)

MT được kết nối cùng TE và ra ngoài không gian để đưa đến BTS Khi

MT được sử dụng để kết nối với hệ thống GPRS thì nó phải được trang bị phần mềm để phù hợp với chức năng GPRS Nó đóng vai trò như một Modem để kết nối TE và hệ thống rồi được thiết lập một kết nối tới nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN – Service GPRS Support Node).

2.2.2 Phân hệ trạm gốc (BSS – Base Station Subsystem)

Mỗi BSS phải cài đặt một hoặc nhiều PCU và nâng cấp phần mềm PCU cung cấp giao diện số liệu logic và vật lý ra ngoài BSS cho luồng số liệu gói. BTS cần nâng cấp phần mềm, các phần cứng không cần nâng cấp Khi cả luồng thoại và số liệu đều xuất phát từ một đầu cuối thuê bao, nó được truyền qua giao diện tới BTS và từ BTS đến BSC theo cùng một chuẩn cuộc gọi GSM Thoại được truyền đến trung tâm chuyển mạch di động theo chuẩn GSM và số liệu truyền tới thiết bị mới gọi là nút hỗ trợ dịch vụ GPRS, qua PCU trên một giao diện chuyển tiếp khung BSS không được hỗ trợ như một phần của giải pháp GPRS chuẩn vì một khả năng khai thác mạng có thể tích thêm một chức năng GPRS và các trạm BSS đang tồn tại Một BTS bao gồm các thành phần sau: a- Trạm thu phát gốc – Base Tranceiver Station - BTS

Trạm thu phát gốc BTS là một thiết bị sóng vô tuyến để truyền và nhận thông tin qua không gian giúp cho BSC có thể liên lạc với MS trong cùng một vùng trung tâm chuyển mạch di động (MSC – Mobile Switching Cetre) BTS chịu trách nhiệm gắn các khe thời gian Radio được chuyển mạch tự động giữa các chế độ GPRS (PDCH), dưới sự điều khiển của phần mềm trong hệ thống Radio BTS và PCU làm việc hòa hợp để thực hiện các chức năng GPRS Một nhóm BTS được điều khiển bởi một BSC BTS phải chứa một phần mềm riêng. b- Bộ điều khiển trạm gốc (Base Station Controller)

BSC là trung tâm định tuyến và phân phát gói số liệu, báo hiệu cho mạng GPRS BSC định tuyến thông tin tới tần số, PCU và SGSN Nó cung cấp các sóng Radio, chức năng liên quan và có chức năng tương tự như chuyển giao Có nghĩa là thiết lập, giám sát và cắt cuộc gọi chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói Đây là đặc điểm vượt trội và hay nhất của BSC Một hoặc vài BSC được phục vụ bởi một MSC Vài MSC được phục vụ bởi một SGSN Một BSC chỉ có thể kết nối với một SGSN.

2.2.3 Đơn vị điều khiển gói

PCU thêm chức năng điều khiển kênh Radio GPRS cho BSS của GSM.Một PCU nối đến BSC và phục vụ toàn bộ BSC Mỗi BSC có thể được trang bị một PCU PCU liên kết với GSN qua mạng chuyển tiếp khung hoặc qua một liên kết trực tiếp Giao diện Gb được định tuyến thẳng đến GSN hoặc qua BS.

Bộ dịch mã được dung trong BSC để tập trung lưu lượng GPRS từ các PCU trên liên kết Gb đơn.

Cho phép nhà khai thác quản lý và giám sát các khía cạnh về Radio của cả mạng GSM và GPRS Phần mềm trong OMC – R quản lý PCU và các đặc điểmGPRS mới trong BSC và BTS.

Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC

MSC biểu thị chức năng của chuyển mạch điện thoại Đối với GSM đó là chuyển mạch kênh Nó điều khiển cuộc gọi giữa các mạng và các máy điện thoại khác nhau hoặc các máy điện thoại trong cùng một mạng Ví dụ PSTN, ISFN,… Vùng định tuyến SGSN là một phần của vùng định vị MSC Một vùng định vị

LA được tập hợp bởi nhiều BSS LA là một phần của mạng, nhằm phát hiện thuê bao trong trạng thái rỗi Tại LA MS không cần định vị thông báo vị trí với mạng Một vài LA tạo thành một vùng phục Vùng phục vụ này là một phần của mạng, nó được điều khiển bởi một MSC.Vài MSC tương ứng với một SGSN.Một MSC có thể kết nối với vài SGSN.

Bộ ghi định vị tạm trú VLR trong SGSN và MSC

Một thuê bao chuyển dịch vào một vùng đăng ký vị trí mới MS gửi tín hiệu yêu cầu đăng ký vị trí đến BS của vùng mới này để cập nhật vị trí của mình VLR bao gồm thông tin của tất cả các trạm di động đã đăng ký và được định vị hiện thời trong vùng định vị MSC, cũng như được định tuyến trong vùng định tuyến SGSN Thực tế SGSN bao gồm chức năng của VLR với liên kết chuyển mạch kênh.

VLR cung cấp những thông tin cần thiết cho MSC và SGSN hoặc các dịch vụ để phục vụ thuê bao Khi MS chuyển sang một vùng định vị MSC mới hoặc vùng định tuyến SGSN mới thì BS gửi bản tin đăng ký vị trí chứa các số của vùng đăng ký vị trí mới và MS đến D – AMS Số vùng đăng ký vị trí của số liệu thuê bao được cập nhật tín hiệu vào HLR sau khi nó được xác minh kết quả nhận thực là đúng thông qua nút hỗ trợ SGSN và MSC Do vậy, nếu di động thực hiện cuộc gọi ở một thời gian khác thì VLR sẽ có ngay thông tin cần thiết cho cuộc gọi được tiến hành.

Bộ ghi định vị thường trú (HLR)

HLR là một tùy chọn, nó chứa thông tin quản trị cho một thuê bao đăng ký trong mạng GSM tương ứng, gồm cả vị trí hiện thời của MS HLR được thiết

3 4 kế cho mạng GSM mặc dù HLR được cài đặt như một dữ liệu phân tán có thể truy nhập HLR từ SGSN qua mạng giao diện Gr và từ SGSN qua giao diện thay thế Gc Đối với một MS có Roaming nằm trong một PLMN khác SGSN hiện tại.

Cổng trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động (GMSC)

GMSC cho phép liên kết giữa chuyển mạch kênh và mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN GMSC vẫn được sử dụng như cũ đối với hệ thống GPRS.

SMS – GMSC và SMS – IWMSC được kết nối với SGSN qua giao diện

Gd cho phép MS sử dụng GPRS gửi và nhận những bản tin ngắn qua các kênh vô tuyến.

Các nút hỗ trợ GPRS (GSN)

Tại mạng lõi, các trung tâm chuyển mạch di động hiện tại dựa trên công nghệ trung tâm chuyển mạch và các MSC không thể điều khiển lưu lượng gói.

Vì vậy thành phần mới là các nút hỗ trợ GPRS được thêm vào đó là các nút hỗ trợ dịch vụ GPRS- SGSN và nút hỗ trợ cổng GPRS – GGSN.

2.7.1 Nút hỗ trợ GPRS dịch vụ SGSN

SGSN được xem như là MSC “chuyển mạch gói”, nó chuyển gói tới các trạm di động trong vùng phục vụ của nó SGSN gửi các truy vấn tới các thanh ghi định vị thường trú (HLR) để lấy số liệu của các thuê bao GPRS SGSN phát hiện các trạm di động GPRS mới trong một vùng dịch vụ xác định, xử lý việc đăng ký của các thuê bao trong một vùng xác định Vì thế mà SGSN thực hiện các chức năng quản lý di động như kết nối, hủy bỏ kết nối của các thuê bao di động và quản lý vị trí SGSN nối tới hệ thống trạm cơ sở BSS qua liên kết chuyển mạch khung tới PCU trong BSC Nếu như vai trò chính của GPRS là duy trì một liên kết logic để truyền số liệu tới một trạm di động MS, thiết lập kênh truyền số liệu tin cậy và an toàn khi trạm di động di chuyển giữa các cell. SGSN kiểm tra vị trí của trạm di động trong vùng dịch vụ của nó Để truy nhập các dịch vụ GPRS, một trạm di động phải nối tới mạng GPRS, một liên kết logic được thiết lập giữa một trạm di động và SGSN Vì vậy trạm có thể tìm gọi qua SGSN và truy nhập các dịch vụ của nhà cung cấp dịch vụ ISP Trong quá trình nối với GPRS, SGSN thiết lập việc quản lý di động gồm các thông tin với tính di động và an toàn của trạm di động Để gửi và nhận số liệu, trạm di động MS khởi tạo giao thức số liệu gói PDP Khi các giao thức này được khởi tạo thìSGSN thiết lập một giao thức số liệu gói PDP để định tuyến trong mạng di động công cộng mặt đất PLMN với GGSN để cho thuê bao GPRS sử dụng Lúc này thì trạm di động nhập mạng, liên kết với các mạng số liệu bên ngoài và sau đó chuyển qua giao diện Gi Thông tin của thuê bao điện thoại lưu trong một GPRS, thanh ghi định vị thường trú bên trong HLR sẽ ánh xạ giữa phần định dạng trạm di động và địa chỉ mạng số liệu công cộng PDN Thanh ghi này chứa cơ sở dữ liệu về định danh thuê bao để SGSN có thể tìm xem một trạm di động mới có nằm trong vùng phục vụ của mạng GPRS này hay không SGSN có chức năng chính như sau: a- Chức năng điều khiển - CF (Control Function)

Cho phép SGSN và các thành phần mạng khác có thể thực hiện các công việc sau:

 Khởi tạo thức số liệu gói PDP

 Kết thúc giao thức số liệu gói PDP

 Các yêu cầu phát tín hiệu b- Chức năng truyền (TF – Transmission Function)

Chức năng này cho phép truyền đơn vị số liệu PCU giữa SGSN và các trạm di động qua một trong hai giao diện.

 Giao diện Gn cho phép truy nhập giữa các SGSN và các GGSN.

 Giao diện Gb cho phép các thuê bao di động có thể truy nhập mạng qua hệ thống trạm cơ sở BSS, các giao diện của mỗi SGSN với một hoặc nhiều hệ thống cơ sở. c- Chức năng báo hiệu số 7

Chức năng này cung cấp cho phần ứng dụng di động thực hiện báo hiệu số 7 giữa SGSN và thanh ghi định vị thường trú HLR. d- Chức năng vận hành, quản trị, quản lý và cung cấp dự phòng

Theo khả năng quản lý chức năng của SGSN trên SNMP thì SGSN có chức năng vận hành, bảo dưỡng GPRS qua dịch vụ vận hành, quản trị, quản lý và cung cấp dịch vụ dự phòng SNMP là điểm truy nhập duy nhất cho tất cả các dịch vụ quản lý chức năng của SGSN Trong SGSN, dịch vụ này hoạt động như một bộ dồn kênh các yêu cầu về quản lý mà nó thu được từ dịch vụ vận hành, bảo dưỡng của GPRS để tương thích các dịch vụ nhỏ hơn quản lý các tài nguyên GSN thực. e- Chức năng tích cực

SGSN tạo ra các bản tin ghi số liệu để tính cước cho SGSN và các bản ghi số liệu tính cước cho các thuê bao Các số liệu này được thu nhập và gửi toàn bộ phần tính cước cổng CGF.

2.7.2 Nút hỗ trợ GPRS cổng GGSN Để trao đổi thông tin với mạng dữ liệu ngoài SGSN phải thông qua một nút cổng GGSN Về mặt cấu trúc GGSN có vị trí tương tự GMSC GGSN thực chất là một giao diện giữa GPRS và các mạng dữ liệu gói ngoài Nó biến đổi các gói GPRS đến từ SGSN thành một định dạng giao thức dữ liệu gói (PDP –

Packet Data Protocol) thích hợp, ví dụ như IP và X25 và gửi chúng đến mạng dữ liệu gói đích Theo hướng ngược lại, địa chỉ PDP của các gói dữ liệu đến từ các mạng ngoài được biến thành địa chỉ GSM của người sử dụng đích Các gói dữ liệu đã được xét và gửi tới SGSN tương ứng Để thực hiện điều đó, GGSN phải lưu địa chỉ SGSN hiện tại của người sử dụng và hồ sơ người sử dụng trong thanh ghi định vị GGSN cũng cho phép nhận thực và các chức năng tính cước.

Các chức năng chính của GGSN bao gồm: a – Chức năng cổng nối mạng

Trong GPRS, nút hỗ trợ cổng GGSN đứng giữa mạng số liệu gói PDN trên giao diện Gi và giao thức truyền ngang bên trong GPRS trên giao diện Gn. Vai trò của Gateway trong GPRS là cung cấp chức năng truyền của GGSN cho đường lên và đường xuống Đường lên cung cấp truy nhập mạng GPRS tới các trạm bên ngoài nếu các tạm bên ngoài này có nhu cầu liên lạc với các thuê bao di động Nút hỗ trợ cổng GPRS hoạt động như một điểm chuyển mạch cố định giữa các trạm bên ngoài và các thuê bao di động Đường xuống định hướng các gói tin kết thúc cuộc gọi tới SGSN hiện đang phục vụ trạm di động đó và cho phép thuê bao di động dịch chuyển tự do trong vùng phủ sóng hoặc trên một mạng bên ngoài Đóng gói và giải mã gói giao thức truyền ngầm GPRS Hỗ trợ các kiểu địa chỉ IP công cộng và địa chỉ IP riêng, cho phép quản lý quay số IP. b – Chức năng vận hành, quản lý và hỗ trợ OAMP

Với chức năng này GGSN cho phép liên kết tới một trung tâm vận hành và bảo dưỡng GPRS như một điểm đơn vị quản trị GGSN có thể cảnh báo cho nhà vận hành mạng về sự thay đổi bất kỳ trước khi xảy ra các vấn đề bất thường, cho phép thực hiện chuyển trạng thái trước khi hệ thống còn đang trực tuyến. Tối thiểu hóa thời gian kênh lên xuống và tác động lên mạng Với các thành phần trường GGSN có thể thay thế các LED để chỉ thị nhanh các trạng thái. c – Chức năng tính cước

GGSN lựa chọn và chuyển các bản ghi số liệu tính cước tới chức năng tính cước cổng GPRS (CGF)

Tóm lại, ta có thể nhận thấy rằng có rất nhiều mối quan hệ giữa SGSN và GGSN Một GGSN có thể là giao diện tới mạng dữ liệu ngoài cho nhiều SGSN và ngược lại một SGSN có thể định tuyến các gói của nó qua các nút GGSN khác nhau để tới các mạng dữ liệu gói khác nhau.

2.7.3 Khối kiểm tra gói PCU

Thông thường PCU được đặt chung với BSC Đây là một bộ phận được bổ sung thêm vào BSC để xử lý việc truyền dữ liệu gói giữa đầu cuối và SGSN trong GPRS PCU dùng để xử lý giao tiếp không gian thông qua việc kiểm soát các lớp điều khiển kết nối Radio (RLC – Radio Link Control) và các lớp điều khiển truy nhập trung bình (MAC – Medium Access Control) trong giao diện. Ngoài phần cứng PCU, phần mềm điều khiển cũng được bổ sung vào BSC trong hệ thống Trong phân hệ BSS, PCU điều khiển các chức năng thấp trong giao diện Um đó là:

Phân đoạn và tái hợp các đơn vị dữ liệu giao thức:

 Kiểm soát truy nhập kênh

 Quản lý kênh vô tuyến

 Danh mục kênh dữ liệu gói

 Phát hiện lỗi truyền dẫn

 Truyền lại tự động có lựa chọn

Các đặc điểm của GPRS

GPRS là một dịch vụ giá trị gia tăng mới, cho phép gửi và nhận thông tin qua mạng thông tin di động Nó bổ sung cho các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch kênh CSD – Circuit Switched Data và dịch vụ bản tin ngắn hiện nay GPRS có những ưu điểm sau đây:

2.8.1 Đặc điểm về dịch vụ

Về khía cạnh cung cấp dịch vụ, GPRS cho phép thuê bao gửi và thu dữ liệu ở chế độ vận chuyển gói đầu cuối tới đầu cuối (End To End) mà không sử dụng bất kỳ tài nguyên mạng chuyển mạch kênh nào Điều này cho phép GPRS hoạt động độc lập, phù hợp với đặc tính lưu luợng đột biến của thông tin dữ liệu.

Những khía cạnh về tính mềm dẻo được đảm bảo nhờ cấu hình online tài nguyên vô tuyến dành riêng cho GPRS bởi nhà khai thác mà không làm gián đoạn dịch vụ.

Những khía cạnh động của mạng lưới dưới đây hoàn toàn ẩn với thuê bao, mặc dù hồ sơ dịch vụ khác nhau đều có thể thương lượng về độ trễ, lưu lượng và mức độ ưu tiên, GPRS cung cấp một khả năng truyền dẫn giữa hai máy hoặc giữa một máy di động với nhiều đầu cuối gắn với mạng dữ liệu gói PDN bên ngoài Hai loại dịch vụ được hỗ trợ là: a- Điểm nối điểm (Point- To - Point)

Có hai loại PTP đó là:

 PTP định hướng kết nối b- Điểm nối đa điểm (point – To - Multipoint)

Có hai loại PTM là:

 PTM nhóm cuộc gọi (PTM - G)

2.8.2 Đặc điểm về người sử dụng a- Tốc độ

Về lý thuyết tôc độ tối đa của dịch vụ GPRS đạt được khi sử dụng toàn bộ đồng thời 8 khe thời gian có thể lên đến 171,2 Kbps Tốc độ này nhanh gấp 3 lần tốc độ dữ liệu trên mạng cố định hiện nay và khoảng 10 lấn với dịch vụ dữ liệu nhanh nhậy, tức thời và hiệu quả nên GPRS có thể là dịch vụ dữ liệu di động kinh tế hơn so với CSD và SMS. b- Tính tức thời

GPRS hỗ trợ kết nối ngay (Online) nên thông tin có thể truyền dẫn hoặc nhận bất kỳ lúc nào khi cần Với GPRS, không cần bất cứ một kết nối modem nào Vì vậy người sử dụng được coi như luôn luôn kết nối Tính tức thời là một trong những ưu điểm của GPRS so với CSD. c- Các ứng dụng mời cấp cao hơn

GPRS tạo điều kiện để cho xuất hiện ứng dụng mà cho đến nay mạngGSM chưa thể cung cấp do hạn chế về tốc độ dữ liệu 9,6 Kbps do việc vẫn sử dụng chuyển mạch kênh cũng như hạn chế về độ dài bản tin 160 ký tự trongSMS GPRS cho phép thực hiện toàn bộ các ứng dụng Internet quen thuộc từ trình duyệt Web cho đến trò chuyện trên mạng (Chat) Các ứng dụng mới bao gồm: Truyền file, truy cập dữ liệu tương tác, quản lý nhanh, thu phát E-mail, tự động hóa gia đình (cho phép truy cập và điều khiển từ xa các thiết bị máy móc gia đình).

2.8.3 Đặc điểm về mạng lưới a- Chuyển giao gói

GPRS đặt một giao diện vô tuyến lên mạng GSM chuyển mạch kênh hiện thời Điều này mang lại cho người sử dụng các tùy chọn mới với các dịch vụ gói Việc bổ sung chuyển mạch gói vào cấu trúc chuyển mạch kênh hiện tại không đòi hỏi sự nâng cấp thay đổi quá nhiều về mạng Thực tế nhà khai thác chỉ cần đặt một số nút hạ tầng mới và nâng cấp (chủ yếu là phần mềm) các phần tử mạng hiện tại. b- Hiệu quả phổ

Với GPRS tài nguyên vô tuyến chỉ được sử dụng khi một người sử dụng tức thời truyền hoặc nhận dữ liệu Phải dành riêng cho kênh vô tuyến cho một người sử dụng trong suốt một khoảng thời gian cố định Tài nguyên vô tuyến sẵn có được phân chia đồng thời cho nhiều người sử dụng Việc sử dụng hiệu quả tài nguyên vô tuyến khan hiếm cho phép số đông người sử dụng có thể chia sẻ cùng một băng thông và cùng được phục vụ bởi một cell duy nhất Số lượng thời gian được hỗ trợ tùy thuộc loại ứng dụng và dung lượng dữ liệu cần truyền. Hiệu quả phổ GPRS cho phép giảm nhu cầu dự trữ về dung lượng mạng lưới và năng lực xử lý hầu như chỉ được sử dụng trong giờ cao điểm Do đó GPRS cho phép nhà khai thác sử dụng tối đa tài nguyên mạng lưới một cách mềm dẻo và năng động. c- Hỗ trợ GSM và TDMA

Một điểm chú ý là GPRS không chỉ là dịch vụ được phát triển cho mạng thông tin di động trên cơ sở GSM Các hệ thống tiêu chuẩn TDMA/IS-136 ở Châu Mỹ cũng có khả năng nâng cấp để hỗ trợ GPRS Đó là thuận lợi cho việc hội tụ thế hệ thứ 3 (3G).

2.8.4 Đặc điểm hạn chế của GPRS

Mặc dù rõ ràng GPRS là một dịch vụ dữ liệu di động quan trọng tạo ra những cải thiện đáng kể về phổ, khả năng và chức năng so với dịch vụ phi thoại hiện nay Tuy nhiên GPRS cũng có những hạn chế như sau: a- Dung lượng cell hạn chế cho tất cả người sử dụng

GPRS có ảnh hưởng thực sự tới dung lượng các cell trong mạng hiện tại. Tài nguyên vô tuyến hạn hẹp cần được triển khai cho nhiều loại hình sử dụng khác nhau mà trong đó sử dụng tài nguyên vô tuyến cho mục đích này không loại trừ việc sử dụng đồng thời cho nhiều mục đích khác. b- Tốc độ thực tế còn thấp

4 0 Để đạt được tốc độ truyền dẫn tối đa 171,2 Kbps như trên lý thuyết thì một người sử dụng cần chiếm toàn bộ khe thời gian cùng với điều kiện không có mã sửa lỗi Dành tất cả các khe thời gian chỉ cho một người sử dụng, rõ ràng là rất khó chấp nhận đối với nhà khai thác Hơn nữa, máy đầu cuối GPRS bước đầu sẽ khá hạn chế, chỉ hỗ trợ một, hai hoặc ba khe thời gian Băng thông dành cho người sử dụng vì thế rất hạn hẹp Như vậy, tốc độ lý thuyết tối đa của GPRS cần được kiểm tra lại trong thực trạng giới hạn cả về mạng lưới và thiết bị đầu cuối. Thực tế có thể nhận thấy rõ mạng di động nói chung luôn có tốc độ thấp hơn so với mạng cố định. c- Trễ chuyển tiếp

Gói tin trong GPRS được gửi đi khắp các hướng khác nhau để tới một đích duy nhất Điều này mở ra khả năng một hoặc một số các gói chung được gửi bị thất lạc hay bị lỗi khi chuyển qua kênh vô tuyến Tiêu chuẩn GPRS nhận thức được tính chất gắn liền này của công nghệ truyền dẫn vô tuyến gói và đã thiết lập được cơ cấu phát lại tự động và đảm bảo tính trung thực của dữ liệu.Tuy nhiên, kết quả tiềm tàng của cơ cấu này là trễ chuyển tiếp có thể xảy ra.

Các yêu cầu cơ bản đổi mới với hệ thống GSM – GPRS

2.9.1 Các yêu cầu đối với người sử dụng Đối với người sử dụng ưu điểm quan trọng nhất của GPRS là khả năng tính cước dựa trên dung lượng Họ không phải trả cho những thời gian không truyền dữ liệu Trong thời gian trống thì phổ sẽ mang lại hiệu quả cho người sử dụng khác

Một yêu cầu cơ bản khác là khả năng đáp ứng với hầu hết các ứng dụng hiện tại mà không cần đòi hỏi gì Do đó hệ thống có thể cung cấp một tốc độ dữ liệu biến đổi với dung lượng truyền dẫn tới hàng chục Kbps Thêm vào đó, yêu cầu có một sự mềm dẻo đối với các dịch vụ mới và các ứng dụng mới cho hệ thống.

Một yêu cầu quan trọng khác nữa là khả năng cung cấp truyền dẫn PTP và PTM Các ứng dụng thông tin hiện tại dựa trên PTP Tuy nhiên dịch vụ PTM mở ra những khả năng mới cho sự giới thiệu các dịch vụ mới mà nếu không có dịch vụ PTM thì lại phải dùng các mạng không dây khác Các yêư cầu cho PTM là khả năng vận chuyển dữ liệu bên trong một vùng địa lý xác định trước và cho một nhóm người sử dụng xác định trước.

Trong dịch vụ vô tuyến gói GPRS có nhiều hồ sơ người sử dụng, vì vậy hệ thống phải mềm dẻo đủ để cho phép đưa ra một thiết bị đầu cuối riêng biệt cho mỗi hồ sơ Điểm chính của các dịch vụ này là có thể hoạt động với tốc độ bit thấp và đưa một đầu cuối tốc độ thấp là rất quan trọng Tuy nhiên, có khả năng hầu hết những người sử dụng thích vận hành các văn phòng di động với các ứng dụng hiện tại Do đó, sự đưa ra một thiết bị đầu cuối tốc độ cao với độ phức tạp hợp lý cũng cần được xét đến.

2.9.2 Các yêu cầu của người cung cấp dịch vụ

Từ trên quan điểm của nhà khai thác, tài nguyên hệ thống khan hiếm phải được sử dụng hiệu quả Đặc biệt là trong các dịch vụ dữ liệu, phải có sự chia sẻ tài nguyên mạng và giao diện vô tuyến giữa các người sử dụng mà không có sự suy giảm quá nhiều hiệu quả truyền dẫn của mỗi người sử dụng Điều này làm tăng thu nhập trên một đơn vị phổ và tất nhiên là độ phức tạp và đầu tư ban đầu rất đáng kể

Có thể đáp ứng các dịch vụ truyền dẫn thường xuyên của những lượng nhỏ dữ liệu và không thường xuyên của những lượng lớn dữ liệu Điều này làm cho hệ thống có thể mềm dẻo với các ứng dụng và dịch vụ mới Sự truyền các lượng dữ liệu lớn vẫn nên duy trì qua các kênh chuyển mạch để tránh sự tắc nghẽn trong dải phổ vô tuyến gói Sự chia sẻ mềm dẻo nguồn tài nguyên khả dụng giữa dịch vụ vô tuyến gói và các dịch vụ khác là rất quan trọng vì các yêu cầu dung lượng biến đổi một cách động.

Một yêu cầu nữa là sự cài đặt cấu hình dịch vụ GPRS không gây hại đến các dịch vụ đang tồn tại Cập nhật hệ thống bằng phần mềm hoặc phần cứng mới luôn là vấn đề khó khăn bởi vì có rất nhiều sự kiểm tra đi kèm theo Bằng cách giới thiệu một dịch vụ mới mà có nhiều sự phụ thuộc đến các dịch vụ hiện tại thì sự kiểm tra hầu như đã được làm sẽ phải làm lại Dịch vụ mới ngày càng độc lập với các dịch vụ khác thì sự kiểm tra ngày càng ít đi.

Vì dịch vụ vô tuyến gói này yêu cầu những thay đổi đáng kể đến cấu trúc hiện tại, nên kiến trúc mới cần mềm dẻo để thực hiện trong các hệ thống sau.Giới thiệu dịch vụ vô tuyến gói này có thể không cần một sự thay đổi nào ở giao thưc mức thấp trong giao diện vô tuyến Kiến trúc mạng và các giao thức mức cao sẽ được thực hiện Kiến trúc của GPRS được thiết kế để cho báo hiệu và các giao thức ở mức cao là độc lập Chỉ có các giao thức mức thấp trong giao diện vô tuyến là phải thay đổi khả năng hoạt động trong cùng một dịch vụ.

Thị trường và ứng dụng

Đối với GPRS, ngành khai thác mạng GSM sẽ phải đương đầu với sự chuyển đổi nhanh từ các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch kênh sang các dữ liệu chuyển mạch gói Những người sử dụng sẽ thay thế các thiết bị đầu cuối để chuyển sang GPRS GPRS cung cấp không chỉ các dịch vụ dữ liệu về giá thay

4 2 cho GSM mà còn có các dịch vụ mạng cho ứng dụng mới Các dịch vụ từ xa cũng được tính theo dung lượng thay vì dựa trên thời gian như chuyển mạch kênh Cả thiết bị tĩnh và thiết bị động (không dây) đều sử dụng GPRS một cách hiệu quả.

Những ứng dụng của GPRS là công cụ thông tin quan trọng trong PC đến các ứng dụng đặc biệt Một vài ứng dụng PC được sử dụng với các dịch vụ dữ liệu GSM chuyển mạch kênh, nhưng GPRS có thể mang lại đường truyền dẫn hiệu quả về mặt giá cả Tuy nhiên hiện tại các ứng dụng đặc biệt có thể được phục vụ tốt hơn bằng các mạng không dây khác có cung cấp truy cập gói.

Văn phòng PC di động cung cấp một tập trung các ứng dụng có thể cho phép người đi làm từ xa cũng như văn phòng Các ứng dụng chính của GPRS bao gồm phát và thu thư điện tử truyền File và trình duyệt trang Web trong Internet Ưu điểm của GPRS đối với thư điện tử là kết nối có thể mở rộng tất cả về thời gian vì giá cước sẽ được dựa trên dung lượng dữ liệu được truyền Các bản tin đến sẽ đi tới đầu cuối thuê bao, không cần phải xử lý như chuyển mạch kênh thông thường khác Một ưu điểm khác là người sử dụng có thể không muốn thu các bản tin đó vì một vài lý do nào đó Trong truyền file, các file nhỏ được truyền nhanh hơn không vì không cần thời gian khởi tạo cuộc gọi Trong trình duyệt Web, hầu hết thời gian là dùng đọc thông tin và Download từ trên mạng xuống Ưu điểm này mang lại sự tiết kiệm chi phí cho người sử dụng vì chỉ tính cước khi phát hoặc thu dữ liệu chủ động.

GPRS mở ra một thị trường rộng lớn cho các ứng dụng có truyền các lượng nhỏ dữ liệu mộ cách thường xuyên Bộ thu phát GPRS sẽ được tích hợp trong các thiết bị điện tử phân phối thống kê chu kỳ, chỉ thị lỗi, báo động trộm cho máy tính trung tâm Ví GPRS là một dịch vụ không dây nên các thiết bị điện tử này có thể tĩnh hoặc động. Điều khiển luôn là một trong các ứng dụng thú vị của GPRS Hiện đang thiết kế thực hiện một hệ thống điều khiển tầu hỏa khắp Châu Âu dựa trên GPRS Hệ thống GPRS này cũng là một hệ thống mạng cho vận chuyển Taxi và vận chuyển thư tín cũng như cho đường dẫn động.

Trong giao dịch tiền tệ, GPRS có thể trở thành một vật mang cho tiền điện tử Thời gian truy cập và tốc độ dữ liệu đủ lớn để giao dịch đủ nhanh.

Các thị trường đích cho mạng GPRS được liệt kê như sau: a) Thị trường mạng máy tính không dây Được ứng dụng cho các lĩnh vực sau:

 Các văn phòng lưu động

 Truy nhập mạng cơ quan

 Nhắn tin thời gian thực

 Mua bán điện tử đặt trước

 Giải trí b) Thị trường quản lý lưu lượng o Di động GPRS trong ô tô o Quản lý nhanh tàu o Điều khiển tàu, xe lửa tự động o Dẫn đường tự động o Tính cước cao có tự động c) GPRS tích hợp trong thiết bị

 Điều khiển từ xa d) Các ứng dụng khác

 Bản tin dự báo thời tiết

Tóm lại, để thep kịp sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ mở rộng mạng lưới, đồng thời đáp ứng nhu cầu của người sử dụng Nhu cầu tất yếu là phát triển lên mạng thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) Nhưng như đã nói ở phần trước, để xây dựng mạng thông tin 3G hoàn chỉnh cần một quá trình lâu dài với sự đầu tư cơ sở hạ tầng lớn Trước mắt, nhằm đáp ứng đòi hỏi về kết nối Internet, truyền số liệu,…và các đòi hỏi về tốc độ thông tin, nên qua một bước quá độ lên thế hệ 2+, đó là mạng GPRS Với mục đích xây dựng mạng thông tin di động có hỗ trợ GPRS từ mạng GSM đang sẵn có Việc triển khai các thiết bị thêm vào trong quá trình thử nghiệm để tiến lên 3G.

PHÁT TRIỂN LÊN 3G

TIN DI ĐỘNG TOÀN CẦU

1.1 Xu hướng phát triển hệ thống thông tin di động trên thế giới

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất sử dụng công nghệ đa truy nhập theo tần số (FDMA) là hệ thống tế bào tương tự dung lượng thấp và chỉ có dịch vụ thoại, tồn tại là các hệ thống NMT (Bắc Âu), TACS (Anh) , AMPS (Mỹ) Đến những năm 1980 đã trở nên quá tải các nhà phát triển công nghệ di động trên thế giới nhận định cần phải xây dựng một hệ thống tế bào thế hệ 2 mà hoàn toàn sử dụng công nghệ số Đó phải là các hệ thống xử lý tín hiệu số cung cấp được dung lượng lớn, chất lượng thoại được cải thiện, có thể đáp ứng các dịch truyền số liệu tốc độ thấp Các hệ thống 2G là GSM ( Global System for

Mobile Communication – Châu Âu), hệ thống D-AMPS (Mỹ) sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, và IS-95 ở Mỹ và Hàn Quốc sử dụng công nghệ đa truy nhập phận chia theo mã CDMA băng hẹp Mặc dù hệ thống thông tin di động 2G coi là những tiến bộ đáng kể nhưng vẫn gặp phải những hạn chế sau : Tốc độ lên mạng thông tin di động thế hệ tiếp theo để cải thiện dịch vụ truyền số liệu , nâng cao tốc độ bit và tài nguyên được chia sẻ,…

Mạng thông tin di động 2G đã rất thành công trong việc cung cấp dịch vụ tới người sử dụng trên toàn thế giới, nhưng số lượng người sử dụng tăng nhanh hơn nhiều so với dự kiến ban đầu Có thể đưa ra các thống kê về sự tăng trưởng của thị trường di động phân đoạn theo công nghệ như hình 1-1.

Căn cứ các số liệu thống kê trên ta thấy GSM là một chuẩn vô tuyến di động 2G số lượng thuê bao lớn nhất trên toàn thế giới Nhưng tốc độ dữ liệu bị hạn chế và số lượng người sử dụng tăng lên đặc biệt là người sử dụng đa phương tiện có nguy cơ không đáp ứng đủ nhu cầu của thị trường.

Hình 1.1: Thống kê sự tăng trưởng thị trường di động phân loại theo công nghệ

Mặt khác, khi các hệ thống thông tin di động ngày càng phát triển, không chỉ số lượng người sử dụng điện thoại di động tăng lên, mở rộng thị trường, mà

XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TOÀN CẦU

Xu hướng phát triển hệ thống thông tin di động trên thế giới

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất sử dụng công nghệ đa truy nhập theo tần số (FDMA) là hệ thống tế bào tương tự dung lượng thấp và chỉ có dịch vụ thoại, tồn tại là các hệ thống NMT (Bắc Âu), TACS (Anh) , AMPS (Mỹ) Đến những năm 1980 đã trở nên quá tải các nhà phát triển công nghệ di động trên thế giới nhận định cần phải xây dựng một hệ thống tế bào thế hệ 2 mà hoàn toàn sử dụng công nghệ số Đó phải là các hệ thống xử lý tín hiệu số cung cấp được dung lượng lớn, chất lượng thoại được cải thiện, có thể đáp ứng các dịch truyền số liệu tốc độ thấp Các hệ thống 2G là GSM ( Global System for

Mobile Communication – Châu Âu), hệ thống D-AMPS (Mỹ) sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, và IS-95 ở Mỹ và Hàn Quốc sử dụng công nghệ đa truy nhập phận chia theo mã CDMA băng hẹp Mặc dù hệ thống thông tin di động 2G coi là những tiến bộ đáng kể nhưng vẫn gặp phải những hạn chế sau : Tốc độ lên mạng thông tin di động thế hệ tiếp theo để cải thiện dịch vụ truyền số liệu , nâng cao tốc độ bit và tài nguyên được chia sẻ,…

Mạng thông tin di động 2G đã rất thành công trong việc cung cấp dịch vụ tới người sử dụng trên toàn thế giới, nhưng số lượng người sử dụng tăng nhanh hơn nhiều so với dự kiến ban đầu Có thể đưa ra các thống kê về sự tăng trưởng của thị trường di động phân đoạn theo công nghệ như hình 1-1.

Căn cứ các số liệu thống kê trên ta thấy GSM là một chuẩn vô tuyến di động 2G số lượng thuê bao lớn nhất trên toàn thế giới Nhưng tốc độ dữ liệu bị hạn chế và số lượng người sử dụng tăng lên đặc biệt là người sử dụng đa phương tiện có nguy cơ không đáp ứng đủ nhu cầu của thị trường.

Hình 1.1: Thống kê sự tăng trưởng thị trường di động phân loại theo công nghệ

Mặt khác, khi các hệ thống thông tin di động ngày càng phát triển, không chỉ số lượng người sử dụng điện thoại di động tăng lên, mở rộng thị trường, mà người sử dụng còn đòi hỏi các dịch vụ tiên tiến hơn không chỉ là các dịch vụ cuộc gọi điện thoại và dịch vụ số liệu tốc độ thấp hiện có trong mạng 2G Nhu cầu của thị trường có thể phân loại thành các lĩch vực sau : o Dịch vụ dữ liệu máy tính ( Computer Data ):

- Số liệu máy tính ( Computer Data ), E- mail

- Truyền hình ảnh thời gian thực ( Real time image transfer )

- Đa phương tiện ( Multimedia ), tính toán di động ( Computing ) o Dịch vụ viễn thông ( Telecommunication )

- Hội nghị truyền hình ( Video conferencing )

- Điện thoại hình ( Video Telephony )

- Các dịch vụ số liệu băng rộng ( Wide band data services ) o Dịch vụ nội dung âm thanh hình ảnh ( Audio –video content )

- Hình ảnh theo yêu cầu ( Video on demand )

- Các dịch vụ tương tác hình ảnh ( Interactive video services )

- Báo điện tử ( Electronic newspaper )

- Mua bán từ xa ( Teleshopping )

- Các dịch vụ internet giá trị gia tăng ( Value ađed internet services )

- Dịch vụ phát thanh và truyền hình ( TV & Radio contributions )

Những lý do trên thúc đẩy các tổ chức nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin di động trên thế giới tiến hành nghiên cứu và đã áp dụng trong thực tế chuẩn mới cho hệ thống thông tin di động : Thông tin di động 2,5G và 3G.

Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA

WCDMA là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G của IMT-2000 được phát triển chủ yếu ở Châu Âu với mục đích cho phép các mạng cung cấp khả năng chuyển vùng toàn cầu, hỗ trợ nhiều dịch vụ thoại, dịch vụ đa phương tiện. Các mạng WCDMA được xây dựng dựng trên cơ sở mạng GSM, tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của các nhà khai thác mạng GSM Quá trình phát triển từ GSM lên CDMA qua các giai đoạn trung gian, có thể được tóm tắt trong sơ đồ sau đây

Hình 1.2: Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA

GPRS là một hệ thống vô tuyến thuộc giai đoạn trung gian, nhưng vẫn là hệ thống 3G nếu xét về mạng lõi GPRS cung cấp các kết nối số liệu chuyển mạng gói với tốc độ truyền lên tới 171,2 Kbps (tốc độ số liệu đỉnh) và hỗ trợ giao thức Internet TCP/IP và X25, nhờ vậy tăng cường đáng kể các dịch vụ số liệu của GSM.

Công việc tích hợp GPRS vào mạng GSM đang tồn tại là một quá trình đơn giản Một phần các khe trên giao diện vô tuyến dành cho GPRS, cho phép ghép kênh số liệu gói được lập lịch trình trước đối với một số trạm di động. Phân hệ trạm gốc chỉ cần nâng cấp một phần nhờ liên quan đến khối điều khiển gói ( PCU- Packet Control Unit ) để cung cấp khả năng định tuyến gói giữa các đầu cuối di động các nút cổng ( gateway ) Một nâng cấp nhỏ về phần mềm cũng cần thiết để hỗ trợ các hệ thống mã hóa kênh khác nhau.

Mạng lõi GSM được tạo thành từ các kết nối chuyển mạch kênh được mở rộng bằng cách thêm vào các nút chuyển mạch số liệu và gateway mới, được gọi là GGSN ( Gateway GPRS Support Node ) và SGSN ( Serving GPRS Support

Node) GPRS là một giải pháp đã được chuẩn hóa hoàn toàn với các giao diện mở rộng và có thể chuyển thẳng lên 3G về cấu trúc mạng lõi.

EDGE ( Enhanced Data rates for Global Evolution ) là một kỹ thuật truyền dẫn 3G đã được chấp nhận và có thể triển khai trong phổ tần hiện có của các nhà khai thác TDMA và GSM EDGE tái sử dụng băng tần sóng mang, cấu trúc khe thời gian của GSM và được thiết kế nhằm tăng tốc độ số liệu của người sử dụng trong mạng GPRS hoặc HSCSD bằng cách sử dụng các hệ thống cao cấp, công nghệ tiên tiến khác Vì vậy, cơ sở hạ tầng và thiết bị đầu cuối hoàn toàn phù hợp với EDGE hoàn toàn tương thích với GSM và GPRS.

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là một công nghệ truy nhập vô tuyến được phát triển mạnh ở Châu Âu Hệ thống này hoạt động ở chế độ FDD và dựa trên kỹ thuật trải phổ trực tiếp (DSSS – Direct Sequency Spectrum) sử dụng tốc độ chip 3,84 Mcps bên trong băng tần 5MHz Băng tần rộng hơn và tốc độ trải phổ cao làm tăng độ lợi xử lý và một giải pháp thu đa đường, đó là đặc điểm để chuẩn bị IMT – 2000.

WCDMA hỗ trợ trọn vẹn cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói tốc độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời các dịch vụ hỗn hợp với chế độ gói hoạt động ở mức hiệu quả cao nhất Hơn nữa WCDMA có thể hỗ trợ các tốc độ số liệu khác nhau, dựa trên thủ tục điều chỉnh tốc độ Chuẩn WCDMA hiện thời sử dụng phương pháp điều chế QPSK, một phương pháp điều chế tốt hơn 8-PSK, cung cấp tốc độ số liệu cao nhất là 2Mbps với chất lượng truyền tốt trong vùng phủ rộng.

WCDMA là công nghệ truyền dẫn vô tuyến mới với mạng truy nhập vô tuyến mới, được gọi là UTRAN bao gồm các phần tử mạng mới như RNC(Radio Network Controller) và Node B (tên gọi trạm gốc mới trong UMTS).Tuy nhiên mạng GPRS/EDGE có thể được sử dụng lại +các thiết bị đầu cuối hoạt động ở nhiều chế độ có khả năng hỗ trợ GSM/GPRS/EDGE và cảWCDMA.

Kiến trúc hệ thống UMTS

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 UMTS tận dụng kiến trúc đã có trong hầu hết các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 và thậm chí cả thế hệ thứ nhất Điều này được chỉ ra trong các đặc tả kỹ thuật 3GPP.

Hệ thống UMTS bao gồm một số phần tử mạng logic, mỗi phần tử có một chức năng xác định Theo tiêu chuẩn, các phần tử mạng được định nghĩa tại mức logic, nhưng có thể lại liên quan đến việc thực thi ở mức vật lý Đặc biệt là khi có một số giao diện mở (đối với một giao diện được coi là “mở”, thì yêu cầu giao diện phải được định nghĩa một cách chi tiết về các thiết bị tại các điểm đầu cuối mà có thể cung cấp bởi 2 nhà sản xuất khác nhau) Các phần tử mạng có thể được nhóm lại nếu có các chức năng giống nhau, hay dựa vào các mạng con chứa chúng.

Theo chức năng thì các phần tử mạng được nhóm thành các nhóm:

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

- Mạng lõi (CN): Thực hiện chức năng chuyển mạch và định tuyến cuộc gọi và kết nối dữ liệu đến các mạng bên ngoài.

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

Kiến trúc hệ thống ở mức cao được chỉ ra trong hình 1.3

Hình 1.3: Kiến trúc hệ thống UMTS ở mức cao

Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G)

Bộ phận tiêu chuẩn hóa của ITU – R đã xây dựng các tiêu chuẩn cho IMT -2000 IMT-2000 đã mở rộng đáng kể khả năng cung cấp dịch vụ và bao phủ một vùng rộng lớn các môi trường thông tin Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng đồng thời đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin thế hệ thứ hai (2G) vào những năm 2000, thông tin di động thế hệ 3G xây dựng trên cơ sở IMT-2000 được đưa vào phục vụ từ năm 2001 Các yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động 3G là:

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

 3G 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.

- Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông

- Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau như: Trong công sở, ngoài đường, trên xe vệ tinh,…

 Có thể hỗ trợ dịch vụ như:

- Môi trường thông tin nhà ảo (VHE) trên cơ sở mạng thông tin, di động cá nhân và chuyển mạch toàn cầu.

- Đảm bảo chuyển mạch quốc tế.

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

 Dễ dàng hỗ trợ các loại dịch vụ mới xuất hiện.

 Môi trường hoạt động của IMT-2000 được chia thành 4 vùng với các tốc độ bit R như sau:

- Vùng 1: Trong nhà, ô pico : R ≤ 2Mbps.

- Vùng 2: Thành phố, ô micro, R ≤ 384 Kbps.

Ưu điểm của hệ thống 3G (W-CDMA)

 Dung lượng mạng của hệ thống 3G tăng lên rất nhiều so với hệ thống 2G (so với IS-95 thì tăng lên 5 lần, so với GSM thì 3G tăng gấp 3-4 lần).

 Chất lượng thoại của 3G tốt hơn so với 2G do trong GSM chia RF khác nhau, chia khe thời gian TS khác nhau còn trong 3G chia ô cùng RF và TS(mã thoại Analog được chuyển thành mã Digital).

 Trong GSM không có chuyển giao mềm còn trong 3G thì có chuyển giao mềm (Soft- Hand-Off) Với chuyển giao mềm ta có thể loại trừ được hiệu ứng “ping-pong” và tạo nên sự liên tục trong truyền dẫn, điều này làm cho hệ thống hoạt động tốt hơn đồng thời tránh được hiện tượng suy hao dữ liệu do truyền dẫn bị ngắt và có thể giảm nhiễu cho mạng.

 Bảo mật trong 3G tốt hơn vì cùng chia khe thời gian TS và RF.

 Điều khiển công suất (P): Trong 3G do có điều khiển công suất sẽ giảm được nhiễu cho mạng, tối ưu hóa dung lượng đường truyền, tránh hiệu ứng gần xa và tiết kiệm được pin (kéo dài tuổi thọ cho pin).

 Quy hoạch mạng của 3G sẽ đơn giản hơn so với hệ thống 2G vì trongWCDMA tất cả cùng trên một RF.

Tổng kết về công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA trong hệ thống UMTS

WCDMA là công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng sử dụng cho phần giao diện vô tuyến cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 UMTS Các thông số nổi bật đặc trưng cho WCDMA như sau: o WCDMA là hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã trải phổ dãy trực tiếp băng rộng DS-CDMA, nghĩa là các bit thông tin được trải ra trong một băng tần rộng bằng cách nhân dữ liệu người dùng với các bit giả ngẫu nhiên (gọi là chip), các bit này xuất phát từ các mã trải phổ CDMA Để hỗ trợ tốc độ bit cao (lên tới 2Mbps), cần sử dụng các kết nối đa mã và hệ số trải phổ khác nhau. o WCDMA có tốc độ chip là 8,84 Mcps dẫn đến băng thông của sóng mang xấp xỉ 5MHz, nên được gọi là hệ thống băng rộng Còn các hệ thống DS- CDMA với băng tần khoảng 1MHz như IS-95, thường được gọi là hệ thống CDMA băng hẹp Băng thông rộng của sóng mang WCDMA hỗ trợ các tốc độ dữ liệu cao của người dùng, tăng khả năng phân tập đa đường. Khoảng cách giữa các sóng mang thực tế được chọn là lưới 200KHz trong khoảng 4,4-5 MHz tùy thuộc vào nhiễu giữa các sóng mang. o WCDMA hỗ trợ tốt các tốc độ dữ liệu người dùng khác nhau hay nói cách khác là hỗ trợ tốt đặc tính băng thông theo yêu cầu (BoD) Mỗi người sử dụng được cấp các các khung có độ rộng 10 ms, trong khi tốc độ người sử dụng được giữ không đổi Tuy nhiên dung lượng người sử dụng có thể thay đổi giữa các khung Việc cấp phát nhanh dung lượng vô tuyến thông thường sẽ được điều khiển bởi mạng để đạt được thông lượng tối ưu cho các dịch vụ dữ liệu gói.

5 0 o WCDMA hỗ trợ mô hình hoạt động cơ bản: Chế độ song công phân chia theo tần số FDD và song công phân chia theo thời gian TDD (Time

Division Duplex) Trong chế độ FDD, các tần số sóng mang 5 MHz khác nhau sẽ được sử dụng cho đường lên và đường xuống, trong khi ở chế độ TDD chỉ có một sóng mang 5MHz được sử dụng bằng cách chia sẻ miền thời gian cho các đường lên và đường xuống. o WCDMA hỗ trợ hoạt động của các trạm gốc dị bộ khác với hệ thống đồng bộ IS-95, nên không cần chuẩn thời gian toàn cầu như là GPRS Việc triển khai các trạm gốc micro và trạm gốc indoor sẽ dễ dàng hơn khi nhận tín hiệu mà không cần GPS. o WCDMA áp dụng kỹ thuật tách sóng kết hợp trên cả đường lên và đường xuống dựa vào việc sử dụng kênh hoa tiêu Mặc dù được sử dụng trên đường xuống IS-95, nhưng việc sử dụng tách sóng kết hợp trên đường lên trong hệ thống WCDMA là mới, có khả năng tăng tổng thể dung lượng và vùng phủ sóng của đường lên. o Giao diện vô tuyến WCDMA được xây dựng một cách khéo léo theo cách của các bộ thu CDMA tiên tiến, khả năng tách sóng nhiều người dùng các anten thích ứng thông minh và triển khai bởi các nhà điều khiển mạng như một hệ thống được chọn lựa để tăng dung lượng, vùng phủ sóng o WCDMA được thiết kế để giao tiếp với GSM Vì thế, sự chuyển giao giữa GSM và WCDMA được hỗ trợ để cải tiến vùng phủ sóng của GSM bằng cách sử dụng WCDMA.

Bảng tóm tắt các thông số chính của WCDMA

Phương thức đa truy nhập DS- CDMA

Phương thức song công FDD/TDD

Việc đồng bộ trạm gốc Hoạt động không đồng bộ

Ghép các dịch vụ Nhiều dịch vụ với yêu cầu chất lượng khác nhau được ghép xen trên một kết nối.

Khái niệm đa tốc độ Hỗ trợ tốc độ trải phổ khác nhau và đa mã.

Tách sóng Tách sóng kết hợp sử dụng đại diện kênh pilot hoặc kênh pilot chung.

Tách sóng nhiều người sử dụng các Anten thông minh Được hỗ trợ bởi các chuẩn, tùy chọn trong quá trình thực thi.

TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WCDMA TRONG HỆ THỐNG UMTS

Nguyên lý CDMA

2.1.1 Nguyên lý trải phổ CDMA

Các hệ thống số được thiết kế để tận dụng dung lượng một cách tối đa. Theo nguyên lý dung lượng kênh truyền của Shannon được mô tả trong (2.1), rõ ràng dung lượng kênh truyền có thể được tăng lên bằng cách tăng băng tần kênh truyền.

Trong đó B là băng thông (Hz), C là dung lượng kênh (bit/s), S là công suất tín hiệu và N là công suất tạp âm.

Vì vậy, Đối với một tỉ số S/N cụ thể (SNR), dung lượng tăng lên nếu băng thông sử dụng để truyền tăng CDMA là công nghệ thực hiện trải tín hiệu gốc thành tín hiệu băng rộng trước khi truyền đi CDMA thường được gọi là kỹ thuật đa truy nhập trải phổ (SSMA) Tỷ số độ rộng băng tần truyền thực với độ rộng băng tần của thông tin cần truyền được gọi là độ lợi xử lý (G P ) hoặc là hệ số trải phổ

GP = Bt / Bi hoặc GP = B/R (2.2)

Trong 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 giữa tỷ số S/N và tỷ số Eb/I0, trong đó Eb là năng lượng trên một bit, và I0 là mật độ phổ năng lượng tạp âm, thể hiện trong công thức sau :

Vì thế, với một yêu cầu Eb/I0 xác định, độ lợi xử lý càng cao, thì tỷ số S/N yêu cầu càng thấp Trong hệ thống CDMA đầu tiên, IS-95, băng thông truyền dẫn là 1.25MHz Trong hệ thống WCDMA, băng thông truyền khoảng 5MHz

Trong CDMA, mỗi người sử dụng được gán một chuỗi mã duy nhất (mã trải phổ) để trải tín hiệu thông tin thành một tín hiệu băng rộng trước khi truyền đi Bên thu biết được chuỗi mã của người sử dụng đó và giải mã để khôi phục tín hiệu gốc.

2.1.2 Kỹ thuật trải phổ và giải trải phổ

Trải phổ và giải trải phổ là hoạt động cơ bản nhất trong các hệ thống DS- CDMA Dữ liệu người sử dụng ngụ ý là chuỗi bit được điều chế BPSK có tốc độ là R Hoạt động trải phổ chính là nhân mỗi bit dữ liệu người sử dụng với một chuỗi n bit mã, được gọi là các chip Ở đây, ta lấy n=8 thì hệ số trải phổ là 8, nghĩa là thực hiện điều chế trải phổ BPSK Kết quả tốc độ dữ liệu là 8xR và có dạng xuất hiện ngẫu nhiên (giả nhiễu) như là mã trải phổ Việc tăng tốc độ dữ liệu lên 8 lần đáp ứng việc mở rộng (với hệ số là 8) phổ của tín hiệu dữ liệu người sử dụng được trải ra Tín hiệu băng rộng này sẽ được truyền qua các kênh vô tuyến đến đầu cuối thu.

Hình 2.1: Quá trình trải phổ và giải trải phổ

Trong quá trình giải trải phổ, các chuỗi chip/dữ liệu người sử dụng trải phổ được nhân từng bit với cùng các chip mã 8 đã được sử dụng trong quá trình trải phổ Như hình vẽ tín hiệu người sử dụng ban đầu được khôi phục hoàn toàn.

2.1.3 Kỹ thuật đa truy nhập CDMA

Một mạng thông tin di động là một hệ thống nhiều người sử dụng, trong đó một số lượng lớn người sử dụng chia sẻ nguồn tài nguyên vật lý chung để truyền nhận thông tin Dung lượng đa truy nhập là một trong các yếu tố cơ bản của hệ thống Kỹ thuật trải phổ tín hiệu cần truyền đem lại khả năng thực hiện đa truy nhập cho các hệ thống CDMA Trong lịch sử thông tin di động đã tồn tại các công nghệ đa truy nhập khác nhau : TDMA, FDMA và CDMA

Hình 2-2: Các công nghệ đa truy nhập

Trong hệ thống đa truy nhập theo tần số FDMA, các tín hiệu cho các người sử dụng khác nhau được truyền trong các kênh khác nhau với các tần số điều chế khác nhau Trong hệ thống đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, các tín hiệu của người sử dụng khác nhau được truyền đi trong các khe thời gian khác nhau Với các công nghệ khác nhau, số người sử dụng lớn nhất có thể chia sẻ đồng thời các kênh vật lý là cố định Tuy nhiên trong hệ thống CDMA, các tín hiệu cho người sử dụng khác nhau được truyền đi trong cùng một băng tần tại cùng một thời điểm Mỗi tín hiệu người sử dụng đóng vai trò như là nhiễu đối với tín hiệu của người sử dụng khác, do đó dung lượng của hệ thống CDMA gần như là mức nhiễu, và không có con số lớn nhất cố định, nên dung lượng của hệ thống CDMA được gọi là dung lượng mềm Hình 2-3 chỉ ra một ví dụ làm thế nào 3 người sử dụng có thể truy nhập đồng thời trong một hệ thống CDMA.

Hình 2-3: Nguyên lý của đa truy nhập trải phổ

Tại bên thu, người sử dụng 2 sẽ giải trải phổ tín hiệu thông tin của nó trở lại tín hiệu băng hẹp, chứ không phải tín hiệu của bất cứ người nào khác Bởi vì sự tương quan chéo giữa mã của người sử dụng mong muốn và các mã của người sử dụng khác là rất nhỏ : việc tách sóng kết hợp sẽ chỉ cấp năng lượng cho tín hiệu mong muốn và một phần nhỏ cho tín hiệu của người sử dụng khác và băng tần thông tin. Độ lợi xử lý và đặc điểm băng rộng của quá trình xử lý đem lại nhiều lợi ích cho các hệ thống CDMA, như hiệu suất phổ cao và dung lượng mềm Tuy nhiên, tất cả những lợi ích đó yêu cầu việc sử dụng kỹ thuật điều khiển công suất nghiêm ngặt và chuyển giao mềm, để tránh cho tín hiệu của người sử dụng này che thông tin của người sử dụng khác.

Một số đặc trưng của lớp vật lý

Trong hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS, các bit dữ liệu được mã hoá với một chuỗi bit giả ngẫu nhiên (PN) Mạng vô tuyến UMTS mạng sử dụng một tốc độ chip cố định là 3.84Mcps đem lại một băng thông sóng mang xấp xỉ 5MHz Dữ liệu được gửi qua giao diện vô tuyến WCDMA được mã hoá 2 lần trước khi được điều chế và truyền đi Quá trình này được mô tả trong hình vẽ sau:

Hình 2.4: Quá trình trải phổ và trộn

Như vậy trong quá trình trên có hai loại là mã trộn và mã định kênh.

 Mã định kênh : là các mã hệ số trải phổ biến đổi trực giao OVSF giữ tính trực giao giữa các kênh có các tốc độ và hệ số trải phổ khác nhau Các mã lựa chọn được xác định bởi hệ số trải phổ Cần phải chú ý rằng: Một mã có thể được sử dụng trong cell khi và chỉ khi không có mã nào khác trên đường dẫn từ một mã cụ thể đến gốc của cây mã hoặc là trên một cây con phía dưới mã đó được sử dụng trong cùng một cell Có thể nói tất cả các mã được chọn lựa sử dụng hoàn toàn theo quy luật trực giao.

 Mã trộn Mã trộn được sử dụng trên đường xuống là tập hợp chuỗi mã

Gold Các điều kiện ban đầu dựa vào số mã trộn n Chức năng của nó dùng để phân biệt các trạm gốc khác nhau Thông qua mô phỏng, n được xác định là tỉ số giữa tự tương quan và tương quan chéo khi thay đổi số chip bị cắt bớt do thay đổi tỉ số S/N Kết quả được chỉ ra trong bảng 2-1.

Bảng 2.1: Quan hệ giữa S/N và số chip bị cắt bớt

Có hai loại mã trộn trên đường lên , chúng dùng để duy trì sự phân biệt giữa các máy di động khác nhau Cả hai loại đều là mã phức Mã thứ nhất là mã hoá Kasami rất rộng Loại thứ hai là mã trộn dài đường lên thường được sử dụng trong cell không phát hiện thấy nhiều người sử dụng trong một trạm gốc Đó là chuỗi mã Gold có chiều dài là 2 41 -1.

Hai phương thức song công được sử dụng trong kiến trúc WCDMA: Song công phân chia theo thời gian (TDD) và song công phân chia theo tần số (FDD). Phương pháp FDD cần hai băng tần cho đường lên và đường xuống Phương thức TDD chỉ cần một băng tần Thông thường phổ tần số được bán cho các nhà khai thác theo các dải có thể bằng 2x10MHz, hoặc 2x15MHz cho mỗi bộ điều khiển Mặc dù có một số đặc điểm khác nhau nhưng cả hai phương thức đều có tổng hiệu suất gần giống nhau Chế độ TDD không cho phép giữa máy di động và trạm gốc có trễ truyền lớn, bởi vì sẽ gây ra đụng độ giữa các khe thời gian thu và phát Vì vậy mà chế độ IDD phù hợp với các môi trường có trễ truyền thấp, cho nên chế độ TDD vận hành ở các pico cell Một ưu điểm của TDD là tốc độ dữ liệu đường lên và đường xuống có thể rất khác nhau, vì vậy mà phù hợp cho các ứng dụng có đặc tính bất đối xứng giữa đường lên và đường xuống , chẳng hạn như Web browsing Trong quá trình hoạch định mạng, các ưu điểm và nhược điểm của hai phương pháp này có thể bù trừ Đồ án này chỉ tập trung nghiên cứu chế độ FDD.

Hình 2.5: Phân bố phổ tần cho UMTS châu Âu 2.2.3 Dung lượng mạng

Kết quả của việc sử dụng công nghệ đa truy nhập trải phổ CDMA là dung lượng của các hệ thống UMTS không bị giới hạn cứng, có nghĩa là một người sử dụng có thể bổ sung mà không gây ra nghẽn bởi số lượng phần cứng hạn chế.

Hệ thống GSM có số lượng các liên kết và các kênh cố định chỉ cho phép mật độ lưu lượng lớn nhất đã được tính toán và hoạch định trước nhờ sử dụng các mô hình thống kê Trong hệ thống UMTS bất cứ người sử dụng mới nào sẽ gây

5 6 ra một lượng nhiễu bổ sung cho những người sử dụng đang có mặt trong hệ thống, ảnh hưởng đến tải của hệ thống Nếu có đủ số mã thì mức tăng nhiễu do tăng tải là cơ cấu giới hạn dung lượng chính trong mạng Việc các cell bị co hẹp lại do tải cao và việc tăng dung lượng của các cell mà các cell lân cận nó có mức nhiễu thấp là các hiệu ứng thể hiện đặc điểm dung lượng xác định nhiễu trong các mạng CDMA Chính vì thế mà trong các mạng CDMA có đặc điểm “dung lượng mềm” Đặc biệt, khi quan tâm đến chuyển giao mềm thì các cơ cấu này làm cho việc hoạch định mạng trở nên phức tạp.

2.2.4 Phân tập đa đường- bộ thu Rake

Truyền sóng vô tuyến trong kênh di động mặt đất được đặc trưng bởi các sự phản xạ, sự suy hao khác nhau của năng lượng tín hiệu Các hiện tượng này gây ra do các vật cản tự nhiên như toà nhà, các quả đồi…dẫn đến hiệu ứng truyền sóng đa đường

Hình 2- 6: Truyền sóng đa đường

Hiệu ứng đa đường thường gây ra nhiều khó khăn cho các hệ thống truyền dẫn vô tuyến Một trong những ưu điểm của các hệ thống DSSS là tín hiệu thu qua các nhánh đa đường với trễ truyền khác nhau và cường độ tín hiệu khác nhau lại có thể cải thiện hiệu suất của hệ thống Để kết hợp các thành phần từ các nhánh đa đường một cách nhất quán, cần thiết phải tách đúng các thành phần đó Trong các hệ thống WCDMA, bộ thu RAKE được sử dụng để thực hiện chức năng này Một bộ thu RAKE bao gồm nhiều bộ thu được gọi là “finger”.

Bộ thu RAKE sử dụng các bộ cân bằng và các bộ xoay pha để chia năng lượng của các thành phần tín hiệu khác nhau có pha và biên độ thay đổi theo kênh trong sơ đồ chòm sao Sau khi điều chỉnh trễ thời gian và cường độ tín hiệu, các thành phần khác nhau đó được kết hợp thành một tín hiệu với chất lượng cao hơn Quá trình này được gọi là quá trình kết hợp theo tỉ số lớn nhất (MRC), và chỉ có các tín hiệu với độ trễ tương đối cao hơn độ rộng thời gian của một chip mới được kết hợp Quá trình kết hợp theo tỉ số lớn nhất sử dụng tốc độ chip là 3.84Mcps tương ứng với 0.26às hoặc là chờnh lệch về độ dài đường dẫn là 78m. Phương pháp này giảm đáng kể hiệu ứng phadinh bởi vì khi các kênh có đặc điểm khác nhau được kết hợp thì ảnh hưởng của phadinh nhanh được tính bình quân Độ lợi thu được từ việc kết hợp nhất quán các thành phần đa đường tương tự với độ lợi của chuyển giao mềm có được bằng cách kết hợp hai hay nhiều tín hiệu trong quá trình chuyển giao

2.2.5 Các kênh giao diện vô tuyến UTRA FDD

Giao diện vô tuyến UTRA FDD có các kênh logic, chúng được ánh xạ vào các kênh chuyển vận, các kênh chuyển vận lại ánh xạ vào kênh vật lý Hình vẽ sau chỉ ra sơ đồ các kênh và sự ánh xạ của chúng vào các kênh khác.

Hình 2.7: Sơ đồ ánh xạ giữa các kênh khác nhau

Nhìn dưới góc độ UTRA, UE có thể ở chế độ “rỗi” hoặc ở chế độ “kết nối” Trong chế độ “rỗi”, máy di động được bật và bắt được kênh điều khiển của một cell nào đó, nhưng phần UTRAN của mạng không có thông tin nào về UE.

UE chỉ có thể được đánh địa chỉ bởi một thông điệp (chẳng hạn như thông báo tìm gọi) được phát quảng bá đến tất cả người sử dụng trong một cell Trạng thái chế độ “rỗi” cũng được gọi là “trạng thái nghỉ trong cell” UE có thể chuyển sang chế độ “kết nối” bằng cách yêu cầu thiết lập một kết nối RRC Hình vẽ sau đây chỉ ra các trạng thái và sự chuyển tiếp các trạng thái cho một UE bao gồm cả các chế độ GSM/GPRS.

Hình 2-8: Các chế độ của UE và các trạng thái điều khiển tài nguyên vô tuyến

Nhìn chung việc ấn định các kênh khác nhau cho một người sử dụng và việc điểu khiển tài nguyên vô tuyến được thực hiện bởi giao thức Quản lý tài nguyên vô tuyến Trong chế độ “kết nối” của UTRA, có 4 trạng thái RRC mà

UE có thể chuyển đổi giữa chúng: Cell DCH, Cell FACH, Cell PCH và URA PCH.

Cấu trúc Cell

Trong suốt quá trình thiết kế của hệ thống UMTS cần phải chú ý nhiều hơn đến sự phân tập của môi trường người sử dụng Các môi trường nông thôn ngoài trời, đô thị ngoài trời, hay đô thị trong nhà được hỗ trợ bên cạnh các mô hình di động khác nhau gồm người sử dụng tĩnh, người đi bộ đến người sử dụng trong môi trường xe cộ đang chuyển động với vận tốc rất cao Để yêu cầu một vùng phủ sóng rộng khắp và khả năng roaming toàn cầu, UMTS đã phát triển cấu trúc lớp các miền phân cấp với khả năng phủ sóng khác nhau Lớp cao nhất bao gồm các vệ tinh bao phủ toàn bộ trái đất; Lớp thấp hơn hình thành nên mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN Mỗi lớp được xây dựng từ các cell, các lớp càng thấp các vùng địa lý bao phủ bởi các cell càng nhỏ Vì vậy các cell nhỏ được xây dựng để hỗ trợ mật độ người sử dụng cao hơn Các cell macro đề nghị cho vùng phủ mặt đất rộng kết hợp với các micro cell để tăng dung lượng cho các vùng mật độ dân số cao Các cell pico được dùng cho các vùng được coi như là các “điểm nóng” yêu cầu dung lượng cao trong các vùng hẹp (ví dụ như sân bay…) Những điều này tuân theo 2 nguyên lý thiết kế đã biết trong việc triển khai các mạng tế bào: các cell nhỏ hơn có thể được sử dụng để tăng dung lượng trên một vùng địa lý, các cell lớn hơn có thể mở rộng vùng phủ sóng.

Do các nhu cầu và các đặc tính của một môi trường văn phòng trong nhà khác với yêu cầu của người sử dụng đang đi với tốc độ cao tại vùng nông thôn, diễn đàn UMTS đã phát triển 6 môi trường hoạt động Đối với mỗi mô hình mật độ người sử dụng có thể trên một km 2 và các loại cell được dự đoán cho các mô hình có tính di động thấp, trung bình, cao.

Hình 2.9: Cấu trúc cell UMTS.

Kiến trúc mạng

2.4.1 Kiến trúc hệ thống UMTS

Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 UMTS tận dụng kiến trúc đã có trong hầu hểt các hệ thống thông tin di động thế hệ 2, và thậm chí cả thế hệ thứ nhất.Điều này được chỉ ra trong các đặc tả kỹ thuật 3GPP

Hệ thống UMTS bao gồm một số các phần tử mạng logic, mỗi phần tử có một có một chức năng xác định Theo tiêu chuẩn, các phần tử mạng được định nghĩa tại mức logic, nhưng có thể lại liên quan đến việc thực thi ở mức vật lý. Đặc biệt là khi có một số các giao diện mở (đối với một giao diện được coi là

“mở”, thì yêu cầu giao diện đó phải được định nghĩa một cách chi tiết về các thiết bị tại các điểm đầu cuối mà có thể cung cấp bởi 2 nhà sản xuất khác nhau). Các phần tử mạng có thể được nhóm lại nếu có các chức năng giống nhau, hay dựa vào các mạng con chứa chúng.

Theo chức năng thì các phần tử mạng được nhóm thành các nhóm:

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

+ Mạng lõi (CN): Thực hiện chức năng chuyển mạch và định tuyến cuộc gọi và kết nối dữ liệu đến các mạng ngoài

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

Kiến trúc hệ thống ở mức cao được chỉ ra trong hình 2-10

Hình 2.10: Kiến trúc hệ thống UMTS ở mức cao

Theo các đặc tả chỉ ra trong quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đều bao gồm các giao thức hoàn toàn mới, việc thiết kế chúng dựa trên nhu cầu của công nghệ vô tuyến WCDMA mới Ngược lại, việc định nghĩa mạng lõi (CN) được kế thừa từ GSM Điều này đem lại cho hệ thống có công nghệ truy nhập vô tuyến mới một nền tảng mang tính toàn cầu là công nghệ mạng lõi đã có sẵn, như vậy sẽ thúc đẩy sự quảng bá của nó, mang lại ưu thế cạnh tranh chẳng hạn như khả năng roaming toàn cầu.

Hệ thống UMTS có thể chia thành các mạng con có thể hoạt động độc lập hoặc hoạt động liên kết các mạng con khác và nó phân biệt với nhau bởi số nhận dạng duy nhất Mạng con như vậy gọi là mạng di động mặt đất UMTS (PLMN),các thành phần của PLMN được chỉ ra trong hình 2-11.

Hình 2.11: Các thành phần của mạng trong PLMN

Thiết bị người sử dụng (UE) bao gồm 2 phần:

 Thiết bị di động (ME) là đầu cuối vô tuyến sử dụng để giao tiếp vô tuyến qua giao diện Uu.

 Modul nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) là một thẻ thông minh đảm nhận việc xác nhận thuê bao, thực hiện thuật toán nhận thực, và lưu giữ khoá mã mật, khoá nhận thực và một số các thông tin về thuê bao cần thiết tại đầu cuối.

UTRAN cũng bao gồm 2 phần tử:

 Nút B : chuyển đổi dữ liệu truyền giữa giao diện Iub và Uu Nó cũng tham gia vào quản lý tài nguyên vô tuyến.

 Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) sở hữu và điều khiển nguồn tài nguyên vô tuyến trong vùng của nó (gồm các Nút B nối với nó) RNC là điểm truy cập dịch vụ cho tất cả các dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho mạng lõi.

Các phần tử chính của mạng lõi GSM:

 HLR (Bộ đăng ký thường trú) là một cơ sở dữ liệu trong hệ thống thường trú của người sử dụng, lưu trữ các bản gốc các thông tin hiện trạng dịch vụ người sử dụng, hiện trạng về dịch vụ bao gồm: thông tin về dịch vụ được phép sử dụng, các vùng roaming bị cấm, trạng thái các cuộc gọi đi, số các cuộc gọi đi… Nó được tạo ra khi người sử dụng mới đăng ký thuê bao với hệ thống, và được lưu khi thuê bao còn thời hạn Với mục đích định tuyến các giao dịch tới UE (các cuộc gọi và các dịch vụ nhắn tin ngắn), HLR còn lưu trữ các thông tin vị trí của UE trong phạm vi MSC/VLR hoặc SGSN.

 MSC/VLR (Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động/Bộ đăng ký tạm trú) là một bộ chuyển mạch(MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) phục vụ cho UE ở vị trí tạm thời của nó cho các dịch vụ chuyển mạch kênh Chức năng MSC được

6 2 sử dụng để chuyển mạch các giao dịch sử dụng chuyển mạch kênh, chức năng VLR là lưu trữ bản sao về hiện trạng dịch vụ người sử dụng là khách và thông tin chính xác vị trí của thuê bao khách trong toàn hệ thống Phần của hệ thống được truy nhập thông qua MSC/VLR thường là chuyển mạch kênh.

 GMSC – (MSC cổng): là một bộ chuyển mạch tại vị trí mà mạng di động mặt đất công cộng UMTS kết nối với mạng ngoài Tất các kết nối chuyển mạch kênh đến và đi đều phải qua GMSC.

 SGSN (Nút hỗ trợ GPRS phục vụ) có chức năng tương tự như MSC/VLR nhưng thường được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói.

 GGSN (Node cổng hỗ trợ GPRS) có chức năng gần giống GMSC nhưng phục vụ các dịch vụ chuyển mạch gói.

Mạng ngoài có thể chia thành 2 nhóm:

 Các mạng chuyển mạch kênh : Các mạng này cung cấp các kết nối chuyển mạch kênh, giống như dịch vụ điện thoại đang tồn tại Ví dụ như ISDN và PSTN.

 Các mạng chuyển mạch gó i: Các mạng này cung cấp các kết nối cho các dịch vụ dữ liệu gói, chẳng hạn như mạng Internet.

Các giao diện mở cơ bản của UMTS:

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

Giao diện Uu: Đây là giao diện vô tuyến WCDMA Uu là giao diện nhờ đó

UE truy cập được với phần cố định của hệ thống, vì thế có thể là phần giao diện mở quan trọng nhất trong UMTS

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

Gb (đối với chuyển mạch gói), giao diện Iu đem lại cho các bộ điều khiển UMTS khả năng xây dựng được UTRAN, CN từ các nhà sản xuất khác nhau.

Các dịch vụ và ứng dụng UMTS

2.5.1 Giới thiệu Đặc điểm mới nổi bật của UMTS là tốc độ bit người sử dụng cao hơn: có thể đạt được tốc độ của kết nối chuyển mạch kênh 384kbps, kết nối chuyển mạch gói lên tới 2Mbps Tốc độ bit dữ liệu cao hơn cung cấp các dịch vụ mới như điện thoại hình, và tải dữ liệu nhanh hơn

So với GSM và các mạng di động đang tồn tại, UMTS cung cấp các đặc tính mới và quan trọng, đó là nó cho phép thoả thuận các đặc tính của một bộ mang vô tuyến Các thuộc tính đặc trưng của chuyển vận bao gồm: thông lượng, trễ, tỷ số lỗi dữ liệu Là một hệ thống hoàn hảo, UMTS phải hỗ trợ rất nhiều các dịch vụ có các yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) khác nhau Cho nên các bộ mang UMTS phải có đặc điểm chung, để hỗ trợ các ứng dụng đang tồn tại đồng thời thuận tiện cho việc cho việc phát triển các ứng dụng mới Ngày nay khi mà hầu hết các dịch vụ viễn thông đều là các ứng dụng Internet hoặc N-ISDN, thì các ứng dụng và các dịch vụ này chủ yếu là gọi các thủ tục điều khiển các bộ mang

Các ứng dụng và dịch vụ UMTS được chia thành các nhóm khác nhau. Các giao thức chuyển mạch gói mới, UMTS đáp ứng các yêu cầu QoS từ các ứng dụng hoặc người sử dụng Trong UMTS, có 4 lớp lưu lượng được xác định: -Lớp hội thoại (conversational).

Các yếu tố phân biệt giữa các lớp là sự nhạy cảm với trễ của lưu lượng các lớp Lớp hội thoại dành cho lưu lượng nhạy cảm với trễ nhất, trong khi lưu lượng lớp nền ít nhạy cảm với trễ nhất.

2.5.2.1 Lớp hội thoại Ứng dụng được biết đến nhiều nhất của lớp này là dịch vụ thoại trên bộ mang chuyển mạch kênh Kết hợp với Internet và multimedia có các ứng dụng mới như: thoại qua giao thức Internet ( Voice Over IP), và điện thoại hình(Video Telephony) Các dịch vụ này được thực hiện là các cuộc hội thoại thời

6 6 gian thực có đặc điểm sau: trễ giữa các đầu cuối thấp (được xác định bằng các thử nghiệm phù hợp với khả năng cảm nhận âm thanh và hình ảnh của con người, nhỏ hơn 400ms), lưu lượng là đối xứng hoặc gần như đối xứng

 Dịch vụ thoại đa tốc độ thích nghi (AMR).

UMTS sử dụng bộ mã hoá và giải mã thoại theo công nghệ đa tốc độ thích nghi AMR Bộ mã hoá thoại AMR có các đặc điểm sau:

- Là một bộ mã hoá/giải mã thoại tích hợp đơn với 8 tốc độ nguồn: 12.2 (GSM-EFR), 10.2, 7.95, 7.40(IS-641), 5.90, 5.15 và 4.75 kbps

- Bộ mã hoá AMR hoạt động với khung 20ms tương ứng với 160 mẫu với tần số lấy mẫu là 8000 mẫu/s Mã hoá cho chế độ mã hoá đa tốc độ được gọi là

Bộ mã hoá dự đoán tuyến tính được kích thích bởi mã đại số (ACELP).

- Tốc độ bit AMR có thể điều khiển bởi mạng truy nhập vô tuyến tuỳ thuộc vào tải trên giao diện vô tuyến, chất lượng của kết nối thoại Khi tải mạng ở mức cao có thể sử dụng tốc độ bit AMR thấp hơn để yêu cầu dung lượng cao hơn trong khi chất lượng thoại giảm đi rất ít Khi MS chạy ra ngoài vùng phủ sóng của cell và đang sử dụng công suất phát lớn nhất của nó, sử dụng tốc độ bit AMR thấp hơn để mở rộng vùng phủ của cell Với bộ mã hoá thoại AMR có thể đạt được sự điều hoà giữa dung lượng vùng phủ của mạng và chất lượng của thoại tuỳ theo các yêu cầu của nhà điều hành

 Điện thoại hình: Dịch vụ này có yêu cầu trễ tương tự như dịch vụ thoại Nhưng do đặc điểm của nén video, yêu cầu BER nghiêm ngặt hơn thoại UMTS đã chỉ ra các đặc tính trong ITU-T Rec H.324M sử dụng cho điện thoại hình trong các kết nối chuyển mạch kênh và giao thức khởi tạo phiên (SIP) để hỗ trợ các ứng dụng đa phương tiện IP.

Luồng đa phương tiện là một kỹ thuật chuyển dữ liệu nhờ đó dữ liệu được được xử lý như là một luồng liên tục và đều đặn Nhờ có công nghệ streaming, người sử dụng có thể truy cập nhanh để tải nhanh chóng các file đa phương tiện các trình duyệt có thể bắt đầu hiển thị dữ liệu trước khi toàn bộ file được truyền hết.

Các ứng dụng streaming thường rất không đối xứng, cho nên phải chịu nhiều trễ hơn là các dịch vụ hội thoại đối xứng Điều này có nghĩa là chúng phải chịu nhiều jitter hơn trong truyền dẫn

Các ứng dụng được chia thành 2 phạm vi mục đích khác nhau: Quảng bá web, luồng hình ảnh theo yêu cầu Các nhà cung cấp dịch vụ quảng web thường hướng mục tiêu đến đông đảo khách hàng mà được kết nối với một máy chủ phương tiện truyền được tối ưu hóa hiệu suất thông qua Internet Các dịch vụ luồng video theo yêu cầu thường sử dụng cho các công ty lớn mong muốn lưu trữ các video clip hoặc các bài giảng vào một máy chủ được kết nối với một mạng intranet nội bộ băng thông cao hơn.

Khi người sử dụng đầu cuối online để yêu cầu dữ liệu từ các thiết bị từ xa (máy chủ), thì lớp tương tác được sử dụng Lưu lượng tương tác là một mô hình giao tiếp dữ liệu khác mà được đặc trưng bởi mẫu đáp ứng yêu cầu của người sử dụng đầu cuối, thời gian trễ round-trip, và tính trong suốt khi vận chuyển (với tốc độ lỗi bit thấp) Một ứng dụng quan trọng của lớp này là Computer game sử dụng công nghệ J2ME

Lưu lượng dữ liệu của các ứng dụng như là Email, dịch vụ nhắn tin ngắn SMS, dịch vụ nhắn tin đa phương tiện MMS (MMS là một sự mở rộng hoàn hảo của SMS) tải về cơ sở dữ liệu, nhận các bản ghi đo đạc có thể sử dụng lớp nền vì các ứng dụng này không đòi hỏi các hành động tức thì Lưu lượng nền có các đặc điểm sau: điểm đích không mong chờ dữ liệu trong một thời gian nhất định, cho nên ít nhiều không nhạy cảm với thời gian phân phát dữ liệu; nội dung các gói không nhất thiết phải chuyển một cách hoàn toàn trong suốt; dữ liệu bên thu không có lỗi.

Ngoài ra, trong WCDMA còn có các dịch vụ và ứng dụng dựa vào vị trí: Dịch vụ định vị dựa vào vùng phủ sóng của cell; sự khác nhau về thời gian đã quan sát; các dịch vụ có hỗ trợ của hệ thống định vị toàn cầu (GPS).

2.5.3 Khả năng hỗ trợ dịch vụ của các lớp đầu cuối

Tổng kết về công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA trong hệ thống UMTS

WCDMA là công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng sử dụng cho phần giao diện vô tuyến cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 UMTS Các thông số nổi bật đặc trưng cho WCDMA như sau:

WCDMA là hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã trải phổ dãy trực tiếp băng rộng DS-CDMA, nghĩa là các bit thông tin được trải ra trong một băng tần rộng bằng cách nhân dữ liệu người dùng với các bit giả ngẫu nhiên (gọi là chip), các bit này xuất phát từ các mã trải phổ CDMA Để hỗ trợ tốc độ bit cao (lên tới 2Mbps), cần sử dụng các kết nối đa mã và hệ số trải phổ khác nhau

WCDMA có tốc độ chip là 3.84 Mcps dẫn đến băng thông của sóng mang xấp xỉ 5MHz, nên được gọi là hệ thống băng rộng Còn các hệ thống DS-CDMA với băng tần khoảng 1 MHz như IS-95, thường được gọi là hệ thống CDMA băng hẹp Băng thông rộng của sóng mang WCDMA hỗ trợ các tốc độ dữ liệu cao của người dùng và đem lại những lợi ích hiệu suất xác định, như là tăng khả năng phân tập đa đường Các nhà vận hành mạng có thể sử dụng nhiều sóng mang 5MHz để tăng dung lượng, có thể bằng cách sử dụng các lớp tế bào phân cấp Khoảng cách giữa các sóng mang thực tế có thể được chọn là lưới 200KHz trong khoảng 4.4 – 5Mhz tuỳ thuộc vào nhiễu giữa các sóng mang.

WCDMA hỗ trợ tốt các tốc độ dữ liệu người dùng khác nhau hay nói cách khác là hỗ trợ tốt đặc tính băng thông theo yêu cầu (BoD) Mỗi người sử dụng được cấp các khung có độ rộng 10ms, trong khi tốc độ người sử dụng được giữ không đổi Tuy nhiên dung lượng người sử dụng có thể thay đổi giữa các khung.

Việc cấp phát nhanh dung lượng vô tuyến thông thường sẽ được điều khiển bởi mạng để đạt được thông lượng tối ưu cho các dịch vụ dữ liệu gói.

WCDMA hỗ trợ mô hình hoạt động cơ bản: Chế độ song công phân chia theo tần số FDD, song công phân chia theo thời gian TDD Trong chế độ FDD, các tần số sóng mang 5MHz khác nhau được sử dụng cho đường lên và đường xuống, trong khi ở chế đó TDD, 1 sóng mang 5MHz được sử dụng bằng cách chia sẻ miền thời gian cho các đường lên và đường xuống

WCDMA hỗ trợ hoạt động các trạm gốc dị bộ, khác với hệ thống đồng bộ IS-95, không cần chuẩn thời gian toàn cầu ,như là GPS Việc triển khai các trạm gốc micro, trạm gốc indoor sẽ dễ dàng hơn khi nhận tín hiệu mà không cần GPS.

WCDMA kỹ thuật tách sóng kết hợp trên cả đường lên, đường xuống dựa vào việc sử dụng kênh hoa tiêu Mặc dù được sử dụng trên đường xuống IS-95, nhưng sử dụng tách sóng kết hợp trên đường lên trong hệ thống WCDMA là mới, khả năng tăng tổng thể dung lượng, vùng phủ sóng của đường lên.

Giao diện vô tuyến WCDMA được xây dựng một cách khéo léo theo cách của các bộ thu CDMA tiên tiến, như là khả năng tách sóng nhiều người dùng và các anten thích ứng thông minh, có thể được triển khai bởi các nhà điều khiển mạng như là một hệ thống được chọn lựa để tăng dung lượng và vùng phủ sóng. WCDMA được thiết kế để giao tiếp với GSM Vì thế, sự chuyển giao giữa GSM và WCDMA được hỗ trợ để cải tiến vùng phủ sóng của GSM bằng cách sử dụng WCDMA.

Bảng 2.2: Tóm tắt các thông số chính của WCDMA

Phương thức đa truy nhập DS-CDMA

Phương thức song công FDD/TDD

Việc đồng bộ trạm gốc Hoạt động không đồng bộ

Ghép các dịch vụ Nhiều dịch vụ với yêu cầu chất lượng khác nhau được ghép xen trên một kết nối

Khái niệm đa tốc độ Hỗ trợ tốc độ trải phổ khác nhau và đa mã

Tách sóng Tách sóng kết hợp sử dụng đại diện kênh pilot hoặc kênh pilot chung

Tách sóng nhiều người sử dụng, các Anten thông minh Được hỗ trợ bởi các chuẩn, tuỳ chọn trong quá trình thực thi

Sự khác nhau giữa WCDMA và cdma2000 (hay còn gọi là cdmaOne băng rộng) có thể chỉ ra trong một số các đặc điểm được trình bày trong bảng 2-3.

Bảng 2- 1 Các điểm khác nhau cơ bản của W-CDMA và cdma2000

Thông số cdma2000 ETSI W-CDMA

UL: DS-CDMA DL:Multicarrier/DS-CDMA

Tốc độ chip (Mcps) Bội số của 1.2288 Bội số của 1.024

Tốc độ điều khiển công suất

800Hz (Tốc độ cao hơn đang được nghiên cứu)

Cấu trúc kênh đường xuống

Các kênh Fund/Supp được ghép theo mã

Kênh pilot chung duy trì + kênh pilot phụ

Các kênh được ghép theo thời gian.

Kênh pilot được ghép theo thời gian

Cấu trúc kênh đường lên để hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao

Kênh mã đơn với các mã Walsh biến đổi

Trải phổ đường lên Sự kết hợp của mã dài và mã ngắn tương tự như CDMA 2G

Các mã ngắn dựa vào các chuỗi mã trực giao lớp Mã dài trên cơ sở các mã Gold.

Kênh Pilot đường lên Kênh pilot được ghép theo mã

Kênh pilot được ghép theo thời gian

Sự đồng bộ trạm gốc Đồng bộ (cần có GPS) Không đồng bộ

ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT VÀ CHUYỂN GIAO TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN

Giới thiệu chung quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thống WCDMA

3.1.1 Mục đích chung của quản lý tài nguyên vô tuyến

Việc quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) trong mạng di động 3G có nhiệm vụ cải thiện việc sử dụng nguồn tài nguyên vô tuyến Các mục đích của công việc quản lý tài nguyên vô tuyến RRM có thể tóm tắt như sau:

 Đảm bảo QoS cho các dịch vụ khác nhau

 Duy trì vùng phủ sóng đã được hoạch định

 Tối ưu dung lượng hệ thống

Trong các mạng 3G, việc phân bố tài nguyên và định cỡ quá tải của mạng không còn khả thi nữa do các nhu cầu không dự đoán trước và các yêu cầu khác nhau của các dịch vụ khác nhau Vì thế, quản lý tài nguyên bao gồm 2 phần: Đặt cấu hình và đặt lại cấu hình tài nguyên vô tuyến

 Việc đặt lại cấu hình tài nguyên vô tuyến có nhiệm vụ phân phát nguồn tài nguyên một cách hợp lý cho các yêu cầu mới đang đưa đến hệ thống để cho mạng không bị quá tải và duy trì tính ổn định Tuy nhiên, nghẽn có thể xuất hiện trong mạng 3G vì sự di chuyển của người sử dụng.

 Việc đặt lại cấu hình có nhiệm vụ cấp phát lại nguồn tài nguyên trong phạm vi của mạng khi hiện tượng nghẽn bắt đầu xuất hiện Chức năng này có nhiệm vụ đưa hệ thống bị quá tải trở về lưu lượng tải mục tiêu một cách nhanh chóng và có thể điều khiển được.

3.1.2 Các chức năng của quản lý tài nguyên vô tuyến RRM

Quản lý tài nguyên vô tuyến có thể chia thành các chức năng: Điều khiển công suất, chuyển giao, điều khiển thu nhận, điều khiển tải và lập lịch cho gói tin.

Hình 3.1: Các vị trí của các chức năng RRM trong WCDMA

7 2 a- Điều khiển công suất Điều khiển công suất là một công việc quan trọng trong tất cả các hệ thống di động và vấn đề tuổi thọ của pin và các lý do an toàn nhưng trong các hệ thống CDMA điều khiển công suất là cần thiết bởi vì đặc điểm giới hạn nhiễu của CDMA.

Trong các hệ thống GSM, chỉ áp dụng điều khiển công suất chậm (tần số xấp xỉ 2 Hz) Trong IS-95, điều khiển công suất nhanh với tần số 800 KHz được hỗ trợ ở đường lên nhưng trên đường xuống một vòng điều khiển công suất tương đối chậm (xấp xỉ 50 Hz) điều khiển công suất truyền Trong WCDMA, điều khiển công suất nhanh với tần số 1,5 KHz được sử dụng trên cả đường lên và đường xuống Điều khiển công suất nhanh khép kín là một vấn đề quan trọng của hệ thống WCDMA. b- Điều khiển chuyển giao

Chuyển giao là một phần quan trọng của hệ thống thông tin di động tế bào Sự di chuyển gây ra sự biến đổi chất lượng liên kết và các mức nhiễu trong các hệ thống tế bào, yêu cầu khi một người sử dụng cụ thể thay đổi trạm gốc phục vụ nó Sự thay đổi này được gọi là chuyển giao. c- Điều khiển thu nạp

Nếu tải giao diện vô tuyến được cho phép tăng lên một cách liên tục, vùng phủ sóng của cell bị giảm đi dưới giá trị đã hoạch định (gọi là “Cell breathing”) và QoS của các kết nối đang tồn tại không thể đảm bảo Nguyên nhân của hiệu ứng “Cell breathing” là vì đặc điểm giới hạn nhiễu của các hệ thống CDMA Vì thế, trước khi thu nhận một kết nối mới điều khiển thu nạp cần kiểm tra xem việc nhận kết nối mới có ảnh hưởng đến vùng phủ sóng hoặc QoS của các kết nối đang hoạt động Điều khiển thu nạp chấp nhận hay từ chối yêu cầu thiết lập một bộ mạng truy nhập vô tuyến trong mạng truy nhập vô tuyến Chức năng điều khiển thu nạp được đặt trong bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC nơi mà lưu giữ thông tin về tải của một số cell.

Thuật toán điều khiển thu nạp tính toán việc tải tăng lên mà do sự thiết lập thêm vật mang tin sẽ gây ra trong mạng truy nhập vô tuyến Việc tính toán tải được áp dụng cho cả đường lên và đường xuống Bộ mang yêu cầu có thể chấp nhận chỉ khi điều khiển thu nạp trong cả 2 chiều chấp nhận, nếu không thì nó bị từ chối bởi vì nhiễu quá mức có thể tăng thêm trong mạng.

Nhìn chung các chiến lược điều khiển thu nạp có thể chia thành 2 loại:Chiến lược điều khiển thu nạp dựa vào công suất băng rộng và chiến lược điều khiển thu nạp dựa vào thông lượng.

Người sử dụng mới không chấp nhận nếu mức nhiễu tổng thể mới tạo ra cao hơn giá trị ngưỡng Ithreshold :

+ Từ chối : I total-old + I > I threshold (3.1)

+ Chấp nhận : I total-old + I < I threshold

Giá trị ngưỡng giống với độ tăng nhiễu đường lên lớn nhất và có thể được thiết lập bởi quy hoạch mạng vô tuyến.

Trong chiến lược điều khiển thu nạp dựa vào thông lượng, người sử dụng mới không được thu nhận truy nhập vào mạng vô tuyến nếu toàn bộ tải mới gây ra cao hơn giá trị ngưỡng:

+Từ chối :  total-old + I >  threshold

+Chấp nhận :  total-old + I <  threshold (3.2)

Chú ý việc điều khiển thu nạp được áp dụng một cách tách biệt trên cả đường lên và đường xuống và ở mỗi hướng có thể sử dụng các chiến lược điều khiển thu nạp khác nhau. d- Điều khiển tải (điều khiển nghẽn)

Một công cụ quan trọng của chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến là đảm bảo cho hệ thống không bị quá tải và duy trì tính ổn định Nếu hệ thống được quy hoạch một cách hợp lý và công việc điều khiển thu nạp hoạt động tốt, các tình huống quá tải sẽ bị loại trừ Tuy nhiên, trong mạng di động sự quá tải ở một nơi nào đó không thể tránh khỏi vì các tài nguyên vô tuyến được ấn định trước trong mạng Khi quá tải được xử lý bởi điều khiển tải hay còn gọi là điều khiển nghẽn hoạt động điều khiển này sẽ trả lại cho hệ thống tải mục tiêu được vạch ra trong quá trình quy hoạch một cách nhanh chóng và có khả năng điều khiển được Các hoạt động điều khiển tải để làm giảm hay cân bằng tải được liệt kê như sau:

- Từ chối các lệnh công suất tới trên đường xuống nhận từ MS.

- Giảm chỉ tiêu Eb/I0 đường lên sử dụng bởi điều khiển công suất nhanh đường lên.

- Thay đổi kích cỡ của miền chuyển giao mềm để phục vụ nhiều người sử dụng hơn.

- Chuyển giao tới sóng mang WCDMA khác (mạng UMTS khác hay mạng GSM).

- Ngắt các cuộc gọi trên một đường điều khiển

- Giảm thông lượng của lưu lượng dữ liệu gói (các dữ liệu phi thời gian thực)

Hai hoạt động đầu tiên là các hoạt động nhanh thực hiện bên trong BS. Các hoạt động này có thể diễn ra trong một khe thời gian, nghĩa là với một tần số 1,5 KHz cung cấp một quyền ưu tiên cho các dịch vụ khác nhau Hoạt động thứ 3 thay đổi kích cỡ của miền chuyển giao mềm có một lợi ích đặc biệt đối với mạng giới hạn đường xuống.

Điều khiển công suất

Mục tiêu của việc sử dụng điều khiển công suất là khác nhau trên đường lên và đường xuống Mục tiêu của điều khiển công suất có thể tóm tắt như sau: o Khắc phục hiệu ứng gần xa trên đường lên o Tối ưu dung lượng hệ thống bằng việc điều khiển nhiễu. o Làm tăng tối đa tuổi thọ pin của đầu cuối di động.

Hình 3.3 chỉ ra hiệu ứng gần- xa trên đường lên Tín hiệu từ các MS khác nhau được truyền đi trong cùng băng tần một cách đồng thời trong các hệ thống WCDMA Không có điều khiển công suất, tín hiệu đến từ MS gần với BS nhất có thể chặn các tín hiệu từ các MS khác cách xa BS hơn Trong tình huống xấu nhất, một MS có công suất quá lớn có thể chặn toàn bộ một cell Giải pháp là phải áp dụng điều khiển công suất để đảm bảo các tín hiệu đến từ các đầu cuối khác nhau có cùng công suất hay có cùng tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) khi chúng đến BS

Hình 3.3: Hiệu ứng gần- xa (điều khiển công suất trên đường lên)

Trên đường xuống, không có hiệu ứng gần- xa do mô hình một- tới- nhiều Điều khiển công suất có nhiệm vụ bù nhiễu bên trong cell gây ra bởi các trạm di động, đặc biệt là nhiễu gần biên giới của cell này (được chỉ ra trong hình 3.4) Hơn thế nữa điều khiển công suất trên đường xuống có nhiệm vụ làm giảm thiểu toàn bộ nhiễu bằng cách giữ QoS tại mức giá trị mục tiêu.

Hình 3.4: Bù nhiễu bên trong cell (điều khiển công suất ở đường xuống)

Trong hình 3.4, MS2 phải chịu nhiều nhiễu bên trong cell hơn MS1 Vì thế, để đáp ứng mục tiêu chất lượng giống nhau, cần nhiều năng lượng cấp phát cho cá kênh đường xuống giữa BS và MS2 Có 3 kiểu điều khiển công suất trong các hệ thống WCDMA: Điều khiển công suất vòng mở, điều khiển công suất vòng kín và điều khiển công suất vòng bên ngoài a- Điều khiển công suất vòng mở (Open- Loop Power Control) Điều khiển công suất vòng mở được sử dụng trong UMTS FDD cho việc thiết lập năng lượng ban đầu cho MS Trạm di động sẽ tính toán suy hao đường truyền giữa các trạm gốc và trạm di động bằng cách đo cường độ tín hiệu nhận sử dụng mạch điều khiển độ tăng ích tự động (AGC) Tùy theo sự tính toán suy hao đường truyền này, trạm di động có thể quyết định công suất phát đường lên của nó Điều khiển công suất vòng mở có ảnh hưởng trong hệ thống TDD bởi vì đường lên và đường xuống là tương hỗ nhưng không ảnh hưởng nhiều trong các

7 6 hệ thống FDD bởi vì các kênh đường lên và đường xuống hoạt động trên các băng tần khác nhau và hiện tượng Phadinh Rayleigh trên đường lên và đường xuống độc lập nhau Vậy điều khiển công suất vòng mở chỉ có thể bù một cách đại khái suy hao do khoảng cách Đó là lý do tại sao điều khiển công suất vòng mở chỉ được sử dụng như việc thiết lập năng lượng ban đầu trong hệ thống FDD. b- Điều khiển công suất vòng kín Điều khiển công suất vòng khép kín được gọi là điều khiển công suất nhanh trong các hệ thống WCDMA có nhiệm vụ điều khiển công suất phát của

MS (đường lên) hay là công suất của trạm gốc (đường xuống) để chống lại phadinh của các kênh vô tuyến và đạt được chỉ tiêu tỷ số tín hiệu trên nhiễu SIR được thiết lập bởi vòng ngoài Chẳng hạn như trên đường lên trạm gốc so sánh SIR nhận được từ MS với SIR mục tiêu trong mỗi khe thời gian (0,666 ms) Nếu SIR nhận được lớn hơn mục tiêu, BS sẽ truyền một lệnh TPC “0” đến MS thông qua kênh điều khiển riêng đường xuống Nếu SIR nhận được thấp hơn mục tiêu,

BS sẽ truyền một lệnh TPC “1” đến MS Bởi vì tần số của điều khiển công suất vòng kín rất nhanh nên có thể bù được phadinh nhanh và cả phadinh chậm. c- Điều khiển công suất vòng bên ngoài Điều khiển công suất vòng bên ngoài cần thiết để giữ chất lượng truyền thông tại các mức yêu cầu bằng cách thiết lập mục tiêu cho điều khiển công suất vòng kín nhanh Mục đích của nó là cung cấp chất lượng yêu cầu Tần số của điều khiển công suất vòng bên ngoài thường là 10÷100 Hz. Điều khiển công suất vòng bên ngoài so sánh chất lượng nhận được với chất lượng yêu cầu Thường chất lượng được định nghĩa là tỷ số lỗi bit mục tiêu xác định (BER) hay tỷ số lỗi khung (FER) Mối quan hệ giữa SIR mục tiêu và mục tiêu chất lượng tùy thuộc vào tốc độ di động và hiện trạng đa đường Nếu chất lượng nhận tốt hơn có nghĩa là mục tiêu SIR đủ cao để đảm bảo QoS yêu cầu Để giảm thiểu khoảng trống, mục tiêu SIR sẽ phải giảm Tuy nhiên, nếu chất lượng nhận xấu hơn chất lượng yêu cầu mục tiêu SIR phải tăng lên để đảm bảo QoS yêu cầu.

3.2.2 Điều khiển công suất nhanh a) Độ lợi của điều khiển công suất nhanh Điều khiển công suất nhanh trong WCDMA đem lại nhiều lợi ích cho hệ thống Chẳng hạn đối với dịch vụ mô phỏng có tốc độ 8 Kbps với BLER = 1% và ghép xen 10 ms Sự mô phỏng được tạo ra trong trường hợp có hoặc không có điều khiển công suất nhanh với bước công suất là 1 dB Điều khiển công suất chậm có nghĩa là công suất trung bình được giữ tại mức mong muốn và điều khiển công suất chậm hoàn toàn có thể bù cho ảnh hưởng của suy hao đường truyền và suy hao do các vật rắn trong khi đó điều khiển công suất nhanh có thể bù được phadinh nhanh Phân tập thu hai nhánh được sử dụng trong Nút B ITU Vehicular A là một kênh 5 nhánh trong WCDMA và ITU Pedestrian A là một kênh 2 nhánh trong đó nhánh thứ hai rất yếu Tỷ số Eb/N0 và công suất truyền trung bình yêu cầu trong trường hợp không có và có điều khiển công suất nhanh được trình bày trong bảng 3.1 và bảng 3.2.

Bảng3.1: Giá trị E b /N 0 yêu cầu trong trường hợp có và không có điều khiển công suất nhanh. Điều khiển công suất chậm Điều khiển công suất nhanh tần số 1,5 KHz Độ lợi của điều khiển công suất nhanh ITU Pedestrian

Bảng 3.2: Công suất phát tương đối yêu cầu trong trường hợp có và không có điều khiển công suất nhanh Điều khiển công suất chậm Điều khiển công suất nhanh tần số 1,5 KHz Độ lợi của điều khiển công suất nhanh ITU Pedestrian

Trong 2 bảng trên ta thấy rõ độ lợi mà điều khiển công suất nhanh đem lại như sau:

 Độ lợi của các UE tốc độ thấp lớn hơn các UE tốc độ cao.

 Độ lợi theo tỷ số Eb/N0 yêu cầu lớn hơn độ lợi công suất truyền dẫn.

Trong 2 bảng, độ lợi âm tại tốc độ 50 Km/h có nghĩa là điều khiển công suất chậm lý tưởng sẽ đem lại hiệu suất tốt hơn so với điều khiển công suất

7 8 nhanh thực tế Độ lợi do việc tính toán SIR không chính xác, các lỗi báo hiệu điều khiển công suất và trễ trong vòng điều khiển công suất. Độ lợi từ điều khiển công suất nhanh trong bảng trên có thể được sử dụng để tính toán độ dự trữ phadinh nhanh yêu cầu trong quỹ đường truyền Độ dự trữ phadinh nhanh cần thiết cho công suất phát của UE để duy trì điều khiển công suất nhanh vòng kín thích hợp Kích thước cell lớn nhất có thể đạt được khi UE đang phát với đủ lượng công suất không đổi nghĩa là không có độ lợi của điều khiển công suất nhanh Giá trị thông thường cho độ dự trữ phadinh nhanh cho các tốc độ di động thấp từ 2 đến 5 dB. b) Phân tập và điều khiển công suất

Hình 3.5: Công suất phát và thu trong 2 nhánh (công suất khoảng hở trung bình

0dB, -10 dB)Kênh phadinh Rayleigh tại 3Km/h

Tầm quan trọng của phân tập sẽ được phân tích cùng với điều khiển công suất nhanh Với các UE tốc độ thấp điều khiển công suất nhanh có thể bù được phadinh của kênh và giữ cho mức công suất thu không đổi Các nguyên nhân chính của các lỗi trong công suất thu là do việc tính toán SIR không chính xác, các lỗi báo hiệu và trễ trong vòng điều khiển công suất Việc bù phadinh gây ra suy giảm công suất truyền dẫn Công suất thu và công suất phát là hàm của thời gian, hình 3.5, 3.6 tại tốc độ của UE là 3 Km/h Trong hình 3.5 là trường hợp có ít phân tập, hình 3.6 mô phỏng trường hợp phân tập nhiều Sự biến đổi công suất phát trong hình 3.5 cao hơn trong hình 3.6 do sự khác nhau về số lượng phân tập Các trường hợp phân tập như: Phân tập đa đường, phân tập anten thu, phân tập anten phát hay phân tập vĩ mô.

Với sự phân tập ít hơn thì sự biến động lớn hơn trong công suất phát,nhưng công suất phát trung bình cũng cao hơn Mức tăng công suất được định nghĩa là tỷ số giữa công suất truyền dẫn trung bình trên kênh phadinh và trên kênh không có phadinh khi mức công suất thu giống nhau trên cả hai kênh có phadinh và không có phadinh Mức tăng công suất được mô tả trong hình 3.7.

Hình 3.6: Công suất phát và thu trên 3 nhánh (công suất khoảng hở như nhau)

Kênh phadinh Rayleigh tại tốc độ 3km

Hình 3.7: Công suất tăng trong kênh phadinh với điều khiển công suất nhanh

Kết quả ở mức liên kết cho sự tăng công suất đường lên thể hiện trong bảng 3.3 Sự mô phỏng được thực hiện tại mức UE khác nhau trên kênh ITU Pedestrian 2 đường với công suất thành phần đa đường 0÷-12,5 dB Trong sự mô phỏng này công suất phát và công suất thu được tập hợp trong từng khe Với điều khiển công suất lý tưởng mức tăng công suất là 2,3 dB Điều đó chứng tỏ công suất nhanh hoạt động có hiệu quả trong việc bù năng lượng cho phadinh. Với các UE tốc độ cao (>100 Km/h), mức tăng công suất rất nhỏ do điều khiển công suất nhanh không thể bù được phadinh.

Chuyển giao

3.3.1 Khái quát về chuyển giao trong các hệ thống thông tin di động

Các mạng di động cho phép người sử dụng có thể truy nhập các dịch vụ trong khi di chuyển nên có thuật ngữ “tự do” cho các thiết bị đầu cuối Tuy nhiên tính “tự do” này gây ra một sự không xác định đối với các hệ thống di động Sự di động của người sử dụng đầu cuối gây ra một sự biến động cả trong chất lượng liên kết và mức nhiễu, người sử dụng đôi khi còn yêu cầu thay đổi trạm gốc phục vụ Quá trình này được gọi là chuyển giao.

Chuyển giao là một phần cần thiết cho việc xử lý sự di động của người sử dụng đầu cuối Nó đảm bảo tính liên tục của các dịch vụ vô tuyến khi người sử dụng di động di chuyển qua ranh giới các ô tế bào.

Trong các hệ thống tế bào thế hệ thứ nhất như AMPS, việc chuyển giao tương đối đơn giản Sang hệ thống thông tin di động thế hệ 2 như GSM và PACS thì cần nhiều cách đặc biệt hơn bao gồm các thuật toán chuyển giao được kết hợp chặt chẽ trong các hệ thống này và trễ chuyển giao tiếp tục được giảm đi Khi đưa ra công nghệ CDMA một ý tưởng khác được đề nghị để cải thiện quá trình chuyển giao được gọi là chuyển giao mềm a) Các kiểu chuyển giao trong hệ thống WCDMA 3G

Có 4 kiểu chuyển giao trong các mạng di động WCDMA đó là:

 Chuyển giao bên trong hệ thống (Intra-System HO): Chuyển giao bên trong hệ thống xuất hiện trong phạm vi một hệ thống Nó có thể chia nhỏ

8 8 thành chuyển giao bên trong tần số (Intra-frequency HO) và chuyển giao giữa các tần số (Inter-frequency HO) Chuyển giao trong tần số xuất hiện giữa các cell thuộc cùng một sóng mang WCDMA còn chuyển giao giữa các tần số xuất hiện giữa các cell hoạt động trên các sóng mang WCDMA khác nhau.

 Chuyển giao giữa các hệ thống (Inter-system HO): Kiểu chuyển giao này xuất hiện giữa các cell thuộc về 2 công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau (RAT) hay các chế độ truy nhập vô tuyến khác nhau (RAM). Trường hợp phổ biến nhất cho kiểu đầu tiên dùng để chuyển giao giữa các hệ thống WCDMA và GSM/EDGE Chuyển giao giữa 2 hệ thống CDMA cũng thuộc hiểu này Một ví dụ của chuyển giao Inter-RAN là giữa các chế độ UTRA FDD và UTRA TDD.

 Chuyển giao cứng (HHO-Hard Handover): HHO là một loại thủ tục chuyển giao trong đó tất cả các liên kết vô tuyến cũ của một máy di động được giải phóng trước khi các liên kết vô tuyến mới được thiết lập Đối với các dịch vụ phi thời gian thực thì HHO không ảnh hưởng gì Chuyển giao cứng diễn ra như là chuyển giao trong cùng tần số và chuyển giao ngoài tần số.

 Chuyển giao mềm (SHO) và chuyển giao mềm hơn ( Softer HO ) : Trong suốt quá trình chuyển giao mềm một máy di động đồng thời giao tiếp với cả 2 hoặc nhiều cell (đối với cả 2 loại chuyển giao mềm) thuộc về các trạm gốc khác nhau của cùng một bộ điều khiển mạng vô tuyến (Intrar-

RNC) hoặc các bộ điều khiển mạng vô tuyến khác nhau (Inter-RNC) Trên đường xuống (DL) máy di động nhận các tín hiệu để kết hợp với tỷ số lớn nhât Trên đường lên (UL) kênh mã di động được tách sóng bởi cả 2 BS(đối với cả 2 kiểu SHO) và được định tuyến đến bộ điều khiển vô tuyến cho sự kết hợp lựa chọn Hai vòng điều khiển công suất tích cực đều tham gia vào chuyển giao mềm: mỗi vòng cho một BS Trong trường hợp chuyển giao mềm hơn một máy di động được điều khiển bởi ít nhất 2 sector trong cùng một BS, RNC không quan tâm và chỉ có một vòng điều khiển công suất hoạt động Chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn chỉ có thể xảy ra trong một tần số sóng mang do đó chúng là các quá trình chuyển giao trong cùng tần số.

Hình 3.13: Các kiểu chuyển giao khác nhau b) Các mục đích của chuyển giao

Chuyển giao có thể được khởi tạo từ 3 cách khác nhau: Máy di động khởi xướng, mạng khởi xướng và máy di động hỗ trợ.

 Máy di động khởi xướng: Máy di động tiến hành do chất lượng chọn ra các BS và bộ chuyển mạch tốt nhất với sự hỗ trợ của mạng Kiểu chuyển giao này nhìn chung tạo ra một chất lượng liên kết nghèo nàn được đo bởi máy di động.

 Mạng khởi xướng: BS tiến hành đo đạc và báo cáo với bộ điều khiển mạng RNC RNC sẽ đưa ra quyết định liệu có thực hiện chuyển giao hay không Chuyển giao do mạng khởi xướng được thực hiện cho các mục đích khác ngoài việc điều khiển liên kết vô tuyến chẳng hạn như điều khiển phân bố lưu lượng giữa các cell Một ví dụ của trường hợp này là chuyển giao với lý do lưu lượng (TRHO) được điều khiển bởi BS TRHO là một thuật toán thay đổi ngưỡng chuyển giao cho một hay nhiều sự rời đi sang cell liền kề từ một cell cụ thể tùy thuộc vào tải của cell đó Nếu tải của cell này vượt quá mức cho trước và trải ở cell lân cận ở dưới một mức cho trước khác thì cell nguồn sẽ thu hẹp lại vùng phủ sóng của nó, chuyển giao lưu lượng đêbs cell lân cận Vì thế, độ tắc nghẽn (block) tổng thể bị giảm đi, tận dụng tốt hơn nguồn tài nguyên các cell.

 Hỗ trợ máy di động: Trong phương pháp này cả mạng và máy di động đều tiến hành đo đạc Máy di động báo cáo kết quả đo đạc từ các BS gần nó và mạng sẽ quyết định có thực hiện chuyển giao hay không.

Các mục đích của chuyển giao có thể tóm tắt như sau:

- Đảm bảo tính liên tục của các dịch vụ vô tuyến khi người sử dụng di động di chuyển qua ranh giới của các tế bào.

- Giữ cho QoS đảm bảo mức yêu cầu.

- Làm giảm nhỏ mức nhiễu trong toàn bộ hệ thống bằng cách giữ cho máy di động được kết nối với BS tốt nhất.

- Roaming giữa các mạng khác nhau.

Sự khởi xướng cho một quá trình chuyển giao có thể bắt nguồn từ chất lượng dịch vụ của liên kết (UL hoặc DL), sự thay đổi của dịch vụ, sự thay đổi tốc độ, các lý do lưu luợng hoặc sự can thiệp để vận hành và bảo dưỡng. c) Các thủ tục và phép đo đạc chuyển giao

Thủ tục chuyển giao có thể chia thành 3 pha: Đo đạc, quyết định và thực thi chuyển giao (minh họa trong hình 3.14).

Hình 3.14: Các thủ tục chuyển giao

Trong pha đo đạc chuyển giao các thông tin cần thíết để đưa ra quyết định chuyển giao được đo đạc Các thông số cần đo thực hiện bởi máy thường là tỷ số

Ec/I0 2 (E c : là năng lượng kênh hoa tiêu trên một chip và I 0 : là mật độ phổ công suất nhiễu tổng thể) của kênh hoa tiêu chung (CPICH) của cell đang phục vụ máy di động đó và của các cell lân cận Đối với các kiểu chuyển giao xác định cần đo các thông số khác Trong mạng không đồng bộ UTRA FDD (WCDMA), các thông số định thời liên quan giữa các cell cần được đo để điều chỉnh việc định thời truyền dẫn trong chuyển giao mềm để thực hiện việc kết hợp thống nhất trong bộ thu Rake Mặt khác, sự truyền dẫn giữa các BS khác nhau sẽ khó để kết hợp đặc biệt là hoạt động điều khiển công suất trong chuyển giao mềm sẽ phải chịu ảnh hưởng của trễ bổ sung.

Trong pha quyết định chuyển giao kết quả đo được so sánh với các ngưỡng đã xác định và sau đó sẽ quyết định có thể bắt đầu chuyển giao hay không Các thuật toán khác nhau có điều kiện khởi tạo chuyển giao khác nhau.

Cá c tiê u chuẩ n củ a chuyể n giao có đá p ứ ng khoâ ng Đo đạc cá c thô ng tin cầ n thiế t cho vieọ c quyeỏ t ủinh chuyeồ n giao.

(vớ duù : Ec/Io cuỷ a keõ nh CPICH cuỷ a cá c cell phục vụ và cell lâ n cậ n, cá c thô ng tin định thờ i giữ a cá c cell )

+ Hoà n thà nh quá trình chuyể n giao + Cậ p nhậ t cá c thô ng số liê n quan

Tổng kết

Quản lý tài nguyên vô tuyến là bài toán quan trọng khi thiết kế bất kỳ hệ thống thông tin di động, đặc biệt là trong hệ thống tế bào sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA Chương này đã trình bày các chức năng cơ bản của quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thống WCDMA và những điểm khác biệt trong thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến so với các hệ thống khác. Trong đó, điều khiển công suất và điều khiển chuyển giao có những điểm khác biệt quan trọng so với các hệ thống thông tin di động trước đó. Đối với điều khiển công suất, rõ ràng các thuật toán điều khiển công suất cũng phức tạp hơn tinh vi hơn để khắc phục hiệu ứng gần xa Trong ba loại điều khiển công suất, điều khiển công suất vòng mở cần thiết trong suốt quá trình thiết lập kết nối, điều khiển công suất vòng kín (điều khiển công suất nhanh) giúp khắc phục hiệu ứng phadinh nhanh trên kênh giao diện vô tuyến Trong WCDMA, điều khiển công suất nhanh được thực hiện trên cả đường lên và đường xuống tại tần số 1,5 KHz trong khi hệ thống IS-95 chỉ thực hiện điều khiển công suất nhanh trên đường lên tại tần số 800 Hz, còn ở GSM chỉ tồn tại điều khiển công suất chậm Phương thức thứ ba của điều khiển công suất là điều khiển công suất vòng ngoài giúp thiết lập các giá trị mục tiêu của điều khiển công suất nhanh Các vấn đề cụ thể cũng như lợi ích của điều khiển công suất cũng được phân tích trong chương này.

Một đặc trưng khác biệt nhất của WCDMA so với các hệ thống khác là thuật toán điều khiển chuyển giao Chuyển giao diễn ra khi người sử dụng di động di chuyển từ cell này đến cell khác trong mạng thông tin di động tế bào nhưng chuyển giao cũng có thế được sử dụng để cân bằng tải trọng mạng thông tin và chuyển giao mềm có thể tăng cường dung lượng và vùng phủ của mạng. Chuyển giao cứng vẫn tồn tại trong hệ thống WCDMA là chuyển giao mà kết nối cũ bị cắt trước khi kết nối mới được thiết lập Chuyển giao cứng được sử dụng để thay đổi tần số của hệ thống khi trong hệ thống sử dụng đa sóng mang, hoặc là trong trường hợp không hỗ trợ phân tập macro hoặc trường hợp chuyển đổi giữa hai chế độ FDD và TDD.

Chuyển giao giữa các hệ thống cần thiết cho sự tương thích giữa UMTS và các kiến trúc hệ thống khác (chẳng hạn như GSM) Đặc trưng của loại này là cần đo đạc trước khi thực hiện sử dụng chế độ khe thời gian do thực tế việc đo đạc diễn ra tại các tần số khác nhau Từ góc độ kỹ thuật, kiểu chuyển giao này thuộc chuyển giao cứng.

Chương này cũng thảo luận cũng khá chi tiết về chuyển giao mềm và mềm hơn xuất hiện khi máy di động ở trong vùng phủ sóng chồng lấn của hai cell Trường hợp chuyển giao mềm hơn các cell thuộc cùng một trạm gốc, hai tín hiệu đồng thời được kết hợp ở Nút B sử dụng bộ xử lý RAKE Trong suốt quá trình chuyển giao mềm hai tín hiệu thu từ các trạm gốc khác nhau được định tuyến đến RNC để được so sánh hết khung này đến khung khác Độ lợi chuyển giao mềm là độ lợi được cung cấp bởi sự kết hợp nhiều tín hiệu cho một(được gọi là độ lợi phân tập macro) Khi độ dự trữ chuyển giao mềm thích hợp được sử dụng độ lợi chuyển giao mềm sẽ tăng cường đáng kể hiệu năng của hệ thống