Nghiên cứu nâng cấp mạng di động từ 2G lên 3G và ứng dụng lập quy hoạch phát triển mạng 3G Ninh Bình

Luận văn được chia làm 4 chương: Chương I: Giới thiệu tổng quan hệ thống thông tin di động Chương II: Mạng thông tin di động GSM và các công nghệ cho quá trình chuyển đổi lên 3G Chương III: Hệ thống WCDMA Chương IV:Xây dựng quy hoạch mạng 3G tại tỉnh Ninh Bình

Đồ án tốt nghiệp Mở đầu

MỞ ĐẦU

Nhu cầu trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện đại Sự ra đời của thông tin di động là một bước ngoặt lịch sử trong nganh viễn thông cũng như bước phát triển quan trọng của loài người Cùng với việc cho phép kết nối mọi nơi, mọi lúc, là một trong những khả năng của mạng 3G 3G mang đến nhiều tiện ích, ứng dụng hơn là khả năng di động cho Internet Các dịch vụ mới sẽ xuất hiện như nhắn tin đa phương tiện, các dịch vụ định vị, các dịch vụ thông tin cá nhân, vui chơi giải trí, các dịch vụ ngân hàng, thanh toán điện tử … sẽ phát triển manh Ở Việt Nam thì các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba đang ngày càng phát triển

Để theo kịp xu thế chung của thế giới là tiến tới mạng thế hệ sau 3G và cung cấp các dịch vụ mới, việc nghiên cứu để triển khai, chuyển đổi sang mạng 3G tại Việt Nam là cần thiết Đối với các nhà khai thác mạng di động GSM thì cái đích 3G là các hệ thống thông tin di động CDMA băng rộng(WCDMA) theo chuẩn IMT-2000 Xuất phát từ định hướng này, luận văn đề cập đến nghiên cứu tổng quan về công nghệ WCDMA và các hệ thống thông tin di động WCDMA nói chung, phân tích các quá trình phát triển lên 3G từ

đó ứng dụng lựa chọn, tính toán dung lượng mạng trên cơ sở đó xây dựng cấu trúc 3G, phù hợp với xu hướng phát triển của mạng thông tin di động

Luận văn được chia làm 4 chương:

Chương I: Giới thiệu tổng quan hệ thống thông tin di động

Chương II: Mạng thông tin di động GSM và các công nghệ cho quá trình chuyển đổi lên 3G

Chương III: Hệ thống WCDMA

Chương IV:Xây dựng quy hoạch mạng 3G tại tỉnh Ninh Bình

Em xin trân thành cảm ơn ThS Dương Văn Thành, người trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành luận văn này Em xin cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Viễn Thông đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình hoàn thành luận văn này

Mặc dù đã hết sức cố gắng và đã nhận được nhiều ý đóng góp quý báu từ các thầy

cô giáo, nhưng do thời gian có hạn, luận văn chưa thể đi sâu vào nhiều khía cạnh kỹ thuật khác Song những vấn đề mà luận văn đề cập tới là những yếu tố quan trọng đã và đang đưa vào sử dụng cũng như những ứng dụng của nó trong phát triển mạng thông tin di động 3G

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH VẼ iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU iv

CÁC TỪ VIẾT TẮT v

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1

1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1

1.2 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN TỪ 2G LÊN 3G 3

1.2.1 Xu hướng phát triển 3G trên thế giới 3

1.2.2 Xu hướng phát triển 3G tại Việt Nam 4

1.3 KHẢ NĂNG CHUYỂN ĐỔI TỪ 2G LÊN 3G 5

1.3.1 Phân tích các khả năng chuyển đổi 5

1.3.2 Các vấn đề đặt ra cho quá trình chuyển đổi 6

1.4 SO SÁNH CÔNG NGHỆ WCDMA và CDMA-2000 8

1.4.1 Điểm giống nhau giữa 2 công nghệ này 8

1.4.2 Những khác biệt chính 9

CHƯƠNG II MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM VÀ CÁC CÔNG NGHỆ CHO QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỔI LÊN 3G 13

2.1 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 13

2.2 CÁC CÔNG NGHỆ CHO QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỔI LÊN 3G 18

2.2.1 Công nghệ HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) 18

2.2.2 Công nghệ GPRS (General Packet Radio Service) 19

CHƯƠNG III HỆ THỐNG WCDMA 24

3.1 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDMA 24

3.2 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA WCDMA 25

3.2.1 Kiến trúc ngăn xếp giao thức của giao diện vô tuyến WCDMA/FDD 26

3.2.2 Các kênh của WCDMA 27

3.2.3 Cấu trúc kênh vật lý riêng 34

3.2.3 Điều khiển công suất trong WCDMA 34

3.3 CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP TRONG WCDMA 38

3.3.1 Các hệ thống thông tin trải phổ 38

3.3.3 Trải phổ và điều chế đường lên 42

3.3.4 Trải phổ và điều chế đường xuống 45

3.4 QUÁ TRÌNH THIẾT LẬP CUỘC GỌI 48

3.4.1.Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH và truy nhập gói CPCH 48

CHƯƠNG IV XÂY DỰNG QUY HOẠCH MẠNG 3G TẠI TỈNH NINH BÌNH 50

4.1 PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG ÁN VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP MẠNG 50

4.1.1 Phân tích các phương án 50

4.1.2 Lựa chọn phương án công nghệ và giải pháp mạng 54

4.2.TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ VÀ XÂY DỰNG CẤU TRÚC MẠNG 55

4.2.1 Một số giả định đầu vào tính toán thiết kế mạng vô tuyến 55

4.2.2 Tính toán xây dựng mạng 56

KẾT LUẬN 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1.Các bước phát triển đến mạng thế hệ thứ 3 1

Hình 1.2 Quá trình chuyển đổi từ 2G lên 3G 6

Hình 1.3 Tiến trình phát triển từ 2G lên 3G 7

Hình 1.4.Băng thông danh định,tốc độ chip và cấu hình kênh 11

Hình 2.1 Mô hình hệ thống thông tin di động GSM 13

Hình 2.2.Mạng dữ liệu chuyển mạnh kênh tốc độ cao 18

Hình 2.3 Kiến trúc mạng GPRS 20

Hình 2.4 Kiến trúc khe thời gian của GPRS 21

Hình 2.5.Kiến trúc mạng EDGE 22

Hình 3.3.Các kênh vật lý 28

Hình 3.2 Kiến trúc giao thức vô tuyến cho UTRA FDD 26

Hình 3.1 Kiến trúc UMTS 25

Hình 3.4 Sự chuyển đổi giữa các kênh logic và kênh truyền tải trên đường lên và đường xuống 32 Hình 3.5 Cấu trúc kênh vật lý riêng 34

Hình 3.6 Hiệu ứng gần-xa (điều khiển công suất trên đường lên) 35

Hình 3.7 Bù nhiễu bên trong cell (điều khiển công suất ở đường xuống) 35

Hình 3.8 Điều khiển công suất vòng trong đường lên 36

Hình 3.9 Điều khiển công suất vòng kín đường xuống 37

Hình 3.10 Cây mã định kênh 39

Hình 3.11 Trải phổ và điều chế DPDCH và DPCCH đường lên 42

Hình 3.12 Truyền dẫn kênh điều khiển vật lý riêng đường lên và kênh số liệu vật lý riêng đường lên khi có/ không có (DTX) số liệu của người sử dụng 43

Hình 3.13 Chùm tín hiệu đối với ghép mã I/Q sử dung ngẫu nhiên hóa phức 44

Hình 3.14 Trải phổ và điều chế phần bản tin PRACH 44

Hình 3.15 Sơ đồ trải phổ và điều chế cho tất cả các kênh vật lý đường xuống 45

Hình 3.16 Các mã ngẫu nhiên hóa sơ cấp và thứ cấp 47

Hình 3.17 Truyền dẫn đa mã cho đường xuống 47

Hình 3.18 Các thủ tục truy nhập ngẫu nhiên RACH và truy nhập gói 48

Hình 4.1 Mạng 3G theo chuẩn 3GPP R99 50

Hình 4.2 Mạng 3G theo chuẩn 3GPP R4 53

Hình 4.3 Mạng 3G theo chuẩn 3GPP R5 54

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tóm tắt tiến trình tiến triển của công nghệ thông tin di động 3

Bảng 1.2 Những điểm tương đồng giữa CDMA 2000 và WCDMA 9

Bảng 1.3.Các khác biệt chính về kỹ thuật giữa 2 công nghệ CDMA-2000 và WCDMA 10

Bảng 3.1.Danh sách các kênh vật lý 28

Bảng 3.2 Danh sách các kênh truyền tải 31

Bảng 3.3.Phân cấp các mã ngẫu nhiên hóa cho đường xuống 42

Bảng 4.1 Số trạm BS tại tỉnh/ huyện 57

Đồ án tốt nghiệp Các thuật ngữ viết tắt

Third Generation Third Generation Global Partnership Project Third Generation Global Partnership Project 2

Pha 1- Tối ưu dữ liệu Thế hệ 3

Dự án hội nhập toàn cầu thế hệ 3

A

AMR

AMPS

Adaptive Multi-Rate codec

Advanced Mobile Phone System

Bộ mã hoá và giải mã đa tốc độ thích nghi

Hệ thống điện thoại di động tiên tiến (Mỹ)

Tốc độ lỗi bit

Tốc độ lỗi Block Khoá dịch pha nhị phân

Mã nhận dạng trạm gốc Trạm gốc

Truy nhập phân chia theo mã Mạng lõi

Mã vòng kiểm tra dư thừa

Bộ RNC đang phụ trách điều khiển

D

DL

DSSS

Downlink Direct Sequence Spread Spectrum

Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương

F

FDD

FDMA

FER

Frequency Division Duplex

Frequency Division Multiple Access

Frame Error Rate

Phương thức song công phân chia theo tần số

Đa truy nhập phân chia theo tần

General Packet Radio Service Global Positioning System Global System for Mobile Telecommunication

Nút hỗ trợ cổng GPRS Dịch vụ vô tuyến gói chung

Hệ thống định vị toàn cầu

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

Bộ đăng ký thường trú Truy nhập gói đường xuống tốc

IMT- Direct Sequence IMT- Time Code IMT – Single Carrier Internet Protocol International Telecommunication Union

Thông tin di động toàn cầu 2000 IMT đa sóng mang

IMT trải phổ chuỗi trực tiếp IMT mã thời gian

IMT đơn sóng mang

Giao thức Internet Liên hợp viễn thông quốc tế

Giao diện giữa RNC và nút B Giao diện giữa 2 RNC

Maximum Ratio Cobining Mobile Service Switching Centre

Thiết bị di động Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện Kết hợp theo tỷ số lớn nhất Trung tâm chuyển mạch dịch vụ

di động

Đồ án tốt nghiệp Các thuật ngữ viết tắt

Chế độ truy nhập vô tuyến

Công nghệ truy nhập vô tuyến

Bộ điều khiển mạng vô tuyến

Phân hệ mạng vô tuyến Giao thức điều khiển tài nguyên

Serving GPRS Support Node

Session Initiation Protocol Signal to Interference Ratio Short Messaging Service Signal to Noise Ratio

Nút hỗ trợ GPRS phục vụ Giao thức khởi tạo phiên

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu Dịch vụ nhắn tin ngắn

Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

T

TDD

TDMA

Time Division Duplex

Time Division Multiple Access

Universal Mobile Telecommunication System UMTS Subscriber Identify Module

UMTS Terrestrial Radio Access Network

Thiết bị người sử dụng Đường xuống

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

Modul nhận dạng thuê bao UMTS

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN

DI ĐỘNG

Lịch sử ra đời và sự phát triển của dịch vụ di động từ thứ 1 tới thế hệ 3G trải qua nhiều giai đoạn khác nhau Hình 1.1 miêu tả tiến trình phát triển của hệ thống thông tin di động từ 1G lên 3G

4) Không đảm bảo tính bảo mật của các cuộc gọi

5) Không tương thích với các hệ thống khác đặc biệt ở châu Âu

Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với kỹ thuật truy nhập mới Các hệ thống thế hệ thứ 2 được triển khai vào những năm 80 vẫn được sử dụng chủ yếu cho thoại nhưng được thực hiện trên cơ sở công nghệ số Các hệ thống 2G này cung cấp các dịch vụ thông tin dữ liệu chuyển mạch kênh ở tốc độ thấp Tính cạnh tranh lại một lần nữa dẫn tới việc thiết kế

và thực hiện các hệ thống bị phân hóa thành các chuẩn khác nhau không tương thích như: GSM chủ yếu ở châu Âu, TDMA IS-54,IS136 ở Mỹ, PDC (hệ thống di động tế bào số cá nhân) ở Nhật Các hệ thống này hoạt động rộng khắp trên lãnh thổ quốc gia hoặc quốc tế

và hiện nay chúng vẫn chiếm vai trò là các hệ thống chủ đạo, mặc dù tốc độ dữ liệu của các thuê bao trong hệ thống bị giới hạn nhiều

Bước chuyển tiếp giữa 2G và 3G là 2,5G Thế hệ 2,5G được phát triển từ 2G với các dịch vụ dữ liệu và các phương thức chuyển mạch gói Về cơ bản công nghệ 2,5G là sự phát triển của công nghệ 2G để tăng dụng lượng trên các kênh tần số vô tuyến của 2G và bước đầu đưa các dịch vụ dữ liệu dung lượng cao vào, tốc độ truyền dữ liệu có thể lên tới 384Kbps Một khía cạnh khác rất quan trọng của 2,5G là các kênh dữ liệu được tối ưu hóa cho dữ liệu gói truy nhập vào internet từ các thiết bị di động như điện thoại, PDA hoặc máy tính xách tay

Trong thập niên 90 thế hệ thứ 3 đã được nghiên cứu, nó đã loại trừ được những sự không tương thích của các hệ thống trước đây và thực sự trở thành hệ thống toàn cầu Hệ thống 3G có các kênh thoại chất lượng cao cũng như các khả năng về dữ liệu băng rộng,

có thể đạt tới 2Mbps Các hệ thống 3G hứa hẹn cung cấp những dịch vụ viễn thông tốc độ cao hơn bao gồm thoại, fax và internet ở bất cứ thời gian nào, bất cứ nơi đâu với sự chuyển vùng roaming toàn cầu không gián đoạn Chuẩn 3G toàn cầu của ITU đã mở đường cho các ứng dụng và dịch vụ sáng tạo như giải trí đa phương tiện, các dịch vụ dựa trên vị trí … Công nghệ 3G hỗ trợ băng thông 144Kbps với tốc độ di chuyển lớn, 384Kbps trong một khu vực, và 2Mbps đối với trường hợp trong nhà

Quá trình phát triển của các công nghệ từ 1G lên 3G được thể hiện qua bảng 1.1

Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động

Bảng 1.1 Tóm tắt tiến trình tiến triển của công nghệ thông tin di động

Dung lượng cao hơn, băng thông

dữ liệu lên tới 2Mbps

Độ tin cậy cao hơn,đa phương tiện, Các chuẩn AMPS,TACS,

NMT…

TDMA,CDMA, GSM,PDC

GPRS,EDGE, 1xRTT

WCDMA, CDMA2000

Chuẩn đơn Băng thông

1.2.1 Xu hướng phát triển 3G trên thế giới

Cho tới ngày 29/10/2010, có tới 373 nhà khai thác kinh doanh thông tin di động thế

hệ thứ ba (3G) hoạt động trên thế giới, đã có 152 quốc gia và vùng lãnh thổ triển khai công nghệ này Sau đây là sơ đồ các nước sử dụng dịch vụ 3G

Dịch vụ 3G ở Nhật Bản và Hàn Quốc phát triển rất cao Nhờ có sự thúc đẩy của chính phủ và thái độ tích cực của các nhà khai thác, ứng dụng công nghệ 3G ở hai nước này từ năm 2001; việc kích thích thị trường thời gian đầu khá tốt, người dùng cũng tha thiết với dịch vụ mới Những năm gần đây các nước Đông Nam Á phát triển mạng mẽ đi đầu là Singapore và Thái Lan

Mức độ phát triển chung thị trường thông tin di động ở các nước Châu Âu rất cao, mức độ phổ cập dịch vụ di động lên đến khoảng 90%, nhưng các nhà khai thác truyền thống triển khai dịch vụ 3G tương đối thận trọng, nước đầu tiên triển khai ở Châu Âu là

Bỉ vào năm 2002

Sự phát triển dịch vụ 3G ở Châu Mỹ tương đối chậm chạp so với các vùng khác trên thế giới Đến năm 2005 ở Mỹ mới bắt đầu triển khai 3G

Cùng với ra đời dịch vụ 3G của các nhà khai thác, các nhà cung cấp thiết bị đầu cuối

đã nhanh chóng đưa ra đa dạng chủng loại Hiện nay máy đầu cuối WCDMA có khoảng hơn 26 nhãn hiệu, 186 loại sản phẩm

1.2.2 Xu hướng phát triển 3G tại Việt Nam

Các ứng dụng truyền thông hữu ích như điện thoại truyền hình, định vị và tìm kiếm thông tin, truy nhập Internet, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe nhạc và xem video chất lượng cao … cùng nhiều ứng dụng dịch vụ viễn thông tiên tiến khác có thể được thực hiện trên mạng di động 3G Ở Việt Nam 3G đã được triển khai và đang từng bước phát triển Tháng 8/2009, Bộ thông tin và Truyền thông chính thức ban hành giấy phép thiết lập mạng và cung cấp dịch vụ viễn thông di động mặt đất tiêu chuẩn IMT-2000 trong băng tần số 1900-2200MHz cho 3 doanh nghiệp và một liên doanh trúng tuyển cấp phép 3G bao gồm: Tổng công ty Viễn thông Quân đội (VIETTEL), Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT), Công ty thông tin di động (VMS) và liên doanh Công ty Viễn thông Điện lực (EVN Telecom) và Công ty cổ phần Viễn thông Hà Nội (Hà Nội Telecom)

Thế giới có 2 hệ thống di động 3G được chuẩn hóa song song tồn tại, một dựa trên công nghệ CDMA còn gọi là CDMA-2000, chuẩn còn lại do dự án 3rd Generation Partnership Project (3GPP) thực hiện 3GPP đang xem xét tiêu chuẩn UTRA-UMTS Terrestrial Radio Access TS Tiêu chuẩn này có 2 sơ đồ truy nhập vô tuyến Một trong số

đó được gọi là CDMA băng thông rộng (WCDMA) Căn cứ vào những thông tin nói trên thì Việt Nam đã gia nhập vào nhóm các nước đã triển khai dịch vụ điện thoại thế hệ thứ 3 (3G), đó chính là dịch vụ điện thoại di động WCDMA

Đi tiên phong cho việc triển khai mạng 3G tại Việt Nam là Vinaphone Mạng Vinaphone 3G là mạng di động thế hệ thứ 3, cho phép thuê bao di động thực hiện các dịch vụ cơ bản như thoại, nhắn tin với chất lượng cao, đặc biệt là truy cập Internet với tốc độ tối đa lên đến 14,4Mb/s Do chủ yếu sử dụng chung cơ sở hạ tần nên vùng phủ sóng 3G sẽ cùng tồn tại song song với vùng phủ sóng 2G Quá trình triển khai mạng 3G của Vinaphone sẽ trải qua 5 giai đoạn chính: giai đoạn 1 sẽ phủ sóng 20% dân cư, giai

Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động

đoạn 2 sẽ phủ sóng 50% dân cư sau 3 năm hoạt động, giai đoạn 3 sẽ phủ sóng 75% dân

cư, giai đoạn 4 và giai đoạn 5 sẽ phủ sóng đến 90% dân cư sau 10 đến 15 năm hoạt động Hiện nay Vinaphone đã triển khai giai đoạn 1 và dần dần triển khai giai đoạn thứ 2

Theo sau Vinaphone là hai nhà di động khác như Mobifone và Viettel cũng đã triển khai công nghệ 3G Mobifone đã hoàn thành việc lắp đặt và phát sóng 2400 trạm BTS 3G và trong vòng 3 năm sẽ hoàn thành lắp đặt khoảng 7700 trạm BTS 3G Với công nghệ HSPA cho phép khách hàng truy cập Internet, thư điện tử hay nhận các dịch vụ nội dung số với tốc độ lên tới 7,2Mb/s

6/2010 Viettel đưa vào cung cấp dịch vụ mạng 3G Với đầu tư gần 12800 tỷ trong

3 năm cho mạng 3G Tại thời điểm Viettel phủ sóng tối thiểu 86% dân số với 5000 trạm thu phát 3G và sau 3 năm cung cấp dịch vụ sẽ đạt phủ sóng là 100 % dân số với 15000 trạm thu phát sóng

Bên cạnh đó các nhà sản xuất đã đi trước các nhà khai thác dịch vụ điện thoại di động khi lần lượt Nokia, Sony Eircsson đã bán thị trường Viêt Nam các model điện thoại

di động hỗ trợ công nghệ 3G như Nokia 6680,6630,K608i …

1.3.1 Phân tích các khả năng chuyển đổi

Bốn công nghệ cellular 2G chính hiện nay là:

- Hệ thống GSM: là hệ thống 2G xuất hiện đầu tiên, được đưa ra vào năm 1992 GSM dựa trên kỹ thuật chuyển mạch kênh Dịch vụ truyền dữ liệu tốc độ thấp (<9,6Kb/s) đã được cấp ngay từ đầu khi triển khai hệ thống và chủ yếu được sử dụng để truyền e-mail từ các máy tính xách tay

Tổng quan các phương án chuyển đổi được biểu diễn như hình sau:

Hình 1.2 Quá trình chuyển đổi từ 2G lên 3G

- GSM sẽ vẫn là hệ thống chủ yếu của dịch vụ thông tin di động ở Việt Nam Dải phổ 1800 là cần thiết để tăng dung lượng

- Thiết kế và quy hoạch mạng sẽ đóng vai trò chủ chốt nhằm nâng cao chất lượng mạng

- EDGE là con đường tiến hóa tới thế hệ thứ ba và cũng là một bổ trợ cho UMTS

- UMTS là đề xuất của Châu Âu cho thông tin di động thế hệ thứ ba Giao diện vô tuyến đã được lựa chọn và sẽ dựa trên công nghệ CDMA băng rộng (WCDMA)

- Việc triển khai tiêu chuẩn UMTS trên nền hệ thống GSM là hoàn toàn phù hợp với quy luật tự nhiên

1.3.2 Các vấn đề đặt ra cho quá trình chuyển đổi

Việc chuyển đổi từ mạng GSM lên 3G sẽ phải kể đến 3 khía cạnh chính được thực hiện theo sơ đồ:

Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động

Hình 1.3 Tiến trình phát triển từ 2G lên 3G

- Chuyển đổi về mặt kỹ thuật

Sự chuyển đổi về kỹ thuật là con đường phát triển chỉ rõ phương thức để triển khai các phần tử mạng và loại công nghệ để thực thi kỹ thuật đó Đây chính là bước phát triển trực tiếp theo các xu hướng chung về mặt cho công nghệ

Bởi vì các phần tử mạng là yếu tố tạo lập nên mạng, nên về mặt lý thuyết sự về mặt kỹ thuật sẽ tương ứng với sự phát triển mạng Trong giai đoạn một, do tính chất mở của các giao diện được định nghĩa trong chỉ tiêu kỹ thuật hệ thống, mạng 3G có thể được kết hợp

từ nhiều chủng loại thiết bị của nhiều hãng khác nhau Sự chuyển đổi về kỹ thuật có thể

xử lý được điều này tuy nhiên với sự khác nhau về tốc độ và bước triển khai cụ thể trong mối kết hợp của các thiết bị giữa các hãng khác nhau và yêu cầu thích ứng với các thay đổi của chỉ tiêu kỹ thuật 3G nên trong nhiều trường hợp nếu không xem xét thấu đáo thì kết quả có thể không như mong muốn

- Sự chuyển đổi về dịch vụ

Khác với chuyển đổi về mặt kỹ thuật, sự chuyển đổi dịch vụ dựa trên nhu cầu của người

sử dụng và như cầu này có thể là thực tế hoặc chỉ là tưởng tượng Đôi khi các nhà khai thác mạng và chế tạo thiết bị cung cấp các dịch vụ vượt qua sự kỳ vọng của các thuê bao

Rõ ràng nếu hai yếu tố này không tương đồng thì việc kinh doanh các dịch vụ thông tin di động sẽ khó khăn

- Sự chuyển đổi về mạng

Chỉ tiêu kỹ thuật của GSM đảm bảo tính mở của các giao diện quyết định nên thành phần chuẩn của hệ thống GSM Bởi vì có giao diện mở này, nhà khai thác mạng có thể sử dụng các thiết bị mạng khác nhau từ các hãng cung cấp thiết bị mạng GSM khác nhau Tính mở của giao diện được thể hiện là nó xác định một cách nghiêm ngặt các chức năng

hệ thống thực hiện tại giao diện này, đồng thời xác định rõ các chức năng nào cho phép nhà khai thác có thể sử dụng trong nội bộ mạng tại hai phía của giao diện này

Như ta được biết thì những dòng CDMA2000 và WCDMA chia sẻ nhiều công nghệ

cơ bản tương tự được phát triển lúc đầu cdmaOne Khi các tiêu chuẩn CDMA2000 và WCDMA tiến hóa, chúng tiếp tục chia sẻ nhiều phát minh và cải tiến hơn cho những công nghệ này

Những tương đồng giữa CDMA2000 1X và WCDMA R99 được giới thiệu trong bảng 1.2 So sánh xem xét những khái niệm lõi cơ bản của mỗi giao diện vô tuyến CDMA và không bao gồm tất cả chi tiết và bộ thông số, điển hình phân biệt các hệ thống được những cơ quan lập tiêu chuẩn khác nhau định nghĩa

1.4.1 Điểm giống nhau giữa 2 công nghệ này

- Đều dựa trên công nghệ trải phổ trực tiếp

- Đều đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của IMT-2000

- Duy trì hỗ trợ các dịch vụ truyền thống

- Hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao, dữ liệu gói và truy nhập IP

Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động

Bảng 1.2 Những điểm tương đồng giữa CDMA 2000 và WCDMA

Mã số trực giao chiều

dài thay đổi liên kết

xuôi

Mã số Walsh chiều dài thay đổi dùng

để ghép các kênh liên kết xuôi (SF=256 đến SF= 4)

Điều khiển công suất

liên kết xuôi nhanh

Điều khiển nhanh công suất vòng kín Điều khiển điểm tập hợp dựa trên chất lượng

Tốc độ bit điều khiển công suất là 800Hz

Các tốc độ bit điều khiển công suất khác được hỗ trợ

Kỹ thuật tương tự trừ những khác biệt nhỏ: Tốc độ điều khiển công suất là 1500Hz

Các kênh cấu hình tốc

độ dữ liệu

Mạng xác định tốc độ dữ liệu tùy thuộc vào các điều kiện ứng dụng và kênh vô tuyến

Bảng 1.3.Các khác biệt chính về kỹ thuật giữa 2 công nghệ CDMA-2000 và WCDMA

10,20,40,80 ms đối với lớp truyền dẫn

5ms đối với báo hiệu 20,40,80 ms đối với lớp vật lý

Mã nhận dạng MS Dùng mã ngẫu nhiên hóa,

gắn bởi sector để nhận dạng

MS

Dùng chung một mã PN dài nhưng tạo ra các giá trị PN offset khác nhau theo số seri thiết bị của MS để nhận dạng các MS khác nhau

Mã nhận dạng đối với

sector

Dùng 512 mã ngẫu nhiên hóa, mỗi mã nhận dạng một sector riêng biệt

Dùng chung một mã PN ngắn, nhưng sử dụng 512 giá trị PN offset khác nhau để nhận dạng các sector khác nhau

Về đồng bộ, W-CDMA dùng dị bộ ở chế độ FDD còn ở chế độ TDD các trạm gốc được phân cấp đồng bộ, nếu không cần roaming toàn cầu thì không cần đồng bộ từ hệ thống định vị toàn cầu GPS Điều này tạo cho hệ thống có tính độc lập hơn Trong khi CDMA-2000 bắt buộc cần GPS để đồng bộ

Về mã hóa tiếng nói thiết bị CDMA tiếp tục duy trì tính tương thích ngược với những thiêt bị cdmaOne hiện có bằng cách dùng một bộ mã hóa có tốc độ thay đổi (1/8,1/4,1/2,1) nâng cao dữ liệu để biến đổi tiếng nói thành những tín hiệu truyền thông

Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động

Để duy trì tính tương thích ngược với các bộ mã hóa tiếng nói GSM, thiết bị WCDMA dùng bộ mã hóa tiếng nói dạng tắt/mở (on/off)

Về băng thông danh định tiêu chuẩn CDMA2000 đã được thiết kế để được vận hành với một băng thông là 1,25Mhz tương tự như cdmaOne, trong khi WCDMA được thiết kế để vận hành trong một kênh 5Mhz Tuy nhiên, điều này không ảnh hưởng đến năng suất tổng cộng của hai hệ thống và cả 2 công nghệ đều cung cấp những dung lượng tương tự khi được chuẩn hóa trong những băng thông tương tự Ngoài việc sử dụng kỹ thuật băng tần trải phổ dãy trực tiếp, các hệ thống CDMA2000 còn có thể chỉ định ba sóng mang 1,25Mhz cho một băng thông 5Mhz(3X) Trong kỹ thuật này, nhiều sóng CDMA2000 trải phổ trực tiếp (sóng mang 1,25Mhz) được kết hợp lại để tạo ra một tín hiệu CDMA dải rộng hỗn hợp (5Mhz) Phân biệt sóng mang điển hình là 1,25MHz Cách tiếp cận nhiều sóng mang tương tự này có thể được dùng để chỉ định đến 15 sóng mang CDMA2000 trong một băng thông 20Mhz

WCDMA Trải phổ trực tiếp (DS)

F1 Trải phổ trực tiếp 1,2288Mc

F2 Trải phổ trực tiếp 1,2288Mc

F3 Trải phổ trực tiếp 1,2288Mc

ps

Về tính tương thích ngược với mạng lõi 2G, WCDMA được xây dựng trên cơ sở báo hiệu mạng lõi GMS-MAP còn CDMA-2000 xây dựng trên cơ sở IS-41 (mạng lõi của IS-95 CDMA) Như vậy UTRA sẽ được chọn bởi các nhà khai thác GSM, trong khi nhà khai thác CDMA IS-95 chọn CDMA-2000

Đồ án tốt nghiệp Chương II GSM và các công nghệ cho quá trình chuyển đổi lên 3G

CHƯƠNG II MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM VÀ CÁC CÔNG NGHỆ CHO QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỔI LÊN 3G

GSM là mạng thông tin di động số đầu tiên được xây dựng trên phương pháp đa truy nhập TDMA Một hệ thống GSM được tổ chức thành ba phần chính: MS,hệ thống con trạm gốc (BSS: base station subsystem) và phân hệ chuyển mạch SS (switching subsystem) Mô hình hệ thống GSM được biểu diễn như hình 2.1

Hình 2.1 Mô hình hệ thống thông tin di động GSM

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

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

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

EIR : Thanh ghi nhận dạng thiết bị

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

khối nhỏ gọi là mođun nhận dạng thuê bao (SIM-Subscriber Identity Module) Đó là một khối vật lý tách riêng, chẳng hạn là một IC Card hoặc còn gọi là card thông minh SIM cùng với thiết bị trạm (ME) hợp thành trạm di động MS SIM cung cấp khả năng

di động cá nhân, vì thế người sử dụng có thể lắp SIM vào bất cứ máy điện thoại di động GSM nào truy nhập vào dịch vụ đã đăng ký Mỗi điện thoại di động được phân biệt bởi một số nhận dạng điện thoại di động IMEI (International Mobile Equipment Identity) Card SIM chứa một số nhận dạng thuê bao di động IMSI (International Subcriber Identity) để hệ thống nhận dạng thuê bao, một mật mã để xác thực và các thông tin khác IMEI và IMSI hoàn toàn độc lập với nhau để đảm bảo tính di động cá nhân Card SIM có thể chống việc sử dụng trái phép bằng mật khẩu hoặc số nhận dạng

cá nhân (PIN)

Trạm di động ở GSM thực hiện hai chức năng:

 Thiết bị vật lý để giao tiếp giữa thuê bao di động với mạng qua đường vô tuyến

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

 Phân hệ trạm gốc BSS là giao diện trực tiếp với các trạm di động MS bằng thiết bị

BTS thông qua giao diện vô tuyến Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài

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

 Khối thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station) một BTS bao gồm các thiết bị thu /phát tín hiệu sóng vô tuyến, anten và bộ phận mã hóa và giải mã giao tiếp với BSC BTS là thiết bị trung gian giữa mạng GSM và thiết bị thuê bao MS, trao đổi thông tin với MS qua giao diện vô tuyến Mỗi BTS tạo ra một hay một số khu vực vùng phủ sóng nhất định gọi là tế bào (cell)

 Bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller) BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa Các lệnh này chủ yếu

là lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và chuyển giao Một phía BSC được nối với BTS, còn phía kia nối với MSC của phân hệ chuyển mạch SS Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa BTS và BSC là giao diện A.bis Chức năng chính của BSC là:

Đồ án tốt nghiệp Chương II GSM và các công nghệ cho quá trình chuyển đổi lên 3G

- Quản lý mạng vô tuyến: Việc quản lý vô tuyến chính là quản lý các cell và các kênh logic của chúng Các số liệu quản lý đều được đưa về BSC để đo đạc và

xử lý, chẳng hạn như lưu lượng thông tin ở một cell, môi trường vô tuyến, số lượng cuộc gọi bị mất, các lần chuyển giao thành công và thất bại

- Quản lý trạm vô tuyến gốc BTS: Trước khi đưa vào khai thác, BSC lập cấu hình của BTS (số máy thu/phát TRX, tần số cho mỗi trạm ) Nhờ đó mà BSC

có sẵn một tập các kênh vô tuyến dành cho điều khiển và nối thông cuộc gọi

- Điều khiển nối thông các cuộc gọi: BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giải phóng các đấu nối tới máy di động MS Trong quá trình gọi, sự đấu nối được BSC giám sát Cường độ tín hiệu, chất lượng cuộc đấu nối được ở máy di động

và TRX gửi đến BSC Dựa vào đó mà BSC sẽ quyết định công suất phát tốt nhất của MS và TRX để giảm nhiễu và tăng chất lượng cuộc đấu nối BSC cũng điều khiển quá trình chuyển giao nhờ các kết quả đo kể trên để quyết định chuyển giao MS sang cell khác, nhằm đạt được chất lượng cuộc gọi tốt hơn Trong trường hợp chuyển giao sang cell của một BSC khác thì nó phải nhờ sự trợ giúp của MSC Bên cạnh đó, BSC cũng có thể điều khiển chuyển giao giữa các kênh trong một cell hoặc từ cell này sang kênh của cell khác trong trường hợp cell này bị nghẽn nhiều

- Quản lý mạng truyền dẫn: BSC có chức năng quản lý cấu hình các đường truyền dẫn tới MSC và BTS để đảm bảo chất lượng thông tin Trong trường hợp có sự cố một tuyến nào đó, nó sẽ tự động điều khiển tới một tuyến dự phòng

 Khối TRAU khối thích ứng và chuyển đổi mã thực hiện chuyển đổi mã thông tin

từ các kênh vô tuyến (16 Kb/s) theo tiêu chuẩn GSM thành các kênh thoại chuẩn (64 Kb/s) trước khi chuyển đến tổng đài TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, tại đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu TRAU là một bộ phận của BTS,

nhưng cũng có thể được đặt cách xa BTS và thậm chí còn đặt trong BSC và MSC

 Phân hệ chuyển mạch (SS-Switching subsystem) bao gồm các khối chức năng như:

- Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động MSC (Mobile services Switching Center) thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC MSC thực hiện các chức năng chuyển mạch chính, nhiệm vụ chính của MSC là tạo kết nối và xử lý cuộc gọi đến những thuê bao

mạng ngoài qua tổng đài cổng GMSC (Gateway MSC) Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của mạng GSM với các mạng này Các thích ứng này gọi là chức năng tương tác IWF (Inter Networking Function) IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở

- Thanh ghi định vị thường chú HLR (Home Location Register): là cơ sở

dữ liệu tham chiếu lưu giữ lâu dài các thông tin về thuê bao, các thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thông HLR không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về vị trí hiện thời của thuê bao

- Thanh ghi định vị tạm chú VLR (Visitor Location Register) là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng phục vụ của MSC Mỗi MSC có một VLR, thường thiết kế VLR ngay trong MSC Ngay cả khi MS lưu động vào một vùng MSC mới VLR liên kết với MSC sẽ yêu cầu số liệu

về MS từ HLR Đồng thời HLR sẽ được thông báo rằng MS đang ở vùng MSC nào Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VLR sẽ có tất cả các thông tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi mà không cần hỏi HLR, có thể coi VLR như một HLR phân bố VLR chứa thông tin chính xác hơn về vị trí

MS ở vùng MSC Nhưng khi thuê bao tắt máy hay rời khỏi vùng phục vụ của MSC thì các số liệu liên quan tới nó cũng hết giá trị VLR là cơ sở dữ liệu trung gian lưu trữ tạm thời thông tin về thuê bao trong vùng phục vụ MSC/VLR được tham chiếu từ cơ sở dữ liệu HLR

- Trung tâm nhận thực AuC (Authentication Center) được nối đến HLR, chức năng của AuC là cung cấp cho HLR các tần số nhận thực và các khoá mật mã

để sử dụng cho bảo mật Đường vô tuyến cũng được AuC cung cấp mã bảo mật để 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 khác khi thuê bao đăng ký nhập mạng và được sử dụng để kiểm tra khi thuê bao yêu cầu cung cấp dịch vụ, tránh việc truy nhập mạng một cách trái phép

- Thanh ghi nhận dạnh thiết bị EIR (Equipmen Identity Register) EIR có chức năng kiểm tra tính hợp lệ của ME thông qua số liệu nhận dạng di động quốc

tế (IMEI-International Mobile Equipment Identity) và chứa các số liệu về phần cứng của thiết bị

Đồ án tốt nghiệp Chương II GSM và các công nghệ cho quá trình chuyển đổi lên 3G

 Hệ thống khai thác và bảo dưỡng OSS (Operation and Support System) thực

hiện 3 chức năng chính:

- Khai thác và bảo dưỡng mạng:

 Khai thác là hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng như tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao giữa hai cell.v.v Nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng dịch

vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời nâng cấp Khai thác còn bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vẫn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai và mở rộng vùng phủ sóng Ở

hệ thống viễn thông hiện đại, khai thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung ở một trạm

 Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và hỏng hóc,

nó có một số quan hệ với khai thác Các thiết bị ở hệ thống viễn thông hiện đại có khả năng tự phát hiện một số các sự cố hay dự báo sự cố thông qua kiểm tra Bảo dưỡng bao gồm các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế các thiết bị có sự cố, cũng như việc sử dụng các phần mềm điều khiển từ xa

Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý của TMN (Telecommunication Management Network - Mạng quản lý viễn thông) Lúc này, một mặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của mạng viễn thông (MSC, HLR, VLR, BSC, và các phần tử mạng khác trừ BTS) Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối tới máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người - máy Theo tiêu chuẩn GSM hệ thống này được gọi là trung tâm vận hành và bảo dưỡng (OMC - Operation and Maintenance Center)

- Quản lý thuê bao và tính cước: Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xoá thuê bao khỏi mạng Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung Nhà khai thác có thể thâm nhập được các thông số nói trên Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước các cuộc gọi rồi gửi đến thuê bao Khi đó HLR, SIM-Card đóng vai trò như một bộ phận quản lý thuê bao

- Quản lý thiết bị di động: Quản lý thiết bị di động được bộ đăng ký nhận dạng thiết

bị EIR thực hiện EIR lưu trữ toàn bộ dữ liệu liên quan đến trạm di động MS EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị Trong

hệ thống GSM thì EIR được coi là thuộc phân hệ chuyển mạch NSS

2.2 CÁC CÔNG NGHỆ CHO QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỔI LÊN 3G

2.2.1 Công nghệ HSCSD (High Speed Circuit Switched Data)

Trong giai đoạn đầu, thuê bao GSM sử dụng đường truyền dữ liệu chuyển mạch

gói, đối xứng với tốc độ 9,6Kb/s Thực tế cho thấy sự phát triển này bị đánh giá thấp tại

thời điểm thiết kế

Các giải pháp về mặt kỹ thuật như:

- Tối ưu tốc độ mã hóa kênh Thực hiện được việc này ta đã làm tăng tốc độ bit từ

9,6 Kb/s lên 14,4Kb/s

- Làm cho dữ liệu đi qua giao diện Um nhiều hơn bằng cách sử dụng một vài kênh

lưu lượng thay vì một kênh Giải pháp này được gọi là dữ liệu chuyển mạch kênh

tốc độ cao HSCSD

Kiến trúc mạng HSCSD được biểu diễn như hình 2.2

Hình 2.2.Mạng dữ liệu chuyển mạnh kênh tốc độ cao

ơ

Trong môi trường tối ưu, một thuê bao HSCSD có thể đạt đến tốc độ truyền dữ liệu

40-50Kb/s Giải pháp kỹ thuật này có hạn chế là lãng phí tài nguyên và giá cước sẽ cao

hơn Việc sử dụng HSCSD phụ thuộc rất nhiều vào chính sách giá của nhà khai thác

mạng Một vấn đề khác là phần lớn lưu lượng dữ liệu về bản chất là không đối xứng, điển

hình là dùng đường truyền tốc độ thấp từ thiết bị đầu cuối đến mạng (đường lên) và dùng

tốc độ cao cho đường ngược lại (đường xuống) Về mặt kỹ thuật, giao diện chuyển mạch

kênh không đối xứng Um không phải là môi trườn truy nhập tốt nhất cho kết nối dữ liệu

Đồ án tốt nghiệp Chương II GSM và các công nghệ cho quá trình chuyển đổi lên 3G

Điều này đặt ra yêu cầu phải nâng cấp mạng GSM nhằm thích hợp hơn cho việc truyền dữ liệu một cách hiệu quả

2.2.2 Công nghệ GPRS (General Packet Radio Service)

GPRS là cầu nối giữa hệ thống thông tin GSM thế hệ 2 và thế hệ 3 GPRS là một dịch vụ số liệu chuyển mạch gói trên cơ sở hạ tầng GSM Công nghệ chuyển mạch gói được đưa ra để tối ưu việc truyền số liệu cụm và tạo điều kiện truyền tải cho một lượng

dữ liệu lớn

Về mặt lý thuyết GPRS có thể cung cấp tốc độ số liệu lên đến 171Kb/s ở giao diện

vô tuyến, mặc dù các mạng thực tế không bao giờ có thể đạt được tốc độ này do cần phải dành một phần dung lượng cho việc hiệu chỉnh lỗi trên đường truyền vô tuyến Trong thực tế, giá trị cực đại của tốc độ chỉ cao hơn 100Kb/s một chút với tốc độ khả thi thường vào khoảng 40-50Kb/s Tuy nhiên các tốc độ nói trên cũng lớn hơn nhiều so với tốc độ cực đại ở GSM

GPRS đảm bảo tốc độ số liệu cao hơn nhưng vẫn sử dụng giao diện vô tuyến giống GSM Tuy nhiên bằng GPRS, MS có thể truy nhập đến nhiều khe thời gian hơn

Ưu điểm lớn nhất của GPRS không chỉ đơn giản là ở chỗ nó cho phép tốc độ

số liệu cao hơn Ưu điểm lớn nhất của GPRS là nó sử dụng công nghệ chuyển mạch gói Điều này có nghĩa là một người sử dụng chỉ tiêu phí tài nguyên khi người này cần truyền hoặc nhân số liệu Nếu một người sử dụng không phát hiện số liệu ở một thời điểm thì các khe thời gian ở giao diện vô tuyến tại thời điểm này sẽ được dành cho các người sử dụng khác

Việc GPRS cho phép nhiều người sử dụng cùng hia sẻ tài nguyên vô tuyến là một

ưu điểm lớn Điều này có nghĩa rằng mỗi khi một người sử dụng muốn truyền số liệu thì

MS phải yêu cầu được truyền đến các tài nguyên này và mạng phải cấp phát các tài nguyên này và mạng phải cấp phát các tài nguyên này trước khi xảy ra truyền số liệu Mặc dù điều này có vẻ như nghịch lý với việc dịch vụ luôn luôn được kết nối nhưng GPRS hoạt động sao cho thủ tục yêu cầu cấp phát không bị phát hiện vì thế người sử dụng và dịch vụ dường như luôn luôn được kết nối

GPRS phù hợp với một phạm vi rộng các ứng dụng từ thư điện tử, các ứng dụng do lường lưu lường từ xa, tới tất cả các ứng dụng dữ liệu cụm, chẳng hạn như truy nhập Internet GPRS cho phép hỗ trợ các ứng dụng dữ liệu của mạng cố định hiện tại trên các đầu cuối di động Dịch vụ GPRS được định hướng chủ yếu cho các ứng dụng với các đặc tính lưu lượng của truyền tải chu kỳ với khối lượng nhỏ và truyền không theo chu kỳ của các dữ liệu có kích thước nhỏ hoặc trung bình Điều này tạo khả năng cho hệ thống có thể

phục vụ và ứng dụng mới Sự truyền tải một lượng lớn dữ liệu vẫn sẽ được duy trì qua các kênh chuyển mạch kênh để tránh trở ngại của phổ vô tuyến gói Các ứng dụng của GPRS

có thể tiến hành từ các công cụ thông tin trong một máy xách tay PC (thư điện tử, truyền dẫn file, ….) đến các ứng dụng đặc biệt liên quan tới các truyền tải thấp (máy đo từ xa,điều khiển lưu lượng đường sắt và đường giao thông, giao dịch tiền tệ …)

Vì lúc đầu GSM được thiết kế cho lưu lượng chuyển mạch kênh, nên việc đưa dịch

vụ chuyển mạch gói vào đòi hỏi phải bổ sung them thiết bị cho mạng Mạng GPRS kết nối với mạng số liệu công cộng như IP và mạng X.25 Nút hỗ trợ GPRS phục vụ SGSN

và cổng GGSN hỗ trợ GPRS thực hiện nhận và truyền các gói số liệu giữa các MS và các thiết biij đầu cuối số liệu cố định của mạng số liệu công cộng (PDN) Nút GGSN còn cho phép nhận các gói số liệu đến các MS ở các mạng thông tin di động GSM khác

Giao diện vô tuyến của GPRS sử dụng các tính năng cơ bản của giao diện vô tuyến GSM Như vậy, cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói đều có thể sử dụng cùng sóng mang Tuy nhiên,mạng đường trục của GPRS được thiết kế sao cho nó không phụ thuộc vào giao diện vô tuyến

Hình 2.3 Kiến trúc mạng GPRS

Trong đường dẫn vô tuyến, GSM sử dụng các kênh độ rộng 200Khz, được phân chia trong thời gian thành 8 khe thời gian và các khe này được lặp lại sau 4,6ms Mạng có thể có nhiều kênh vô tuyến hoạt động trong mỗi sector Mạng gán các chức năng khác nhau tới mỗi khe thời gian, như là kênh điều khiển quáng bá, các chức năng chuyển mạch kênh giống như các cuộc gọi thoại hoặc các cuộc gọi dữ liệu chuyển mạch kênh, kênh điều khiển quảng bá gói và các kênh dữ liệu gói Mạng có thể điều chỉnh dung lượng giữa

Đồ án tốt nghiệp Chương II GSM và các công nghệ cho quá trình chuyển đổi lên 3G

các chức năng thoại và dữ liệu và cũng dành riêng một lượng tối thiểu nguồn tài nguyên cho mỗi dịch vụ Cái này cho phép nhiều lưu lượng dữ liệu hơn khi mà lưu lượng thoại thấp hoặc cũng giống như vậy nhiều lưu lượng thoại hơn khi mà lưu lượng dữ liệu thấp

Hình 2.4 Kiến trúc khe thời gian của GPRS

GPRS thường ghép chặt giữa các dịch vụ thoại và dữ liệu Trong khi trong một phiên dữ liệu, người sử dụng có thể nhận một cuộc gọi thoại đến, khi mà phiên dữ liệu được ngưng lại và sau đó tự động tiếp tục lại phiên dữ liệu của chúng khi phiên dữ liệu kết thúc Người sử dụng có thể nhận các tin nhắn SMS và các thông báo dữ liệu khi trên một cuộc gọi thoại

2.2.3 Công nghệ EDGE

Một kỹ thuật điều chế mới áp dụng tại giao diện vô tuyến là 8-PSK sao cho một ký

tự có thể mạng một tổ hợp 3bit thông tin và do vậy tốc độ bit sẽ được cải thiện đáng kể Khi kỹ thuật này được kết hợp với các kỹ thuật mã hóa kênh phức tạp, người ta có thể đạt được tốc độ dữ lieu 48kb/s so với 9,6kb/s cho một kênh ở GSM truyền thống và trong trường hợp này một bit thông tin chính là một ký tự tại giao diện vô tuyến Kỹ thuật làm tăng tốc số liệu trên gọi là EDGE (Enhanced Data Rates for Global/GSM Evolution)

Sự phát triển của EDGE chia làm hai giai đoạn:

EDGE giai đoạn một được biết như là E-GPRS (Enhanced GPRS) Cũng như vậy BSS đổi thành E-RAN Giai đoạn một EDGE xác định các phương pháp điều chế và mã hóa kênh nhằm đặt được tốc độ dữ liệu lên đến 384Kb/s cho lưu lượng chuyển mạch gói dưới các điều kiện xác định Giả thiết ở đây là một thiết bị đầu cuối có 8 khe thời gian của giao diện vô tuyến(Um) sẽ cho một đường kết nối tốc độ 8x48Kb/s=384Kb/s

Để tăng tốc độ bit trên giao diện vô tuyến, một phương thức điều chế mới được đưa ra 8-PSK là phương thức được lựa chọn vì nó cung cấp tốc độ dữ liệu cao,hiệu quả phổ cao và độ phức tạp lắp đặt vừa phải Tốc độ từ mã được giữ ở mức 271ksp/s dẫn đến tốc độ bit tăng từ 22,8kb/s lên 69,2kb/s trên một khe thời gian

Bằng việc tái sử dụng cấu trúc của GPRS , dịch vụ chuyển mạch gói được cung cấp với giao diện vô tuyến trong đó tốc độ bit biến đổi từ 11,2 đến 69,2kb/s trên một khe thời gian Các dịch vụ thông thường được hỗ trợ với tốc độ trên giao diện vô tuyến đạt đến 28,8kb/s Đối với tất cả các dịch vụ, sử dụng đa kênh thời gian được hỗ trợ để thu

Đồ án tốt nghiệp Chương II GSM và các công nghệ cho quá trình chuyển đổi lên 3G

đƣợc 8 lần tốc độ bit cung cấp bởi một khe thời gian đơn, tạo nên tốc độ đỉnh đối với chuyển mạch gói là 544kb/s

Nhận thấy hạ tầng GSM đƣợc sử dụng hiệu quả, chỉ có giao diện A-bis cần có sự thay đổi chút ít Một điểm quan trọng là sự phủ sóng và kế hoạch tần số không cần thiết

có thay đổi khi có hiện diện của EDGE Thêm nữa vì các kênh vật lý của EDGE có thể đƣợc sử dụng cho tất cả các dịch vụ GSM chuẩn, không cần có sự phân chia cố đinh các kênh giữa các dịch vụ

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

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

CHƯƠNG III HỆ THỐNG WCDMA

3.1 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDMA

WCDMA UMTS R3 hỗ trợ cả kết nối chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói: đến 384 Mbps trong miền CS và 2Mbps trong miền PS Các kết nối tốc độ cao này đảm bảo cung cấp một tập các dich vụ mới cho người sử dụng di động giống như trong các mạng điện thoại cố định và Internet

Một mạng UMTS bao gồm ba phần:

 Thiết bị di động UE (User Equipment) là đầu cuối mạng UMTS của người sử

dụng Có thể nói đây là phần hệ thống có nhiều thiết bị nhất và sự phát triển của nó

sẽ ảnh hưởng lớn lên các ứng dụng và các dịch vụ khả dụng Giá thành giảm nhanh chóng sẽ tạo điều kiện cho người sử dụng mua thiết bị của UMTS Điều này đạt được nhờ tiêu chuẩn hóa giao diện vô tuyến và cài đặt mọi trí tuệ tại các card thông minh

 Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial Radio

Network) là liên kết giữa người sử dụng và CN, gồm các hệ thống mạng vô tuyến (RNS: Radio Network System) và mỗi RNS bao gồm RNC (Radio Network Controller: bộ điều khiển mạng vô tuyến) và các nút B nối với nó UTRAN được định nghĩa giữa hai giao diện Giao diện Iu giữa UTRAN và CN, gồm hai phần: IuPS cho miền chuyển mạch gói và IuCS cho miền chuyển mạch kênh; giao diện

Uu giữa UTRAN và thiết bị người sử dụng Giữa hai giao diện này là hai nút, RNC

và nút B

- RNC (Radio Network Controller) chịu trách nhiệm cho một hay nhiều trạm gốc

và điều khiển các tài nguyên của chúng Đây cũng chính là điểm truy nhập dịch

vụ mà UTRAN cung cấp cho CN Nó được nối đến CN bằng hai kết nối, một cho miền chuyển mạch gói (đến GPRS) và một đến miền chuyển mạch kênh (MSC)

- Nút B trong UMTS trạm gốc được gọi là nút B và nhiệm vụ của nó là thực hiện kết nối vô tuyến vật lý giữa đầu cuối với nó Nó nhận tín hiệu trên giao diện Iub

từ RNC và chu`yển nó vào tín hiệu vô tuyến trên giao diện Uu Nó cũng thực hiện một số thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như "điều khiển công suất vòng trong" Tính năng này để phòng ngừa vấn đề gần xa; nghĩa là nếu tất

cả các đầu cuối đều phát cùng một công suất, thì các đầu cuối gần nút B nhất sẽ che lấp tín hiệu từ các đầu cuối ở xa Nút B kiểm tra công suất thu từ các đầu

Đồ án tốt nghiệp Chương III Hệ thống W CDMA

cuối khác nhau và thông báo cho chúng giảm công suất hoặc tăng công suất sao cho nút B luôn thu được công suất như nhau từ tất cả các đầu cuối

 Mạng lõi (CN: Core Network) bao gồm miền chuyển mạch kênh, chuyển mạch

gói và HE (Home Environment) Miền PS đảm bảo các dịch vụ số liệu cho người

sử dụng bằng các kết nối đến Internet và các mạng số liệu khác và miền CS đảm bảo các dịch vụ điện thoại đến các mạng khác bằng các kết nối TDM Các nút B trong CN được kết nối với nhau bằng đường trục của nhà khai thác, thường sử dụng các công nghệ mạng tốc độ cao như ATM và IP Mạng đường trục trong miền CS sử dụng TDM còn trong miền PS sử dụng IP

Hình 3.1 Kiến trúc UMTS

Giao diện vô tuyến của W-CDMA/FDD hoàn toàn khác với GSM và CDMA sử dung phương thức trải phổ chuỗi trực tiếp với tốc độ chip là 3,84 Mcps Trong WCDMA mạng truy nhập vô tuyến được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) Các phần tử của UTRAN rất khác với các phần tử ở mạng truy nhập vô tuyến của GSM Vì thế khả năng sử dụng lại các BTS và BSC của GSM là rất hạn chế Một số nhà sản xuất cũng đã có kế hoạch nâng cấp các GSM BTS cho WCDMA Đối với các nhà sản suất này có thể chỉ tháo ra một số bộ thu phát GSM từ BTS và thay vào đó các bộ thu phát mới cho WCDMA Một số rất ít nhà sản suất còn lập kế hoạch xa hơn Họ chế tạo các BSC đồng thời cho cả GSM và WCDMA Tuy nhiên đa phần các nhà sản suất phải thay thế GSM BSC bằng RNC mới cho WCDMA