Giao diện vô tuyến của WCDMA

đề tài đồ án tốt nghiệp: “ Nghiên cứu giao diện vô tuyến WCDMA” Nội dung các đồ án bao gồm các nội dung: Tổng quan về hệ thống thong tin di động thế hệ ba Kiến trúc mạng 3G WCDMA Giao diện vô tuyến của WCDMA

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH VẼ v

DANH MỤC BẢNG BIỂU vii

THUẬT NGƯ VIẾT TẮT viii

1 MỞ ĐẦU 1

1.1.2 Tính kinh tế: 3

Hình 1.1 Lich trình nghiên cứu và đưa mạng W-CDMA vào khai thác 5

1.2.2 Lộ trình phát triển từ hệ thống IS-95 thế hệ hai đến cdma 2000 thế hệ ba 5

1.3 TỔNG KẾT QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ĐẾN THẾ HỆ BA 8

Hình 1.3 Tổng kết quá trình phát triển của nền tảng thong tin di động thế hệ 1 đến thế hệ 3 9

1.4 KIẾN TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 10

Hình 1.4 kiến trúc tổng quát của một mạng di động kết hợp cả CS và PS 10

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG I 11

CHƯƠNG II 12

KIẾN TRÚC MẠNG W-CDMA 12

2.1 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R3 12

2.1.1 Thiết bị người sử dụng (UE) 13

2.1.1.1 Các đầu cuối (TE) 13

2.1.1.2 UICC 14

2.1.1.3 USIM 14

2.1.2 Mạng truy nhập vô tuyến UMTS 14

2.1.3 Mạng lõi 16

2.1.3.1 SGSN 16

2.1.3.2 GGSN 17

2.1.3.3 BG 17

2.1.3.4 VLR 17

2.1.3.5 MSC 18

2.1.3.6 GMSC 18

2.1.3.7 Môi trường nhà 18

2.1.3.8 Bộ ghi định vị thường trú (HLR) 18

2.1.3.9 Trung tâm nhận thực (AuC) 19

2.1.3.10 Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR) 19

2.1.4 Các mạng ngoài 19

2.1.5.Các giao diện 19

2.2 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R4 20

Hình 2.3 Kiến trúc mạng phân bố của phát hành 3GPP R4 21

2.3 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R5 và R6 23

Hình 2.4 Kiến trúc mạng 3GPP R5 và R6 23

Hình 2.5 Chuyển đổi dần từ R4 sang R5 25

CHƯƠNG III 26

GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA WCDMA 26

3.1 MỞ ĐẦU 26

3.2 KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN WCDMA/FDD 27

Hình 3.1 Kiến trúc giao thức của giao diện vô tuyến WCDMA 27

3.3 CÁC KÊNH CỦA WCDMA 28

3.3.2 Các kênh truyền tải 30

Hình 3.2 Sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải 32

3.3.3 Các kênh vật lý 32

Hình 3.3 Tổng kết các kiểu kênh vật lý 33

Hình 3.4 Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý 36

Hình 3.5 Ghép các kênh truyền tải lên kênh vật lý 36

3.3.4 Báo hiệu thiết lập cuộc gọi sử dụng các kênh logic và truyền tải 37

Hình 3.6 Báo hiệu thiết lập cuộc gọi 38

3.4 SƠ ĐỒ KÊNH VẬT LÝ WCDMA/FDD 39

3.4.1 Các thông số kênh vật lý 39

3.4.2 Phân bố tần số 39

Hình 3.7 Phân bố tần số cho WCDMA a) Các băng có thể dùng cho WCDMA toan cầu; b) Băng tần IMT-2000 40

3.4.3 Sơ đồ tổng quát máy phát và máy thu 41

Hình 3.8 Sơ đồ khối máy phát tuyến (a) và máy thu vô tuyến (b) 42

3.5 SƠ ĐỐ TRẢI PHỔ NGẪU NHIÊN HÓA VÀ ĐIỀU CHẾ 43

3.5.1 Sơ đồ trải phổ, ngẫu nhiên hóa và điều chế kênh vật lý đường xuống DPCH 43

Hình 3.9 Sơ đồ trải phổ, ngẫu nhiên hóa và điều chế kênh vật lý đường xuống DPCH 43

Hình 3.10 Truyền dẫn đa mã cho đường xuống 44

3.5.2 Sơ đồ trải phổ, ngẫu nhiên hóa và điều chế kênh vật lý DPCH đường lên 44

Hình 3.11 Sơ đồ trải phổ, ngẫu nhiên hóa và điều chế kênh vật lý đường lên 45

Hình 3.12 Các chùm tín hiệu trước và sau ngẫu nhiên hóa phức 47

3.5.3 Sơ đồ trải phổ, ngẫu nhiên hóa và điều chế cho tất cả các kênh vật lý đường xuống 47

3.5.5 Mã ngẫu nhiên hóa nhận dạng nguồn phát 49

Hình 3.15 Phân cấp mã ngẫu nhiên hoá 50

50

3.6 SƠ ĐỒ XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ 50

3.6.1 Sơ đồ ghép kênh truyền tải và xử lý tín hiệu số 50

Hình 3.16 Sơ đồ xử lý tín hiệu số ở lớp vật lý 52

3.6.2 Mã hóa kênh 54

Hình 3.17 Sơ đồ khối bộ mã hoá turbo và bộ giải mã turbo 56

3.7 CẤU TRÚC KHUNG KÊNH DPCH 56

3.7.1 Cấu trúc khung kênh DPCH đường lên 57

Hình 3.18 Cấu trúc khung vô tuyến DPCH (DPDCH/DPCCH) 58

3.7.2 Cấu trúc khung kênh DPCH đường xuống 59

Hình 3.19 Cấu trúc khung cho DPCH đường xuống 60

3.8 ĐIỀU KHIỂN TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN VÀ CÁC THỦ TỤC LỚP VẬT LÝ 60

3.8.1 Điều khiển tài nguyên vô tuyến 60

Hình 3.20 Điều khiển công suất ở CDMA 61

Hình 3.21 Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín 62

Hình 3.22 Chuyển giao mềm hơn 64

Hình 3.23 Chuyển giao mềm 65

3.8.2 Các thủ tục lớp vật lý 66

Hình 3.24 Quan hệ PICH với PCH 67

Hình 3.25 Quá trình tăng công suất PRACH từng nấc và phát bản tin 68

Hình 3.26 Thủ tục truy nhập CPCH 70

Hình 3.27 Đo định thời cho chuyển giao mềm 73

KẾT LUẬN CHUNG 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

DANH MỤC HÌNH VẼ

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH VẼ v

DANH MỤC BẢNG BIỂU vii

THUẬT NGƯ VIẾT TẮT viii

1 MỞ ĐẦU 1

1.1.2 Tính kinh tế: 3

Hình 1.1 Lich trình nghiên cứu và đưa mạng W-CDMA vào khai thác 5

1.2.2 Lộ trình phát triển từ hệ thống IS-95 thế hệ hai đến cdma 2000 thế hệ ba 5

1.3 TỔNG KẾT QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ĐẾN THẾ HỆ BA 8

Hình 1.3 Tổng kết quá trình phát triển của nền tảng thong tin di động thế hệ 1 đến thế hệ 3 9

1.4 KIẾN TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 10

Hình 1.4 kiến trúc tổng quát của một mạng di động kết hợp cả CS và PS 10

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG I 11

CHƯƠNG II 12

KIẾN TRÚC MẠNG W-CDMA 12

2.1 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R3 12

2.1.1 Thiết bị người sử dụng (UE) 13

2.1.1.1 Các đầu cuối (TE) 13

2.1.1.2 UICC 14

2.1.1.3 USIM 14

2.1.2 Mạng truy nhập vô tuyến UMTS 14

2.1.2.1RNC 15

Hình 2.2 Vai tro logic của SRNC và DRNC 15

2.1.3 Mạng lõi 16

2.1.3.1 SGSN 16

2.1.3.2 GGSN 17

2.1.3.3 BG 17

2.1.3.4 VLR 17

2.1.3.5 MSC 18

2.1.3.6 GMSC 18

2.1.3.7 Môi trường nhà 18

2.1.3.8 Bộ ghi định vị thường trú (HLR) 18

2.1.3.9 Trung tâm nhận thực (AuC) 19

2.1.3.10 Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR) 19

2.1.4 Các mạng ngoài 19

2.1.5.Các giao diện 19

2.2 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R4 20

Hình 2.3 Kiến trúc mạng phân bố của phát hành 3GPP R4 21

2.3 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R5 và R6 23

Hình 2.4 Kiến trúc mạng 3GPP R5 và R6 23

Hình 2.5 Chuyển đổi dần từ R4 sang R5 25

CHƯƠNG III 26

GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA WCDMA 26

3.1 MỞ ĐẦU 26

3.2 KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN WCDMA/FDD 27

3.3.2 Các kênh truyền tải 30

Hình 3.2 Sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải 32

3.3.3 Các kênh vật lý 32

Hình 3.3 Tổng kết các kiểu kênh vật lý 33

Hình 3.4 Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý 36

Hình 3.5 Ghép các kênh truyền tải lên kênh vật lý 36

3.3.4 Báo hiệu thiết lập cuộc gọi sử dụng các kênh logic và truyền tải 37

Hình 3.6 Báo hiệu thiết lập cuộc gọi 38

3.4 SƠ ĐỒ KÊNH VẬT LÝ WCDMA/FDD 39

3.4.1 Các thông số kênh vật lý 39

3.4.2 Phân bố tần số 39

Hình 3.7 Phân bố tần số cho WCDMA a) Các băng có thể dùng cho WCDMA toan cầu; b) Băng tần IMT-2000 40

3.4.3 Sơ đồ tổng quát máy phát và máy thu 41

Hình 3.8 Sơ đồ khối máy phát tuyến (a) và máy thu vô tuyến (b) 42

3.5 SƠ ĐỐ TRẢI PHỔ NGẪU NHIÊN HÓA VÀ ĐIỀU CHẾ 43

3.5.1 Sơ đồ trải phổ, ngẫu nhiên hóa và điều chế kênh vật lý đường xuống DPCH 43

Hình 3.9 Sơ đồ trải phổ, ngẫu nhiên hóa và điều chế kênh vật lý đường xuống DPCH 43

Hình 3.10 Truyền dẫn đa mã cho đường xuống 44

3.5.2 Sơ đồ trải phổ, ngẫu nhiên hóa và điều chế kênh vật lý DPCH đường lên 44

Hình 3.11 Sơ đồ trải phổ, ngẫu nhiên hóa và điều chế kênh vật lý đường lên 45

Hình 3.12 Các chùm tín hiệu trước và sau ngẫu nhiên hóa phức 47

3.5.3 Sơ đồ trải phổ, ngẫu nhiên hóa và điều chế cho tất cả các kênh vật lý đường xuống 47

Hình 3.13 Sơ đồ trải phổ, ngẫu nhiên hóa và điều chế chung cho các kênh vật lý đường xuống 47

3.5.4 Mã trải phổ định kênh 48

3.5.5 Mã ngẫu nhiên hóa nhận dạng nguồn phát 49

Hình 3.15 Phân cấp mã ngẫu nhiên hoá 50

50

3.6 SƠ ĐỒ XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ 50

3.6.1 Sơ đồ ghép kênh truyền tải và xử lý tín hiệu số 50

Hình 3.16 Sơ đồ xử lý tín hiệu số ở lớp vật lý 52

3.6.2 Mã hóa kênh 54

Hình 3.17 Sơ đồ khối bộ mã hoá turbo và bộ giải mã turbo 56

3.7 CẤU TRÚC KHUNG KÊNH DPCH 56

3.7.1 Cấu trúc khung kênh DPCH đường lên 57

Hình 3.18 Cấu trúc khung vô tuyến DPCH (DPDCH/DPCCH) 58

3.7.2 Cấu trúc khung kênh DPCH đường xuống 59

Hình 3.19 Cấu trúc khung cho DPCH đường xuống 60

3.8 ĐIỀU KHIỂN TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN VÀ CÁC THỦ TỤC LỚP VẬT LÝ 60

3.8.1 Điều khiển tài nguyên vô tuyến 60

Hình 3.20 Điều khiển công suất ở CDMA 61

Hình 3.21 Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín 62

Hình 3.22 Chuyển giao mềm hơn 64

Hình 3.23 Chuyển giao mềm 65

3.8.2 Các thủ tục lớp vật lý 66

Hình 3.24 Quan hệ PICH với PCH 67

Hình 3.25 Quá trình tăng công suất PRACH từng nấc và phát bản tin 68

KẾT LUẬN CHUNG 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 phân loại các dịch vụ của IMT-2000……… 3

Bảng 3.1 Danh sách các kênh logic………29

Bảng 3.2 Danh sách các kênh truyền tải………31

Bảng 3.3 Danh sách các kênh vật lý………33

Bảng 3.4 Các thông số kênh vật lý của giao diện vô tuyến WCDMA……… 39

Bảng 3.5 Các trường của DPDCH đường lên 58

THUẬT NGƯ VIẾT TẮT

A/D Analog/Digital Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự

thành sốAGC Automatic Gian Control Tư điều khuếch

AGCH Access Grant Channel Kênh cho phép truy nhập

AICH Acquisition Indication Channel Kênh chỉ thị bắt

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ

AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực

BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

BSIC Basic station Indentity Code Mã nhận dạng trạm gốc

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

CD/CA-ICH Collision Detection/Channel Kênh chỉ thị ấn định kênh/Phát

Assignment Indicator Channel hiện xung độtCDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

CPCH Common Physical Channel Kênh vật lý chung

CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung

CRC Cyclic Redundancy Check Mã dịch vòng

CSCF Call state Controll Function Chức năng điều khiển trạng thái

cuộc gọi

CSPDN Circuit Switch Public Data Mạng số liệu công cộng chuyển

D/A Digital/Analog Bộ chuyển đổi tín hiệu số thành

Tương tựDCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng

DPCCH Dedicatde Physical Control Kênh điều khiển vật lý riêng

ChannelDPCH Dedicate Physical Channel Kênh vật lý riêng

DPCH Downlink Physical Channel Kênh vật lý đường xuống

DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh vật lý số liệu riêng

DRNC Drift Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến trôi

DS SS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp

DS-CDMA Direct Sequence-Code Division Đa truy nhập phân chia theo mã

Multiple Access trai phổ chuỗi trực tiếpDSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống

EDGE Enhanced Data Rates for GSM Tốc độ số liệu tăng cường để phát

EIR Equipment Identity Register Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị

ETSI European Telecommunication Viện tiêu chuẩn viễn thông

Standard Institute Châu ÂuFACCH Fast Assocrated Control Channel Kênh điều khiển liên kết nhanh

Switching Center vụ di động cổngGPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp

GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động toàn

GTP GPRS Tunneling Protocol Giao thức xuyên đường hầm

GPRSHLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú

HSCSD High Speed Circuit Switched Số liệu chuyển mạch kênh số liệu

HSS Home Subscriber Server Dịch vụ thuê bao thường trú

(Đăng ký thường trú)

IF Intermediate Frequency Trung tần

IMSI Internation Mobile Station Nhận dạng trạm di động quốc tế

Identity

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ISDN Integrated Service Digital Mạng số liên kết đa dịch vụ

NetworkIWF Interworking Function Chức năng tương tác mạng

LAI Location Area Identity Nhận dạng vùng định vị

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập trung gian

MGCF Media Gateway Control Chức năng điều khiển cổng các

MGW Media Gateway Cổng các phương tiện

MRF Multimedia Resuorce Function Chức năng tài nguyên đa phương

Tiện

MSC Mobile Service Switching Center Trung tâm chuyển mạch các dịch

Vụ di đôngMSIN Mobile Station Identity Number Số nhận dạng trạm di động

MSRN Mobile Station Random Number Số lưu động của trạm di động

OMC Operation and Management Hệ thống khai thác và bảo dưỡng

PACCH Packet Associated Control Kênh điều khiển liên kết gói

ChannelPAGCH Packet Access Grant Channel Kênh cho phép truy nhập gói

PCCCH Packet Common Control Kênh điều khiển chung gói

ChannelP-CCPCH Primary Common Control Kênh vật lý điều khiển chung sơ

PCPCH Physical Common packet Kênh vật lý gói chung

PDSCH Physical Downlink Shared Kênh vật lý chia sẻ đường xuống

ChannelPDTCH Packet Data Traffic Channel Các kênh lưu lượng số liệu gói

PICH Paging Indicator Channel Kênh chỉ thị tim gọi

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động công cộng mặt đắt

PRACH Physical Random Access Kênh truy nhập vật lý ngẫu nhiên

ChannelPRACH Packet Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên gói

PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha

PSPDN Packet Switch Public Data Mạng số liệu công cộng chuyển

PSTN Public Switch Telephone Mạng điện thoại chuyển mạch

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vuông góc

RAB Radio Access Bearer Vật mạng truy nhập vô tuyến

RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RANAP Radio Access Network Phần ứng dụng mạng truy nhập

Application Part vô tuyến

RF Radio Frequency Tần số vô tuyến (cao tần)

RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến

ConvoltionalR-SGW Roaming Signaling Gateway Cổng báo hiệu chuyển mạng

S-CCPCH Secondary Common Control Kênh vật lý điều khiển chung thứ

SCH Synchronous Channel Kênh đồng bộ

SGSN Serving GPRS Support Note Điểm hỗ trợ GPRS phục vụ

SMS-GMSC Short Message Service Tổng đài di động có cổng cho

Gateway Mobile Switching dịch vụ bản tin ngắnSMS-IWMSC Short Message Service Tổng đài di động liên mạng cho

Interworking mobile dịch vụ bản tin ngắn Switching Center

SRNC Serving Radio Network Bộ điều khiển mạng vô tuyến

TCP Tranmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn

TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối

TMSI Tempoary Mobile Station Số nhận dạng thuê bao di động

TRAU Transcoder Rate Adaptor Unit Khối thích ứng tốc độ chuyển đổi

mãT-SGW Transport Signaling Gateway Cổng báo hiệu truyền tải

UPCH Uplink Physical Channel Kênh vật lý đường lên

USIM UMTS Subscriber Identity Mô-đun nhận dạng thuê bao

ModuleUTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Mạng truy nhập vô tuyến mặt đắt

VLR Visitor Location Register Bộ ghi định tạm trú

W-CDMA Wideband Code Divition Đa truy nhập vô tuyến phân chia

Multiple Access theo mã băng rộng Center

Công nghệ viễn thông đang có những bước phát triển tuyệt vời, nó đã và đangmang đến cho con người những ứng dụng trong tất cả các lĩnh vực kinh tế, giáo dục, vănhóa, y học, thông tin quảng ba,… Nhiều năm gần đây, nền công nghệ viễn thông đã trăntrở vế vấn đề phát triển công nghệ căn bản nào và dùng mạng gì để hỗ trợ các nhà khaithác trong bối cảnh nhu cầu dich vụ ngày càng cao và cạnh tranh ngày càng gia tăngmạnh mẽ Khái niệm mạng thế hệ mới 3G – WCDMA ra đời cùng với việc tái kiến trúcmạng, tận dụng tất cả các ưu thế về công nghệ tiên tiến nhằm đưa ra nhiều dịch vụ mới,góp phần giảm chi phí khai thác và đầu tư ban đầu cho các nhà kinh doanh Với mongmuốn tìm hiểu kỹ hơn về 3G – WCDMA trong di động nên em đã chọn đề tài đồ án tốtnghiệp: “ Nghiên cứu giao diện vô tuyến WCDMA”

Nội dung các đồ án bao gồm các nội dung:

- Tổng quan về hệ thống thong tin di động thế hệ ba

- Kiến trúc mạng 3G WCDMA

- Giao diện vô tuyến của WCDMA

Qua đây, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy giaoThS Nguyễn Viết Minh trong quá trình em hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình

Do hạn chế về trình độ và thời gian, đồ án của em không khỏi tránh được nhiềukhiếm khuyết, hy vọng sau khi ra trường, bằng kiến thức thực tế em sẽ có điều kiện tìmhiểu sâu sắc hơn

Hà Nội, ngày…….Tháng 12 Năm 2010

VONEVILAY SIVILAY

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ BA

1 MỞ ĐẦU

Sự phát triển nhanh chóng của dịch vụ số liệu mà IP đã đặt ra các yêu mới đối vớicông nghệ viễn thông di động Thông tin di động thế hệ 2 mặc dù sử dụng công nghệ sốnhưng là hệ thống băng hẹp và được xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh nên khôngthể đáp ứng được dịch vụ mới này 3G (third-generation) công nghệ truyền thông thế hệthứ ba là giai đoạn mới nhất trong sự tiến hóa của ngành viễn thông di động Nếu 1G (thefirst gerneration) của điện thoại di động là những thiết bị analog, chỉ có khả năng truyềnthoại 2G (the second generation) của ĐTDĐ gồm cả hai công năng truyền thoại và dữliệu giới hạn dựa trên kỹ thuật số Trong bối cảnh đó ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hóa

hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 với tên gọi IMT – 2000 IMT – 2000 đã mở rộngđáng kể khả năng cung cấp dịch vụ và cho phép sử dụng nhiều phương tiện thông tin.Mục đích của IMT – 2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng cũng đồng thời đảm bảo

sự phát triển liên tục của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) vào những năm

2000 3G mang lại cho người dùng các dịch vụ giá trị gia tăng cao cấp, giúp chúng tathực hiện truyền thông thoại và dữ liệu (như e-mail và tin nhắn dạng văn bản), download

âm thanh và hình ảnh với băng tần cao Các ứng dụng 3G thông dụng gồm hội nghị video

di động; chụp và gửi ảnh kỹ thuật số nhờ điện thoại máy ảnh; gửi và nhận e-mail và fileđính kèm dung lượng lớn; tải tệp tin video và MP3; thay cho modem để kết nối đến máytính xách tay hay PDA và nhắn tin dạng chữ với chất lượng cao…

1.1 CÁC TIÊU CHÍ CHUNG XÂY DỰNG IMT 2000:

IMT-2000 cung cấp hạ tầng kỹ thuật cho các dịch vụ gia tăng và các ứng dụng trên mộtchuẩn duy nhất cho mạng thông tin di động

- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau: Đuờng lên: 1885 – 2025 MHz; đườngxuống: 2110 -2200 MHz IMT-2000 hỗ trợ tốc độ đường truyền cao hơn: tốc độ tối thiểu

là 2Mbps cho người dùng văn phòng hoặc đi bộ; 348Kbps khi di chuyển trên xe Trongkhi đó, hệ thống viễn thông 2G chỉ có tốc độ từ 9,6Kbps tới 28,8Kbps

- 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 cho mọi loại dịch vụ viễn thông từ cố định, di động, thoại, dữ liệu,Internet đến các dịch vụ đa phương tiện

- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

Môi trường hoạt động của IMT – 2000 được chia thành 4 vùng với tốc độ bit Rnhư sau:

+ Vùng 1: Trong nhà, ô pico, Rb ≤ 2 Mbit/s

+ Vùng 2: thành phố, ô macrô, R b ≤ 384 kbit/s

+ Vùng 2: ngoại ô, ô macrô, Rb ≤ 144 kbit/s

+ Vùng 4: toàn cầu, Rb = 9,6 kbit/s

IMT-2000 có những đặc điểm chính:

1.1.1 Tính linh hoạt:

Với số lượng lớn các vụ sáp nhập và hợp nhất trong ngành công nghiệp điện thoại

di động và khả năng đưa dịch vụ ra thị trường ngoài nước, nhà khai thác không muốnphải hỗ trợ giao diện và công nghệ khác Điều này chắc chắn sẽ cản trở sự phát triển của3G trên toàn thế giới IMT-2000 hỗ trợ vấn đề này, bằng cách cung cấp hệ thống có tínhlinh hoạt cao, có khả năng hỗ trợ hàng loạt các dịch vụ và ứng dụng cao cấp IMT-2000hợp nhất 5 kỹ thuật (IMT-DS, IMT-MC, TMT-TC, IMT-SC, IMT-FT) về giao tiếp sóngdựa trên ba công nghệ truy nhập khác nhau (FDMA - Đa truy nhập phân chia theo tần

số, TDMA - Đa truy nhập phân chia theo thời gian và CDMA - Đa truy nhập phân chiatheo mã) Dịch vụ gia tăng trên toàn thế giới và phát triển ứng dụng trên tiêu chuẩn duynhất với 5 kỹ thuật và 3 công nghệ

1.1.4 Thiết kế theo modul:

Chiến lược của IMT-2000 là phải có khả năng mở rộng dễ dàng để phát triển sốlượng người dùng, vùng phủ sóng, dịch vụ mới với khoản đầu tư ban đầu thấp nhất

1.1 Bảng phân loại các dịch vụ của IMT-2000

Dịch vụ di

động

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

dịch vụ Dịch vụ thông tin

định vị - Theo dõi di động/theo dõi di động thông minh Dịch vụ

viễn thông

Dịch vụ âm thanh - Dịch vụ âm thanh chất lượng cao(16 – 64

kbit/s)

- Dịch vụ âm thanh AM (32 –64 kbit/s)

- Dịch vụ truyền thanh FM (64 – 384kbit/s) Dịch vụ số liệu - Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64 – 144

Dịch vụ đa phương tiện

- Dịch vụ Video (384kbit/s)

- Dịch vụ hình chuyển động (384kbit/s - 2Mbit/s)

- Dịch vụ hình chuyển động thời gian thực (≥ 2Mbit/s)

Dịch vụ

Internet

Dịch vụ Internet đơn giản - Dịch vụ truy nhập Web (384kbit/s - 2Mbit/s) Dịch vụ Internet

thời gian thực - Dịch vụ Internet (384kbit/s - 2Mbit/s) Dịch vụ internet

đa phương tiện

- Dịch vụ Website đa phương tiện thời gian thực (≥ 2Mbit/s)

1.2 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ CÁC HỆ THỐNG THẾ HỆ 2 ĐẾN THẾ HỆ 3

1.2.1 Lịch trình nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin di động thế hệ ba.

Công trình nghiên cứu của các nước Châu Âu cho W-CDMA đã bắt đầu từ các đề ánCDMT (Code Division Multiple Testbed): Phòng thí nghiệm đa truy nhập theo mã) vàFRAMES (Future Radio Multiple Access Scheme: Sơ đồ đa truy nhập vô tuyến tươnglai) từ đầu thập niên 90 Các dự án này cũng tiến hành thực nghiệm các hệ thống W-CDMA để đánh giá chất lưọng đường truyền Công tác tiêu chuẩn hoá chi tiết được thựchiện ở 3GPP Lịch trình triển khai W-CDMA được cho hình vẽ

Hình 1.1 Lich trình nghiên cứu và đưa mạng W-CDMA vào khai thác

1.2.2 Lộ trình phát triển từ hệ thống IS-95 thế hệ hai đến cdma 2000 thế hệ ba

Mặc dù mạng cdma One (IS-95) không phải là các mạng đầu tiên cung cấp truynhập số liệu, nhưng đây là các mạng được thiết kế duy nhất để truyền số liệu Trước hếtchúng xử lý truyền dẫn số liệu và tiếng theo cách rất giống nhau khả năng truyền dẫn tốc

độ thay đổi có sẵn trong cdmaOne cho phép quyết định lượng thông tin cần phát, vì thếcho phép chỉ sử dụng tiềm năng mạng theo nhu cầu Vì các hệ thống cdmaOne sử dụngtruyền tiếng đóng gói trên đường trục (các đường truyền dẫn từ BTS đến MSC), nên khảnăng truyền số liệu gói đã có sẵn trong thiết bị Công nghệ truyền dẫn số liệu gói củacdmaOne sử dụng ngăn xếp giao thức số liệu gói số tổ ong (CDPD: Cellular DigitalPacket Data) phù hợp với TCP/IP

Bổ sung truyền số liệu vào mạng cdma2000 sẽ cho phép nhà khai thác mạng tiếptục sử dụng các phương tiện truyền dẫn, các phương tiện vô tuyến, cơ sở hạ tầng và cácthiết bi đầu cuối hiện có bằng cách nâng cấp phần mềm cho chức năng tương tác Nângcấp lên IS-95B cho phép tăng tốc kênh để cung cấp tốc độ số liệu 64 – 115 kbit/s và đồngthời cải thiện chuyển giao mềm và chuyển giao cứng giữa các tần số Các nhà sản xuất đãcông bố các khả năng số liệu gói, số liệu kênh và fax số trên các thiết bị cdmaOne của họ

Một trong các mục tiêu quan trọng của ITU IMT – 2000 là tạo ra các tiêu chuẩnkhuyến khích sử dụng một băng tần trên toàn cầu nhằm thúc đẩy ở mức độ cao việc nhiềungười thiết kế và hỗ trợ các dịch vụ cao IMT – 2000 sẽ sử dụng các đầu cuối bỏ túi kích

Tiêu chuẩn

cỡ nhỏ, mở rộng nhiều phương tiện khai thác và triển khai cấu trúc mở cho phép đưa racác công nghệ mới Ngoài ra các hệ thống 3G hứa hẹn đem lại các dịch vụ tiếng vô tuyến

có các mức chất lượng hữu tuyến đồng thời với tốc độ và dung lượng cần thiết để hỗ trợ

đa phương tiện và các ứng dụng tốc độ cao Các dịch vụ trên cơ sở định vị, đạo hàng, hỗtrợ cấp báo và các dịch vụ tiên tiến khác cũng sẽ được hỗ trợ

Sự phát triển của hệ thống 3G sẽ mở cánh cửa cho mạch vòng thuê bao vô tuyếnđối với PSTN và truy nhập mạng số liệu công cộng, đồng thời đảm bảo điều kiện tiện lợihơn các ứng dụng và các tiềm năng mạng Nó cũng sẽ đảm bảo chuyển mạng toàn cầu, diđộng dịch vụ, ID trên cơ sở vùng, tính cước và truy nhập thư mục toàn cầu Thậm chí cóthể hy vọng công nghệ 3G cho phép kết nối mạng vệ tinh một cách liên tục

Một trong các yêu cầu kỹ thuật của cdma2000là tương thích với hệ thống cũcdmaOne về: Các dịch vụ tiếng, các bộ mã hoá tiếng, các cấu trúc báo hiệu và khả năngbảo mật

Bằng cách chuyển từ công nghệ giao diện vô tuyến 95CDMA hiện nay sang

IS-2000 1X của tiêu chuẩn cdmaIS-2000, các nhà khai thác đạt được tăng dung lượng vô tuyếngấp đôi và có khả năng xử lý số liệu gói đến 144 kbit/s

Cùng sự ra đời của cdma2000 giai đoạn một, các dịch vụ số liệu cũng sẽ được cảithiện Giai đoạn 2 cũng sẽ đuợc hình thành cơ cấu MAC (Medium Access Control: điềukhiển truy nhập môi trường) và định nghĩa giao thức đoạn nối vô tuyến (RLP: Radio LinkPrôtcol) cho số liệu gói để hỗ trợ các tốc độ số liệu gói ít nhất là 144kbit/s

Thực hiện giai đoạn 2 của cdma2000sẽ mang lại rất nhiều các khả năng mới vàcác tăng cường dịch vụ Giai đoạn 2 sẽ hỗ trợ tất cả các kích cỡ kênh (6X, 9X và 12X) cơcấu cho các dịch vụ tiếng, bộ mã hoá tiếng cho cdma2000, bao gồm tiếng trên nền IP.Với giai đoạn 2 các dịch vụ đa phương tiện thực sự sẽ được cung cấp và sẽ mang lại cơhội thuận lợi bổ sung cho các nhà khai thác Các dịch vụ đa phương tiện sẽ có thể thựchiện được thông qua MAC số liệu gói, hỗ trợ đầy đủ cho số liệu gói, hỗ trợ đầy đủ chodịch vụ

số liệu gói đến 2Mb/s, RLP hỗ trợ tất cả các tốc độ số liệu đến 2Mb/s và mô hình gọi đaphương tiện tiên tiến

Hình 1.2 Lộ trình phát triển từ cdmaOne đến cdma2000

Cả cdma2000 giai đoạn 1 và 2 đều có thể hoà trộn với cdmaOne để sử dụnghiệu quả nhất phổ tần tuỳ theo nhu cầu của khách hàng Chẳng hạn một nhà khaithác có nhu cầu lớn về dịch vụ số liệu tốc độ có thể chọn triển khai kết hợp giaođoạn 1 cdma2000 và cdmaOne với sử dụng nhiều kênh hơn cho cdmaOne Ở mộtthị trườmg khác, người sử dụng có thể chưa cần nhanh chóng sử dụng các dịch vụtốc độ số liệu cao thì nhiều kênh hơn sẽ được dành cho các dịch vụ của cdmaOne

Vì các khả năng của cdma2000 giai đoạn hai đã sẵn sàng nên nhà khai thác khác

có nhiều cách lựa chọn hơn trong việc sử dụng phổ tần để hỗ trợ các dịch vụ mới

IS-95A

IS-95B

cdma2000 giai đoạn 1

cdma2000 giai đoạn hai

2G cdmaOne

1.3 TỔNG KẾT QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ĐẾN THẾ HỆ BA

Trong qua trình này ta tổng kết nền tảng công nghệ chính của thông tin di động từthế hệ một đến thế hệ ba và quá trình phát triển của các nền tảng này đến nền tảng của thế

hệ ba Để tiến tới thế hệ ba có thể thế hệ hai phải trải qua một giai đoạn trung gian, giaiđoạn này gọi là thế hệ 2,5

Hình 1.3 Tổng kết quá trình phát triển của nền tảng thong tin di động thế hệ 1 đến thế hệ 3

IDEN (800)

W-CDMA

Cdma2000 Nx

1.4 KIẾN TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G

Mạng thông tin di động 3G lúc đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng chuyểnmạch gói (PS) và chuyển mạch kênh (CS) để truyền số liệu gói và tiếng

Các trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM.Trên đường phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh sẽ dần đựoc thay thế bằngchuyển mạch gói Các dịch vụ kể cả số liệu lẫn thời gian thực (như tiếng và video) cuốicùng sẽ được truyền đi trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch gói Hình vẽcho thấy ví dụ về một kiến trúc tổng quát của thông tin di động 3G kết hợp với CS và PStrong mạng lõi

Hình 1.4 kiến trúc tổng quát của một mạng di động kết hợp cả CS và PS

Thông tin vị trí

Mạng báo hiệu

Chức năng CS

Chức năng PS

Chức năng CS

Chức năng PS

Thiết bị chuyển mạch cổng Nút kết hợp CS và PS

Thiết bị SMS

interne t

Đầu cuối số liệu

Đầu cuối tiếng

BTS: Base Transceiver Station: trạm thu phát gốc

BSC: Base Station Controller: bộ điều khiển trạm gốc

RNC: Rado Network Controller: bộ điều khiển trạm gốc

CS: Circuit Switch: chuyển mạch kênh

PS: Packet Switch: chuyển mạch gói

SMS: Short Message Servive: dịch vụ nhắn tin

3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications System: Hệ thống thông tin di độngtoàn cầu) có thể sử dụng hai kiểu RAN Kiểu thứ nhất sử dụng công nghệ đa truy nhậpWCDMA (Wide Band Code Devision Multiple Acces: đa truy nhập phân chia theo mãbăng rộng) được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Network: mạng truy nhập vôtuyến mặt đất của UMTS) Kiểu thứ hai sử dụng công nghệ đa truy nhập TDMA được gọi

là GERAN (GSM EDGE Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến dưa trên côngnghệ EDGE của GSM) Đồ án chỉ đề cập đến công nghệ duy nhất trong đó UMTS đượcgọi là 3G WCDMA UMTS

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG I

Trong chương I đã trình bày tóm tắt quá trình phát triển hệ thống thông tin di động thế

hệ ba, các tiêu chí chung xây dựng IMT 2000 và lộ trình phát triển từ hệ thống IS-95 thế

hệ hai đến cdma 2000 thế hệ ba cho biết kiến trúc chung của mạng thong tin di động 3G

- Chương 2 sẽ phân tích kiến trúc của mạng W-CDMA qua các phiên bản khác nhau

CHƯƠNG II

KIẾN TRÚC MẠNG W-CDMA

2.1 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R3

WCDMA UMTS R3 hỗ trợ cả kết nối chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói: đến 384Mbps trong miền CS và 2Mbps trong miền PS Các kết nối tốc độ cao này đảm bảo cungcấp một tập các dich vụ mới cho người sử dụng di động giống như trong các mạng điệnthoại cố định và Internet Các dịch vụ này gồm: điện thoại có hình (Hội nghị video), âmthanh chất lượng cao (CD) và tốc độ truyền cao tại đầu cuối Một tính năng khác cũngđược đưa ra cùng với GPRS là "luôn luôn kết nối" đến Internet UMTS cũng cung cấpthông tin vị trí tốt hơn và vì thế hỗ trợ tốt hơn các dịch vụ dựa trên vị trí

Một mạng UMTS bao gồm ba phần: thiết bị di động (UE: User Equipment), mạngtruy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Network), mạnglõi (CN: Core Network) (xem hình 2.1) UE bao gồm ba thiết bị: thiết bị đầu cuối (TE),thiết bị di động (ME) và module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS SubscriberIdentity Module) UTRAN gồm các hệ thống mạng vô tuyến (RNS: Radio NetworkSystem) và mỗi RNS bao gồm RNC (Radio Network Controller: bộ điều khiển mạng vôtuyến) và các nút B nối với nó Mạng lõi CN bao gồm miền chuyển mạch kênh, chuyểnmạch gói và HE (Home Environment: Môi trường nhà) HE bao gồm các cơ sở dữ liệu:AuC (Authentication Center: Trung tâm nhận thực), HLR (Home Location Register: Bộghi định vị thường trú) và EIR (Equipment Identity Register: Bộ ghi nhận dạng thiết bị)

Hình 2.1 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3 2.1.1 Thiết bị người sử dụng (UE)

UE (User Equipment: thiết bị người sử dụng) là đầu cuối mạng UMTS của người sửdụng Có thể nói đây là phần hệ thống có nhiều thiết bị nhất và sự phát triển của nó sẽảnh 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 tiêuchuẩn hóa giao diện vô tuyến và cài đặt mọi trí tuệ tại các card thong minh

2.1.1.1 Các đầu cuối (TE)

Vì máy đầu cuối bây giờ không chỉ đơn thuần dành cho điện thoại mà còn cung cấp cácdịch vụ số liệu mới, nên tên của nó được chuyển thành đầu cuối Các nhà sản xuất chính

đã đưa ra rất nhiều đầu cuối dựa trên các khái niệm mới, nhưng trong thực tế chỉ một số ít

là được đưa vào sản xuất Mặc dù các đầu cuối dự kiến khác nhau về kích thước và thiết

kế, tất cả chúng đều có màn hình lớn và ít phím hơn so với 2G Lý do chính là để tăngcường sử dụng đầu cuối cho nhiều dịch vụ số liệu hơn và vì thế đầu cuối trở thành tổ hợpcủa máy thoại di động, modem và máy tính bàn tay Đầu cuối hỗ trợ hai giao diện Giaodiện Uu định nghĩa liên kết vô tuyến (giao diện WCDMA) Nó đảm nhiệm toàn bộ kếtnối vật lý với mạng UMTS Giao diện thứ hai là giao diện Cu giữa UMTS IC card(UICC) và đầu cuối Giao diện này tuân theo tiêu chuẩn cho các card thông minh Mặc dùcác nhà sản xuất đầu cuối có rất nhiều ý tưởng về thiết bị, họ phải tuân theo một tập tốithiểu các định nghĩa tiêu chuẩn để các người sử dụng bằng các đầu cuối khác nhau có thểtruy nhập đến một số các chức năng cơ sở theo cùng một cách

Các tiêu chuẩn này gồm:

+ Bàn phím (các phím vật lý hay các phím ảo trên màn hình)

+ Thay đổi mã PIN

+Giải chặn PIN/PIN2 (PUK)

+ Trình bầy IMEI

+ Điều khiển cuộc gọi

Các phần còn lại của giao diện sẽ dành riêng cho nhà thiết kế và người sử dụng sẽ chọncho mình đầu cuối dựa trên hai tiêu chuẩn (nếu xu thế 2G còn kéo dài) là thiết kế và giaodiện Giao diện là kết hợp của kích cỡ và thông tin do màn hình cung cấp (màn hình nútchạm), các phím và menu

2.1.1.2 UICC

UMTS IC card là một card thông minh Điều mà ta quan tâm đến nó là dung lượng nhớ

và tốc độ bộ xử lý do nó cung cấp Ứng dụng USIM chạy trên UICC

2.1.1.3 USIM

Trong hệ thống GSM, SIM card lưu giữ thông tin cá nhân (đăng ký thuê bao) cài cứngtrên card Điều này đã thay đổi trong UMTS, Modul nhận dạng thuê bao UMTS được càinhư một ứng dụng trên UICC Điều này cho phép lưu nhiều ứng dụng hơn và nhiều chữ

ký (khóa) điện tử hơn cùng với USIM cho các mục đích khác (các mã truy nhập giao dịchngân hàng an ninh) Ngoài ra có thể có nhiều USIM trên cùng một UICC để hỗ trợ truynhập đến nhiều mạng USIM chứa các hàm và số liệu cần để nhận dạng và nhận thựcthuê bao trong mạng UMTS Nó có thể lưu cả bản sao hồ sơ của thuê bao Người sử dụngphải tự mình nhận thực đối với USIM bằng cách nhập mã PIN

Điểu này đảm bảo rằng chỉ người sử dụng đích thực mới được truy nhập mạng UMTS.Mạng sẽ chỉ cung cấp các dịch vụ cho người nào sử dụng đầu cuối dựa trên nhận dạngUSIM được đăng ký

2.1.2 Mạng truy nhập vô tuyến UMTS

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

người sử dụng Giữa hai giao diện này là hai nút, RNC và nút B.

2.1.2.1RNC

RNC (Radio Network Controller) chịu trách nhiệm cho một hay nhiều trạm gốc và điềukhiển các tài nguyên của chúng Đây cũng chính là điểm truy nhập dịch vụ mà UTRANcung 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)

Một nhiệm vụ quan trọng nữa của RNC là bảo vệ sự bí mật và toàn vẹn Sau thủ tục nhậnthực và thỏa thuận khóa, các khoá bảo mật và toàn vẹn được đặt vào RNC Sau đó cáckhóa này được sử dụng bởi các hàm an ninh f8 và f9 RNC có nhiều chức năng logic tùythuộc vào việc nó phục vụ nút nào Người sử dụng được kết nối vào một RNC phục vụ(SRNC: Serving RNC) Khi người sử dụng chuyển vùng đến một RNC khác nhưng vẫnkết nối với RNC cũ, một RNC trôi (DRNC: Drift RNC) sẽ cung cấp tài nguyên vô tuyếncho người sử dụng, nhưng RNC phục vụ vẫn quản lý kết nối của người sử dụng đến CN.Vai trò logic của SRNC và DRNC được mô tả trên hình 1.9 Khi UE trong chuyển giaomềm giữa các RNC, tồn tại nhiều kết nối qua Iub và có ít nhất một kết nối qua Iur Chỉmột trong số các RNC này (SRNC) là đảm bảo giao diện Iu kết nối với mạng lõi còn cácRNC khác (DRNC) chỉ làm nhiệm vụ định tuyến thông tin giữa các Iub và Iur Chứcnăng cuối cùng của RNC là RNC điều khiển (CRNC: Control RNC) Mỗi nút B có mộtRNC điều khiển chịu trách nhiệm cho các tài nguyên vô tuyến của nó

Hình 2.2 Vai tro logic của SRNC và DRNC 2.1.2.2 NÚT B

Trong UMTS trạm gốc được gọi là nút B và nhiệm vụ của nó là thực hiện kết nối vôtuyến vật lý giữa đầu cuối với nó Nó nhận tín hiệu trên giao diện Iub từ RNC và chuyển

nó vào tín hiệu vô tuyến trên giao diện Uu Nó cũng thực hiện một số thao tác quản lý tài

đầu cuối gần nút B nhất sẽ che lấp tín hiệu từ các đầu cuối ở xa Nút B kiểm tra côngsuất thu từ các đầu cuối khác nhau và thông báo cho chúng giảm công suất hoặc tăngcông suất sao cho nút B luôn thu được công suất như nhau từ tất cả các đầu cuối.

sử dụng TDM còn trong miền PS sử dụng IP

2.1.3.1 SGSN

SGSN (SGSN: Serving GPRS Support Node: nút hỗ trợ GPRS phục vụ) là nút chính củamiền chuyển mạch gói Nó nối đến UTRAN thông qua giao diện IuPS và đến GGSNthông quan giao diện Gn SGSN chịu trách nhiệm cho tất cả kết nối PS của tất cả các thuêbao Nó lưu hai kiểu dữ liệu thuê bao: thông tin đăng ký thuê bao và thông tin vị trí thuêbao

Số liệu thuê bao lưu trong SGSN gồm:

+ IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: số nhận dạng thuê bao di động quốc tế)

+ Các nhận dạng tạm thời gói (P-TMSI: Packet- Temporary Mobile Subscriber Identity:

số nhận dạng thuê bao di động tạm thời gói)

+ Các địa chỉ PDP (Packet Data Protocol: Giao thức số liệu gói)

Số liệu vị trí lưu trên SGSN:

+ Vùng định tuyến thuê bao (RA: Routing Area)

+ Số VLR

+ Các địa chỉ GGSN của từng GGSN có kết nối tích cực

GGSN (Gateway GPRS Support Node: Nút hỗ trợ GPRS cổng) là một SGSN kết nối vớicác mạng số liệu khác Tất cả các cuộc truyền thông số liệu từ thuê bao đến các mạngngoài đều qua GGSN Cũng như SGSN, nó lưu cả hai kiểu số liệu: thông tin thuê bao vàthông tin vị trí.

Số liệu thuê bao lưu trong GGSN:

+ IMSI

+ Các địa chỉ PDP

Số liệu vị trí lưu trong GGSN:

+ Địa chỉ SGSN hiện thuê bao đang nối đến GGSN nối đến Internet thông qua giao diện

Gi và đến BG thông qua Gp

2.1.3.3 BG

BG (Border Gatway: Cổng biên giới) là một cổng giữa miền PS của PLMN với các mạngkhác Chức năng của nút này giống như tường lửa của Internet: để đảm bảo mạng an ninhchống lại các tấn công bên ngoài

2.1.3.4 VLR

VLR (Visitor Location Register: bộ ghi định vị tạm trú) là bản sao của HLR cho mạngphục vụ (SN: Serving Network) Dữ liệu thuê bao cần thiết để cung cấp các dịch vụ thuêbao được copy từ HLR và lưu ở đây Cả MSC và SGSN đều có VLR nối với chúng

Số liệu sau đây được lưu trong VLR:

+ IMSI

+ MSISDN

+ TMSI (nếu có)

+ LA hiện thời của thuê bao

+ MSC/SGSN hiện thời mà thuê bao nối đến

Ngoài ra VLR có thể lưu giữ thông tin về các dịch vụ mà thuê bao được cung cấp CảSGSN và MSC đều được thực hiện trên cùng một nút vật lý với VLR vì thế được gọi làVLR/SGSN và VLR/MSC

MSC thực hiện các kết nối CS giữa đầu cuối và mạng Nó thực hiện các chứcnăng báohiệu và chuyển mạch cho các thuê bao trong vùng quản lý của mình Chức năng củaMSC trong UMTS giống chức năng MSC trong GSM, nhưng nó có nhiều khả năng hơn.Các kết nối CS được thực hiện trên giao diện CS giữa UTRAN và MSC Các MSC đượcnối đến các mạng ngoài qua GMSC.

2.1.3.6 GMSC

GMSC có thể là một trong số các MSC GMSC chịu trách nhiệm thực hiện các chức năngđịnh tuyến đến vùng có MS Khi mạng ngoài tìm cách kết nối đến PLMN của một nhàkhai thác, GMSC nhận yêu cầu thiết lập kết nối và hỏi HLR về MSC hiện thời quản lýMS

HLR là một cơ sở dữ liệu có nhiệm vụ quản lý các thuê bao di động Một mạng di động

có thể chứa nhiều HLR tùy thuộc vào số lượng thuê bao, dung lượng của từng HLR và tổchức bên trong mạng

Cơ sở dữ liệu này chứa IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: số nhận dạngthuê bao di động quốc tế), ít nhất một MSISDN (Mobile Station ISDN: số thuê bao cótrong danh bạ điện thoại) và ít nhất một địa chỉ PDP (Packet Data Protocol: Giao thức sốliệu gói) Cả IMSI và MSISDN có thể sử dụng làm khoá để truy nhập đến các thông tinđược lưu khác Để định tuyến và tính cước các cuộc gọi, HLR còn lưu giữ thông tin vềSGSN và VLR nào hiện đang chịu trách nhiệm thuê bao

Các dịch vụ khác như chuyển hướng cuộc gọi, tốc độ số liệu và thư thoại cũng cótrong danh sách cùng với các hạn chế dịch vụ như các hạn chế chuyển mạng HLR và

người sử dụng.

2.1.3.9 Trung tâm nhận thực (AuC)

AUC (Authentication Center) lưu giữ toàn bộ số liệu cần thiết để nhận thực, mật mãhóa và bảo vệ sự toàn vẹn thông tin cho người sử dụng Nó liên kết với HLR và đượcthực hiện cùng với HLR trong cùng một nút vật lý Tuy nhiên cần đảm bảo rằng AuC chỉcung cấp thông tin về các vectơ nhận thực (AV: Authetication Vector) cho HLR AuClưu giữ khóa bí mật chia sẻ K cho từng thuê bao cùng với tất cả các hàm tạo khóa từ f0đến f5 Nó tạo ra các AV, cả trong thời gian thực khi SGSN/VLR yêu cầu hay khi tải xử

lý thấp, lẫn các AV dự trữ

2.1.3.10 Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR)

EIR (Equipment Identity Register) chịu trách nhiệm lưu các số nhận dạng thiết bị diđộng quốc tế (IMEI: International Mobile Equipment Identity) Đây là số nhận dạng duynhất cho thiết bị đầu cuối Cơ sở dữ liệu này được chia thành ba danh mục: danh mụctrắng, xám và đen Danh mục trắng chứa các số IMEI được phép truy nhập mạng Danhmục xám chứa IMEI của các đầu cuối đang bị theo dõi còn danh mục đen chứa các sốIMEI của các đầu cuối bị cấm truy nhập mạng Khi một đầu cuối được thông báo là bịmất cắp, IMEI của nó sẽ bị đặt vào danh mục đen vì thế nó bị cấm truy nhập mạng Danhmục này cũng có thể được sử dụng để cấm các seri máy đặc biệt không được truy nhậpmạng khi chúng không hoạt động theo tiêu chuẩn

2.1.4 Các mạng ngoài

Các mạng ngoài không phải là bộ phận của hệ thống UMTS, nhưng chúng cần thiết đểđảm bảo truyền thông giữa các nhà khai thác Các mạng ngoài có thể là các mạng điệnthoại như: 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 hay các mạng số liệu như Internet Miền PS kết nối đến các mạng số liệu còn miền

CS nối đến các mạng điện thoại

2.1.5.Các giao diện

Vai trò các các nút khác nhau của mạng chỉ được định nghĩa thông qua các giao diệnkhác nhau Các giao diện này được định nghĩa chặt chẽ để các nhà sản xuất có thể kết nốicác phần cứng khác nhau của họ

+ Giao diện Cu Giao diện Cu là giao diện chuẩn cho các card thông minh Trong UE

giao diện mà qua đó UE truy nhập vào phần cố định của mạng Giaodiện này nằm giữanút B và đầu cuối.

+ Giao diện Iu Giao diện Iu kết nối UTRAN và CN Nó gồm hai phần, IuPS cho miền

chuyển mạch gói, IuCS cho miền chuyển mạch kênh CN có thể kết nối đến nhiềuUTRAN cho cả giao diện IuCS và IuPS Nhưng một UTRAN chỉ có thể kết nối đến mộtđiểm truy nhập CN

+ Giao diện Iur Đây là giao diện RNC-RNC Ban đầu được thiết kế để đảm bảo chuyển

giao mềm giữa các RNC, nhưng trong quá trình phát triển nhiều tính năng mới được bổsung Giao diện này đảm bảo bốn tính năng nổi bật sau:

1 Di động giữa các RNC

2 Lưu thông kênh riêng

3 Lưu thông kênh chung

4 Quản lý tài nguyên toàn cục

+ Giao diện Iub Giao diện Iub nối nút B và RNC Khác với GSM đây là giao diện mở.

2.2 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R4

Hình 2.3 cho thấy kiến trúc cơ sở của 3G UMTS R4 Sự khác nhau cơ bản giữa R3 vàR4 là ở chỗ khi này mạng lõi là mạng phân bố và chuyển mạch mềm Thay cho việc có các MSC chuyển mạch kênh truyền thống như ở kiến trúc trước, kiến trúc chuyển mạchphân bố và chuyển mạch mềm được đưa vào Về căn bản, MSC được chia thành MSCserver và cổng các phương tiện (MGW: Media Gateway) MSC chứa tất cả các phầnmềm điều khiển cuộc gọi, quản lý di động có ở một MSC tiêu chuẩn Tuy nhiên nó khôngchứa ma trận chuyển mạch Ma trận chuyển mạch nằm trong MGW được MSC Serverđiều khiển và có thể đặt xa MSC Server

Hình 2.3 Kiến trúc mạng phân bố của phát hành 3GPP R4

Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện giữa RNC và MSCServer Đường truyền cho các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện giữa RNC vàMGW Thông thường MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và định tuyến các cuộc gọi nàyđến nơi nhận trên các đường trục gói Trong nhiều trường hợp đường trục gói sử dụng

Giao thức truyền tải thời gian thực (RTP: Real Time Transport Protocol) trên Giao thức

Internet (IP) Từ hình 1.10 ta thấy lưu lượng số liệu gói từ RNC đi qua SGSN và từ

SGSN đến GGSN trên mạng đường trục IP Cả số liệu và tiếng đều có thể sử dụng truyềntải IP bên trong mạng lõi Đây là mạng truyền tải hoàntoàn IP

Tại nơi mà một cuộc gọi cần chuyển đến một mạng khác, PSTN chẳng hạn, sẽ có mộtcổng các phương tiện khác (MGW) được điều khiển bởi MSC Server cổng (GMSCserver) MGW này sẽ chuyển tiếng thoại được đóng gói thành PCM tiêu chuẩn để đưađến PSTN Như vậy chuyển đổi mã chỉ cần thực hiện tại điểm này Để thí dụ, ta giả thiếtrằng nếu tiếng ở giao diện vô tuyến được truyền tại tốc độ 12,2 kbps, thì tốc độ này chỉ