Tổng quan mạng 3G WCDMA

Vớibăng tần rộng các kênh 32 Kbps, thoại và số liệu ISDN chất lượng cao, phục vụ chocác tế bào nhỏ và trong các toà nhà, hệ thống PSH được sử dụng ở các thành phố cómật độ dân số cao ở N

LỜI NÓI ĐẦU

Nhu cầu trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện đại Các hệthống thông tin di động với khản năng giúp con người trao đổi thông tin mọi lúc, mọinơi đã phát triển rất nhanh và đang trở thành không thể thiếu được trong xã hội thôngtin ngày nay Bắt đầu từ các hệ thống thông tin di động thế hệ đầu tiên ra đời vào năm

1946, các hệ thống thông tin di động số thế hệ 2 (2G) ra đời với mục tiêu chủ yếu là hỗtrợ dịch vụ thoại và truyền số lệu tốc độ thấp Hệ thống thông tin di động 2G đánh dấu

sự thành công của công nghệ GSM với hơn 70% thị phần thông tin di động trên toàncầu hiện nay Trong tương lai, nhu cầu các dịch vụ số liệu sẽ ngày càng tăng và có khảnnăng vượt quá thông tin thoại Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) ra đời nhằmthỏa mãn nhu cầu của con người về các dịch vụ số liệu tốc độ cao như: điện thoại thấyhình, video streaming, hội nghị truyền hình, nhắn tin đa phương tiện (MMS)…Đến naycác hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) đã được đưa vào khai thác thương mại

ở nhiều nước trên thế giới Ở Việt Nam, các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ bacũng sẽ được triển khai trong cuối năm 2009 này Đối với các nhà khai thác mạng diđộng GSM thì cái đích 3G là các hệ thống thông tin di động CDMA băng rộng(W-CDMA) theo chuẩn IMT-2000 Xuất phát từ định hướng này mà em chọn đề tài

nghiên cứu về 3G Đề tài “Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA”

gồm có 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về thông tin di động 3G

Chương 2: Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM và giải pháp nâng cấp lên 3G

Chương 3: Cấu trúc hệ thống W-CDMA và kỹ thuật trải phổ

Chương 4: Giao diện vô tuyến và kỹ thuật vô tuyến

Trong quá trình thực hiện đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của thầygiáo hướng dẫn Phạm Văn Bình, là giảng viên khoa ĐTVT trường ĐH Bách Khoa HàNội Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng trong việc hoàn thành đồ án nhưng với thời gian

và trình độ có hạn nên đồ án còn có nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được các ý kiếnđóng góp và chỉ dẫn thêm từ các thầy cô và các bạn

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Phạm Văn Bình đã giúp emhoàn thành đồ án này.

Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực hiện

Lê Hồng Thủy

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G

1.1 Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động 3G

Ngày nay, thông tin liên lạc đóng một vai trò hết sức quan trọng trong đời sống

xã hội loài người Cùng với sự đi lên của xã hội, nhu cầu thông tin của con người ngàycàng tăng đòi hỏi các hệ thống thông tin liên lạc nói chung, các hệ thống viễn thông nóiriêng phải không ngừng phát triển và cải tiến để đáp ứng các nhu cầu đó Thông tin diđộng là một ứng dụng có nhu cầu lớn nhất và đạt được sự phát triển mạnh mẽ nhấttrong những năm gần đây Trước nhu cầu ngày càng tăng của người sử dụng, thông tin

di động sẽ phát triển theo xu hướng nào Để có thể hiểu rõ cũng như có những có cáinhìn chính xác về xu hướng phát triển tiếp theo của thông tin di động, trước hết cầnphải nhìn lại lịch sử phát triển của nó từ khi mới ra đời đến nay

Năm 1924, điện thoại vô tuyến di động đầu tiên ra đời nhưng mới chỉ được sửdụng như là phương tiện thông tin giữa các đơn vị cảnh sát ở Mỹ

Đến những năm 1960 hệ thống điện thoại di động đầu tiên sử dụng phươngpháp điều tần mới xuất hiện nhưng chúng có dung lượng rất thấp so với hiện nay và íttiện lợi

Đầu những năm 1980 đánh dấu sự ra đời của các hệ thống di động tổ ong điềutần song công sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA với chỉ duynhất phục vụ thoại Nhưng đây mới chỉ là các hệ thống tổ ong tương tự có nhược điểm

là chất lượng thấp, vùng phủ sóng hẹp, dung lượng nhỏ, không có tính bảo mật thôngtin và các thiết bị cho người sử dụng rất nặng và đắt tiền Những hệ thống thông tin di

động đầu tiên này, nay được gọi là thế hệ thứ nhất (1G) Một số hệ thống trong thế hệ

này là:

+ AMPS (Advanced Mobile Phone Service - Dịch vụ điện thoại di động cấpcao): triển khai ở Nhật (1979) và Mỹ (1983), băng tần 800MHz và vẫn còn được sửdụng rỗng rãi ở Mỹ và nhiều phần khác trên thế giới

+ NMT (Nordic Mobile Telephony - Điện thoại di động Bắc Âu) triển khai ởThuỵ Điển, Nauy, Đan Mạch và Phần Lan từ năm 1981 nhưng nay phần lớn không cònđược sử dụng

+ TACS ( Total Access Communications System – Hệ thống truyền thông truycập toàn phần) triển khai ở Anh năm 1985 và một số hệ thống TACS-900 vẫn cònđược sử dụng ở châu Âu.

Vào cuối thập niên 1980, người ta nhận thấy rằng các hệ thống tổ ong tương tựkhông thể đáp ứng được nhu cầu thông tin ngày càng tăng lúc đó Điều này đã dẫn đến

sự ra đời của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) Đây là các hệ thống di

động số sử dụng các công nghệ đòn bẩy để tăng dung lượng (nén thoại, xử lí tín hiệusố), thực thi và mở rộng khái niệm “mạng thông minh”, tăng cường khả năng chống lỗi

và thêm một số dịch vụ mới nhưng chỉ giới hạn trong thoại và dữ liệu tốc độ thấp Chođến thời điểm hiện nay trên thế giới tồn tại nhiều hệ thống thông tin di động thế hệ 2nhưng nhìn chung có thể phân thành 2 loại hệ thống Loại thứ nhất ra đời trước là các

hệ thống 2G sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA Loại thứhai ra đời muộn hơn vào giữa thập kỷ 1990 sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chiatheo mã CDMA, nay gọi là cdmaOne Một số hệ thống trong thế hệ này là:

+ D-AMPS/ TDMA & PDC : hệ thống này sử dụng phương pháp TDMA, cóthể tiến hành 3 cuộc gọi trên một khe thời gian, triển khai năm 1993 (PDC 1994) cóđịnh hướng chuyển sang GSM và sau này là W-CDMA Hiện nay PDC là hệ thống tổong nội địa ở Nhật với mạng lưới rộng nhất của NTT DoCoMo

+ IDEN: hệ thống này sử dụng công nghệ TDMA về cơ bản vẫn dựa trênthiết kế GSM và cung cấp giao thức đặc biệt cho “Nhấn-để-nói” một cách nhanhchóng Đây là hệ thống độc quyền của Motorola với băng tần 800 MHz

+ DECT and PHS : đây là các hệ thống thông tin di động hạn chế cho mạng nộihạt sử dụng máy cầm tay không dây số Các hệ thống này cơ bản vẫn dựa trên côngnghệ TDMA chủ yếu tập trung vào lĩnh vực thương mại như PBX không dây Vớibăng tần rộng (các kênh 32 Kbps), thoại và số liệu ISDN chất lượng cao, phục vụ chocác tế bào nhỏ và trong các toà nhà, hệ thống PSH được sử dụng ở các thành phố cómật độ dân số cao ở Nhật Bản và hiện này mới được triển khai ở Trung Quốc

+ GSM: hệ thống này sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gianTDMA Hệ thống này ban đầu có tên là “Groupe Special Mobile” về sau đổi thành

“Global System for Mobile – Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM được pháttriển từ năm 1982 khi các nước Bắc Âu gửi đề nghị đến CEPT để quy định một dịch vụviễn thông chung châu Âu ở băng tần 900 MHz Năm 1991, hệ thống chính thức đượcthử nghiệm với 8 người sử dụng cho 200Khz và GSM đã đạt được nhiều thành côngtrên thị trường châu Âu ( hiện nay chiếm 59% thuê bao) và châu Á (33%), trở thành

một tiêu chuẩn chiếm ưu thế vượt trội trên thế giới.Sau này hệ thống mở rộng đến băngtần 1800 MHz Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động GSM được đưa vào từ năm

1993, hiện nay đang được công ty VMS và GPC khai thác rất hiệu quả Hiện nay trênthế giới 70% thuê bao sử dụng hệ thống này và thực hiện roaming quốc tế trên 140nước với 400 mạng

+ North American CDMA (cdmaOne): hệ thống này sử dụng kỹ thuật đa truynhập phân chia theo mã CDMA Vào đầu những năm 70, CDMA được phát triển cholĩnh vực quân đội vì nó có tính bảo mật cao Đến năm 1989, Qualcom chính thức đưa

hệ thống ra thử nghiệm và tuyên bố sẽ nâng cao dung lượng cũng như đơn giản hoáviệc quy hoạch mạng Hệ thống này được triển khai đầu tiên là ở Hồng Kông vào năm

1994 nhưng đạt được sự thành công lớn nhất là ở Hàn Quốc (1996) và được Verizon vàSprint sử dụng ở Mỹ

+ CdmaOne - IS-95: Hệ thống CDMA thương mại được thử nghiệm ở Mỹ vớitiêu chuẩn nội địa của người Mỹ gọi là IS-95 IS-95 triển khai ở băng tần 800 MHz.Ngoài truyền thoại có thể truyền số liệu Phiên bản IS-95A cung cấp tốc độ dữ liệu là14.4 kbps

Ngoài các hệ thống thông tin di động mặt đất còn có các hệ thống thông tin diđộng vệ tinh: Global Star và Iridium cũng được đưa vào thương mại trong năm 1998

Mặc dù thông tin di động thế hệ 2 đã đạt được những thành công vượt bậc cả vềmặt công nghệ cũng như là thương mại nhưng các hệ thống này vẫn tồn tại một sốnhược điểm sau:

+ Thứ nhất, vẫn xảy ra nghẽn mạng do có hơn 300 triệu thuê bao trên khắp thếgiới, do đó cần phải tăng dung lượng hệ thống

+ Thứ hai, do tồn tại nhiều hệ thống di động cũng như nhiều mạng di động nên

nó giới hạn phạm vi di động của các thuê bao trên khắp thế giới, do đó cần phải mộtchuẩn quốc tế

+ Thứ ba, các hệ thống này còn cung cấp ít các dịch vụ mà trong đó nhu cầu vềcác dịch vụ mới nhất là Internet ngày càng tăng với hơn 200 triệu thuê bao, do đó cầnphải có thêm nhiều dịch vụ và ứng dụng đa phương tiện mới

Để giải quyết các hạn chế của các hệ thống thông tin di động thế hệ hai mà ởphần trên đã đề cập đến, có 2 giải pháp, đó là:

Phát triển từ 2G lên 2,5 G (hay còn gọi là thế hệ hai cộng): với giải pháp này

yêu cầu chi phí thấp nhưng ngắn hạn Ví dụ như phát triển từ GSM lên

HSCSD, GPRS, EDGE Một số ưu thế mà thế hệ hai cộng GSM đạt được:

+ Các dịch vụ mạng mới và cải thiện các dịch vụ liên quan đến truyền số liệunhư nén số liệu của người sử dụng, số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao, dịch vụ vôtuyến gói đa năng.

+ Các công việc liên quan đến dịch vụ thoại như : mã hoá và giải mã tiếng toàntốc cải tiến, mã hoá và giải mã đa tốc độ thích ứng

+ Các dịch vụ bổ sung như: chuyển hướng cuộc gọi, hiển thị tên chủ gọi,chuyển giao cuộc gọi và các dịch vụ cấm gọi mới

+ Cải thiện liên quan đến dịch vụ bản tin ngắn SMS như móc nối SMS, mở rộngbảng chữ cái, mở rộng tương tác giữa các SMS

+ Các công việc liên quan đến tính cước như các dịch vụ trả tiền trước, tínhcước nóng…

+ Tăng cường công nghệ SIM

+ Dịch vụ mạng thông minh như CAMEL

+ Các cải thiện chung như : chuyển mạng GSM-AMPS, các dịch vụ định vịtương tác với các hệ thống thông tin vệ tinh và hỗ trợ định tuyến tối ưu

+ Thiết kế một chuẩn mới hoàn toàn 3G: giải pháp này có chi phí cao, dài hạnnhưng lại có một số lượng lớn các dịch vụ tiềm năng mới

Ngày nay với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ cũng như của xãhội, để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng cả về nhiều mặt, thông tin diđộng vẫn sẽ tiếp tục phát triển sang một thế hệ mới Hiện nay các hệ thống thông tin diđộng số đang ở giai đoạn chuyển từ thế hệ 2+ sang thế hệ 3

Thông tin di động thế hệ ba sẽ phải là hệ thống thông tin di động cho các dịch

vụ di động truyền thông cá nhân đa phương tiện Hộp thư thoại sẽ được thay thế bằngbưu thiếp điện tử được lồng ghép với hình ảnh và các cuộc thoại thông thường trướcđây sẽ được bổ sung các hình ảnh để trở thành thoại có hình Dưới đây là một số yêucầu chung đối với hệ thống thông tin di động thứ ba này:

+ Mạng phải là băng rộng và có khản năng truyền thông đa phương tiện Nghĩa

là mạng phải đảm bảo được tốc độ bit của người sử dụng đến 2 Mb/s

+ Mạng phải có khản năng cung cấp độ rộng băng tần (dung lượng) theo yêucầu Ngoài ra cần đảm bao đường truyền vô tuyến không đối xứng chẳng hạn với: tốc

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

+ Mạng phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu Nghĩa là đảm bảo cáckêt nối chuyển mạch cho thoại, các dịch vụ video và các khản năng số liệu gói cho cácdịch vụ số liệu.

+ Chất lượng dịch vụ phải không thua kém chất lượng dịch vụ mạng cố định, nhất

là đối với thoại

+ Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả thông tin vệ tinh

Hình 1.1 Lộ trình phát triển các thế hệ thông tin di độngMột số nét chính của nền tảng công nghệ thông tin di động từ thế hệ một đến thế hệ ba

Thế hệ thông

Thế hệ 1 (1G) AMPS,

TACS, NMT

Tiếng thoại FDMA, tương tự

Thế hệ 2 (2G) GSM, IS- Chủ yếu cho thoại TDMA hoặc CDMA, số, băng

Trước hết là tiếngthoại có đưa thêmcác dịch vụ số liệugói

TDMA (kết hợp nhiều khe hoặcnhiều tần số), CDMA, sử dụngchồng lên phổ tần của thế hệ hainếu không sử dụng phổ tầnmới, tăng cường truyền số liệugói cho thế hệ hai

Thế hệ 3 (3G) Cdma2000,

W-CDMA

Các dịch vụ tiếng

và số liệu góiđược thiết kế đểtruyền tiếng và sốliệu đa phươngtiện là nền tảngthực sự của thế hệba

CDMA, CDMA kết hợpTDMA, băng rộng (tới 2Mbps),

sử dụng chồng lấn lên thế hệhai hiện có nếu không sử dụngphổ tần mới

1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3G

Do các tiêu chuẩn chỉ thực hiện được trong phạm vi khu vực nên khái niệmthông tin di động toàn cầu không thực hiện được Bên cạnh đó, sau gần 20 năm pháttriển, thông tin di động mà phổ biến là GSM đã bắt đầu bộc lộ những khiếm khuyết của

nó khi nhu cầu truyền số liệu và các dịch vụ băng rộng ngày càng trở nên cấp thiết

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba - 3G ra đời với mục tiêu là hình thànhmột hệ thống di động duy nhất trên toàn thế giới Khác với các dịch vụ được cung cấpbởi những hệ thống thông tin di động hiện nay chủ yếu là thoại (công nghệ tương tự làđặc trưng của hệ thống 1G, công nghệ số là đặc trưng của 2G), hệ thống 3G nhằm vàocác dịch vụ băng rộng như truy cập Internet tốc độ cao, truyền hình và ảnh chất lượngcao tương đương với mạng hữu tuyến

Quá trình phát triển:

Chính do sự thành công to lớn trên phạm vi toàn thế giới của GSM, các nhà vậnhành mạng viễn thông châu Âu và các nhà sản xuất đã không chú ý đến một hệ thốngmới (3G) cho đến tận giữa thập niên 90

Chỉ sau khi ITU đưa ra định hướng về một hệ thống di động mới cần phát triểncho những năm đầu của thế kỷ 21, các nhà hoạt động cụ thể đối với UMTS của ETSImới được thực thi năm 1995.

Hệ thống 3G tương lai sau đó đã được ITU đặt tên là IMT-2000, hệ thống viễnthông quốc tế thế kỷ 21.Thời hạn chót để các tiêu chuẩn khu vực đệ trình các dự thảo

kỹ thuật của mình cho IMT-2000 đã được ITU đặt ra là tháng 7 năm 1998

Đến tháng 1 năm 1998, ETSI chọn hai kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến cho truynhập vô tuyến đối với UMTS là UTRA FDD và UTRA TDD, chính là hai kỹ thuậtdùng cho IMT-2000

Một loạt các kỹ thuật truyền dẫn vô truyến mặt đất được đề xuất với ITU vàotháng 1 năm 1998 Trong đó có một số đề xuất về kỹ thuật đa truy nhập vô tuyến theo

mã băng rộng của ETSI, TTC/ARIB (Nhật), TTA (Hàn Quốc), ANSI T1(Mỹ) và TIA(Mỹ) có thể phân làm hai nhóm Một nhóm đề xuất đòi hỏi các trạm gốc đồng bộ vàđược xây dựng trên cơ sở IS-95 2G và đề xuất còn lại không dựa trên cơ sở trạm gốcđồng bộ

Đến cuối năm 1998, cả hai đề xuất đều được hỗ trợ bởi các tổ chức tiêu chuẩnkhu vực gọi là 3GPP và 3GPP2 Mục đích của cả 3GPP và 3GPP2 đều là kết hợp các

đề xuất cơ bản và CDMA băng rộng thành một đề xuất duy nhất Đây là hai tiêu chuẩnđươc chấp nhận cho IMT-2000

1.2.1 Tiêu chuẩn IMT-2000

Đối với bất kỳ công nghệ nào, điều kiện tiên quyết cho việc phát triển trên phạm

vi toàn thế giới là phải xây dựng được một bộ tiêu chuẩn cho công nghệ này và việctuân thủ theo chuẩn là một yêu cầu bắt buộc đối với nhà cung cấp dịch vụ, nhà khaithác và nhà sản xuất thiết bị

Các chuẩn 3G được ITU khuyến nghị với tên gọi IMT-2000 IMT-2000 đượctạo ra nhằm thỏa mãn việc phát triển các tiêu chuẩn cho phép một cơ sở hạ tầng thôngtin vô tuyến toàn cầu bao gồm các hệ thống mặt đất và vệ tinh, các truy nhập cố định

và di động cho các mạng công cộng cá nhân

Hệ thống mới này sẽ làm việc ở dải tần 2GHz Nó sẽ cung cấp nhiều loại hình

dịch vụ bao gồm các dịch vụ thoại và số liệu tốc độ cao, video và truyền thanh Tốc độ

của thế hệ thứ ba được xác định như sau:

+ 384 Kbps đối với vùng phủ sóng rộng

+ 2 Mbps đối với vùng phủ sóng địa phương.

Một số yêu cầu chính về IMT-2000 cho UMTS được ITU đề ra như sau:

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

+ Đường lên: 1885 – 2025 MHz

+ Đường xuống: 2110 – 2200 MHz

- 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

- Cung cấp khả năng truy nhập mạng trong nhiều loại môi trường khác nhau nhưtrong nhà, ngoài trời, trên xe…

+ Đảm bảo chuyển mạng quốc tế

- Chất lượng thoại tương đương mạng hữu tuyến

- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện trong tương lai

Trong hệ thống thông tin di động nói chung và UMTS nói riêng vấn đề truynhập vô tuyến là rất quan trọng Yêu cầu về hệ thống truy nhập vô tuyến của UMTSdựa trên những yêu cầu về mặt dịch vụ Bảng 1.1 dưới đây tổng kết các yêu cầu đối vớikhối truy nhập vô tuyến của UMTS như sau:

Các yêu cầu về mặt vô tuyến

- Vùng ngoại ô: tốc độ truyền từ 384Kbps tới 512Kbps,tốc độ di chuyển cực đại của thiết bị là 120km/h

- Vùng nội ô: tốc độ truyền thấp nhất là 2Mbps, tốc độ dichuyển cực đại của thiết bị là 10km/h.

- Khả năng thích nghi liên kết về chất lượng, dung lượng

và tải của mạng tương tự như các điều kiện truyền sóng

- Có khả năng chuyển giao mềm giữa UMTS và mạng diđộng thế hệ thứ 2 (GSM)

-Việc lên kế hoạch cho tần số sử dụng trong mạng làkhông cần thiết.

Về hiệu quả trong trải phổ

Hiệu quả của trải phổ

- Khả năng trải phổ cao đối với các đặc trưng hỗn hợpcho các dịch vụ khác nhau

- Hiệu quả trải phổ đem lại thấp nhất cũng đạt hiệu quảgiống như trong mạng GSM đối với tốc độ kênh thoạithấp nhất

Sự không đối xứng của

tương tự như băng thông sử dụng cho mạng di động thế

- Sử dụng linh hoạt nhiều loại tế bào và các mối quan hệgiữa các tế bào trong cùng một vùng địa lý mà khônglãng phí tài nguyên vô tuyến (các tế bào trong nhà, các tếbào phân cấp)

- Có thể cung cấp chi phí cho vùng phủ một cách hợp lý

Giá thành và khuôn dạng

mạng

Chi phí phát triển mạng và thiết bị cần được giữ ở mộtmức thích hợp, quan tâm tới chi phí về trạm, liên kết, quátải về lưu lượng và tải báo hiệu

Các loại đầu cuối

Có thể cung cấp nhiều loại đầu cuối với khuôn dạngphong phú, chi phí và dung lượng tuỳ theo nhu cầu khácnhau của người dùng

Các yêu cầu chính ngoài SMG

Tương thích với IMT

-2000

UTRA sẽ đáp ứng được các yêu cầu tối thiểu về kỹ thuật

và trở thành ứng cử cho kỹ thuật IMT - 2000

Phân chia băng tần nhỏ

Các ảnh hưởng bức xạ UMTS chia sẻ hoạt động tốt ở các mức công suất bức xạ

RF thích hợp với các yêu cầu liên quan tới bức xạ điện từ.

Bảo mật Giao diện vô tuyến UMTS tối thiểu cũng có thể đảm bảo

mức bảo vệ như giao diện vô tuyến GSM

Cùng hoạt động với các

hệ thống khác

- Hệ thống truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS có thể cùnghoạt động với các hệ thống khác trong cùng một băng tầnhoặc ở dải băng tần kề cận tuỳ thuộc vào từng hệ thống

- Có thể thực hiện theo nhiều chế độ

- Có thể đáp ứng được đồng thời hai loại đầu cuốiUMTS/GSM với giá thành hợp lý

1.2.2 Phân bố tần số cho IMT-2000

Phân bố tần số cho IMT-2000 cho châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc và Mỹ được thể hiệnnhư trong hình sau đây

Hình 1.2 Phân bố tần số cho IMT-2000 ở một số nước

Châu Âu sử dụng hệ thống thế hệ hai là DCS 1800 ở băng tần 1710-1755 chođường lên và 1805-1850 cho đường xuống Châu Âu và hầu hết các nước châu Á băngtần IMT-2000 là 2x60 Mhz có thể sử dụng cho WCDMA FDD Băng tần sử dụng choTDD ở châu Âu thay đổi tuỳ theo cho các ứng dụng được cấp giấy phép hay không Các

hệ thống FDD sử dụng các băng tần khác nhau cho đường lên và đường xuống còn hệthống TDD sử dụng cùng tần số cho cả đường lên và đường xuống

Nhật Bản sử dụng hệ thống thế hệ hai là PDC còn Hàn Quốc sử dụng hệ thốngthế hệ hai là IS-95 cho cả khai thác tổ ong lẫn PDS ấn định phổ PCS ở Hàn Quốckhác với ấn định phổ PCS ở Mỹ, vì thế Hàn Quốc có thể sử dụng toàn bộ phổ tần quyđịnh của IMT-2000 ở Nhật Bản, một phần phổ của IMT-2000 TDD đã sử dụng choPHS.

Mỹ không còn phổ mới cho các hệ thống thông tin di động thế hệ ba Các dịch

vụ của thế hệ ba sẽ được thực hiện trên cơ sở thay thế phổ tần của hệ thống thông tin

thế hệ ba bằng phổ tần của hệ thống PCS thế hệ hai hiện tại

Trung Quốc phổ tần dành trước cho PCS và WLL sử dụng một phần phổ tần củaIMT-2000 Theo quyết định về phân định tần số, có đến 2x60 Mhz được sử dụng choW-CDMA ở Trung Quốc

Các nước đã bắt đầu cấp phép cho sử dụng tần số của IMT-2000, đầu tiên làPhần Lan vào 3/1999

1.2.3 Mô hình tổng quát cho mạng IMT-2000

Mạng IMT-2000 có mô hình tổng quát như sau:

Thiết bị đầu cuối

Thiết bị đầu cuối

Thiết bị đầu cuối

- Phát quảng

bá thông tin truy nhập hệ thống

- Phát và thu

vô tuyến

- Điều khiển truy nhập vô tuyến

MẠNG LÕI

- Điều khiển cuộc gọi

- Điều khiển tài nguyên quy định

- Quản lí dịch vụ

- Quản lí vị trí

- Quản lí nhận thực

Vùng thiết bị đầu cuối Vùng mạng truy nhập Vùng mạng lõi

Vùng các dịch vụ ứng dụng

Hình 1.3 Mô hình tổng quát cho mạng IMT-2000

Trong đó, các dạng máy đầu cuối bao gồm:

- Thoại cầm tay; Thoại : 8/16/32 kbit/s

- Cửa số liệu như PCMCIA…( - Truyền số liệu bằng modem thoại cho các tốc

độ 1,2 kbit/s ; 2,4 kbit/s; 4,8 kbit/s; 9,6 kbit/s; 19,2 kbit/s ; 28,8 kbit/s - Truyền số liệu

số chuyển mạch kênh cho các tốc độ : 64 kbit/s ;128 kbit/s; đầu cuối video thấp hơn 2Mbít/s )

- Ảnh tĩnh (đầu cuối cho PSTN)

- Máy ảnh xách tay: được phân loại theo cấp chất lượng

- Đầu cuối giống như máy TV

- Đầu cuối kết hợp TV với máy tính

- TV cầm tay có khả năng thu được MPEG

- Đầu cuối số liệu gói

- PC vở ghi có cửa sổ thông tin cho phép ( Điện thoại thấy hình/ Văn bản hìnhảnh truy nhập cơ sở dữ liệu vào)

- Đầu cuối PDA (PDA tốc độ thấp / PDA tốc độ cao hoặc trung bình / PDA kếthợp với sách điện tử bỏ túi)

- Máy nhắn tin hai chiều

- Sách điện tử bỏ túi có khả năng thông tin

Đối với mạng truy nhập vô tuyến mặt đất ITU đã chấp thuận họ IMT-2000 gồm 5 côngnghệ:

- IMT DS ( Direct Sequence – chuỗi trực tiếp) : được biết đến như là UTRAFDD ( Truy cập vô tuyến mặt đất của UMTS hoạt động ở chế độ FDD ) và WCDMA(CDMA băng rộng)

- IMT MC ( Multi carriers – Đa sóng mang) : hệ thống này là phiên bản 3G củaIS-95 (cdmaOne) được biết đến là cdma2000

- IMT TC ( Time Code – Mã Thời gian): đây là UTRA TDD

- IMT SC ( Single carrier - Đơn sóng mang) : đây là một dạng GSM pha 2+(EDGE)

- IMT FT ( Frequency Time – Tần số Thời gian) : đây là hệ thống DECT

Tổng kết các đề xuất trên ta được sơ đồ sau:

Hình 1.4 Các đề xuất đối với mạng truy cập vô tuyếnHiện nay hai tiêu chuẩn đã được chấp thuận cho IMT-2000 là:

- W-CDMA được xây dựng trên cơ sở cộng tác của châu Âu và Nhật Bản

- CDMA2000 do Mỹ xây dựng

Ngoài ra Trung Quốc phát triển một chuẩn riêng cho họ gọi là TD-SCDMA

1.2.4 Các dịch vụ và ứng dụng trong thông tin di động thế hệ ba

Trong thông tin di động thế hệ ba, các nhà nhà khai thác có thể cung cấp rấtnhiều dịch vụ cho khách hàng Hầu hết các dịch vụ này liên quan đến các kiểu dịch vụđiện thoại khác nhau với nhiều bổ sung cùng với các dịch vụ mới Ngoài ra còn cungcấp các dịch vụ không liên quan đến cuộc gọi như email… Các dịch vụ này có thểphân thành các loại sau:

CDMA2000

IMT-SC (Đơn sóng mang)

TDMA Đơn sóng mang UWC-136

EDGE/ERANIMT-FT (Thời gian Tần số)

TDMA Đa sóng mang DECT

Kết nối mạng/vô tuyến

Mạng lõi IS-41 phát triển lênMạng lõi GSM phát triển lên

- Các dịch vụ cơ sở bao gồm các dịch vụ theo kênh và các dịch vụ mang vớithay đổi không nhiều lắm so với các dịch vụ trong GSM.

- GPRS cung cấp các dịch vụ IP, SMS…

- Các dịch vụ IP đa phương tiện là các dịch vụ mới gồm cả điện thoại IP, cácdịch vụ bổ sung cho đa phương tiện IP chưa được tiêu chuẩn nhưng sẽ được thực hiệnbằng các công cụ hay ở mức điều khiển cuộc gọi Các dịch vụ IP dùng GPRS làm vậtmang

- Các dịch vụ giá trị gia tăng không liên quan đến cuộc gọi bao gồm rất nhiềudịch vụ khác nhau đặc thù cho từng nhà khai thác Chúng thường không được tiêuchuẩn hoá Các dịch vụ này thường dựa trên các giao thức riêng ngoài tiêu chuẩn

Ngoài ra còn thể phân loại các dịch vụ IMT-2000 như sau:

GIẢI PHÁP NÂNG CẤP LÊN 3G

2.1 Giới thiệu chung

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

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

Lịch sử hình thành GSM bắt đầu từ một đề xuất vào năm 1982 của NordicTelecom và Netherlands tại CEPT (Conference of European Post andTelecommunication) để phát triển một chuẩn tế bào số mới đáp ứng với nhu cầu ngàycàng tăng của mạng di động Châu Âu

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

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

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

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

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

- Chất lượng âm thoại chính thực sự tốt

- Giá dịch vụ và thuê bao giảm

- Hỗ trợ liên lạc di động quốc tế

- Khả năng hỗ trợ thiết bị đầu cuối trao tay

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

- Năng suất quang phổ

- Khả năng tương thích ISDN

Tiêu chuẩn được ban hành vào tháng giêng năm 1990 và những hệ thốngthương mại đầu tiên được khởi đầu vào giữa năm 1992 Tổ chức MoU (Memorandum

of Understanding) thành lập bởi nhà điều hành và quản lý GSM được cấp phép đầutiên, lúc đó có 13 hiệp định được ký kết và đến nay đã có 191 thành viên ở khắp thếgiới Tổ chức MoU có quyền lực tối đa, được quyền định chuẩn GSM

2.2 Cấu trúc mạng GSM

Mạng GSM gồm nhiều khối chức năng khác nhau Mạng GSM có thể chiathành ba phần chính Trạm di động (Mobile Station_MS) do thuê bao giữ Hệ thống

con trạm gốc (Base Station Subsystem_BSS) điều khiển liên kết với trạm di động Hệ

thống mạng con (Network Subsystem_NS) là phần chính của trung tâm chuyển mạchdịch vụ di động MSC (Mobile services Switching Center), thực hiện chuyển mạch cuộcgọi giữa những người sử dụng điện thoại di động, và giữa di động với thuê bao mạng

cố định MSC xử lý các hoạt động quản lý di động

2.2.1 Trạm di động

Trạm di động (Mobile Station - MS) gồm có thiết bị di động (đầu cuối) và mộtcard thông minh gọi là module nhận dạng thuê bao (Subscriber Identity Module -SIM) SIM cung cấp thông tin cá nhân di động, vì thế người sử dụng truy cập vào cácdịch vụ thuê bao không phụ thuộc vào loại thiết bị đầu cuối Bằng cách gắn SIM vàođầu cuối GSM, người sử dụng có thể nhận, gọi và nhận các dịch vụ thuê bao khác trênthiết bị đầu cuối này

Thiết bị di động được nhận dạng duy nhất bằng số nhận dạng thiết bị di độngquốc tế (International Mobile Equipment Identity_IMEI) SIM card chứa số nhận dạngthuê bao di động quốc tế (International Mobile Subscriber Identity_IMSI) sử dụng đểnhận dạng thuê bao trong hệ thống, dùng để xác định chủ quyền và thông tin khác SốIMEI và IMSI độc lập nhau SIM card có thể được bảo vệ chống lại việc sử dụng tráiphép bằng password hoặc số nhận dạng cá nhân

2.2.2 Hệ thống con trạm gốc

Hệ thống con trạm gốc gồm hai phần: trạm gốc thu phát (BTS) và trạm gốcđiều khiển (BSC) Hai hệ thống này liên kết dùng giao tiếp Abis chuẩn hoá, cho phépđiều hành các bộ phận cung cấp bởi các nhà sản xuất khác nhau

Trạm thu phát gốc là nơi máy thu phát vô tuyến phủ một cell và điều khiển cácgiao thức liên kết vô tuyến với trạm di động Trong một thành phố lớn, có nhiều khảnăng triển khai nhiều BTS, do đó yêu cầu BTS phải chính xác, tin cậy, di chuyển được

và giá thành thấp

Trạm gốc điều khiển tài nguyên vô tuyến của một hoặc nhiều BTS Trạm điềukhiển cách thiết lập kênh truyền vô tuyến, nhảy tần và trao tay BSC là kết nối giữatrạm di động và tổng đài di động (MSC)

2.2.3 Hệ thống mạng con

Thành phần chính của hệ thống mạng con là tổng đài di động, hoạt động nhưmột nút chuyển mạch bình thường của PSTN hoặc ISDN, và cung cấp tất cả các chứcnăng cần có để điều khiển một thuê bao di động, như đăng ký, xác nhận, cập nhật tọa

độ, trao tay, và định tuyến cuộc gọi cho một thuê bao liên lạc di động Những dịch vụnày được cung cấp chung với nhiều bộ phận chức năng khác, tạo nên hệ thống mạngcon MSC cung cấp kết nối đến mạng cố định (như PSTN hoặc ISDN) Báo hiệu giữacác bộ phận chức năng trong hệ thống mạng con là hệ thống báo hiệu số 7 (SS7) sửdụng cho báo hiệu trung kế trong mạng ISDN và mở rộng sử dụng trong mạng côngcộng hiện tại

Bộ ghi định vị thường trú (HLR) và bộ ghi định vị tạm trú (VLR) cùng vớiMSC cung cấp định tuyến cuộc gọi và khả năng liên lạc di động của GSM HLR chứatất cả thông tin quản trị của mỗi thuê bao đã đăng ký trong mạng GSM tương ứng,cùng với vị trí hiện tại của di động Vị trí của di động thường ở dưới dạng địa chỉ báohiệu của VLR chứa trạm di động

Bộ ghi định vị tạm trú (VLR) chứa thông tin quản trị được chọn từ HLR, cầnthiết cho điều khiển cuộc gọi và cung cấp các dịch vụ thuê bao, cho mỗi thuê bao hiệntại nằm trong vùng địa lý điều khiển bởi VLR Mặc dù mỗi bộ phận chức năng có thể

được thực hiện độc lập nhưng tất cả các nhà sản xuất thiết bị chuyển mạch cho đến nayđều sản xuất VLR chung với MSC, vì thế vùng địa lý điều khiển bởi MSC sẽ tươngứng với điều khiển bởi VLR đó, do đó đơn giản hóa báo hiệu cần thiết Lưu ý rằngMSC không chứa thông tin các trạm di động – thông tin này lưu trữ trong các thanh ghi

vị trí

Có hai bộ ghi khác sử dụng cho mục đích xác nhận và bảo mật Bộ ghi nhậnthực thiết bị (EIR) là một cơ sở dữ liệu chứa một danh sách tất cả các thiết bị di độnghợp lệ trên mạng, mỗi trạm di động được xác nhận bằng số nhận dạng thiết bị di độngquốc tế (IMEI) Số IMEI bị đánh dấu là không hợp lệ nếu được thông báo mất cắphoặc không được chấp thuận Trung tâm nhận thực AuC là cơ sở dữ liệu được bảo vệchứa bản sao khóa mã trong SIM card của thuê bao, sử dụng để nhận thực và mã hóatrên kênh vô tuyến

2.2.4 Đa truy cập trong GSM

Mạng GSM kết hợp hai phương pháp đa truy cập là FDMA và TDMA Dải tần

935 – 960MHz được sử dụng cho đường lên và 890 – 915MHz cho đường xuống(GSM 900) Dải băng thông tần một kênh là 200KHz, dải tần bảo vệ ở biên cũng rộng200KHz nên ta có tổng số kênh trong FDMA là 124 Một dải thông TDMA là mộtkhung có tám khe thời gian, một khung kéo dài trong 4.616ms Khung đường lên trễ 3khe thời gian so với khung đường xuống, nhờ trễ này mà MS có có thể sử dụng mộtkhe thời gian có cùng số thứ tự ở cả đường lên lẫn đường xuống để truyền tin bán songcông

Các kênh tần số được sử dụng ở GSM nằm trong dãy tần số quy định 900Mhzxác định theo công thức sau:

mạng phải sử dụng các tần số cách xa nhau và các ô chỉ được sử dụng lại tần số ởkhoảng cách cho phép.

Truyền dẫn vô tuyến ở GSM được chia thành các cụm (BURST) chứa hàngtrăm bit đã được điều chế Mỗi cụm được phát đi trong một khe thời gian 577μs ởtrong một kênh tần số có độ rộng 200 Khz nói trên Mỗi một kênh tần số cho phép tổchức các khung thâm nhập theo thời gian, mỗi khung bao gồm 8 khe thời gian từ 0 – 7(TS0, TS1, TS7)

2.3 Sự phát triển của mạng GSM lên 3G

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

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

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

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

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

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

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

2000 và với các mạng viễn thông cố định như PSTN/ISDN Có cấu trúc mở cho phép

đưa vào dễ dàng các tiến bộ công nghệ, các ứng dụng khác nhau cũng như khả năngcùng tồn tại và làm việc với các hệ thống cũ.

2.3.2 Các giải pháp nâng cấp

Để đáp ứng được các dịch vụ mới về truyền thông máy tính và hình ảnh đồngthời đảm bảo tính kinh tế, hệ thống thông tin di động thế hệ hai sẽ được chuyển đổitừng bước sang thế hệ ba Đối với hệ thống GSM, con đường phát triển duy nhất của

nó lên 3G là phát triển lên W-CDMA (ở châu Âu, hệ thống này còn được gọi là hệthống viễn thông di động toàn cầu UMTS) Tuy nhiên để đến với 3G cần phải đi quagiai đoạn 2.5 G Giai đoạn này bao gồm một hoặc tất cả các công nghệ sau: Dữ liệuchuyển mạch gói tốc độ cao (HSCSD), dịch vụ vô tuyến gói đa năng (GPRS), tốc độ

dữ liệu nâng cao cải tiến cho GSM (EDGE)

Giai đoạn đầu của quá trình nâng cấp mạng GSM là phải đảm bảo dịch vụ sốliệu tốt hơn, có thể hỗ trợ hai chế độ dịch vụ số liệu là chế độ chuyển mạch kênh (CS :Circuit Switched) và chế độ chuyển mạch gói (PS : Packet Switched) Để thực hiện kếtnối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể sử dụng giao thức ứng dụng vô tuyến (WAP :Wireless Application Protocol) WAP chứa các tiêu chuẩn hỗ trợ truy cập internet từtrạm di động Hệ thống WAP phải có cổng WAP và chức năng kết nối mạng

Trong giai đoạn tiếp theo, để tăng tốc độ số liệu có thể sử dụng công nghệ sốliệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD : High Speed Circuit Switched Data) vàdịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS : General Packet Radio Protocol Services) GPRS

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

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

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

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

Có thể tổng quát các giai đoạn phát triển từ GSM lên WCDMA như sau:

Hình 2.l Các giai đoạn phát triển từ hệ thống GSM sang WCDMA

2.4 Giới thiệu chung về các tầng trung gian

2.4.1 Mạng GSM

W-CDMA được phát triển lên từ hệ thống GSM nên trước khi nghiên cứu vềquá trình phát triển từ GSM lên W-CDMA thì cần có cái nhìn tổng quát lại về mạngGSM

Mạng di động mặt đất công cộng GSM gồm có: trạm di động MS, phân hệchuyển mạch mạng NSS với nhiệm vụ điều khiển cuộc gọi, phân hệ trạm cơ sở BSSvới nhiệm vụ điều khiển đường truyền vô tuyến và phân hệ quản lí mạng NMS vớinhiệm vụ khai thác và bảo dưỡng mạng

- MS ( Mobile Station – Trạm di động): Thuê bao sủ dụng MS để gọi và nhậncác cuộc gọi MS gồm có hai thực thể chức năng riêng biệt là thiết bị di động ME vàSIM chứa dữ liệu của thuê bao MS giao tiếp với mạng thông qua giao diện vô tuyếnUm

- Phân hệ trạm cơ sở BSS với nhiệm vụ điều khiển đường truyền vô tuyến gồm:+ BTS (Base Transceiver Station – Trạm gốc): thực hiện tất cả các chức năngnhận và truyền liên quan đến giao diện vô tuyến GSM ở cấp độ xử lí tín hiệu BTS thực

hiện chức năng thu phát vô tuyến trực tiếp đến các thuê bao di động MS thông qua giaodiện vô tuyến Um, bao gồm một hệ thống anten, máy phát, máy thu và thiết bị báo hiệusố.

+ BSC (Base Station Controller – Khối điều khiển trạm gốc): thực hiện chứcnăng quản lí giao diện vô tuyến gồm có định vị các kênh vô tuyến dùng cho thiết lậpcuộc gọi, xác định khi nào cần chuyển giao và xác định BTS thích hợp

+ TRAU (Transcoder Rate Adaptor – Khối thích ứng tốc độ): có nhiệm vụchuyển đổi tín hiệu thoại của mạng GSM thành dạng mã dùng trong mạng điện thoại

cố định TRAU có thể đặt cùng vị trí với BSC hoặc MSC Nhờ có TRAU mà tín hiệu

16 kbit/s được chuyển đổi thành 64 kbit/s

Hình 2.2 Cấu trúc mạng GSM

- Phân hệ chuyển mạch mạng NSS với nhiệm vụ điều khiển cuộc gọi, gồm có:+ MSC (Mobile Service Switching Centre - Trung tâm chuyển mạch dịch vụ diđộng): thực hiện chức năng liên quan đến việc định tuyến các cuộc gọi đến và từ cácthuê bao di dộng MSC ngoài việc kết nối với các phần tử của mạng di động còn kếtnối với các phần tử của mạng khác như mạng thoại cố định PSTN, mạng ISDN, mạngtruyền số liệu gói PSDN và các mạng PLMN khác thông qua GMSC

+ GMSC (Gateway MSC - Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động cổng): cácnhà khai thác mạng có thể lựa chọn một hoặc một số MSC đóng vai trò như GMSC.GMSC cung cấp các giao diện giữa PLMN và các mạng ngoài Trong trường hợp cómột cuộc gọi đến từ một mạng khác, GMSC sẽ liên lạc với cơ sở dữ liệu mạng để đảmbảo cuộc gọi đến đúng MS

+ VLR(Visitor Location Register - Thanh ghi dự liệu khách): chứa các thông tin

về vị trí hiện thời của thuê bao di dộng trong vùng phục vụ của nó

+ HLR (Home Location Register - Thanh ghi dữ liệu chủ ) : chứa đầy đủ cácthông tin liên quan đến việc đăng kí dịch vụ và vị trí của các thuê bao di động Việcđịnh tuyến cuộc gọi tới thuê bao di động thực hiện thông qua việc quản lí các thông tinđịa chỉ dữ liệu khách VLR đăng kí trong HLR

+ EIR (Equipment Identity Register - Thanh ghi nhận dạng thiết bị): được sửdụng để quản lí các máy di động

+ AuC (Authentication Center - Trung tâm nhận thực): dùng để lưu trữ thông tinliên quan đến các tính năng an ninh của GSM như để nhận thực Sim và mã hoá thoại,

dữ liệu hay tín hiệu

- Phân hệ quản lí mạng NMS với nhiệm vụ khai thác , quản lí và bảo dưỡngmạng GSM

- VAS ( Value Added Service platform – Nền tảng Dịch vụ giá trị gia tăng) :đây là nền tảng cho việc cung cấp các loại dịch vụ xác định trong GSM ( Trung tâmdịch vụ bản tin ngắn, hệ thống hộp thư thoại)

- IN (Intelligent Network – Mạng thông minh) : nền tảng cho việc tạo ra và cungcấp các dịch vụ phụ thêm

- Giao diện vô tuyến Um cung cấp các phương tiện để MS có thể liên lạc vớicác BTS của một mạng GSM mà nó di chuyển trong vùng phủ sóng Giao diện vôtuyến của GSM 900 bao gồm 2 băng tần song công 25 MHz cho cả đường lên vàđường xuống (890 -915 MHz/935 -960 MHz) Trong hệ thống GSM công nghệ đa truynhập FDMA được ứng dụng cho mỗi sóng mang có độ rộng băng tần 200 KHz Về mặtthời gian, mỗi sóng mang được ghép vào 8 khe thời gian với độ dài là 557 ms cho mỗikhe thời gian tuân theo công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA Mỗikhung TDMA gồm 8 khe thời gian với độ dài là 4,615ms Mỗi đa khung TDMA gồm

26 khung TDMA với độ dài 120ms Mỗi siêu khung gồm 51 đa khung TDMA với độdài 1326ms Mỗi siêu siêu khung TDMA gồm 2048 siêu khung TDMA Thông tin vềbáo hiệu và số liệu của người sử dụng được bảo vệ và chống lỗi trên giao diện vô tuyếnbằng việc sử dụng mã xoắn và ghép xen Số liệu được mã hoá khối và điều chế sử dụngkhoá dịch tối thiểu Gauss (GMSK) với tốc độ kí tự điều chế là 271 kbit/s Ngoài ratrong GSM còn có các giao diện khác như giao diện Abis giữa BTS và BSC, giao diện

A giữa BSC và MSC, giao diện B giữa MSC và VLR…

2.4.2 Số liệu chuyển mạch tốc độ cao HSCSD

Dịch vụ HSCSD là sự mở rộng một cách tự nhiên cho dịch vụ số liệu chuyểnmạch kênh được cung cấp ở thời kì đầu của GSM Dịch vụ này không yêu cầu thay đổiđối với giao diện lớp vật lý giữa các thành phần mạng với nhau ở các lớp cao hơn, MS

và mạng cung cấp thêm các chức năng yêu cầu để ghép và tách các dữ liệu của người

sử dụng thành một số kênh lưu lượng để truyền đi trên cả giao diện Abis và giao diện

vô tuyến Ở lớp quản lí tài nguyên vô tuyến cũng có thêm các chức năng để điều khiểntình huống mà ở đó số kênh lưu lượng khác nhau được kết hợp vào cùng một kết nối

Ví dụ khi một người sử dụng HSCSD được chuyển giao giữa 2 cell, phải có một cơ cấuđảm bảo các kênh lưu lượng đang dùng phải được cung cấp ở cell mới trước khi xuấthiện chuyển giao Một kết nối HSCSD tất nhiên vẫn bị giới hạn bởi mạch 64 kbit/s đơn

ở giao diện A

Mạng GSM cung cấp HSCSD có cấu trúc tổng quan như sau:

Hình 2.3 Cấu trúc mạng GSM cung cấp HSCSDHầu hết các chức năng của dịch vụ này được đặt ở IWF (Interworking Funtion –chức năng kết nối mạng) của tổng đài MSC và ở chức năng TAF ( TerminalAdaptation Function – chức năng thích ứng đầu cuối) của MS Dịch vụ HSCSD sửdụng tính năng này, kênh tốc độ cao chứa một số kênh cao ở giao diện vô tuyến Cáckênh con này được kết hợp lại thành một luồng số ở IWF và TAF

Một tính năng đặc biệt của HSCSD là nó hỗ trợ cả kết nối đối xứng lẫn khôngđối xứng ở chế độ HSCSD đối xứng, số khe phát từ BTS đến MS bằng số khe phát từ

MS đến BTS đối với mỗi người sử dụng ở chế độ HSCSD không đối xứng số khe phát

từ BTS đến MS lớn hơn số khe phát theo chiều ngược lại chế độ HSCSD không đốixứng thường được sử dụng ở Internet khi cần nhiều khe để truyền nhanh số liệu ởđường xuống

Số liệu chuyển mạch tốc độ cao HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) làphương thức đơn giản nhất để nâng cao tốc độ bằng cách cấp phát nhiều khe thời gianhơn cho người sử dụng thay vì một khe thời gian như trước đây Trong các ứng dụngthương mại hiện nay thông thường sử dụng tối đa 4 khe thời gian mà mỗi khe thời gian

có thể đạt đến tốc độ 9,6 kbit/s hoặc 14,4 kbit/s Giao diện vô tuyến của HSCSD thậmchí còn hỗ trợ tốc độ lên đến 8x14,4 kbit/s, như vậy có thể đạt đến tốc độ trên 100kbit/s Đây là cách không tốn kém nhằm tăng dung lượng dữ liệu chỉ bằng cách nângcấp phần mềm của mạng trong điều kiện các máy tương thích HSCSD Nhưng phươngthức này có nhược điểm lớn nhất là cách sử dụng tài nguyên vô tuyến bởi đây là hìnhthức chuyển mạch kênh, HSCSD chỉ định việc sử dụng các khe thời gian một cách liêntúc, thậm chí ngay cả khi không có tín hiệu trên đường truyền

2.4.3 Dịch vụ vô tuyến gói đa năng GPRS

Nhiều dịch vụ không cần các luồng dữ liệu trên giao diện vô tuyến liên tục theohai hướng Ví dụ như truy cập Web Sử dụng kết nối chuyển mạch kênh cho các dịch

vụ này khiến việc sử dụng các tài nguyên vô tuyến không hiệu quả bởi vì thuê bao chỉdùng một lượng nhỏ thời gian truyền trong khi lại chiếm giữ cả một kênh thời giantrong lúc truy cập Điều này được khắc phục bởi các kết nối gói định hướng Các dịch

vụ này được biết đến dưới cái tên dịch vụ vô tuyến gói đa năng GPRS

GPRS có cấu trúc logic như hình 2.4 Đây cũng chính là cấu trúc của một mạngGSM cung cấp GPRS Các dịch vụ này yêu cầu thêm 2 thành phần là GGSN ( GatewayGPRS Support Node – Nút cung cấp GPRS cổng và SGSN (Serving GPRS SupportNode - Nút cung cấp GPRS phục vụ)

- GGSN là thành phần mới so với hệ thống GSM và là một nút căn bản của hệthống GPRS Nó cung cấp giao diện cổng phục vụ cho việc trao đổi dữ liệu giữa mạng

dữ liệu gói PDN và mạng GSM có cung cấp GPRS Nó chứa đủ các thông tin để địnhtuyến các gói dữ liệu đến đến SGSN đang phục vụ MS chỉ ra và nó được kết nối đếnmạng ngoài dựa trên điểm chuyển tiếp Gi GGSn được kết nối với SGSN theo giaothức IP dựa trên mạng trục GPRS GSN kết nối với HLR thông qua giao diện Gc

- SGSN là thành phần mới so với hệ thống GSM và là một nút căn bản của hệthống GPRS SGSN phục vụ cho tất cả các thuê bao định vị tại vùng quản lí của nó Nó

hỗ trợ GPRS phụ trách việc phân phát và định tuyến các gói số liệu giữa máy cầm tay

MS và các mạng truyền số liệu bên ngoài cũng như là việc đăng kí cho máy di độngGPRS mới xuất hiện trong vùng phục vụ của nó

Hình 2.4 Cấu trúc hệ thống GPRSSGSN nối với GGSN cùng mạng PLMN với nó qua giao diện Gn SGSN nốivới GGSN khácPLMN với nó qua giao diện Gp Hai giao diện này khá giống nhaunhưng Gp cung cấp thêm các chức năng an ninh cần thiết cho việc chuyển thông giữacác PLMN SGSN nối với MSC/ VLR qua giao diện Gs GSN nối với HLR qua giaodiện Gr SGSN nối với EIR qua giao diện Gf SGSN nối với SMS-GMSC (Dịch vụ bảntin ngắn –GMSC) và SMS-IWMSC (Dịch vụ bản tin ngắn – liên mạng MSC) qua giaodiện Gd cho phép SMS-GSM được vận chuyển trên kênh GPRS thay vì SDCCH vàSACCH Các nút cung cấp GPRS của PLMN được liên kết với nhau bằng giao thứcInternet IP dựa trên mạng xương sống.

Ngoài ra đối với các thành phần hiện có cần có những sửa đổi và nâng cấp như sau:

- Để thuê bao có thể sử dụng dịch vụ GPRS thì thuê bao cần phải sử dụng loạithiêt bị MS có hỗ trợ chức năng GPRS

- Để thực hiện được những chức năng của mạng GPRS thì hệ thống trạm gốcBSS của GSM đòi hỏi cần phải được nâng cấp Việc nâng cấp bao gồm nâng cấp vềphần mềm cho các trạm thu phát vô tuyến và các nút điều khiển trạm gốc Ngoài ramột khối phần cứng mới sẽ được đưa vào BSS để quản lí vấn đề chuyển dữ liệu góigiữa các thiết bị của người sử dụng trên mạng trục của hệ thống GPRS Đó là khối điềukhiển dữ liệu gói PCU với chức năng đảm bảo cho các gói được truyền đi có một kíchthước thích hợp, cấp phát kênh vô tuyến và đo chất lượng dịch vụ

- Đối với MSC/VLR, nó được sử dụng cho việc đăng kí và liên lạc với các thuêbao nhưng không giữ vai trò gì trong việc định tuyến dữ liệu GPRS Một MSC có thể

được kết nối với một hoặc nhiều SGSN tuỳ thuộc vào lưu lượng thông tin Trong hệthống GPRS, MSC/VLR không được dùng cho thủ tục nhận thực thuê bao như trong

hệ thống GSM mà thay vào đó là HLR, do đó SGSN sẽ nhận bộ ba thông số dành choviệc nhận thực từ HLR/AuC

Hình 2.5 Sơ đồ khối cấu trúc chi tiết của mạng GSM có cung cấp GPRS

Dịch vụ vô tuyến gói đa năng GPRS ( General Packet Radio Service) hỗ trợdịch vụ số liệu gói tốc độ cao cho GSM với tốc độ dữ liệu của nó có thể lên tới 115,2kbit/s bằng cách dùng 8 khe thời gian GPRS khác HSCSD ở chỗ nó là hệ thốngchuyển mạch gói, do đó nó không sử dụng tài nguyên vô tuyến một cách liên tục màchỉ thực hiện khi nó có số liệu cấp phát như vậy là nhiều người sử dụng có thể sửdụng chung một tài nguyên vô tuyến GPRS đặc biệt thích hợp với các ứng dụngkhông cần thời gian thực như email, lướt web Triển khai hệ thống GPRS thì tốn kémhơn hệ thống HSCSD vì mạng này cần các thành phần mới cũng như cần sửa đổi cácthành phần hiện có

2.4.4 Tốc độ dữ liệu nâng cao cải tiến cho GSM (EDGE)

Bước tiếp theo là cải tiến GSM thành Tốc độ dữ liệu nâng cao cho sự phát triểnGSM hay toàn cầu (EDGE) tăng tốc độ dữ liệu lên tới 384 kbit/s với 8 khe thời gian.Thay vì 14,4 kbit/s cho mỗi khe thời gian, EDGE đạt tới 48 kbit/s cho mỗi khe thời

gian bằng cách EDGE sử dụng một phương pháp điều chế mới là 8PSK EDGE là mộtphương thức nâng cấp hấp dẫn đối với các mạng GSM vì nó chỉ yêu cầu một phầnmềm nâng cấp trạm gốc Nó không thay thế phương pháp điều chế khoá dịch tối thiểuGaussian (GMSK) mà GSM sẽ sử dụng cả nó và GMSK Các thuê bao có thể tiếp tục

sử dụng máy di động cũ của mình nếu không cần được cung cấp chất lượng dịch vụ tốthơn Nếu EDGE được sử dụng cùng với GPRS thì sự kết hợp này được gọi là GPRSnâng cấp (EGPRS) còn sự kết hợp EDGE và HSCSD được gọi là ECSD

Hình 2.6 Cấu trúc hệ thống GPRS có sử dụng EDGEMục đích ban đầu của EDEG là nâng cao tốc độ dữ liệu của GSM bằng cácphương pháp điều chế nâng cao nhưng do điều này làm tăng phạm vi dịch vụ nênEDGE đã được xem như là một hệ thống 3G EDGE được dùng làm bước chuyển tiếpsang 3G hoặc dùng làm công nghệ để cung cấp tính liên tục dịch vụ từ một ô 3G sangGSM Do đó mặc dù các hệ thống 3G thực sự mang lại nhiều nhiều các dịch vụ đa phươngtiện mới nhưng EDEG có thể là một lựa chọn tốt cho các hệ thống 3G trong những khuvực xác định cho các nhà khai thác không có bản quyền 3G

2.4.5 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 W-CDMA

Bước phát triển tiếp theo là lên đến hệ thống 3G W-CDMA Với hệ thống này

sẽ có một giao diện vô tuyến mới là giao diện vô tuyến băng thông rộng WCDMA sửdụng băng tần 5MHz để đạt được tốc độ dữ liệu lên tới 2 Mbit/s Đây là hệ thống thíchhợp hơn cho việc cung cấp dữ liệu chuyển mạch gói Mạng này sẽ liên kết với mạngGSM, cụ thể là : Thứ nhất, nó sẽ sửa các giao diện vô tuyến GSM để có thể truyền phát

các thông tin của hệ thống CDMA, mạng W-CDMA cũng truyền được dữ liệu củaGSM Thứ hai, nó có khả năng lập các 2G MSC/VLR để điều khiển truy nhập vô tuyênbăng rộng UTRAN Thứ ba, các thành phần miền chuyển mạch kênh CS có thể điềukhiển các thuê bao 2G và 3G Về dịch vụ, lúc đầu 3G sẽ cung cấp các dịch vụ giốngnhư 2G nhưng về sau các dịch vụ này sẽ chuyển sang miền chuyển mạch gói PS Đồngthời mạng có xu hướng, tách biệt các kết nối trong điều khiển và dịch vụ và chuyển đổimạng tiến đến tất cả IP Trong đó, CAMEL là Logic cải tiến mạng di động với cácứng dụng cải tiến cho nó khả năng truyền thông tin dịch vụ cho các mạng, trong tươnglai, phần lớn CAMEL sẽ liên quan đến tất cả các chuyển tiếp giữa các mạng.

Dưới đây là cấu trúc một hệ thống W-CDMA theo 3GPP Realease 99 Chi tiếtcũng như những vấn đề kĩ thuật cơ bản của hệ thống này sẽ được trình bày cụ thể ở cácphần và các chương tiếp theo

Đối với 3GPP phiên bản R4, mạng thông tin di động thế hệ 3 W-CDMA đượcđưa ra với sự tách biệt về điều khiển kết nối và dịch vụ kết nối cho miền chuyển mạchkênh mạng lõi và các dịch vụ thoại thì dùng chuyển mạch gói (VOIP); các cuộc gọichuyển mạch kênh thay đổi thành các cuộc gọi chuyển mạch gói trong MGW; CAMEL

sẽ có một kết nối đến các thành phần miền PS Trong đó xuất hiện thêm một số thànhphần mới như: Cổng phương tiện MGW - một thành phần để duy trì chức năng chuyểnmạch thực thi và kết nối khi yêu cầu; MSC server - một thành phần điều khiển MGW

Về kỹ thuật truyền tải: R99 dựa trên ATM, R4, R5 : dựa trên IP Tất cả các lưu lượng từ UTRAN đều dựa trên IP Cụ thể R4 có cấu trúc NGN trong khi R5/R6 có các

hệ thống con IP đa phương tiện

Dưới đây là cấu trúc hệ thống theo hai phiên bản R99 và R4

Hình 2.7 Cấu trúc hệ thống W-CDMA theo 3GPP phiên bản 99

Hình 2.8 Cấu trúc hệ thống W-CDMA theo 3GPP phiên bản 4

Hiện tại cả châu Âu và Nhật Bản đều đang thử nghiệm và triển khai W-CDMA,công nghệ này đang phát triển nhanh trên con đường thương mại hoá

CHƯƠNG 3 CẤU TRÚC HỆ THỐNG W-CDMA VÀ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ

3.1 Cấu trúc hệ thống WCDMA

Phần này sẽ xem xét tổng quan cấu trúc hệ thống UMTS/IMT-2000, cơ sở cấutrúc hệ thống cho W-CDMA Hệ thống này sử dụng cùng một cấu trúc như hệ thốngthế hệ hai Cấu trúc này bao gồm các phần tử mạng logic và các giao diện Hệ thốngnày có thể được phân chia thành 3 phần lớn là Thiết bị người sử dụng (UE), mạng giaodiện truy cập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) và mạng lõi(CN)

Hình 3.1 Cấu trúc chi tiết hệ thống W-CDMA

3.1.1 Thiết bị người sử dụng UE

Hình 3.2 Cấu trúc UEThiết bị người sử dụng UE gồm 2 phần :

- Thiết bị di dộng ( ME- Mobile Equipment) là đầu cuối vô tuyến được sử dụngcho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu

- Môđun nhận dạng thuê bao UMTS (USIM – UMTS Subscriber IdentityModule) là một thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng thuê bao, thực hiện các thuậttoán nhận thực và lưu giữ các khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiếtcho đầu cuối

Cu

UE

Giao diện giữa ME và USIM là Cu, giao diện này tuân theo một khuôn dạngtiêu chuẩn cho các thẻ thông minh.

3.1.2 Mạng lõi CN

Như trong hình vẽ mô tả cấu trúc mạng UMTS, một mạng CN (Core Network)gồm 5 thành phần, được kết nối với mạng truy nhập qua giao diện Iu và kết nối vớimạng ngoài ( PSTN,PLMN…).Cấu trúc mạng lõi được đưa ra với các tiêu chuẩn khácnhau, trong phần này sẽ đưa ra cấu trúc mạng theo tiêu chuẩn 3GGP R99 - đây là hệtiêu chuẩn đầu tiên, trong đó thể hiện một hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng vớimạng lõi CN được nâng cấp từ GSM Mạng lõi sử dụng hạ tầng GSM và phần mở rộngGPRS để sử dụng cho các dịch vụ gói

Hình 3.3 Cấu trúc mạng lõi CNCác phần tử chính của mạng lõi như sau:

- HLR là một cơ sở dữ liệu được đặt tại hệ thống chủ nhà của người sử dụng đểlưu giữ thông tin chính về hồ sơ dịch vụ của người sử dụng gồm có: thông tin về các

PLMN PSTN / ISDN

Mạng IP ngoài2G/3G

Iu (CS)

2G/3GMSC

dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và thông tin về các dịch vụ bổsung như trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi.

- MSC/VLR là tổng đài MSC và cơ sở dữ liệu để cung cấp dịch vụ chuyển mạchkênh cho UE tại vị trí hiện thời của nó Chức năng của MSC là sử dụng các giao dịchchuyển mạch kênh CS và chức năng của VLR là lưu giữ bản sao về hồ sơ người sửdụng cũng như vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ Phần mạng đượctruy nhập qua MSC/VLR thường được gọi là vùng CS

- GMSC ( Gateway MSC) là chuyển mạch tại điểm kết nối UMTS PLMN vớimạng CS bên ngoài

- SGSN: có chức năng giống như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch

vụ chuyển mạch gói PS Phần mạng được truy nhập qua SGSN thường được gọi làmiền dịch vụ chuyển mạch gói PS

- GGSN có chức năng giống như GMSC nhưng có liên quan đến các dịch vụchuyển mạch gói PS

3.1.3 Mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN)

Hình 3.4 Cấu trúc mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN)

UTRAN bao gồm một hay nhiều hệ thống con mạng vô tuyến ( RNS : RadioNetwork Subsystem) Một RNS là một mạng con và gồm một bộ điều khiển mạng vôtuyến RNC và một hay nhiều nút B Các RNC kết nối với nhau bằng giao diện Iur CácRNC và các nút B được kết nối với nhau bằng giao diện Iub

một MSC và một SGSN) và kết cuối giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC(giao thức này định nghĩa các bản tin và thủ tục giữa MS và UTRAN Nó đóng vai trònhư BSC.

Vai trò logic của RNC: RNC điều khiển nút B được biểu thị như là RNC Điềukhiển của nút B RNC Điều khiển chịu trách nhiệm điều khiển tải và tránh nghẽn chocác ô của mình

Khi một kết nối MS-UTRAN sử dụng nguồn tài nguyên từ nhiều RNS, RNCtham dự vào kết nối này có hai vai trò logic riêng biệt

- RNC phục vụ (SRNC-Serving RNC) : đối với mỗi MS, đây là RNC kết cuối

cả đường nối Iu để truyền số liệu người sử dụng và cả bao hiệu RANAP ( RadioAccess Network Application Part: Phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến) tươngứng từ/tới mạng lõi SRNC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến:giao thức báo hiệu giữa UE và UTRAN Nó xử lí số liệu từ lớp L2 tới giao diện vôtuyến Các thao tác quản lí tài nguyên vô tuyến như sắp xếp các thông số vật mangtruy nhập vô tuyến vào các thông số kênh truyền tải của một nút B nào đó được MS

sử dụng để kết nối với UTRAN

- RNC trôi ( DRNC- Drif RNC) là một RNC bất kì khác với SRNC để điềukhiển các ô được MS sử dụng Khi cần DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân chia ởtầm vĩ mô DRNC không thực hiện xử lí L2 đối với số liệu tới/từ giao diện vô tuyến

mà chỉ định tuyến số liệu trong suốt giữa các giao diện Iub và Iur Một UE không cóthể có hoặc có một hay nhiều DRNC

- Nút B (Trạm gốc) : Các chức năng chính của nút B là thực hiện xử lí L1 củagiao diện vô tuyến ( mã hoá kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ….) Nó cũngthực hiện một phần khai thác quản lí tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suấtvòng trong Về phần chức năng, nó giống như trạm gốc ở GSM Lúc đầu nút B được sửdụng như là một thuật ngữ tạm thời trong quá trình chuẩn hoá nhưng sau đó thì khôngthay đổi tên đó nữa

3.1.3.2 Các đặc tính chính của UTRAN

- Hỗ trợ UTRA (Truy cập vô tuyến mặt đất UMTS) và tất cả các chức năng liênquan Đặc biệt là vấn đề chuyển giao mềm và các thuật toán quản lí tài nguyên vôtuyến đặc thù W-CDMA

- Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh và chuyểnmạch gói bằng một ngăn xếp giao diện vô tuyến duy nhất và bằng cách sử dụng cùngmột giao diện để kết nối từ UTRAN đến hai vùng PS và CS của mạng lõi

- Đảm bảo tính chung nhất với GSM khi cần thiết

- Sử dụng truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN

3.1.4 Các mạng ngoài và giao diện

Các mạng ngoài có thể được chia thành 2 nhóm:

- Các mạng chuyển mạch kênh CS: các mạng này đảm bảo các kết nối chuyểnmạch kênh giống như các dịch vụ điện thoại Ví dụ PSTN, ISDN

- Các mạng chuyển mạch gói PS: các mạng này đảm bảo các kết nối cho các dịch

vụ chuyển mạch gói Ví dụ như mạng INTERNET

Trong sơ đồ cấu trúc trên, các tiêu chuẩn UMTS không định nghĩa chi tiết cácchức năng bên trong các phần tử mạng nhưng lại đưa ra định nghĩa về giao diện giữacác phần tử mạng, cụ thể như sau:

- Giao diện Cu: đây là giao diện giữa USIM và ME Giao diện này tuân theomột khuôn dạng tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh

- Giao diện Uu: đây là giao diện vô tuyến W-CDMA và là giao diện mà qua đó

UE truy nhập các phần tử cố định của hệ thống Vì thế nó là giao diện mở quan trọngnhất ở UMTS

- Giao diện Iu : đây là giao diện giữa UTRANvà CN Giống như các giao diệntương ứng ở GSM là giao diện A (ở chuyển mạch kênh) và Gb( ở chuyển mạch gói),

Iu cung cấp khả năng cho các nhà khai thác mạng có thể lắp đặt các thiết bị của cácnhà sản xuất khác nhau trong UTRAN và CN

- Giao diện Iur: đây là một giao diện mở, cho phép chuyển giao mềm giữa cácRNC từ các nhà sản xuất khác nhau

- Giao diện Iub: kết nối giữa một nút B và một RNC UMTS là hệ thống điệnthoại di động đầu tiên trong đó giao diện giữa bộ điều khiển và trạm gốc được tiêuchuẩn hoá như là một giao diện mở hoàn toàn

Qua các phân tích trên, có thể đưa ra sơ đồ khối cấu trúc tổng quan của mạngUMTS có tương thích với GSM Sơ đồ khối này rất quan trọng bởi vì nó đưa ra quátrình phát triển từ GSM pha 2+ đến UMTS ở đây có thể nhìn thấy các giao diện khácnhau của GSM và UMTS nhập vào một mạng xương sống

Trong sơ đồ khối này, MSC và GMSC là cho mạng GSM chuyển mạch kênh.Bởi vì GSM pha 2 + sẽ bao gồm cả GPRS nên điều khiển dữ liệu gói nên có cả SGSN

và GGSN Các thành phần mạng lõi khác như AuC, HLR , VLR và EIR vẫn cung cấp

cả mạng số liệu gói và chuyển mạch kênh Do đó mạng lõi UMTS được cấu trúc từmạng GSM pha 2 + được nâng cấp tăng công suất lên để có thể điều khiển lưu lượngUMTS mức cao hơn, tốc độ bít lớn hơn Dưới mạng lõi UMTS là GSM BSS vàUMTS RNS Mạng UMTS sử dụng cùng một mạng lõi với GSM và có giao diện giữaRNC và MSC, SGSN và RNC là Iucs, Iups và Iur

Hình 3.5 Sơ đồ khối cấu trúc tổng quan của mạng UMTS phát triển từ GSM

3.1.5 Cấu trúc phân lớp của W-CDMA

Cấu trúc phân lớp của W-CDMA được xây dựng trên cơ sở tiêu chuẩn củaUMTS như sau: