báo cáo tiểu luận môn thông tin di động đề tài kiến trúc mạng di động 3g

Điện thoại di động giờ đây không chỉ là thiết bị dùng để liên lạc mà đó còn là thiết bị đa phương tiện, đáp ứng hầu hết mọi nhu cầu về thông tin của người dùng.Để đáp ứng được nhu cầu củ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BÁO CÁO TIỂU LUẬNMÔN THÔNG TIN DI ĐỘNGĐề tài: Kiến Trúc Mạng Di Động 3G

Ngành: CNKT Điện tử - Viễn thôngGiảng viên hướng dẫn : TS Phạm Duy PhongSinh viên thực

Diểm số,chữ

Nguyễn cao KỳD15DTVT

Giảng viên chấm thi: TS Phạm Duy Phong

1.2 Đặc điểm của công nghệ mạng 3G 7

CHƯƠNG 2 KIẾN TRÚC , CHỨC NĂNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN MẠNG DI ĐỘNG 3G 10

2.1 thiết bị đầu cuối mạng UMTS 10

2.2 phân hệ vô tuyến UTRAN (UMTS Radio Access Network) 10

2.3 phân hệ mạng lõi CN (Core Network) 11

2.3.1 Các khối chức năng của môđun chuyển mạch kênh CS 12

2.3.2 Các khối chức năng mô đun chuyển mạch gói PS 12

2.3.3 Các mô đun sử dụng chung cho CS và PS 12

2.4 kiến trúc chung của một hệ thống thông tin di động 3G 12

2.5 Các giao diện trong mạng 14

2.6 kiến trúc 3G W-CDMA UMTS R3 15

2.6.1 Mạng truy nhập vô tuyến UMTS 17

2.6.4.6 Môi trường nhà 19

2.6.5 Các mạng ngoài 20

2.6.6 Các giao diện 21

2.7 Kiến trúc 3G W-CDMA UMTS R4 21

2.8 Kiến trúc 3G W-CDMA UMTS R5-R6 23

CHƯƠNGG 3 ƯU ĐIỂM , ỨNG DỤNG VÀ TRIỂN VỌNG CỦA MẠNG DI ĐỘNG 3G 25

3.1 Tốc độ truy cập internet nhanh hơn 25

3.2 Hỗ trợ video cuộc gọi và truyền dữ liệu đa phương tiện 25

3.3 Cải thiện khả năng kết nối di động và đa dạng hóa dịch vụ 26

3.4 Sự phát triển của dịch vụ V di động dựa trên 3G 26

3.5 công nghệ 3G trong tương lai 27

KẾT LUẬN 29

TÀI LIỆU THAM KHẢO 30

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Bảng tổng quan 3G/IMT-2000………8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ,ĐỒ THỊ

Hình 1 Kiến trúc tổng quát của một mạng

di động kết hợp cả CS và PS………13Hình2 Kiến trúc W-CDMA UMTS R3……… 15Hình 3 Vai trò logic của SRNC và DRNC………18Hình 4 Kiến trúc mang phân bố của phát hành

3GPPR4………22Hình 5 Kiến trúc mạng 3GPP R5 và R6………24Hình 6 Chuyển đổi dần từ R4 sang R5……… 25

MỞ ĐẦU

Ngày nay, không mấy ai là không biết đến thuật ngữ “Internet/ mạng máy tính”cũng như lợi ích mà nó đem lại, tuy nhiên không ai có thể biết được cấu trúc, đặc điểmhay các khai thác cụ thể của nó Chính vì vậy, Trường Đại học Điện Lực đã đưa vào chương trình giảng dạy bộ môn “Thông Tin Di Động” nhằm cung cấp thêm kiến thức, thông tin và kỹ năng trong việc sử dụng “Internet” cho sinh viên.Tại Việt Nam trong những năm gần đây, ngành công nghiệp viễn thông nói chungvà thông tin di động nói riêng đã có những bước phát triển vượt bậc Điện thoại di động giờ đây không chỉ là thiết bị dùng để liên lạc mà đó còn là thiết bị đa phương tiện, đáp ứng hầu hết mọi nhu cầu về thông tin của người dùng.

Để đáp ứng được nhu cầu của người dùng, các công nghệ thông tin di động đãđược ra đời và ngày càng phát triển, ban đầu với công nghệ 0G, 1G đã cho phép mọi người liên lạc đơn giản, sau đó là công nghệ 2G cho phép sử dụng một số dịchvụ đa phương tiện, rồi tiếp theo là 3G với sự phổ biến rất rộng rãi Công nghệ mạng 3G đã cho phép rất nhiều dịch vụ đa phương tiện như truyền hình ảnh, âm thanh chất lượng cao Hiện nay, chúng ta đang sử dụng công nghệ 4G, thậm chí là 5G với tốc độ nhanh hơn Tuy vậy, mạng 3G vẫn được coi là một bước ngoặt lớn trong sự phát triển của dịch vụ di động.

Mạng di động 3G đóng vai trò quan trọng trong việc định hình cách chúng ta liên kết và truy cập thông tin trong thế giới hiện đại Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ, việc hiểu rõ về kiến trúc của mạng di động 3G không chỉ là một yêu cầu mà còn là một điều cần thiết để giải quyết các thách thức và tận dụng những cơhội trong lĩnh vực truyền thông và kết nối di động.

Mở đầu tiểu luận này, chúng ta sẽ khám phá sâu hơn về kiến trúc của mạng di động3G, từ nguồn gốc của công nghệ này đến cấu trúc cơ bản của nó Bằng cách làm điều này, chúng ta sẽ hiểu rõ hơn về cách mạng 3G đã thúc đẩy sự phát triển của việc truy cập internet di động, video gọi và các dịch vụ nâng cao khác, đồng thời cung cấp nền tảng cho việc phát triển các thế hệ mạng di động tiếp theo.

Trong quá trình học tập và nghiên cứu bộ môn “Thông Tin Di Động”, em quyết định lựa chọn đề tài: “Kiến trúc mạng di động 3G”, nhằm có thêm

thông tin hiểu biết về chủ thể “Mạng 3G” nói riêng cũng như nội dung học phần nói chung mặc dù còn nhiều thiếu sót, mong nhận được nhận xét và góp ý từ giảngviên giảng dạy.

Xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 3G1.1 Giới thiệu về mạng 3G-UMTS

1.1.1 Khái niệm

Mạng 3G còn được biết đến là thế hệ thứ ba (third-generation) của chuẩn công nghệ di động Tính năng của nó là cho phép thực hiện thao tác truyền đi các dữ liệu thoại như nghe, gọi, nhắn tin, và cả các dữ liệu ngoài thoại bao gồm tin nhắn nhanh, gửi email, hình ảnh, tải tệp,

1.1.2 Lịch sử phát triển

Giống như trong 2G, sự phát triển của mạng di động 3G cũng liên quan đến nỗ lực phối hợp của một số công ty viễn thông và tuân thủ các tiêu chuẩn để đảm bảo rằngcông nghệ sẽ có thể tương tác và có thể tiếp cận được với nhiều người dùng

hơn.Việc nghiên cứu và phát triển công nghệ 3G bắt đầu vào đầu những năm 1980 và được thực hiện bởi Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) Các tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật của công nghệ đã được phát triển trong 15 năm, và các thông số kỹ thuật trong đó đã được công bố rộng rãi với tên gọi IMT-2000 Tháng 10 năm sau, công ty ra mắt dịch vụ 3G thương mại đầu tiên chạy trên mạng W-CDMA và được đổi tên thành FOMA (Freedom of Mobile Multimedia Access) High Speed Sự ra mắt tiền thương mại toàn cầu đầu tiên của mạng 3G là ở Nhật Bản bởi NTT Docomo vào năm 1998, nó có sẵn lần đầu tiên vào tháng 5 năm 2001 dưới dạng bản phát hành trước (thử nghiệm) của công nghệ W-CDMA Ngày 28 tháng 6 năm 2001NTT DoCoMo ra mắt dịch vụ 3G thử nghiệm.Tuy nhiên, công nghệ này đã chứng kiến sự chấp nhận chậm chạp của người tiêu dùng sau lần ra mắt đầu tiên, song khi đó mạng 2G bắt đầu có hiệu lực và mang lại một số thay đổi cần thiết nhưcải thiện độ rõ ràng của cuộc gọi, lưu lượng truy cập nhiều hơn, giảm yêu cầu điện năng và thiết bị cầm tay kiểu dáng đẹp hơn Đây là nền tảng đầu tiên cho việc áp dụng 3G.Cuối cùng, công nghệ 3G bắt đầu được áp dụng và triển khai rộng rãi trênnhiều quốc gia trên toàn cầu Nhật Bản là quốc gia đầu tiên triển khai hệ thống mạng 3G rộng khắp Nepal là quốc gia đầu tiên ở Đông Nam Á triển khai 3G Cuốicùng, mạng 3G đã được các công ty viễn thông trên khắp các quốc gia ở Châu Âu, Châu Á, Châu Mỹ và Châu Phi chấp nhận.Đến năm 2007, theo Hiệp hội các nhà cung cấp di động toàn cầu (GSA), 190 mạng viễn thông 3G đã hoạt động trên 40 quốc gia và 154 mạng HSDPA đã hoạt động tại 71 quốc gia

1.2 Đặc điểm của công nghệ mạng 3G

Điểm mạnh của công nghệ này so với công nghệ 2G và 2.5G là cho phép truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, hình ảnh chất lượng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở các tốc độ khác nhau Với công nghệ 3G, các nhà cung cấp có thể mang đến cho khách hàng các dịch vụ đa phương tiện như: âm nhạc chấtlượng cao; hình ảnh video chất lượng và truyền hình số; email; video streaming; High-ends games; các dịch vụ định vị toàn cầu (GPS) Tăng dung lượng hệ thống so với các công nghệ trước

−Tương thích ngược với các hệ thống thông tin di động trước đây (gọi là 2G)- Hỗ trợ đa phương tiện

− Dịch vụ dữ liệu gói tốc độ cao, với các tiêu chuẩn về tốc độ truyền dữ liệu được xác định

● >2Mbps khi đứng yên hay ở trong khu vực nội thị● >384Kbps ở khu vực ngoại vi

● >144Kbps ở khu vực nông thôn

● > Với thông tin vệ tinh - khả năng phủ sóng rộng - tốc độ truyền số liệu có khả năng thay đổi

Bảng1(Bảng tổng quan 3G/IMT-2000)

Bốn tiêu chuẩn 3G thương mại chính● W-CDMA

+ Tiêu chuẩn W-CDMA là nền tảng của chuẩn UMTS (Universal Mobile

Telecommunication System), dựa trên kỹ thuật CDMA trải phổ dãy trực tiếp, trướcđây gọi là UTRA FDD, được xem như là giải pháp thích hợp với các nhà khai thác dịch vụ di động (Mobile network operator) sử dụng GSM, tập trung chủ yếu ở châuÂu và một phần châu Á (trong đó có Việt Nam) UMTS được tiêu chuẩn hóa bởi tổchức 3GPP, cũng là tổ chức chịu trách nhiệm định nghĩa chuẩn

cho GSM, GPRS và EDGE.

+ FOMA, thực hiện bởi công ty viễn thông NTT DoCoMo Nhật Bản năm 2001, được coi như là một dịch vụ thương mại 3G đầu tiên Tuy nhiên, tuy là dựa trên công nghệ W-CDMA, công nghệ này vẫn không tương thích với UMTS (mặc dù có các bước tiếp hiện thời để thay đổi lại tình thế này).

● CDMA 2000

+ Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, là thế hệ kế tiếp của các chuẩn 2G CDMA và IS-95 Các đề xuất của CDMA2000 nằm bên ngoài khuôn khổ GSMtại Mỹ, Nhật Bản và Hàn Quốc CDMA2000 được quản lý bởi 3GPP2, là tổ chức độc lập với 3GPP Có nhiều công nghệ truyền thông khác nhau được sử dụng trongCDMA2000 bao gồm 1xRTT, CDMA2000-1xEV-DO và 1xEVDV.

+ CDMA 2000 cung cấp tốc độ dữ liêu từ 144 kbit/s tới trên 3 Mbit/s Chuẩn này đã được chấp nhận bởi ITU.

+ Người ta cho rằng sự ra đời thành công nhất của mạng CDMA-2000 là tại KDDI của Nhật Bản, dưới thương hiệu AU với hơn 20 triệu thuê bao 3G Kể từ năm 2003, KDDI đã nâng cấp từ mạng CDMA2000-1x lên mạng CDMA2000-1xEV-DO (EV-DO) với tốc độ dữ liệu tới 2.4 Mbit/s Năm 2006, AU dự kiến nâng cấp mạng lên tốc độ Mbit/s SK Telecom của Hàn Quốc đã đưa ra dịch vụ

CDMA2000-1x đầu tiên năm 2000, và sau đó là mạng 1xEV-DO vào tháng 2 năm 2002.

+ Chuẩn TD-CDMA và W-CMDA đều là những nền tảng của UMTS, tiêu chuẩn hóa bởi 3GPP, vì vậy chúng có thể cung cấp cùng loại của các kênh khi có thể Cácgiao thức của UMTS là HSDPA/HSUPA cải tiến cũng được thực hiện theo chuẩn TD-CDMA

● TD-SCDMA

+ Chuẩn được ít biết đến hơn là TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) đang được phát triển tại Trung Quốc bởi các công ty Datang và Siemens, nhằm mục đích như là một giải pháp thay thế cho

WCDMA.Nó thường xuyên bị nhầm lẫn với chuẩn TD-CDMA Cũng giống như TD-CDMA, chuẩn này dựa trên nền tảng UMTS-TDD hoặc IMT 2000

TimeDivision(IMT-TD) Tuy nhiên, nếu như TD-CDMA hình thành từ giao thức mang cũng mang tên TD-CDMA, thì TD-SCDMA phát triển dựa trên giao thức của S-CDMA.

CHƯƠNG 2 KIẾN TRÚC , CHỨC NĂNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN MẠNG DI ĐỘNG 3G

2.1 thiết bị đầu cuối mạng UMTS

Một thiết bị đầu cuối người dùng trong UMTS tương ứng với MS trong GSM đượcgọi là UE (User Equipment) thực hiện chức năng truyền thông cần thiết trên giao diện vô tuyến cũng như thực hiện một số chức năng quản lý và truyền tải các yêu cầu tới mạng lỗi Một UE thường là một máy điện thoại thông minh (smartphone), hoặc một thiết bị PDA, hoặc là cổng USB 3G kết nối với máy tính.

Kiến trúc của một UE gồm 2 môđun chức năng Chức năng thực hiện xử lý tín hiệuở giao diện vô tuyến (thực hiện chức năng truyền thông) được ký hiệu là ME (mobile equipment) và thẻ USIM (UMTS Subscriber Identity Module) MẸ thực hiện hoàn toàn chức năng vật lý cho giao diện vô tuyến như điều chế và giải điều chế tín hiệu Thẻ USIM thực hiện một số tính năng được liệt kê như sau :

– Các tính năng quản lý di động (mobility management) như cập nhật vị trí, – Các tính năng quản lý nhận dạng (identity management) bao gồm nhận dạng (identifying), xác thực (authenticating), ủy thác (authorizing) và mật mã

(encryption) Các chứng năng này đều phục vụ mục đích bảo mật của mạng.Bên cạch các tính năng quản lý trên, USIM mang các thông tin về số nhận dạng thuê bao IMSI

(International Mobile Subscriber Identity) và số MSISDN (Mobile Station International ISDN Number).

Vai trò của các số IMSI và MSISDN ghi nội dung tương tự như ghi trong thẻ SIM của mạng GSM.

2.2 phân hệ vô tuyến UTRAN (UMTS Radio Access Network)

Phân hệ vô tuyến trong mạng UMTS được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network), nó bao gồm một hoặc nhiều phân hệ vô tuyến phụ RNS (Radio Network Subsystem) Một phân hệ vô tuyến phụ RNS bao gồm hai phần tử cơ bản là trạm gốc NodeB và bộ điều khiển phân hệ vô tuyến RNC (Radio

Network Controllers) Phân hệ vô tuyến UTRAN cho phép UE giao tiếp với phân hệ mạng lõi CN (core network) thông qua các giao diện luB với phía NodeB và giao điện luCs và luPS đối với phía mạng lõi Các bộ điều khiển RNC được giao tiếp với nhau thông qua chuẩn IuR

- Node B : Trong UMTS trạm gốc được gọi là nút B và nhiệm vụ của nó là thực hiện

kết nối vô tuyến vật lý giữa đầu cuối với nó Nó nhận tín hiệu trên giao diện Iub từRNC và chuyển nó vào tín hiệu vô tuyến trên giao diện Uu Nó cũng thực hiện

một số thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như "điều khiển công suất vòngtrong" Tính năng này để phòng ngừa vấn đề gần xa; nghĩa là nếu tất cả các đầucuối đều phát cùng một công suất, thì các đầu cuối gần nút B nhất sẽ che lấp tínhiệu từ các đầu cuối ở xa Nút B kiểm tra công suất thu từ các đầu cuối khác nhauvà thông báo cho chúng giảm công suất hoặc tăng công suất sao cho nút B luônthu được công suất như nhau từ tất cả các đầu cuối.

-Radio Network Controller (RNC): RNC (Radio Network Controller) chịu trách nhiệm cho một hay nhiều trạm gốc và điều khiển các tài nguyên của chúng Đây cũng chính là điểm truy nhập

dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho CN Nó được nối đến CN bằng hai kết nối, mộtcho 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 nhận thực và thỏa thuận khóa, các khoá bảo mật và toàn vẹn được đặtvào RNC Sau đó các khóa này được sử dụng bởi các hàm an ninh f8 và f9.

RNC có nhiều chức năng logic tùy thuộc vào việc nó phục vụ nút nào.

Người sử dụng được kết nối vào một RNC phục vụ (SRNC: Serving RNC) Khingười sử dụng chuyển vùng đến một RNC khác nhưng vẫn kết nối với RNC cũ,một RNC trôi (DRNC: Drift RNC) sẽ cung cấp tài nguyên vô tuyến cho người sửdụng, nhưng RNC phục vụ vẫn quản lý kết nối của người sử dụng đến CN Vai tròlogic của SRNC và DRNC được mô tả Khi UE trong chuyển giaomềm giữa các RNC, tồn tại nhiều kết nối qua Iub và có ít nhất một kết nối qua Iur.Chỉ một trong số các RNC này (SRNC) là đảm bảo giao diện Iu kết nối với mạnglõi còn các RNCkhác (DRNC) chỉ làm nhiệm vụ định tuyến thông tin giữa các Iub và Iur.

Chức năng cuối cùng của RNC là RNC điều khiển (CRNC: Control RNC) Mỗi nútBcó một RNC điều khiển chịu trách nhiệm cho các tài nguyên vô tuyến của nó+ RNC phục vụ (Serving RNC): Đây là RNC kết nối cả đường lưu lượngvà báo hiệu RANAP với mạng lõi.SRNC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển tàinguyên vô tuyếngiữa UE và UTRAN, xử lý số liệu lớp 2 (L2) từ/tới giao diện vôtuyến SRNC của Node B này cũng có thể là CRNC của một Node B khác.+ RNC trôi (Drift RNC): Đây là RNC bất kỳ khác với SRNC, để điều khiểncác ô được MS sử dụng Khi cần, DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân chia ởphân tập vĩ mô DRNC không thực hiện xử lý ở lớp 2 đối số liệu từ/tới giao diện vôtuyến mà chỉ định tuyến số liệu một cách trong suốt giữa các giao diện Iub và Iur.Một UE có thể không có hoặc có một hay nhiều DRNC -Nút B.Chức năng chính của Node B là xử lý lớp vật lý (L1) ở giao diện vô tuyến như mã hóa kênh, đan xen, trải phổ, điều

chế Thực hiện một số thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như "điều khiểncông suất vòng trong".Kiểm tra công suất thu từ các đầu cuối khác nhau và

thông báo cho chúng giảmcông suất hoặc tăng công suất sao cho nút B luôn thu được công suất như nhau từ tất cả các đầu cuối Kiến trúc mạng

2.3 phân hệ mạng lõi CN (Core Network)

Phân hệ mạng lõi của mạng 3G UMTS bao gồm hai môđun là môđun chuyển mạchkênh SC (Circuit switched) và mô đun chuyển mạch gói (Packet switched), trong đó môđun chuyển mạch kênh SC là sự kế thừa của mạng GSM, tức cuộc gọi được duy trì liên tục thông qua kênh chuyển mạch trong suốt quá trình cuộc gọi Đối với mô đun chuyển mạch gói PS thực hiện cho việc chuyển mạch với dữ liệu là các gói Công nghệ này cũng tương tự như công nghệ chuyển mạch thực hiện trong mạng GPRS, bản chất các gói sẽ được chuyển mạch theo phương thức định tuyến để tới đích.

2.3.1 Các khối chức năng của môđun chuyển mạch kênh CS

Môđun chuyển mạch kênh CS bao gồm các khối chức năng như sau:

+,Trung tâm chuyển mạch MSC (Mobile switching centre) có chức năng hoàn toàngiống như mạng GSM, tức thực hiện chức năng chuyển mạch kênh.

+,Công kết nối GMSC (Gateway MSC): là cổng giao diện với mạng PTSN và ISDN

2.3.2 Các khối chức năng mô đun chuyển mạch gói PS

Các khối chức năng của mô đun chuyển mạch gói bao gồm :

- Môđun SGSN (Serving GPRS Support Node): là mô đun được phát triển từ mạngGPRS, sau đó được tiếp tục phát triển ở mạng UMTS Các tỉnh năng cơ bản của SGSN bao gồm: giao tiếp với RNC và GGSN, quản lý di động (Mobility

management), quản lý tính cước,

Môđun GGSN (Gateway GPRS Support Node): là phần tử trung tâm của mạng chuyển mạch gói UMTS Bản chất có thể xem là bộ định tuyến Bộ GGSN thực hiện chức năng chuyển mạch gói trong nội mạng UMTS cũng như định tuyến các gói tin đến mạng Internet.

2.3.3 Các mô đun sử dụng chung cho CS và PS

- Thanh ghi định vị thường trú HLR: là thanh ghi chứa tất cả các thông tin quản lý thuê bao, bao gồm: vị trí cập nhật của UE được sử dụng cho RNC và NodeB ghi tỉm gọi thuê bao Vị trí thuê bao được cập nhật ngay cả khi thuê bao không thực hiện cuộc gọi, tuy nhiên phải bật máy.

Thanh ghi định danh thiết bị EIR (Equipment identity register): quyết định có cho phép thuê bao được vào mạng hay không, dựa vào thông tin định dạng thuê bao IMEI được lưu trữ trong thẻ USIM và đăng ký trong thanh ghi EIR.

- Trung tâm xác thực AuC (Authentication centre): là cơ sở dữ liệu được bảo mật, chữa khóa xác thực của người sử dụng.

2.4 kiến trúc chung của một hệ thống thông tin di động 3G

Mạng thông tin di động (TTDĐ) 3G lúc đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển mạch 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 được thay thế bằng chuyển mạch gói Các dịch vụ kể cả số liệu lẫn thời gian thực (như tiếng và video) cuối cùng sẽ được truyền trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch gói

Hình 1 dưới đây cho thấy thí dụ về một kiến trúc tổng quát của TTDĐ 3G kết hợp cả

CS và PS trong mạng lõi.

Hình 1 Kiến trúc tổng quát của một mạng di động kết hợp cả CS và PS

RAN: Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyếnBTS: Base Transceiver Station: trạm thu phát gốc

BSC: Base Station Controller: bộ điều khiển trạm gốcRNC: Rado Network Controller: bộ điều khiển trạm gốcCS: Circuit Switch: chuyển mạch kênh

PS: Packet Switch: chuyển mạch gói

SMS: Short Message Servive: dịch vụ nhắn tinServer: máy chủ

PSTN: Public Switched Telephone Network: mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

PLMN: Public Land Mobile Network: mang di động công cộng mặt đất

-Các miền chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS) được thể hiện bằng một nhóm các đơn vị chức năng lôgic: trong thực hiện thực tế các miền chức năng này được đặt vào các thiết bị và các nút vật lý Chẳng hạn có thể thực hiện chức năng chuyển mạch kênh CS (MSC/GMSC) và chức năng chuyển mạch gói (SGSN/GGSN) trong một nút duy nhất để được một hệ thống tích hợp cho phép chuyển mạch và truyền dẫn các kiểu phương tiện khác nhau: từ lưu lượng tiếng đến lưu lượng số liệu dung lượng lớn 3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications

thứ nhất sử dụng công nghệ đa truy nhập WCDMA (Wide Band Code Devision Multiple Acces: đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng) được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Network: mạng truy nhập vô tuyến 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 công nghệ EDGE của GSM) Tài liệu chỉ xét đề cập đến công nghệ duy nhất trong đó UMTS được gọi là 3G WCDMA UMTS

2.5 Các giao diện trong mạng

-Giao diện Iub :Giao diện Iub là một giao diện quan trọng nhất trong số các giao diện của hệ thống mạng UMTS Sở dĩ như vậy là do tất cả các lưu lượng thoại và số liệu đều được truyền tải qua giao diện này, cho nên giao diện này trở thành nhântố ràng buộc bậc nhất đối với nhà cung cấp thiết bị đồng thời việc định cỡ giao diện này mang ý nghĩa rất quan trọng Đặc điểm của giao diện vật lý đối với BTS dẫn đến dung lượng Iub với BTS có một giá trị quy định Thông thường để kết nối với BTS ta có thể sử dụng luồng E1, E3 hoặc STM1 nếu không có thể sử dụng luồng T1, DS-3 hoặc OC-3 Như vậy, dung lượng của các đường truyền dẫn nối đến RNC có thể cao hơn tổng tải của giao diện Iub tại RNC.Chẳng hạn nếu ta cần đấu nối 100BTS với dung lượng Iub của mỗi BTS là 2,5 Mbps, biết rằng cấu hình cho mỗi BTS hai luồng 2 Mbps và tổng dung lượng khả dụng của giao diện Iub sẽ là 100 x 2 x 2 = 400 Mbps Tuy nhiên tổng tải của giao diện Iub tại RNC vẫn là 250 Mbps chứ không phải là 400 Mbps.

- Giao diện Iur Ta có thể thấy rõ vị trí của giao diện Iur trong cấu hình của phần tử của mạng UMTS Giao diện Iur mang thông tin của các thuê bao thực hiện chuyển giao mềm giữa hai Node B ở các RNC khác nhau Tương tự như giao diện Iub, độ rộng băng của giao diện Iur gần bằng hai lần lưu lượng do việc chuyển giao mềm giữa hai RNC gây ra.

- Giao diện Iu : Giao diện Iu là giao diện kết nối giữa mạng lõi CN và mạng truy nhập vô tuyến UTRAN Giao diện này gồm hai thành phần chính là:

Giao diện Iu-CS: Giao diện này chủ yếu là truyền tải lưu lượng thoại giữa RNC và MSC/VLR Việc định cỡ giao diện Iu-CS phụ thuộc vào lưu lượng dữ liệu chuyển mạch kênh mà chủ yếu là lượng tiếng.

Giao diện Iu-PS: Là giao diện giữa RNC và SGSN Định cỡ giao diện này phụ thuộc vào lưu lượng dữ liệu chuyển mạch gói Việc định cỡ giao diện này phức tạphơn nhiều so với giao diện Iub vì có nhiều dịch vụ dữ liệu gói với tốc độ khác nhautruyền trên giao diện này

-Giao diện Uu :Đây là giao diện không dây (duy nhất) của mạng UMTS Tất cả giao diện khác đều có dây dẫn hết Liên lạc trên giao diện này dựa vào kỹ thuật FDD/TDD WCDMA Thật ra, nếu nhìn trên tổng thể kiến trúc mạng UMTS ta sẽ thấy là "nút cổ chai" của mạng UMTS chính là ở capacity của giao diện Uu này

Nó sẽ giới hạn tốc độ truyền thông tin của mạng UMTS Nếu ta có thể tăng tốc độ data rate của giao diện này thì ta có thể tăng tốc độ của mạng UMTS Thế hệ tiếp theo của UMTS đã sử dụng OFDMA kết hợp MIMO thay vì WCDMA để tăng tốc độ

2.6 kiến trúc 3G W-CDMA UMTS R3

-WCDMA UMTS R3 hỗ trợ cả kết nối chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói: đến 384 Mbps trong miền CS và 2Mbps trong miền PS Các kết nối tốc độ cao này đảm bảo cung cấp một tập các dich vụ mới cho người sử dụng di động giống như trong các mạng điện thoại cố định và Internet Các dịch vụ này gồm: điện thoại có hình (Hội nghị video), âm thanh chất lượng cao (CD) và tốc độ truyền cao tại đầu cuối Một tính năng khác cũng được đưa ra cùng với GPRS là "luôn luôn kết nối" đến Internet UMTS cũng cung cấp thông 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), mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial Radio

Network), mạng lõi (CN: Core Network) (xem hình 2) 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 Subscriber Identity Module) UTRAN gồm các hệ thống mạng vô tuyến (RNS: Radio Network System) và mỗi RNS bao gồm RNC (Radio Network Controller: bộ điều khiển mạng vô tuyến) và các nút B nối với nó Mạng lõi CNbaogồm miền chuyển mạch kênh, chuyển mạch 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: Bộ ghi định vị thường trú)và EIR (Equipment Identity Register: Bộ ghi nhận dạng thiết bị).

Hình2 Kiến trúc W-CDMA UMTS R3

1 Thiết bị người sử dụng (UE)

UE (User Equipment: thiết bị người sử dụng) là đầu cuối mạng UMTS của ngườisử dụng Có thể nói đây là phần hệ thống có nhiều thiết bị nhất và sự phát triển củanó sẽ ảnh hưởng lớn lên các ứng dụng và các dịch vụ khả dụng Giá thành giảmnhanh chóng sẽ tạo điều kiện cho người sử dụng mua thiết bị của UMTS Điều này