Hệ thống thông tin di động

Cost of moving from GSM to cdmaOne overrides the benefit of the CDMA migration pathSource: U.S.. Các ph ươ ng th c đa truy nh p ứ ậ  FDMA: Frequency Division Multiple Access đa truy nhâ

Thông tin di đ ng ộ

 GSM, CdmaOne and 3G Systems,

Raymond Steele, Chin-Chun Lee, Peter Gould

 GSM, Switching, Services and Protocols,

John Wiley & Sons

 Website c a t p chí b u chính vi n thông, đ a ch : ủ ạ ư ễ ị ỉ

http://www.tapchibcvt.gov.vn/

 http://www.google.com

 http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_mobile_phones

Ph n 1 ầ

ξ1 L ch s phát tri n ị ử ể

Gi i thi u chung ớ ệ :

 H th ng thông tin di đ ng t bào s ệ ố ộ ế ố (Digital Cellular mobile communication systems) hay còn g i là h th ng ọ ệ ố thông tin di đ ng ộ (mobile systems) là h th ng liên l c ệ ố ạ

v i nhi u đi m truy nh p khác nhau ớ ề ể ậ (access points, or base stations) trên m t vùng đ a lý hay còn goi là các cell ộ ị

 Ngu i s d ng có th di chuy n trong vùng ph sóng ờ ử ụ ể ể ủ

c a các tr m (base station) ủ ạ

ξ1 L ch s phát tri n ị ử ể

 Ra đ i vào nh ng năm 1920 ( là các ph ờ ữ ươ ng ti n thông tin ệ

gi a các đ n v c nh sát M ) ữ ơ ị ả ỹ

 1982 s d ng k thu t TDMA là Nhóm đ c trách di đông ử ụ ỹ ậ ặ

GSM ( G roup S pecial M obile) sau này đ ượ c đ i thành H ổ ệ

th ng di đ ng toàn c u ( ố ộ ầ G lobal S ystem for M obile

ξ1 L ch s phát tri n ị ử ể

 F irst G eneration ( 1G )

 H th ng thông tin di đ ng t ệ ố ộ ươ ng t s d ng ph ự ử ụ ươ ng th c ứ

đa truy nh p phân chia theo t n s FDMA và đi u ch t n ậ ầ ố ề ế ầ

 AMPS: Advanced Mobile Phone System tri n khai t i B c ể ạ ắ

M vào năm 1978 t i băng t n 800 MHz.ỹ ạ ầ

 TDMA, CDMA băng h p (NarrowBand) ẹ

 Chuy n m ch: chuy n m ch kênh (Circuit Switching).ể ạ ể ạ

ξ1 L ch s phát tri n ị ử ể

 M t s h th ng đi n hình: ộ ố ệ ố ể

 GSM: (Global System for Mobile Phone) - TDMA Tri n khai ể

t i Châu Âu.ạ

– TDMA Tri n khai t i Mể ạ ỹ

Qu c.ố

 PDC (Personal Digital Cellular) – TDMA, Tri n khai t i Nh t ể ạ ậ

B n.ả

 EDGE - Enhance Data rate for GSM Evolution

 H tr t c đ bit cao h n GPRS trên n n GSM (384 kbps) ỗ ợ ố ộ ơ ề

 D ch v đa ph ị ụ ươ ng ti n, k t n i qua Internet, ví d nh : ệ ế ố ụ ư

 Video Streaming, video conference, web browsing, email, navigational maps

Cost of moving from GSM to cdmaOne overrides the benefit of the CDMA migration path

Source: U.S Bancorp Piper Jaffray

 GSM is used by 70% of subscribers worldwide

 564 M subs / 800 M subs in July 2001

 Most GSM deployments in Europe (59%) and Asia (33%)

 ATT & Cingular deploying GSM in US today

Number of subscribers

in the world (Jul 2001)

GSM 71%

US TDMA 10%

CDMA 12%

PDC 7%

Source: EMC World Cellular / GSM Association

ξ2 C u trúc h th ng ấ ệ ố

ξ2 C u trúc h th ng ấ ệ ố

Trong đó :

 HLR : H ome L ocation R egister: b đăng ký đ nh v thộ ị ị ường trú

 VLR : V isited L ocation R egister: b đăng ký đ nh v t m trúộ ị ị ạ

 AuC : Au thentication C enter: Trung tâm nh n th cậ ự

 MSC : M obile S witching C enter: Trung tâm chuy n m ch di ể ạ

đ ngộ

ξ3 Khái ni m t bào ệ ế

 Cell – t bào hay ô: là đ n v c s c a m ng, t i đó tr m di ế ơ ị ơ ở ủ ạ ạ ạ

đ ng MS ti n hành trao đ i thông tin v i m ng qua tr m thu phát ộ ế ổ ớ ạ ạ

ξ3 Khái ni m t bào ệ ế

Trạm thu phát gốc BTS  – Base  Transceiver 

Station

Tế bào ­ cell

ξ3 Khái ni m t bào ệ ế

 Ph ươ ng th c ph sóng: ứ ủ

 Đ nh y thu - Receive Sensitivity: ộ ạ

 M c công su t t i thi u mà t i đó máy thu v n nh n ứ ấ ố ể ạ ẫ ậ

đ ượ c tín hi u ệ

 Đ n v : [dBm] ơ ị

thu là -96 dBm

ξ4 Các ph ươ ng th c đa truy nh p ứ ậ

 FDMA: Frequency Division Multiple Access

đa truy nhâp phân chia theo t n sầ ố

 TDMA: Time Division Multiple Access

đa truy nhâp phân chia theo th i gianờ

 CDMA: Code Division Multiple Access

đa truy nhâp phân chia theo mã

Ph n 2 ầ

ξ2.1 C u trúc h th ng GSM ấ ệ ố

 M ng thông tin di đ ng m t đ t công c ng PLMN (Public Land ạ ộ ặ ấ ộ Mobile Network) theo chu n GSM đ ẩ ượ c chia thành 3 (4) phân h ệ chính sau:

 Phân h chuy n m ch - ệ ể ạ NSS

 Network Switching Subsystem

 Phân h vô tuy n - ệ ế RSS = BSS + MS

 Radio SubSystem

 Phân h v n hành và b o d ệ ậ ả ưỡ ng - OMS

 Operation and Maintenance Subsystem

ξ2.1 C u trúc h th ng GSM ấ ệ ố

msc

iwf

ec eir

pstn

ms

Me sim

Kết nối mang thông tin báo hiệu /điều khiển Kết nối mang thông tin người sử dụng và báo hiệu IWF: InterWorking Function ­ Khối tương tác mạng EC: Echo Canceler ­ Khối triệt tiếng vọng

Omc­ s Omc­ r

1 Tr m di đ ng MS - Mobile Station ạ ộ

 Tr m di đ ng ạ ộ MS = ME + SIM

 ME : Mobile Equipment - thi t b di đ ngế ị ộ

 SIM: Subscriber Indentity Module

Module nh n d ng thuê bao ậ ạ

B đi u khi n tr m g c BSC ộ ề ể ạ ố

 BSC: Base Station Controller

 B đi u khi n tr m g c BSC th c h ên các ch c ộ ề ể ạ ố ự ị ứ năng sau:

 Đi u khi n m t s tr m BTS: x lý các b n tin báo hi u, ề ể ộ ố ạ ử ả ệ

đi u khi n,v n hành & b o dề ể ậ ả ưỡng đi/đ n BTS.ế

 Kh i t o k t n i.ở ạ ế ố

 Đi u khi n chuy n giao:Intra & Inter BTS HOề ể ể

 K t n i đ n MSC, BTS và OMC.ế ố ế

BSS = TRAU + BSC + BTS

Tr m thu phát g c BTS ạ ố

 BTS : Base Tranceiver Station

ho c ặ BS : Base Station

 Tr m thu phát g c BTS th c h ên các ch c năng sau: ạ ố ự ị ứ

 Thu phát vô tuy n (Radio Carrier Tx and Rx)ế

 Ánh x kênh logic vào kênh v t lý ạ ậ

( Logical to physical Ch Mapping )

 Mã hóa/gi i mã hóa (Coding/Decoding)ả

 M t mã hóa/gi i m t mã hóa(Ciphering/Deciphering)ậ ả ậ

 Đi u ch / gi i đi u ch (Modulating/ Demodulating)ề ế ả ề ế

C u hình BSS ấ

BTS BTS

BSC

BTS BTS

BTS

BTS

1 2

3 4

B TRAU (XCDR) ộ

TRAU: Transcoding and Rate Adaption Unit

ho c ặ XCDR : TransCoDeR

chuyển đổi mã

1 2 3 4

1 TS  1 kênh

thoại: 64 kbps

1 TS (64kbps)

  4 kênh (16kbps)

2 Phân h chuy n m ch NSS ệ ể ạ

B đ nh v t m trú VLR ộ ị ị ạ

“VLR là c s d li u trung gian l u gi t m th i ơ ở ữ ệ ư ữ ạ ờ

thông tin v thuê bao trong vùng ph c v MSC/VLR ề ụ ụ

đ ượ c tham chi u t c s d li u HLR” ế ừ ơ ở ữ ệ

Trung tâm nh n th c AuC ậ ự

“AuC (AC) là c s d li u l u gi mã khóa cá nhân ơ ở ữ ệ ư ữ

Ki c a các thuê bao và t o ra b ba tham s nh n ủ ạ ộ ố ậ

th c ‘triple: RAND, Kc,SRES’ khi HLR yêu c u ự ầ

đ ti n hành quá trình nh n th c thuê bao” ể ế ậ ự

AuC: Aunthentication Center

• M t thi t b s có s IMEI thu c 1 trong 3 danh sách: ộ ế ị ẽ ố ộ

+ Danh sách tr ng (white list) -> valid ME ắ

+ Danh sách đen (black list) -> stolen ME

+ Danh sách xám (gray list) -> ME is fauly or do not meet curent GSM specifications

3 Phân h v n hành và b o d ệ ậ ả ưỡ ng OMS

OMS:  Operation and  M aintenance  S ubsystem

Trung tâm v n hành và b o d ậ ả ưỡ ng OMC

OMC: 

   O peration and        

   M aintenance  

   C enter

Trung tâm v n hành và b o d ậ ả ưỡ ng OMC

C u trúc m ng GSM ấ ạ

KV1: Các tỉnh miền Trung từ  Quảng trị đến Khánh hòa và  

tỉnh Tây nguyên

Vùng 3

Vùng ph sóng - ủ Vinaphone

ξ2.2 Phân c p vùng ph c v ấ ụ ụ

GSM Service Area

Vùng ph c v PLMN ụ ụ

Vùng đ nh v LAI ị ị

Mobile country Code (MCC)

Mobile Network Code  (MNC)

Location Area Code (LAC)

Mobile country

Code (MCC)

Cell Identity (CI)

Mobile Network Code (MNC)

ξ 2.3. Các giao diện trong mạng GSM

Khái ni m ệ

 Giao di n - Interface ệ :

”Là ranh gi i gi a các th c th ch c năng ( ớ ữ ự ể ứ functional

entities) t i đó khuôn d ng d li u ( ạ ạ ữ ệ protocols) và quá trình trao đ i thông tin ( ổ procedure) đ ượ c chu n ẩ

hóa”

GSM’s interfaces

Quá trình x lý tín hi u tho i GSM ử ệ ạ

Speech

coding

Channel Coding

ption

Encry- leaving

Inter-Burst assembly

lator

Modu-Speech

decoding

Channel De- Coding

ption

Decry- leaving

Deinter-Burst disasse- mbly

ulator

Demod-T C H

transmitter

receiver

Mã hóa ngu n ồ

Mã hóa kênh

M t mã ậ hóa

Ghép xen

T o ạ

c m ụ

Đi u ề chế

tho i ạ

S T1

2

…

T2 4

I T0

…

…

…

T4 8

T4 9

T5 0

4.615 ms

120 ms

Phân c p c u trúc khung - Frame hierarchy ấ ấ

3 h 28 min 53.76 s

Kênh l u l ư ượ ng - TCH

Kênh đi u khi n - CCH ề ể

ξ2.5 S ử ụ d ng l i t n s ạ ầ ố

 Khái ni m:ệ

 Số kênh t n s là h u h n ầ ố ữ ạ

 S d ng l i t n s là vi c c p phát cùng m t nhóm t n s vô ử ụ ạ ầ ố ệ ấ ộ ầ ố tuy n t i các v trí đ a lý khác nhau trong m ng mà không làm nh ế ạ ị ị ạ ả

h ưở ng đ n ch t l ế ấ ượ ng k t n i t i giao di n vô tuy n do nhi u ế ố ạ ệ ế ễ

đ ng kênh và nhi u kênh lân c n gây nên ồ ễ ậ

Trong m ng GSM, m i tr m BTS đ ạ ỗ ạ ượ c c p ấ phát m t nhóm t n s vô tuy n ộ ầ ố ế

Các tr m thu phát g c BTS lân c n đ ạ ố ậ ượ c c p ấ phát các nhóm kênh vô tuy n không trùng v i ế ớ các kênh c a BTS li n k ủ ề ề

Khoảng cách giữa hai cell lân cận 2μ

Kho ng cách s d ng l i t n s D ả ử ụ ạ ầ ố

Kho ng cách s d ng l i t n s D ả ử ụ ạ ầ ố

D = khoảng cách giữa hai cell đồng kênh

Khoảng cách sử dụng lại tần số D

V i site phân cung 120 ớ 0 thì :

0

Site A

A1

A2 A3

B2 B3

A1

A2

B2 B3

C1

C2 C3

A1

A2

B2 B3

C1

C2 C3

ξ 5. Chu trình cuộc gọi và chuyển giao

 0912345678 

Chu trình cu c g i ộ ọ Call sequence: MTC

HCM

Mobile Terminating Call (1)

Chuy n giao cu c g i – HO (Hand Over) ể ộ ọ

BSC BSC BSC

BTS BTS BTS BTS

MS MS MS MS

1

ξ2.9 GPRS

General Packet Radio Service

D ch v vô tuy n gói chung ị ụ ế

Base Station Subsystem

GMSC

Network Subsystem

AUC EIR HLR

Base Station Subsystem

 SGSN: Serving GPRS Support Node

Nút h tr d ch v GPRSỗ ợ ị ụ

- Qu n lý di đ ngả ộ

- M t mã và nénậ

- Đóng gói và truy n d n góiề ẫ

 GGSN: Gateway GPRS Support Node

Nút h tr c ng GPRS ỗ ợ ổ

- Liên k t gi a các m ngế ữ ạ

- Đ nh tuy n d li uị ế ữ ệ

Ph n 3 ầ

3G and UMTS/WCDMA

M c tiêu ụ

 Mô t các yêu c u chính c a UMTS/WCDMAả ầ ủ

 Li t kê các phiên b n chính c a chu n UMTS và cái mà phiên ệ ả ủ ẩ

Tài li u tham kh o ệ ả

Garavaglia, Kevin P Murray, and Kenneth R Baker,

editors WCDMA (UMTS) Deployment Handbook, Wiley

& Sons, Ltd., 2006 (ISBN 13: 978-0-470-03326-5) (ISBN

10: 0-470-03326-6)

Communications, Artech House, 2001 (ISBN 10:

158053287X)

Specifications, ftp://ftp.3gpp.org/Specs

T GSM đ n UMTS ừ ế

3G hay IMT-2000 là gì?

 T ch c ITU (International Telecommunication Union) đ nh nghĩa các yêu ổ ứ ị

c u tr ng y u cho các d ch v vi n thông di đ ng qu c t (International ầ ọ ế ị ụ ễ ộ ố ế Mobile Telecommunications 2000 / IMT-2000), th ườ ng đ ượ c bi t đ n ế ế

nh … ư

3G

ITU thông qua h chu n th a mãn đ ọ ẩ ỏ ượ c tiêu chí c a IMT-2000 ủ

 Các yêu c u 3G ầ

o Kh năng h th ng c i thi n, t ả ệ ố ả ệ ươ ng thích v i h th ng 2G, h tr đa ớ ệ ố ỗ ợ

ph ươ ng ti n, các d ch v d li u gói t c đ cao th a mãn các tiêu chí ệ ị ụ ữ ệ ố ộ ỏ sau:

− 2 Mb/s trong môi tr ườ ng c đ nh ho c trong tòa nhà ố ị ặ

− 384kb/s trong môi tr ườ ng thành ph ho c v i ng ố ặ ớ ườ i đi b ộ

− 144kb/s trong môi tr ườ ng di đ ng di n r ng ộ ệ ộ

UMTS là gì ?

 Universal Mobile Telecommunications System – UMTS

 Là m t chu n IMT-2000 - gi i pháp vô tuy n di đ ng 3G ộ ẩ ả ế ộ

 Đ ượ c thi t k đ có th đ ế ế ể ể ượ c tri n khai s d ng l i ph n l n ể ử ụ ạ ầ ớ

WCDMA là gì?

 WCDMA = wideband code division multiple access

 WCDMA (còn được bi t đ n nh UTRA-FDD) có các kênh ế ế ư

riêng r m i kênh r ng 5MHz đẽ ỗ ộ ược dành cho liên l c c ạ ở ả

uplink và downlink

 WCDMA là công ngh m ng truy nh p vô tuy n (radio access ệ ạ ậ ếnetwork –RAN) trong chu n UMTSẩ

 R t nhi u ngấ ề ườ ử ụi s d ng t UMTS nh WCDMA ừ ư

 Bài gi ng này dùng t WCDMA đ ch t i công ngh t i giao ả ừ ể ỉ ớ ệ ạ

di n vô tuy n s d ng trong UMTS, và UMTS đ ch t i m t ệ ế ử ụ ể ỉ ớ ộ

h th ng hoàn ch nhệ ố ỉ

M ng UMTS ạ

D i t n đ ả ầ ượ c c p phát cho UMTS-WCDMA ấ

Băng thông UMTS-WCDMA

Ai đ nh nghĩa các chu n UMTS/WCDMA ? ị ẩ

Các phiên b n và đ c tính 3GPP ả ặ

Con đ ườ ng phát tri n băng r ng di đ ng đã đ ể ộ ộ ượ c hình thành thành công

T GSM đ n WCDMA – d ch v d li u ừ ế ị ụ ữ ệ

T GSM đ n WCDMA – s phát tri n c a ừ ế ự ể ủ

t c đ d li u ố ộ ữ ệ

Ki n trúc m ng UMTS ế ạ

Ki n trúc m ng UMTS ế ạ

Thi t b ng ế ị ườ i dùng (UE)

 Universal subscriber Indentity

Module (USIM)

 ứ ng d ng đ qu n lý thông tin ụ ể ả đăng ký hòa m ng c a UE và ạ ủ các ch c năng authentication ứ

 Thi t b di đ ng (Mobile ế ị ộ

Equipment)

M ng truy nh p vô tuy n m t đ t toàn c u ạ ậ ế ặ ấ ầ (UTRAN)

 UTRAN = Universal terrestrial radio access network

M ng lõi (CN- core network) ạ

Topology m ng UMTS – quy ho ch m ng ạ ạ ạ

Ph n 4 ầ

Đ i t ố ượ ng h c h i c a ph n ọ ỏ ủ ầ

 Mô t gói giao th c AS/NAS trong phiên b n 99 UMTSả ứ ả

 Gi i thích s khác bi t gi a m t ph ng ki m soát và m t ả ự ệ ữ ặ ẳ ể ặ

ph ng ngẳ ườ ử ụi s d ng

 Mô t các ch c năng giao th c c a t ng truy nh p chính ả ứ ứ ủ ầ ậ

 Gi i thích các ch c năng kênh c a Rel99 chính và ánh x c a ả ứ ủ ạ ủchúng

Giao th c báo hi u UMTS ứ ệ

Gói giao th c báo hi u UE ứ ệ

M t ph ng ki m soát chuy n m ch kênh ặ ẳ ể ể ạ

M t ph ng ki m soát chuy n m ch gói ặ ẳ ể ể ạ

M t ph ng ng ặ ẳ ườ i dùng chuy n m ch kênh ể ạ

M t ph ng ng ặ ẳ ườ i dùng chuy n m ch gói ể ạ

V a truy nh p ỉ ậ

 Ki m soát liên k t vô tuy n (RLC – radio link control) ể ế ế

 Ki m soát truy nh p môi tr ể ậ ườ ng truy n d n ( MAC - medium ề ẫ access control)

 L p 1 – l p v t lýớ ớ ậ

L p 3 - Ki m soát ngu n tài nguyên vô ớ ể ồ tuy n RRC ế

 Ki m soát v a truy nh pể ỉ ậ

 Thông báo và nh n tinắ

 Báo cáo và ki m soát đo đ cể ạ

 Qu n lý k t n i RRCả ế ố

 Qu n lý bearer vô tuy nả ế

 Thông tin h th ng qu ng báệ ố ả

L p 2 – PDCP và BMC ớ

 Giao th c h i t d li u gói (PDCP)ứ ộ ụ ữ ệ

 Nén header c a gói IP ủ

 Không s d ng cho d ch v chuy n m ch kênh ử ụ ị ụ ể ạ

 Ki m soát phát đa đi m/qu ng bá (BMC)ể ể ả

 H tr các b n tin phát qu ng bá trong t bào, bao g m: ỗ ợ ả ả ế ồ

 Vi c phát các b n tin BMC đ n UE ệ ả ế

 Chuy n phát các b n tin qu ng bá trong t bào đ n l p cao h n ế ả ả ế ế ớ ơ (NAS)