đồ án kỹ thuật viễn thông Đề tài NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CHUYẾN ĐỔI LÊN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ CDMA.DOC

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CHUYẾN ĐỔI LÊN MẠNG THƠNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ CDMA I Tình hình chuẩn hố 3G giới Xu hướng phát triển hệ thống thông tin di động giới Hệ thống thông tin di động hệ thứ sử dụng công nghệ đa truy nhập theo tần số (FDMA) hệ thống tế bào tương tự dung lượng thấp có dịch vụ thoại, tồn hệ thống NMT (Bắc Âu), TACS ( Anh), AMPS (Mỹ) Đến năm 1980 trở nên tải nhu cầu số người sử dụng ngày tăng lên Lúc này, nhà phát triển công nghệ di động giới nhận định cần phải xây dựng hệ thống tế bào hệ mà hồn tồn sử dụng cơng nghệ số Đó phải hệ thống xử lý tín hiệu số cung cấp dung lượng lớn, chất lượng thoại cải thiện, đáp ứng dịch truyền số liệu tốc độ thấp Các hệ thống 2G GSM (Global System for Mobile CommunicationChâu Âu) hệ thống D-AMPS (Mỹ) sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, IS-95 Mỹ Hàn Quốc sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA băng hẹp Mặc dù hệ thống thông tin di động 2G coi tiến đáng kể gặp phải hạn chế sau: Tốc độ thấp (GSM 10Kbps) tài nguyên hạn hẹp Vì cần thiết phải chuyển đổi lên mạng thông tin di động hệ để cải thiện dịch vụ truyền số liệu, nâng cao tốc độ bit tài nguyên chia sẻ… Mạng thông tin di động 2G thành công việc cung cấp dịch vụ tới người sử dụng toàn giới, số lượng người sử dụng tăng nhanh nhiều so với dự kiến ban đầu Có thể đưa thống kê tăng trưởng thị trường di động phân đoạn theo cơng nghệ sau: Hình 1.1: Thống kê tăng trưởng thị trường di động phân loại theo công nghệ Căn số liệu thống kê ta thấy GSM chuẩn vô tuyến di động 2G số lượng thuê bao lớn toàn giới Nhưng tốc độ liệu bị hạn chế số lượng người dùng tăng lên đặc biệt người sử dụng đa phương tiện có nguy không đáp ứng đủ nhu cầu thị trường Mặt khác, hệ thống thông tin di động ngày phát triển, không số lượng người sử dụng điện thoại di động tăng lên, mở rộng thị trường, mà người sử dụng đòi hỏi dịch tiên tiến không dịch vụ gọi thoai dịch vụ số liệu tốc độ thấp có mạng 2G Nhu cầu thị trường phân loại thành lĩnh vực sau:  Dịch vụ liệu máy tính(Computer Data):  Số liệu máy tính (Computer Data)  E-mail  Truyền hình ảnh thời gian thực (Real time image transfer)  Đa phương tiện (Multimedia)  Tính tốn di động (Computing)  Dịch vụ viễn thông (Telecommunication)  Di động (Mobility)  Hội nghị truyền hình (Video conferencing)  Điện thoại hình (Video Telephony  Các dịch vụ số liệu băng rộng (Wide band data services)  Dich vụ nội dung âm hình ảnh (Audio- video content)  Video on demand  Các dịch vụ tương tác hình ảnh (Interactive video services)  Báo điện tử (Electronic newspaper)  Mua bán từ xa (Teleshopping)  Các dịch vụ internet giá trị gia tăng (Value added internet services  Dịch vụ phát truyền hình (TV & Radio contributions) Những lý thúc đẩy tổ chức nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin di động giới tiến hành nghiên cứu áp dụng thực tế chuẩn cho hệ thống thông tin di động: Thông tin di động 2,5G 3G 2.Các tổ chức chuẩn hoá 2.5 G 3G giới 2.1 Giới thiệu chung tổ chức chuẩn hoá Trong lĩnh vực, muốn áp dụng công nghệ phạm vi toàn giới phải xây dựng tiêu chuẩn cho cơng nghệ để bắt buộc nhà cung cấp dịch vụ, nhà sản xuất thiết bị hay nhà khai thác phải tuân thủ nghiêm ngặt tiêu chuẩn cơng nghệ Việc xây dựng tiêu chuẩn cho công nghệ thường tổ chức hay quan có thẩm quyền nghiên cứu đưa dự thảo đề xuất nghiên cứu đánh giá Lĩnh vực thông tin di động khơng nằm ngồi ngun tắc chung Một vấn đề cần quan tâm lĩnh vực di động giới tồn nhiều công nghệ di động khác tồn phát triển cạnh tranh để chiếm lĩnh thị phần Nhu cầu thống công nghệ thành hệ thống thông tin di động xuất từ lâu, gặp phải nhiều khó khăntrở ngại Trên thức tế công nghệ di động khác song song tồn phát triển Điều đồng nghĩa với việc giới có nhiều tổ chức quan chuẩn hoá khác Hiện giới, tham gia vào việc chuẩn hố cho hệ thống thơng tin di động 2,5G 3G có tổ chức sau: • ITU-T (T-Telecommunications) Cụ thể nhóm SSG (Special Study Group) • ITU-R (R- Radio): Cụ thể nhóm Working Group 8F –WG8F • 3GPP: 3rd Global Partnership Project • 3GPP2: 3rd Global Partnership Project • IETF: Internet Engineering Task Forum • Các tổ chức phát triển tiêu chuẩn khu vực (SDO- Standard Development Organization) Ngoài cịn có tổ chức khác có tham gia nhà khai thác để thích ứng làm hài hoà sản phẩm sở tiêu chuẩn chung Các nhà khai thác tham gia nhằm xây dựng phát triển hệ thống thông tin di động cách hợp lý, phù hợp với thực tế khai thác Các tổ chức là: • OHG – Operator’s Harmonisation Group • 3G.IP: cụ thể Working Group 8G- WG8G • MWIF- Mobile Wireless Internet Forum Các tổ chức hoạt động theo hướng khác nhau, dựa tảng cơng nghệ khác có cấu trúc nguyên tắc hoạt động tương tự Tất tổ chức hướng tới mục tiêu chung xây dựng mạng thông tin di động 3G Đồng thời tổ chức có mối quan hệ hợp tác để giải vấn đề kết nối liên mạng chuyển vùng toàn cầu Hai tổ chức OHG MWIF đưa chuẩn để phát triển khả roaming ghép nối mạng lõi 2G: GSM-MAP ANS41 Mạng lõi ANSI-41 sử dụng hệ thống giao diện vô tuyến AMPS, IS-136 IS-95 Mạng lõi GSM-MAP sử dụng hệ thống giao diện vô tuyến GSM Cả mạng lõi phát triển lên 3G liên kết hoạt động với Sự xuất tổ chức OHG , 3G.IP MWIP cho thấy nỗ lực để xây dựng mạng lõi chung IP điều trở thành thực hệ thống 3,5G 4G xây dựng Cơng việc chuẩn hố xây dựng tiêu chuẩn cho ANSI-41 thực Uỷ ban TR.45.2 TIA trình phát triển mạng lên 3G thức nhóm xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật 3GPP2 Mạng lõi dựa ANSI-41 sử dụng mạng truy nhập vô tuyến dựa cdma2000 Công việc xây dựng tiêu chuẩn GSM tiến hành uỷ ban SMG ETSI làm cho phù hợp với yêu cầu Mỹ T1P1.5 Mối quan hệ giữ nguyên việc chuẩn hoá 3G Phát triển GSM lên 3G thực 3GPP làm hài hoà với yêu cầu Mỹ T1P1 Mạng lõi dựa GSM-MAP sử dụng mạng truy nhập vô tuyến dựa UTRA Như tổ chức chịu trách nhiệm việc xây dựng tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động 3G 3GPP 3GPP2 Hai tổ chức có nhiệm vụ hình thành phát triển kỹ thuật lĩnh vực riêng nhằm thoả mãn tiêu chuẩn kỹ thuật hệ thống thông tin di động 3G thống Phần đề cập tới tổ chức 2.2 3GPP Năm 1998, quan phát triển tiêu chuẩn SDO khu vực đồng ý thành lập tổ chức chịu trách nhiệm tiêu chuẩn hoá UMTS, đặt tên 3GPP ( 3rd Generation Partnership Project) Các thành viên sáng lập nên 3GPP bao gồm : • ETSI- European Telecommunication Standard Institute- Châu Âu • ARIB- Association of Radio Industry Board- Nhật Bản • TTA- Telecommunication Technology Association- Hàn Quốc • T1 Bắc Mỹ • TTC- Telecommunication Technology Committee- Nhật Bản • CWTS- China Wireless Telecommunication Standard group - Trung Quốc Ngồi cịn có đối tác tư vấn thị trường là: • 3G.IP Mỹ • GSA Anh • GSM Association Ireland • IPv6 Forum Anh • UMTS Forum Mỹ • 3G Americas Mỹ 3GPP cịn có số quan sát viên tổ chức phát triển tiêu chuẩn khu vực có đủ tiềm để trở thành thành viên thức tương lai Các quan sát viên là: • TIA – Telecommunications Industries Association -của Mỹ • TSACC- Telecommunications Standards Advisory Council of Canada -của Canada • ACIF- Australian Communication Industry Forum - Úc Các thành viên 3GPP thống rằng, công nghệ truy nhập vô tuyến hoàn toàn dựa WCDMA (Wideband CDMA), thành phần mạng phát triền tảng mạng thông tin di động hệ có với nguyên tắc tận dụng cao Vì mạng lõi dựa mơ hình GSM chứng tỏ hiệu sử dụng thực tế, đầu cuối 3G mang card tháo lắp để mang thông tin liên quan đến thuê bao chức cụ thể nhà cung cấp dịch vụ theo cách giống GSM sử dụng SIM 3GPP chia thành nhóm tiêu chuẩn kỹ thuật (TSG – Technical Specification Group) chịu trách nhiệm lĩnh vực định sau: • TSG-SA: dịch vụ kiến trúc • TSG-CN: tiêu chuẩn hố mạng lõi • TSG-T: thiết bị đầu cuối • TSG-GERAN: mạng truy nhập cho GSM 2,5G • TSG-RAN: mạng truy nhập cho 3G Các nhóm kỹ thuật quản lý nhóm phối hợp hoạt động dự án PCG (Project Co-ordination Group) Cấu trúc chức trình bày hình 2.2 Hình 1.2 Cấu trúc chức PCG TSG 3GPP Các tiêu chuẩn dành cho 3G mà 3GPP xây dựng phát triển dựa giao diện vô tuyến GSM-MAP UTRA WCDMA Khái niệm UTRA bao gồm chế độ hoạt động FDD TDD để hỗ trợ cách hiệu nhu cầu dịch vụ UMTS khác dịch vụ đối xứng khơng đối xứng Trong q trình đánh giá UTRA ETSI SMG2, việc khảo sát tập trung vào chế độ FDD Khái niệm TD-CDMA chấp thuận dùng cho chế độ TDDm chứa đựng hài hồ tham số FDD TDD Các tham số UTRA trình bày bảng 1.1 Đề xuất WCDMA ARIB bao gồm chế độ hoạt động, FDD TDD Chế độ FDD đề xuất giống với chế độ FDD ETSI UTRA Tuy nhiên, chế độ TDD thiết kế gần giống với chế độ FDD, chấp nhận số đặc trưng riêng biệt công nghệ điều khiển công suất vòng mở phân tập phát Sau định vào tháng năm 1998 cảu ETSI SMG, hệ thống truy nhập đổi tên TD-CDMA thay cho tên WCDMA trước đây, số nét đặc trưng TDMA kết hợp vào để tận dụng ưu điểm công nghệ TD-CDMA (Bảng 1.2) Bảng 1.1 Các tham số UTRAFDD TDD, ARIB WCDMA FDD TDD ETSI UTRA FDD TDD ARIB WCDMA FDD TDD Phương WCD pháp đa MA truy nhập TD-CDMA WCDMA TD-CDMA 3,84 Tốc độ chip Mcps 3,84 Mcps 3,84 (1,024/7,68/15,36) Mcps 3,84 (1,024/7,68/15,36) Mcps 5MHz 5MHz 5(1,25/10/20)MHz (1,25/10/20) MHz 10ms 10ms 10ms 10ms 15 15 15 15 Khơng tồn 625µs Khơng tồn 625µs QPSK QPSK QPSK/BPSK QPSK/BPSK QPSK QPSK QPSK/QPSK QPSK/QPSK 4-512 1,2,4,8,16 2-512 2-512 hàm cos hàm cos nâng r= 0,22 hàm cos nâng r= 0,22 hàm cos nâng r= 0,22 Khoảng cách sóng mang Độ dài khung Số lần điều khiển cơng suất khe thời gian Khoảng thời gian khe thời gian Điều chế số liệu (DL/UL) Điều chế trải phổ (DL/UL*) Hệ số trải phổ Dạng xung nâng r= 0,22 *DL/UL - đường xuống/đường lên 2.3 3GPP2 3GPP2 thành lập vào cuối năm 1998, với thành viên thức tổ chức phát triển sau tiêu chuẩn sau: • ARIB- Association of Radio Industry Board- Nhật Bản • CWTS- China Wireless Telecommunication Standard -của Trung Quốc • TIA- Telecommunication Industry Association – Của Bắc Mỹ • TTA- Telecommunication Technology Association- Của Hàn Quốc • TTC- Telecommunication Technology Council- Nhật Bản Ngoài tổ chức cịn có số đối tác tư vấn thị trường như: • CDG- The CDMA Development Group • MWIF- Mobile Wireless Internet Forum • IPv6 Forum Có thể nhận thấy thành phần tham gia quan chuẩn hoá 3GPP 3GPP2 giống nhau, khác điểm 3GPP có tham gia ETSI Vì dễ dàng suy bản, cấu trúc tổ chức, nguyên lý hoạt động quan gần giống Sự khác chủ yếu quan nằm đường để phát triển lên hệ thống 3G Về cấu trúc chức năng, trước hết 3GPP2 có ban đạo dự án- PCS (Project Steering Commitee) PSC quản lý tồn cơng tác tiêu chuẩn hố theo nhóm kỹ thuật –TSG 3GPP2 có nhóm TSG, bao gồm: • TSG-A: nghiên cứu hệ thống giao diện mạng truy nhập • TSG-C: CDMA2000 • TSG-S: khía cạnh dịch vụ hệ thống • TSG-X: hoạt động liên kết hệ thống Ta thấy cơng việc cơng việc 3GPP2 xây dựng tiêu chuẩn hoá CDMA2000 CDMA2000 cung cấp đường phát triển lên 3G cách sử dụng tiêu chuẩn TIA/EIA-95B có, bao gồm: • TIA/EIA-95B: tiêu chuẩn trạm di động giao diện vơ tuyến • IS-707: tiêu chuẩn cho dịch vụ số liệu(dạng gói, khơng đồng fax) • IS-127: tiêu chuẩn cho mã hố thoại tốc độ 8,5Kbps EVRC • IS-733: tiêu chuẩn cho mã hoá thoại tốc độ 13kbps • IS-637: tiêu chuẩn cho dịch vụ nhắn tin ngắn (SMS- Short Message Service) • IS-638: quản lý tham số việc kích hoạt qua khơng gian (hỗ trợ việc cấu hình kích hoạt dịch vụ trạm di động qua giao diện vơ tuyến) • IS-97 IS-98: tiêu chuẩn dành cho hoạt động mức tối thiểu • Cấu trúc kênh TIA/EIA-95 • Các tiêu chuẩn mở rộng cho cấu trúc kênh TIA/EIA-95B bổ trợ, lớp ghép kênh báo hiệu để hỗ trợ kênh phát quảng bá (Kênh hoa tiêu , kênh tìm gọi, kênh đồng bộ) • IS-634A: khơng chịu thay đổi quan trọng dùng cho CDMA2000; cấu trúc phân lớp CDMA2000 tích hợp với cấu trúc thành phần IS-634A • TIA/EIA-41D: khơng cần thay đổi nhiều sử dụng cho CDMA2000; cấu trúc phân tầng CDMA2000 tạo khả dễ tích hợp với dịch vụ giá trị gia tăng Các tiêu chuẩn 3GPP2 phát triển theo pha sau đây: • Pha 0: toàn tiêu chuẩn SDO hồn thiện • Pha 1: chủ yếu tiêu kỹ thuật cho Release để kế thừa toàn phần 2G IS-95A IS-95B Hoàn thiện vào năm 2000 • Pha 2: năm 2001 nhằm hỗ trợ khả IP Multimedia, phiên hoàn thiện năm 2002, phiên sau năm 2003 • Pha 3: thêm chức theo hướng mạng lõi IP Hiện giai đoạn khởi động • Ngồi ra, CDMA2000 1xEV 3GPP2 ITU thức chấp thuận 3G 2.3 Mối quan hệ 3GPP 3GPP2 ITU 3GPP 3GPP2 hợp tác lần đầu nhằm giải vấn đề kết nối liên mạng, chuyển vùng toàn cầu, tập trung vào khía cạnh chính: • Truy nhập vơ tuyến • Thiết bị đầu cuối • Mạng lõi Hoạt động hợp tác chủ yếu thông qua OGH nhóm ad hoc có tham gia bên 3GPP 3GPP2 Hiện nay, IETF nhân tố để với 3GPP giải hướng mạng lõi chung toàn IP.Mới đây, sau nghiên cứu HSDPA (3GPP) 1xEV-DO (3GPP2), hai tổ chức tiếp tục nỗ lực theo hướng mạng lõi IP chung qua họp năm 2002 ITU chịu trách nhiệm phối hợp hoạt động tổ chức tiêu chuẩn hoá, cụ thể đơn vị chịu trách nhiệm trực tiếp: • ITU-T SSG- Special Study Group • ITU-R WP8F- Working Party 8F Trong đó, ITU-T SSG có nhóm làm việc với vấn đề, giải 90% công tác chuẩn hoá mạng (Network Aspects), tập trung vào mảng: • Giao diện NNI • Quản lý di động • Yêu cầu giao thức • Phát triển giao thức Ngược lại, ITU-R WP8F có trách nhiệm giải 90% cơng tác chuẩn hố giao diện vơ tuyến tập trung vào nhiệm vụ : • Các tiêu tồn diện hệ thống IMT-2000 • Tiếp tục chuẩn hố tồn cầu cách kết hợp với quan tiêu chuẩn SDO Project (3GPP 3GPP2) • Xác định mục tiêu sau IMT-2000:3,5G 4G • Tâp trung vào phần mạng mặt đất (tăng tốc độ liệu, mạng theo hướng IP) • Phối hợp với ITU-R WP8P vệ tinh, với ITU-T ITU-D vấn đề liên quan Vai trò thành phần mối quan hệ tổ chức rút gọn sau: • 3GPP 3GPP2: đảm bảo phát triển công nghệ tiêu giao diện vơ tuyến cho tồn cầu; • Các tổ chức tiêu chuẩn khu vực –SDO: làm thích ứng tiêu chuẩn chung cho khu vực Kết xuất tiêu chuẩn IMT-2000 sở tiêu kỹ thuật 3GPP 3GPP2 10 F-CCCH F-BCCH F-CPCCH F-CACH F-SYNCH* F-PICH* F-TDPICH F-APICH F-ATDPICH Kênh điều khiển chung đường xuống Kênh điều khiển quảng bá Kênh điều khiển công suất chung Kênh phân công chung Kênh đồng Kênh hoa tiêu đường xuống Kênh hoa tiêu truyền phân tập Kênh hoa tiêu phụ Kênh hoa tiêu truyền phân tập phụ R-CCCH Kênh điều khiển chung đường lên R-PICH Kênh hoa tiêu đường lên Bảng 2.2 Ký hiệu kênh logic chuẩn IS-2000 Đường lên Ký hiệu kênh f-csch f-dsch f-dtch Đường xuống Ký hiệu kênh r-csch Tên kênh Kênh báo hiệu chung đường xuống Kênh báo hiệu riêng đường r-dsch xuống Kênh lưu lượng riêng r-dtch đường xuống Tên kênh Kênh báo hiệu chung đường lên Kênh báo hiệu riêng đường lên Kênh lưu lượng riêng đường lên Tốc độ trải phổ tốc độ trải phổ Khơng tính tổng quát, sách tập trung vào Tốc độ trải phổ (được coi 1x) IS-2000 Tốc độ trải phổ định nghĩa sử dụng lần tốc độ chớp IS-95 (1.2288Mcps) Xem hình 1.2 Chuẩn IS-2000 hỗ trợ tốc độ trải phổ (được gọi 3x) Tốc độ trải phổ sử dụng yêu cầu tốc độ liệu cao Tốc độ trải phổ có lựa chọn thực hiện: Trải phổ trực tiếp(DS) Kỹ thuật đa sóng mang (MC) Trên đường xuống, tốc độ trải phổ sử dụng lựa chọn MC cách sử dụng sóng mang RF riêng rẽ, lần trải phổ sử dụng tốc độ chớp 1.2288Mcps Trong trường hợp này, liệu người sử dụng ghép sóng mang RF tách biệt nhận máy di động Trên đường lên, tốc độ trải phổ sử dụng lựa chọn DS Lựa chọn DS cho phép máy di động trải phổ trực tiếp liệu băng thơng rộng sử dụng tốc độ chớp 3.6864Mcps (Xem hình 1.3) Để kết hợp với hệ thống 3G khác UMTS, 23 tín hiệu trải phổ tốc độ có khoảng bảo vệ 625kHz cho hướng, dẫn đến tổng băng thông RF 5MHz Sự lựa chọn cho liên kết đường lên đường xuống có chuẩn để giảm độ phức tạp nhận máy di động Độc giả phải ý, cấu hình trạng thái có nghĩa nhận máy di động phải nhận giải điều chế sóng mang 1x khơng phải nhận giải điều chế sóng mang 3x Một máy di động tình cờ nhận tốc trải phổ 1.(Xem hình 1.4) Sự xếp đặc biệt tận dụng thực tế tốc độ liệu yêu cầu cho luồng xuống thông thường cao yêu cầu luồng lên Chọn lựa băng thông rộng 6x, 9x, 12x cân nhắc cho ứng dụng tốc độ liệu cao Cho đến tận hệ thống 3G quan tâm, tốc độ trải phổ làm thoả mãn yêu cầu tiêu chất lượng hướng tới IMT-2000 Hình 2.2 Tốc độ trải phổ Một tốc độ chip 1.2288Mcps chiếm băng thơng RF 1.25MHz 24 Hình 2.3 Tốc độ trải phổ Hình 2.4 Tốc độ trải phổ đường xuống tốc độ trải phổ đường lên Cần nỗ lực ban đầu họ chuẩn IS-2000 để tiến đến tốc độ liệu cao sử dụng băng thông rộng (như 3x…12x) Tuy nhiên, xu hướng số giải pháp triển khai tốc độ liệu cao sử dụng băng thơng 1.25MHz (ví dụ 1xEV-DO) Có vài ưu điểm việc sử dụng giải pháp 1xEV-DO, số chúng điều khiển khơng dây cắt sóng mang 1.25MHz dành riêng tối ưu cho liệu tốc độ cao Kiến trúc mạng 2.1 Giới thiệu Phần tập trung đề cập lớp giao thức Phần giới thiệu kiến trúc mạng vô tuyến hỗ trợ IS-2000 mối quan hệ lớp giao thức phần tử mạng kết cuối vô tuyến; IS-2000 quản lý giao 25 tiếp trạm gốc máy di động, giao thức lớp giao thức khác quản lý giao tiếp phần tử khác mạng Phần bắt đầu đề cập đến mạng 2G phát triển thêm phần tử mạng để tạo nên mạng 3G điển hình Các giao thức sử dụng phần khác mạng nêu Mục đích phần đưa mơ hình kiến trúc mạng kết hợp với hệ thống IS-2000 2.2 Mạng 2G Một mạng 2G đưa hai dịch vụ: truyền thoại chuyển mạch kênh dịch vụ số liệu chuyển mạch gói Hình 2.5 mơ tả kiến trúc mạng vơ tuyến 2G điển hình 2.2.1 Các phần tử mạng Hai phần tử mạng di động là: Trạm di động (MS) Trạm gốc (BTS) Ngoài ra, mạng 2G cịn có phần tử khác là: • Bộ điều khiển trạm gốc (Base station controller- BSC): Phần tử điều khiển nhóm BTS gắn với • Trung tâm chuyển mạch di động(Mobile switching center -MSC): MSC chuyển mạch lưu lượng người dùng truyền nhận MS mạng chuyển mạch điện thoại cơng cộng (PSTN) hay MS MSC khác • Bộ định vị thường trú (Home location register-HLR): Đây sở liệu chứa thông tin thuê bao • Bộ định vị tạm trú (Visitor location register-VLR): Đây sở liệu lưu trữ thông tin thuê bao số người dùng “hoạt động” MSC cụ thể • Trung tâm nhận thực (Authentication-AC): AC kiểm tra xác nhận người dùng trước công nhận cung cấp dịch vụ cho người dùng Nó thực cách xử lý đáp ứng nhận thực gửi người sử dụng • Chức tương tác (Interworking function – IWF): Trong mạng vô tuyến 2G, IWF phần tử hỗ trợ dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh 26 Hình 2.5 Một mạng 2G điển hình Phần in đậm phần cung cấp dịch vụ liệu gói Một chức quan trọng khác thực BSC quản lý di động, chức định hướng chuyển giao xuất máy di động di chuyển từ BTS đến BTS Một chức quan trọng khác BSC chức chuyển đổi mã Chức chuyển đổi dạng thoại sử dụng giao diện vô tuyến (như mã hoá/ giải mã tốc độ biến đổi tăng cường hay EVRC) dạng thoại sử dụng PSTN (như điều chế xung mã hay PCM) Như nói, HLR sở liệu chứa thông tin thuê bao Đối với thuê bao, HLR giữ thông tin thuê bao thuê bao số xác nhận thuê bao di động quốc tế (IMSI) sóng mang khoảng cách xa dành riêng Để tránh vấn đề liên quan đến lặp liệu, thơng thường có HLR cho mạng vô tuyến Mặt khác, VLR sở liệu chứa thông tin thuê bao người dùng mà nằm vùng phục vụ MSC; người dùng từ mạng khác mạng thường trú Như vậy, 27 VLR thông thường xác định MSC.Việc sử dụng VLR ưu tiên khơng có VLR, MSC phải truy vấn HLR có yêu cầu truy nhập Để cung cấp dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh, mạng vô tuyến 2G sử dụng chức IWF Thủ tục IWF chuyển đổi từ dạng truyền dẫn đến dạng truyền dẫn khác ngược lại Chẳng hạn , liệu tốc độ thấp tạo từ MS chuyển mạch (kênh) qua MSC đưa đến IWF IWF chuyển đổi luồng liệu PCM (sử dụng MSC) thành tín hiệu âm chng modem truyền qua PSTN Sau kênh riêng PSTN truyền âm chuông modem đến đơn vị cung cấp dịch vụ Internet (ISP), phận cuối hỗ trợ kết nối với mạng Internet 2.2.2 Các giao thức Như hình2.5, mạng vơ tuyến 2G bao gồm giao diện khác phần tử mạng khác Sự trao đổi thông tin qua lại giao diện thông thường quản lý số chuẩn, việc sử dụng chuẩn tuỳ ý Các chuẩn sau: • IS-95: Các chuẩn quản lý giao diện (vô tuyến) MS BSC mạng vơ tuyến CDMA 2G • IS-634: Đây phiên 2G gồm đặc tả thao tác phần (IOS) định nghĩa giao diện BSC MSC Nó định nghĩa làm BSC kết hợp với để hỗ trợ quản lý di động chuyển giao MS từ BSC sang BSC khác • IS-41: Chuẩn định nghĩa giao diện MSC, HLR, VLR, AC Nó định nghĩa làm MSC hãng cung cấp thiết bị khác kết nối với để có thao tác MSC 2.3 Mạng 3G Một mạng vô tuyến 3G phù hợp với việc cung cấp dịch vụ thoại chuyển mạch kênh, dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh, dịch vụ số liệu chuyển mạch gói Hình 2.6 mơ tả kiến trúc mạng vơ tuyến 3G điển hình 2.3.1 Các phần tử mạng 28 Hình 2.6 Một mạng vơ tuyến 3G điển hình Phần in đậm phần cung cấp dịch vụ liệu gói Ngồi phần tử tương tự mạng 2G, mạng vơ tuyến 3G cịn có số bổ sung quan trọng mà mục đích chúng cung cấp dịch vụ số liệu chuyển mạch gói Các phần tử bổ sung bao gồm: • Nút dịch vụ liệu gói (Packet data serving node -PDSN): Trong mạng 3G, PDSN phần tử cho phép dịch vụ liệu chuyển mạch gói • Bộ nhận thực, cấp phép, toán (Authentication, authorization, accounting-AAA ): AAA máy chủ đưa dịch vụ nhận thực, cấp phép toán cho nút dịch vụ liệu gói PDSN, chúng đưa dịch vụ kết nối mạng liệu gói cho người sử dụng di động BSC mạng vô tuyến 3G không hỗ trợ quản lý di động chuyển đổi mã, mà cịn định hướng lưu lượng thoại/số liệu chuyển mạch kênh đến MSC lưu lượng số liệu chuyển mạch gói đến PDSN Để cung cấp 29 dịch vụ số liệu chuyển mạch gói, mạng vơ tuyến 3G sử dụng PDSN, phận cần thiết định tuyến IP để định tuyến lưu lượng số liệu người dùng đến mạng số liệu gói cơng cộng (chẳng hạn Internet) Với quan điểm vậy, PDSN chuyển mạch gói tương tự MSC chuyển mạch kênh Nếu MSC chuyển lưu lượng chuyển mạch kênh MS mạng chuyển mạch kênh (như PSTN), PDSN chuyển lưu lượng chuyển mạch gói MS mạng chuyển mạch gói (như mạng Internet) Bộ AAA thực chức quan trọng nhận thực Khi MS yêu cầu dịch vụ số liệu chuyển mạch gói, phải phải trải qua mức nhận thực Đầu tiên, MS phải thông qua nhận thực kết nối vơ tuyến thơng thường, q trình nhận thực duyệt trung tâm nhận thực (AC) sử dụng thơng tin th bao (ví dụ IMSI) chứa HLR Nếu q trình nhận thực thành cơng, MS gán cho kết nối vơ tuyến thực tiếp nhận thực dịch vụ số liệu gói.Q trình nhận thực thực phần AAA yêu cầu người sử dụng đưa số tài khoản password Nếu q trình nhận thực thành cơng, MS cấp dịch vụ số liệu gói Ngồi ra, AAA thực chức toán Chẳng hạn, MS phận AAA tập hợp thơng tin q trình sử dụng dịch vụ số liệu gói MS Bộ AAA chuyển thơng tin đến ứng dụng tính cước để người sử dụng tính tốn cho dịch vụ Chú ý việc sử dụng AAA khơng phải có độc mạng vơ tuyến 3G Trên thực tế , AAA phần tử cần thiết thường sử dụng nhà cung cấp dịch vụ mạng gói 3.2 Các giao thức Mạng vơ tuyến 3G hình 2.6 bao gồm giao diện thành phần mạng bổ sung để cung cấp dịch vụ liệu chuyển mạch gói Việc định nghĩa giao diện thông thường quản lý số chuẩn Các chuẩn là: • IS-2000: Các chuẩn quản lý giao diện (không trung) MS BSC mạng vơ tuyến CDMA 3G 30 • IS-2001: Đây phiên 3G đặc tả thao tác phần(IOS), định nghĩa giao diện BSC PDSN Nó định nghĩa giao diện BSC MSC giao diện BSC cho việc quản lý di động • IS-41: Chuẩn sử dụng mạng vô tuyến 2G, sử dụng mạng vơ tuyến 3G Nó định nghĩa giao diện MSC, HLR, VLR AC đồng thời MSC với Hình 2.7 đưa góc nhìn khác giao thức khác sử dụng mạng vô tuyến 3G Các giao thức đưa tuỳ thuộc lớp mà chúng hoạt động Để cho dễ hiểu, đưa phần liên quan đến dịch vụ liệu chuyển mạch gói Một chuẩn bổ sung hình 12.3 là: • ISS-707: Chuẩn đưa giao thức liên kết vô tuyến (RLP), sử dụng để phân phát nhận liệu gói người dùng RLP giao thức lớp thiết kế cách đặc biệt cho hoạt động giao diện khơng trung Hình 2.7 phiên liệu gói cụ thể, PDSN tạo trì phiên logic với MS Phiên logic trì sử dụng giao thức điểm-tới-điểm (PPP) Mặt khác, mức cao hơn, PDSN MS trao đổi liệu sử dụng giao thức PPP PPP phương pháp de facto truyền nhiều khối liệu qua kết nối điểm -tới- điểm Chẳng hạn như, giao thức PPP thường sử dụng kết nối kiểu quay số máy tính cá nhân ISP đường dây điện thoại liên kết điểm -tới -điểm Dung lượng PDSN coi số kết nối PPP đồng thời mà trì 31 Hình 2.7 Các lớp giao thức sử dụng cho dịch vụ liệu chuyển mạch gói Tại mức tiếp theo, PDSN (một định tuyến IP) định tuyến gói IP MS(một client) máy chủ; PDSN sử dụng giao thức IP Sau lớp vận tải, giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP) hay giao thức gói liệu người dùng (UDP) đáp ứng việc phân phát liệu đầu cuối- đến- đầu cuối (từ MS đến máy chủ ngược lại) Trong giao thức TCP, kết nối TCP thiết lập MS máy chủ Kết nối TCP coi kênh ảo xuất lớp ứng dụng kênh điểm-tới-điểm Mặt khác, UDP giao thức kiểu khơng kết nối mà gói xử lý cách riêng biệt hoạt động mạng theo cách riêng chúng 2.4 Giao thức IP đơn giản Mạng vô tuyến 3G trước hình 12.2 phù hợp với giao thức IP đơn giản Hình12.4 minh hoạ làm gói IP trao đổi MS(client) máy chủ mạng Internet Để cho dễ hiểu , có phần liên quan đến dịch vụ số liệu chuyển mạch gói trình bày hình 12.4 Một MS PDSN thường trú có địa IP M, máy chủ Internet có địa IP S Việc đưa địa này, gói IP trao đổi MS máy chủ Đặc biệt, gói từ MS đến máy chủ mang địa 32 nguồn (M) địa đích S, gói từ máy chủ đến MS có điạ nguồn S địa đích M Hình 2.8 Trao đổi gói IP MS máy chủ Phần in đậm mơ tả đường gói IP Điều xảy MS di chuyển từ PDSN thường trú đến PDSN khác dịch vụ hoạt động? Các kết nối vô tuyến thiết lập IOS IS-2001 việc chuyển giao BSC MSC thiết lập Nhưng kết nối dịch vụ bị cắt Một gói từ MS đến máy chủ vấn tới đích (vì gói có đích S), gói từ máy chủ đến MS khơng tới MS (vì gói khơng có địa đích M đúng) Điều MS khơng cịn PDSN thường trú, PDSN khơng thể phân phát gói đến MS Xem hình 2.9 Giao thức IP di động 33 Hình 2.9 Nếu MS di chuyển đến PDSN khác, kết nối dịch vụ bị cắt Để hỗ trợ IP di động, hai thành phần mạng cần bổ sung là: • Tác nhân thường trú (HA): Đây định tuyến với cấp dịch vụ bên cung cấp chức IP di động Nhìn từ góc độ MS, HA định tuyến cư trú mạng IP thường trú MS (phục vụ PDSN thường trú MS đó) Khi MS chuyển từ PDSN thường trú, HA MS chuyển gói (dự tính cho MS) đến MS Để làm HA MS phải biết đâu PDSN mà MS cư trú • Tác nhân (FA): Đây định tuyến khác mà kết hợp với HA cung cấp chức IP FA thông thường với PDSN Khi MS “ghé thăm” mạng IP bên (phục vụ PDSN khác), FA mạng nhận gói chuyển từ HA MS phân phát chúng đến MS (MS mạng ngồi) 34 Hình 2.10 Trong IP di động, HA chuyển gói đến vị trí MS Hình 2.10 IP di động hoạt động Khi MS chuyển từ PDSN thường trú đến PDSN ngồi, gói gửi từ MS đến máy chủ gói có chứa địa đích hợp lệ S Mặt khác, máy chủ gửi gói đến MS máy chủ sử dụng địa IP MS M Gói chuyển đến mạng IP thường trú MS bị chặn HA MS Sau HA định tuyến cho gói đến FA mạng IP bên ngồi (mà MS mạng này) Sau FA mạng ngồi nhận gói chuyển chúng đến MS Để HA MS chuyển gói đến chỗ, HA phải biết địa IP MS mạng Địa IP tạm thời T, gán cho MS di chuyển đến mạng IP ngồi Thực tế, mơ hình IP di động yêu cầu chức năng: • Đăng ký MS với FA: Khi MS di chuyển đến mạng ngồi, cần phải đăng ký FA mạng tạo địa tạm thời cho MS 35 • Đăng ký FA với HA: Sau FA tạo địa tạm thời cho MS, FA cần đăng ký địa IP tạm thời MS cho HA MS Như vậy, HA biết nơi định tuyến lại gói đến cho MS Hình 2.11 Các lớp giao thức sử dụng IP di động Câu hỏi hỏi đặt lại không chọn phương pháp để máy chủ biết địa IP tạm thời (T) MS.Với cách máy chủ gửi gói trực tiếp đến địa IP (T) mạng mà MS thay phải hỏi HA MS để chuyển gói Câu trả lời sau: Cần phải thực giải pháp di động mà đảm bảo suốt với tất máy chủ phạm vi rộng Internet Trong mơ hình IP di động khơng địi hỏi thực thêm công việc thay đổi địa MS từ M sang T phiên dịch vụ Khi MS có khả trì địa IP di chuyển, máy chủ coi không thấy di chuyển MS Thực tế mơ hình IP di động máy chủ hồn tồn khơng nhận thấy di chuyển MS (các máy di động khách ) Tính suốt có giá trị máy chủ khơng cần quan tâm đến thay đổi địa IP Tính suốt có IP di động cho phép máy chủ phục vụ khơng MS mạng vơ tuyến mà cịn phục vụ máy khách cố định thống 36 Hình 2.11 đưa mơ hình lớp giao thức IP di động Hình vẽ tương tự hình vẽ 2.7 Tuy nhiên có khác biệt Thứ nhât, HA mơ hình tương thích với việc định tuyến từ máy chủ đến FA mạng ngồi, sau FA chuyển gói đến MS Thứ 2, IP di động mơ hình sử dụng MS PDSN/FA, PDSN HA Từ góc độ máy chủ, máy chủ sử dụng giao thức IP chuẩn không thay đổi Hình 2.12 Một mạng vơ tuyến 3G điển hình hỗ trợ IP di động Phần in đậm phần cung cấp dịch vụ liệu gói Chú ý hình vẽ 2.10 2.11, HA FA từ góc độ MS cụ thể Trong trường hợp này, MS vừa di chuyển từ PDSN đến PDSN bên ngồi Từ góc độ MS này, HA mạng IP thường trú FA hoạt đọng mạng IP ngồi Nhìn chung, mạng IP có HA FA, FA phục vụ MS mạng di chuyển đến mạng HA phục vụ MS mạng di chuyển mạng khác Hình 2.12 kiến trúc mạng vơ tuyến 3G điển hình hỗ trợ IP di động 37 ... triển lên 3G nhánh cơng nghệ 3. 3 Phân tích hai nhánh cơng nghệ tiến lên 3G 3. 3.1 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA WCDMA tiêu chuẩn thông tin di động 3G IMT-2000 phát triển chủ... Radio contributions) Những lý thúc đẩy tổ chức nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin di động giới tiến hành nghiên cứu áp dụng thực tế chuẩn cho hệ thống thông tin di động: Thông tin di động. .. hệ thống thông tin di động 3G 3GPP 3GPP2 Hai tổ chức có nhiệm vụ hình thành phát triển kỹ thuật lĩnh vực riêng nhằm thoả mãn tiêu chuẩn kỹ thuật hệ thống thông tin di động 3G thống Phần đề cập