MẠNG 2g HIỆN tại và các yêu cầu THIẾT kế đối với hệ THỐNG vô TUYẾN w CDMA

Khác với các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất tương tự và thứ 2 số, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 3G có xu thế chuẩn hoá toàn cầu và khả năng cung cấp các dịch vụ ở t

Mục lục

CHƯƠNG 1 4

TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 3 4

VÀ HỢP CHUẨN IMT-2000 4

1.1 Q ÚA TRÌNH PHÁT TRIỂN CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4

1 2 H ỢP CHUẨN IMT-2000 10

1.2.1 Mục tiêu của IMT-2000 10

1.2.2 Chuẩn hóa IMT-2000 11

1.2.3 Băng tần IMT-2000 12

CHƯƠNG 2 16

CẤU TRÚC MẠNG 2G HIỆN TẠI VÀ CÁC YÊU CẦU THIẾT KẾ ĐỐI VỚI HỆ THỐNG VÔ TUYẾN W-CDMA 16

2.1 C ẤU TRÚC MẠNG 2G HIỆN TẠI 16

2.2 C ÁC YÊU CẦU VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ ĐỐI VỚI HỆ THỐNG VÔ TUYẾN W-CDMA 19

2.2.1 Mục tiêu thiết kế đối với hệ thống vô tuyến W-CDMA trên cơ sở GSM 19

2.2.2 Các yêu cầu kĩ thuật thực hiện chuyển đổi trên cơ sở hệ thống GSM 22

2.3 C ẤU TRÚC HỆ THỐNG THEO CÁC PHƯƠNG ÁN CHUYỂN ĐỔI TỪ GSM 23

2.3.1 HSCSD 23

2.3.2 GPRS 24

2.3.3 EDGE 27

2.3.2 UTRAN-3G (WCDMA) 29

2.3.2.1 3GPP R99 29

2.3.2.2 3GPP R2 32

2.3.2.3 3GPP R5 33

2.4 Q UI HOẠCH VÀ ĐỊNH CỠ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 (WCDMA) 34

2.4.1.Định cỡ phần mạng truy nhập vô tuyến 34

2.4.2.Tính toán quỹ đường truyền và kích thước ô 35

2.4.2.1.Các thành phần quỹ đường truyền 37

2.4.2.2.Quỹ đường truyền cho đa dịch vụ 40

2.4.2.3.Một số ví dụ tham khảo về quỹ đường truyền cho các loại dịch vụ 40

Máy phát MS 41

Máy thu trạm gốc 41

Các phần tử khác 41

Dịch vụ tiếng số liệu thời gian thực 122 kbps 42

Máy phát MS 42

Máy thu trạm gốc 42

Các phần tử khác 43

Dịch vụ tiếng số liệu không thời gian thực 382 kbps 43

Máy phát MS 43

Máy thu trạm gốc 43

Các phần tử khác 44

2.4.3 Tính toán hệ số tải 45

2.4.3.1.Hệ số tải đường lên 45

2.4.3.2.Hệ số tải đường xuống 48

2.4.4.Phân tích phủ sóng 49

2.4.4.1.Phân tích dung lượng 50

2.4.5.Định cỡ các giao diện RNC 50

2.4.5.1.Định cỡ giao diện Iub 50

2.4.5.2.Dung lượng RNC 51

2.5.1 Các vấn đề cần quan tâm trong pha 1 (từ 2G lên 2.5G) 51

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 3

VÀ HỢP CHUẨN IMT-2000 1.1 Qúa trình phát triển các hệ thống thông tin di động.

Thông tin di động đã được đưa vào sử dụng đầu tiên ở Mỹ năm 1946, sử dụng

ở phạm vi thành phố với 6 kênh, cấu trúc ô rộng, tần số 150 MHz Đầu những năm

1960 dịch vụ điện thoại di động tế bào mới xuất hiện trong các dạng ứng dụng vàkhi đó nó chỉ là các sửa đổi thích ứng của các hệ thống điều vận Các hệ thống diđộng đầu tiên này có ít tiện lợi và có dung lượng rất thấp Vào những năm 1980, hệthống điện thoại di động tế bào điều tần song công sử dụng kỹ thuật đa truy nhậpphân chia theo tần số xuất hiện, đây là hệ thống tương tự hay còn gọi là hệ thốngthông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) Hạn chế của các hệ thống này là: phân bốtần số hạn chế, dung lượng thấp, tiếng ồn khó chịu, không đáp ứng được các dịch vụmới hấp dẫn với khách hàng

Giải pháp để loại bỏ các hạn chế trên là chuyển sang sử dụng kỹ thuật thôngtin số sử dụng các dịch vụ đa truy nhập mới Hệ thống đa truy nhập TDMA đầu tiên

ra đời trên thế giới là GSM GSM được phát triển từ năm 1982, CEPT quy định việc

ấn định tần số dịch vụ viễn thông châu Âu ở băng tần 900MHz Ở Việt Nam hệthống thông tin di động được đưa vào hoạt động năm 1993, hiện đang được ba công

ty VMS, GPC và Viettel khai thác rất hiệu quả thị trường thông tin di động ViệtNam Ngoài kỹ thuật TDMA, đến năm 1995, CDMA được đưa vào sử dụng ở một

số nước Ở Việt Nam, CDMA được công ty S-fone đưa vào ứng dụng đầu tiên Các

hệ thống thông tin di động kỹ thuật số nói trên, sử dụng phương pháp truy nhậpTDMA như GSM (châu Âu), PDC (Nhật) hoặc phương pháp truy nhập CDMA theochuẩn năm 1995 (CDMA-IS95) đều thuộc thế hệ thứ 2(2G)

Các hệ thống thụng tin tế bào số cú nhiều điểm nổi bật như chất lượng thôngtin được cải tiến nhờ các công nghệ xử lý tớn hiệu số khỏc nhau, nhiều dịch vụ mới

(ví dụ: cỏc dịch vụ phi thoại), kỹ thuật mó húa được cải tiến, tương thích tốt hơn vớicác mạng số và phát huy hiệu quả dải phổ vô tuyến Bảng 1.1 mô tả các thông số cơbản của cỏc tiêu chuẩn cho các hệ thống thụng tin tế bào số của Nhật Bản, Mỹ vàchõu Âu Ngoài chuẩn IS-95 dựa trên công nghệ CDMA, tất cả cỏc chuẩn khỏc đềudựa trờn cụng nghệ TDMA.

Bảng 1.1 : Các thông số cơ bản của hệ thống thông tin tế bào số

PDC (Nhật Bản)

50 kHz(xen kẽ 25kHz)

(xen kẽ 200kHz)

13 kb/s VSELP

8,5 kbit/s QCELPtốc độ biến thiên 4 nấc

22,8 kb/sRPE-LTP-LPC11,4 kbit/s EVSI

Phương pháp

điều chế

QPSKHướng lên:

OQPSK

GMSK

* Chú thích: RPE: Mó húa dự bỏo kớch thớch xung đều

LTP: Mó húa dự bỏo dài hạn LPC: Mó dự bỏo tuyến tính

FDD: Song cụng chia tần số

PSI-CELP: Dự bỏo tuyến tính kớch thớch mó - Đổi đồng bộ âm.

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng, hệ thống thông tin di động thế

hệ thứ ba -IMT 2000 đang được nghiên cứu sử dụng Khác với các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (tương tự) và thứ 2 (số), hệ thống thông tin di động thế

hệ thứ 3 (3G) có xu thế chuẩn hoá toàn cầu và khả năng cung cấp các dịch vụ ở tốc

độ bít lên tới 2 Mb/s (có thể sử dụng truy cập Internet, truyền hình và thêm nhiều

dịch vụ mới khác) Để phân biệt với hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay,

hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 còn được gọi là hệ thống thông tin di động

băng rộng Từ năm 2001, các hệ thống IMT-2000 sử dụng công nghệ đa truy nhập

phân chia theo mã băng rộng (W-CDMA) bắt đầu được đưa vào khai thác

Bảng 1.2: Các hệ thống thông tin di động từ GSM lên 3G

GPRS (Dịch

vụ vô tuyến gói chung)

EDGE (Các tốc độ số liệu bậc cao để phát triển GSM)

IMT-2000 CDMA DS (W-CDMA)

Các máy di

động cầm tay

Các máy di động đơn mode (một chế

độ hoạt động) không có khả năng xử lý số liệu gói

Các máy di động cầm tay mới

Các máy di động cầm tay GPRS cho phéplàm việc trên mạng GPRS*

và trên mạng GSM ở tốc độ

số liệu 9,6 Kb/s, đây là cácmáy CSD hai chế độ hoạt động

Các máy di động cầm tay mới

Các máy cầm tay EDGE sẽ làm việc ở tốc

độ lên tới 384 Kb/s** trên cácmạng EDGE vàGPRS và ở tốc

độ 9,6 Kb/s trên mạng GSM- đây là các máy CSD

ba chế độ hoạt động

Các máy di động cầm tay mới

Các máy cầm tay CDMA

DS sẽ làm việc ở tốc độ lên tới

2Mb/s*** trên các mạng3G Các máy này có bốn chế độ hoạt động

Cơ sở hạ

tầng thiết bị

Không có khả năng xử lý số liệu gói

Cần lắp thêm các mô đun xử

lý số liệu gói

Cần thay đổi cơ

sở hạ tầng mạng nhiều

Cơ sở hạ tầng mới kết nối với mạng hiện

mới trên nền mạng chuyển mạch kênh

Nền tảng

công nghệ

Công nghệ GSM TDMA hiện có

Nền GSM TDMA bổ xung phần xử

lý số liệu gói

Cần sửa đổi nền tảng GSM TDMA

Cơ sở hạ tầng CDMA mới

*: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết đối với GPRS là 171,2 Kb/s, tuy nhiên, trên thực

tế hiện nay chưa đạt được tốc độ này mà điển hình chỉ đạt tốc độ trên dưới 50Kb/s

**: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết đối với EDGE là 384 Kb/s, tuy nhiên, trên thực tế hiện nay chỉ đạt được tốc độ tối đa là 144 Kb/s.

***: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết đối với W-CDMA là 2Mb/s, tuy nhiên, trên thực

tế hiện nay chỉ đạt được tốc độ tối đa là 384 Kb/s.

Bảng 1.3: Các hệ thống thông tin di động từ cdmaOne lên 3G

cdmaOne IS-95 B

IMT-2000 CDMA đa sóng mang 1X (MC 1X)

IMT-2000 CDMA đa sóng mang 3X (MC 3X)

và 3X ở tốc độ 14,4 Kb/s- đây

Các máy di động theo chuẩn năm 1999

Các máy di động cầm tay theo chuẩn IS-95B sẽ làm việctrên mạng IS-95A ở tốc độ 14,4Kb/s và trên các mạng

Các máy di động theo chuẩn 1X năm 2001

Các máy di động cầm tay 1X sẽ làm việc trên mạng IS-95A ở tốc độ 14,4Kb/s, trên mạng IS-95B ở tốc độ lên tới

Các máy di động cầm tay mới

Các máy di động cầm tay 3X sẽ làm việc trên mạng IS-95A ở tốc độ 14,4Kb/s, trên mạng IS-95B ở tốc độ lên tới

là các máy một chế độ hoạt động.

IS-95B, 1X và 3X ở tốc độ lêntới 114 kb/s* - đây là các máy một chế độ hoạtđộng

114 Kb/s, trên mạng 1X và 3X

ở tốc độ lên tới

307 kb/s**- đây

là các máy một chế độ hoạt động

114 Kb/s, trên mạng 1X ở tốc

độ lên tới 307 kb/s và trên mạng 3X ở tốc

độ lên tới 2 Mb/s*** - đây là các máy một chế độ hoạt động

1X yêu cầu phầnmềm mới trong mạng chính và các card kênh mới tại trạm gốc

Cần sửa đổi cấu trúc mạng chính

và bổ xung các card kênh mới tại trạm gốc

Nền tảng

công

nghệ

*: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết đối với IS-95B là 114 Kb/s, tuy nhiên, trên thực tế hiện nay mới đạt tốc độ 64 Kb/s

**: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết đối với cdma2000 1X là 307Kb/s, tuy nhiên, trên thực tế hiện nay chỉ đạt được tốc độ tối đa là 144 Kb/s.

***:cdma2000 3X gồm cdma2000 1xEV-DO, cdma2000 1xEV-DV Trong đó, cdma2000 1xEV-DO có tốc độ cao nhất trên lý thuyết lên tới 2,4Mb/s trên một sóng mang 1,25MHz riêng biệt, cdma2000 1xEV-DV tích hợp thoại, số liệu trên cùng sóng mang 1,25MHz có tốc độ cao nhất trên lý thuyết lên tới 4,8 Mb/ s.

Bảng 1.2 và 1.3 giới thiệu tổng quan về các hệ thống ở thế hệ 2,5G và 3G vànhững đặc điểm khi phát triển lên 3G theo hai hướng chính trong IMT-2000: Từ

MẠNG LÕI GSM

3G

2,5G2G

cdma2000 1x EV-DO

* cdma2000 1xEV-DO : cdma2000 1xEV-Data Only ( cdma 2000 1X phát triển lên - Chỉ dành cho số liệu)

** cdma2000 1xEV-DV : cdma2000 1xEV-Data/Voice ( cdma 2000 1X phát triển lên - Dành cho cả số liệu

và thoại)

Hình 1.1: Lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động lên 3G

GSM lên 3G và từ cdmaOne lên 3G Lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin

di động lên 3G được minh hoạ ở hình 1.1

1 2 Hợp chuẩn IMT-2000

1.2.1 Mục tiêu của IMT-2000

* Cỏc dịch vụ thụng tin cỏ nhõn nhờ nõng cao hiệu suất phổ (Cỏ nhõn húa)

* Cỏc dịch vụ thụng tin xuyờn suốt toàn cầu (Toàn cầu húa)

* Cỏc dịch vụ đa phương tiện qua hệ thống truyền dẫn có tốc độ và chất lượng cao (Đa phương tiện)

Hình 1.2 : Các dịch vụ đa phương tiện trong thông tin di động

Liờn minh viễn thụng chõu Âu (ITU) đó đặt ra cỏc yờu cầu đối với hệ thốngtruyền dẫn vụ tuyến IMT-2000 để cung cấp cỏc dịch vụ đa phương tiện trong nhiềumôi trường khác nhau như mô tả trong bảng 1.4 Tốc độ truyền yêu cầu là 144 kb/strong môi trường di chuyển tốc độ cao, 384 kb/s khi di chuyển ở cỏc tốc độ thấp và2Mb/s trong môi trường trong nhà Hỡnh 1.2 thể hiện cỏc dịch vụ đa phương tiệntrong thông tin di động do IMT-2000 cung cấp trong cỏc lĩnh vực kinh doanh, cụngcộng và cỏ nhõn

Bảng 1.4 : Cỏc yờu cầu đối với hệ thống truyền dẫn vụ tuyến IMT-2000

Trong nhà Người đi bộ Trong xe ụ tụ

1.2.2 Chuẩn hóa IMT-2000

Hệ thống thông tin khẩn cấp

Hệ thống cho người cao tuổi và

Hệ thống y

tế từ xa

Nhạc theo yêu cầu T.V và Video theo yêu cầu T.V tương tác

Sách, báo điện tử

Hệ thống tự học tại gia

Lĩnh vực công cộng

Như mô tả trong hỡnh 1.3 và 1.4, bản kiến nghị đối với cỏc thụng số kỹ thuậtchi tiết của giao diện vụ tuyến đó đưa ra các nội dung liên quan đến giao diện vôtuyến IMT-2000 như sau:

+ Chuẩn giao diện vụ tuyến bao gồm cỏc cụng nghệ CDMA và TDMA

+ CDMA bao gồm phương thức trải phổ trực tiếp song công phân chia theo tần số(FDD), phương thức đa sóng mang FDD và phương thức song công phân chia theothời gian (TDD)

+ Nhóm TDMA bao gồm phương thức sóng mang đơn FDD và phương thức đa truynhập phõn chia theo tần số (FDMA)/TDMA

+ Mỗi cụng nghệ vụ tuyến này phải cú thể hoạt động trờn hai mạng lừi 3G chớnh[Vớ dụ: phiờn bản của GSM và ANSI-41(Viện tiờu chuẩn quốc gia Mỹ)]

Các khuyến nghị nêu các thông số kỹ thuật của mỗi phương thức; trong đóphương thức trải phổ trực tiếp được gọi là W-CDMA

1.2.3 Băng tần IMT-2000

IMT-2000 CDMA Trải phổ trực tiếp (3,84 Mc/s)IMT -2000 CDMA Đa súng mang (3,6864 Mc/s)IMT-2000 CDMA TDD

IMT-2000 Súng mang đơn IMT-2000 FDMA/TDMA

IMT-2000 CDMA đa súng mang

IMT-2000 CDMA TDD

IMT-2000 súng mang đơn

IMT-2000 FDMA/

TDMA

Kết nối linh hoạt giữa giao diện vụ tuyến và mạng lừi

GSM MAP tăng cường ANSI-41

tăng cường Cơ sở IP

Băng tần cho IMT-2000 đã được qui định tại Hội nghị quản lý vô tuyến thếgiới-92 (WARC-92) vào năm 1992 Một dải phổ 230 MHz trong băng tần 2GHz(1885-2025 MHz, 2110-2200 MHz) đã được phân chia cho IMT-2000 Tuy nhiên,ITU-R dự đoán rằng băng tần IMT-2000 sẽ trở nên không đủ trong tương lai gần.

Để đáp ứng dự báo này, Hội nghị thông tin vô tuyến thế giới 2000 (WRC-2000) đã

đề xuất dành các băng tần 800MHz (806-960 MHz), 1,7 GHz (1710-1885 MHz) và2,5 GHz (2500-2690 MHz) để sử dụng cho IMT-2000 trên thế giới trong tương lai

Bảng 1.5: Hiện trạng sử dụng băng tần IMT-2000 tại Việt Nam

SPT (6 MHz CDMA) Toàn quốc

Dương

Vietel

915 - 925 Trải phổ

Vietel1710

(*): Qui hoạch được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt trong Quyết định 85/1998/QĐ-TTg (16/4/1998)

Ở Việt Nam, tất cả các băng tần đã được WRC dành cho IMT-2000 đều đã được sửdụng cho nhiều hệ thống vô tuyến khác nhau Kết quả khảo sát hiện trạng sử dụngcác băng tần này được trình bày trong bảng 1.5 Qui hoạch hiện tại đã không cònphù hợp với tình hình phát triển của thông tin vô tuyến đặc biệt là thông tin di động

Do đó Qui hoạch hiện tại đã được sửa đổi và phê duyệt

Băng tần 1885-2025 MHz và 2110 -2200 MHz do đã được thông báo dọndẹp từ trước nên băng tần này sẽ sẵn sàng cho IMT-2000 triển khai ở giai đoạn đầu

Các băng tần còn lại đã được ITU phân bổ cho IMT-2000 do đang có một sốcác hệ thống vô tuyến đang hoạt động nên sẽ được dọn dẹp và dành cho IMT-2000

ở các giai đoạn sau

Kết luận

Các hệ thống thông tin di động đã lần lượt xuất hiện Từ hệ thống tương tựFDMA (1G) đến các hệ thống số TDMA & CDMA (2G) băng hẹp vẫn chưa đápứng được nhu cầu ngày càng phát triển của người sử dụng, nên ITU đã đưa ra mộtloạt các mục tiêu, sự chuẩn hoá và cho ra một thế hệ thông tin di động 3G băngrộng theo chuẩn IMT 2000, đồng thời ITU cũng thực hiện phân bổ tần số cho IMT

2000 Ở Việt Nam cũng thực hiện qui hoạch lại việc sử dụng tần số để phục vụ chothế hệ 3G

Với mục tiêu cung cấp các dịch vụ đa phương tiện qua hệ thống truyền dẫn

có tốc độ và chất lượng cao như IMT 2000 đã đề ra thì cần phải có các công nghệtruyền dẫn vô tuyến và các kĩ thuật xử lý đa phương tiện phù hợp Chương 2 và 3tiếp theo sẽ đề cập đến các vấn đề này

Chương 2

CẤU TRÚC MẠNG 2G HIỆN TẠI VÀ CÁC YÊU CẦU THIẾT KẾ ĐỐI VỚI HỆ

THỐNG VÔ TUYẾN W-CDMA

Hiện nay, phần lớn các hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ số thiết kế tối

ưu cho dịch vụ thoại (2G), được phân loại theo kĩ thuật đa truy nhập với 2 loại chính làTDMA (các hệ thống GSM, TDMA, PDC) và CDMA (hệ thống IS95A/B) Tuy nhiên,trong các công nghệ trên, GSM là phổ biến với khoảng 80% số lượng thuê bao, triển khairộng rãi trên thế giới Tại Việt Nam có các nhà khai thác GSM như Vinaphone, Mobiphone

và Viettel đang tiến tới công nghệ 3G Nên việc cải tiến hệ thống 2G và phát triển lên cáccông nghệ thế hệ mới xuất phát từ nhu cầu ngày càng gia tăng về sử dụng các dịch vụthông tin số liệu cá nhân là vấn đề thiết yếu cho các nhà khai thác GSM Chính vì vậy,chương 2 trình bày về cấu trúc mạng GSM (2G) hiện tại và các yêu cầu thiết kế đối với hệthống vô tuyến W-CDMA (3G) đi lên từ GSM (2G)

2.1 Cấu trúc mạng 2G hiện tại

Hỡnh 2.1: Cấu trỳc tổng quỏt của hệ thống GSM

Hệ thống GSM cú thể chia thành ba phần chớnh: hệ thống BSS, hệ thống mạngchuyển mạch NSS và hệ thống quản lý mạng NMS Đa số các chức năng đặc biệt của hệthống GSM được thực hiện bởi hệ thống các trạm phát BSS trong việc liên lạc với thiết bị

Quản lý mạng (NMS)

ISDN PSDN PSPDN X25 CSPDN

đầu cuối mobile Hệ thống BSS được chia thành hai khối chức năng: Trạm phát BTS và bộđiều khiển trạm phát BSC.

Một mạng GSM dung lượng cao thông thường có hàng ngàn BTS BTS cung cấpchức năng vô tuyến thu phát và báo hiệu cho sự tương tác với các phần tử khác của mạng.Vùng phủ sóng của một BTS gọi là một Cell BSC thực hiện chức năng chuyển mạch vàđiều khiển các kênh vô tuyến cho hệ thống BSS BSC ấn định kênh vô tuyến trong toàn bộthời gian thiết lập cuộc gọi và giải phóng tài nguyên khi cuộc gọi kết thúc Chức năng diđộng chỉ trong nội vùng hệ thống BSS được thực hiện bởi BSC Các chức năng này làmcho cấu trúc của BSC cao hơn của BTS Thông thường mỗi BSC điều khiển hàng chụcBTS Việc chuyển mạch giữa các thuê bao được thực hiện bởi trường chuyển mạch trongMSC Một MSC kết nối với các mạng khác như là mạng thoại cố định PSTN, mạng ISDN,mạng số liệu gói PSPDN…

Một bộ số liệu logic được gọi là bộ đăng ký dữ liệu chủ, chứa đựng các thông tin liênquan đến việc đăng ký của mỗi thuê bao như các dịch vụ và vị trí của thuê bao Để có thểđịnh tuyến các cuộc gọi tới, các thông tin địa chỉ của vùng khách được chứa trong HLR.Một ngân hàng dữ liệu là bộ đăng ký dữ liệu khách VLR phụ trách việc ghi chú các đăng

ký yờu cầu và thụng tin vị trí của các thuê bao cư trú trong vùng phục vụ của nó Thêm vào

đó bộ nhận thực thiết bị EIR được sử dụng để ngăn cản việc sử dụng trộm hoặc các máymobile cầm tay không được phép

Cuộc gọi tới máy MS được định tuyến tới tổng đài MSC cổng trong mạng di độngcông cộng mặt đất PLMN của thuê bao Bằng cách sử dụng các thông tin chứa trong HLR

và VLR, cuộc gọi được định tuyến tới MSC mà thuê bao đang ở đó Trong khi thuê baođang ở trong mạng chủ thỡ tổng đài MSC chủ và MSC cổng là giống nhau

Tên chung cho trung tâm dịch vụ gọi node mạng tương ứng là phần dịch vụ giá trị giatăng (VAS) như hình 2.2

Quản lý mạng (NMS)

ISDN

X25 CSPDN

Hình 2.2: Phần cứng dịch vụ giá trị gia tăng

VAS đơn giản nhất cũng gồm hai loại thiết bị: trung tâm dịch vụ tin ngắn (SMSC)

và hệ thống thư thoại (VMS) Về mặt kỹ thuật, VAS đảm bảo cung cấp một số loại dịch vụ

nhất định bằng cách sử dụng các giao diện chuẩn với mạng GSM và nó có thể có hoặc

không có các giao diện ra các mạng khác Trên quan điểm phát triển dịch vụ, VAS là bước

đầu tiên để tạo doanh thu với các dịch vụ giá trị gia tăng trên mạng GSM

Hình 2.3: Mạng thông minh

Khái niệm mạng thông minh IN (Intelligent Network) được tích hợp cùng với mạng

GSM Về mặt kỹ thuật, nó làm thay đổi cơ bản các phần tử của mạng chuyển mạch nhằm

thêm vào chức năng IN, ngoài ra bản thân mạng IN là một bộ phận tương đối phức tạp IN

có khả năng phát triển dịch vụ hướng tới tính cá nhân và nhà khai thác mạng có thể nhờ IN

Quản lý mạng (NMS)

ISDN PSDN PSPDN X25 CSPDN

I N

BSCHN

1

BSCHCM 1

BSCHCM 2

BSCDNG 1

MSCDN G1

MSCHCM1 MSCHN1

HLRHN 1

Hình 2.2: Cấu trúc tổng thể mạng GSM (2G) Viettel

Để đảm bảo an toàn kinh doanh, ví dụ, các thuê bao trả trước hầu hết được triểnkhai nhờ công nghệ IN.

2.2 Các yêu cầu và mục tiêu thiết kế đối với hệ thống vô tuyến W-CDMA.

2.2.1 Mục tiêu thiết kế đối với hệ thống vô tuyến W-CDMA trên cơ sở GSM

Có rất nhiều lựa chọn cho phép nhà khai thác phát triển mạng GSM hiện có của mình(hình 2.5) Mỗi lựa chọn đều có đặc điểm riêng mà các nhà khai thác mạng cần quan tâm

trung bình Để có thể cung cấp dịch vụ 3G một cách đầy đủ (tốc độ dữ liệu tới 2Mbps) thìviệc triển khai hệ thống WCDMA mới là điều tất yếu.

Điều kiện đặt ra là nhà khai thác đã phải có một mạng GSM rộng khắp Đây là thuậnlợi chính cho Viettel triển khai GPRS vì ngay từ đầu Viettel đã phủ sóng 61 tỉnh thành trêntoàn quốc Nhu cầu dịch vụ dữ liệu của thuê bao chủ yếu là các dịch vụ dữ liệu tốc độngtrung bình (tới 115 kbps) Hạ tầng mạng đã triển khai là rất lớn, nhà khai thác muốn tậndụng tối đa hạ tầng hiện có cho dịch vụ dữ liệu

Về kỹ thuật, hệ thống mạng truy nhập của GSM được giữ nguyên và chỉ cần nângcấp phần mềm Cụ thể BTS, BSC phải được nâng cấp phần mềm, MS phải có chức năngGPRS, phân hệ mạng lõi được bổ xung thêm phần chuyển mạch gói với hai nút chính: nút

hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) và nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN) Bằng cách này, với nângcấp không đáng kể, hệ thống có thể cung cấp dịch vụ dữ liệu gói cho thuê bao di động rấtthích hợp với các dịch vụ dữ liệu không đối xứng

EDGE

Bên cạnh đó, có một lựa chọn cho phép nhà khai thác GSM có thể tối ưu hoá việcphát triển của mình, đó là công nghệ EDGE với những cải tiến về máy thu phát vô tuyến(tập trung vào phần mạng truy nhập vô tuyến) cho phép cung cấp dịch vụ dữ liệu tốc độcao hơn và tăng dung lượng hệ thống mà không làm thay đổi lớn tới cấu trúc mạng diđộng Để tiếp tục tối ưu hoá hệ thống GSM của mình, nhà khai thác có thể sử dụng côngnghệ EDGE Việc qui hoạch mạng vô tuyến sẽ ít bị ảnh hưởng khi triển khai công nghệEDGE Cụ thể, các BTS được tiếp tục sử dụng, các nút chuyển mạch gói GPRS cũngkhông bị ảnh hưởng do chức năng độc lập với tốc độ bit của thuê bao Toàn bộ thay đổi đốivới các nút chuyển mạch của mạng chỉ là việc nâng cấp phần mềm Thiết kế cũng cho phépđầu cuối EDGE nhỏ gọn và giá cạnh tranh được Các kênh truyền dẫn trong EDGE cũngthích hợp cho các dịch vụ GSM và không có sự phân biệt giữa dịch vụ EDGE, GPRS hayGSM Xét trên quan điểm nhà khai thác thì các dịch vụ EDGE nên triển khai trước tiên chocác khu vực nóng sau đó mở rộng dần theo nhu cầu cụ thể Việc nâng cấp phần cứng BSStheo công nghệ EDGE có thể quan niệm như nâng cấp và mở rộng mạng để đáp ứng pháttriển thuê bao thông thường Khả năng 3G băng rộng có thể thực hiện từng bước bằng cáchtriển khai dần giao diện vô tuyến mới 3G trên mạng lõi GSM hiện tại Điều này bảo đảm

an toàn đầu tư và chính sách khách hàng cho nhà khai thác Đối với các nhà khai thác cógiấy phép cho băng tần mới 2GHz thì có thể triển khai IMT-2000 cho các khu vực phủsóng sớm có nhu cầu lớn nhất về các dịch vụ 3G Đầu cuối hai chế độ EDGE/IMT-2000 sẽ

cho phép thuê bao thực hiện chuyển vùng và chuyển giao giữa các hệ thống So vớiphương án xây dựng mạng 3G hoàn toàn mới thì việc phát triển dần trên mạng GSM sẽnhanh chóng và rẻ tiền hơn Các bước trung gian GPRS và EDGE cũng có thuận lợi là pháttriển tiếp lên 3G dễ dàng

Thực tế, việc tăng tốc độ dữ liệu trên giao diện vô tuyến đòi hỏi thiết kế lại cácphương thức truyền dẫn vật lý, khuôn dạng khung, giao thức báo hiệu tại các giao diệnmạng khác nhau Nên tuỳ thuộc yêu cầu cụ thể về tốc độ dữ liệu mà lựa chọn phương ánnâng cấp hệ thống nhằm tăng tốc độ dữ liệu trên các giao diện A-bis

WCDMA

Điều kiện trển khai là nhu cầu dịch vụ dữ liệu chiếm phần lớn trong lưu lượng Đểtriển khai mạng một cách nhanh chóng và hiệu quả, hệ thống phải tương thích ngược vớimạng lõi GSM-MAP của GSM Hệ thống báo hiệu, đầu cuối di động có thể chuyển vùngvới hệ thống GSM hiện có, tuy nhiên đòi hỏi phải có máy cầm tay hai chế độ GSM/GPRShoặc GSM/GPRS/WCDMA Có rất nhiều vần đề kỹ thuật trong việc chuyển đổi cần đượcquan tâm Để ứng chuyển đổi đã có 3 bản chuẩn hoá mạng lõi của 3GPP:

Phương án chuyển đổi nhằm tận dụng tối đa hạ tầng GSM và GPRS hiện có Mạnglõi của 3G có cả phần chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh Mạng truy nhập vô tuyếncủa 3G có thể nối cả với phần chuyển mạch kênh của GSM sau khi đã có phần bổ xungcho 3G Phần mạng lõi với 2 nút mạng SGSN và GGSN của GPRS trước đây được sửdụng lại hoàn toàn Như vậy phương án này phù hợp cho thị trường có cả dịch vụ yêu cầuchuyển mạch kênh (thoại, hình) và dịch vụ dữ liệu gói

Phần gói với GGSN và SGSN vẫn giữ nguyên Trung tâm chuyển mạch di độngMSC của hệ thống được tách thành hai phần: phần điều khiển chuyển mạch và cổng đaphương tiện (thực hiện chức năng chuyển mạch) Một bộ điều khiển có thể quản lý đượcrất nhiều cổng chuyển mạch đa phương tiện

truyền trên IP Như vậy công nghệ này sẽ còn phụ thuộc rất nhiều vào sự phát triển củaVoIP.

Đang được tiếp tục nghiên cứu để khắc phục những nhược điểm của 3GPP R5

2.2.2 Các yêu cầu kĩ thuật thực hiện chuyển đổi trên cơ sở hệ thống GSM

Điều kiện cho chuyển đổi và các vấn đề kỹ thuật đặt ra cho mỗi bước chuyểnđổi theo giai đoạn trên cơ sở hệ thống GSM lên 3G sẽ phải kể đến ba khía cạnh chính được thể hiện ở sơ đồ sau:

Sự chuyển đổi về kỹ thuật:

Sự chuyển đổi về kỹ thuật là con đường phát triển chỉ rõ phương thức đểtriển khai các phần tử mạng và loại công nghệ để thực thi kỹ thuật đó Đây chính làbước phát triển trực tiếp theo các xu hướng chung về công nghệ Do các phần tửmạng là yếu tố tạo lập nên mạng, nên về mặt lý thuyết sự chuyển đổi về kỹ thuật sẽtương ứng với sự phát triển mạng Trong giai đoạn một, do tính chất mở của cácgiao diện được định nghĩa trong chỉ tiêu kỹ thuật hệ thống, mạng 3G có thể đượckết hợp từ nhiều chủng loại thiết bị của nhiều hãng khác nhau Sự chuyển đổi về kỹthuật có thể xử lý được điều này Tuy nhiên với sự khác nhau về tốc độ và bướctriển khai cụ thể trong mối kết hợp của các thiết bị giữa các hãng khác nhau và yêucầu thích ứng với các thay đổi của chỉ tiêu kỹ thuật 3G nên trong nhiều trường hợpnếu không xem xét thấu đáo thì kết quả có thể không như mong muốn

a) Sự chuyển đổi về dịch vụ:

Khác với chuyển đổi về mặt kỹ thuật, sự chuyển đổi dịch vụ dựa trên nhu cầu củangười sử dụng và nhu cầu này có thể là thực tế hoặc chỉ là tưởng tượng Đôi khi các nhàkhai thác mạng và chế tạo thiết bị cung cấp các dịch vụ vượt qua sự kỳ vọng của các thuê

bao Rõ ràng nếu hai yếu tố này không tương đồng thì việc kinh doanh các dịch vụ thôngtin di động sẽ khó khăn.

c) Sự chuyển đổi về mạng:

Chỉ tiêu kỹ thuật của GSM đảm bảo tính mở của các giao diện quyết định nên thànhphần chuẩn của hệ thống GSM Với giao diện mở này, nhà khai thác mạng có thể sử dụngcác thiết bị mạng khác nhau từ các hãng cung cấp thiết bị mạng GSM khác nhau Tính mởcủa giao diện được thể hiện là nó xác định một cách nghiêm ngặt các chức năng hệ thốngthực hiện tại giao diện, đồng thời xác định rõ các chức năng nào cho phép nhà khai thác cóthể sử dụng trong nội bộ mạng tại hai phía của giao diện

2.3 Cấu trúc hệ thống theo các phương án chuyển đổi từ GSM

2.3.1 HSCSD

Trong giai đoạn đầu, thuê bao GSM sử dụng đường truyền dữ liệu chuyển mạch gói,đối xứng với tốc độ 9,6 Kb/s Do sức ép của Internet và thư điện tử nên đường truyền dữliệu di động tăng nhanh, hơn nữa thực tế cho thấy sự phát triển này đã bị đánh giá quá thấptại thời điểm thiết kế mạng GSM

Hiện nay về mặt kỹ thuật có hai giải pháp sau:

- Tối ưu tốc độ mã hoá kênh Thực hiện được việc này ta đã làm tăng tốc độ bit từ 9,6Kb/s lên 12,2 Kb/s

- Làm cho dữ liệu đi qua giao diện Um nhiều hơn bằng cách sử dụng một vài kênh lưulượng thay vì một kênh Giải pháp này được gọi là dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ caoHSCSD (High Speed Circuit Switched Data) như hình 2.7

ISDN

X25 CSPDN

I N

Thay đổi HW& SW cho HSCSD

Hình 2.7: Tác động của mã hoá kênh và HSCSD

Trong môi trường tối ưu, thuê bao HSCSD có thể đạt đến tốc độ truyền dữ liệu 50Kb/s Giải pháp kỹ thuật này có hạn chế là lãng phí tài nguyên và giá cước sẽ cao hơn.Việc sử dụng giải pháp HSCSD phụ thuộc rất nhiều vào chính sách giá của nhà khai thácmạng Một vấn đề khác là phần lớn lưu lượng dữ liệu về bản chất là không đối xứng, điểnhình là dùng đường truyền tốc độ thấp từ thiết bị đầu cuối đến mạng (đường lên) và dùngtốc độ cao cho đường ngược lại (đường xuống) Về mặt kỹ thuật, giao diện chuyển mạchkênh không đối xứng Um không phải là môi trường truy nhập tốt nhất cho kết nối dữ liệu.Điều này đặt ra yêu cầu phải nâng cấp mạng GSM nhằm thích hợp hơn cho việc truyền dữliệu một cách hiệu quả

20-2.3.2 GPRS

a Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS

Giải pháp GPRS (hình 2.8) yêu cầu thêm hai nút dịch vụ vào mạng di động là SGSN(Serving GPRS Support Node ) và GGSN (Gateway GPRS Support Node) Bằng việc sửdụng hai nút này MS có thể tạo lập nên một kết nối chuyển mạch gói qua mạng GSM tớimột mạng dữ liệu gói bên ngoài, ví dụ mạng Internet

Quản lý mạng (NMS)

ISDN PSDN PSPDN X25 CSPDN MS

I N Thay đổi HW& SW cho GPRS

GPRS Packet Core

Internet Um

Hình 2.8: Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS

GPRS có khả năng sử dụng kết nối không đối xứng khi có yêu cầu và do vậy tài

nguyên mạng có thể được sử dụng tốt hơn Giải pháp GPRS là bước kỹ thuật nhằm cung

cấp khả năng IP di động và khả năng Internet cho các thuê bao di động Cellular Theo quan

điểm dịch vụ thì GPRS mở đầu cho bước phát triển để nhiều loại dịch vụ chuyển mạch gói

truyền thống có thể được chuyển đổi và sử dụng qua công nghệ GPRS thích hợp hơn cho

các kết nối chuyển mạch gói Một ví dụ điển hình là WAP mà tiềm năng của nó sẽ được

khai thác mạnh khi sử dụng GPRS

Khi kết nối, chuyển mạch gói được sử dụng, chất lượng dịch vụ QoS là vấn đề có

tính quan trọng hàng đầu Về nguyên lý GPRS hỗ trợ QoS nhưng trong thực tế thì không

như vậy Lý do ở đây là lưu lượng GPRS luôn ở mức ưu tiên thứ hai trong GSM, nói cách

khác chỉ có các tài nguyên chưa sử dụng ở giao diện Um mới được dành cho lưu lượng

GPRS Rõ ràng không ai có thể đảm bảo luôn dành một độ rộng băng nhất định cho lưu

lượng GPRS vì không thể biết trước lượng tài nguyên chưa sử dụng tại giao diện Um

b Triển khai GPRS cho mạng di động Viettel

OSS

BGw

SGSNHN1 SPC=2-1018 GT=82 98 0200090

HLRHN1

MSCHN1

MSCHCM 1

MSCDNG 1

Gi

Gb 1xE1/2 Gr/Gs

Gr/Gs

Gr/Gs

Gb 1xE1/3TS+1 TS

Gb 1xE1/1T S

Gb 1xE1/

2

Hình 2.9: Sơ đồ giao diện Gb-Gr-Gs cho mạng GPRS Viettel(*)

2xE1/12SL+12SL M1S3 Upper M1S5 Upper

2xE1/12SL+12SL M1S3 Lower M1S5 Lower NSEI=20NSVC=20

DLCI=20 DTE

NSEI=21 NSVC=21 DLCI=21 DTE

NSEI=50 NSVCI=50 DLCI=70 DTE

M1 = Magazine 1 S3 = Slot 3 S5 = Slot 5 Upper/Lower = 2 connecters per E1 card

NSEI=2 NSVCI=2 DLCI=17 DTE

NSEI=1

NSVCI=1

DLCI=16

DTE

(*): Sơ đồ giao diện Gb-Gr-Gs cho dự án GPRS/MPBN-Prev.PB5 của Viettel

Hiện nay trung tâm di động khu vực I nằm tại 16 Pháo Đài Láng – Hà Nội, nơi đặt các BSC1, BSC2, MSC1, HLR1 ở hình trên

- GSN: lắp đặt 1SGSN và 1GGSN tại Hà Nội 1CGSN dùng chung cho toàn mạng, tất cả các BSC được nối về Hà Nội

- PCU: nâng cấp phần mềm và trang bị PCU cho 3BSC tại 3 miền

- Nâng cấp phần mềm cho các thành phần khác của mạng: HLR, BGw

Trong đó: + 1CGSN gồm 1SGSN và 1GGSN đặt tại Hà Nội

+ SGSN quản lý 2BSC+ GGSN nối ra mạng Internet của Viettel+ BGw được nối tới SGSN và GGSN

- Các giả định về lưu lượng mạng:

+ Hệ số lưu lượng đỉnh =3

+ Mã hoá kênh: CS-2(13,2kb/s);

Số lượng khối PLC/MAC trên 1 gói IP=21

Tỉ lệ dữ liệu ứng dụng trên 1 kênh PSCH =52% ~ 7kb/s (=13,2 * 52%)

Trong pha 1 thì số thuê bao sử dụng GPRS dự tính là 5000 (chỉ tập trung ở Hà Nội

& thành phố Hồ Chí Minh)

Dữ liệu tải xuống trong giờ cao điểm = 500 kbytes/BH/user

Tốc độ dữ liệu người dùng = 500*8/3600=1,1kb/s

Định cỡ RF:

Kênh PDCH sử dụng On-demand PDCH

Dự kiến 5000 users: trung bình 20 users 1 cell

Dự liệu tải xuống trong giờ cao điểm = 500kbytes/BH/user

Tốc độ dữ liệu người dùng = 500*8/3600 = 1,1kb/s

Do GoS=15% nên với 7 kênh TCH (mỗi BTS chỉ dùng 1 tần số), ta có Erlang của 7

kênh thoại = 2,29 Erl

2.3.3 EDGE

Một kỹ thuật điều chế mới có thể áp dụng tại giao diện vô tuyến là 8-PSK sao cho

một ký tự có thể mang tổ hợp 3 bit thông tin và do vậy tốc độ bit sẽ được cải thiện đáng kể

Khi kỹ thuật này được kết hợp với các kỹ thuật mã hóa kênh phức tạp, người ta có thể đạt

được tốc độ dữ liệu 28 kb/s so với 9,6 kb/s cho một kênh ở GSM truyền thống và trong

trường hợp này một bit thông tin chính là một ký tự tại giao diện vô tuyến Kỹ thuật làm

tăng tốc độ dữ liệu trên được gọi là EDGE (Enhanced Data Rates for Global/GSM

Evolution) như hình 2.10

Quản lý mạng (NMS)

ISDN PSDN PSPDN X25 CSPDN MS

I N Thay đổi HW& SW cho EDGE

Lõi mạng gói E-GPRS

Internet Um

Hình 2.10: Tác động của EDGE lên hệ thống