BẢNG TRA CÁC TỪ VIẾT TẮT

Asymmetric Digital Subcriber Line

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ.

1.1 Giới thiệu 13

1.2 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1 14

1.3 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 15

1.3.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA 15

1.3.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA 16

1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ ba 17

1.5 Kết luận chương 18

Chương 2 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 2.1 Giới thiệu lịch sử phát triển 19

2.2 Cấu trúc mạng GSM 20

2.2.1 Trạm di động 21

2.2.2 Hệ thống con trạm gốc 22

2.2.3 Hệ thống mạng con 22

2.2.4 Đa truy cập trong GSM 23

2.2.5 Các thủ tục thông tin 24

2.2.5.1 Đăng nhập thiết bị vào mạng 24

2.2.5.2 Chuyển vùng 25

2.2.5.3 Thực hiện cuộc gọi 25

2.2.5.3.1 Cuộc gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định 25

2.3 Sự phát triển mạng GSM lên 3G 28

2.3.1 Hệ thống GSM sẽ được nâng cấp từng bước lên thế hệ ba 28

2.3.2 Các giải pháp nâng cấp 28

2.4 Kết luận chương 30

Chương 3 CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ BA W-CDMA 3.1 Giới thiệu công nghệ W-CDMA 32

3.2 Cấu trúc mạng W-CDMA 34

3.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến 36

3.2.1.1 Đặc trưng của UTRAN 37

3.2.1.2 Bộ điều khiển mạng vô tuyến UTRAN 37

3.2.1.3 Node B 38

3.2.2 Giao diện vô tuyến 38

3.2.2.1 Giao diện UTRAN – CN, IU 39

3.2.2.2 Giao diện RNC – RNC, IUr 40

3.2.2.3 Giao diện RNC – Node B, IUb 41

3.3 Kết luận chương 41

Chương 4 CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT TRONG W-CDMA 4.1 Giới thiệu 43

4.2 Mã hóa 43

4.2.1 Mã vòng 43

4.2.2 Mã xoắn .45

4.3.2 Điều chế QPSK 45

4.4 Trải phổ trong W-CDMA 48

4.4.1 Giới thiệu 48

4.4.2 Nguyên lý trải phổ DSSS 50

4.4.3 Mã trải phổ 51

4.4.4 Các hàm trực giao 53

4.5 Cấu trúc phân kênh của WCDMA 53

4.5.1 Kênh vật lý 54

4.5.1.1 Kênh vật lý riêng đường lên 54

4.5.1.2 Kênh vật lý chung đường lên 56

4.5.1.3 Kênh vật lý riêng đường xuống (DPCH) 60

4.5.1.4 Kênh vật lý chung đường xuống 60

4.5.2 Kênh truyền tải 65

4.5.2.1 Kênh truyền tải riêng 65

4.5.2.2 Kênh truyền tải chung 65

4.5.2.3 Sắp xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý 67

4.6 Truy nhập gói trong W-CDMA 67

4.6.1 Tổng quan về truy nhập gói trong W-CDMA 68

4.6.2 Lưu lượng số liệu gói 68

4.6.3 Các phương pháp lập biểu gói 69

4.6.3.1 Lập biểu phân chia theo thời gian 69

5.1 Giới thiệu 71

5.2 Tính suy hao đường truyền cho phép 72

5.3 Xác định kích thước ô 73

5.3.1 Mô hình Hata – Okumura 73

5.3.2 Mô hình Walfsch – Ikegami 74

5.4 Tính toán dung lượng và vùng phủ 76

5.5 Chương trình mô phỏng và tính toán 78

5.5.1 Lưu đồ tính toán 79

5.5.2 Kết quả chương trình 80

5.6 Kết luận chương 82

Kết luận 83

Tài liệu tham khảo 84

Phụ lục 85

Khóa dịch pha nhị phân.

Kênh điều khiển chung

Đa truy cập chia theo mã

Tỷ số sóng mang trên nhiễu

Kênh điều khiển chung

Kênh vật lý điều khiển chung

Kênh điều khiển công suất chung

Kênh gói chung

Kênh hoa tiêu chung

Kênh điều khiển dành riêng

Kênh điều khiển vật lý riêng

DPDCH Dedicated Physical Data Chanel

Kênh số liệu vật lý riêng

Kênh lưu lượng riêng

Thiết bị đầu cuối số liệu

Kênh dùng chung đường xuống

Tăng tốc độ truyền dẫn…

Viện Tiêu chuẩn viễn thông châu Âu

Kênh điều khiển liên kết nhanh

Kênh truy nhập đường xuống

Kênh báo hiệu đường lên nhanh

Kênh điều khiển chung đường xuống

Kênh hiệu chỉnh tần số

Ghép kênh song công phân chia theo tần số

Đa truy cập phân chia theo tần số

Kênh điều khiển riêng đường xuống

Khoá điều chế dịch tần.

Cấp độ phục vụ

Thông tin di động toàn cầu

Hệ thống định vị toàn cầu

Dịch vụ vô tuyến gói chung

Chuyển giao cứng

Hệ thống chuyển mạch kênh tốc độ cao

Tiêu chuẩn thông tin di động toàn cầu

Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế

Giao thức Internet

Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA của Mỹ (do AT&T đề xuất)

Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến của Mỹ (AT&T)

Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến của Mỹ (Qualcomm)

Mạng số đa dịch vụ

Liên minh viễn thông quốc tế - bộ phận vô tuyến.

Chức năng tương tác mạng

Điều khiển truy nhập liên kết

Nhận dạng vùng vị trí

Điều khiển liên kết logic

Hệ thống chuyển mạch

Đa truy cập theo cơ hội

Khai thác và bảo dưỡng

Kênh chấp nhận truy cập và nhắn tin.

Mã xoắn móc nối song song

Kênh điều khiển tìm gọi

Kênh nhắn tin

Kênh gói chung vật lý

Dịch vụ thông tin cá nhân

Mạng di động mặt đất công cộng

Mạng chuyển mạch thoại công cộng.BPSK Binary Phase Shift Keying

Kênh truy cập ngẫu nhiên

Điều khiển tài nguyên vô tuyến

Kênh đồng bộ

Kênh điều khiển dành riêng

Đa truy cập phân chia theo không gian

TCH Traffic Channel

Kênh lưu lượng

Đa truy cập phân chia theo thời gian

Ghép song công phân chia thời gian

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu

Hệ số tích cực thoại

Tốc độ khả biến

Đa truy cập phân chia theo mã băng rộng

với những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong cuộc sống hằng ngày Các kĩ thuật không ngừng được hoàn thiện đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng Công nghệ điện thoại di động phổ biến nhất thế giới GSM đang gặp nhiều cản trở và sẽ sớm bị thay thế bằng những công nghệ tiên tiến hơn,

hỗ trợ tối đa các dịch vụ như Internet, truyền hình

Hệ thống viễn thông di động thế hệ hai là GSM và IS 95 Những công nghệ này ban đầu được thiết kế để truyền tải giọng nói và nhắn tin Để tận dụng được tính năng của hệ thống 2G khi chuyển hướng sang 3G cần thiết có một giải pháp trung chuyển Các nhà khai thác mạng GSM có thể bắt đầu chuyển từ GSM sang 3G bằng cách nâng cấp hệ thống mạng lên GPRS (Dịch vụ vô tuyến chuyển mạch gói), tiếp theo là EDGE (tiêu chuẩn 3G trên băng tần GSM và hỗ trợ dữ liệu lên tới 384kbit) và UMTS (công nghệ băng thông hẹp GSM sử dụng truyền dẫn CDMA), và WCDMA.

3G là một bước đột phá của ngành di động, bởi vì nó cung cấp băng thông rộng hơn cho người sử dụng Điều đó có nghĩa sẽ có các dịch vụ mới và nhiều thuận tiện hơn trong dịch vụ thoại và sử dụng các ứng dụng dữ liệu như truyền thông hữu ích như điện thoại truyền hình, định vị và tìm kiếm thông tin, truy cập Internet, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe nhạc và xem video chất lượng cao,… Truyền thông di động ngày nay đã và đang đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống Việc vẫn có thể giữ liên lạc với mọi người trong khi di chuyển đã làm thay đổi cuộc sống riêng tư và công việc của chúng ta

Thế giới đang có 2 hệ thống 3G được chuẩn hóa song song tồn tại, một dựa trên công nghệ CDMA còn gọi là CDMA 2000, chuẩn còn lại do dự án 3rd Generation Partnership Project (3GPP) thực hiện 3GPP đang xem xét tiêu chuẩn UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access TS Tiêu chuẩn này có 2 sơ đồ truy nhập

việc xây dựng và hoàn thành công trình là một việc làm cần thiết, có ý nghĩa và đặc biệt là độ khả thi trong giai đoạn hiện nay, khi nhu cầu phát triển lên 3G là một xu hướng tất yếu ở Việt Nam, nhất là các nhà di động mạng GSM” (Theo báo điện tử VietNamNet)

Xuất phát từ ý tưởng muốn tìm hiểu công nghệ CDMA và mạng CDMA em đã thực hiện đồ án: “Công nghệ W-CDMA và qui hoạch mạng W- CDMA”.

W-Đồ án này em trình bày 5 chương, với nội dung chính là chương3, chương 4, chương 5, gồm có :

Chương 1 : Tổng quan về thông tin di động,

Chương 2 : Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM,

Chương 3 : Công nghệ di động thế hệ ba W-CDMA,

Chương 4 : Các giải pháp kỷ thuật trong W-CDMA,

Chương 5 : Quy hoạch mạng W-CDMA.

Trong quá trình làm đồ án khó tránh khỏi sai sót, em rất mong sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và sự góp ý của các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Hồ Viết Việt và các thầy cô giáo đã giúp em hoàn thành đồ án này !.

Đà Nẵng, ngày 6 tháng 6 năm 2007 Người thực hiện

-Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số.

-Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong

đó một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy

di động và một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ máy di động đếntrạm gốc Việc phân chia tần như vậy cho phép các máy thu và máy phát có thểhoạt động cùng một lúc mà không sợ can nhiễu nhau

-Giảm số máy thu phát ở BTS

-Giảm nhiễu giao thoa

Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu(Global System for Mobile Communications - GSM)

Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn kỹ thuậtFDMA Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng xử

lý không quá 106 lệnh trong 01 giây, còn trong MS số TDMA phải có khảnăng xử lý hơn 50x106 lệnh trên giây

1.3.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA.

Với phương pháp đa truy cập CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nênnhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hànhcác cuộc gọi mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau Những người sử dụng nóitrên được phân biệt với nhau nhờ dùng một mã đặc trưng không trùng vớibất kỳ ai Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại mỗi cell trong toàn mạng, vànhững kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên(Pseudo Noise - PN)

Đặc điểm của CDMA:

-Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz

-Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp

-Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độtrường rất nhỏ và chống fading hiệu quả hơn FDMA, TDMA

-Việc các thuê bao MS trong cell dùng chung tần số khiến cho thiết bịtruyền dẫn vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn vấn

đề, chuyển giao trở thành mềm, điều khiển dung lượng cell rất linh hoạt

1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ ba.

Công nghệ thông tin di động số thế hệ ba Công nghệ này liên quan đến nhữngcải tiến đang được thực hiện trong lĩnh vực truyền thông không dây cho điện thoại

và dữ liệu thông qua bất kỳ chuẩn nào trong những chuẩn hiện nay Đầu tiên làtăng tốc độ bit truyền từ 9.5Kbps lên 2Mbps Khi số lượng thiết bị cầm tay đượcthiết kế để truy cập Internet gia tăng, yêu cầu đặt ra là phải có được công nghệtruyền thông không dây nhanh hơn và chất lượng hơn Công nghệ này sẽ nâng caochất lượng thoại, và dịch vụ dữ liệu sẽ hỗ trợ việc gửi nội dung video và multimediađến các thiết bị cầm tay và điện thoại di động

Các hệ thống thông tin di động số hiện nay đang ở giai đoạn chuyển từ thế hệ2.5G sang thế hệ 3 (3 - Generation) Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng và các dịch

vụ thông tin di động, ngay từ đầu những năm đầu của thập kỷ 90 người ta đã tiếnhành nghiên cứu hoạch định hệ thống thông tin di động thế hệ ba ITU-R đang tiếnhành công tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000 Ởchâu Âu ETSI đang tiến hành tiêu chuẩn hóa phiên bản này với tên gọi là UMTS(Universal Mobile Telecommunnication System) Hệ thống mới này sẽ làm việc ởdải tần 2GHz Nó sẽ cung cấp nhiều loại hình dịch vụ bao gồm các dịch vụ thoại và

số liệu tốc độ cao, video và truyền thanh Tốc độ cực đại của người sử dụng có thểlên đến 2Mbps Người ta cũng đang tiến hành nghiên cứu các hệ thống vô tuyến thế

tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến, đồng thời tương tác với mọiloại dịch vụ viễn thông.

- Hệ thống thông tin di động 3G sử dụng các môi trường khai thác khác nhau

- Có thể hỗ trợ các dịch vụ như : Môi trường thông tin nhà ảo (VHE – VitualHome Environment) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạchtoàn cầu; Đảm bảo chuyển mạng quốc tế; Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồngthời cho thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói

- Dể dàng hỗ trợ các dich vụ mới xuất hiện

Các hệ thống thông tin di động thế hệ hai phát triển thông dụng nhất hiện nay

là : GSM, cdmaOne (IS-95), TDMA (IS-136), PDC Trong quá trình thiết kế hệthống thông tin di động thế hệ ba, các hệ thống thế hệ hai được cơ quan chuẩn hóacủa từng vùng xem xét để đưa ra các đề xuất tương ứng thích hợp với mỗi vùng

…

Trạm di động (Mobile Station_MS) gồm có thiết bị di động (đầu cuối) và mộtcard thông minh gọi là module nhận dạng thuê bao (Subscriber IdentityModule_SIM) SIM cung cấp thông tin cá nhân di động, vì thế người sử dụng truycập vào các dịch vụ thuê bao không phụ thuộc vào loại thiết bị đầu cuối Bằng cáchgắn SIM vào đầu cuối GSM, người sử dụng có thể nhận, gọi và nhận các dịch vụthuê bao khác trên thiết bị đầu cuối này.

Thiết bị di động được nhận dạng duy nhất bằng số nhận dạng thiết bị di độngquốc tế (International Mobile Equipment Identity_IMEI) SIM card chứa số nhậndạng thuê bao di động quốc tế (International Mobile Subscriber Identity_IMSI) sửdụng để nhận dạng thuê bao trong hệ thống, dùng để xác định chủ quyền và thôngtin khác Số IMEI và IMSI độc lập nhau SIM card có thể được bảo vệ chống lạiviệc sử dụng trái phép bằng password hoặc số nhận dạng cá nhân

2.2.2 Hệ thống con trạm gốc.

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

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

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

2.2.3 Hệ thống mạng con.

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

nhật tọa độ, trao tay, và định tuyến cuộc gọi cho một thuê bao liên lạc di động.Những dịch vụ này được cung cấp chung với nhiều bộ phận chức năng khác, tạonên hệ thống mạng con MSC cung cấp kết nối đến mạng cố định (như PSTN hoặcISDN) Báo hiệu giữa các bộ phận chức năng trong hệ thống mạng con là hệ thốngbáo hiệu số 7 (SS7) sử dụng cho báo hiệu trung kế trong mạng ISDN và mở rộng sửdụng trong mạng công cộng hiện tại.

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

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

có thể được thực hiện độc lập nhưng tất cả các nhà sản xuất thiết bị chuyển mạchcho đến nay đều sản xuất VLR chung với MSC, vì thế vùng địa lý điều khiển bởiMSC sẽ tương ứng với điều khiển bởi VLR đó, do đó đơn giản hóa báo hiệu cầnthiết Lưu ý rằng MSC không chứa thông tin các trạm di động – thông tin này lưutrữ trong các thanh ghi vị trí

Có hai bộ ghi khác sử dụng cho mục đích xác nhận và bảo mật Bộ ghi nhậnthực thiết bị (EIR) là một cơ sở dữ liệu chứa một danh sách tất cả các thiết bị diđộng hợp lệ trên mạng, mỗi trạm di động được xác nhận bằng số nhận dạng thiết bị

di động quốc tế (IMEI) Số IMEI bị đánh dấu là không hợp lệ nếu được thông báomất cắp hoặc không được chấp thuận Trung tâm nhận thực AuC là cơ sở dữ liệuđược bảo vệ chứa bản sao khóa mã trong SIM card của thuê bao, sử dụng để nhậnthực và mã hóa trên kênh vô tuyến

2.2.4 Đa truy cập trong GSM.

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

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

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

124 kênh Để cho các kênh lân cận không gây nhiễu cho nhau mỗi BTS phủ một ôcủa mạng phải sử dụng các tần số cách xa nhau và các ô chỉ được sử dụng lại tần số

ở khoảng cách cho phép

Truyền dẫn vô tuyến ở GSM được chia thành các cụm (BURST) chứa hàngtrăm bit đã được điều chế Mỗi cụm được phát đi trong một khe thời gian 577μs ởs ởtrong một kênh tần số có độ rộng 200 Khz nói trên Mỗi một kênh tần số cho phép

tổ chức các khung thâm nhập theo thời gian, mỗi khung bao gồm 8 khe thời gian từ

0 – 7 (TS0, TS1, TS7)

2.2.5 Các thủ tục thông tin.

2.2.5.1 Đăng nhập thiết bị vào mạng.

Khi một thuê bao không ở trạng thái gọi, nó sẽ quét 21 kênh thiết lập trên tổng

số 416 kênh Sau đó nó chọn một kênh mạnh nhất và khóa ở kênh này Sau 60s qúa

trình tự định vị được lặp lại.

Khi thuê bao bật lên, thiết bị dò tần số GSM để tìm kênh điều khiển Sau đó,thiết bị đo cường độ của tín hiệu từ các kênh và ghi lại Cuối cùng chuyển sang kếtnối với kênh có tín hiệu mạnh nhất

Riêng trong chế độ chuyển vùng quốc tế hoặc chuyển vùng giữa mạng của hainhà khai thác dịch vụ khác nhau thì quá trình cập nhật vị trí đòi hỏi phải có sự chấpthuận và hổ trợ từ cấp nhà khai thác dịch vụ

2.2.5.3 Thực hiện cuộc gọi.

2.2.5.3.1 Cuộc gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định.

Trình tự thiết lập cuộc gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định như sau :

1 Thiết bị gửi yêu cầu một kênh báo hiệu

2 BSC/TRC sẽ chỉ định kênh báo hiệu

3 Thiết bị gửi yêu cầu cuộc gọi cho MSC/VLR Thao tác đăng ký trạng tháitích cực cho thiết bị vào VLR, xác thực, mã hóa, nhận dạng thiết bị, gửi số được gọicho mạng, kiểm tra xem thuê bao có đăng ký dịch vụ cấm gọi ra đều được thực hiệntrong bước này

4 Nếu hợp lệ MSC/VLR báo cho BSC/TRC một kênh đang rỗi

5 MSC/VLR chuyển tiếp số được gọi cho mạng PSTN

6 Nếu máy được gọi trả lời, kết nối sẽ thiết lập

2.2.5.3.2 Cuộc gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động.

Điểm khác biệt quan trọng so với gọi từ thiết bị di động là vị trí của thiết bịkhông được biết chính xác Chính vì thế trước khi kết nối, mạng phải thực hiệncông việc xác định vị trí của thiết bị di động

1 Từ điện thoại cố định, số điện thoại di động được gửi đến mạng PSTN.Mạng sẽ phân tích và nếu phát hiện ra từ khóa gọi mạng di động, mạng PSTN sẽ kếtnối với trung tâm GMSC của nhà khai thác thích hợp

2 GMSC phân tích số điện thoại di động để tìm ra vị trí đăng ký gốc trongHLR của thiết bị và cách thức nối đến MSC/VLR phục vụ

3 HLR phân tích số di động gọi đến để tìm ra MSC/VLR đang phục vụ chothiết bị Nếu có đăng ký dịch vụ chuyển tiếp cuộc gọi đến, cuộc gọi sẽ được trả vềGMSC với số điện thoại được yêu cầu chuyển đến

4 HLR liên lạc với MSC/VLR đang phục vụ

5 MSC/VLR gửi thông điệp trả lời qua HLR đến GMSC

6 GMSC phân tích thông điệp rồi thiết lập cuộc gọi đến MSC/VLR

7 MSC/VLR biết địa chỉ LAI của thiết bị nên gửi thông điệp đến BSC quản lýLAI này

GSM/PLMN PSTN

1 2 3

1 2 3 4

BSC/TRC MSC/VLR

Thiết bị đầu cuối

Hình 2.3 Gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định

8 BSC phát thông điệp ra toàn bộ vùng các ô thuộc LAI.

9 Khi nhận được thông điệp thiết bị sẽ gửi yêu cầu ngược lại

10 BSC cung cấp một khung thông điệp chứa thông tin

11 Phân tích thông điệp của BSC gửi đến để tiến hành thủ tục bật trạng tháicủa thiết bị lên tích cực, xác nhận, mã hóa, nhận diện thiết bị

12 MSC/VLR điều khiển BSC xác lập một kênh rỗi, đổ chuông Nếu thiết bị

di động chấp nhận trả lời, kết nối được thiết lập

2.2.5.3.3 Cuộc gọi từ thiết bị di động đến thiết bị di động.

Quá trình diễn ra tương tự như gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động,chỉ khác điểm giao tiếp với mạng PSTN của điện thoại cố định sẽ được thay thếbằng MSC/VLR khác

Tổng đài nội bộ

2 5

các trạm gốc và hai bên cùng giải phóng cuộc gọi MS tiếp tục kiểm tra tìm gọithông qua kênh thiết lập mạnh nhất.

2.3 Sự phát triển của mạng GSM lên 3G

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

Để đáp ứng được các dịch vụ mới về truyền thông đa phương tiện trên phạm vitoàn cầu đồng thời đảm bảo tính kinh tế, hệ thống GSM sẽ được nâng cấp từngbước lên thế hệ ba Thông tin di động thế hệ ba có khả năng cung cấp dịch vụtruyền thông multimedia băng rộng trên phạm vi toàn cầu với tốc độ cao đồng thờicho phép người dùng sử dụng nhiều loại dịch vụ đa dạng Việc nâng cấp GSM lên3G được thực hiện theo các tiêu chí sau :

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

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

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

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

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

2000 và với các mạng viễn thông cố định như PSTN/ISDN Có cấu trúc mở chophép đưa vào dễ dàng các tiến bộ công nghệ, các ứng dụng khác nhau cũng như khảnăng cùng tồn tại và làm việc với các hệ thống cũ

2.3.2 Các giải pháp nâng cấp

Có hai giải pháp nâng cấp GSM lên thế hệ ba : một là bỏ hẳn hệ thống cũ, thaythế bằng hệ thống thông tin di động thế hệ ba; hai là nâng cấp GSM lên GPRS vàtiếp đến là EDGE nhằm tận dụng được cơ sở mạng GSM và có thời gian chuẩn bị

để tiến lên hệ thống 3G W-CDMA Giải pháp thứ hai là một giải pháp có tính khảthi và tính kinh tế cao nên đây là giải pháp được ưa chuộng ở những nước đang pháttriển như nước ta

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

Hình 2.5 Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G

Trong giai đoạn tiếp theo, để tăng tốc độ số liệu có thể sử dụng công nghệ sốliệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD : High Speed Circuit Switched Data) vàdịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS : General Packet Radio Protocol Services).GPRS sẽ hỗ trợ WAP có tốc độ thu và phát số liệu lên đến 171.2Kbps Một ưu điểmquan trọng của GPRS nữa là thuê bao không bị tính cước như trong hệ thốngchuyển mạch kênh mà cước phí được tính trên cơ sở lưu lượng dữ liệu sử dụng thay

vì thời gian truy cập

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

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

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

trở và sẽ sớm được phát triển bằng những công nghệ tiên tiến hơn, hỗ trợ tối đa cácdịch vụ như Internet, truyền hình

Với công nghệ 3G, các nhà khai thác mạng có thể cung cấp nhiều dịch vụ sốliệu cho các khách hàng của mình, các dịch vụ hấp dẫn này làm cho cuộc sống của

họ dễ dàng hơn Nhờ đó, các nhà khai thác mạng có thể tăng doanh thu trung bìnhtrên một thuê bao Ngoài ra, 3G còn tạo khả năng cho các nhà khai thác cung cấpcác dịch vụ đặc biệt dành riêng cho các thuê bao của mình để có được sự trungthành của khách hàng

Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đếntruy nhập vô tuyến UTRAN gồm hai phần tử :

- Nút B : Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu Nócũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến

- Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC: Có chức năng sở hữu và điều khiển cáctài nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B được kết nối với nó) RNC còn là điểmtruy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN

 CN (Core Network)

- HLR (Home Location Register): Là thanh ghi định vị thường trú lưu giữthông tin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng Các thông tin này bao gồm :Thông tin về các dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và cácthông tin về dịch vụ bổ sung như : trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyểnhướng cuộc gọi

- MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register) :

Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạchkênh cho UE tại vị trí của nó MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyểnmạch kênh VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người sử dụng cũng như

vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ

- GMSC (Gateway MSC) : Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài

- SGSN (Serving GPRS) : Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụngcho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS)

- GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Có chức năng như GMSC nhưng chỉphục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói

 Các mạng ngoài

- Mạng CS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh

- Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói

- Giao diện CU : Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao diện nàytuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh.

- Giao diện UU : Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của

hệ thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS

- Giao diện IU : Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhàkhai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau

- Giao diện IUr : Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuấtkhác nhau

- Giao diện IUb : Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC IUb đượctiêu chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn

3.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN

UTRAN bao gồm nhiều hệ thống mạng con vô tuyến RNS (Radio NetworkSubsystem) Một RNS gồm một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC và các node B.Các RNC được kết nối với nhau bằng giao diện Iur và kết nối với node B bằng giaodiện Iub

3.2.1.1 Đặc trưng của UTRAN

Các đặc tính của UTRAN là cơ sở để thiết kế cấu trúc UTRAN cũng như cácgiao thức UTRAN có các đặc tính chính sau :

- Hỗ trợ các chức năng truy nhập vô tuyến, đặc biệt là chuyển giao mềm và cácthuật toán quản lý tài nguyên đặc thù của W-CDMA

- Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh và chuyểnmạch gói bằng cách sử dụng giao thức vô tuyến duy nhất để kết nối từ UTRAN đến

cả hai vùng của mạng lõi

- Đảm bảo tính chung nhất với GSM

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

3.2.1.2 Bộ điều khiển mạng vô tuyến UTRAN

RNC là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển tài nguyên vô tuyến củaUTRAN RNC kết nối với CN (thông thường là với một MSC và một SGSN) quagiao diện vô tuyến Iu RNC điều khiển node B chịu trách nhiệm điều khiển tải vàtránh tắc ngẽn cho các ô của mình Khi một MS UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên

vô tuyến từ nhiều RNC thì các RNC này sẽ có hai vai trò logic riêng bịêt

- RNC phục vụ (Serving RNC) : SRNC đối với một MS là RNC kết cuối cảđường nối Iu để truyền số liệu người sử dụng và báo hiệu RANAP (phần ứng dụngmạng truy nhập vô tuyến) tương ứng từ mạng lõi SRNC cũng là kết cuối báo hiệuđiều khiển tài nguyên vô tuyến Nó thực hiện xử lý số liệu truyền từ lớp kết nối sốliệu tới các tài nguyên vô tuyến SRNC cũng là CRNC của một node B nào đó được

sử dụng để MS kết nối với UTRAN

- RNC trôi (Drif RNC) : DRNC là một RNC bất kỳ khác với SRNC để điềukhiển các ô được MS sử dụng Khi cần DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân tập

vĩ mô DRNC không thực hiện xử lý số liệu trong lớp kết nối số liệu mà chỉ địnhtuyến số liệu giữa các giao diện I và I Một UE có thể không có hoặc có một hay

3.2.1.3 Node B

Chức năng chính của node B là thực hiện xữ lý trên lớp vật lý của giao diện vôtuyến như mã hóa kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ…Nó cũng thực hiệnphần khai thác quản lý tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòng trong Vềphần chức năng nó giống như trạm gốc của GSM

3.2.2 Giao diện vô tuyến

Cấu trúc UMTS không định nghĩa chi tiết chức năng bên trong của phần tửmạng mà chỉ định nghĩa giao diện giữa các phần tử logic Cấu trúc giao diện đượcxây dựng trên nguyên tắc là các lớp và các phần cao độc lập logic với nhau, điềunày cho phép thay đổi một phần của cấu trúc giao thức trong khi vẫn giữ nguyêncác phần còn lại

3.2.2.1 Giao diện UTRAN – CN, I U

Giao thức ứng dụng

Mạng báo hiệu báo hiệu Mạng số liệu Mạng

ALCAP

Luồng

số liệu

Phía điều khiển mạng truyền tải

Phía người sử dụng mạng truyền tải

Phía người sử dụng mạng truyền tải

Giao diện IU là một giao diện mở có chức năng kết nối UTRAN với CN Iu cóhai kiểu : Iu CS để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch kênh và Iu PS để kết nốiUTRAN với chuyển mạch gói.

 Cấu trúc I U CS

IU CS sử dụng phương thức truyền tải ATM trên lớp vật lý là kết nối vô tuyến,cáp quang hay cáp đồng Có thể lựa chọn các công nghệ truyền dẫn khác nhau nhưSONET, STM-1 hay E1 để thực hiện lớp vật lý

- Ngăn xếp giao thức phía điều khiển : Gồm RANAP trên đỉnh giao diện SS7băng rộng và các lớp ứng dụng là phần điều khiển kết nối báo hiệu SCCP, phầntruyền bản tin MTP3-b, và lớp thích ứng báo hiệu ATM cho các giao diện mạngSAAL-NNI

- Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải : Gồm các giao thức báohiệu để thiết lập kết nối AAL2 (Q.2630) và lớp thích ứng Q.2150 ở đỉnh các giaothức SS7 băng rộng

- Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng : Gồm một kết nối AAL2 được dànhtrước cho từng dịch vụ CS

- Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải IU PS : Phía điều khiểnmạng truyền tải không áp dụng cho I PS Các phần tử thông tin sử dụng để đánh

- Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC.

- Hỗ trợ kênh lưu lượng riêng

- Hỗ trợ kênh lưu lượng chung

- Hỗ trợ quản lý tài nguyên vô tuyến toàn cầu

3.2.2.3 Giao diện RNC – Node B, I Ub

Giao thức IUb định nghĩa cấu trúc khung và các thủ tục điều khiển trong băngcho các từng kiểu kênh truyền tải Các chức năng chính của IUb :

- Chức năng thiết lập, bổ sung, giải phóng và tái thiết lập một kết nối vô tuyếnđầu tiên của một UE và chọn điểm kết cuối lưu lượng

- Khởi tạo và báo cáo các đặc thù ô, node B, kết nối vô tuyến

- Xử lý các kênh riêng và kênh chung

- Xử lý kết hợp chuyển giao

- Quản lý sự cố kết nối vô tuyến

Theo đánh giá của các thành viên phản biện, việc xây dựng và hoàn thànhcông trình là một việc làm cần thiết, có ý nghĩa và đặc biệt là độ khả thi trong giaiđoạn hiện nay, khi nhu cầu phát triển lên 3G là một xu hướng tất yếu ở Việt Nam,nhất là các nhà di động mạng GSM

Một cặp sóng sin đối pha 1800 như trên gọi là một cặp tín hiệu đối cực.

Luồng số tốc độ bit Rb được đưa qua bộ chuyển đổi về tín hiệu NRZ (01,1-1), sau đó nhân với sóng mang để được tín hiệu điều chế BIT/SK

Chọn một tín hiệu là cơ sở là trực chuẩn:

 f t

T t

b



2 cos 2 ) (

Ta có :

   t u t d

E t

Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý điều chế BPSK

Luồng số cơ haiR

b = 1/T

i(t)

c b

f T

b

E

2 cos

2



NRZ