TIẾN TRÌNH DI ĐỘNG 3g mạng GSM

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG KĨ THUẬT CAO THẮNG KHOA : ĐIỆN TỬ TIN HỌC ——&–– ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ñeà taøi: TIẾN TRÌNH DI ĐỘNG GSM LÊN 3G GVHD : THẦY PHAN DUY ANH SVTH : TRƯƠNG VĂN TIỆP TP.HỒ CHÍ MINH THÁNG NĂM 2009 LỜI NÓI ĐẦU Mạng GSM với ưu điểm bật : dung lượng lớn, chất lượng kết nối tốt, tính bảo mật cao, có chỗ đứng vững thị trường viễn thông giới Khi vấn đề Internet toàn cầu mạng riêng khác phát triển quy mô mức độ tiện ích xuất nhu cầu dịch vụ truyền số liệu lúc, nơi Người sử dụng có nhu cầu dịch vụ : truyền số liệu tốc độ cao, điện thoại có hình, truy cập Internet tốc độ cao từ máy di động dịch vụ truyền thông đa phương tiện khác Thông tin di động GSM sử dụng công nghệ số hệ thống băng hẹp, hỗ trợ tốc độ số liệu cao 9,6 kbit/s xây dựng chế chuyển mạch kênh nên không đáp ứng dịch vụ Các nhà khai khác GSM buộc phải nâng cấp mạng để đáp ứng nhu cầu người sử dụng Đối với nhà khai thác GSM, có việc nâng cấp thẳng lên công nghệ W-CDMA với giải pháp chi phí chấp nhận Quá trình nâng cấp trình phức tạp, yêu cầu phần tử mạng với máy đầu cuối Do vậy, vấn đề cần cân nhắc khía cạnh kinh tế kỹ thuật cho việc nâng cấp, buộc nhà khai thác phải suy tính Chính vậy, GPRS lựa chọn nhà khai thác GSM bước chuẩn bị sở hạ tầng kỹ thuật để tiến lên 3G Ở Việt Nam ngày Bộ Thông Tin Truyền Thông cấp giấy phép 3G cho bốn doanh nghiệp di động là: Viettel, MobiFone liên doanh EVN Telecom Hanoi Telecom Em chọn đề tài “Tiến trình từ GSM lên 3G” với mục đích để nắm vững giải pháp kỹ thuật mà mạng GSM triển khai trình phát triển lên 3G Đồng thời tìm hiểu tiêu chuẩn 3G GSM W-CDMA để tiếp cận công nghệ này.Với mong muốn tiếp cận trình phát triển lên 3G mạng di động GSM vào làm việc mạng di động GSM Việt Nam Đồ án bao gồm chương, nội dung chương sau : Chương I: Mạng thông tin di động GSM, giới thiệu mạng, cấu trúc, giao diện vô tuyến, thiết lập gọi bảo mật GSM Chương II: Phát triển GSM đến hệ 2,5, lộ trình phát triển hệ thống thông tin di động GSM hệ hai sang W-CDMA hệ ba Chương III: Mạng thông tin di động W-CDMA, tổng quát công nghệ ATM giao thức TCP/IP, mô hình tham khảo mạng W-CDMA, kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động hệ ba, lớp vật lý W-CDMA, hoạt động kênh vật lý, cấu trúc mạng W-CDMA UMTS, … Trên sở kiến thức tích lũy năm học tập chuyên ngành Điện Tử - Viễn Thông trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng với hướng dẫn thầy Phan Duy Anh Em tìm hiểu, nghiên cứu hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy Phan Duy Anh tận tình hướng dẫn giúp đỡ chúng em suốt trình hoàn thành đồ án Em xin gửi lời cảm ơn đến tất thầy cô khoa Điện tử - Tin học nói riêng thầy cô trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng nói chung giảng dạy chúng em suốt ba năm học tập trường Tp HCM, tháng năm 2009 Sinh viên thực Trương Văn Tiệp NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN -oOo - Tên Đề Tài: TIẾN TRÌNH DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Nhận xét giáo viên hướng dẫn: Điểm đề nghị giáo viên hướng dẫn với Hội đồng giám khảo: Trương Văn Tiệp …… Điểm Tp Hồ Chí Minh, ngày… tháng … năm 2009 Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN -oOo - Tên Đề Tài: TIẾN TRÌNH DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Nhận xét giáo viên phản biện: Tp Hồ Chí Minh, ngày… tháng … năm 2009 Giáo viên phản biện NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG GIÁM KHẢO -oOo - Tên Đề Tài: TIẾN TRÌNH DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Nhận xét hội đồng giám khảo: Tp Hồ Chí Minh, ngày… tháng … năm 2009 Hội đồng giám khảo HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN Hình 1.1: Cấu trúc tổng quát hệ thống GSM Hình 1.2 Cấu trúc địa lý mạng Hình 1.3 Xử lý tín hiệu số biến đổi vào sóng vô tuyến MS Hình 1.4 Cấu trúc kênh logic giao diện vô tuyến Hình 1.5 Tổ chức khung GSM .9 Hình 1.6 Cuộc gọi từ mạng cố định kết cuối MS (MTC) 16 Hình 1.7 Cuộc gọi quốc tế đến MS 17 Hình 1.8 Cuộc gọi quốc tế tương lai 18 Hình 2.1 Các luồng số liệu kết hợp IWF 20 Hình 2.2 Cấu trúc hệ thống HSCSD .21 Hình 2.3 Cấu trúc mạng GPRS 24 Hình 2.4 Nhập mạng GPRS 32 Hình 2.5 Nhập mạng GSM/GPRS kết hợp 35 Hình 2.6 Cấu hình hệ thống WAP 38 Hình 3.1 Kiến trúc mạng 3GPP phát hành 1999 44 Hình 3.2 Kiến trúc mạng phân bố 3GPP phát hành 45 Hình 3.3 Kiến trúc mạng đa phương tiện IP 3GPP 47 Hình 3.4 Kiến trúc mạng di động toàn IP phát hành 2000 49 Hình 3.5 Sơ đồ khối máy phát vô tuyến (a) máy thu vô tuyến (b) 51 Hình 3.6 Mô hình hệ thống DS-CDMA 54 Hình 3.7 Điều khiển công suất CDMA .55 Hình 3.8 Chuyển giao mềm 56 Hình 3.9 Chuyển giao mềm 56 Hình 3.10 Quan hệ trải phổ ngẫu nhiên hoá .58 Hình 3.11.Cấu trúc mã định kênh 60 Hình 3.12 Sơ đồ tổng quát trải phổ ghép kênh vật lý .64 Hình 3.13 Phần tin kênh vật lý PRACH 65 Hình 3.14 Sơ đồ kênh PCPCH cho phần tin 65 Hình 3.15 Điều chế đường lên 66 Hình 3.16 Sơ đồ khối tổng quát trải phổ kênh vật lý đường xuống trừ kênh SCH .67 Hình 3.17 Sơ đồ khối ghép kênh vật lý đường xuống 68 Hình 3.18.Sơ đồ điều chế QPSK cho đường xuống .69 Hình 3.19 Sắp xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý 70 Hình 3.20 Giao diện lớp cao lớp vật lý .71 Hình 3.21 Cấu trúc tổng quát hệ thống W-CDMA 3GPP 1999 74 Hình 3.22 Các phần tử mạng W-CDMA UMTS 75 Hình 3.23 Cấu trúc UTRAN 77 Hình 3.24 Các chức logic RNC kết nối UTRAN 79 Hình 3.25 Thủ tục thiết lập gọi W-CDMA UMTS 81 TỪ VIẾT TẮT DÙNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2G Second Generation: Hệ thống thông tin di động hệ 3G Third Generation: Hệ thống thông tin di động hệ 3GPP Third Generation Parnership Project: Dự án hợp tác thông tin di động hệ thứ A A/D Analog /Digital: Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự thành số AGC Automatic Gain Control: Tự điều khuếch AGCH Access Grant Channel: Kênh cho phép truy nhập AICH Acquisition Indication Channel: Kênh thị bắt ATM Asynchronous Transfer Mode: Chế độ truyền không đồng AUC Authentication Center: Trung tâm nhận thực B BCH Broadcast Channel: Kênh quảng bá BSC Base Station Controller: Bộ điều khiển trạm gốc BSIC Basic Station Identity Code: Mã nhận dạng trạm gốc BTS Base Transceiver Station: Trạm thu phát gốc C CD/CA-ICH Collision Detection/ Channel Assignment Indicator Channel: Kênh thị ấn định kênh/ Phát xung đột CDMA Code Division Multiple Access: Đa truy nhập phân chia theo mã CN Core Network: Mạng lõi CPCH Common Physical Channel: Kênh vật lý chung CPICH Common Pilot Channel: Kênh hoa tiêu chung CRC Cyclic Redundancy Check: Mã dịch vòng CS Circuit Switch: Chuyển mạch kênh CSCF Call State Control Function: Chức điều khiển trạng thái gọi CSICH CPCH Status Indicator Channel: Kênh thị trạng thái CPCH CSPDN Circuit Switch Public Data Network: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh D D/A Digital/Analog: Bộ chuyển đổi tín hiệu số thành tương tự DCCH Dedicated Control Channel: Kênh điều khiển riêng DPCCH Dedicated Physical Control Channel: Kênh điều khiển vật lý riêng DPCH Dedicated Physical Channel: Kênh vật lý riêng DPCH Downlink Physical Channel: Kênh vật lý đường xuống DPDCH Dedicated Physical Data Channel: Kênh vật lý số liệu riêng DRNC Drift Radio Network Controller: Bộ điều khiển mạng vô tuyến trôi DS SS Direct Sequence Spread Spectrum: Trải phổ chuỗi trực tiếp DS-CDMA Direct Sequence- Code Division Multiple Access: Đa truy nhập phân chia theo mã trải phổ chuỗi trực tiếp DSCH Downlink Shared Channel: Kênh chia sẻ đường xuống E EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution: Tốc độ bit tăng cường sử dụng cho nhánh tiến hóa GSM EIR Equipment Identity Register: Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị ETSI European Telecommunication Standard Institute:Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu FACCH Fast Assocrated Control Channel: Kênh điều khiển liên kết nhanh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN TRÌNH DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Mỗi kênh truyền tải kèm với thị khuôn dạng truyền tải (TFI: Transport Format Indicator) Lớp vật lý kết hợp thông tin TFI từ kênh truyền tải khác vào thị tổ hợp khuôn dạng truyền tải (TFCT = Transport Format Combination Indicator) TFCT phát kênh điều khiển để thông báo cho máy thu kênh tích cực khung thời Thông báo không cần thiết sử dụng chế phát khuôn dạng kênh truyền tải mù (DTFD = Blind Transport Format Dectection) thực kết nối với kênh riêng đường xuống Máy thu giải mã TFCI để nhận TFI Sau TFI chuyển đến lớp cao cho kênh truyền tải tích cực kết nối Hình 3.20 cho thấy việc xếp hai kênh truyền tải lên kênh vật lý cung cấp thị lỗi cho khối truyền tải Hình 3.20 Giao diện lớp cao lớp vật lý Hoạt động kênh vật lý - Kênh vật lý số liệu riêng (DPDCH) kênh vật lý điều khiển riêng (DPCCH) đường lên Kênh DPCH đường lên bao gồm kênh DPDCH kênh DPDCH ghép theo mã I Q để mang kênh truyền tải riêng DCH Kênh DPDCH mang nhánh điều chế BPSK (Binary Phase Shift Keying-Khoá chuyển pha hai trạng thái) đồng pha kênh DPDCH mang nhánh điều chế BPSK pha vuông góc SINH VIÊN THỰC HIỆN : TRƯƠNG VĂN TIỆP 71 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN TRÌNH DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Kênh truyền tải riêng đường lên (DCH) kênh riêng đường lên Kênh truyền tải riêng mang thông tin từ lớp lớp vật lý dành riêng cho người sử dụng, bao gồm số liệu cho dịch vụ thời thông tin điều khiển lớp cao Thông tin điều khiển lớp vật lý mang kênh điều khiển vật lý riêng (DPCCH) có tốc độ số liệu cố định 15 kbit/s hệ số trải phổ cố định 256 Thông tin lớp cao bao gồm số liệu người sử dụng mang kênh số liệu vật lý riêng (DPDCH) với hệ số trải phổ từ 256 đến Truyền dẫn đường lên gồm hay nhiều kênh số liệu vật lý riêng (DPDCH) với hệ số trải phổ thay đổi kênh điều khiển vật lý (DPCCH) với hệ số trải phổ cố định Tốc độ số liệu DPDCH thay đổi theo khung Thông thường với dịch vụ số liệu thay đổi, tốc độ số liệu kênh DPDCH thông báo kênh DPCCH, DPCCH phát liên tục thông tin tốc độ số liệu khung DPDH thời phát TFCI - Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên (PRACH) Kênh PRACH để mang kênh PRACH, kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH = Random Access Channel) kênh truyền tải đường lên sử dụng để mang thông tin điều khiển từ UE như: yêu cầu thiết lập kết nối - Kênh vật lý gói chung đường lên (PCPCH) Kênh PCPCH dùng để mang kênh truyền tải CPCH Kênh gói chung đường lên CPCH (Common Packet Channel) mở rộng kênh RACH để mang số liệu người sử dụng phát cụm số liệu đường lên mà không cần sử dụng DCH CPCH thường sử dụng cho cụm số liệu ngắn xảy ra, DCH thường sử dụng cho cụm số liệu dài cụm số liệu ngắn thường xuyên xảy FACH đường xuống với kênh tạo nên cặp kênh để truyền số liệu - Kênh vật lý số liệu riêng (DPDCH) kênh vật lý điều khiển riêng (DPCCH) đường xuống Kênh vật lý riêng đường xuống (DPCH) bao gồm hai kênh DPDCH DPCCH đường xuống ghép theo thời gian để mang kênh truyền tải riêng đường xuống (DCH) - Kênh DPCCH đường xuống cho CPCH (kênh gói chung) Kênh CPCH đường xuống truyền hai kênh vật lý đường xuống ghép theo thời gian là: DPDCH DPCCH - Kênh CPICH đường xuống CPICH kênh vật lý đường xuống có tốc độ cố định (30kbit/s, SF = 256) để mang chuỗi bit ký hiệu định nghĩa trước Có hai kiểu kênh hoa chung Kênh CPICH sơ cấp thứ cấp - Các kênh vật lý điều khiển chung đường xuống (CCPCH) Kênh CCPCH đường xuống bao gồm hai kênh CCPCH sơ cấp (P-CCPCH) kênh CCPCH thứ cấp (S- CCPCH) SINH VIÊN THỰC HIỆN : TRƯƠNG VĂN TIỆP 72 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN TRÌNH DI ĐỘNG GSM LÊN 3G - Kênh PDSCH đường xuống: Kênh vật lý PDSCH sử dụng để mang kênh DSCH Kênh nhiều người sử dụng dùng chung sở ghép kênh mã Vì DSCH liên kết với DCH nên PDSCH liên kết với DPCH Kênh chia sẻ đường xuống (DSCH = Downlink Shared Channel) kênh truyền tải để mang thông tin người sử dụng thông tin điều khiển Nhiều người sử dụng chia sẻ kênh - Kênh thị tìm gọi (PICH): Kênh thị tìm gọi (PICH = Paging Indicator Channel) kênh vật lý tốc độ cố định (SF = 256) sử dụng để mang thị tìm gọi (PI) PICH liên kết với S-CCPCH mà kênh truyền tải PCH xếp lên - Kênh thị bắt (AICH): Kênh thị bắt (AICH = Acquisition Indicator Channel) kênh vật lý sử dụng để mang thị bắt Kênh AICH mang thị bắt (AI) để thông báo cho UE nên tiếp tục truyền dẫn yêu cầu truy nhập AI nhận giá trị : 0, +1, -1 Nếu AI = “0” có nghĩa UE cần tăng công suất nhận trả lời -1 hay +1 , -1 thị cho UE ngừng tìm cách truy nhập; +1 cho phép UE chuyển sang giai đoạn sau thủ tục truy nhập 7.Cấu trúc mạng W-CDMA UMTS 7.1 Cấu trúc tổng quát SINH VIÊN THỰC HIỆN : TRƯƠNG VĂN TIỆP 73 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN TRÌNH DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Hình 3.21 Cấu trúc tổng quát hệ thống W-CDMA 3GPP 1999 7.2 Các phần tử mạng W-CDMA UMTS giao diện Về mặt chức năng, phần tử mạng nhóm thành mạng truy nhập vô tuyến (RAN: Radio Access Network hay UTRAN): để thực chức liên quan đến vô tuyến mạng lõi (CN = core Network) thực chức chuyển mạch, định tuyến gọi kết nối số liệu Từ quan điểm chuẩn hoá, UE UTRAN bao gồm giao thức mạng lõi xây dựng dựa GSM GPRS Điều cho phép hệ thống với công nghệ vô tuyến mang tính toàn cầu dựa công nghệ CN biết phát triển Cấu trúc hệ thống hình 3.21 SINH VIÊN THỰC HIỆN : TRƯƠNG VĂN TIỆP 74 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN TRÌNH DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Hình 3.22 Các phần tử mạng W-CDMA UMTS USIM= UMTS subscriber Identity Module: Mô-đun nhận dạng thuê bao UMTS MS = Mobile Station: Trạm di động RNC = Radio Network Controller: Bộ điều khiển mạng vô tuyến MSC = Mobile Service Switching Center: Trung tâm chuyển mạnh dịch vụ di động VLR= Visitor Location Register: Bộ ghi định vị tạm trú SGSN = Serving GPRS Support Note: Điểm hỗ trợ GPRS phục vụ GMSC = Gateway Mobile Service Switching Center : Trung tâm chuyển mạnh dịch vụ di động cổng GGSN= Gateway GPRS Support Note Điểm hỗ trợ GPRS cổng HLR = Home Location Register : Bộ ghi định vị thường trú UTRAN = UMTS Terrestrial Radio Access Network: Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS CN = Core Network : Mạng lõi PLMN= Public Land Mobile Network : Mạng di động công cộng mặt đất PSTN = Public Switch Telephone Network: Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng ISDN = Integrated Service Digital Network: mạng số liên kết đa dịch vụ ME = Mobile Equipment:Thiết bị di động MSC/VLR = Mobile Services Switching Center / Visitor Location Register: Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động/ Bộ ghi định vị tạm trú GPRS = General Packet Radio Service : Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp SINH VIÊN THỰC HIỆN : TRƯƠNG VĂN TIỆP 75 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN TRÌNH DI ĐỘNG GSM LÊN 3G 7.2.1.UE (User Equipment-Thiết bị người sử dụng) Bao gồm phần: - Thiết bị di động ( ME : Mobile Equipment) đầu cuối vô tuyến sử dụng cho thông tin vô tuyến giao diện Uu - Môdun nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity Module) thẻ thông minh chứa nhận dạng thuê bao, thực thuật toán nhận thực lưu giữ khoá nhận thực số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối 7.2.2 Nút B Để chuyển đổi dòng số liệu giao diện IuB Uu Nó tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến ( Thuật ngữ nút B có ý nghĩa trạm gốc BTS) 7.2.3 Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) Sỡ hữu điều khiển tài nguyên vô tuyến vùng ( nút B nối với ) RNC điểm truy nhập tất dịch vụ UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN, chẳng hạn quản lý tất kết nối đến UE 7.2.4 Các phần tử mạng lõi - Bộ định vị thường trú (HLR) sở liệu để lưu giữ lý lịch dịch vụ người sử dụng Lý lịch dịch vụ gồm: Thông tin dịch vụ phép, vùng không chuyển mạng thông tin dịch vụ bổ sung như: trạng thái chuyển hướng gọi, số lần chuyển hướng gọi - Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di dộng / Bộ ghi định vị tạm trú (MSC/VLR) tổng đài (MSC) sở liệu (VLR) để cung cấp dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE vị trí thời Chức MSC sử dụng giao dịch chuyển mạch kênh chức VLR lưu giữ lý lịch người sử dụng khách vị trí xác UE hệ thống phục vụ Phần mạng truy nhập qua MSC/ VLR thường gọi vùng CS (Circuit Switch) - Trung tâm chuyển mạnh dịch vụ di động cổng (GMSC) chuyển mạch điểm kết nối UMTS PLMN với mạng CS bên - Điểm hỗ trợ GPRS phục vụ (SGSN) có chức giống MSC/VLR sử dụng cho dịch vụ chuyển mạch gói Phần mạng truy nhập qua SGSN gọi vùng PS (Packet Switch) SINH VIÊN THỰC HIỆN : TRƯƠNG VĂN TIỆP 76 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN TRÌNH DI ĐỘNG GSM LÊN 3G -Điểm hỗ trợ GPRS cổng (GGSN) có chức giống GMSC liên quan đến dịch vụ PS Các mạng chia thành hai nhóm - Các mạng CS: Các mạng đảm bảo kết nối chuyển mạch kênh giống dịch vụ điện thoại ISDN PSTN ví dụ mạng CS - Các mạng PS: mạng đảm bảo kết nối cho dịch vụ chuyển mạch gói Internet thí dụ mạng PS 7.2.5.Các loại giao diện - Giao diện Cu: Là giao diện thẻ thông minh USIM ME Giao diện tuân theo khuôn dạng tiêu chuẩn cho thẻ thông minh -Giao diện Uu: Đây giao diện vô tuyến W-CDMA Uu giao diện mà qua UE truy nhập phần tử cố định hệ thống giao diện mở quan trọng UMTS -Giao diện Iu: Giao diện nối UTRAN với CN Giống giao diện tương ứng GSM: A (chuyển mạch kênh) Gb (chuyển mạch gói), giao diện Iu cung cấp cho nhà khai thác khả trang bị UTRAN CN từ nhà sản xuất khác - Giao diện Iur: Giao diện mở Iur cho phép chuyển giao mềm RNC từ nhà sản xuất khác -Giao diện IuB IuB kết nối nút B với RNC, UMTS hệ thống điện thoại di động giao diện điều khiển trạm gốc tiêu chuẩn hoá giao diện mở hoàn toàn 7.3 Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS, UTRAN Hình 3.23 Cấu trúc UTRAN SINH VIÊN THỰC HIỆN : TRƯƠNG VĂN TIỆP 77 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN TRÌNH DI ĐỘNG GSM LÊN 3G UTRAN bao gồm hay nhiều hệ thống mạng vô tuyến (RNS : Radio Network Subsystem) Một RNS mạng UTRAN gồm phận điều khiển mạng vô tuyến (RNC) hay nhiều nút B Các RNC kết nối với giao diện Iur Các RNC nút B kết nối với giao diện IuB UTRAN hỗ trợ chuyển giao mềm (một đầu cuối kết nối với mạng qua hai hay nhiều ô tích cực) UTRAN đảm bảo tính chung cho việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh chuyển mạch gói ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến cách sử dụng giao diện để kết nối từ UTRAN đến hai vùng PS CS mạng lõi UTRAN sử dụng chế truyền tải ATM (Asynchronous Transfer Mode) Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển tài nguyên vô tuyến UTRAN Nó giao diện với CN (thông thường với MSC SGSN) kết cuối giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC: Radio Resource Control), giao thức định nghĩa tin thủ tục MS UTRAN RNC đóng vai trò BSC Vai trò logic RNC: RNC điều khiển nút B (Kết cuối giao diện IuB phía nút B) biểu thị RNC điều khiển (CRNC-Controlling RNC) nút B RNC điều khiển chịu trách nhiệm điều khiển tải tắc nghẽn cho ô Khi kết nối MS- UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên từ nhiều RNC, RNC tham dự vào kết nối có hai vai trò logic riêng biệt: RNC phục vụ (Serving RNC) SRNC MS RNC kết cuối đường nối Iu để truyền số liệu người sử dụng báo hiệu RANAP (Radio Access Network Application Part phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến), tương ứng từ/tới mạng lõi (kết nối gọi kết nối RANAP) SRNC kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến: giao thức báo hiệu UE UTRAN Nó xử lý số liệu L2 từ/tới giao diện vô tuyến xếp thông số vật mang truy nhập vô tuyến vào thông số kênh truyền tải giao diện vô tuyến SRNC (nhưng không luôn) CRNC nút B MS sử dụng để kết nối với UTRAN RNC trôi (DRNC: Drift RNC) DRNC RNC khác với SRNC để điều khiển ô MS sử dụng DRNC không thực xử lý L2 số liệu tới/từ giao diện vô tuyến mà định tuyến số liệu suốt giao diện IuB Iur UE có hay nhiều DRNC Lưu ý RNC vật lý chứa tất chức CRNC, SRNC DRNC Nút B(trạm gốc): SINH VIÊN THỰC HIỆN : TRƯƠNG VĂN TIỆP 78 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN TRÌNH DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Chức nút B thực xử lý L1 giao diện vô tuyến (mã hoá kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ, ) Nó thực phần khai thác quản lý tài nguyên vô tuyến điều khiển công suất vòng Về phần chức giống trạm gốc GSM Hình 3.24 Các chức logic RNC kết nối UTRAN Hình phía trái cho thấy UE chuyển giao mềm RNC ( kết hợp thực SRNC) Hình phải thể UE sử dụng tài nguyên vô tuyến từ nút B điều khiển DRNC trở thành SRNC Giao diện vô tuyến (Uu) Cấu trúc giao thức giao diện Uu Giao diện vô tuyến phân thành lớp giao thức: - Lớp vật lý (L1) - Lớp đoạn nối số liệu (L2) - Lớp mạng (L3) Lớp chia thành lớp con: - MAC (Medium Access Control: Điều khển truy nhập môi trường) - RLC (Radio Link Control: Điều khiển đoạn nối) - PDCP (Packet Data Convergence Protocol): Giao thức hội tụ số liệu gói) -BMC (Broadcast/Multi-cast Control: điều khiển quảng bá đa phương) Lớp vật lý lớp thấp giao diện vô tuyến Lớp vật lý sử dụng để truyền dẫn giao diện vô tuyến SINH VIÊN THỰC HIỆN : TRƯƠNG VĂN TIỆP 79 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN TRÌNH DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Để truyền thông tin giao diện vô tuyến, lớp cao phải chuyển thông tin qua lớp MAC đến lớp vật lý cách sử dụng kênh logic MAC xắp xếp kênh lên kênh truyền tải trước đưa đến lớp vật lý để lớp xếp chúng lên kênh vật lý Các kênh logic chia thành hai nhóm: kênh điều khiển truyền thông tin mặt phẳng điều khiển kênh lưu lượng để truyền thông tin nguời sử dụng Các kênh điều khiển bao gồm: - Kênh điều khiển quảng bá (BCCH): kênh đường xuống để phát quảng bá thông tin hệ thống - Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH): kênh đường xuống để phát thông tin tìm gọi - Kênh điều khiển riêng (DCCH): kênh hai chiều điểm đến điểm để phát thông tin điều khiển riêng UE mạng - Kênh điều khiển chung (CCCH): kênh hai chiều để phát thông tin điều khiển mạng UE Kênh logic luôn xếp lên kênh truyền tải ACH / FACH - Kênh lưu lượng riêng (DTCH): kênh điểm đến điểm riêng cho UE để truyền thông tin người sử dụng DTCH kênh hai chiều - Kênh lưu lượng chung (CTCH): kênh chiều điểm đa điểm để truyền thông tin người sử dụng cho nhóm Kênh sử dụng đường xuống Thiết lập gọi W - CDMA UMTS SINH VIÊN THỰC HIỆN : TRƯƠNG VĂN TIỆP 80 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN TRÌNH DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Hình 3.25 Thủ tục thiết lập gọi W-CDMA UMTS SINH VIÊN THỰC HIỆN : TRƯƠNG VĂN TIỆP 81 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN TRÌNH DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Thủ tục để thiết lập thoại sở W - CDMA UMTS cho hình 3.25 (Bỏ qua truyền tin NBAP) Quá trình bắt đầu yêu cầu truy nhập từ UE Yêu cầu truy nhập phát kênh truyền tải RACH kênh truyền tải CPCH Bản tin phát yêu cầu để thiết lập kết nối RRC (điều khiển tài nguyên vô tuyến), trước thực giao dịch báo hiệu hay thiết lập vật mang Yêu cầu kết nối RRC bao gồm lý yêu cầu kết nối RNC trả lời tin Thiết lập kết nối RRC Bản tin phát kênh logic CCCH (thường truyền kênh truyền tải FACH) Nếu kênh truyền tải DCH cấp phát, tin thiết lập kết nối RRC mã ngẫu nhiên để UE sử dụng đường lên Cần lưu ý DPCCH liên kết với DPDCH PPCCH chứa TFCI, TFCI chứa thông tin hệ số trải phổ SF(Spectrum Factor) cho phép UTRAN xác định mã định kênh cho DPDCH Nếu RNC không ấn định môt kênh DCH báo hiệu tiếp tục phát FACH đường xuống PACH hay CPCH đường lên UE trả lời RNC tin kết nối RRC hoàn thành Bản tin mang kênh logic DCCH đường lên Sau UE phát môt tin cho mạng lõi Bản tin phát tin Truyền trực tiếp khởi đầu, chưa có thiết lập quan hệ báo hiệu trực tiếp UE mạng lõi Bản tin thị cho RNC mạng lõi cần thiết lập quan hệ báo hiệu nối UE mạng lõi RNC đặt tin truyền trực tiếp khởi đầu vào tin UE khởi đầu RANAP(Radio Access Network Applocation part: Phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến) RANAP giao thức báo hiệu Iu, gửi tin đến mạng lõi Trong trường hợp tin gửi đến MSC Việc chọn MSC hay SGSN phụ thuộc vào thông tin tiêu đề tin Truyền khởi đầu phát từ UE Tiếp theo, MSC khởi đầu thủ tục bảo an Thủ tục bắt đầu nhận thực nguyên tắc hiệu lệnh - trả lời giống GSM Ở có điểm khác UE mạng nhận thực lẫn Nghĩa mạng không phát số ngẫu nhiên đến UE để nhận trả lời mà phát thẻ nhận dạng mạng (AUTN: Authentication Token Network) tính toán độc lập mạng HLR để so sánh với AUTN tính toán độc lập UE SIM UE phát yêu cầu nhận thực cách phát tin truyền trực tiếp RANAP giao thức RRC Nếu nhận thực thành công, UE phát trả lời tin trả lời nhận thực để MSC kiểm tra Bản tin mang cách sử dụng khả truyền trực tiếp RANAP RRC Sau mạng lõi khởi đầu thủ tục mã hoá MSC gửi tin Lệnh chế độ bảo mật RRC đến UE UE trả lời MSC tin RANAP Hoàn thành chế độ bảo mật Tại thời điểm này, thông tin thiết lập gọi thực như: Số điện thoại bị gọi gửi tin Thiết lập từ UE đến MSC cách sử dụng báo hiệu truyền trực tiếp Nếu xử lý gọi này, MSC trả lời tin Đang tiến hành gọi Sau RNC cần thiết lập vật mang truy nhập vô tuyến (RAB) để truyền tải luồng tiếng thực SINH VIÊN THỰC HIỆN : TRƯƠNG VĂN TIỆP 82 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN TRÌNH DI ĐỘNG GSM LÊN 3G người sử dụng RAB vật mang UE mạng lõi để truyền tải số liệu người sử dụng Tiếng số liệu gói RAB đặt hay nhiều vật mang vô tuyến giao diện vô tuyến Mỗi RAB có số nhận dạng riêng để sử dụng trình báo hiệu UE mạng Mạng lõi phát yêu cầu thiết lập RAB thông qua tin yêu cầu ấn định RAB RANAP Trên sở thông tin yêu cầu ấn định RAB, NRC thiết lập vật mang vô tuyến cho UE lập lại cấu hình vật mang UE hoạt động RNC sử dụng tin RRC Thiết lập vật mang vô tuyến Lập lại cấu hình vật mang vô tuyến để hướng dẫn UE sử dụng vật mang lập lại cấu hình UE trả lời tin Thiết lập vật mang vô tuyến hoàn thành tin Lập lại cấu hình vật mang vô tuyến hoàn thành Đến lượt RNC trả lời MSC tin RANAP: hoàn thành ấn định RAB Khi có đường dẫn vật mang từ UE đến MSC Phần lại trình thiết lập gọi hoàn toàn giống thiết lập gọi GSM Phần lại bao gồm: Các tin báo chuông, kết nối xác nhận kết nối truyền báo hiệu truyền trực tiếp Cần lưu ý kiến trúc phát hành GPP 1999, dịch vụ tiếng chuyển mạch kênh Tuy nhiên tiếng thực đóng gói để truyền giao diện vô tuyến đóng gói để truyền giao diện IuB Iu, nên cần thiết lập vật mang thời gian có gọi 10.Các phiên số liệu gói W - CDMA UMTS Từ quan điểm mạng, dịch vụ gói kiến trúc phát hành GPP 1999 chủ yếu sử dụng chế giống chế sử dụng để truyền số liệu cho số liệu GPRS Tuy nhiên có nhiều điểm khác Một điểm khác dễ nhận thấy giao diện Gb GPRS (giữa SGSN BSC) thay giao diện IuPS, sử dụng giao thức RANAP Thay đổi có nghĩa IP sử dụng SGSN RNC Như mạng IP thiết lập từ SGSN đến RNC Thiết lập dịch vụ gói W- CDMA giống GPRS: thông qua tích cực PDD context với tên điểm nhập (APN), tiêu chuẩn QoS, SINH VIÊN THỰC HIỆN : TRƯƠNG VĂN TIỆP 83 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN TRÌNH DI ĐỘNG GSM LÊN 3G KẾT LUẬN Trên toàn nội dung Đồ án tốt nghiệp em với đề tài “Tiến trình từ GSM lên 3G” Trong nội dung Đồ án tốt nghiệp em trình bày cách tổng quan tiến trình từ GSM lên 3G mạng W-CDMA Mặc dù thân cố gắng giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn Thầy Phan Duy Anh Song trình độ hiểu biết thân nhiều hạn chế, thời gian chuẩn bị ngắn, nguồn tài liệu không nhiều, nên không tránh khỏi thiếu sót Vậy thân em mong nhận bảo thêm thầy giáo hướng dẫn, góp ý thầy cô giáo khoa Điện tử-Viễn thông bạn sinh viên, để em khắc phục thiếu sót để hoàn thiện thêm kiến thức SINH VIÊN THỰC HIỆN : TRƯƠNG VĂN TIỆP 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO Hệ thống thông tin di động 3G xu hướng phát triển, TS Đặng Đình Lâm Hành trình từ GSM lên 3G giải pháp GPRS, Nhà xuất Bưu điện, TS Nguyễn Phương Loan –KS Bùi Thanh Sơn Sử dụng tài liệu trang web http://Wekipedia.org Sử dụng tài liệu trang web http://3gpp.org Sử dụng tài liệu trang web http://ebook.edu.vn Forum đai học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh ... mạng di động đến mạng khác (di động cố định) GMSC phục vụ thông tin từ mạng khác vào mạng GSM từ mạng GSM mạng khác, SINH VIÊN THỰC HIỆN : TRƯƠNG VĂN TIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN TRÌNH DI ĐỘNG GSM. .. triển lên 3G mạng di động GSM vào làm việc mạng di động GSM Việt Nam Đồ án bao gồm chương, nội dung chương sau : Chương I: Mạng thông tin di động GSM, giới thiệu mạng, cấu trúc, giao di n vô tuyến,... ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN TRÌNH DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Chương I : MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM Giới thiệu GSM (Global System for Mobile Communication) - Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM tiêu chuẩn