Tổng quan hệ thống thông tin di động 3G và 4G

LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH 9.1. KHÁI NIỆM HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Là mạng lưới thông tin liên lạc mà không phụ thuộc bất kỳ kết nối vật lý nào giữa các điểm giao tiếp và có sự linh hoạt trong vấn đề di chuyển. 9.1.1 Lịch sử và sự phát triển 9.1.2 Các đặc tính cơ bản của hệ thông thông tin di động Ngoài nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ mạng điện thoại thông thường, các mạng thông tin di động phải cung cấp các dịch vụ đặc thù cho mạng để đảm bảo thông tin di động mọi lúc mọi nơi. Để thực hiện chức năng này mạng thông tin di động phải đảm bảo đạt được một số đặc tính sau đây: 9.1.3 Các đặc điểm truyền sóng 9.1.4 Hệ thống thông tin di đông thứ nhất (1G) 9.1.5 Hệ thông thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) 9.1.5.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA Được sử dụng hầu hết trong các hệ thống thông tin di động thế hệ 2, đặc điểm của nó là dễ dàng mở các dịch vụ phi thoại, thiết bị trạm BS đơn giản do chỉ cần một máy thu phát làm việc trên một tần số ứng với đường lên xuống cho nhiều người sử dụng. 9.1.5.2 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA 9.1.6 Hệ thống thông tin di động thế hệ 2,5GGPRS 9.2. LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ GSM LÊN 3G 9.2.1 Tiêu chí và giải pháp nâng cấp 9.2.2. Lộ trình phát triển 9.2.2.1 Hệ thống thông tin di động GSM( Global System for Mobile Communications) 9.2.2.2. Các công nghệ nâng cấp lên 3G 9.2.2.3. Công nghệ 3G WCDMA 9.3 3G 3.5G 9.3.1 Tổng quan 3G 9.3.1.1 Thế nào là 3G 9.3.1.2 Lịch sử phát triển của 3G trên thế giới 9.3.1.3 Các yêu cầu cơ bản của hệ thống 3G 9.3.2 Các chuẩn di động 3G 9.3.3 WCDMA 9.3.3.1 Nguyên lý CDMA 9.3.3.2 Một số đặc trưng của lớp vật lý trong hệ thống WCDMA 9.3.3.3 Cấu trúc mạng 3G WCDMA 9.3.3.4 Các kênh cơ bản của WCDMA 9.3.4 Tổng quan HSDPA (3.5G) 9.4 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ LTE 9.4.1 Giới thiệu TRONG ĐỀ TÀI NÀY, CHÚNG TA CHỈ TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ 4G LTE 9.4.2 Tổng quan về công nghệ LTE 7.4.3 Cấu trúc hệ thống LTE 7.4.3.1 Cấu trúc 9.4.4 Truy nhập vô tuyến 9.4.4.1 TRuy nhập đường xuống 9.4.4.2 Truy nhập đường lên 9.4.5 Đa truy nhập MIMO 9.4.6 Các Thủ Tục Truy Nhập 9.4.6.1 Thủ tục dò tìm ô 9.4.6.2 Truy nhập ngẫu nhiên 9.5 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ LTEADVANCE 9.5.1 Tại sao phải chuyển 3G lên 4G 9.5.1.1 Tốc độ vượt trội ra sao so với 3G 9.5.1.2 Tốc độ download 9.5.1.3 Tốc độ upload 9.5.1.4 Độ trễ 9.6 SO SÁNH 3G – 4G, TRIỂN KHAI VÀ ỨNG DỤNG 9.6.1 So sánh 9.6.2 Triển khai 3G lên 4G ở thế giới và Việt Nam 9.6.3 Lý do khiến công nghệ sim 4G được chờ đón trong tương lai 9.6.4 Ứng dụng được mong đợi nhất khi mạng 4G được triển khai 9.6.5 BẢO MẬT TRONG 4G TÀI LIỆU THAM KHẢO

BÁO CÁO HỆ THỐNG VIỄN THÔNG

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, mạng không dây ngày càng trở nên phổ biến với

sự ra đời của hàng loạt những công nghệ khác nhau như Wi-Fi (802.1x),WiMax (802.16) Cùng với đó là tốc độ phát triển nhanh, mạnh của mạng viễnthông phục vụ nhu cầu sử dụng của hàng triệu người mỗi ngày Hệ thống di độngthế hệ thứ hai, với GSM và CDMA là những ví dụ điển hình đã phát triển mạnh

mẽ ở nhiều quốc gia Tuy nhiên, thị trường viễn thông càng mở rộng càng thể hiện

rõ những hạn chế về dung lượng và băng thông của các hệ thống thông tin di độngthế hệ thứ hai Sự ra đời của hệ thống di động thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêubiểu như WCDMA hay HSPA là một tất yếu để có thể đáp ứng được nhu cầutruy cập dữ liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng thông rộng của người

sử dụng

Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ 2.5G hay 3G vẫn đang pháttriển không ngừng nhưng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đã bắtđầu tiến hành triển khai thử nghiệm một chuẩn di động thế hệ mới có rất nhiềutiềm năng và có thể sẽ trở thành chuẩn di động 4G trong tương lai, đó là LTE(Long Term Evolution) Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này đã chứng tỏnăng lực tuyệt vời của công nghệ LTE và khả năng thương mại hóa LTE đã đến rấtgần

Hệ thống thông tin di động tuy rất thực tế và gần gũi với mỗi người trong xãhội ngày nay, tuy vậy không phải ai cũng hiểu rõ về hệ thống này Chính vì vậy,

nhóm em đã lựa chọn đề tài “Hệ thống thông tin di động 3G – 4G” để nghiên

cứu làm bài tập lớn

Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do hạn chế về những hiểu biết nên đồ ánkhông tránh khỏi thiếu sót trong cả nội dung lẫn cách trình bày Để đồ án đượchoàn thiện hơn, em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của thầy giáo cũngnhư các bạn sinh viên để nhóm em có thêm kinh nghiệm và hoàn thiện bài báo cáotốt hơn

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH iv

9.1 Khái niệm hệ thống thông tin di động 1

9.1.2 Các đặc tính cơ bản của hệ thông thông tin di động .2

9.1.3 Các đặc điểm truyền sóng 3

9.1.4 Hệ thống thông tin di đông thứ nhất (1G) 4

9.1.5 Hệ thông thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) 4

9.1.5.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA 4

9.1.5.2 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA 5

9.1.6 Hệ thống thông tin di động thế hệ 2,5G-GPRS 6

9.2 Lộ Trình Phát Triển Từ GSM Lên 3G 6

9.2.1 Tiêu chí và giải pháp nâng cấp 6

9.2.2 Lộ trình phát triển 8

9.2.2.1 Hệ thống thông tin di động GSM( Global System for Mobile Communications) 9

9.2.2.2 Các công nghệ nâng cấp lên 3G 10

9.2.2.3 Công nghệ 3G W-CDMA 32

9.3 3G & 3.5G 33

9.3.1 Tổng quan 3G 33

9.3.1.1 Thế nào là 3G 33

9.3.1.2 Lịch sử phát triển của 3G trên thế giới 34

9.3.1.3 Các yêu cầu cơ bản của hệ thống 3G 34

9.3.2 Các chuẩn di động 3G 35

9.3.3 WCDMA 36

9.3.3.1 Nguyên lý CDMA 36

9.3.3.2 Một số đặc trưng của lớp vật lý trong hệ thống WCDMA 38

9.3.3.3 Cấu trúc mạng 3G WCDMA 40

9.3.3.4 Các kênh cơ bản của WCDMA 42

9.3.4 Tổng quan HSDPA (3.5G) 45

9.4 Tổng quan công nghệ LTE 46

9.4.1 Giới thiệu 46

9.4.2 Tổng quan về công nghệ LTE 47

9.4.3 Cấu trúc hệ thống LTE 50

9.4.3.1 Cấu trúc 51

9.4.4 Truy nhập vô tuyến 60

9.4.4.1 TRuy nhập đường xuống 61

9.4.4.2 Truy nhập đường lên 63

9.4.5 Đa truy nhập MIMO 65

9.4.6 Các Thủ Tục Truy Nhập 66

9.4.6.1 Thủ tục dò tìm ô 66

9.4.6.2 Truy nhập ngẫu nhiên 71

9.5 Tổng quan công nghệ LTE-Advance 81

9.5.1 Tại sao phải chuyển 3G lên 4G 84

9.5.1.1 Tốc độ vượt trội ra sao so với 3G 84

9.5.1.2 Tốc độ download 84

9.5.1.3 Tốc độ upload 85

9.5.1.4 Độ trễ 85

9.6 So sánh 3G – 4G, triển khai và ứng dụng 85

9.6.1 So sánh 85

9.6.2 Triển khai 3G lên 4G ở thế giới và Việt Nam 86

9.6.3 Lý do khiến công nghệ sim 4G được chờ đón trong tương lai 87

9.6.4 Ứng dụng được mong đợi nhất khi mạng 4G được triển khai 88

9.6.5 BẢO MẬT TRONG 4G 90

KẾT LUẬN 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

DANH MỤC HÌNH

Hình 9 1 Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G 7

Hình 9 2 Quá trình nâng cấp GSM lên W-CDMA 8

Hình 9 3 Lộ trình nâng cấp GSM lên W-CDMA 9

Hình 9 4 Cấu trúc hệ thống HSCSD 10

Hình 9 5 Cấu trúc mạng GPRS 14

Hình 9 6 Nhập mạng GPRS 28

Hình 9 7 Các công nghệ đa truy nhập 37

Hình 9 8 Quá trình trải phổ và trộn 38

Hình 9 9 Cấu trúc Cell UMTS 39

Hình 9 10 Cấu trúc UMTS 40

Hình 9 11 Cấu trúc kênh cơ bản của CDMA 42

Hình 9 12 Cấu trúc kênh logic 43

Hình 9 13 Cấu trúc kênh vật lý 44

Hình 9 14 Giải pháp hình thành 4G 46

Hình 9 15 Cấu trúc mạng LTE 51

Hình 9 16 Cấu trúc mạng LTE phân theo lớp 52

Hình 9 17 Phân chia chức năng giữa E- UTRANS và EP 53

Hình 9 18 Mạng truy cập LTE 56

Hình 9 19 OFDM và SC-FDMA 61

Hình 9 20 Ghép kênh thời gian – tần số OFDMA 62

Hình 9 21 Phát và thu OFDMA 63

Hình 9 22 Kỹ thuật trải phổ DFT-OFDM 64

Hình 9 23 Ví dụ công nghệ MIMO 65

Hình 9 24 Các tín hiệu đồng bộ sơ cấp & thứ cấp ( giả thiết chiều dài tiền tố vòng bình thường 68

Hình 9 25 Tổng quan về thủ tục truy nhập ngẫu nhiên 72

Hình 9 26 Minh họa cơ bản cho truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên 75

Hình 9 27 Định thời phần mở đầu tại eNodeB cho các người sử dụng truy nhập ngẫu nhiên khác nhau 76

Hình 9 28 Sự phát hiện phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên trong miền tần số 77

NỘI DUNG CHÍNH

9.1 Khái niệm hệ thống thông tin di động

Là mạng lưới thông tin liên lạc mà không phụ thuộc bất kỳ kết nối vật lý

nào giữa các điểm giao tiếp và có sự linh hoạt trong vấn đề di chuyển.

Năm 1946, hệ thống điện thoại thương mại đầu tiên đã được đưa vào hoạt động ở thành phố Saint Louis – Hoa Kỳ, tuy nhiên dịch vụ này có nhiều nhược điểm do những nguyên nhân về số lượng kênh bị hạn chế, có thể bị nhiễu cùng kênh nên đòi hỏi phải phân cách

về mặt vật lý qúa lớn

Năm 1947, phòng thí nghiệm điện thoại Bell bắt đầu bắt tay vào khảo sát một khái niệmtái sử dụng tần số nhờ sử dụng các tế bào nhỏ (cell) với các máy di động công suất thấp Các tế bào này có thể liên kết với nhau nhờ sử dụng một máy tính cho phép thuê bao có thể di động trong khi số lượng thuê bao cùng một lúc gia tăng đáng kể mà hệ thống vẫn cóthể phục vụ được

Năm 1982 mạng điện thoại tế bào của Hoa kỳ là dịch vụ điện họa di động tiên tiến AMPS được đưa vào sử dụng, dựa trên thiết kế ban đầu của AT & M và Motorla Đây là mạng điện thoại tượng tự sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Mạng này cho thấy sự thay đổi vượt bậc về dung lượng chất lượng, hiệu quả sử dụng tần

số và độ phức tạp của hệ thống, chúng cho phép người sử dụng có thể liên lạc với bất kỳ đối tượng nào trong mạng di động cũng như mạng điện thoại công cộng (PSTN) AMPS được sử dụng rộng rãi ở khoảng 70 nước trên thế giới và nó đang là tiêu chuẩn được sử dụng rỗng rãi nhất hiện nay Ngoài ra còn phải kể đến một số tiêu chuẩn thông dụng khác

là: NMT (Nordic Mobile Telephone - Điện thoại 11 di động Bắc Âu), TACS (Total

Access Communication Service - Dịch vụ truyền thông hoàn toàn truy nhập)

Trong những năm cuối của thập niên 80, mạng điện thoại di động tế bào số TDMA được

sử dụng rộng rãi, điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM Sự ra đời của hệ thống GSM có thể nói là do các nước khác nhau ở Châu Âu sử dụng tiêu chuẩn mạng tế bào khác nhau, cho nên cần có một tiêu chuẩn duy nhất để cung cấp khả năng chuyển vùng (các tiêu chuẩn khác nhau không chỉ sử dụng các giao thức khác nhau mà còn hoạt động ở các tần số khác nhau, vì vậy không thể có tính tương thích toàn cầu) Ngoài các dịch vụ truyền thông thì GSM còn cung cấp nhiều loại dịch vụ mới như truyền fax, số liệu, truyền tin nhắn Do những ưu điểm vượt trội mà hệ thống GSM đã được phát triển như một dịch vụ số hóa hoàn toàn có thể dùng được ở Châu Âu và nhiều nước khác trên thế giới

Ngày nay để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người sử dụng mà các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trên thế giới đã không ngừng khám phá sáng tạo và phát triển nhiều loại hình mới như CDMA có nhiều dịch vụ mới cũng như đặc tính ƣu việt Công nghệ này sử dụng kỹ thuật trải phổ và đã có ứng dụng chủ yếu trong quân sự, đƣợc thành lập năm 1985 Đến nay công nghệ này đã trở thành công nghệ thống trị ở Bắc Mỹ hay các hệ thống nâng cấp CDMA2000, WCDMA…Những hệ thống viễn thông này có thể đáp ứng mọi tiện ích, nhu cầu mà người sử dụng có thể yêu cầu ở nhà cung cấp dịch vụ viễn thông

9.1.2 Các đặc tính cơ bản của hệ thông thông tin di động

Ngoài nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ mạng điện thoại thông thường, các mạng thông

tin di động phải cung cấp các dịch vụ đặc thù cho mạng để đảm bảo thông tin di động mọilúc mọi nơi Để thực hiện chức năng này mạng thông tin di động phải đảm bảo đạt được một số đặc tính sau đây:

1 Sử dụng hiệu quả băng tần được cấp phát để đạt đƣợc dung lƣợng cao do sự hạn chế của dải tần vô tuyến sử dụng cho thông tin di động

2 Đảm bảo chất lượng truyền dẫn theo yêu cầu Do đặc điểm của mạng thông tin di động là sự truyền dẫn được thực hiện bằng vô tuyến là môi trường truyền dẫn hở nên tín hiệu dễ bị ảnh hưởng của nhiễu phadinh Các hệ htống thông tin di động phải có khả năng hạn chế 12 tối đa các ảnh hưởng này Ngoài ra để tiết kiệm băng tần ở mạng thông tin di động số có thể sử dụng các CODEC (Coder and Decoder) tốc độ thấp Nên phải thiết kế các CODEC này theo công nghệ đặc biệt để đạt được chất lượng truyền dẫn cao

3 Đảm bảo an toàn thông tin tốt nhất Môi trường truyền dẫn vô tuyến là môi trường dễ

bị nghe trộm và sử dụng trộm đường truyền nên để đảm bảo quyền lợi thuê bao cần giữ bí mật số nhận dạng thuê bao và kiểm tra tính hợp lệ của họ khi thâm nhập mạng Để chống nghe trộm cần mật mã để mã hóa thông tin của người sử dụng

4 Giảm tối đa rớt cuộc gọi khi thuê bao chuyển từ vùng phủ sóng này sang vùng phủ sóng khác

5 Cho phép triển khai các dịch vụ mới nhất là các dịch vụ phi thoại

6 Để mang tính toàn cầu phải cho phép chuyển mạng quốc tế (International Roaming)

7 Các thiết bị cầm tay phải gọn nhẹ, tiêu tốn ín năng lượng

9.1.3 Các đặc điểm truyền sóng

Đặc điểm truyền sóng trong thông tin di động là tín hiệu thu được ở máy thu thay đổi so với tín hiệu phát đi cả về tần số, biên độ, pha và độ trễ.Các thay đổi này có tính chất rất phức tạp, ngẫu nhiên ảnh hưởng tới chất lượng liên lạc Về cơ bản chúng có thể phân chia các ảnh hưởng truyền sóng này thành: ảnh hưởng của hiệu ứng Doppler, tổn hao đường truyền, phadinh đa đường và trải trễ

Hiệu ứng Doppler là sự thay đổi tần số của tín hiệu so với tín hiệu được phát đi, gây bởi chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu trong quá trình truyền sóng Tổn hao trên đường truyền là sự suy giảm mức điện thu so với mức điện phát

Trong không gian truyền sóng tự do, mức điện trung bình thu do công suất tín hiệu trên một đơn vị diện tích của mặt cầu sóng giảm theo bình phương khoảng cách giữa các antenthu và phát

Pha-dinh là hiện tượng cường độ điện trường tại điểm thu thay đổi do sự bức xạ nhiều tia

Trong thông tin di động số, ảnh hưởng của đặc tính truyền dẫn đa đường còn phụ thuộc nhiều vào tỷ số giữa độ dài một dấu (sysmbol) và độ trải trễ (delay spread) của kênh vô tuyến biến đổi theo thời gian Độ trải trễ có thể xem như độ dài tín hiệu thu được khi một xung cực hẹp được truyền đi Nếu số liệu được truyền đi với tốc độ thấp thì sự trải trễ có thể được giải quyết rõ ràng tại phần thu

Ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940, đến nay thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ Dựa vào các đặc điểm và phân loại mà các hệ thống thông tin di động được chia ra làm 3 loại:

-Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G)

-Hệ thông thông tin di động thế hệ thứ hai (2G)

-Hệ thông thông tin di động thế hệ thứ ba (3G)

9.1.4 Hệ thống thông tin di đông thứ nhất (1G)

Công nghệ di động đầu tiên là công nghệ tương tự, là hệ thống truyền tín hiệutương tự, là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại, được khơi mào ở Nhậtvào năm 1979 Những công nghệ chính thuộc thế hệ thứ nhất này có thể kể đến là:

 NMT (Nordic Mobile Telephone – Điện thoại di động Bắc Âu) được sử dụng

ở các nước Bắc Âu, Tây Âu và Nga

 AMPS (Advanced Mobile Phone Sytem – Hệ thống điện thoại di động tiên

tiến) được sử dụng ở Mỹ và Úc

 TACS (Total Access Communication Sytem – Hệ thống truyền thông truy

nhập toàn phần) được sử dụng ở Anh

Hầu hết các hệ thống đều là hệ thống tương tự và dịch vụ truyền chủ yếu là thoại Với hệ thống này, cuộc gọi có thể bị nghe trộm bởi bên thứ ba Những điểm yếu của thế

hệ 1G là dung lượng thấp, xác suất rớt cuộc gọi cao, khả năng chuyển cuộc gọi không tin cậy, chất lượng âm thanh kém, không có chế độ bảo mật…do vậy hệ thống 1G không thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng

9.1.5 Hệ thông thông tin di động thế hệ thứ hai (2G)

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao cả về chất lượng và số lượng, hệ thốngthông tin di động thế hệ 2 được đưa ra để đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng điều chế

số, và chúng sử dụng 2 phương pháp đa truy cập:

Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA)

Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA)

9.1.5.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA

Được sử dụng hầu hết trong các hệ thống thông tin di động thế hệ 2, đặc điểm của nó là

dễ dàng mở các dịch vụ phi thoại, thiết bị trạm BS đơn giản do chỉ cần một máy thu phát làm việc trên một tần số ứng với đường lên xuống cho nhiều người sử dụng

Với phương pháp truy cập TDMA thì nhiều người sử dụng một sóng mang và trục thời gian được chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để dành cho nhiều người sử dụng sao

cho không có sự chồng chéo Phổ qui định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ một khung Các thuê bao khác dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian, mỗi thuê bao được cấp phát một khe thời gian trong cấu trúc khung.

Đặc điểm:

-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 đến trạm gốc Việc chia băng tần như vậy cho phép máy thu và máy phát có thể hoạt động cùng một lúc mà không 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 GSM

9.1.5.2 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA

Thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thểchiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau Những người sử dụng nói trên được phân biệt với nhau nhờ dùng một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại ở mỗi ô (cell) trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt với nhau nhờ mã trải phổ giả nhẫu nhiên

9.1.6 Hệ thống thông tin di động thế hệ 2,5G-GPRS

Có thể coi GPRS là phần mở rộng của cấu trúc mạng GSM đã có sẵn từ trước sử dụng

kỹ thuật gói để truyền báo hiệu cũng như truyền số liệu một cách hiệu quả nhất GPRS tối

ưu hóa việc sử dụng các nguồn tài nguyên vô tuyến cũng như hạ tầng mạng Việc tách riêng các hệ thống vô tuyến (radiosystem) với hệ thống con của mạng (network

Subsystem) cho phép phần hệ thống con của mạng có khả năng sử dụng các công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau GPRS không làm thay đổi các chức năng cơ bản sẵn có củaGSM mà tận dụng một cách tối đa các thiết bị hiện có trong mạng GSM

Mục tiêu chính của GSM là cung cấp một chế độ truyền dẫn gói hiệu quả từ đầu đến cuối cho phép người sử dụng có thể truy cập mạng mà không cần sử dụng thêm một thiết bị phụ trợ nào khác với chi phí thấp

Điểm quan trọng và cơ bản nhất của giải pháp GPRS là hệ thống sử dụng một cách hiệu quả tài nguyên vô tuyến, nghĩa là nhiều khách hàng có thể chia sẻ cùng băng thông và được một cell duy nhất phục vụ

GPRS còn hỗ trợ giao thức IP Đây là một giao thức đƣợc dùng phổ biến nhất trên thế giới để truyền số liệu vì vậy GPRS có khả năng kết nối với nhiều thiết bị hệ thống khác nhau

Một đặc điểm khác cũng rất quan trọng của GPRS là nó sử dụng các giao diện mở Các giao diện sử dụng trong GPRS đều là các giao diện chuẩn, do vậy người sử dụng có thể sửdụng các thiết bị do các nhà sản xuất khác nhau cung cấp

- Là mạng băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện trên phạm vi toàn 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 dải rộngcác dịch vụ từ bản tin nhắn tốc độ thấp thông qua thoại đến tốc độ dữ liệu cao khi truyềnvideo hoặc truyền file Đảm bảo các kết nối chuyển mạch cho thoại, các dịch vụ video vàkhả năng chuyển mạch gói cho dịch vụ số liệu Ngoài ra nó còn hỗ trợ đường truyền vôtuyến không đối xứng để tăng hiệu suất sử dụng mạng (chẳng hạn như tốc độ bit cao ởđường 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 vụmới như đánh số cá nhân toàn cầu và điện thoại vệ tinh Các tính năng này sẽ cho 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 phát triểnliên tục của thông tin di động Tương thích với các dịch vụ trong nội bộ IMT-2000 và vớicác mạng viễn thông cố định như PSTN/ISDN Có cấu trúc mở cho phép đưa vào dễ dàngcác tiến bộ công nghệ, các ứng dụng khác nhau cũng như khả năng cùng tồn tại và làmviệc với các hệ thống cũ

 Các giải pháp nâng cấp

Có hai giải pháp nâng cấp GSM lên thế hệ ba: một là bỏ hẳn hệ thống cũ, thay thếbằng hệ thống thông tin di động thế hệ ba; hai là nâng cấp GSM lên GPRS và tiếp đến làEDGE nhằm tận dụng được cơ sở mạng GSM và có thời gian chuẩn bị để tiến lên hệthống 3G W-CDMA Giải pháp thứ hai là một giải pháp có tính khả thi và tính kinh tế caonên đây là giải pháp được ưa chuộng ở những nước đang phát triển như nước ta

Giai đoạn đầu của quá trình nâng cấp mạng GSM là phải đảm bảo dịch vụ số liệu tốt hơn,

có thể hỗ trợ hai chế độ dịch vụ số liệu là chế độ chuyển mạch kênh (CS: CircuitSwitched) và chế độ chuyển mạch gói (PS: Packet Switched) Để thực hiện kết nối vào

Hình 9 1 Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G

lên 3G

mạng IP, ở giai đoạn này có thể sử dụng giao thức ứng dụng vô tuyến (WAP: WirelessApplication Protocol) WAP chứa các tiêu chuẩn hỗ trợ truy cập internet từ trạm di động.

Hệ thống WAP phải có cổng WAP và chức năng kết nối mạng

Hình 9 2 Quá trình nâng cấp GSM lên W-CDMA

Trong giai đoạn tiếp theo, để tăng tốc độ số liệu có thể sử dụng công nghệ số liệuchuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD: High Speed Circuit Switched Data) và dịch vụ vôtuyến 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 điểm quan trọng của GPRS nữa

là thuê bao không bị tính cước như trong hệ thống chuyển mạch kênh mà cước phí đượctính 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, tuynhiên kỹ thuật này vẫn dựa vào phương thức điều chế nguyên thuỷ GMSK nên hạn chếtốc độ truyền Bước nâng cấp tiếp theo là thay đổi kỹ thuật điều chế kết hợp với ghép khethời gian ta sẽ có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn, đó chính là công nghệ EDGE.

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 đòi hỏi việcchuyển mạch linh động và tốc độ truyền dữ liệu lớn hơn Lúc này sẽ thực hiện nâng cấpEDGE lên W-CDMA và hoàn tất việc nâng cấp mạng GSM lên 3G

Công nghệ điện thoại di động phổ biến nhất thế giới GSM đang gặp nhiều cản trở và

sẽ sớm được phát triển bằng những công nghệ tiên tiến hơn, hỗ trợ tối đa các dịch vụ nhưInternet, truyền hình…

9.2.2 Lộ trình phát triển

Lộ trình nâng cấp GSM lên W-CDMA như sau:

Hình 9 3 Lộ trình nâng cấp GSM lên W-CDMA 9.2.2.1 Hệ thống thông tin di động GSM( Global System for Mobile Communications)

Hệ thống thông tin di động GSM cung cấp các dịch vụ thoại và số liệu trên cơ sởchuyển mạch kênh băng thông hẹp Do đó tốc độ truyền thấp, 13 kbit/s với truyền thoại và9,6 kbit/s với truyền số liệu Tốc độ này không đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao củangười sử dụng về các dịch vụ mới như truyền số liệu tốc độ cao, điện thoại có hình, truycập Internet tốc độ cao từ máy di động và các dịch vụ truyền thông đa phương tiện khác

Vì những lí do trên, các nhà khai thác GSM đang từng bước nâng cấp mạng GSM lên một

hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 Con đường tiến tới 3G duy nhất của GSM làCDMA băng thông rộng Trên thị trường châu Âu, W-CDMA được gọi là hệ thống viễnthông di động toàn cầu UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) Trong cấutrúc dịch vụ 3G cần có băng thông rất lớn và như thế cần nhiều phổ tần hơn Tuy nhiênviệc loại bỏ hẳn công nghệ đang dùng để tiếp cận ngay mạng 3G là rất tốn kém về mặtkinh tế Vì vậy họ phải chọn giải pháp nâng cấp mạng GSM qua bước trung gian 2,5G để

tạm thời đáp ứng nhu cầu của người sử dụng cũng như chuẩn bị cơ sở hạ tầng kỹ thuật sau

đó mới tiến lên 3G Nói chung 2,5G bao gồm một hoặc tất cả các công nghệ sau:

- Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD)

- Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS)

- Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GMS (EDGE)

HSCSD (High Speed Circuit Switched Data): Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ

cao

GPRS (General Packet Radio Service): Dịch vụ vô tuyến gói chung

EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution): Tốc độ số liệu tăng cường để

9.2.2.2 Các công nghệ nâng cấp lên 3G

 Công nghệ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD

GSM chỉ hỗ trợ các dịch vụ số liệu với tốc độ cực đại mà một khe thời gian có thểcung cấp là 9,6 kbit/s Để hỗ trợ tốc độ số liệu cao hơn cho GSM, MS phải sử dụngnhiều khe thời gian Công nghệ HSCSD sử dụng nguyên tắc này

Công nghệ HSCSD cho phép nâng cao khả năng truyền số liệu trên mạng GSM bằngcách cấp phát nhiều khe thời gian hơn cho người sử dụng HSCSD phối hợp 4 kênh thoạiGSM 14,4 kbit/s thành một kênh 57,6 kbit/s Đối với dịch vụ số liệu thì tốc độ tối đa là 64kbit/s đạt được với 4 khe thời gian Dữ liệu truyền trong dịch vụ HSCSD được hình thànhdưới dạng các luồng song song để đưa vào các khe thời gian khác nhau và chúng sẽ đượckết hợp lại tại đầu cuối Tất cả các khe thời gian sử dụng trong một kết nối HSCSD phảithuộc về cùng một sóng mang Việc cấp phát các khe thời gian phụ thuộc vào thủ tục cấpphát khe thời gian

Công nghệ HSCSD được triển khai dựa trên cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng GSM,chỉ cần nâng cấp phần mềm hiện có mà không cần lắp đặt thêm các phần tử mạng mới Nócho phép cấp phát tài nguyên không đối xứng ở giao diện vô tuyến Tuy nhiên do vẫn sử

dụng chuyển mạch kênh nên hiệu suất sử dụng tài nguyên vô tuyến của HSCSD khôngcao.

Cấu trúc hệ thống HSCSD:

TE (Terminal Equipment): Thiết bị đầu cuối

MT (Mobile Terminal): Máy di động đầu cuối

TAF (Terminal Adaptation Function): Chức năng thích ứng đầu cuối

IWF (Interworking Function): Chức năng kết nối mạng

- Chức năng thích ứng đầu cuối TAF:

Đóng vai trò tiếp nhận số liệu của thiết bị đầu cuối TE đưa tới và chia chúng vào cáckhe thời gian đã được chọn trước Mỗi khe thời gian mang số liệu với các tốc độ đượcchuẩn hóa 1,2 kbit/s; 2,4 kbit/s; 4,8 kbit/s; 9,6 kbit/s; 14,4 kbit/s

- MT và giao diện vô tuyến:

Số liệu từ TAF đưa tới đầu cuối di động MT, tại đây mỗi khe thời gian được mã hóakênh Đầu ra sau mã hóa là luồng số liệu tốc độ 22,8 kbit/s cho mỗi khe thời gian và nóđược chuyển tới giao diện vô tuyến

- Trạm thu phát gốc BTS:

BTS tiếp nhận luồng số liệu từ giao diện vô tuyến, nó thực hiện giải mã cho mỗi khethời gian để thu được luồng số liệu có tốc độ phù hợp với khung TRAU (16 kbit/s).Sau đó luồng số liệu được chuyển tới khối TRAU đặt tại bộ điều khiển trạm gốc BSC.Các khung TRAU 16 kbit/s được gửi tới BSC thông qua giao diện Abis

PDN PLMN ISDN PSPDN

TRAU

TAF

BSC

Kênh 64 kbit/s Kênh nx 16 kbit/s

- Giao diện Abis:

Các khung TRAU 16 kbit/s được gửi tới BSC thông qua giao diện Abis

- Bộ chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU:

TRAU tiếp nhận các khung số liệu 16 kbit/s từ giao diện Abis và nó định dạng lạithông tin của mỗi luồng số liệu thành dạng A - TRAU để truyền đi trên giao diện A

- Giao diện A:

Cho phép chứa được 4 khung A-TRAU tốc độ 16 kbit/s từ một người sử dụng đưađến Các khung này được ghép lại với nhau để phát đi trên một đường 64 kbit/s

- Trung tâm chuyển mạch di động MSC và các khối IWF:

MSC tiếp nhận các khung A-TRAU của đường kết nối 64 kbit/s và định tuyến chúngthông qua IWF Sau khi tiếp nhận, khối IWF lấy ra các thông tin số liệu trong A-TRAU

và kết hợp chúng thành những luồng số liệu ghép trước khi chuyển tới các modem củamình Modem tiếp nhận số liệu và định tuyến chúng qua mạng PSTN tới các modem đích

và các thiết bi đầu cuối số liệu DTE (Data Terminal Equipment) ở nơi khác

 Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS

vụ nhắn tin đa phương tiện (MMS – Multimedia Message Service) và dịch vụ truyền ảnhđộng VTS (Video Streaming) Đặc biệt với tính năng luôn luôn kết nối, mạng GPRS chophép người sử dụng vừa có thể kết nối mạng Internet vừa có thể đàm thoại đồng thời Một

MS trong mạng GPRS có thể truy nhập đến nhiều khe thời gian Với GPRS, người sửdụng có thể dùng chung một tài nguyên vô tuyến Vì thế hiệu suất sử dụng tài nguyên vôtuyến rất cao, cước phí truy cập mạng cũng chỉ tính theo lưu lượng dữ liệu được truyềntải

Giao diện vô tuyến của GPRS được xây dựng trên cùng nền tảng như giao diện vôtuyến của GSM, cùng sóng mang vô tuyến độ rộng 200KHz và 8 khe thời gian Như vậy

cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói đều có thể sử dụng cùng sóng mang.Tuy nhiên mạng đường trục của GPRS được thiết kế sao cho nó không phụ thuộc vào giaodiện vô tuyến Mạng GPRS là một mạng số liệu gói được xây dựng trên cơ sở cấu trúcmạng GSM, vì vậy việc đưa chuyển mạch gói vào đòi hỏi phải bổ sung thêm thiết bị chomạng

Các đặc điểm của mạng GPRS

- Sử dụng công nghệ chuyển mạch gói:

Với việc sử dụng công nghệ chuyển mạch gói, một thiết bị có thể luôn luôn được kếtnối và sẵn sàng gửi một thông tin mà không cần chiếm dụng một kênh riêng trong suốtthời gian truyền số liệu và kênh có thể được chia sẻ cho nhiều người dùng khác nhau.Điều này mạng chuyển mạch kênh không thể làm được Ngoài ra, trong GPRS nếu một lỗiđược phát hiện trong một khung dữ liệu thu được trong BSS thì khung sẽ được yêu cầuphát lại cho đến khi chính xác trước khi gửi qua mạng lõi GPRS

- Cho phép kết hợp nhiều khe thời gian để truyền dữ liệu:

GPRS sử dụng cùng một sóng mang với băng thông 200 KHz và 8 khe thời gian nhưGSM Tuy nhiên trong GPRS có thể kết hợp các khe trong số 8 khe thời gian để truyền dữliệu nên số gói dữ liệu truyền đi trong mỗi khung truyền tăng lên Kết hợp việc cấp pháttài nguyên động nên hiệu quả sử dụng băng tần tăng lên đáng kể

- Kết nối tức thời và tính cước thuận lợi:

GPRS dễ dàng kết nối tức thời và người dùng có thể thiết lập luôn kết nối mà khôngchiếm dụng tài nguyên, do đó thông tin có thể gửi hoặc nhận tức thời ngay khi có nhu cầu.Tức thời là một ưu điểm của GPRS khi so sánh với số liệu chuyển mạch kênh GSM vì nóđáp ứng được các ứng dụng có tính cấp bách

Trong chuyển mạch kênh thì việc tính cước là toàn bộ thời gian chiếm dụng kênhmặc dù có những khoảng thời gian không có dữ liệu được gửi đi Với GPRS chỉ tính cướctheo dung lượng được gửi đi Điều này thuận lợi cho việc kết nối trực tuyến với mạngtrong thời gian dài

- Hỗ trợ các dịch vụ băng rộng:

Cũng như Internet, GPRS sử dụng công nghệ chuyển mạch gói và các giao thứctrong họ TCP/IP nên tất cả các ứng dụng như email, truy cập Web tin nhanh và truyền fileđều có thể thực hiện qua mạng GPRS Tốc độ truyền số liệu nhanh hơn cho phép GPRSchứa đựng các ứng dụng băng rộng vốn không thích hợp với các kết nối quay số chậmhơn như GSM.

- Tính bảo mật cao hơn:

GPRS cho phép thêm vào các giao thức sử dụng cho nhận thực trước khi thuê baođược phép truy cập vào Internet hoặc các mạng số liệu khác GPRS phụ trợ việc mã hóa

dữ liệu người dùng qua giao diện Wireless từ đầu cuối di động đến SGSN (nút hỗ trợ dịchvụ)

- Hiệu quả trong việc sử dụng phổ:

Trong GPRS tài nguyên vô tuyến chỉ được sử dụng khi người sử dụng thực tạiđang gửi hoặc nhận dữ liệu Một tài nguyên vô tuyến hiện có có thể được chia sẻ đồngthời giữa vài người sử dụng khác nhau Nhờ hiệu suất sử dụng tài nguyên vô tuyến này

mà một số lớn người sử dụng GPRS có thể chia sẻ cùng một băng thông và được phục vụ

R

Báo hiệu Báo hiệu và lưu lượng

Hình 9 5 Cấu trúc mạng GPRS

+ Định tuyến và truyền các gói dữ liệu giữa các máy đầu cuối GPRS Các luồngđược định tuyến từ SGSN đến BSC thông qua BTS đến MS.

+ Quản lý trung kế logic tới đầu cuối di động bao gồm việc quản lý các kênh lưulượng gói, lưu lượng nhắn tin ngắn SMS và tín hiệu giữa các máy đầu cuối với mạng +

Xử lý các thủ tục dữ liệu gói PDP (Packet Data Protocol) bao gồm các thông số quantrọng như tên điểm truy nhập, chất lượng dịch vụ khi kết nối với một mạng dữ liệu khácbên ngoài hệ thống

+ Quản lý các nguồn kênh tài nguyên BSS

+ Cung cấp các file tính cước dành cho dữ liệu gói

+ Quản lý truy nhập, kiểm tra truy nhập các mạng dữ liệu ngoài bằng mật mã và sựxác nhận

- Nút hỗ trợ cổng GPRS(GGSN - Gateway GPRS Support Node):

Là điểm giao diện với các mạng số liệu gói bên ngoài Một SGSN có thể giao diệnvới một hay nhiều GGSN Đây là giao diện trên cơ sở IP được sử dụng để mang báo hiệu

và số liệu người sử dụng Giao diện này truyền xuyên số liệu giữa SGSN và GGSN quamạng đường trục IP GGSN chuyển đổi các gói dữ liệu GPRS đến từ SGSN thành khuôndạng giao thức dữ liệu gói (PDP)

Chức năng chính của GGSN:

+ Hỗ trợ giao thức định tuyến cho dữ liệu máy đầu cuối

+ Giao tiếp với các mạng dữ liệu gói IP bên ngoài

+ Cung cấp chức năng bảo mật mạng

+ Quản lý phiên GPRS theo mức IP, thiết lập thông tin đến mạng bên ngoài

+ Cung cấp dữ liệu tính cước (CDRs - Charging Data Records )

- Hệ thống trạm gốc BSS

BSS cung cấp tất cả các chức năng điều khiển và truyền dẫn thông tin vô tuyến củamạng, bao gồm:

+ Khối điều khiển dữ liệu gói PCU: có nhiệm vụ kết hợp các chức năng điều khiển

vô tuyến GPRS (điều khiển truy nhập giao diện vô tuyến) với phần hệ thống trạm gốcBSS của mạng GSM PCU định tuyến các bản tin báo hiệu và truyền tải dữ liệu của người

sử dụng PCU sẽ lắp ráp và sắp xếp lại dữ liệu để chuyển tới SGSN Tại PCU các khối dữliệu RLC sẽ được sắp xếp trong khung LLC (điều khiển liên kết logic), sau đó đượcchuyển tới SGSN PCU đặt tại BSC và phục vụ BSC đó

+ Bộ điều khiển trạm gốc BSC: trong mạng GPRS, BSC đóng vai trò trung tâm phânphối, định tuyến dữ liệu và thông tin báo hiệu GPRS BSC có thể thiết lập, giám sát vàhủy bỏ kết nối của các cuộc gọi chuyển mạch kênh cũng như chuyển mạch gói

+ Trạm gốc BTS: cung cấp khả năng ấn định kênh vật lý tại các khe thời gian chocuộc gọi chuyển mạch kênh trong mạng GSM và dữ liệu chuyển mạch gói trong mạngGPRS BTS kết hợp với BSC để thực hiện các chức năng về vô tuyến

- Phần chuyển mạch:

+ MSC/VLR: Được sử dụng cho việc đăng ký và liên lạc với thuê bao nhưng khôngđóng vai trò gì trong việc định tuyến dữ liệu GPRS Trong hệ thống GSM, MSC/VLRkhông được dùng cho thủ tục nhận thực thuê bao như trong hệ thống GSM mà thay vào

đó là HLR Do đó SGSN sẽ nhận bộ ba thông số dành cho việc nhận thực từ HLR/AUC.+ HLR/AUC: HLR lưu giữ tất cả các thông tin về thuê bao GSM cũng như GPRS.Thông tin về thuê bao GPRS được trao đổi giữa HLR với SGSN HLR thực hiện quản lý

di động cho các thuê bao GPRS bằng cách lưu trữ các thông tin định tuyến của các thuêbao GPRS từ vùng cập nhật vị trí trong SGSN và báo cho SGSN cũ biết sự thay đổi vị trícủa thuê bao HLR được sử dụng trực tiếp cho việc nhận thực thuê bao thay choMSC/VLR

AUC cung cấp bộ ba thông số nhận thực và thực hiện mã hóa đường truyền

+ EIR: thực hiện các chức năng như trong hệ thống GSM EIR lưu giữ tất cả các dữliệu liên quan đến thiết bị đầu cuối MS, nó được nối đến MSC qua đường báo hiệu đểkiểm tra sự hợp pháp của thiết bị

- Thiết bị cung cấp dịch vụ nhắn tin ngắn SMS-GMSC (tổng đài di động có cổng chodịch vụ SMS) và SMS-IWMSC (tổng đài di động liên mạng cho dịch vụ SMS):

Được kết nối với SGSN qua giao diện Gd nhằm cung cấp khả năng truyền tải cácbản tin ngắn.

- Thiết bị đầu cuối GPRS (MS):

Có thể chia làm 3 loại:

+ Loại 1: Hỗ trợ sử dụng đồng thời các dịch vụ thoại và số liệu Người sử dụng loại

1 có thể vừa nói chuyện vừa truyền số liệu GPRS cùng một lúc (sử dụng cả hai dịch vụchuyển mạch kênh và chuyển mạch gói đồng thời)

+ Loại 2: Hỗ trợ đồng thời việc nhập mạng GPRS và nhập mạng GSM nhưng khôngcho phép sử dụng đồng thời cả hai dịch vụ Người sử dụng loại 2 có thể được đăng ký ởmạng GSM và mạng GPRS đồng thời nhưng không thể vừa nói chuyện vừa truyền số liệu.+ Loại 3: Có thể nhập mạng GPRS hoặc GSM nhưng không thể nhập đồng thời cảhai mạng Tại một thời điểm nhất định, thiết bị loại 3 hoặc là thiết bị GSM hoặc là thiết bịGPRS Nếu đã nhập một loại dịch vụ thì có thể coi rằng thiết bị đã rời bỏ dịch vụ kia

- Mạng inter-backbone: Dùng để kết nối giữa các mạng intra-backbone của haiPLMN khác nhau thông qua cổng BG (Border Gateway).

Mạng Backbone giải quyết vấn đề tương tác giữa các mạng GPRS Lý do chính mà

hệ thống hỗ trợ vấn đề tương tác giữa các mạng GPRS là để cho phép roaming giữa cácthuê bao GPRS Các thuê bao roaming sẽ có một địa chỉ PDP được cấp phát bởi mạngPLMN chủ, một router chuyển tiếp giữa mạng PLMN chủ và mạng PLMN mà thuê bao dichuyển đến Định tuyến này được dùng cho cả thuê bao đã hoàn toàn hay bắt đầu truyền

dữ liệu Thông tin được truyền thông qua các cổng biên BG

Giao thức trong mạng GPRS

Các giao thức của GPRS cung cấp các chức năng điều khiển và truyền tải dữ liệutrên mặt phẳng báo hiệu và mặt phẳng truyền dẫn

* Các giao thức trong mặt phẳng truyền dẫn:

- Giao thức tạo đường hầm GTP (GPRS Tunnelling Protocol): phục vụ cho việctruyền tải dữ liệu giữa các nút GSN trong mạng đường trục GPRS

- Giao thức điều khiển truyền dẫn/giao thức dữ liệu gói người sử dụng TCP/UDP:TCP chuyển các khối dữ liệu gói PDU của giao thức GTP trong mạng đường trục GPRScho các giao thức cần thiết để liên kết dữ liệu tin cậy TCP cung cấp khả năng điều khiểnluồng và bảo vệ chống lại sự thất thoát hay ngắt quãng các PDU của GTP

- Giao thức IP (Internet Protocol): được sử dụng trong mạng đường trục GPRS,phục vụ cho việc báo hiệu và định tuyến dữ liệu

- Điều khiển kết nối logic LLC (Logical Link Control): cung cấp liên kết dữ liệu tincậy giữa máy đầu cuối và SGSN đang phục vụ máy đầu cuối đó LLC phục vụ truyền tảicác PDU giữa máy đầu cuối và SGSN, phát hiện và khôi phục các PDU của LLC bị thấtlạc hoặc ngắt quãng

- Chuyển tiếp (Relay): Trong BSC chức năng này sẽ chuyển tiếp các PDU của LLCgiữa giao diện Um và Gb Tại SGSN nó sẽ chuyển tiếp các PDU của PDP giữa các giaodiện Gb và Gn

- Điều khiển kết nối vô tuyến/điều khiển truy nhập môi trường RLC/MAC: RLCcung cấp một liên kết tin cậy trên giao diện vô tuyến MAC điều khiển các thủ tục báohiệu truy nhập trên kênh vô tuyến và sắp xếp các khung LLC vào các kênh vật lý

* Các giao thức trong mặt phẳng báo hiệu:

- Điều khiển việc truy nhập mạng GPRS như nhập mạng và rời mạng

- Điều khiển thiết lập các kết nối trong mạng như quá trình khởi hoạt một địa chỉPDP

- Điều khiển việc định tuyến trong mạng - Điều khiển việc ấn định, cấp phát tàinguyên

Giao diện vô tuyến

a Lớp vật lý của GPRS

Được chia làm 2 lớp con:

- Lớp RF vật lý (Physical RF Layer): thực hiện chức năng truyền dẫn cơ bản, thunhận như điều chế và giải điều chế Sau đó truyền lên lớp đường truyền vật lý

- Lớp đường truyền vật lý (PLL – Physical Link Layer): thực hiện chức năngđóng khung đơn vị dữ liệu, mã hóa, hiệu chỉnh lỗi truyền dẫn trung kế vật lý và ghépxen Ngoài ra còn cung cấp chức năng cho việc lựa chọn lại cell, điều khiển công suất

b RLC/MAC của GPRS

Tên đầy đủ của lớp 2 là điều khiển truy nhập môi trường MAC và lớp điều khiểnliên kết vô tuyến RLC MAC là lớp con thấp còn RLC là lớp con cao hơn

* Các chức năng của MAC:

- MAC cho phép nhiều MS chia sẻ một tài nguyên truyền dẫn chung MAC chophép một MS sử dụng song song một vài kênh vật lý, nghĩa là sử dụng một vài khe thờigian trong khung TDMA Đối với lưu lượng dữ liệu kết cuối di động, thực thể MAC cungcấp các thủ tục xếp hàng và lập lịch của những lần cố gắng truy nhập Đối với lưu lượng

dữ liệu được khởi đầu bằng di động, MAC cung cấp cách xử lý giữa các máy di động cốgắng truy nhập môi trường được chia sẻ cùng lúc

- MAC cung cấp cách ghép kênh hiệu quả dữ liệu và báo hiệu trên cả hai hướngđường lên và đường xuống

- Đối với truy cập kênh được khởi đầu bởi di động, MAC giải quyết tranh chấp giữanhững lần cố gắng truy cập kênh bao gồm dò tìm và khôi phục xung đột

- Đối với kênh kết cuối di động, MAC lập biểu những lần cố gắng truy cập, nhữnglần này có thể sắp xếp các lần truy cập gói

- MAC xử lý ưu tiên

* Các chức năng của RLC:

- Giao diện Um cho phép truyền các LLC PDU giữa lớp LLC và lớp con MAC

- Phân đoạn các LLC PDU thành các khối dữ liệu RLC tại bên truyền và ráp lại tạibên nhận

- Các thủ tục hiệu chỉnh lỗi trở lại cho phép truyền lại có chọn lọc các khối dữ liệuRLC được phân phối không thành công

- Sự thích ứng liên kết, đó là truyền các từ mã tùy theo các điều kiện của kênh

c Lớp điều khiển đường truyền logic LLC

LLC cung cấp một trung kế kết nối logic đáng tin cậy hơn giữa SGSN và MS cũngnhư bắc cầu cho hai giao tiếp Gb và Um Ngoài ra LLC cũng được thiết kế để không phụthuộc vào các giao thức vô tuyến cơ bản nhằm có thể đưa ra các giải pháp vô tuyến GPRSthay đổi về sau Cấu trúc khung LLC bao gồm:

- Trường địa chỉ: gồm một byte nhận dạng điểm truy nhập (SAPI), một bit phânbiệt giao thức PD và một bit C/R (Command/Respone)

- Trường điều khiển điển hình: gồm từ 1 đến 3 byte dùng để xác định kiểu khung.Các chức năng của GPRS

* Các chức năng điều khiển truy nhập mạng

Truy nhập mạng là một phương thức mà một người sử dụng kết nối với mạng để cóthể sử dụng các dịch vụ và các phương tiện của mạng đó Giao thức truy nhập là một tậpxác định các thủ tục cho phép khai thác các dịch vụ và phương tiện mạng Người truy cậpGPRS có thể từ bên di động hoặc bên cố định của mạng GPRS Giao diện phía mạng cốđịnh có thể hỗ trợ nhiều giao thức truy nhập tới các mạng dữ liệu ngoài (X.25, IP) Phầnquản lý của mỗi PLMN có thể yêu cầu các thủ tục điều khiển truy nhập riêng cho phépngười truy nhập mạng hay giới hạn thuê bao sử dụng các dịch vụ Ngoài việc truyền dẫn

dữ liệu theo chuẩn điểm - điểm (PTP – Point to Point), điểm – đa điểm (PTM – Point toMulti Point), GPRS hỗ trợ thêm loại truy nhập ngầm định (anonymous) tới mạng Dịch vụnày cho phép MS trao đổi các gói dữ liệu với host xác định trước được đánh địa chỉ bởicác giao thức liên mạng đã được xác định Tuy nhiên chỉ có một số địa chỉ đích PDP nhấtđịnh sử dụng trong dịch vụ này IMSI hoặc IMEI sẽ không được sử dụng trong khi truynhập mạng do bảo mật ngầm định cao Do đó các chức năng nhận thực và mã hóa khôngđược xét trong kiểu truy nhập ngầm định

- Chức năng đăng ký:

Đăng ký là phương thức mà người sử dụng dùng IP Mobile (nhận dạng di động) đểliên kết với các giao thức và địa chỉ của gói dữ liệu trong mạng PLMN cũng như liên kếtvới các điểm truy nhập ra mạng PDP ngoài Kết nối này có thể là liên kết tĩnh (được lưutrữ trong HLR) hoặc động (được ấn định theo yêu cầu cần thiết)

- Chức năng nhận thực và cấp phép:

Chức năng này thực hiện việc nhận dạng và nhận thực người yêu cầu dịch vụ, hợpthức hóa loại yêu cầu dịch vụ để đảm bảo rằng thuê bao được phép sử dụng các dịch vụmạng Chức năng nhận thực được thực hiện kết hợp với chức năng quản lý di động

- Chức năng điều khiển tiếp nhận:

Mục đích của điều khiển tiếp nhận là xác định các tài nguyên mạng nào cần cung cấptheo đúng yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS Nếu các tài nguyên này được phép thì nó phảitiến hành đặt trước Điều khiển tiếp nhận được thực hiện kết hợp với các chức năng quản

lý tài nguyên vô tuyến của mạng để đảm bảo những yêu cầu sử dụng tài nguyên vô tuyếntrong mỗi cell

- Chức năng giám sát bản tin:

Chức năng này được thực hiện bởi chức năng lọc gói tin trong các rounter và cácfirewall cho phép truyền hay loại bỏ các bản tin không hợp lệ, tránh sự xâm nhập trái phép

từ bên ngoài

- Chức năng tương thích đầu cuối:

Chức năng này thực hiện thích ứng các gói dữ liệu nhận hoặc truyền tới thiết bị đầucuối với phương thức truyền qua mạng GPRS

- Chức năng thu thập dữ liệu tính cước:

Chức năng này thu thập các dữ liệu cần thiết để tính cước thuê bao hoặc tính cướclưu lượng Cước phí được tính bằng số lượng byte sử dụng Thông tin tính cước do cácSGSN và GGSN thu thập SGSN lưu thông tính cước của mỗi thuê bao liên quan tới việc

sử dụng mạng vô tuyến trong khi GGSN lưu các thông tin tính cước liên quan tới việcdùng mạng dữ liệu bên ngoài của mỗi thuê bao Trên cơ sở đó nhà khai thác mạng GPRS

sẽ sử dụng các thông tin này để tạo ra hóa đơn tính cước cho từng thuê bao

Thông tin tính cước tối thiểu mà SGSN thu thập bao gồm:

+ Mức độ sử dụng giao diện vô tuyến: thông tin tính cước về số lượng dữ liệu đượctruyền theo hướng MS phát đi và MS thu về, được phân loại theo chất lượng dịch vụ QoS

và các giao thức người sử dụng

+ Mức độ sử dụng địa chỉ giao thức gói dữ liệu: thông tin tính cước ghi lại thờigian MS sử dụng các giao thức gói dữ liệu PDP của MS

+ Mức độ sử dụng tài nguyên chung của GPRS: thông tin tính cước sẽ mô tả mức

độ sử dụng của thuê bao đối với các tài nguyên khác nhau có liên quan tới GPRS cũngnhư các hoạt động trong mạng GPRS của MS

+ Vị trí của MS: các thông tin về HPLMN, VPLMN và có thể thêm các thông tin vịtrí với độ chính xác cao hơn

Thông tin tính cước tối thiểu mà GGSN thu thập bao gồm:

+ Địa chỉ đích và địa chỉ nguồn của thông tin trao đổi: mức độ chính xác của thôngtin này được xác định bởi nhà khai thác GPRS

+ Mức độ sử dụng mạng dữ liệu ngoài: các thông tin về khối lượng dữ liệu đượcgửi đi và nhận từ các mạng dữ liệu ngoài

+ Mức độ sử dụng các địa chỉ giao thức dữ liệu gói: thông tin tính cước lưu lại thờigian MS sử dụng các địa chỉ giao thức dữ liệu gói PDP của MS

+ Vị trí của MS: các thông tin về HPLMN, VPLMN và có thể thêm các thông tin vịtrí với độ chính xác cao hơn

* Chức năng định tuyến và truyền dẫn gói

- Chức năng chuyển tiếp:

Là một phương thức mà một nút mạng chuyển các đơn vị dữ liệu gói PDU nhậnđược từ một nút rồi chuyển tới một kênh đầu ra thích hợp cho nút tiếp theo trong tuyến

- Chức năng định tuyến:

Chức năng định tuyến sử dụng địa chỉ đích trong bản tin để xác định nút nhận bản tin

và sử dụng các dịch vụ ở lớp dưới để đưa các bản tin này tới GSN Chức năng định tuyến

sẽ lựa chọn đường truyền cho hop tiếp theo trong tuyến

Các chức năng định tuyến và truyền dẫn gói:

+ Định tuyến và truyền dẫn gói giữa thiết bị di động và mạng ngoài

+ Định tuyến và truyền dẫn gói giữa thiết bi di động và mạng PLMN GPRS khác

+ Định tuyến và truyền dẫn gói giữa các thiết bị di động khác nhau.

- Chức năng phiên dịch và sắp xếp địa chỉ:

Phiên dịch địa chỉ là sự chuyển đổi một địa chỉ loại này thành một địa chỉ loại khác.Chức năng phiên dịch và sắp xếp địa chỉ chuyển đổi địa chỉ giao thức mạng ngoài thànhđịa chỉ mạng nội bộ nhằm phục vụ cho việc định tuyến các gói tin trong mạng PLMNhoặc giữa các mạng PLMN

- Chức năng đóng gói:

GPRS truyền trong suốt PDP PDU giữa mạng ngoài và MS Các PDP được đóng gói

và tách gói nhằm phục vụ định tuyến trong mạng Đóng gói cho phép gắn thêm thông tinđiều khiển và địa chỉ vào một PDU Tách gói là quá trình tách địa chỉ và thông tin điềukhiển từ gói để lấy ra đơn vị dữ liệu ban đầu Chức năng đóng gói được thực hiện giữa cácSGN trong backbone và giữa các SGSN và MS

- Chức năng quản lý tên miền:

Là chức năng Internet chuẩn đảm bảo thống nhất tương ứng giữa tên gọi, chức năng

và địa chỉ của các GSN trong mạng

* Các chức năng quản lý di động

Chức năng này thực hiện tương tự như trong hệ thống GSM Các chức năng quản lý

di động được sử dụng để theo dõi vị trí hiện tại của MS trong mạng PLMN hoặc trongmạng PLMN khác

Mỗi vùng định tuyến được phục vụ bởi một SGSN Việc theo dõi vị trí của MS phụthuộc vào trạng thái quản lý di động như sau:

+ Khi MS trong trạng thái Stanby (chờ): vị trí của MS được biết ở cấp một vùngđịnh tuyến

+ Khi MS trong trạng thái Ready (sẵn sàng): vị trí của MS được biết ở cấp mộtcell

- Các trạng thái của MS:

GPRS có 3 trạng thái quản lý di động khác nhau:

+ Trạng thái rỗi: trạng thái này được sử dụng khi thuê bao MS không hoạt động(không khai báo kết nối mạng GPRS) Trong trạng thái rỗi, thuê bao không được gán chứcnăng quản lý di động Các nội dung của MS và SGSN không chứa các thông tin địnhtuyến và thông tin vị trí thuê bao Việc nhắn tin và truyền dữ liệu không được thực hiệnnhưng MS có thể nhận dữ liệu trong dịch vụ điểm – đa điểm Để thiết lập các chức năngquản lý di động trong MS và SGSN, MS phải thực hiện thủ tục khai báo kết nối mạngGPRS

+ Trạng thái chờ: Trong trạng thái này, thuê bao đã khai báo kết nối mạng và đượcquản lý di động Lúc này mạng biết MS đang nằm ở một vùng định tuyến nào MS có thểnhận các trang nhắn tin báo hiệu, dữ liệu và có thể cả các trang nhắn của dịch vụ chuyểnmạch kênh Trạng thái này chưa thể truyền và nhận dữ liệu MS thực hiện lựa chọn vùngđịnh tuyến GPRS và chọn ô cục bộ MS sử dụng các thủ tục di động để khai báo choSGSN khi vào vùng định tuyến mới nhưng không cần thông báo khi thay đổi cell trongcùng một vùng định tuyến Do đó thông tin về vị trí của MS trong quản lý di động củaSGSN chỉ chứa số nhận dạng vùng định tuyến Nếu hết thời gian chờ, MS chuyển về trạngthái rỗi và việc quản lý di động hết hiệu lực Nếu MS cần gửi dữ liệu thì nó chuyển sangtrạng thái sẵn sàng

+ Trạng thái sẵn sàng: MS thực hiện các thủ tục quản lý di động và mạng biết thuêbao đang ở cell nào SGSN gửi dữ liệu tới MS mà không cần tìm gọi MS và MS gửi dữliệu tới SGSN bất cứ lúc nào Quản lý di động vẫn được duy trì trong trạng thái sẵn sàng

dù MS có hay không được cung cấp tài nguyên vô tuyến thậm chí khi không có dữ liệuđược truyền Trạng thái sẵn sàng được giám sát bởi một bộ định thời Một phiên quản lý

di động sẽ chuyển từ trạng thái sẵn sàng sang trạng thái chờ khi bộ định thời sẵn sàng kếtthúc.

- Chức năng gán/tách GPRS:

Là chức năng quản lý di động nhằm thiết lập hay kết thúc kết nối tới mạng GPRS.SGSN đóng vai trò tiếp nhận yêu cầu gán/tách và xử lý chúng Việc khai báo kết nốimạng (gán GPRS), thuê bao di động chuyển sang trạng thái sẵn sàng và nội dung quản lý

di động được thiết lập, MS được nhận thực, khóa mã được tạo ra, đường kết nối có mãhóa được thiết lập và MS được cấp phát một TLLI (nhận dạng kênh logic tạm thời).SGSN nhận thông tin về thuê bao từ HLR, sau khi thực hiện một gán GPRS, SGSN sẽluôn bám theo vị trí của MS Lúc này MS có thể nhận và gửi SMS nhưng không thu phátđược số liệu Để chuyển giao số liệu, trước tiên MS phải thực hiện kích hoạt nội dunggiao thức số liệu gói Khi thuê bao muốn kết thúc một kết nối tới mạng GPRS thì nó thựchiện tách GPRS Việc thực hiện tách GPRS cho phép MS chuyển sang trạng thái rỗi vàngắt toàn bộ nội dung quản lý di động

Có hai kiểu để MS kết thúc kết nối tới mạng:

+ Mạng (SGSN) gửi yêu cầu tách tới MS hoặc MS gửi yêu cầu tách hoàn toàn tớiSGSN

+ Mạng ngắt kết nối mà không thông báo cho MS khi đạt tới định thời di độnghoặc khi có lỗi vô tuyến không thể khôi phục gây ra mất kết nối kênh logic

MS có thể thực hiện tách GPRS từ mạng theo chế độ mặc định khi thời gian chờhết hiệu lực nhưng thông thường việc tách GPRS là từ MS

- Chức năng bảo mật:

Có 3 chức năng bảo mật sau:

+ Chống lại việc sử dụng không hợp pháp dịch vụ GPRS

+ Cung cấp cơ chế để mạng nhận biết vùng định tuyến (RA) của MS trong trạngthái chờ và sẵn sàng.

Các thủ tục quản lý sẽ kiểm soát sự thay đổi ô hay vùng định tuyến, đồng thời định

kỳ cập nhật thông tin về vùng định tuyến của MS Nếu một MS trong thời gian dài khôngthay đổi vị trí thì mạng phải nhận được thông báo MS vẫn nằm trong khả năng nhận biếtcủa mạng Do đó việc cập nhật vùng định tuyến phải được thực hiện theo chu kỳ nhấtđịnh Khi MS vào ô mới và có thể vào vùng định tuyến mới thì MS phải thực hiện mộttrong ba thủ tục sau:

sử dụng Thông thường SGSN cũ sẽ chuyển các gói tin của người sử dụng tới SGSN mớicho tới khi nó nhận được thông báo xóa vị trí từ HLR thì thôi

- Chức năng quản lý thuê bao:

Chức năng này thực hiện một cơ chế thông báo cho các nút của GPRS khi dữ liệuthuê bao GPRS của một người sử dụng thay đổi Bất cứ khi nào dữ liệu thuê bao GPRSthay đổi trong HLR và sự thay đổi tác động đến dữ liệu được lưu trong SGSN thì SGSN

sẽ thông báo sự thay đổi bằng một trong hai cách sau:

+ Thực hiện thủ tục chèn dữ liệu thuê bao: bổ sung hoặc sửa đổi dữ liệu thuê baotrong SGSN

+ Thực hiện thủ tục xóa dữ liệu thuê bao: xóa dữ liệu thuê bao trong SGSN

* Các chức năng quản lý kênh logic

Các chức năng quản lý kênh lôgic liên quan tới việc duy trì một kênh thông tingiữa một MS và PLMN qua giao diện vô tuyến Các chức năng này thực hiện điều phối

các thông tin trạng thái liên kết giữa MS và PLMN cũng như giám sát quá trình chuyểngiao dữ liệu qua kênh logic.

- Chức năng thiết lập kênh logic:

Thiết lập kênh logic được thực hiện khi MS khai báo sử dụng dịch vụ GPRS

- Chức năng Thực hiện việc giám sát tình trạng kênh logic và điều khiển khi thayđổi trạng thái kênh

- Chức năng giải phóng kênh logic:

Thực hiện ngắt kết nối logic, giải phóng các tài nguyên liên quan tới kết nối logic

* Các chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến

Các chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến liên quan đến việc ấn định và duy trìcác tuyến thông tin vô tuyến

- Chức năng quản lý Um:

Chức năng này quản lý một số kênh vật lý được sử dụng trong mỗi ô và xác định sốlượng các tài nguyên vô tuyến cung cấp để sử dụng các dịch vụ GPRS Số lượng các tàinguyên vô tuyến dành cho GPRS có thể thay đổi từ ô này tới ô khác phụ thuộc nhu cầungười sử dụng hoặc được chỉ định bởi nhà vận hành mạng PLMN

- Chức năng lựa chọn ô:

Chức năng này cho phép MS lựa chọn ô tối ưu để thiết lập một đường truyền tớimạng PLMN Việc này liên quan đến việc kiểm t và xác định chất lượng tín hiệu từ các ôlân cận cũng như việc phát hiện và tránh tắc nghẽn trong các ô

- Chức năng Um – Tranx:

Chức năng này cung cấp khả năng chuyển giao gói dữ liệu thông qua giao diện vôtuyến giữa MS và BSS Nó bao gồm các thủ tục:

+ Điều khiển truy nhập qua các kênh vô tuyến

+ Ghép các gói tin trên qua các kênh vô tuyến chung

+ Phân bổ gói trong MS

+ Phát hiện và sửa lỗi

+ Các thủ tục điều khiển lưu lượng to đổi

- Chức năng quản lý đường kết nối: chức năng này quản lý các đường truyền thônggiữa BSS và các nút SGSN Việc thiết lập và giải phóng các tuyến này có thể là động hoặctĩnh.

* Chức năng quản lý mạng

Chức năng này cung cấp các cơ chế để hỗ trợ chức năng khai thác và bảo dưỡng liênquan tới GPRS như: quản lý lỗi, cấu hình, chỉ tiêu, bảo mật,…được thực hiện từ xa hoặctại chỗ

Nhập mạng GPRS

Ấn định đưòng lên gói

Các khối RLC

(yêu cầu nhập mạng)

Mới

Khi bật nguồn MS hoặc khi tích cực trình duyệt, có thể tích cực chức năng GPRStrong MS Mỗi khi khởi đầu chức năng GPRS trong MS, MS phải nhập mạng GPRS đểmạng này biết rằng MS đã khả dụng đối với lưu lượng gói Lúc này MS đã ở trạng tháisẵn sàng Khi ở trạng thái sẵn sàng, MS có thể gửi hoặc nhận gói Ngoài ra MS cũng cóthể vào trạng thái chờ sau khi trạng thái sẵn sàng tạm ngưng.

Hình 3.4 mô tả trường hợp MS loại 3 thực hiện nhập mạng GPRS:

Đầu tiên MS yêu cầu kênh gói (Packet Channel Request): MS đưa ra mục đích củayêu cầu là trả lời tìm gọi, thủ tục quản lý di động (MM) Mạng trả lời bằng ấn định đườnglên gói (cấp phát một khe thời gian hoặc các khe thời gian) cho MS để truyền bản tin mà

MS định gửi

MS tiếp tục gửi yêu cầu nhập mạng ở một hay nhiều khối vô tuyến đến mạng trêncác tài nguyên được cấp phát MS có thể gửi số khối vô tuyến bằng số khối mà mạng cấpphát cho nó

Khi nhận được yêu cầu nhập mạng tại BSS, BSS sử dụng PACCH để công nhận là

đã nhận được yêu cầu này Trường hợp MS đã gửi toàn bộ thông tin cần gửi, MS gửi bảntin công nhận điều khiển gói đến mạng và giải phóng các tài nguyên được cấp phát Tronglúc đó BSS chuyển yêu cầu nhập mạng đến một SGSN SGSN này có thể yêu cầu các thủtục an ninh, trong đó nó nhận các bộ ba từ HLR

BSS gửi bản tin ấn định đường xuống gói đến MS Bản tin này có thể gửi trên kênhPCCCH hoặc PACCH Bản tin ấn định đường xuống gói hướng dẫn MS sử dụng tàinguyên quy định ở đường xuống Sau đó BSS gửi đi yêu cầu nhận thực và mật mã mà nónhận được từ SGSN Khi nhận được yêu cầu này, MS công nhận bản tin đường xuống vàyêu cầu các tài nguyên đường lên để nó có thể trả lời Vì thế nó gửi một yêu cầu kênh góikhác rất giống với yêu cầu kênh gói mà nó gửi lúc đầu Một lần nữa mạng lai ấn định cáctài nguyên cho MS MS sử dụng các tài nguyên này để gửi trả lời về nhận thực và mật mãđến mạng Trả lời này được BSS chuyển đến SGSN BSS cũng gửi công nhận đến MS

MS khẳng định là đã nhận được công nhận giống như đã làm với yêu cầu nhập mạng banđầu

Sau khi MS đã được SGSN nhận thực, SGSN gửi cập nhật vị trí GPRS đến HLR.Quá trình này giống như cập nhật vị trí ở GSM bao gồm tải xuống từ HLR đến SGSN cácthông tin về thuê bao, ghi lại vị trí của MS vào HLR Khi HLR nhận được cập nhật vị trí

GPRS, SGSN gửi bản tin cập nhật mạng được tiếp nhận tới MS Đối với các bản tin khác,trước hết BSS ấn định tài nguyên để có thể trả lời bằng một bản tin “nhập mạng đã hoànthành” đến MS BSS công nhận việc đã nhận được số liệu chứa trong “nhập mạng đã hoànthành” và chuyển bản tin này đến SGSN MS khẳng định đã nhận được công nhận.

Khả năng phát triển của GPRS lên 3G

Có hai cách xây dựng một hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 nâng cấp từGPRS là:

- Nâng cấp tốc độ truyền của GPRS bằng cách phát triển GPRS lên EDGE và tiếptheo là thông tin di động thế hệ 3 UMTS (Universal Mobile Telecommunication System -

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu)

- Phát triển trực tiếp từ GPRS lên UMTS

Tuy nhiên tại một số quốc gia thì việc triển khai mạng UMTS gặp một số khó khăn

về phổ tần vì ở các quốc gia đó thì phổ tần được đem bán đấu giá cũng như vấn đề cấpgiấy phép cho 3G Do đó các nhà khai thác mạng phải trả một khoản tiền lớn cho việc xincấp phép hoạt động ở dải tần UMTS Trong khi đó EDGE là một chuẩn đã được côngnhận của 3G sử dụng băng tần GSM hiện có và hỗ trợ tốc độ truyền tải dữ liệu lên tới 384kbit/s mà không cần thêm bất kỳ một giấy phép nào Vì vậy EDGE có thể dễ dàng thíchứng với hệ thống GSM Bản chất đó chỉ là sự nâng cấp phần mềm của hệ thống trạm vôtuyến GSM Như vậy ở Việt Nam, việc chuyển từ GSM/GPRS sang EDGE, sau đó làUMTS là con đường đầu tư hiệu quả và tiết kiệm chi phí

 Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM (EDGE)

cũ của mình nếu không cần được cung cấp các dịch vụ tốt hơn Xét trên khía cạnh kỹthuật cũng cần giữ lại GMSK vì 8PSK chỉ có hiệu quả ở vùng hẹp, với vùng rộng vẫn cầnGMSK Nếu EDGE được sử dụng cùng với GPRS thì sự kết hợp này được gọi là GPRSnâng cấp EGPRS.

Để tăng tốc độ truyền dữ liệu trong EDGE người ta sử dụng kỹ thuật điều chế 8PSKthay thế cho GMSK trong GSM

Sử dụng điều chế 8PSK có tốc độ bit gấp 3 lần tốc độ bit của điều chế GMSK Do đó tốc

độ truyền dữ liệu của EDGE cũng gấp 3 lần so với GSM Tuy nhiên điều chế 8PSK trongEDGE thay đổi theo thời gian nên việc thiết kế các bộ khuếch đại rất phức tạp Hiệu suấtcông suất của điều chế 8PSK chỉ bằng 4/7 của điều chế GMSK nên công suất của máy thuphát EDGE phải lớn gấp đôi so với GSM Điều này ảnh hưởng đến việc chế tạo thiết bịđầu cuối và các trạm thu phát công suất nhỏ Do phần lớn các dịch vụ tốc độ cao đều nằm

ở đường xuống nên để hạn chế tính phức tạp cho máy đầu cuối, người ta đã đưa ra giảipháp đường lên sẽ phát tín hiệu sử dụng điều chế GMSK còn đường xuống sử dụng điềuchế 8PSK

c Giao tiếp vô tuyến

Trong công nghệ EDGE ngoài việc thay thế kỹ thuật điều chế, các thông số vật lýkhác của giao diện vô tuyến tương tự như trong GSM Thủ tục vô tuyến của EDGE chính

là các thủ tục được sử dụng trong GSM/GPRS Điều này hạn chế tối thiểu việc xây dựngthêm các thủ tục mới cho EDGE Tuy nhiên để hỗ trợ cho việc truyền dữ liệu tốc độ cao,một vài thủ tục sẽ được thay đổi cho phù hợp Có hai dạng truyền dữ liệu của EDGE:

- Truyền dẫn chuyển mạch gói EDGE – EGPRS:

Cung cấp tốc độ truyền dữ liệu từ 9,6 kbit/s đến 21,4 kbit/s cho một khe thời gian.EDGE sẽ cho phép truyền với tốc độ từ 11,2 kbit/s đến 59,2 kbit/s cho một khe thời gian.Như vậy nếu ghép nhiều khe thời gian sẽ cho tốc độ truyền tối đa là 384 kbit/s Để đảmbảo tốc độ truyền cũng như bảo vệ thông tin, thủ tục kiểm soát kênh vô tuyến LLC trongEDGE sẽ có một số thay đổi xoay quanh việc cải tiến mẫu RLC về sự tương hợp đườngkết nối và gia tăng tốc độ dự phòng Sự tương hợp đường kết nối là việc lựa chọn mô hìnhđiều chế và mã hóa để phù hợp với chất lượng đường vô tuyến Sự gia tăng tốc độ dựphòng cũng là một biện pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ EGPRS cung cấp mẫu tươnghợp kết nối và gia tăng dự phòng để làm cơ sở cho việc đo lường chất lượng đường truyềnnhằm đảm bảo việc khai thác dịch vụ truyền dẫn với độ trễ ngắn hơn và giảm yêu cầu bộnhớ

- Truyền dẫn chuyển mạch kênh EDGE – ECSD:

Chuẩn GSM hiện tại có thể cung cấp truy nhập vô tuyến truyền dẫn trong suốt vàkhông trong suốt Truyền trong suốt yêu cầu tốc độ bit cố định hàng dãy từ 9,6 kbit/s đến

64 kbit/s, còn truyền không trong suốt thay đổi từ 4,8 kbit/s đến 57,6 kbit/s Tốc độ thực tếcủa truyền không trong suốt phụ thuộc vào chất lượng kênh và kết quả của việc truyền lạikhi sai sót

EDGE không ảnh hưởng gì đến việc truyền này trong hệ thống chuyển mạch GSMnên tốc độ bit cũng không thay đổi Tuy nhiên các thành phần trong mã hóa kênh sẽ cómột số thay đổi để có tốc độ cao hơn Trong tương lai khi EDGE sử dụng dịch vụ thờigian thực thông qua giao thức Internet thì sẽ có tác động mạnh không những trên truynhập vô tuyến mà cả trên trường chuyển mạch truyền thống

9.2.2.3 Công nghệ 3G W-CDMA

W-CDMA (windeband Code Division multiple Access) là phát triển của GSM đểcung cấp các khả năng cho thế hệ thứ ba.W-CDMA sử dụng công nghệ trải phổ chuỗi trựctiếp DS-CDMA băng rộng và mạng lõi được phát triển từ GSM và GPGS.Nó có thể cungcấp các dịch vụ với tốc độ lên đến 2 Mbit/s W-CDMA có thể có hai giải pháp cho giaoadiện vô tuyến là ghép song công phân chia theo thời gian TDD và ghép song công phânchia theo tần số FDD Cả hai giao diện này sử dụng DS-CDMA

FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz với hai sóng mang phân cách nhau 190 MHz: