Tổng quan hệ thống thông tin di động 3G công nghệ WCDMA & triển khai mạng 3G WCDMA của Viettel

Tài liệu tham khảo chuyên ngành viễn thông Tổng quan hệ thống thông tin di động 3G công nghệ WCDMA & triển khai mạng 3G WCDMA của Viettel

Nhu cầu trao đổi thơng tin là nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống xã hội, trong xã hội

hiện đại ngày nay địi hỏi thơng tin cần trao đổi về mọi lĩnh vực phải đảm bảo các yếu tố như tốc độ nhanh chĩng, tiện lợi và độ chính xác cao Với nhu cầu như vậy, ngày nay thơng tin di động đã trở thành một ngành cơng nghiệp viễn thơng phát triển nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận nhất cho các nhà khai thác Sự phát triển của thị trường viễn thơng di động đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu và triển khai các hệ thống thơng tin di động mới trong tương lai Hệ thống di động thế hệ hai, với GSM là những ví dụ điển hình đã phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia Tuy nhiên, thị trường viễn thơng càng mở rộng càng thể hiện rõ những hạn chế về dung lượng và băng thơng của các hệ thống thơng tin di động thế hệ hai Sự ra đời của hệ thống di động thế hệ ba (3G) là một tất yếu, theo hướng cung cấp các dịch vụ đa phương tiện nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng và đa dạng của người sử dụng

Trong đề tài của mình, em xin giới thiệu về hệ thống thơng tin di động thế hệ ba với cơng nghệ WCDMA Cơng nghệ WCDMA là cơng nghệ CDMA băng rộng đa truy nhập phân chia theo mã Trong đồ án “Tổng quan hệ thống thơng tin di động 3G cơng nghệ

WCDMA & triển khai mạng 3G WCDMA của Viettel” của mình em trình bày một cái

nhìn tổng quan về mạng 3G sử dụng cơng nghệ WCDMA và tiển khai tại mạng 3G tại Viettel, cụ thể gồm cĩ 4 chương như sau:

9 Chương 1: Tổng quan hệ thống thơng tin di động 3G cơng nghệ WCDMA 9 Chương 2: Cấu trúc mạng 3G WCDMA

9 Chương 3: Kỹ thuật cơ bản của mạng 3G WCDMA 9 Chương 4: Triển khai mạng 3G WCDMA của Viettel

Trong đề tài của mình, em đã cố gắng trình bày thật cơ đọng những vấn đề về cơng nghệ WCDMA Tuy nhiên, do kiến thức cũng như tài liệu cĩ hạn nên khơng thể tránh khỏi những sai sĩt, cũng như cịn nhiều vấn đề chưa được giải quyết thỏa đáng Em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cơ giáo, sự gĩp ý và phê bình của các bạn

Trong thời gian hồn thành đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của thầy Th.S Võ Trường Sơn, sự chỉ bảo ân cần của các thầy cơ giáo trong khoa Điện – Điện tử Em xin chân thành cảm ơn!

TP.Hồ Chí Minh tháng 05/2010

Sinh viên

Nguyễn Văn Sáu

LỜI NÓI ĐẦU 1 

MỤC LỤC 2 

DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT 5 

DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ 10

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 13 

1.1 Giới thiệu chung 13 

1.1.1 Mở đầu 13 

1.1.2 Giới thiệu về công nghệ 3G 14 

1.2 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động 3G WCDMA 15 

1.2.1 Lịch trình nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin di động thế hệ ba 15 

1.2.2 Sơ lược quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động đến thế hệ 3 16 1.3 Cơ sở xây dựng hệ thống 3G WCDMA 17 

1.3.1 Các tiêu chuẩn 17 

1.3.2 Các phiên bản của 3G WCDMA 18 

1.4 Lộ trình phát triển hệ thống thông tin di động từ 3G lên 4G 19 

1.4.1 Giới thiệu về hệ thống thông tin di động 4G 19 

2.1.1 Kiến trúc chung mạng 3G WCDMA 25 

2.1.2 Cấu hình địa lý của mạng 3G WCDMA 29 

2.1.3 Các giao diện mở cơ bản của UMTS: 32 

2.2 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 33 

2.3.5 Bộ đang ký định vị thường trú HLR 34 

2.3.6 Bộ đăng ký định vị tạm trú VLR 35 

2.3.7 Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR 35 

2.3.8 Trung tâm nhận thực AuC 35 

2.3.9 Mạng trục IP 35 

CHƯƠNG 3:KỸ THUẬT CỦA MẠNG 3G WCDMA 36 

3.1 Các kỹ thuật cơ bản trong mạng 3G WCDMA 36 

3.1.1 Kỹ thuật trải phổ và đa truy nhập theo mã 36 

3.1.2 Giao diện vô tuyến của 3G WCDMA 39 

3.1.3 Truy nhập gói tốc độ cao (HSPA) 52 

3.2 Thiết lập cuộc gọi của 3G WCDMA 58 

3.3 Chuyển giao của 3G WCDMA 60 

3.3.1 Khái quát về chuyển giao trong các hệ thống thông tin di động 60 

3.3.2 Chuyển giao trong cùng tần số 64 

3.3.3 Chuyển giao giữa các hệ thống WCDMA và GSM 78 

3.3.4 Chuyển giao giữa các tần số trong WCDMA 80 

3.4 Điều khiển công suất của mạng 3G WCDMA 81 

3.4.1 Điều khiển công suất vòng kín đường lên 82 

3.4.2 Điều khiển công suất vòng kín đường xuống 83 

3.5 Dịch vụ và chất lượng dịch vụ mạng 3G WCDMA 84 

3.5.1 Phân loại dịch vụ 85 

3.5.2 Các dịch vụ cơ sở 85 

3.5.3 Các dịch vụ mạng UMTS 88 

3.5.4 Chất lượng dịch vụ (QoS) của UMTS 89 

CHƯƠNG 4:TRIỂN KHAI MẠNG 3G WCDMA CỦA VIETTEL 90 

4.1 Giới thiệu sơ lược về hệ thống GSM của Viettel 90 

4.2 Triển khai 3G của Viettel 95 

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT 104 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 

THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT

1G First Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 1 2G Second Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 3G Third Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 3GPP Third Generation

Partnership Project

Dự án hợp tác thông tin di động thế hệ thứ 3

A

APICH Auxilialy Pilot Channel Kênh hoa tiêu phụ

ATM Asynchronous Tranfer Mode Kiểu truyền dẫn bất đồng bộ AuC Authentication Centre Trung tâm nhận thực

B

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá

BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi Bit

BMC Broadcast/Multicast Control Điều khiển quảng bá

BSS Base Station System Phân hệ trạm gốc

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát vô tuyến

COMC Communication Control Điều khiển thông tin CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung CS

CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung

CRNC Controlling Radio Network Bộ điều khiển mạng truy nhập vô tuyến

CTCH Common Traffic Channel Kênh lưu lượng chung

E

EACH Enhanced Access Channel Kênh truy nhập tăng cường

EDGE Enhanced Data Rate For Tốc độ Bit tăng cường cho hệ thống

FDD Frequency Division Duplex Đa truy nhập phân chia theo tần số FER Frame Error Rate Tỷ lệ lỗi khung

HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thướng trú

HSCSD Hight Speed Circuit Switched Chuyển mạch kênh dữ liệu tốc độ cao

L1 Radio Physical Layer Lớp vật lý

L2 Radio Data Link Layer Lớp liên kết dữ liệu L3 Radio Network Layer Lớp mạng

M

MAC Medium Access Control Truy nhập môi trường vật lý MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động ME Mobile Equipment Thiết bị di động

MEHO Mobile Evaluated Handover Chuyển giao quyết định bởi máy MGW Media Gateway Cổng phương tiện

MM Mobility Management Quản lý di động MS Mobile Station Trạm di động

MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động MTP Message Transfer Part Phần chuyển giao bản tin

MTP3 Message Transfer Part Level3 Lớp 3 phần chuyển giao bản tin MUD Multi-User Detection Phát hiện nhiều người sử dụng

N

NBAP Node B Application Part Phần ứng dụng nút B

NEHO Network Evaluated Handover Chuyển giao quyết định bởi mạng NMS Network Management System Phân hệ quản lý mạng

O

O&M Operation and Management Khai thác và bảo dưỡng

OCCCH ODMA Common Control Kênh điều khiển chung cho ODMA

ODCCH ODMA Dedicated Control Kênh điều khiển riêng cho ODMA Channel

ODMA Opportunity Driven Multiple Đa truy nhập theo cơ hội Access

ODTCH ODMA Dedicated Traffic Kênh lưu lượng dành riêng cho ODMA Channel

OLPC Open Loop Power Control Điều khiển công suất vòng hở

P

PC Power Control Điều khiển công suất PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển tìm gọi PCH Paging Channel Kênh tìm gọi

PCPCH Physical Common Packet Kênh gói chung vật lý PDCP Packet Data Covergence Pro Giao thức hội tụ gói số liệu PDSCH Physical Downlink Shared Kênh chia xẻ đường xuống vật lý Channel

PDU Packet Data Unit Đơn vị số liệu gói PICH Page Indicator Channel Kênh chỉ thị tìm gọi

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PPP Point to Point Protocal Thủ tục điểm - điểm

PRACH Physical Random Access Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý Channel

PS Packet Switched Chuyển mạch gói

PSTN Public Switched Telephone Mạng điện thoại chuyển mạch công

RNS Radio Network Subsystem Phân hệ mạng vô tuyến

RNSAP Ra.Net.Sub.App.Part Phần ứng dụng phân hệ mạng vô tuyến RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến

RRM Radio Resource Management Quản lý tài nguyên vô tuyến

TPC Transmit Power Command Lệnh điều khiển công suất

U

UE User Equipment Thiết bị người dùng

UMTS Universal Mobile Hệ thống viễn thông di động toàn cầu Telecommunication System

UTRAN Universal Terrestrial Radio Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn

BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Thí dụ bộ tám mã trực giao 37

Bảng 3.2 Thí dụ nhân hai mã giống nhau trong bảng 1 được một 38

Bảng 3.3 Thí dụ nhân hai mã khác nhau trong bảng 1 được một mã mới trong tập 8 mã 38 Bảng 3.4 Các thông số lớp vật lý W-CDMA 42

Bảng 3.5: Phân bổ băng tần trên toàn cầu 43

Bảng 3.6 Cấp phát tần số 3G tại Việt Nam 44

Bảng 3.7: Chuyển đổi giữa các kênh truyền tải và các kênh vật lý 50

Bảng 3.8: Các thông số tốc độ đỉnh R6 HSPA 52

Bảng 3.9: Phân loại các dịch vụ 85

Bảng 3.10: Tổng kết các loại QoS 89

HÌNH VẼ Hình 1.1: Lịch trình nghiên cứu và đưa mạng WCDMA vào khai thác 15

Hình 1.2: Tổng kết quá trình phát triển của thông tin di động thế hệ 1 đến thế hệ 3 16

Hình 1.3: Mô hình cấu trúc mạng 4G 20

Hình 1.4: Sự kết hợp các mạng khác nhau 21

Hình 1.5: Người dùng ở các mạng khác nhau có thể truy nhập vào hệ thống 22

Hình 1.6: Tính di động của mạng 23

Hình 1.7 Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G 24

Hình 2.1: Kiến trúc tổng quát của một mạng di động kết hợp cả CS và PS 25

Hình 2.2: Chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS) 27

Hình 2.3: Đóng bao và tháo bao cho gói IP trong quá trình truyền tunnel 28

Hình 2.4: Thiết lập kết nối tunnel trong chuyển mạch tunnel 29

Hình 2.5: Phân chia mạng thành các vùng phục vụ của MSC/VLR và SGSN 30

Hình 2.6: Phân chia vùng phục vụ của MSC/VLR và SGSN thành LA và RA 30

Hình 2.7: Phân chia LA và RA 31

Hình 2.8: Các kiểu mẫu ô 31

Hình 2.9: Các khái niệm phân chia vùng địa lý trong 3G WCDMA UMTS 32

Hình 2.10: Kiến trúc UTRAN 33

Hình 3.1 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) 37

Hình 3.2 Quá trình giải trải phổ và lọc tín hiệu của người sử dụng k từ K tín hiệu 39

Hình 3.4: Cấp phát băng tần WCDMA/FDD 44

Hình 3.5 Chuyển đổi giữa các LoCH và TrCH trên đường lên và đường xuống 47

Hình 3.6 Tổng kết các kiểu kênh vật lý 47

Hình 3.7: Ghép các kênh truyền tải lên kênh vật lý 50

Hình 3.8 Cấu trúc kênh vật lý riêng cho đường lên và đường xuống 51

Hình 3.9: Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện (trường hợp HSDPA) 53

Hình 3.10 Cấu trúc thời gian-mã của HS-DSCH 54

Hình 3.11 Kiến trúc HSDPA 55

Hình 3.12 Cấu trúc kênh HSDPA kết hợp WCDMA 55

Hình 3.13: Thủ tục thiết lập cuộc gọi ở W-CDMA UMTS 58

Hình 3.14: Các kiểu chuyển giao khác nhau 62

Hình 3.15: Các thủ tục chuyển giao 63

Hình 3.16: Sự so sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm 65

Hình 3.17: Nguyên lý của chuyển giao mềm 67

Hình 3.18: Thuật toán chuyển giao mềm IS-95A 67

Hình 3.19: Thuật toán chuyển giao mềm trong WCDMA 68

Hình 3.20: Sự suy giảm nhiễu do có chuyển giao mềm trong UL 70

Hình 3.21 Thủ tục đo đạc chuyển giao trong cùng tần số 71

Hình 3.22: Mô hình đo đạc chuyển giao trong cùng tần số 72

Hình 3.23: Sơ đồ lọc và báo cáo đo đạc chuyển giao mềm 73

Hình 3.24: Độ lợi chuyển giao mềm của công suất phát đường lên(giá trị dương = độ lợi, giá trị âm = suy hao) 74

Hình 3.25: Độ lợi chuyển giao mềm trong công suất phát đường xuống (Giá trị dương =độ lợi, âm =suy hao) 75

Hình 3.26: Tổng phí chuyển giao mềm 76

Hình 3.27: Tổng phí chuyển giao mềm và thông số Window_add cho lưới cell 6 cạnh 3 79sector site, với hai bán kính khác nhau 77

Hình 3.28: Chuyển giao giữa các hệ thống GSM và WCDMA 79

Hình 3.29: Thủ tục chuyển giao giữa các hệ thống 79

Hình 3.30: Nhu cầu chuyển giao giữa các tần số sóng mang WCDMA 81

Hình 3.31: Thủ tục chuyển giao giữa các tần số 81

Hình 3.32: Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín đường lên 82

Hình 3.34: Các dịch vụ đa phương tiện trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba 84

Hình 3.35: Cấu trúc của dịch vụ mạng UMTS 88

Hình 4.1: Sơ đồ cấu trúc mạng di động Viettel hiện tại 90

Hình 4.2: Sơ đồ cấu trúc tổng thể mạng di động Viettel hiện tại 91

Hình 4.3: Mạng 3G UMTS kế thừa mạng lõi 2G 96

Hình 4.4: Sự phát triển liền mạch 96

Hình 4.5: Kiến trúc Node B 97

Hình 4.6: Cấu trúc logic của BTS 3900 98

HSDPA (High Speech Downlink Packet Access: truy nhập gói đường xuống tốc độ cao) là một mở rộng của các hệ thống 3G WCDMA UMTS đã có thể cung cấp tốc độ lên đến 10 Mbps trên đường xuống HSDPA là một chuẩn tăng cường của 3GPP-3G nhằm tăng dung lượng đường xuống bằng cách thay thế điều chế QPSK trong 3G UMTS bằng 16QAM trong HSDPA HSDPA hoạt động trên cơ sở kết hợp ghép kênh theo thời gian (TDM) với ghép kênh theo mã và sử dụng thích ứng đường truyền Nó cũng đưa ra một kênh điều khiển riêng để đảm bảo tốc độ truyền dẫn số liệu Các kỹ thuật tương tự cũng được áp dụng cho đường lên trong chuẩn HSUPA (High Speech Uplink Packet Access) Hai công nghệ truy nhập HSDPA và HSUPA được gọi chung là HSPA (High Speed

Packet Data) Để làm cho công nghệ 3GPP UTRA/UTRAN mang tính cạnh tranh hơn nữa (chủ yếu là để cạnh tranh với các công nghệ mới của 3GPP2 và WiMAX), 3GPP quyết định phát triển E-UTRA và EUTRAN (E: Elvolved ký hiệu cho phát triển) còn được gọi là siêu 3G (Super-3G) hay LTE (Long Term Evolution) mà thực chất là giai đoạn đầu 4G Công việc phát triển sẽ tiến hành trong 10 năm và sau đó như là sự phát triển dài hạn của công nghệ truy nhập vô tuyến 3GPP Trong giai đoạn này tốc độ số liệu đạt được 30 đến 100Mbps với băng thông 20MHz Tiếp sau LTE, IMT-Adv (IMT tiên tiến) sẽ được phát triển, đây sẽ là thời kỳ phát triển của 4G với tốc độ từ 100 đến 1000 Mbps và băng thông 100MHz

Hiện nay tại Việt Nam, băng tần I dành cho WCDMA đã được chia là bốn khe và được cấp phát cho bốn nhà khai thác: Viettel, VMS, GPC, EVN+HT

1.1.2 Giới thiệu về công nghệ 3G

3G là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 Mặc dù các hệ thống thông tin di động thử nghiệm đầu tiên được sử dụng vào những năm 1930-1940 trong các sở cảnh sát Hoa Kỳ nhưng các hệ thống điện thoại di động thương mại thực sự chỉ ra đời vào khoảng cuối những năm 1970 đầu những năm 1980 Các hệ thống điện thoại thế hệ đầu sử dụng công nghệ tương tự và người ta gọi các hệ thống điện thoại kể trên là các hệ thống 1G

Khi số lượng các thuê bao trong mạng tăng lên, người ta thấy cần phải có biện pháp nâng cao dung lượng của mạng, chất lượng các cuộc đàm thoại cũng như cung cấp thêm một số dịch vụ bổ sung cho mạng Để giải quyết vấn đề này người ta đã nghĩ đến việc số hóa các hệ thống điện thoại di động, và điều này dẫn tới sự ra đời của các hệ thống điện thoại di động thế hệ 2 Ngày nay thông tin di động là ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh nhất với con số thuê bao hơn 3,6 tỷ thuê bao với 500 triệu thuê bao 3G Khởi nguồn từ dịch vụ thoại đắt tiền cho một số ít người đi xe, đến nay với sự ứng dụng ngày càng rộng rãi các thiết bị thông tin di động thế hệ ba, thông tin di động có thể cung cấp nhiều loại hình dịch vụ đòi hỏi tốc độ số liệu cao cho người sử dụng kể cả các chức năng camera, MP3 và PDA Với các dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao ngày càng trở nên phổ biến này, nhu cầu 3G cũng như phát triển nó lên 4G ngày càng trở nên cấp thiết ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hóa hệ thống thông tin di động thế hệ ba với tên gọi IMT-2000 để đạt được các mục tiêu chính sau đây:

- Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như truy nhập internet nhanh hoặc các ứng dụng đa phương tiện, do yêu cầu ngày càng tăng về các dịch vụ này

- Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và điện thoại vệ tinh Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ của các hệ thống thông tin di động

- Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động

Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba IMT-2000 đã được đề xuất, trong đó hai hệ thống WCDMA UMTS và cdma-2000 đã được ITU chấp thuận và đã được đưa vào hoạt động Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin động thế hệ ba

1.2 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động 3G WCDMA 1.2.1 Lịch trình nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin di động thế hệ ba

Công trình nghiên cứu của các nước Châu Âu cho WCDMA đã bắt đầu từ các đề án CDMT (Code Division Multiple Testbed: Phòng thí nghiệm đa truy nhập theo mã) và FRAMES (Future Radio Multiple Access Scheme: Sơ đồ đa truy nhập vô tuyến tương lai) từ đầu thập niên 90 Các dự án này cũng tiến hành thực nghiệm các hệ thống WCDMA để đánh giá chất lượng đường truyền Công tác tiêu chuẩn hoá chi tiết được thực hiện ở 3GPP Lịch trình triển khai WCDMA được thể hiện ở hình 1.1

Hình 1.1: Lịch trình nghiên cứu và đưa mạng WCDMA vào khai thác 

Ở Châu Âu và Châu Á, hệ thống WCDMA được đưa ra khai thác vào đầu năm 2002 Lịch trình nghiên cứu phát triển của cdma 2000/3GPP2 chia thành 2 giai đoạn:

Kết thúc quá trình IMT - 2000

Phát hành 3GPP 99-12/99

Thử mạng Nhật Bản Châu Âu, Châu Á 3GPP phát hành tiếp

Mạng

Tiêu Chuẩn

Giai đoạn 1: (1997 – 1999)

9 Nghiên cứu phát triển mẫu đầu tiên của hệ thống;

9 Năm 1997: Xây dựng tiêu chuẩn, xây dụng cấu trúc mẫu đầu tiên hệ thống và thiết kế các phương tiện thử nghiệm chung

9 Năm 1998: Tiếp tục xây dựng mẫu thử đầu tiên của hệ thống và các phương tiện thử nghiệm chung;

9 Năm 1999: Kiểm tra kết nối cho mô hình đầu tiên của hệ thống Giai đoạn 2: (2000 -2002)

9 Phát triển hệ thống với mục tiêu thương mại ở các nhà sản xuất hàng đầu ; 9 Năm 2002: Bắt đầu dịch vụ thương mại

1.2.2 Sơ lược quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động đến thế hệ ba

Trong phần này ta tổng kết nền tảng công nghệ chính của thông tin di động từ thế hệ một đến thế hệ ba và quá trình phát triển của các nền tảng này đến nền tảng của thế hệ ba Để tiến tới thế hệ ba có thể thế hệ hai phải trải qua một giai đoạn trung gian, giai đoạn này gọi là thế hệ 2,5

Hình 1.2: Tổng kết quá trình phát triển của thông tin di động thế hệ 1 đến thế hệ 3

IS-95 (J-STD-008)

IS-136 (1900)GSM (1900) GSM (1800) GSM (900)

IS-136 TDMA (800)

IS-95 CDMA (800)

IDEN (800) AMPS

NMT (900) TACS

1.3 Cơ sở xây dựng hệ thống 3G WCDMA 1.3.1 Các tiêu chuẩn

IMT-2000 cung cấp hạ tầng kỹ thuật cho các dịch vụ gia tăng và các ứng dụng trên một chuẩn duy nhất cho mạng thông tin di động

- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau: Đuờng lên: 1885 – 2025 MHz; đường xuống: 2110 -2200 MHz IMT-2000 hỗ trợ tốc độ đường truyền cao hơn: tốc độ tối thiểu là 2Mbps cho người dùng văn phòng hoặc đi bộ; 348Kbps khi di chuyển trên xe Trong khi đó, hệ thống viễn thông 2G chỉ có tốc độ từ 9,6Kbps tới 28,8Kbps

- Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến: 9 Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến,

9 Tương tác cho mọi loại dịch vụ viễn thông từ cố định, di động, thoại, dữ liệu, Internet đến các dịch vụ đa phương tiện

- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

Môi trường hoạt động của IMT – 2000 được chia thành 4 vùng với tốc độ bit R như sau: 9 Vùng 1: Trong nhà, ô pico, Rb ≤ 2 Mbit/s

9 Vùng 2: thành phố, ô macrô, R b ≤ 384 kbit/s 9 Vùng 3: ngoại ô, ô macrô, Rb ≤ 144 kbit/s 9 Vùng 4: toàn cầu, Rb = 9,6 kbit/s

IMT-2000 có những đặc điểm chính như sau:

1.3.1.1 Tính linh hoạt:

Với số lượng lớn các vụ sáp nhập và hợp nhất trong ngành công nghiệp điện thoại di động và khả năng đưa dịch vụ ra thị trường ngoài nước, nhà khai thác không muốn phải hỗ trợ giao diện và công nghệ khác Điều này chắc chắn sẽ cản trở sự phát triển của 3G trên toàn thế giới IMT-2000 hỗ trợ vấn đề này, bằng cách cung cấp hệ thống có tính linh hoạt cao, có khả năng hỗ trợ hàng loạt các dịch vụ và ứng dụng cao cấp IMT-2000 hợp

nhất 5 kỹ thuật (IMT-DS, IMT-MC, TMT-TC, IMT-SC, IMT-FT) về giao tiếp sóng dựa trên ba công nghệ truy nhập khác nhau (FDMA - Đa truy nhập phân chia theo tần số, TDMA - Đa truy nhập phân chia theo thời gian và CDMA - Đa truy nhập phân chia theo mã) Dịch vụ gia tăng trên toàn thế giới và phát triển ứng dụng trên tiêu chuẩn duy nhất với 5 kỹ thuật và 3 công nghệ

1.3.1.4 Thiết kế theo modul:

Chiến lược của IMT-2000 là phải có khả năng mở rộng dễ dàng để phát triển số lượng người dùng, vùng phủ sóng, dịch vụ mới với khoản đầu tư ban đầu thấp nhất

1.3.2 Các phiên bản của 3G WCDMA

Khuyến nghị ITU-R M.1457 đưa ra 6 họ tiêu chuẩn công nghệ cho giao diện truy nhập vô tuyến thành phần mặt đất của các hệ thống IMT-2000 (tên gọi mạng 3G của ITU), bao gồm:

9 IMT-2000 CDMA Direct Spread, 9 IMT-2000 CDMA Multi-Carrier, 9 IMT-2000 CDMA TDD,

9 IMT-2000 TDMA Single-Carrier, 9 IMT-2000 FDMA/TDMA,

9 IMT-2000 OFDMA TDD WMAN (IP - OFDMA)

Mỗi tiêu chuẩn trong 6 tiêu chuẩn nêu trên đều được các công ty lớn và một số quốc gia có nền công nghiệp điện tử, viễn thông phát triển ủng hộ và ra sức vận động Các tiêu chuẩn này cạnh tranh gay gắt với nhau trong việc chiếm lĩnh thị trường thông tin di động

Mặc dù một số nước trên thế giới cấp phép băng tần 3G theo tiêu chí độc lập về công nghệ (không gắn việc cấp băng tần với bất kỳ công nghệ nào) nhưng thực tế triển khai ở nhiều nước cho thấy trong băng tần 1900-2200 MHz, công nghệ WCDMA/HSPA vẫn là công nghệ chủ đạo, được đa số các nhà khai thác lựa chọn Quy mô thị trường lớn

của công nghệ này cũng đảm bảo rằng nó sẽ được tiếp tục phát triển trong tương lai 1.4 Lộ trình phát triển hệ thống thông tin di động từ 3G lên 4G

1.4.1 Giới thiệu về hệ thống thông tin di động 4G

Việc nghiên cứu chuyển hướng sang các hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G) để giải quyết các vấn đề tồn tại trong hệ thống di động thế hệ 3 Đó là việc cung cấp các loại hình dịch vụ ngày càng đa dạng hơn, từ tín hiệu thoại chất lượng cao sang tín hiệu video độ phân giải cao, các kênh vô tuyến có tốc độ dữ liệu cao Khái niệm 4G được sử dụng rộng rãi không chỉ có các hệ thống điện thoại tế bào mà còn bao gồm các kiểu hệ thống viễn thông truy nhập vô tuyến băng thông rộng Một trong số các thuật ngữ dùng để mô tả

4G là MAGIC: Mobile multimedia (Đa phương tiện di động), Anytime anywhere (Bất

cứ khi nào, bất cứ nơi đâu), Global mobility support (Hỗ trợ di động toàn cầu),

Integrated wireless solution (Giải pháp vô tuyến tích hợp) và Customized personal service (Dịch vụ theo yêu cầu cá nhân) Như là một lời hứa cho tương lai, hệ thống 4G là

hệ thống truy nhập vô tuyến tế bào băng thông rộng, đã và đang là mối quan tâm lớn của lĩnh vực thông tin di động 4G không chỉ hỗ trợ cho các dịch vụ thông tin di động thế hệ tiếp theo mà còn hỗ trợ cho cả các mạng vô tuyến cố định

Chúng ta xem xét trên cơ sở cái nhìn tổng quan về các đặc trưng của 4G, cách tổ chức

và tích hợp hệ thống di động Đặc trưng của 4G có thể cô đọng lại bằng từ “tích hợp” Các

hệ thống 4G là một sự tích hợp gắn kết không tách rời của các thành phần thiết bị đầu cuối, mạng lưới và các ứng dụng nhằm thoả mãn đòi hỏi không ngừng và ngày càng cao của người sử dụng

1.4.2 Mô hình mạng 4G

Phạm vi của mạng 4G sẽ bao phủ toàn bộ từ các phần truyền dẫn vô tuyến, truyền dẫn trong mạng lõi đến tận các ứng dụng trên thiết bị đầu cuối Với yêu cầu một kiến trúc phân lớp cho hệ thống, nhằm đảm bảo tính mở và tính thích ứng cho hệ thống, các thành phần chức năng trong mạng sẽ được chuẩn hóa theo các chức năng chung và mỗi chức năng chung này sẽ đại diện cho chức năng trong 1 lớp Với yêu cầu trên, chúng ta phân chia cấu

trúc mạng trên cơ sở của 4 lớp chức năng, tương ứng với 4 phạm vi chức năng của các thành phần trong hệ thống mạng

Hình 1.3: Mô hình cấu trúc mạng 4G

Với mô hình trên, tính tích hợp hệ thống đã được giải quyết trên lớp truyền dẫn Các hệ thống sử dụng môi trường truyền vô tuyến được tích hợp chung vào mạng RAN Với mô hình này, các mạng truy nhập vô tuyến được tích hợp vào một môi trường chung, có nghĩa thuê bao di động đầu cuối khi ở bất cứ môi trường truyền vô tuyến nào cũng đảm bảo hoạt động trong mạng

Tính tương tác giữa các lớp giúp cho mô hình có tính mở trong việc phát triển công nghệ cũng như dịch vụ trong tương lai Việc xử lý các công nghệ điều chế, mã hoá và truy nhập trên các lớp tương tác cũng tạo ra tính thích nghi với các yêu cầu về dịch vụ, đảm bảo đầy đủ các yêu cầu về tốc độ dịch vụ trong tương lai

Chức năng mạng truy nhập vô tuyến:

- Có khả năng tích hợp giữa các thiết bị đầu cuối - Đảm bảo tốc độ dịch vụ

Chức năng của mạng lõi:

- Kết nối các mạng khác nhau: mạng không dây và mạng có dây - Truyền tải traffic trên các tuyến từ nơi gửi đến đích an toàn - Định tuyến lưu lượng

- Chuyển đổi dạng dữ liệu all IP

Chức năng điều khiển:

- Cung cấp nền tảng hạ tầng kết nối mạng dịch vụ

- Điều khiển hệ thống: Báo hiệu; Lưu lượng; Bảo mật (Security); Billing; Mobity và Roaming

Dịch vụ: Cung cấp dịch vụ sử dụng cho người dùng

1.4.3 Các yêu cầu đối với mạng 4G

Mạng 4G ra đời là cuộc cách mạng về tốc độ truyền dữ liệu, khả năng tương tác, giao tiếp giữa các mạng khác nhau Nó là sự kết hợp giữa các mạng khác nhau dựa trên nền IP Mục đích chính của mạng là cho phép người dùng có thể truy nhập và khai thác các dịch vụ trong mạng với tốc độ cao, chất lượng tốt, an toàn, bảo mật Vì vậy, để đáp ứng được các nhu cầu và các dịch vụ đó, mạng 4G phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

1.4.3.1 Mạng 4G phải đáp ứng được yêu cầu tích hợp được các mạng khác như các

mạng di động thế hệ 2, thế hệ 3, thế hệ 3,5G,… và WLAN, WiMAX, và các mạng không

dây khác

Mạng 4G có khả năng kết hợp với các mạng khác nhau dựa trên nền giao thức IP, với tốc độ cao, nó cung cấp các dịch vụ đa dạng thời gian thực, các ứng dụng chất lượng cao,… Đây là yếu tố rất quan trọng giúp cho một mạng, công nghệ mới đạt được thành công Với sự kết hợp này, người sử dụng có khả năng kết nối tới nhiều mạng, có thể sử dụng nhiều dạng dịch vụ khác nhau như PSTN, ISDN, internet, WLAN, WiMAX, v.v…, mà không cần quan tâm tới dạng thiết bị đang sử dụng cũng như việc họ đang ở đâu

Hình 1.4: Sự kết hợp các mạng khác nhau

1.4.3.2 Mạng có tính mở

Xem xét các ứng dụng, dịch vụ mạng hiện nay, chúng ta thấy rằng các hệ thống mạng hiện nay vẫn đang phát triển như là các hệ thống đóng Trong mạng thế hệ hai, dịch vụ cung cấp chỉ là những dịch vụ đơn giản như tin nhắn SMS, MMS,… Các mạng di động thế hệ ba đã bắt đầu cung cấp một số ứng dụng, dịch vụ nhưng còn rất ít, chất lượng chưa cao Các nhà cung cấp dịch vụ cũng chỉ trong phạm vi là “third-party” trong mạng Điều này có thể được khắc phục trong mạng 4G Cấu trúc mở của mạng 4G cho phép cài đặt các thành phần mới với các giao diện mới giữa các cấu trúc khác nhau trên các lớp Đây là điều rất quan trọng, đặc biệt cho các dịch vụ tối ưu trong mạng di động với liên kết không dây và các đặc tính di động Mô hình được xây dựng ra phải có tính mở Điều này giúp cho hệ thống trở nên linh hoạt trong quá trình phát triển Yêu cầu về mở rộng, nâng cấp hệ thống hay thêm vào các ứng dụng, dịch vụ mới luôn là một đòi hỏi đối với các mạng viễn thông hiện nay Do đó mạng phải đảm bảo cho khả năng đáp ứng các nhu cầu này ngay từ thời điểm hiện tại cho đến tương lai

Hình 1.5: Người dùng ở các mạng khác nhau có thể truy nhập vào hệ thống

1.4.3.3 Đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng đa phương tiện trên nền IP:

Để đảm bảo chất lượng dịch vụ, cần sự kết hợp chặt chẽ giữa các lớp truy nhập, truyền tải và các dịch vụ Internet Đặc biệt đối với các vấn đề về độ trễ mạng, băng thông dịch vụ…v.v Mạng 4G yêu cầu tốc độ truyền dữ liệu cao, độ trễ nhỏ, dịch vụ thời gian thực, chất lượng cao

1.4.3.4 Đảm bảo tính an toàn, bảo mật thông tin

Đây là yêu cầu quan trọng hàng đầu của hệ thống Hệ thống thông tin càng phát triển, càng có nhiều người dùng ở các mạng khác nhau cùng truy nhập vào hệ thống thì thông tin bí mật của người dùng càng không đảm bảo an toàn Tính an toàn của hệ thống

Worldwide

internet Internet Router Gateway PSTN

Slice manager Service

Wifi and indoor evolution

“cenllular” slice UniRAN

(3G +)

Localization and broadcast

slice

“hot spot/ zone” slice Wimax

4G coverageoutdoor

and indoor

được đánh giá qua khả năng bảo mật trong truyền thông, tính đúng đắn và riêng tư của các dữ liệu người sử dụng cũng như khả năng quản lý, giám sát hệ thống Bảo mật là yêu cầu chung đối với tất cả các hệ thống viễn thông

1.4.3.5 Mạng đảm bảo tính di động:

Một trong những vấn đề quan trọng của 4G đó là cách để truy nhập nhiều mạng di động và không dây khác nhau Có ba khả năng: Sử dụng thiết bị đa chế độ, vùng phủ đa dịch vụ, hoặc sử dụng giao thức truy nhập chung

Các thiết bị đa chế độ: Thiết bị đa chế độ có nhiều chế độ hoạt động khác nhau, ví dụ

như đa truy nhập phân chia theo mã, thông tin di động toàn cầu GSM, chế độ truy nhập vệ tinh,… Do đó, khi thiết bị nằm ngoài vùng phủ của mạng mình thì nó vẫn có thể truy nhập được vào hệ thống thông qua các mạng khác Đối với loại thiết bị này thì vấn đề chất lượng dịch vụ yêu cầu phải được xử lý tốt Xem hình 1.6a

Vùng phủ đa dịch vụ: Trong kiến trúc này, người dùng truy nhập vào vùng phủ đa

dịch vụ gồm nhiều điểm truy nhập chung (UAP: Universal Access Point) Những UAP này kích hoạt để chọn mạng dựa trên những cái có sẵn, đặc điểm chất lượng, và sự lựa chọn thông thường của người dùng Người dùng, thiết bị có thể chuyển dịch vụ khi di chuyển từ UAP này sang UAP khác Xem hình 1.6b

Giao thức truy nhập chung: Trong trường hợp này các mạng không dây có thể hỗ trợ

một hoặc hai giao thức truy nhập chuẩn Khi đó thiết bị có thể chuyển mạng có cùng giao thức truy nhập khi không truy nhập được vào mạng của mình Xem hình 1.6c

Hình 1.6: Tính di động của mạng

1.4.3.6 Mạng phải đảm bảo về tốc độ:

Mạng mới ra đời phải có tốc độ truyền dữ liệu cao, đáp ứng được yêu cầu của người sử dụng Tốc độ truyền dữ liệu trong mạng mới có thể lên đến 100Mbps, và 160Mbps khi sử dụng MIMO (Nhiều đầu vào - Nhiều đầu ra)

Thời gian

Tốc độ số liệuKhả năng di động

Chương 2:

CẤU TRÚC MẠNG WCDMA 2.1 Kiến trúc tổng quát

2.1.1 Kiến trúc chung mạng 3G WCDMA

Mạng thông tin di động 3G lúc đầu là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển mạch gói (PS) và chuyển mạch kênh (CS) để truyền số liệu gói và tiếng Các trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM Trên đường phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh sẽ dần được thay thế bằng chuyển mạch gói Các dịch vụ kể cả số liệu lẫn thời gian thực (như tiếng và video) cuối cùng sẽ được truyền trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch gói Hình 2.1 dưới đây cho thấy thí dụ về một kiến trúc tổng quát của thông tin di động 3G kết hợp cả CS và PS trong mạng lõi

RAN: Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến BTS: Base Transceiver Station: trạm thu phát gốc BSC: Base Station Controller: bộ điều khiển trạm gốc RNC: Rado Network Controller: bộ điều khiển trạm gốc CS: Circuit Switch: chuyển mạch kênh

PS: Packet Switch: chuyển mạch gói

SMS: Short Message Servive: dịch vụ nhắn tin Server: máy chủ

PSTN: Public Switched Telephone Network: mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PLMN: Public Land Mobile Network: mang di động công cộng mặt đất

Hình 2.1: Kiến trúc tổng quát của một mạng di động kết hợp cả CS và PS

RAN

Mạng báo hiệu

Thiết bị cổng

Thiết bị SMS

PSTN/PLMN Internet

Intranet Server

vụ tiên tiến

Đầu cuối tiếng

BTS/

Nút B BSC/ RNCĐầu cuối

số liệu

Các miền chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói được thể hiện bằng một nhóm các đơn vị chức năng logic: trong thực hiện thực tế các miền chức năng này được đặt vào các thiết bị và các nút vật lý Chẳng hạn có thể thực hiện chức năng chuyển mạch kênh (MSC/GMSC) và chức năng chuyển mạch gói (SGSN/GGSN) trong một nút duy nhất để được một hệ thống tích hợp cho phép chuyển mạch và truyền dẫn các kiểu phương tiện khác nhau: từ lưu lượng tiếng đến lưu lượng số liệu dung lượng lớn

3G UMTS có thể sử dụng hai kiểu RAN Kiểu thứ nhất sử dụng công nghệ đa truy nhập WCDMA được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Network: mạng truy nhập vô tuyến mặt đất của UMTS) Kiểu thứ hai sử dụng công nghệ đa truy nhập TDMA được gọi là GERAN (GSM EDGE Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến dựa trên công nghệ EDGE của GSM)

3G cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh như tiếng, video và các dịch vụ chuyển mạch gói chủ yếu để truy nhập Internet

2.1.1.1 Chuyển mạch kênh

Là sơ đồ chuyển mạch trong đó thiết bị chuyển mạch thực hiện các cuộc truyền tin bằng cách thiết lập kết nối chiếm một tài nguyên mạng nhất định trong toàn bộ cuộc truyền tin Kết nối này là tạm thời, liên tục và dành riêng Tạm thời vì nó chỉ được duy trì trong thời gian cuộc gọi Liên tục vì nó đựơc cung cấp liên tục một tài nguyên nhất định (băng thông hay dung lượng và công suất) trong suốt thời gian cuộc gọi Dành riêng vì kết nối này và tài nguyên chỉ dành riêng cho cuộc gọi này Thiết bị chuyển mạch sử dụng cho CS trong các tổng đài của thông tin di động 2G thực hiện chuyển mạch kênh trên trên cơ sở ghép kênh theo thời gian trong đó mỗi kênh có tốc độ 64 kbps và vì thế phù hợp cho việc truyền các ứng dụng làm việc tại tốc độ cố định 64 kbps (chẳng hạn tiếng được mã hoá PCM)

2.1.1.2 Chuyển mạch gói

Là sơ đồ chuyển mạch thực hiện phân chia số liệu của một kết nối thành các gói có độ dài nhất định và chuyển mạch các gói này theo thông tin về nơi nhận được gắn với từng gói và ở PS tài nguyên mạng chỉ bị chiếm dụng khi có gói cần truyền Chuyển mạch gói cho phép nhóm tất cả các số liệu của nhiều kết nối khác nhau phụ thuộc vào nội dung, kiểu hay cấu trúc số liệu thành các gói có kích thước phù hợp và truyền chúng trên một kênh chia sẻ Việc nhóm các số liệu cần truyền được thực hiện bằng ghép kênh thống kê với ấn

định tài nguyên động Các công nghệ sử dụng cho chuyển mạch gói có thể là Frame Relay, ATM hoặc IP Hình 2.2 cho thấy cấu trúc của CS và PS

 Hình 2.2: Chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS). 

2.1.1.3 Dịch vụ chuyển mạch kênh (CS Service)

Là dịch vụ trong đó mỗi đầu cuối được cấp phát một kênh riêng và nó toàn quyền sử dụng tài nguyên của kênh này trong thời gian cuộc gọi tuy nhiên phải trả tiền cho toàn bộ thời gian này dù có truyền tin hay không Dịch vụ chuyển mạch kênh có thể được thực hiện trên chuyển mạch kênh hoặc chuyển mạch gói Thông thường dịch vụ này được áp dụng cho các dịch vụ thời gian thực (thoại)

2.1.1.4 Dịch vụ chuyển mạch gói (PS Service)

Là dịch vụ trong đó nhiều đầu cuối cùng chia sẻ một kênh và mỗi đầu cuối chỉ chiếm dụng tài nguyên của kênh này khi có thông tin cần truyền và nó chỉ phải trả tiền theo lượng tin đựơc truyền trên kênh Dịch vụ chuyển mạch gói chỉ có thể đựơc thực hiện trên chuyển mạch gói Dịch vụ này rất phù hợp cho các dịch vụ phi thời gian thực (truyền số liệu), tuy nhiên nhờ sự phát triển của công nghệ dịch vụ này cũng được áp dụng cho các dịch vụ thời gian thực (VoIP) Chuyển mạch gói có thể thực hiện trên cơ sở ATM hoặc IP

2.1.1.5 ATM (Asynchronous Transfer Mode: chế độ truyền dị bộ)

Là công nghệ thực hiện phân chia thông tin cần phát thành các tế bào 53 byte để truyền dẫn và chuyển mạch Một tế bào ATM gồm 5 byte tiêu đề (có chứa thông tin định tuyến) và 48 byte tải tin (chứa số liệu của người sử dụng) Thiết bị chuyển mạch ATM cho phép chuyển mạch nhanh trên cơ sở chuyển mạch phần cứng tham chuẩn theo thông tin định tuyến tiêu đề mà không thực hiện phát hiện lỗi trong từng tế bào Thông tin định tuyến trong tiêu đề gồm: đường dẫn ảo (VP) và kênh ảo (VC) Điều khiển kết nối bằng VC

(tương ứng với kênh của người sử dụng) và VP (là một bó các VC) cho phép khai thác và quản lý có khả năng mở rộng và có độ linh hoạt cao Thông thường VP được thiết lập trên cơ sở số liệu của hệ thống tại thời điểm xây dựng mạng.Việc sử dụng ATM trong mạng lõi cho ta nhiều lợi ích: có thể quản lý lưu lượng kết hợp với RAN, cho phép thực hiện các chức năng CS và PS trong cùng một kiến trúc và thực hiện khai thác cũng như điều khiển chất lượng liên kết

2.1.1.6 Chuyển mạch hay Router IP (Internet Protocol)

Là một công nghệ thực hiện phân chia thông tin phát thành các gói đựơc gọi là tải tin (Payload) Sau đó mỗi gói được gán một tiêu đề chứa các thông tin địa chỉ cần thiết cho chuyển mạch Trong thông tin di động do vị trí của đầu cuối di động thay đổi nên cần phải có thêm tiêu đề bổ sung để định tuyến theo vị trí hiện thời của máy di động Quá trình định tuyến này được gọi là truyền đường hầm (Tunnel) Có hai cơ chế để thực hiện điều này: MIP (Mobile IP: IP di động) và GTP (GPRS Tunnel Protocol: giao thức đường hầm GPRS) Tunnel là một đường truyền mà tại đầu vào của nó gói IP được đóng bao vào một tiêu đề mang địa chỉ nơi nhận (trong trường hợp này là địa chỉ hiện thời của máy di động) và tại đầu ra gói IP được tháo bao bằng cách loại bỏ tiêu đề bọc ngoài (hình 2.3)

Hình 2.3: Đóng bao và tháo bao cho gói IP trong quá trình truyền tunnel

Hình 2.4 cho thấy quá trình định tuyến tunnel (chuyển mạch tunnel) trong hệ thống 3G UMTS từ tổng đài gói cổng (GGSN) cho một máy di động (UE) khi nó chuyển từ vùng phục vụ của một tổng đài gói nội hạt (SGSN1) này sang một vùng phục vụ của một tổng đài gói nội hạt khác (SGSN2) thông qua giao thức GTP

Vì 3G WCDMA UMTS được phát triển từ những năm 1999 khi mà ATM là công nghệ chuyển mạch gói còn ngự trị nên các tiêu chuẩn cũng được xây dựng trên công nghệ này Tuy nhiên hiện nay và tương lai mạng viễn thông sẽ đựơc xây dựng trên cơ sở internet vì thế các chuyển mạch gói sẽ là chuyển mạch hoặc router IP

Header 1 Playoad

Header 2 Header 1 Playoad

Header 2 Header 1 Playoad

Header 1 Playoad Tunnel

Đóng bao

Tháo bao Gói IP

Gói IP

Hình 2.4: Thiết lập kết nối tunnel trong chuyển mạch tunnel

2.1.2 Cấu hình địa lý của mạng 3G WCDMA

Do tính chất di động của thuê bao di động nên mạng di động phải được tổ chức theo một cấu trúc địa lý nhất định để mạng có thể theo dõi được vị trí của thuê bao

2.1.2.1 Phân chia theo vùng mạng

Trong một quốc gia có thể có nhiều vùng mạng viễn thông, việc gọi vào một vùng mạng nào đó phải được thực hiện thông qua tổng đài cổng Các vùng mạng di động 3G được đại diện bằng tổng đài cổng GMSC hoặc GGSN Tất cả các cuộc gọi đến một mạng di động từ một mạng khác đều được định tuyến đến GMSC hoặc GGSN Tổng đài này làm việc như một tổng đài trung kế vào cho mạng 3G Đây là nơi thực hiện chức năng hỏi để định tuyến cuộc gọi kết cuối ở trạm di động GMSC/GGSN cho phép hệ thống định tuyến các cuộc gọi vào từ mạng ngoài đến nơi nhận cuối cùng: các trạm di động bị gọi

2.1.2.2 Phân chia theo vùng phục vụ MSC/VLR và SGSN

Một mạng thông tin di động được phân chia thành nhiều vùng nhỏ hơn, mỗi vùng nhỏ này được phục vụ bởi một MSC/VLR (hình 2.5a) hay SGSN (hình 2.5b) Ta gọi đây là vùng phục vụ của MSC/VLR hay SGSN

Để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động, đường truyền qua mạng sẽ được nối đến MSC đang phục vụ thuê bao di động cần gọi Ở mỗi vùng phục vụ MSC/VLR thông tin về thuê bao được ghi lại tạm thời ở VLR Thông tin này bao gồm hai loại:

• Thông tin về đăng ký và các dịch vụ của thuê bao,

• Thông tin về vị trí của thuê bao (thuê bao đang ở vùng định vị hoặc vùng định tuyến nào)

UE

SGSN 1 Mạng thông tin

di động (CN)

Data của người sử dụng (các gói IP)Data của người sử

dụng (các gói IP)

Kết nối logic (truyền tunnel)

Kết nối logic (truyền tunnel)Thay đổi vị trí

Thiết lập lại kết nối logic

Hình 2.5: Phân chia mạng thành các vùng phục vụ của MSC/VLR và SGSN

2.1.2.3 Phân chia theo vùng định vị và vùng định tuyến

Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị: LA (Location Area) (hình 2.6a) Mỗi vùng phục vụ của SGSN được chia thành các vùng định tuyến (RA: Routing Area) (hình 2.6b)

Hình 2.6: Phân chia vùng phục vụ của MSC/VLR và SGSN thành LA và RA

Vùng định vị (hay vùng định tuyến) là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR (hay SGSN) mà ở đó một trạm di động có thể chuyển động tự do và không cần cập nhật thông tin về vị trí cho MSC/VLR (hay SGSN) quản lý vị trí này Có thể nói vùng định vị (hay vùng định tuyến) là vị trí cụ thể nhất của trạm di động mà mạng cần biết để định tuyến cho một cuộc gọi đến nó Ở vùng định vị này thông báo tìm sẽ được phát quảng bá để tìm thuê bao di động bị gọi Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận dạng vùng định vị (LAI: Location Area Identity) hay nhận dạng vùng định tuyến (RAI: Routing Area Identity) Vùng định vị (hay vùng định tuyến) có thể bao gồm một số ô và thuộc một hay nhiều RNC, nhưng chỉ thuộc một MSC (hay một SGSN)

2.1.2.4 Phân chia theo ô

Vùng định vị hay vùng định tuyến được chia thành một số ô (hình 2.7)

Ô là một vùng phủ vô tuyến được mạng nhận dạng bằng nhận dạng ô toàn cầu (CGI: Cell Global Identity) Trạm di động nhận dạng ô bằng mã nhận dạng trạm gốc (BSIC: Base

a) Vùng phục vụ MSC/VLRI

LA4

MSC VLR

a) Phân chia vùng phục vụ MSC/VLR thành các vùng định vị (LA)

RA6 RA5

RA4

SGSN

b) Phân chia vùng phục vụ SGSN thành các vùng định tuyến (RA)

Station Identity Code) Vùng phủ của các ô thường được mô phỏng bằng hình lục giác để tiện cho việc tính toán thiết kế

2.1.2.6 Tổng kết phân chia vùng địa lý trong các hệ thống thông tin di động 3G

Trong các kiến trúc mạng bao gồm cả miền chuyển mạch kênh và miền chuyển mạch gói, vùng phục vụ mạng không chỉ được phân chia thành các vùng định vị mà còn được phân chia thành các vùng định tuyến Các vùng định vị là khái niệm quản lý di động của miền CS kế thừa từ mạng GSM Các vùng định tuyến là các thực thể của miền PS Mạng

LA6 LA5

LA4

MSC VLR

a) Phân chia vùng các vùng định vị thành các ô

RA6 RA5

RA4

b) Phân chia vùng các vùng định vị tuyến thành các ô

2 3456

12 3

a) ô vô hướng b) ô phân đoạn

β γ α

lõi PS sử dụng RA để tìm gọi Nhận dạng thuê bao P-TMSI (Packet- Temporary Mobile Subsscriber Identity: nhận dạng thuê bao di động gói tạm thời) là duy nhất trong một RA

Trong mạng truy nhập vô tuyến, RA lại được chia tiếp thành các vùng đăng ký UTRAN (URA: UTRAN Registration Area) Tìm gọi khởi xướng UTRAN sử dụng URA khi kênh báo hiệu đầu cuối đã được thiết lập URA không thể nhìn thấy được ở bên ngoài UTRAN

Quan hệ giữa các vùng được phân cấp như cho ở hình 2.9 (ô không được thể hiện) LA thuộc 3G MSC và RA thuộc 3G SGSN URA thuộc RNC Theo dõi vị trí theo URA và ô trong UTRAN được thực hiện khi có kết nối RRC (Radio Resource Control: điều khiển tài nguyên vô tuyến) cho kênh báo hiệu đầu cuối Nếu không có kết nối RRC, 3G SGSN thực hiện tìm gọi và cập nhật thông tin vị trí được thực hiện theo RA

Hình 2.9: Các khái niệm phân chia vùng địa lý trong 3G WCDMA UMTS

2.1.3 Các giao diện mở cơ bản của UMTS:

¾ Giao diện Cu: Đây là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao diện này

tuân theo tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh

¾ Giao diện Uu: Đây là giao diện vô tuyến WCDMA Uu là giao diện nhờ đó UE truy

cập được với phần cố định của hệ thống, và vì thế có thể là phần giao diện mở quan trọng nhất trong UMTS

¾ Giao diện Iu: Giao diện này kết nối UTRAN tới mạng lõi Tương tự như các giao

diện tương thích trong GSM, là giao diện A (đối với chuyển mạch kênh), và Gb (đối với chuyển mạch gói), giao diện Iu đem lại cho các bộ điều khiển UMTS khả năng xây dựng được UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau

¾ Giao diện Iur: Giao diện mở Iur hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà

sản xuất khác nhau, và vì thế bổ sung cho giao diện mở Iu

¾ Giao diện Iub: Iub kết nối một Nút B và một RNC UMTS là một hệ thống điện

thoại di động mang tính thương mại đầu tiên mà giao diện giữa bộ điều khiển và

trạm gốc được chuẩn hoá như là một giao diện mở hoàn thiện Giống như các giao diện mở khác, Iub thúc đẩy hơn nữa tính cạnh tranh giữa các nhà sản xuất trong lĩnh vực này

Phần thu phát vô tuyến được chia thành máy phát và máy thu Máy phát chuyển tín hiệu thoại hay dữ liệu thành sóng vô tuyến RF để truyền đến thiết bị di động, máy thu thực hiện ngược lại, chuyển sóng vô tuyến RF thành tín hiệu thoại hay dữ liệu được định tuyến đến MSC hay mạng chuyển mạch gói Phần điều khiển ra lệnh cho quá trình chèn và tách thông tin báo hiệu

Không giống những thiết bị không dây người dùng đầu cuối (như điện thoại di động, laptop) phần điều khiển, phát và thu của một điểm truy nhập có thể được phân nhóm vào những rack cắm thiết bị, ví dụ: một rack đơn có thể chứa tất cả những khuếch đại RF hay những card thoại Khác với những hệ thống tổ ong tương tự hay hệ thống số phiên bản

thống WCDMA kết hợp cả những kênh điều khiển và thoại trộn chung trên một kênh vô tuyến vật lý

2.2.2 Khối điều khiển mạng vô tuyến RNC

Khối điều khiển mạng vô tuyến là một khối phối hợp tự động (điều khiển) trong hệ thống WCDMA cho phép một hay nhiều trạm thu phát gốc liên lạc với một trung tâm chuyển mạch di động hoặc một hệ thống thông tin gói dữ liệu RNC bao gồm nhiều đặc trưng điều khiển hơn một trạm điều khiển gốc BSC thông thường

2.3 Mạng trục

2.3.1 Trung tâm chuyển mạch di động MSC

Trung tâm chuyển mạch di động MSC xử lý các yêu cầu được phục vụ từ các thiết bị di động và người gọi mặt đất, và định tuyến những cuộc gọi giữa những trạm gốc và mạng chuyển mạch thoại công cộng PSTN MSC nhận các số được quay, tạo và giải thích các tone xử lý cuộc gọi, và định tuyến đường dẫn các cuộc gọi

2.3.2 MSC cổng (GMSC)

MSC cổng là một MSC nằm giữa PSTN và các MSC khác trong mạng Chức năng chính của nó là định tuyến các gọi vào hệ thống đến MSC thích hợp Trong thực tế có thể tất cả các MSC cũng là GMSC

2.3.3 Nốt hỗ trợ phục vụ GPRS (SGSN)

Node hỗ trợ phục vụ GPRS là phần tử trung tâm trong mạng chuyển mạch gói SGSN ghi nhớ và bảo dưỡng danh sách các gói tích cực trong mạng và phối hợp chuyển tải gói giữa các vô tuyến di động

2.3.4 Nốt hỗ trợ cổng GPRS (GGSN)

Nó là một hệ thống chuyển mạch gói khác với SGSN chỉ định tuyến các gói vào, nó còn định tuyến cả các gói ra Nó được sử dụng để kết nối vào một mạng truyền thông gói data GPRS sang một mạng gói khác như Internet

2.3.5 Bộ đang ký định vị thường trú HLR

Là một cơ sở dữ liệu thuê bao chứa số nhận dạng thuê bao quốc tế IMSI của mỗi khách hàng và số nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMEI để nhận biết đơn nhất mỗi khách hàng, thường chỉ có 1 HLR cho nhiều MSC

HLR giữ thông tin cá nhân mỗi khách hàng bao gồm chọn khoảng sóng mang dài, hạn chế gọi, mức nạp phí dịch vụ, và những tuỳ chọn mạng khác Thuê bao có thể thay đổi

và giữ sự thay đổi tuỳ chọn riêng đó trong HLR Bộ điều khiển hệ thống MSC sử dụng thông tin này để cho phép truy nhập hệ thống và xử lý tính cước cuộc gọi

HLR là một thiết bị nhớ từ của máy tính Cơ sở dữ liệu thuê bao được tối ưu hoá, chúng thường xuyên được sao lưu bằng băng từ hoặc đĩa CDRom để phục hồi thông tin nếu hệ thống xảy ra sự cố

2.3.6 Bộ đăng ký định vị tạm trú VLR

VLR chứa một thiết lập con của một thông tin HLR thuê bao, được dùng khi một điện thoại di động được tích cực trên một MSC riêng biệt khác VLR lưu trữ cả những thông tin thường trú và tạm trú của khách hàng VLR lờ đi sự kiểm tra liên tục từ MSC đối với HLR của thiết bị di động mỗi lần thử truy nhập Thông tin HLR của người dùng được lưu giữ tạm thời trong bộ nhớ VLR, và được xóa đi khi thiết bị di động đăng ký với một MSC khác hoặc một hệ thống khác

2.3.7 Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR

EIR là một cơ sở dữ liệu chứa sự nhận dạng của thiết bị di động và trạng thái của những thiết bị đó trong mạng (được uỷ quyền/cho phép hoặc không được uỷ quyền cho phép) EIR chủ yếu được dùng để nhận dạng những thiết bị di động có thể bị mất hoặc có kiểu sử dụng đáng ngờ EIR có ba danh sách trắng, đen và xám Danh sách trắng lưu giữ những thiết bị được nhận dạng tốt, danh sách đen lưu những thiết bị bị vô hiệu Danh sách xám lưu giữ những thiết bị bị nghi ngờ và được kiểm tra là không hợp lệ

2.3.8 Trung tâm nhận thực AuC

AuC chứa và xử lý các thông tin yêu cầu để nhận dạng hợp lệ là của thiết bị di động trước khi dịch vụ được cung cấp Thủ tục nhận thực AuC cung cấp thông tin đến hệ thống để cho phép tích cực một thiết bị di động được nhận hợp lệ

2.3.9 Mạng trục IP

Một mạng xương sống là cơ sở hạ tầng đường trục của mạng để kết nối những thành phần mạng chính lại với nhau Một hệ thống mạng xương sống thường là một mạng thông tin tốc độ cao như ATM hay FDDI Hệ thống WCDMA sử dụng một mạng trục có thể cung cấp khả năng truyền IP điểm nối điểm

Nổi bật của sử dụng truyền thông IP cho phép mang đến người dùng gắn sẵn thiết bị mạng IP Tiêu biểu là giá thiết bị thấp hơn do phần lớn được rao bán nhiều và tuỳ chọn, giảm giá cả thực hiện bảo dưỡng, và cho phép sử dụng một phần mềm chuẩn bảo dưỡng và giám sát chất lượng

Chương 3:

KỸ THUẬT CỦA MẠNG 3G WCDMA 3.1 Các kỹ thuật cơ bản trong mạng 3G WCDMA

3.1.1 Kỹ thuật trải phổ và đa truy nhập theo mã

3.1.1.1 Các hệ thống thông tin trải phổ

Trong các hệ thống thông tin thông thường độ rộng băng tần là vấn đề quan tâm chính và các hệ thống này được thiết kế để sử dụng càng ít độ rộng băng tần càng tốt Trong các hệ thống điều chế biên độ song biên, độ rộng băng tần cần thiết để phát một nguồn tín hiệu tương tự gấp hai lần độ rộng băng tần của nguồn này Trong các hệ thống điều tần độ rộng băng tần này có thể bằng vài lần độ rộng băng tần nguồn phụ thuộc vào chỉ số điều chế Đối với một tín hiệu số, độ rộng băng tần cần thiết có cùng giá trị với tốc độ bit của nguồn Độ rộng băng tần chính xác cần thiết trong trường hợp này phụ thuộc vào kiểu điều chế (BPSK, QPSK v.v )

Trong các hệ thống thông tin trải phổ (viết tắt là SS: Spread Spectrum) độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng Khi chỉ có một người sử dụng trong băng tần SS, sử dụng băng tần như vậy không có hiệu quả Tuy nhiên ở môi trường nhiều người sử dụng, các người sử dụng này có thể dùng chung một băng tần SS và hệ thống trở nên sử dụng băng tần có hiệu suất mà vẫn duy trì được các ưu điểm của trải phổ

Một hệ thống thông tin số được coi là SS nếu:

9 Tín hiệu được phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết để phát thông tin

9 Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu

Có ba kiểu hệ thống SS cơ bản: chuỗi trực tiếp (DSSS: Direct-Sequence Spreading Spectrum), nhẩy tần (FHSS: Frequency-Hopping Spreading Spectrum) và nhẩy thời gian (THSS: Time-Hopping Spreading Spectrum) Cũng có thể nhận được các hệ thống lai ghép từ các hệ thống nói trên WCDMA sử dụng DSSS DSSS đạt được trải phổ bằng cách nhân luồng số cần truyền với một mã trải phổ có tốc độ chip (Rc=1/Tc, Tc là thời gian một chip) cao hơn nhiều tốc độ bit (Rb=1/Tb, Tb là thời gian một bit) của luồng số cần phát Hình 3.1 minh họa quá trình trải phổ trong đó Tb=15Tc hay Rc=15Rb Hình 3.1a cho thấy sơ đồ đơn giản của bộ trải phổ DSSS trong đó luồng số cần truyền x có tốc độ Rb đựơc nhân với một mã trải phổ c tốc độ Rc để được luồng đầu ra y có tốc độ Rc lớn hơn nhiều so với tốc độ Rb

của luồng vào Các hình 3.1b và 3.1c biểu thị quá trình trải phổ trong miền thời gian và miền tần số Tại phía thu luồng y được thực hiện giải trải phổ để khôi phục lại luồng x bằng cách nhân luồng này với mã trải phổ c giống như phía phát: x=y×c

Hình 3.1 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)

3.1.1.2 Áp dụng DSSS cho CDMA

Trong công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã dựa trên CDMA, một tập mã trực giao được sử dụng và mỗi người sử dụng được gán một mã trải phổ riêng Các mã trải phổ này phải đảm bảo điều kiện trực giao sau đây:

1 Tích hai mã giống nhau bằng 1: ci×ci=1

2 Tích hai mã khác nhau sẽ là một mã mới trong tập mã: ci×cj=ck Bảng 3.1 cho thấy ví dụ sử dụng bộ mã gồm tám mã trực giao: c0, c1, …, c7 Bảng 3.2 và 3.3 cho thấy ví dụ khi nhân hai mã giống nhau trong bảng 1 được 1 và nhân hai mã khác nhau trong bảng 3.1 ta được một mã mới

c) Quá trình xử lý tín hiệu trong miền tần số

x y = c x

Rb

Ct Rc

a) Sơ đồ trải phổ DSSS

Bảng 3.2 Thí dụ nhân hai mã giống nhau trong bảng 1 được một

Thành phần thứ nhất trong (3.2) chính là tín hiệu hữu ích còn thành phần thứ hai là nhiễu của các người sử dụng còn là nhiễu của các người sử dụng khác được gọi là MAI (Multiple Access Interferrence: nhiễu đa người sử dụng) Để loại bỏ thành phần thứ hai máy thu sử dụng bộ lọc tương quan trong miền thời gian kết hợp với bộ lọc tần số trong miền tần số Hình 3.2 xét quá trình giải trải phổ và lọc ra tín hiệu hữu ích tại máy thu k trong một hệ thống CDMA có K người sử dụng với giả thiết công suất phát từ K máy phát như nhau tại đầu vào máy thu k Hình 3.2a cho thấy sơ đổ giải trải phổ DSSS Hình 3.2b cho thấy phổ của tín hiệu tổng được phát đi từ K máy phát sau trải phổ, hình 3.2c cho thấy phổ của tín hiệu này sau giải trải phổ tại máy thu k và hình 3.2d cho thấy phổ của tín hiệu sau bộ lọc thông thấp với băng thông băng Rb

Từ hình 3.2 ta thấy tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR: Signal to Interference Ratio) là tỷ số giữa diện tích hình chữ nhật được tô đậm trên hình 3.2b và tổng diện tích các hình chữ

nhật trắng trên hình 3.2c: SIR=S1/S2 Tỷ số này tỷ lệ với tỷ số Rc/Rb vì thế tỷ số Rc/Rb được gọi là độ lợi xử lý

Hình 3.2 Quá trình giải trải phổ và lọc tín hiệu của người sử dụng k từ K tín hiệu

3.1.2 Giao diện vô tuyến của 3G WCDMA

WCDMA UMTS là một trong các tiêu chuẩn của IMT-2000 nhằm phát triển của GSM để cung cấp các khả năng cho thế hệ ba WCDMA UMTS sử dụng mạng đa truy nhập vô tuyến trên cơ sở WCDMA và mạng lõi được phát triển từ GSM/GPRS WCDMA có thể có hai giải pháp cho giao diện vô tuyến: ghép song công phân chia theo tần số (FDD: Frequency Division Duplex) và ghép song công phân chia theo thời gian (TDD: Time Division Duplex) Cả hai giao diện này đều sử dụng trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-CDMA) Giải pháp thứ nhất sẽ được triển khai rộng rãi còn giải pháp thứ hai chủ yếu sẽ được triển khai cho các ô nhỏ (Micro và Pico)

Giải pháp FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz với hai sóng mang phân cách nhau 190MHz: đường lên có băng tần nằm trong dải phổ từ 1920 MHz đến 1980 MHz, đường xuống có băng tần nằm trong dải phổ từ 2110 MHz đến 2170 Mhz Mặc dù 5 MHz là độ rộng băng danh định, ta cũng có thể chọn độ rộng băng từ 4,4 MHz đến 5 MHz với nấc

c) Phổ của tín hiệu thu

sau giải trải phổ XK

b) Phổ của đầu vào máy thu k của các tín hiệu trải phổ được

phát đi từ K máy phát

d) Phổ của tín hiệu giải trải phổ sau bộ lọc B=Rb

XK(f) XK(f)

X3(f) X2(f) X1(f)

XK(f)

X3(f) X2(f) X1(f)

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) bằng X(f) (diện tích chữ nhật tô đậm trên hình b) chia cho MAI (diện tích chữ nhật trắng trên hình c)

Lọc thông thấp B=Rc

tăng là 200 KHz Việc chọn độ rộng băng đúng đắn cho phép ta tránh được nhiễu giao thoa nhất là khi khối 5 MHz tiếp theo thuộc nhà khai thác khác

Giải pháp TDD sử dụng các tần số nằm trong dải 1900 đến 1920 MHz và từ 2010 MHz đến 2025 MHz; ở đây đường lên và đường xuống sử dụng chung một băng tần

Giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD (để đơn giản ta sẽ bỏ qua ký hiệu FDD nếu không xét đến TDD) hoàn toàn khác với GSM và GPRS, WCDMA sử dung phương thức trải phổ chuỗi trực tiếp với tốc độ chip là 3,84 Mcps Trong WCDMA mạng truy nhập vô tuyến được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) Các phần tử của UTRAN rất khác với các phần tử ở mạng truy nhập vô tuyến của GSM Vì thế khả năng sử dụng lại các BTS và BSC của GSM là rất hạn chế Một số nhà sản xuất cũng đã có kế hoạch nâng cấp các GSM BTS cho WCDMA

Đối với các nhà sản suất này có thể chỉ tháo ra một số bộ thu phát GSM từ BTS và thay vào đó các bộ thu phát mới cho WCDMA Một số rất ít nhà sản suất còn lập kế hoạch xa hơn Họ chế tạo các BSC đồng thời cho cả GSM và WCDMA Tuy nhiên đa phần các nhà sản suất phải thay thế GSM BSC bằng RNC mới cho WCDMA

WCDMA sử dụng rất nhiều kiến trúc của mạng GSM, GPRS hiện có cho mạng của mình Các phần tử như MSC, HLR, SGSN, GGSN có thể được nâng cấp từ mạng hiện có để hỗ trợ đồng thời WCDMA và GSM

Giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD được xây dựng trên ba kiểu kênh: kênh logic, kênh truyền tải và kênh vật lý Kênh logic được hình thành trên cơ sở đóng gói các thông tin từ lớp cao trước khi sắp xếp vào kênh truyền tải Nhiều kênh truyền tải được ghép chúng vào kênh vật lý Kênh vật lý được xây dựng trên công nghệ đa truy nhập CDMA kết hợp với FDMA/FDD Mỗi kênh vật lý được đặc trưng bởi một cặp tần số và một mã trải phổ Ngoài ra kênh vật lý đường lên còn được đặc trưng bởi góc pha Trong phần dưới đây trước hết ta xét kiến trúc giao thức của giao diện vô tuyến sau đó ta sẽ xét giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD, sau đó sẽ xét các kênh này

3.1.2.1 Kiến trúc ngăn xếp giao thức của giao diện vô tuyến WCDMA/FDD Kiến trúc giao diện vô tuyến của WCDMA được cho trên hình 3.3

Ngăn xếp giao thức của giao diện vô tuyến bao gồm ba lớp giao thức:

9 Lớp vật lý (L1): đặc tả các vấn đề liên quan đến giao diện vô tuyến như điều chế và

mã hóa, trải phổ v.v