Truyền thông cá nhân toàn cầu (UPC) đưa ra khái niệm mới về di động cá nhân và đánh số cá nhân. Trong môi trường UPC sự kết hợp đã xác định giữa đầu cuối và nhận dạng người sử dụng bị loại bỏ, tạo ra nền tảng cho di động cá nhân, truyền thông cá nhân bao gồm việc cung cấp cơ bản kết nối trong suốt, vì thế phạm vi các dịch vụ trên thực tế có thể được cung cấp đến người sử dụng một cách tự động khi di chuyển.
Mục tiêu của các hệ thống di động thế hệ ba là cung cấp cho người sử dụng vùng phủ rộng khắp thế giới thông qua thiết bị cầm tay mà có khả năng chuyển vùng liên tục giữa các mạng (cố định và di động, không dây (cordless) và tổ ong) qua các vùng mà hiện tại đang sử dụng các kỹ thuật khác nhau. Các hệ thống di động thế hệ ba đã đạt được bước tiến xa hơn các hệ thống tổ ong số và các hệ thống cordless đang được sử dụng.
Dưới góc nhìn toàn cầu, IMT-2000 đã thiết lập nền tảng cho hạ tầng viễn thông tương lai. IMT-2000 sẽ cung cấp giao diện truy nhập vô tuyến cho hạ tầng viễn thông toàn cầu thông qua hệ thống vệ tinh và mặt đất, đáp ứng nhu cầu người sử dụng dịch vụ di động. Nó đang được phát triển trên nền tảng của khái niệm “họ các hệ thống” được thiết kế để kết nối đến các môđun truyền dẫn khác nhau với cùng thiết bị mạng lõi.
Hình1.6. Định nghĩa kiến trúc giao diện và khả năng tương tác
Giao diện vô tuyến được định nghĩa dựa trên các kỹ thuật truy nhập khác nhau. Kỹ thuật truy nhập xác định cách người sử dụng truy nhập vào hệ thống. Hình 1.6 cho thấy các quan hệ chủ đạo của các giao diện vô tuyến của IMT-2000.Ví dụ, trường hợp IMT-TC (IMT-Mã thời gian), mà trong đó đường lên, đường xuống và những người sử dụng khác nhau được tách biệt dựa trên truyền dẫn trên các khe thời gian và trên chuỗi trải phổ khác nhau. Do đó, WCDMA là kỹ thuật truy nhập được định nghĩa cho ba giao diện, IMT-DS (IMT-Trải phổ trực tiếp), IMT-MC (IMT-Đa sóng mang), và IMT-TC. Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) cũng hỗ trợ cho IMT-TC, IMT-SC (IMT_Sóng mang đơn), IMT-FT(IMT-Tần số thời gian). IMT-FT cũng được cung cấp bởi một kỹ thuật truy nhập ghép hỗn hợp dựa trên FDMA(đa truy nhập phân chia theo tần số) và TDMA.
Hình 1.7. Giao diện vô tuyến định nghĩa cho IMT-2000
Các tổ chức phát triển tiêu chuẩn khác nhau (SDOs) đang cùng hợp tác phát triển những chuẩn mới này. Kết quả là đưa ra các chuẩn cho giao diện vô tuyến.
Hình 1.8. SDOs thực hiện chuẩn hoá giao diện vô tuuyến
1.4.2. Cấu trúc hệ thống của WCDMA
Phần này sẽ xét tổng quan cấu trúc hệ thống UMTS cơ sở cấu trúc hệ thống cho W-CDMA. Cấu trúc này bao gồm các phần tử mạng logic và các giao diện. Hệ thống UMTS sử dụng cùng cấu trúc như hệ thống thế hệ hai thậm chí cả một phần cấu trúc của hệ thống thế hệ một thể hiện tính kế thừa và tận dụng cơ sở hạ tầng.
Hệ thống UMTS chứa nhiều phần tử mạng logic, mỗi phần tử có một chức năng cụ thể. Trong tiêu chuẩn các phần tử mạng được định nghĩa ở mức logic, tuy nhiên cũng thường được thực hiện ở dạng vật lý tương tự, nhất là có một số giao diện mở (để giao diện là mở, cần định nghĩa giao diện này sao cho ở mức chi tiết có thể sử dụng được thiết bị của hai nhà sản xuất khác nhau tại các điểm cuối). Có thể nhóm các phần tử mạng theo nhóm đồng chức năng hay theo mạng con mà chúng trực thuộc.
Về mặt chức năng, các phần tử mạng được nhóm thành: mạng truy nhập vô tuyến (RAN: Radio Access Network hay UTRAN: UMTS Terrestrial RAN) để thực hiện chức năng liên quan đến vô tuyến; và mạng lõi (CN = Core Network) để thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi và kết nối số liệu. Để hoàn thiện hệ thống còn có thiết bị người sử dụng (UE: User Equipment) thực hiện giao diện người sử dụng với hệ thống.
Từ quan điểm chuẩn hoá, cả UE và UTRAN đều bao gồm các giao thức mới, việc thiết kế giao thức này dựa trên nhu cầu của công nghệ vô tuyến WCDMA mới. Trái lại việc định nghĩa CN dựa trên GSM. Điều này cho phép hệ thống với công nghệ vô tuyến mới mang tính toàn cầu dựa trên công nghệ CN đã biết và đã triển khai.
Theo đó, một phương pháp phân loại khác cho mạng UMTS là: chia chúng thành các mạng con. Hệ thống UMTS được thiết kế theo mô đun, vì thế tồn tại nhiều phần tử mạng cho cùng một kiểu. Về nguyên tắc, yêu cầu tối thiểu cho một mạng hoạt động và có đầy đủ các tính năng là phải có ít nhất một phần tử logic cho mỗi kiểu. Khả năng có nhiều phần tử của cùng một kiểu cho phép phân chia UMTS thành các mạng con hoạt động hoặc độc lập hoặc cùng với các mạng con khác, các mạng con này được phân biệt bởi các nhận dạng duy nhất. Một mạng con như vậy được gọi là mạng di động mặt đất công cộng UMTS (UMTS PLMN: UMTS Public Land Mobile Network). Thông thường mỗi PLMN được khai thác bởi một nhà khai thác duy nhất và nó được nối đến các PLMN khác cũng như các kiểu mạng khác như ISDN, PSTN, Internet v.v.
UE bao gồm hai phần:
Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment): là đầu cuối vô tuyến được dùng để truyền thông không dây trên giao diện Uu
Mô đun nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity Module): là một thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng thuê bao, thực thi các thuật toán nhận thực và lưu giữ các khoá nhận thực, và một số thông tin thuê bao cần thiết khác cho đầu cuối
UTRAN còn chứa hai phần tử khác nhau như:
Nút B: để chuyển đổi luồng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu. Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến. (Thuật ngữ nút B có cùng ý nghĩa như trạm gốc BS)
Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC: Radio Network Controller): sở hữu và điều khiển tài nguyên vô tuyến trong vùng của mình (các nút B được kết nối với nó). RNC là điểm truy nhập các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN, chẳng hạn quản lý tất cả các kết nối đến UE
Các phần tử cơ bản của mạng lõi như sau:
HLR (Home Location Register: Bộ ghi định vị thường trú): là một cơ sở dữ liệu được đặt tại hệ thống chủ nhà của người sử dụng để lưu giữ thông tin về hồ sơ dịch vụ của người sử dụng. Lý lịch dịch vụ này gồm: Thông tin về các dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và thông tin về các dịch vụ bổ sung như: trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi.
Ký hiệu:
- USIM = User Sim Card: thẻ Sim của người sử dụng
- MS = Mobile Station: Máy điện thoại di động
- RNC = Radio Node Controller: Bộ điều khiển trạm gốc
- MSC = Mobile Services Switching Center: Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động
- VLR = Visitor Location Register: Bộ ghi định vị tạm trú
- SGSN = Servicing GPRS (General Packet Radio Service) Support Node: Điểm hộ trợ GPRS (Dịch vụ vô tuyến gói chung) đang phục vụ
- GMSC = Gateway Mobile Services Switching Center: Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng
- GGSN = Gateway GPRS Support Node: Nút hỗ trợ GPRS cổng
- HLR = Home Location Register: Bộ ghi định vị thường trú
- UTRAN = UMTS Terestrial Radio Access Network:Mạng truy nhập vo tuyến
- CN = Core Network: Mạng lõi
- PLMN = Public Land Mobile Network: Mạng di động công cộng mặt đất
- PSTN = Public Switched Telephone Network: Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng
- ISDN = Integrated Services Digital Network: Mạng số liên kết đa dịch vụ
PLMN,PST N,ÍDN,.... Internet Các mạng ngoài MSC/ VLR SGSN GMSC HLR USIM ME Nút B Nút B Nút B Nút B RNC CN GGSN UTRAN RNC UE Lu Uu Cu Lur Lub
Hình 1.9. Các phần tử của mạng PLMN
MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register): Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động /Bộ ghi định vị tạm trú) là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí hiện thời của nó. Chức năng của MSC là sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh (CS: Circuit Switch), và chức năng của VLR là lưu giữ bản sao về hồ sơ của người sử dụng khách cũng như vị trí chính xác hơn của UE trong hệ thống đang phục vụ. Phần mạng được truy nhập qua MSC/VLR thường được gọi là vùng CS.
GMSC (Gateway MSC): là chuyển mạch tại điểm kết nối UMTS PLMN với
mạng CS bên ngoài.
SGSN (Serving GPRS (General Packet Radio Network Service Node): có chức năng giống như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói PS (Packet Switch: chuyển mạch gói). Phần mạng được truy nhập qua SGSN thường được gọi là vùng PS.
GGSN (Gateway GPRS Support Node): có chức năng giống GMSC nhưng
liên quan đến các dịch vụ PS.
Các mạng ngoài được chia thành hai nhóm:
Các mạng CS: Các mạng này đảm bảo các kết nối chuyển mạch kênh giống như các dịch vụ điện thoại. ISDN và PSTN là các thí dụ về các mạng CS.
Các mạng PS: Các mạng này đảm bảo các kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói. Internet là một thí dụ về mạng PS.
Các giao diện mở cơ bản dưới đây được định nghĩa:
Giao diện Cu: là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện này tuân theo một khuôn dạng tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh
Giao diện Uu: là giao diện vô tuyến của WCDMA. Uu là giao diện mà qua đó UE truy nhập các phần tử cố định của hệ thống và vì thế nó là giao diện mở quan trọng nhất ở UMTS.
Giao diện Iu: Giao diện này nối UTRAN với CN. Giống như các giao diện tương ứng ở GSM: A (chuyển mạch kênh) và Gb (chuyển mạch gói), giao diện Iu cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau
Giao diện Iur: Giao diện mở Iur cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau
Giao diện Iub: Iub kết nối một nút B với một RNC. UMTS là hệ thống điện thoại di động đầu tiên trong đó giao diện giữa bộ điều khiển và trạm gốc được tiêu chuẩn hoá như là một giao diện mở hoàn toàn. Giống như các giao diện mở khác, Iub mở cho phép hỗ trợ sự cạnh tranh giữa các nhà sản xuất trong lĩnh vực này. Có lẽ các nhà sản xuất mới tập trung chủ yếu vào các nút B sẽ tham gia vào thị trường này.