Thủ tục để thiết lập một cuộc thoại cơ sở ở W - CDMA UMTS đợc cho ở hình 3.25 (Bỏ qua truyền các bản tin NBAP). Quá trình này bắt đầu bằng yêu cầu truy nhập từ UE. Yêu cầu truy nhập này đợc phát trên kênh truyền tải RACH hoặc kênh truyền tải CPCH. Bản tin đợc phát là một yêu cầu để thiết lập một kết nối RRC (điều khiển tài nguyên vô tuyến), trớc khi thực hiện các giao dịch báo hiệu hay thiết lập vật mang. Yêu cầu kết nối RRC bao gồm cả lý do yêu cầu kết nối.
RNC trả lời bằng một bản tin Thiết lập kết nối RRC. Bản tin này đợc phát ở kênh logic CCCH (thờng đợc truyền trên kênh truyền tải FACH). Nếu một kênh truyền tải DCH đợc cấp phát, thì bản tin thiết lập kết nối RRC sẽ chỉ ra một mã ngẫu nhiên để UE sử dụng ở đờng lên. Cần lu ý một DPCCH liên kết với một DPDCH. PPCCH chứa TFCI, TFCI chứa thông tin về hệ số trải phổ SF(Spectrum Factor) và cho phép UTRAN xác định đợc mã định kênh cho DPDCH. Nếu RNC không ấn định môt kênh DCH thì báo hiệu tiếp tục đợc phát trên FACH đờng xuống và PACH hay CPCH đờng lên.
UE trả lời RNC bằng bản tin kết nối RRC đã hoàn thành. Bản tin này đợc mang trên kênh logic DCCH đờng lên. Sau đó UE phát môt bản tin cho mạng lõi. Bản tin này đợc phát ở bản tin Truyền trực tiếp khởi đầu, vì khi này cha có thiết lập quan hệ báo hiệu trực tiếp giữa UE và mạng lõi. Bản tin này chỉ thị cho RNC và mạng lõi là cần thiết lập một quan hệ báo hiệu nối giữa UE và mạng lõi. RNC đặt bản tin truyền trực tiếp khởi đầu vào bản tin UE khởi đầu của RANAP(Radio Access Network Applocation part: Phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến) RANAP là giao thức báo hiệu ở Iu, và gửi bản tin này đến mạng lõi. Trong trờng hợp này bản tin đợc gửi đến MSC. Việc chọn MSC hay SGSN phụ thuộc vào thông tin ở tiêu đề của bản tin Truyền khởi đầu phát đi từ UE.
Tiếp theo, MSC sẽ khởi đầu các thủ tục bảo an. Thủ tục này bắt đầu bằng nhận thực trên nguyên tắc hiệu lệnh - trả lời giống nh ở GSM. ở đây có một điểm khác là UE và mạng nhận thực lẫn nhau. Nghĩa là mạng không chỉ phát số
ngẫu nhiên đến UE để nhận đợc trả lời đúng mà còn phát cả thẻ nhận dạng mạng (AUTN: Authentication Token Network) đợc tính toán độc lập ở mạng trong HLR để so sánh với AUTN đợc tính toán độc lập ở UE trong SIM. UE phát yêu cầu nhận thực bằng cách phát bản tin truyền trực tiếp của RANAP và giao thức RRC.
Nếu nhận thực thành công, UE phát trả lời bằng một bản tin trả lời nhận thực để MSC kiểm tra. Bản tin này đợc mang bằng cách sử dụng các khả năng truyền trực tiếp của RANAP và RRC.
Sau đó mạng lõi khởi đầu các thủ tục mã hoá MSC gửi bản tin Lệnh chế độ bảo mật RRC đến UE. UE trả lời MSC bằng bản tin RANAP. Hoàn thành chế độ bảo mật. Tại thời điểm này, thông tin thiết lập cuộc gọi thực sự nh: Số điện thoại bị gọi đợc gửi ở bản tin Thiết lập từ UE đến MSC bằng cách sử dụng báo hiệu truyền trực tiếp. Nếu có thể xử lý đợc cuộc gọi này, MSC sẽ trả lời bằng tin Đang tiến hành cuộc gọi. Sau đó RNC cần thiết lập vật mang truy nhập vô tuyến (RAB) để truyền tải luồng tiếng thực sự của ngời sử dụng. RAB là một vật mang giữa UE và mạng lõi để truyền tải số liệu của ngời sử dụng. Tiếng hoặc số liệu gói RAB đợc đặt trên một hay nhiều vật mang vô tuyến ở giao diện vô tuyến. Mỗi RAB có số nhận dạng riêng của mình để sử dụng trong quá trình báo hiệu giữa UE và mạng. Mạng lõi phát yêu cầu thiết lập RAB thông qua bản tin yêu cầu ấn định RAB của RANAP.
Trên cơ sở thông tin yêu cầu ấn định RAB, NRC có thể thiết lập một vật mang vô tuyến mới cho UE hoặc có thể lập lại cấu hình vật mang hiện UE đang hoạt động. RNC sử dụng hoặc bản tin RRC Thiết lập vật mang vô tuyến hoặc Lập lại cấu hình vật mang vô tuyến để hớng dẫn UE sử dụng các vật mang mới hoặc lập lại cấu hình. UE trả lời hoặc bằng bản tin Thiết lập vật mang vô tuyến đã hoàn thành hoặc bản tin Lập lại cấu hình vật mang vô tuyến đã hoàn thành. Đến lợt mình RNC trả lời MSC bằng bản tin RANAP: hoàn thành ấn định RAB. Khi này có một đờng dẫn vật mang từ UE đến MSC.
Phần còn lại của quá trình thiết lập cuộc gọi hoàn toàn giống nh thiết lập cuộc gọi ở GSM. Phần còn lại này bao gồm: Các bản tin báo chuông, kết nối và xác nhận kết nối đợc truyền ở báo hiệu truyền trực tiếp.
Cần lu ý rằng ở kiến trúc trong phát hành 3 GPP 1999, dịch vụ tiếng vẫn còn là chuyển mạch kênh. Tuy nhiên tiếng thực sự đã đợc đóng gói để truyền ở giao diện vô tuyến và vì nó cũng đợc đóng gói để truyền ở các giao diện IuB và Iu, nên cần thiết lập một vật mang trong thời gian có cuộc gọi.
10.Các phiên số liệu gói của W - CDMA UMTS.
Từ quan điểm mạng, các dịch vụ gói ở kiến trúc phát hành 3 GPP 1999 chủ yếu sử dụng cơ chế giống nh cơ chế đợc sử dụng để truyền số liệu cho số liệu GPRS. Tuy nhiên cũng có nhiều điểm khác nhau. Một điểm khác nhau dễ nhận thấy là giao diện Gb của GPRS (giữa SGSN và BSC) đợc thay thế bằng giao diện IuPS, sử dụng giao thức RANAP. Thay đổi này có nghĩa là IP đợc sử dụng giữa SGSN và RNC. Nh vậy mạng IP đợc thiết lập từ SGSN đến RNC.
Thiết lập các dịch vụ gói ở W- CDMA rất giống nh ở GPRS: thông qua tích cực một PDD context với một tên điểm duy nhập (APN), tiêu chuẩn QoS,....
Trên đây là toàn bộ nội dung Đồ án tốt nghiệp của em với đề tài “Hành trình từ GSM lên 3G”. Trong nội dung của Đồ án tốt nghiệp này em đã trình bày một cách tổng quan về hành trình từ GSM lên 3G và mạng W-CDMA.
Mặc dù bản thân đã rất cố gắng và đợc sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hớng dẫn PGS-TS Nguyễn Quốc Trung. Song do trình độ hiểu biết của bản thân còn nhiều hạn chế, thời gian chuẩn bị ngắn, nguồn tài liệu không nhiều, nên không tránh khỏi thiếu sót. Vậy bản thân em rất mong nhận đợc sự chỉ bảo thêm của thầy giáo hớng dẫn, sự góp ý của các thầy cô giáo khoa Điện tử-Viễn thông cũng nh của các bạn sinh viên, để em khắc phục những thiếu sót đó để hoàn thiện thêm kiến thức của mình.
Em xin chân thành cám ơn thầy giáo hớng dẫn PGS-TS Nguyễn Quốc Trung đã tận tình chỉ bảo cho em hoàn thành Đồ án tốt nghiệp này.
Tài liệu tham khảo
1. TS . Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động GSM, Trung tâm thông tin Bu điện, Nhà xuất bản Bu điện, 1999
2. TS . Nguyễn Phạm Anh Dũng, Giáo trình thông tin di động thế hệ ba, Học viện Công nghệ Bu chính Viễn thông, Nhà xuất bản Bu điện, 2004
3.TS . Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động thế hệ 3 (Tập 1), Học viện Công nghệ Bu chính Viễn thông, Nhà xuất bản Bu điện, 2001
4. TS . Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động thế hệ 3 (Tập 2), Học viện Công nghệ Bu chính Viễn thông, Nhà xuất bản Bu điện, 2002
5. TS . Nguyễn Phơng Loan –KS . Bùi Thanh Sơn, Hành trình từ GSM lên 3G giải pháp GPRS, Nhà xuất bản Bu điện, 2002
6.Sổ tay giới thiệu W-CDMA Chỉ dẫn mạng và dịch vụ (Biên dịch và hiệu đính: phòng khcn và ptm), Nhà xuất bản Bu điện, 2002
7. TS . Nguyễn Phạm Anh Dũng, Lý thuyết trải phổ và đa truy nhập vô tuyến, Học viện Công nghệ Bu chính Viễn thông, Nhà xuất bản Bu điện, 2004
Mục lục
Lời nói đầu...1 Chơng I: Mạng thông tin di động GSM...2 1. Giới thiệu...2
2. Cấu trúc của hệ thống GSM...2
2.1. Hệ thống trạm gốc BSS...3
2.2. Hệ thống chuyển mạch SS...4
2.3. Trạm di động MS ...5
Trạm di động MS thực hiện hai chức năng:...5
2.4. Hệ thống khai thác và bảo dỡng mạng (OMC)...5
3. Cấu trúc địa lý của mạng:...5
4. Quá trình xử lý các tín hiệu số và biến đổi vào sóng vô tuyến...6
5. Giao diện vô tuyến (Um)...7
5.1. Tổ chức các kênh vô tuyến...8
5.2. Các loại kênh logic (Dữ liệu và điều khiển) ...9
5.3. Mã hoá kênh và điều chế...11
5.4. Tổ chức khung trong GSM...12
5.5. Truyền các kênh logic trên các kênh vật lý...12
6. Mô tả quá trình thiết lập một cuộc gọi trong mạng GSM...12
6.1. Trạm di động (MS) thực hiện cuộc gọi:...12
6.2. MS nhận cuộc gọi...14
7. Dịch vụ số liệu trong GSM:...17
8. Bảo mật trong GSM...17
8.1. Đánh số nhận dạng thuê bao và các vùng mạng...17
8.2. Nhận thực thuê bao...18
9. Ví dụ về việc sử dụng số nhận dạng thuê bao và các vùng mạng ...19
Chơng II: Phát triển của GSM đến thế hệ 2,5...23
1. Mở đầu...23
2. Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động GSM thế hệ hai sang W- CDMA thế hệ ba...23
2.1.Công nghệ Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD)...24
2.1.1. Cấu trúc hệ thống HSCSD...25
2.1.1.1.Chức năng thích ứng đầu cuối (TAF: Terminal Adapter Function)...25
2.1.1.2. Máy di động đầu cuối và giao diện vô tuyến...26
2.1.1.3. Trạm thu phát gốc BTS...26
2.1.1.4. Giao diện Abis...26
2.1.1.5. Bộ chuyển đổi mã/ bộ thích ứng tốc độ (TRAU:Transcoder/Rate Adaptor Unit)...26
2.1.1.6 . Giao diện A...26
2.1.1.7. Trung tâm chuyển mạch di động MSC và các khối chức năng phối hợp IWF (Interworking Unit)...27
2.2. Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS)...27
2.2.1.Mở đầu...27
2.2.2.Cấu trúc mạng GPRS ...28
2.2.3. Giao diện và giao thức trong mạng GPRS...33
2.2.3.2. Mặt phẳng báo hiệu...34
2.2.4. Cấu trúc đa khung của giao diện vô tuyến GPRS...35
2.2.5. Các kênh logic trong GPRS...35
2.2.5.1. Kênh điều khiển quảng bá kiểu gói (PBCCH):...35
2.2.5.2 Kênh điều khiển chung gói ( PCCCH: Packet Common Control Channel)...35
2.2.5.3. Các kênh lu lợng số liệu gói (PDTCH: Packet Data Traffic Channel)...36
2.2.5.4. Các kênh điều khiển dành riêng gói (PDCCH: Packet Dedicated Control Channel)...36
2.2.6. Các kịch bản lu lơng GPRS...37
2.2.6.1. Nhập mạng GPRS...38
2.2.6.2. Nhập mạng GPRS/GSM kết hợp...42
2.2.7. Thiết lập PDP Context ( phiên số liệu gói)...44
2.3. Tốc độ số liệu tăng cờng để phát triển GSM (EDGE)...44
2.3.1. Kiến trúc mạng EDGE...45
2.3.1.1. Điều chế...45
2.3.1.2. Các kênh logic ở giao diện vô tuyến...46
2.4.Giao thức ứng dụng vô tuyến (WAP)...47
Chơng III: Mạng thông tin di động W-CDMA (3G)...49
1. Mở đầu...49
2.Tổng quát về công nghệ ATM và giao thức TCP/IP...50
2.1.Công nghệ ATM ...51
2.2.Giao thức TCP/IP...52
3. Mô hình tham khảo mạng W-CDMA...53
3.1. Cấu trúc mạng cơ sở W-CDMA trong 3 GPP 1999...54
3.2. Kiến trúc mạng phân bố của 3 GPP phát hành 4...55
3.3. Kiến trúc mạng đa phơng tiện IP của 3GPP...58
3.4. Kiến trúc mạng di động toàn IP phát hành 2000...61
4. Các kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số ở hệ thống thông tin di động thế hệ ba...63
4.1.Sơ đồ khối của một thiết bị thu phát vô tuyến số trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba...63
4.2. Mã hoá kiểm soát lỗi và đan xen...64
4.2.1. Mã vòng...64
4.2.2. Mã xoắn...65
4.2.3.Mã hoá Turbo...65
4.2.4. Đan xen trong W-CDMA...66
4.3. Đa truy nhập phân chia theo mã trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-CDMA). ...66
4.3.1. Nguyên lý DS-CDMA...66
4.3.2. Đồng bộ mã ...68
4.4.1. Điều khiển công suất...68
4.4.2. Chuyển giao mềm và mềm hơn...69
4.4.2.1. Chuyển giao mềm...69
...70
4.4.2.2.Chuyển giao mềm hơn...70
4.4.3. Chuyển giao cứng...70
5. Lớp vật lý của W-CDMA...71
5.1. Mở đầu...71
5.2. Trải phổ và ngẫu nhiên hoá ở các kênh vật lý...71
5.3.Các mã định kênh...73
5.4. Các kênh vật lý đờng lên và đờng xuống...76
5.4.1 - Các kênh vật lý đờng lên...76
5.4.1.1. Ghép kênh mã I - Q và điều chế cho các kênh vật lý đờng lên 77 5.4.1.2 Sơ đồ trải phổ và điều chế kênh vật lý đờng lên...78
5.4.1.3. Sơ đồ điều chế sóng mang cho các kênh vật lý đờng lên...80
5.4.2 . Các kênh vật lý đờng xuống...81
5.4.2.1. Trải phổ đờng xuống và ngẫu nhiên hoá đờng xuống cho các kênh vật lý trừ kênh SCH...81
5.4.2.2. Điều chế đờng xuống ...83
5.4.2.3.Các kênh truyền tải và sắp xếp chúng lên các kênh vật lý ...83
6. Hoạt động của các kênh vật lý...85
7.Cấu trúc mạng W-CDMA UMTS...88
7.1. Cấu trúc tổng quát...88
7.2. Các phần tử cơ bản của mạng W-CDMA UMTS và các giao diện...89
7.2.1.UE (User Equipment-Thiết bị của ngời sử dụng)...91
7.2.2. Nút B: ...91
7.2.3. Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC): ...91
7.2.4. Các phần tử chính của mạng lõi:...91
7.2.5.Các loại giao diện:...92
7.3. Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS, UTRAN ...93
8. Giao diện vô tuyến (Uu)...95
9. Thiết lập một cuộc gọi trong W - CDMA UMTS ...97
10.Các phiên số liệu gói của W - CDMA UMTS...100
Kết luận...100
Tài liệu tham khảo...102
Đa truy nhập phân chia theo mã trải phổ chuỗi trực tiếp...107
...107
Thuật ngữ viết tắt
AGC Automatic Gain Control Tự điều khuếch
AGCH Access Grant Channel Kênh cho phép truy nhập AICH Acquisition Indication Channel Kênh chỉ thị bắt
ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực
BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá
BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BSIC Basic Station Identity Code Mã nhận dạng trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc CD/CA-ICH Collision Detection/ Channel
Assignment Indicator Channel
Kênh chỉ thị ấn định kênh/ phát hiện xung đột
CD/CA-ICH Collision Detection/Channel
Asignment Indicator Channel Kênh chỉ thị ấn định kênh/ Phát hiện xung đột CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã
CN Core Network Mạng lõi
CPCH Common Physical Channel Kênh vật lý chung CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung CRC Cyclic Redundancy Check Mã dịch vòng CS Circuit Switch Chuyển mạch kênh
CSICH CPCH Status Indicator Channel Kênh chỉ thị trạng thái CPCH CSPDN Circuit Switch Public Data
Network Mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh D/A Digital/Analog Bộ chuyển đổi tín hiệu số thành tơng tự DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng
DPCCH Dedicated Physical Control
Channel Kênh điều khiển vật lý riêng DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng
DPCH Downlink Physical Channel Kênh vật lý đờng xuống DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh vật lý số liệu riêng
DRNC Drift Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến trôi DS SS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp
DS-CDMA Direct Sequence- Code Division
Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã trải phổ chuỗi trực tiếp
DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đờng xuống EDGE Enhanced Data Rates for GSM
Evolution Tốc độ số liệu tăng cờng để phát triển GSM EIR Equipment Identity Register Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị
ETSI European Telecommunication
Standard Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu FACCH Fast Assocrated Control Channel Kênh điều khiển liên kết nhanh FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đờng xuống
GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng GMSC Gateway Mobile Service
Switching Center Trung tâm chuyển mạnh các dịch vụ di động cổng GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp
GSM Global System for Mobile
Communication Hệ thống thông tin di động toàn cầu GTP GPRS Tunneling Protocol Giao thức xuyên đờng hầm GPRS HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thờng trú
HSCSD High Speed Circuit Switched Data Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSS Home Subscriber Server Dịch vụ thuê bao thờng trú (Đăng ký thờng
trú) IF Intermediate Frequency Trung tần IMSI International Mobile Station
Identity Nhận dạng trạm di động quốc tế IP Internet Protocol Giao thức Internet
ISDN Integrated Service Digital
Network Mạng số liên kết đa dịch vụ IWF Interworking Function Chức năng tơng tác mạng LAI Location Area Identity Nhận dạng vùng định vị
MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập trung gian MCC Mobile Country Code Mã nớc
MGCF Media Gateway Control