EGPRS giới thiệu kỹ thuật điều chế mới, cùng với những cải tiến về giao thức vô tuyến, mà cho phép các nhà khai thác sử dụng phổ tần đang tồn tại (800, 900, 1800 và 1900MHz) hiệu quả hơn.
Những cải tiến đơn giản về giao thức đang tồn tại của GSM/GPRS làm cho EDGE chi phí hiệu quả, dễ để triển khai add-on, nâng cấp phần mềm mới trong BSS để cho phép sử dụng những giao thức mới; những đơn vị thu phát mới trong BTS cho phép sử dụng kỹ thuật điều chế mới.
EDGE gấp 3 lần dung lượng của GPRS. Sự tăng dung lượng này cải thiện việc thực thi những ứng dụng đang tồn tại và cho phép những dịch vụ mới như dịch vụ đa phương tiện
Với EDGE, nhà khai thác có thể triển khai những ứng dụng data không dây, gồm đa phương tiện không dây, e-mail, thông tin web và dịch vụ định vị, cho những người tiêu dùng và thương mại. Những thuê bao có thể duyệt internet trên điện thoại di động của họ, trợ giúp kỹ thuật số cá nhân hoặc laptop ở tốc độ giống với máy tính để bàn.
Hình 3.4: Hội tụ nhiều chuẩn khác nhau về EDGE
ECSD : Dịch vụ HSCSD (high-speed circuit – switched data) để truyền data ở chế độ chuyển mạch kênh trên vài khe thời gian được gọi là ECSD (Enhanced circuit- switched data). Hỗ trợ tốc độ GSM hiện tại (2,4kbps, 4,8kbps, 9,6kbps và 14,4kbps) , CSs mới kết hợp với điều chế mới, cho phép tốc độ data :28,8kbps, 32kbps và 43,2kbps trên mỗi khe thời gian. Vì vậy, ECSD hỗ trợ di động đa khe trên 4 khe thời gian có thể đạt tới tốc độ 172,8kbps, ECSD sử dụng sự thích ứng liên kết động để adapt hết khả năng tới những điều kiện vô tuyến
EDGE classic là sự phát triển từ GPRS lên EDGE còn được gọi là EGPRS. EGPRS
dựa vào kiến trúc mạng GPRS, tốc độ lên tới 475kbps cho máy thu hỗ trợ Rx trên 8 khe thời gian.
EDGE compact là sự phát triển IS-136 U.S, băng tần số giống như D-AMPS
800MHz
Chương 4 Công nghệ UMTS Release ‘99 4.1 Tổng quan về UMTS (là 3G)
CDMA được dùng trong mạng IMT-2000 3G là WCDMA (Wideband CDMA) và cdma2000.
- WCDMA là đối thủ của cdma2000 và là một trong 2 chuẩn 3G, trải phổ rộng hơn đối với CDMA do đó có thể phát và nhận thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn. - Ở Châu Âu, mạng 3G WCDMA được biết như là UMTS (Universal Mobile Telephony System) là một cái tên khác cho W-CDMA/dịch vụ 3G.
UMTS sử dụng WCDMA, WCDMA như chuẩn phát vô tuyến. Nó có băng thông kênh là 5 MHz, có thể mang 100 cuộc gọi cùng một lúc, hoặc nó có thể mang dữ liệu tới 2 Mbps. Tuy nhiên, với sự tăng cường HSDPA và HSUPA chính là trong những release sau này (R99/R4/R5/R6) của chuẩn, tốc độ phát dữ liệu tăng tới 14,4 Mbps
Hình 4.1: Vùng phủ sóng của UMTS
UMTS cho phép cả 2 chế độ FDD và TDD. Chế độ đầu tiên là FDD là uplink và downlink trên các tần số khác nhau. Không gian giữa chúng là 190MHz cho mạng band 1. Ở TDD uplink và downlink được chia theo thời gian với những trạm cơ sở (base station) và sau đó di động phát lần lượt trên cùng tần số, đặc biệt phù hợp tới nhiều loại ứng dụng khác nhau. Nó cũng thực hiện ở những cell nhỏ. Thời gian bảo vệ được yêu cầu giữa phát và thu. Hệ thống TDD có thể hiệu quả khi sử dụng trong picocell để mang dữ liệu internet.
Tần số: hiện tại có 6 băng sử dụng cho UMTS/WCDMA, tập trung vào UMTS tần số cấp phát trong 2 băng Uplink (1885 – 2025)MHz và Downlink (2110 – 2200) MHz. Bên trong những băng này nhiều sự phân chia đã được dữ trữ cho những ứng dụng khác.
- (1920 – 1980) và (2110 – 2170)MHz FDD (FDD, WCDMA) ghép thành cặp uplink và downlink, băng thông là 5MHz và vạch quét là 200kHz, một nhà khai thác cần 3-4 kênh (2 x 15MHz hoặc 2 x 20MHz) có thể xây dựng mạng tốc độ cao, dung lượng cao
- (1900-1920) và (2010 – 2025) MHz TDD (TDD, TD/CDMA) không được ghép thành cặp, băng thông là 5MHz và vạch quét(raster) là 200kHz. Việc phát và thu không bị tách biệt trong tần số
- (1980-2010) và (2170-2200) MHz Satellite uplink và downlink. Tần số được thiết kế bởi UARFCN, UARFCN = 5 x (frequency in MHz)
UMTS sử dụng WCDMA như một cơ cấu vận chuyển vô tuyến. Điều chế trên đường uplink và downlink là khác nhau. Downlink sử dụng dịch khóa pha cầu phương (QPSK) cho tất cả những kênh vận chuyển. Tuy nhiên, Uplink sử dụng 2 kênh riêng biệt để thực hiện quay vòng của bộ phát ở trạng thái on và off để không gây ra nhiễu trên đường audio, những kênh đôi ( dual channel phase chifl keying) dùng để mã hóa dữ liệu người dùng tới I hoặc đầu vào In-phase tới bộ điều chế DQPSK, và điều khiển dữ liệu đã được mã hóa bằng việc sử dụng mã khác nhau tới đầu vào Q hoặc quadrature tới bộ điều chế.
- cdma2000, chuẩn 3G khác. Nó là một sự nâng cấp cdmaOne. Nó sử dụng trải phổ rộng do đó có thể phát và thu thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn, phát dữ liệu internet nhanh, video, và phát nhạc chất lượng CD. Tuy nhiên, có nhiều phần tử cdma2000 được gọi là cdma20001X, 1X-EV-DV, 1X EV-DO, và cdma2000 3X. Chúng phát dịch vụ 3G khi chiếm dữ một phổ tần nhỏ (1,25 MHz mỗi sóng mang)
Ưu điểm của công nghệ W-CDMA so với GSM:
- Tiêu chuẩn thống nhất toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến. - Có khả năng truyền tải đa phương tiện.
- Thực hiện truyền tải dịch vụ hình ảnh tốc độ thấp cho đến tốc độ cao nhất là 2Mbps.
- Tính bảo mật của cuộc thoại và mức độ hiệu quả khai thác băng tần cao hơn. - Có khả năng chuyển mạch mềm, tích hợp được với mạng NGN.
- Chất lượng thoại được nâng lên và dung lượng mạng tăng lên 4-5 lần so với GSM. - CDMA có cơ chế giúp tiết kiệm năng lượng, giúp tăng thời gian thoại của pin. - Khả năng mở rộng dung lượng của CDMA dễ dàng và chi phí thấp hơn so với GSM.
Các phương thức truyền tin song công giữa MS và BS
Phương thức TDD sử dụng cùng một kênh tần số để mang thông tin theo hai hướng tại các khe thời gian luân phiên.
Truyền song công phân chia theo tần số (FDD – Frequency Division Duplex)
Hướng xuống: Downlink – Hướng thuận: Forward channel Hướng lên: Uplink – Hướng lên: Reverse Channel
Phương thức FDD sử dụng kênh tần số ở hai băng tần khác nhau để mang thông tin theo hai hướng
4.2 Những phần tử mới trong R99
Hình 4.2: Những phần tử mới cho mạng UMTS
Cơ sở hạ tầng GPRS được dùng để phát dịch vụ SMS và WAP tới cả 2 người dùng GSM và UMTS, GPRS là cái cầu giữa 2G và 3G
Một phần của mạng GSM/GPRS vẫn được sử dụng, nhưng một số thành phần mới phải được triển khai cho UMST.s
Thiết bị user (UE): có thể hỗ trợ một hoặc nhiều chuẩn vô tuyến và chứa USIM.
Nó đồng thời là bản sao tới Node B, RNC và CN
Giống như Node B, UE xử lý tín hiệu vô tuyến. Nhiệm vụ tính toán chuyên sâu gồm sửa lỗi, trải phổ và điều chế tín hiệu tiếp tục là khuyếch đại năng lượng. Giống với RNC, MS tham gia vào báo hiệu cho việc thiết lập kết nối và giải phóng còn thêm thực hiện chuyển giao. Để thực hiện được mục đích này, nó đo cương độ môi trường nhận được từ những cell hàng xóm và phát giá trị đo được tới RNC. Việc mật mã và giải mật mã thông tin cũng xảy ra với RNC trong UE.
RNC ( Radio Network Controller) là một thiết bị mạng trong PLMN với chức năng
điều khiển một vài Node B. RNC giống như BSC và đảm đương chức năng quản lý tài nguyên trong tất cả cell gắn tới nó( cấp phát kênh, handover, điều khiển năng lượng). Một số lượng lớn giao thức giữa UE và RAN được triển khai trong RNC.
Hình 4.3: Kiến trúc phần truy nhập
Chức năng chính của RNC là quản lý kênh vô tuyến (trên Uu-, hoặc air-, interface) và kênh terrestrial ( hướng về MGW và SGSN). Chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến gồm.
- Điều khiển thừa nhận cuộc gọi: Kỹ thuật phát CDMA cung cấp một số lượng lớn kênh ở giao diện vô tuyến. RNC phải tính toán tải lưu lượng hiện tại trong mỗi cell riêng biệt. Thông tin cơ bản, CAC (Call Admission Control) xác định
mức nhiễu sau khi kênh yêu cầu đang sử dụng là chấp nhận, nếu cần thiết, loại bỏ kênh
- Quản lý tài nguyên vô tuyến. RNC quả lý tài nguyên vô tuyến trong tất cả những cell được gắn trong nó. Thêm vào đó là lập kế hoạch sử dụng kênh, công việc gồm tính toán nhiễu và mức tận dụng và điều khiển ưu tiên
- Thiết lập và giải phóng radio bearer: Radio bearer là kênh dữ liệu người dùng trong tầng truy cập trên phân lớp RLC. RNC chịu trách nhiệp thiết lập, duy trì và giải phóng bearer theo yêu cầu
- Cấp phát mã: Mã CDMA trong UMTS được quản lý bởi cây mã. RNC cấp phát một phần mã trong cây mã tới MS và có thể thay đổi cấp phát trong xuốt tiến trình kết nối
- Điều khiển năng lượng: Hoạt động hiệu quả của mạng CDMA đó là năng lượng phát của tất cả user bị điều khiển. Quy trình điều khiển nhanh thực tế được đặt trong Node B nhưng giá trị điều khiển đích được ấn định ở RNC. Dựa vào giá trị nhiễu đo được, thông tin từ các cell khác và trong một vài trường hợp thì dựa vào RNC boundaries
- Lịch trình gói: Bằng cách phát dữ liệu chuyển mạch gói, nhiều MS cùng chia sẻ tài nguyên ở giao diện vô tuyến. RNC có chức năng cấp phát dung lượng phát tới nhiều trạm riêng biệt.
- Handover: Dựa vào giá trị đo lường từ Node B và UE, RNC phát hiện cell khác tốt hơn phù hợp cho kết nối hiện tại. RNC quyết định đến handover, chịu trách nhiệm báo hiệu với cell mới và thông tin cho MS kênh mới.
- Xây dựng lại SRNS: Có thể MS sẽ di chuyển ra ngoài vùng quản lý bởi RNC. Trong trường hợp này, RNC khác phải thừa nhận điều khiển kết nối
- Viết lại mật mã: Dữ liệu tới từ mạng cố định để phát trên giao diện vô tuyến phải được viết lại mật mã trong RNC.
- Chuyển đổi giao thức: RNC phải xử lý thông tin giữa CN, RNC hàng xóm và Node B được kết nối.
- Chuyển mạch ATM: Đường thông tin giữa những Node B và RNC, giữa những RNC và giữa RNC và CN là dựa vào định tuyến ATM. RNC có thể phải chuyển mạch và kết nối tới kết nối ATM để cho phép thông tin giữa những node khác nhau.
- O & M: Tóm tắt này chứa đựng những chức năng hành chính phức tạp trong quản lý mạng. Dữ liệu có sẵn phải được phát trên giao diện được định nghĩa tới OMC (Operation and Maintenance Centre)
Node B: Tương đương với BTS. Nhiệm vụ kết nối trực tiếp giao diện vô tuyến được xử lý ở BTS. Đầu vào đến từ RNC. Node B có thể quản lý một hoặc một vài cell, Node B gồm một bộ thu CDMA để chuyển đổi tín hiệu vô tuyến thành dòng dữ liệu và sau đó hướng nó tới RNC trên giao diện Iub. Trong hướng ngược lại, bộ phát CDMA chuẩn bị dữ liệu đầu vào cho vận chuyển trên giao diện vô tuyến và định tuyến nó tới bộ khuyếch đại năng lượng.
Có 3 loại Node B tương đương với 2 chế độ UTRA: UTRA-FDD Node B, UTRA-TDD Node B và Dual-mode Node B
Hiện nay, Node B liên kết tới RNC là qua liên kết ATM. Khoảng cách lớn có thể giữa Node B và RNC và khoảng thời gian xử lý, nhiệm vụ thời gian then chốt không được chứa trong RNC: điều này bao gồm điều điều khiển năng lượng vòng lặp trong (ILPC – Inner Loop Power Control) trong mạng CDMA để tất cả người dùng cùng nhận một cường độ tín hiệu.
RNC phải có một bức tranh chính xác tình huống hiện tại có thể trong cell để đưa ra quyết đinh handover, điều khiển năng lượng và điều khiển thừa nhận cuộc gọi. Vì vậy, MS và Node B thực hiện đo chất lượng kết nối và mức nhiễu và phát kết quả tới RNC.
Trong trường hợp đặc biệt của chuyển giao mềm, tách hoặc kết hợp những chuỗi dữ liệu của nhiều sector khác nhau cũng được xử lý trong Node B
4.3 Giao diện mới trong R99
4.3.1 Giao diện Iu giữa UTRAN – CN
Iu là giao diện mở chia hệ thống thành UTRAN và CN, xử lý chuyển mạch, định tuyến và điều khiển dịch vụ. Iu có 3 trường hợp khác nhau: Iu CS là để kết nối UTRAN tới CS CN; Iu PS là để kết nối UTRAN tới PS CN; Iu Broadcast (Iu BC) được dùng để hỗ trợ dịch vụ quảng bá cell
Hình 4.4: Cấu trúc giao thức Iu CS
Lớp vật lý là giao diện với môi trường vật lý: Cáp quang, liên kết vô tuyến hoặc cáp đồng. Triển khai lớp vật lý có thể được chọn từ nhiều kỹ thuật phát chuẩn như SONET, STM1, hoặc E1
Cụm giao thức Control Plane gồm RANAP, đỉnh của giao thức SS7 băng rộng. Lớp phù hợp là:SCCP, MTP3-B và lớp thích hợp báo hiệu ATM (SAAL) cho giao diện mạng - mạng (SAAL-NNI gồm SSCF, SSCOP, AAL5). Lớp SSCF và SSCOP được thiết kế để vận chuyển báo hiệu trong mạng ATM, quản lý kết nối báo hiệu. AAL5 giúp phân đoạn dữ liệu tới những cell ATM
Cụm giao thức Transport Network Control Plane bao gồm giao thức báo hiệu để thiết lập kết nối AAL2 (Q.2630.1 và lớp thích hợp Q.2150.1), trên cùng là giao thức SS7 băng rộng
4.3.3 Giao diện Iu PS
Hình 4.5: Cấu trúc giao thức Iu PS
Cụm Control Plane gồm RANAP, và vật mang báo hiệu SS7, vật mang báo hiệu IP (gồm M3UA (có SS7), SCTP, IP, và AAL5). SCTP có chức năng vận chuyển báo hiệu trong internet.
Transport Network Control Plane không hiệu quả với Iu PS, việc đưa ra tunnel GTP chỉ cần một bộ nhận dạng tunnel và địa chỉ IP cho cả 2 hướng, và chúng được gộp vào bản tin phân định RANAP RAB. Iu CS cũng sử dụng những thành phần tin tức này để đánh địa chỉ và nhận dạng báo hiệu AAL2 được dùng cho dữ liệu user plane.
User Plane, nhiều dòng dữ liệu gói được ghép trên một hoặc một vài kết nối ảo AAL5. Phần User Plane của giao thức tunnelling GPRS là cung cấp nhiều nhận dạng cho luồng dữ liệu gói riêng. Mỗi luồng sử dụng vận chuyển không kết nối UDP và địa chỉ IP
4.3.4 Giao diện Iu BC
Giao diện này kết nối RNC với miền quảng bá của CN, có tên là trung tâm quảng bá cell. Được dùng để định nghĩa thông tin quảng bá cell được phát tới người dùng di động qua dịch vụ quảng bá cell
Service Area Broadcast Protocol (SABP) cung cấp sức chứa cho trung tâm quảng bá cell trong CN để định nghĩa, sửa đổi và xoá bản tin quảng bá cell từ RNC. SABP có những chức năng sau:
Xử lý bản tin: quảng bá bản tin mới, cải tạo những bản tin quảng bá đang tồn tại và dừng quảng bá bản tin cụ thể
Xử lý tải: Xác định tải của kênh quảng bá ở bất kỳ một điểm cụ thể trong thời gian cuối cùng
Reset: Cho phép trung tâm quảng bá cell kết thúc quảng bá trong mộ hoặc nhiều vùng dịch vụ hơn
4.3.5 Giao diện Iur giữa RNC – RNC
Hình 4.6: Nhóm giao thức của giao diện Iur. Có 2 sự chọn lựa cho vận chuyển báo hiệu RNSAP: Nhóm SS7 (SCCP và MTP3-B) và vận chuyển SCTP/IP. 2 giao thức User plane (DCH: dedicatedd channel; CCH: Common channel)
Giao diện này được thiết kế để hỗ trợ chuyển giao mềm trong inter-RNC, nhiều đặc điểm được thêm vào trong xuốt quá trình phát chuẩn, hiện tại, giao diện Iur cung cấp những chức năng riêng biệt là:
1. Hỗ trợ sự di động inter-RNC cơ sở
2. Hỗ trợ lưu lượng kênh chuyên dụng (dedicated) 3. Hỗ trợ lưu lượng kênh chung (common)
Vì lý do trên, giao thức báo hiệu Iur (RNSAP) được chia thành 4 module. Nói chung, nó chỉ có thể triển khai một trong 4 module giữa 2 RNC, tuỳ theo sự cần thiết của nhà vận hành.
Iur1: Hỗ trợ tính lưu động inter-RNC cơ sở. Chức năng này yêu cầu module cơ bản của báo hiệu RNSAP. Viên gạch đầu tiên này dành cho việc xây dựng giao