Để đáp ứng được các dịch vụ mới đồng thời đảm bảo tính kinh tế hệ thống thông tin di động thế hệ hai sẽ được chuyển đổi từng bước sang thế hệ thứ ba. Có hai giải pháp nâng cấp GSM lên thế hệ ba : một là bỏ hẳn hệ thống cũ, thay thế bằng hệ thống thông tin di động thế hệ ba; hai là nâng cấp GSM lên HSCSD (High Speed Circuit Switched Data), lên GPRS (General Packet Radio Service ) và tiếp đến là EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) nhằm tận dụng được cơ sở mạng GSM và có thời gian chuẩn bị để tiến lên hệ thống 3G (W-CDMA: Wideband Code Division Multiple Access). Giải pháp thứ hai là một giải pháp có tính khả thi và tính kinh tế cao nên đây là giải pháp được ưa chuộng ở những nước đang phát triển như nước ta.
Để đến 3G có lẽ cần phải đi qua giai đoạn 2,5G. Nói chung, 2.5 G bao gồm một hoặc tất cả các công nghệ sau: Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD), Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS), Tốc độ dữ liệu nâng cao cho sự phát triển GSM hay toàn cầu (EDGE).
---
Hình 2.10: Các giai đoạn chuyển đổi
Giai đoạn đầu của quá trình nâng cấp mạng GSM là phải đảm bảo dịch vụ số liệu tốt hơn, có thể hỗ trợ hai chế độ dịch vụ số liệu là chế độ chuyển mạch kênh (CS : Circuit Switched) và chế độ chuyển mạch gói (PS : Packet Switched). Để thực hiện kết nối vào mạng IP (Internet Protocol), ở giai đoạn này có thể sử dụng giao thức ứng dụng vô tuyến (WAP : Wireless Application Protocol). WAP chứa các tiêu chuẩn hỗ trợ truy cập Internet từ trạm di động. Hệ thống WAP phải có cổng WAP và chức năng kết nối mạng.
Trong giai đoạn tiếp theo, để tăng tốc độ số liệu có thể sử dụng công nghệ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD : High Speed Circuit Switched Data) và dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS : General Packet Radio Services).
HSCSD là phương thức đơn giản nhất để nâng cao tốc độ. Thay vì một khe thời gian, một trạm di động có thể sử dụng một số khe thời gian để kết nối dữ liệu. Trong các ứng dụng thương mại hiện nay, thông thường sử dụng tối đa 4 khe thời gian, một khe thời gian có thể sử dụng hoặc tốc độ 9,6kbps hoặc 14,4kbps. Đây là
GS M GPR S WCDM A 2002 9.6 kbps or 14.4 Kbps 115.2 kbps 2 Mbps Data speed Year EDGE 57,6 Kbps 384Kbps HSCSD
---
cách không tốn kém nhằm tăng dung lượng dữ liệu chỉ bằng cách nâng cấp phần mềm của mạng (dĩ nhiên là cả các máy tương thích HSCSD). Nhưng nhược điểm lớn nhất của nó là cách sử dụng tài nguyên vô tuyến. Bởi đây là hình thức chuyển mạch kênh, HSCSD chỉ định việc sử dụng các khe thời gian một cách liên tục, thậm chí ngay cả khi không có tín hiệu trên đường truyền.
Giải pháp tiếp theo là GPRS và dường như là giải pháp được nhiều nhà cung cấp lựa chọn. Tốc độ dữ liệu của nó có thể lên tới 115,2kbps bằng việc dùng 8 khe thời gian. Nó được quan tâm vì là hệ thống chuyển mạch gói, do đó nó không sử dụng tài nguyên vô tuyến một cách liên tục mà chỉ thực hiện khi có một cái gì đó để gửi đi. GPRS đặc biệt thích hợp với các ứng dụng phi thời gian thực như email, lướt Web. Triển khai hệ thống GPRS thì tốn kém hơn hệ thống HSCSD. Mạng này cần các thành phần mới, cũng như cần sửa đổi các thành phần hiện có nhưng nó được xem là bước đi cần thiết để tiến tới tăng dung lượng, dịch vụ. Một mạng GSM mà không có khả năng GPRS sẽ không tồn tại lâu trong tương lai.
Một ưu điểm quan trọng của GPRS nữa là thuê bao không bị tính cước như trong hệ thống chuyển mạch kênh mà cước phí được tính trên cơ sở lưu lượng dữ liệu sử dụng thay vì thời gian truy cập.
Dịch vụ GPRS tạo ra tốc độ cao chủ yếu nhờ vào sự kết hợp các khe thời gian, tuy nhiên kỹ thuật này vẫn dựa vào phương thức điều chế nguyên thuỷ GMSK nên hạn chế tốc độ truyền. Bước nâng cấp tiếp theo là thay đổi kỹ thuật điều chế kết hợp với ghép khe thời gian ta sẽ có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn, đó chính là công nghệ
EDGE.
EDGE có thể tăng tốc độ dữ liệu lên tới 384kbps với 8 khe thời gian. Thay vì 14,4kbps cho mỗi khe thời gian, EDGE đạt tới 48kbps cho một khe thời gian. ý tưởng của EDGE là sử dụng một phương pháp điều chế mới được gọi là 8PSK. EDGE là một phương thức nâng cấp hấp dẫn đối với các mạng GSM vì nó chỉ yêu cầu một phần mềm nâng cấp trạm gốc. Nó không thay thế hay nói đúng hơn cùng tồn tại với phương pháp điều chế khóa dịch tối thiểu Gaussian (GMSK), được sử dụng trong GSM, nên các thuê bao có thể tiếp tục sử dụng máy di động cũ của mình nếu không cần được cung cấp chất lượng dịch vụ tốt hơn. Xét trên khía cạnh kỹ thuật, cũng cần giữ lại GMSK cũ vì 8PSK chỉ có hiệu quả ở vùng hẹp, với vùng rộng vẫn cần
---
GMSK. Nếu EDGE được sử dụng cùng với GPRS thì sự kết hợp này được gọi là GPRS nâng cấp (EGPRS), còn sự kết hợp của EDGE và HSCSD được gọi là ECSD.
EDGE vẫn dựa vào công nghệ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói với tốc độ tối đa đạt được là 384Kbps nên sẽ khó khăn trong việc hỗ trợ các ứng dụng đòi hỏi việc chuyển mạch linh động và tốc độ truyền dữ liệu lớn hơn. Lúc này sẽ thực hiện nâng cấp EDGE lên W-CDMA và hoàn tất việc nâng cấp GSM lên 3G.
WCDMA thực sự là một dịch vụ vô tuyến băng thông rộng sử dụng băng tần 5MHz để đạt được tốc độ dữ liệu lên tới 2Mbps.
Kết luận chương 2:
Chương 2 trình bày kiến trúc mạng GSM và các kỹ thuật vô tuyến số áp dụng trong mạng GSM. Đề xuất các giải pháp nâng cấp hệ thống thông tin di động thế hệ 2 lên thế hệ ba và khái quát lộ trình nâng cấp mạng GSM lên W-CDMA.
Chương tiếp theo sẽ trình bày về các dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD, dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS và dịch vụ vô tuyến gói chung nâng cao EDGE.
CHƯƠNG 3
DỊCH VỤ HSCSD, GPRS VÀ EDGE
---o0o---
Giới thiệu chương 3:
Dịch vụ HSCSD cho phép nâng cao khả năng truyền số liệu trên mạng GSM bằng cách cấp phát nhiều khe thời gian hơn cho người sử dụng. Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS cung cấp dịch vụ dữ liệu gói bên trong mạng PLMN và giao tiếp với mạng ngoài qua cổng đấu nối trực tiếp như TCP/IP, X.25…Điều này cho phép các thuê bao di động GPRS có thể dễ dàng truy nhập vào mạng internet, intranet và truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 115,2Kbps. Trong mạng GPRS, một MS chỉ được dành tài nguyên vô tuyến khi nó có số liệu cần phát và ở thời điểm khác những người dùng có thể sử dụng chung một tài nguyên vô tuyến. Nhờ vậy mà hiệu quả sử dụng băng tần tăng lên đáng kể.
---
Chương này em sẽ trình bày các kiến trúc, cấu trúc dữ liệu HSCSD, GPRS và giải pháp nâng cấp lên GPRS cho mạng GSM. Sau đó là EDGE và các kế hoạch cần thực hiện khi áp dụng EDGE trên mạng GSM.
3.1. Công nghệ HSCSD (High Speed Circuit Switched Data: Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao)
3.1.1. Mở đầu
Trước khi xuất hiện GPRS và EDGE đã xuất hiện nhu cầu các dịch vụ tốc độ cao. Khi này GSM chỉ hỗ trợ các dịch vụ số liệu có tốc độ 9,6 Kbps, đây là tốc độ cực đại mà một khe thời gian có thể cung cấp. Do vậy để hỗ trợ tốc độ số liệu cao hơn cho GSM thì MS phải sử dụng nhiều khe thời gian. Công nghệ HSCSD áp dụng nguyên tắc này.
Công nghệ HSCSD cho phép nâng cao khả năng truyền số liệu trên mạng GSM bằng cách cấp phát nhiều khe thời gian hơn cho người sử dụng. Để thực hiện được nhiệm vụ này, tiêu chuẩn GSM đã được sửa đổi chẳng hạn như mã hoá kênh 14,4 kbps thay thế cho mã hoá kênh 9,6 kbps dùng để hỗ trợ cho truyền số liệu. Bốn kênh 14,4 kbps được kết hợp thành một kênh 57,6 kbps. Với việc sử dụng công nghệ HSCSD máy điện thọai GSM và các thiết bị di động có thể sử dụng các ứng dụng đa phương tiện, truy nhập Web và tải các trang đồ họa trong vài giây. Đối với dịch vụ trong suốt thì tốc độ tối đa là 64 kbps đạt được với 4 khe thời gian. Dữ liệu truyền trong dịch vụ chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD được hình thành dưới dạng các luồng song song để đưa vào các khe thời gian khác nhau, và chúng sẽ được kết hợp lại tại đầu cuối. Tất cả các khe thời gian sử dụng trong một kết nối HSCSD phải thuộc về cùng một sóng mang. Việc cấp phát các khe thời gian phụ thuộc vào thủ tục cấp phát khe thời gian.
Dịch vụ HSCSD có thể được triển khai dựa trên cở sở hạ tầng sẵn có của mạng GSM, chỉ cần nâng cấp phần mềm hiện có mà không lắp đặt thêm các phần tử mạng lưới. Giống như GPRS, HSCSD cho phép cấp phát tài nguyên không đối xứng ở giao diện vô tuyến. Tuy nhiên do vẫn sử dụng chuyển mạch kênh nên hiệu suất sử dụng tài nguyên vô tuyến của HSCSD không cao.
---
Hình 3.1: Các luồng số liệu kết hợp ở IWF
TE: Terminal Equipment: Thiết bị đầu cuối.
MS: Mobile Station: Trạm di động.
BTS: Base Transceiver Station: Trạm thu phát gốc.
BSC: Base Station Controller: Bộ điều khiển trạm gốc.
TRAU: Transcoder and Rate Adaptor Unit: Khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ.
Hầu hết các chức năng của dịch vụ số liệu hiện nay được đặt ở IWF (Interworking Function: chức năng liên mạng) của Tổng đài MSC và ở chức năng TAF (Terminal Adaption Function: chức năng thích ứng đầu cuối) của MS. Dịch vụ HSCSD sử dụng tính năng này, kênh tốc độ cao chứa một số kênh con ở giao diện vô tuyến, các kênh con này được kết hợp lại thành một luồng số ở IWF và TAF. Khi sử dụng điều chế 8-PSK, HSCSD có thể đạt được thông lượng cao hơn với ít khe thời gian hơn. HSCSD đã được ứng dụng trong mạng GSM nhưng sẽ không được triển khai rộng. Nếu cần chọn giữa HDCSD và tính hiệu quả của GPRS ta sẽ chọn công nghệ chuyển mạch gói.
---
Hình 3.2: Cấu trúc hệ thống HSCSD.
3.1.2.1. Chức năng thích ứng đầu cuối: TAF (Terminal Adapter Function) Function)
Chức năng này đóng vai trò tiếp nhận số liệu của thiết bị đầu cuối TE đưa tới và chia chúng vào trong các khe thời gian đã được chọn trước. Mỗi khe thời gian mang số liệu với tốc độ được chuẩn hóa 1,2Kbps; 2,4Kbps; 4,8Kbps; 9,6Kbps; 14,4Kbps.
3.1.2.2. Máy di động đầu cuối và giao diện vô tuyến
Số liệu từ bộ thích ứng đầu cuối TAF đưa tới đầu cuối di động MT (Mobile Terminal), ở đó mỗi khe thời gian được mã hóa kênh. Đầu ra sau khi mã hóa kênh là luồng số liệu tốc độ 22,8Kbps cho mỗi khe thời gian và nó được chuyển tới giao diện vô tuyến.
3.1.2.3. Trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station )
Tiếp nhận luồng số liệu từ giao diện vô tuyến. Lúc này BTS thực hiện thủ tục giải mã cho mỗi khe thời gian để thu được luồng số liệu có tốc độ phù hợp với khung TRAU (16Kbps). Sau đó, luồng số liệu được chuyển tới khối TRAU đặt tại Bộ điều khiển trạm gốc BSC.
3.1.2.4. Giao diện Abis
Các khung TRAU 16Kbps được gửi tới BSC thông qua giao diện Abis.
3.1.2.5. Khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU (Transcoderand Rate Adaptor Unit) and Rate Adaptor Unit)
---
TRAU tiếp nhận các khung số liệu TRAU 16Kbps từ giao diện Abis, và nó định