• Dịch vụ số liệu chuyển mạch kờnh tốc độ cao - HSCSD
Mạng HSCSD vẫn sử dụng chế độ chuyển mạch kờnh như mạng GSM. Song cú một số cải tiến so với mạng GSM là:
- Tăng thụng lượng dữ liệu hệ thống: mó hoỏ kờnh được cải thiện (9,6Kbps ->
14Kbps).
- Dữ liệu chuyển mạch kờnh tốc độ cao (HSCSD): + Cú thể sử dụng nhiều kờnh lưu lượng.
+ Tốc độ dữ liệu tối đa đạt được là 40 -50Kbps.
Tuy nhiờn, vỡ khụng cải thiện được đỏng kể tốc độ cũng như chất lượng trong việc truyền số liệu của người sử dụng so với mạng GSM nờn nhiều nhà khai thỏc ở nhiều quốc gia đó bỏ qua giai đoạn trung gian này.
• Dịch vụ vụ tuyến gúi chung - GPRS
GPRS là cầu nối giữa hệ thống thụng tin GSM thế hệ 2 và thế hệ 3.GPRS là một dịch vụ số liệu chuyển mạch gúi trờn cơ sở hạ tầng GSM. Cụng nghệ
MSC và
BSC Kết nối mạng (IWF)
Cổng WAP
Internet
chuyển mạch gúi được đưa ra để tối ưu việc truyền số liệu cụm và tạo điều kiện truyền tải cho một lượng dữ liệu lớn.
Về mặt lý thuyết, GPRS cú thể cung cấp tốc độ số liệu lờn đến 171Kbps ở giao diện vụ tuyến, mặc dự cỏc mạng thực tế khụng bao giờ cú thể đạt được tốc độ này (do cần phải dành một phần dung lượng cho việc hiệu chỉnh lỗi trờn đường truyền vụ tuyến). Trong thực tế, giỏ trị cực đại của tốc độ chỉ cao hơn 100Kbps một chỳt với tốc độ khả thi thường vào khoảng 40Kbps hoặc 50Kbps. Tuy nhiờn, cỏc tốc độ núi trờn cũng lớn hơn nhiều so với tốc độ cực đại ở GSM.
GPRS đảm bảo tốc độ số liệu cao hơn nhưng vẫn sử dụng giao diện vụ tuyến giống GSM (cựng kờnh tần số 200 KHz được chia thành 8 khe thời gian). Tuy nhiờn bằng GPRS, MS cú thể truy nhập đến nhiều khe thời gian hơn.
Ngoài ra, mó húa kờnh của GPRS cũng hơi khỏc với mó húa kờnh của GSM. GPRS định nghĩa một số sơ đồ mó húa kờnh khỏc nhau. Sơ đồ mó húa kờnh thường được dựng nhất cho truyền số liệu gúi là Sơ đồ mó húa (Coding Scheme) 2 (CS-2). Sơ đồ mó húa này cho phộp một khe thời gian cú thể mang số liệu ở tốc độ 13,4Kbps. Nếu một người sử dụng truy nhập đến nhiều khe thời gian thỡ cú thể đạt đến tốc độ 40,2 hay 53,6Kbps. Sơ đồ này đảm bảo hiệu chỉnh lỗi khỏ tốt ở giao diện vụ tuyến. Mặc dự CS-3 và CS-4 cung cấp thụng lượng cao hơn, nhưng chỳng nhạy cảm cao với lỗi ở giao diện vụ tuyến. Thực ra CS-4 hoàn toàn khụng đảm bảo hiệu chỉnh lỗi ở giao diện vụ tuyến. CS-3 và đặc biệt là CS- 4 đũi hỏi truyền lại nhiều hơn ở giao diện vụ tuyến, vỡ thế thụng lượng thực sự hầu như khụng tốt hơn CS-2.
Bảng sau liệt kờ cỏc sơ đồ mó húa khỏc nhau và cỏc tốc độ số liệu tương ứng đối với một khe thời gian.
Bảng 2.1 - Tốc độ bit (Kbps) sử dụng cỏc giản đồ mó húa khỏc nhau và cỏc khe thời gian
Sơ đồ mó húa Tốc độ số liệu
giao diện vụ tuyến (kbps)
Tốc độ số liệu gần đỳng của người sử dụng (kbps) CS-1 9,05 6,8 CS-2 13,4 10,4 CS-3 15,6 11,7 CS-4 21,4 16,0
Tất nhiờn ưu điểm lớn nhất của GPRS khụng chỉ đơn giản là ở chỗ nú cho phộp tốc độ số liệu cao hơn. Ưu điểm lớn nhất của GPRS là nú sử dụng cụng nghệ chuyển mạch gúi. Điều này cú nghĩa là một người sử dụng chỉ tiờu phớ tài nguyờn khi người này cần truyền hoặc nhận số liệu. Nếu một người sử dụng khụng phỏt số liệu ở một thời điểm thỡ cỏc khe thời gian ở giao diện vụ tuyến tại thời điểm này sẽ được dành cho cỏc người sử dụng khỏc.
Việc GPRS cho phộp nhiều người sử dụng cựng chia sẻ tài nguyờn vụ tuyến là một ưu điểm lớn. Điều này cú nghĩa rằng mỗi khi một người sử dụng muốn truyền số liệu thỡ MS phải yờu cầu được truy nhập đến cỏc tài nguyờn này và mạng phải cấp phỏt cỏc tài nguyờn này trước khi xảy ra truyền số liệu. Mặc dự điều này cú vẻ như nghịch lý với việc dịch vụ luụn luụn được kết nối nhưng GPRS hoạt động sao cho thủ tục yờu cầu-cấp phỏt khụng bị phỏt hiện, vỡ thế người sử dụng và dịch vụ dường như luụn luụn được kết nối.
Vỡ lỳc đầu GSM được thiết kế cho lưu lượng chuyển mạch kờnh, nờn việc đưa dịch vụ chuyển mạch gúi vào đũi hỏi phải bổ sung thờm thiết bị cho mạng (hỡnh 2.5). Mạng GPRS kết nối với cỏc mạng số liệu cụng cộng như IP và mạng X.25. Nỳt hỗ trợ GPRS phục vụ (SGSN) và nỳt hỗ trợ GPRS cổng (GGSN) thực hiện nhận và truyền cỏc gúi số liệu giữa cỏc MS và cỏc thiết bị đầu cuối số liệu cố định của mạng số liệu cụng cộng (PDN). Nỳt GGSN cũn cho phộp truyền nhận cỏc gúi số liệu đến cỏc MS ở cỏc mạng thụng tin di động GSM khỏc.
Hỡnh 2.5 - Cấu trỳc hệ thống GPRS
Giao diện vụ tuyến của GPRS sử dụng cỏc tớnh năng cơ bản của giao diện vụ tuyến GSM. Như vậy, cả dịch vụ chuyển mạch kờnh và chuyển mạch gúi đều cú thể sử dụng cựng súng mang. Tuy nhiờn, mạng đường trục của GPRS được thiết kế sao cho nú khụng phụ thuộc vào giao diện vụ tuyến.
• Cải thiện tốc độ số liệu cho phỏt triển GSM - EDGE
Cụng nghệ EDGE là một bước cải tiến của chuẩn GSM, TDMA-136 để đạt đến tốc độ truyền dữ liệu theo yờu cầu di động vụ tuyến thế hệ 3, nhưng vẫn giữ nguyờn cấu trỳc của mạng cũ bằng cỏch thay đổi kỹ thuật điều chế vụ tuyến kết hợp với dịch vụ chuyển mạch gúi vụ tuyến chung.
Giao diện EDGE tận dụng tốc độ bit cao hơn tốc độ trờn hệ thống di động hiện thời. Để tăng tốc độ bit trờn giao diện vụ tuyến, một phương thức điều chế mới được đưa ra. 8-PSK là phương thức được lựa chọn vỡ nú cung cấp tốc độ dữ liệu cao, hiệu quả phổ cao và độ phức tạp lắp đặt vừa phải. Tốc độ từ mó được giữ ở mức 271Kbps dẫn đến tốc độ bit tăng từ 22.8Kbps lờn 69.2Kbps trờn một khe thời gian.
Quản lý mạng (NMS) ISDN PSDN PSPDN X25 CSPDN MS BSC GMSC BSS NSS MSC/VLR A BTS TRAU HLR/AuC/EIR V A S I N Um Gb
Thay đổi HW& SW cho GPRS
Mạng lưới gúi GPRS
SGSN GGSN Mạng dữ liệu khỏc
Mục đớch là tỏi sử dụng cỏc dạng dịch vụ dữ liệu GSM thụng thường. Bằng việc tỏi sử dụng cấu trỳc của GPRS, dịch vụ chuyển mạch gúi được cung cấp với giao diện vụ tuyến trong đú tốc độ bớt biến đổi từ 11.2 đến 69.2Kbps trờn một khe thời gian. Cỏc dịch vụ chuyển mạch thụng thường được hỗ trợ với tốc độ trờn giao diện vụ tuyến đạt đến 28.8Kbps. Đối với tất cả cỏc dịch vụ, sử dụng đa kờnh thời gian được hỗ trợ để thu được 8 lần tốc độ bit cung cấp bởi 1 khe thời gian đơn, tạo nờn tốc độ đỉnh đối với chuyển mạch gúi là 554Kbps.
Nhận thấy hạ tầng GSM được sử dụng hiệu quả, chỉ cú giao diện A-bis cần cú sự thay đổi chỳt ớt. Một điểm quan trọng là sự phủ súng và kế hoạch tần số khụng cần thiết cú thay đổi khi cú hiện diện của EDGE. Thờm nữa, vỡ cỏc kờnh vật lý EDGE cú thể được sử dụng cho cả cỏc dịch vụ GSM chuẩn, khụng cần cú sự phõn chia cố định cỏc kờnh giữa cỏc dịch vụ.
Trờn đõy là giới thiệu tổng quan về EDGE. Cỏc mụ phỏng cũng đó chứng tỏ rằng EDGE cú thể chia sẻ phổ với GSM/GPRS với chất lượng tốt cho cả hai loại thuờ bao. Chất lượng dựa trờn điều khiển cụng suất cú thể cải thiện hơn nữa chất lượng của thuờ bao.
Bất lợi của EDGE ở chỗ tỉ lệ mó hoỏ tăng lờn làm tăng nhiều độ phức tạp khi sử dụng mạch trung hoà tối ưu. Tỉ lệ bit tăng lờn so với GSM/GPRS chuẩn cũng giảm độ thụ đối với tớnh rời rạc thời gian và vận tốc di chuyển của thuờ bao di động.
Giản đồ điều chế mới 8-PSK đối lập với giản đồ GMSK, khụng cú đường biờn bao khụng đổi, yờu cầu phải cú độ tuyến tớnh của khuếch đại cụng suất. Đặc biệt đối với cỏc thiết bị cú cụng suất ra lớn, khú chế tạo cỏc mỏy thu phỏt giỏ rẻ với điều kiện sử dụng trọn vẹn phổ GSM. Như vậy, để thiết kế cỏc mỏy thu phỏt sử dụng cho trạm macro cell, cần thử thỏch đưa ra 8-PSK.
EDGE cũng cú thể xem xột như một giải phỏp kỹ thuật cho cỏc nhà khai thỏc khụng sở hữu bất kỳ một giấy phộp nào về UMTS.
2.3.1.4 Hệ thống thụng tin di động 3G - UMTS
UMTS là hệ thống viễn thụng di động toàn cầu của chõu Âu dựa trờn cụng nghệ WCDMA. Mục đớch của UMTS là cung cấp cho người sử dụng thụng tin cỏ nhõn truy cập vào dải băng rộng để sử dụng cỏc dịch vụ mới. UMTS cung cấp thụng tin cỏ nhõn di động multimedia định hướng. Đồng thời UMTS cung cấp dịch vụ roaming toàn cầu. UMTS được thương mại húa ở Nhật và ở chõu Âu. ở Nhật, mấu chốt của UMTS là mang lại dung lượng cho thoại. ở chõu Âu, mấu chốt là tăng yờu cầu của cỏc dịch vụ multimedia và khả năng sử dụng cỏc ứng dụng dữ liệu tốc độ cao.
UMTS kết hợp cỏc cụng nghệ mới với hệ thống và cỏc dịch vụ của GSM hiện tại. ERC đó qui định phổ mới trờn băng tần số 2GHz đối với mặt đất.
Phổ này bao gồm:
- Băng tần kộp (1929-1980 MHz + 2110-2170 MHz). - Băng tần đơn (1910-1920 MHz + 2010-2025 MHz).
Dải phổ trờn đó được lựa chọn ở cả Chõu Âu và Nhật Bản. Cũn ở Bắc Mỹ thỡ rất tiếc nú đó được sử dụng cho cỏc hệ thống PCS.
Cú hai chế độ được định nghĩa là FDD và TDD. Cả hai chế độ đều là CDMA băng rộng (W-CDMA) với độ rộng kờnh vụ tuyến là 5 MHz và đó được phỏt triển nhằm sử dụng tối đa hiệu quả và lợi ớch của CDMA.
TD/CDMA được sử dụng trờn băng tần đơn. Lợi ớch của TD/CDMA là khả năng quản lý lưu lượng khụng song cụng (lưu lượng giữa đường lờn và đường xuống khỏc nhau). Bởi TD/CDMA cú đường lờn và đường xuống ở trờn cựng một băng tần chỉ phõn cỏch về mặt thời gian, nờn đối với việc truyền số liệu khụng cõn bằng giữa đường lờn và đường xuống, hiệu quả phổ của TD/CDMA sẽ cao hơn so với WCDMA (ấn định hai băng tần riờng cho đường lờn và đường
xuống). Lấy Internet là một vớ dụ điển hỡnh, rất nhiều thụng tin được tải xuống từ cỏc trang WEB mà rất ớt thụng tin được gửi đi.
Tổng quỏt, từ 2,5G (GPRS/EDGE) phỏt triển lờn UMTS:
Thực hiện
Mới
Giao diện vụ tuyến WCDMA (UE, Node B) Giao diện mạng truy nhập vụ tuyến RAN (Iub (Node B-RNC) và Iur (RNC-RNC))
Giao diện mạng lừi: Iu (MSC-RNC và SGSN-RNC)
Điều chỉnh MSC và SGSN cho giao diện Iu
Giữ nguyờn Mạng lừi chuyển mạch kờnh (HLR-AuC)
Mạng lừi chuyển mạch gúi (GGSN)
3GPP đó xỏc định con đường phỏt triển của GSM lờn UMTS (WCDMA): Mạng lừi phỏt triển từ GSM-only nhằm hỗ trợ cả GSM, GPRS và cỏc thiết bị WCDMA mới.
- 3GPP Release 99: thờm phần vụ tuyến 3G.
- 3GPP Release 4: thờm chuyển mạch mềm/ cỏc gatewway thoại và lừi chuyển mạch gúi.
- 3GPP Release 5: cung cấp cỏc dịch vụ multimedia IP (IMS) w/ SIP và QoS.
- 3GPP Release 6: mạng “All IP”, đang được chuẩn húa. • Release 99
• Về giao diện vụ tuyến:
- Phần mạng truy nhập vụ tuyến mới UTRAN (WCDMA) được thờm cỏc thành phần RNC và BS.
- Việc cú nõng cấp giao diện vụ tuyến hiện cú của GSM lờn EDGE (E- RAN) hay khụng là tuỳ chọn của nhà khai thỏc.
MSC/VLR nõng cấp cú thể xử lý được cho phần vụ tuyến băng rộng. Để cỏc dịch vụ IN cú thể được cung cấp cho cỏc mạng tạm trỳ của thuờ
bao cần triển khai CAMEL.
Kết nối truyền dẫn trong mạng truy nhập vụ tuyến WCDMA dựng ATM nhằm hỗ trợ cỏc loại hỡnh dịch vụ khỏc nhau: cỏc dịch vụ tốc độ khụng đổi cho chuyển mạch kờnh và cỏc dịch vụ cú tốc độ thay đổi đối với chuyển mạch gúi.
Cỏc nỳt mạng lừi được chuyển đổi:
- Phần CS phải quản lý cả thuờ bao 2G và 3G, đũi hỏi thay đổi trong MSC/VLR và HLR/AuC/EIR.
- Phần PS được nõng cấp từ GPRS, thay đổi ở SGSN là lớn nhất.
• Mạng cung cấp cỏc loại dịch vụ 3G và dịch vụ giống với mạng 2,5G, hầu hết cỏc dịch vụ được chuyển sang dạng gúi khi cú nhu cầu. Vớ dụ WAP sẽ chuyển sang dựng chuyển mạch gúi. Dịch vụ dựa trờn vị trớ giỳp truyền dữ liệu gúihiệu quả hơn.
• Ưu điểm:
- Tận dụng tối đa hạ tầng GSM/GPRS hiện cú: + Cú thể triển khai nhanh chúng.
+ Chỉ tiờu của cỏc phần tử mạng rất ổn định.
- Cung cấp cả dịch vụ 2G và 3G, dịch vụ chuyển mạch kờnh và gúi.
- Bảo đảm an toàn đầu tư:
+ Thiết bị nõng cấp dần dần tới mạng lừi 3G. • Nhược điểm:
Phức tạp do cú cả hai thành phần CS và PS.
Việc quản lý hệ thống sẽ phức tạp.
- Khắc phục: Bước phỏt triển tiếp theo sau 3GPP R99 chỉ ra cỏc xu hướng chung. Đú là tỏch phần kết nối cuộc gọi, phần điều khiển và phần dịch vụ, đồng thời chuyển đổi mạng theo hướng hoàn toàn trờn cơ sở IP.
• Release 4
Điểm khỏc biệt chớnh của Release 4 so với Release 99 là mạng lừi phõn bố: MSC được chia thành MSC server và MGW. 3GPP Release 4 tỏch phần kết nối, điều khiển và dịch vụ cho miền chuyển mạch kờnh mạng lừi.
MSC server cú chức năng quản lý di động và điều khiển cuộc gọi, khụng chứa ma trận chuyển mạch, phần tử điều khiển MGW. Cũn Media Gateway (MGW) là phần tử chịu trỏch nhiệm duy trỡ cỏc kết nối và thực hiện chức năng chuyển mạch khi cần.
Thoại chuyển mạch gúi (VoIP): cuộc gúi chuyển mạch kờnh được chuyển sang chuyển mạch gúi trong MGW.
• Ưu điểm: khắc phục được một số nhược điểm của R99:
- Tỏch riờng phần kết nối cuộc gọi, phần điều khiển và phần dịch vụ cho phần mạng lừi chuyển mạch kờnh.
- Toàn bộ lưu lượng đi qua MGW, được quản lý bằng một MSC Server tỏch rời (nõng cấp từ MSC/VLR).
- Phần CN CS cú thể được tự do mở rộng khi dựng nhiều MGW.
- Cho phộp truyền tải lưu lượng hiệu quả hơn nhờ chuyển mạch gúi. Một cuộc gọi GSM truyền thống sẽ được thay bằng VoIP qua MGW. Phõn hệ đa phương tiện IP (IMS) được thờm vào đỏp ứng cỏc dịch vụ đa phương tiện trờn IP và VoIP.
• Nhược điểm:
- Vai trũ của CAMEL sẽ thay đổi, phải lập kết nối với phần PS và sẽ trở thành yếu tố đấu nối giữa hạ tầng dịch vụ và mạng.
• Release 5
Đặc điểm của Release 5 là thờm miền IP đa phương tiện trong mạng lừi (IM), hỗ trợ dữ liệu và thoại qua IP, trong đú bổ sung một số phần tử mới:
- CSCF: quản lý việc thiết lập duy trỡ và giải phúng cỏc phiờn truyền đa phương tiện với người sử dụng.
- MRF: hỗ trợ cỏc chức năng như cuộc gọi nhiều bờn, cuộc gọi hội nghị. Ngoài ra, SGSN và GGSN được cải tiến so với R4 là cú hỗ trợ thoại. MGW vẫn cú chức năng tương tự như R4 và MGW do MGCF điều khiển.
• Ưu điểm:
- Tồn tại duy nhất phần chuyển mạch gúi PS.
- Sử dụng hiệu quả và dễ dàng quản lý toàn bộ lưu lượng trờn mạng 3G vỡ đều là IP.
- Cụng nghệ truy nhập vụ tuyến sẽ giảm tầm quan trọng đi. Trong tương lai, cỏc mạng lừi 3G sẽ cú nhiều cụng nghệ truy nhập vụ tuyến khỏc