Để đỏp ứng được cỏc dịch vụ mới về truyền thụng đa phương tiện trờn phạm vi toàn cầu đồng thời đảm bảo tớnh kinh tế, hệ thống GSM sẽ được nõng cấp từng bước lờn thế hệ ba. Thụng tin di động thế hệ ba cú khả năng cung
cấp dịch vụ truyền thụng multimedia băng rộng trờn phạm vi toàn cầu với tốc độ cao đồng thời cho phộp người dựng sử dụng nhiều loại dịch vụ đa dạng. Việc nõng cấp GSM lờn 3G được thực hiện theo cỏc tiờu chớ sau:
- Là mạng băng rộng và cú khả năng truyền thụng đa phương tiện trờn phạm vi toàn cầu. Cho phộp hợp nhất nhiều chủng loại hệ thống tương thớch trờn toàn cầu.
- Cú khả năng cung cấp độ rộng băng thụng theo yờu cầu nhằm hỗ trợ một dải rộng cỏc dịch vụ từ bản tin nhắn tốc độ thấp thụng qua thoại đến tốc độ dữ liệu cao khi truyền video hoặc truyền file. Đảm bảo cỏc kết nối chuyển mạch cho thoại, cỏc dịch vụ video và khả năng chuyển mạch gúi cho dịch vụ số liệu. Ngoài ra nú cũn hỗ trợ đường truyền vụ tuyến khụng đối xứng để tăng hiệu suất sử dụng mạng (chẳng hạn như tốc độ bit cao ở đường xuống và tốc độ bit thấp ở đường lờn).
- Khả năng thớch nghi tối đa với cỏc loại mạng khỏc nhau để đảm bảo cỏc dịch vụ mới như đỏnh số cỏ nhõn toàn cầu và điện thoại vệ tinh. Cỏc tớnh năng này sẽ cho phộp mở rộng đỏng kể vựng phủ súng của cỏc hệ thống di động.
- Tương thớch với cỏc hệ thống thụng tin di động hiện cú để bảo đảm sự phỏt triển liờn tục của thụng tin di động. Tương thớch với cỏc dịch vụ trong nội bộ IMT-2000 và với cỏc mạng viễn thụng cố định như PSTN/ISDN. Cú cấu trỳc mở cho phộp đưa vào dễ dàng cỏc tiến bộ cụng nghệ, cỏc ứng dụng khỏc nhau cũng như khả năng cựng tồn tại và làm việc với cỏc hệ thống cũ.
2.4.2 Cỏc giải phỏp nõng cấp
Cú hai giải phỏp nõng cấp GSM lờn thế hệ ba : một là bỏ hẳn hệ thống cũ, thay thế bằng hệ thống thụng tin di động thế hệ ba; hai là nõng cấp GSM lờn GPRS và tiếp đến là EDGE nhằm tận dụng được cơ sở mạng GSM và cú thời gian chuẩn bị để tiến lờn hệ thống 3G W-CDMA. Giải phỏp thứ hai là một giải phỏp cú tớnh khả thi và tớnh kinh tế cao nờn đõy là giải phỏp được ưa
chuộng ở những nước đang phỏt triển như nước ta.
Hỡnh 2.6. Cỏc giải phỏp nõng cấp hệ thống 2G lờn
Giai đoạn đầu của quỏ trỡnh nõng cấp mạng GSM là phải đảm bảo dịch vụ số liệu tốt hơn, cú thể hỗ trợ hai chế độ dịch vụ số liệu là chế độ chuyển mạch kờnh (CS: Circuit Switched) và chế độ chuyển mạch gúi (PS: Packet Switched). Để thực hiện kết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này cú thể sử dụng giao thức ứng dụng vụ tuyến (WAP: Wireless Application Protocol). WAP chứa cỏc tiờu chuẩn hỗ trợ truy cập internet từ trạm di động. Hệ thống WAP phải cú cổng WAP và chức năng kết nối mạng.
Hỡnh 2.7. Quỏ trỡnh nõng cấp GSM lờn W-CDMA
nghệ số liệu chuyển mạch kờnh tốc độ cao (HSCSD: High Speed Circuit Switched Data) và dịch vụ vụ tuyến gúi chung (GPRS: General Packet Radio Protocol Services). GPRS sẽ hỗ trợ WAP cú tốc độ thu và phỏt số liệu lờn đến 171.2Kbps. Một ưu điểm quan trọng của GPRS nữa là thuờ bao khụng bị tớnh cước như trong hệ thống chuyển mạch kờnh mà cước phớ được tớnh trờn cơ sở lưu lượng dữ liệu sử dụng thay vỡ thời gian truy cập.
Dịch vụ GPRS tạo ra tốc độ cao chủ yếu nhờ vào sự kết hợp cỏc khe thời gian, tuy nhiờn kỹ thuật này vẫn dựa vào phương thức điều chế nguyờn thuỷ GMSK nờn hạn chế tốc độ truyền. Bước nõng cấp tiếp theo là thay đổi kỹ thuật điều chế kết hợp với ghộp khe thời gian ta sẽ cú tốc độ truyền dữ liệu cao hơn, đú chớnh là cụng nghệ EDGE.
EDGE vẫn dựa vào cụng nghệ chuyển mạch kờnh và chuyển mạch gúi với tốc độ tối đa đạt được là 384Kbps nờn sẽ khú khăn trong việc hỗ trợ cỏc ứng dụng đũi hỏi việc chuyển mạch linh động và tốc độ truyền dữ liệu lớn hơn. Lỳc này sẽ thực hiện nõng cấp EDGE lờn W-CDMA và hoàn tất việc nõng cấp mạng GSM lờn 3G.
2.5. Kết luận chương
Cụng nghệ điện thoại di động phổ biến nhất thế giới GSM đang gặp nhiều cản trở và sẽ sớm được phỏt triển bằng những cụng nghệ tiờn tiến hơn, hỗ trợ tối đa cỏc dịch vụ như Internet, truyền hỡnh...
Với cụng nghệ 3G, cỏc nhà khai thỏc mạng cú thể cung cấp nhiều dịch vụ số liệu cho cỏc khỏch hàng của mỡnh, cỏc dịch vụ hấp dẫn này làm cho cuộc sống của họ dễ dàng hơn. Nhờ đú, cỏc nhà khai thỏc mạng cú thể tăng doanh thu trung bỡnh trờn một thuờ bao. Ngoài ra, 3G cũn tạo khả năng cho cỏc nhà khai thỏc cung cấp cỏc dịch vụ đặc biệt dành riờng cho cỏc thuờ bao của mỡnh để cú được sự trung thành của khỏch hàng .
Chương 3. Cụng nghệ di động thế hệ thứ ba W-CDMA. Trải phổ và đa truy nhập trong
W-CDMA
3.1 Cụng nghệ W-CDMA
Cụng nghệ EDGE là một bước cải tiến của chuẩn GPRS để đạt tốc độ truyền dữ liệu theo yờu cầu của thụng tin di động thế hệ ba. Tuy nhiờn EDGE vẫn dựa trờn cấu trỳc mạng GSM, chỉ thay đổi kỹ thuật điều chế vụ tuyến kết hợp với dịch vụ chuyển mạch vụ tuyến gúi chung (GPRS) nờn tốc độ vẫn cũn hạn chế. Điều này gõy khú khăn cho việc ứng dụng cỏc dịch vụ truyền thụng đa phương tiện đũi hỏi việc chuyển mạch linh động và tốc độ truyền dữ liệu lớn hơn. Để giải quyết vấn đề này, giải phỏp đưa ra là nõng cấp EDGE lờn chuẩn di động thế hệ ba W-CDMA.
W-CDMA (Wideband CDMA) là cụng nghệ thụng tin di động thế hệ ba (3G) giỳp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cỏch dựng kỹ thuật CDMA hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA. Trong cỏc cụng nghệ thụng tin di động thế hệ ba thỡ W-CDMA nhận được sự ủng hộ lớn nhất nhờ vào tớnh linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ cỏc kiểu dịch vụ khỏc nhau đặc biệt là dịch vụ tốc độ bit thấp và trung bỡnh.
W-CDMA cú cỏc tớnh năng cơ sở sau :
- Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5MHz.
- Lớp vật lý mềm dẻo để tớch hợp được tất cả thụng tin trờn một súng mang.
- Hệ số tỏi sử dụng tần số bằng 1.
- Hỗ trợ phõn tập phỏt và cỏc cấu trỳc thu tiờn tiến.
Nhược điểm chớnh của W-CDMA là hệ thống khụng cấp phộp trong băng TDD phỏt liờn tục cũng như khụng tạo điều kiện cho cỏc kỹ thuật chống nhiễu ở cỏc mụi trường làm việc khỏc nhau.
Hệ thống thụng tin di động thế hệ ba W-CDMA cú thể cung cấp cỏc dịch vụ với tốc độ bit lờn đến 2MBit/s. Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn đối xứng và khụng đối xứng, thụng tin điểm đến điểm và thụng tin đa điểm. Với khả năng đú, cỏc hệ thống thụng tin di động thế hệ ba cú thể cung cấp dể dàng cỏc dịch vụ mới như: điện thoại thấy hỡnh, tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nú cũn cung cấp cỏc dịch vụ đa phương tiện khỏc.
Hỡnh 3.1. Cỏc dịch vui đa phương tiện trong hệ thống thụng tin di động thứ ba
Cỏc nhà khai thỏc cú thể cung cấp rất nhiều dịch vụ đối với khỏch hàng, từ cỏc dịch vụ điện thoại khỏc nhau với nhiều dịch vụ bổ sung cũng như cỏc dịch vụ khụng liờn quan đến cuộc gọi như thư điện tử, FPT…
3.2. Cấu trỳc mạng W-CDMA
Hệ thống W-CDMA được xõy dựng trờn cơ sở mạng GPRS. Về mặt chức năng cú thể chia cấu trỳc mạng W-CDMA ra làm hai phần: mạng lừi (CN) và mạng truy nhập vụ tuyến (UTRAN), trong đú mạng lừi sử dụng toàn bộ cấu trỳc phần cứng của mạng GPRS cũn mạng truy nhập vụ tuyến là phần nõng cấp của W-CDMA. Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống, trong W-CDMA cũn cú thiết bị người sử dụng (UE) thực hiện giao diện người sử dụng với hệ thống. Từ quan điểm chuẩn húa, cả UE và UTRAN đều bao gồm những giao thức mới được thiết kế dựa trờn cụng nghệ vụ tuyến W-CDMA, trỏi lại mạng lừi
được định nghĩa hoàn toàn dựa trờn GSM. Điều này cho phộp hệ thống W- CDMA phỏt triển mang tớnh toàn cầu trờn cơ sở cụng nghệ GSM.
UE (User Equipment)
Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ thống. UE gồm hai phần:
- Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment): Là đầu cuối vụ tuyến được sử dụng cho thụng tin vụ tuyến trờn giao diện Uu.
- Module nhận dạng thuờ bao UMTS (USIM): Là một thẻ thụng minh chứa thụng tin nhận dạng của thuờ bao, nú thực hiện cỏc thuật toỏn nhận thực, lưu giữ cỏc khúa nhận thực và một số thụng tin thuờ bao cần thiết cho đầu cuối.
UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)
Mạng truy nhập vụ tuyến cú nhiệm vụ thực hiện cỏc chức năng liờn quan đến truy nhập vụ tuyến. UTRAN gồm hai phần tử :
- Nỳt B : Thực hiện chuyển đổi dũng số liệu giữa cỏc giao diện Iub và
PLMN,PST NISDN Internet Cỏc mạng ngoài MSC/ VLR GMSC GGSN SGSN HLR CN RNC Node B Node B RNC Node B Node B IUb IUr UTRAN IU USIM USIM CU UE UU
Uu. Nú cũng tham gia quản lý tài nguyờn vụ tuyến.
- Bộ điều khiển mạng vụ tuyến RNC: Cú chức năng sở hữu và điều khiển cỏc tài nguyờn vụ tuyến ở trong vựng (cỏc nỳt B được kết nối với nú). RNC cũn là điểm truy cập tất cả cỏc dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lừi CN.
CN (Core Network)
- HLR (Home Location Register): Là thanh ghi định vị thường trỳ lưu giữ thụng tin chớnh về lý lịch dịch vụ của người sử dụng. Cỏc thụng tin này bao gồm : Thụng tin về cỏc dịch vụ được phộp, cỏc vựng khụng được chuyển mạng và cỏc thụng tin về dịch vụ bổ sung như: trạng thỏi chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi.
- MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register): Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp cỏc dịch vụ chuyển mạch kờnh cho UE tại vị trớ của nú. MSC cú chức năng sử dụng cỏc giao dịch chuyển mạch kờnh. VLR cú chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người sử dụng cũng như vị trớ chớnh xỏc của UE trong hệ thống đang phục vụ.
- GMSC (Gateway MSC): Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài.
- SGSN (Serving GPRS): Cú chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho cỏc dịch vụ chuyển mạch gúi (PS).
- GGSN (Gateway GPRS Support Node): Cú chức năng như GMSC nhưng chỉ phục vụ cho cỏc dịch vụ chuyển mạch gúi.
Cỏc mạng ngoài
- Mạng CS: Mạng kết nối cho cỏc dịch vụ chuyển mạch kờnh. - Mạng PS: Mạng kết nối cho cỏc dịch vụ chuyển mạch gúi.
Cỏc giao diện vụ tuyến
- Giao diện CU: Là giao diện giữa thẻ thụng minh USIM và ME. Giao
diện này tuõn theo một khuụn dạng chuẩn cho cỏc thẻ thụng minh.
định của hệ thống và vỡ thế mà nú là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS.
- Giao diện IU: Giao diện này nối UTRAN với CN, nú cung cấp cho cỏc
nhà khai thỏc khả năng trang bị UTRAN và CN từ cỏc nhà sản xuất khỏc nhau.
- Giao diện IUr: Cho phộp chuyển giao mềm giữa cỏc RNC từ cỏc nhà
sản xuất khỏc nhau.
- Giao diện IUb: Giao diện cho phộp kết nối một nỳt B với một RNC. IUb
được tiờu chuẩn húa như là một giao diện mở hoàn toàn.
3.2.1. Giao diện vụ tuyến
Cấu trỳc UMTS khụng định nghĩa chi tiết chức năng bờn trong của phần tử mạng mà chỉ định nghĩa giao diện giữa cỏc phần tử logic. Cấu trỳc giao diện được xõy dựng trờn nguyờn tắc là cỏc lớp và cỏc phần cao độc lập logic với nhau, điều này cho phộp thay đổi một phần của cấu trỳc giao thức trong khi vẫn giữ nguyờn cỏc phần cũn lại.
Giao thức ứng dụng
Mạng
bỏo hiệu bỏo hiệuMạng số liệuMạng
ALCAP Luồng số liệu Phớa điều khiển mạng truyền tải Phớa người sử dụng mạng truyền tải Phớa người sử dụng mạng truyền tải Lớp vật lý Lớp mạng vụ tuyến Lớp mạng truyền tải
3.2.1.1. Giao diện UTRAN – CN, IU
Giao diện IU là một giao diện mở cú chức năng kết nối UTRAN với
CN. Iu cú hai kiểu: Iu CS để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch kờnh và Iu PS để kết nối UTRAN với chuyển mạch gúi.
• Cấu trỳc IU CS
IU CS sử dụng phương thức truyền tải ATM trờn lớp vật lý là kết nối vụ
tuyến, cỏp quang hay cỏp đồng. Cú thể lựa chọn cỏc cụng nghệ truyền dẫn khỏc nhau như SONET, STM-1 hay E1 để thực hiện lớp vật lý.
- Ngăn xếp giao thức phớa điều khiển : Gồm RANAP trờn đỉnh giao diện SS7 băng rộng và cỏc lớp ứng dụng là phần điều khiển kết nối bỏo hiệu SCCP, phần truyền bản tin MTP3-b, và lớp thớch ứng bỏo hiệu ATM cho cỏc giao diện mạng SAAL-NNI.
- Ngăn xếp giao thức phớa điều khiển mạng truyền tải : Gồm cỏc giao thức bỏo hiệu để thiết lập kết nối AAL2 (Q.2630) và lớp thớch ứng Q.2150 ở đỉnh cỏc giao thức SS7 băng rộng.
- Ngăn xếp giao thức phớa người sử dụng : Gồm một kết nối AAL2 được dành trước cho từng dịch vụ CS.
• Cấu trỳc IU PS
Phương thức truyền tải ATM được ỏp dụng cho cả phớa điều khiển và phớa người sử dụng.
- Ngăn xếp giao thức phớa điều khiển IU PS: Chứa RANAP và vật mang
bỏo hiệu SS7. Ngoài ra cũng cú thể định nghĩa vật mang bỏo hiệu IP ở ngăn xếp này. Vật mang bỏo hiệu trờn cơ sở IP bao gồm: M3UA (SS7 MTP3 User Adaption Layer), SCTP (Simple Control Transmission Protocol), IP (Internet Protocol) và ALL5 chung cho cả hai tuỳ chọn.
- Ngăn xếp giao thức phớa điều khiển mạng truyền tải IU PS: Phớa điều
mạng truyền tải khụng ỏp dụng cho IU PS. Cỏc phần tử thụng tin sử dụng để đỏnh địa chỉ và nhận dạng bỏo hiệu AAL2 giống như cỏc phần tử thụng tin được sử dụng trong CS.
- Ngăn xếp giao thức phớa người sử dụng Iu PS: Luồng số liệu gúi được ghộp chung lờn một hay nhiều AAL5 PVC (Permanent Virtual Connection). Phần người sử dụng GTP-U là lớp ghộp kờnh để cung cấp cỏc nhận dạng cho từng luồng số liệu gúi. Cỏc luồng số liệu sử dụng truyền tải khụng theo nối thụng và đỏnh địa chỉ IP.
3.2.1.2. Giao diện RNC – RNC, IUr
IUr là giao diện vụ tuyến giữa cỏc bộ điều khiển mạng vụ tuyến. Lỳc
đầu giao diện này được thiết kế để hỗ trợ chuyển giao mềm giữa cỏc RNC, trong quỏ trỡnh phỏt triển tiờu chuẩn nhiều tớnh năng đó được bổ sung và đến
nay giao diện IUr phải đảm bảo 4 chức năng sau:
- Hỗ trợ tớnh di động cơ sở giữa cỏc RNC. - Hỗ trợ kờnh lưu lượng riờng.
- Hừ trợ kờnh lưu lượng chung.
- Hỗ trợ quản lý tài nguyờn vụ tuyến toàn cầu.
3.2.1.3 Giao diện RNC – Node B, IUb
Giao thức IUb định nghĩa cấu trỳc khung và cỏc thủ tục điều khiển trong
băng cho cỏc từng kiểu kờnh truyền tải. Cỏc chức năng chớnh của IUb :
- Chức năng thiết lập, bổ sung, giải phúng và tỏi thiết lập một kết nối vụ tuyến đầu tiờn của một UE và chọn điểm kết cuối lưu lượng.
- Khởi tạo và bỏo cỏo cỏc đặc thự ụ, node B, kết nối vụ tuyến.