Mục đích UMTS là cung cấp cho ngời sử dụng thông tin cá nhân truy cập vào dải băng rộng để sử dụng các dịch vụ mới. UMTS cung cấp các thông tin cá nhân di động multimedia định hớng. Đồng thời UMTS cung cấp dịch vụ Roaming toàn cầu.
UMTS sẽ kết hợp công nghệ mới với hệ thống và các dịch vụ của GSM hiện tại. ERC đã quy định phổ mới trên băng tần số 2 Ghz đối với mặt đất.
Phổ này gồm :
•Băng tần liên kết kiểu chia kép theo tần số.
•Băng tần không liên kết kiểu chia kép theo thời gian.
Cả hai kiểu chia lấy ý đồ của W-CDMA làm cơ sở, thao tác trên kênh vô tuyến có bề rộng băng tần 5 Mhz, đợc phát triển để tận dụng để triệt để lợi thế của CDMA.
Hiện tại cha
quyết định đợc
nào, nhng khả năng là sẽ dựa trên mạng lõi GSM. Hình vẽ sau đây sẽ trình bày các mắt mạng UMTS dựa trên sự phát triển tiến hoá của GPRS:
Ba phơng án triển khai cho quá trình triển khai lên UMTS:
2.2.5.1. Phơng án 1: 3GPP R99:
3G đa ra phơng pháp truy nhập vô tuyến mới WCDMA. WCDMA và những biến thể của nó mang tính toàn cầu, do đó tất cả mạng 3G có thể chấp nhận việc truy nhập bởi thuê bao ở mạng 3G bất kỳ. Ngoài tính toàn cầu, WCDMA đã đợc nghiên cứu rất kỹ trong phòng thí nghiệm và đã chứng tỏ đợc hiệu quả sử dụng phổ tốt hơn (trong các điều kiện xác định) và phù hợp hơn cho việc truyền dữ liệu gói so với các truy nhập vô tuyến trên cơ sở TDMA. Công nghệ WCDMA và các thiết bị truy nhập vô tuyến của nó không tơng thích với các thiết bị mạng GSM, điều đó giải thích tại sao khi thêm WCDMA vào mạng lại cần thêm một số thầnh phần mới nh RNC (Radio Network Controller ) và BS (Base Station).
Mặt khác, một trong các yêu cầu cơ bản của UMTS là là khả năng hoạt động đồng thời GSM/UMTS, ví dụ nh việc chuyển giao giữa hai hệ thống khi truy nhập vô tuyến thay đổi từ GSM sang WCDMA và ngợc lại trong một cuộc gọi. Khả năng này đòi hỏi hai yêu cầu cụ thể là:
- Thứ nhất, giao diện diện vô tuyến GSM phải thay đổi sao cho có thể phát quảng bá các thông tin hệ thống về mạng vô tuyến WCDMA tại đờng xuống. Đơng nhiên mạng truy nhập vô tuyến WCDMA cũng có thể phát quảng bá thông tin hệ thống về mạng GSM tại đờng xuống.
- Thứ hai, nhằm giảm thiểu chi phí khai thác, các chỉ tiêu kỹ thuật qui định trong 3GPP cho khả năng đảm bảo đợc các chức năng liên mạng của hệ thống để các MSC/VLR 2G nâng cấp có thể xử lý đợc truy nhập vô tuyến băng rông UTRAN.
Cho tới hiện nay, khái niệm IN đợc phát triển trực tiếp từ mạng PSTN/ISDN và do vậy chắc chắn sẽ có một vài nhợc điểm khi cha đề cập trực tiếp cho mạng di động. Vấn đề chủ yếu với công nghệ IN chuẩn là không thể truyền các thông tin về dịch vụ giữa các mạng. Nói cách khác, nếu một thuê bao sử dụng các dịch vụ trên cơ sở IN thì các dịch vụ này chỉ đợc cung cấp tốt trong mạng thờng trú của thuê bao. Tình huống này có thể đợc cải thiện bằng cách sử dụng “công nghệ IN
nâng cấp” đợc gọi là CAMEL (Customised Application for Mobile Network Enhance Logic). Công nghệ CAMEL có thể truyền thông tin dịch vụ giữa các mạng và vai trò của công nghệ này sẽ tăng lên khi triển khai 3G, lúc đó hầu nh mọi hoạt động qua mạng 3G đều ít nhiều có sự tham gia của CAMEL.
Các kết nối truyền dẫn trong mạng truy nhập vô tuyến WCDMA đợc thực hiện bằng cách dùng ATM (3GPP R99). Dự án tiền chuẩn hóa FRAMES đã thảo luận rất nhiều về việc có sử dụng ATM cho mạng 3G hay không và cuối cùng quyết định sử dụng ATM đợc dựa trên hai lý do sau:
- Kích thớc cell và tải lu lợng khi sử dụng ATM là tơng đối nhỏ do đó có u điểm giảm đợc bộ nhớ đệm lu trữ thông tin. Trong trờng hợp ngợc lại, khi phải nhớ đệm nhiều thông tin thì đơng nhiên trễ sẽ tăng, đồng thời tải lu l- ợng tĩnh ở các thiết bị nhớ đệm cũng sẽ tăng lên. Hai yếu tố này đều có ảnh hởng xấu tới yêu cầu chất lợng dịch vụ đối với lu lợng thời gian thực.
- Phơng án khác là sử dụng IP song hiện nay IPv4 có một số các nhợc điểm nghiêm trọng về giới hạn không gian địa chỉ và không đáp ứng QoS. Ngợc lại thì ATM và các lớp tốc độ bit tơng ứng của nó lại đáp ứng rất tốt các yêu cầu về QoS. Có một giải pháp là ATM và IP đợc kết hợp cho các lu l- ợng gói, trong đó giao thức IP sẽ đợc sử dụng ở trên đỉnh của ATM. Giải pháp kết hợp này sẽ kết hợp đợc u điểm của cả hai giao thức là IP sẽ đảm bảo việc kết nối còn ATM sẽ đảm bảo chất lợng kết nối và định tuyến. Do nhợc điểm của IPv4 nên giải pháp thoả hiệp là trong mạng 3G một số phần tử mạng nhất định sử dụng các địa chỉ IPv4 cố định, còn các lu lợng thuê bao còn lại sử dụng các địa chỉ IPv6 đợc phân bổ động. Trong trờng hợp này, để thích ứng mạng 3G với các mạng khác, mạng lõi Ip 3G phải có thiết bị chuyển đổi giữa các địa chỉ IPv4 và IPv6 bởi vì các mạng khác có thể không hỗ trợ IPv6.
Các nút mạng lõi cũng cần phải đợc chuyển đổi về mặt kỹ thuật. Các phần tử chuyển mạng kênh cần phải xử lý đợc cho cả hai loại thuê bao 2G và 3G. Yêu cầu này đòi hỏi phải thay đổi trong MSC/VLR và HLR/AC/EIR. Ví dụ, cơ chế bảo
mật trong khi thiết lập cuộc gọi là hoàn toàn khác nhau trong mạng 2G và 3G và nh vậy các phần tử chuyển mạch kênh phải đợc nâng cấp để xử lý cho cả hai tr- ờng hợp này. Các phần tử chuyển mạch gói thực chất sẽ đợc nâng cấp từ GPRS. Trong trờng hợp này, về tên vẫn giữ nguyên nh trong mạng 2G song chức năng sẽ có những khác biệt. Thay đổi lớn nhất đối với các SGSN là chức năng của nó gần nh hoàn toàn khác với trong mạng 2G. Trong mạng 2G, chức năng chính của các SGSN là quản lý di động cho các kết nối gói. Sang mạng 3G, chức năng quản lý di động đợc phân chia giữa RNC và SGSN. Điều này có nghĩa là khi thuê bao trong mạng 3G chuyển cell thì các phần tử chuyển mạch gói không nhất thiết can thiệp, song RNC thì phải quản lý quá trình này.
Mạng 3G triển khai theo 3GPP R99 cung cấp các loại dịch vụ giống với mạng 2,5G. Trong giai đoạn này hầu hết các dịch vụ đợc chuyển đổi sang dạng gói khi ứng dụng có yêu cầu. WAP là một trong các ứng cử viên thuộc loại này, bởi vì về bản chất thông tin truyền đi thì WAP là loại chuyển mạch gói. Các dịch vụ chuyển mạch gói chia làm các nhánh dịch vụ, trong đó mỗi nhánh sẽ gồm nhiều loại dịch vụ khác nhau và là các dịch vụ trên cơ sở cơ chế định vị vị trí thuê bao đã sẵn có trong mạng 3G.
Bớc phát triển tiếp sau 3GPP R99 hiện nay còn cha đạt mức cụ thể mà chỉ đ- ợc xác định các xu hớng chung. Các xu hớng chính đó là việc tánh biệt phần kết nối cuộc gọi, phần điều khiển và phần dịch vụ, đồng thời yêu cầu chuyển đổi mạng theo hớng hoàn toàn trên cơ sở IP. Trên quan điểm phát triển dịch vụ, các bớc phát triển này phải làm cho mạng 3G có thể cung cấp tốt các dịch vụ đa ph- ơng tiện, ví dụ các dịch vụ kết hợp đồng thời thoại và hình ảnh.
2.2.5.2. Phơng án 2: 3GPP R4:
Trong giai đoạn 3GPP R4 mới chỉ triển khai việc tách biệt phần kết nối cuộc gọi, phần điều khiển và phần dịch vụ cho phần mạng lõi chuyển mạch kênh.
Trong mạng lõi này, lu lợng dữ liệu thuê bao sẽ đi qua MGW (Media Gateways) là phần đảm bảo kết nối và các chức năng chuyển mạch khi có yêu cầu. Toàn bộ quá trình này đợc quản lý bởi một MSC Server đợc nâng cấp từ MSC/VLR. Một MSC server có thể điều khiển nhiều MGW và do vậy mạng lõi chuyển mạch kênh có thể mở rộng dễ dàng. Khi nhà khai thác muốn tăng thêm phần dung lợng cho điều khiển thì có thể thiết lập thêm một MSC server, ngợc lại khi muốn tăng dung lọng chuyển mạch thì thiết lập thêm các MGW.
Khi đã thiết lập một mạng nh trên thì các bớc phát triển về công nghệ và yêu cầu chỉ tiêu kỹ thuật sẽ xác định giới hạn tiếp theo của mạng này. Khi IPv6 càng đợc triển khai nhiều trên mạng 3G thì số kết nối của mạng 3G có thể chuyển đổi sang IPv6 càng tăng và do vậy sẽ làm giảm yêu cầu chuyển đổi giữa IPv4 và IPv6. Trong giai đoạn này, tỷ trọng lu lợng giữa dữ liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói sẽ thay đổi đáng kể. Hầu hết lu lợng sẽ là chuyển mạch gói, và một số dịch vụ chuyển mạch kênh truyền thống ví dụ nh thoại ít nhất sẽ một phần trở thành gói (VoIP, Voice over IP). Ví dụ một cuộc gọi GSM truyền thống đợc thay bằng một cuộc gọi VoIP qua MGW mà BSS kết nối tới. Trên thực tế có nhiều
cách để triển khai các cuộc gọi VoIP song ngời ta sẽ thêm vào một phân hệ mạng lõi mới có tên là IMS (IP Multimedia Subsystem) bởi vì nó sẽ cung cấp các phơng pháp thống nhất để xử lý cuộc gọi VoIP. Ngoài ra, IMS còn đồng thời đợc sử dụng cho các dịch vụ đa phơng tiện trên cơ sở IP. Đơng nhiên phân hệ BSS cũng phải đợc triển khai nâng cấp để sử dụng IP song thời điểm còn cha xác định. Trong trờng hợp này, vai trò của CAMEL cũng sẽ thay đổi. Bởi vì rất nhiều dịch vụ sử dụng CAMEL đợc chuyển từ phần mạng chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói nên ở giai đoạn này, CAMEL phải đợc thiết lập kết nối với phần mạng chuyển mạch gói, đồng thời là phần tử kết nối giữa phần dịch vụ và mạng.
2.2.5.3. Phơng án 3: 3GPP R5:
Trong 3GPP R5, công nghệ sẽ tiếp tục chuyển đổi và toàn bộ các lu lợng trong mạng 3G sẽ là lu lợng IP. Lấy ví dụ một cuộc gọi từ thiết bị đầu cuối của mạng tới mạng PSTN thì nó phải chuyển qua mạng 3G theo dạng gói và từ GGSN cuộc gọi VoIP sẽ đợc định tuyến qua IMS có các chức năng chuyển đổi để tới PSTN.
Trên quan điểm của đầu cuối di động thì mạng luôn luôn giống nhau trong các giai đoạn phát triển. Tuy nhiên, trong nội bộ mạng thì hầu nh mọi thứ thay đổi. Thay đổi chính trớc hết là công nghệ truyền tải mà trong triển khai 3GPP R99 là ATM và sau này 3GPP R4 và R5 chuyển sang IP. Bởi vì hệ thống cần phải tơng thích ngợc nên nhà khai thác luôn có một lựa chọn là sử dụng công nghệ truyền tải ATM hoặc IP, hoặc là có giải pháp cho cả hai công nghệ này. Nh đã giải thích trớc đây, ATM có thế mạnh là hỗ trợ QoS ngay từ đầu, sau đó công nghệ IP sẽ có cơ chế bảo đảm QoS triển khai cho không chỉ cho ATM mà còn
cho nhiều loại
phân hệ mạng
Sang giai đoạn này, dịch vụ và mạng trở nên quan trọng hơn là bản thân công nghệ, và do vậy loại công nghệ truy nhập vô tuyến đợc sử dụng sẽ giảm ý nghĩa quan trọng của mình. Tiêu chuẩn để lựa chọn loại công nghệ truy nhập vô tuyến sử dụng là khả năng cung cấp đủ băng thông cho các dịch vụ yêu cầu. Trong tơng lai, các mạng lõi 3G sẽ có các giao diện cho một vài công nghệ truy nhập vô tuyến, ví dụ nh GSM, EDGE, cdma2000, WCDMA và WLAN. Đơng nhiên nó sẽ đặt ra nhiều yêu cầu cho các nhà chế tạo thiết bị đầu cuối và yêu cầu thị trờng sẽ phải có các đầu cuối xử lý đợc nhiều loại công nghệ truy nhập vô tuyến. Đầu cuối 3G dần dần sẽ trở thành vật bất ly thân với nhiều chức năng nh một điện thoại, ví, card ID và hộ chiếu, .v.v.
CHƯƠNG III : HỆ THỐNG W-CDMA
3.1.Giới thiệu về hệ thống W-CDMA :
Cuối năm 1997, hai tổ chức tiêu chuẩn là ETSI của châu Âu và ARIB của Nhật Bản đã thoả thuận cùng liên kết xây dựng một tiêu chuẩn chung đáp ứng các yêu cầu đặt ra của IMT-2000, đó là tiêu chuẩn W-CDMA. W-CDMA hỗ trợ tốc độ 384 Kbps trên toàn bộ vùng phủ sóng và tốc độ 2 Mbps ở các vùng phủ sóng hữu hạn. Các tham số chính của W-CDMA đợc liệt kê ở bảng sau:
Dải tần 1,25 ; 5 ; 10 ; 20 Mhz
Cấu trúc kênh đờng xuống Trải phổ trực tiếp
Tốc độ chip 1,024 ; 4,096 ; 8,192 ; 16384 Mcps (1,024 Mcps chỉ đợc đề nghị trong ARIB W-CDMA)
Độ dài khung 10 ms/ 20 ms
Điều chế trải phổ QPSK cân bằng (đờng xuống) Dual channel QPSK (đờng lên) Trải phổ phức hợp
BPSK (đờng lên)
Điều chế nhất quán Sử dụng kênh pilot dành riêng đợc dồn kênh theo thời gian (ở đờng lên và đờng xuống); không sử dụng kênh pilot chung đơng xuống
Đa tốc độ Trải phổ theo nhiều hệ số và nhiều mã
Hệ số trải phổ 4- 256
Điều khiển công suất Vòng mở đóng và nhanh (1,6 Khz)
Trải phổ đờng xuống
Sử dụng các chuỗi trực giao có chiều dài thay đổi để phân kênh, chuỗi Gold 218 để phân biệt ô và phân biệt ngời sử dụng
Trải phổ đờng lên Sử dụng các chuỗi trực giao có chiều dài thay đổi để phân kệnh, chuỗi Gold 241 để phân biệt ngời sử dụng (kênh I và kênh Q dịch thời gian với nhau)
Chuyển giao Chuyển giao mềm
Chuyển giao giữa các tần số
Bảng các thông số giao diện vô tuyến của W-CDMA
3.2.Cấu trúc hệ thống W-CDMA :
3.2.1.Cấu trúc tổng quát hệ thống UMTS :
Cấu trúc hệ thống UMTS hiện tại đang đợc nghiên cứu, về cơ bản gồm có 3 phần chính:
• Thiết bị ngời sử dụng UE
• Mạng truy nhập UTRAN
Ký hiệu:
• USIM (User Sim Card): Thẻ Sim Card của ngời sử dụng.
• MS ( Mobile Station): Máy di động.
• MSC (Mobile Server Switching Center): Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động.
• VLR (Visitor Location Register): Bộ ghi định vị tạm trú.
• SGSN (Servicing GPRS (General Packet Radio Service) Suport Node): Điểm hỗ trợ GPRS (Dịch vụ vô tuyến gói chung) đang phục vụ.
• GMSC (Gateway GPRS Suport Node): Nút hỗ trợ GPRS cổng.
• HLR (Home Location Register): Bộ ghi định vị thờng trú.
• UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network): Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS.
• CN (Core Network): Mạng lõi.
Cấu trúc hệ thống W-CDMA đợc xây dựng dựa trên cơ sở của cấu trúc hệ thống UMTS. Cấu trúc tổng quát của hệ thống thông tin di động thế hệ 3 W-
CDMA đợc thể hiện trên hình vẽ 3.2. Mạng lõi gồm các trung tâm chuyển mạch kênh (MSC) và các nút hỗ trợ chuyển mạch gói (SGSN). Các kênh thoại và kênh truyền số liệu đợc kết nối với các mạng ngoài qua các trung tâm chuyển mạch kênh và nút chuyển mạch gói cổng GMSC và GGSN. Để kết nối trung tâm chuyển mạch kênh với mạng ngoài cần có thêm phần tử làm chức năng tơng tác mạng (IWF). Ngoài các trung tâm chuyển mạch kênh và nút chuyển mạch gói, mạng lõi còn chứa các cơ sở dữ liệu cần thiết cho mạng di động: HLR, AUC, EIR
Hình 3.2. Cấu trúc hệ thống W-CDMA
Mạng lõi
Mạng truy nhập vô tuyến PLMN PSTN/ ISDN Mạng đường trục HLR AUC GMSC IWF GGSN Iu-CS Iu-PS Iur EIR SGSN TE MT NB NB RNC NB VLR MSC TE MT NB NB RNC NB PDN
3.2.2.Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN :
3.2.2.1. Các khuyến nghị.
EISI đã công bố các yêu cầu đối với UTRA:
• UTRA phải hỗ trợ tốc độ số liệu cao, ít nhất là 384 Kbps trong vùng phủ sóng lớn và 2 Mbps trong nhà hoặc vùng phủ sóng tầng thấp (phủ sóng nhiều lớp).
• UTRA cũng phải hỗ trợ các dịch vụ ở mức độ linh hoạt cao nh các dịch vụ chuyển mạch gói hoặc chuyển mạch kênh. Phải hỗ trợ nhiều