Con đường tiến tới 3G duy nhất của GSM là CDMA băng thông rộng. Trên thị trường châu Âu, WCDMA được gọi là Hệ thống viễn thông di động toàn cầu (UMTS).
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 2Mbit/s. Hiện tại cả châu Âu và Nhật Bản đều đang thử nghiệm/triển khai WCDMA và công nghệ này đang tiến triển nhanh trên con đường thương mại hoá.
Tổ chức 3GPP thực hiện chuẩn hoá công nghệ WCDMA cho hệ thống thông tin di động 3G UMTS. Cho đến nay, mạng lõi UMTS đã được phát triển theo 3 phiên bản cơ bản: R99, R4 và R5; ngoài ra, R6 đang trong quá trình thực hiện chuẩn hoá. Sau đây sẽ phân tích những thay đổi trong quá trình chuyển đổi cấu trúc mạng lõi của 3GPP theo hướng NGN.
W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access): là chuẩn liên lạc di động 3G song hành với cùng với chuẩn GSM. W-CDMA là công nghệ nền tảng cho các công nghệ 3G khác như UMTS.
ITU đã chấp nhận W-CDMA là thành viên của IMT-2000 và sau đó chọn W- CDMA là giao diện nền tảng cho UMTS.
UMTS (Universal Mobile Telephone System): dựa trên công nghệ W-CDMA, là giải pháp tổng quát cho các nước sử dụng công nghệ di động GSM.
UMTS do tổ chức 3GPP quản lý. 3GPP cũng đồng thời chịu trách nhiệm về các chuẩn mạng di động như GSM, GPRS và EDGE. UMTS có tên gọi khác là 3GSM, dùng để nhấn mạnh sự liên kết giữa 3G và chuẩn.
Tiến trình phát triển của mạng di động lên hướng NGN-Mobile thông qua các giai đoạn sau: từ phiên bản 99 đến phiên bản 4, phiên bản 5, phiên bản 6.
Phiên bản 99:
- 64 Kbit/s circuit switched - 384 Kbit/s packet switched - Các dịch vụđịnh vị
- Các dịch vụ cuộc gọi: tương thích với mạng GSM, dựa trên USIM.
Phiên bản 4
- Edge radio
- Tin nhắn đa phương tiện - Dịch vụđịnh vịđược nâng cấp
Phiên bản 5
- IP Multimedia Subsystem (IMS) - IPv6, IP transport in UTRAN - Improvements in GERAN, Mexe
- HSDPA
Phiên bản 6
- Tích hợp mạng không dây WLAN - Chuyển phát đa phương tiện - Nâng cấp IMS
- HSUPA
2.3.1.1. Mạng lõi 3GPP R99
Mô tả kiến trúc phân tách theo loại hình dịch vụ (chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh) của mạng lõi UMTS R99. Tiêu chí của cấu trúc theo R99 bao gồm: tương thích ngược với GSM; hỗ trợ truy nhập các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao; và quản lý được QoS. Có hai loại mạng truy nhập vô tuyến có thể kết nối với mạng lõi (CN) của 3GPP: hệ thống BSS của GSM và RNS của UTRAN. Các mạng truy nhập vô tuyến này kết nối với mạng CN thông qua các giao diện chuẩn. Cụ thể, BSS của GSM kết nối với miền CS qua giao diện A và miền PS qua giao diện Gb; UTRAN kết nối với miền CS qua giao diện Iu-cs và tới miền PS qua giao diện Iu-ps. Miền CS (Circuit-Switched Domain) cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh dựa trên tổng đài MSC (bao gồm cả GSM), trong khi miền PS (Packet-Switched Domain) cung cấp kết nối IP giữa Mobile và các mạng IP (bao gồm cả GPRS).
2.3.1.2. Mạng lõi 3GPP R4/R5
Có thể nói cấu trúc mạng lõi theo R00 phát triển tiếp sau R99, mạng lõi R00 hiện nay được chia thành hai pha R4 và R5, được gọi là cấu trúc mạng chuyển tiếp nhằm tiến tới cấu trúc NGN toàn IP trong tương lai. Các tiêu chí đặt ra cho cấu trúc R4/5 bao gồm: tương thích với R99; bổ sung thêm các dịch vụ đa phương tiện dựa trên IP; và hỗ trợ hiệu quả VoIP vô tuyến đối với dịch vụ đa phương tiện. Điểm cần lưu ý là trong cấu trúc R4/5, vẫn tồn tại hai miền tách biệt CS và PS, R5 chính thức đưa ra khái niệm hệ thống IMS:
+ Miền CS vẫn tồn tại và hỗ trợ khả năng tương thích ngược hoàn toàn đối với các dịch vụ miền CS R99, có thể thực hiện miền này bằng cách nâng cấp MSC thành MSC Server và Media Gateway.
+ Miền PS tiếp tục hỗ trợ các kết nối IP, được nâng cấp thêm để hỗ trợ QoS đối với các dịch vụđa phương tiện dựa trên IP.
Đối với các mạng di động, IMS cho phép các nhà khai thác giới thiệu nhiều loại hình dịch vụ hấp dẫn, như Push-to-Talk, một cách hiệu quả và linh hoạt. Mong muốn chung của các nhà khai thác viễn thông hiện nay là không chỉ thu được lợi nhuận từ việc truyền tải các bít dữ liệu mà còn từ việc cung cấp đa dạng các dịch vụ tiềm năng dựa trên IP và IMS chính là câu trả lời khả thi nhất .
2.3.1.3. Kiến trúc tích hợp theo mô hình NGN của R00 (R4/R5)
Kiến trúc tích hợp theo mô hình NGN của R00 nhìn ở quan điểm phân lớp chức năng. Mạng bao gồm 4 lớp chức năng: Lớp truy nhập bao gồm các phương thức truy nhập vô tuyến, hữu tuyến; Lớp truyền tải gói đường trục dựa trên nền IP; Lớp điều khiển với phần tử lõi là IMS; và Lớp dịch vụ bao gồm các Server cung cấp dịch vụ. Lớp dịch vụ kết nối với Lớp điều khiển thông qua các hàm giao diện lập trình ứng dụng (API) cho phép cung cấp, phát triển, mở rộng dịch vụ một cách mềm dẻo và linh hoạt. Kiến trúc này cũng cho thấy xu hướng hội tụ các phương thức truy nhập mạng khác nhau tới một mạng lõi NGN duy nhất.
So với kiến trúc mạng UMTS R99, kiến trúc mạng R00 có những đặc điểm nổi bật:
+ Mạng lõi UMTS R00 có cấu trúc phân lớp, bao gồm 4 lớp cơ bản: Lớp truy nhập với nhiều phương thức truy nhập khác nhau (vô tuyến và hữu tuyến); Lớp truyền tải IP/ATM; Lớp điều khiển; và Lớp ứng dụng. Đây chính là kiến trúc hướng tới một mạng lõi NGN duy nhất.
+ Bắt đầu từ R4, miền CS đã tách phần điều khiển MSC Server ra khỏi phần truyền tải MGW (Media GateWay). R5 chính thức đưa ra khái niệm Phân hệ IP đa phương tiện (IMS) cho phép cung cấp và quản lý các dịch vụ truyền thông đa phương tiện dựa trên nền IP tới đầu người sử dụng.
Hình 2.7: Kiến trúc tích hợp theo R00 (R4/R5) 2.3.1.4. Kiến trúc mạng lõi 3GPP tương lai
Sau giai đoạn chuyển tiếp với kiến trúc R00 (bao gồm R4 và R5), dịch vụđa phương tiện dựa trên IP đã trở nên phổ biến, 3GPP hướng tới một hạ tầng tích hợp hoàn toàn dựa trên một hệ thống lõi chuyển mạch gói. Các tiêu chí dịch vụ đối với kiến trúc này bao gồm: chuyển các dịch vụ cơ bản thành dịch vụđa phương tiện dựa trên nền IP và sự phát triển rộng khắp của các dịch vụ IP đa phương tiện bên ngoài mạng UMTS.
Có thể giả thiết rằng, phân hệ IMS phát triển tới mức có thểđóng vai trò thay thế việc cung cấp dịch vụ trước đây vốn được miền CS thực hiện. Chúng ta thấy rằng, miền PS vẫn tiếp tục được giữ lại trong khi miền CS đã bị loại bỏ. Một vấn đề lớn sẽ gặp phải với hệ thống này chính là việc tích hợp dịch vụ và các vấn đề bảo mật vẫn đang trong tiến trình chuẩn hoá của 3GPP/3GPP2.
Hình 2.8:. Kiến trúc mạng UMTS trong tương lai