Lộ trình chuyển đổi từ các hệ thống 2G lên 3G 3.1 Lộ trình phát triển các hệ thống di động từ 2G lên 3G.
3.1.2.Lộ trình phát triển từ hệ thống di động GSM 2G lên WCDMA 3G.
3G.
3.1.2.1. Mở đầu.
Sự phát triển nhanh chóng của các dịch vụ số liệu mà trớc hết là sự bùng nổ của Internet đã đặt ra các yêu cầu mới đối với công nghiệp viễn thông di động. Hệ thống thông tin di động. Hệ thống thông tin di động thế hệ 2GSM ra đời vào những năm 80 của thế kỷ 19 đã đợc triển khai và phát triển mạnh. GSM sử dụng dải tần 900 và 1800, là sự kết hợp của phơng thức đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) và phơng thức đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA).
Hiện tại có 3 phơng thức để truyền số liệu trong mạng GSM.
- Sử dụng các dịch vụ mạng GSM UDI (Unrstricted Digital Infomation - Thông tin số không bị hạn chế).
- Sử dụng một dịch vụ mạng tiếng (GSM 3,1KHZ Audio Bearer Service) - Sử dụng một dịch vụ tin nhắn SMS (Short Massage Service)
Ưu thế mà là hệ thống thông tin di động GSM đạt đợc là:
- GSM giải quyết đợc dự hạn chế dung lợng so với các mạng di động thế hệ trớc nhờ việc sử dụng tần số tốt hơn và hiệu quả hơn.
- GSM là tiêu chuẩn điện thoại di động do ETSI quy định và là một tiêu chuẩn chung, nên vấn đề roaming giữa các mạng di động GSM trên phạm vi toàn thế giới trở lên đơn giản.
- Ngoài dịch vụ thoại truyền thống, GSM có thể cung cấp các dịch vụ số liệu nh tin nhắn SMS, fax, hộp thoại (Voice mail), WAP và nhiều dịch vụ giá trị gia tăng khác nh chuyển hớng cuộc gọi, ,hiển thị số chủ gọi...
- Các công việc liên quan đến tính cớc nh: Dịch vụ trả tiền trớc, tính cớc nóng... Mặc dù là hệ thống sử dụng công nghệ số nhng vì hệ thống băng hẹp
và đợc xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh nên GSM cũng có những hạn chế chủ yếu.
- Cung cấp các dịch vụ thoại và số liệu trên cơ sở chuyển mạch kênh. Đối với dịch vụ số liệu, GSM phải mô phỏng moden giữa thiết bị của ngời sử dụng và mạng số liệu. Tốc độ truyền số liệu cao nhất là 9,6kbps, tốc độ số liệu thấp này chỉ phù hợp cho Internet giai đoạn trớc.
Quản lý tài nguyên không hiệu quả vì mỗi thuê bao cần phải có một TCH trong suốt thời gian kết nối. Mỗi cuộc gọi chỉ có thể chiếm một khe thời gian, không có phần bổ động khe thời gian.
- GSM sử dụng kỹ thuật điều chế GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying: Điều chế dịch pha cực tiểu Gaussian) nguyên thuỷ làm hạn chế tốc độ truyền.
- Thuê bao phải sử dụng mạng điện thoại PSTN làm mạng chuyển tiếp và phải trả tiền kết nối chuyển mạch kênh.
- Thời gian thiết lập cuộc gọi tăng khi phải sử dụng modem để kết nối tới mạng Internet. Không có SMS - Internet Interworking (chức năng tơng tác giữa SMS và Internet). Độ dài của tin nhắn SMS bị hạn chế.
- Các nhà điều hành mạng PLMC không thể trực tiếp cung cấp các dịch vụ Internet. GSM là mạng kết nối mang tính chất truyền thống (chỉ kết nối giữa các thuê bao với nhau).
Hiệnnay do nhu cầu phát triển, đặt ra các yêu cầu nh: * Về kết nối.
Không chỉ kết nối giữa các thuê bao với nhau mà còn kết nối từ các thuê bao đến nhà cung cấp dịch vụ, các Công ty... trong đó nhiều nhất là kết nối tới các nhà cung cấp dịch vụ Internet, các mạng Internet.
* Về tốc độ:
- Đối với thoại, chỉ cần 8Kbit/s thay vì 13Kbit/s, hay tốc độ thấp hơn GSM hiện tại.
- Đối với số liệu, mạng phải đáp ứng đợc tốc độ tuỳ ý theo yêu cầu của ngời sử dụng và việc thanh toán cớc phí phải đợc tính theo số lợng thông tin (số lợng các gói - packet).
Từ các yêu cầu trên đây, để đảm bảo đáp ứng đợc các dịch vụ mới về truyền thông máy tính và hình ảnh, đồng thời đảm bảo tính kinh tế, hệ thống thông tin di động thế hệ hai sẽ đợc chuyển đổi từng bớc sang thế hệ ba.
Có thể tổng quát các giai đoạn chuyển đổi này trong hình 3.1.
Hình 3.1. Lộ trình phát triển từ GSM lên WCDMA
3.1.2.2. Hệ thống thông tin di động 2G GSM
Cấu trúc mạng GSM đợc thể hiện trên hình 3.2.
Giai đoạn đầu của quá trình phát triển GSM là phải đảm bảo dịch vụ số liệu tốt hơn. Tồn tại hai chế độ dịch vụ số liệu: Chuyển mạch kênh (CS: Ciruit Switched) và chuyển mạch gói (PS: Packet Switched) và chuyển mạch gói (PS: Packt Switched) nh sau:
53 9.6kbps 57.6 kbps 115 kbps 384 kbps 2Mbps GSM HSCSD GPRS EDGE UMTS/IMT 2000 3rd generation Development of Radio Access 1997 1999/2000 2001/2002 Evoliving GSM Networrk Management (NMS) MS BTS BSC TRAU MSC/VLR OMSC ISON PSTN PSDN CSPDN HLR/AuCEIR
Hình 3.2. Cấu trúc mạng GSM (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
* Các dịch vụ số liệu chế độ chuyển mạch kênh đảm bảo: - Dịch vụ SMS
- Số liệu dị bộ cho tốc độ 14,4kbit/s - Fax băng tiếng cho tốc độ 14,4kbit/s
* Các dịch vụ số liệu chế độ chuyển mạch gói đảm bảo: - Chứa cả các dịch vụ của chế độ chuyển mạch kênh - Dịch vụ Internet, Email...
- Sử dụng chức năng IWF/PSDN nh: + Cổng vào cho mạch số liệu gói
+ IWF/PSDN có thể đặt tại MSC hay BSC hay độc lập
Để thực hiện kết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể sử dụng giao thức ứng dụng vô tuyến WAP.
WAP chứa các tiêu chuẩn hỗ trợ truy cập trực tiếp mạng Internet từ trạm di động. Trong tơng lai GPRS sẽ hỗ trợ WAP phát và thu số liệu nhanh hơn. Hệ thống WAP phải có cổng WAP và chức năng kết nối mạng nh hình 3.3.
Hình 3.3. Cấu hình hệ thống WAP 3.1.2.3. Hệ thống thông tin di động 2,5G. 54 MSC và BTS Két nối mạng (IWP Interne t
+ Dịch vụ vô tuyến gói chung - GPRS.
GPRS là một dịch vụ số liệu chuyển mạch gói trên cơ sở hạ tầng GSM. Vê mặt lý thuyết, GPRS có thể cung cấp tôc độ số liệu liên đến 171 kbps ở giao diện vô tuyến, mặc dù các mạng thực tế không bao giờ có thể đạt đợc tốc độ này (do phải dành một phần dụng lợng cho việc hiệu chỉnh lỗi trên đờng truyền vô tuyến). Trong thực tế, giá trị cực đại của tốc độ chỉ cao hơn 100 kpps một chút với tốc độ khả thi thờng vào khoảng 40kbps hoặc 50 kbps. Tuy nhiên, các tốc độ nói trên cũng lớn hơn nhiều so với tốc độ cực đại ở GSM.
GPRS đảm bảo tốc độ số liệu cao hơn nhng vẫn sử dụng giao diện vô tuyến giống GSM (cùng kênh tần số 200khz) đợc chia thành 8n khe thời gian). Tuy nhiên bằng GPRS, MS có thể truy nhập tới nhiều khe thời gian hơn.
Ngoài ra, mã hoá, mã kênh của GPRS cũng hơi khác với mã hoá kênh của GSM. GPRS định nghĩa một số sơ đồ mã hoá kênh khác nhau. Sơ đồ mã hoá kênh thờng đợc dùng nhất cho truyền số liệu gói là sơ đồ mã hoá (coding Scheme) 2 (CS-2). Sơ đồ mã hoá này cho phép một khe thời gian có thể mang số liệu ở tốc độ 13,4 kbps. Nên một ngời sử dụng truy nhập đến nhiều khen thời gian thì có thể đạt đến tốc độ 40,2, hay 53,6 kbps. Sơ đồ này đảm bảo hiệu chỉnh lỗi khá tốt ở giao diện vô tuyến. Mặc dù CS-3 và CS-4 cung cấp thông lợng cao hơn, nhng chúng nhạy cảm cao với lỗi ở giao diện vô tuyến. Thực ra CS-4 hoàn toàn không đảm bảo hiệu chỉnh lỗi ở giao diện vô tuyến, vì thế thông lợng thực sự hầu nh không tốt hơn CS-2.
Bảng sau liệt kê các sơ đồ mã hoá khác nhau và các tốc độ số liệu tơng ứng đối với một khe thời gian.
Sơ đồ mã hoá Tốc độ số liệu giao diện
vô tuyến (kpbs) Tốc độ số liệu gần đúng của ngời sử dụng (kbps) CS-1 9,05 6,8 CS-2 13,4 10,4 CS-3 15,6 11,7 55
CS-4 21,4 16,0
Bảng 3.1. Tốc độ bít (kpbs)
Các tốc độ giao diện vô tuyến ở bảng trên đảm bảo các tốc đọ số liệu khác nhau của ngời sử dụng giao diện này. Tuy nhiên, có nhiều lớp cao hơn giao diện. Tuy nhiên, có nhiều lớp cao hơn giao diện vô tuyến cũng tham dự vào việc truyền số liệu ở GPRS. Mỗi lớp bổ sung thêm thông tin vào số liệu nhận đợc từ lớp trên. Lợng thông tin bổ sung do từng lớp tạo ra do từng lớp tạo ra phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó yếu tố dễ nhận thấy nhất là kích của gói ứng dụng cần truyền. Đối với một lợng số liệu cần truyền cho trớc, các kích cỡ của gói số liệu lớn hơn. Kết quả là tốc độ số liệu có thể sử dụng đợc thấp hơn tốc độ số liệu giao diện vô tuyến 20 - 30%.
Tất nhiên u điểm lớn nhất của GPRS không chỉ đơn giản là ở chỗ nó cho phép tốc độ số liệu cao hơn. Ưu điểm lớn nhất của GPRS là nó sử dụng công nghệ chuyển mạch gói. Điều này có nghĩa là một ngời sử dụng chỉ tiêu phí tài nguyên khi ngời này cần truyền hoặc nhận số liệu. Nếu một ngời sử dụng không phát số liệu ở một thời điểm thì khe thời gian ở giao diện vô tuyến tại thời điểm này sẽ đợc dành cho các ngời sử dụng khác.
Việc GPRS cho phép nhiều ngời sử dụng cùng chia sẻ tài nguyên vô tuyến là một u điểm lớn. Điều này có nghĩa rằng mỗi khi một ngời sử dụng muốn truyền số liệu thì MS phải yêu cầu đợc truy nhập đến các tài nguyên này và mạng phải cấp phát các tài nguyên này trớc khi xảy ra truyền số liệu. Mặc dù điều này có vẻ nh nghịch lý với việc dịch vụ luôn luôn đợc kết nối nhng GPRS hoạt động sao cho thủ tục yêu cầu - cấp phát không bị phát hiện, vì thế ngời sử dụng và dịch vụ dờng nh luôn luôn đợc kết nối.
GPRS phù hợp với một phạm vi rộng các ứng dụng từ th điện tử (Emaol) văn phòng di động (Mobile Office), các ứng dụng đo lờng lu lợng từ xa, tới tất cả các ứng dụng dữ liệu của mạng cố định hiện tại trên các đầu cuối di động. Dịch vụ GPRS đợc định hớng chủ yếu cho các ứng dụng cho các đặc
tính lu lợng của truyền tải chu kỳ với khối lợng nhỏ và truyền không theo chu kỳ của các dữ liệu có kích cỡ nhỏ hoặc trung bình. Điều này tạo khả năng cho hệ thống có thể phục vụ các dịch vụ và ứng dụng mới. Sự truyền tải một lợng lớn dữ liệu vẫn sẽ đợc duy trì qua các kênh chuyển mạch kênh để tránh trở ngại của phổ vô tuyến gói. Các ứng dụng của GPRS có thể tiến hành từ các công cụ thông tin trong một máy tính xách tay PC (th điện tử, truyền dẫn file và hiển thị trạng thái web (www)) đến các ứng dụng đặc biệt liên quan tới các truyền tải thấp (máy đo từ xa, điều khiển lu lợng đờng sắt và đờng giao thông, thông tin điều hành taxi và xe tải, hớng dẫn đờng động lực và giao dịch tiền tệ...).
Vì lúc đầu GSM đợc thiết kế cho lu lợng chuyển mạch kênh, nên việc đa dịch vụ chuyển mạch gói vào đỏi hỏi phải bổ sung thêm thiết bị cho mạng hình 3.4. Mạng kết nối với các mạng số liệu công cộng nh IP và mạng X.25, Nút hỗ trợ GPRS phục vụ (SGSN) và nút hỗ trợ GPRS cổng (GGSN) thực hiện nhân cả truyền các gói số liệu giữa các MS và các thiết bị đầu cuối số liệu cố định của mạng số liệu công cộng (PDN). Nút GGSN còn cho phép truyền nhận các gói số liệu đến các MS ở mạng thông tin di động GSM khác.
Hình 3.4. Cấu trúc hệ thống GPRS
Giao diện vô tuyến của GPRS sử dụng các tính năng cơ bản của giao diện vô tuyến. Nh vậy, cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói đều
có thẻ sử dụng cùng sóng mạng, tuy nhiên mạng đờng trục của GPRS đợc thiết kế sao cho nó không phụ thuộc vào giao diện vô tuyến.
Tóm lại, từ GSM phát triển lên GPRS.
Thực hiện
Mới Node mạng lõi chuyển mạch gói (SGSN, GGSN) Giao diện mới Gb giữa BSC - SGSN
Điều chỉnh Phần cứng và phần mềm BSC (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Giữ nguyên Mạng lõi chuyển mạch kênh (MSC/HLR/AuC) Giao diện vô tuyến (MS-BTS)
Giao diện vôi tuyến (BSC-MSC)
Bảng 3.2. Quá trình từ GSM phát triển lên GPRS
Tích cớc vẫn là một chủ đề mở đối với ETSI. Việc tính cớc sẽ có thể mở ra đối với các nhà khai thác một phơng pháp luận mới, đó là tính cớc cho thuê bao dựa trên khối lợng dữ liệu truyền đi/nhận về thay vì cho việc tính cớc truyền thống đó là dự trên "đơn vị thời gian".
Cải thiện tốc độ số liệu cho phát triển GSM - EDGE.
Công nghệ EDGE là một bớc cải tiến của chuẩn GSM, TDMA-136 để đạt đến tốc độ truyền dữ liệu theo yêu cầu di động vô tuyến thế hệ 3, nhng vẫn giữ nguyên cấu trúc của mạng cũ bằng cách thay đổi kỹ thuật điều chế vô tuyến kết hợp với dịch vụ chuyển mạch gói vô tuyến chung.
Giao diện EDGE tận dụng tốc độ bít cao hơn tốc độ trên hệ thống di động hiện thời. Để tăng tốc độ bít trên giao diện vô tuyến, một phơng thức điều chế mới đợc đa ra. 8-PSK là phơng thức đợc lựa chọn vì nó cung cấp tốc độ dữ liệu cao, hiệu quả phổ cao và độ phức tạp lắp đặt vừa phải. Tốc độ từ mã đợc giữ ở mức 271ksp/giây dẫn đến tốc độ bít tăng từ 22.8kbit/s lên 69.2kbit/s trên một khe thời gian. Các dịch vụ chuyển mạch thông thờng đợc hỗ trợ với tốc độ giao diện vô tuyến đạt đến 28.8kbit/s. Đối với tất cả các dịch vụ, sử
dụng đa kênh thời gian đợc hỗ trợ để thu đợc 8 lần tốc độ bít cung cấp bởi 1 khe thời gian đơn, tạo nên tốc độ định đối với chuyển mạch gói là 554kbit/s.
Nhận thấy hạ tần GSM đợc sử dụng hiệu quả, chỉ có giao diện Abis cần có sự thay đổi chút ít. Một điểm quan trọng là sự phủ sóng và kế hoạch tần số không cần thiết có thay đổi khi có hiện diện của EDGE. Thêm nữa, vì các kênh vậtlý EDGE có thể đợc sử dụng cho cả các dịch vụ GSM chuẩn, không cần có sự phân chia cố định các kênh giữa các dịch vụ.
Hình 3.5. Cấu trúc mạng EDGE
Từ GPRS phát triển lên EDGE:
Thực hiện
Mới Điều chế, mã hoá máy thu phát vô tuyến Điều chỉnh Phần cứng và phần mềm
Giữ nguyên Độ rộng băng sóng mạng; quy hoạch mạng vô tuyến
Bảng 3.3. Quy trình phát triển từ GPRS lên EDGE
Trên đây là giới thiệu tổng quan về EDGE. Các mô phỏng cũng đã chứng tỏ rằng EDGE có thể chia sẻ phổ với GSM/GPRS với chất lợng dựa trên điều khiển công suất có thể cải thiện hơn nữa chất lợng của thuê bao.
Bất lợi của EDGE ở chỗ tỷ lệ mã hoá tăng lên làm tăng nhiều độ phức tạp khi sử dụng mạch trung hoà tối u. Tỷ lệ bít tăng lên so với GSM/GPRS
chuẩn cũng giảm độ thô đối với tính rời rạc thời gian và vận tốc di chuyển của thuê bao di động.
Giản đồ điều chế mớ 8-PSK đối lập với giản đồ GMSK, không có đờng biên bao không đổi, yêu cầu phải có độ tuyến tính của khuếch đại công suất. Đặc biệt đối với các thiết bị có công suất ra lớn, khó chế tạo các máy thu phát giá rẻ với điều kiện sử dụng trọn vẹn phổ GSG. Nh vậy, để thiết kế các máy thu phát sử dụng cho trạm macrocell, cần thử thách đa ra 8-PSK.
EDGE cũng có thể xem xét nh một giải pháp kỹ thuật cho các nhà khai thác không sở hữu bất kỳ một giấy phép nào về UMTS.
3.1.2.3. Hệ thống thông tin di động 3G-UMTS
UMTS là hệ thống viễn thông di động toàn cầu của Châu Âu dựa trên công nghệ WCDMA. Mục đích của 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.