Tài liệu Giải pháp quá độ tiến tới 3g của mạng thông tin di động vina phone

c u -O fifi bz JLvV ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI K H O A C Ô N G N G H Ệi c ừ TH Ị KIỀU O A N H G IẢ I P H Á P Q U Á C Ủ A M Ạ N G T H Ô N G Đ ộ T IÉ N T IN D I Đ Ộ N G T Ớ I 3G V IN A P H O N E Chuyên ngành: Kỷ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc Mã số: 2.07.00 LUẬN VĂN THẠC sĩ , € Ạ | H Ọ C Q U Ố C G IA HÁ. r : ộ : Ị TRÜNGTÁMTHCNGTIN.71u; Vỉệpỉị N G Ư Ờ I H Ư Ớ N G D Ẩ N K H O A HỌ C PGS.TS. N G U Y Ễ N V IÉ T K ÍN H Hà Nội - Năm 2003 4.1 .2 . 4.2. Thu tục rời mạng ..........................................................................................................................51 Quản lý phiên, k h u n g g ia o thức dữ liệu g ó i ( P D P C o n t e x t ) ................................................ 53 4.2.1. Khởi tạo khung giao thức dữ liệu gói (PDP Context)............................................... 54 4.2.2. Xoá khung giao thức dữ liệu gói (PDP Context)........................................................ 54 4 .3 . Quản lý vị t r í ................................................................................................................................................... 5 7 4.3.1. Cập nhật khu vực định tuyến trong nội bộ SGGN....................................................... 59 4 .3 .2 . Cập nhật khu vực định tuyến giữa các SGSN ................................................................60 4 .4 . Định tuyến trên m ạ n g G P R S . ................................................................................................................ 6 4 V. Q U Ả N L Ý M Ạ N G V À T ÍN H C Ư Ớ C G P R S ................................................................................. 65 5.1. Quàn lý m ạng G P R S ...................................................................................................................................6 5 5.2. Tính c ư ớ c G P R S ...........................................................................................................................................6 7 5.2.1. Thông tin tính cước..................................................................................................................... 68 5.2.2. V I. Cong tính cước (BGw).............................................................................................................. 70 T R Ạ M DI Đ Ộ N G G P R S ..........................................................................................................................72 6.1. Phân loại trạm di đ ộ n g G P R S th e o c h ế đ ộ làm v i ệ c ................................................................... 72 6.2. Phân loại trạm di đ ộ n g G P R S th e o sổ khe thời g i a n ................................................................... 7 4 6.2.1. Kết nối GPRS đoi xứng và không đối xímg.................................................................... 74 6.2.2. Phân loại trạm di động GPRS theo sổ khe thời gian................................................. 75 C H Ư Ơ N G III: V Á N Đ E H A N D O V E R T R O N G H Ệ T H Ó N G G S M / G P R S C Ủ A M Ạ N G T H Ô N G T I N D I Đ Ộ N G V I N A P H Ỏ N E ..................................................................... 77 I. K H ÁI Q U Á T H Ệ T H Ố N G Ỏ P R S C Ủ A M Ạ N G T H Ô N G T IN D I Đ Ộ N G V I N A P I I O N E .............................................................................................................. ................................ 77 1.1. 1.2. Hiện trạng m ạ n g th ô n g tin di đ ộ n g V ina P h o n e sử d ụng c ô n g ng h ệ G S M ...................... 77 Các dịch vụ V in a P h o n e c u n g c ấ p c h o khách h à n g ................................................................... 78 1.3. M ục tiêu c h o v iệ c nâng cấ p hệ th ố n g G S M thành h ệ th ố n g G P R S ....................................78 1.4. Sơ đồ hệ th ố n g G P R S thử n g h iệm cùa m ạ n g V in a P h o n e ....................................................... 78 II. Đ O H A N D O V E R T R O N G H Ẹ T H Ố N G G P R S C Ủ A M Ạ N G T H Ô N G T IN D I Đ Ộ N G V I N A P H O N E .......................................................................................... ....................................83 2.1. Các trường hợp H a n đ o v e r ........................................................................................................................83 2.1 .1 . Handover giữa các ô thuộc cùng một BSC........................................................................ 84 2.1 .2 . Handover giữa hai ô thuộc hai BSC khác nhau.............................................................. 85 2.1.3. Handover giữa các ó thuộc hai tông đài khác nhau...................................................... 86 2.2. Giới thiệu v ề m á y T E M S và phần m ề m T E M S Investigation 3 . 2 . 4 .................................. 87 2.3. 2.4. G iới thiệu v ề phần m ề m T E M S Inv estiga tio n 3 . 2 . 4 ..................................................................89 Thực n g h i ệ m ................................................................................................................................................... 89 2.4 .1. 2 .4 .2 . KÉT LUẬN Thí nghiệm về đo Handover trong cùng một cell ............................................................ 89 Thí nghiệm về đo Hcmdover giữa các cell ..........................................................................92 ....... ......................................... ................................................................................................. 95 T À I L I Ệ Ú T H A M K H Ả O ....................................................................................................................................... 96 Hình 3.11: Ket nối máy TEM S với máy Laptop cài đặt phần mềm TEM S Investigation 3.2. 88 Hình 3.12: Giao diện chính TEM S Investigation 3 .2 .4 ................................................................. 89 Hình 3.13: Giao diện TE M S Investigation 3.2.4 trước khi H a n do ve r....................................... 90 Hình 3.14: Giao diện TE M S Investigation 3.2.4 sau k h i H a n do ve r...........................................91 Hình 3.15: Màu biểu thị các mức thu R rxLev Sub (d B )................................................................ 92 Hình 3.16: Giao diện TE M S Investigation 3.2.4 trước khi H a ndover....................................... 92 Hình 3.17: Giao diện TE M S Investigation 3.2.4 sau khi H a n do ve r...........................................93 CÁC TÙ V IỂ T TẮT 1G 2 nd G eneration - Thế hệ thứ 1 2G 2 nd G eneration - Thế hệ thứ 2 3G 3 rd G eneration - T hế hệ th ứ 3 A -B is B S C -B T S Interface - G iao diện g iữ a B SC và BTS A M PS A dvanced M obile P hone Service - D ịch vụ điện thoại di đ ộ n g tiên tiến A PN A ccess P oint N am e - Tên điểm tru y cập ARQ A utom atic R epeat R equest - Y êu cầu lặp lại tự động A R IB A sso ciatio n o f R adio Industry and B usiness - To chức cô n g nghiệp và kinh doanh vô tuyến (Tổ chứ c tiêu chuẩn của N hật B ản) ATM A synchronous T ran sfer M o d eP h ư ơ n g thức truyền không đồng bộ AUC Authentication Center - Trung tâm nhận thực BCCH B roadcast C ontrol C hannels - C ác kênh điều khiển phát q u ảng bá BCH B ro ad cast C hannels - C ác kênh p h át quảng b á BER B it E rror R ate - T ỷ lệ lỗi bít BG B o d er G atew ay - c ổ n g đ ư ờ n g biên BGvv B illing G atew ay - c ổ n g tính cước BPSK B inary P hase Shift K eying - K hoá dịch pha nhị phân BSS B ase Station S ubsystem - Phân hệ trạm gốc CDM A C o d e D ivison M ultiple A ccess - Đ a truy cập phân chia theo m ã CDR C all D etail R ecord - Bản ghi cuộc gọi chi tiết CFNR C all F orw arding on M obile su b crib er N ot R eachable - C huyển tiếp cuộc gọi khi không liên lạc đư ợc với thuê bao di động CFU C all F orw arding U nco n d itio n al - C huyển tiếp cuộc gọi vô điều kiện CGF C harg in g G atew ay F un ctio n ality - C hứ c năng cổng tính cư ớc Cl C ell Identity - N hận dang ô C /I C arrier to Interference - T ín hiệu trên nhiễu giao thoa đồng CPHCH C om m on P hysical C hannel - K ênh vật lý dùng chung CUG C lo sed U ser G roup - N h ó m thuê bao gần nhau DAM PS D igital A dvanced M obile Phone S ystem - Tiêu ch u ẩn thông tin di động kênh củ a châu  u, sử dụng công nghệ F D M A /T D M A DNS D om ain N am e S erver - M áy chủ tên m iền D PCCH D ed icated P hysical C ontrol C hannel K ênh điều khiển vật lý dành riêng DTX D isco n tin u o u s T ransm ission - T ruyền dẫn không liên tục EDGE E nhanced D ata rate for G SM E volution - T iêu chuẩn truyền dẫn tốc độ cao cho G SM E IR Equipment Identity Register - Bộ nhận dạng thiết bị ETSI European T eleco m m u n icatio n S tandards Institute - V iện tiêu chuẩn Viễn thông châu  u FDD F requency D ivision D uplex - Song công phân tần FDM F requency D ivision M ultiplex - G hép kênh phân chia theo tần số FDM A F requency D ivision M ultiple A ccess - Đ a truy cập phân ch ia theo tần số FTP F ile T ransfer P rotocol - G iao thức truyên tệp G -C D R G G S N - Call D etail R ecord - Bản ghi chi tiết cuộc gọi trong G G SN GGSN G atew ay G PR S S u p p o rt N o d e - N ú t hồ trợ cổng nổi G PR S (G PR S ) G M SC Gateway M SC for Short M essage Service - M SC cổng cho dịch vụ tin nhắn GM SK G aussian M in im u m S hifted K eying - Đ iều chế G ause tối thiểu G PRS G eneral P acket R adio S ervice - D ịch vụ vô tuyến gói ch ung - Tiêu chuẩn truy cập gói cho hệ thống di động G SM G SM Global System for M obile Communication- Hệ thống thông tin di động toàn cầu G SN G PR S S upport N o d e - N út hỗ trợ G PR S GTP G PR S T unneling P rotocol - G iao thức tạo đư ờng hầm G PR S H PLM N H om e Public L and M obile N etw o rk - M ạng di đ ộ n g m ặt đất công cộng thư ờng trú HRL H om e L ocation R eg ister - Bộ đăng ký vị trí thuê bao H SCSD H igh S peech C ircu it S w itch D ata - D ữ liệu chuyển m ạch kênh tốc độ cao HTTP H ypertext T ran sfer P rotocol - G iao thức truyền siêu văn bản IA S Internet A ccess S erv er - M áy chủ truy cập Internet IM E I International M obile E quipm ent Id entifier - N hận dạng th iết bị di động quốc tế IM S I International M obile S u b scrib er Identity - s ố nhận dạng th u ê bao di động toàn cầu IM T -2 0 0 0 International M o b ile T elecom m unications 2000 - Tiêu chuẩn thông tin di động quốc tế 2000 (T h ô n g tin di động thế hệ thứ ba) IP Internet Protocol - G iao thứ c Internet IP se c Internet Protocol security - B ảo m ật giao thức Internet IS D N Intergrated Services Digital Network - Mạng số tích hợp đa dịch vụ IS P Internet Service P ro v id er - N h à cung cấp dịch vụ Internet IT U International T eleco m m u n icatio n U nion - H iệp hội viễn thông quốc tế LA L ocation A rea - K hu vực định vị LAN Local A rea N etw ork - M ạng cục bộ LLC L ogical Link C ontrol - G iao thức điều khiển kênh logic MAC M edium A ccess C ontrol - G iao thức truy cập trung gian MAP M obile A pplication P rotocol - G iao thức ứng dụng vô tuyến M LSR M axim um Length Shifted Register - Chuỗi ghi dịch tuyến tính độ dài cực đại MS M obile Station - M áy di động đầu cuối MSC M obile S w itching C enter - Bộ điều khiển chuyển m ạch di động MT M obile T erm inal - Đ ầu cuối di động MUD M ulti U ser D etection - X ác định nhiều người sử dụng N D IS Network Driver Interface Specification.: Đặc tính kỹ thuật giao diện điều khiển mạng. NSS N etw ork S w itching S ystem - H ệ thống chuyển m ạch m ạng OSS Operation and Support System - Hệ thống khai thác và hồ trợ PACCH Packet A ssociated C ontrol C hannel - K ênh điều khiển kết h ọp gói PAGCH Packet A ccess G rant C hannel - K ênh cấp truy cập gói PBCCH Packet B roadcast C ontrol C hannel - K ênh điều khiển q u ảng bá gói PCCCH P acket C om m on C ontrol C hannel - K ênh điều khiển gói ch u n g (G PR S) PCU P acket C ontrol U nit - K hối điều khiển gói PDCH Packet D ata C hannel - K ênh d ừ liệu gói PDN Packet D ata N etw o rk - M ạng d ữ liệu gói PDP Packet D ata P rotocol - G iao thức d ữ liệu gói PDTCH P acket D ata T raffic C hannel - K ênh lưu lượng dữ liệu gói PLM N Public Land M obile N etw ork - M ạng thông tin di động m ặt đất công cộng PMP Point to M ultipoint - Đ iểm - đa điếm PNCH Packet N otification C hannel - K ênh thông báo gói PPCH Packet Paging C hannel - K ênh nhắn tin gói PRACH Packet R andom A ccess C hannel - K ênh truy cập ngẫu nhiên gói PSK Phase Shifted K eying - Đ iều chế p ha PSTN Public Switching Telephone Network - Mạng chuyển mạch thoại c ô n g cộng PSPDN Packet Switching Public Digital Network - Mạng chuyển mạch gói công cộng PTCCH Packet Timing Advance Conừol - Kênh điều khiển đồng bộ gói P -T IM S I Packet Temporary Mobile Subscriber Identity xác định số nhận dạng thuê bao di động tạm thời gói Q oS Q uality o f S ervive - C hất lư ợng dịch vụ QPSK Q uadrature P hase S hift K eying - Đ iều chế pha bốn m ức (vuông góc) RA R outing A rea - K hu vực định tuyến RACH R andom A ccess C hannel - K ênh tru y cập ngẫu nhiên (G S M ) RAI R outing A rea Identity - N h ận dạng khu vực định tuyến RF R adio F requency - Tần số vô tuyến RLC R adio Link C ontrol - Đ iều khiển liên kết vô tuyến RPP R egional P ro cesso r - V i x ử lý RSI Rate Set 1 - T ập tổc độ 1 (tập tốc độ là ước số và bội số của tốc độ cơ sở 9600bps) RS2 Rate Set 2 - T ập tốc độ 2 (tập tốc độ là ước số và bội số của tốc độ cơ sở 14400bps) R -S C H R everse S upp lem en tary C hannel - K ênh p hụ trợ đư ờng lên (cdm a2000) S -C D R S G S N - C all D etail R ecord - Bản ghi chi tiết cuộc gọi trong SG SN SGSN S erving G PR S S upport N ode - N út hồ trợ dịch vụ G PR S (G PR S) S IM S ubcriber Id en tity M odule - M ô - đun nhận dạng thuê bao S IR Signal to In terferen ce R atio - Tỷ số tín hiệu/nhiễu SM S Short M essag e Service - D ịch vụ nhắn tin ngắn SMSC Short M essag e Service C enter - T rung tâm dịch vụ nhắn tin ngấn SNDCP Sub N etw o rk D ependent C onvergence P rotocol - G iao thức hội tụ phụ thuộc phân hệ m ạng. SNMP Simple N etw ork M anagem ent Protocol - Giao thức quản lý m ạng đơn giản S-SM O -C D R SG SN d eliv ered Short m essage M obile O riginated - C all D etail record: Bản ghi cuộc gọi chi tiết cho việc gửi bản tin ngắn xuất phát từ M S do SG SN cấp p hát khi SM S do trạm di động gửi đi. S-SM T -C D R SGSN delivered Short m essage M obile Term inated - Call Detail Record Bản ghi cuộc gọi chi tiết cho việc gửi bản tin ngắn tới M S do SG SN cấp phát khi trạm di động nhận SMS. SS7 S ignalling S ystem N o7 - H ệ thống báo hiệu sổ 7 sss Switching Subsystem - Phân hệ chuyển mạch TCH Traffic C hannel - K ênh lưu lượng TCP T ransm isson C ontrol Protocol - G iao thức điều khiển truyền dẫn T C P /IP T ransm ission C ontrol P rotocol/ Internet P rotocol - G iao thức đièu khiển truyền dẫn TDD T im e D ivision D uplex - Song công phân thời TDM A T im e D ivision M ultiple A ccess - Đa truy cập phân ch ia theo thời gian TE T erm inal E q u ip m en t - T hiết bị đầu cuối TAF T erm inal T IA T elecom m unication Industry A ssociation - H iệp hội công nghệ viễn thông (Tổ chứ c tiêu chuẩn của M ỹ) TM SI Tem porary M obile Subscriber Identity - Nhận dạng thuê bao đầu cuối tạm then TRAU T ranscoder R ate A daption U nit - K hối thích ứng tốc độ chuyển đổi m ã TTA T eleco m m u n icatio n T echnology A ssociation - Tổ chức công nghệ viền thông (Tổ chứ c tiêu chuẩn của H àn Q uốc) UDP U ser D atagram Protocol - G iao thức truyền d ữ liệu theo kiểu biểu đồ, sử dụng phư ơng thức không đấu nối (connectionless) UM TS: U niversal M obile T elecom m unication S ystem - H ệ thong thông tin di động toàn cầu USF Up-link State Flag - Cờ trạng thái kết nối lên Ư TRA U M T S T eư e strial R adio A ccess - Tiêu chuẩn thông tin di động m ặt đất củ a ETSI VLR V isitor L ocation R egister - B ộ đăng ký vị trí th u ê bao khách - Bộ đăng ký tạm trú V o IP V oice over Internet Protocol - C ông nghệ truyền thoại qua giao thức Internet VPLM N V isiter P ublic Land M obile N etw ork - m ạng di động m ặt đất công cộng tạm trú W AP W ireless A cces Protocol - G iao thức truy nhập vô tuyến WCDMA W ideband C D M A - Đa truy nhập phân chia theo m ã băng rộng có k h ả n ă n g tư ơ n g th íc h c a o v ớ i các hệ th ố n g h iệ n tại n h ằ m c u n g cấp c h o k h á c h h à n g m ộ t v ù n g p h ủ só n g lớ n n h ấ t, k h ả n ă n g c h u y ể n v ù n g c a o v à n h ấ t q u á n tro n g cá c d ịc h vụ c u n g cấp . T u y n h iê n , m ộ t tro n g n h ữ n g g iả i p h á p có h iệ u q u ả n h ấ t là g iả i p h á p đ ư ợ c V iệ n T iê u C h u ẩ n V iễ n T h ô n g C h â u  u (E T S I) đ ư a ra, đ ó c h ín h là c ô n g n g h ệ c h u y ể n m ạ c h g ó i v ô tu y ế n G P R S . T ro n g các h ệ th ố n g đ iệ n th o ạ i di đ ộ n g thì h ệ th ố n g s ử d ụ n g c ô n g n g h ệ G S M là p h ổ b iế n n h ất ở V iệ t N a m v à trê n th ế g iớ i. C h ín h v ì lý d o đ ó m à v iệ c n g h iê n cứ u p h á t triển d ịc h v ụ c h u y ể n m ạ c h g ó i n ó i c h u n g v à d ịc h v ụ In te rn e t n ó i riê n g ch o m ạ n g G S M h iệ n tại là m ộ t v ấ n đ ề h ế t sứ c cần th iế t. Đ ể c u n g cấp d ịc h v ụ c h u y ể n m ạ c h gói ch o c á c h ệ th ố n g đ iệ n th o ạ i di đ ộ n g G S M h iệ n tạ i, n g ư ờ i ta th ử n g h iệ m n h iề u g iải p h áp k h ác n h au . S o v ớ i các p h ư ơ n g p h á p tru y n h ậ p k h á c , G P R S có n h ữ n g lợi th ế v ề m ặ t ch i p h í (x é t từ g ó c đ ộ n g ư ờ i s ử d ụ n g ). M ặ t k h á c , n ế u x é t từ g ó c đ ộ n h à c u n g cấp d ịc h v ụ th ì G P R S c ũ n g là m ộ t g iả i p h á p rất tiế t k iệ m b ở i n ó tậ n d ụ n g m ộ t c á c h tố i đ a c á c th iế t bị h iệ n có tro n g m ạ n g G S M , đ ồ n g th ờ i s ử d ụ n g h iệ u q u ả tài n g u y ê n v ô tu y ế n v à p h ụ c v ụ đ ư ợ c n h iề u h ơ n số k h á c h h àn g . Luận văn: "G iải p h á p q u á độ tiến tớ i th ô n g tin d i đ ộ n g th ế h ệ t h ứ ba củ a tn ạ ttg th ô n g tin d i đ ộ n g V ina P h o n e " trinh b ày sự phát triển m ạng GSM lên m ạng G PR S được chia làm 3 chương: C h ư ơ n g 1: T rin h b à y tổ n g q u a n v ề 3G C h ư ơ n g 2: T rìn h b ày G iải p h á p G P R S ch o m ạ n g V in a P h o n e C h ư ơ n g 3: T rìn h b à y các k ế t q u ả th ự c n g h iệ m k h i k iể m tra H a n d o v e r tro n g h ệ th ố n g G P R S . D o g iớ i h ạ n v ề k h u ô n k h ổ , lu ậ n v ă n ch ỉ ch ú trọ n g v à o q u á trìn h tiế n lên 3G c ủ a m ạ n g G S M h iệ n n ay . M ộ t số m ạ n g k h á c tiê u c h u ẩ n ứ n g c ử v iê n 3G k h á c có th ể c ũ n e sẽ đ ư ợ c triể n k h ai tro n g th ự c tế n h ư n g p h ạ m v i triể n k h a i sẽ k h ô n g lớ n v à chỉ m a n g tín h đ ịa p h ư ơ n g n ê n k h ô n g đ ư ợ c đ ề c ậ p tớ i. H à N ộ i, n g à y 0 8 th á n g 0 6 n ăm 2 0 0 3 H ọ c v iên Cù Thị Kiều Oanh CHƯ ƠNG I TỎ N G QUAN V Ề H Ệ TH Ó N G TH Ô N G T IN D I ĐỘNG T H É H Ệ TH Ú ■ I V I T 3 -y Chương I \ ĩ r - Tông quan vê hệ thông thông tin di động thê hệ thứ 3 I . s ự• R A Đ Ờ I C Ủ A T H Ô N G T IN D I Đ Ộ• N G T H É H Ệ• T H Ú 3 1.1. Đ ặt vấn đề N gày nay, C ông nghệ thông tin di động kh ô n g còn dành riêng để gọi điện thoại thông thường, hàng tỷ bản tin ngắn được gửi và nhận hàng tháng và người dùng đã nhận ra rằng dịch vụ thông tin di động khô n g chi thuận lợi trong việc vừa di chuyển vừ a nói ch u y ện m à nó còn có thể m an g lại nhiều ý nghĩa hon nữa khi m à kỷ nguyên Internet đã đến với chúng ta. K hông còn nghi ngờ gì nữ a về sự phát triển của tiềm năng Internet di động. N hưng khi m à nhu cầu của khách hàng sử dụng dịch vụ thông tin di động ngày càng lên cao, số liệu không chỉ còn ở dạng truyền các bản tin văn bản thuần tu ý thì tốc độ truyền dữ liệu và dung lượng của m ạng di động trở thành m ột vấn đề nan giải. N goài ra, sự phát triển của Internet cũng đòi hỏi thông tin di động phải p h át triển các hệ thống hồ trợ khách h àn g truy cập m ạng với băng thông lớn, hỗ trợ đầy dù các dịch vụ của Internet. Trước tình hình đó, U ỷ ban V iễn thông Q uốc tế ITU đã đề ra m ục tiêu phát triển m ột tiêu chuẩn m ới cho thông tin di động được gọi là IM T-2000. Tiêu chuẩn này phải đáp ứng các yêu cầu sau: - Tối đa hoá các đặc điểm chung của các giao diện vô tuyến có liên quan nhằm tạo điều kiện cho việc thiết kế chế tạo các m áy đầu cuối đa m ode, có khả năng hoạt động với nhiều chuẩn vô tuyến khác nhau. - X ây dựng các hệ thống có khả năng cung cấp dịch vụ với độ linh hoạt và hiệu quả chi phí cao nhằm tạo điều kiện để phát triển hệ thống ở các nước đang phát triển. - Tiêu chuẩn phải bao gồm cả phần thông tin di động m ặt đất và thông tin di động vệ tinh để có khả năng phủ sóng ở các khu vực có m ật độ người sử khác nhau với các loại hình dịch vụ khác nhau. Phần thông tin di động m ặt đất sẽ cung cấp các dịch vụ viễn thông với giá thành thấp cho các khu vực có m ật độ người sử dụng cao. Phần thông tin di động vệ tinh cung cấp các dịch vụ viễn thông cơ bản với phạm vi phủ sóng toàn cầu. M ục tiêu của IM T -2000 là phát triển và thống n hất các hệ thống di động phát triển trong những năm 1990 th àn h m ột cơ sở hạ tầng vô tuyến có khả năng cung cấp các loại hình dịch vụ đa d ạn g trong nhiều môi trư ờ n g khác nhau. Đ ặc điểm và m ục đích của IM T -2000 so với các hệ thống hiện nay là: 2 Chương I - Tổng quan về hệ thống í/lông tin di dộng thế hệ thứ 3 > H ệ thố n g toàn cầu: - IM T -2000 là hệ thống m ang tính toàn cầu m ang tính kết hợp của nhiều hệ thống trên thế giới. - M áy đầu cuối nhỏ gọn, sử dụng được ở m ọi nơi trên thế giới, đồng thòi hỗ trợ n h iề u loại m áy đầu cuối khác. - S ử dụng m ột dải tần chung trên toàn thế giới - C ó khả nâng chuyển vùng trên toàn thế giới - H ệ thống các thiết bị tương thích với tiêu chuẩn hiện tại. > C ác dịch vụ và tính năn g m ới - Có thể cung cấp các tính năng hỗ trợ thoại và dữ liệu tiên tiến hơn các công nghệ trước. - C hất lượng dịch vụ cao hơn, đặc b iệt ỉà dịch vụ thoại - C h ất ỉư ợng và độ tích hợp cao tư ơng đư ơng với m ạng cố định - T ốc độ bit cao - KLhả năng cung cấp dải tần theo yêu cầu sẽ hỗ trợ các dịch v ụ yêu cầu tốc độ bit khác nhau, từ dịch vụ tốc độ thấp n h ư SM S, thoại đến các dịch vụ tốc độ cao như video, truyền file. - H ỗ trợ tính năng truyền d ữ liệu k h ô n g cân bằng (tốc độ hư ớng đi khác tốc độ hư ớ n g về) - T ăn g cư ờ ng tính năng bảo m ật - H ồ trợ việc xây dụng các dịch vụ dựa trên m ạng thông minh theo chuẩn ITU -T Q. 1200 - Q u ản lý hệ thống n hất quán theo chuẩn IT U -T M 3.000 > K h ả n ăng p h á i triển và chuyển đổi - D ễ dàng phát triển hệ thống và chuyển đổi thuê bao từ các hệ thống trước IM T-2000. - T ư ơ n g thích với các dịch vụ củ a bản thân hệ thống IM T -2000 và với m ạng cố đ ịn h (P S T N /IS D N ) - T ạo c ơ sở cho việc tiếp tục p hát triển các dịch vụ m ạng di động và m ạng cố định - C ó cấu trúc m ở cho phép phát triển các công nghệ tiên tiến và phát triển các loại hình dịch vụ. - C ó k hả năng cùng tồn tại và thích ứ ng với các hệ thống trước IM T -2000. 'r Tỉnh linh hoạt, tính n ăn g h o ạ t đ ộ n g đa m ô i trư ờng 3 '* \ r F Chương I - Tông quan vê hệ thông thông tin di động thê hệ thứ 3 - Có khả năng tư ơ ng thích cao với các hệ th ố n g hiện tại nhằm cung cấp cho khách hàng m ột vùng p hù sóng lớn nhất, khả n ăn g chuyển vùng cao và n h ất quán trong các dịch vụ cu n g cấp. - Tích h ọ p các m ạng di động vệ tinh và m ặt đất - C ung cấp dịch vụ cho thuê bao di động v à cố định ở các khu vực thành thị, nông thôn và m iền núi. - Có cấu trúc m odule cho phép hệ thống p h át triển từ cấu hình nhỏ, đơ n giản lên các cấu hinh lớn v à phứ c tạp. - Có khả năng cho phép các thiết bị đầu cuối tải về các phần m ềm tư ơ n g thích để hồ trợ các tính năng đa băng tần và đa m ôi trư ờng. - Sừ dụng dải tần hiệu quả hơn so với các hệ thống trước IM T-2000, cung cấp các dịch vụ với giá họp lý, theo nhu cầu về tốc độ dữ liệu, chất lượng kênh và trễ truyền dẫn. Đặc điêttt so sánh Các h ệ th ô n g 2G IM T-2000 (3G) Tân sô hoạt động 8 0 0 M H z /l,7 G H z 2G H z Dải tân 1 kênh 1,23M H z (C D M A ) 5/10/20 M H z 9,6/1 4 ,4 /6 4 K bps 144/384/2000 K bps 8/13 K bps 8/32 K bps T hoại và sô liệu tôc M ultim edia độ th ấp /tru n g bình số liệu, hình ảnh) H ạn chê Toàn câu Tôc độ tru y ên d ữ liệu của 1 kênh M ã h oá thoại Dịch vụ cu n g cấp K hả năng ch u y ên vùng r (thoại, r B ả n g 1.1: So sánh các tham sô của các h ệ thông 2G và 3 G Y êu cầu chính cù a giao diện vô tuyến cho IM T -2 0 0 0 có thể tóm tắt lại như sau: - Tốc độ đư ờ ng truyền yêu cầu là 144K b/s, tốc độ khuyến nghị là 384K bps trong toàn bộ vùng p hủ sóng, - Tốc đ ộ đư ờ ng truyền là 2M b/s ở các khu vực có nhu cầu cao (các khu đô thị) - H iệu su ất sử dụng tần sổ cao hơn so với các hiện thống hiện tại C ó độ linh h o ạt cao trong việc đưa ra các dịch vụ mới. Phạm vi m ục tiêu của IM T -2000 rất rộng và vì vậy tuỳ thuộc vào việc chú trọng vào m ục tiêu nào sẽ nảy sinh các giải pháp hệ th ố n g khác nhau. Do có sự khác biệt trong m ức độ phát triển củ a các hệ thống thế hệ th ứ hai ở các khu vực trên thế giới nên 4 Chương I - Tổng quan về hệ thống thông tin di động th ể hệ thứ 3 nhu cầu phát triển hệ th ố n g m ới ở các khu vự c này cũng sẽ khác nhau. C hính sự khác biệt về quan điểm và nhu cầu này dẫn tới sự hình thành các phiên bản khác nhau của chuẩn IM T -2000. B ên cạnh đó, yêu cầu về tư ơng thích với các hệ thống cũ cũng ảnh hư ởng rất lớn đến việc đề ra các công nghệ áp dụng cho IM T-2000. 1.2 Cấu trúc ntạttg 3G C ấu trúc m ạng 3G bao gồm gồm 03 lớp cơ bàn: - L('rp truy nháp : được tạo bởi các trạm gốc (n ú t B) v à các bộ điều khiển m ạng vô tuyến khác nhau để phân tích và điều khiển lưu lượng vô tuyến. M áy thu phát trạm c ơ sở: thực hiện việc thu phát sóng vô tuyến giữa các m áy di động và m ạng di động K hối điều khiển m ạng vô tuyến: điều khiển các phần tử vô tuyến trong m ạng và phụ trách hoạt động cũng như điều khiển các nút B. - Lớp lõi: Có 02 vai trò chính: - Giải quyết việc định hướng hay định tuyến đến nơi mà cuộc gọi hoặc số liệu gửi đến. - V ai trò thứ hai được b iết đến như m ột m ạng đư ờng trục giải quyết các chức năng kỹ thuật, khả năng truy nhập tới m ạng số liệu gói khác, cung cấp m ột giao diện tới Internet và phân loại thông tin tính cư ớc và bảo mật. - Lớp dich vu: Đ iều khiển các ưu tiên, các đặc tính và khả năng truy nhập cơ bản của thuê bao tới các dịch vụ nâng cao đã làm cho 3G có m ột vị trí nổi trội; [2], Khái quát về m ạng 3G đư ợc m ô tả trong sơ dồ sau: 5 f \ r ĩ Chương I - Tông quan vê hệ thông thông tin di động thê hệ thứ 3 ủng dụng Dịch vụ Các dịch vụ và ứng dụng Tuyến thông tin Tuyến điều khiển H ình 1 . 1 : M ạn g 3G 6 Chương I - Tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 II. C Á C M Ô HÌNH T R IÉ N KHAI T H Ô N G TIN DI Đ Ộ N G T H E HỆ T H Ử BA T R Ê N TH É GIỚI H iện nay, hai công nghệ giao diện vô tuyến chiếm ư u thế đó là G S M và C D M AO ne đều hướng theo con đường thẳng nhất có thể để lên 3G. Nhà khai thác G SM có thể chọn một vài sự kết hợp GSM, GPRS.EDGE, và tiến lên WCDMA hình thành UMTS. Nhà khai thác CDMA One có s ự chọn lựa CDMA 2000 IX, lx E V -D V và 3x (Cũng đi qua quả trình từ IP đơn giản đến IP phức tạp) 2 .1. P h á t triển cdm a2000 từ cdm aO ne H ệ th ố n g được đề nghị p h át triển lên C D M A 2 0 0 0 là các hệ th ống 2G hiện tại sử dụn g cô n g n ghệ C D M A (các hệ thống này được gọi là C D M A O ne). C ác tổ chức ủng h ộ cd m a2 0 0 0 đã cùng th à n h lậ p m ột tổ c h ứ c c h u n g gọi là N h ó m p h á t triển C D M A (C D G ) n hằm xây dự ng các tiêu chuẩn chung để p h át triển các hệ thống khác nhau lên C D M A 2000. Do lợi thế v ề công nghệ, việc phát triển từ các hệ thống C D M A 2G hiện tại lên C D M A 2 0 0 0 rất thuận lợi, vì bản thân chuẩn IS-95 hiện tại chính là m ột phiên bản băng hẹp củ a C D M A 2000. M ặt kh ác, b ên cạnh việc đáp ứng các yêu cầu của IM T -2000, chuấn cdm a2000 đã rất chú trọ n g v ào việc phát triển đi lên từ các hệ th ống cd m aO n e th ông qua việc sử d ụng dải tần m ới là bội số củ a dải tần cũ, hỗ trợ hai p hư ơng thức đa sóng m ang và trải p h ổ trự c tiếp, với cấu trúc m ã h oá và điều chế cũng n h ư các chuỗi giả ngẫu nhiên sử d ụ n g h oàn toàn giống với các hệ thống C D M A 2G. T ổ chức C D G đ ã hoạch địn h hai giai đoạn phát triển củ a C D M A 2000 n hư sau: - C D M A 2 0 0 0 p ha 1 sẽ được phát triển đi lên từ IS-95B và được triển khai từ cấu hình kênh hiện thời với nhữ ng tính năng mới sau: + H ỗ trợ k ên h IX và 3X 1,25 M H z + H ỗ trợ tru y ền gói tốc độ 144 kbps + T ăn g d u n g lượng thoại lên gấp hai lần 7 Chương / - Tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 + Cải tiến chức năng chuyển giao Pha 1 của cdm a2000 cho phép triển khai các tính năng của hệ thống 3G m à vẫn duy trì sự hồ trợ cho các hệ thống cdm aO ne, trên cơ sở sử dụng dải tần hiện tại của cdm aOne. - C D M A 2000 pha 2 sẽ đư ợc phát triển đi lên từ cdm a2000 p ha 1 với những tính năng m ới sau: + H ỗ trợ tất cả các loại kênh (6X , 9X , 12X) + H ỗ trợ các dịch vụ truyền d ữ liệu theo kênh và gói với tốc độ 2M bps + Hồ trợ dịch vụ truyền thoại theo gói và các phư ơ ng pháp m ã hoá v o co d er tiên tiến + H ỗ trợ các dịch vụ M ulti M ed ia (V oIP, truyền d ữ liệu tốc độ cao, video hội nghị, trình duyệt w eb) M ục đích của việc phân chia sự p h át triển cdm a2000 thành hai giai đoạn là nhằm tận dụng các tính năng của hệ th ố n g này để dần phát triển lên 3G tro n g khi vẫn duy trì hoạt động cua các hệ th ố n g cd m aO n e m à không cần thiết phải sư dụng ngay các dải tần m ới cho dịch vụ băng rộng [8]. 2.2. P hát triển W CD M A từ G S M C ó thể nói W C D M A nhận đư ợc sự ủng hộ lớn nhất từ các tổ chức tiêu chuẩn trên thế giới, đặc biệt do c ơ sở p h át triển củ a W C D M A là chuẩn G SM là m ột tiêu chuẩn đư ợc sử dụng rộng khắp trên thế giới, nhất là ở C hâu  u nên tiêu chuẩn này nhận được sự hỗ trợ rộng khắp. C ác tổ chức tiêu c h u ẩ n đă th à n h lậ p m ộ t h iệ p hội phát triển W C D M A c ó té n là 3G PP và bao gồm các thành viên sau: ETSI, T T A , A R IB , TT C , CW T S. M ục đích của tổ chứ c 3G PP là xây dự ng các tiêu chuẩn để phát triển hệ thống G SM hiện thời lên hệ thống 3G dựa trên tiêu ch u ẩn U TR A . M ột trong những đề nghị W C D M A đáng chú ý nhất là của ET SI, được gọi là U T R A (U M T S terrestrial radio access). U T R A sử dụng hai ph ư ơ n g thức: FD D và TD D . Phần lớn các tiêu chuẩn của W C D M A được đề cập đ ến trong luận văn này đều lấy từ chuẩn U T R A của ET SI [2], K hó khăn lớn nhất là sự đa d ạn g củ a các hệ thống 2G được đề nghị phát triển lên W C D M A hiện tại, với giao diện vô tuyến sử dụng các phư ơ ng thức khác nhau như C D M A , T D M A , FD M A . D o đó việc phát triển các hệ th ố n g 2G hiện tại lên W C D M A sẽ là m ột quá trình lâu dài và đòi hòi nhiều thay đổi. 8 Chương I - Tồng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 C on đư ờ ng tiến tới W C D M A từ các hệ thống G SM được các tổ chức ở châu  u đưa ra như sau: «--------- G S M pha 1 /2 --------- ~ --------- G S M pha 2 + ----------► UMTS/IMT2000 H ình 1.2: S ự p h á t triển từ G S M lên U M TS/IM T2000 2.3. Các hệ th ố n g tru n g gian trên con dườtíg p h á t triển lên WCDMA 2.3.1 G SM a) G iới thiệu chung H ệ thống thông tin di động toàn cầu G SM là tiêu chuẩn thông tin di động đư ợ c ET SI xây dự ng từ những năm 1990 và được ứng dụng nhiều nhất trong các m ạng di động hiện nay. M ạng G SM sử dụng công nghệ T D M A , đặc trưng của công n ghệ này là phân kênh theo thời gian. M ỗi sóng m ang được chia làm 8 khe thời gian, m ỗi thuê bao di động trong ô được cấp m ột khe thời gian để liên lạc. Theo ch u ẩn G SM , băng tần của m ột sóng m ang là 200 K Hz. M ỗi BTS có thể có m ột hay nhiều sóng m ang. D ải tần của G SM được phân bổ ở các tần số 800M H z, 900 M Hz, 1800M H z, 1900M Hz. 9 Chương I - Tổng quan về hệ thống thông tin di động th ế hệ thứ 3 G SM hỗ trợ các dịch vụ thoại. fax, truyền số liệu, nhắn tin ngắn và m ột số dịch vụ phụ trợ khác như: thư thoại, W AP... D o m ục tiêu ban đầu của các nhà xây dựng chuẩn G SM là cung cấp dịch vụ thoại nên chuẩn này chỉ hồ trợ các dịch vụ có tốc độ 9,6kbps, chưa đáp ứng được nhu cầu về truyền số liệu tốc độ cao cho các thuê bao di động. b) C ấu trúc hệ thống G SM G iao diện U n G iao diện A ISDN PSDN CSDN PSTN PLM N H ệ thống BSS H ệ thống sss C ác m ạng khác H ình 1.3: c ấ u trúc tổng q u á t của h ệ th ố n g G SM H ệ th ố n g G SM được chia làm hai phần: H ệ th ố n g sss hệ thống BSS. M ồi phần này lại đư ợc chia thành các khối chức năng, m ồi khối chức năng thực hiện m ột hoặc m ột tập chức năng riêng. P hần tử nguyên tổ của hệ thống là ô, hay còn gọi là tế bào (cell), m ồi ô do m ột trạm thu phát gốc (B T S) điểu khiển. BTS làm việc ở m ột tập họp các kênh vô tuyến. Các kênh này khác với các kênh lân cận để tránh giao thoa. N hiệm vụ của BTS là thu phát tín hiệu từ/tới M S, quản lý tìm gọi và các yêu cầu về cấp kênh vô tuyến cho MS. Bộ điểu khiển trạm gốc (B SC ): Là việc như m ột th iết bị chuyển m ạch cho phân hệ B SS. BSC bao gồm các khối giao diện A với M SC , giao diện A bis với BTS và khối giao diện với O M C . C hức năng của BSC: Q u ản lý kênh vô tuyến; quản lý m ột số 10 Chương I - Tổng quan về hệ thống thông tin di động th ế hệ thứ 3 B TS; Đ iều khiển nối thông m áy di động và quản lý m ạng truyền dẫn. T ru n g tâm chuyển m ạch các dịch vụ di động (M SC ): điều khiển m ột số các BSC. M SC điểu khiển các cuộc gọi từ/tới m áy di động (M S). Các M S C có chức năng c ổ n g (G atew ay M S C ) đư ợc kết nối với các m ạng ISD N , PST N .. để có thể đảm bảo liên lạc giữa m ạng di động v à các m ạng này. D o đặc điểm của M S là luôn di động, cần phải có m ột bộ phận luôn cập nhật vị trí củ a M S để khi các m áy khác tìm gọi, hệ thống có thể tìm được vị trí của M S để th iết lập kênh liên lạc. C ơ sở d ữ liệu về M S được lưu trữ trong bộ định vị thư ờng trú (H L R ). Khi m ột cá nhân đ ăn g ký thuê bao di động, dữ liệu của thuê bao sẽ được lưu giữ trong H LR . C ác d ữ liệu này bao gồm các thông tin về dịch vụ của thuê bao, các thông số nhận thực, vị trí củ a M S. K hi M S di động, nó sẽ gửi các thông tin vị trí của m inh tới cơ sở dữ liệu gốc cùa nó đặt trong H LR . K hi thuê bao ờ nơi khác m uốn gọi đến M S, hệ thống di động sẽ gửi yêu cầu tìm vị trí của M S tới H L R để xác định xem M S hiện đang ở vùng phục vụ nào trong m ạng di động, từ đó hệ thống di động sẽ đ iều khiển việc nối thông giữ a thuê bao gọi với MS. H LR : nối với trung tâm nhận thực (A U C C hức năng của A U C là cung cấp cho H LR các thông số nhận thực v à các k h o á m ật m ã để sử dụng cho việc bảo mật. ). Q uá trình nhận thực thư ờ ng xảy ra ở thời điểm b ắt đầu kết nối. T rong quá trình nhận th ự c các d ữ liệu bảo m ật đư ợc lưu tại thẻ SIM được x ử lý và so sánh v ớ i d ữ liệu đư ợ c lưu tại H LR. M SC : được nối tới bộ ghi định vị tạm trú (V L R ). V L R là m ột cơ sở d ừ liệu chứa th ô n g tin về tất cả các M S hiện đang nằm tro n g vùng phục vụ của M SC. Khi M S đi vào vùng phục vụ của m ột M SC m ới, V LR của M SC này sẽ gửi yêu cầu về các th ô n g số của M S tới H LR . H L R khi đó sẽ thông báo cho V L R các thông số của M S. Đ ồng thời H L R cũng được V L R thông báo vị trí hiện thời của M S (M S đang ở vùng p h ụ c vụ của M S C nào). N eu sau đó M S m uốn thực hiện m ột cuộc gọi, V L R sẽ có tất cả các thông số cần thiết để thiết lập cuộc gọi m à khô n g cần phải thông qua H LR. N hư vậy, có thể coi V L R như m ột H L R tạm thời của M S. D o dung lượng trao đổi thông tin g iữ a M SC và V L R rất lớn nên hai khối này th ư ờ n g đư ợc đặt ờ cùng m ột vị trí hoặc được tích hợp lại thành m ột thiết bị. M ồi M S có m ột SIM , SIM cùng vói thiết bị trạm M E hợp thành m áy di động MS. Hệ thống đăng ký với M S chính là đăng ký với SIM , tức là m ột thuê bao đăng ký các 11