Đề tài Phân tích mạng thông tin di động GSM

Lời mở đầu Thông tin di động là một dịch vụ thông tin đặc biệt. Nó cho phép người sử dụng trao đổi thông tin ngay cả khi đang di chuyển. Ngoài ra nó còn có nhiều dịch vụ tiện ích khác mà hệ thống thông tin khác không thể có .Vì thế thông tin di động hiện nay đã trở nên phổ biến và không ngừng phát triển. Dịch vụ thông tin di động đã có từ những năm 1940s với những hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA. Vào đầu những năm 1980 ở một số nước châu Âu đã xuất hiện các hệ thống thông tin di động số với kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). Tuy nhiên, các hệ thống này không tương thích với nhau làm cho mạng thông tin di động chỉ bó hẹp ở từng quốc gia. GSM là tiêu chuẩn điện thoại di động số toàn chau Âu do ESTI (Europe Telecommunication Standard Institute) thành lập với các hình thức khuyến nghị lấy các tiêu chuẩn làm cơ sở cho mạng thông tin di động. Những tiêu chuẩn này đã giải quyết được vấn đề: tương thích về thiết bị, tăng dung lượng mạng nhờ việc sử dụng tần số hiệu quả hơn. Hệ thống GSM ra đời đã nhanh chóng phát triển trên toàn thế giới. Đây là hệ thống thông tin tế bào số tích hợp và toàn diện. Mạng được thiết kế phù hợp với hệ thống IDSN và các mạng số liệu công cộng khác. Trong giai đoạn hiện nay, khi vấn đề internet toàn cầu và các hệ thống mạng thông tin cá nhân phát triển nhanh cả về dung lượng, tốc độ và các loại hình dịch vụ cũng đặt ra một yêu cầu phát triển với tương đương đối với hệ thống thông tin di động. Liên minh Viễn thông Quốc tế đã bắt tay vào việc phát triển một nền tảng chung cho các hệ thống viễn thông di động. Kết quả là một sản phẩm được gọi là thông tin di động toàn cầu 2000 (IMT-2000). IMT-2000 không chỉ là một bộ dịch vụ, nó đáp ứng ước mơ liên lạc từ bất cứ nơi đâu và vào bất cứ lúc nào. Để được như vậy, IMT-2000 tạo điều kiện tích hợp các mạng mặt đất và /hoặc vệ tinh. Hơn thế nữa, IMT-2000 cũng đề cập đến Internet không dây, hội tụ các mạng cố định và di động, quản lý di động (chuyển vùng), các tính năng đa phương tiện di động, hoạt động xuyên mạng và liên mạng.. Các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 được xây dựng theo tiêu chuẩn GSM, IS-95, PDC, IS-38 phát triển rất nhanh vào những năm 1990. Trong hơn một tỷ thuê bao điện thoại di động trên thế giới, khoảng 863, 6 triệu thuê bao sử dụng công nghệ GSM, 120 triệu dùng CDMA và 290 triệu còn lại dùng FDMA hoặc TDMA. Khi chúng ta tiến tới 3G, các hệ thống GSM và CDMA sẽ tiếp tục phát triển trong khi TDMA và FDMA sẽ chìm dần vào quên lãng. Con đường GSM sẽ tới là CDMA băng thông rộng (WCDMA) trong khi CDMA sẽ là cdma2000. Tại Việt Nam, thị trường di động trong những năm gần đây cũng đang phát triển với tốc độ tương đối nhanh. Cùng với hai nhà cung cấp dịch vụ di động lớn nhất là Vinaphone và Mobifone, Công Ty Viễn thông Quân đội (Vietel), S-fone và mới nhất là Công ty cổ phần Viễn thông Hà Nội và Viễn Thông Điện Lực tham gia vào thị trường di động chắc hẳn sẽ tạo ra một sự cạnh tranh lớn giữa các nhà cung cấp dịch vụ, đem lại một sự lựa chọn phong phú cho người sử dụng. Vì vậy, các nhà cung cấp dịch vụ di động Việt Nam không chỉ sử dụng các biện pháp cạnh tranh về giá cả mà còn phải nỗ lực tăng cường số lượng dịch vụ và nâng cao chất lượng dịch vụ để chiếm lĩnh thị phần trong nước . Điều đó có nghĩa rằng hướng tới 3G không phải là một tương lai xa ở Việt Nam. Trong số các nhà cung cấp dịch vụ di động ở Việt Nam, đang có 3 nhà cung cấp dịch vụ áp dụng công nghệ GSM là Vinaphone, Mobifone và Vietel, hiện đang cung cấp dịch vụ cho phần lớn thuê bao di động ở Việt Nam. Vì vậy khi tiến lên 3G, chắc chắn hướng áp dụng công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ 3 phải được xem xét nghiên cứu. Đồ án này nghiên cứu lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động Mobifone từ GSM sang 3G WCDMA với nội dung gồm 4 phần: Phần I : Sự phát triển của hệ thống thông tin di động toàn cầu. Phần II : Mạng thông tin di động GSM. Phần III : Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS. Phần IV : Công nghệ 3G WCDMA / IMT 2000. Phần V : Lộ trình triển khai nâng cấp mạng lên 3G của VMS-Mobifone. Em xin trân thành cám ơn thầy giáo T.s Phạm Công Hùng đã nhiệt tình hướng dẫn và chỉ bảo giúp em hoàn thành đồ án này. Do kiến thức và kinh nghiệm thức tế còn hạn chế lên không thể tránh khỏi thiếu xót trong quá trình thực hiện, vì vậy em mong nhận được ý kiến góp ý từ thầy cô và các bạn. Xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Thăng Phần I: Sự phát triển của hệ thống thông tin di động toàn cầu Thông tin di động đầu tiên ra đời vào cuối năm 1940, khi đó nó chỉ là hệ thống thông tin di động điều vận. Đến nay, thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ. Thế hệ thứ nhất là thế hệ thông tin di động tương tự, sử dụng công nghệ truy nhập phân chia theo tần số (FDMA). Tiếp theo là thế hệ thứ hai và hiện nay là thế hệ thứ ba đang được chuẩn bị đưa vào hoạt động. Thế hệ thứ tư cũng đang được nghiên cứu. Thông tin di động thế hệ thứ hai sử dụng kỹ thuật số với các công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo mã (CDMA). Đây là các hệ thống thông tin di động băng hẹp với tốc độ bít thông tin của người sử dụng là 8-13 kbit/s. Hai thông số quan trọng đặc trưng của các hệ thống thông tin di động số là tốc độ bít thông tin của người sử dụng và tính di động, ở các thế hệ tiếp theo các thông số này ngày càng được cải thiện. Thông tin di động thế hệ thứ ba có tốc độ bít lên tới 2Mbit/s. Thế hệ thứ tư có tốc độ lên tới 34Mbit/s và cao hơn nữa. Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai được xây dựng theo các tiêu chuẩn như : GSM, IS-95, PDC, IS-96 phát triển rất nhanh những năm 1990. Các yêu cầu về dịch vụ mới của các hệ thống thông tin di động, nhất là các dịch vụ truyền số liệu đòi hỏi các nhà khai thác phải đưa ra được các hệ thống thông tin di động mới. Trong bối cảnh đó, ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 với tên gọi IMT-2000 với mục tiêu: Tốc độ truy nhập cao để bảo đảm các dịch vụ băng rộng như truy nhập Internet nhanh hoặc các dịch vụ đa phương tiện Linh hoạt để bảo đảm các dịch vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và điện thoại vệ tinh. Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ sóng của cả các hệ thống thông tin di động Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để bảo đảm sự phát triển liên tục của thông tin di động Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 IMT-2000 đã được đề xuất trong đó có hai hệ thống WCDMA và CDMA-2000 đã được ITU chấp thuận và sẽ đưa vào hoạt động trong những năm đầu của thập kỷ 2000. Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA do vậy cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3. WCDMA sẽ là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai sử dụng công nghệ TDMA như GSM, PDC, IS-136 còn CDMA-2000 sẽ là sự phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai sử dụng cộng nghệ CDMA: IS-95. Các hệ thống thông tin di động tổ ong tương tự thế hệ thứ nhất: AMPS: Advanced Mobile Phone Service: Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến. NAMPS: Narrow AMPS: AMPS băng hẹp. TACS: Total Access Communication System: Hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ. ETACS: Extended TACS: TACS mở rộng. NMR 450: Nordic Mobile Telephone 450: Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu băng tần 450 MHz. NMT900: Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu băng tần 900MHz. NTT: Nippon Telegraph and Telephone: Hệ thống do NTT phát triển. JTACS: Japanish TACS. NTACS: Narrow TACS. Các hệ thống thông tin di động tổ ong thế hệ hai IS- 54B TDMA IS-136 TDMA IS-95 CDMA GSM: Global System for Mobile Communicatión: Hệ thống thông tin di động toàn cầu. PCN: Personal Communication Network: Mạng thông tin cá nhân. CT-2: Cordless Phone –2: Điện thoại không dây. DECT: Digital Enhanced Cordless Telecommunication: Viễn thông không dây số tiên tiến. PDC: Personal Digital Cellular: Hệ thống tổ ong số cá nhân.. Các hệ thống nhắn tin POCSAG: Post Office Code Standardization Advisory Group: Nhóm cố vấn tiêu chuẩn hoá mã Bưu điện. ERMES: European Radio Message System: Hệ thống nhắn tin vô tuyến châu Âu. Các hệ thống thông tin di động số hiện nay đang ở giai đoạn chuyển từ thế hệ hai cộng sang thế hệ ba. Để đáp ứng các nhu cầu ngày càng tăng về các dịch vụ thông tin di động, ngay từ những năm đầu của thập niên 90 người ta đã tiến hành nghiên cứu hoạch định hệ thống thông tin di động thế hệ ba. ITU-R đang tiến hành công tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông tin di động toàn cầu ITM mà trước đây là FPLMTS. Tại Châu Âu, Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu (ETSI) đang tiến hành tiêu chuẩn hoá phiên bản của hệ thống này với tên gọi là UMTS (Univesal Mobile Telecommunication System): Hệ thống viễn thông di động toàn cầu. Hệ thống mới này sẽ làm việc ở dải tần 2 GHz. Nó sẽ cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ bao gồm từ các dịch vụ thoại và số liệu thấp hiện nay cho đến các dịch vụ số liệu tốc độ cao, video và truyền thanh. Tốc độ cực đại của người sử dụng sẽ lên đến 2Mbít/s. Tốc độ cực đại này sẽ chỉ có ở các picô trong nhà, còn các dịch vụ với tốc độ 14,4 kbit/s sẽ được đảm bảo cho di động thông thường ở các ô macro. Người ta cũng đang tiến hành nghiên cứu các hệ thống vô tuyến thế hệ thứ tư có tốc độ cho người sử dụng lớn hơn 2 Mbit/s. Hệ thống di động băng rộng MBS (Mobile Broadband System) dự kiến nâng tốc độ của người sử dụng đến STM-1. Đối với MBS các sóng mang được sử dụng ở các bước sóng mm và độ rộng băng tần 64 GHz. Một số ưu thế mà thế hệ hai cộng (GSM) đã đạt được Các dịch vụ mạng mới và cải thiện các dịch vụ liên quan tới truyền số liệu như nén số liệu của người sử dụng, số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD: High Speed Circuit Switched Data), dịch vụ vô tuyến gói đa năng (GPRS: General Packet Radio Service) và số liệu 14,4 kbit/s. Các công việc liên quan tới dịch vụ thoại như: Codec tiếng toàn tốc cải tiến (EFC: Enhanced Full Rate Codec), Codec đa tốc độ thích ứng và khai thác tự do đầu cuối các Codec tiếng. Các dịch vụ bổ sung như : chuyển hướng cuộc gọi, hiển thị tên chủ gọi, chuyển giao cuộc gọi và các dịch vụ cấm gọi mới. Cải thiện liên quan đến dịch vụ bản tin ngắn (SMS: Short Message Service) như móc nối các SMS, mở rộng bảng chữ cái, mở rộng tương tác giữa các SMS. Các công việc liên quan tới tính cước như: dịch vụ trả tiền trước, tính cước nóng và hỗ trợ ưu tiên vùng gia đình. Tăng cường công nghệ SIM, tích hợp thêm các chức năng mở rộng cho SIM. Dịch vụ mạng thông minh như CAMEL. Các cải thiện chung như chuyển mạch mạng GSM- AMPS, các dịch vụ định vị, tương tác với các hệ thống thông tin di động vệ tinh và hỗ trợ định tuyến tối ưu. Thông tin di động thế hệ thứ ba sẽ phải là thế hệ thông tin di động cho các dịch vụ di động truyền thông cá nhân đa phương tiện. Hộp thư thoại sẽ được thay thế bằng bưu thiếp điện tử được lồng ghép với hình ảnh và các cuộc thoại thông thường trước đây sẽ được bổ sung các hình ảnh để trở thành thoại có hình.... Sau đây là một số yêu cầu chung đối với hệ thống thông tin di động thế hệ ba: Mạng phải là mạng băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện. Nghĩa là mạng phải đảm bảo tốc độ bít của người sử dụng đến 2 Mbit/s. Mạng phải có khả năng cung cấp độ rộng băng tần (dung lượng) theo yêu cầu. Điều này xuất phát từ việc thay đổi tốc độ bít của các dịch vụ khác nhau. Ngoài ra cần đảm bảo đường truyền vô tuyến không đối xứng chẳng hạn với: tốc độ bit cao ở đường xuống và tốc độ bít thấp ở đường lên và ngược lại. Mạng phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu. Nghĩa là đảm bảo các kết nối chuyển mạch cho thoại, các dịch vụ video và các khả năng số liệu gói cho các dịch vụ số liệu. Chất lượng dịch vụ phải không thua kém chất lượng dịch vụ mạng cố định, nhất là đối với thoại. Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả thông tin vệ tinh. WARC-92 (The World Administrative Radio Conference held in 1992) đã dành băng tần 1885-2025 MHz và 2110-2200 MHz cho IMT-2000. Hiện nay châu Âu và các quốc gia sử dụng GSM cùng với Nhật đang phát triển W- CDMA (Wide Band Code Division Multiple Access- Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng) trên cơ sở UMTS, còn Mỹ thì tập trung phát triển thế hệ thứ hai (IS-95) và mở rộng tiêu chuẩn này đến IS-2000. Các tiêu chuẩn di động băng rộng mới được xây dựng trên cơ sở CDMA hoặc CDMA kết hợp TDMA. Các yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba Bộ phận tiêu chuẩn của ITU-R (International Telecommunication Union Radio Sector: Liên minh viễn thông quốc tế- bộ phận vô tuyến) đã xây dựng các tiêu chuẩn cho IMT-2000 (International Mobile Telecommunications - 2000: Viễn thông di động quốc tế -2000). ITM-2000 đã mở rộng đáng kể khả năng cung cấp dịch vụ và bao phủ một vùng rộng lớn các môi trường thông tin. Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng cũng đồng thời đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ 2 (2G) vào những năm 2000. Thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) xây dựng trên cơ sở ITM-2000 sẽ được đưa vào phục vụ từ năm 2001. Các hệ thống 3G sẽ cung cấp rất nhiều dịch vụ viễn thông bao gồm: thoại, số liệu tốc độ bít thấp và bít cao, đa phương tiện, video cho người sử dụng làm việc cả ở môi trường công cộng lẫn tư nhân (vùng công sở, vùng dân cư, phương tiện vận tải...). Các tiêu chí chung để xây dựng ITM-2000 như sau. Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau. - Đường lên: 1885 - 2025 MHz. - Đường xuống: 2110-2200 MHz. Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến. - Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến. - Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông. Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau. - Trong công sở. - Ngoài đường. - Trên xe. - Vệ tinh. Có thể hỗ trợ các dịch vụ như. - Môi trường thông tin nhà ảo (VHE: Virtual Home Environment) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu. - Đảm bảo chuyển mạng quốc tế. - Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói. Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới. Môi trường hoạt động của IMT-2000 được chia thành bốn vùng với các tốc độ bit Rb phục vụ như sau: Hình 1: Các khu vực dịch vụ của IMT 2000 Vùng 1: trong nhà, ô pico Rb Ê 2Mbit/s Vùng 2: thành phố, ô micro Rb Ê 384 kbit/s Vùng 3: ngoại ô, ô macro Rb Ê 144 kbit/s Vùng 4: toàn cầu Rb =9,6 kbit/s Kiểu Phân loại Dịch vụ chi tiết Dịch vụ di động Dịch vụ di động Di động đầu cuối/ di động cá nhân/di động dịch vụ. Dịch vụ thông tin định vị Theo dõi di động/theo dõi di động thông minh Dịch vụ viễn thông Dịch vụ âm thanh - Dịch vụ âm thanh chất lượng cao (16-64 kbit/s) - Dịch vụ truyền thanh AM (32-64 kbit/s) - Dịch vụ truyền thanh FM (64-384 kbit/s) Dịch vụ số liệu - Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64-1444 kbit/s) - Dịch vụ số liệu tốc độ tương đối cao (144kbit/s -2 Mbit/s) - Dịch vụ số liệu tốc độ cao (³ 2Mbit/s) Dịch vụ đa phương tiện - Dịch vụ Video (384 kbit/s) - Dịch vụ ảnh động (384 kbit/s- 2 Mbit/s) - Dịch vụ ảnh động thời gian thực (³ 2Mbit/s) Dịch vụ Internet Dịch vụ Internet đơn giản D - Dịch vụ truy nhập Web (384 kbit/s-2 Mbit/s) Dịch vụ Internet thời gian thực D - Dịch vụ Internet (384 kbit/s-2 Mbit/s) Dịch vụ Internet đa phương tiện D - Dịch vụ Website đa phương tiện thời gian thực (³ 2Mbit/s) Phần II : Mạng thông tin di động GSM I. Cấu trúc hệ thống và các thành phần của mạng : 1.1.Cấu trúc hệ thống: Hình 2: Cấu trúc hệ thống GSM 1.1.1 Phân hệ vô tuyến (RSS) 1.1.1.1. Trạm di động (MS - Mobile Station ) MS là một đầu cuối di động, có thể được đặt trên ô tô hay xách tay. Tại MS có một khối nhỏ gọi là module nhận dạng thuê bao ( SIM - Subscriber Identity Module ). Đó là một khối vật lý tách riêng, chẳng hạn là một IC Card hoặc còn gọi là card thông minh. SIM cùng với thiết bị trạm ( ME - Mobile Equipment ) hợp thành trạm di động. Không có SIM, MS không thể thâm nhập đến mạng trừ trường hợp gọi khẩn. Khi liên kết đăng ký thuê bao với card SIM chứ không phải với MS. Đăng ký thuê bao có thể có thể sử dụng trạm MS khác như của chính mình. Điều này làm nảy sinh vấn đề MS bị lấy cắp, vì không có biện pháp để chặn đăng ký thuê bao nếu bị lấy cắp thì khi đó sẽ cần một cơ sở dữ liệu chứa số liệu phần cứng của thiết bị: thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR ( nhưng hiện nay ở Việt Nam thì người ta không dùng thiết bị này nữa bởi vì khi có EIR thì nó yêu cầu máy có chỉ tiêu chất lượng tốt và do vậy giá thành cao và không phải ai cũng có thể mua một máy có chất lượng đạt yêu cầu ). EIR được nối với MSC qua một đường báo hiệu. Nó cho phép MSC kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị. Bằng cách này có thể ngăn chặn một MS không được thâm nhập mạng. 1.1.1.2. Hệ thống trạm gốc ( BSS - Base Station System ) BSS là một hệ thống đặc thù riêng cho tính chất tổ ong vô tuyến của GSM. BSS giao tiếp trực tiếp với các trạm di động MS thông qua giao diện vô tuyến, vì thế nó bao gồm các thiết bị thu/phát đường vô tuyến và quản lý các chức năng này. Mặt khác BSS thực hiện giao tiếp với các tổng đài ở phân hệ chuyển mạch SS. Tóm lại, BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờ vậy đấu nối những người sử dụng các trạm di động với những người sử dụng viễn thông khác. BSS cũng phải được điều khiển, do đó nó được đấu nối với phân hệ vận hành và bảo dưỡng OMS. BSS bao gồm hai loại thiết bị là: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC. a. Khối BTS ( Base Tranceiver Station ): Một BTS bao gồm các thiết bị thu/phát, anten và bộ xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến. BTS là thiết bị trung gian giữa mạng GSM và thiết bị thuê bao MS, trao đổi thông tin với MS qua giao diện vô tuyến. Có thể coi BTS là các Modem vô tuyến phức tạp có thêm một số các chức năng khác. Mỗi BTS tạo ra một hay một số khu vực vùng phủ sóng nhất định gọi là tế bào ( cell ). Một bộ phận quan trọng của BTS là khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ ( TRAU - Transcode/Rate Adapter Unit ). TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, tại đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu. TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể được đặt cách xa BTS và thậm chí còn đặt trong BSC và MSC. b. Khối TRAU ( Transcode/Rate Adapter Unit ) Khối thích ứng và chuyển đổi mã thực hiện chuyển đổi mã thông tin từ các kênh vô tuyến ( 16 Kb/s ) theo tiêu chuẩn GSM thành các kênh thoại tiêu chuẩn ( 64 Kb/s ) trước khi chuyển đến tổng đài. TRAU thường được điều khiển bởi BTS. c. Khối BSC ( Base Station Controller ) BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa. Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và chuyển giao. Một phía BSC được nối với BTS, còn phía kia nối với MSC của phân hệ SS. Trong thực tế, BSC được coi như là một tổng đài nhỏ, có khả năng tính toán đáng kể. Vai trò chính của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao. Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa BTS và BSC là giao diện A.bis. Các chức năng chính của BSC: Quản lý mạng vô tuyến: việc quản lý vô tuyến chính là quản lý các cell và các kênh logic của chúng. Các số liệu quản lý đều được đưa về BSC để đo đạc và xử lý, chẳng hạn như lưu lượng thông tin ở một cell, môi trường vô tuyến, số lượng cuộc gọi bị mất, các lần chuyển giao thành công và thất bại... Quản lý trạm vô tuyến gốc BTS: trước khi đưa vào khai thác, BSC lập cấu hình của BTS ( số máy thu/phát TRX, tần số cho mỗi trạm... ). Nhờ đó mà BSC có sẵn một tập các kênh vô tuyến dành cho điều khiển và nối thông cuộc gọi. Điều khiển nối thông các cuộc gọi: BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giải phóng các đấu nối tới máy di động MS. Trong quá trình gọi, sự đấu nối được BSC giám sát. Cường độ tín hiệu, chất lượng cuộc đấu nối được ở máy di động và TRX gửi đến BSC. Dựa vào đó mà BSC sẽ quyết định công suất phát tốt nhất của MS và TRX để giảm nhiễu và tăng chất lượng cuộc đấu nối. BSC cũng điều khiển quá trình chuyển giao nhờ các kết quả đo kể trên để quyết định chuyển giao MS sang cell khác, nhằm đạt được chất lượng cuộc gọi tốt hơn. Trong trường hợp chuyển giao sang cell của một BSC khác thì nó phải nhờ sự trợ giúp của MSC. Bên cạnh đó, BSC cũng có thể điều khiển chuyển giao giữa các kênh trong một cell hoặc từ cell này sang kênh của cell khác trong trường hợp cell này bị nghẽn nhiều. Quản lý mạng truyền dẫn: BSC có chức năng quản lý cấu hình các đường truyền dẫn tới MSC và BTS để đảm bảo chất lượng thông tin. Trong trường hợp có sự cố một tuyến nào đó, nó sẽ tự động điều khiển tới một tuyến dự phòng. 1.1.2.Phân hệ chuyển mạch ( SS - Switching Subsystem ) Phân hệ chuyển mạch ( SS ) bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của mạng GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao. Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác. SS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu của người sử dụng hay báo hiệu giữa các phần tử của mạng GSM. Chẳng hạn SS có thể sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7, mạng này đảm bảo hoạt động tương tác giữa các phần tử của SS trong một hay nhiều mạng GSM. 1.1.2.1.Trung tâm chuyển mạch di động (MSC - Mobile Switching Center) MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC. Một tổng đài MSC thích hợp cho một vùng đô thị và ngoại ô có dân cư vào khoảng một triệu ( với mật độ thuê bao trung bình ). MSC thực hiện các chức năng chuyển mạch chính, nhiệm vụ chính của MSC là tạo kết nối và xử lý cuộc gọi đến những thuê bao của GSM, một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS và mặt khác giao tiếp với mạng ngoài qua G-MSC. 1.1.2.2. Bộ ghi định vị thường trú (HLR - Home Location Register ) HLR lưu giữ các số liệu cố định của thuê bao di động trong mạng như SIM, các thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thông, không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về vị trí hiện thời của thuê bao. Thường HLR là một máy tính đứng riêng, không có khả năng chuyển mạch nhưng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao. Một chức năng con của HLR là nhận dạng trung tâm nhận thực thuê bao AUC. 1.1.2.3. Bộ ghi định vị tạm trú ( VLR - Visitor Location Register ) Là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng phục vụ của MSC. Mỗi MSC có một VLR, thường thiết kế VLR ngay trong MSC. Ngay cả khi MS lưu động vào một vùng MSC mới. VLR liên kết với MSC sẽ yêu cầu số liệu về MS từ HLR. Đồng thời HLR sẽ được thông báo rằng MS đang ở vùng MSC nào. Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VLR sẽ có tất cả các thông tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi mà không cần hỏi HLR có thể coi VLR như một HLR phân bố. VLR chứa thông tin chính xác hơn về vị trí MS ở vùng MSC. Nhưng khi thuê bao tắt máy hay rời khỏi vùng phục vụ của MSC thì các số liệu liên quan tới nó cũng hết giá trị. Vì vậy, có thể gọi HLR là hệ thống lưu giữ “ Hộ khẩu tạm trú ” của các thuê bao vãng lai. 1.1.2.4. Thanh ghi nhận dạng thiết bị ( EIR - Equipment Identity Register ): EIR có chức năng kiểm tra tính hợp lệ của ME thông qua số liệu nhận dạng di động quốc tế ( IMEI - International Mobile Equipment Identity ) và chứa các số liệu về phần cứng của thiết bị. ME thuộc một trong ba danh sách sau: Nếu ME thuộc danh sách trắng ( White List ) thì nó được quyền truy nhập và sử dụng các dịch vụ đã đăng ký. Nếu ME thuộc danh sách xám ( Gray List ), tức là có nghi vấn và cần kiểm tra. Nếu ME thuộc danh sách đen ( Black List ), tức là bị cấm không cho truy nhập vào mạng. 1.1.2.5 Trung tâm nhận thực (AUC – AUthentication Center) Được nối đến HLR, chức năng của AUC là cung cấp cho HLR các tần số nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật. Đường vô tuyến cũng được AUC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã này được thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao. Cơ sở dữ liệu của AUC còn ghi nhiều thông tin cần thiết khác khi thuê bao đăng ký nhập mạng và được sử dụng để kiểm tra khi thuê bao yêu cầu cung cấp dịch vụ, tránh việc truy nhập mạng một cách trái phép. 1.1.2.6. Tổng đài di động cổng G-MSC: Tất cả các cuộc gọi vào cho mạng GSM/PLMN sẽ được định tuyến cho tổng đài vô tuyến cổng Gateway-MSC. Nếu một người nào đó ở mạng cố định PSTN muốn thực hiện một cuộc gọi đến một thuê bao di động của mạng GSM/PLMN. Tổng đài tại PSTN sẽ kết nối cuộc gọi này đến MSC có trang bị một chức năng được gọi là chức năng cổng. Tổng đài MSC này gọi là MSC cổng và nó có thể là một MSC bất kỳ ở mạng GSM. G-MSC sẽ phải tìm ra vị trí của MS cần tìm. Điều này được thực hiện bằng cách hỏi HLR nơi MS đăng ký. HLR sẽ trả lời, khi đó MSC này có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC cần thiết. Khi cuộc gọi đến MSC này, VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của MS. Như vậy có thể nối thông một cuộc gọi ở mạng GSM có sự khác biệt giữa thiết bị vật lý và đăng ký thuê bao. 1.1.2.7. Khối IWF: Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của mạng GSM với các mạng này. Các thích ứng này gọi là chức năng tương tác IWF. IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn. IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở. 1.1.3 Phân hệ khai thác và bảo dưỡng ( OSS ) OSS ( Operation and Support System ) thực hiện 3 chức năng chính: Khai thác và bảo dưỡng mạng. Quản lý thuê bao và tính cước. Quản lý thiết bị di động. 1.1.3.1. Khai thác và bảo dưỡng mạng: Khai thác là hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng như tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao giữa hai cell.v.v.. Nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời nâng cấp. Khai thác còn bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vẫn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai và mở rộng vùng phủ sóng. ở hệ thống viễn thông hiện đại, khai thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung ở một trạm. Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và hỏng hóc, nó có một số quan hệ với khai thác. Các thiết bị ở hệ thống viễn thông hiện đại có khả năng tự phát hiện một số các sự cố hay dự báo sự cố thông qua kiểm tra. Bảo dưỡng bao gồm các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế các thiết bị có sự cố, cũng như việc sử dụng các phần mềm điều khiển từ xa. Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý của TMN ( Telecommunication Management Network - Mạng quản lý viễn thông ). Lúc này, một mặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của mạng viễn thông ( MSC, HLR, VLR, BSC, và các phần tử mạng khác trừ BTS ). Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối tới máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người - máy. Theo tiêu chuẩn GSM hệ thống này được gọi là trung tâm vận hành và bảo dưỡng (OMC-Operation and Maintenance Center ). 1.1.3.2. Quản lý thuê bao: Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xoá thuê bao khỏi mạng. Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung. Nhà khai thác có thể thâm nhập được các thông số nói trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước các cuộc gọi rồi gửi đến thuê bao. Khi đó HLR, SIM-Card đóng vai trò như một bộ phận quản lý thuê bao. 1.1.3.3. Quản lý thiết bị di động: Chức năng này thực hiện việc quản lý các thông số của thiết bị di động trực thuộc mạng. 1.2. Cấu trúc đia lý của mang GSM Do việc di chuyển của các thuê bao MS nên việc định tuyến các cuộc gọi trong thông tin di động phức tạp hơn so với thông tin trong mạng cố định, do đó cấu trúc mạng của GSM được phân thành các.Vùng mạng, Vùng phục vụ, Vùng định vị và Cell. Hình3: cấu trúc địa lý 1.2.1.Vùng mạng Đây là vùng bao phủ trên toàn hệ thống mạng di động. Trong vùng mạng có tổng đài GMSC (Gaterway Mobile Switching Center) nó làm nhiệm vụ chuyển mạch tất cả các cuộc gọi từ mạng di động vào mạng PSTN, vào cấc mạng khác và ngược lại.GMSC làm việc như một tổng đài trung kế vào mạng di động, nó cho phép định tuyến tất cả các cuộc gọi đến nơi nhận cuối cùng của chúng là các MS. 1.2.2.Vùng phục vụ MSC/VLR Đây là vùng mà MSC quản lý để định tuyến một cuộc gọi đến thuê bao di động, đường truyền qua mạng được kết nối đến MSC ở vùng mà thuê bao đang có mặt. Mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR. Hình4: Cấu trúc vùng phục vụ. 1.2.3.Vùng định vị (LAI) Là các vùng nhỏ tạo nên vùng phục vụ MSC/VLR. Trong vùng định vị LAI các MS có thể chuyển động tự do mà không cần gửi các thông tin cập nhật vị trí cho tổng đài MSC/VLR. Vùng định vị là vùng mà tại đó thông báo tìm gọi được phát quảng bá cho các MS. LAI có thể gồm nhiều ô và thuộc một hay nhiều BSC nhưng nó chỉ thuộc MSC/VLR. Hình 5: Cấu trúc vùng đinh vị 1.2.4. Ô vô tuyến (Cell) Ô là đơn vị nhỏ nhất được vùng định vị phân chia. Mỗi ô được bao phủ vô tuyến bởi một trạm vô tuyến gốc BTS. Việc định tuyến một cuộc gọi đến thuê bao di động được thực hiện bởi sự liên lạc trực tiếp giữa BTS của ô đó va MS. Hình 6: Cấu trúc các Cell II. Cấu trúc kênh, Giao diện và báo hiệu 2.1. Cấu trúc kênh: Như đã giới thiệu trong phần tổng quan về hệ thống thông tin di động, giao tiếp vô tuyến là giao diện đặc thù và quan trọng nhất của mạng di động, nó là tên gọi chung của đầu nối giữa trạm di động MS và trạm thu phát gốc BTS. Giao diện vô tuyến là giao diện phức tạp và đặc thù nhất trong hệ thống thông tin di động tổ ong. Đồng thời nó cũng quyết định đến chất dịch vụ trong mạng. GSM hiện nay dụng băng tần 900 Mhz cho hai đường - Đường lên : 890 Mhz – 915 Mhz - Đường xuống : 935 Mhz – 960 Mhz Giao diện vô tuyến bao gồm các kênh vật lý và các kênh logic. Trong đó một kênh vật lý là một khe thời gian ở một sóng mang đã được chỉ định. Dải thông tần của một kênh vật lý là là 200 Khz, dải tần bảo vệ ở biên cũng rộng 200 Khz. Vậy GSM 900 có 124 sóng mang cho nên số kênh sẽ là 124 x 8 = 992 kênh. Mỗi kênh vật lý chứa một cặp kênh tần số cho hướng thu và phát. Hình 7: Cấu trúc kênh vật lí của GSM Có nhiều loại thông tin cần truyền giữa BTS và MS, chẳng hạn số liệu người sử dụng hay báo hiệu. Cho nên hình thành các loại kênh logic khác nhau dựa trên các loại thông tin cần truyền. Mỗi kênh vật lý có thể được gán cho một hay một số kênh logic. 2.1.1. Kênh vật lý. Như đã biết một khe thời gian của một khung TDMA ở một sóng mang được gọi là một kênh vật lý. Trong một sóng mang có 8 kênh vật lý, từ kênh 0 đến 7 ( khe thời gian 0 - 7 ). Thông tin được phát đi trong một khe thời gian được gọi là một cụm ( burst ). Hình 8: kênh vật lí 2.1.2. Kênh logic. - Kênh logic được chia thành hai loại : Kênh lưu lượng TCH (Traffic Channel) và kênh điều khiển CCH ( Control Channel ). a. Kênh lưu lượng TCH TCH để mang tiếng được mã hoá, hoặc số liệu người sử dụng. Là kênh đường lên hoặc đường xuống. TCH có hai loại : Bm hay kênh toàn tốc TCH mang thông tin ( tiếng được mã hoá hay số liệu ) ở tốc độ tổng 22,8 Kbps. Lm hay kênh bán tốc TCH mang thông tin ( tiếng được mã hoá hay số liệu ) ở tốc độ tổng 11,4 Kbps. b. Kênh điều khiển CCH ( Control Channel ) Các kênh này được dùng để truyền báo hiệu hay số liệu đồng bộ. Trong giao diện vô tuyến nó dùng để truyền các thông tin quản lý giao diện Um (như truyền kết quả đo cường độ trường của sóng điện từ từ MS đền BTS ... ). Kênh điều khiển có ba loại : Kênh điều khiển quảng bá, kênh điều khiển chung, kênh điều khiển riêng. Các kênh điều khiển quảng bá - Kênh hiệu chỉng tần số FCCH (Fresquency Correction Channel) : kênh này mang thông tin để hiệu chỉnh tần số của MS. Chỉ dùng ở đường xuống. - Kênh đồng bộ SDH (Sync Channel) : Kênh này mang thông tin để đồng bộ khung (số khung TDMA) cho MS và nhận dạng BTS chỉ được dùng ở đường xuống. - Kênh điều khiển quảng bá BCCH (Broadcast Control Channel): phát quảng bá thông tin chung trên cơ sở một kênh cho một BTS (thông tin riêng của ô). BCCH chỉ được dùng cho đường xuống. Kênh điều khiển chung CCCH ( Common Control Channel ) - Kênh tìm gọi PCH ( Paging Channel ) chỉ dùng cho đường xuống để tìm gọi MS. - Kênh thâm nhập ngẫu nhiên RACH ( Random Access Channel ). MS sử dụng RACH để yêu cầu dành một SDCCH ( kênh báo hiệu dành riêng ) hoặc để trả lời tìm gọi. - Kênh cho phép truy cập AGCH ( Access Grant Channel ) : kênh này được sử dụng để dành một SDCCH hay trực tiếp một TCH cho một MS. Là kênh đường xuống. Kênh điều khiển dành riêng DCCH ( Dedicated Control Channel ) - Kênh điều khiển dành riêng đứng một mình SDCCH ( Stand Alone Dedicated Control Channel ) được sử dụng để báo hiệu hệ thống khi thiết lập một cuộc gọi trước khi ấn định một TCH. Chẳng hạn đăng ký và nhận thực được thực hiện ở đây. Là kênh cho cả đường lên và đường xuống. - Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH (Slow Associated Control Channel ) liênkết với TCH hay một SDCCH. SACCH là một kênh số liệu liên tục để truyền đưa báo cáo đo lường, định trước thời gian và điều khiển công suất. - Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH ( Fast Associated Control Channel ) là kênh liên kết với TCH, FACCH làm việc ở chế độ lấy cắp. 2.2. Các giao diện cơ bản của mạng di động GSM Các giao diện cơ bản của mạng GSM được chia thành hai loại : giao diện nội bộ mạng GSM và các giao diện ngoại vi. Trong đó giao diện nội bộ mạng GSM lấy hệ thống báo hiệu số 7 (CCS7) làm cơ sở cho các quá trình điều khiển việc trao đổi thông tin giữa các phần tử của mạng khi cung cấp các dịch vụ cho thuê bao và quản lý mạng. Các giao diện ngoại vi với các mạng khác như PSTN, ISDN, PSDN hay với các PLMN khác... sử dụng R2, CCS7 hay X25 tuỳ thuộc vào từng mạng cụ thể. Sau đây là chi tiết về từng loại giao diện 2.2.1.Giao diện nội bộ mạng 2.2.1.1. Giao diện vô tuyến (Um) Giao diện vô tuyến (Um) là giao diện giữa BTS và MS. Đây là giao diện quan trọng nhất, quyết định lớn nhất đến chất lượng dịch vụ của mạng GSM. Giao diện này cung cấp một số lượng các kênh logic. Thông tin về người sử dụng (thoại, dữ liệu) được truyền dẫn qua kênh thông tin, các tín hiệu điều khiển được truyền qua các kênh điều khiển. Các kênh điều khiển là các kênh sau: Kênh quảng bá: cho việc hiệu chỉnh tần số, đồng bộ và điều khiển. Kênh điều khiển chung: cho nhắn tin, truy nhập ngẫu nhiên và cấp quyền truy cập. Kênh điều khiển dành riêng: điểu khiển kết hợp chậm, điều khiển kết hợp nhanh và điều khiển độc lập. Trong GSM, giao diện vô tuyến sử dụng tổng hợp cả hai phương thức phân kênh theo tần số (FDMA) và phân kênh theo thời gian (TDMA) 2.2.1.2. Giao diện Abis Giao diện Abis là giao diện giữa BTS và BSC. Giao diện này được sử dụng để trao đổi thông tin thuê bao (như thoại, số liệu...) và thông tin điều khiển (báo hiệu, đồng bộ...). BSC kiểm soát các BTS qua giao diện này. Abis sử dụng đường truyền chuẩn PCM 32 (2,4Mb/s) với mã sửa sai CRC4 theo CCITT, G732. Giao thức trong kênh báo hiệu tuân theo chuẩn CCITT LAPD. 2.2.1.3. Giao diện A Giao diện A là giao diện giữa MSC và BSC, qua bộ chuyển mã TRAU. Tuỳ theo thiết kế của từng hãng cụ thể, TRAU có thể được gắn liền hoặc tách dời với BSC. Giao diện A cũng sử dụng các luồng chuẩn PCM 32. Giao diện này sử dụng báo hiệu CCS7 (gồm MTP, SCCP và BSSAP). 2.2.1.4. Giao diện B Giao diện B là giao diện giữa MSC và VLR đã được tiêu chuẩn hoá ở GSM pha 1. Giao diện này sử dụng CCS7 để trao đổi số liệu giữa MSC và VLR, như các số liệu về quyền truy nhập của thuê bao, các tham số chuyển cuộc nối, số nhận dạng của thuê bao vãng lai và các số liệu cần trao đổi giữa tổng đài và thuê bao trong thời gian nối mạch... 2.2.1.5. Giao diện C Giao diện C là giao diện giữa MSC và HLR. Giao diện này sử dụng CCS7 và được quy định phần ứng dụng riêng cho GSM-MAP. MSC sử dụng giao diện này để truy nhập HLR lấy số liệu trong các trường hợp: - Số Roaming của MS khi có cuộc gọi từ mạng PSTN vào PLMN qua GMSC - Thông tin định tuyến từ HLR tới GMSC khi có cuộc gọi từ mạng PSTN vào mạng di động PLMN 2.2.1.6. Giao diện D Giao diện D là giao diện giữa VLR và HLR. D sử dụng MAP để trao đổi số liệu về các thuê bao di động giữa các cơ sở dữ liệu của HLR và VLR như : Các tham số về quyền truy nhập mạng của thuê bao. Tái thiết lập lại số liệu của thuê bao trong VLR khi cần thiết. Khi có cuộc gọi từ mạng PSTN vào mạng GSM, HLR sẽ chuyển các yêu cầu của GMSC về MSRN cho VLR. Thiết lập mới các số liệu của thuê bao cho VLR khi MS di chuyển từ vùng phục vụ khác tới. Xử lý và lưu giữ các thông tin liên quan đến dịch vụ phụ khi có thuê bao nào đó yêu cầu. 2.2.1.7. Giao diện E Giao diện E là giao diện giữa các tổng đài trong mạng GSM. Giao diện E được sử dụng thiết lập các cuộc nối giữa các thuê bao thuộc vùng kiểm soát của các tổng đài khác nhau. Giao diện này sử dụng các luồng PCM32 cùng các kênh CCS7. Phần ứng dụng của CCS7 là MAP và ISUP. Một số chức năng của MAP: - Di chuyển cuộc nối từ MSC tới MSC khác khi đang nối mạch cho một thuê bao đang di chuyển (handover). - Trao đổi các thông tin điều khiển cuộc gọi giữa MSC và MS khi xảy ra handover. Một số chức năng của ISUP: thiết lập, huỷ hay kết thúc cuộc gọi từ MSC qua MSC khác. 2.2.1.8. Giao diện F Giao diện F là giao diện giữa EIR và MSC. Giao diện F sử dụng MAP để MSC trao đổi số liệu về việc nhận dạng thiết bị thuê bao quốc tế IMEI với cơ sở dữ liệu đã được ghi sẵn trong EIR khi cần kiểm tra các thuê bao MS . 2.2.1.9.Giao diện G Giao diện G là giao diện giữa các VLR. Giao diện này được các VLR sử dụng để trao đổi số liệu về MS trong quá trình tạo lập và lưu giữ hộ khẩu tạm trú của các MS đó. Giao diện G sử dụng CCS7 với phần ứng dụng là MAP để trao đổi những thông tin như : - Gửi các yêu cầu về IMSI từ VLR cũ sang VLR mới. - Gửi các yêu cầu về tham số quyền truy nhập của thuê bao từ VLR này sang VLR khác khi di chuyển giữa hai MSC tương ứng. 2.2.1.10.Giao diện Ater Giao diện Ater là giao diện giữa BSC và TRAU. Thông qua giao diện này TRAU sẽ chuyển các kênh traffic từ BSC có tốc độ 13kb/s thành kênh tiêu chuẩn có tốc độ 64kb/s và ngược lại. 2.2.2.Giao diện ngoại vi 2.2.2.1.Giao diện với OMC Đây là giao diện giữa OMC và các phần tử của mạng như MSC, VLR, HLR, EIR, BSC... Do chức năng của phần BSS và NSS khác nhau nên hiện nay OMC được thiết kế riêng cho từng phần hệ thống. Tuy nhiên trong tương lai có thể cả mạng sẽ có một OMC duy nhất. Giao diện này nhằm mục đích điều hành, khai thác và bảo dưỡng các phần tử trong mạng. 2.2.2.2.Giao diện với PSTN Giao diện giữa các mạng GSM với mạng thoại PSTN được chuẩn hoá bằng các luồng PCM32, với hệ thống báo hiệu CCS7 hoặc MFC:R2, tuỳ thuộc vào mạng thoại. Chỉ có các dịch vụ có mặt ở cả hai mạng mới cung cấp được cho các cuộc nối liên quan đến thuê bao trong mạng thoại. 2.2.2.3.Giao diện với ISDN Giao diện mạng GSM với ISDM được chuẩn hoá theo tiêu chuẩn giao diện của ISDN (giao diện sơ cấp) và sử dụng hệ thống báo hiệu CCS7 (ISUP) để cung cấp các dịch vụ thoại, số liệu... 2.2.2.4.Giao diện với PSDN Giao diện với mạng số liệu X25 cũng được tiêu chuẩn hoá ở GSM. Cấu trúc của giao diện phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng nhà khai thác. Trong thực tế, việc cung cấp dịch vụ số liệu trong mạng GSM theo tiêu chuẩn X25 khá phức tạp cả phần cứng cũng như phần mêm của mạng. Do vậy giá thành rất cao. Đồng thời việc ghép nối với PSDN cũng cần thiết bị tương ứng PAD. Hơn nữa, dịch vụ số liệu trong GSM cho đến nay không mấy hấp dẫn và ít phát triển. 2.2.2.5.Giao diện với PLMN qua PSTN/ISDN Giao diện giữa các mạng GSM với nhau thông qua mạng PSTN hoặc ISDN được tiêu chuẩn hoá cho GSM. Giữa các MSC của hai mạng có hai loại báo hiệu được trao đổi khi nối mạng. Các chức năng xử lý cuộc gọi cơ bản, phụ thuộc vào hệ thống báo hiệu của mạng cố định (CCS7- ISUP, R2). Các chức năng của MAP dành riêng cho GSM được quy định trong SCCP của hệ thống báo hiệu số 7. 2.3.Phương thức báo hiệu trên giao diện vô tuyến Um Phương thức này sử dụng giao thức lớp 2 trong mô hình OSI là LAPDm ( Link Access Protocol on Dm Channel ), lớp này cung cấp đường truyền tin cậy giữa trạm di động và mạng. Ngoài ra còn được sử dụng ở lớp 3 đảm bảo các thủ tục báo hiệu giữa trạm di động và mạng. Nó chia thành ba lớp con : RR, MM, CM Quản lý tài nguyên vô tuyến RR ( Radio Resource Management ) xử lý việc thiết lập, duy trì, kết thúc các cuộc nối của dịch vụ di động. Quản lý máy di động MM ( Mobility Management ) lưu giữ các số liệu tạm thời, quyết định việc cung cáp dịch vụ, xác định vị trí, quyền truy nhập mạng của thuê bao di động. Quản lý nối thông CM ( Connection Management ) trao đổi các mẫu tin giưã mạng với thuê bao chủ gọi. Nó bao gồm 3 phần tử : Điều khiển cuộc gọi ( CC ) Phần tử đảm bảo dịch vụ bổ sung ( SS ) Phần tử đảm bảo dịch vụ bản tin ngắn ( SMS ) 2.3.1 Giao diện ABIS ( BTS - BSC ) Abis là giao diện giữa BTS và BSC được sử dụng để trao đổi thông tin thuê bao ( thoại, số liệu, ... ) và thông tin điều khiển ( đồng bộ, ... ). Các bản tin được trao đổi ở giao diện này có nhiều nguồn gốc và nơi nhận khác nhau : như bản tin giữa BSC và BTS, bản tin giữa MS và các phần tử khác của mạng, ... Giao tiếp Abis sử dụng giao thức ở lớp hai gọi là thủ tục thâm nhập đường truyền kênh D : LAPD ( Link Access Procedure on D Channel ). 2.3.2 Giao diện A ( BSC - MSC ) Đây là giao diện giữa MSC và BSC của hệ thống con trạm gốc BSS. Giao diện này được sử dụng cho các bản tin giưã MSC và MS. Ví dụ bản tin giữa MSC và MS sử dụng các giao thức sau : - CM : Quản lý nối thông : được sử dụng để điều khiển quản lý cuộc gọi ( như thiết lập, giải phóng và giám sát cuộc gọi), quản lý các dịch vụ bổ xung và dịch vụ bản tin ngắn. - MM: Quản lý di động: được sử dụng để quản lý vị trí cũng như tính bảo mật của trạm di động. Giao diện này sử dụng các luồng chuẩn PCM 32. 2.4. Khái niệm cụm ( Burst ) trong thông tin di động. Cụm : Khuôn mẫu thông tin ở một khe thời gian trên kênh TDMA được gọi là một cụm, nghĩa là trong khoảng thời gian đồng đều ( cứ 8 khe thời gian một lần ở kênh TDMA ) ta gửi đi một cụm của một loại thông tin (xét từ MS ) Có 5 loại cụm khác nhau. 2.4.1. Cụm bình thường. Cụm này được sử dụng để mang thông tin ở TCH và các kênh điều khiển trừ kênh RACH, SCH và FCCH. Các bit mật mã gồm 57 bit số liệu hay tiếng được mật mã cộng với một “ cờ lấy cắp “ chỉ thị xem cụm này có được lấy cắp cho báo hiệu FACCH hay không. Hình 9: Cụm bình thường Chuỗi hướng dẫn là một mẫu biết trước để bộ cân bằng có thể lập mô hình kênh. Sở dĩ chuỗi hướng dẫn được đặt ở giữa vì kênh này luôn luôn thay đổi. Khi đặt nó ở đây có thể hi vọng rằng kênh này không quá khác khi nó tác động lên chuỗi hướng dẫn so với khi nó tác động lên các bit thông tin. Nếu ta đặt chuỗi hướng dẫn ở đầu cụm thì mẫu kênh do ta tạo ra không đúng với các bit ở cuối cụm. Các bit đuôi (TB) luôn luôn là “000”. Các bit này giúp cho bộ cân bằng biết được đâu là đầu và cuối mẫu bit, vì thuật toán bọ cân bằng cần điểm khỏi đầu và kết thúc. Khoảng bảo vệ (GP) là một khoảng trống. Nếu có cực đại là 8 người sử dụng trên một sóng mang với 8 khe thời gian khác nhau, ta cần đảm bảo rằng họ không bị chồng lấn lên nhau trong quá trình truyền dẫn. Trong thực tế rất khó có thể đồng bộ chính xác các cụm (khi không có GP) vì các trạm di động luôn luôn chuyển động trong quá trình cuộc gọi. Vì thế các cụm của trạm di động hơi trượt so với nhau. 2.4.2. Cụm hiệu chỉnh tần số: Cụm này được sử dụng để hiệu chỉnh tần số của trạm di động. Nó tương đương với sóng mang không bị điều chế. Các bit cố định đều là không, nên bộ điều chế sẽ cung cấp một sóng mang không bị điều chế. Các bit đuôi giống như cụm bình thường. Khoảng bảo vệ giống như cụm bình thường. Hình 10: Cụm hiệu chỉnh tần số 2.4.3. Cụm đồng bộ. Cụm này được sử dụng để đồng bộ thời gian của trạm di động. Nó chứa một chuỗi đồng bộ dài dễ dàng nhận biết và mang thông tin của số khung TDMA cùng với mã nhận dạng trạm cơ sở BISC. BSIC được trạm di động sử dụng để kiểm tra nhận dạng BTS khi đo cường độ tín hiệu ( để tránh đo nhầm ở các ô đồng kênh ). Nó cũng được sử dụng để phát hiện sự thay đổi PLMN ( người khai thác ). Hình11 : cụm đồng bộ 2.4.4 Cụm thâm nhập(AB) Sử dụng để thâm nhập ngẫu nhiên và có GP để dành cho cụm từ trạm di động, vì trạm này ở lần thâm nhập đầu tiên không thể định trước thời gian(hay sau khi chuyển giao đến BTS mới).Trạm di động có thể xa BTS nghĩa là cụm đầu tiên sẽ đến muộn và không có định trước thời gian ở cụm đầu, cụm này phải ngắn hơn để tránh chồng lấn cụm này với khe thời gian sau. Hình 12: Cụm thâm nhập 2.4.5 Cụm giả (DB) Cụm này được phát đi từ trạm BTS và không chứa thông tin khuôn mẫu giống như cụm bình thường với các bit mã hoá được thay thế bởi các bit hỗn hợp có mẫu bit xác định. 2.5. Sắp xếp các kênh vật lý lên kênh logic. Chúng ta có một BTS với n sóng mang ( song công ), mỗi sóng mang có 8 khe thời gian ( TS ). Các sóng mang được ký hiệu Co, C1, ... , Cn. Ta bắt đầu từ TSo ở đường xuống Co. TSo ở Co được sử dụng chỉ sắp xếp các kênh điều khiển. Toàn bộ có 51 TS. Chuỗi này được lặp đi lặp lại nghĩa là sau khoảng trống ( khung IDLE ) lại bắt đầu lặp lại F, S. F ( FCCH ) : ở đây trạm di động đồng bộ tần số của mình. S ( SCH ) : Trạm di động đọc số khung TDMA và BSIC. B ( BCCH ) : Trạm di động đọc các thông tin chung về ô này. C ( CCCH ) : Có thể tìm gọi một trạm di động và dành một SDCCH. I ( IDLE ) : Khung để trống không phát bất cứ thông tin nào Hình 13: Ghép BCCH và CCCH ở TSo BTS phải luôn phát ở Co thậm chí không có tìm gọi cũng như thâm nhập. Điều này cho phép trạm di động có thể đo cường độ tín hiệu ở BTS để quyết định xem BTS nào thích hợp với : 1) nơi ghép khởi nguồn ( khi bật nguồn ), 2) chuyển giao khi cần thực hiện. FCCH, SCH và BCCH luôn được phát. Nếu CCCH không được sử dụng thì một cụm giả được phát. Đối với các TS1 ữ TS7 cũng như vậy. Tso ở Co đường lên không chứa các kênh nói trên. Nó được trạm di động sử dụng để thâm nhập. ở đây cũng chỉ vẽ TSo của 51 khung liên tiếp. Hình 14: Ghép RACH ở TSo Như vậy các kênh logic BCCH, FCCH, SCH, PCH, AGCH và RACH được sắp xếp trên TSo nhưng chỉ RACH có ở đường lên, còn các kênh khác ở đường xuống. Khe TS1 đường xuống ở Co có dạng hình 1.9. TS1 được sử dụng để sắp xếp các kênh điều khiển riêng lên các kênh vật lý. Vì tốc độ bit trong quá trình thiết lập cuộc gọi và đăng ký khá thấp, có thể có 8 SDCCH ở một TS ( TS1 ) nên việc sử dụng TS hiệu suất hơn. Toàn bộ có 102 TS. Chuỗi này cũng được lặp lại nếu sau 3 khung để trống (IDLE ) nó lại bắt đầu từ Do. Dx ( SDCCH ) : ở đây một “ trạm di động x “ tiến hành thiết lập một cuộc gọi và cập nhật các thông số trao đổi với GSM/PLMN. Dx chỉ được sử dụng cho “ trạm di động x “ trong khi thiết lập cuộc gọi và chỉ được dành cho MS sau khi “ trạm di đông “ đã chuyển sang TCH để khởi đầu cuộc gọi hay giải phóng sau khi đăng ký nó. Ax ( SACCH ): báo hiệu điều khiển (chẳng hạn như điều chỉnh công suất ) cũng phải được trao đổi trong giai đoạn thiết lập cuộc gọi ( có thể cả chuyển giao) và quá trình này được thực hiện ở đây cho trạm di động x. Hình 15: Ghép SDCCH + SACCH ở TS1 TS1 ở Co đường lên cũng có cùng cấu trúc vì đây là các kênh riêng, đây là nối ghép hai đường cho một trạm di động ở một khe thời gian. Tuy nhiên thời gian được dịch đi, điều này cho phép thông tin hiệu quả hơn. Dx giống như đường xuống. Ax giống như đường xuống. Hình 16: Ghép SDCCH + SACCH ở TS1 Như vậy TS0 và TS1 đường lên và xuống của sóng mạng Co đã bị các kênh điều khiển chiếm. Chỉ còn TS2 ữ TS7 được sử dụng cho các kênh lưu thông TCH. Các kênh này được sắp xếp ở các kênh vật lý như sau : ( hình 1.10 ) hình vẽ này vẽ TS2 đường xuống ở Co. Trong hình này thông tin ở TS2 tạo thành một TCH. Tất cả có 26 TS. Sau TS để trống ( IDLE ) lại bắt đầu lại. T ( TCH ) chứa tiếng hay số liệu được mã hoá ( cuộc gọi ). A ( SACCH ) báo hiệu điều khiển, chẳng hạn để thay đổi công suất. Hình 17: Ghép TCH I (IDLE ) bình thường mỗi TS2 ở mỗi khung TDMA chứa thông tin gửi đến trạm di động nằm ở TS2. Trừ khe trống là thông tin không được gửi. Trạm di động sử dụng khe rỗi này theo một cách riêng. Cấu trúc của đường lên cũng như vậy. Điểm khác nhau duy nhất là sự dịch về mặt thời gian, TS2 ở đường xuống không xảy ra cùng thời gian như ở TS2 ở đường lên. Thời gian dịch là 3 TS. Hình 1.11. Như vậy rõ ràng là trạm di động không cần phát và thu tại một thời điểm. Hình 18: Dịch giữa TCH đường lên và xuống. Tóm lại các kênh logic được sắp xếp lên kênh vật lý ở sóng các mang trong thông tin di động GSM như sau : • Sóng mang Co : - Khe TS0 các kênh điều khiển logic chu kỳ lặp 51 TS. - Khe TS1 các kênh điều khiển logic chu kỳ lặp 102 TS. - Khe TS2 ữ TS7 các kênh lưu thông logic, chu kỳ lặp là 26 TS. • Sóng mạng khác ( C1 ữ Cn ) dành cho BTS, chỉ được sử dụng cho TCH, nghĩa là TS0 -TS7 đều là TCH. 2.6. Đo cường độ trường ở trạm di động. Đối với việc đo cường đọ trường ở trạm di động thì có hai chế độ đo đó là : chế độ rỗi và chế độ đã nối thông cuộc gọi. 2.6.1. Chế độ rỗi : Chọn ô khi bật nguồn di động. a. Trạm di động quét tất cả 124 kênh RF ở hệ thống GSM và tính toán các mức trung bình cho từng kênh. Trạm di động điều chỉnh đến sóng mang mạnh nhất và tìm xem đây có phải là sóng mang BCCH không ( sóng mang Co ). Nếu phải, trạm di động đọc số liệu BCCH để tìm xem liệu có thể khoá đến ô này không. Nếu không, trạm di động điều chỉnh đến sóng mang mạnh thứ hai. b. Trạm di động có thể ( tuỳ chọn ) có bộ nhớ BCCH, khi đó nó chỉ phải tìm các sóng mang này. Nếu quá trình này thực hiện không thành công trạm di động sẽ thực hiện quá trình a. 2.6.2. Chế độ đã nối thông cuộc gọi. Trong quá trình cuộc gọi, trạm di động liên tục (thông qua SACCH) thông báo cho hệ thống cường độ tín hiệu đo từ BTS lân cận. BSC sử dụng các phép đo này để nhanh chóng quyết định các ô đích khi chuyển giao cần thiết. Việc đo đạc các ô lân cận trong quá trình cuộc gọi được thực hiện khi trạm di động không làm việc khác, nghĩa là giữa các khoảng thời gian phát và thu ở khe thời gian dành cho trạm. Cường độ tín hiệu của ô phục vụ được giám sát khi thu TS dành cho trạm di động. ở SACCH trạm di động được thông báo cần giám sát sóng mang BCCH nào để chuyển giao, nên cường độ tín hiệu của các sóng mang này được lần lượt đo. Vì thế quy trình làm việc là : phát - đo - thu - phát - đo –thu Giá trị trung bình của phép đo cho từng sóng mang sau đó được tính toán và thông báo cho BSC. Để đảm bảo các giá trị đo tương ứng với các BTS cần đo thì cần phải nhận dạng BTS. Nhận dạng BTS được thực hiện ở BSIC, được phát ở SCH trên TS0, Co. Vậy trong thời gian của khung để trống ( IDLE ) ở TCH, BSIC cho BTS lân cận được kiểm tra. Quá trình được minh hoạ trên hình - MS đo và thu cường độ tín hiệu ở ô phục vụ, TS2. - MS phát. - MS đo cường độ tín hiệu cho ít nhất một ô lân cận. - MS đọc BSIC ở SCH ( TS0 ) cho một ô lân cận. Hình 19: Nguyên lý đo MS Cùng phát ở cùng một tần số hay kênh đó. Cường độ tín hiệu thu được này phụ Sau đó sáu ô lân cận có giá trị cường độ tín hiệu trung bình cao nhất và BSIC đúng được báo cho BSC qua kênh SACCH. 2.7.Vấn đề sử dụng lại tần số và quy hoạch tần số: Một mục tiêu quan trọng khi thiết kế hệ thống Cellular là làm thế nào có thể đạt được dung lượng cao đạt được só thuê bao lớn nhất trong một diện tích phủ sóng nhất định (Grade of Service) và chất lượng thoại chấp nhận dược. Nhưng với một dải tần số có giới hạn cho hệ thống thông tin di động GSM thì không thể đáp ứng được nhu cầu hàng ngày càng tăng về số lượng và kênh lưu lượng. Hệ thống Cellular đã đưa ra giải pháp sử dụng lại tần số một cách hiệu quả, qua đó một nhóm tần số có thể được sử dụng lại ở một phạm vi có khoảng cách xác địnhtheo tính toán để tránh nhiễu. Điều đó có nghĩa là các cell có sử dụng cùng một nhóm tần số sẽ phải chịu nhiễu đồng kênh nếu chúng không có một khoảng cách thích hợp (khoảng cách sử dụng lại ). Chính vì lý do đó mà vùng phủ sóng của trạm gốc sẽ bị hạn chế. Khi đó chúng ta nói một hệ thống cellular hoàn chỉnh là một hệ thống có một giới hạn nhiễu và giới hạn tạp âm so với quy ước. Như vậy vấn đề đặt ra là phải biết dung hoà giữa việc sử dụng lại tần số để tăng dung lượng và tăng khoảng cách tái sử dụng để giảm nhiễu. Các thông số đánh giá: Có bốn yếu tố để đánh giá chất lượng hệ thống: - Mức tín hiệu sóng mang mong muốn thu được C (Carier). - Mức nhiễu đồng kênh I (Interference). - Mức nhiễu kênh lân cận A (Adjacent). - Năng lượng tín hiệu phản xạ R (Reflecter). 2.7.1. Nhiễu đồng kênh: Nhiếu đồng kênh xảy ra khi một máy thu điều chỉnh đến kênh mà do hai máy thuộc vào vị trí tương đối của máy thu đó tới hai máy phát. Hệ thống vô tuyến số Cellular dựa vào nguyên tắc cơ bản là sử dụng lại tần sớ để có thể phục vụ nhu cầu thông tin lớn với một giới hạn tài nguyên vô tuyến. Do đó, không thể tránh được nhiễu đồng kênh trong hệ thống thông tin di động, vì vậy cần thiết phải thiết kế hệ thống với khả năng cho phép nhiễu này. Tỷ số Carier/Interference(Cường độ tín hiệu mong muốn và tín hiệu nhiễu). C/I = 10 log (Pc/ Pi) (db) Pc : Công suất thu được từ máy mong muốn. Pi : Công suất thu được từ máy nhiễu. Khuyến nghị GSM cho tỷ số C/ I nhỏ nhất là 9dB. Một diều dễ thấy là C/ I phụ thuộc rất nhiều vào sự quy hoạch tần số và mẫu sử dụng lại tần số. Tần suất sử dụng lại tần số càng cao thì tỷ số C/ I càng cao. Do đó, vấn đề vừa có thể đáp ứng được lưu lượng mà chất lượng C/ I nhỏ đặt ra cho các nhà thiết kế khi thiết kế mạng. 2.7.2.Nhiễu kênh liền kề Nhiễu kênh liền kề xảy ra khi máy thu thu được tín hiệu mong muốn C và cả những tín hiệu kênh lân cận nó. Mặc dù máy thu không điều chỉnh tới những kênh lân cận đó, nhưng tín hiệu mong muốn bị suy giảm bởi những ảnh hưởng đó. Máy thu càng có tính chọn lọc ccao thì ảnh hưởng của kênh liền kề càng giảm. Tỉ số CARIER/ ADJACENT là quan hệ giữa cường độ tín hiệu kênh mong muốn và cường độ tín hiệu kênh liền kề. C/ A = 10 Log ( Pc/ Pa ) (db) Trong đó: Pc: Công suất thu được từ kênh mong muốn. Pa: Công suất thu được từ kênh liền kề. Tỷ số C/ A thấp sẽ dẫn tới tỷ số lỗi bit BER cao. Mặc dù các kênh GSM đã được mã hoá kênh tìm và suar lỗi nhưng vẫn còn một lượng nhiễu nhất định, Khoảng cách giữa nguồn tín hiệu mong muốn và nguồn liền kề càng cao thì tỷ số C/ A càng cao. Khuyến nghị GSM cho tỷ số C/ A nhỏ nhất là - 9dB, nghĩa là tín hiệu mong muốn yếu hơn 9db nhiễu gây ra cho liền kề. Trong GSM, độ rộng kênh là 200KHz vì vậy nhiễu kênh liền kề cũng có độ rộng là 200KHz. Để tối thiểu hoá nhiễu này, mô hình điều chế GMSK cho độ rộng tín hiệu lớn hơn 200KHz được thực hiện với thông số BT = 0.3 cho phép tạo ra lõm xung ở vị trí FCarrier + 200KHz trong phổ của tín hiệu được điều chế. Thông thường nhà khai thác chọn tỷ số C/ A = 0.3dB trong thiết kế của mình. 2.7.3Phân tán thời gian C/R là tỉ số đánh giá phân tán thời gian trong hệ thống GSM khi sóng vô tuyến truyền tải và phản xạ trong không gian theo nhiều đường khác nhau. Để hạn chế sự phản xạ này người ta sử dụng Equalizer có kiểm soát, được phản xạ trễ trong khoảng 4 bit. Tương đương với 15 microgiây. Nhưng trên thực tế độ trễ này lớn hơn vì nó phụ thuộc nhiều vào môi trường địa lý của vị trí đặt trạm. Do đó ta chỉ cho phép nó nhỏ hơn một mức ngưỡng nhất định. 2.7.4.Sử dụng lại tần số: Đây là một nguyên lý cơ bản khi thiết kế một hệ thống Cellular. Toàn bộ tần số có thể sử dụng được chia thành các nhóm tần số gọi là Cluster. Mỗi nhóm được sử dụng cho một Cell và được sử dụng lại trong Cell khác với khoảng cách địa lí đủ để chấp nhận được nhiễu đồng kênh. Trong mỗi nhóm tần số thì các tần số sử dụng cũng có khoảng cách nhất định đủ để tránh nhiễu kênh liền kề. Sử dụng lại tần số ở những Cell khác nhau bị giới hạn bởi tỉ số C/ I giữa các Cell. Vì vậy đặt ra một vấn đề làm sao sử dụng lại được một cách tối ưu nhất đảm bảo vừa cung ứng được dung lượng và tối thiểu hoá tỉ số C/ I. Ta có thể tính toán tỉ số C/ I như sau: Hình 20: khoảng cách tái sử dụng tần số Điểm P là vị trí trong trường hợp xấu nhất cho cả hai trạm gốc A & B. Tính toán tỷ số C/I tại MS: C/ I = 10 Log (D - 1)/R (theo db). Thường nó trong khoảng (3 - 4) cho mọi môi trường. Hình 21: Quan hệ gữa ccacs nhóm cell và tỉ số C/ I Hình 22: Nhóm tần số quy tụ gồm 7 Cell Mẫu tái sử dụng 3/9: Các tần số có thể sử dụng được chia thành 9 nhóm với 3 trạm gốc. Mỗi trạm gốc có 3 Cell Hình 23: Mẫu tái sử dụng 3/9 Mẫu tái sử dụng 4/12: Là mẫu các tần số có thể sử dụng được chia thành 12 nhóm với 4 trạm gốc, mỗi trạm gốc có 3 Cell. Ta có bảng phân công như sau: Hình 24: Mẫu tái sử dụng 4/ 12. Cấu trúc 4/12 có tỷ số C/I lớn hơn 12dB. Tỷ số này vừa đủ so với yêu cầu của GSM. Nhưng thực tế người ta không yêu cầu sử dụng các kĩ thuật nhảy tần, điều khiển công suất và truyền không liên tục mặc dù chúng rất có ích. Mẫu 4/12 có dung lượng thấp hơn mẫu 3/9 vì tần số sử dụng trên mỗi Cell ít hơn do mỗi Cell có tần số chỉ bằng 1/12 thay vì 1/9 trong mẫu 3/9 và yếu tố sử dụng lại ít hơn (khoảng cachcs sử dụng lại lớn hơn D = 6R). Tuy nhiên, Mẫu 4/12 vứa đủ cho một cấu hình GSM và thích hợp cho công nghệ chia Cell sau này. 2.7.5.Dung lượng phục vụ và tỉ số C/I Với tổng số kênh mà tài nguyên hệ thống cho phép là M kênh, nếu đem chia đều cho N nhóm kênh thì ta sẽ có số kênh trong một nhóm kênh hay một Cell là M/N. từ đây ta có thể tính toán được dung lượng phục vụ ứng với cấp độ phục vụ GOS nhất định qua bảng Erlang. Như nhận xết ở trên, số nhóm tần số càng nhỏ thì số lượng kênh trong một nhóm càng lớn và số thuê bao có thể được phục vụ càng cao, Nghĩa là phản ánh hiệu quả của trung kế tốt hơn. nhưng N nhỏ lại cho tỉ số C/I nhỏ vì vậy nhiễu đồng kênh tăng. Với N cho trước thì dung lượng trên một Cell sẽ là cố định. Như đã biết khu vực Cell tỉ lệ thuân với bình phương bán kính Cell, do vậy mật độ dung lượng trong một đơn vị diện tích là tỉ lệ nghịch với khu vực Cell. Vậy nếu ta chia Cell nhỏ có bán kính bằng 1/2 Cell cũ thì với một N cho trước, dung lượng sẽ tăng lên 4 lần. Tuy nhiên, để tránh nhiễu đồng kênh người ta không thể luôn sử dụng cùng một số nhóm tần số cho các Cell nhỏ đó vì điều này sẽ làm giảm đi ưu điểm của việc giảm kích cỡ Cell và làm giảm chất lượng. 2.7.6.Sector hoá Cell và sự phân chia Cell Với những Cell nhỏ hơn rõ dàng khả năng tái sử dụng tăng và do đó dung lượng tăng. Tuy nhiên, điều này đồng nghĩa với việc sẽ cần nhiều vị trí đặt trạm hơn và sẽ tốn kém hơn cho cơ sở hạ tầng. Theo lý thuyết, thiết kế mạng ban đầu thường là những Cell có đặt Annten vô hướng tại chính giữa Cell để phát đẳng hướng ra xung quanh. Khi mạng phát triển chúng chỉ có thể ddaps ứng phần nào bằng cách tăng tần số mang hoặc sử dụng tần số nhiều hơn, nhưng dây không phải là một giải pháp thực tế. Một phương pháp khả thi hơn cho hệ thống mạng thực tế với nhu cầu dung lượng khác nhau ở các vùng địa lí khác nhau là giải pháp Sector hoá Cell và phân chia Cell Sector hoá là việc sử dụng các Annten có hướng để phục vụ phủ sóng cho các phía khác nhau xung quanh trạm gốc. Thực hiện Sector hoá có thể cải thiện đáng kể nhiễu đồng kênh và đặc biệt là tạo khả năng cung cấp dịch vụ một cách linh hoạt cho Cell đó. Phân chia cell: là sử dụng cùng một trạm gốc cho các vùng khác nhau của Cell cũ tạo thành các Cell nhỏ hơn, điều này đặt ra công việc thực hiện phải có kế hoạch cho việc sử dụng tần số. Đây là giải pháp khá phổ biến trong mạng hiên nay. Ban đầu với Cell lớn nhất có thể phủ sóng một vùng nhất định. Bước tiếp theo ta chia Cell lớn (site) này thành 3 vùng hay còn gọi là các Cell nhỏ hơn, sử dụng những site cú cung cấp các Cell góc (các sector 120 độ hoặc 6 Sector có góc mở 60 độ). Nếu cần ta có thể chia nhỏ nữa, ví dụ: chia 1 thành 4, những site cũ vẫn được sử dụng cùng với các site mới theo yêu cầu. Hình 25a: Cell ban đầu Hình 25b: Cell chia lần thứ nhất Hình 25c: Chia Cell lần thứ hai Với một mẫu Cell đồng nhất có thể phục vụ cho một mật độ lưu lượng không đổi trong vùng phủ sóng. Nhưng trong thực tế mật độ thay đổi thường xuyên qua các vùng địa lí khác nhau,các phục vụ khác nhau trong ngày. Do vậy, một mô hình Cell với nhiều kích cỡ khác nhau được sử dụng ở nhiều phần khác nhau của hệ thống sẽ mang lại tính linh động trong việc quy hoạch mạng, đảm bảo sự đáp ứng về lưu lượng. Phần III : Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS 1. Nguyên lý của GPRS Nếu GSM truyền thống sử dụng hệ thống chuyển mạch kênh để kết nối các cuộc gọi (Thực chất đây là các dịch vụ thoại) thì hệ thống GPRS sử dụng kỹ thuật chuyển mạch gói chung nhưng vẫn dựa trên chuẩn GSM . Do đó cho phép cung cấp các dịch vụ chuyển mạch gói di động trên nền hệ thống GSM có sẵn. Để truyền số liệu hiện nay người ta sử dụng hai phương thức là phương thức kênh và phương thức gói. Sự khác nhau giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói Trong kỹ thuật truyến số liệu theo phương thức kênh , mạng cần thiết lập một đấu nối vô tuyến từ trạm gốc tới trạm di động. Khi đấu nối thiết lập xong, quá trình truyền số liệu được bắt đầu. Trạm di động sẽ sử dụng toàn bộ kết nối giữa nó và trạm gốc trong suốt thời gian truyền số liệu dù rằng ở nhiều thời điểm chỉ cò một lượng rất nhỏ số liệu được truyền Trong phương thức truyền số liệu này, người sử dụng phải trả chi phí cho toàn bộ thời gian kết nối. Truyền số liệu theo phương thức kênh thường thích hợp cho các dịch vụ sau: ã Các dịch vụ số liệu yêu cầu băng tần cố định. ã Các dịch vụ nhạy cảm cao với trễ truyền dẫn nhỏ. Khác với dịch vụ truyền số liệu theo phương thức kênh, trong phương thức truyền số liệu dạng gói, ạng chỉ truyền thông tin tới thuê bao khi có nhu cầu. Do đó, cùng một kênh vô tuyến tại một thời điểm sử dụng cho nhiều máy di động khác nhau. Hơn nữa máy di động có thể sử dụng 8 khe thời gian. Khi trạm di động cần truyền ngay một gói tin , mạng sẽ cấp ngay cho máy di động đó một hay nhiều khe thời gian trong số các khe thời gian còn trống. Do bản chất của thông tin về số liệu thường tồn tại dưới dạng cụm nên việc cấp khe thời gian động như trên giúp cho việc sử dụng các kênh vô tuyến chở lên hiệu quả và mềm dẻo hơn. Thông tin về địa chỉ được gửi kèm theo trong các gói tin, do đó các gói tin có thể “tìm” được địa chỉ cần tới. Truyền dũ liệu theo dạng gói thường thích hợp với cá dịch vụ sau đây: ã Các dịch vụ truyền số liệu trong đó tín hiệu thường tập trung thành các cụm. ã Các dịch vụ truyền có độ nhạy cảm cao với lỗi bit. Như vậy thấy rằng, dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS dựa trên cơ sở hạ tầng của mạng GSM dùng kỹ thuật gói để truyền dữ liệu và báo hiệu ở tốc độ cao hoặc thấp một cách hiệu quả. Nó chia nhỏ số liệu thành những gói và truyền đi theo một trật tự được quy định và chỉ sử dụng các tài nguyên vô tuyến khi người dùng thực sự cần trao đổi.Trong khoảng thời gian không có tín hiệu phát hoặc thu thì kết nối lập tức ngừng nhưng nó sẽ được thiết lập lại ngay khi có yêu cầu. 2.Tính năng của GPRS Triển khai GPRS giúp giải quyết được hạn chế về tốc độ dữ liệu, có khả năng truyền đua những khối dữ liệu lớn và có tốc độ linh hoạt.Việc cấp phát động tài nguyên vô tuyến có nghĩa là chỉ cấp phát khi có yêu cầu. ã Tốc độ Dịch vụ GPRS hỗ trợ tốc độ cao hơn nhiều so với tốc độ của dịch vụ truyền thống là 9.6 Kbps trong mạng GSM chuyển mạch kênh. Số lượng các kênh số liệu gói tối đa mà một thuê bao có thể chiếm là 8 (bởi vì thiết bị di động không có khả năng xử lý đồng thời với hai tần số sóng mang một lúc). Điều này dẫn tới tốc độ số liệu tối đa của thuê bao di dộng (tính cả phần mào đầu) có thể đạt được tối đa là 171.2 kbps. Tốc độ GPRS có thể đạt được tối đa nếu cùng một thời điểm sử dụng 8 kênh truyền và với giả định không phải sủa lỗi. Có nghĩa là gấp 3 lần tốc độ kênh truyền hiện nay của mạng cố định và gấp 10 lần tốc độ kênh truyền chuyển mạch hiện nay mà GSM đang sử dụng. Thông tin(hình ảnh,dữ liệu,thoại…) có thể nhanh hơn, hiệu quả hơn thông qua cơ sở hạ tầng của mạng GSM và người ta tính toán GPRS có thể rẻ hơn so với công nghệ truyền số liệu bằng chuyển mạch kênh như hiện nay. ã Kết nối liên tục Sự kết nối tức thì cũng là một đặc tính của GPRS .người sử dụng có thể truyền thông tin ngay lập tức khi cần thông qua mạng vô tuyến.không cần khoảng thờigian kết nối như hiện nay.Vì vậy người ta thường mô tả “always connected” với GPRS, một đặc tính quan trọng cho các ứng dụng bị han chế về thời gian, chảng hạn như các ứng dụng không cho phép bắt buộc khách hàng phải chờ quá 30sec. ã Các dịch vụ ưu tiên GPRS cho phép cấc nhà điều hành mạng tối đa hoá việc sử dụng tài nguyên mạng một cách động và linh hoạt song song với việc tính cước. Nhà điều hành mạng có thể phân phối động dịch vụ theo yêu cầu dựa trên Profile của thuê bao tuỳ thuộc vào chất lượng dịch vụ QoS : Độ ưu tiên, trễ, độ tin cậy và thông lượng đường truyền. ã Các ứng dụng mới GPRS cung cấp một số dịch vụ mà trước đây không thể cung cấp được qua GSM do sự hạn chế tốc độ đường chuyển mạch kênh 9.6 kbps) và giới hạn về chiều dài của bản tin SMS (160 kí tự).Đặc biệt là các dịch vụ Internet: Duyệt web, email, đo lường từ xa, các ứng dụng về thương mại… ã Tính cước Có thể tính cước theo nhiều phương thức khác nhau : tính theo thời gian kết nối,tính theo lượng dữ liệu trao đổi,… ã Phân phối dịch vụ nhanh chóng GPRS sử dụng các giao diện mở. Các giao diện sử dụng trong GPRS đều là các giao diện chuẩn do vậy mở ra một thế giới các ứng dụng và dịch vụ cho các hệ thống thông tin và các máy đầu cuối. 3.Mô hình mạng GPRS Hình 26: Mô hình GPRS 3.1.Cấu trúc mạng GPRS Hiện nay, đã có nhiều giải pháp của các nhà sản xuất cho dịch vụ GPRS nhưng nhìn chung các giải pháp đều thống nhất ở những điểm sau đây: Trong toàn mạng , trừ hệ thống BSC, các phần tử còn lại chỉ cần nâng cấp phần mềm là đủ. Cần phát triển thêm hai nút mạng mới , đó là nút hỗ trợ dịch vụ GPRS là (SSGN) và nút hỗ trợ dịch vụ GPRS tại các cổng giao tiếp với mạng khác (GGSN).Đồng thời xuất hiện thêm một số giao diện mới sau: Về mặt logic thì trong mạng cần phải phát triển thêm hai loại nút mạng mới nhưng thực tế có thể kết hợp hai loại nút mạng này trong một vật lý thống nhất. Vì vậy việc phát triển dịch vụ GPRS có thể được thực hiện theo cách thức mềm dẻo như sau: Khi dịch vụ mới triển khai , các nút hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch gói di động sẽ được xây dựng là các nút kết hợp cả hai nút SGSN & GGSN. Trong các giai đoạn tiếp theo, khi mạng đã phát triển ,các nút này sẽ được phát triển thành những nút vật lý độc lập. Bên cạnh các nút kể trên,để cung cấp dịch vụ GPRS cần phải có thêm các thiết bị đầu cuối có hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch gói, các máy chủ internet (ví dụ các máy chủ DSN) có khả năng kết nối với mạng GPRS. Hình 27: Cấu trúc mạng GPRS 3.2 Các thành phần cơ bản của mạng GPRS GPRS không làm thay đổi cấu trúc mạng GSM, nó chỉ thêm vào mạng một vài thành phần mới hỗ trợ GPRS. Hình 28: Các giao diện và điểm chuẩn trong mạng 3.2.1. Nút hỗ trợ trong GPRS Một nút hỗ trợ GPRS (GSN) có chức năng theo yêu cầu để hỗ trợ cho GPRS.Trong một mạng PLMN,có thể có nhiều nút hỗ trợ khác nhau. Tất cả các GSN này được nối với nhau theo giao thức IP dựa trên mạng xương sống GPRS. Với mạng xương sống này , các GSN sẽ đóng gói các gói PDP và truyền chúng theo kiểu (Tunnel) bằng giao thức xuyên hầm (GTP). ã SGSN(Serving GPRS Support Node) Nút hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch gói di động. SGSN là bộ phận không thể thiếu được trong các mạng GSM. Nó cung cấp dịch vụ chuyển mạch gói di động. SGSN không chỉ định tuyến các gói số liệu cho tất cả các thuê bao GPRS đang hoạt động trong vùng của nó mà còn thực hiện việc đăng kí, quản lí di động (attach, Detach, quản lí vị trí), quản trị phiên nhận thực, tính cước…đối với các máy di động này. Các chức năng chính của SGSN: Chức năng nhận thực. Chức năng quản lý di động. Chức năng quản trị phiên. Chức năng định tuyến. Chức năng bảo mật. Chức năng nén dữ liệu. Chức năng tính cước. SGSN hỗ trợ giao diện chuẩn với SMS-GMSCvà SMS-IWMSC. Cung cấp khả năng tương tác với mạng GSM trong bối cảnh phải sử dụng trung tài nguyên. ã GGSN(Gateway GPRS Support Node) Về mặt hệ thống, GGSN có vai trò tương tự như GMSC trong GSM. Cung cấp một giao diện cổng phục vụ cho việc trao đổi dữ liệu giữa các thuê bao với các mạng số liệu gói bên ngoài(PDNs). Nó thực hiện việc chuyển đổi các gói GPRS từ SGSN sang định dạng giao thức số liệu PDP thích hợp(IP or X.25) và gửi chúng đến mạng số liệu gói tương ứng.theo hướng ngược lai thì địa chỉ PDP của các gói dữ liệu đến được chuyển đổi sang địa chỉ GSM của thuê bao đích.GGSN cũng thực hiện chức năng nhận thực và tính cước… ã Các chức năng chính của GGSN: Cung cấp giao diện giữa mạng GPRS với các mạng dữ liệu ngoài.Có chức năng như một bộ định tuyến kết nối giữa các thuê bao với mạng số liệu bên ngoài. Cung cấp khả năng chuyển đổi khuôn dạng các gói dữ liệu, địa chỉ cấc gói dữ liệu được trao đổi. • Chức năng định tuyến và truyền tải dữ liệu SGSN và các mạng GPRS khác. • Chức năng Firewall:GGSN kết nối với các mạng IP bên ngoài. Các lựa chọn, lọc bỏ gói khác nhau được xây dựng nhằm tránh sự xâm nhập từ bên ngoài hoặc bảo vệ các dịch vụ khỏi bị tấn công. • Chức năng bảo mật: tăng cường tính bảo mật cho IP backbone,GGSN có khả năng bảo mật IP. • Chức năng quản lí di động. • Chức năng tính cước giống như chức năng tính cước của của SGSN, bằng cách đếm các gói được truyền qua để có thể tính chính xác cước cho mỗi thuê bao. ã Sự kết hợp của SGSN và GGSN: Các chức năng của SGSN và GGSN có thể được kết hợp trong cùng một Node vật lí hoặc phân ra trong các Node khác nhau. Cả hai đều có chức năng định tuyến và chúng có thể đấu nối với Router của IP. Khi GGSN & SGSN trong các mạng PLMN khác nhau , chúng đấu nối với nhau thông qua giao diện Gp. Giao diện Gp cũng có các chức năng giống giao diện Gn. (Gn là giao diện giữa các GSN trong cùng một PLMN) nhưng ngoài ra còn có thêm các chức năng bảo mật được yêu cầu khi trao đổi thông tin giữa các PLMN khác nhau, các chức năng này được đưa ra dựa trên các thoả thuận chung giữa các nhà khai thác. 3.2.2. Các mạng trục GPRS Có hai loại mạng trục GPRS: Intra-PLMN Backbone networkvà Inter-PLMN Backbone network. Mạng Intra - PLMN backbone là mạng IP liên kết các GSN trong cùng một PLMN. Mạng Inter – PLMN backbone là mạng liên kết các GSN của các mạng PLMN khác nhau (liên kết các GPRS provider). Cần có sự thoả thuận Roaming giữa hai nhà cung cấp để lắp đặt mạng trục này. Hình 29 :Mạng Inter-PLMN backbone Và Intra-PLMN backbone. Mạng Intra –PLMN backbone là một mạng IP riêng của nhà cung cấp GPRS, Nó chỉ dành cho các báo hiệu và số liệu GPRS. Một mạng IP riêng laf một mạng trong đó có một số cơ chế điều khiển truy nhập được áp dụng nhằm đạt được một mức độ đảm bảo theo yêu cầu. Mạng IP riêng sử dụng địa chỉ IP riêng mà không thể truy nhập từ mạng bên ngoài. Hai mạng Intra-PLMN backbone được kết nối thông qua giao diện Gp có sử dụng Border Gaterway và hình thành một mạng Inter-PLMN Backbone.Border Gaterway có chức năng đảm bảo an ninh mạng cho riêng Intra-PLMN Backbone chống lại sự tấn công và những người sử dụng bất hợp pháp. 3.2.3.Cổng giao tiếp biên BG(Border Gaterway) Chức năng của Border Gaterway không được định nghĩa trong chỉ định của GPRS. Nhiệm vụ chính của Border Gaterway là định tuyến và đảm bảo thông tin một cách an toàn giữa các PLMN khác nhau qua mạng Inter-PLMN backbone. 3.2.4. Phần BSS Phần BSS cung cấp tất cả chức năng điều khiển và truyền dẫn thông tin phần vô tuyến của mạng bao gồm: ã Khối điều khiển dữ liệu gói PCU (Packet Control Unit). ã Trạm điều khiển gốc BSC (Base Station Controler). ãTrạm gốc thu phát BTS (Base Tranceiver Station). 3.2.5. Bộ ghi định vị thường trú HLR và trung tâm nhận thực AUC. HLR là cơ sở dữ liệu chứa các thông tin về thuê bao thuộc phạm vi quản lý của nó. HLR chứa các thông tin của cả dịch vụ chuyển mạch kênh và các dịch vụ chuyển mạch gói. SGSN có khả năng truy nhập tới HLR thông qua giao diện Gr và GGSN có thể truy cập với giao diện Gc. 3.2.6. Thanh ghi nhận thực thiết bị EIR EIR vẫn thực hiện chức năng như trong hệ thống GSM. GGSN có khả năng truy nhập tới ẻI bằng giao diện Gf để lấy thông tin về IMEI của máy di động đang thực hiện đăng kí với mạng. 3.2.7. MSC/VLR MSC/VLR có thể được tăng cường để thực hiện hiệu quả hơn việc liên hệ giữa dịch vụ chuyển mạch gói GPRS và dịch vụ chuyển mạch kênh GSM. Ví dụ như việc cập nhật vị trí , việc thực hiện thủ tục Attachment được kết hợp giữa dịch vụ GPRS và dịch vụ không có GPRS.Ngoài ra , các bản tin tìm gọi của các cuộc gọi chuyển mạch kênh GSM cũng có thể thực hiện được thông qua SGSN. Để thực hiện điều này, Giao diện kết nối được hình thành giữa SGSN và MSC/VLR. MSC/VLR được sử dụng cho việc đăng ký và liên lạc với thuê bao nhưng không đóng vai trò gì trong việc định tuyến dữ liệu GPRS. Trong hệ thống GPRS thì MSC/VLR không được dùng cho thủ tục nhận thực thuê bao như trong GSM, mà thay vào đó là HLR. Do đó SGSN sẽ nhận bộ ba thông số dành cho việc nhận thực từ HLR/AUC. `Tin nhắn trong mạng chuyển mạch có thể thực hiện hiệu qưủa hơn thông qua SGSN vì có thể kết hợp với các chức năng mở rộng của GPRS . SMS-GMSC và SMS-IWMSC được nối với SGSN thông qua giao diện Gd và nó cho phép các máy di động của GPRS gửi hay nhận tin nhắn thông qua các kênh vô tuyến GPRS. 3.2.8. Thiết bị đầu cuối GPRS(GPRS-MS) Trạm di động đầu cuối GPRS có thể khai thác theo một trong ba kiểu.Kiểu hoạt động của MS phụ vào các dịch vụ và tiện ích mà MS đăng ký với mạng. Kiểu hoạt động ở lớp A: Các máy di động thuộc lớp A được khai báo cho cả hai dịch vụ GPRS vàGSM. Nó có thể sử dụng cả hai dịch vụ chuyển mạch kênh và gói đồng thời.tức là đồng thời có thể sử dụng dịc vụ thoại và nhận cấc gói dữ liệu GPRS. Kiểu hoat động lớp B: Các máy di động thuộc lớp B được khai báo cả hai dịch vụ GSM &GPRS. Nó không thể sử dụng cả hai dịch vụ một cách đồng thời.Nếu cuộc gọi từ GPRS đang thực hiện thì máy di động không thể thực hiện được cuộc gọi GSM và ngược lại.Nó có thể sử dụng cả hai dịch vụ theo cạch liên tiếp nhau. Máy di động có thể nhận được tin nhắn của dịch vụ chuyển mạch kênh trong khi đang truyền tải dữ liệu dạng gói. Khi đó máy di động có thể tạm dừng việc truyền tải dữ liệu trong khoảng thời gian kết nối chuyển mạch kênh, khi kết nối này kết thúc, máy đầu cuối di động sẽ tự đông tiếp tục truyền tải dữ liệu dạng gói. Kiểu hoạt đông lớp C. Các máy di động lớp C có chức năng của của cả GSM và GPRS nhưng tại một thời điểm chỉ sử dụng được một trong hai chức năng đó.Vì vậy ,nếu máy di động đang Attach với mạng GPRS thì nó sẽ Detach khỏi mạng GSMvà sẽ không thực hiện hay nhận được bất cứ cuộc gọi GSM nào và ngược lại. Hiện nay trên thị trường đang phổ biến loại điện thoai lớp B do nhiều nhà cung cấp thiết bị đầu cuối cung cấp như : Samsung,Nokia, Siemen,Alcatell… Phần IV: Công nghệ 3G WCDMA / IMT 2000 1. Nguyên lý CDMA 1.1.Nguyên lí trải phổ CDMA Là các hệ thống số được thiết kế để tận dụng dung lượng một cách tối đa. Theo nguyên lý dung lượng kênh truyền của Shannon được mô tả trong hình 2.1, rõ ràng dung lượng kênh truyền có thể được tăng lên bằng cách tăng băng tần kênh truyền. C = B. Log2 (1 + S/ N) Với B: băng thông (Hz) C: dung lượng kênh (Bit/s) S/ N: công suất tín hiệu/công suất tạp âm. Vì vậy, đối với một tỉ số S/ N cụ thể (SNR), dung lượng tăng lên nếu băng thông sử dụng để truyền tăng. CDMA là công nghệ thực hiện trải tín hiệu gốc thành tín hiệu băng rộng trước khi truyền đi. CDMA là kĩ thuật đa truy nhập trảI phổ (SSMA). tỉ số độ rộng băng tần truyền thực với đọ rộng băng tần thông tin cần truyền được gọi là độ lợi xử lý (Gp) hay là hệ số trảiphổ. Gp = Bt/ Bi hoặc Gp = B/ R Trong đó Bt: Độ rộng băng truyền thực tế Bi: Độ rộng băng tần của tín hiệu mang tin.. B : Độ rộng băng tần thực tế. R : Tốc độ thông tin. Mối quan hệ giữa tỷ số S/N và tỉ số Eb/ I0, trong đó Eb là năng lượng trên một bit thông tin, và I0 là mật độ phổ năng lượng tạp âm, thể hiện trong công thức sau. S/N = E*R/ I0*B = Eb/ I0* 1/Gp Vì thế, với một yêu cầu Eb/ I0 xác định, độ lợi xử lí càng cao, thì tỉ số S/N yêu cầu càng thấp. Trong hệ thống CDMA đầu tiên, IS-95, băng thông truyền dẫn là 1.25Mhz. Trong hệ thống WCDMA, băng thông truyền khoảng 5MHz. Trong CDMA. Mỗi người sử dụng được gán một chuỗi mã duy nhất (mã trải phổ) để trải tín hiệu thông tin thành một tín hiệu băng rộng trước khi truyền đi. Bên thu biết được chuỗi mã của người sử dụng đó và giảI mã vvà khôI phục tín hiệu gốc. 1.2. Kĩ thuật trải phổ vầ giải trải phổ: Trải phổ và giải trải phổ là hoạt động cơ bản nhất trong các hệ thống DS – CDMA. Dữ liệu người dùng (chuỗi bit) được điều chế BPSK có tốc độ là R. Hoạt động trải phổ chính là nhân mỗi bit dữ liệu của người sử dụng với một chuỗi n bit mã, được gọi là các chip. ở đây ta lấy n = 8 thì hệ số trải phổ là 8, nghĩa là thực hiện điều chế trải phổ BPSK. Kết quả tốc độ dữ liệu là 8xR và có dạng xuất hiện ngẫu nhiên (giả nhiễu) như là mã trải phổ. Việc tăng tốc dữ liệu lên 8 lần đáp ứng việc mở rộng (với hệ số là 8 ) phổ của tín hiệu dữ liệu người sử dụng được trải ra. Tín hiệu băng rộng này sẽ được truyền qua các kênh vô tuyến đến đầu cuối thu. Hình 30: Quá trình tải phổ và giải trải phổ Trong quá trình giải trải phổ, các chuỗi chip / dữ liệu của người sử dụng ttrải phổ được nhân từng bit với cùng các chip mã 8 đã được sử dụng trong quá trình ttrải phổ. Như vậy tín hiệu của người sử dụng được khôi phục hoàn toàn. 1.3. Kỹ thuật truy nhập CDMA : Một mạng thông tin di động là một hệ thống trong đó một lượng lớn người sử dụng chia sẻ nguồn tài nguyên vật lí chung để truyền và nhận thông tin . Dung lượng đa truy nhập là một trong các yếu tố cơ bản của hệ thống. Kỹ thuật trải phổ tín hiệu đem lại khả năng thực hiện việc đa truy nhập cho các hệ thống CDMA. Trong lịch sử thông tin di động đã tồn tại các công nghệ đa truy nhập khác nhau: TDMA,FDMA và CDMA. Sự khác nhau giữa chúng được chỉ ra trong hình vẽ sau đây. Hình31 : Các công nghệ đa truy nhập Trong các hệ thống đa truy nhập theo tần số FDMA, các tín hiệu cho các người sử dụng khác nhau được truyền trong cá kênh khác nhau với tần số điều chế khác nhau. Trong hệ thống đa truy nhập theo thời gian TDMA, các tín hiệu của những người sử dụng khác nhau được truyền đi trong những khe thời gian khác nhau. Với các công nghệ khác nhau thì số người sử dụng lớn nhất có thể chia sẻ các kênh vật lí là cố định. Tuy nhiên trong hệ thống CDMA, các tín hiệu của người sử dụng khá nahu được truyền trong cùng một băng tần trong cùng một thời điểm. Mỗi tín hiệu của người sử dụng này như là nhiễu đối với người sử dụng khác, do đó dung lượng của hệ thống CDMA gần như là mức nhiễu và không có con số cố định, nên dung lượng của hệ thống CDMA được gọi là dung lượng mềm. Hình vẽ sau đây chỉ ra một thí dụ làm thế nào 3 nguời sử dụng có thể truy nhập đồng thời trong một hệ thống CDMA: Hình32: Nguyên lí đa truy nhập trải phổ Tại bên thu, người sử dụng thứ 2 sẽ giải trải phổ tín hiệu thông tin của nó trở lại tín hiệu băng hẹp, chứ không phải tín hiệu của bất cứ người nào khác. Bởi vì sự tương quan chéo giữa mã của người sử dụng mong muốn và các mã của người sử dụng khác là rất nhỏ: việc tách sóng kết hợp sẽ chỉ cấp năng lượng cho tín hiệu mong muốn vàmột phần nhỏ cho tín hiệu của người sử dụng khác và băng tần thông tin. Độ lợi sử lý và đặc điểm băng rộng của quá trình xwr lý đemlại nhiều lợi ích cho các hệ thống CDMA, như hiệu suất phổ cao và dung lượng mềm. Tuy nhiên, tất cả những lợi ích đó yêu cầu việc sử dụng kĩ thuật điều khiển công suất nghiêm ngặt và chuyển giao mềm, để cho tín hiệu của người sử dụng này không che thông tin của người sử dụng khác. 2. Một số đặc trưng củ lớp vật lý trong hệ thống WCDMA. 2.1.Các mã trải phổ. Trong hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS, các bit thông tin dữ liệu được mã hoá với một số chuỗi bit giả ngẫu nhiên (PN). Mạng vô tuyến UMTS sử dụng tốc độ chips cố định là 3.84Mpcs đem lại một băng thông sóng mang sấp sỉ 5MHz. Dữ liệu được gửi qua giao diện vô tuyến WCDMA được mã hoá 2 lần trước khi được điều chế và truyền đi. Quá trình này được mô tả trong hình vẽ sau: Hình 33: Quá trình trải phổ và trộn. Như vậy trong quá trình trên có hai loãi mã được sử dụng là mã trộn và mã định kênh. • Mã định kênh: là các mã hệ sổ trải phổ biến đổi trức giao OVSF giữ tính trực giao giữa các kênh có các tốc độ và hệ số trải phổ khác nhau. Các mã lựa chọn được xác định bằng hệ số trải phổ. Cần phải chú ý thêm rằng: Một mã có thể được sử dụng trong cùng một Cell. Có thể nói tất cả các mã được chọn lựa sử dụng hoàn toàn theo quy luật trực giao. • Mã trộn: Mã trộn được sử dụng trên đường xuống là tập hợp chuỗi mã Gold. Các điều kiện ban đầu dựa vào số mã trộn n. Chức năng của nó dùng để phân biệt các trạm gốc khác nhau. Thông qua mô phỏng, n được xác định là tỉ số giữa sự tương quan và tương quan chéo khi thay đổi số chip bị cắt bớt do thay đổi tỉ số S/N. Kết quả được chỉ ra như trong bảng. Hình 34 : Quan hệ giữa S/N và tỉ số bị cắt bớt Tồn tại hai loại mã trộn trên đường lên dùng để duy trì sự phân biệt giữa các máy di động khác nhau. Cả hai loại đều là mã phức. Mã thứ nhất là mã hoá Kamasi rất rộng. Thứ hai là mã trộn dài đường lên, thường được sử dụng trong Cell không phát hiện ra nhiều người sử dụng trong một trạm gốc, đó là chỗi mã Gold có chiều dài 241 – 1. 2.2. Phương thức song công: Hai phương thức song công được sử dụng trong kiến trúc WCDMA là: song công phân chia theo thời gian (TDD) và song công phân chia theo tần số (FDD). Phương pháp FDD cần hai băng tần cho đường lên và đường xuống, phương pháp TDD chỉ cần một băng tần. Thông thường phổ tần được bán cho nhà khai thác theo các dải có thể bằng 2 x10MHz hoặc2x5MHz cho mỗi bộ điều khiển. Mặc dù có một số đặc điểm khác nhau nhưng cả hai phương thức đều tổng hiệu xuất gần như nhau. Chế độ TDD không cho phép giữa máy di động và trạm gốc có trễ truyền lớn, vì sẽ gây tranh chấp giữa các khe thời gian thu và phát. Chế độ TDD thích hợp với những môi trường có trễ truyền thấp, vì thế TDD vận hành tại các Pico cell. Một ưu điểm của TDD là tốc độ dữ liệu đường lên và đường xuống có thể rất khác nhau, vì vậy mà phù hợp với các ứng dụng có đặc tính bất đối xứng lớn ví dụ như Web browsing. Trong quá trình hoạch định mạng, các ưu điểm và nhược điểm của hai phương pháp này phải được cân nhắc và bù trừ. Hình 35 : Phổ tần UMTS phân bố cho châu âu 2.3.Dung lượng mạng: Việc sử dung công nghệ đa truy nhập trải phổ CDMA làm cho dung lượng của các hệ thống UMTS không bị giới hạn cứng, có nghĩa là số người sử dụng có thể bổ sung mà không gây ra nghẽn bởi một số lượng phần cứng hạn chế. Hệ thống GSM có số lượng các liên kết và các kênh là cố định chỉ cho phép mật độ lưu lượng lớn nhất đã được hoạch địnhtrước nhờ sử dụng các mô hình toán thống kê. Trong hệ thống UMTS, bất cứ người sử dụng nào đăng nhập sẽ gây ra một lượng nhiễu bổ sung cho nhứng người đang trên hệ thống, ảnh hưởng đến tải của hệ thống. Nếu có đủ số mã thì mức tăng nhiễu do tăng tải là cơ cấu giới hạn dung lượng chính trong mạng. Việc các cell bị co hẹp lai do tải cao và việc tăng dung lượng của các cell mà các cell lân cận nó có mức nhiễu thấp là các hiệu ứng thể hiện đặc điểm dung lượng mạng CDMA có đặc điểm “Dung lượng mềm”. Đặc biệt , khi quan tâm đến chuyển giao mềm thì các cơ cấu này làm cho việc hoạch định mạng trở lên phức tạp hơn. 2.4. Phân tập đa đường – thu RAKE Truyền sóng vô tuyến trong kênh di động mặt đất được đặc trưng bởi các sự phản xạ, sự suy hao khác nhau của năng lượng tín hiệu. Các hiện tượng này gây ra do các vật cản tự nhiên như toà nhà, các quả đồi…dẫn đến hiệu ứng truyền sóng đa đường. Hình 36: Hiệu ứng truyền sóng đa đường. Hiệu ứng đa đường gây ra nhiều khó khăn trong cho các hệ thống truyền dẫn vô tuyến. Một trong những ưu điểm của các hệ thống DSSS là tín hiệu thu qua các nhánh đa đường với trễ truyền khác nhau và cường độ tín hiệu khác nhau lại có thể cải thiện được hiệu suất của hệ thống. Để kết hợp các thành phần từ các nhánh đa đường một cách đồng bộ, cần thiết phải tách đúng các thành phần đó. Trong các hệ thống WCDMA, bộ thu RAKEđược sử dụng để thực hiện chức năng này. Một bộ thu RAKE bao gồm nhiều bộ thu được gọi là “Finger”. Bộ thu Rake sử dụng các bộ cân bằng và các bộ xoay pha để chia năng lượng của các thành phần tín hiệu khác nhau, có pha và biên độ thay đổi theo kênh trong sơ đồ chòm sao. Sau k hi điều chỉnh trễ thời gian và cường độ tín hiệu, các thành phần khác nhau đó được kết hợp thành một tín hiệu có chất lượng cao hơn. Quá trình này gọi là quá trình kết hợp theo tỉ số lớn sử dụng tốc độ chips 3.84Mpcs hoặc là chênh lệch độ dài đường dẫn là 78m. Phương pháp này lam giảm đáng kể hiệu ứng Phadinh vì khi có nhiều kênh có đặc điểm khác nhau kết hợp thì ảnh hưởng của Phadinh nhanh được tính bình quân. Độ lợi thu từ việc kết hợp nhất quán các thành phần đa đường tương tự với độ lợi của chuyển giao mềm có được bằng cách kết hợp hai hay nhiều tín hiệu trong quá trình chuyển giao. 2.5. Các kênh giao diện vô tuyến UTRA FDD Giao diện vô tuyến UTRA FDD có các kênh logic, chúng được ánh xạ vào các kênh chuyển vận, các kênh chuyển vận lại ánh xạ vào kênh vật lí. Hình 37: Sơ đồ ánh xạ giữâ các kênh khác nhau Hình vẽ trên biểu diễn sơ đồ các kênh và sự ánh xạ của chúng vào các kênh khác 2.6. Trạng thái cell Nhìn dưới góc độ UTRA, UE có thể ở chế độ “Rỗi” hoặc ở chế độ “kết nối”, Trong chế độ “Rỗi”, máy di động được bật và bắt được kênh điều khiển của một Cell nào đó, nhưng phần UTRAN của mạng không có thông tin nào về UE. UE chỉ có thể được đánh đia chỉ bởi một thông điệp (ví dụ như tìm gọi) được phát quảng bá đến tất cả người sử dụng nào trong một Cell. Trạmg thái “Rỗi” cũng được gọi là trạng thái “nghỉ trong Cell”. UE có thể chuyển sang chế độ “kết nối” bằng cách yêu cầu thiết lập cuộc kết nối RRC, Hình vẽ sau đây chỉ ra các trạng thái và sự chuyển tiếp các trạng thái cho một UE bao gồm cả các chế độ GSM/ GPRS. Hình38: Các chế độ của UE và các trạng thái điều khiển tài nguyên vô tuyến Việc ấn định các kênh khác nhau cho một người sử dụng và điều khiển tài nguyên vô tuyến được thực hiện bởi giao thức quản lí tài nguyên vô tuyến. Trong chế độ “kết nối” của UTRA , có 4 trạng thái RRC mà UE có thể chuyển đổi giữa chúng: Cell DCH, Cell FACH, Cell PCH và URA PCH. Trong trạng thái Cell DCH, UE được cấp phát một kênh vật lí riêng trên đường lên và đường xuống. Trong 3 trạng thái còn lại UE không được cấp phát kênh riêng. Trong trạng thái Cell FACH, UE giám sát một kênh đường xuống và được cấp phát một kênh FACH ttrên đường lên. Trong trạng thái này , UE thực hiện việc chọn lựa tại Cell. Bằng cách gửi thông điệp cập nhật Cell, RNC biết được vị trí của UE ở mức Cell. Trong trạng thái Cell PCH và URA PCH, UE chọn lựa kênh tìm gọi (PCH) và sử dụng việc tiếp nhận không liên tục (DRX) để giám sát kênh PCH đã chọn thông qua một kênh liên kết PICH. Trên đường lên không có hoạt động nào liên quan đến trạng thái này. Sự khác nhau giữa 2 trạng thái này như sau: Trong trạng thái Cell PCH, vị trí của UE được nhận biết ở mức Cell tuỳ theo việc thực hiện cập nhật Cell cuối cùng. Trong trạng thái URA PCH, vị trí của UE được nhận biết ở mức vùng đăng ký UTRAN (URA) tuỳ theo việc thực hiện cập nhật URA cuối cùng trong trạng thái Cell FACH. 2.7. Cấu trúc Cell Trong suốt quá trình thiết kế của hệ thống UMTS cần phải chú ý nhiều hơn đến sự phân tập của môi trường người sử dụng. Các môi trường nông thôn, đô thị, hay đô thị trong nhà được hỗ trợ bên cạnh các mô hình di động khác nhau gồm người sử dụng tĩnh, đi bộ, môi trường đang di chuyển với tốc độ cao. Để yêu cầu một vùng phủ sóng rộng khắp và khả năng roaming toàn cầu, UMTS đã phát triển cấu trúc lớp các miền phân cấp với khả năng phủ sóng khác nhau. Hình 39 : Cấu trúc Cell UMTS Lớp cao nhất bao gồm các vệ tinh bao phủ toàn bộ trái đất, Các lớp thấp hơn hình thành lên mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN. Mỗi lớp được xây dựng từ các Cell, các lớp càng thấp thì các vùng địa lý được che phủ bởi các Cell càng nhỏ, Vì vậy các Cell nhỏ được xây dựng để hỗ trợ mật độ người sử dụng cao hơn. Các Cell marco đề nghị cho vùng phủ mặt đất rang kết hợp với các Micro cell để tăng dung lượng cho những vùng mật độ dân số cao. Các Cell pico được dùng cho các vùng “điểm nóng” yêu cầu dung lượng cao trong một khoảng không gian hẹp. Những điều này tuân theo 2 nguyên lý thiết kế đã biết trong việc triển khai ccác mạng tế bào : Các Cell nhỏ hơn có thể được sử dụng để tăng dung lượng trên một vùng địa lý, các cell lớn hơn có thể mở rộng vùng phủ sóng. Do các nhu cầu và các đặc tính của môi trường văn phòng trong nhà khác với yêu cầu của người sử dụng đang di chuyển với tốc độ cao tại vùng ngoại ô, điễn đàn UMTS đã phát triển 6 môi trường hoạt động. Đối với mỗi mô hình mật độ người sử dụng có thể trên 1km2 và các loại Cell được dự đoán cho các mô hình có tính di động thấp, trung bình, cao. 3.Kiến trúc mạng: 3.1. kiến trúc hệ thống UMTS Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 UMTS tận dụng kiến trúc đã có trong hầu hết các hệ thống thông tin di động thế hệ 2, thậm chí cả một phần nhỏ của thế hệ thứ nhất. Điều này được chỉ ra trong đặc tả kỹ thuật 3GPP. Hệ thống UMTS bao gồm một số các phần tử mạng logic, mỗi phần tử có một chức năng xác định. Theo tiêu chuẩn , các phần tử mạng được định nghĩa tại mức logic, nhưng có thể lại liên quan đến việc thực thi ở mức vật lí. Đặc biệt là khi có một số giao diện mở (với giao diện mở tức là giao diện đó phải được định nghĩa một cách chi tiếtvề các thiết bị tại các điểm đầu cuốimà cóc thể cung cấp bởi 2 hay nhiều nhà cung cấp khác nhau). Các phần tử mạng có thể được nhóm lại nếu có các chức năng giống nhau, hay dựa vào các mạng con chứa chúng. Theo chức năng thì các phần tử mạng được nhóm thành các nhóm: Hình 40: Cấu trúc UMTS cấp cao Mạng truy nhập vô tuyến RAN (mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS là • UTRAN). Mạng này thiết lập tất cả các chức năng liên quan đến phần vô tuyến. • Mạng lõi (CN): thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi và kết nối dữ liệu đến các mạng ngoài khác. • Thiết bị người sử dụng (UE) giao tiếp giữa giao diện vô tuyến và người sử dụng. Theo các đặc tả chỉ ra trong quan điểm chuẩn hoá, cả UE và UTRAN đều bao gồm các giao thức hoàn toàn mới, việc thiết kế chúng dựa trên nhu cầu công nghệ vô tuyến WCDMA mới. Ngược lại, việc định nghĩa mạng lõi (CN) được kế thừa GSM. Điều này đem lại cho hệ thống có công nghệ truy nhập vô tuyến mới một nền tảng mang tính toàn cầu là công nghệ mạng lõi đã có sẵn, như vậy sẽ thúc đẩy sự quảng bá của nó, mang lại ưu thế cạnh tranh chẳng hạn như khả năng Roaming toàn cầu và sự đòng bộ tương đối trong kiến trúc hay trong các dịch vụ gia tăng. Hệ thống UMTS có thể chia thành các mạng con có thể hoạt động độc lập hoặc hoạt động kiên kết với các mạng con khác và nó phân biệt với nhau bởi số nhận dạng duy nhất. Mạng con như vậy chính là mạng di động mặt đất UMTS (PLMN). Các thành phần của PLNM được chỉ ra trong hình … sau đây. Hình 41a: Sơ đồ khối tổng quát của mạng thông tin di động thế hệ 3 W-CDMA Hình 41b:Một cách thể hiện khác cấu trúc WCDMA Các phần tử chính của mạng nõi GSM: • HLR: (Bộ đăng kí định vị thường trú) là một cơ sở dữ liệu trong hệ thống của người sử dụng, lưu trữ các bản gốc của các thông tin hiện trạng dịch vụ người sử dụng. Thông tin đó bao gồm: thông tin về dịch vụ được phép sử dụng mà thuê bao đã đăng ký, các vùng roaming bị cấm, trạng thái cuộc gọi đi, đến. Các thông tin đó được tạo ra khi thuê bao đăng kí sử dụng dịch vụ và tồn tại trên hệ thống khi thuê bao còpn thời hạn. Với mục đích định tuyến các giao dịch với UE (các cuộc gọi và các dịch vụ SMS), HLR còn lưu trữ các thông tin vị trí của UE trong phạm vi MSC/VLR hoặc SGSN. • MSC/VLR (Trung tâm chuyển mạch di động/Bộ đăng kí tạm trú) là một bộ chuyển mạch (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) phục vụ cho UE ở vị trí tạm thời của nó cho các dịch vụ chuyển nạch kênh. Chức năng MSC được sử dụng để chuyển mạch các giao dịch sử dụng chuyển mạch kênh, chức năng VLR là lưu trữ bản sao về hiện trạng dịch vụ vủa người sử dụng, thông tin chính xác về vị trí và tình trạng của người đang sử dụng dịch vụ. Phần hệ then được truy nhập thông qua MSC/ VLR thường là chuyển mạch kênh. • GMSC(MSC cổng):là một bộ chuyển mạch tại vị trí mà nmạng di động mặt đất UMTS kết nối với mạng ngoài. Tất cả các kết nối chuyển mạch kênh đến đều phải đi qua GMSC. • SGSN (Nút hỗ trợ GPRS phục vụ) có chức năng tương tự như MSC/ VLR nhưng thường được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói. • GGSN (Node cổng hỗ trợ GPRS) có chức năng gần giống như GMSC nhưng phục vụ các dịch vụ chuyển mạch gói. Mạng ngoài có thể chia thành 2 nhóm : - Mạng chuyển mạch kênh: Các mạng này cung cấp các kết nối chuyển mạch kênh giống như các dịch vụ và thoại đang tồn tại như ISDN,PSTN. - Mạng chuyển mạch gói: Các mạng này cung cấp các kết nối cho các dịch vụ dữ liệu gói,số liệu và Internet. Các giao diện cơ bản của UMTS: • Giao diện Cu: đây là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện này tuân theo tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh. • Giao diện Uu: Đây là giao diện vô tuyến WCDMA. Uu là giao diện nhờ nó UE truy cập được với phần cố định của hệ thống, và vì thế có thể là phần giao diện mở quan trọng nhất trong UMTS. • Giao diện Iu: Giao diện này kết nối UTRAN với mạng lõi. Tương tự như các giao diện tương thích trong GSM, là giao diẹn A(đối với chuyển mạch kênh) và Gb (đối với chuyển mạch gói), giao diện này đem lại cho các bộ điều khiển UMTS khả năng xây dựng được UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau. • Giao diện Iur: Giao diện mở Iur hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau vì thế nó bổ sung cho giao diện mở Iu. • Giao diện Iub: kết nối một nút B và một RNC. UMTS là một hệ thống di động mang tích thương mại đầu tiên có giao diện giữa bộ điều khiển và trạm gốc được chuẩn hoá như một giao diện mở hoàn thiện. Giống như các gaio diện mở khác, Iub thúc đẩy hơn nữa tính cạnh tranh giữa các nhà sản xuất trong lĩnh vực này. 3.2.Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN Hình 42: Kiến trúc UTRAN UTRAN bao gồm nhiều phân hệ mạng vô tuyến (RNS). Một RNS là một mạng con trong UTRAN và bao gồm một bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và nhiều Node B. Các RNC có thể được kết nối với nhau thông qua giao diện Iur. Các RNC và Node B được kết nối với nhau qua giao diện Iub. Các yêu cầu chính để thiết kế kiến trúc, giao thức và chức năng UTRAN: • Tính hỗ trợ của UTRAN và các chức năng liên quan: yêu cầu chuyển giao mềm(một thiế bị đầu cuối kết nối với mạng qua 2 hay nhiều Cell đang hoạy động) và các thuật toán quản trị tài nguyên vô tuyến đặc biệt của CDMA. • Làm tăng sự tương đồng trong điều khiển dữ liệu chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh, với một ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến duy nhất và với việc sử dụng cùng một giao diện cho các kết nối từ UTRA đến miền chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh của mạng lõi. • Làm tăng tính tương đồng với GSM. Sử dụng phương thức vận chuyển ATM như là cơ chế chuyển vận chính trong UTRA. Sử dụng kiểu chuyển vận trên cơ sở IP như là cơ chế chuyển vận thay thế trong UTRAN kể từ R5 trở đi. a.Bộ điều khiển mạng vô tuyến: Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển nguồn tài nguyên vô tuyến của UTRAN. Nó giao tiếp với mạng lõi và cũng là phần tử cuối cùng của giao thức điều khiển nguồn tài nguyên vô tuyến có xác định các thông điệp và thủ tục giữa máy di động và UTRAN. Về mặt logic , nó tương ứng với BSC trong GSM. Vai trò logic của RNC: RNC điều khiển một Node B (như là giới hạn cho giao diện Iub tới Node B) được coi như RNC đang điều khiển (CRNC) của Node. Bộ điều khiển CRNC chịu trách nhiệm điều khiển tải, điều khiển nghẽn cho Cell của nó và điều khiển thu nhận, phân bố mã cho liên kết vô tuyến dược thiết lập trong các cell. Trong trường hợp một kết nối UTRAN, máy di động sử dụng nguồn tài nguyên từ nhiều phân hệ mạng vô tuyến RNS, thì các RNS bao gồm 2 chức năng Logic riêng biệt. RNC phục vụ (SRNC) cho mỗi máy di động như là một RNC được xác định cả biên giới cả liên kết Iu cho sự vận chuyển dữ liệu người sử dụng và báo hiệu RANAP tương thích qua mạng lõi (kết nối này gọi là RANAP). SRNC cũng xác định biên giới của báo hiệ điều khiển nguồn tài nguyên vô tuyến, nó là giao thức báo hiệu giữa UE và UTRAN. Nó thực hiện xử lý ở lớp 2 cho các dữ liệu chuyển qua giao diện vô tuyến. Hoạt động Quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến cơ bản,như là ãnh xạ mang các thông tin truy nhập vô tuyến thành các thông số kênh chuyển vận giao diện vô tuyến, quyết định chuyển giao và điều khiển công suất vòng ngoài. Các hoạt động này được thực hiện trong SNRC, SNRC cũng có thể là CRNC của một số Node B sử dụng bởi máy di động cho kết nối với UTRAN. Một UE kết nối với UTRAN khi chỉ có duy nhất một SRNC. Bộ RNC trôi (DRNC): có thể là bất cứ RNC nào ngoài SRNC, nó điều khiển các Cell có máy di đông đang sử dụng. Nếu cần thiết , DRNC có thể thực hiện kết hợp hay chia nhỏ phân tập Marco . DRNC không thực hiện xử lý dữ liệu người sử dụng ở lớp 2, nhưng định tuyến một cách trong suet dữ liệu giữa giao diện Iub và Iur, ngoại trừ khi UE đang sử dụng một kênh chuyển vận dùng chung, Một UE có thể có nhiều, có một hoặc không có DRNC nào. Chú ý rằng một RNC ở mức vật lý bao gồm toàn bộ các chức năng CRNC, SRNC và DRNC. b.Node B (Trạm gốc) Chức năng chính của nút b là để thực hiện xử lý ở lớp 1 giao diện vô tuyến (ghép xen và mã hoá kênh, thích ứng tốc độ, trải phổ..v..v...). Nó cũng thực hiện một số hoạt động Quản lý tài nguyên vô tuyến như là điều khiển công suất vòng trong. Về mặt logic nó tương thích với trạm gốc GSM. 4. Các dịch vụ và ứng dụng UMTS 4.1.Giới thiệu: Đặc điểm mới nổi bật của UMTS là tốc độ bit người sử dụng cao hơn, có thể đạt được tốc độ kết nối của chuyển mạch kênh 384 Mbps. Kết nối chuyển mạch gói lên tới 2Mbps. Tốc độ bit dữ liệu cao hơn cung cấp các dịch vụ mới như điện thoại thấy hình, các dịch vụđa phương tiện…cũng như việc truyền tải dữ liệu nhanh hơn. So với GSM và các mạng di động khác đang tồn tại, UMTS cung cấp các đặc tính khác mới và quan trọng hơn, nó cho phép thoả thuận các đặc tính của một bộ mang vô tuyến. Các thuộc tính định nghĩa đặc trưng của chuyển vận bao gồm: Thông lượng, trễ truyền và tỉ số lỗi dữ liệu. Là một hệ thống hoàn chỉnh, UMTS phải hỗ trợ rất nhiều các dịch vụ yêu cầu chất lượngdịch vụ(QoS) khác nhau. Hiện nay ta cũng không thể dự đoán hết các đặc điểm và cách sử dụng của rất nhiều các dịch vụ đó và không thể tối ưu các dịch vụ UMTS thành chỉ một tập hợp các ứng dụng, Vì vậy các bộ mgang UMTS phải có đặc điểm chung để hỗ trợ các ứng dụng mới, Ngày nay hầu hết các dịch vụ viễn thông đều hỗ trợ dịch vụ Internet hoặc N-ISDN, thì rõ ràng các ứng dụng và các dịch vụ này chủ yếu là gọi các thủ tục điều khiển các bộ mang. 4.2. Các lớp QoS UMTS Giao thức và dịch vụ của UMTS được chia thành các nhóm khác nhau. Giống như các giao thức chuyển mạch gói mới, UMTS cố gắng đáp ứng các yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) từ các ứng dụng hoặc người sử dụng. Trong UMTS, có 4 lớp lưu lượng được xác định: • Lớp hội thoại (Conersational). • Lớp luồng (Streaming). • Lớp tương tác(Interactive). Các yếu tố phân biệt giữa các lớp là sự nhạy cảm với trễ của lưu lượng các lớp. Lớp hội thoại nhạy cảm với trễ nhất, trong khi lưu lượng ccác lớp nền ít nhạy cảm với trễ nhất. a. Lớp hội thoại. ứng dụng được biết đến nhiều nhất của lớp này là dịch vụ thoại trên bộ mang chuyển mạch kênh. Kết hợp với Internet và Multimedia còn có các giao thức mới như: VoIP, Video – telephone. Các dịch vụ này được thực hiện thường là các cuộc hội thoại thời gian thực cóp những đặc điểm sau: Trễ giữa cácc đầu cuối thấp (được xác định bằng các thử nghiệm phù hợp với khả năng cảm nhận âm thanh và hình ảnh của con người, nhỏ hơn 400ms). Lưu lượng là đối xứng hoặc gần như vậy. •Dịch vụ thoại đa tốc độ thích nghi (ARM) UMTS sử dụng bộ mã hoá và giải mã theo công nghệ đa tốc độ thích nghi ARM có các đặc diểm sau đây: - Là một bộ mã hoá & giải mã thoại tích hợp đơn với 8 tốc độ nguồn: 1.22(GSM - EFR), 10.2, 7.95, 7.40 (IS 641),5.90, 5.15 và 4.75 Kbps. - Bộ mã hoá ARM hoạt động với khung thoại 20ms tương ứng với 160 mẫu và với tần số lấy mẫu là 8000 mẫu/s. Sơ đồ mã hoá cho chế độ mã hoá đa tốc độ được gọi là Bộ mã hoá dự đoán tuyến tính được kích thích bởi mã đại số (ACELP). Tốc độ bit ARM có t