Luận văn Nghiên cứu công nghệ WCDMA ứng dụng cho nâng cấp mạng GSM của Viettel lên 3G

bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi --------------------------------------- ðÀO Q U ANG AN H luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc ngµnh : XỬ LÝ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ WCDMA ỨNG DỤNG CHO NÂNG CẤP MẠNG GSM CỦA VIETTEL LÊN 3G X Ử LÝ THÔ N G TIN VÀ TRU Y ỀN THÔ N G ðÀO QUANG ANH 2006 - 2008 Hµ Néi 2008 Hµ Néi 2008 BẢN CAM ĐOAN Tôi là ðào Quang Anh, học viên cao học lớp XLTT&TT khóa 2006 - 2008. Thầy giáo hướng dẫn là TS. Bạch Thành Lê. Tôi xin cam ñoan toàn bộ nội dung ñược trình bày trong bản luận văn nay là kết quả tìm hiểu và nghiên cứu của riêng tôi, trong quá trình nghiên cứu ñề tài “Nghiên cứu công nghệ CDMA ứng dụng cho nâng cấp mạng GSM của Viettel lên 3G”. Các kết quả và dữ liệu ñược nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và rõ ràng. Mọi thông tin trích dẫn ñều ñược tuân theo luật sở hữu trí tuệ, liệt kê rõ ràng các tài liệu tham khảo. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với những nội dung ñược viết trong luận văn này. Hà nội, ngày 06 tháng 11 năm 2008. HỌC VIÊN ðÀO QUANG ANH MỤC LỤC TRANG 1 …………………………………………………………………………….. 1 LỜI CAM ðOAN ………………………………………………………………..…....2 MỤC LỤC …………………………………………………………………….……….3 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT...............................................................................4 MỞ ðẦU .........................................................................................................................6 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG ............................................................................8 1.1 Mục tiêu và nhiệm vụ của ñề tài.............................................................................8 1.2 Tình hình phát triển công nghệ 3G trên thế giới và tại Việt Nam..........................8 1.3 So sánh hệ thống WCDMA với các hệ thống 2G ...............................................19 1.4. So sánh, ñánh giá 2 công nghệ W-CDMA và CDMA - 2000.............................22 CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG WCDMA ..........................................................................25 2.1. Hệ thống thông tin trải phổ..................................................................................25 2.2. Giới thiệu chung hệ thống UMTS .......................................................................27 2.3. Mạng truy nhập UTRAN.....................................................................................29 2.4. Mạng lõi CN ........................................................................................................33 2.5. Thiết bị người sử dụng UE (user Equipment) .....................................................34 2.6. Mạng truyền dẫn..................................................................................................35 CHƯƠNG 3 CÁC ðIỀU KIỆN VỀ KỸ THUẬT, CÔNG NGHỆ CHO QUÁ TRÌNH CHUYỂN ðỔI LÊN 3G ................................................................................37 3.1. Khả năng chuyển ñổi 2G lên 3G .........................................................................37 3.2. Cấu trúc hệ thống GSM ñang tồn tại ...................................................................40 3.3. Giai ñoạn HSCSD................................................................................................44 3.4. Giai ñoạn GPRS ..................................................................................................46 3.5. Giai ñoạn EDGE..................................................................................................49 3.6. Giai ñoạn UMTS .................................................................................................52 CHƯƠNG 4 CÁC PHƯƠNG ÁN CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI PHÁP PHÁT TRIỂN MẠNG 3G CHO VIETTEL ........................................................................................54 4.1 Giới thiệu về công ty Viettel Telecom .................................................................54 4.2. ðánh giá về cơ sở hạ tầng mạng hiện có.............................................................54 4.3 Phân tích các phương án và lựa chọn giải pháp ...................................................63 4.4. Tính toán các thông số và xây dựng cấu trúc mạng ............................................73 4.5. Một số thiết bị mạng 3G của Siemens.................................................................90 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TRIỂN KHAI..........................................................100 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................102 4 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 3G Third Generation – Thế hệ thứ ba 3GPP Third Generation Partnership Project – Dự án ñối tác 3G ATM Asynchronous Transfer Mode – Chế ñộ truyền không ñồng bộ BSC Base Station Controller – Bộ ñiều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem – Phân hệ trạm gốc BTS Base Transceiver Station – Trạm thu phát gốc CDMA Code Division Multiple Access – ða truy nhập theo phân mã EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution – Tốc ñộ dữ liệu cao FDD Frequency Division Duplex – Song công phân tần GGSN Gateway GPRS Support Node – Nút hỗ trợ cổng GPRS GPRS General Packet Radio Service – Dịch vụ vô tuyến gói chung GSM Global System for Mobile Communications – Hệ thống GSM HLR Home Location Register – Bộ ñăng ký vị trí thường trú HSCSD High Speed Circuit Switched Data – Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc ñộ cao IP Internet Protocol – Giao thức Internet ITU International Telecommunications Union – Liên minh viễn thông quốc tế IPv6 IP version 6 – IP phiên bản 6 IWF Internetworking Functions – Khối chức năng liên mạng MAP Mobile Application Protocol – Giao thức ứng dụng di ñộng MS Mobile Staion – Máy di ñộng MSC Mobile Switching Center – Trung tâm chuyển mạch di ñộng 5 PLMN Public Land Mobile Network – Mạng di ñộng mặt ñất công cộng PSTN Public Switched Telephone Network – Mạng ñiện thoại chuyển mạch gói công cộng RAN Radio Access Network – Mạng truy nhập vô tuyến SGSN Serving GPRS Support Node – Nút hỗ trợ phục vụ GPRS SMS Short Message Service – Dịch vụ nhắn tin ngắn TCP Trasmission Control Protocol – Giao thức ñiều khiển truyền TDD Time Division Duplex – Song công phân thời TDMA Time Division Multiple Access – ða truy nhập phân chia theo thời gian UMTS Universal Mobile Telecommunications System – Hệ thống thông tin di ñộng UMTS UTRA Universal Terrestrial Radio Access – Truy nhập vô tuyến mặt ñất của UMTS VLR Visitor Location Register – Bộ ñăng ký vị trí tạm trú VPN Virtual Private Network – Mạng riêng ảo WAP Wireless Application Protocol – Giao thức ứng dụng vô tuyến WCDMA Wideband Code Division Multiple Access – ða truy nhập phân mã băng rộng 6 MỞ ðẦU Nhu cầu trao ñổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện ñại. Sự ra ñời của thông tin di ñộng là một bước ngoặt lịch sử trong ngành viễn thông cũng như bước phát triển quan trọng của loài người. Qua quá trình phát triển và cho ñến ngày nay ñó là mạng di ñộng 3G. Cùng với việc cho phép kết nối mọi nơi, mọi lúc, là một trong những khả năng của mạng 3G. 3G mang tới nhiều tiện ích, ứng dụng hơn là khả năng di ñộng cho Internet. Các dịch vụ mới sẽ xuất hiện như nhắn tin ña phương tiện, các dịch vụ ñịnh vị, các dịch vụ thụng tin cá nhân, vui chơi giải trí, các dịch vụ ngân hàng, thanh toán ñiện tử... sẽ phát triển mạnh. ở Việt Nam, các hệ thống thông tin di ñộng thế hệ thứ ba cũng ñã và sẽ ñược nhanh chóng triển khai. ðể theo kịp xu thế chung của thế giới là tiến tới mạng thế hệ sau 3G và cung cấp các dịch vụ mới, việc nghiên cứu ñể triển khai, chuyển ñổi sang mạng 3G tại Việt Nam là cần thiết. ðối với các nhà khai thác mạng di ñộng GSM thì cái ñích 3G là các hệ thống thông tin di ñộng CDMA băng rộng (W-CDMA) theo chuẩn IMT-2000. Xuất phát từ ñịnh hướng này, luận văn ñề cập ñến (Nghiên cứu công nghệ CDMA ứng dụng cho nâng cấp mạng GSM của Viettel lên 3G) nghiên cứu tổng quan về công nghệ W-CDMA và hệ thống thông tin di ñộng W-CDMA nói chung, phân tích các quá trình phát triển lên 3G từ ñó ứng dụng lựa chọn, tính toán dụng lượng mạng trên cơ sở ñó xây dựng cấu trúc 3G, phù hợp với xu hướng phát triển mạng thông tin di ñộng Viettel. Luận văn ñược chia làm 4 chương: Chương 1: Giới thiệu chung về tình hình phát triển di ñộng 3G tên thế giới và tại Việt nam. 7 Chương 2: Hệ thống WCDMA: Giới thiệu tổng quan về công nghệ và hệ thống WCDMA Chương 3: Phân tích quá trình phát triển lên mạng 3G. Chương 4: Ứng dụng mạng 3G cho phát triển mạng Viettel. Mặc dù ñã hết sức cố gắng và ñã nhận ñược nhiều ý kiến ñóng góp quí báu từ các thầy cô giáo, nhưng do thời gian có hạn, luận văn chưa thể ñi sâu vào nhiều khía cạnh kỹ thuật khác. Song những vấn ñề mà luận văn ñề cập tới là những yếu tố quan trọng ñã và ñang ñưa vào sử dụng cũng như những ứng dụng của nó trong phát triển mạng thông tin di ñộng 3G. Rất mong ñược sự ñóng góp và giúp ñỡ hơn nữa của các thầy cô giáo và ñồng nghiệp ñể luận văn ñược kết quả tốt hơn. Sau cùng em xin chân thành cám ơn thầy giáo TS Bạch Thành Lê, người trực tiếp hướng dẫn và giúp ñỡ em hoàn thành luận văn này. Em xin cám ơn các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ Thông tin ñã giúp ñỡ em trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình hoàn thành luận văn này. Tác giả ðào Quang Anh 8 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Mục tiêu và nhiệm vụ của ñề tài 1.1.1 Mục tiêu của ñề tài Nghiên cứu công nghệ WCDMA và quá trình nâng cấp mạng GSM(2G) lên WCDMA(3G) ñể ứng dụng cho phát triển mạng thông tin di ñộng Viettel. 1.1.2 Nhiệm vụ của ñề tài ðánh giá tình hình phát triển công nghệ mạng 3G trên thế giới cũng như tại Việt Nam và nêu lên sự cần thiết phát triển 3G tại Việt Nam. Tổng quan công nghệ WCDMA và mạng UMTS phân tích các quá trình phát triển ñể nâng cấp mạng GSM (2G) lên mạng WCDMA (3G). ðưa ra các phương án có thể thực hiện phát triển mạng GSM lên 3G cho Viettel, lựa chọn và ñề xuất phương án tối ưu, ñể ñảm bảo khi phát triển mạng là tốt nhất cả về mặt kỹ thuật và về mặt kinh tế cho việc ñầu tư là có hiệu quả nhất. Tính toán sơ bộ các thông số kỹ thuật mạng vô tuyến dựa trên khả năng tăng trưởng thuê bao 3G. Trên cơ sở ñó lựa chọn giải pháp công nghệ và xây dựng cấu trúc mạng cho cả phần truy nhập vô tuyến và phần mạng lõi. 1.2 Tình hình phát triển công nghệ 3G trên thế giới và tại Việt Nam 1.2.1 Lịch sử và xu hướng phát triển 9 Hình 1.1. Các bước phát triển ñến mạng thế hệ thứ 3 Lịch sử ra ñời và sự phát triển của dịch vụ di ñộng từ thế hệ ñầu tiên 1G tới thế hệ 3G trải qua nhiều giai ñoạn khác nhau. Bảng 1.1 cho thấy tóm lược quá trình tiến triển của công nghệ thông tin di ñộng. Bảng 1.1 tóm lược quá trình tiến triển của công nghệ thông tin di ñộng Quá trình bắt ñầu với các thiết kế ñầu tiên ñược biết ñến như là 1G trong những năm 70 của thế kỷ trước. Các hệ thống ra ñời sớm nhất ñược thực hiện dựa trên công nghệ tương tự và cấu trúc tế bào cơ bản của thông tin di ñộng. Nhiều vấn ñề có tính nguyên tắc cơ bản ñã ñược giải quyết trong những hệ thống này. Và có nhiều các hệ thống không tương thích ñã ñược ñưa ra cung cấp dịch vụ trong những năm 80, như: AMPS, TACS, NMT,… Các hệ thống thế hệ thứ 2 (2G) ñược xây dựng trong những năm 80 vẫn ñược sử dụng chủ yếu cho thoại nhưng ñã ñược thực hiện trên cơ sở công nghệ số, bao gồm các kỹ thuật xử lý tín hiệu số. Các hệ thống 2G này cung cấp các 10 dịch vụ thông tin dữ liệu chuyến mạch kênh ở tốc ñộ thấp. Tính cạnh tranh lại một lần nữa dẫn tới việc thiết kế và thực hiện các hệ thống bị phân hoá thành các chuẩn khác nhau không tương thích như: GSM (hệ thống di ñộng toàn cầu) chủ yếu ở châu Âu, TDMA (ña truy nhập phân chia theo thời gian) IS-54/IS-136 ở Mỹ, PDC (hệ thống di ñộng tế bào số cá nhân) ở Nhật và CDMA (ña truy nhập phân chia theo mã) IS-95, một hệ thống khác tại Mỹ. Các hệ thống này hoạt ñộng rộng khắp trên lãnh thổ quốc ra hoặc quốc tế và hiện nay chúng vẫn chiếm vai trò là các hệ thống chủ ñạo, mặc dù tốc ñộ dữ liệu của các thuê bao trong hệ thống bị giới hạn nhiều. Bước chuyển tiếp giữa 2G và 3G là 2.5G. Thế hệ 2,5G ñược phát triển từ 2G với dịch vụ dữ liệu và các phương thức chuyển mạch gói, và nó cũng chú trọng tới các dịch vụ 3G cho các mạng 2G. Về cơ bản nó là sự phát triển của công nghệ 2G ñể tăng dung lượng trên các kênh tần số vô tuyến của 2G và bước ñầu ñưa các dịch vụ dữ liệu dung lượng cao hơn vào, có thể nâng tới 384 Kbps. Một khía cạnh rất quan trọng của 2.5G là các kênh dữ liệu ñược tối ưu hoá cho dữ liệu gói truy nhập vào Internet từ các thiết bị di ñộng như ñiện thoại, PDA hoặc máy tính xách tay. Trên cùng một mạng lưới với 2G, thế hệ 2.5G ñã ñưa internet vào thế giới thông tin di ñộng cá nhân. ðây thực sự ñã là một khái niệm mang tính cách mạng cho hệ thống viễn thông lai ghép hybrid. Trong thập kỷ 90, các nhà nghiên cứu ñã ñịnh nghĩa ra hệ thống di ñộng thế hệ kế tiếp, thế hệ thứ 3, ñã loại trừ ñược những sự không tương thích của các hệ thống trước ñây và thực sự trở thành hệ thống toàn cầu. Hệ thống 3G có các kênh thoại chất lượng cao cũng như các khả năng về dữ liệu băng rộng, có thể ñạt tới 2Mbps. 11 Các hệ thống 3G hứa hẹn cung cấp những dịch vụ viễn thông tốc ñộ cao hơn, bao gồm thoại, fax và internet ở bất cứ thời gian nào, bất cứ nơi ñâu với sự chuyển vùng roaming toàn cầu không gián ñoạn. Chuẩn 3G toàn cầu của ITU ñã mở ñường cho các ứng dụng và dịch vụ sáng tạo (ví dụ loại hình giải trí ña phương tiện, các dịch vụ dựa trên vị trí,…). Mạng 3G ñầu tiên ñược thiết lập tại Nhật bản năm 2001. Các mạng 2.5G, như là GPRS (dịch vụ vô tuyến gói chung) ñã sẵn sàng ở Châu Âu. Công nghệ 3G hỗ trợ băng thông 144 Kbps với tốc ñộ di chuyển lớn (trên xe hơi), 384 Kbps (trong một khu vực), và 2 Mb ps (ñối với trường hợp trong nhà). Hình 1.2 thể hiện các dịch vụ ñược tích hợp ở mang thế hệ thứ 3. Hình 1.2. Các dịch vụ ñược tích hợp ở mạng thế hệ thứ 3 Các dịch vụ dữ liệu (data) của WCDMA WCDMA cung cấp các dịch vụ dữ liệu tốt ñộ cao hơn và sử dụng hiệu quả phổ băng tần hơn các công nghệ trước ñó như GSM, GPRS hoặc EDGE. Phiên bản ñầu tiên của WCDMA là R99 và phiên bản mới nhất gần ñây là HSDPA (Release 5), HSUPA (Release 6) cung cấp tốt ñộ dữ liệu tốc ñộ cao cho ñường TV Internet Satellite TV VOD Telecommunication Broadcasting Cable TV IP-TV Mobile service Interactive TV Financial Services Entertainme Game Music 12 lên UL và ñường xuống riêng biệt DL. Phiên bản trong tương lai sẽ là HSPA (Release 7) và LTE (Release 8), như trong hình 1.3 Hình 1.3 Các dịch vụ dữ liệu (data) của WCDMA 1.2.2 Tình hình phát triển 3G trên thế giới Cho ñến tháng 1/2008, có 197 nhà khai thác kinh doanh thông tin di ñộng thế hệ thứ ba (3G) hoạt ñộng trên thế giới ñã có 87 nước và vùng lãnh thổ, phục vụ cho 180 triệu thuê bao. Sau ñây là sơ ñồ các nước sử dụng dịch vụ 3G. 13 Hình 1.4. Các nước triển khai dịch vụ 3G Dịch vụ 3G ở Nhật Bản và Hàn Quốc phát triển rất cao. Nhờ có sự thúc ñẩy của chính phủ và thái ñộ tích cực của các nhà khai thác, ứng dụng công nghệ 3G ở hai nước này từ năm 2001; việc kích thích thị trường thời gian ñầu khá tốt, người dùng cũng tha thiết với dịch vụ mới. Các nước ðông Nam Á cũng phát triển mạnh mẽ trong những năm gần ñây, ñặc biệt là Singapore và Thái Lan. Mức ñộ phát triển chung thị trường thông tin di ñộng ở các nước Châu Âu rất cao, mức phổ cập dịch vụ di ñộng lên ñến khoảng 90%, nhưng các nhà khai 14 thác truyền thống triển khai dịch vụ 3G tương ñối thận trọng, nước ñầu tiên triển khai ở Châu Âu là Bỉ là vào 2002. Sự phát triển dịch vụ 3G ở Châu Mỹ tương ñối chậm chạp so với các vùng khác trên thế giới. ðến năm 2005 ở Mỹ mới bắt ñầu triển khai 3G. Mức ñộ phát triển dịch vụ 3G của Nhật Bản và Hàn Quốc, hai nước Châu Á, là chiếm hàng ñầu của thế giới; biểu hiện thị trường 3G ở Châu Âu nói chung là bình bình, nhưng cũng có ñiểm sáng, chủ yếu là ở Italia và Anh; ở Châu Mỹ thì sự phát triển ở Mỹ là tương ñối nổi bật; còn Châu Phi là thị trường sẽ ñược khai phá trong tương lai. Cùng với ra ñời dịch vụ 3G của các nhà khai thác, các nhà cung cấp thiết bị ñầu cuối ñã nhanh chóng ñưa ra ña dạng chủng loại. Hiện nay máy ñầu cuối WCDMA ñã có 26 nhãn hiệu, 186 loại sản phẩm; sản phẩm ñầu cuối EV-DO cũng lên ñến 156 loại. Trong các loại dịch vụ của 3G, ñóng góp lớn nhất vào thu nhập vẫn là dịch vụ ñiện thoại, chiếm hơn 90% tổng thu nhập, nhưng ñóng góp vào thu nhập của các dịch vụ phi thoại ñang tăng trưởng ñều. Dịch vụ 3G ñược ñánh giá cao nhất trong tương lai bao gồm ña truyền thông, truyền hình thu qua máy cầm tay.v.v Doanh thu từ các dịch vụ nội dung và video chiếm tỷ trọng lớn trong mạng 3G, và doanh thu trên một ñầu thuê bao ARPU cao hơn 2G 40%. Hình 1.5 thể hiện kết cấu doanh thu các dịch vụ 3G. 15 3G Worldwide Revenues Composition 2008 Simple Voice, 28% Mobile Intranet/Extranet, 14% Customised infotainment, 36% Consumer MMS, 6% Rich Voice, 4% Location-Based Services, 2% Businiess MMS, 7% Mobile Internet Access, 3% Hình 1.5 Kết cấu doanh thu các dịch vụ 3G Do hoàn cảnh thị trường ở các nước có khác nhau, sách lược phát triển 3G mà các nhà khai thác lựa chọn cũng không hoàn toàn giống nhau. Ở Nhật Bản các nhà khai thác, như DoCoMo, chủ yếu là thông qua sự tiến bộ của kỹ thuật và sáng tạo mới về dịch vụ ñể ñi ñến thành công. Hiện nay mạng 3G ở Nhật ñã phủ sóng ñến 99,7%. 94% thuê bao dùng 2G ñang quá ñộ sang 3G, tỷ lệ này là cao nhất trên toàn thế giới. Các nhà khai thác và các nhà sản xuất máy cầm tay phối hợp với nhau thiết kế chế tạo máy ñầu cuối. Giá cả của máy cầm tay 3G ñã tương ñương với máy cầm tay 2G, cho nên các thuê bao dùng muốn ñổi máy cầm tay. Các nhà khai thác ñưa ra các dịch vụ mới rất hấp dẫn trên mạng, ví dụ như trích xuất âm nhạc, mua hàng qua máy cầm tay v.v… Công ty 3G của Hutchison có trụ sở chính ñóng tại Hongkong cũng là một trong số các nhà khai thác ñi ñầu về dịch vụ 3G trên toàn cầu; nắm 10 giấy phép 3G ở các thị trường úc, áo, ðan Mạch, Hongkong, Italia, Ai Len, Israel, Na Uy, Anh, Thụy ðiển v.v ñến 175 triệu dân, chỉ chi cho giấy phép tổng cộng ñến 10,2 16 tỷ USD. ðầu tư xây dựng mạng lưới 3G của công ty ñã vượt 27 tỷ USD. Sách lược phát triển 3G của Công ty 3G Hutchison là cước phí linh hoạt. Số thuê bao dùng 3G của công ty này chưa ñến 6 triệu, năm nay sẽ ñột phá 10 triệu. Sự phát triển dịch vụ 3G của ñại ña số các nhà khai thác Châu Âu là tương ñối chậm chạp. Nguyên nhân chủ yếu, một là chi trả cho giấy phép quá cao, làm cho các nhà khai thác thiếu lực ñể phát triển; hai là nhu cầu thị trường ñối với 3G chưa nhiều, chỉ khoảng 6% thuê bao dùng di ñộng có nhu cầu 3G; thông thường tỷ lệ này phải ñạt ñến 33%, nhà khai thác mới có thể thực hiện cân bằng thu - chi. 1.2.3 Xu hướng phát triển 3G tại Việt Nam Các ứng dụng truyền thông hữu ích như ñiện thoại truyền hình, ñịnh vị và tìm kiếm thông tin, truy cập Internet, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe nhạc và xem video chất lượng cao... cùng nhiều ứng dụng dịch vụ viễn thông tiên tiến khác có thể thực hiện ñược trên mạng di ñộng 3G. Nhưng ở Việt Nam 3G mới chỉ ñang “bước” chập chững. Thế giới ñang có 2 hệ thống 3G ñược chuẩn hóa song song tồn tại, một dựa trên công nghệ CDMA còn gọi là CDMA-2000, chuẩn còn lại do dự án 3rd Generation Partnership Project (3GPP) thực hiện. 3GPP ñang xem xét tiêu chuẩn UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access TS. Tiêu chuẩn này có 2 sơ ñồ truy nhập vô tuyến. Một trong số ñó ñược gọi là CDMA băng thông rộng (WCDMA). Căn cứ vào những thông tin nói trên thì Việt Nam ñã gia nhập vào nhóm các nước ñã triển khai dịch vụ ñiện thoại thế hệ thứ 3 (3G), ñó chính là dịch vụ ñiện thoại di ñộng CDMA của nhà khai thác mạng S-Fone. Tuy nhiên, công nghệ CDMA-2000 1X mà S-Fone triển khai cũng chỉ ñược coi là giai ñoạn khởi ñầu của một hệ thống 3G hoàn chỉnh, vì CDMA-2000 17 có ñến ba phiên bản: CDMA-2000 1X, CDMA-2000 1xEV-DO và CDMA-2000 1xEV-DV. CDMA2000 1X dành cho thoại và dữ liệu, hoạt ñộng trên kênh CDMA 1,25MHz chuẩn, cho phép truyền dữ liệu ñạt 307Kbps. CDMA2000 1xEV-DO là phiên bản cao hơn, tối ưu cho những dịch vụ dữ liệu dung lượng lớn và tốc ñộ cao dựa trên công nghệ CDMA High Data Rate (tốc ñộ tối ña vượt 2Mbps). CDMA2000 1xEV-DO ñạt tốc ñộ truyền dữ liệu vượt 10Mbps. Nghĩa là ñể triển khai loạt các ứng dụng có dung lượng lớn, ñược coi là thế mạnh của 3G ngày nay thì CDMA 2000 1X của S-Fone chưa ñủ tầm. Trong khi ñó, vấn ñề hiện nhiều người quan tâm là bao giờ người sử dụng công nghệ GSM (chiếm 95% số người dùng ñiện thoại di ñộng tại Việt Nam) có thể sử dụng 3G. Nhà sản xuất “chạy” trước, một lần nữa các nhà sản xuất lại ñi trước các nhà khai thác dịch vụ ñiện thoại di ñộng, khi lần lượt Nokia, Sony Eircsson ñã bán ra thị trường Việt Nam vài model ñiện thoại di ñộng hỗ trợ công nghệ 3G như Nokia 6680, 6630; Sony Ericsson Z800i, K608i... Trong khi ñó loạt sản phẩm 3G Nseries dù chưa ñược Nokia bán chính thức tại Việt Nam cũng ñang thu hút ñược sự chú ý của người tiêu dùng, nhất là những người ưa thích công nghệ. Về cơ bản, ñây chỉ là sự chứng minh của các hãng cho thị trường thấy họ ñã có những sản phẩm cao cấp và tích hợp các công nghệ ñón ñầu, chứ các nhà sản xuất cũng thừa hiểu giá trị sử dụng công nghệ 3G tại Việt Nam chưa có vì các nhà khai thác mạng chưa triển khai ứng dụng 3G. Tất nhiên, trên thế giới không chỉ có Sony Ericsson hay Nokia mà còn có Samsung, Motorola, LG... thậm chí là cả Huewei (Trung Quốc) cũng góp mặt vào nhóm các nhà sản xuất ñiện thoại di ñộng 3G với sản phẩm U626. 18 Không chỉ có các hãng sản xuất ñiện thoại di ñộng mà ngay cả Qualcomm, nhà phát triển và phát minh hàng ñầu của công nghệ CDMA cũng ñã có nhiều kế hoạch khuếch trương 3G tại Việt Nam. Cuối tháng 7/2005, Qualcomm loan báo sẽ mở Trung Tâm Nghiên Cứu Công Nghệ 3G ñầu tiên tại Việt Nam. Thời gian ñầu, trung tâm sẽ tổ chức các khóa ñào tạo về phát triển 3G, giới thiệu công nghệ CDMA, WCDMA và cách lập trình trên môi trường BREW (Binary Runtime Environment of Wireless) của Qualcomm. Các khóa học ñược thiết kế cho người ñã có kinh nghiệm lập trình bằng ngôn ngữ C và C++ ñể thúc ñẩy việc ứng dụng rộng rãi công nghệ 3G tại Việt Nam và các nước trong khu vực. ðây cũng là một phần của dự án thúc ñẩy sử dụng 3G tại Châu á mà Qualcomm giới thiệu vào năm ngoái. Chưa hết, giữa tháng 9 vừa qua, tại Hà Nội, Qualcomm ñã tổ chức thảo và ñào tạo về BREW, giới thiệu giải pháp tổng thể về dữ liệu và ứng dụng trên thiết bị di ñộng của Qualcomm. BREW cũng chính là một trong những ñộng lực thúc ñẩy sự phát triển các ứng dụng và nội dung của hầu hết các hoạt ñộng 3G trên toàn thế giới. Khởi ñầu là việc Viettel phối hợp cùng Ericsson thực hiện thành công việc trình diễn các dịch vụ thông tin di ñộng 3G vào ñầu năm 2006. Nhiều ứng dụng thông tin di ñộng 3G thú vị như ñiện thoại truyền hình, ñịnh vị toàn cầu và tìm kiếm thông tin, truy cập Internet, video chất lượng cao... ñã ñược thực hiện trong môi trường mạng di ñộng tốc ñộ cao. Theo các chuyên gia trong ngành viễn thông, ñường tới 3G của GSM là WCDMA. Nhưng trên con ñường ñó, các nhà khai thác dịch vụ ñiện thoại di ñộng phải trải qua giai ñoạn 2,5 (2,5G). Thế hệ 2,5G bao gồm những gì? ðó là: dữ liệu chuyển mạch gói tốc ñộ cao (HSCSD), dịch vụ vô tuyến gói chung 19 (GPRS - Viettel triển khai hơn 3 năm nay), và Enhanced Data Rates for Global Evolution (EDGE). Nghe thì ñơn giản nhưng thực tế, ñể triển khai 3G, một trong những khó khăn của các nhà khai thác mạng GSM là vấn ñề ứng dụng. Ngoài ra, họ cũng ñang phải tìm câu trả lời cho câu hỏi: “ðầu tư hạ tầng có ñáp ứng ñược nhu cầu của người dùng hay không?” Bởi triển khai 3G trên mạng ñiện thoại hiện hành sẽ theo hướng nâng cấp từ nền tảng cơ sở ñã có. Song song với thử nghiệm còn phải xây dựng dự án ñầu tư, phải có thời gian ñể hoàn tất thủ tục dự án... Một yếu tố nữa là khách hàng phải có máy ñầu cuối thích hợp khi sử dụng công nghệ 3G trong dịch vụ thông tin di ñộng. Bên phía CDMA, ngoài S-Fone như ñã nói ở trên, “ẩn số” lớn của ngành ñiện thoại di ñộng là Hanoi Telecom cũng ñã nhiều lần nhắc tới việc họ sẽ sử dụng ngay công nghệ CDMA2000 1xEV-DO khi bắt ñầu chính thức thương mại hoá các dịch vụ di ñộng. Hẳn nhiên ai cũng biết CDMA2000 1xEV-DO ñang gặt hái nhiều thành công trong việc triển khai các dịch vụ liên quan ñến dữ liệu tại các nước ñang sử dụng công nghệ này mà Hàn Quốc là một ví dụ ñiển hình. Dù cái ñích 3G có thể còn cách xa nhưng hiện cả nhà sản xuất lẫn nhà khai thác dịch vụ ñều ñã có những bước ñi thích hợp ñể tiến tới 3G, vấn ñề còn lại là bao giờ? Một trong những yếu tố quyết ñịnh ñiều này là nhu cầu và số lượng người dùng. 1.3 So sánh hệ thống WCDMA với các hệ thống 2G 1.3.1. So sánh WCDMA và GSM Bảng 1.2. So sánh hai hệ thống GSM và WCDMA GSM WCDMA D¶i tÇn 900 MHz vµ 1800 MHz. D¶i tÇn xÊp xØ 2 GHz. 20 §é réng b¨ng tÇn kªnh 200 KHz. §é réng b¨ng tÇn kªnh 5 MHz. GSM - 13,4 kbps + 8 kbps ®Õn 384 kbps ®èi víi tr¹m di ®éng. + Lªn tíi 2 Mbps víi tr¹m cè ®Þnh. Ph−¬ng ph¸p ®a truy cËp TDMA. Ph−¬ng ph¸p ®a truy cËp CDMA. Qui ho¹ch v« tuyÕn cã tÝnh chÊt tÜnh víi viÖc t¨ng l−u l−îng. Qui ho¹ch v« tuyÕn cã tÝnh chÊt ®éng. Dung l−îng: dung l−îng tÜnh ®−îc cho bëi mét cÊu h×nh phÇn cøng nµo ®ã. Dung l−îng tïy thuéc vµo møc ®é nhiÔu, do vËy rÊt nh¹y c¶m víi cÊu h×nh m¹ng. §iÒu khiÓn c«ng suÊt: c¸c thuËt to¸n ®iÒu khiÓn c«ng suÊt ®¬n gi¶n. §iÒu khiÓn c«ng suÊt lµ vÊn ®Ò thiÕt yÕu trong m¹ng. ChuyÓn giao: ChØ cã chuyÓn giao cøng. ChuyÓn giao: cã 3 lo¹i chuyÓn giao: chuyÓn giao cøng, mÒm vµ mÒm h¬n. 1.3.2. So sánh WCDMA và IS-95 Cả WCDMA và IS-95 ñều sử dụng công nghệ CDMA trải phổ trực tiếp. Tốc ñộ chip 3,84 Mcps, hệ thống WCDMA cho phép tốc ñộ bit cao hơn. Tốc ñộ chip cao hơn cũng giúp khả năng phân tập ña ñường nhiều hơn so với tốc ñộ chip 1,2288 Mcps, ñặc biệt những cell nhỏ ở ñô thị. Bảng 1.3: So sánh hai hệ thống WCDMA và IS - 95 C¸c th«ng sè WCDMA IS-95 §é réng b¨ng tÇn 5 MHz 1,25 MHz Tèc ®é chip 3,84 Mcps 1,2288 Mcps TÇn sè ®iÒu khiÓn c«ng suÊt 1500 Hz, c¶ ®−êng lªn lÉn ®−êng xuèng §−êng lªn: 800 Hz, ®−êng xuèng: ®iÒu khiÓn 21 c«ng suÊt thÊp ChuyÓn giao gi÷a c¸c tÇn sè Cã Cã thÓ, nh−ng ch−a x¸c ®Þnh râ ph−¬ng ph¸p ®o C¸c thuËt to¸n qu¶n lý nguån tµi nguyªn v« tuyÕn hiÖu qu¶ Cã, gióp c¶i thiÖn ®−îc chÊt l−îng dÞch vô theo yªu cÇu Kh«ng cÇn thiÕt chØ ®èi víi c¸c m¹ng tho¹i Sè liÖu gãi LÞch tr×nh gãi dùa theo t¶i Sè liÖu gãi ®−îc truyÒn nh− ®èi víi c¸c cuéc gäi ng¾n sö dông chuyÓn m¹ch kªnh Ph©n tËp truyÒn ph¸t ®−êng xuèng Hç trî ®Ó c¶i thiÖn dung l−îng ®−êng xuèng Tiªu chuÈn kh«ng hç trî WCDMA có khả năng ñiều khiển công suất vòng khép kín nhanh ở cả ñường lên và ñường xuống, trong khi IS-95 sử dụng ñiều khiển công suất nhanh chỉ ở ñường lên. ðiều khiển công suất nhanh ở ñường xuống giúp cải thiện chất lượng ñường truyền và tăng cường dung lượng ñường xuống. ðiều này ñòi hỏi các máy ñầu cuối phải có các tính năng mới như ñiều khiển công suất vòng ngoài... mà các máy ñầu cuối của IS-95 không cần. Hệ thống IS-95 nhằm mục ñích chính ñể ứng dụng macro cell. Các trạm gốc macro cell ñược ñặt trên mái nhà, ở ñó có thể dễ dàng nhận ñược tín hiệu GPS. Trạm gốc IS-95 cần phải ñược ñồng bộ và quá trình ñồng bộ thực hiện nhờ hệ thống GPS. Sự cần thiết có tín hiệu GPS làm khả năng triển khai cell trong nhà và micro cell khó khăn hơn, bởi vì việc nhận tín hiệu GPS mà không có kết nối trong tầm nhìn thẳng ñến các vệ tinh GPS là khó khăn. Vì vậy, người ta thiết kế hệ thống WCDMA với các trạm gốc không ñồng bộ, tại ñó không cần tín hiệu 22 ñồng bộ từ GPS. Các trạm gốc không ñồng bộ khiến cho việc chuyển giao của hệ thống WCDMA hơi khác so với IS-95. Chuyển giao giữa các tần số ñược xem là quan trọng ñối với hệ thống WCDMA ñể tối ña hóa việc sử dụng một số sóng mang ở mỗi trạm gốc. ở hệ thống IS-95, phương pháp ño lường giữa các tần số chưa ñược xác ñịnh rõ, khiến cho việc chuyển giao giữa các tần số trở nên khó khăn hơn. 1.4. So sánh, ñánh giá 2 công nghệ W-CDMA và CDMA - 2000 1.4.1. ðiểm giống nhau - ðều dựa trên công nghệ trải phổ trực tiếp. - ðều ñáp ứng ñầy ñủ các yêu cầu của IMT-2000. + Duy trì hỗ trợ các dịch vụ truyền thống. + Hỗ trợ các dịch vụ ña phương tiện tốc ñộ cao, dữ liệu gói và truy nhập IP. 1.4.2. Những khác biệt chính Các khác biệt chính về kỹ thuật giữa hai công nghệ WCDMA và 2000 ñược cho trong bảng sau: Bảng 1.4 So sánh sự khác nhau giữa WCDMA và CDMA2000 C¸c th«ng sè WCDMA 2000 Ph−¬ng thøc truy nhËp vµ ghÐp kªnh Kh«ng cã chÕ ®é ®a sãng mang Cã chÕ ®é ®a sãng mang B¨ng th«ng 5 MHz, 10MHz Nx1,25 MHz (N=1,3,6,9,12) Tèc ®é chip 3,84 Mcps Nx1,2288 Mcps (N=1,3,6,9,12) §iÒu chÕ QPSK (cho c¶ hai h−íng) QPSK (BTS-MS), BPSK (MS-BTS) CÊu tróc khung tÝn 10 ms ®èi víi líp vËt lý 5 ms ®èi víi b¸o hiÖu 23 hiÖu 10, 20, 40, 80 ms ®èi víi líp truyÒn dÉn 20, 40, 80 ®èi víi líp vËt lý Mj hãa kªnh Dïng mj cã hÖ sè tr¶i phæ biÕn thiªn trùc giao (OVSF), tõ 4 - 256 bit dïng mj Walsh, tõ 4 - 128 bit Mj nhËn d¹ng ®èi víi sector Dïng 512 mj ngÉu nhiªn hãa, mçi mj nhËn d¹ng mét sector riªng biÖt dïng chung mét mj PN ng¾n, nh−ng sö dông 512 gi¸ trÞ PN offset kh¸c nhau ®Ó nhËn d¹ng c¸c sector kh¸c nhau Mj nhËn d¹ng MS Dïng mj ngÉu nhiªn hãa, g¾n bëi sector ®Ó nhËn d¹ng MS dïng chung mét mj PN dµi, nh−ng t¹o ra c¸c gi¸ trÞ PN offset kh¸c nhau theo sè seri thiÕt bÞ cña MS ®Ó nhËn d¹ng c¸c MS kh¸c nhau Về ñồng bộ, W-CDMA dùng dị bộ ở chế ñộ FDD, còn ở chế ñộ TDD các trạm gốc ñược phân cấp ñồng bộ, nếu không cần roaming toàn cầu thì không cần ñồng bộ từ hệ thống ñịnh vị toàn cầu GPS (Global Positioning System). ðiều này phần nào tạo cho hệ thống có tính ñộc lập hơn. Trong khi cdma-2000 bắt buộc cần GPS ñể ñồng bộ. Về tính tương thích ngược với mạng lõi 2G, W-CDMA ñơược xây dựng trên cơ sỏ báo hiệu mạng lõi GSM-MAP còn cdma-2000 trên cơ sở IS-41 (mạng lõi của IS-95 CDMA). Như vậy, nhiều khả năng UTRA ñược chọn bởi các nhà khai thác GSM, trong khi nhà khai thác CDMA IS-95 chọn CDMA- 2000. 24 1.4.3. ðặc ñiểm băng tần W-CDMA có phổ trong phần băng tần của IMT-2000. Tuy nhiên ở Châu Âu và Nhật ñã có hệ thống DECT và PHS chiếm một phần nhỏ phổ tần. Phần phổ tần còn lại ñươợc sử dụng cho W-CDMA với băng thông chuẩn là 5MHz. cdma- 2000 ở Mỹ tần số cho 3G theo WRC-92 ñã ñược phân chia hết cho dịch vụ PCS. Do ñó cdma-2000 ñươợc thiết kế ñể có thể hoạt ñộng chung với IS- 95 CDMA dùng băng thông cơ sở 1,25MHz. ðể cung cấp dịch vụ tốc ñộ cao, cdma2000 ghép 3 kênh 1,25MHz (CDMA ña sóng mang) hoặc cũng có thể trải phổ trực tiếp trên băng thông 3,75MHz (1,25MHz x 3). 1.4.4. Những phát triển tiếp Tốc ñộ chip của UTRA ban ñầu là 4,096Mcps ñã ñược thống nhất giảm xuống 3,84Mcps gần với tốc ñộ chip của cdma- 2000 là 3,6864Mcps cho phép dễ dàng chế tạo máy ñầu cuối có 2 chế ñộ hơn. Người ta còn tiếp tục chuẩn hoá ñể W-CDMA và cdma-2000 ở pha tiếp theo có thể tương thích ngược với cả hai loại mạng lõi GSM-MAP và IS-41. Như vậy việc chọn UTRA hay cdma-2000 phụ thuộc chính vào mục tiêu roaming toàn cầu với thị trường lớn hơn và giải pháp làm cấu trúc ñầu cuối cũng như mạng lõi ñơn giản hơn. Tóm lại, có thể nói rằng không thể khẳng ñịnh công nghệ nào ưu việt hơn. Bởi thế, tuỳ thuộc vào hạ tầng sẵn có mà việc dùng cdma-2000 hay W-CDMA sẽ thuận lợi hơn cho việc phát triển. Mặc dù các tổ chức chuẩn hoá vẫn tiếp tục cố gắng ñạt ñược khả năng ñấu nối linh hoạt giữa các mạng lõi khác nhau, W- CDMA vẫn thuận lợi hơn ñối với các nhà khai thác GSM hiện có với giao thức mạng lõi GSM-MAP. Ngược lại, CDMA- 2000 thuận tiện cho việc nâng cấp từ hệ thống cdmaOne (CDMA IS-95) hiện có với giao thức mạng lõi ANSI-41. 25 CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG WCDMA 2.1. Hệ thống thông tin trải phổ Nếu có một tín hiệu với ñộ rộng băng tần là W, thời gian tồn tại là T thì không gian phổ của tín hiệu này xấp xỉ là 2WT. ðể trải rộng phổ của tín hiệu này có 2 cách: - Cách 1: Tăng giá trị W bằng trải phổ trong miền tần số (trải phổ dãy trực tiếp và trải phổ nhảy tần ). - Cách 2: Tăng giá trị T bằng trải phổ trong miền thời gian (trải phổ nhảy thời gian). Như vậy có ba kiểu hệ thống trải phổ cơ bản: trải phổ dãy trực tiếp DSSS (Direct Sequence Spreading Spectrum), trải phổ nhảy tần FHSS (Frequency Hopping Spreading Spectrum) và trải phổ nhảy thời gian THSS (Time Hopping Spreading Spectrum). Ngoài ra cũng có thể tổng hợp các hệ thống trên thành hệ thống lai ghép. Hệ thống DSSS thực hiện trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc ñộ chip (RC = l/Tc, Tc là thời gian một chip) cao hơn nhiều tốc ñộ bit (Rb = l/Tb, Tb là thời gian một bit) của luồng số cần phát. Tb = Tn TC Tb = Tn t Hình 2.1 Trải phổ dãy trực tiếp (DSSS) Biªn ®é 26 Ký hiệu: Tn: Chu kỳ của mã giả ngẫu nhiên dùng cho trải phổ. Tb: Thời gian một bit của luồng số cần phát. Tc: Thời gian một chip của mã trải phổ. Hệ thống FHSS thực hiện trải phổ bằng cách nhảy tần số mang trên một tập lớn các tần số. Mẫu nhảy tần có dạng giả ngẫu nhiên. Tần số mang trong khoảng thời gian của một chip Tc giữ nguyên không ñổi. Tốc ñộ nhảy tần có thể nhanh hoặc chậm. Trong hệ thống nhảy tần nhanh, nhảy tần ñược thực hiện ở tốc ñộ cao hơn tốc ñộ bit của bản tin, còn ở hệ thống nhảy tần chậm thì ngược lại. Trong hệ thống THSS, một khối các bit số liệu ñược nén và ñược phát ngắt quãng trong một hay nhiều khe thời gian trong một khung chứa một số lượng lớn các khe thời gian. Một mẫu nhẩy thời gian sẽ xác ñịnh các khe thời gian nào ñược sử dụng ñể truyền dẫn trong mỗi khung. ðộ rộng khe t = T1/M, T 2T fn f1 t Hình 2.2: Trải phổ nhảy tần (FHSS) 27 trong ñó M là số khe thời gian trong một khung (trong t/h này M = 8). Hiện nay, ñiều ñáng quan tâm về các hệ thống trải phổ là các ứng dụng ña truy nhập mà ở ñó nhiều người sử dụng cùng chia sẻ một ñộ rộng băng tần truyền dẫn. Trong hệ thống DSSS, tất cả các người sử dụng cùng dùng chung một băng tần và phát tín hiệu của họ ñồng thời. Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên chính xác ñể lấy ra tín hiệu mong muốn bằng cách nén phổ. Các tín hiệu khác xuất hiện ở dạng các nhiễu phổ rộng công suất thấp tựa tạp âm. Trong các hệ thống FHSS và THSS, mỗi người sử dụng ñược ấn ñịnh một mã giả ngẫu nhiên sao cho không có cặp máy phát nào sử dụng cùng tần số hay cùng khe thời gian cho nên các máy phát sẽ tránh ñược xung ñột. Như vậy, FHSS và THSS là kiểu hệ thống tránh xung ñột, trong khi ñó DSSS là kiểu hệ thống lấy trung bình. Hệ thống thông tin di ñộng sử dụng DSSS nên ta chỉ xét ñến kỹ thuật trải phổ DSSS. 2.2. Giới thiệu chung hệ thống UMTS Nền tảng của mạng GSM hiện tại sẽ ñược mở rộng thành mạng lưới rất rộng lớn ñể có thể phục vụ một số lượng thuê bao dự ñoán trong tương lai. Cấu trúc hệ thống UMTS hiện tại ñang ñược nghiên cứu, về cơ bản có thể chia ra những phần sau: t t T1 2T 3T Mét khung Hình 2.3: Trải phổ nhảy thời gian (THSS) 28 - Mạng truy cập UTRAN. - Mạng lõi CN. - Thiết bị của người sử dụng UE. Và các phần trên ñược kết nối với nhau qua các giao diện mở. Cấu trúc hệ thống UMTS Ký hiệu: - USIM (User Sim Card): Thẻ Sim Card của người sử dụng. - MS (Mobile Station): Máy ñiện thoại di ñộng. - RNC (Radio Node Controller): Bộ ñiều khiển trạm gốc. - MSC (Mobile Services Switching Center): Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di ñộng. - VLR (Visitor Location Register): Bộ ghi ñịnh vị tạm trú. Hình 2.4: Cấu trúc hệ thống UMTS 29 - SGSN (Servicing GPRS (General Packet Radio Service) Support Node): ðiểm hội trợ GPRS (Dịch vụ vô tuyến gói chung) ñang phục vụ. - GMSC (Gateway Mobile Services Switching Center): Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di ñộng cổng. - GGSN (Gateway GPRS Support Node): Nút hỗ trợ GPRS cổng. - HLR (Home Location Register): Bộ ghi ñịnh vị thường trú. - UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network): Mạng truy nhập vô tuyến mặt ñất UMTS. - CN (Core Network): Mạng lõi. - Hiện tại tiến trình tiêu chuẩn hoá UMTS ñang ñược triển khai. Phần mạng truy nhập của UMTS là UTRAN ñã ñược chuẩn hoá. Tháng 01/1998, ETSI quyết ñịnh sử dụng UTRA FDD hay W-CDMA trên băng tần ñôi và UTRA TDD hay TD/CDMA trên băng tần ñơn. 2.3. Mạng truy nhập UTRAN 2.3.1. ðặc tính mạng UTRAN 2.3.1.1. Phổ tần Phổ tần hệ thống thông tin di ñộng mặt ñất UMTS gồm: - Băng tần kép (1929-1980 MHz ~ 2110-2170 MHz). - Băng tần ñơn (1910-1920 MHz ~ 2010-2025 MHz). Dải phổ trên ñã ñược lựa chọn ở cả Châu Âu và Nhật Bản. 2.3.1.2. Hai chế ñộ kép Trước hết ta phải phân biệt ñược các khái niệm UTRA-FDD hay W- CDMA và UTRA TDD hay TD/CDMA. Từ hệ thống IMT-2000, ở Châu Âu ETSI ñã xây dựng nên hệ thống UMTS có giao diện vô tuyến là UTRAN có hai 30 chế ñộ hoạt ñộng là UTRAN FDD và UTRAN TDD ñều sử dụng công nghệ nền tảng là W-CDMA. Trong khi ñó ở Nhật, ARIB cũng xây dựng nên một hệ thống 3G tương tự UMTS ở Châu Âu và giao diện vô tuyến cũng có hai chế ñộ là W- CDMA và TD/CDMA cũng sử dụng công nghệ W-CDMA làm nền tảng. Như vậy ta có thể hiểu ñơn giản là UTRA FDD ở Châu Âu và W-CDMA ở Nhật là một, sử dụng băng tần kép có ñường lên và xuống ở hai dải tần số khác nhau phân chia theo tần số; còn UTRA TDD Châu Âu và TD/CDMA ở Nhật là một, sử dụng băng tần ñơn có ñường lên và xuống cùng băng tần nhưng ñược phân chia theo khe thời gian. Như vậy, hai chế ñộ ñược ñịnh nghĩa trong UTRA là FDD và TDD. Cả hai chế ñộ ñều là CDMA băng rộng (W-CDMA) với ñộ rộng kênh vô tuyến là 5 MHz và ñã ñược phát triển nhằm sử dụng tối ña hiệu quả và lợi ích của CDMA. ETSI ñang nỗ lực nhằm kết hợp hài hoà giữa hai chế ñộ này. Hiện tại ETSI chỉ chú trọng ñến chế ñộ FDD và người ta chưa rõ là liệu TDD có ñược ñưa vào hệ thống UMTS pha 1 hay không. Tương tự, tổ chức tiêu chuẩn Nhật Bản (ARIB) cũng chưa coi TD/CDMA là một lựa chọn dự phòng. TD/CDMA sẽ ñược sử dụng trên băng tần ñơn. Lợi ích của TD/CDMA (cũng như UTRA TDD) là khả năng quản lý lưu lượng không song công (lưu lượng giữa ñường lên và ñường xuống khác nhau). Bởi TD/CDMA có ñường lên và ñường xuống ở trên cùng một băng tần chỉ phân cách về mặt thời gian, nên ñối với việc truyền số liệu không cân bằng giữa ñường lên và ñường xuống, hiệu quả phổ của chế ñộ TD/CDMA sẽ cao hơn so với chế ñộ W-CDMA (ấn ñịnh hai băng tần riêng cho ñường lên và ñường xuống). Lấy Internet là một ví dụ ñiển hình, rất nhiều thông tin ñược tải xuống từ các trang WEB mà rất ít thông tin ñược gửi ñi. 31 Như vậy ta có thể thấy chế ñộ UTRA TDD ở Châu Âu (TD/CDMA ở Nhật) ưu ñiểm hơn chế ñộ UTRA-FDD (W-CDMA ở Nhật) tuy nhiên có thể chưa ñược triển khai ngay trong pha 1 vì lí do ñộ phức tạp của kỹ thuật. 2.3.1.3. Dung lượng UTRAN hỗ trợ cả tốc ñộ bit thấp và tốc ñộ bit cao. Tốc ñộ 384kb/s khi chuyển ñộng và 2Mb/s khi cố ñịnh ñảm bảo ñáp ứng nhu cầu khác nhau của người sử dụng từ thoại tới ña dịch vụ multimedia. Người sử dụng sẽ nhận thấy hiệu quả ứng dụng cao hơn so với các ứng dụng ngày nay ñang sử dụng trên mạng di ñộng. ða dạng tốc ñộ truyền số liệu cũng thực hiện ñược bằng cách sử dụng các phương pháp trải phổ ñộng và tương thích năng lượng truyền sóng. 2.3.1.4. Dữ liệu chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh Các dịch vụ gói ñưa ra khả năng luôn luôn “trực tuyến - online” ñối với các ứng dụng mà không cần chiếm một kênh riêng biệt. Các dịch vụ gói cũng cho phép người dùng trả tiền cước trên cơ sở tổng số byte số liệu trao ñổi qua mạng mà không phải trả tiền theo thời gian kết nối. UTRAN có một chế ñộ tối ưu gói. Nó hỗ trợ truyền nhanh các gói ñột xuất, truyền trên kênh riêng khi lưu lượng gói lớn và liên tục. Các dịch vụ dữ liệu gói rất quan trọng ñối với việc xây dựng các ứng dụng kinh tế cho truy nhập mạng LAN và Internet. Các dịch vụ chuyển mạch kênh tốc ñộ cao là cần thiết ñối với các ứng dụng thời gian thực, ví dụ như hội nghị truyền hình. 2.3.2. Cấu trúc hệ thống Hệ thống UTRAN bao gồm một tập các phân hệ mạng vô tuyến RNS (Radio Network Subsystem) kết nối tới mạng lõi trên giao diện Iu và kết nối với nhau trên giao diện Iur. Một phân hệ mạng vô tuyến RNS bao gồm một ñơn vị ñiều khiển mạng vô tuyến RNC (Radio Network Controller) và một hoặc nhiều 32 thực thể ñược gọi là nút B (Node B). Node B ñược nối với RNC trên giao diện Iub. Mỗi RNS chịu trách nhiệm quản lý các ô vô tuyến của nó. Với mỗi kết nối giữa thiết bị người sử dụng UE với mạng UTRAN, sẽ có một RNS gọi là RNS phục vụ (Serving RNS). Khi cần thiết, các RNS kề cận (Drift RNS) hỗ trợ RNS phục vụ bằng cách cung cấp các kênh vô tuyến. Vai trò của một RNS (phục vụ hay kề cận) là trên cơ sở từng kết nối giữa thiết bị người sử dụng và mạng UTRAN. RNS bao gồm chức năng tách/ghép kênh nhằm hỗ trợ sự phân tập giữa các Node B khác nhau. 2.3.2.1. Cấu trúc RNC Là phần tử mạng chịu trách nhiệm ñiều khiển các tài nguyên vô tuyến của UTRAN. Nó giao diện với CN và kết cuối giao thức ñiều khiển tài nguyên vô Hình 2.5: Cấu trúc mạng UTRAN 33 tuyến RRC (Radio Resource Control), giao thức này ñịnh nghĩa các bản tin và các thủ tục giữa MS và UTRAN. Nó ñóng vai trò như BSC. RNC ñiều khiển nút B thông qua giao diện Iub ñược biểu thị như là RNC ñiều khiển CRNC (Control RNC) của nút B. CRNC chịu trách nhiệm ñiều khiển tải và tránh nghẽn cho các ô của mình. Khi một kết nối MS - UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên từ nhiều RNC, các RNC này sẽ có hai vai trò logic riêng biệt: - RNC phục vụ SRNC (Service RNC) ñối với một MS là RNC kết cuối cả ñường Iu ñể truyền số liệu người sử dụng và cả báo hiệu RANAP (Radio Access Network Application Part) tương ứng từ / tới mạng lõi. SRNC cũng kết cuối báo hiệu ñiều khiển tài nguyên vô tuyến: giao thức báo hiệu giữa UE và UTRAN. Nó xử l í số liệu lớp 2 từ / tới giao diện vô tuyến. SRNC cũng là CRNC của một nút B nào ñó ñược MS sử dụng ñể kết nối với UTRAN. - RNC kề cận DRNC (Drift RNC) là một RNC bất kỳ khác với SRNC ñể ñiều khiển các ô ñược MS sử dụng. Khi cần nó thực hiện kết hợp, phân chia ở phân tập vĩ mô. DRNC không thực hiện xử l í lớp 2 ñối với số liệu tới / từ giao diện vô tuyến mà chỉ ñịnh tuyến số liệu trong suốt giữa các giao diện Iub và Iur. Một UE có thể có nhiều DRNC. 2.3.2.2. Nút B (trạm gốc) Thực hiện xử l í lớp 1 của giao diện vô tuyến (mã hoá kênh, ñan xen, thích ứng tốc ñộ trải phổ). Nó cũng thực hiện ñiều khiển công suất vòng trong. Về chức năng nó giống như trạm gốc BTS ở GSM. 2.4. Mạng lõi CN - HLR là một cơ sở dữ liệu ñược ñặt tại hệ thống chủ nhà của người sử dụng ñể lưu giữ thông tin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng bao gồm: thông 34 tin về dịch vụ ñược phép, các vùng không ñược chuyển mạng và thông tin về các dịch vụ bổ sung như trạng thái và số lần chuyển hướng cuộc gọi. - MSC/VLR là tổng ñài MSC và cơ sở dữ liệu VLR ñể cung cấp dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí hiện thời của nó. Chức năng của MSC là sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh CS (Channel Switch). Chức năng của VLR là lưu giữ bản sao về lý lịch của người sử dụng khách cũng như vị trí chính xác của UE trong hệ thống ñang phục vụ. Phần mạng ñược truy nhập qua MSC/VLR gọi là vùng CS. - GMSC là chuyển mạch tại ñiểm kết nối UMTS PLMN với mạng CS bên ngoài. - SGSN có chức năng giống MSC/VLR nhưng sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói PS (Packet Switch). Phần mạng truy nhập qua SGSN gọi là vùng PS. - GGSN có chức năng giống GMSC nhưng liên quan ñến dịch vụ PS. 2.5. Thiết bị người sử dụng UE (user Equipment) UE bao gồm hai phần: - Thiết bị di ñộng (ME – Mobile Equipment) là ñầu cuối vô tuyến ñược sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu. - Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM – UMTS Subscriber Identity Module) là một thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng thuê bao, thực hiện các thuật toán nhận thực và lưu giữ các khoá nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho ñầu cuối. - 2.6. Các giao diện mở 35 - Giao diện Cu: là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện này tuân theo một khuôn dạng tiêu chuẩn cho thẻ thông minh. - Giao diện Uu: là giao diện vô tuyến của W-CDMA. Uu là giao diện mà qua ñó UE truy nhập các phần tử cố ñịnh của hệ thống nên là giao diện mở quan trọng nhất ở UMTS. - Giao diện Iu: nối UTRAN với CN. Giống như các giao diện tương ứng ở GSM: A (chuyển mạch kênh) và Gb (chuyển mạch gói). Iu cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau. - Giao diện Iur: cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau. - Giao diện Iub: kết nối một nút B với một RNC. Giao diện Iub cho phép hỗ trợ sự cạnh tranh giữa các nhà sản xuất. 2.6. Mạng truyền dẫn Truyền dẫn trên hệ thống UTRAN sẽ chắc chắn dựa trên ATM. Người ta ñã thảo luận việc liệu tiêu chuẩn UTRAN có nên bao gồm cả lớp truyền dẫn hay là nên ñể mở. Nghĩa là, tại thời ñiểm này một số nhà cung cấp thiết bị muốn nó phải mang tính chất mở ñể cho phép nhà khai thác tự do lựa chọn. Thủ tục mạng lõi sẽ ñược ứng dụng cho truyền dẫn giữa các trạm thu phát vô tuyến và trung tâm chuyển mạch thông qua bộ ñiều khiển trạm gốc (Iu, Iub). Việc sử dụng ATM cho phép một số lượng khổng lồ các gói dữ liệu ñược truyền một cách hiệu quả với thời gian trễ thấp nhất. Một thủ tục ATM cho phép khoảng 300 cuộc gọi ñược truyền ñồng thời trên một luồng E1/T1. ATM cũng thích hợp với các mạng có sự kết hợp của lưu lượng chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. 36 Lưu lượng gói sẽ tăng rất lớn trong tương lai và một mạng chuyển mạch gói là rất cần thiết. ATM có xu hướng ñược chuẩn hoá và ñược sử dụng như một phương tiện chuyên chở dữ liệu và một lớp tương thích ATM mới - AAL2, ñược ñề xuất chuẩn hoá nhằm hỗ trợ các gói nhạy cảm với ñộ trễ (gói mang thông tin thoại). Như ñã ñề cập, ñể sử dụng mạng hiện tại, một số nhà cung cấp tin rằng ATM là không cần thiết và dự ñịnh ñưa ra giải pháp thay thế là dùng trực tiếp IP trên mạng truyền dẫn SONET/SDH chứ không dùng IP trên nền ATM. Việc này có thể ñưa ñến một mạng chi phí thấp hơn mà tận dụng ñược các kỹ thuật trải phổ. Tuy nhiên, cho ñến thời ñiểm này IP vẫn chưa chứng tỏ ñược sẽ là một tiêu chuẩn sẵn sàng ñáp ứng một cách an toàn các thông tin ñòi hỏi thời gian thực và không có trễ. Nó cũng chưa chứng tỏ rằng sẽ có khả năng quản lý lưu lượng của chuyển mạch kênh. Trong trường hợp chúng ta phải phụ thuộc hoàn toàn vào IP, nó sẽ ñược cải tiến hoặc lưu lượng chuyển mạch kênh sẽ không cần thiết ñối với UMTS. Khi ñó tất cả các thông tin thoại và các ứng dụng thời gian thực sẽ ñược chuyên chở trên IP sử dụng thủ tục H.323 hiện ñang sử dụng cho Voice Over IP và Multimedia. 37 CHƯƠNG 3 CÁC ðIỀU KIỆN VỀ KỸ THUẬT, CÔNG NGHỆ CHO QUÁ TRÌNH CHUYỂN ðỔI LÊN 3G 3.1. Khả năng chuyển ñổi 2G lên 3G 3.1.1. Phân tích các khả năng chuyển ñổi Bốn công nghệ cellullar 2G chính hiện nay là: - Hệ thống GSM: theo tên gọi có nghĩa là hệ thống toàn cầu cho ñiện thoại di ñộng, là hệ thống 2G xuất hiện ñầu tiên, ñược ñưa ra vào năm 1992. GSM dựa trên kỹ thuật chuyển mạch kênh. Dịch vụ truyền dữ liệu tốc ñộ thấp (<9,6 kbps) ñã ñược cung cấp ngay từ ñầu khi triển khai hệ thống và chủ yếu ñược sử dụng ñể truyền e-mail từ các máy tính xách tay. - Hệ thống PDC: ñược sử dụng ở Nhật, sử dụng công nghệ TDMA. - cdmaOne (IS-95): dựa trên công nghệ CDMA băng hẹp. Hệ thống ñã trở nên rất phổ biến ở Hàn Quốc và Bắc Mỹ. - Ngoài hệ thống PDC của Nhật với lo ngại không phát triển ñược thị trường ra ngoài nước nên không nâng cấp tiếp mà triển khai thẳng công nghệ 3G mới, các hệ thống khác ñều có kế hoạch chuyển ñổi tới 2,5G và 3G. Tổng quan về các phương án chuyển ñổi ñược trình bày trong hình sau: 38 Hình 3.1 Quá trình chuyển ñổi từ hệ thống 2G lên 3G - GSM sẽ vẫn là hệ thống chủ yếu của dịch vụ thông tin di ñộng ở Việt Nam. - Dải phổ 1800 là cần thiết ñể tăng dung lượng. - Thiết kế và quy hoạch mạng sẽ ñóng vai trò chủ chốt nhằm nâng cao chất lượng mạng. - Tính cước cho GPRS là một vấn ñề nổi cộm. Cho ñến thời ñiểm hiện tại vẫn chưa ñưa ra ñược tiêu chuẩn chung. - Tính cước các dịch vụ GPRS cần phải ñược xem xét kỹ lưỡng. Có rất nhiều vấn ñề liên quan tới việc tính cước dựa trên lưu lượng. - EDGE là con ñường tiến hoá tới thế hệ thứ ba và cũng là một bổ trợ cho UMTS. - UMTS là ñề xuất của Châu Âu cho thông tin di ñộng thế hệ thứ ba. Giao diện vô tuyến ñã ñược lựa chọn và sẽ dựa trên công nghệ CDMA băng rộng (W- CDMA). 39 - Người ta mong ñợi rằng các nước Châu á hiện ñang khai thác các hệ thống GSM sẽ ñi theo tiêu chuẩn 3G của Châu Âu. - ðối với mạng GSM hiện ñang hoạt ñộng ở 168 nước cung cấp dịch vụ cho 500 triệu thuê bao thì việc triển khai tiêu chuẩn UMTS trên nền hệ thống GSM là hoàn toàn phù hợp với quy luật tự nhiên. 3.1.2 Các ñiều kiện và những vấn ñề ñặt ra cho các bước chuyển ñổi Việc chuyển ñổi từ mạng GSM lên 3G sẽ phải kể ñến ba khía cạnh chính ñược thực hiện theo sơ ñồ: 3.1.2.1. Sự chuyển ñổi về kỹ thuật Sự chuyển ñổi về kỹ thuật là con ñường phát triển chỉ rõ phương thức ñể triển khai các phần tử mạng và loại công nghệ ñể thực thi kỹ thuật ñó. ðây chính là bước phát triển trực tiếp theo các xu hướng chung về mặt cho công nghệ. Bởi vì các phần tử mạng là yếu tố tạo lập nên mạng, nên về mặt lý thuyết sự chuyển ñổi về mặt kỹ thuật sẽ tương ứng với sự phát triển mạng. Trong giai ñoạn một, do tính chất mở của các giao diện ñược ñịnh nghĩa trong chỉ tiêu kỹ thuật hệ 2G 3G Sự chuyển ñổi về kỹ thuật Sự chuyển ñổi về mạng Sự chuyển ñổi về dịch vụ Hình 3.2. Các khía cạnh phát triển 40 thống, mạng 3G có thể ñược kết hợp từ nhiều chủng loại thiết bị của nhiều hãng khác nhau. Sự chuyển ñổi về kỹ thuật có thể xử lý ñược ñiều này tuy nhiên với sự khác nhau về tốc ñộ và bước triển khai cụ thể trong mối kết hợp của các thiết bị giữa các hãng khác nhau và yêu cầu thích ứng với các thay ñổi của chỉ tiêu kỹ thuật 3G nên trong nhiều trường hợp nếu không xem xét thấu ñáo thì kết quả có thể không như mong muốn. 3.1.2.2. Sự chuyển ñổi về dịch vụ Khác với chuyển ñổi về mặt kỹ thuật, sự chuyển ñổi dịch vụ dựa trên nhu cầu của người sử dụng và nhu cầu này có thể là thực tế hoặc chỉ là tưởng tượng. ðôi khi các nhà khai thác mạng và chế tạo thiết bị cung cấp các dịch vụ vượt qua sự kỳ vọng của các thuê bao. Rõ ràng nếu hai yếu tố này không tương ñồng thì việc kinh doanh các dịch vụ thông tin di ñộng sẽ khó khăn. 3.1.2.3. Sự chuyển ñổi về mạng Chỉ tiêu kỹ thuật của GSM ñảm bảo tính mở của các giao diện quyết ñịnh nên thành phần chuẩn của hệ thống GSM. Bởi vì có giao diện mở này, nhà khai thác mạng có thể sử dụng các thiết bị mạng khác nhau từ các hãng cung cấp thiết bị mạng GSM khác nhau. Tính mở của giao diện ñược thể hiện là nó xác ñịnh một cách nghiêm ngặt các chức năng hệ thống thực hiện tại giao diện này, ñồng thời xác ñịnh rõ các chức năng nào cho phép nhà khai thác có thể sử dụng trong nội bộ mạng tại hai phía của giao diện này. 3.2. Cấu trúc hệ thống GSM ñang tồn tại Mạng lưới ñược chia ra về mặt ñịa lý thành 3 mạng nhỏ hơn, thao tác bởi các trung tâm khác nhau. Mạng hiện tại sẽ là cơ sở khi chuyển ñổi sang mạng có tốc ñộ dữ liệu cao hơn. Về cấu hình, ñể ñơn giản có thể chia một mạng tổng thể 41 thành bốn phân hệ chính NSS (Network Subsystem), BSS (Base Station Subsystem), NMS (Network Management Subsystem), MS (Mobile Station): 3.2.1. Phân hệ ñiều khiển trạm gốc BSS Tất cả các cuộc gọi ñược kết nối thông qua BSS. Bộ ñiều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller) là phần chính của BSS và nó ñiều khiển mạng vô tuyến. BSC duy trì kết nối với MS và kết nối với NSS. Trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station) là một phần của mạng ñảm bảo duy trì giao diện Um. Mã hoá và ñồng bộ tốc ñộ TRAU (Transcoding and Rate Adaptation Unit) là một phần của BSS, nó duy trì tốc ñộ mã hoá. Giao diện mở nằm giữa MS và BSS là giao diện Um thực hiện chức năng truy nhập vô tuyến giữa MS và mạng di ñộng dựa trên tiêu chuẩn GSM 900 với phổ 8MHz. Khoảng phổ này ñủ ñể mang dung lượng thoại trên mạng với chất lượng tốt. Khi dung lượng thoại và dung lượng dữ liệu tăng lên, sự tăng phổ vô tuyến là cần thiết ñể ñảm bảo tốt chất lượng thoại và nâng cao tốc ñộ truyền dữ Hình 3.3. Cấu trúc mạng GSM hiện tại Quản lý mạng (NMS) ISDN PSTN PSPDN X25 CSPDN MS Um BSC GMSC BSS NSS MSC/VLR A BTS TRAU HLR/AuC/EIR 42 liệu. Tốc ñộ dữ liệu luôn ñược nhấn mạnh trong lộ trình tiến ñến UMTS là tốc ñộ dữ liệu trong ñiều kiện không có can nhiễu. ðiều này trong thực tế rất hiếm xảy ra. Hầu như tất cả các liên kết ñều chịu sự ảnh hưởng của một số can nhiễu trên mạng vô tuyến. Trong tiêu chuẩn GSM, thuật toán mã hoá tiếng nói là rất hiệu quả và những can nhiễu nhỏ không làm ảnh hưởng ñến chất lượng tiếng nói. Khi truyền dữ liệu qua kênh vô tuyến, can nhiễu xảy ra nhiều hơn, yêu cầu phải ñưa thêm vào các bít kiểm tra lỗi. Như vậy, số bít thông tin sẽ giảm ñi, nói cách khác tốc ñộ dữ liệu bị giảm ñi. Kết luận là cần có một mạng vô tuyến chất lượng thật cao trước khi ñưa ra bất kỳ một dịch vụ dữ liệu mới nào. Một giải pháp ñáng quan tâm ñể duy trì chất lượng mạng lưới khi gia tăng dung lượng thoại và dữ liệu là tăng thêm phổ. Phổ gia tăng trong trường hợp này là băng tần 1800 MHz. Bằng việc sử dụng cả băng tần 1800 MHz, chúng ta có thể xây dựng mạng vô tuyến có cấu trúc hai băng tần (900/1800 MHz). Băng tần 900 MHz sẽ ñược dùng ñể tăng khả năng phủ sóng và vẫn dùng ñể chuyển tải thoại. Băng tần 1800 MHz sẽ ñược sử dụng ñể cung cấp thêm dung lượng chuyển tải hầu hết lưu lượng dữ liệu. Vì có nhiều kênh dữ liệu trên băng tần 1800 MHz nên có thể giả thiết can nhiễu trên các kênh này ít ñi, như vậy tốc ñộ dữ liệu sẽ cao hơn. Băng tần GSM 1800 là giải pháp tốt ñể tăng dung lượng trên mạng vì có thể lắp ñặt trên chính các BTS hay chính các cabinet hiện có. ðiều này tạo cho GSM 1800 giá thành rẻ khi cung cấp các dịch vụ thoại và dữ liệu trong tương lai. 3.2.2. Phân hệ ñiều khiển chuyển mạch NSS Tất cả các cuộc gọi luôn luôn ñược kết nối với nhau và thông qua NSS. Trung tâm chuyển mạch MSC là một phần của NSS nó ñiều khiển tất cả các cuộc gọi. MSC chia làm hai phần MSC/VRL có chức năng duy trì kết nối, quản 43 lý di ñộng, trao ñổi thông tin với BSS và GMSC có chức năng quản lý thông tin và kết nối với những mạng khác. Mạng lưới hiện tại gồm các chuyển mạch MSC. Những MSC này chuyển mạch cuộc gọi trong nội bộ mạng và liên kết nối với các mạng khác. Khi chuyển ñổi mạng lên mức tiến hoá hơn, các MSC sẽ ñược nâng cấp về phần cứng & phần mềm ñể tạo khả năng chuyển mạch lưu lượng dữ liệu lưu chuyển qua mạng. Thay vì chuyển mạch thoại và chuyển mạch dữ liệu thông thường như hiện nay, các MSC sẽ chuyển mạch nhiều gói dữ liệu. Bộ ñăng ký vị trí tạm trú VLR (Visitor Location Register) chức năng chính là lưu trữ dữ liệu thuê bao, cung cấp dịch vụ và quản lý di ñộng. Bộ ñăng ký vị trí thường trú HLR (Home Location Register) là nơi mà thông tin về các thuê bao ñược lưu trữ cố ñịnh. Chức năng chính của HLR là dữ liệu về thuê bao. Trung tâm nhận thực AuC và nhận dạng thiết bị EIR là một phần cuả NSS duy trì bảo mật thông tin. AuC duy trì bảo mật thông tin và nhận dạng thuê bao cùng với VLR. EIR duy trì nhận dạng thiết bị di ñộng (phần cứng) liên kết với thông tin bảo mật cùng với VLR. Tên chung cho trung tâm dịch vụ gọi node mạng tương ứng là phần dịch vụ giá trị gia tăng VAS (Value Additional Service): Phần cứng dịch vụ giá trị gia tăng. VAS ñơn giản nhất cũng gồm hai loại thiết bị: trung tâm dịch vụ tin ngắn SMSC (Short Message Service Center) và hệ thống thư thoại VMS (Voice Mail System). Về mặt kỹ thuật, VAS ñảm bảo cung cấp một số loại dịch vụ nhất ñịnh bằng cách sử dụng các giao diện chuẩn với mạng GSM và nó có thể có hoặc không có các giao diện ra các mạng khác. Trên 44 quan ñiểm phát triển dịch vụ, VAS là bước ñầu tiên ñể tạo doanh thu với các dịch vụ giá trị gia tăng trên mạng GSM. Khái niệm mạng thông minh IN (Intelligent Network) ñược tích hợp cùng với mạng GSM. Về mặt kỹ thuật, nó làm thay ñổi cơ bản các phần tử của mạng chuyển mạch nhằm thêm vào chức năng IN, ngoài ra bản thân mạng IN là một bộ phận tương ñối phức tạp. IN có khả năng phát triển dịch vụ hướng tới tính cá nhân và nhà khai thác mạng có thể nhờ IN ñể ñảm bảo an toàn kinh doanh, ví dụ, các thuê bao trả trước hầu hết ñược triển khai nhờ công nghệ IN. 3.2.3. Phân hệ khai thác và bảo dưỡng mạng NMS NMS là phần khai thác và bảo dưỡng mạng. Nó cũng cần cho việc ñiều khiển mạng. Việc theo dõi vận hành và chất lượng bảo dưỡng và cung cấp dịch vụ của mạng thông qua NMS. 3.2.4. Phân hệ máy con MS MS là tổ hợp của thiết bị ñầu cuối ME và module nhận dạng dịch vụ của thuê bao SIM. MS = ME + SIM. 3.3. Giai ñoạn HSCSD Trong giai ñoạn ñầu, thuê bao GSM sử dụng ñường truyền dữ liệu chuyển mạch gói, ñối xứng với tốc ñộ 9,6 Kb/s. Do sức ép của Internet và thư ñiện tử lên ñường truyền dữ liệu di ñộng tăng nhanh, hơn nữa thực tế cho thấy sự phát triển này ñã bị ñánh giá quá thấp tại thời ñiểm thiết kế mạng GSM. Hiện nay về mặt kỹ thuật có hai giải pháp sau: - Tối ưu tốc ñộ mã hoá kênh. Thực hiện ñược việc này ta ñã làm tăng tốc ñộ bit từ 9,6 Kb/s lên 14,4 Kb/s. 45 - Làm cho dữ liệu ñi qua giao diện Um nhiều hơn bằng cách sử dụng một vài kênh lưu lượng thay vì một kênh. Giải pháp này ñược gọi là dữ liệu chuyển mạch kênh tốc ñộ cao HSCSD (High Speed Curcuit Switched Data) như hình vẽ. Trong môi trường tối ưu, một thuê bao HSCSD có thể ñạt ñến tốc ñộ truyền dữ liệu 40-50Kb/s. Giải pháp kỹ thuật này có hạn chế là láng phí tài nguyên và giá cước sẽ cao hơn. Việc sử dụng giải pháp HSCSD phụ thuộc rất nhiều vào chính sách giá của nhà khai thác mạng. Một vấn ñề khác là phần lớn lưu lượng dữ liệu về bản chất là không ñối xứng, ñiển hình là dùng ñường truyền tốc ñộ thấp từ thiết bị ñầu cuối ñến mạng (ñường lên) và dùng tốc ñộ cao cho ñường ngược lại (ñường xuống). Về mặt kỹ thuật, giao diện chuyển mạch kênh không ñối xứng Um không phải là môi trường truy nhập tốt nhất cho kết nối dữ Hình 3.4. Mạng dư liệu chuyển mạch kênh tốc ñộ cao - HSCSD ISDN PSTN PSPDN X25 CSPDN Quản lý mạng (NMS) MS Um BSC GMS BSS NSS MSC/VLR A BTS TRAU HLR/AuC/EIR V A S i n Thay ñổi HW& SW cho SCSD 46 liệu. ðiều này ñặt ra yêu cầu phải nâng cấp mạng GSM nhằm thích hợp hơn cho việc truyền dữ liệu một cách hiệu quả. 3.4. Giai ñoạn GPRS GPRS là cầu nối giữa hệ thống thông tin GSM thế hệ 2 và thế hệ 3. GPRS là một dịch vụ số liệu chuyển mạch gói trên cơ sở hạ tầng GSM. Công nghệ chuyển mạch gói ñược ñưa ra ñể tối ưu việc truyền số liệu cụm và tạo ñiều kiện truyền tải cho một lượng dữ liệu lớn. Về mặt lý thuyết, GPRS có thể cung cấp tốc ñộ số liệu lên ñến 171 kbps ở giao diện vô tuyến, mặc dù các mạng thực tế không bao giờ có thể ñạt ñược tốc ñộ này (do cần phải dành một phần dung lượng cho việc hiệu chỉnh lỗi trên ñường truyền vô tuyến). Trong thực tế, giá trị cực ñại của tốc ñộ chỉ cao hơn 100 kbps một chút với tốc ñộ khả thi thường vào khoảng 40kbps hoặc 50 kbps. Tuy nhiên, các tốc ñộ nói trên cũng lớn hơn nhiều so với tốc ñộ cực ñại ở GSM. GPRS ñảm bảo tốc ñộ số liệu cao hơn nhưng vẫn sử dụng giao diện vô tuyến giống GSM (cùng kênh tần số 200 KHz ñược chia thành 8 khe thời gian). Tuy nhiên bằng GPRS, MS có thể truy nhập ñến nhiều khe thời gian hơn. Ngoài ra, mã hóa kênh của GPRS cũng hơi khác với mã hóa kênh của GSM. GPRS ñịnh nghĩa một số sơ ñồ mã hóa kênh khác nhau. Sơ ñồ mã hóa kênh thường ñược dùng nhất cho truyền số liệu gói là Sơ ñồ mã hóa (Coding Scheme) 2 (CS-2). Sơ ñồ mã hóa này cho phép một khe thời gian có thể mang số liệu ở tốc ñộ 13,4 kbps. Nếu một người sử dụng truy nhập ñến nhiều khe thời gian thì có thể ñạt ñến tốc ñộ 40,2 hay 53,6 kbps. Sơ ñồ này ñảm bảo hiệu chỉnh lỗi khá tốt ở giao diện vô tuyến. Mặc dù CS-3 và CS-4 cung cấp thông lượng cao hơn, nhưng chúng nhạy cảm cao với lỗi ở giao diện vô tuyến. Thực ra CS-4 hoàn toàn không ñảm bảo hiệu chỉnh lỗi ở giao diện vô tuyến. CS-3 và ñặc biệt là CS- 47 4 ñòi hỏi truyền lại nhiều hơn ở giao diện vô tuyến, vì thế thông lượng thực sự hầu như không tốt hơn CS-2. Các tốc ñộ giao diện vô tuyến ở bảng trên ñảm bảo các tốc ñộ số liệu khác nhau của người sử dụng ở giao diện này. Tuy nhiên, có nhiều lớp cao hơn giao diện vô tuyến cũng tham dự vào việc truyền số liệu ở GPRS. Mỗi lớp bổ sung thêm thông tin vào số liệu nhận ñược từ lớp trên. Lượng thông tin bổ sung do từng lớp tạo ra phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong ñó yếu tố dễ nhận thấy nhất là kích cỡ của gói ứng dụng cần truyền. ðối với một lượng số liệu cần truyền cho trước, các kích cỡ của gói số liệu ứng dụng nhỏ hơn sẽ dẫn ñến thông tin bổ sung lớn hơn các kích cỡ của gói số liệu lớn hơn. Kết quả là tốc ñộ số liệu có thể sử dụng ñược thấp hơn tốc ñộ số liệu giao diện vô tuyến 20-30%. Tất nhiên ưu ñiểm lớn nhất của GPRS không chỉ ñơn giản là ở chỗ nó cho phép tốc ñộ số liệu cao hơn. Ưu ñiểm lớn nhất của GPRS là nó sử dụng công nghệ chuyển mạch gói. ðiều này có nghĩa là một người sử dụng chỉ tiêu phí tài nguyên khi người này cần truyền hoặc nhận số liệu. Nếu một người sử dụng không phát số liệu ở một thời ñiểm thì các khe thời gian ở giao diện vô tuyến tại thời ñiểm này sẽ ñược dành cho các người sử dụng khác. Việc GPRS cho phép nhiều người sử dụng cùng chia sẻ tài nguyên vô tuyến là một ưu ñiểm lớn. ðiều này có nghĩa rằng mỗi khi một người sử dụng muốn truyền số liệu thì MS phải yêu cầu ñược truy nhập ñến các tài nguyên này và mạng phải cấp phát các tài nguyên này trước khi xảy ra truyền số liệu. Mặc dù ñiều này có vẻ như nghịch lý với việc dịch vụ luôn luôn ñược kết nối nhưng GPRS hoạt ñộng sao cho thủ tục yêu cầu-cấp phát không bị phát hiện, vì thế người sử dụng và dịch vụ dường như luôn luôn ñược kết nối. 48 GPRS phù hợp với một phạm vi rộng các ứng dụng từ thư ñiện tử (E- mail), văn phòng di ñộng (Mobile Office), các ứng dụng ño lường lưu lượng từ xa, tới tất cả các ứng dụng dữ liệu cụm, chẳng hạn như truy cập Internet. GPRS cho phép hỗ trợ các ứng dụng dữ liệu của mạng cố ñịnh hiện tại trên các ñầu cuối di ñộng. Dịch vụ GPRS ñược ñịnh hướng chủ yếu cho các ứng dụng với các ñặc tính lưu lượng của truyền tải chu kỳ với khối lượng nhỏ và truyền không theo chu kỳ của các dữ liệu có kích nhỏ hoặc trung bình. ðiều này tạo khả năng cho hệ thống có thể phục vụ các dịch vụ và ứng dụng mới. Sự truyền tải một lượng lớn dữ liệu vẫn sẽ ñược duy trì qua các kênh chuyển mạch kênh ñể tránh trở ngại của phổ vô tuyến gói. Các ứng dụng của GPRS có thể tiến hành từ các công cụ thông tin trong một máy tính xách tay PC (thư ñiện tử, truyền dẫn file và hiển thị trang web (www)) ñến các ứng dụng ñặc biệt liên quan tới các truyền tải thấp (máy ño từ xa, ñiều khiển lưu lượng ñường sắt và ñường giao thông, thông tin ñiều hành taxi và xe tải, hướng dẫn ñường ñộng lực và giao dịch tiền tệ...). Vì lúc ñầu GSM ñược thiết kế cho lưu lượng chuyển mạch kênh, nên việc ñưa dịch vụ chuyển mạch gói vào ñòi hỏi phải bổ sung thêm thiết bị cho mạng (hình 7). Mạng GPRS kết nối với các mạng số liệu công cộng như IP và mạng X.25. Nút hỗ trợ GPRS phục vụ (SGSN) và nút hỗ trợ GPRS cổng (GGSN) thực hiện nhận và truyền các gói số liệu giữa các MS và các thiết bị ñầu cuối số liệu cố ñịnh của mạng số liệu công cộng (PDN). Nút GGSN còn cho phép truyền nhận các gói số liệu ñến các MS ở các mạng thông tin di ñộng GSM khác. Giao diện vô tuyến của GPRS sử dụng các tính năng cơ bản của giao diện vô tuyến GSM. Như vậy, cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói ñều có thể sử dụng cùng sóng mang. Tuy nhiên, mạng ñường trục của GPRS ñược thiết kế sao cho nó không phụ thuộc vào giao diện vô tuyến. 49 Tính cước vẫn là một chủ ñề mở ñối với ETSI. Việc tính cước sẽ có thể mở ra ñối với các nhà khai thác một phương pháp luận mới, ñó là tính cước cho thuê bao dựa trên khối lượng dữ liệu truyền ñi/ nhận về thay vì cho việc tính cước truyền thống ñó là dựa trên “ñơn vị thời gian”. Hình 3.5. Cấu trúc mạng GPRS 3.5. Giai ñoạn EDGE Một kỹ thuật ñiều chế mới có thể áp dụng tại giao diện vô tuyến là 8-PSK sao cho một ký tự có thể mang một tổ hợp 3 bit thông tin và do vậy tốc ñộ bit sẽ ñược cải thiện ñáng kể. Khi kỹ thuật này ñược kết hợp với các kỹ thuật mã hóa kênh phức tạp, người ta có thể ñạt ñược tốc ñộ dữ liệu 48 kbps so với 9,6 kbps cho một kênh ở GSM truyền thống và trong trường hợp này một bit thông tin chính là một ký tự tại giao diện vô tuyến. Kỹ thuật làm tăng tốc ñộ dữ liệu trên ñược gọi là EDGE (Enhanced Data Rates for Global/GSM Evolution) như hình vẽ. Sự phát triển của EDGE chia làm hai giai ñoạn: Quản lý mạng (NMS) ISDN PSDN PSPDN X25 CSPDN MS BSC GMSC BSS NSS MSC/VLR A BTS TRAU HLR/AuC/EIR V A S I N Um Gb Thay ñổi HW& SW cho GPRS M¹ng lâi gãi GPRS SGSN GGSN M¹ng d÷ liÖu kh¸c Internet 50 EDGE giai ñoạn 1 ñược biết như là E-GPRS (Enhanced GPRS). Cũng như vậy BSS ñổi thành E-RAN (Mạng truy nhập vô tuyến EDGE). Giai ñoạn 1 EDGE xác ñịnh các phương pháp ñiều chế và mã hóa kênh nhằm ñạt ñược tốc ñộ dữ liệu lên ñến 384 Kb/s cho lưu lượng chuyển mạch gói dưới các ñiều kiện xác ñịnh. Giả thiết ở ñây là một thiết bị ñầu cuối khi có 8 khe thời gian của giao diện Um sẽ cho một ñường kết nối tốc ñộ 8 x 48 Kb/s = 384 Kb/s. Ngoài ra, thiết bị ñầu cuối EDGE phải ở gần BTS ñể sử dụng tốc ñộ mã hoá kênh cao hơn. EDGE giai ñoạn 2 có tên thương mại là E-HSCSD và nhằm ñạt ñược tốc ñộ truyền dữ liệu trên cho các dịch vụ chuyển mạch kênh. ðứng trên quan ñiểm phát triển mạng thì nói chung công nghệ EDGE có cả ưu ñiểm và nhược ñiểm. Ưu ñiểm chính của công nghệ này là có thể ñạt ñược tốc ñộ truyền dữ liệu gần như tương ñương với yêu cầu phủ sóng ở vùng ñô thị Quạn lý mạng (NMS) ISDN PSTN PSPDN X25 CSPDN MS Gb BSC GMSC NSS MSC/VLR A BTS TRAU HLR/AuC/EIR V A S I N Lõi mạng gói E-GPRS SGSN GGSN M¹ng d÷ liÖu kh¸c Internet Um Hình 3.6. Cấu trúc mạng EDGE 51 của công nghệ UMTS. Nhược ñiểm là tốc ñộ dữ liệu này khó ñạt ñược cho toàn bộ các thuê bao trên toàn cell phủ sóng. Nếu yêu cầu cho toàn bộ một vùng với công nghệ EDGE thì chắc chắn số lượng cell phủ sóng trong vùng này sẽ phải tăng lên ñáng kể. Nói cách khác, EDGE là giải pháp ñắt giá về công nghệ sử dụng cho một số trường hợp. Tương lai của công nghệ EDGE theo khía cạnh này còn phải ñược kiểm chứng khi nó phải thực sự cạnh tranh với các giải pháp công nghệ thực sự của 3G. Giao diện EDGE tận dụng tốc ñộ bit cao hơn tốc ñộ trên hệ thống di ñộng hiện thời. ðể tăng tốc ñộ bit trên giao diện vô tuyến, một phương thức ñiều chế mới ñược ñưa ra. 8-PSK là phương thức ñược lựa chọn vì nó cung cấp tốc ñộ dữ liệu cao, hiệu quả phổ cao và ñộ phức tạp lắp ñặt vừa phải. Tốc ñộ từ mã ñược giữ ở mức 271 ksp/giây dẫn ñến tốc ñộ bit tăng từ 22.8 kbit/s lên 69.2 kbit/s trên một khe thời gian. Mục ñích là tái sử dụng các dạng dịch vụ dữ liệu GSM thông thường. Bằng việc tái sử dụng cấu trúc của GPRS, dịch vụ chuyển mạch gói ñược cung cấp với giao diện vô tuyến trong ñó tốc ñộ bít biến ñổi từ 11.2 ñến 69.2 kbit/s trên một khe thời gian. Các dịch vụ chuyển mạch thông thường ñược hỗ trợ với tốc ñộ trên giao diện vô tuyến ñạt ñến 28.8 kbit/s. ðối với tất cả các dịch vụ, sử dụng ña kênh thời gian ñược hỗ trợ ñể thu ñược 8 lần tốc ñộ bit cung cấp bởi 1 khe thời gian ñơn, tạo nên tốc ñộ ñỉnh ñối với chuyển mạch gói là 554 kbit/s. Nhận thấy hạ tầng GSM ñược sử dụng hiệu quả, chỉ có giao diện A-bis cần có sự thay ñổi chút ít. Một ñiểm quan trọng là sự phủ sóng và kế hoạch tần số không cần thiết có thay ñổi khi có hiện diện của EDGE. Thêm nữa, vì các kênh vật lý EDGE có thể ñược sử dụng cho cả các dịch vụ GSM chuẩn, không cần có sự phân chia cố ñịnh các kênh giữa các dịch vụ. 52 Trên ñây là giới thiệu tổng quan về EDGE. Các mô phỏng cũng ñã chứng tỏ rằng EDGE có thể chia sẻ phổ với GSM/GPRS với chất lượng tốt cho cả hai loại thuê bao. Chất lượng dựa trên ñiều khiển công suất có thể cải thiện hơn nữa chất lượng của thuê bao. Bất lợi của EDGE ở chỗ tỉ lệ mã hoá tăng lên làm tăng nhiều ñộ phức tạp khi sử dụng mạch trung hoà tối ưu. Tỉ lệ bit tăng lên so với GSM/GPRS chuẩn cũng giảm ñộ thô ñối với tính rời rạc thời gian và vận tốc di chuyển của thuê bao di ñộng. Giản ñồ ñiều chế mới 8-PSK ñối lập với giản ñồ GMSK, không có ñường biên bao không ñổi, yêu cầu phải có ñộ tuyến tính của khuếch ñại công suất. ðặc biệt ñối với các thiết bị có công suất ra lớn, khó chế tạo các máy thu phát giá rẻ với ñiều kiện sử dụng trọn vẹn phổ GSM. Như vậy, ñể thiết kế các máy thu phát sử dụng cho trạm macro cell, cần thử thách ñưa ra 8-PSK. EDGE cũng có thể xem xét như một giải pháp kỹ thuật cho các nhà khai thác không sở hữu bất kỳ một giấy phép nào về UMTS. 3.6. Giai ñoạn UMTS ðiều kiện triển khai là nhu cầu dịch vụ dữ liệu chiếm phần lớn trong lưu lượng. ðể triển khai mạng một cách nhanh chóng và hiệu quả, hệ thống phải tương thích ngược với mạng lõi GSM -MAP của GSM. Chung hệ thống báo hiệu, ñầu cuối di ñộng có thể chuyển vùng với hệ thống GSM hiện có. ðiều này ñòi hởi phải có máy cầm tay hai chế ñộ GSM/GPRS hoặc GSM/GPRS/WCDMA. Có ba chuẩn hóa ñã ñược thông qua của việc chuyển ñổi 3GPP: - 3GPP R99 Phương án chuyển ñổi này nhằm tận dụng tối ña hạ tầng GSM và GPRS hiện có. Mạng lõi của 3G có cả phần chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh 53 Mạng truy nhập vô tuyến của 3G có thể nối cả với phần chuyển mạch kênh của GSM sau khi ñã có phần bổ sung cho 3G. Phần mạng lõi với hai nút mạng SGSN và GGSN của GPRS trước ñây ñược sử dụng lại hoàn toàn. Như vậy phương án này phù hợp cho thị trường có cả dịch vụ yêu cầu chuyển mạch kênh và dịch vụ dữ liệu gói. - 3GPP R4 Phần gói với GGSN và SGSN vẫn giữ nguyên. Trung tâm chuyển mạch di ñộng MSC của hệ thống ñược tách tành hai phần: Phần ñiều khiển chuyển mạch và cổng ña phương tiện (thực hiện chức năng chuyển mạch). Một bộ ñiều khiển có thể quản lý ñược rất nhiều cổng chuyển mạch ña phương tiện. - 3GPP R5 ðây là giải pháp sử dụng mạng lõi toàn IP, có thể ñược truyền trên ATM. Như vậy vài trò của của mạng truy nhập vô tuyến chỉ là thành giao diện vô tuyến của 3G. Mạng lõi IP có thể tương thích với bất kỳ công nghệ truy nhập vô tuyến nào. Như vậy, công nghệ này sẽ phụ thuộc rất nhiều vào sự phát triển của VoIP. 54 CHƯƠNG 4 CÁC PHƯƠNG ÁN CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI PHÁP PHÁT TRIỂN MẠNG 3G CHO VIETTEL 4.1 Giới thiệu về công ty Viettel Telecom Công ty Viễn thông Viettel (Viettel Telecom) ñược thành lập ngày 05/4/2007, trực thuộc Tổng Công ty Viễn thông Quân ñội (Viettel) trên cở sở sát nhập các Công ty Internet Viettel, ðiện thoại cố ñịnh Viettel và ðiện thoại di ñộng Viettel. Viettel Telecom cung cấp ña dịch vụ viễn thông, với dịch vụ di ñộng Viettel là nhà cung cấp dịch vụ số 1 Việt Nam, có vùng phủ lớn nhất với quan ñiểm phủ sóng ñến 90% diện tích lãnh thổ và 97% dân cư, hạ tầng mạng lớn nhất với trên 11.000 trạm BTS (tính ñến 20/9/2008), hệ thống tổng ñài dung lượng ñảm bảo phục vụ cho 50 triệu thuê bao ñến năm 2010. Chất lượng mạng luới tốt nhất với các chỉ số KPI ñạt và vượt tiêu chuẩn ngành ngang tầm khu vực và thế giới. Số lượng thuê bao lớn nhất tính ñến 20/9/2008 Viettel ñã có trên 25 triệu thuê bao hoạt ñộng, lớn hơn doanh nghiệp ñứng thứ hai trên 50% và ñứng thứ 56/648 nhà cung cấp dịch vụ viễn thông của thế giới theo tổ chức Wireless Intelligence – một tổ chức uy tín về thống kê viễn thông ñã ñưa ra các số liệu ñánh giá. 4.2. ðánh giá về cơ sở hạ tầng mạng hiện có 4.2.1. Cấu trúc mạng hiện tại Mạng Viettel hiện tại ñược xây dựng trên tiêu chuẩn GSM và ñang trong quá trình nâng cấp, mạng lõi với việc truyền tải all IP, ñã triển khai mạng MPBN (mạng IP core cho di ñộng) ñảm bảo cho các tổng ñài Soft Switch ñược truyền tải trên nền IP, ñã có 80% các tổng ñài ñang hoạt ñộng là tổng ñài Soft Switch, 55 ñảm bảo việc IP hóa mạng lưới là bước ñệ m cho việc nâng cấp mạng lên 3G và là cơ sở tiến ñến mạng IMS. Năng lực hiện tại của mạng Viettel MSC Số lượng Dung lượng BSC Trạm BTS Tổng số Cell Khu vực 1 22 16 triệu 55 4.910 14.630 Khu vực 2 8 5 triệu 25 1.458 4.274 Khu vực 3 20 14 triệu 80 4.720 14.360 Tổng 50 35 triệu 160 11.088 33.264 Cấu trúc mạng hiện tại Hình 4.1 Cấu trúc mạng Viettel hiện tại 56 4.2.1.1. Mạng chuyển mạch Bao gồm: 10 tổng ñài GMSC là tổng ñài cổng giao tiếp với mạng ngoài và hoàn toàn là tổng ñài Softwitch. 50 tổng ñài chuyển mạch di ñộng VMSC trong ñó có 80% là tổng ñài Softwich, mạng lõi IP hóa toàn mạng sẵn sàng cho việc nâng cấp lên 3G. Mạng báo hiệu ñộc lập với mạng lưu lượng với các STP tại các khu vực 1, 2, 3 tương ứng tại 3 trung tâm Hà Nội, ðà Nẵng, Hồ Chí Minh. 4.2.1.2. Mạng Truyền dẫn ðược phân thành 4 lớp: ñường trục quốc gia và quốc tế, mạng liên tỉnh, mạng nội tỉnh và mạng truy nhập. Tổng số Node truyền dẫn trên 9000 node quang với chiều dài cáp quang trên 40.000 km, sử dụng công nghệ DWDM và SDH có dung lượng lớn và ñược tạo thành các vòng Ring ñảm bảo an toàn mạng. Các trạm BTS di ñộng ñược kết nối về BSC 70% bằng cáp quang và 30% là bằng Viba và Visat. 4.2.1.3. Mạng Vô tuyến Mạng truy nhập vô tuyến giữa máy ñầu cuối và mạng di ñộng dựa trên tiêu chuẩn GSM 900 với phổ tần 8MHz. Khoảng phổ tần này ñủ ñể mang dung lượng thoại trên mạng với chất lượng tốt. Khi dung lượng thoại và dung lượng dữ liệu tăng lên, sự tăng phổ vô tuyến là cần thiết ñể ñảm bảo tốt chất lượng thoại và nâng cao tốc ñộ truyền dữ liệu. Tốc ñộ dữ liệu luôn ñược nhấn mạnh trong lộ trình tiến ñến UMTS là tốc ñộ dữ liệu trong ñiều kiện không có can nhiễu. ðiều này trong thực tế rất hiếm xảy ra. Hầu như tất các liên kết ñều chịu sự nh hưởng của một số can nhiễu trên mạng vô tuyến. Trong tiêu chuẩn GSM, thuật toán mã hoá tiếng nói là rất hiệu quả và những can nhiễu nhỏ không làm ảnh hưởng ñến chất lượng tiếng nói. Khi truyền dữ liệu qua kênh vô tuyến, can nhiễu xảy ra nhiều hơn, yêu cầu phải ñưa thêm vào các bít kiểm tra lỗi. Như vậy, số bít thông 57 tin sẽ giảm ñi, nói cách khác tốc ñộ dữ liệu bị giảm ñi. Kết luận là cần có một mạng vô tuyến chất lượng thật cao trước khi ñưa ra bất kỳ một dịch vụ dữ liệu mới nào. Một giải pháp ñáng quan tâm ñể duy trì chất lượng mạng lưới khi gia tăng dung lượng thoại và dữ liệu là tăng thêm phổ. Phổ gia tăng trong trường hợp này là băng tần 1800 MHz. Bằng việc sử dụng c băng tần 1800 MHz, chúng ta có thể xây dựng mạng vô tuyến có cấu trúc hai băng tần (900/1800 MHz). Băng tần 900 MHz sẽ ñược dùng ñể tăng khả năng phủ sóng và vẫn dùng ñể chuyển tải thoại. Băng tần 1800 MHz sẽ ñược sử dụng ñể cung cấp thêm dung lượng chuyển ti hầu hết lưu lượng dữ liệu. Vì có nhiều kênh dữ liệu trên băng tần 1800 MHz nên có thể gi thiết can nhiễu trên các kênh này ít ñi, như vậy tốc ñộ dữ liệu sẽ cao hn. Băng tần GSM 1800 là giải pháp tốt ñể tăng dung lượng trên mạng vì có thể lắp ñặt trên chính các BTS hay chính các cabinet hiện có. ðiều này tạo cho GSM 1800 giá thành rẻ khi cung cấp các dịch vụ thoại và dữ liệu trong tương lai. 4.2.2. ðánh giá chung về triển khai nâng cấp mạng Viettel lên 3G 1. Sự ra ñời của hệ thống thông tin di ñộng GSM là một bước nhảy vọt của lĩnh vực thông tin, mang lại cho người sử dụng nhiều lợi ích khó có thể phủ nhận. Cùng với sự phát triển của kỹ thuật hiện ñại, sự ñổi mới công nghệ, thông tin di ñộng cũng ngày càng ñổi mới theo chiều hướng tích cực. Trong tiến trình của sự phát triển không ngừng ñó, xu hướng triển khai 3G là một xu hướng tất yếu ñang dần ñược triển khai tại nhiều nước trên thế giới. Với nhiều công nghệ thông tin di ñộng thế hệ 2 hiện ñang tồn tại, việc triển khai và hội tụ tới một công nghệ duy nhất 3G là cực kỳ khó khăn. Người ta ñã ñưa ra các lộ trình khác nhau cho các công nghệ 2,5G hiện ñang tồn tại. ðối với GSM, ñây là công nghệ 2,5G phổ 58 biến trên toàn cầu nên các nhà sản xuất, các tổ chức tiêu chuẩn thế giới cũng ñặc biệt chú trọng trong việc nâng cấp lên 3G. ðứng trước tình hình thị trường cũng như hạ tầng cơ sở mạng thông tin di ñộng ở Việt Nam chưa thật sự lớn mạnh, việc phát triển hệ thống thông tin di ñộng GSM ở Việt Nam ñã tạo ra một bước ñột phá lớn trong ngành công nghiệp viễn thông nói chung và ngành viễn thông di ñộng nói riêng. Trong giai ñoạn này, chất lượng dịch vụ thoại truyền thống vẫn là mối quan tâm hàng ñầu của khách hàng. Bên cạnh ñó, sự ña dạng về dịch vụ ñã phần nào ñáp ứng ñược nhu cầu của khách hàng. Tuy nhiên, sự phát triển nhanh chóng của các dịch vụ số liệu mà trước hết là sự bùng nổ của Internet trong những năm gần ñây ñã ñòi hỏi các nhà khai thác mạng thông tin di ñộng Việt Nam, trong ñó có nhà khai thác mạng Viettel phải có những mục tiêu chiến lược, phù hợp với hoàn cảnh riêng của nước mình ñể phát triển lên hệ thống thông tin di ñộng thế hệ ba. Thứ nhất, mạng Viettel ñược xây dựng trên cơ sở công nghệ GSM. Ngoài dải phổ 900, dải phổ 1800 thực sự cần thiết ñể tăng dung lượng. Bên cạnh ñó, việc thiết kế và quy hoạch mạng nhằm nâng cao chất lượng mạng; việc thường xuyên nâng cấp và mở rộng mạng nhằm ñáp ứng nhu cầu thị trường và sự phát triển công nghệ trên thế giới luôn ñóng vai trò cực kỳ quan trọng. Thứ hai, thiết bị trên mạng Viettel chủ yếu do hai nhà cung cấp là Alcatel, Ericsson, Nokia và Huawei. ðây là những nhà cung cấp hàng ñầu về thiết bị viễn thông, trong ñó ñặc biệt phải kể ñến thiết bị mạng thông tin di ñộng. Trong tiến trình phát triển không ngừng về mặt công nghệ thông tin di ñộng trên thế giới, Alcatel, Ericsson, Nokia và Huawei ñã có sự nghiên cứu, phân tích và cũng ñã 59 chọn cho mình một xu hướng phát triển ñúng ñắn: GSM - GPRS/EDGE - WCDMA. Từ những lý luận trên ñây, lộ trình phát triển của mạng Viettel từ GSM tiến lên thế hệ thứ ba WCDMA là một hoàn toàn hợp lý và có cơ sở: - Dựa trên nền tảng sẵn có về thị trường và cơ sở hạ tầng tương ñối mạnh của hệ thống GSM, mạng GSM hoàn toàn hội tụ ñủ ñiều kiện ñể tiến hóa lên các thế hệ thông tin di ñộng 2,5G (GPRS/EDGE) và 3G (WCDMA) mà vẫn khai thác tối ña tài nguyên sẵn có của mạng lưới, tận dụng tối ña hiệu quả của thiết bị ñã ñầu tư. - Về máy ñầu cuối, sử dụng các máy ñầu cuối hai chế ñộ WCDMA/GSM với GSM ñể tận dụng vùng phủ sóng và với WCDMA ñể sử dụng các tính năng dịch vụ mới - Viettel sẽ có thể triển khai các dịch vụ băng rộng trên mạng GSM một cách trong suốt. Nói chung sẽ có rất nhiều máy ñầu cuối ra ñời là sự kết hợp của các tiêu chuẩn công nghệ khác nhau nhằm mục ñích như một cầu nối giữa công nghệ. ðây chính là một trong những yếu tố tăng ñộ trung thành của khách hàng ñối với mạng lưới và tính cạnh tranh. 2. Theo dự ñoán của các chuyên gia, cho ñến nay và có thể trong nhiều năm tới dịch vụ thoại truyền thống sẽ vẫn ñóng vai trò chủ chốt và bên cạnh ñó là sự tăng trưởng ngày càng lớn mạnh về nhu cầu dịch vụ số liệu, ñiển hình là dịch vụ tin nhắn trên thị trường Việt Nam. Do vậy, sự phát triển song song giữa dịch vụ thoại và dịch vụ phi thoại sẽ tất yếu tồn tại trong một thời gian dài. 3. GPRS sẽ là cầu nối giữa hệ thống thông tin di ñộng thế hệ 2 và thế hệ 3. Việc ñầu tư hệ thống GPRS là thực sự cần thiết nhằm từng bước triển khai hệ thống thông tin di ñộng thế hệ thứ 3 trên mạng. ðây cũng là xu hướng tất yếu mà các 60 nhà khai thác thông tin di ñộng phải thực hiện nhằm giữ vững thị trường và tăng cường khả năng cạnh tranh. GPRS có một số lợi ích như sau: ðối với nhà khai thác: - Giảm chi phí ñầu tư: Một trong những giải pháp tốt tối ưu về mặt công nghệ của mạng GSM là có khả năng cung cấp các dịch vụ số liệu di ñộng cao cấp (truyền số liệu tốc ñộ cao) mà không phải xây dựng một mạng hoàn toàn mới. Thông qua việc triển khai GPRS, nhà khai thác dịch vụ có thể nâng cấp hệ thống GSM của mình tiến tới hệ thống thông tin di ñộng thứ 3, bởi GPRS cho phép cùng tồn tại song song với mạng GSM, tận dụng tối ña khả năng và nguồn tài nguyên rỗi của thiết bị hiện có trên mạng GSM. - Sau khi triển khai GPRS, việc tính cước sử dụng dịch vụ của khách hàng có thời gian truy cập hệ thống (nhưng phương pháp tính cước truyền thống) hoặc dựa trên nguyên tắc theo thời gian dựa trên nguyên tắc tính theo dung lượng dữ liệu ñược truyền qua hệ thống hoặc kết hợp cả hai phương pháp. ðiều này làm cho dịch vụ thông tin di ñộng càng trở nên hấp dẫn khách hàng, không những ñáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ tốc ñộ cao của khách hàng mà còn cung cấp khả năng lựa chọn về phí sử dụng dịch vụ sao cho phù hợp. ðó chính là tính mềm dẻo và linh hoạt trong phương án tính cước sử dụng dịch vụ mới mà GPRS hỗ trợ. - Thông qua GPRS, nhà cung cấp dịch vụ có cơ hội tốt ñể khai thác thị trường ứng dụng mới. Từ ñó có thể nâng cao doanh thu và lợi nhuận. - Với nhiều tính năng ứng dụng sẽ hấp dẫn khách hàng mới và tăng lòng trung thành của các khách hàng cũ. - Nâng cao hiệu quả sử dụng vô tuyến thông qua việc phân bố kênh linh hoạt. 61 - Giao diện tiêu chuẩn và mở, có thể dễ dàng tích hợp với thiết bị của các nhà cung cấp khác nhau. - Băng rộng của GPRS có thể ñạt ñến 50 kbps phụ thuộc vào dung lượng tải của mạng lưới và thiết bị ñầu cuối. ðối với người sử dụng: - GPRS cho phép người sử dụng luôn ở trạng thái truy nhập online. - Tốc ñộ truyền dữ liệu ở tốc ñộ cao có thể ñạt tới 115 kbps. Do ñó có thể nhận và gửi e-mail ngay tức thời. - Có thể dễ dàng thiết lập kết nối. - Có thể sử dụng nguồn thông tin dồi dào thông qua hỗ trợ cho ña giao thức bao gồm cả giao thức IP. - Vẫn có thể gọi và nhận cuộc gọi, nhận và gửi SMS mà không ảnh hưởng ñến việc sử dụng GPRS ñể truy cập thông tin. - Chỉ phải trả cước cho dữ liệu trao ñổi, không phải trả cước cho thời gian truy cập. - Có thể khẳng ñịnh mạng thế hệ 2,5 GPRS sẽ phát triển trong một thời gian dài. GPRS sẽ ñược mở rộng khắp trên toàn quốc ñể dần dần có ñược sự chấp nhận của khách hàng ñối với các dịch vụ phi thoại. 4. Tiếp theo việc triển khai GPRS sẽ là EDGE nhằm tăng khả năng truyền số liệu lên 384kbps ñể có khả năng cung cấp các dịch vụ thư ñiện tử, dịch vụ ñịnh vị trên bản ñồ, dịch vụ truy cập thông tin dữ liệu, giải trí... Thuận lợi của việc triển khai EDGE là: - Trước hết, EDGE không cần phải sử dụng băng tần mới. - Dựa trên cơ sở hạ tầng sẵn có của triển khai GPRS, việc phát triển lên giai ñoạn EDGE tiết kiệm ñược chi phí ñầu tư. Do chỉ thay ñổi kỹ thuật ñiều chế 62 vô tuyến 8-PSK nên EDGE vẫn giữ nguyên cấu trúc của mạng cũ mà chỉ cần nâng cấp phần mềm và thêm các TRX mới có khả năng EDGE. EDGE là con ñường tiến hóa tới thế hệ thứ ba và cũng là một bổ trợ cho WCDMA. EDGE tăng cường ñược các khả năng truyền số liệu của mạng GSM/GPRS, hỗ trợ tốc ñộ số liệu lên tới 384 kbps - một tốc ñộ số liệu của mạng thế hệ ba. Do vậy, có thể nói EDGE sẽ tạo một bước ñệm quan trọng tiến tới mạng WCDMA. Tuy nhiên, sự phản ứng của khách hàng ñối với các dịch vụ số liệu trên nền công nghệ chuyển mạch gói của GPRS (truy nhập Internet, Intranet, MMS, WAP, Games on line...) sẽ là yếu tố quyết ñịnh con ñường phát triển tiếp theo của hệ thống. Nếu nhu cầu về dịch vụ số liệu của khách hàng tăng trưởng mạnh mẽ, có thể giai ñoạn phát triển lên EDGE ñược bỏ qua. 5. Từ ñây, với tài nguyên tần số 3G sẵn có, việc triển khai WCDMA trên nền hệ thống GSM là hoàn toàn phù hợp với quy luật tự nhiên. Trên cơ sở của mạng lõi GPRS ñã ñược phát triển, việc xây dựng hệ thống WCDMA về cơ bản là xây dựng phần cứng cho mạng truy nhập vô tuyến UTRAN gồm RNC và Node B. Một ñiều chắc chắn là WCDMA chưa thể triển khai tới tận các vùng xa, mà trước mắt sẽ tập trung phát triển ở một số thành phố lớn. Khi ñó, máy ñầu cuối của khách hàng sẽ có khả năng tương thích giữa hai hệ thống GSM và WCDMA. Như vậy, lộ trình từ GSM lên WCDMA theo công nghệ WCDMA tương ñối rõ ràng ñảm bảo sự kết hợp cùng tồn tại giữa mạng GSM hiện tại và mạng 3G ñồng thời cũng tận dụng ñược rất nhiều lợi thế của mạng GSM hiện có như lợi thế về số thuê bao ñang có, thói quen của khách hàng về sử dụng các dịch vụ truy nhập Internet khi triển khai GPRS và lợi thế trong việc triển khai roaming quốc tế. Hiện nay số lượng thuê bao GSM ngày càng phát triển nhanh và chiếm thị phần 63 rất lớn trong tổng số thuê bao di ñộng, ñiều ñó cho thấy khi lựa chọn lộ trình ñi lên WCDMA dựa trên WCDMA cũng sẽ tạo ra lợi thế trong việc triển khai roaming quốc tế. Ngoài ra, việc lựa chọn WCDMA làm ñịnh hướng công nghệ WCDMA còn có một số lợi thế như sau: - Hiệu quả sử dụng phổ tần rất cao. - Cho phép sử dụng các máy ñầu cuối công suất thấp. - Cho phép cung cấp các ứng dụng khác nhau với các tốc ñộ truyền số liệu khác nhau. - Toàn bộ phổ tần sử dụng cho WCDMA như sau: WCDMA TDD: 1900 MHz - 1920 MHz và 2020 MHz - 2025 MHz. WCDMA FDD: + ðường lên (Uplink ) : 1920 MHz - 1980 MHz. + ðường xuống (Downlink ) : 2110 MHz - 2170 MHz. 4.3 Phân tích các phương án và lựa chọn giải pháp Có ba phương án ñể lựa chọn khi chuyển từ mạng GSM lên mạng 3G cho Viettel. - Phương án triển khai 3G theo chuẩn 3GPP R99 - Phương án triển khai 3G theo chuẩn 3GPP R4 - Phương án triển khai 3G theo chuẩn 3GPP R5 4.3.1 Phân tích các phương án 4.3.1.1 Phương án 3G theo chuẩn 3GPP R99 64 3G ñưa ra phương pháp truy nhập vô tuyến mới W-CDMA. W-CDMA và những biến thể của nó mang tính toàn cầu, do ñó tất cả mạng 3G có thể chấp nhận việc truy nhập bởi thuê bao ở mạng 3G bất kỳ. Ngoài tính toàn cầu, W- CDMA ñã ñược nghiên cứu rất kỹ trong phòng thí nghiệm và ñã chứng tỏ ñược hiệu quả sử dụng phổ tốt hơn (trong các ñiều kiện xác ñịnh) và phù hợp hơn cho việc truyền dữ liệu gói so với các truy nhập vô tuyến trên cơ sở TDMA. Công nghệ W-CDMA và các thiết bị truy nhập vô tuyến của nó không tương thích với các thiết bị mạng GSM, ñiều ñó giải thích tại sao khi thêm W-CDMA vào mạng lại cần thêm một số thầnh phần mới như RNC (Radio Network Controller) và BS (Base Station). Mặt khác, một trong các yêu cầu cơ bản của UMTS là khả năng hoạt ñộng ñồng thời GSM/UMTS, ví dụ như việc chuyển giao giữa hai hệ thống khi truy Hình 4.2 Mạng 3G theo chuẩn 3GPP R99 CN PS Domain GGSN SGSN M¹ng d÷ liÖu kh¸c Internet RNC UTRAN BS UE Uu BSC E-RAN BTS Quản lý mạng (NMS) ISDN PSTN PSPDN X25 CSPDN Gb A HLR/AuC/EIR V A S MS 3G GMSC CN CS Domain 3G MSC/VLR Um C A M E L W A P M E X E U S A T Iu 65 nhập vô tuyến thay ñổi từ GSM sang W-CDMA và ngược lại trong một cuộc gọi. Khả năng này ñòi hỏi hai yêu cầu cụ thể là: - Thứ nhất, giao diện diện vô tuyến GSM phải thay ñổi sao cho có thể phát quảng bá các thông tin hệ thống về mạng vô tuyến W-CDMA tại ñường xuống. ðương nhiên mạng truy nhập vô tuyến W-CDMA cũng có thể phát quảng bá thông tin hệ thống về mạng GSM tại ñường xuống. - Thứ hai, nhằm giảm thiểu chi phí khai thác, các chỉ tiêu kỹ thuật qui ñịnh trong 3GPP cho khả năng ñảm bảo ñược các chức năng liên mạng của hệ thống ñể các MSC/VLR 2G nâng cấp có thể xử lý ñược truy nhập vô tuyến băng rộng, UTRAN. - Cho tới hiện nay, khái niệm IN ñược phát triển trực tiếp từ mạng PSTN/ISDN và do vậy chắc chắn sẽ có một vài nhược ñiểm khi chưa ñề cập trực tiếp cho mạng di ñộng. Vấn ñề chủ yếu với công nghệ IN chuẩn là không thể truyền các thông tin về dịch vụ giữa các mạng. Nói cách khác, nếu một thuê bao sử dụng các dịch vụ trên cơ sở IN thì các dịch vụ này chỉ ñược cung cấp tốt trong mạng thường trú của thuê bao. Tình huống này có thể ñược cải thiện bằng cách sử dụng “công nghệ IN nâng cấp“ ñược gọi là CAMEL (Customised Application for Mobile Network Enhance Logic). Công nghệ CAMEL có thể truyền thông tin dịch vụ giữa các mạng và vai trò của công nghệ này sẽ tăng lên khi triển khai 3G, lúc ñó hầu như mọi hoạt ñộng qua mạng 3G ñều ít nhiều có sự tham gia của CAMEL. Các kết nối truyền dẫn trong mạng truy nhập vô tuyến W-CDMA ñược thực hiện bằng cách dùng ATM (3GPP R99). Dự án tiêu chuẩn hóa FRAMES ñã thảo luận rất nhiều về việc có sử dụng ATM cho mạng 3G hay không và cuối cùng quyết ñịnh sử dụng ATM ñược dựa trên hai lý do sau: 66 - Kích thước cell và tải lưu lượng khi sử dụng ATM là tương ñối nhỏ do ñó có ưu ñiểm giảm ñược bộ nhớ ñệm lưu trữ thông tin. Trong trường hợp ngược lại, khi phải nhớ ñệm nhiều thông tin thì ñương nhiên trễ sẽ tăng, ñồng thời tải lưu lượng tĩnh ở các thiết bị nhớ ñệm cũng sẽ tăng lên. Hai yếu tố này ñều có ảnh hưởng xấu tới yêu cầu chất lượng dịch vụ ñối với lưu lượng thời gian thực. - Phương án khác là sử dụng IP song hiện nay IPv4 có một số các nhược ñiểm nghiêm trọng về giới hạn không gian ñịa chỉ và không ñáp ứng QoS. Ngược lại thì ATM và các lớp tốc ñộ bit tương ứng của nó lại ñáp ứng rất tốt các yêu cầu về QoS. Có một giải pháp là ATM và IP ñược kết hợp cho các lưu lượng gói, trong ñó giao thức IP sẽ ñược sử dụng ở trên ñỉnh của ATM. Giải pháp kết hợp này sẽ kết hợp ñược ưu ñiểm của cả hai giao thức là IP sẽ ñảm bảo việc kết nối còn ATM sẽ ñảm bảo chất lượng kết nối và ñịnh tuyến. Do nhược ñiểm của IPv4 nên giải pháp thoả hiệp là trong mạng 3G một số phần tử mạng nhất ñịnh sử dụng các ñịa chỉ IPv4 cố ñịnh, còn các lưu lượng thuê bao còn lại sử dụng các ñịa chỉ IPv6 ñược phân bổ ñộng. Trong trường hợp này, ñể thích ứng mạng 3G với các mạng khác, mạng lõi IP 3G phải có thiết bị chuyển ñổi giữa các ñịa chỉ IPv4 và IPv6 bởi vì các mạng khác có thể không hỗ trợ IPv6. Các nút mạng lõi cũng cần phải ñược chuyển ñổi về mặt kỹ thuật. Các phần tử chuyển mạch kênh cần phải xử lý ñược cho cả hai loại thuê bao 2,5G và 3G. Yêu cầu này ñòi hỏi phải thay ñổi trong MSC/VLR và HLR/AC/EIR. Ví dụ, cơ chế bảo mật trong khi thiết lập cuộc gọi là hoàn toàn khác nhau trong mạng 2,5G và 3G và như vậy các phần tử chuyên mạch kênh phải ñược nâng cấp ñể xử lý cho cả hai trường hợp này. Các phần tử chuyển mạch gói thực chất sẽ ñược nâng 67 cấp từ GPRS. Trong trường hợp này, về tên vẫn giữ nguyên như trong mạng 2,5G song chức năng sẽ có những khác biệt. Thay ñổi lớn nhất ñối với các SGSN là chức năng của nó gần như hoàn toàn khác với trong mạng 2,5G. Trong mạng 2,5G, chức năng chính của các SGSN là quản lý di ñộng cho các kết nối gói. Sang mạng 3G, chức năng quản lý di ñộng ñược phân chia giữa RNC và SGSN. ðiều này có nghĩa là khi thuê bao trong mạng 3G chuyển cell thì các phần tử chuyển mạch gói không nhất thiết can thiệp, song RNC thì phải quản lý quá trình này. Mạng 3G triển khai theo 3GPP R99 cung cấp các loại dịch vụ giống với mạng 2,5G. Trong giai ñoạn này hầu hết các dịch vụ ñược chuyển ñổi sang dạng gói khi ứng dụng có yêu cầu. WAP là một trong các ứng cử viên thuộc loại này, bởi vì về bản chất thông tin truyền ñi thì WAP là loại chuyển mạch gói. Các dịch vụ chuyển mạch gói chia làm các nhánh dịch vụ, trong ñó mỗi nhánh sẽ gồm nhiều loại dịch vụ khác nhau và là các dịch vụ trên cơ sở cơ chế ñịnh vị vị trí thuê bao ñã sẵn có trong mạng 3G. Bước phát triển tiếp sau 3GPP R99 hiện nay còn chưa ñạt mức cụ thể mà chỉ ñược xác ñịnh các xu hướng chung. Các xu hướng chính ñó là việc tách biệt phần kết nối cuộc gọi, phần ñiều khiển và phần dịch vụ, ñồng thời yêu cầu chuyển ñổi mạng theo hướng hoàn toàn trên cơ sở IP. Trên quan ñiểm phát triển dịch vụ, các bước phát triển này phải làm cho mạng 3G có thể cung cấp tốt các dịch vụ ña phương tiện, ví dụ các dịch vụ kết hợp ñồng thời thoại và hình ảnh. 68 4.3.1.2. Phương án 3G theo chuẩn 3GPP R4 Trong giai ñoạn 3GPP R4 mới chỉ triển khai việc tách biệt phần kết nối cuộc gọi, phần ñiều khiển và phần dịch vụ cho phần mạng lõi chuyển mạch kênh. Trong mạng lõi này, lưu lượng dữ liệu thuê bao sẽ ñi qua MGW (Media Gateways) là phần ñảm bảo kết nối và các chức năng chuyển mạch khi có yêu cầu. Toàn bộ quá trình này ñược quản lý bởi một MSC Server ñược nâng cấp từ MSC/VLR. Một MSC server có thể ñiều khiển nhiều MGW và do vậy mạng lõi chuyển mạch kênh có thể mở rộng dễ dàng. Khi nhà khai thác muốn tăng thêm phần dung lượng cho ñiều khiển thì có thể thiết lập thêm một MSC server, ngược lại khi muốn tăng dung lưọng chuyển mạch thì thiết lập thêm các MGW. Khi ñã thiết lập một mạng như trên thì các bước phát triển về công nghệ và yêu ISDN PSTN CSPDN Hình 4.3 Mạng 3G theo chuẩn 3GPP R4 CN PS Domain IP, Multimedia SGSN GGSN Quản lý mạng (NMS) Iu CN CS Domain HSS V A S C A M E L W A P M E X E U S A T RNC UTRAN BS UE Uu BSC GERAN BTS MS Um MSC Server MGW MGW IMS Ghi chú: IMS = IP Multimedia Subsystem 69 cầu chỉ tiêu kỹ thuật sẽ xác ñịnh giới hạn tiếp theo của mạng này. Khi IPv6 càng ñược triển khai nhiều trên mạng 3G thì số kết nối của mạng 3G có thể chuyển ñổi sang IPv6 càng tăng và do vậy sẽ làm giảm yêu cầu chuyển ñổi giữa IPv4 và IPv6. Trong giai ñoạn này, tỷ trọng lưu lượng giữa dữ liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói sẽ thay ñổi ñáng kể. Hầu hết lưu lượng sẽ là chuyển mạch gói, và một số dịch vụ chuyển mạch kênh truyền thống ví dụ như thoại ít nhất sẽ một phần trở thành gói (VoIP, Voice over IP). Ví dụ một cuộc gọi GSM truyền thống ñược thay bằng một cuộc gọi VoIP qua MGW mà BSS kết nối tới. Trên thực tế có nhiều cách ñể triển khai các cuộc gọi VoIP song người ta sẽ thêm vào một phân hệ mạng lõi mới có tên là IMS (IP Multimedia Subsystem) bởi vì nó sẽ cung cấp các phương pháp thống nhất ñể xử lý cuộc gọi VoIP. Ngoài ra, IMS còn ñồng thời ñược sử dụng cho các dịch vụ ña phương tiện trên cơ sở IP. ðương nhiên phân hệ BSS cũng phải ñược triển khai nâng cấp ñể sử dụng IP song thời ñiểm còn chưa xác ñịnh. Trong trường hợp này, vai trò của CAMEL cũng sẽ thay ñổi. Bởi vì rất nhiều dịch vụ sử dụng CAMEL ñược chuyển từ phần mạng chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói nên ở giai ñoạn này, CAMEL phải ñược thiết lập kết nối với phần mạng chuyển mạch gói, ñồng thời là phần tử kết nối giữa phần dịch vụ và mạng. 4.3.1.3. Phương án 3G theo chuẩn: 3GPP R5 70 Trong 3GPP R5, công nghệ sẽ tiếp tục chuyển ñổi và toàn bộ các lưu lượng trong mạng 3G sẽ là lưu lượng IP. Lấy ví dụ một cuộc gọi từ thiết bị ñầu cuối của mạng tới mạng PSTN thì nó phải chuyển qua mạng 3G theo dạng gói và từ GGSN cuộc gọi VoIP sẽ ñược ñịnh tuyến qua IMS có các chức năng chuyển ñổi ñể tới PSTN. Trên quan ñiểm của ñầu cuối di ñộng thì mạng luôn luôn giống nhau trong các giai ñoạn phát triển. Tuy nhiên, trong nội bộ mạng thì hầu như mọi thứ thay ñổi. Thay ñổi chính trước hết là công nghệ truyền tải mà trong triển khai 3GPP R99 là ATM và sau này 3GPP R4 và R5 chuyển sang IP. Bởi vì hệ thống cần phải tương thích ngược nên nhà khai thác luôn có một lựa chọn là sử dụng công nghệ truyền tải ATM hoặc IP, hoặc là có giải pháp cho cả hai công nghệ này. Như ñã giải thích trước ñây, ATM có thế mạnh là hỗ trợ QoS ngay từ ñầu, sau ñó công nghệ IP sẽ có cơ chế bảo ñảm QoS triển khai cho không chỉ cho ATM mà còn cho nhiều loại phân hệ mạng khác nhau. IP, Multimedia Quản lý mạng (NMS) ISDN PSTN CSPDN Iu RNC UTRAN BS UE Uu BSC GERAN BTS MS Um HSS V A S C A M E L W A P M E X E U S A T CN PS Domain SGSN GGSN IMS IP/ATM IP/ATM IP/ATM Ghi chú: IMS = IP Multimedia Subsystem Hình 4.4 Mạng 3G theo chuẩn 3GPP R5 (toàn IP) 71 Sang giai ñoạn này, dịch vụ và mạng trở nên quan trọng hơn là bản thân công nghệ, và do vậy loại công nghệ truy nhập vô tuyến ñược sử dụng sẽ giảm ý nghĩa quan trọng của mình. Tiêu chuẩn ñể lựa chọn loại công nghệ truy nhập vô tuyến sử dụng là khả năng cung cấp ñủ băng thông cho các dịch vụ yêu cầu. Trong tương lai, các mạng lõi 3G sẽ có các giao diện cho một vài công nghệ truy nhập vô tuyến, ví dụ như GSM, EDGE, cdma-2000, W-CDMA và WLAN. ðương nhiên nó sẽ ñặt ra nhiều yêu cầu cho các nhà chế tạo thiết bị ñầu cuối và yêu cầu thị trường sẽ phải có các ñầu cuối xử lý ñược nhiều loại công nghệ truy nhập vô tuyến. ðầu cuối 3G dần dần sẽ trở thành vật bất ly thân với nhiều chức năng như một ñiện thoại, ví, card ID và hộ chiếu, .v.v. 4.3.2 Lựa chọn phương án công nghệ và giải pháp mạng Viettel sẽ lựa chọn công nghệ WCDMA (hay là UMTS) vì một số các tiêu chí trong: UMTS là sự phát triển lên 3G của họ công nghệ GSM (GSM, GPRS & EDGE), là công nghệ duy nhất ñược các nước châu Âu công nhận cho mạng 3G. GSM và UMTS cũng là dòng công nghệ chiếm thị phần lớn nhất trên thị trường thông tin di ñộng ngày nay (chiếm tới 85,4% theo GSA 8-2007). UMTS hoàn toàn tương thích ngược với GSM. Các máy handset UMTS thường hỗ trợ cả hai chế ñộ GSM và UMTS do vậy chúng có thể sử dụng với các mạng GSM hiện có. Nếu một thuê bao UMTS ra khỏi vùng phủ sóng của mạng UMTS và ñi vào vùng phủ sóng GSM thì cuộc gọi của thuê bao ñó ñược tự ñộng chuyển giao cho mạng GSM. Như vậy: WCDMA là công nghệ duy nhất hiện nay ñã có thiết bị sẵn sàng, ñược nhiều nhà cung cấp thiết bị sản xuất và có thể cung cấp ngay khi có ñơn ñặt hàng. Mặt khác, do quy mô thị trường lớn và là công nghệ ñã “trưởng 72 thành” nên WCDMA cũng là một trong những công nghệ có chi phí ñầu tư thấp nhất, ñem lại hiệu quả cao nhất. Mạng di ñộng hiện tại Viettel hiện tại là GSM và ñã ñược triển khai GPRS. ðể tận dụng ñược mạng lõi 2,5 G cũng như cơ sở hạ tầng vốn có thì công nghệ lựa chọn là WCDMA. Ngoài ra, WCDMA có mạng báo hiệu phát triển từ giao thức GSM –MAP nên sẽ thuận tiện cho việc tương thích ngược với mạng GSM. ðối với một số quốc gia trên thế giới họ có thể lựa chọn giải pháp triển khai trước hoặc triển khai bổ sung vùng phủ sóng bằng EDGE. Về bản chất, EDGE với kỹ thuật ñiều chế 8-PSK cho phép tốc ñộ truyền lên tới 384 kbps thoả mãn tiêu chuẩn 3G của ITU ở một số vùng nhu cầu tốc ñộ dữ liệu cao. EDGE thay thế các máy phát GSM bằng máy thu phát vô tuyến EDGE ñơn giản, không làm ảnh hưởng tới quy hoạch mạng nói chung. Nhưng ñối với Việt Nam nếu triển khai EDGE sẽ làm phức tạp công tác quy hoạch và tối ưu vùng phủ. Ngoài ra, nếu lựa chọn triển khai EDGE thì sẽ xuất hiện các ñầu cuối quá nhiều mode ñiều này là không thuận tiện với người sử dụng. Như vậy, xu hướng ñầu cuối ở Việt Nam sẽ là GSM/GPRS/ WCDMA. Lựa chọn mạng ban ñầu 3GPP R99 và tương lai sẽ là R4 và R5 Mạng 3G WCDMA ñược ñề xuất triển khai cho Viettel dựa trên cơ sở phiên bản 3GPP R99. Như vậy, mạng 3G này có cả phần chuyển mạch gói và phần chuyển mạch kênh nên việc quản lý còn nhiều phức tạp. Tuy nhiên, hiện nay ñã có nhiều nước tiên tiến trên thế giới triển khai 3G, nhưng lưu lượng thoại vẫn chiếm phần chính do ñó phương án này sẽ tận dụng tối ña hạ tầng cũ cho thị trường số ñộng vẫn là thoại và dịch vụ dữ liệu trung bình. 73 Nhưng trong tương lai, mục tiêu ñược ñưa ra sẽ là 3G WCDMA sẽ là mạng toàn IP từng bức thực hiện theo tiêu chuẩn R4 và R5. Khi triển khai mạng 3G theo chuẩn R5 thì sẽ không còn trung tâm chuy