LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

I. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG

THÔNG TIN DI ĐỘNG

Thông tin di động là hệ thống liên lạc thông qua sóng điện, vừa liên lạc vừa di

chuyển được. Các dịch vụ của điện thoại di động cho đến đầu những năm 1960 mới

xuất hiện, các hệ thống điện thoại di động đầu tiên này chưa tiện lợi và dung lượng

rất thấp so với các hệ thống hiện nay.

1. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất

(1G)

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất 1G, sử dụng công nghệ analog gọi là

đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) để truyền kênh thoại trên sóng vô tuyến

đến thuê bao điện thoại di động. Nhược điểm của các hệ thống này là chất lượng

thấp, vùng phủ sóng hẹp và dung lượng nhỏ. Các hệ thống này phát triển ở cả Châu

Âu, Bắc Mỹ và Nhật Bản.

Năm 1987, Nhật Bản đưa vào hệ thống di động tổ ong tương tự đầu tiên của

hãng NTT. Tiếp sau đó, hệ thống điện thoại di động của Bắc Âu (NMT-Nordic

Mobile Telephone) được đưa vào khai thác năm 1981. Hệ thống này hoạt động ở cả

hai băng tần 450-900MHz.

Năm 1983 Mỹ cho ra đời hệ thống thông tin di động tiên tiến (AMPS-Advance

Mobile Phone System). Năm 1985, hệ thống thông tin thâm nhập toàn bộ (TACS-

Total Access Communication) được bắt đầu sử dụng ở nước Anh và sau đó là ở

Đức.

Năm 1991, Mỹ phát triển hệ thống AMPS thành hệ thống AMPS băng hẹp N-

AMPS (Narrowband AMPS). Với một số thay đổi về băng tần, hệ thống N-AMPS

có thể phục vụ nhiều thuê bao hơn mà không cần thêm các cell mới. Vào thời điểm

này ở Mỹ cũng đã đưa vào thử nghiệm hệ thống số đầu tiên là IS-54 nhưng không

thành công.

2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G)

Vào cuối thập niên 1980, các hệ thống thế hệ thứ 2 (2G) sử dụng công nghệ số

đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) ra đời. Các hệ thống này có ưu điểm

là sử dụng hiệu quả băng tần được cấp phát, đảm bảo chất lượng truyền dẫn yêu

1


cầu, đảm bảo được an toàn thông tin, cho phép chuyển mạng quốc tế…Đến đầu

thập niên 1990, công nghệ TDMA được dùng cho hệ thống thông tin di động toàn

cầu GSM ở Châu Âu. Đến giữa thập kỷ 1990, đa truy cập phân chia theo mã

(CDMA) trở thành loại hệ thống 2G thứ 2 khi người Mỹ đưa ra tiêu chuẩn nội địa

IS-95.

Năm 1993 tại Nhật Bản, NTT đưa ra tiêu chuẩn di động số đầu tiên của nước

này (JPD-Japanish Personal Digital Cellular System) và phát triển hệ thống thông

tin di động số cá nhân (PDC-Personal Digital Cellular) với băng tần hoạt động là

900-1400MHz.

Ở Mỹ tiếp tục phát triển hệ thống số IS54 thành phiên bản mới là IS-136 hay

còn gọi là AMPS số (D-AMPS ) và đã đạt được nhiều thành công. Năm 1985 công

nghệ CDMA ra đời, đó là công nghệ đa thâm nhập theo mã sử dụng kỹ thuật trải

phổ được nghiên cứu và triển khai bởi hãng Qualcomm Communication. Công nghệ

này trước đó được sử dụng chủ yếu trong quân sự và đến nay đã được sử dụng rộng

rãi nhiều nơi trên thế giới.

3. Hệ thống thông tin di động thế hệ 2,5G và 3G

Thông tin di dộng ngày nay đang tiến tới một hệ thống thế hệ thứ 3, hứa hẹn

dung lượng thoại lớn hơn, kết nối dữ liệu di động tốc độ cao hơn và sử dụng các

ứng dụng đa phương tiện. Các hệ thống vô tuyến thế hệ thứ 3 (3G) còn cung cấp

dịch vụ thoại với chất lượng tương đương, các hệ thống hữu tuyến và dịch vụ truyền

số liệu có tốc độ từ 144Kbps đến 2Mbps. Các tiêu chuẩn về hệ thống thông tin di

động thế hệ thứ 3 được ITU-R tiến hành chuẩn hoá cho IMT-2000 (Viễn thông di

động quốc tế 2000).

4. Hệ thống thông tin di động 3,5G và 4G

Hệ thống 3,5G là sự nâng cấp của 3G sử dụng các công nghệ như công nghệ

truy cập gói dữ liệu tốc độ cao HSPDA (High Speed Downlink Packet Acces), song

công phân chia theo thời gian TDD( Time Division Duplex) và các công nghệ đặc

quyền như Flash OFDM. Tại Nhật Bản, NTT Docomo đã có kế hoạch khai trương

các dịch vụ HSDPA vào 2005.

II. CÁC ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA HỆ

THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

Mạng điện thoại đi động khác biệt lớn so với mạng cố định ở chỗ mạng cố định

thì thiết bị đầu cuối nối kết cố định với mạng. Do đó tổng đài mạng cố định liên tục

2


giám sát được trạng thái nhấc-đặt (tổ hợp máy điện thoại) để phát hiện cuộc gọi đến

từ thuê bao, đồng thời thiết bị đầu cuối luôn luôn sẵn sàng tiếp nhận chúng. Nhưng

ở mạng di động, vì số kênh vô tuyến quá ít so với số thuê bao MS, nên kênh vô

tuyến chỉ được cấp phát theo kiểu động. Hơn nữa, việc gọi được và thiết lập cuộc

gọi đối với MS cũng khó hơn. Khi chưa có cuộc gọi, MS phải lắng nghe thông báo

tìm gọi nó nhờ một kênh đặc biệt, kênh này gọi là kênh quảng bá. Mạng phải xác

định được MS bị gọi đang ở vùng định vị nào.

Mạng thông tin di động phải đảm bảo thông tin mọi lúc, mọi nơi. Muốn vậy

mạng thông tin di động phải đảm bảo một số đặc tính cơ bản chung sau đây:

- Sử dụng hiệu quả băng tần được cấp phát để đạt được dung lượng cao.

- Đảm bảo chất lượng truyền dẫn yêu cầu. Do môi trường truyền dẫn là môi

trường truyền dẫn hở ( sóng điện từ) nên tín hiệu dễ bị ảnh hưởng của nhiễu và

phađing.

- Đảm bảo an toàn thông tin tốt nhất.

- Giảm tối đa rớt cuộc gọi khi thuê bao di động chuyển từ vùng phủ này sang

vùng phủ khác.

- Cho phép phát triển các dịch vụ mới nhất là các dịch vụ phi thoại.

- Để mang tính toàn cầu phải cho phép chuyển mạng quốc tế (International

Roaming).

- Các thiết bị cầm tay phải gọn nhẹ và tốn ít năng lượng.

Tóm lại đặc thù cơ bản của thông tin di động là phục vụ đa truy cập gắn liền với

thiết kế mạng tế bào (do dải tần dịch vụ bị hạn chế). Các hệ quả tất yếu kéo theo

hoặc liên quan tới vấn đề này là : Chuyển giao, chống nhiễu, quản lý di động, quản

lý tài nguyên (sóng điện từ), bảo mật…. Những điều này khác rất nhiều với một

mạng thông tin cố định và luôn là những đòi hỏi cao cho sự ra đời của các công

nghệ mới.

III. CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

Hệ thống thông tin di động tổ ong bao gồm có 3 phần chính là máy di động MS

(Mobile Station), trạm gốc BS (Base Station) và tổng đài di động MSC (Mobile

Service Switching Center).

1. Trạm di động MS

3


Máy di động có 2 phần đó là : Mô đun nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber

Identity Module) và thiết bị thu phát báo hiệu ME (Mobile equipment).

SIM (Subcriber Identity Module): Là một cái khoá cho phép MS được dùng,

nó gắn chặt với người dùng trong vai trò một thuê bao duy nhất, SIM có thể làm

việc với các thiết bị ME khác nhau, tiện cho việc mượn các ME tuỳ ý . SIM cũng có

các phần cứng và phần mềm cần thiết với bộ nhớ có thể lưu trữ hai loại tin tức: Tin

tức có thể được đọc hoặc thay đổi bởi người dùng và tin tức không thể đọc hay

không cần cho người dùng biết. SIM sử dụng mật khẩu PIN (Personal Indentity

Number) để bảo vệ quyền sử dụng của người sở hữu hợp pháp. SIM cho phép người

dùng sử dụng nhiều dịch vụ và cho phép người dùng truy cập vào các mạng điện

thoại mặt đất công cộng PLMN (Public Land Mobile Network) khác nhau nhờ tiêu

chuẩn hoá giao diện SIM-ME.

Hình 1.1: Mô hình hệ thống thông tin di động CellularOSS: Hệ thống khai thác và hỗ trợ

AUC: Trung tâm nhận thực

4

MS

AUC

HLR

MSC

EIRVLR

BSC

OSS

BTS

SS

BSS

Hệ thống Chuyển mạch

Hệ thống Trạm gốc

ISDN

PSPDN

CSPDNN

PSTN

PLMN

: Truyền dẫn tin tức

: Kết nối cuộc gọi và truyền dẫn tin tức


HLR: Bộ ghi định vị thường trú

MSC: Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động( gọi tắt là tổng đài di

động)

BSS: Hệ thống trạm gốc

BSC: Đài điều khiển trạm gốc

OMC: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng

PSPDN: Mạng chuyển mạch công cộng theo gói

PSTN: Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

SS: Hệ thống chuyển mạch

VLR: Bộ ghi nhận dạng thiết bị

BTS: Đài vô tuyến gốc

MS: Máy di động

ISDN: Mạng số liệu liên kết đa dịch vụ

CSPND: Mạng chuyển mạch số công cộng theo mạch

PLMN: Mạng di động mặt đất công cộng

SIM là một card điện tử thông minh cắm vào ME dùng để nhận dạng thuê bao

và tin tức về loại dịch vụ mà thuê bao đăng ký. Số nhận dạng thuê bao di động quốc

tế IMSI (International Mobile Subcriber Identity) là duy nhất và trong suốt với

người dùng. Nhà cung cấp mạng GSM sẽ bán SIM cho thuê bao khi đăng ký. GSM

thiết lập đường truyền và tính cước dựa vào IMSI

SIM có chứa các tin tức sau:

- IMSI: Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế để nhận dạng thuê bao, được

truyền khi khởi tạo.

- TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity - Số nhận dạng thuê bao di động

tạm thời) để nhận dạng thuê bao mạng di động.

- LAI (Location area Identifier): Số nhận dạng vùng định vị được sử dụng cho

thủ tục cập nhật vị trí của thuê bao di động.

- KI (Subscriber authentication Key): Khoá nhận thực thuê bao để nhận thực

SIM card.

- MSISDN (Mobile station ISDN number): Số điện thoại của thuê bao di động

MSISDN=mã quốc gia+mã vùng+mã thuê bao. Các thông số trong SIM được bảo

vệ. Ki không thể đọc, IMSI không thể sửa đổi.

ME (Mobile Equipment): Thiết bị máy di động

Thuê bao thường chỉ tiếp xúc với ME mà thôi: Có 3 loại ME

5


- Trên xe (Lắp đặt trong xe, anten ngoài xe).

- Xách tay (anten không liền tổ hợp cầm tay).

- Cầm tay (anten liền với tổ hợp, toàn bộ máy cầm tay nằm gọn trong lòng bàn

tay.

ME là phần cứng để thuê bao truy cập mạng. ME có số nhận dạng là IMEI

(International Mobile Equipment Identity). Nhờ kiểm tra IMEI mà ME bị mất cắp

sẽ không được phục vụ.

2. Hệ thống trạm gốc BSS

Bao gồm các khối chức năng BSC, BTS

- Trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station) bao gồm các

thiết bị thu phát, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến, có thể coi

BTS là các modem vô tuyến phức tạp có thêm một số chức năng khác. Một bộ phận

quan trọng của BTS là TRAU (Transcoder/Adapter Rate Unit: Khối chuyển đổi mã

và tốc độ). TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù

riêng cho hệ thống di động được tiến hành. TRAU là một bộ phận của BTS nhưng

cũng có thể đặt nó cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợp nó được đặt

giữa MSC &BSC.

Hình 1.2 : Các vị trí của TRAU

6

BTS TRAU BSC MSCVLR

BTS MSCVLR

BSCBTS

BSC TRAU

MSCVLR

TRAU

Giao diện A-bis Giao diện A


- Bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller) có nhiệm vụ quản lý tất

cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa của BTS và MS. Các lệnh

này chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao

(Handover). Một phía BSC được nối với BTS còn phía kia nối với MSC. Thực tế

BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể. Một BSC trung bình có thể

quản lý tới vài chục BTS phụ thuộc vào lưu lượng các BTS này.

3. Trung tâm chuyển mạch của hệ thống MSC

Nó được nối với tất cả các trạm cơ sở của các thuê bao trong cùng một hệ thống.

Đồng thời nó cũng được nối với hệ thống điện thoại công cộng PSTN. Trung tâm

chuyển mạch di động thì xử lý các cuộc gọi đi và đến, đồng thời cung cấp các chức

năng điều khiển hoạt động cho tất cả các trạm cơ sở trong cùng một hệ thống. Chính

vì vậy MSC là một bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống thông tin di động. Nó

bao gồm các bộ phận điều khiển và quản lý toàn bộ hệ thống để đạt được hiệu quả

cao đồng thời phải đảm bảo tuyệt đối về an ninh và an toàn.

- Bộ ghi định vị thường trú HLR (Home Location Register) chứa thông tin về

thuê bao như các dịch vụ mà thuê bao lựa chọn và các thông số nhận thực. Vị trí

hiện thời của MS được cập nhật qua bộ ghi định vị tạm trú VLR (Visitor Location

Register) cũng được chuyển đến HLR.

- Trung tâm nhận thực AUC (Authentication Center) có chức năng cung cấp cho

HLR các thông số nhận thực và các khoá mật mã, mỗi một MSC có một VLR.

- Quản lý thuê bao di động EIR (Equipment Identity Register) EIR lưu trữ tất cả

các dữ liệu liên quan đến trạm di động MS. EIR được nối đến MSC qua đường báo

hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị.

Khi MS di động vào một vùng phục vụ MSC mới, thì VLR yêu cầu HLR cung

cấp các số liệu về vị khách MS mới này, đồng thời VLR cũng thông báo cho HLR

biết MS nói trên đang ở vùng phục vụ MSC nào. Vậy VLR có tất cả thông tin cần

thiết để thiết lập các cuộc gọi theo yêu cầu người dùng.

4. Khai thác và bảo dưỡng OS (Operation

System)

- Khai thác: Là các hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi

của mạng như: tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao (handover)

giữa hai ô…, nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng của

dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời sử lý các sự cố. Khai thác cũng

bao gồm việc thay đổi cấu hình để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai, tăng

7


vùng phủ. Ở hệ thống viễn thông hiện đại khai thác được thực hiện bằng máy tính

và được tập trung ở một trạm.

- Bảo dưỡng: Có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố hỏng hóc.

IV. XU HƯƠNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐIỆN

THOẠI DI ĐỘNG

Những thông tin mới nhất cho thấy hiện nay thông tin di động vẫn đang trong

giai đoạn phát triển mạnh mẽ, đáp ứng nhu cầu không ngừng tăng của khách hàng

cả về số lượng, chất lượng và loại hình dịch vụ. Về cơ bản có thể chia thành các

hướng phát triển sau:

- Từ năm 1989 đã có những nghiên cứu rộng lớn trên thế giới nhằm phát triển

hệ thống vô tuyến cá nhân và kết hợp sự thông minh của mạng PSTN, xử lý tín hiệu

số hiện đại và công nghệ RF. Khái niệm PCS khởi xướng ở Anh khi ba công ty lớn

được cung cấp dải tần 1800Mhz, Các thử nghiệm lớn trên thế giới đã được tiến

hành nhằm lựa chọn kỹ thuật chung cho điều chế, đa truy cập và kỹ thuật mạng.

PCN là khái niệm mạng mà người dùng có thể thu và tiến hành cuộc gọi ở bất cứ

đâu dùng thiết bị cá nhân nhỏ nhẹ. PCS là hệ thống vô tuyến tổng hợp các đặc điểm

mạng và đặc điểm cá nhân trong hệ thống tế bào ( Một ví dụ cụ thể là mạng City

phone hiện nay).

- Xu hướng phát triển mạng vô tuyến trong nhà (indoor) cho phép người dùng

kết nối máy tính văn phòng trong các toà nhà lớn (trên tần số cao 18Ghz).

- Xu hướng chuẩn IMT-2000 được quyết định bởi ITU, xây dựng chuẩn và quy

hoạch tần số trên toàn thế giới. IMT-2000 hứa hẹn hệ thống di động tương thích

toàn cầu đa năng thế hệ thứ ba. Hệ thống thông tin di động thế hệ ba nàyphải là:

+ Mạng băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện. Nghĩa là mạng

phải đảm bảo được được tốc độ tốc độ bít của người sử dụng đến 2 Mbps.

+ Mạng phải có khả năng cung cấp độ rộng băng tần (dung lượng) theo yêu cầu.

Điều này xuất phát từ việc thay đổi tốc độ bít của các dịch vụ khác nhau. Ngoài ra

cần đảm bảo đường truyền vô tuyến không đối xứng với tốc độ bít cao ở đường

xuống và tốc độ bít thấp ở đường lên.

+ Mạng phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu. Nghĩa là đảm bảo các

kết nối chuyển mạch cho tiếng, các dịch vụ video và các khả năng số liệu gói chung

cho các dịch vụ số liệu.

+ Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả phần tử thông

tin vệ tinh.

8


- Xu hướng phát triển hệ viễn thông vệ tinh LEO: Cùng với sự phát triển của

công nghệ vũ trụ, hệ thông tin vệ tinh phối hợp với hệ di động mặt đất tạo nên kết

nối toàn cầu thích hợp với mọi loại địa hình và loại hình thông tin.

- Hiện nay các quốc gia phát triển sau lại có cơ hội đi nhanh vào các ứng dụng

tiên tiến nhất và lựa chọn các mô hình thích hợp với sự phát triển của tương lai.

V. Hệ thống thông tin di động WCDMA

1. Giới thiệu công nghệ WCDMA

- WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - truy cập đa phân mã băng

rộng) là công nghệ 3G hoạt động dựa trên CDMA và có khả năng hỗ trợ các dịch vụ đa

phương tiện tốc độ cao như video, truy cập Internet, hội thảo hình... WCDMA nằm trong

dải tần 1920 MHz -1980 MHz, 2110 MHz - 2170 MHz.

W-CDMA giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách dùng kỹ

thuật CDMA hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA. Trong các công nghệ thông

tin di động thế hệ ba thì W-CDMA nhận được sự ủng hộ lớn nhất nhờ vào tính linh hoạt

của lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là dịch vụ tốc độ bit

thấp và trung bình.

Nhược điểm chính của W-CDMA là hệ thống không cấp phép trong băng TDD phát

liên tục cũng như không tạo điều kiện cho các kỹ thuật chống nhiễu ở các môi trường làm

việc khác nhau.

Hệ thống thông tin di động thế hệ ba W-CDMA có thể cung cấp các dịch vụ với tốc độ

bit lên đến 2MBit/s. Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn đối xứng và không đối

xứng, thông tin điểm đến điểm và thông tin đa điểm. Với khả năng đó, các hệ thống thông

tin di động thế hệ ba có thể cung cấp dể dàng các dịch vụ mới như : điện thoại thấy hình,

tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nó còn cung cấp các dịch vụ đa phương tiện khác.

Các nhà khai thác có thể cung cấp rất nhiều dịch vụ đối với khách hàng, từ các dịch vụ

điện thoại khác nhau với nhiều dịch vụ bổ sung cũng như các dịch vụ không liên quan đến

cuộc gọi như thư điện tử, FPT…

Công trình nghiên cứu của các nước châu Âu cho W-CDMA bắt đầu từ đề án CODIT

(Code Division Multiplex Testbed : Phòng thí nghiệm đa truy cập theo mã) và FRAMES

(Future Radio Multiplex Access Scheme : Kỹ thuật đa truy cập vô tuyến trong tương lai) từ

đầu thập niên 90. Các dự án này đã tiến hành thử nghiệm các hệ thống W-CDMA để đánh

giá chất lượng đường truyền.

Theo các chuyên gia trong ngành viễn thông, đường tới 3G của GSM là WCDMA.

Nhưng trên con đường đó, các nhà khai thác dịch vụ điện thoại di động phải trải qua giai

đoạn 2,5G. Thế hệ 2,5G bao gồm những gì? Đó là: dữ liệu chuyển mạch gói tốc độ cao

9


(HSCSD), dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS và Enhanced Data Rates for Global

Evolution (EDGE).

2. Các đặc điểm của WCDMA

- Hiệu suất sử dụng tần số cao:

Về nguyên tắc, dung lượng tiềm năng của hệ thống được xem như giống nhau ngay cả

khi các công nghệ đa truy nhập như TDMA và FDMA được ứng dụng. Trong khi CDMA

thường được coi là có hiệu suất sử dụng tần số cao nghĩa là CDMA rất dễ để nâng cao hiệu

suất sử dụng tần số.Việc sử dụng các công nghệ cơ bản của hệ thống CDMA theo đúng

cách sẽ đem lại hiệu suất sử dụng tần số cao cho hệ thống.

- Dễ quản lý tần số:

Do CDMA cho phép các ô lân cận chia sẻ cùng một tần số nên không cần có quy

hoạch tần số. Ngược lại trong các hệ thống sử dụng TDMA và FDMA cần phải đặc biệt

chú ý đến quy hoạch tần số.

10

KBit/s

Đối xứng Không đối xứng Đa phương

Điểm đến điểm Đa điểm

Đa phương tiện di động Quảng bá

Truyền hình hội nghị

(Chất lượng cao)

Truyền hình hội nghị

(Chất lượng thấp)

Đàm thoại hội nghị

Điện thoại

Truy nhập

Internet

WWW

Thư điện tử

FTP

Điện thoại

IP

vv…

Y tế từ xa

Thư tiếng

Truy nhập cơ sở dữ liệu

Mua hàng theo

CatalogVideo

Video theo yêu cầu

Báo điện tử

KaraokeISDN

Xuất bản điện tử

Thư điện tử FAX

Các dịch vụ phân

phối thông tin

Tin tức

Dự báo thời tiết

Thông tin lưu lượng

Thông tin nghỉ ngơi

Truyền hình di động

Truyền thanh di

động

Tiếng

Số liệu

H.ảnh

1.2

2.4

9.6

16

32

64

384

2M

Hình 1.3: Các dịch vụ đa phương tiện trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba


- Công suất phát của máy di động thấp:

Nhờ có quá trình tự điều chỉnh công suất phát (TPC) mà hệ thống W-CDMA có thể

giảm được tỷ số Eb/No (tương đương tỷ số tín hiệu trên nhiễu) ở mức thấp chấp nhận

được. Điều này không chỉ làm tăng dung lượng hệ thống mà còn làm giảm công suất phát

yêu cầu để khắc phục tạp âm và nhiễu. Việc giảm này đồng nghĩa với giảm công suất phát

yêu cầu đối với máy di động. Nó làm giảm giá thành và cho phép hoạt động trong một

vùng rộng hơn với công suất thấp khi so với hệ thống TDMA hoặc hệ thống tương tự có

cùng công suất. Ngoài ra việc giảm công suất phát yêu cầu sẽ làm tăng vùng phục vụ và

giảm số lượng BS yêu cầu khi so với các hệ thống khác.

Một ưu điểm lớn hơn xuất phát từ quá trình tự điều chỉnh công suất phát trong hệ

thống W-CDMA là nó làm giảm công suất phát trung bình. Trong hệ thống W-CDMA,

công suất phát trung bình có thể giảm vì công suất yêu cầu chỉ được phát đi bởi việc điều

khiển công suất và công suất phát chỉ tăng khi xảy ra pha đinh.

- Sử dụng các tài nguyên vô tuyến một cách độc lập trong đường lên và đường

xuống:

Trong CDMA, rất dễ để cung cấp một cấu hình không đối xứng giữa đường lên và

đường xuống. Ví dụ trong các hệ thống truy nhập khác như TDMA sẽ rất khó để phân chia

các khe thời gian cho đường lên và đường xuống của một thuê bao độc lập với các thuê

bao khác. Trong FDMA, rất khó để thiết lập cấu hình không đối xứng cho đường lên và

đường xuống vì độ rộng băng tần sóng mang của đường lên và đường xuống sẽ phải thay

đổi. Ngược lại, trong CDMA hệ số trải phổ (SF) có thể được thiết lập độc lập giữa đường

lên và đường xuống đối với mỗi thuê bao và nhờ đó có thể thiết lập các tốc độ khác nhau ở

đường lên và đường xuống. Điều này cho phép sử dụng hiệu quả các tài nguyên vô tuyến

ngay cả trong các loại hình thông tin không đối xứng như truy cập Internet. Khi không phát

số liệu thì tài nguyên vô tuyến không bị chiếm dụng. Do đó nếu một thuê bao chỉ thực hiện

truyền tin ở trên đường lên và một thuê bao khác chỉ thực hiện truyền tin ở đường xuống

thì các tài nguyên vô tuyến được sử dụng tương đương tài nguyên cho một cặp đường

truyền lên và xuống.

3. Các đặc tính cơ bản của WCDMA

- Phương thức truy nhập: CDMA trải phổ trực tiếp

- Phương thức truyền hai chiều (song công): Song công phân chia theo tần số FDD và

song công phân chia theo thời gian TDD

- Độ rộng băng thông: 5 MHz

- Tốc độ chip: 3,84 Mchip/s

- Khoảng cách sóng mang: 200 KHz

- Tốc độ số liệu: ~ 2 Mbit/s

- Độ dài khung số liệu: 10, 20, 40, 80 ms

11


- Mã hiệu chỉnh lỗi: Mã vòng, mã xoắn, mã Turbo

- Phương thức điều chế số liệu:

+ Đường xuống: Điều chế pha 4 trạng thái QPSK

+ Đường lên: Điều chế pha hai trạng thái BPSK

- Phương thức điều chế trải phổ:

+ Đường xuống: QPSK

+ Đường lên: Điều chế pha hỗn hợp HPSK

- Hệ số trải phổ (SF): 4 ~ 512

- Phương thức đồng bộ giữa các trạm gốc: Dị bộ (cũng có thể sử dụng chế độ đồng bộ)

- Phương thức mã hóa thoại: Mã hóa nhiều tốc độ thích ứng AMR (1,95 kbit/s – 12,2

kbit/s).

4. Cấu trúc mạng WCDMA

Về mặt chức năng, các phần tử mạng được nhóm thành hai phần:

- Mạng lõi CN (Core Network) thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi

và kết nối số liệu.

- Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN thực hiện chức năng liên quan đến vô tuyến.

USIM (UMTS Subscriber Identity Module): Modul nhận dạng thuê bao UMTS

MS (Mobile Station): Trạm di động

RNC (Radio Network Controller): Bộ điều khiển mạng vô tuyến

MSC (Mobile Service Switching Center): Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động

VLR (Visitor Location Register): Bộ ghi định vị tạm trú

SGSN (Serving GPRS Support Node): Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS

GGSN (Gateway GPRS Support Node): Nút hỗ trợ GPRS cổng

HLR (Home Location Register): Bộ ghi định vị thường trú

12

USIM

ME

USIMNútB

NútB

NútB

NútB

RNC

RNC MSC/VLR

GMSC

GGSNSGSN

HLR

PLMN, PSTN,ISDN…

Internet

Uu Iu

UE

Cu Iur

UTRAN

Iub

CN Các mạng ngoài

Hình 1.4: Cấu trúc của UMTS


UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network): Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất

UMTS.

CN (Core Network): Mạng lõi

PLMN (Public Land Mobile Network): Mạng di động công cộng mặt đất

PSTN (Public Switch Telephone Network): Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng.

ISDN (Integrated Service Digital Network): Mạng số liên kết đa dịch vụ

ME (Mobile Equipment): Thiết bị di động

* UE (User Equipment): Thiết bị người sử dụng

Thiết bị người sử dụng UE thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ thống.

UE gồm hai phần :

- Thiết bị di động ME ( Mobile Equipment ) : Là đầu cuối vô tuyến được sử dụng cho

thông tin vô tuyến trên giao diện Uu.

- Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) : Là một thẻ thông minh chứa thông tin

nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu giữ các khóa nhận thực

và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối.

* UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network): Mạng truy nhập vô tuyến

Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy nhập

vô tuyến. UTRAN bao gồm nhiều hệ thống mạng con vô tuyến RNS (Radio Network

Subsystem). Một RNS gồm một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC và các nút B.

- Chức năng của UTRAN:

+ Hỗ trợ các chức năng truy nhập vô tuyến, đặc biệt là chuyển giao mềm và các

thuật toán quản lý tài nguyên đặc thù của W-CDMA.

13

NútB

NútB

NútB

NútB

RNC

RNC

Iu

Iur

UTRAN

Iub

MSC/VLR

SGSNIu - PS

Iu - CSUSIM

ME

Uu

UE

Cu

Hình 1.5: Cấu trúc UTRAN


+ Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh và chuyển

mạch gói bằng cách sử dụng giao thức vô tuyến duy nhất để kết nối từ UTRAN đến cả hai

vùng của mạng lõi.

+ Đảm bảo tính chung nhất với GSM.

+ Sử dụng cơ chế truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN.

- Các thành phần của UTRAN:

+ Nút B: Là nút logic có chức năng thu và phát vô tuyến, nó còn được gọi là trạm

thu phát gốc BTS. Giao diện giữa nút B và RNC được gọi là I ub. Nút B thực hiện chuyển

đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu. Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô

tuyến. Nút B phủ sóng cho một hoặc nhiều ô, nó được kết nối với thiết bị người sử dụng

UE qua giao diện vô tuyến.

+ Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC (Radio Network Controller): Có chức năng

quản lý các tài nguyên vô tuyến và điều khiển nút B như điều khiển chuyển giao. Giao diện

giữa các RNC được gọi là Iur . Đây là một giao diện logic để có thể thực hiện đấu nối vật lý

giữa các RNC. RNC còn là điểm truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho

mạng lõi CN.

* CN (Core Network):Mạng lõi

- HLR (Home Location Register) : Là thanh ghi định vị thường trú lưu giữ thông tin

chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng. Các thông tin này bao gồm : thông tin về các

dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và các thông tin về dịch vụ bổ sung

như : trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi.

- MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register) : Là tổng

đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị

trí của nó. MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh. VLR có chức

năng lưu giữ bản sao về lý lịch người sử dụng cũng như vị trí chính xác của UE trong hệ

thống đang phục vụ.

- GMSC (Gateway MSC) : Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài.

- SGSN (Serving GPRS) : Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các

dịch vụ chuyển mạch gói (PS – Packet Switch).

- GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Có chức năng như GMSC nhưng chỉ phục

vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói.

* Các mạng ngoài

- Mạng CS (Circuit Switch): Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh giống

như các dịch vụ điện thoại. ISDN và PSTN là các ví dụ về mạng CS.

- Mạng PS (Packet Switch): Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói. Internet là

một ví dụ về mạng PS

* Các giao diện vô tuyến

14


- Giao diện Cu:

Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện này tuân theo một khuôn

dạng chuẩn cho các thẻ thông minh.

- Giao diện Uu:

Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệ thống và vì thế mà nó

là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS.

- Giao diện Iu:

Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang

bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau. Iu có hai kiểu:

+ Iu – CS để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch kênh

+ Iu – PS để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch gói

- Giao diện Iur:

Là giao diện vô tuyến giữa các bộ điều khiển mạng vô tuyến, nó cho phép chuyển giao

mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau. Giao diện Iur phải đảm bảo 4 chức năng

sau:

+ Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC

+ Hỗ trợ kênh lưu lượng riêng

+ Hỗ trợ kênh lưu lượng chung

+ Hỗ trợ quản lý tài nguyên vô tuyến toàn cầu

- Giao diện Iub:

Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC. Iub được tiêu chuẩn hóa như là

một giao diện mở hoàn toàn. Giao diện Iub định nghĩa cấu trúc khung và các thủ tục điều

khiển trong băng cho từng kiểu kênh truyền tải. Các chức năng chính của Iub:

+ Thiết lập, bổ sung, giải phóng và tái thiết lập một kết nối vô tuyến đầu tiên của

một UE và chọn điểm kết cuối lưu lượng.

+ Khởi tạo và báo cáo các đặc thù ô, nút B, kết nối vô tuyến

+ Xử lý kết hợp chuyển giao

+Quản lý sự cố kết nối vô tuyến

15

Documents

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG