Giải pháp chuyển mạch mềm trong mạng di động thế hệ thứ 3 WCDMA

Lời nói đầu
Thị trường di động trong những năm gần đây đã có những bước phát
triển vô cùng mạnh mẽ. Dịch vụ chủ đạo là thoại và SMS. Tuy nhiên, các dịch
vụ dữ liệu dựa trên nền IP ngày càng phát triển. Nhu cầu của con người về
dịch vụ mới là không giới hạn, đòi hỏi các dịch vụ đa dạng và chất lượng cao.
Người sử dụng di động mong muốn cùng một thời điểm họ có thể sử dụng
nhiều dịch vụ như vừa gọi điện thoại vừa gửi hình ảnh, chia sẻ file cho nhau...
Các dịch vụ viễn thông trở thành một một thứ "phong cách" trong cuộc sống.
Sự cạnh tranh giữa các nhà khai thác ngày càng khốc liệt. Với các dự đoán về
sự phát triển của thị trường như vây, họ phải có các bước đi phù hợp nhằm
đảm bảo sự sống còn của mình. Một giải pháp được quan tâm là xu hướng hội
tụ. Các nhà khai thác xây dựng mạng có tính hội tụ: một hệ thống các ứng
dụng chung chạy trên một hạ tầng mạng lõi duy nhất có thể phục vụ cho
nhiều phương thức truy nhập khác nhau. Trong lĩnh vực di động, việc chuyển
đổi kiến trúc mạng từ chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói dựa trên nền
công nghệ IP đang là xu hướng chủ đạo.
Trong luận văn này, em tập trung nghiên cứu về giải pháp chuyển mạch
mềm trong mạng di động – Mobile Switching Solution. Giải pháp này dựa
trên kiến trúc mạng phân lớp, mạng tích hợp ngang. Đó là kiến trúc mạng có
sự phân tách chức năng điều khiển với chức năng vận chuyển dữ liệu. Sự
phân tách lớp điều khiển khỏi lớp truyền tải phù hợp với xu hướng phát triển
của các hệ thống thông tin di động 3G và phù hợp với các tổ chức tiêu chuẩn
3GPP.
Nội dung báo cáo của em gồm:
Chương 1: Tổng quan về sự phát triển các hệ thống thông tin di động
1
Chương 2: Giải pháp chuyển mạch mềm trong mạng di động thế hệ thứ 3
WCDMA
Chương 3: Cách thức triển khai giải pháp MSS
Trong quá trình nghiên cứu, em đã cố gắng hoàn thành bản luận văn của
mình một cách hoàn chỉnh. Nhưng do thời gian và kiến thức còn nhiều hạn

chế nên luận văn không thể tránh khỏi thiếu sót. Kính mong nhận được sự chỉ
bảo của thầy cô và ý kiến đóng góp của bạn bè để luận văn của em được hoàn
thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của TS. Trần Văn
Cúc và các thầy cô giáo trong khoa Điện tử viễn thông để em hoàn thành luận
văn này.
Em xin chân thành cảm ơn!

2
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CÁC HỆ
THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1. Giới thiệu chung các mạng di dộng
Điện thoại di động đã chứng tỏ là một trong những thành tựu nổi bật về
công nghệ và thương mại trong những thập niên gần đây. Kể từ khi có sự ra
đời của điện thoại di động, vị trí của nó trong thị trường đã phát triển một
cách chóng mặt từ một thiết bị sơ khai, một vật chuyên biệt, rồi trở thành một
vật dụng thực sự cần thiết đối với việc giải trí và kinh doanh. Qua hai thập kỷ
gần đây, kết hợp với sự giảm đáng kể chi phí cho hoạt động và sự phát triển
của những ứng dụng và dịch vụ mới lạ, sự tiến triển trong công nghệ di động
đã khẳng định một thị trường lớn mạnh.
Sự tiến triển của công cuộc truyền thông di động có thể phân ra làm hai
thế hệ phát triển. Hiện tại, chúng ta sắp bước vào thế hệ thứ ba (3G) của
những hệ thống di động. Tổng quan mà nói, những hệ thống của thế hệ thứ
nhất (1G) là mũi tên chỉ đường cho các thế hệ sau, và những hệ thống này dựa
trên nền tảng công nghệ tương tự. Đến những năm 1990, những hệ thống của
thế hệ thứ hai (2G) ra đời dựa trên công nghệ kỹ thuật số. Bên cạnh lĩnh vực
viễn thông truyền giọng nói bằng kỹ thuật số, với sự góp mặt của những hệ
thống 2G, một loạt các dịch vụ số mới với tốc độ truyền dữ liệu thấp đã trở
nên phong phú và đa dạng, bao gồm “mobile fax” (chuyển fax di động), gửi
thư giọng nói, và dịch vụ gửi tin nhanh (short message service – SMS).

Những hệ thống của thế hệ thứ hai (2G) đồng nghĩa với sự toàn cầu hoá các
hệ thống di động. Trong việc nhận ra tầm quan trọng của Internet và đồng
thời là một bước tiến tiếp tới ngưỡng cửa của công nghệ thế hệ thứ ba (3G),
giai đoạn phát triển cuối của loại mạng 2G đã cho ra đời những dịch vụ đa
phương tiện di động. Sự phát triển đầy kinh ngạc của Internet mô tả hoàn hảo
3
nhu cầu truy nhập vào các ứng dụng và dịch vụ băng rộng. Những loại dịch
vụ này nằm ngoài khả năng của các hệ thống thuộc thế hệ 2G đương thời, là
những dịch vụ mà chỉ cung cấp các dịch vụ thoại có tốc độ dữ liệu thấp. Sự
hội tụ của những công nghệ dựa trên các giao thức Internet và di động ngày
nay là động lực chính cho sự phát triển của các hệ thống thuộc 3G. Những hệ
thống truyền thông di động 3G sẽ có khả năng phân phối các ứng dụng và
dịch vụ với tốc độ dữ liệu lên tới và có thể vượt quá 2Mb/s. Việc tiêu chuẩn
hoá các hệ thống 3G thực hiên bởi Liên đoàn Viễn thông Quốc tế. Trên
phương diện toàn cầu, người ta sẽ nhìn nhận ra đây là hệ thống Viễn thông Di
động Quốc tế 2000 (IMT- 2000). Ở châu Âu, hệ thống 3G này sẽ được coi là
Hệ thống Viễn thông Di động Toàn cầu (UMTS). Cho dù thoại vẫn có thể là
ứng dụng chiếm ưu thế trong mấy năm đầu của mạng hệ 3G, những cũng sẽ
có khả năng mạng vận hành những hệ thống với những ứng dụng đa phương
tiện di động, chẳng hạn như điện thoại truyền hình ảnh, truy nhập file bằng
ftp, tra cứu trang Web… Khi công nghệ 3G mở ra, những ứng dụng mới với
băng thông rộng sẽ thâm nhập thị trường theo một khuynh hướng mà việc
chuyển phát dữ liệu sẽ cho ra thông lượng lớn nhất.
Tuy nhiên, mạng thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) vẫn chưa đáp
ứng được tất cả nhu cầu của khách hàng cần sử dụng giao tiếp thông tin tốc
độ cao. Do đó, đòi hỏi phải có sự ra đời của mạng di động thế hệ thứ tư (4G).
Tốc độ dữ liệu di động trên 2Mb/s, và có khả năng lên tới 155Mb/s trong một
số môi trường nhất định, sẽ tiếp tục mở rộng các dịch vụ và ứng dụng trong
khả năng phân phối.
1.2. Hệ thống thông tin di động 2G

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) ra đời là một bước ngoặt
trong lịch sử ngành truyền thông thế giới. Từ sử dụng toàn bộ các thiết bị với
4
tín hiệu tương tự sang sử dụng toàn bộ các thiết bị với tín hiệu số đã giúp chất
lượng mạng được cải thiện đáng kể.
Giai đoạn đầu của quá trình phát triển GSM là phải đảm bảo dịch vụ số
liệu tốt hơn. Tồn tại hai cơ chế dịch vụ số liệu: chuyển mạch kênh (CS:
Circuit Switched) và chuyển mạch gói (PS: Packet Switched).
Các dịch vụ số liệu chế độ chuyển mạch kênh đảm bảo:
- Dịch vụ bản tin ngắn – SMS
- Số liệu dị bộ cho tốc độ 14,4Kbps
- Fax băng tiếng cho tốc độ 14,4Kbps
Các dịch vụ số liệu chế độ chuyển mạch gói đảm bảo:
- Chứa cả chế độ dịch vụ kênh
- Dịch vụ Email, Internet, …
- Sử dụng các chức năng IWF/PSDN
Hình 1.1: Cấu trúc mạng GSM
Để thực hiện kết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể sử dụng giao
thức ứng dụng vô tuyến – WAP.
5
SSS
AUC
EIR
MSC
HLR
BSS
BSC
BTS
VLR
ISDN

OMC

PLMN
PSTN
CSPDN
MS
OSS : Hệ thống khai thác và hỗ trợ
AUC : Trung tâm nhận thực
HLR : Bộ ghi định vị thường trú
MSC : 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 gói công cộng
PSDN : Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng
SS : Hệ thống chuyển mạch
VLR : Bộ ghi định vị tạm trú
EIR : Thanh ghi nhận dạng thiết bị
BTS : Trạm vô tuyến gốc
MS : Máy di động
ISDN : Mạng số liên kết đa dịch vụ
PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng
Hệ thống GSM được thiết kế để làm việc ở băng tần 900 MHz
(896-960 MHz) và qui định tám khe thời gian cho mỗi kênh rộng 200 KHz.
Cấu trúc của mạng gồm ba phần chính:
• Phân hệ vô tuyến (RSS - Radio SubSystem) bao gồm phân hệ trạm gốc
(BSS) và thuê bao MS.
• Phân hệ chuyển mạch (SSS - Switching SubSystem) dùng cho các
chức năng chuyển mạch cần thiết cho các hoạt động độc lập của mạng
hoặc cho các hoạt động kết hợp của mạng với các mạng cố định

(PSTN/ISDN) hoặc các mạng vô tuyến khác.
6
• Phân hệ vận hành và bảo dưỡng (OMS - Operation and Maintenance
Subsystem) cung cấp các chức năng cần thiết cho toàn bộ hoạt động
của mạng và cho việc thu nhận thông tin về hoạt động của hệ thống.
 Phân hệ vô tuyến (RSS - Radio SubSystem)
 Trạm di động (MS - Mobile Station)
MS là một đầu cuối di động, gồm 2 thiết bị: thiết bị di động ME
(Mobile Equipment) và module nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Identity
Module). SIM là một khối vật lý tách riêng, chẳng hạn là một IC Card hoặc
còn gọi là card thông minh. Không có SIM, MS không thể thâm nhập đến
mạng trừ trường hợp gọi khẩn. Khi liên kết đăng ký thuê bao với card SIM
chứ không phải với MS.
MS có 3 chức năng chính:
- Thiết bị đầu cuối: Để thực hiện các dịch vụ người sử dụng (thoại,
fax, màn hiển thị,…)
- Kết cuối di động: Để thực hiện truyền dẫn ở giao diện vô tuyến vào
mạng
- Thích ứng đầu cuối
 Hệ thống trạm gốc (BSS - Base Station System)
BSS là một hệ thống đặc thù riêng cho tính chất tổ ong vô tuyến của
GSM. BSS giao tiếp trực tiếp với các trạm di động MS thông qua giao diện vô
tuyến, vì thế nó bao gồm các thiết bị thu/phát đường vô tuyến và quản lý các
chức năng này. Mặt khác BSS thực hiện giao tiếp với các tổng đài ở phân hệ
chuyển mạch SS. Tóm lại, BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờ
vậy đấu nối những người sử dụng các trạm di động với những người sử dụng
viễn thông khác. BSS cũng phải được điều khiển, do đó nó được đấu nối với
phân hệ vận hành và bảo dưỡng OMS.
7
BSS bao gồm hai loại thiết bị là: BTS giao diện với MS và BSC giao

diện với MSC.
 Trạm thu phát gốc (BTS - Base Tranceiver Station)
Một BTS bao gồm các thiết bị thu/phát, anten và bộ xử lý tín hiệu đặc
thù cho giao diện vô tuyến. BTS là thiết bị trung gian giữa mạng GSM và
thiết bị thuê bao MS, trao đổi thông tin với MS qua giao diện vô tuyến. Có thể
coi BTS là các Modem vô tuyến phức tạp có thêm một số các chức năng
khác. Mỗi BTS tạo ra một hay một số khu vực vùng phủ sóng nhất định gọi là
tế bào (cell).
Một bộ phận quan trọng của BTS là khối chuyển đổi mã và thích ứng
tốc độ (TRAU - Transcode/Rate Adapter Unit). TRAU là thiết bị mà ở đó quá
trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, tại đây
cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu. Khối thích
ứng và chuyển đổi mã thực hiện chuyển đổi mã thông tin từ các kênh vô
tuyến (16 Kb/s) theo tiêu chuẩn GSM thành các kênh thoại tiêu chuẩn (64 Kb/
s) trước khi chuyển đến tổng đài. TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng
có thể được đặt cách xa BTS và thậm chí còn đặt trong BSC và MSC. TRAU
thường được điều khiển bởi BTS.
 Bộ điều khiển trạm gốc (BSC - Base Station Controller)
BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh
điều khiển từ xa. Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vô
tuyến và chuyển giao. Một phía BSC được nối với BTS, còn phía kia nối với
MSC của phân hệ SS. Trong thực tế, BSC được coi như là một tổng đài nhỏ,
có khả năng tính toán đáng kể. Vai trò chính của nó là quản lý các kênh ở
giao diện vô tuyến và chuyển giao. Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện
A, còn giao diện giữa BTS và BSC là giao diện Abis.
8
Các chức năng chính của BSC:
1. Quản lý mạng vô tuyến: việc quản lý vô tuyến chính là quản lý các
cell và các kênh logic của chúng. Các số liệu quản lý đều được đưa về BSC
để đo đạc và xử lý, chẳng hạn như lưu lượng thông tin ở một cell, môi trường

vô tuyến, số lượng cuộc gọi bị mất, các lần chuyển giao thành công và thất
bại...
2. Quản lý trạm vô tuyến gốc BTS: trước khi đưa vào khai thác, BSC
lập cấu hình của BTS (số máy thu/phát TRX, tần số cho mỗi trạm...). Nhờ đó
mà BSC có sẵn một tập các kênh vô tuyến dành cho điều khiển và nối thông
cuộc gọi.
3. Điều khiển nối thông các cuộc gọi: BSC chịu trách nhiệm thiết lập và
giải phóng các đấu nối tới máy di động MS. Trong quá trình gọi, sự đấu nối
được BSC giám sát. Cường độ tín hiệu, chất lượng cuộc đấu nối được ở máy
di động và TRX gửi đến BSC. Dựa vào đó mà BSC sẽ quyết định công suất
phát tốt nhất của MS và TRX để giảm nhiễu và tăng chất lượng cuộc đấu nối.
BSC cũng điều khiển quá trình chuyển giao nhờ các kết quả đo kể trên để
quyết định chuyển giao MS sang cell khác, nhằm đạt được chất lượng cuộc
gọi tốt hơn. Trong trường hợp chuyển giao sang cell của một BSC khác thì nó
phải nhờ sự trợ giúp của MSC. Bên cạnh đó, BSC cũng có thể điều khiển
chuyển giao giữa các kênh trong một cell hoặc từ cell này sang kênh của cell
khác trong trường hợp cell này bị nghẽn nhiều.
4. Quản lý mạng truyền dẫn: BSC có chức năng quản lý cấu hình các
đường truyền dẫn tới MSC và BTS để đảm bảo chất lượng thông tin. Trong
trường hợp có sự cố một tuyến nào đó, nó sẽ tự động điều khiển tới một tuyến
dự phòng.
9
 Phân hệ chuyển mạch (SS - Switching Subsystem)
Phân hệ chuyển mạch (SS) bao gồm các chức năng chuyển mạch chính
của mạng GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và
quản lý di động của thuê bao. Chức năng chính của SS là quản lý thông tin
giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác.
SS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng khả năng truyền tải
của các mạng này cho việc truyền tải số liệu của người sử dụng hay báo hiệu
giữa các phần tử của mạng GSM. Chẳng hạn SS có thể sử dụng mạng báo

hiệu kênh chung số 7, mạng này đảm bảo hoạt động tương tác giữa các phần
tử của SS trong một hay nhiều mạng GSM.
Phân hệ chuyển mạch bao gồm:
 Trung tâm chuyển mạch di động (MSC - Mobile Switching Center)
MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ
điều khiển trạm gốc BSC. Một tổng đài MSC thích hợp cho một vùng đô thị
và ngoại ô có dân cư vào khoảng một triệu (với mật độ thuê bao trung bình).
MSC thực hiện các chức năng chuyển mạch chính, nhiệm vụ chính của MSC
là tạo kết nối và xử lý cuộc gọi đến những thuê bao của GSM, một mặt MSC
giao tiếp với phân hệ BSS và mặt khác giao tiếp với mạng ngoài qua G-MSC.
 Bộ ghi định vị thường trú (HLR - Home Location Register)
HLR lưu giữ các số liệu cố định của thuê bao di động trong mạng như
SIM, các thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thông, không
phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về vị trí hiện
thời của thuê bao. Thường HLR là một máy tính đứng riêng, không có khả
năng chuyển mạch nhưng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao. Một
chức năng con của HLR là nhận dạng trung tâm nhận thực thuê bao AUC.
 Bộ ghi định vị tạm trú (VLR - Visitor Location Register)
10
Là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng
phục vụ của MSC. Mỗi MSC có một VLR, thường thiết kế VLR ngay trong
MSC. Ngay cả khi MS lưu động vào một vùng MSC mới. VLR liên kết với
MSC sẽ yêu cầu số liệu về MS từ HLR. Đồng thời HLR sẽ được thông báo
rằng MS đang ở vùng MSC nào. Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc
gọi, VLR sẽ có tất cả các thông tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi mà
không cần hỏi HLR có thể coi VLR như một HLR phân bố. VLR chứa thông
tin chính xác hơn về vị trí MS ở vùng MSC. Nhưng khi thuê bao tắt máy hay
rời khỏi vùng phục vụ của MSC thì các số liệu liên quan tới nó cũng hết giá
trị. Vì vậy, có thể gọi HLR là hệ thống lưu giữ “ Hộ khẩu tạm trú ” của các
thuê bao vãng lai.

 Thanh ghi nhận dạng thiết bị (EIR - Equipment Identity Register):
EIR có chức năng kiểm tra tính hợp lệ của ME thông qua số liệu nhận
dạng di động quốc tế ( IMEI - International Mobile Equipment Identity ) và
chứa các số liệu về phần cứng của thiết bị. ME thuộc một trong ba danh sách
sau:
- Nếu ME thuộc danh sách trắng ( White List ) thì nó được quyền truy nhập
và sử dụng các dịch vụ đã đăng ký.
- Nếu ME thuộc danh sách xám ( Gray List ), tức là có nghi vấn và cần kiểm
tra.
- Nếu ME thuộc danh sách đen ( Black List ), tức là bị cấm không cho truy
nhập vào mạng.
 Trung tâm nhận thực (AUC – AUthentication Center)
Được nối đến HLR, chức năng của AUC là cung cấp cho HLR các tần
số nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật. Đường vô tuyến
cũng được AUC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã này được thay
đổi riêng biệt cho từng thuê bao. Cơ sở dữ liệu của AUC còn ghi nhiều thông
11
tin cần thiết khác khi thuê bao đăng ký nhập mạng và được sử dụng để kiểm
tra khi thuê bao yêu cầu cung cấp dịch vụ, tránh việc truy nhập mạng một
cách trái phép.
 Tổng đài di động cổng G-MSC:
Tất cả các cuộc gọi vào cho mạng GSM/PLMN sẽ được định tuyến cho
tổng đài vô tuyến cổng Gateway-MSC. Nếu một người nào đó ở mạng cố
định PSTN muốn thực hiện một cuộc gọi đến một thuê bao di động của mạng
GSM/PLMN. Tổng đài tại PSTN sẽ kết nối cuộc gọi này đến MSC có trang bị
một chức năng được gọi là chức năng cổng. Tổng đài MSC này gọi là MSC
cổng và nó có thể là một MSC bất kỳ ở mạng GSM. G-MSC sẽ phải tìm ra vị
trí của MS cần tìm. Điều này được thực hiện bằng cách hỏi HLR nơi MS đăng
ký. HLR sẽ trả lời, khi đó MSC này có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC
cần thiết. Khi cuộc gọi đến MSC này, VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của

MS. Như vậy có thể nối thông một cuộc gọi ở mạng GSM có sự khác biệt
giữa thiết bị vật lý và đăng ký thuê bao.
 Khối IWF:
Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm
truyền dẫn của mạng GSM với các mạng này. Các thích ứng này gọi là chức
năng tương tác IWF. IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và
truyền dẫn. IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở
thiết bị riêng, ở trường hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở.
 Phân hệ khai thác và bảo dưỡng (OSS)
OSS (Operation and Support System) thực hiện 3 chức năng chính:
- Khai thác và bảo dưỡng mạng
- Quản lý thuê bao và tính cước
- Quản lý thiết bị di động
12
 Khai thác và bảo dưỡng mạng:
Khai thác: Là hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi
của mạng như tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao giữa hai
cell… Nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng dịch vụ
mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời nâng cấp. Khai thác còn bao gồm
việc thay đổi cấu hình để giảm những vẫn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời,
để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai và mở rộng vùng phủ sóng. ở hệ
thống viễn thông hiện đại, khai thác được thực hiện bằng máy tính và được
tập trung ở một trạm.
Bảo dưỡng: Có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và
hỏng hóc, nó có một số quan hệ với khai thác. Các thiết bị ở hệ thống viễn
thông hiện đại có khả năng tự phát hiện một số các sự cố hay dự báo sự cố
thông qua kiểm tra. Bảo dưỡng bao gồm các hoạt động tại hiện trường nhằm
thay thế các thiết bị có sự cố, cũng như việc sử dụng các phần mềm điều
khiển từ xa.
Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý

của TMN (Telecommunication Management Network - Mạng quản lý viễn
thông). Lúc này, một mặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các
phần tử của mạng viễn thông (MSC, HLR, VLR, BSC, và các phần tử mạng
khác trừ BTS). Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối tới máy
tính chủ đóng vai trò giao tiếp người - máy. Theo tiêu chuẩn GSM hệ thống
này được gọi là trung tâm vận hành và bảo dưỡng (OMC - Operation and
Maintenance Center).
 Quản lý thuê bao:
Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên là
nhập và xoá thuê bao khỏi mạng. Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp,
bao gồm nhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung. Nhà khai thác có thể thâm
13
nhập được các thông số nói trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác
là tính cước các cuộc gọi rồi gửi đến thuê bao. Khi đó HLR, SIM-Card đóng
vai trò như một bộ phận quản lý thuê bao.
 Quản lý thiết bị di động:
Chức năng này thực hiện việc quản lý các thông số của thiết bị di động
trực thuộc mạng.
1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ 2,5G
Để tăng cường tốc độ truyền số liệu trong mạng 2G, người ta có thể sử
dụng công nghệ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD), dịch vụ vô
tuyến gói chung (GPRS) và EDGE. Bước trung gian này gọi là thế hệ 2,5G.
Các hệ thống 2.5G này như là sự sát nhập hệ thống 2G lên hệ thống thông tin
di động thế hệ thứ 3 (3G). Ưu điểm của các hệ thống này là tận dụng được cơ
sở vật chất sẵn có của mạng GSM, chỉ yêu cầu thay đổi rất ít để có thể khai
thác được.
1.3.1. Hệ thống GPRS
Một sự phát triển đầu tiên của hệ thống GSM để đạt được tốc độ bit
thích hợp với các ứng dụng yêu cầu tốc độ bit trung bình là việc dựa trên nền
GSM sẵn có và thêm một lớp trong thủ tục thông tin cho phép vận chuyển các

dữ liệu dạng gói với tốc độ bit khoảng 115 kbit/s và giữ nguyên kiểu (mode)
chuyển mạch cho các tốc độ bit thấp khoảng chục kbit/s. Hệ thống này có tên
là GPRS. GPRS (General Packet Radio Service) là một hệ thống vô tuyến
thuộc thế hệ 2,5G, nhưng vẫn là một hệ thống 2G nếu xét về mạng lõi. Bằng
việc sử dụng lại các tần số, khung truyền dẫn (frame) và các cơ sở vật chất
sẵn có của mạng GSM, chỉ có duy nhất có thay đổi về phần mềm trong việc
cài đặt hệ thống, giải pháp GPRS sử dụng là mode thông tin khác nhau.
14
Chuẩn GPRS sử dụng khung truyền dẫn TDMA của chuẩn GSM. Tùy
theo số lượng bit thông tin cần tuyền đi, có thể một khe thời gian hoặc nhiều
khe thời gian được sử dụng để chuyển các gói tin. Do đó, ở kiểu chuyển mạch
kênh được sử dụng để truyền thông tin có tốc độ bit thấp như tiếng nói và
kiểu chuyển mạch gói để truyền thông tin tốc độ bit cao hơn như truyền các
gói dữ liệu. GPRS đã kết hợp các khe thời gian, tạo ra tốc độ bit cao hơn so
với GSM. GPRS cho phép tăng tốc độ truyền dữ liệu lên 8 lần nều sử dụng cả
8 khe thời gian của tần số sóng mang. Tuy nhiên, GPRS vẫn dựa vào kỹ thuật
điều chế GMSK nguyên thủy, do đó, vẫn hạn chế tốc độ truyền tin. GPRS là
nền tảng IP (Internet Protocol) cho mạng GSM và UMTS (Universal Mobile
Telecommunication System), do đó nó được sử dụng cho các ứng dụng WAP
(Wireless Application Protocol) và Internet.
1.3.2. Hệ thống EDGE
Một giải pháp kỹ thuật khác để đạt được tốc độ bit tương thích với các
ứng dụng truyền thông đa phương tiện tốc độ cao đó là giải pháp EDGE
(Enhanced Data Rate for GSM Evolution). Giải pháp này sử dụng lại các đặc
trưng phổ của chuẩn GSM cho phép tốc độ bit đạt tới 384 kbit/s. Chuẩn
EDGE cho phép đạt được tốc độ bit này bằng việc kết hợp sử dụng phương
thức điều chế pha 8-PSK (8–Phase Shift Keying) và sử dụng hay kết hợp
nhiều khe thời gian trong quá trình truyền dẫn như trong mạng GPRS thay vì
chỉ sử dụng khe thời gian như trong mạng GSM. Bằng việc có thể sử dụng lại
hầu hết các cơ sở vật chất của mạng GSM, giải pháp này cho phép giảm giá

thành đầu tư. Phương thức điều chế 8-PSK; có nghĩa là trong đó kết hợp 3 bits
cho 1 ký hiệu sẽ tăng tốc độ bit lên 3 lần so với điều chế GMSK của chuẩn
GSM với cùng một dải phổ chiếm dụng. Tốc độ bit cơ sở chuyền từ 270 kbit/s
lên tới 810 kbit/s hoặc tốc độ truyền số liệu 384 kbit/s cho chuẩn EDGE thay
15
vì 9,6 kbit/s cho chuẩn GSM. Tuy nhiên hiệu suất công suất của phương thức
điều chế 8-PSK trong mạng EDGE chỉ bằng 4/9 của phương thức điều chế
GMSK trong mạng GSM. Do đó công suất của máy phát EDGE phải lớn gấp
đôi so với GSM, điều này sẽ ảnh hưởng tới việc chế tạo thiết bị đầu cuối và
các trạm thu phát công suất nhỏ như Micro BTS, pico BTS. Để khắc phục khó
khăn về công suất của máy đầu cuối người ta đã đưa ra giải pháp trong đó
máy đầu cuối ở đường lên sẽ phát tín hiệu sử dụng phương thức điều chế
GMSK còn trạm thu phát vô tuyến gốc BTS sẽ phát ở đường xuống tín hiệu
điều chế 8–PSK với lý do phần lớn các ứng dụng tốc độ cao đều nằm ở đường
xuống (như truy cập internet, ứng dụng dịch vụ đa phương tiện), giải pháp
này nhằm hạn chế tính phức tạp cho máy đầu cuối.
Hệ thống EDGE, tuy nhiên, vẫn dựa vào chuyển mạch kênh và chuyển
mạch gói và hạn chế tốc độ 384 kbit/s nên sẽ khó khăn cho việc ứng dụng các
dịch vụ đòi hỏi việc chuyển mạch linh động hơn và tốc độ truyền dữ liệu lớn
hơn (khoảng 2 Mbit/s) trong tương lai.
1.4. Hệ thống thông tin di động 3G
Các dịch vụ vô tuyến di động thế hệ thứ 3 mới (3G) không tương ứng
với một giao diện thông tin duy nhất và toàn cầu, mà tương ứng với sự kết
hợp các hệ thống có nhiều giao diện với nhau. Sự kết hợp này được gọi là
IMT 2000 và nó kết hợp hệ thống UMTS (Universal Mobile Telephone
System), hệ thống UWC–136 và CDMA 2000. ở Mỹ, các hệ thống đang trong
quá trình nhiên cứu và phát triển đó là hệ thống CDMA 2000 tương ứng với
sự tiến triển của hệ thống IS – 95 và hệ thống UWC–136 là một tiến triển của
IS–136. ở Châu Âu, các hệ thống đang được nghiên cứu và phát triển tương
ứng với chuẩn UMTS. Chuẩn UMTS và CDMA 2000 sử dụng phương pháp

16
truy cập theo mã CDMA, trong khi chuẩn UWC–136 dựa trên phương pháp
truy cập theo thời gian TDMA.
Mục đích của các chuẩn này là cho phép các dịch vụ truyền thông tin
đa phương tiện tốc độ cao (điện thoại, dữ liệu và hình ảnh) qua mạng internet
và để mở ra một mạng thông tin chung trên toàn thế giới. Các chuẩn 3G phải
tương thích với các hệ thống 2G và 2G+. Do đó, kỹ thuật thông tin sử dụng
băng tần kép hoặc đa băng sẽ được ứng dụng.
 Các tiêu chí chung để xây dựng IMT-2000:
 Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau:
- Đường lên : 1882- 2025 MHz
- Đường xuống: 2110- 2200 MHz
 Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thong tin vô
tuyến:
- Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến
- Tương tác cho mọi loại dịch vụ viễn thông
 Có thể hỗ trợ các dịch vụ như sau:
- Các phương tiện tại nhà ảo (VHE – Virtual Home Environment)
trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng
toàn cầu
- Đảm bảo chuyển mạng quốc tế
- Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu
chuyển mạch kênh và số liệu chuyển mạch gói
- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện
 Các yêu cầu đối với hệ thống thông tin di dộng 3G
Sự phát triển của hệ thống thông tin di dộng thế hệ 3 ngoài việc giải
quyết các vấn đề mà hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 chưa thực hiện được,
17
còn phải có khả năng đáp ứng các yêu cầu ngày càng tăng của con người đối
với khả năng truyền số liệu. Vì vậy, hệ thống thông tin di dộng thế hệ 3 phải

thực hiện được những mục tiêu cơ bản sau:
- Tiêu chuẩn thống nhất toàn cầu
- Có khả năng truyền tải đa phương tiện: Hệ thống thông tin di dộng trong
tương lai truyền tải dịch vụ hình ảnh tốc độ thấp cho đến tốc độ cao nhất là
2Mbps.
- Tăng dịch vụ chuyển mạch gói: Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 chỉ
có phương thức chuyển mạch kênh truyền thống, hiệu suất kênh tương đối
thấp. Trong khi đó, hệ thống thông tin di dộng thế hệ 3 tồn tại đồng thời cả
chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói.
- Tăng phương thức truyền tải không đối xứng: Do dịch vụ số liệu mới
như www có đặc tính không đối xứng, truyền tải đường lên thường chỉ cần
vài nghìn bit/s, còn truyền tải đường xuống có thể cần vài trăm nghìn bit/s.
Trong khi đó, hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 chỉ hỗ trợ dịch vụ đối xứng.
- Khả năng tăng cường số liệu: Hệ thống thông tin di dộng trong tương lai
sẽ nâng cao khả năng truyền số liệu so với hệ thống thông tin di dộng thế hệ
2.
- Chất lượng truyền và chất lượng dịch vụ không thua kém mạng cố định:
Hệ thống thông tin di dộng trong tương lai cung cấp chất lượng truyền tải đạt
đến hoặc gần đến chất lượng của hệ thống hữu tuyến, có thể cung cấp tốc độ
truyền là 144Kbps cho người đi xe, 384Kbps cho người đi bộ và 2Mbps cho
người sử dụng trong nhà.
- Hiệu suất phổ tần cao hơn: ứng dụng nhiều kỹ thuật mới như điều khiển
công suất nhanh, chuyển giao mềm, hệ thống anten thông minh… đã nâng cao
hiệu suất phổ của hệ thống mới một cách hiệu quả.
18
Hệ thống 3G WCDMA
UMTS là một hệ thống được lựa chọn cho các hệ thống thông tin di
động thế hệ thứ 3. UMTS được quản lý bởi liên đoàn viễn thông thế giới ITU
trong khuôn khổ dự án IMT-2000 toàn cầu. Năm 1998, dự án UMTS đă mở
rộng đến các đối tác, các tổ chức ở Mỹ, Nhật và Hàn Quốc. Dự án này có tên

là 3GPP (Third Generation Group Project Partnership). Mục đích của UMTS
là để phát triển vùng phủ sóng tốt nhất, tăng số lượng thuê bao, cải tiến sự hội
tụ giữa điện thoại cố định và di động và xúc tiến việc hoàn thành dịch vụ 3G.
UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access) là giao diện vô tuyến của UMTS.
UTRA có 2 kiểu hay phương thức đa truy cập: truy cập theo mã băng rộng
W- CDMA (Wide Band Code Division Multiple Access) dành cho chế độ
FDD và phương pháp phân bố theo mã trong miền thời gian TD-CDMA
(Time Division Code Division Multiple Access) cho ché độ TDD. Phương
thức điều chế được sử dụng cho mỗi kênh là QPSK. Tùy theo nhu cầu sử
dụng phổ và tốc độ bit truyền, hệ số trải phổ sẽ thay đổi cho phù hợp. Kỹ
thuật điều chế và trải phổ được kết hợp gọi là HPSK.
Tốc độ bit dữ liệu thay đổi tùy theo vận tốc di chuyển và hệ thống
UMTS hoạt động theo phương thức truyền dẫn không đồng bộ. Tốc độ dữ
liệu thay đổi và hệ thống cho phép giảm các ảnh hưởng của fading trong kênh
vô tuyến.
WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là một công
nghệ truy nhập vô tuyến được phát triển mạnh ở châu Âu. Hệ thống này hoạt
động ở chế độ FDD và dựa trên kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS-Direct
Sequence Spread Spectrum) sử dụng tốc độ chip 3,84 Mcps bên trong băng
tần 5MHz. Băng tần rộng hơn và tốc độ trải phổ cao làm tăng độ lợi xử lý và
19
một giải pháp thu đa đường tốt hơn, đó là đặc điểm quyết định để chuẩn bị
băng tần cho IMT-2000.
WCDMA hỗ trợ trọn vẹn cả các dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển
mạch gói tốc độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời của các dịch vụ hỗn
hợp với chế độ gói hoạt động ở mức hiệu quả nhất. Hơn thế, WCDMA hỗ trợ
các tốc độ số liệu của người sử dụng có tính thay đổi cao, dựa trên thủ tục
điều chỉnh tốc độ, trong đó tỷ lệ dung lượng số liệu giữa những người sử dụng
có thể thay đổi từ khung này qua khung khác.
Chuẩn WCDMA hiện thời sử dụng phương pháp điều chế QPSK, một

phương pháp điều chế tốt hơn 8-PSK nhiều, cung cấp tốc độ số liệu đỉnh là
2Mbps với chất lượng truyền tốt trong vùng phủ rộng.
WCDMA là công nghệ truyền dẫn vô tuyến mới với mạng truy nhập vô
tuyến mới, được gọi là UTRAN, bao gồm các phần tử mạng mới như RNC
(Radio Network Controller) và NodeB (tên gọi trạm gốc mới trong UMTS).
20
Hình 1.2: Kiến trúc mạng 3G WCDMA
Kiến trúc mạng 3G WCDMA gồm:
 Thiết bị người sử dụng (UE - User Equipment)
Thiết bị người sử dụng bao gồm thiết bị di động (ME) và Module nhận
dạng thuê bao UMTS (USIM). USIM là một vi mạch chứa thông tin liên quan
đến thuê bao cùng với khóa an toàn. Giao diện giữa UE và mạng là giao diện
Uu.
 Mạng truy nhập (AN - Access Network)
Mạng truy nhập chứa các phần tử sau:
- Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC – Radio Network Controller): đóng
vai trò như BSC ở mạng thông tin di động GSM
- Nút B (NB – Node B): đóng vai trò như các trạm BTS ở mạng thông tin
di động GSM
21
Theo quy định của 3GPP, trạm gốc được gọi là nút B. Nút B được nối
đến bộ điều khiển mạng vô tuyến – RNC. RNC điều khiển tài nguyên vô
tuyến của các nút B. Giao diện giữa nút B và RNC là giao diện Iub. Khác với
giao diện Abis tương đương của GSM, giao diện Iub được tiêu chuẩn hóa
hoàn toàn và để mở, vì thế nó có thể kết nối nút B của nhà sản xuất này với
RNC của một nhà sản xuất khác.
Khác với ở GSM là các BSC không nối với nhau, mạng truy nhập vô
tuyến của 3G WCDMA có cả các giao diện giữa các RNC. Mục đích của giao
diện này là hỗ trợ tính di động giữa các RNC và chuyển giao giữa các nút B
nối đến các RNC.

 Mạng lõi (CN - Core Network)
Mạng lõi CN thực hiện khả năng hỗ trợ cho cả các dịch vụ viễn thông
chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói tới các thuê bao di động. Các dịch vụ
viễn thông này bao gồm cả các dịch vụ cơ bản và các dịch vụ mới. Các dịch
vụ chuyển mạch kênh cơ bản bao gồm việc chuyển mạch kênh cho các cuộc
gọi thoại và dữ liệu, các chức năng điều khiển cuộc gọi để hỗ trợ các cuộc gọi
chuyển mạch kênh điểm-điểm cơ bản. Các dịch vụ chuyển mạch gói cơ bản
bao gồm việc định tuyến và vận chuyển các gói IP của người dùng. Các dịch
vụ mới, được đề cập chung như là các dịch vụ bổ sung hay là các dịch vụ
được thêm vào, bao gồm bất cứ dịch vụ nào cung cấp các hữu ích ngoài các
dịch vụ cơ bản. Ví dụ như các dịch vụ chuyển mạch kênh mới bao gồm các
cuộc gọi trả trước, các cuộc gọi miễn thuế, cuộc gọi chuyển tiếp (ví dụ chuyển
tiếp một cuộc gọi thoại này đến một cuộc gọi thoại khác hay đến một hòm
thư)… Các dịch vụ chuyển mạch gói mới có thể bao gồm tất cả các dịch vụ
hay tất cả các ứng dụng trên nền mạng IP ngoại trừ sự vận chuyển gói đơn
giản. Một vài ứng dụng là dịch vụ thư điện tử, World-Wide-Web, các dịch vụ
22
dựa vào sự phân vùng, các dịch vụ nhắn tin đa phương tiện, chò trơi trên
mạng và dịch vụ thương mại điện tử.
Mạng lõi CN được chia thành các khối chức năng như sau:
1. Vùng chuyển mạch kênh (CS)
2. Vùng chuyển mạch gói (PS)
3. Phân hệ đa phương tiện IP (IMS)
4. Các bộ dịch vụ thông tin
 Vùng chuyển mạch kênh trong mạng lõi
Vùng CS bao gồm tất cả các thực thể mạng lõi để cung cấp các dịch vụ
thoại và dữ liệu chuyển mạch kênh cho các thuê bao di động. Vùng chuyển
mạch kênh trong mạng lõi được xây dựng dựa trên các kỹ thuật của mạng lõi
GSM.
Các thực thể mạng chính của nó là:

- Tổng đài di động cổng Gateway MSC
- Cổng Gateway MSC
- Bộ ghi định vị tạm trú VLR
- Bộ phục vụ thuê bao thường trú HSS.
- Bộ ghi nhận thực thiết bị EIR và Trung tâm nhận thực AuC.
MSC đóng vai trò chuyển mạch và các chức năng điều khiển cuộc gọi
cần thiết để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cơ bản cho các đầu cuối
di động. Mặt khác, nó cũng giữ chức năng quản lý di động, bao gồm các chức
năng đăng ký vị trí và handoff cho các đầu cuối di động. MSC liên kết các
RAN tới vùng CS trong mạng lõi. Một MSC có thể nối với nhiều BSS trong
GSM hay với nhiều RNS trong UTRAN.
Một MSC riêng biệt được gọi là Gateway MSC (GMSC) có thể được
sử dụng để kết nối với các mạng chuyển mạch kênh bên ngoài. Một GMSC có
23
trách nhiệm trong việc định tuyến cuộc gọi chuyển mạch kênh tới các đích
cuối cùng của nó trong các mạng bên ngoài. Các chức năng chuyển mạch và
điều khiển cuộc gọi của một GMSC có thể cũng được tách ra và được thực
hiện trên các thực thể mạng riêng biệt: CS-MGW cho việc chuyển mạch và
điều khiển phương tiện và một GMSC Server cho việc điều khiển cuộc gọi.
Một VLR duy trì vị trí và dịch vụ thu thập thông tin cho các di động tạm trú
tạm thời trong khi chúng ở bên trong phần được điều khiển bởi VLR của
mạng. Nó theo dõi vị trí của một di động tạm trú và báo tin cho HLR của di
động tạm trú về vị trí hiện tại của di động. Nó khôi phục dịch vụ thu thập
thông tin của một di động tạm trú từ HLR của di động đó, duy trì một bản sao
thông tin trong khi di động tạm trú ở bên trong phần được điều khiển bởi
VLR của mạng và sử dụng thông tin để cung cấp dịch vụ điều khiển cho di
động tạm trú.
Một VLR nói chung được hòa nhập với mỗi MSC bởi vì không có một
giao diện chuẩn mở nào được xác định giữa một MSC và một VLR. Giao
thức MAP (Mobile Application Part) được sử dụng trong việc báo hiệu giữa

một VLR và một HLR.
 Vùng chuyển mạch gói trong mạng lõi
Vùng PS CN cung cấp các chức năng chính dưới đây để hỗ trợ cho các
dịch vụ chuyển mạch gói:
- Điều khiển truy nhập mạng: xác định những thuê bao di động nào
được cho phép để sử dụng vùng PS. Các chức năng này bao gồm việc
đăng ký, việc nhận thực và việc uỷ quyền, điều khiển sự cho phép,
việc chọn lọc tin nhắn, và thu thập dữ liệu sử dụng.
24
- Định tuyến và vận chuyển gói: địng tuyến các gói tin người dùng đến
các đích của chúng hoặc trong cùng một PLMN hoặc trong các mạng
bên ngoài.
- Quản lý di động: Cung cấp các chức năng quản lý di động ở lớp
mạng. Các chức năng này bao gồm việc theo dõi các vị trí của các
đầu cuối di động, đánh dấu thời điểm bắt đầu để xác định vị trí chính
xác của một di động cụ thể khi mạng có dữ liệu để gửi cho di động,
và duy trì cập nhật mạng lõi định tuyến tới di động khi chúng di
chuyển.
Vùng PS được xây dựng trên nền mạng GPRS. Như trong GPRS, vùng
PS CN 3GPP bao gồm hai loại nút mạng chính: Serving GPRS Support Node
(SGSN) và Gateway GPRS Support Node (GGSN).
Một SGSN liên kết một hay nhiều RAN tới một PS CN.
Một GGSN phục vụ như là giao diện giữa vùng PS CN và mạng gói
khác (ví dụ như Internet, intranet, phân hệ đa phương tiện IP 3GPP). Một
GGSN có thể được sử dụng để hỗ trợ cho cả các GERAN và các UTRAN.
 Các bộ phục vụ thông tin
HSS, EIR và AuC được chia sẻ bởi các vùng PS và CS.
Bộ phục vụ thuê bao thường trú (HSS): HSS là cơ sở dữ liệu logic
chính gốc trong một PLMN để duy trì cho mạng thu thập thông tin của người
dùng để điều khiển các dịch vụ mạng cung cấp cho người sử dụng. Thành

phần chính của HSS là bộ ghi định vị thường trú (HLR), HLR để duy trì các
đặc điểm của người sử dụng, các vị trí, và các dịch vụ thu thập thông tin.
Trung tâm nhận thực (AuC): AuC là một thực thể logic để duy trì thông
tin cần thiết cho mạng để nhận thực mỗi người dùng và để m• hoá thông tin
25