lv tìm hiểu hệ thống mạng di động 3g umts

TRƯỜNG ĐH TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG




ĐỒ ÁN 4
TÌM HIỂU HỆ THỐNG MẠNG DI
ĐỘNG 3G UMTS





Giảng viên hướng dẫn: ĐỖ ĐÌNH THUẤN

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN TRỌNG TUẤN
MSSV: 081563D

Lớp: 08DD4D
Khóa: 12


Tp.HCM, ngày 01 tháng 05 năm 2011
Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn

Đồ án 4 2

LỜI CÁM ƠN



Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy ĐỖ ĐÌNH THUẤN trên cƣơng
vị là ngƣời hƣớng dẫn chính của đề tài, đã hƣớng dẫn tận tâm cho em
trong thời gian qua để hoàn thành đồ án 4


Em cũng xin cám ơn các thầy cô khoa Điện – Điện tử trong thời gian
qua đã truyền đạt cho em những kiến thức bổ ích giúp em hoàn thành
đồ án 4 này một cách hoàn thiện hơn.


Trong suốt quá trình hoàn thành đồ án này, với sự hạn hẹp về kiến
thức của mình, chắc chắn rằng sẽ không tránh khỏi những sai sót,
kính mong sự phê bình và góp ý của quý thầy cô và các bạn.


Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn

Đồ án 4 3

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Tuấn - 081563D
Lớp: 08DD4D
Khoa: Điện – Điện Tử
Tên đề tài: Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS

Nhận xét của giảng viên hƣớng dẫn:




















Ngày……tháng …….năm 2011

Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn

Đồ án 4 4

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Tuấn - 081563D
Lớp: 08DD4D
Khoa: Điện – Điện Tử
Tên đề tài: Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS

Nhận xét của giảng viên hƣớng dẫn:




















Ngày……tháng …….năm 2011

Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn

Đồ án 4 5

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 6


CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA UMTS 8
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 8
1.2 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG LÊN 4G 8
1.3 KIẾN TRÚC CHUNG CỦA MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
3G 10
1.4 CHUYỂN MẠCH KÊNH(CS),CHUYỂN MẠCH GÓI(PS),DỊCH VỤ
CHUYỂN MẠCH KÊNH VÀ DỊCH VỤ CHUYỂN MẠCH GÓI 11
1.5 CÁC LOẠI LƢU LƢỢNG VÀ DỊCH VỤ ĐƢỢC 3G WCDMA
UMTS HỖ TRỢ 14
1.6 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R3 16
1.7 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R4 23
1.8 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R5 và R6 25
1.9 CHIẾN LƢỢC DỊCH CHUYỂN TỪ GSM SANG UMTS 30
1.10 CẤU HÌNH ĐỊA LÝ CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 33
1.11 TỔNG KẾT 37


CHƢƠNG 2: NGHỆ ĐA TRUY NHẬP CỦA WCDMA 38
2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 38
2.2 TRẢI PHỔ VÀ ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ 38
2.3 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 43
2.4 CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG CDMA 44
2.5 MÁY THU PHÂN TẬP ĐA ĐƢỜNG HAY MÁY THU RAKE 46

2.6 CÁC MÃ TRẢI PHỔ SỬ DỤNG TRONG WCDMA 48
2.7 TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ ĐƢỜNG LÊN 50
2.8 TỔNG KẾT 52
THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO 57




Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn

Đồ án 4 6

LỜI MỞ ĐẦU


Ngày này thông tin di động là ngành công nghiệp viễn thông phát
triển nhanh nhất với con số thuê bao đã đạt đến 3,6 tỷ tính đến cuối năm 2008.
Khởi nguồn từ dịch vụ thoại đắt tiền cho một số ít ngƣời đi xe, đến nay với sự
ứng dụng ngày càng rộng rãi các thiết bị thông tin di động thế hệ ba, thông tin
di động có thể cung cấp nhiều hình loại dịch vụ đòi hỏi tốc độ số liệu cao cho
ngƣời sử dụng kể cả các chức năng camera, MP3 và PDA. Với các dịch vụ
đòi hỏi tốc độ cao ngày các trở nên phổ biến này, nhu cầu 3G cũng nhƣ phát
triển nó lên 4G ngày càng trở nên cấp thiết.
ITU đã đƣa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế hệ ba
với tên gọi IMT-2000 để đạt đƣợc các mục tiêu chính sau đây:
 Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng nhƣ truy
nhập internet nhanh hoặc các ứng dụng đa phƣơng tiện, do yêu cầu ngày
càng tăng về các dịch vụ này.
 Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới nhƣ đánh số cá nhân toàn

cầu và điện thoại vệ tinh. Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm
phủ của các hệ thống thông tin di động.
 Tƣơng thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm
bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động .
Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba IMT-2000
đã đƣợc đề xuất, trong đó hai hệ thống WCDMA UMTS và cdma-2000 đã
đƣợc ITU chấp thuận và đã đƣợc đƣa vào hoạt động. Các hệ thống này đều sử
dụng công nghệ CDMA điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế
giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin động thế hệ ba.
HSDPA (High Speech Downlink Packet Access: truy nhập gói đƣờng
xuống tốc độ cao) là một mở rộng của các hệ thống 3G WCDMA UMTS đã
có thể cung cấp tốc độ lên đến 10 Mbps trên đƣờng xuống. HSDPA là một
chuẩn tăng cƣờng của 3GPP-3G nhằm tăng dung lƣợng đƣờng xuống bằng
cách thay thế điều chế QPSK trong 3G UMTS bằng 16QAM trong
HSDPA.HSDPA hoạt động trên cơ sở kết hợp ghép kênh theo thời
gian(TDM)với ghép kênh theo mã và sử dụng thích ứng đƣờng truyền. Nó
cũng đƣa ra một kênh điều khiển riêng để đảm bảo tốc độ truyền dẫn số
liệu. Các kỹ thuật tƣơng tự cũng đƣợc áp dụng cho đƣờng lên trong chuẩn
HSUPA(High Speech Uplink Packet Access). Hai công nghệ truy nhập
HSDPA và HSUPA đƣợc gọi chung là HSPA (High Speed Packet Data).
Để làm cho công nghệ 3GPP UTRA/UTRAN mang tính cạnh tranh hơn nữa
(chủ yếu là để cạnh tranh với các công
nghệ mới của 3GPP2 và WiMAX),
3GPP quyết định phát triển E-UTRA và E-
UTRAN (E: Elvolved ký hiệu
cho phát triển) còn đƣợc gọi là siêu 3G (Super-3G) hay LTE (Long Term
Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn

Đồ án 4 7

Evolution) mà thực chất là giai đoạn đầu 4G. Công việc phát triển sẽ
tiến
hành trong 10 năm và sau đó nhƣ là sự phát triển dài hạn (LTE: Long
Term
Evolution) của công nghệ truy nhập vô tuyến 3GPP. Trong giai đoạn này
tốc độ số liệu đạt đƣợc 30-100Mbps với băng thông 20MHz. Tiếp sau
LTE,IMT-Adv (IMT tiên tiến) sẽ đƣợc phát triển, đây sẽ là thời kỳ phát triển
của 4G với tốc độ từ 100 đến 1000 Mbps và băng thông 100MHz. Hình L.1
cho thấy viễn cảnh của thông tin di động 4G về khả năng đáp ứng tốc độ
chuyển động và và tốc độ truyền số liệu.




Hiện nay tại Việt Nam băng tần I dành cho WCDMA đã đƣợc chia
là bốn khe và đƣợc cấp phát cho bốn nhà khai thác: Viettel, VMS, GPC,
EVN+HT. Trong các năm tới 3GWCDMA UMTS sẽ đƣợc triển khai trên
băng tần này.

Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn

Đồ án 4 8

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA UMTS


1.1 GIỚI THIỆU CHUNG:
1.1.1. Mục đích chương

 Hiểu lộ trình phát triển thông tin di động lên 4G
 Hiểu đƣợc kiến trúc tổng quát của một mạng thông tin di động 3G.
 Hiểu các kiến trúc mạng 3G WCDMA UMTS: R3, R4 và R5 và chiến
lƣợc chuyển dịch GSM lên 3G UMTS
1.1.2. Các chủ đề được trình bày trong chương
 Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G
 Kiến trúc chung của một mạng thông tin di động 3G
 Các khái niệm về các dịch vụ chuyển mạch kênh và các dịch vụ chuyển mạch gói
 Các loại lƣu lƣợng và các loại dịch vụ mà 3G WCDMA UMTS có thể hỗ trợ
 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS qua các phát hành khác nhau: R3, R4, R5 và
R6
 Chiến lƣợc chuyển dịch GSM lên 3G UMTS

1.2 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG LÊN 4G
Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G đƣợc cho trên hình
1.1 và lộ trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP đƣợc cho trên hình 1.2.

Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn

Đồ án 4 9


Hình 1.1. Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G

AMPS: Advanced Mobile Phone System
TACS: Total Access Communication System
GSM: Global System for Mobile Telecommucations
WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access
EVDO: Evolution Data Only
IMT: International Mobile Telecommnications

IEEE: Institute of Electrical and Electtronics Engineers
WiFi: Wireless Fidelitity
WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access
LTE: Long Term Evolution
UMB: Untra Mobile Broadband


Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn

Đồ án 4 10

1.3 KIẾN TRÚC CHUNG CỦA MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
3G

Mạng thông tin di động (TTDĐ) 3G lúc đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các
vùng chuyển mạch gói (PS) và chuyển mạch kênh (CS) để truyền số liệu gói và
tiếng. Các trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển mạch sử dụng công nghệ
ATM. Trên đƣờng phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh sẽ dần đƣợc
thay thế bằng chuyển mạch gói. Các dịch vụ kể cả số liệu lẫn thời gian thực (nhƣ
tiếng và video) cuối cùng sẽ đƣợc truyền trên cùng một môi trƣờng IP bằng các
chuyển mạch gói.
Hình 1.4 dƣới đây cho thấy thí dụ về một kiến trúc tổng quát của TTDĐ 3G kết
hợp cả CS và PS trong mạng lõi.


Hình 1.4. Kiến trúc tổng quát của một mạng di động kết hợp cả CS và PS
RAN: Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến
BTS: Base Transceiver Station: trạm thu phát gốc
BSC: Base Station Controller: bộ điều khiển trạm gốc
RNC: Rado Network Controller: bộ điều khiển trạm gốc

CS: Circuit Switch: chuyển mạch kênh
PS: Packet Switch: chuyển mạch gói
SMS: Short Message Servive: dịch vụ nhắn tin
Server: máy chủ
PSTN: Public Switched Telephone Network: mạng Điện thoại chuyển mạch công
cộng
PLMN: Public Land Mobile Network: mang di động công cộng mặt Đất
Các miền chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS) đƣợc thể hiện bằng
một nhóm các đơn vị chức năng lôgic: trong thực hiện thực tế các miền chức năng này
đƣợc đặt vào các thiết bị và các nút vật lý. Chẳng hạn có thể thực hiện chức năng
chuyển mạch kênh CS (MSC/GMSC) và chức năng chuyển mạch gói (SGSN/GGSN)
Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn

Đồ án 4 11

trong một nút duy nhất để đƣợc một hệ thống tích hợp cho phép chuyển mạch và
truyền dẫn các kiểu phƣơng tiện khác nhau: từ lƣu lƣợng tiếng đến lƣu lƣợng số liệu
dung lƣợng lớn.
3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications System: Hệ thống thông tin
di động toàn cầu) có thể sử dụng hai kiểu RAN. Kiểu thứ nhất sử dụng công nghệ đa
truy nhập WCDMA (Wide Band Code Devision Multiple Acces: đa truy nhập phân
chia theo mã băng rộng) đƣợc gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Network:
mạng truy nhập vô tuyến mặt đất của UMTS). Kiểu thứ hai sử dụng công nghệ đa truy
nhập TDMA đƣợc gọi là GERAN (GSM EDGE Radio Access Network: mạng truy
nhập vô tuyến dƣa trên công nghệ EDGE của GSM). Tài liệu chỉ xét đề cập đến công
nghệ duy nhất trong đó UMTS đƣợc gọi là 3G WCDMA UMTS.
1.4 CHUYỂN MẠCH KÊNH(CS),CHUYỂN MẠCH GÓI(PS),DỊCH VỤ
CHUYỂN MẠCH KÊNH VÀ DỊCH VỤ CHUYỂN MẠCH GÓI
3G cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh nhƣ tiếng, video và các
dịch vụ chuyển mạch gói chủ yếu để truy nhập internet.

Chuyển mạch kênh (CS: Circuit Switch) là sơ đồ chuyển mạch trong
đó thiết bị chuyển mạch thực hiện các cuộc truyền tin bằng cách thiết lập kết nối
chiếm một tài nguyên mạng nhất định trong toàn bộ cuộc truyền tin. Kết nối này
là tạm thời, liên tục và dành riêng. Tạm thời vì nó chỉ đƣợc duy trì trong thời
gian cuộc gọi. Liên tục vì nó đƣợc cung cấp liên tục một tài nguyên nhất định
(băng thông hay dung lƣợng và công suất) trong suốt thời gian cuộc gọi. Dành
riêng vì kết nối này và tài nguyên chỉ dành riêng cho cuộc gọi này. Thiết bị
chuyển mạch sử dụng cho CS trong các tổng đài của TTDĐ 2G thực hiện
chuyển mạch kênh trên trên cơ sở ghép kênh theo thời gian trong đó mỗi kênh
có tốc độ 64 kbps và vì thế phù hợp cho việc truyền các ứng dụng làm việc tại
tốc độ cố định 64 kbps (chẳng hạn tiếng đƣợc mã hoá PCM).
Chuyển mạch gói (PS: Packet Switch) là sơ đồ chuyển mạch thực hiện
phân chia số liệu của một kết nối thành các gói có độ dài nhất định và chuyển
mạch các gói này theo thông tin về nơi nhận đƣợc gắn với từng gói và ở PS tài
nguyên mạng chỉ bị chiếm dụng khi có gói cần truyền. Chuyển mạch gói cho
phép nhóm tất cả các số liệu của nhiều kết nối khác nhau phụ thuộc vào nội
dung, kiểu hay cấu trúc số liệu thành các gói có kích thƣớc phù hợp và truyền
chúng trên một kênh chia sẻ. Việc nhóm các số liệu cần truyền đƣợc thực
hiện bằng ghép kênh thống kê với ấn định tài nguyên động. Các công nghệ
sử dụng cho chuyển mạch gói có thể là Frame Relay, ATM hoặc IP.
Hình 1.5. cho thấy cấu trúc của CS và PS.
Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn

Đồ án 4 12


Hình 1.5. Chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS).

Dịch vụ chuyển mạch kênh (CS Service) là dịch vụ trong đó mỗi
đầu cuối đƣợc cấp phát một kênh riêng và nó toàn quyển sử dụng tài nguyên

của kênh này trong thời gian cuộc gọi tuy nhiên phải trả tiền cho toàn bộ thời
gian này dù có truyền tin hay không. Dịch vụ chuyển mạch kênh có thể đƣợc
thực hiện trên chuyển mạch kênh (CS) hoặc chuyển mạch gói (PS). Thông
thƣờng dịch vụ này đƣợc áp dụng cho các dịch vụ thời gian thực (thoại).
Dịch vụ chuyển mạch gói (PS Service) là dịch vụ trong đó nhiều đầu
cuối cùng chia sẻ một kênh và mỗi đầu cuối chỉ chiếm dụng tài nguyên
của kênh này khi có thông tin cần truyền và nó chỉ phải trả tiền theo lƣợng
tin đƣợc truyền trên kênh. Dịch vụ chuyển mạch gói chỉ có thể đƣợc thực hiện
trên chuyển mạch gói (PS). Dịch vụ này rất phù hợp cho các dịch vụ phi thời
gian thực (truyền số liệu), tuy nhiên nhờ sự phát triển của công nghệ dịch
vụ này cũng đƣợc áp dụng cho các dịch vụ thời gian thực (VoIP). Chuyển
mạch gói có thể thực hiện trên cơ sở ATM hoặc IP.
ATM (Asynchronous Transfer Mode: chế độ truyền dị bộ) là công nghệ
thực hiện phân chia thông tin cần phát thành các tế bào 53 byte để truyền dẫn và
chuyển mạch. Một tế bào ATM gồm 5 byte tiêu đề (có chứa thông tin định tuyến)
và 48 byte tải tin (chứa số liệu của ngƣời sử dụng). Thiết bị chuyển mạch ATM cho
phép chuyển mạch nhanh trên cơ sở chuyển mạch phần cứng tham chuẩn theo thông
tin định tuyến tiêu đề mà không thực hiện phát hiện lỗi trong từng tế bào. Thông tin
định tuyến trong tiêu đề gồm: đƣờng dẫn ảo (VP) và kênh ảo (VC). Điều khiển kết
nối bằng VC (tƣơng ứng với kênh của ngƣời sử dụng) và VP (là một bó các VC)
cho phép khai thác và quản lý có khả năng mở rộng và có độ linh hoạt cao. Thông
Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn

Đồ án 4 13

thƣờng VP đƣợc thiết lập trên cơ sở số liệu của hệ thống tại thời điểm xây dựng
mạng. Việc sử dụng ATM trong mạng lõi cho ta nhiều cái lợi: có thể quản lý lƣu
lƣợng kết hợp với RAN, cho phép thực hiện các chức năng CS và PS trong cùng
một kiến trúc và thực hiện khai thác cũng nhƣ điều khiển chất lƣợng liên kết.
Chuyển mạch hay Router IP (Internet Protocol) cũng là một công

nghệ thực hiện phân chia thông tin phát thành các gói ñƣợc gọi là tải tin
(Payload). Sau đó mỗi gói đƣợc gán một tiêu đề chứa các thông tin địa chỉ
cần thiết cho chuyển mạch. Trong thông tin di động do vị trí của đầu cuối di
động thay đổi nên cần phải có thêm tiêu đề bổ sung để định tuyến theo vị trí
hiện thời của máy di động. Quá trình định tuyến này đƣợc gọi là truyền
đƣờng hầm (Tunnel). Có hai cơ chế để thực hiện điều này: MIP
(Mobile
IP: IP di động) và GTP (GPRS Tunnel Protocol: giao thức đƣờng hầm
GPRS). Tunnel là một đƣờng truyền mà tại đầu vào của nó gói IP đƣợc đóng
bao vào một tiêu đề mang địa chỉ nơi nhận (trong trƣờng hợp này là địa chỉ
hiện thời của máy di động) và tại đầu ra gói IP đƣợc tháo bao bằng cách loại
bỏ tiêu đề bọc ngoài (hình 1.6).


Hình 1.7 cho thấy quá trình định tuyến tunnel (chuyển mạch tunnel) trong hệ
thống 3G UMTS từ tổng đài gói cổng (GGSN) cho một máy di động (UE) khi nó
chuyển từ vùng phục vụ của một tổng đài gói nội hạt (SGSN1) này sang một vùng
phục vụ của một tổng đài gói nội hạt khác (SGSN2) thông qua giao thức GTP.

Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn

Đồ án 4 14


Vì 3G WCDMA UMTS đƣợc phát triển từ những năm 1999 khi mà
ATM là công nghệ chuyển mạch gói còn ngự trị nên các tiêu chuẩn cũng
đƣợc xây dựng trên công nghệ này. Tuy nhiên hiện nay và tƣơng lai mạng
viễn thông sẽ đƣợc xây dựng trên cơ sở internet vì thế các chuyển mạch gói
sẽ là chuyển mạch hoặc router IP.

1.5 CAÙC LOẠI LƯU LƯỢNG VÀ DỊCH VỤ ĐƯỢC 3G WCDMA UMTS HỖ
TRỢ
Vì TTDĐ 3G cho phép truyền dẫn nhanh hơn, nên truy nhập
Internet và lƣu lƣợng thông tin số liệu khác sẽ phát triển nhanh. Ngoài ra
TTDĐ 3G cũng đƣợc sử dụng cho các dịch vụ tiếng. Nói chung TTDĐ 3G
hỗ trợ các dịch vụ tryền thông đa phƣơng tiện. Vì thế mỗi kiểu lƣu lƣợng cần
đảm bảo một mức QoS nhất định tuỳ theo ứng dụng của dịch vụ. QoS ở W-
CDMA đƣợc phân loại nhƣ sau:

Loại hội thoại (Conversational, rt): Thông tin tƣơng tác yêu cầu trễ
nhỏ (thoại chẳng hạn).
Loại luồng (Streaming, rt): Thông tin một chiều đòi hỏi dịch vụ
luồng với trễ nhỏ (phân phối truyền hình thời gian thực chẳng hạn: Video
Streaming)
Loại tương tác (Interactive, nrt): Đòi hỏi trả lời trong một thời gian
nhất định và tỷ lệ lỗi thấp (trình duyệt Web, truy nhập server chẳng hạn).
Loại nền (Background, nrt): Đòi hỏi các dịch vụ nỗ lực nhất ñƣợc
thực hiện trên nền cơ sở (e-mail, tải xuống file: Video Download)
Môi trƣờng hoạt động của 3WCDMA UMTS đƣợc chia thành bốn
vùng với các tốc độ bit R
b
phục vụ nhƣ sau:
 Vùng 1: trong nhà, ô pico, R
b
 2Mbps
Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn

Đồ án 4 15

 Vùng 2: thành phố, ô micro, R

b
 384 kbps
 Vùng 2: ngoại ô, ô macro, R
b
 144 kbps
 Vùng 4: Toàn cầu, R
b
= 12,2 kbps
Có thể tổng kết các dịch vụ do 3GWCDMA UMTS cung cấp ở bảng 1.1.

Bảng 1.1. Phân loại các dịch vụ ở 3GWDCMA UMTS

3G WCDMA UMTS đƣợc xây dựng theo ba phát hành chính đƣợc
gọi là R3, R4, R5. Trong đó mạng lõi R3 và R4 bao gồm hai miền: miền
CS (Circuit Switch: chuyển mạch kênh) và miền PS (Packet Switch: chuyển
mạch gói). Việc kết hợp này phù hợp cho giai đoạn đầu khi PS chƣa đáp
Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn

Đồ án 4 16

ứng tốt các dịch vụ thời gian thực nhƣ thoại và hình ảnh. Khi này miền CS
sẽ đảm nhiệm các dịch vụ thoại còn số liệu đƣợc truyền trên miền PS. R4
phát triển hơn R3 ở chỗ miền CS chuyển sang chuyển mạch mềm vì thế toàn
bộ mạng truyền tải giữa các nút chuyển mạch đều trên IP. Dƣới đây ta xét ba
kiến trúc 3G WCDMA UMTS nói trên.

1.6 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R3
WCDMA UMTS R3 hỗ trợ cả kết nối chuyển mạch kênh lẫn chuyển
mạch gói: đến 384 Mbps trong miền CS và 2Mbps trong miền PS. Các kết
nối tốc độ cao này đảm bảo cung cấp một tập các dich vụ mới cho ngƣời sử

dụng di động giống nhƣ trong các mạng điện thoại cố định và Internet. Các
dịch vụ này gồm: điện thoại có hình (Hội nghị video), âm thanh chất lƣợng
cao (CD) và tốc độ truyền cao tại đầu cuối. Một tính
năng khác cũng đƣợc
đƣa ra cùng với GPRS là "luôn luôn kết nối" đến Internet.
UMTS cũng
cung cấp thông tin vị trí tốt hơn và vì thế hỗ trợ tốt hơn các dịch vụ dựa trên
vị trí.
Một mạng UMTS bao gồm ba phần: thiết bị di động (UE: User
Equipment),mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN: UMTS
TerrestrialRadio Network), mạng lõi (CN: Core Network) (xem hình 1.8). UE
bao gồm ba thiết bị: thiết bị đầu cuối (TE), thiết bị di động (ME) và module
nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity Module).
UTRAN gồm các hệ thống mạng vô tuyến (RNS: Radio Network System) và
mỗi RNS bao gồm RNC (Radio Network Controller: bộ
điều khiển mạng
vô tuyến) và các nút B nối với nó. Mạng lõi CN bao gồm miền
chuyển
mạch kênh, chuyển mạch gói và HE (Home Environment: Môi trƣờng nhà).
HE bao gồm các cơ sở dữ liệu: AuC (Authentication Center: Trung tâm
nhận thực), HLR (Home Location Register: Bộ ghi định vị thƣờng trú) và
EIR(Equipment Identity Register: Bộ ghi nhận dạng thiết bị).
Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn

Đồ án 4 17


1.6.1. Thiết bị người sử dụng (UE)
UE (User Equipment: thiết bị ngƣời sử dụng) là đầu cuối mạng
UMTS của ngƣời sử dụng. Có thể nói đây là phần hệ thống có nhiều thiết bị

nhất và sự phát triển của nó sẽ ảnh hƣởng lớn lên các ứng dụng và các dịch
vụ khả dụng. Giá thành giảm nhanh chóng sẽ tạo điều kiện cho ngƣời sử dụng
mua thiết bị của UMTS. Điều này đạt đƣợc nhờ tiêu chuẩn hóa giao diện vô
tuyến và cài đặt mọi trí tuệ tại các card thông minh.
1.6.1.1. Các đầu cuối (TE)
Vì máy đầu cuối bây giờ không chỉ đơn thuần dành cho điện thoại mà
còn cung cấp các dịch vụ số liệu mới, nên tên của nó đƣợc chuyển thành đầu
cuối. Các nhà sản xuất chính đã đƣa ra rất nhiều đầu cuối dựa trên các khái
niệm mới, nhƣng trong thực tế chỉ một số ít là đƣợc đƣa vào sản xuất. Mặc
dù các đầu cuối dự kiến khác nhau về kích thƣớc và thiết kế, tất cả chúng đều
có màn hình lớn và ít phím hơn so với 2G. Lý do chính là để tăng cƣờng sử
dụng đầu cuối cho nhiều dịch vụ số liệu hơn và vì thế đầu cuối trở thành tổ
hợp của máy thoại di ñộng, modem và máy tính bàn tay.
Đầu cuối hỗ trợ hai giao diện. Giao diện Uu định nghĩa liên kết vô
tuyến(giao diện WCDMA). Nó đảm nhiệm toàn bộ kết nối vật lý với mạng
UMTS. Giao diện thứ hai là giao diện Cu giữa UMTS IC card (UICC) và đầu
cuối. Giao diện này tuân theo tiêu chuẩn cho các card thông minh.
Mặc dù các nhà sản xuất đầu cuối có rất nhiều ý tƣởng về thiết bị, họ
phải tuân theo một tập tối thiểu các định nghĩa tiêu chuẩn để các ngƣời sử
dụng bằng các đầu cuối khác nhau có thể truy nhập đến một số các chức
năng cơ sở theo cùng một cách.
Các tiêu chuẩn này gồm:
 Bàn phím (các phím vật lý hay các phím ảo
Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn

Đồ án 4 18

trên màn hình)
 Đăng ký mật khẩu mới
 Thay đổi mã PIN

 Giải chặn PIN/PIN2 (PUK)
 Trình bày IMEI

Điều khiển cuộc gọi
Các phần còn lại của giao diện sẽ dành riêng cho nhà thiết kế và
ngƣời sử dụng sẽ chọn cho mình đầu cuối dựa trên hai tiêu chuẩn (nếu xu thế
2G còn kéo dài) là thiết kế và giao diện. Giao diện là kết hợp của kích cỡ và
thông tin do màn hình cung cấp (màn hình nút chạm), các phím và menu.
1.6.1.2. UICC
UMTS IC card là một card thông minh. Điều mà ta quan tâm đến nó
là dung lƣợng nhớ và tốc độ bộ xử lý do nó cung cấp. Ứng dụng USIM chạy
trên UICC.
1.6.1.3. USIM
Trong hệ thống GSM, SIM card lƣu giữ thông tin cá nhân (đăng ký
thuê bao) cài cứng trên card. Điều này đã thay đổi trong UMTS, Modul
nhận dạng thuê bao UMTS đƣợc cài nhƣ một ứng dụng trên UICC. Điều này
cho phép lƣu nhiều ứng dụng hơn và nhiều chữ ký (khóa) điện tử hơn cùng
với USIM cho các mục đích khác (các mã truy nhập giao dịch ngân hàng an
ninh). Ngoài ra có thể có nhiều USIM trên cùng một UICC để hỗ trợ truy
nhập đến nhiều mạng.
USIM chứa các hàm và số liệu cần để nhận dạng và nhận thực thuê
bao trong mạng UMTS. Nó có thể lƣu cả bản sao hồ sơ của thuê bao.
Ngƣời sử dụng phải tự mình nhận thực đối với USIM bằng cách nhập
mã PIN. Điều này đảm bảo rằng chỉ ngƣời sử dụng đích thực mới đƣợc truy
nhập mạng UMTS. Mạng sẽ chỉ cung cấp các dịch vụ cho ngƣời nào sử dụng
đầu cuối dựa trên nhận dạng USIM đƣợc đăng ký.
1.6.2. Mạng truy nhập vô tuyến UMTS
UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network: Mạng truy nhập vô
tuyến mặt đất UMTS) là liên kết giữa ngƣời sử dụng và CN. Nó gồm các phần tử
đảm bảo các cuộc truyền thông UMTS trên vô tuyến và điều khiển chúng.

UTRAN đƣợc định nghĩa giữa hai giao diện. Giao diện Iu giữa
UTRAN và CN, gồm hai phần: IuPS cho miền chuyển mạch gói và IuCS cho
miền chuyển mạch kênh; giao diện Uu giữa UTRAN và thiết bị ngƣời sử
dụng. Giữa hai giao diện này là hai nút, RNC và nút B.
1.6.2.1. RNC
RNC (Radio Network Controller) chịu trách nhiệm cho một hay nhiều trạm
gốc và điều khiển các tài nguyên của chúng. Đây cũng chính là điểm truy nhập dịch
vụ mà
UTRAN cung cấp cho CN. Nó đƣợc nối đến CN bằng hai kết nối, một
cho miền
chuyển mạch gói (đến GPRS) và một đến miền chuyển mạch kênh (MSC).
Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn

Đồ án 4 19

Một nhiệm vụ quan trọng nữa của RNC là bảo vệ sự bí mật và toàn vẹn. Sau
thủ tục nhận thực và thỏa thuận khóa, các khoá bảo mật và toàn vẹn đƣợc đặt vào
RNC. Sau đó các khóa này đƣợc sử dụng bởi các hàm an ninh f8 và f9.
RNC có nhiều chức năng logic tùy thuộc vào việc nó phục vụ nút nào.
Ngƣời sử dụng đƣợc kết nối vào một RNC phục vụ (SRNC: Serving RNC).
Khi ngƣời sử dụng
chuyển vùng đến một RNC khác nhƣng vẫn kết nối
với RNC cũ, một RNC trôi
(DRNC: Drift RNC) sẽ cung cấp tài nguyên vô
tuyến cho ngƣời sử dụng, nhƣng RNC phục vụ vẫn quản lý kết nối của ngƣời
sử dụng đến CN. Vai trò logic của SRNC và DRNC đƣợc mô tả trên hình
1.9. Khi UE trong chuyển giao mềm giữa các RNC, tồn tại nhiều kết nối qua
Iub và có ít nhất một kết nối qua Iur. Chỉ một trong số các RNC này (SRNC)
là đảm bảo giao diện Iu kết nối với mạng lõi còn các RNC khác (DRNC) chỉ
làm nhiệm vụ định tuyến thông tin giữa các Iub và Iur.

Chức năng cuối cùng của RNC là RNC điều khiển (CRNC: Control RNC).
Mỗi nút B có một RNC điều khiển chịu trách nhiệm cho các tài nguyên vô tuyến của
nó.

1.6.2.2. Nút B
Trong UMTS trạm gốc đƣợc gọi là nút B và nhiệm vụ của nó là thực
hiện kết nối vô tuyến vật lý giữa đầu cuối với nó. Nó nhận tín hiệu trên giao
diện Iub từ RNC và chuyển nó vào tín hiệu vô tuyến trên giao diện Uu. Nó
cũng thực hiện một số thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở nhƣ "điều
khiển công suất vòng trong". Tính năng này để phòng ngừa vấn đề gần xa;
nghĩa là nếu tất cả các đầu cuối đều phát cùng một công suất, thì các đầu cuối
gần nút B nhất sẽ che lấp tín hiệu từ các đầu cuối ở xa. Nút B kiểm tra công
suất thu từ các đầu cuối khác nhau và thông báo cho chúng giảm công suất
hoặc tăng công suất sao cho nút B luôn thu đƣợc công suất nhƣ nhau từ tất cả
các đầu cuối.
1.6.3. Mạng lõi
Mạng lõi (CN) đƣợc chia thành ba phần, miền PS, miền CS và HE. Miền
PS đảm bảo các dịch vụ số liệu cho ngƣời sử dụng bằng các kết nối đến Internet và
các mạng số liệu khác và miền CS đảm bảo các dịch vụ điện thoại đến các mạng
khác bằng các kết nối TDM. Các nút B trong CN đƣợc kết nối với nhau bằng
Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn

Đồ án 4 20

đƣờng trục của nhà khai thác, thƣờng sử dụng các công nghệ mạng tốc độ cao nhƣ
ATM và IP.Mạng đƣờng trục trong miền CS sử dụng TDM còn trong miền PS sử
dụng IP.
1.6.3.1. SGSN
SGSN (SGSN: Serving GPRS Support Node: nút hỗ trợ GPRS phục
vụ) là nút chính của miền chuyển mạch gói. Nó nối ñến UTRAN thông qua

giao diện IuPS và đến GGSN thông quan giao diện Gn. SGSN chịu trách
nhiệm cho tất cả kết nối PS của tất cả các thuê bao. Nó lƣu hai kiểu dữ liệu
thuê bao: thông tin đăng ký thuê bao và thông tin vị trí thuê bao.
Số liệu thuê bao lưu trong SGSN gồm:
 IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: số nhận dạng thuê
bao di động quốc tế)

Các nhận dạng tạm thời gói (P-TMSI: Packet- Temporary Mobile
Subscriber
Identity: số nhận dạng thuê bao di động tạm thời gói)
 Các địa chỉ PDP (Packet Data Protocol: Giao thức số liệu gói)
Số liệu vị trí lưu trên SGSN:
 Vùng định tuyến thuê bao (RA:Routing Area)
 Số VLR
 Các địa chỉ GGSN của từng GGSN có kết nối tích cực
1.6.3.2. GGSN
GGSN (Gateway GPRS Support Node: Nút hỗ trợ GPRS cổng) là một
SGSN kết nối với các mạng số liệu khác. Tất cả các cuộc truyền thông số liệu
từ thuê bao đến các mạng ngoài đều qua GGSN. Cũng nhƣ SGSN, nó lƣu cả
hai kiểu số liệu: thông tin thuê bao và thông tin vị trí.
Số liệu thuê bao lưu trong GGSN:
 IMSI
 Các địa chỉ PDP
Số liệu vị trí lưu trong GGSN:
 Địa chỉ SGSN hiện thuê bao đang nối đến GGSN nối đến Internet thông qua
giao diện Gi và đến BG thông qua Gp.
1.6.3.3. BG
BG (Border Gatway: Cổng biên giới) là một cổng giữa miền PS của PLMN
với các mạng khác. Chức năng của nút này giống nhƣ tƣờng lửa của Internet: để
đảm bảo mạng an ninh chống lại các tấn công bên ngoài.

1.6.3.4. VLR
VLR (Visitor Location Register: bộ ghi định vị tạm trú) là bản sao của
HLR cho mạng phục vụ (SN: Serving Network). Dữ liệu thuê bao cần thiết để cung
cấp các dịch vụ thuê bao đƣợc copy từ HLR và lƣu ở ñây. Cả MSC và SGSN đều có
VLR nối với chúng.
Số liệu sau đây được lưu trong VLR:
 IMSI
Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn

Đồ án 4 21



MSISDN

 TMSI (nếu có)
 LA hiện thời của thuê bao
 MSC/SGSN hiện thời mà thuê bao nối đến
Ngoài ra VLR có thể lƣu giữ thông tin về các dịch vụ mà thuê bao đƣợc cung cấp.
Cả SGSN và MSC đều đƣợc thực hiện trên cùng một nút vật lý với VLR vì thế
đƣợc gọi là VLR/SGSN và VLR/MSC.
1.6.3.5. MSC
MSC thực hiện các kết nối CS giữa đầu cuối và mạng. Nó thực hiện các
chức năng báo hiệu và chuyển mạch cho các thuê bao trong vùng quản lý của
mình. Chức năng của MSC trong UMTS giống chức năng MSC trong GSM,
nhƣng nó có nhiều khả năng hơn. Các kết nối CS đƣợc thực hiện trên giao diện
CS giữa UTRAN và MSC. Các MSC đƣợc nối đến các mạng ngoài qua GMSC.
1.6.3.6. GMSC
GMSC có thể là một trong số các MSC. GMSC chịu trách nhiệm thực hiện
các chức năng định tuyến đến vùng có MS. Khi mạng ngoài tìm cách kết nối đến

PLMN của một nhà khai thác, GMSC nhận yêu cầu thiết lập kết nối và hỏi HLR về
MSC hiện thời quản lý MS.
1.6.3.7. Môi trường nhà
Môi trƣờng nhà (HE: Home Environment) lƣu các hồ sơ thuê bao của hãng
khai thác. Nó cũng cung cấp cho các mạng phục vụ (SN: Serving Network) các thông
tin về thuê bao và về cƣớc cần thiết để nhận thực ngƣời sử dụng và tính cƣớc cho các
dịch vụ cung cấp. Tất cả các dịch vụ đƣợc cung cấp và các dịch vụ bị cấm đều đƣợc
liệt kê ở đây.
Bộ ghi định vị thường trú (HLR)
HLR là một cơ sở dữ liệu có nhiệm vụ quản lý các thuê bao di động. Một
mạng di động có thể chứa nhiều HLR tùy thuộc vào số lƣợng thuê bao, dung lƣợng
của từng HLR và tổ chức bên trong mạng.
Cơ sở dữ liệu này chứa IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: số
nhận dạng thuê bao di động quốc tế), ít nhất một MSISDN (Mobile Station ISDN:
số
thuê bao có trong danh bạ điện thoại) và ít nhất một địa chỉ PDP (Packet
Data
Protocol: Giao thức số liệu gói). Cả IMSI và MSISDN có thể sử dụng làm
khoá để truy nhập đến các thông tin đƣợc lƣu khác. Để định tuyến và tính cƣớc
các cuộc gọi, HLR còn lƣu giữ thông tin về SGSN và VLR nào hiện đang chịu trách
nhiệm thuê bao. Các dịch vụ khác nhƣ chuyển hƣớng cuộc gọi, tốc độ số liệu và
thƣ thoại cũng có trong danh sách cùng với các hạn chế dịch vụ nhƣ các hạn chế
chuyển mạng.
HLR và AuC là hai nút mạng logic, nhƣng thƣờng đƣợc thực hiện trong
cùng một nút vật lý. HLR lƣu giữ mọi thông tin về ngƣời sử dụng và đăng ký
thuê bao. Nhƣ: thông tin tính cƣớc, các dịch vụ nào đƣợc cung cấp và các dịch vụ
nào bị từ chối và thông tin chuyển hƣớng cuộc gọi. Nhƣng thông tin quan trọng nhất
là hiện VLR và SGSN nào ñang phụ trách ngƣời sử dụng.
Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn

Đồ án 4 22

Trung tâm nhận thực (AuC)
AUC (Authentication Center) lƣu giữ toàn bộ số liệu cần thiết để nhận
thực, mật mã hóa và bảo vệ sự toàn vẹn thông tin cho ngƣời sử dụng. Nó liên kết
với HLR và đƣợc thực hiện cùng với HLR trong cùng một nút vật lý. Tuy nhiên
cần đảm bảo rằng AuC chỉ cung cấp thông tin về các vectơ nhận thực (AV:
Authetication Vector) cho HLR.
AuC lƣu giữ khóa bí mật chia sẻ K cho từng thuê bao cùng với tất cả các
hàm tạo khóa từ f0 đến f5. Nó tạo ra các AV, cả trong thời gian thực khi
SGSN/VLR yêu cầu hay khi tải xử lý thấp, lẫn các AV dự trữ.
Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR)
EIR (Equipment Identity Register) chịu trách nhiệm lƣu các số nhận dạng
thiết bị di động quốc tế (IMEI: International Mobile EquipmentIdentity). Đây là số
nhận dạng duy nhất cho thiết bị đầu cuối. Cơ sở dữ liệu này đƣợc chia thành ba
danh mục: danh mục trắng, xám và đen. Danh mục trắng chứa các số IMEI đƣợc
phép truy nhập mạng. Danh mục xám chứa IMEI của các đầu cuối đang bị theo dõi
còn danh mục đen chứa các số IMEI của các đầu cuối bị cấm truy nhập mạng.
Khi một đầu cuối đƣợc thông báo là bị mất cắp, IMEI của nó sẽ bị đặt vào danh
mục đen vì thế nó bị cấm truy nhập mạng. Danh mục này cũng có thể đƣợc sử
dụng để cấm các seri máy đặc biệt không đƣợc truy nhập mạng khi chúng không
hoạt động theo tiêu chuẩn.
1.6.4. Các mạng ngoài
Các mạng ngoài không phải là bộ phận của hệ thống UMTS, nhƣng chúng
cần thiết để đảm bảo truyền thông giữa các nhà khai thác. Các mạng ngoài có thể là
các mạng điện thoại nhƣ: PLMN (Public Land Mobile Network: mạng di ñộng
mặt đất công cộng), PSTN (Public Switched Telephone Network: Mạng điện
thoại chuyển mạch công cộng), ISDN hay các mạng số liệu nhƣ Internet. Miền PS
kết nối đến các mạng số liệu còn miền CS nối đến các mạng điện thoại.
1.6.5. Các giao diện

Vai trò các các nút khác nhau của mạng chỉ đƣợc định nghĩa thông qua các
giao diện khác nhau. Các giao diện này đƣợc định nghĩa chặt chẽ để các nhà sản xuất
có thể kết nối các phần cứng khác nhau của họ.
 Giao diện Cu. Giao diện Cu là giao diện chuẩn cho các card thông minh.
Trong UE đây là nơi kết nối giữa USIM và UE
 Giao diện Uu. Giao diện Uu là giao diện vô tuyến của WCDMA trong
UMTS. Đây là giao diện mà qua đó UE truy nhập vào phần cố định của mạng.
Giao diện này nằm giữa nút B và đầu cuối.
 Giao diện Iu. Giao diện Iu kết nối UTRAN và CN. Nó gồm hai phần,
IuPS cho miền chuyển mạch gói, IuCS cho miền chuyển mạch kênh. CN có thể kết
nối đến nhiều UTRAN cho cả giao diện IuCS và IuPS. Nhƣng một UTRAN chỉ có
thể kết nối đến một điểm truy nhập CN.
 Giao diện Iur. Đây là giao diện RNC-RNC. Ban đầu đƣợc thiết kế để
Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn

Đồ án 4 23

đảm bảo chuyển giao mềm giữa các RNC, nhƣng trong quá trình phát triển nhiều
tính năng mới đƣợc bổ sung. Giao diện này đảm bảo bốn tính năng nổi bật sau:
1. Di động giữa các RNC
2. Lƣu thông kênh riêng
3. Lƣu thông kênh chung
4. Quản lý tài nguyên toàn cục
 Giao diện Iub. Giao diện Iub nối nút B và RNC. Khác với GSM đây là giao
diện mở.
1.7. KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R4
Hình 1.10 cho thấy kiến trúc cơ sở của 3G UMTS R4. Sự khác nhau cơ bản
giữa R3 và R4 là ở chỗ khi này mạng lõi là mạng phân bố và chuyển mạch mềm.
Thay cho việc có các MSC chuyển mạch kênh truyền thống nhƣ ở kiến trúc
trƣớc, kiến trúc chuyển mạch phân bố và chuyển mạch mềm đƣợc đƣa vào.

Về căn bản, MSC ñƣợc chia thành MSC server và cổng các phƣơng tiện
(MGW: Media Gateway). MSC chứa tất cả các phần mềm điều khiển cuộc gọi, quản
lý di động có ở một MSC tiêu chuẩn. Tuy nhiên nó không chứa ma trận chuyển
mạch.Ma trận chuyển mạch nằm trong MGW đƣợc MSC Server điều khiển và có
thể đặt xa MSC Server.

Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh đƣợc thực hiện
giữa RNC và MSC Server. Đƣờng truyền cho các cuộc gọi chuyển mạch
kênh đƣợc thực hiện giữa RNC và MGW. Thông thƣờng MGW nhận các
Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn

Đồ án 4 24

cuộc gọi từ RNC và định tuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đƣờng
trục gói. Trong nhiều trƣờng hợp đƣờng
trục gói sử dụng Giao thức truyền
tải thời gian thực (RTP: Real Time Transport
Protocol) trên Giao thức
Internet (IP). Từ hình 1.10 ta thấy lƣu lƣợng số liệu gói từ RNC đi qua
SGSN và từ SGSN ñến GGSN trên mạng đƣờng trục IP. Cả số liệu và tiếng
đều có thể sử dụng truyền tải IP bên trong mạng lõi. Đây là mạng truyền tải
hoàn toàn IP.
Tại nơi mà một cuộc gọi cần chuyển đến một mạng khác, PSTN chẳng
hạn, sẽ có
một cổng các phƣơng tiện khác (MGW) đƣợc ñiều khiển bởi
MSC Server cổng
(GMSC server). MGW này sẽ chuyển tiếng thoại ñƣợc
đóng gói thành PCM tiêu chuẩn để đƣa đến PSTN. Nhƣ vậy chuyển đổi mã
chỉ cần thực hiện tại điểm này. Để thí dụ, ta giả thiết rằng nếu tiếng ở giao
diện vô tuyến đƣợc truyền tại tốc độ 12,2 kbps, thì tốc độ này chỉ phải chuyển

vào 64 kbps ở MGW giao tiếp với PSTN. Truyền tải kiểu này cho phép tiết
kiệm đáng kể độ rộng băng tần nhất là khi các MGW cách xa
nhau.
Giao thức điều khiển giữa MSC Server hoặc GMSC Server với MGW là
giao thức ITU H.248. Giao thức này đƣợc ITU và IETF cộng tác phát triển. Nó có
tên là điều khiển cổng các phƣơng tiện (MEGACO: Media Gateway Control).
Giao thức điều khiển cuộc gọi giữa MSC Server và GMSC Server có thể là một
giao thức điều khiển cuộc gọi bất kỳ. 3GPP đề nghị sử dụng (không bắt buộc) giao
thức Điều khiển cuộc gọi độc lập vật mang (BICC: Bearer Independent Call
Control) đƣợc xây dựng trên cơ sở khuyến nghị Q.1902 của ITU.
Trong nhiều trƣờng hợp MSC Server hỗ trợ cả các chức năng của GMSC
Server. Ngoài ra MGW có khả năng giao diện với cả RAN và PSTN. Khi này cuộc
gọi đến hoặc từ PSTN có thể chuyển nội hạt, nhờ vậy có thể tiết kiệm đáng kể đầu
tƣ.
Để làm thí dụ ta xét trƣờng hợp khi một RNC đƣợc đặt tại thành phố A và
đƣợc điều khiển bởi một MSC đặt tại thành phố B. Giả sử thuê bao thành phố A
thực hiện cuộc gọi nội hạt. Nếu không có cấu trúc phân bố, cuộc gọi cần chuyển từ
thành phố A đến thành phố B (nơi có MSC) để đấu nối với thuê bao PSTN tại
chính thành phố A. Với cấu trúc phân bố, cuộc gọi có thể đƣợc điều khiển tại MSC
Server ở thành phố B nhƣng đƣờng truyền các phƣơng tiện thực tế có thể vẫn ở
thành phố A, nhờ vậy giảm đáng kể yêu cầu truyền dẫn và giá thành khai thác mạng.
Từ hình 1.10 ta cũng thấy rằng HLR cũng có thể đƣợc gọi là Server
thuê bao tại nhà (HSS: Home Subscriber Server). HSS và HLR có chức năng
tƣơng đƣơng, ngoại trừ giao diện với HSS là giao diện trên cơ sở truyền tải
gói (IP chẳng hạn) trong khi HLR sử dụng giao diện trên cơ sở báo hiệu số 7.
Ngoài ra còn có các giao diện (không có trên hình vẽ) giữa SGSN với
HLR/HSS và giữa GGSN với HLR/HSS.
Rất nhiều giao thức đƣợc sử dụng bên trong mạng lõi là các giao thức trên cơ
sở gói sử dụng hoặc IP hoặc ATM. Tuy nhiên mạng phải giao diện với các mạng
Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn

Đồ án 4 25

truyền thống qua việc sử dụng các cổng các phƣơng tiện. Ngoài ra mạng cũng phải
giao diện với các mạng SS7 tiêu chuẩn. Giao diện này đƣợc thực hiện thông qua
cổng SS7 (SS7 GW). Đây là cổng mà ở một phía nó hỗ trợ truyền tải bản tin SS7
trên đƣờng truyền tải SS7 tiêu chuẩn, ở phía kia nó truyền tải các bản tin ứng dụng
SS7 trên mạng gói (IP chẳng hạn). Các thực thể nhƣ MSC Server, GMSC Server
và HSS liên lạc với cổng SS7 bằng cách sử dụng các giao thức truyền tải đƣợc thiết
kế đặc biệt để mang các bản tin SS7 ở mạng IP. Bộ giao thức này ñƣợc gọi là Sigtran.
1.8. KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R5 và R6
Bƣớc phát triển tiếp theo của UMTS là đƣa ra kiến trúc mạng đa
phƣơng tiện IP (hình 1.11). Bƣớc phát triển này thể hiện sự thay đổi toàn bộ
mô hình cuộc gọi. Ở đây cả tiếng và số liệu đƣợc xử lý giống nhau trên toàn
bộ đƣờng truyền từ đầu cuối của ngƣời sử dụng đến nơi nhận cuối cùng. Có
thể coi kiến trúc này là sự hội tụ toàn diện của tiếng và số liệu.




Điểm mới của R5 và R6 là nó đƣa ra một miền mới đƣợc gọi là
phân hệ đa
phƣơng tiện IP (IMS: IP Multimedia Subsystem). Đây là một