giao diện vô tuyến trong hệ thống utms

KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1
MÔN THÔNG TIN DI ĐỘNG
ĐỀ TÀI: GIAO DIỆN VÔ TUYẾN TRONG HỆ THỐNG UTMS
SINH VIÊN: LÊ THANH TÙNG
VŨ VĂN VÕ
LỜI NÓI 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 người
đi xe, đến nay với sự ứng dụng ngày càng rộng rãi các thiết bị thông
tin di động thể hệ ba, thông tin di động có thể cung cấp nhiều hình
loại dịch vụ đòi hỏi tốc độ số liệu cao cho người 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 như phát triển nó
lên 4G ngày càng trở nên cấp thiết.ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn
hoá hệ thống thông tin di động thế hệ ba với tên gọi IMT-2000 để
đạt được các mục tiêu chính sau đây:
Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như truy
nhập internet nhanh hoặc các ứng dụng đa phương tiện, do yêu cầu
ngày càng tăng về các dịch vụ này.
Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện nay. Nhiều tiêu
chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba IMT-2000 đã được
đề xuất, trong đó hai hệ thống WCDMA UMTS và CDMA-2000 đ ã
đ ư ợ c IT U ch ấ p thuận và đã được đưa 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
BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
1
KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1
Để phục vụ việc học tập môn thông tin di động nhóm em nhận đề tài

nghiên cứu về giao diện vô tuyến của hệ thống UTMS. Bài bào cáo
của em gồm các phần chính:
◊ Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ ba
WCDMA
◊ Chương 2: Các kỹ thuật sử dụng trong hệ thống WCDMA
◊ Chương 3: Giao diện vô tuyến của mạng WCDMA UMTS
BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
2
KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN
DI ĐỘNG THẾ HỆ BA WCDMA
1.1 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG LÊN THẾ
HỆ 4G
Trong quá trình phát triển của mình, các công nghệ thông tin di
động được chia thành các thế hệ: Thứ nhất, thứ hai, thứ ba và thứ tư;
được viết tắt là 1G, 2G, 3G và 4G.
1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất
Hệ thống thông tin di động thế hệ một (1G) sử dụng phương pháp
đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) và chỉ hỗ trợ các dịch vụ
thoại tương tự và sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ
liệu thoại của mỗi người sử dụng. Đa truy nhập phân chia theo tấn
số là phương thức truy nhập mà trong đó mỗi kênh dành cho người
sử dụng được cấp phát một tần số cố định, không trùng với các
kênh người dùng khác nhờ phân chia phổ tần số thành nhiều đoạn
riêng biệt.
Một số hệ thống FDMA điển hình là:
-Hệ thống AMPS (Advanced Mobile Phone Servise – Dịch vụ điện
thoại di động tiên tiến) được sử dụng trên toàn nước Mỹ.
- NMT (Nordic Mobile Telephone System – Hệ thống điện thoại di
động Bắc Âu)

- TACS (Total Access Communication System – Hệ thống thông tin
truy nhập toàn bộ)
Tuy nhiên, thông thường các công nghệ 1G thường được triển khai
tại một số nước, không được tiêu chuẩn hóa bởi các cơ quan tiêu
chuẩn quốc tế. Không thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của người
BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
3
KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1
dùng về dung lượng và tốc độ. Chính vì vậy, hệ thống thông tin di
động thế hệ hai được đưa ra giới thiệu.
1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai
-Khác với thế hệ thứ nhất, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ
hai (2G) được thiết kế để triển khai quốc tế, các thiết kế 2G nhấn
mạnh hơn lên tính tương thích, khả năng chuyển mạch phức tạp và
sử dụng truyền dẫn tiếng số hóa trên các kênh vô tuyến.
-Hệ thống 2G sử dụng hai phương pháp đa truy nhập: Đa truy nhập
phân chia theo thời gian (TDMA) và đa truy nhập phân chia theo mã
(CDMA).
-Một số hệ thống trong mạng 2G điển hình là:
GSM (Global for System Mobile Communications - Hệ thống
thông tin di động toàn cầu), cdma One, ngoài ra còn một số hệ thống
khác đó là: iDEN, D-AMPS, GPRS (2,5G), HSCSD và WiDEN.
1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba
- Để đáp ứng yêu cầu phát triển dung lượng mạng, tốc độ
(tốc độ dịch chuyển dữ liệu) và những ứng dụng đa phương tiện,
chuẩn 3G bắt đầu được đưa ra. Những hệ thống trong chuẩn này là
sự phát triển tuyến tính của hệ thống 2G, chúng dựa vào hai cơ sở hạ
tầng chính cùng tồn tại song song đó là những node chuyển mạch
kênh và những node chuyển mạch gói.
* Một hệ thống thông tin di động là 3G nếu nó đáp ứng một số yêu

cầu được ITU đề ra như sau:
- Hoạt động trong một trong số các tần số được ấn định cho các
dịch vụ 3G.
- Phải cung cấp các dịch vụ số liệu mới cho người sử dụng bao gồm
cả các dịch vụ đa phương tiện, độc lập với các công nghệ ở giao
diện vô tuyến.
BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
4
KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1
- Phải hỗ trợ truyền dẫn số liệu di động tại 144 kbps cho người
sử dụng di động tốc độ cao và truyền dẫn số liệu lên đến 2 Mbps
cho người sử dụng cố định hoặc tốc độ thấp.
- Phải cung cấp các dịch vụ số liệu gói.
- Đảm bảo tính độc lập của mạng lõi với giao diện vô tuyến.
Một số hệ thống 3G: UMTS (WCDMA), CDMA2000&1xEV-DO,
iS865, TD-SCDMA; 3,5G: UMTS (HSPA).
1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư
Việc triển khai tại một số nước đã chỉ ra một vài vấn đề mà 3G
chưa giải quyết được hoặc mới chỉ giải quyết được một phần là: Sự
khó khăn trong việc tăng liên tục băng thông và tốc độ dữ liệu để
thỏa mãn nhu cầu ngày càng đa dạng các dịch vụ đa phương tiện,
các dịch vụ khác nhau với nhu cầu về chất lượng dịch vụ (QoS)
và băng thông khác nhau.
- Sự giới hạn của giải phổ sử dụng.
- Dù có sự thỏa thuận về các khả năng chuyển vùng toàn cầu
nhưng do tồn tại những chuẩn công nghệ 3G khác nhau nên gây
khó khăn trong việc chuyển vùng (roaming) giữa các môi trường
dịch vụ khác biệt trong các băng tần số khác nhau.
- Thiếu cơ chế chuyển tải “liền mạch” giữa đầu cuối với đầu cuối
khi mở rộng mạng con di động với mạng cố định.

Trong nỗ lực khắc phục những vấn đề của 3G, để hướng tới mục tiêu
tạo ra một mạng di động có khả năng cung cấp cho người sử dụng
các dịch vụ thoại, truyền dữ liệu và đặc biệt là các dịch vụ băng
rộng multimedia tại mọi nơi, mọi lúc; do vậy mạng di động thế hệ
thứ tư (4G) đã được đề xuất nghiên cứu và hứa hẹn những bước triển
khai đầu tiên. Cơ sở hạ tầng cho 4G sẽ chỉ là gói (all-IP)
BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
5
KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1
- Những kỹ thuật đang được xem xét như pre-4G là Wimax, WiBro,
iBurst, 3GPP Long Term Evolution và 3GPP2 Ultra Mobile
Broadband.
1.2 KIẾN TRÚC CHUNG MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
3G
1.2.1 Công nghệ WCDMA
WCDMA (Wideband CDMA) là một công nghệ phát triển của
GSM để tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu bằng cách sử dụng kỹ thuật
CDMA hoạt động ở băng rộng thay thế cho TDMA. Trong các công
nghệ thông tin di động thế hệ thứ ba thì WCDMA 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 bít thấp
và trung bình.
BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
6
KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1
* Một số đặc điểm của WCDMA:
- Là hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã trải phổ trực tiếp, có
tốc độ bit cao (lên đến 2 Mbps)
- Tốc độ chip 3,84 Mcps với độ rộng sóng mang 5 Mhz, do đó hỗ trợ
tốc độ dữ liệu cao đem lại nhiều lợi ích như độ lợi đa phân tập.

- Hỗ trợ tốc độ người sử dụng thay đổi liên tục. Mỗi người sử dụng
được cung cấp một khung, trong khung đó tốc độ dữ liệu giữ cố định
nhưng tốc độ có thể thay đổi từ khung này đến khung khác.
- Hỗ trợ hai mô hình vô tuyến FDD và TDD. Trong mô hình FDD
sóng mang 5 Mhz sử dụng cho đường lên và đường xuống, còn trong
mô hình TDD sóng mang 5 Mhz chia sẻ theo thời gian giữa đường
lên và đường xuống.
- WCDMA hỗ trợ hoạt động không đồng bộ của các trạm gốc, do đó
dễ dàng phát triển các trạm gốc vừa và nhỏ.
- WCDMA sử dụng tách sóng có tham chiếu đến sóng mang
dựa trên kênh hoa tiêu, do đó có thể nâng cao dung lượng và vùng
phủ.
- WCDMA được thiết kế tương thích với GSM để mở rộng vùng
phủ sóng và dung lượng của mạng.
- Lớp vật lý mềm dẻo dễ tích hợp được tất cả thông tin trên
một sóng mang.
- Hệ số tái sử dụng bằng 1.
- Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến.
1.2.2 Tổng quan hệ thống UMTS
-Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba được xây dựng với mục
đích cung cấp cho một mạng di động toàn cầu với các dịch vụ
phong phú bao gồm thoại, nhắn tin, internet và dữ liệu băng rộng.
BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
7
KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1
- Tại Châu Âu hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba đã được
tiêu chuẩn hóa bởi học viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu
(ETSI: European Telecommunications Standard Institute) phù
hợp với tiêu chuẩn ITM-2000 của ITU
(InternationalTelecommunication Union).

- Hệ thống có tên là UMTS (Universal Mobile Telecommunication
System). UMTS được xem là hệ thống kế thừa của hệ thống GSM,
nhằm đáp ứng các yêu cầu phát triển của các dịch vụ di động và ứng
dụng internet với tốc độ truyền dẫn lên tới 2 Mbps và cũng cấp một
tiêu chuẩn chuyển vùng toàn cầu.
- UMTS được phát triển bởi Third Generation Partnership
Project (3GPP) là dự án phát triển chung của nhiều cơ quan tiêu
chuẩn hóa (SDO) như: ETSI (Châu Âu), ARIB/TCC (Nhật Bản),
ANSI (Mỹ), TTA (Hàn Quốc) và CWTS (Trung Quốc).
- Hội nghị vô tuyến thế giới năm 1992 đã đưa ra các phổ tần số
dùng cho hệ thống UMTS:
+ 1920 ÷ 1980 MHz và 2110 ÷ 2170 MHz dành cho các ứng
dụng FDD (Frequency Division Duplex: Ghép kênh theo tần số)
đường lên và
đường xuống, khoảng cách kênh là 5MHz.
+ 1900 ÷ 1920 MHz và 2010 ÷ 2025 MHz dành cho các ứng dụng
TDD (Time Division Duplex: Ghép kênh theo tần số), khoảng
cách kênh là 5MHZ.
+ 1980 ÷ 2010 MHz và 2170 ÷ 2200 MHz: Đường xuống và đường
lên vệ tinh.

BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
8
KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1

1.2.3 Kiến trúc chung của một mạng WCDMA
Mạng thông tin di động thế hệ ba ban đầu sẽ là mạng kết hợp giữa
các vùng chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh để truyền dữ liệu
gói và tiếng. Các trung tâm chuyển mạch gói là các chuyển
mạch sử dụng công nghệ ATM. Trong quá trình phát triển đến sử

dụng toàn mạng IP, chuyển mạch kênh dần được thay thế bằng
chuyển mạch gói. Các dịch vụ số liệu và thời gian thực cuối cùng sẽ
được chuyển trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch
gói.
1.2.3.1 Thiết bị người sử dụng
Thiết bị người sử dụng (UE: User Equipment): Thực hiện
chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ thống.






BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
9
KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1
1.2.3.2 Mạng truy nhập vô tuyến


Mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN:UMTSTerestrialRadioAccess
Network): Có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy
nhập vô tuyến. Kiến trúc ban đầu của mạng 3G có thể sử dụng hai
kiểu mạng truy nhập vô tuyến. Kiểu thứ nhất sử dụng công nghệ
đa truy nhập WCDMA được gọi là UTRAN. Kiểu thứ hai sử dụng
công nghệ đa truy nhập TDMA được gọi là GERAN (GSM EDGE
Radio Access Network: Mạng truy nhập vô tuyến dựa trên
công nghệ EDGE của GSM).
1.2.3.3 Mạng lõi
Mạng lõi (CN: Core Network): Thực hiện chức năng chuyển
mạch, định tuyến cuộc gọi và kết nối số liệu. Mạng lõi là kết hợp

của chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói được thể hiện bằng nhóm
các đơn vị chức năng logic (hình 1.3). Trong thực thế các miền chức
năng này đặt vào các thiết bị và các nút vật lý. Như chức năng
BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
10
KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1
chuyển mạch kênh CS (MGC/GMSC) và chức năng chuyển mạch
gói (SGSN/GGSN) trong một nút duy nhất để được một hệ thống
tích hợp cho phép chuyển mạch và truyền dẫn các kiểu phương tiện
khác nhau từ lưu lượng tiếng đến lưu lượng số liệu dung lượng lớn.
1.2.4 Các loại lưu lượng và dịch vụ của mạng 3G WCDMA hỗ trợ
WCDMA UMTS cung cấp các loại dịch vụ xa (teleservices)
như dịch vụ điện thoại hoặc bản tin ngắn (SMS) và các loại dịch vụ
mang (bearer service: Một dịch vụ viễn thông cung cấp khả năng
truyền tín hiệu giữa hai giao diện người sử dụng - mạng).Vì thế,
nói chung mạng 3G hỗ trợ các dịch vụ truyền thông đa phương
tiện. Do đó với mỗi kiểu lưu lượng cần đảm bảo một mức QoS nhất
định tùy theo ứng dụng của dịch vụ. QoS ở hệ thống WCDMA
UMTS được phân loại như sau:
- Loại hội thoại (Thoại, thoại thấy hình): Thông tin tương tác yêu
cầu trễ nhỏ.
- Loại luồng (đa phương tiện, video theo yêu cầu): Thông tin
một chiều đòi hỏi dịch vụ luồng với trễ nhỏ.
- Loại tương tác (duyệt web, trò chơi qua mạng, truy nhập
cơ sở dữ liệu ): Đòi hỏi trả lời trong một thời gian nhất định và tỉ
lệ lỗi thấp.
- Loại cơ bản (thư điện tử, SMS, tải dữ liệu xuống): Đòi hỏi các
dịch vụ nỗ lực nhất được thực hiện trên nền cơ sở.
- Vùng phủ sóng của mạng WCDMA UMTS được chia thành bốn
vùng với các tốc độ bít Rb phục vụ như sau:

+ Vùng 1: Vùng trong nhà, ô pico, Rb ≤ 2 Mbps
+ Vùng 2: Vùng thành phố, ô micro, Rb ≤ 384 Kbps
+ Vùng 3: Vùng ngoại ô, ô macro, Rb ≤ 144 Kbps
+ Vùng 4: Toàn cầu, Rb = 12,2 Kbps

BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
11
KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1

Hình 1.4. Vùng phủ sóng của UMTS
1.3 CÁC KIẾN TRÚC CHO CÔNG NGHỆ WCDMA THEO 3GPP
Mạng di động thế hệ 3 được xây dựng theo các phát hành chính
được gọi là R3, R4, R5 và R6. Trong đó R3 và R4 có mạng lõi
bao gồm hai miền chuyển mạch: Miền CS (Circuit Switch:
Chuyển mạch kênh) và PS (Packet Switch: Chuyển mạch gói).
Việc kết hợp này phù hợp với giai đoạn đầu khi PS chưa đáp ứng tốt
các dịch vụ thời gian thực như thoại và hình ảnh. Khi đó miền CS sẽ
thực hiện các dịch vụ thoại, còn các dịch vụ số liệu được truyền trên
miền PS. R4 phát triển hơn R3 ở chỗ CS chuyển sang chuyển mạch
mềm, vì thế toàn bộ mạng truyền tải giữa các nút chuyển mạch đều
trên IP.
* Lịch trình nghiên cứu trong 3GPP:
- Phát hành 1999 (R3) tháng 12/1999
- Phát hành 4 (R4) tháng 03/2001
- Phát hành 5 (R5) tháng 02/2001
- Phát hành 6 (R6) tháng 12/2004
1.1.3 Kiến trúc WCDMA UMTS R3
Đây là kiến trúc mạng 3G sử dụng công nghệ WCDMA trong 3GPP
năm 1999, tập tiêu chuẩn đầu tiên cho hệ thống UMTS.
BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG

12
KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1


Mạng UMTS R3 có hỗ trợ cả chuyển mạch kênh và chuyển mạch
gói. Tốc độ thông tin lên tới 384 Kbps trong miền chuyển
mạch kênh và 2 Mbps trong miền chuyển mạch gói. Các kết nối
tốc độ cao này đảm bảo cung cấp một tập các dịch vụ mới cho người
sử dụng di động gồm: Điện thoại có hình (hội nghị Video) âm thanh
chất lượng cao (CD) và tốc độ truyền cao tại đầu cuối.
Mạng UMTS R3 gồm ba phần chính đó là: Thiết bị di động
(UE: User Equipment), mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS
(UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Network) và mạng lõi (CN: Core
Network).
1.3.1.1 Thiết bị ngƣời sử dụng
BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
13
KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1
Thiết bị người sử dụng (UE): Là đầu cuối mạng UMTS của người
sử dụng. là phần có nhiều thiết bị nhất và sự phát triển của nó sẽ ảnh
hưởng lớn lên các ứng dụng và các dịch vụ khả dụng.
Thiết bị đầu cuối (TE: Terminal Equipment): Trong mạng 3G,
thiết bị đầu cuối không đơn thuần dành cho điện thoại mà còn cung
cấp dịch vụ số liệu mới.
Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment): Là đầu cuối vô tuyến để
giao tiếp với mạng qua đường vô tuyến.
Modun nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subcriber
Identity Modulo) Là một thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng
thuê bao. USIM chứa các hàm và số liệu cần để nhận dạng, nhận
thực thuê bao và có thể giữ các khóa nhận thực cùng một số

thông tin thuê bao cần thiết cho thiết bị đầu cuối. Người sử dụng
phải tự mình nhận thực đối với USIM bằng cách nhập mã PIN. Điều
này đảm bảo rằng chỉ người sử dụng đích thực mới được truy nhạp
UMTS, và mạng cũng chỉ cung cấp dịch vụ cho người nào sử dụng
đầu cuối dựa trên nhận dạng USIM được đăng ký.
1.3.1.2 Mạng truy nhập vô tuyến UMTS
Mạng truy nhập vô tuyến UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial
Radio Access Netwok): Là mạng liên kết giữa người sử dụng và
mạng lõi. Nó bao gồm một hay nhiều hệ thống con mạng vô
tuyến RNS (Radio Network Subsystem), trong một RNS gồm một
RNC và gồm một hay nhiều nút B (node B).
UTRAN được định nghĩa giữa hai giao diện: Giao diện Iu
giữa UTRAN và mạng lõi (CN) gồm hai phần là IuPS cho miền
chuyển mạch gói và IuCS cho miền chuyển mạch kênh và giao
diện Uu giữa UTRAN và thiết bị người dùng (UE).
* Các đặc tính chính của UTRAN:
BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
14
KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1
- Hỗ trợ UTRAN và tất cả các chức năng liên quan. Đặc biệt là các
ảnh hưởng chính lên việc thiết kế là yêu cầu hỗ trợ chuyển giao
mềm (một đầu cuối kết nối qua hai hay nhiều ô tích cực) và các
thuật toán quản lý tài nguyên đặc thù WCDMA.
- Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển
mạch kênh và chuyển mạch gói bằng một ngăn xếp giao thức giao
diện vô tuyến duy nhất và bằng cách sử dụng một giao diện để kết
nối từ UTRAN đến cả hai vùng PS và CS của mạng lõi.
- Đảm bảo tính chung nhất với GSM khi cần thiết.
- Sử dụng truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN.
* Hai thành phần của UTRAN là bộ điều khiển mạng vô tuyến

(RNC) và node B.
Bộ điều khiển mạng vô tuyến
Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC: Radio Network
Controller): Là một phần tử mạng, chịu tránh nhiệm cho một
hay nhiều trạm gốc và điều khiển tài nguyên cho chúng. Đây
cũng chính là điểm truy nhập dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho
mạng lõi (CN). Nó được nối đến CN bằng hai kết nối, một cho
miền chuyển mạch gói đến SGSN và một đến chuyển mạch kênh đến
MSC.
* Các chức năng chính của RNC:
- Điều khiển tài nguyên vô tuyến
- Cấp phát kênh
- Thiết lập điều khiển công suất
- Điều khiển công suất vòng hở
- Điều khiển chuyển giao
- Phân tập Macro
- Mật mã hóa
- Báo hiệu quảng bá
BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
15
KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1
Node B
Trong hệ thống UMTS, trạm gốc được gọi là node 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 như “điều khiển công suất vòng trong”.
Tính năng này là để phòng ngừa vấn đề gần xa, nghĩa là khi tất các
đầu cuối đều phát cùng một công suất, thì các đầu cuối gần node B
nhất sẽ che lấp tín hiệu từ các đầu cuối ở xa. Node 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 node B luôn thu được
công suất như nhau tại tất cả các đầu cuối.
1.3.1.3 Mạng lõi
Mạng lõi (CN: Core Network) của hệ thống UMTS chia thành
hai phần: Chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Thành phần
chuyển mạch gói gồm những nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN:
Serving GPRS Support Node) và cổng hỗ trợ dịch vụ GPRS
(GGSN: Gateway GPRS Support Node). Thành phần chuyển mạch
kênh là MSC và GMCS. Một số thành phần của mạng như HLR và
AuC được chia sẻ cho cả hai phần. Cấu trúc của mạng lõi có thể
được thay đổi khi các dịch vụ mới và các đặc điểm mới của hệ thống
được đưa ra. Các phần tử chính trong mạng lõi:
SGSN (Serving GPRS Support Node): Là nút chính của miền
chuyển mạch gói. Nó nối đến UTRAN thông qua giao diện IuPS và
đến GGSN thông qua giao diện Gn. SGSN chịu trách nhiệm cho tất
cả kết nối PS của tất cả các thuê bao. Nó lưu 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:
BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
16
KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1
- 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
GGSN
Khi một SGSN (Gateway GPRS Support Node) kết nối với
mạng số liệu khác. Tất cả các cuộc truyền dữ liệu từ thuê bao
đến các mạng ngoài đều qua GGSN. Cũng như SGSN, nó lưu cả
hai kiểu số liệu: Thông tin thuê bao và thông tin vị trí
Số liệu về thông tin thuê bao:
- Các địa chỉ PDP Số liệu về vị trí: Địa chỉ SGSN hiện thuê bao
đang nối đến.
MSC
MSC (Mobile Switching Center) thực hiện chức năng kết nối
chuyển mạch kênh giữa thiết bị đầu cuối và mạng. Nó thực
hiện các chức năng báo hiệu và chuyển mạch cho các thuê baoo
trong vùng quản lý của mình. Chức năng của MSC trong UMTS
giống chức năng MSC trong GSM, nhưng nó có nhiều chức năng
hơn. Các kết nối chuyển mạch kênh được thực hiện trên giao
diện chuyển mạch kênh giữa UTRAN và MSC. Các MSC được nối
đến các mạng ngoài qua GMSC.
GMSC
BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
17
KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1
GMSC (Gateway MSC) 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 khác, GMSC nhận yêu cầu
thiết lập kết nối và hỏi HLR về MSC hiện thời quản lý MS.
VLR
VLR (Visitor Location Register): Là bản sao của HLR, dữ liệu
thuê bao cần thiết để cung cấp các dịch vụ thuê bao được lấy từ HLR

và lưu ở đây. Cả MSC và SGSN đều có VLR nối với chúng.
HLR
HLR (Home Location Register): Là một cơ sở dữ liệu có nhiệm vụ
quản lý các thuê bao di động. Một mạng di động có thể có nhiều
HLR tùy thuộc vào số lượng thuê bao, dung lượng của từng HLR và
tổ chức bên trong mạng.
HLR và AuC là hai nút mạng logic nhưng thường được thực
hiện trong cùng một nút vật lý. HLR lưu trữ mọi thông tin về người
sử dụng và đăng lý thuê bao như: Thông tin tính cước, các dịch vụ
nào được cung cấp và các dịch vụ nào bị từ chối, thông tin chuyển
hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi.
Trung tâm nhận thực
Trung tâm nhận thực (AuC: Authentication Center) lưu giữ toàn bộ
số liệu cần thiết để nhận thực, mật mã hóa và bảo vệ thông tin của
người dùng. Nó liên kết với HLR và được hiện cùng với một nút vật
lý.
Bộ nhận dạng thiết bị
Bộ nhận dạng thiết bị (EIR: Equipment Identity Register) chịu
trách nhiệm lưu các số nhận dạng thiết bị di động quốc tế
(IMEI: International Mobile Equipment Identity). Đây là số nhận
BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
18
KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1
dạng duy nhất cho thiết bị đầu cuối. Cơ sở dữ liệu này được chia
thành ba danh mục: Danh mục trắng, xám và đen. Danh mục
trắng chứa các số IMEI được phép truy nhạp 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. Danh
mục nay cũng có thể được sử dụng để cấm các
seri máy đặc biệt không được truy nhập mạng khi chúng không hoạt

động theo tiêu chuẩn.
Các giao diện vô tuyến
- Giao diện Cu: Là giao diện chuẩn cho các card thông minh.
Trong UE
đây là giao diện kết nối giữa USIM và UE
- Giao diện Uu: Là giao diện vô tuyến mà UE truy nhập vào phần cố
định
của mạng. Giao diện này nằm giữa nút B và thiết bị đầu cuối.
- Giao diện Iu: Là giao diện kết nối UTRAN và CN. Một CN có thể
kết nối với nhiều UTRAN, nhưng với mỗi UTRAN thì chỉ có thể kết
nối với một điểm truy nhập CN.
- Giao diện Iur: Đây là giao diện giữa RNC với RNC. Giao diện
này có các tính năng cơ bản sau:
+ Di động giữa các RNC
+ Lưu thông kênh riêng
+ Lưu thông kênh chung
+ Quản lý tài nguyên toàn cục
- Giao diện Iub: Giao diện Iub nối nút B với RNC. Đây là một giao
diện mở
1.3.2 Kiến trúc mạng WCDMA UMTS R4
BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
19
KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1
Mạng WCDMA UMTS phát hành 4 tạo ra tăng cường đáng
kể cho kiến trúc mạng lõi. Sự khác biệt cơ bản giữa phát hành 1999
(R3) với R4 là ở chỗ khi này mạng lõi của R4 là mạng phân bố.
R4 thay thế cho các MSC chuyển mạch kênh truyền thống là
MSC Server và các cổng phương tiện MGW (Media Gateway).
MSC chứa tất cả các phần mềm điều khiển cuộc gọi, chức năng
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 được
MSC Server điều khiển và có thể đặt xa MSC Server. MGW không
chứa các phần mềm nói trên mà chỉ có nhiệm vụ thiết lập điều
khiển và giải phóng các luồng phương tiện (các luồng tiếng) dưới sự
điều khiển của MSC Server. MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và
định tuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đường trục gói.
Số liệu gói từ RNC đi qua SGSN và từ SGSN đến GGSN trên mạng
đường trục IP.
Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực
hiện giữa RNC và MSC Server. Đường truyền cho các cuộc gọi
chuyển mạch kênh được thực hiện giữa RNC và MGW. MGW nhận
các cuộc gọi từ RNC và định tuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận
trên các đường trục gói. Trong nhiều trường hợp đường trục gói sử
dụng “giao thức truyền tải thời gian thực ” (RTP: Real Time
Transport Protocol) trên giao thức Internet (IP). Trong kiến trúc trên
ta thấy lưu lượng số liệu gói từ RNC đi qua SGSN và từ SGSN đến
GGSN trên mạng đường 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.



BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
20
KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1

Khi cuộc gọi cần được định tuyến đến một mạng khác, PSTN
chẳng hạn, sẽ có một cổng các phương tiện khác (MGW) được điều
khiển bởi MSC Server cổng (GMSC server). MGW này sẽ chuyển
tiếng thoại được đóng gói thành PCM tiêu chuẩn để đưa đến PSTN.
Để có cái nhìn rõ ràng, giả thiết rằng nếu tiếng ở giao diện vô
tuyến được truyền tại tốc độ 12,2 kbps, thì tốc độ này chỉ phải
BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
21
KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1
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. Như vậy chuyển đổi mã chỉ cần thực hiện tại điểm
kết nối với PSTN và ở mạng đường trục gói, chỉ cần truyền
tiếng ở độ rộng băng tần nhỏ hơn, điều này cho phép giảm giá
thành của mạng. Trong nhiều trường hợp MSC hỗ trợ cả chức năng
của GMSC Server.
Giao thức điều khiển giữa MSC Server hoặc GMSC Server với
MGW là giao thức ITU H.248. Giao thức này được ITU và IETF
cộng tác phát triển. Nó có tên là điều khiển cổng các phương
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.
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 tư. Ví dụ, xét trường hợp khi một RNC được đặt tại
thành phố A và được 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 được điều khiển tại

MSC Server ở thành phố B nhưng đường truyền các phương 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.
HLR cũng có thể được gọi là Server thuê bao tại nhà
(HSS: Home Subscriber Server). HSS và HLR có chức năng tương
đương, ngoại trừ giao diện với HSS là giao diện trên cơ sở truyền tải
gói (ví dụ là IP) trong khi HLR sử dụng giao diện trên cơ sở báo
BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
22
KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1
hiệu số 7. Ngoài ra còn có các giao diện giữa SGSN với HLR/HSS
và giữa GGSN với HLR/HSS không được chỉ ra trên hình vẽ.
Rất nhiều giao thức được 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 truyền thống qua việc sử
dụng các cổng các phương tiện. Ngoài ra mạng cũng phải giao
diện với các mạng SS7 tiêu chuẩn. Giao diện này được thực hiện
thông qua cổng SS7 (SS7 GW). Đây là cổng mà ở một phía nó
hỗ trợ truyền tải bản tin SS7 trên đường truyền tải SS7 tiêu chuẩn,
ở phía kia nó truyền tải các bản tin ứng dụng SS7 trên mạng gói
(ví dụ là IP). Các thực thể như MSC Server, GMSC Server và
HSS liên lạc với cổng SS7 bằng cách sử dụng các giao thức
truyền tải được thiết kế đặc biệt để mang các bản tin SS7 ở mạng IP.
Bộ giao thức này được gọi là Sigtran.

1.3.3 Kiến trúc mạng WCDMA UMTS R5 và R6

BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
23
KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1

Kiến trúc WCDMA UMTS R5 và R6 là đưa ra kiến trúc mạng đa
phương tiện IP. Bước phát triển này thể hiện sự thay đổi toàn bộ mô
hình cuộc gọi. Ở đây cả tiếng và số liệu được xử lý giống nhau trên
toàn bộ đường truyền từ đầu cuối của người 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 đưa ra một miền mới được gọi là
phân hệ đa phương tiện IP (IMS: IP Multimedia Subsystem). Đây là
một miền mạng IP được thiết kế để hỗ trợ các dịch vụ đa phương
tiện thời gian thực IP. Cả dữ liệu tiếng và số liệu không cần các giao
diện cách biệt, chỉ có một giao diện Iu duy nhất mang tất cả phương
tiện. Trong mạng lõi giao diện này kết cuối tại SGSN và không có
MGW riêng. Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) chứa các phần tử sau:
BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
24
KHOA ĐIỆN TỬ LỚP: ĐH ĐIỆN TỬ 1-K1
- CSCF (Connection State Control Function: Chức năng điều khiển
trạng thái kết nối)
- MRF (Multimedia Resource Function: Chức năng tài nguyên đa
phương tiện)
- MGCF (Media Gateway Control Function: Chức năng điều khiển
cổng các phương tiện)
- T-SGW (Transport Signalling Gateway: Cổng báo hiệu truyền tải)
- R-SGW (Roaming Signalling Gateway: Cổng báo hiệu chuyển
mạng)
CSCF: Quản lý việc thiết lập , duy trì và giải phóng các phiên đa
phương tiện đến và từ người sử dụng. Nó bao gồm các chức
năng như biên dịch và định tuyến. CSCF hoạt động như một đại
diện Server. SGSN và GGSN: Là các phiên bản tăng cường của các
nút được sử dụng ở GPRS và UMTS R3 và R4. Điểm khác nhau duy

nhất là ở chỗ các nút này không chỉ hỗ trợ dịch vụ số liệu gói mà cả
dịch vụ chuyển mạch kênh. Vì thế cần hỗ trợ các khả năng chất
lượng dịch vụ (QoS) hoặc bên trong SGSN và GGSN hoặc ít nhất ở
các Router kết nối trực tiếp với chúng.
Chức năng tài nguyên đa phƣơng tiện (MRF): Là chức năng lập
cầu hội nghi
được sử dụng để hỗ trợ các tính năng như tổ chức cuộc gọi nhiều
phía và dịch vụ hội nghị .
Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW): Là một cổng báo hiệu SS7
để đảm bảo tương tác SS7 với các mạng tiêu chuẩn ngoài như
PSTN. T-SGW hỗ trợ các giao thức Sigtran.
Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW): Là một nút đảm bảo tương
tác báo hiệu với các mạng di động hiện có sử dụng SS7 tiêu chuẩn.
Trong nhiều trường hợp T-SGW và R-SGW cùng tồn tại trên cùng
một nền tảng.
BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
25