Tối ưu vùng phủ mạng thông tin di động 3G WCDMA

1

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn ký và ghi rõ họ tên
Ngô Quang Long
2


AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực
BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng
bá
BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá
BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bit
BG Border Gatway Gateway kết nối ngoài
BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc
CN Core Network Mạng lõi
CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung
CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung
CS Circuit Switch Chuyển mạch kênh
CSCF Call Status Control Function Chức năng điều khiển
trạng thái cuộc gọi
CS-MGW Circuit Switched Media
Gateway
Cổng phương tiện
chuyển mạch kênh – xử
lý dữ liệu thuê bao
DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng
DPCCH Dedicated Physycal Control
Channel

Kênh điều khiển vật lý
riêng
DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng
3
DPDCH Dedicated Physical Data
Channel
Kênh số liệu vật lý riêng
DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường
xuống
EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị
FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường
xuống
GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng
GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói
chung
GSM Global System For Mobile
Communications
Hệ thống thông tin di
động toàn cầu
HE Home Environment Môi trường nhà
HHO Hard Handover Chuyên giao cứng
HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú
HSDPA High Speed Downlink Packet
Access
Truy nhập hói đường
xuống tốc độ cao
HS-DPCCH High-Speed Dedicated Physical
Control Channel
Kênh điều khiển vật lý
riêng tốc độ cao

HS-DSCH High-Speed Dedicated Shared
Channel
Kênh chia sẻ riêng tốc độ
cao
HS-PDSCH High-Speed Physical Dedicated
Shared Channel
Kênh chia sẻ riêng vật lý
tốc độ cao
HSS Home Subsscriber Server Server thuê bao nhà
HSS Home Subscriber Server Máy chủ thuê bao
thường trú
HS-SCCH High-Speed Shared Control
Channel
Kênh điều khiển chia sẻ
tốc độ cao
IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện
IP
4
IMSI International Mobile
Subsscriber Identity
số nhận dạng thuê bao
di động quốc tế
IP Internet Protocol Giao thức Internet
LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn
MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập
môi trường
MGCF Media Gateway Control
Function
chức năng điều khiển
cổng phương tiện

MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa
phương tiện
MRFC Multimedia Resource Function
Controller
bộ điều khiển chức năng
tài nguyên đa phương
tiện
MRFP Multimedia Resource Function
Processor
bộ xử lý chức năng tài
nguyên đa phương tiện
MSC Mobile Services Switching
Center
Trung tâm chuyển mạch
các dịch vụ di động
NodeB Nút B
OVSF Orthogonal Variable Spreading
Factor
Hệ số trải phổ khả biến
trực giao
PCH Paging Channel Kênh tìm gọi
PCPCH Physical Common Packet
Channel
Kênh vật lý gói chung
PDCP Packet-Data Convergence
Protocol
Giao thức hội tụ số liệu
gói
PDP Packet Data Protocol Giao thức số liệu gói
PDSCH Physical Downlink Shared

Channel
Kênh chia sẻ đường
xuống vật lý
PLMN Public Land Mobile Network mạng di động mặt đất
công cộng
PRACH Physical Random Access
Channel
Kênh vật lý truy nhập
ngẫu nhiên
PS Packet Switch Chuyển mạch gói
5
PSTN Public Switched Telephone
Network
Mạng điện thoại chuyển
mạch công cộng
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RA: Routing Area Vùng định tuyến
RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu
nhiên
RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến
RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô
tuyến
RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô
tuyến
RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô
tuyến
R-SGW Roaming Signalling Gateway Cổng báo hiệu chuyển
mạng
RTP Real Time Transport Protocol Giao thức truyền tải thời
gian thực

SCH Synchronization channel Kênh đồng bộ
SF Spreading Factor Hệ số trải phổ
SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục
vụ
SHO Soft Handover Chuyển giao mềm
SIM Subscriber Identity Module Mođun nhận dạng thuê
bao
SIP: Session Initiation Protocol giao thức khởi tạo phiên
SMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin
SN Serving Network mạng phục vụ
SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp
âm
TDMA Time Division Mulptiple
Access
Đa truy nhập phân chia
theo thời gian
T-SGW Transport Signalling Gateway Cổng báo hiệu truyền tải
UE User Equipment Thiết bị người sử dụng
6
UMTS Universal Mobile
Telecommunications System
Hệ thống thông tin di
động toàn cấu
UTRAN UMTS Terrestrial Radio
Access Network
Mnạg truy nhập vô tuyến
mặt đất UMTS
VLR Visitor Location Register bộ ghi định vị tạm trú
WCDMA Wideband Code Division
Multiple Access

Đa truy nhập phân chia
theo mã băng rộng

Số hiệu bảng Tên bảng Trang
1.1
Phân loại các dịch vụ ở 3GWDCMA UMTS
4
2.1
Mô tả phân chia 8191 mã ngẫu nhiên thành nhóm
mã/mã sơ cấp/mã thứ cấp
26
2.2
Mô tả 64 nhóm mã sơ cấp
27
2.3
Quan hệ giữa tốc độ người dùng và hệ số trải phổ
28
3.1
Bảng thống kê kết quả RSCP
66
3.2
Bảng thống kê kết quả Ec/No
67
7

Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ
Trang
1.1
Kiến trúc tổng quát của một mạng di động kết hợp
cả CS và PS

2
1.2
Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3
5
1.3
Các giao diện bên trong và bên ngoài của UTRAN
7
1.4
Vai trò logic của SRNC và DRNC
8
1.5
Kiến trúc mạng 3G WCDMA UMTS R4
14
1.6
Kiến trúc mạng 3GPP R5 và R6
15
1.7
Phân chia mạng thành các vùng phục vụ của
MSC/VLR và SGSN
17
1.8
Phân chia vùng phục vụ của MSC/VLR và SGSN
thành các vùng định vị
18
1.9
Phân chia LA và RA
19
1.10
Các kiểu mẫu ô
19

1.11
Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động
lên 4G
20
2.1
Kết quả quá trình trải phổ
23
2.2
Độ lợi xử lý hay hệ số trải phổ
23
2.3
Các bước trải phổ tín hiệu
24
8
2.4
Vai trò của mã ngẫu nhiên và mã kênh trong
WCDMA
25
2.5
Mã trải phổ dùng trong đường xuống
25
2.6
Mã trải phổ dùng trong đường lên
25
2.7
Cây mã OSVF của mã định kênh
28
2.8
Các cơ chế điều khiển công suất của WCDMA
30

2.9
Điều khiển công suất vòng hở
31
2.10
Điều khiển công suất vòng kín
32
2.11
Chuyển giao cứng
34
2.12
Chuyển giao mềm
35
2.13
Chuyển giao mềm hơn
35
2.14
Kiến trúc giao thức vô tuyến cho UTRAN FDD
36
2.15
Chức năng của các kênh vật lý
43
2.16
Chuyển đổi giữa các kênh trong 3G WCMDA
44
3.1
Quan hệ giữa Ec/No và RSCP
48
3.2
Quy trình tiến hành Driving Test
49

3.3
Giao diện TEMS Investigation với vị trí các Node
B
51
3.4
Mô tả vùng phủ sóng của một trạm Node B
52
3.5
Ví dụ thiêt kế đặt trạm Node B với khu dân cư
54
3.6
Ví dụ đặt trạm Node B kết hợp dân cư và đường
55
3.7
Ví dụ đặt trạm Node B tại ngã ba
55
3.8
Ví dụ đặt trạm Node B tại khu dân cư đông
55
3.9
Góc cụp của anten
57
3.10
Ví dụ lỗi chéo cell
60
3.11
Mô tả lỗi thiếu Neighbor Cell
61
3.12
Mô tả lỗi Overshooting

62
3.13
Các bước thực hiện tối ưu quan hệ giữa các cell
63
3.14
Bản đồ phân bố RSCP trước khi tối ưu
64
3.15
Bản đồ phân bố Ec/No trước khi tối ưu
64
3.16
So sánh kết quả RSCP trước và sau tối ưu
65
3.17
So sánh kết quả Ec/No trước và sau tối ưu
66
9
10
 
Tại Việt Nam tính đến thời điểm hiện nay đang có 3 nhà mạng viễn thông
lớn nhất triển khai và cung cấp các dịch vụ trên mạng thông tin di động 3G đó là
Vinaphone, Mobifone, Viettel. Do số lượng thuê bao đã gần như bão hòa, không
tăng bùng nổ như giai đoạn đầu khi triển khai, các nhà cung cấp dịch vụ bắt đầu
cạnh tranh khốc liệt để giành thị phần, bao gồm đưa ra các dịch vụ mới, đưa ra giá
cước hợp lý và một điều quan trọng nhất là luôn phải đảm bảo chất lượng kết nối
cho khách hàng, bằng các biện pháp kỹ thuật nhằm tối ưu hệ thống mạng di động
trong đó quan trọng là tối ưu vùng phủ sóng. Các hoạt động đo kiểm bằng phần
mềm chuyên nghiệp được tiến hành liên tục, dựa vào kết quả đo, nhân viên tối ưu sẽ
đưa ra quyết định điều chỉnh các tham số của mạng như cân chỉnh góc anten, tối ưu
công suất phát, thu, tối ưu quan hệ giữa các ô lân cận với nhau nhằm đưa chất lượng

vùng phủ sóng đạt tới tiêu chí đích đề ra. Vậy cụ thể hoạt động đó diễn ra như thế
nào, đây chính là lý do tôi chọn đề tài “Tối ưu vùng phủ mạng thông tin di động 3G
WCDMA”.
Chương I giới thiệu tổng quan về mạng 3G WCDMA bao gồm các kiến trúc
mạng với các phiên bản ngày càng hiện đại hơn, cấu trúc phân chia địa lý của vùng
mạng di động. Chương II đi vào tìm hiểu các kỹ thuật cơ bản trong mạng, giao diện
vô tuyến và các kênh mà mạng 3G WCDMA sử dụng. Chương III sẽ trình bày hoạt
động tối ưu vùng phủ sóng mạng 3G WCDMA thực tế, từ quy trình đo kiểm driving
test, các chỉ tiêu KPIs của mạng đến những biện pháp từ thực tế để nâng cao chất
lượng vùng phủ sóng.
Luận văn được thực hiện trong thời gian ngắn, có những hạn chế nhất định
về nhận thức người viết cũng như hạn chế về tiếp cận số liệu thực tế nên không
tránh khỏi sai sót. Để hoàn thiện luận văn hơn, rất mong được sự đóng góp nhiệt
tình của người đọc.
Xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS-TS. Nguyễn Minh Dân đã định
hướng, giúp đỡ em hoàn thành luận văn này.
11
!"#$%&'(
)*)+,+ +/01.2345
Người làm tối ưu vùng phủ mạng di động 3G WCDMA trước tiên cần được
trang bị kiến thức nền cơ bản về kiến trúc tổng quát của một mạng thông tin di
động, các thành phần, giao diện, giao thức trong mạng đó, với những dịch vụ đang
khai thác…
 Chương này mô tả kiến trúc tổng quát của một mạng thông tin di động 3G,
nêu ra các kiến trúc mạng 3G WCDMA với các phiên bản R3, R4, R5, R6, cấu hình
địa lý của mạng.
)*6+74-8911.0451:;<=-./ >45 ?45-+4@+A=45&
Mạng thông tin di động 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 đường

phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh sẽ dần được thay thế bằng chuyển
mạch gói. Các dịch vụ kể cả số liệu lẫn thời gian thực (như tiếng và video) cuối
cùng sẽ được truyền trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch gói. Hình
1.1 dưới đây cho thấy thí dụ về một kiến trúc tổng quát của mạng 3G kết hợp cả CS
và PS trong mạng lõi.
B4.)*)+74-891-C45D0E-1:;<=-<F45@+A=45G7-.HI1J(KLM(
Thiết Bị Chuyển Mạch Cổng
12
Các miền chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS) được thể hiện
bằng một nhóm các đơn vị chức năng lôgic: trong thực hiện thực tế các miền chức
năng này được 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) 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.
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) được 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 được gọi là GERAN (GSM EDGE Radio Access
Network: mạng truy nhập vô tuyến dưa trên công nghệ EDGE của GSM). Tài liệu
chỉ xét đề cập đến công nghệ duy nhất trong đó UMTS được gọi là 3G WCDMA
UMTS
)*& E1NOF+N20N2H45KL@P1.KQA2H1&'.R-8H
Vì thông tin di động 3G cho phép truyền dẫn nhanh hơn, nên truy nhập
Internet và lưu lượng thông tin số liệu khác sẽ phát triển nhanh, hỗ trợ tốt tất cả các
dịch vụ thoại và đa phương tiện, vì thế mỗi kiểu lưu lượng cần đảm bảo một mức
QoS nhất định tuỳ theo ứng dụng của dịch vụ. QoS ở W-CDMA được phân loại như
sau:

Loại hội thoại (Conversational, rt): Thông tin tương tác yêu cầu trễ nhỏ (thoại
chẳng hạn, video call).
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: xem phim, )
Loại tương tác (Interactive, nrt): Đòi hỏi trả lời trong một thời gian nhất định và tỷ
lệ lỗi thấp (trình duyệt Web, game online, bản đồ tìm địa chỉ…).
Loại nền (Background, nrt): Đòi hỏi các dịch vụ nỗ lực nhất được thực hiện trên
nền cơ sở (e-mail, tải xuống các file ảnh, nhạc chuông…)
Môi trường hoạt động của 3WCDMA UMTS được chia thành bốn vùng với
các tốc độ bit R
b
phục vụ như sau:
• Vùng 1: trong nhà, ô pico, R
b
≤ 2Mbps
• 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.
13
J45)*)*M.S4NOF+1E1@P1.KQT&'(
+U0 M.S4NOF+ P1.KQ1.+-+7-
Dịch vụ
di động

Dịch vụ di động Di động đầu cuối/di động cá nhân/di động dịch
vụ
Dịch vụ thông tin
định vị
- Theo dõi di động/ theo dõi di động thông
minh
Dịch vụ âm thanh - Dịch vụ âm thanh chất lượng cao (16-64
kbps)
- Dịch vụ truyền thanh AM (32-64 kbps)
- Dịch vụ truyền thanh FM (64-384 kbps)
Dịch vụ
viễn thông
Dịch vụ số liệu - Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64-144
kbps)
- Dịch vụ số liệu tốc độ tương đối cao (144
kbps- 2Mbps)
- Dịch vụ số liệu tốc độ cao (≥ 2Mbps)
Dịch vụ
đa phương tiện
- Dịch vụ Video (384 kbps)
- Dịch vụ hình chuyển động (384kbps- 2 Mbps)
- Dịch vụ hình chuyển động thời gian thực
(≥ 2 Mbps)
Dịch vụ
Internet
Dịch vụ Internet
đơn giản
Dịch vụ truy nhập Web (384 kbps-2Mbps)
Dịch vụ Internet
thời gian thực

Dịch vụ Internet (384 kbps-2Mbps)
Dịch vụ internet
đa phương tiện
Dịch vụ Website đa phương tiện thời gian thực
(≥ 2Mbps)
3G WCDMA UMTS được xây dựng theo ba phát hành chính được 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 chưa đáp ứng tốt các dịch vụ thời gian thực
như thoại và hình ảnh. Khi này miền CS sẽ đảm nhiệm các dịch vụ thoại còn số liệu
được 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.
Dưới đây ta xét ba kiến trúc 3G WCDMA UMTS nói trên.
)*V +74-891&'(W&
Để đảm bảo lợi ích kinh tế cho các nhà cung cấp dịch vụ, thiết kế ban đầu
cho kiến trúc mạng R3 sẽ tương thích cả 2G và 3G, như vậy sẽ hỗ trợ tốt tất cả các
dịch vụ trên nền 2G, GPRS, 3G, có nghĩa là miền chuyển mạch kênh CS và chuyển
14
mạch gói PS sẽ hoạt động song song trên mạng. Thành phần của mạng lõi R3 bao
gồm MSC/VLR, SGSN, GGSN, HLR/AuC và EIR. Để hỗ trợ các dịch vụ 3G, các
giao thức giao diện phù hợp sẽ được thêm vào các phần tử đồng thời cải tiến các
giao thức giao diện gốc.
Trong phiên bản R3, các thành phần chức năng của miền chuyển mạch kênh
CS bao gồm MSC, VLR và một số phần tử khác. Dựa vào các phương thức kết nối
khác nhau, nhà cung cấp có thể thiết lập MSC như là GMSC . Các thành phần chức
năng của miền chuyển mạch gói bao gồm SGSN và GGSN cung cấp các dịch vụ gói
số liệu cho khách hàng. HLR, AuC và EIR là thiết bị được chia sẻ dung chung trong
miền chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói.
B4.)*6+74-891&'(W&
1.4.1 Thiết bị người sử dụng UE

UE (User Equipment: thiết bị người sử dụng) là đầu cuối mạng
UMTS của người sử dụng. Có thể nói đây là phần hệ thống có nhiều thiết bị nhất,
sự phát triển cao về công nghệ đi kèm với giá thành thiết bị ngày càng rẻ, kho phần
mềm ứng dụng rộng lớn sẽ mang lại thành công cho mạng 3G UMTS.
UE
15
1.4.1.1 Các đầu cuối TE
Các thiết bị đầu cuối ngày nay không đơn thuần chỉ dành riêng cho thoại mà
còn có hàng loạt các dịch vụ số liệu mới. Thị trường sản xuất thiết bị đầu cuối thông
minh (các smartphone) đang rất sôi động và cạnh tranh gay gắt, với màn hình hiển
thị lớn hơn, cảm ứng đa điểm thay cho bàn phím vật lý ngày trước, có thể nói thiết
bị đầu cuối ngày nay trở thành tổ hợp của máy điện thoai di động, modem và máy
tính.
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 tưởng về thiết bị, họ phải tuân theo một tập tối thiểu các định nghĩa tiêu
chuẩn để các người 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 cảm ứng trên màn hình)
* Đăng ký mật khẩu mới
* Thay đổi mã PIN
* Giải chặn PIN/PIN2 (PUK) 12
* Trình bầy IMEI
* Điều khiển cuộc gọi
Các phần còn lại của giao diện sẽ dành riêng cho nhà thiết kế và người 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 Node chạm), các phím và menu.
1.4.1.2 UICC
UMTS IC card là một card thông minh. Điều mà ta quan tâm đến nó là dung
lượng nhớ và tốc độ bộ xử lý do nó cung cấp. Ứng dụng USIM chạy trên UICC.
1.4.1.3 USIM
Đối với hệ thống GSM thì thẻ SIM card lưu giữ thông tin cá nhân (đăng ký
thuê bao) được cài cứng trên card, nhưng trong mạng UMTS, modul nhận dạng thuê
bao được cài như 1 ứng dụng trên UICC, cho phép lưu nhiều ứng dụng và các chữ
ký (khóa) điện tử hơn cùng với USIM cho các mục đích khác (mã truy nhập giao
16
dịch ngân hàng). Trên cùng một UICC có thể hỗ trợ nhiều USIM (thường là 2) để
truy nhập tới nhiều mạng. USIM chứa các hàm và số liệu cần để nhận dạng và nhận
thực thuê bao trong mạng UMTS. Nó có thể lưu cả bản sao hồ sơ của thuê bao.
1.4.2 Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS
WCDMA bao gồm RAN (Radio Access Network : mạng truy nhập vô tuyến)
và CN (Core Network : mạng lõi). RAN sẽ xử lý tất cả các chức năng về mặt vô
tuyến trong khi CN xử lý các kết nối cuộc gọi thoại và số liệu trong hệ thống
WCDMA, đồng thời thực hiện chức năng định tuyến và chuyển mạch với các mạng
ngoài.
Xét về logic, CN được chia thành miền chuyển mạch kênh CN (Circuit
Switched) và chuyển mạch gói PS (Packet Switched), như vậy là UTRAN, CN, và
UE , cấu thành nên hệ thống UMTS.
B4.)*&E15+;O@+/4XY4-8O45KLXY445OL+1:;W
Một khối RNS bao gồm một RNC và một hay nhiều Nút B, trong đó Iu là
giao diện giữa RNC và CN, IuB là giao diện giữa RNC và Nút B, các RNC lại kết
nối với nhau qua giao diện Iur. Giao diện Iur có thể kết nối các RNC qua các liên
kết vật lý hoặc qua mạng truyền tải. RNC được dùng để phân bố và điều khiển các
tài nguyên vô tuyến của Nút B, tuy nhiên Nút B phục vụ lại trao đổi các luồng số
PS
17

liệu bằng giao diện Iub và Uu ở cùng thời điểm, nó cũng tham gia môt phần vào
quản lý tài nguyên vô tuyến
Các giao diện giữa hai các phần tử mạng được đặt tên trong đó
• Iu định nghĩa giao diện giữa UTRAN và CN, gồm hai phần IuPS cho miền
chuyển mạch gói và IuCS cho miền chuyển mạch kênh
• Uu định nghĩa giao diện giữa UTRAN và thiết bị người sử dụng
• Iub định nghĩa giao diện RNC và nodeB
• Iur định nghĩa giao diện giữa các RNC.
1.4.2.1 RNC
RNC (Radio Network Controller) chịu trách nhiệm và điều khiển tải nguyên
cho một hay nhiều trạm gốc. Đây cũng chính là điểm truy nhập dịch vụ mà UTRAN
cung cấp cho CN. Nó được nối đến CN bằng hai kết nối, một cho miền
chuyển mạch gói (đến GPRS) và một đến miền chuyển mạch kênh (MSC).
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 được đặt vào
RNC. RNC có nhiều chức năng logic tùy thuộc vào việc nó phục vụ Node nào.
Người sử dụng được kết nối vào một RNC phục vụ (SRNC: Serving RNC). Khi
người sử dụng chuyển vùng đến một RNC khác nhưng vẫn kết nối với RNC
cũ, một RNC trôi (DRNC: Drift RNC) sẽ cung cấp tài nguyên vô tuyến cho người
sử dụng, nhưng RNC phục vụ vẫn quản lý kết nối của người sử dụng đến CN. Vai
trò logic của SRNC và DRNC được mô tả trên hình 1.4.
B4.)*V;+-8ZNO5+11:;(WKLW
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.
18
Chức năng cuối cùng của RNC là RNC điều khiển (CRNC: Control RNC).
Mỗi NodeB có một RNC điều khiển chịu trách nhiệm cho các tài nguyên vô tuyến
của nó

1.4.2.2 Nút B
Trạm gốc trong UMTS được gọi là NodeB có nhiệm vụ thực hiện kết nối vô
tuyến vật lý giữa đầu cuối với nó. Nút B 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 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 NodeB nhất sẽ che lấp tín hiệu từ các đầu
cuối ở xa. NodeB 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 NodeB luôn thu được công
suất như nhau từ tất cả các đầu cuối.
1.4.3 Mạng lõi
Mạng lõi (CN) nói chung được chia thành ba phần, miền PS, miền CS và
HE. Miền PS đảm bảo các dịch vụ số liệu cho người 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 NodeB trong CN được kết
nối với nhau bằng đường trục của nhà khai thác, thường sử dụng các công nghệ
mạng tốc độ cao như ATM và IP. Mạng đường trục trong miền CS sử dụng TDM
còn trong miền PS sử dụng IP.
1.4.3.1 SGSN
SGSN (SGSN: Serving GPRS Support Node: Node hỗ trợ GPRS phục vụ) là
Node chính của miền chuyển mạch gói. Nó nối đến 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 lưu hai kiểu dữ liệu thuê bao: thông tin đăng ký
thuê bao và thông tin vị trí thuê bao.
(>N+/0 0YX;ON20-8O45((5[<\
- 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)

19
(>N+/0KP-8]N20-8Y4((\
- Vùng định tuyến thuê bao (RA: Routing Area)
- Số VLR
- Các địa chỉ GGSN của từng GGSN có kết nối tích cực
1.4.3.2 GGSN
GGSN (Gateway GPRS Support Node: Node 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 như SGSN, nó lưu cả hai kiểu
số liệu: thông tin thuê bao và thông tin vị trí.
(>N+/0 0YX;ON20-8O45(\
* IMSI
* Các địa chỉ PDP
(>N+/0KP-8]N20-8O45(\
* Địa chỉ SGSN hiện thuê bao đang nối đến
GGSN nối đến Internet thông qua giao diện Gi và đến BG thông qua Gp.
1.4.3.3 BG
BG (Border Gatway: Gateway kết nối ngoài) là một cổng giữa miền PS của
PLMN với các mạng khác. Chức năng của Node này giống như tường lửa của
Internet: để đảm bảo mạng an ninh chống lại các tấn công bên ngoài.
1.4.3.4 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 được copy từ HLR và lưu ở đây. Cả MSC và SGSN đều có
VLR nối với chúng.
(>N+/0^;0AS_A2H1N20-8O45W\
- IMSI
- MSISDN
- TMSI (nếu có)
- LA hiện thời của thuê bao

- MSC/SGSN hiện thời mà thuê bao nối đến
Ngoài ra VLR có thể lưu giữ thông tin về các dịch vụ mà thuê bao được cung
cấp.
20
Cả SGSN và MSC đều được thực hiện trên cùng một node vật lý với VLR vì
thế được gọi là VLR/SGSN và VLR/MSC.
1.4.3.5 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, nhưng nó có nhiều
khả năng hơn. Các kết nối CS được thực hiện trên giao diện IuCS giữa
UTRAN và MSC. Các MSC được nối đến các mạng ngoài qua GMSC.
1.4.3.6 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.
1.4.3.7 HE
HE: Home Environment lưu 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 cước cần thiết để nhận thực người sử dụng và tính cước cho các dịch vụ cung
cấp. Tất cả các dịch vụ được cung cấp và các dịch vụ bị cấm đều được 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 lượng thuê bao, dung lượng
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 được lưu khác. Để định tuyến
và tính cước các cuộc gọi, HLR còn lưu giữ thông tin về SGSN và VLR nào hiện
đang chịu trách nhiệm thuê bao. Các dịch vụ khác như chuyển hướng cuộc gọi, tốc
độ số liệu và thư thoại cũng có trong danh sách cùng với các hạn chế dịch vụ như
các hạn chế chuyển mạng.
21
HLR và AuC là hai Node mạng logic, nhưng thường được thực hiện trong
cùng một Node vật lý. HLR lưu giữ mọi thông tin về người sử dụng và đăng ký thuê
bao, ví dụ như thông tin tính cước, các dịch vụ được cung cấp và các dịch vụ bị từ
chối và thông tin chuyển hướng cuộc gọi. Nhưng thông tin quan trọng nhất là hiện
VLR và SGSN nào đang phụ trách người sử dụng.
Trung tâm nhận thực (AuC)
AUC (Authentication Center) lưu giữ toàn bộ số liệu cần thiết để nhận
thực, mật mã hóa và bảo vệ sự toàn vẹn thông tin cho người sử dụng. Nó liên kết
với HLR và được thực hiện cùng với HLR trong cùng một Node 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 lưu 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 lưu các số nhận dạng
thiết bị di động quốc tế (IMEI: International Mobile Equipment Identity). Đây là số
nhận 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 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 được 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 được sử dụng để cấm
các seri máy đặc biệt không được truy nhập mạng khi chúng không hoạt động theo

tiêu chuẩn.
1.4.3.8 Các mạng ngoài
Các mạng ngoài không phải là bộ phận của hệ thống UMTS, nhưng chúng
cần thiết để đảm bảo truyền thông giữa các nhà khai thác. Các mạng ngoài có thể là
các mạng điện thoại như: PLMN (Public Land Mobile Network: mạng di động mặt
đất công cộng), PSTN (Public Switched Telephone Network: Mạng điện thoại
chuyển mạch công cộng), ISDN hay các mạng số liệu như Internet. Miền PS kết nối
đến các mạng số liệu còn miền CS nối đến các mạng điện thoại.
1.4.3.9 Các giao diện
Vai trò các các nút khác nhau của mạng chỉ được định nghĩa thông qua các
giao diện khác nhau. Các giao diện này được định nghĩa chặt chẽ để các nhà sản
xuất có thể kết nối các phần cứng khác nhau của họ.
22
• 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. Nhưng một
UTRAN chỉ có thể kết nối đến một điểm truy nhập CN.
• Giao diện Iur. Đây là giao diện RNC-RNC. Ban đầu được thiết kế để đảm
bảo chuyển giao mềm giữa các RNC, nhưng trong quá trình phát triển nhiều
tính năng mới được bổ sung. Giao diện này đảm bảo bốn tính năng nổi bật
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 và RNC. Khác với GSM đây là giao
diện mở.
)*` +74-891&'(WV
Trong phiên bản R4, SGSN và GGSN của miền chuyển mạch gói vẫn không
thay đổi và có thêm các giao diện ngoài. Để đáp ứng cho yêu cầu phát triển của
mạng toàn IP, các thành phần của miền chuyển mạch kênh CS trong phiên bản R4
có những cải tiến sau :
MSC được chia làm hai phần khác nhau : MSC Server (chỉ xử lý phần báo
hiệu) và CS-MGW (Circuit Switched Media Gateway : cổng phương tiện chuyển
mạch kênh – xử lý dữ liệu thuê bao), tương tự thì GMSC cũng được chia thành
GMSC Server và MGW.
MSC Server bao gồm khối module điều khiển cuộc gọi và module điều
khiển di động để xử lý các cuộc gọi trong miền CS, nó thực hiện kết cuối và chuyển
đổi báo hiệu giữa người dùng – mạng thành báo hiệu giữa mạng – mạng. MSC
Server.
MGW là điểm kết cuối truyền dẫn của PSTN/PLMT, nó kết nối với mạng lõi
CN và UTRAN qua giao diện Iu. Nó có thể là điểm kết cuối của cả mạng chuyển
mạch kênh CS hay chuyển mạch gói PS.
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
23
thực hiện giữa RNC và MGW. Thông thường 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). Từ hình 1.5 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.
B4.)*`+74-891<F45&'(WV
Giao thức điều khiển giữa MSC Server hoặc GMSC Server với

MGW là giao thức ITU H.248, được ITU và IETF cộng tác phát triển và có tên là
điều khiển cổng các phương tiện (MEGACO: Media Gateway Control )
Trong nhiều trường 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.
Từ hình 1.5 ta cũng thấy rằng HLR cũng có thể được gọi là 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 (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.
UE
24
)*a +74-891&'(W`KLWa
Bước phát triển tiếp theo của UMTS là đưa ra kiến trúc mạng đa phương tiện
IP (hình 1.6). 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. Từ hình 1.6 ta thấy
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.
B4.)*a+74-891<F45&MMW`KLWa
HSS (Home Subscriver Server : máy chủ thuê bao thường trú) : HSS lưu trử
cơ sở dữ liệu chính của các thuê bao di động trong mạng và thông tin dịch vụ liên
quan tới thuê bao để hỗ trợ xử lý cuộc gọi và các phiên điều khiển bởi mạng.
UE
25
CSCF (Call Status Control Function – chức năng điều khiển trạng thái cuộc

gọi) : CSCF bao gồm Proxy CSCF (P-CSCF :CSCF ủy quyền ), Serving CSCF (S-
CSCF : CSCF phục vụ) hay Interrogating CSCF (I-CSCF : CSCF truy vấn).
P-CSCF phục vụ như điểm truy nhập lần đầu của UE trong phân hệ đa
phương tiện IMS, S-CSCF xử lý các trạng thái của phiên làm việc trong mạng, I-
CSCF xử lý chính về định tuyến liên quan tới yêu cầu cuộc gọi liên quan tới giao
thức SIP, giống như chức năng GMSC trong miền CS.
MGCF (Media Gateway Control Function : chức năng điều khiển cổng
phương tiện) : điều khiển trạng thái cuộc gọi của module điều khiển kết nối trong
kênh phương tiện IMS-MGW.
MRFC (Multimedia Resource Function Controller : bộ điều khiển chức năng
tài nguyên đa phương tiện) : điều khiển các tài nguyên luồng đa phương tiện trong
MRFP.
MRFP (Multimedia Resource Function Processor :bộ xử lý chức năng tài
nguyên đa phương tiện) : cung cấp các tài nguyên được điều khiển bởi MRFC, xử
lý các luồng đa phương tiện.
Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) chứa các phần tử sau:
Chức năng điều khiển trạng thái kết nối (CSCF: Connection State Control
Function)
Chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF: Multimedia Resource Function) :
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.
Chức năng điều khiển cổng các phương tiện (MGCF: Media Gateway
Control Function): điều khiển MGW để thực hiện tương tác với các mạng ngoài ở
mức đường truyền đa phương tiện. Giao thức điều khiển giữa các thực thể này là
ITU-T H.248. MGCF cũng liên lạc với CSCF. Giao thức được chọn cho giao diện
này là SIP.
Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW: Transport Signalling Gateway) : 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: Roaming Signalling Gateway) : 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.
Một nét quan trọng của kiến trúc toàn IP là thiết bị của người sử dụng được
tăng cường rất nhiều. Nhiều phần mềm được cài đặt ở UE. Trong thực tế, UE hỗ trợ
giao thức khởi tạo phiên (SIP: Session Initiation Protocol)* UE trở thành một tác