Tổng quan quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động- CDMA

Chia sẻ: VŨ QUANG MINH | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:54

0
54
lượt xem
7
download

Tổng quan quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động- CDMA

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Có hai thế hệ trong các công nghệ di động được coi là tương tự. Các công nghệ này được gọi là 0G và 1G. 1G là công nghệ di động tổ ong (cellular) đầu tiên, còn 0G là công nghệ di động tiền tổ ong (pre – cellular).

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Tổng quan quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động- CDMA

  1. CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Công nghệ tương tự 0G và 1G Có hai thế hệ trong các công nghệ di động được coi là tương tự. Các công nghệ này được gọi là 0G và 1G. 1G là công ngh ệ di động t ổ ong (cellular) đầu tiên, còn 0G là công nghệ di động tiền tổ ong (pre – cellular). Các thiết bị đầu cuối sử dụng trong 0G khó có thể gọi là thi ết b ị di đ ộng. Các mẫu mã đầu tiên rất lớn và thường được gắn vào xe ô tô. Sau đó, các thi ết b ị cầm tay ra đời, nhưng 0G bị thay thế bởi thế hệ kế tiếp, 1G. Khía cạnh chủ yếu phân biệt giữa 0G và 1G là công nghệ 1G sử dụng mạng tổ ong (cellullar network). Một mạng tổ ong là một mạng tạo nên bởi một số các cell. Mỗi cell này được phục vụ bởi một máy phát cố định, thường gọi là trạm gốc. Trên thực tế, cũng có một vài ví dụ về việc sử dụng mạng tổ ong trong 0G, nhưng điều làm nên sự khác biệt giữa 1G và 0G là 1G hỗ trợ việc kết nối liền mạch khi di chuyển từ cell này sang cell khác. Điều này có nghĩa là, khi người dùng ra khỏi tầm hoạt động của một trạm gốc trong khi đang thực hiện cuộc gọi, nếu sử dụng công nghệ 0G thì người dùng s ẽ b ị ngắt kết nối, trong khi sử dụng công nghệ 1G người dùng s ẽ không nh ận thấy sự ngắt quãng nào. Một khía cạnh khác phân biệt 0G và 1G là các công nghệ 0G thường là bán song công (có nghĩa là việc thu và phát âm thanh không xảy ra đồng thời). Vào những năm 1970, các mạng sử dụng công nghệ 0G bị quá tải nghiêm trọng. Một chuẩn tương tự khác được giới thiệu, đó là 1G. Giống như 0G, 1G sử dụng băng tần vô tuyến UHF. Việc truy ền âm thanh đ ược th ực hiện mà không có sự mã hóa trên giao diện vô tuyến. Đi ều này có nghĩa là b ất cứ ai có một máy quét đơn giản cũng có thể nghe được các cuộc điện đàm. Các cố gắng của nhà chức trách nhằm ngăn chặn việc xâm nhập b ất h ợp Trang 1
  2. pháp này đều không giải quyết được vấn đề. Bên cạnh việc bảo v ệ thông tin cá nhân, nhược điểm này của hệ thống còn đưa đến một vấn đề khác. B ởi vì dữ liệu truyền được gửi đi mà không mã hóa, các kỹ thuật bảo mật còn thô sơ dễ dàng lộ ra cho các hacker. Hầu hết các công nghệ 1G chỉ có một dạng bảo mật, một th ủ tục nhận thực hết sức thô sơ. Thủ tục này bao gồm việc xác nh ận hai s ố: s ố nh ận dạng di động MIN và số thuê bao điện tử ESN. Quá trình xác nhận này diễn ra khi một thiết bị di động bắt đầu liên lạc với hệ th ống. Đầu tiên, sổ đen (blacklist) sẽ được kiểm tra xem thiết bị di động này có bị khóa hay không. Tiếp theo, một bản tin được gửi tới HLR để thông qua sự kết hợp của MIN và ESN. Cả hai số này được truyền không mã hóa qua giao di ện vô tuy ến. Hacker có thể nghe trộm và có thể sử dụng các số này để tạo ra các bản sao bất hợp pháp mà với chúng, các hacker có thể nhận thực thành công dưới dạng một thuê bao khác. Vấn đề càng trở nên trầm trọng khi nhiều nhà cung cấp thậm chí không thực hiện việc nhận thực trên các máy di động do vi ệc thiếu hụt sự chuẩn hóa và các lý do về hiệu suất. Điều này gây nên việc sử dụng trái phép vô cùng lớn trong các mạng di động. 1.2 Công nghệ số 2G và 3G 1.2.1 2G ( second generation ) Mốc đánh dấu quan trọng trong quá trình phát triển của các công ngh ệ di động là sự ra đời của xử lý tín hiệu số DSP. Nhờ c ó DSP, chất lượng thoại được cải tiến đáng kể vì thông tin số không bị ảnh hưởng bởi méo. Thêm vào đó, dải phổ có thể được sử dụng một cách hiệu quả hơn hẳn nhờ có các kỹ thuật hợp kênh. Bởi vì các kỹ thuật tương tự sử dụng FDMA, ch ỉ có một người dùng có thể sử dụng một tần số xác định tại bất kỳ thời gian nào trong một cell. Với công nghệ 2G, vấn đề này được giải quy ết bằng cách sử d ụng TDMA và CDMA. Các kỹ thuật này cho phép nhiều ng ười dùng chia sẻ cùng một tần số. Trang 2
  3. Cấu trúc bảo mật cũng có những bước cải tiến đáng kể. Có hai chuẩn chính trong 2G: GSM và cdmaOne. Cả hai chuẩn này đều sử dụng kỹ thuật đòi hỏi – đáp ứng (challenge – response) để nhận diện người dùng. Khi thực hiện cuộc gọi, thiết bị di động cần tính toán một đáp ứng cho đòi h ỏi (d ưới dạng một số ngẫu nhiên) được gửi bởi mạng. Đáp ứng này được tính toán sử dụng một khóa bí mật duy nhất được lưu trên thiết bị di động đó. Đáp ứng này sau đó có thể được xác nhận bởi mạng, vì nó cũng lưu trữ khóa bí mật trùng với khóa lưu tại thiết bị di động của người dùng. Khóa này sau đó có thể sử dụng để thiết lập việc mã hóa trên đường truyền qua giao di ện vô tuyến. Nhìn lại những vấn đề đối với thế hệ tương tự, có thể kết luận rằng ít nhất về mặt lý thuyết những vấn đề này đã được giải quy ết. Việc truy ền dẫn đã được mã hóa để bảo vệ thông tin cá nhân người dùng và sự tin cậy, một phương pháp nhận thực tốt hơn được sử dụng. Trên thực tế, lại có m ột số vấn đề nảy sinh. Đầu tiên, các chuẩn này có thể tin cậy được, về một mặt nào đó, dựa trên sự khó hiểu của các thuật toán của nó. Theo th ời gian, bí m ật về các thuật toán này rò rỉ, có thể dễ dàng chứng minh rằng các thuật toán này trở nên yếu ớt. Thứ hai, các chuẩn này có nhiều khuyết đi ểm v ề m ặt giao thức có thể sử dụng để nhận thực bất hợp pháp một máy di động lậu. Một nhược điểm nữa là việc thiếu hụt trong bảo vệ sự toàn vẹn. Khi m ột thiết b ị di động được nhận thực, nhưng không phải trong mạng, một trạm gốc giả có thể sử dụng để nhận việc nhận thực dữ liệu từ một thuê bao không rõ nguồn gốc. 1.2.2 3G ( third generation ) Thông tin di động thế hệ hai mặc dù sử dụng công ngh ệ s ố nhưng vì là hệ thống băng hẹp và được xây dựng dựa trên cơ ch ế chuy ển m ạch kênh nên không đáp ứng được nhu cầu của các dịch vụ mới, thêm vào đó là có quá nhiều tiêu chuẩn khác nhau, làm cho việc di chuy ển c ủa thuê bao gi ữa các Trang 3
  4. quốc gia này với các quốc gia khác gặp nhiều khó khăn. Chính vì lẽ đó mà các tổ chức viễn thông trên thế giới thấy cần thiết phải tập hợp lại và đ ề ra phương án phải có một tiêu chuẩn thống nhất chung để các hệ th ống vi ễn thông di động tương lai vừa đáp ứng được các yêu cầu của th ời đ ại m ới, v ừa mang tính thống nhất chung cho các hệ thống. Kết quả là IMT – 2000 do ITU – R xây dựng đã ra đời nhằm đáp ứng các yêu cầu đó. IMT – 2000 mở rộng đáng kể khả năng cung cấp dịch vụ và cho phép nhiều ph ương tiện thông tin có thể cùng hoạt động, từ các phương tiện truyền thống cho đến các ph ương tiện hiện đại và các phương tiện truyền thông đã có trong t ương lai. Vào năm 1999, ITU thông qua năm giao diện vô tuyến sử dụng IMT – 2000. Đó là các giao diện: - IMT – DS (Direct Spead) – Trải phổ trực tiếp: còn được biết đến với tên WCDMA hay UTRA – FDD và được sử dụng trong UMTS. - IMT – MC (Multi Carrier) – Đa sóng mang: còn được gọi là CDMA2000. - IMT – TD (Time Division) – Phân chia theo thời gian: bao gồm TD – CDMA và TD – SCDMA, cả hai đều được chuẩn hóa để sử dụng trong UMTS. - IMT – SC (Single Carrier) – Đơn sóng mang: còn được gọi là UWC – 136 hoặc EDGE. - IMT – FT (Frequency Time): còn được gọi là DECT. Trong năm giao diện này, IMT – DS (hay UMTS) và IMT – MC (hay CDMA2000) được coi là hai chuẩn chính. UMTS được phát triển ở châu Âu và là thế hệ sau của GSM. CDMA2000 là thế hệ sau của cdmaOne và được phát triển ở Mỹ. Trang 4
  5. Hình 1: Quá trình phát triển từ công nghệ 2G lên 3G. 1.3 Tổng quan về mạng thông tin di động 3G 1.3.1 Giới thiệu 3G là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (Third Generation). 3G (third generation technology) là tiêu chuẩn truyền thông di động băng thông rộng thế hệ thứ 3 tuân thủ theo các ch ỉ định trong IMT-2000 c ủa ITU (Tổ chức viễn thông thế giới). Chuẩn 3G cho phép truy ền không dây dữ liệu thoại và phi thoại (gửi email, hình ảnh, video...). 1.3.2 Một số yêu cầu của mạng thông tin di động 3G Hệ thống thông tin di động ba xây dựng trên tiêu chuẩn IMT-2000. Với các tiêu chuẩn sau: Sử dụng dải tần quy định Quốc Tế: Đường lên : 1885 – 2025 MHZ . Đường xuống :2110 – 2200 MHZ . Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến. Tích hợp các mạng thông tin vô tuyến và hữu tuyến . Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông . Sử dụng được trong các môi trường khác nhau : Trang 5
  6. Công sở , ngoài đường , vệ tinh ….. Có thể hỗ trợ được các dịch vụ khác: Môi trường ảo . Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện . Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới ra . CHƯƠNG II TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UTMS 2.1 Tổng quan về mạng UTMS Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 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. Tại Châu Âu hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 đã được tiêu chuẩn hoá bởi học viện tiêu chuẩn vi ễn thông Châu Âu (ETSI: European Telecommunications Standard Institute) phù hợp với tiêu chuẩn IMT- 2000 của ITU (International Telecommunication Union). Hệ thống có tên là UMTS (hệ thống di động viễn thông toàn c ầu). UMTS được xem là hệ thống kế thừa của hệ thống 2G GSM (Global System for Mobile mmunication), nhằm đáp ứng các yêu cầu phát triển của các dịch vụ di động và ứng dụng Internet với tốc độ truyền dẫn lên t ới 2 Mbps và cung cấp một tiêu chuN n chuyển vùng toàn cầu. UMTS đ ược phát tri ển b ởi Third Generation Partnership Project (3GPP) là dự án phát triển chung của nhiều cơ quan tiêu chuN n hoá (SDO) như : ETSI (Châu Âu), ARIB/TCC (Nhật Bản), ANSI (Mỹ), TTA (Hàn Quốc) và CWTS (Trung Qu ốc). Hội ngh ị vô tuyến thế giới năm 1992 đã đưa ra các phổ tần số dùng cho h ệ th ống UMTS: Trang 6
  7. * 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 5 MHz. Hình 2 Các phổ tần dành cho hệ thống UMTS * 1900 MHz ÷ 1902 MHz và 2010 ÷ 2025 MHz dành cho các ứng dụng TDD – TD/CMDA, khoảng cách kênh là 5 MHz. * 1980 MHz ÷ 2010 MHz và 2170 MHz ÷ 2200 MHz dành cho đường xuống và đường lên vệ tinh. Năm 1998 3GPP đã đưa ra 4 tiêu chuN n chính của UMTS: - Dịch vụ - Mạng lõi - Mạng truy nhập vô tuyến - Thiết bị đầu cuối - Cấu trúc hệ thống 2.2 Cấu trúc của hệ thống UMTS Trang 7
  8. Phần này ta sẽ xét tổng quan cấu trúc hệ thống UMTS. C ấu trúc bao g ồm các phần tử mạng logic và các giao diện. H? th?ng UMTS s? d?ng cùng c?u trúc như hệ thống thế hệ 2, thậm chí một phần cấu trúc của hệ thống thế hệ 1. Mỗi phần tử mạng logic có một chức năng xác định. Trong tiêu chu ẩn các phần tử mạng được định nghĩa cũng thường được thực hiện ở dạng vật lí tương tự, nhất là có một số giao diện mở (giao diện sao cho ở mức chi tiết có thể sử dụng được thiết bị của hai nhà sản xuất khác nhau ở các điểm cuối). Có thể nhóm các phần tử mạng theo các chức năng giống nhau hay theo mạng con mà chúng trực thuộc. Các loại Q0S của UMTS được tổng kết ở bảng (4.1) Về mặt chức năng có 2 nhóm phần tử mạng: • Mạng truy nhập vô tuyến (RAN: Random Access Network hay UTRAN : UMTS Terrestrial RAN) thực hiện chức năng liên quan đến vô tuyến . Trang 8
  9. • Mạng lõi (CN: Core Network) thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi và kết nối số liệu. Để hoàn thiện, hệ thống còn có thiết bị người sử dụng (UE :User Equipment) để thực hiện giao diện người sử dụng với hệ thống và cần định nghĩa giao diện vô tuyến. Cấu trúc hệ thống mức cao được thể hiện trong hình (1.2) . Từ quan điểm Chuẩn hoá, cả UE và UTRAN đều bao gồm các giao th ức m ới. Vi ệc thi ết k ế các giao thức này dựa trên những nhu cầu của công nghệ vô tuy ến WCDMA m ới. Trái lại, việc định nghĩa CN dựa trên GSM. Điều này cho phép hệ thống với công nghệ vô tuyến mới mang tính toàn cầu dựa trên công nghệ CN đã biết và đã phát triển. Một phương pháp chia nhóm khác cho mạng UMTS là chia chúng thành các mạng con. Trên khía cạnh này, hệ thống UMTS được thi ết kế theo Modun. Vì thế, có thể có nhiều phần tử mạng cho cùng một ki ểu. Khả năng có nhiều phần tử của cùng một kiểu cho phép chia hệ thống UMTS thành các mạng con hoạt động hoặc độc lập hoặc cùng v ới các m ạng con khác. Các mạng con này được phân biệt bởi các nh ận dạng duy nh ất. M ột mạng con như vậy được gọi là mạng di động mặt đất công cộng UMTS (UMTS PLMN:UMTS Public Land Mobite Network). Thông th ường, mỗi PLMN được khai thác duy nhất, và nó được nối đến các PLMN khác nh ư ISDN, PSTN, Internet.. Các tiêu chuẩn UMTS được cấu trúc sao cho không định nghĩa chi tiết ch ức năng bên trong của các phần tử mạng nhưng định nghĩa giao diện giữa các phần tử mạng logic. Các giao diện mở chính là: • Giao diện Cu: là giao diện thẻ thông minh USIM và ME. Giao di ện này tuân theo một khuôn dạng tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh. • Giao diện Uu: là giao diện vô tuyến của WCDMA, giao diện gi ữa UE và Node B . Đây là giao diện mà qua đó UE truy c ập các ph ần t ử c ố đ ịnh c ủa h ệ thống vì thế nó là giao diện mở quan trọng nhất ở UMTS . Trang 9
  10. • Giao diện Iu nối UTRAN với CN. Nó cung cấp cho các nhà khai thác kh ả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau. - Iu- CS dành cho dữ liệu chuyển mạch kênh - Iu- PS dành cho dữ liệu chuyển mạch gói • Giao diện Iur: giao diện giữa hai RNC. Đây là giao di ện m ở, cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau. • Giao diện Iub: kết nối một nút B với một RNC. Nó cho phép hỗ trợ sự cạnh tranh giữa các nhà sản xuất trong lĩnh vực này. UMTS là h ệ th ống đi ện tho ại di động đầu tiên có Iub được tiêu chuN n hoá như một giao di ện m ở hoàn toàn. 2.3 CẤU HÌNH ĐỊA LÝ CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G Do tính chất di động của thuê bao di động nên mạng di động phải được t ổ chức theo một cấu trúc địa lý nhất định để mạng có thể theo dõi được vị trí của thuê bao. 2.3.1. Phân chia theo vùng mạng Trong một quốc gia có thể có nhiều vùng mạng viễn thông, việc gọi vào một vùng mạng nào đó phải được thực hiện thông qua tổng đài cổng. Các vùng mạng di động 3G được đại diện bằng tổng đài cổng GMSC hoặc GGSN. Tất cả các cuộc gọi đến một mạng di động từ một mạng khác đ ều được định tuyến đến GMSC hoặc GGSN. Tổng đài này làm vi ệc nh ư m ột tổng đài trung kế vào cho mạng 3G. Đây là nơi thực hiện chức năng h ỏi để định tuyến cuộc gọi kết cuối ở trạm di động. GMSC/GGSN cho phép h ệ thống định tuyến các cuộc gọi vào từ mạng ngoài đến nơi nhận cuối cùng: các trạm di động bị gọi. 2.3.2. Phân chia theo vùng phục vụ MSC/VLR và SGSN Một mạng thông tin di động được phân chia thành nhiều vùng nh ỏ h ơn, mỗi vùng nhỏ này được phục vụ bởi một MSC/VLR (hình 1.16a). hay SGSN (1.16b) Ta gọi đây là vùng phục vụ của MSC/VLR hay SGSN. Trang 10
  11. Hình 3 Phân chia mạng thành các vùng phục vụ của MSC/VLR và SGSN Để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động, đường truy ền qua mạng sẽ được nối đến MSC đang phục vụ thuê bao di động cần gọi. Ở mỗi vùng phục vụ MSC/VLR thông tin về thuê bao được ghi lại tạm thời ở VLR. Thông tin này bao gồm hai loại: Thông tin về đăng ký và các dịch vụ của thuê bao. Thông tin về vị trí của thuê bao (thuê bao đang ở vùng đ ịnh v ị hoặc vùng đ ịnh tuyến nào). 2.3.3. Phân chia theo vùng định vị và vùng định tuyến Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị: LA (Location Area) (hình 2.2a). Mỗi vùng phục vụ của SGSN được chia thành các vùng định tuyến (RA: Routing Area) (2.2b). Hình 4 Phân chia vùng phục vụ của MSC/VLR và SGSN thành các vùng định vị (LA: Location Area) và định tuyến (RA: Routing Area) Trang 11
  12. Vùng định vị (hay vùng định tuyến là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR (hay SGSN) mà ở đó một trạm di động có th ể chuy ển đ ộng t ự do và không cần cập nhật thông tin về vị trí cho MSC/VLR (hay SGSN) qu ản lý vị trí này. Có thể nói vùng định vị (hay vùng định tuyến) là vị trí cụ thể nh ất của trạm di động mà mạng cần biết để định tuyến cho một cu ộc g ọi đ ến nó. Ở vùng định vị này thông báo tìm sẽ được phát quảng bá để tìm thuê bao di động bị gọi. Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử d ụng nhận dạng vùng định vị (LAI: Location Area Identity) hay nh ận d ạng vùng định tuyến (RAI Routing Area Identity). Vùng định vị (hay vùng định tuyến) có thể bao gồm một số ô và thuộc một hay nhiều RNC, nh ưng ch ỉ thuộc m ột MSC (hay một SGSN). 2.3.4. Phân chia theo ô Vùng định vị hay vùng định tuyến được chia thành một số ô (hình 2.3). Hình 5 Phân chia LA và RA Ô là một vùng phủ vô tuyến được mạng nhận dạng bằng nhận dạng ô toàn cầu (CGI: Cell Global Identity). Trạm di động nh ận dạng ô b ằng mã nh ận dạng trạm gốc (BSIC: Base Station Identity Code). Vùng phủ của các ô thường được mô phỏng bằng hình lục giác để tiện cho việc tính toán thi ết kế. 2.3.5. Mẫu ô Trang 12
  13. Mẫu ô có hai kiểu: vô hướng ngang (omnidirectional) và phân đoạn (sectorized). Các mẫu này được cho trên hình 2.4 Hình 6 Các kiểu mẫu ô Ô vô hướng ngang (hình 2.4a) nhận được từ phát xạ của một anten có búp sóng tròn trong mặt ngang (mặt phẳng song song với m ặt đ ất) và búp sóng có hướng chúc xuống mặt đất trong mặt đứng (mặt phẳng vuông góc với mặt đất). Ô phân đoạn (hình 2.4b) là ô nhận được từ phát xạ của ba anten với hướng phát xạ cực đại lệch nhau 120 0. Các anten này có búp sóng dạng nửa số 8 trong mặt ngang và trong mặt đứng búp sóng c ủa chúng chúc xu ống mặt đất. Trong một số trường hợp ô phân đoạn có th ể được tạo ra t ừ phát x ạ của nhiều hơn ba anten. Trong thực tế mẫu ô có thể rất đa dạng tùy vào địa hình cần phủ sóng. Tuy nhiên các mẫu ô như trên hình 1.19 thường được sử dụng để thiết kế cho sơ đồ phủ sóng chuẩn. 2.3.6. Tổng kết phân chia vùng địa lý trong các hệ thống thông tin di động 3G Trong các kiến trúc mạng bao gồm cả miền chuyển mạch kênh và miền chuyển mạch gói, vùng phục mạng không ch ỉ được phân chia thành các vùng định vị (LA) mà còn được phân chia thành các vùng định tuy ến (RA: Routing Area). Các vùng định vị (LA: Location Area) là khái niệm quản lý di động của miền CS kế thừa từ mạng GSM. Các vùng định tuyến (RA: Routing Area) là các thực thể của miền PS. Mạng lõi PS sử dụng RA để tìm gọi. Trang 13
  14. Nhận dạng thuê bao P-TMSI (Packet- Temporary Mobile Subsscriber Identity: nhận dạng thuê bao di động gói tạm thời) là duy nhất trong một RA. Trong mạng truy nhập vô tuyến, RA lại được chia tiếp thành các vùng đăng ký UTRAN (URA: UTRAN Registration Area). Tìm gọi kh ởi x ướng UTRAN sử dụng URA khi kênh báo hiệu đầu cuối đã được thiết l ập. URA không thể nhìn thấy được ở bên ngoài UTRAN. Quan hệ giữa các vùng được phân cấp như cho ở hình 1.20 (ô không được thể hiện). LA thuộc 3G MSC và RA thuộc 3G SGSN. URA thu ộc RNC. Theo dõi vị trí theo URA và ô trong UTRAN được thực hiện khi có k ết n ối RRC (Radio Resource Control: điều khiển tài nguyên vô tuyến) cho kênh báo hiệu đầu cuối. Nếu không có kết nối RRC, 3G SGSN th ực hiện tìm g ọi và c ập nh ật thông tin vị trí được thực hiện theo RA. Hình 7 Các khái niệm phân chia vùng địa lý trong 3G WCDMA UMTS. Trang 14
  15. CHƯƠNG III CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP CỦA W-CDMA 3.1. Giới thiệu W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là phát triển của GSM để cung cấp các khả năng cho thế hệ thứ 3. W-CDMA s ử dụng công nghệ trải phổ chuỗi trực tiếp DS-CDMA băng rộng và mạng lõi được phát triển từ GSM và GPRS. Nó có thể cung cấp các d ịch v ụ với t ốc đ ộ lên đ ến 2 Mbit/s. W-CDMA có thể có hai giải pháp cho giao diện vô tuy ến là ghép song công phân chia theo thời gian TDD và ghép song công phân chia theo tần s ố FDD. Cả hai giao diện này đều sử dụng DS-CDMA. FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz với hai sóng mang phân cách nhau 190MHz: - Đường lên: 1920 – 1980 MHz - Đường xuống: 2110 – 2170 MHz TDD sử dụng các tần số nằm trong dải 1900 – 1920 MHz và từ 2010 – 2025 MHz với đường lên và đường xuống sử dụng chung một băng tần. W-CDMA sử dụng rất nhiều kiến trúc của mạng GSM và GPRS hiện có. Kiến trúc mạng lõi phát hành 3 GPP 1999 được xây dựng trên c ơ sở kiến trúc mạng lõi của GSM/GPRS. 3.2. Các đặc điểm của W-CDMA - Hiệu suất sử dụng tần số cao: Về nguyên tắc, dung lượng tiềm năng của hệ thống được xem như giống nhau ngay cả khi các công nghệ đa truy nhập như TDMA và FDMA được ứng dụng. Trong khi CDMA thường được coi là có hiệu suất sử dụng tần số cao nghĩa là CDMA rất dễ để nâng cao hiệu suất sử dụng tần Trang 15
  16. số.Việc sử dụng các công nghệ cơ bản của hệ thống CDMA theo đúng cách sẽ đem lại hiệu suất sử dụng tần số cao cho hệ thống. - Dễ quản lý tần số: Do CDMA cho phép các ô lân cận chia sẻ cùng một tần số nên không cần có quy hoạch tần số. Ngược lại trong các hệ thống sử dụng TDMA và FDMA cần phải đặc biệt chú ý đến quy hoạch tần số. - Công suất phát của máy di động thấp: Nhờ có quá trình tự điều chỉnh công suất phát (TPC) mà hệ thống W- CDMA có thể giảm được tỷ số Eb/No (tương đương tỷ số tín hiệu trên nhiễu) ở mức thấp chấp nhận được. Điều này không chỉ làm tăng dung lượng hệ thống mà còn làm giảm công suất phát yêu cầu để khắc phục tạp âm và nhiễu. Việc giảm này đồng nghĩa với giảm công suất phát yêu cầu đối với máy di động. Nó làm giảm giá thành và cho phép hoạt đ ộng trong một vùng rộng hơn với công suất thấp khi so với hệ thống TDMA hoặc hệ th ống tương tự có cùng công suất. Ngoài ra việc giảm công suất phát yêu c ầu s ẽ làm tăng vùng phục vụ và giảm số lượng BS yêu cầu khi so với các h ệ th ống khác. Một ưu điểm lớn hơn xuất phát từ quá trình tự điều chỉnh công suất phát trong hệ thống W-CDMA là nó làm giảm công suất phát trung bình. Trong hệ thống W-CDMA, công suất phát trung bình có thể giảm vì công suất yêu cầu chỉ được phát đi bởi việc điều khiển công suất và công suất phát chỉ tăng khi xảy ra pha đinh. - Sử dụng các tài nguyên vô tuyến một cách độc lập trong đường lên và đường xuống: Trong CDMA, rất dễ để cung cấp một cấu hình không đối xứng giữa đường lên và đường xuống. Ví dụ trong các hệ thống truy nhập khác như TDMA sẽ rất khó để phân chia các khe thời gian cho đường lên và đường xuống của một thuê bao độc lập với các thuê bao khác. Trong FDMA, rất khó để thiết lập cấu hình không đối xứng cho đường lên và đường xuống vì độ Trang 16
  17. rộng băng tần sóng mang của đường lên và đường xuống sẽ phải thay đổi. Ngược lại, trong CDMA hệ số trải phổ (SF) có thể được thiết lập độc lập giữa đường lên và đường xuống đối với mỗi thuê bao và nhờ đó có th ể thi ết lập các tốc độ khác nhau ở đường lên và đường xuống. Điều này cho phép s ử dụng hiệu quả các tài nguyên vô tuyến ngay cả trong các loại hình thông tin không đối xứng như truy cập Internet. Khi không phát số liệu thì tài nguyên vô tuyến không bị chiếm dụng. Do đó nếu một thuê bao ch ỉ th ực hi ện truy ền tin ở trên đường lên và một thuê bao khác chỉ thực hiện truyền tin ở đường xuống thì các tài nguyên vô tuyến được sử dụng tương đ ương tài nguyên cho một cặp đường truyền lên và xuống. 3.3. Các đặc tính cơ bản của W-CDMA - Phương thức truy nhập: CDMA trải phổ trực tiếp - Phương thức truyền hai chiều (song công): Song công phân chia theo tần số FDD và song công phân chia theo thời gian TDD - Độ rộng băng thông: 5 MHz - Tốc độ chip: 3,84 Mchip/s - Khoảng cách sóng mang: 200 KHz - Tốc độ số liệu: ~ 2 Mbit/s - Độ dài khung số liệu: 10, 20, 40, 80 ms - Mã hiệu chỉnh lỗi: Mã vòng, mã xoắn, mã Turbo - Phương thức điều chế số liệu: + Đường xuống: Điều chế pha 4 trạng thái QPSK + Đường lên: Điều chế pha hai trạng thái BPSK - Phương thức điều chế trải phổ: + Đường xuống: QPSK + Đường lên: Điều chế pha hỗn hợp HPSK - Hệ số trải phổ (SF): 4 ~ 512 - Phương thức đồng bộ giữa các trạm gốc: Dị bộ (cũng có thể sử dụng chế độ đồng bộ) Trang 17
  18. Phương thức mã hóa thoại: Mã hóa nhiều tốc độ thích ứng AMR (1,95 kbit/s – 12,2 kbit/s). Hình 8 Kiến trúc mạng WCDMA phát hành năm 1999 Hình vẽ cho thấy cấu trúc mạng cơ sở W-CDMA trong 3GPP Release 1999 (tập tiêu chuẩn đầu tiên cho UMTS). Mạng lõi gồm các trung tâm chuyển mạch di động (MSC: Mobile Switching Center) và các nút hỗ trợ chuyển mạch gói phục vụ (SGSN: Serving General Packet Radio Service Support Node). Các kênh thoại và s ố liệu chuyển mạch gói được kết nối với các mạng ngoài qua các trung tâm chuyển mạch kênh và nút chuyển mạch gói cổng: GMSC (không đựoc chỉ ra ở hình vẽ) và GGSN. Để kết nối trung tâm chuyển mạch kênh với mạng ngoài cần có thêm phần tử làm chức năng tươgn tác mạng (IWF). Ngoài các trung tâm chuyển mạch kênh và nút chuyển mạch gói, m ạng lõi còn ch ứa các cơ sở dữ liệu cần thiết cho các mạng di động như: HLR, AUC và EIR (hai phần tử cuối cùng không đựoc chỉ ra ở hình vẽ). mạng truy nhập vô tuyến chứa cấc phần tử sau: - RNC: Radio Network Controller: Bộ điều khiển mạng vô tuyến, đóng vai trò nhưu BSC ở các mạng thông tin di động Trang 18
  19. - Nút B đóng vai trò như các BTS ở các mạng thông tin di động - UE: User Equipment - thiết bị của người sử dụng . UE bao gồm thiết bị di động (ME) và modun nhận dạng thuê bao UMTS (USIM). USIM là vi mạch chứa một số thông tin liên quan đ ến thuê bao cùng với khoá bảo an (giống như SIM ở GSM) . Giao diện giữa UE và mạng g ọi là giao diện Uu. Trong các quy định của 3GPP, trạm gốc đ ược g ọi là nút B. Nút B được nối đến một bộ điều khiển trạm vô tuyến RNC. RNC đi ều khi ển các tài nguyên vô tuyến của các nút B được nối với nó. RNC đóng vai trò nh ư BSC ở GSM. RNC kết hợp với các nút B nối với nó được gọi là h ệ th ống con mạng vô tuyến RNS(Radio Network Subsystem). Giao diện giữa nút B và RNC gọi là giao diện Iub. Khác với giao diện Abis tương đương ở GSM , gioa diện Uib được chuẩn hoá hoàn toàn và để mở, vì th ế có th ể k ết n ối nút B vcủa một nhà sản xuất này với RNC của một nhà sản xuất khác. Khác với ở GSM, các BSC trong mạng W-CDMA không nối với nhau, trong mạng truy nhập vô tuyến của UMTS (UTRAN) có cả giao diện giữa các RNC . Giao diện này gọi là Iur có tác dụng hỗ trợ tính di động gi ữa các RNC và chuyển giao giữa các nút B nối đến các RNC khác nhau.. Báo hi ệu Iur h ỗ tr ợ chuyển giao. UTRAN được nối đến mạng lõi qua giao diện Iu. Giao diện Iu có hai ph ần t ử khác nhau: Iu-CS và Iu-PS. Kết nối UTRAN đến phần chuyển mạch kênh được thực hiện qua giao diện Iu-CS, giao diện này nối RNC đến một MSC/VLR. Kết nối UTRAN đến phần chuyển mạch gói đ ược th ực hi ện qua giao diện Iu-PS, giao diện này nối RNC đến một SGSN Từ hình vẽ ta thấy tất cả các giao diện UTRAN của 3GPPP phát hành năm 1999 đều được xây dựng trên cơ sở ATM. ATM được chọn vì nó có khả năng hỗ trợ nhiều laọi dịch vụ khác nhau (chẳng hạn tốc độ bít khả biến cho các dịch vụ trên cơ sở gói và tốc độ bít không đổi cho các dịch vụ chuyển mạch kênh). Mặt khác mạng lõi sử dụng cùng một kiến trúc cơ sở như kiến trúc của GSM/GPRS, nhờ vậy công nghệ mạng lõi hiện có có th ể h ỗ tr ợ công Trang 19
  20. nghệ truy nhập vô tuyến mới. Chẳng hạn cuĩng có th ể nâng c ấp mạng lõi hiện có để hỗ trợ UTRAN sao cho một MSC có thể nối đến cả UTRAN RNC và GSM BSC. Trong thực tế các tiêu chuẩn UMTS cho phép hỗ trợ chuyển giao cúng từ UMTS đến GSM và ngược lại. Đây là một yêu cầu rất quan trọng vì cần phải có thời gian để triển khai rộng khắp UMTS nên sẽ có khoảng trống trong vùng phủ sóng của UMTS và vì tghế thuê bao UMTS phải có khả năng nh ận được dịch vụ ở vùng phủ sóng của GSM. Nếu UTRAN và GSM BSS được nối đến các MSC khác nhau, chuyển giao giữa cấc hệ thống đạt được bằng cách chuyển giao giữa các MSC. Nếu giả thiết rằng nhiều chức năng của MSC/VLR giống nhau đối với UMTS và GSM, MSC cần phải có khả năng hỗ trợ đồng thời cả hia kiểu dịch vụ. Tương tự hoàn toàn hợp lý khi gi ả thi ết rằng SGSN phải có khả năng hỗ trợ đồng thời kết nối Iu-PS đ ến RNC và Gb đến GPRS BSC. Trong hầu hết sản phẩm của nhà sản xuất, nhiều phần tử mạng đang được nâng cấp để hỗ trợ đồng thời GSM/GPRS và UMTS. Các phần tử mạng này bao gồm MSC/VLR, HLR, SGSN và GGSN. Đối với nhi ều nàh s ản xu ất, các trạm gốc được triển khai do GSM/GPRS đã được thiết kế để có thể nâng cấp chúng hỗ trợ cho cả GSM và UMTS. Đối với một s ố nhà s ản xu ất BSC đ ựoc nâng cấp để hạot động như cả hai GSM BSC và ÚMT RNC. Tuy nhiên c ấu hình này rất hiếm. Yêu cầu giao diện và các chức năng khác nhau (nh ư chuyển giao mềm)của UMTS RNC chứng tỏ rằng công nghệ của nó hoàn toàn khác với GSM BSC. Vì thế thông thường ta thấy các UMTS RNC và GSM BSC tách biệt. Trang 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản