LINK DOWNLOAD MIỄN PHÍ TÀI LIỆU "Tài liệu LUẬN VĂN: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 UMTS doc": http://123doc.vn/document/1041570-tai-lieu-luan-van-he-thong-thong-tin-di-dong-the-he-3-umts-doc.htm
7
Hệ thống thông tin di động thế hệ ba WCDMA có thể cung cấp các dịch vụ
với tốc độ bit lên đến 2 Mbps. Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn đối
xứng và không đối xứng, thông tin điểm đến điểm và thông tin đa điểm. Với khả
năng đó, các hệ thống thông tin di động thế hệ ba có thể cung cấp dễ dàng các dịch
vụ mới như: điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nó còn cung cấp các
dịch vụ đa phương tiện khác.
1.4 Hệ thống UMTS
1.4.1 Tổng quan
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 viễn 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 cầu). UMTS được xem là hệ thống kế thừa của
hệ thống 2G GSM (Global System for Mobile Communication), 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 cung 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 hoá (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 5 MHz.
Chương 1: Hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS
8
Hình 1.1: Các phổ tần dùng 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 chuẩn chính của UMTS:
- Dịch vụ
- Mạng lõi
- Mạng truy nhập vô tuyến
- Thiết bị đầu cuối
- Cấu trúc hệ thống
1.4.2 Dịch vụ của hệ thống UMTS
3 GPP đã xây dựng tiêu chuẩn cho các dịch vụ của hệ thống UMTS nhằm
đáp ứng :
- Định nghĩa và các đặc điểm yêu cầu của dịch vụ
Chương 1: Hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS
9
- Phát triển dung lượng và cấu trúc dịch vụ cho các ứng dụng mạng tổ ong,
mạng cố định và mạng di động
- Thuê bao và tính cước
UMTS cung cấp các loại dịch vụ xa (teleservices) như thoại hoặc bản tin
ngắn (SMS) và các loại dịch vụ mang (bearer services: một dịch vụ viễn thông cung
cấp khả năng truyền tín hiệu giữa hai giao diện người sử dụng–mạng). Các mạng có
các tham số Q0S (Quality of Service: chất lượng dịch vụ) khác nhau cho độ trễ
truyền dẫn tối đa, độ trễ truyền biến thiên và tỉ lệ lỗi bit (BER). Những tốc độ dữ
liệu được yêu cầu là :
( 144 Kbps cho môi trường vệ tinh và nông thôn
( 384 Kbps cho môi trường thành phố (ngoài trời)
( 2084 Kbps cho môi trường trong nhà và ngoài trời với khoảng cách gần
Hệ thống UMTS có 4 loại Q0S sau:
Loại hội thoại (thoại, thoại thấy hình, trò chơi)
Loại luồng (đa phương tiện, video theo yêu cầu…)
Loại tương tác (duyệt web, trò chơi qua mạng, truy nhập cơ sở dữ liệu)
Loại cơ bản (thư điện tử, SMS, tải dữ liệu xuống)
Yếu tố chủ yếu để phân biệt các loại này là độ nhạy cảm với trễ, ví dụ như
hội thoại rất nhạy với trễ còn loại cơ bản thì ít nhạy cảm với trễ nhất.
Các loại Q0S của UMTS được tổng kết ở bảng (1.1)
Bảng 1.1 Các loại Q0S của hệ thống UMTS
Loại lưu
lượng
Loại hội thoại Loại luồng Loại tương tác Loại cơ bản
Các đặc tính
cơ bản
Dành trước
quan hệ thời
gian giữa các
thực thể thông
tin của luồng .
Mẫu hội thoại
(chặt chẽ và
độ trễ nhỏ)
Dành trước
quan hệ thời
gian giữa các
thực thể thông
tin của luồng
Yêu cầu mẫu
trả lời trước
Dành trước số
liệu toàn vẹn
Nơi nhận
không đợi số
liệu trong
khoảng thời
gian nhất định
Dành trước số
liệu toàn vẹn
Chương 1: Hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS
10
Thí dụ về ứng
dụng
- Thoại
- Thoại thấy
hình
Luồng đa
phương tiện
- Duyệt Web
-Các trò chơi
qua mạng
- Tải dữ liệu
xuống
1.4.3 Cấu trúc của hệ thống UMTS
Phần này ta sẽ xét tổng quan cấu trúc hệ thống UMTS. Cấu trúc bao gồm 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 chuẩn 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.
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 .
Mạng lõi (CN: Core Network) thực hiện chức năng chuyển mạch, định
tuyến cuộc gọi và kết nối số liệu.
Hình 1.2 Cấu trúc của hệ thống UMTS
Chương 1: Hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS
11
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 thức mới. Việc thiết kế các
giao thức này dựa trên những nhu cầu của công nghệ vô tuyến WCDMA mới. 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 thiết kế theo Modun. Vì thế,
có thể có nhiều phần tử mạng cho cùng một kiểu. 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 với các mạng con khác. Các mạng con này được phân biệt bởi
các nhận dạng duy nhất. Một mạng con như vậy được gọi là mạng di động mặt đất
công cộng UMTS (UMTS PLMN:UMTS Public Land Mobite Network). Thông
thường, mỗi PLMN được khai thác duy nhất, và nó được nối đến các PLMN khác
như ISDN, PSTN, Internet
Các tiêu chuẩn UMTS được cấu trúc sao cho không định nghĩa chi tiết chức
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 diện 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 giữa UE và
Node B . Đây là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệ thống
vì thế nó là giao diện mở quan trọng nhất ở UMTS .
Giao diện Iu nối UTRAN với CN. Nó cung cấp cho các nhà khai thác khả
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
Chương 1: Hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS
12
Giao diện Iur: giao diện giữa hai RNC. Đây là giao diện mở, 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 hệ thống điện thoại
di động đầu tiên có Iub được tiêu chuẩn hoá như một giao diện mở hoàn toàn.
1.4.4 Mạng lõi CN (Core Network)
Những chức năng chính của việc nghiên cứu mạng lõi UMTS là:
Quản lí di động, điều khiển báo hiệu thiết lập cuộc gọi giữa UE và mạng
lõi
Báo hiệu giữa các nút trong mạng lõi
Định nghĩa các chức năng giữa mạng lõi và các mạng bên ngoài
Những vấn đề liên quan đến truy nhập gói
Giao diện Iu và các yêu cầu quản lí và điều hành mạng
Mạng lõi UMTS có thể chia thành 2 phần: chuyển mạch kênh và chuyển
mạch gói.
Thành phần chuyển mạch kênh gồm: MSC, VLR và cổng MSC. Thành phần
chuyển mạch gói gồm nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN: Serving GPRS Support
Node) và cổng nút hỗ trợ GPRS (GGSN: Gateway GPRS Support Node). Một số
thành phần của mạng như HLR và AUC được chia sẽ 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 của mạng lõi như sau :
HLR (Home Location Register: Thanh ghi định vị thường trú) là một cơ
sở dữ liệu được đặt tại hệ thống chủ nhà của người sử dụng để lưu trữ thông tin
chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng, bao gồm thông tin về các dịch vụ bổ
sung như trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi.
MSC/VLR (Mobile Service Switching Center: Trung tâm chuyển mạch
dịch vụ di động) là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ
chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí hiện thời của nó. Nhiệm vụ của MSC là sử dụng
các giao dịch chuyển mạch kênh. VLR làm nhiệm vụ giữ bản sao về lý lịch của
Chương 1: Hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS
13
người sử dụng cũng như vị trí chính xác hơn của UE trong hệ thống đang phục vụ.
CS là phần mạng đựơc truy nhập qua MSC/VLR.
GMSC (Gateway MSC) là chuyển mạch tại điểm kết nối UMTS PLMN
với mạng CS bên ngoài.
SGSN (Serving GPRS: General Packet Radio Network Service Node) có
chức năng giống như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch
gói PS (Packet Switch). Vùng PS là phần mạng được truy nhập qua SGSN.
GGSN (Gateway GPRS Support Node) có chức năng giống như các dịch
vụ điện thoại, ví dụ như ISDN hoặc PSTN.
Các mạng PS đảm bảo các kết nối cho những dịch vụ chuyển mạch gói,
ví dụ như Internet.
1.4.4 Truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Acess
Network)
UTRAN bao gồm một hay nhiều hệ thống con mạng vô tuyến RNS (Radio
Network Subsystem). Một RNS là một mạng con trong UTRAN và gồm một bộ điều
khiển mạng vô tuyến RNC (Radio Network Controller) và một hay nhiều Node B.
Các RNC và các Node B được kết nối với nhau bằng giao diện Iub.
Các đặc tính chính của UTRAN :
Hình 1.3 Cấu trúc của UTRAN
Chương 1: Hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS
14
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 cùng 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 trong UTRAN: bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và node B.
Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC
RNC là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển các tài nguyên vô tuyến
của UTRAN. Nó giao diện với CN (thông thường với một MSC và một SGSN) và
kết cuối giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC (Radio Resource Control),
giao thức này định nghĩa các bản tin và các thủ tục giữa MS và UTRAN. Nó đóng
vai trò như BSC.
Các chức năng chính của RNC :
- Điều khiển tài nguyên vô tuyến
- Cấp phát kênh
- Thiết lập điều khiển công suất
- Điều khiển chuyển giao
- Phân tập Macro
- Mật mã hóa
- Báo hiệu quảng bá
- Điều khiển công suất vòng hở
Node B (trạm gốc)
Chức năng chính của Node B là thực hiện xử lý L1 của giao diện vô tuyến
(mã hoá kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ,…). Nó cũng thực hiện một phần
khai thác quản lý tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòng trong. Về phần
chức năng nó giống như trạm gốc ở GSM. Lúc đầu Node B được sử dụng như là
Chương 1: Hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS
15
một thuật ngữ tạm thời trong quá trình chuẩn hoá nhưng sau đó nó không bị thay
đổi.
1.4.6 Thiết bị người sử dụng UE (User Equipment)
UE là sự kết hợp giữa thiết bị di động và module nhận dạng thuê bao USIM
(UMTS subscriber identity). Giống như SIM trong mạng GSM/GPRS, USIM là thẻ
có thể gắn vào máy di động và nhận dạng thuê bao trong mạng lõi.
Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment) là đầu cuối vô tuyến được sử
dụng cho thông tin vô tuyến giao diện Uu.
Modun nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity
Modulo) là một thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng thuê bao, thực hiện các
thuật toán nhận thực và lưu giữ các khoá nhận thực cùng một số thông tin thuê bao
cần thiết cho đầu cuối.
1.5 Chuyển giao
1.5.1 Tổng quan về chuyển giao trong mạng di động
Chuyển giao là một khái niệm cơ bản của sự di chuyển trong cấu trúc cell.
Trong hệ thống UMTS có nhiều loại chuyển giao khác nhau để phù hợp với các yêu
cầu khác như: điều khiển tải, cung cấp vùng phủ sóng và thoả mãn chất lượng dịch
vụ .
Mục tiêu của chuyển giao là cung cấp sự liên tục của dịch vụ di động khi
người sử dụng di chuyển qua vùng biên của các cell trong kiến trúc cell. Để người
sử dụng có thể tiếp tục thông tin và băng qua biên của cell thì cần cung cấp tài
nguyên vô tuyến mới cho người sử dụng ở cell mới, hay còn gọi là cell đích. Bởi vì
cường độ tín hiệu thu được xấu hơn cell đích mà người sử dụng chuyển qua. Quá
trình xử lý đường xuống còn tồn tại kết nối trong cell hiện tại và thiết lập kết nối
mới trong cell lân cận gọi là chuyển giao. Tính năng của mạng tế bào thể hiện qua
chuyển giao là chủ yếu nhằm cung cấp dịch vụ hấp dẫn như các ứng dụng thời gian
thực hay luồng đa phương tiện như các dự án trong mạng di động thế hệ 3 ba đưa
Chương 1: Hệ thống thông tin di động thế hệ ba UMTS
16
ra. Số lượng chuyển giao không thành công thể hiện thủ tục chuyển giao không
hoàn thành.
1.5.2 Các loại chuyển giao trong hệ thống 3G WCDMA
Chuyển giao trong mạng WCDMA có thể được phân loại theo nhiều cách
khác nhau. Có thể phân thành: chuyển giao cùng tần số, chuyển giao khác tần số và
chuyển giao giữa các mạng khác nhau WCDMS với GSM. Trong phần này, ta lại
chia chuyển giao trong WCDMA thành bốn loại: chuyển giao trong cùng hệ thống,
chuyển giao ngoài hệ thống, chuyển giao cứng, chuyển giao mềm và mềm hơn.
Hình 1.4: các loại chuyển giao trong hệ thống 3G
Chuyển giao trong cùng hệ thống
Chuyển giao trong cùng hệ thống có thể được chia thành chuyển giao
cùng tần số và chuyển giao khác tần số. Chuyển giao cùng tần số xuất hiện
giữa các cell cùng sóng mang WCDMA. Chuyển giao khác tần số xuất hiện
giữa các cell hoạt động trên các tần số sóng mang khác nhau.
Chuyển giao ngoài hệ thống
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét