Đề tài Các biện pháp kỹ thuật hỗ trợ mạng GSM theo chuẩn 3G (GSM→WCDMA)

Hiện nay các hệ thống GSM trong nước đang tiến hành nâng cấp lên hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (WCDMA). Vấn đề mà các nhà khai thác quan tâm nhất là kinh tế và kỹ thuật hỗ trợ mạng GSM, vì các nhà khai thác mong muốn giữ lại mạng lõi của mình. Trên cơ sở đó Em đã chọn đề tài là: “Các biện pháp kỹ thuật hỗ trợ mạng GSM theo chuẩn 3G”, Em đã đưa ra một số giải pháp kỹ thuật dựa trên quá trình nâng cấp mạng GSM và đó cũng là tiêu chuẩn của các mạng như sau: Kỹ thuật chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD: Đây là giải pháp định tuyến dữ liệu đi qua giao diện Um nhiều hơn bằng cách sử dụng một vài kênh lưu lượng tức là MS sử dụng 4 khe thời gian thay cho một khe thông thường cho một phiên liên lạc. Do vậy tốc độ truyền dữ liệu của thuê bao tăng lên là: 4x9,6kb/s = 38,4 kb/s.

doc72 trang | Chia sẻ: lylyngoc | Ngày: 26/11/2013 | Lượt xem: 2144 | Lượt tải: 4download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Các biện pháp kỹ thuật hỗ trợ mạng GSM theo chuẩn 3G (GSM→WCDMA), để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Các kỹ thuật chính sử dụng trong mạng GPRS thì hầu như kế thừa các kỹ thuật đã được sử dụng trong mạng GSM. Vì mạng GPRS xây dựng trên nền tảng của mạng GSM và hoạt động đồng thời với nhau. Đặc trưng cơ bản nhất của mạng GPRS so với mạng GSM là tốc độ truyền dẫn dữ liệu hay tốc độ truyền thông tin trong một khe thời gian ở trong mạng GPRS lớn hơn rất nhiều so với trong mạng GSM, chất lượng mạng cao hơn và hiệu quả sử dụng phổ cũng tốt hơn. Do đó trong mạng GPRS sẽ phải thêm vào các biện pháp kỹ thuật để làm tăng tốc độ truyền dẫn dữ liệu, làm tăng chất lượng mạng và hiệu quả sử dụng phổ. Các kỹ thuật hỗ trợ làm tăng tốc độ truyền dẫn, hỗ trợ truyền tải gói…. Các kỹ thuật đó là: Kỹ thuật mã hóa dữ liệu, kỹ thuật chuyển mạch gói và kỹ thuật xe đường truyền… 2.4.1. Kỹ thuật mã hõa dữ liệu. Các phương pháp mã hóa dữ liệu trong mạng GPRS. Có 4 phương pháp mã hóa dữ liệu trong mạng GPRS từ CS1→CS4 (CS-Coding Schemme), các phương pháp mã hóa được sử dụng tuy có khác nhau nhưng đều có chung một mục đích là chống lỗi xảy ra trên đường truyền dẫn qua giao diện vô tuyến. Phương pháp mã hóa 1 (CS-1): Phương pháp này sử dụng 3 bits cờ trạng thái đường lên USF (Uplink State Flag) và 40 bits parity được sử dụng cho chuỗi khiểm tra khối BCS (Block Check Sequence) để tăng cường sự bảo vệ, dò tìm lỗi. Phần đầu và dữ liệu là 181 bits và thêm vào đó 4 bits đuôi. Tổng cộng được 228 bits, sau đó qua bộ mã hóa xoắn với tốc độ 1/2. Kết quả được 456 bits (228 bit x 2). Do đó tốc độ mã hóa dữ liệu sử dụng phương pháp CS-1 bằng 181bits/20ms = 9,05Kbps (mỗi khối dữ liệu có độ dài là 20ms). Phương pháp mã hóa 2 (CS-2): Với phương pháp này thì cờ trạng thái đường lên USF sử dụng 6 bits, dùng để tăng độ chính xác khi truyền dữ liệu qua giao diện vô tuyến Um. Khối kiểm tra chuỗi BCS sử dụng 16 bits, còn khối phần đầu và dữ liệu là 268 bits, sau đó lại thêm vào 4 bits đuôi được tổng số bit là 294 bits trước khi đưa vào bộ mã hóa xoắn. Tổng số bit sau khi qua bộ mã hóa xoắn với tốc độ 2/3, độ dài ràng buộc k=5 là 588 bits (294bits x 2). Nhưng cấu trúc cụm của mạng GSM chỉ có 456 bits, do đó cần phải nén lại để giảm số bit đó xuống bằng cách cho khối dữ liệu qua khối Punctured. Do đó tốc độ mã hóa dữ liệu sử dụng phương pháp CS-2 là 268bits/20ms, tương ứng với 13,4Kbps. Phương pháp mã hóa 3 (CS-3): Về cơ bản phương pháp này giống với phương pháp mã hóa CS-2, chỉ khác ở chỗ là phần đầu và dữ liệu không phải là 268 bits mà là 312 bits và tốc độ mã hoá xấp xỉ 3/4. Do đó tốc độ mã hóa dữ liệu phương pháp CS-3 là 312bits/20ms, tương ứng với 15,6 Kbps. Phương pháp mã hóa 4 (CS-4): Phương pháp này không gửi các bit sửa lỗi FEC như các phương pháp trên, mục đích là để chứa nhiều thông tin của người sử dụng hơn. Phần USF sử dụng 12 bits vì có sử dụng bộ mã CRC, còn khối kiểm tra chuỗi BCS vẫn sử dụng 16 bits. Vì vậy sử dụng phương pháp này có thể mang 428 bits header and Data, tốc độ mã hoá r=1, độ dài ràng buộc k=5. Tốc độ truyền dữ liệu phương pháp CS-4 bằng 428bits/20ms, tương đương với 21,4 kb/s. Sau đây sẽ trình bày cụ thể về các thủ tục mã hóa CS-4. Các thủ tục mã hóa trong mạng GPRS. Trình bày các thủ tục mã hóa với phương pháp CS-4: Dữ liệu đưa vào đầu vào bộ mã hóa có kích thước khối là 428 bits, với độ dài của khối là 20 ms. Sau đó thêm vào 12 bits cờ trạng thái đường lên USF được 440 bits, cộng với 16 bits chuỗi kiểm tra chuỗi, trong đó có sử dụng bộ mã CRC. Ta được tổng cộng là 456 bits, khối dữ liệu này tới khối mã hóa xoắn với r=1, k=5. Phương pháp này không sử dụng bộ mã hóa lại trạng thái đường lên, không có bit đuôi được cộng vào và do khối sau mã hóa xoắn có tổng số bit đúng bằng cụm Burst nên không cần phải qua khối Puncturing để nén khối dữ liệu lại. Phương pháp này có tốc độ mã hóa dữ liệu 428bits/20ms, tương ứng với 21,4 kb/s. Hình 2.5. Mô tả các thủ tục mã hoá CS-4. Sau đây là bảng chi tiết các phương pháp mã hóa CS1-CS4: Các phương pháp mã hóa Tốc độ mã Số bit dữ liệu Kiểm tra chuỗi (BCS) Cờ trạng thái đường lên USF Tổng số bit thêm vào Tổng số bit sau mã hóa Tổng số bit nén Tốc độ dữ liệu (Kbps) CS1 1/2 181 40 3 4 456 0 9,05 CS2 2/3 268 16 6 4 588 132 13,4 CS3 3/4 312 16 6 4 676 220 15,6 CS4 1 428 16 12 0 456 0 21,4 Bảng 2.1. Bảng các phương pháp mã hóa GPRS. 2.4.2. Kỹ thuật chuyển mạch gói. Khái quát chung. Mạng GPRS đặt giao diện vô tuyến kiểu gói lên trên giao diện vô tuyến Um chuyển mạch kênh hiện thời trong mạng GSM. Điều này cho phép người sử dụng có rất nhiều lựa chọn sử dụng dịch vụ mới của mạng dữ liệu gói. Việc bổ sung kỹ thuật chuyển mạch gói vào cấu trúc chuyển mạch kênh trong mạng GSM không đòi hỏi quá lớn về sự thay đổi mạng. Thực tế các nhà khai thác dịch vụ chỉ cần bổ sung một số nút mới vào nâng cấp các phần tử hiện có trong mạng GSM. Chủ yếu là sự thay đổi, nâng cấp về phần mềm. Kỹ thuật chuyển mạch gói là một loại kỹ thuật gửi dữ liệu từ một thiết bị đầu cuối nguồn đến một thiết bị đầu cuối đích qua mạng, thông qua một loại giao thức (giao thức sử dụng này tùy thuộc vào mạng) và thỏa mãn 3 điều kiện sau: - Dữ liệu cần vận chuyển được chia thành các gói có kích thước và định dạng xác định. Thông thường khối 456 bits chia thành 4 gói phát trên 4 khe thời gian riêng biệt trong cùng khung hay khác khung tới điểm thu. - Mỗi gói sau khi chia ra sẽ được vận chuyển trên các đường truyền riêng rẽ hoặc trên cùng một đường truyền đến nơi nhận. Như vậy các gói đó có thể sẽ dịch chuyển trong cùng một thời điểm. - Khi toàn bộ các gói dữ liệu đã đến nơi nhận tin thì chúng sẽ được tập hợp lại và sắp xếp lại, khôi phục lại các gói tin đã mất hợp thành dữ liệu ban đầu đã phát đi. Mỗi gói dữ liệu có kích thước được định nghĩa từ trước. Đối với giao thức TCP/IP thì kích thước tối đa của nó là 1500 bytes (còn một số giao thức khác được sử dụng thì kích thước gói vào khoảng 1000 bytes) và thường gồm có 3 phần sau: - Phần mào đầu (Header): Phần này chứa các thông tin sau: địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, các thông tin về loại giao thức sử dụng và số thứ tự của gói. - Phần tải dữ liệu (Data hay Payload): Phần này chứa một trong những đoạn dữ liệu gốc đã được chia nhỏ. - Phần đuôi (Trailer): Phần này chứa các thông tin về kết thúc gói và thông tin về sửa lỗi dữ liệu. Các đặc điểm của kỹ thuật chuyển mạch gói. Không cần có một đường dây truyền liên tục nối từ máy nguồn gửi đến máy đích. Mà thay vào đó là các đường truyền dữ liệu giữa các bộ chuyển mạch. Các bộ này được thiết lập một cách tạm thời từng cặp một để làm trung gian vận chuyển các gói từ địa chỉ nguồn đến địa chỉ đích. Các đoạn mạch nối trung chuyển không cần phải thiết lập từ trước mà chỉ đến khi gói cần vận chuyển thì mới được hình thành. Trong trường hợp tắc nghẽn hay xảy ra sự cố trên đường truyền dẫn thì các gói tin có thể trung chuyển bằng các con đường khác thông qua các nút trung gian khác. Dữ liệu vận chuyển bằng các gói tin đã chia nhỏ sẽ tiết kiệm thời gian hơn và hiệu quả hơn là khi gửi trọn vẹn một khối dữ liệu khổng lồ. Vì trong trường hợp gói tin chia nhỏ bị thất lạc hay lỗi thì thiết bị đầu cuối nguồn chỉ gửi lại gói tin đã bị mất hoặc lỗi thay vì phải gửi lại toàn bộ dữ liệu gốc. Hơn nữa trong một số trường hợp mà gói tin bên nhận bị thất lạc hay lỗi thì nhờ vào mã sửa lỗi hay quy luật mã hóa thì có thể khôi phục lại các gói tin đó. Trong mạng phức tạp có nhiều nút trung chuyển thì việc vận chuyển các gói tin sẽ không thể biết trước được các gói tin sẽ được chuyển theo con đường nào (trừ trong trường hợp là bên gửi có thông tin về đường đi cho gói). Điều này cũng không cần thiết lắm vì các gói tin đó chỉ đến và ở lại địa chỉ đích mà thôi. Kỹ thuật chuyển mạch gói này còn cho phép nối gần như với số lượng thiết bị đầu cuối bất kỳ. Thực tế nó chỉ bị giới hạn bởi khả năng cho phép của giao thức cũng như khả năng nối vào mạng của các bộ chuyển mạch với các thiết bị đầu cuối. Vì các gói tin có thể được gửi qua các đường trung chuyển khác nhau nên thời gian vận chuyển của mỗi gói tới địa chỉ đích cũng khác nhau và thứ tự các gói đến được địa chỉ đích cũng có thể không theo thứ tự như khi đã gửi đi. Một số giao thức được sử dụng trong kỹ thuật chuyển mạch gói là: - Giao thức điều khiển truyền dữ liệu/giao thức mạng Internet TCP/IP. - X.25. - Giao thức chuyển tiếp khung Frame Relay. - Giao thức IPX/SPX. 2.4.3. Kỹ thuật xe đường truyền. Trong mạng GPRS thì tốc độ truyền dẫn dữ liệu đạt tối đa trong một khe thời gian là 21,4 kb/s. Tuy đây là tốc độ truyền dẫn cao hơn rất nhiều so với tốc độ truyền dẫn dữ liệu trong một khe thời gian của mạng GSM (9,6 kb/s). Nhưng nhu cầu của người sử dụng trong mạng GSM hay GPRS đòi hỏi ngày càng cao về tốc độ truyền dẫn dữ liệu cũng như chất lượng mạng. Do đó các nhà khai thác dịch vụ viễn thông GSM đã áp dụng kỹ thuật xe đường truyền trong mạng của mình. Trong mạng GSM thì kỹ thuật xe đường truyền được áp dụng cho mạng chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD. Với mạng này thì sóng mang được truyền trong một tế bào mang theo các khung thời gian. Trong một khung thời gian thì lại có 8 khe thời gian cho phép người sử dụng. Nếu người sử dụng trong một phiên liên lạc chỉ dùng thoại thì ta có thể chỉ cần một khe thời gian cho người đó là đủ. Còn nếu trong một phiên liên lạc thuê bao cần trao đổi dữ liệu với mạng, thì lúc đó tùy vào đăng ký sử dụng dịch vụ của thuê bao và tài nguyên vô tuyến trên mạng, mà ta xe đường truyền cho phiên đó là 1 khe hay 4 khe thời gian. Nếu sử dụng cả 4 khe thì tốc độ truyền dẫn dữ liệu đạt 4x9,6 kb/s=38,4 kb/s. Nhưng thuê bao sẽ phải trả tiền cao hơn rất nhiều so với sử dụng một khe. Trong mạng GPRS thì kỹ thuật xe đường truyền không phụ thuộc vào đăng ký dịch vụ tốc độ nhanh hay chậm mà là tất cả mọi người đăng ký dịch vụ GPRS thì đều có tốc độ truyền dẫn như nhau. Kỹ thuật xe đường truyền có thể giải thích được như sau: Khi một thuê bao mạng GPRS muốn tải dữ liệu về máy thì tại thời điểm đó mạng tính toán xem là đã có bao nhiêu khe thời gain sử dụng cho mạng GSM, thì số còn lại sẽ được dành cho thuê bao đó tại thời điểm đó. Hiếm khi trong mạng GPRS trong một thời điểm lại có 2 thuê bao trở lên truy nhập mạng cùng một thời điểm. Vì nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: Cách bấm máy của hai người, đời máy…Cho nên tại một thời điểm thì thuê bao có thể sử dụng 1 khe hoặc tới 8 khe thời gian, điều này tùy thuộc vào tài nguyên của mạng lúc đó. Do đó tốc độ truyền dẫn tối đa mà một thuê bao có thể đạt được trong mạng GPRS là 8x21,4 kb/s = 171,2 kb/s. Các khe thời gian sau khi cấp phát cho MS tải dữ liệu thì lại được giải phóng ngay cho người khác sử dụng. Điều khó khăn nhất trong mạng GPRS cũng như trong kỹ thuật xe đường truyền là không biết chính xác tại một thời điểm thì tài nguyên vô tuyến còn lại là bao nhiêu. Vì mạng GPRS được xây dựng trên nền tảng của mạng GSM mà lại hoạt động đồng thời nữa. Hơn nữa sự ưu tiên của tài nguyên vô tuyến bao giờ cũng dành cho mạng GSM trước. Cho nên đây cũng là một bài toán rất khó cho các nhà khai thác dịch vụ viễn thông. Thông thường một thuê bao GPRS có thể truyền và nhận dữ liệu với tốc độ khoảng 115 kb/s. 2.5. GIẢI PHÁP THIẾT BỊ CỦA HAI NHÀ CUNG CẤP LỚN TRÊN THẾ GIỚI CHO MẠNG LÕI HỆ THỐNG GPRS. 2.5.1. Thiết bị mạng lõi GPRS của Ericsson. Chức năng của nút SGSN : Nút SGSN cung cấp các gói tin tới một vùng dịch vụ SGSN. Nó phục vụ tất cả thuê bao GPRS nằm trong vùng phục vụ của SGSN và nó thực hiện các chức năng sau: - Định tuyến: Hỗ trợ việc định tuyến IP động hoặc IP tĩnh. - Quản lý di động: Cho phép mạng kiểm soát các thuê bao đang di chuyển (SGSN thực hiện cập nhật vùng định tuyến RA). - Nhận thực: SGSN nhận thực thiết bị đầu cuối di động khi thiết bị khai báo liên kết mạng. - Quản lý phiên. - Bảo mật: GPRS mật mã không được kết thúc trong BSC như với GSM nhưng được hoàn thành trong SGSN. - Chức năng tính cước: SGSN đưa ra các bản ghi chi tiết dung lượng truyền tải của cuộc gọi để lập hoá đơn tính cước. - Dịch vụ nhắn tin SMS: SGSN hỗ trợ giao diện Gd hoạt động cùng với mạng GSM. Chức năng của nút GGSN: Nút GGSN cung cấp giao diện với các mạng khác cũng như giao diện với các mạng IP bên ngoài và nó thực hiện chức năng sau: - Định tuyến tới các mạng bên ngoài khi trong mạng thuê bao có yêu cầu. - Bức tường lửa: Để bảo vệ khỏi sự xâm nhập trái phép từ các thuê bao bên ngoài trong khi tiến hành cuộc gọi. - Cổng ngoại biên (Border Gateway): Cho phép nhà điều hành kết nối an toàn với các mạng GPRS khác và với các mạng IP bên ngoài. - Bảo mật: Để tăng cường sự bảo mật lưu lượng quản lý. - Quản lý di động: Đảm bảo các gói tin được truyền đi theo giao thức đường hầm đến GGSN thích hợp. - Quản lý phiên: Hỗ trợ việc đánh địa chỉ IP động và tĩnh. - Tính cước: GGSN đưa ra chi tiết các cuộc gọi CDR (Call Detail Records) giống như chức năng này tại SGSN. Phần cứng thiết bị mạng lõi GPRS của Ericsson: SGSN-25 và GGSN –25 được xây dựng trên nền phần cứng của Ericsson, có độ tích hợp cao đảm bảo khả năng làm việc liên tục, có cấu trúc dự phòng. Hệ thống có độ tin cậy cao, với các chức năng cho phép phát hiện các lỗi của phần mềm. Dung lượng của thiết bị mạng lõi GPRS được tính theo số lượng thuê bao sử dụng đồng thời, số lượng PDP context và khả năng thông tải theo bảng sau: Số thuê bao tối đa truy nhập đồng thời Số PDP context tối đa Năng suất truyền tối đa gói/s Năng suất tối đa Mb/s SGSN-25 25000 25.000 10.000 24 GGSN-25 - 25.000 10.000 24 GSN-25 25000 25000 7.000 17 Hình 2.2. Bảng dung lượng của thiết bị mạng lõi GPRS. Các ưu điểm thiết bị mạng lõi GPRS của Ericsson: - Chi phí thấp. - Chất lượng mạng cao. - Giảm thiểu thời gian cung cấp dịch vụ. - Tăng doanh thu cho nhà khai thác. - Giảm thiểu rủi ro và tăng tính bảo mật. 2.5.2. Thiết bị mạng lõi GPRS của Alcatel. Về cơ bản, giải pháp GPRS của Alcatel thêm vào ba thành phần mới so với GSM là: Thiết bị PCU, SGSN và GGSN. Thiết bị điều khiển gói PCU: PCU được đặt tại BSC trong hệ thống và có các chức năng sau: - Tách và tái nhập gói. - Quản lý và điều khiển truy nhập kênh vô tuyến. - Phát hiện lỗi truyền dẫn và thực hiện phát lại theo phương thức ARQ. - Điều khiển công suất. Chức năng của nút SGSN: Nút SGSN trao đổi thông tin với BSS qua giao diện Gb và có các chức năng sau: - Quản lý di động của thuê bao GPRS. - Mã hoá. - Tính cước. Chức năng của nút GGSN: Nút GGSN trao đổi thông tin với mạng số liệu bên ngoài như: Internet/Intranet, X.25, mạng PLMN khác... Những ưu thế của Alcatel trong hệ thống GPRS. - Cung cấp dịch vụ số liệu gói từ đầu cuối đến đầu cuối. - Sử dụng tối đa nguồn tài nguyên vô tuyến. - Chỉ sử dụng nguồn tài nguyên vô tuyến khi dữ liệu được truyền đi, sau đó giải phóng ngay. - Kênh vô tuyến đường lên và đường xuống riêng biệt. - Thoả thuận quyền ưu tiên dịch vụ. - Tốc độ dữ liệu truyền lên đến 171,2 Kbps/sóng mang. - Kết nối liên tục cho việc gửi và nhận thông tin. - Tính cước. - Thời gian kết nối dưới 1s. - Khối lượng dữ liệu truyền tải lớn. - Phí trả trước … Đánh giá. Hệ thống Công nghệ Dung lượng Tính cước Ericsson Chuyển mạch gói 25 Mb/s Theo số lượng byte, thời gian, linh hoạt Alcatel Ethernet (dựa trên bộ định tuyến tiêu chuẩn) 12Mb/s-150Mb/s Theo số lượng byte, thời gian, linh hoạt Bảng 3.2 Mô tả công nghệ, dung lượng, tính cước của hãng Ericsson và Alcatel 2.6. XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG GPRS. Mặc dù mạng GPRS có nhiều những ưu điểm so với mạng GSM như: GPRS có khả năng kết nối không đối xứng khi có yêu cầu. Do đó tài nguyên mạng có thể được sử dụng tốt hơn, cung cấp khả năng IP di động cho các thiết bị di động, hay mở đầu cho bước phát triển các dịch vụ gói.... Nhưng vẫn còn rất nhiều những hạn chế như: Dung lượng tế bào còn hạn chế cho tất cả mọi người trong tế bào đó sử dụng, trễ chuyển tiếp các gói tin vẫn còn xảy ra hay tốc độ truyền dữ liệu thực tế còn thấp. Để đạt được tốc độ truyền dữ liệu tối đa dựa trên lý thuyết là 171,2 kb/s như đã trình bày ở trên, thì một thuê bao sử dụng phải chiếm toàn bộ 8 khe thời gian cùng với điều kiện không có mã sửa lỗi. Việc dành tất cả các khe thời gian chỉ cho một người sử dụng là rất khó chấp nhận đối với nhà cung cấp dịch vụ viễn thông, về thực tế rất khó xảy ra như vậy. Cho nên thực tế thuê bao chỉ dành được trung bình từ 4 đến 6 khe thời gian. Do đó băng thông dành cho thuê bao GPRS sử dụng sẽ rất hạn hẹp. Khi kết nối chuyển mạch gói được sử dụng thì chất lượng dịch vụ có tính quan trọng hàng đầu. Nhưng lưu lượng GPRS luôn luôn ở mức ưu tiên thứ hai trong mạng GSM, vì mạng GPRS được xây dựng trên nền tảng của mạng cung cấp dịch vụ thoại, hơn nữa là số thuê bao sử dụng mạng GPRS là rất ít so với thuê bao sử dụng mạng GSM. Cho nên chỉ có các tài nguyên chưa sử dụng ở giao diện Um mới được dành cho lưu lượng GPRS. Rõ ràng là không ai có thể đảm bảo luôn dành một độ rộng băng nhất định cho lưu lượng GPRS vì không thể biết trước được tài nguyên chưa sử dụng tại giao diện vô tuyến Um. Do đó tốc độ trung bình mà một thuê bao GPRS đạt được vào khoảng 115 kb/s. Thực tế khi các nhà khai thác mạng GSM đưa hệ thống GPRS vào hoạt động đã đáp ứng được như cầu của khách hàng trong thời gian đầu, và tốc độ truyền dữ liệu đã tăng lên được đáng kể là 115 kb/s, so với mạng GSM là 9,6 kb/s. Hơn nữa chất lượng mạng cũng được tăng lên và hiệu quả sử dụng phổ tăng rõ rệt khi dành các khe thời gian trống, xe cho thuê bao khác trong phiên liên lạc. Để giải quyết bài toán này thì các nhà khai thác dịch vụ mạng không ngừng tìm tòi, nghiên cứu và đã áp dụng một kỹ thuật điều chế mới tại giao diện vô tuyến Um là 8-PSK. Với kỹ thuật điều chế 8-PSK thì khi một ký tự truyền đi trên giao diện vô tuyến nó sẽ mang theo 3 bits thông tin, do đó tốc độ truyền dữ liệu sẽ cải thiện được đáng kể. Khi kỹ thuật điều chế 8-PSK kết hợp với các kỹ thuật mã hóa kênh phức tạp thì ta có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu tối đa trên một khe thời gian là 59,2 kb/s so với 9,6 kb/s cho một kênh GSM truyền thống (mỗi một ký tự truyền đi trên Um thì mang theo một bit), GPRS là 21,4 kb/s. Kỹ thuật làm tăng tốc độ truyền trên được gọi là EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution). Chương III. HỆ THỐNG EDGE HỖ TRỢ MẠNG GSM. 3.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG EDGE. EDGE là thuật ngữ với tên đầy đủ tiếng Anh là: Enhanced Data Rates for GSM Evolution hay Enhanced Data Rates for Global Evolution, nghĩa là : Các tốc độ số liệu tăng cường cho nhánh tiến hóa GSM hay các tốc độ số liệu tăng cường để phát triển toàn cầu. Trước đây công nghệ EDGE được đề xuất để phát triển trực tiếp từ IS-136 sau đó tiến tới WC-136 (công nghệ TDMA băng rộng). Tuy nhiên gần đây một số nhà khai thác mạng IS-136 lớn nhất trên thế giới đã quyết định lộ trình phát triển mạng không qua hệ thống EDGE, mà bỏ qua tiến tới UMTS luôn. Thực ra các nhà khai thác mạng IS-136 đang trong quá trình bổ sung và thay thế mạng hiện tại là GSM/GPRS lên UMTS. Mục tiêu chính về kỹ thuật của mạng EDGE là tăng cường các khả năng cho qua số liệu tại giao diện vô tuyến của mạng GSM/GPRS. Nói một cách khác chính là nén nhiều bit hơn trong một ký tự truyền đi trong một giây ở 8 khe thời gian trên sóng mang. Để thực hiện được điều này thì đầu tiên các nhà khai thác mạng sẽ chuyển từ sơ đồ điều chế khóa chuyển pha cực tiểu Gau-xơ GMSK trong mạng GSM/GPRS sang sơ đồ điều chế khóa chuyển pha 8 trạng thái (8-PSK). Khi đó mạng EDGE sẽ hỗ trợ tốc độ truyền số liệu lên tới 473,6 kb/s (sử dụng hết 8 khe x 59,2 kb/s). Tốc độ này cao hơn rất nhiều so với mạng GSM/GPRS là 9,6 kb/s/171,2 kb/s. Nhưng một thuê bao EDGE trung bình chỉ đạt được khoảng 384 kb/s, và bằng với tốc độ truyền dữ liệu của mạng 3G ở môi trường ngoài trời. Nhưng lại rất thấp so với tốc độ truyền dữ liệu trong nhà của mạng 3G là 2 Mbps. Việc mạng EDGE có được đưa vào khai thác và sử dụng rộng rãi trên nền tảng của mạng GSM/GPRS hay không còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: Thời gian, nhu cầu về các dịch vụ số liệu tốc độ cao của người sử dụng, mức độ sẵn sàng của các thiết bị đầu cuối EDGE, giá thành…Nhưng có ba vấn đề chính mà chúng ta phải quan tâm đó là thời gian, giá thành và các biện pháp kỹ thuật hỗ trợ. Về mặt thời gian: Sự phát triển của mạng EDGE và mạng UMTS cùng trong một khung thời gian phát triển mạng. Thực chất các tiêu chuẩn của mạng EDGE được thực hiện trong khuôn khổ của đề án đối tác thế hệ ba là 3GPP (Third Generation Partnership Project). Về mặt giá thành: Việc triển khai mạng EDGE không đòi hỏi phổ tần mới và không đòi hỏi thay đổi hay nâng cấp mạng quá lớn. Chính vì thế việc triển khai mạng EDGE có thể được thực hiện được một cách dễ dàng. Hiện nay các nhà khai thác mạng GSM Việt Nam đã và đang triển khai mạng EDGE và tiến tới mạng 3G là WCDMA. Tới thời điểm hiện nay thì hai nhà khai thác mạng GSM lớn trong nước đã triển khai mạng EDGE là mạng Mobifone và Vinaphone, còn Viettel thì đang trong quá trình triển khai. Vấn đề kỹ thuật hỗ trợ đưa vào sử dụng: Đây là vấn đề cũng không kém phần quan trọng, vì nó sẽ quyết định đến chất lượng mạng, hiệu quả sử dụng phổ, cũng như là quyết định tốc độ truyền dẫn dữ liệu trong mạng. 3.2. CẤU TRÚC MẠNG VÀ CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠNG EDGE. Cấu trúc mạng EDGE. Mạng EDGE có cấu trúc cơ bản giống mạng GPRS như: Các phần tử, các giao thức, các giao diện và các thủ tục rất giống nhau…Chỉ có một số điểm khác như: Sự tăng cường ở giao diện vô tuyến BTS thêm khối TRU, BSS đổi thành E-RAN.. và Soft ware thay đổi so với mạng GPRS Hình 3.1. Cấu trúc mạng EDGE. Chức năng của các phần tử chính trong mạng EDGE. Nhìn chung chức năng của các phần tử trong mạng EDGE không thay đổi nhiều so với mạng GPRS. Vì hai mạng đó đều sử dụng các khối đó, chỉ có điều khác là mạng EDGE có thêm khối TRU vào BTS trong hệ thống điều khiển trạm gốc. Chức năng của thiết bị TRU: Thiết bị này được bố trí trong BTS và có chức năng điều khiển tăng cường dữ liệu trên giao diện vô tuyến cho thuê bao mạng EDGE. Mặt phẳng truyền dẫn và mặt phẳng báo hiệu EDGE. Trong mạng GPRS và mạng EDGE đều sử dụng chung các mặt phẳng truyền dẫn và mặt phẳng báo hiệu. Chỉ có khác là mạng EDGE các thiết bị trong toàn hệ thống thêm điều chế 8-PSK, các phương pháp hoá tối ưu MCS và Soft ware là thay đổi. Các kênh lưu lượng trong mạng EDGE. Trong mạng EDGE đều sử dụng các kênh giống như mạng GPRS, chỉ có điều khác biệt là khi thuê bao của mạng EDGE sử dụng kênh lưu lượng dữ liệu gói PDTCH thì trong mạng EDGE có thể sử dụng phương pháp điều chế GMSK hoặc 8-PSK, còn nếu kênh PDTCH được sử dụng cho thuê bao mạng GPRS thì nhất thiết phải sử dụng phương pháp điều chế GMSK. 3.3. CÁC KỸ THUẬT CHÍNH SỬ DỤNG TRONG MẠNG EDGE HỖ TRỢ MẠNG GSM. Các kỹ thuật sử dụng trong mạng EDGE và GPRS là chung nhau như: Mã hóa tiếng nói, điều chế GMSK, mã hóa kênh, ghép xen….Tuy nhiên hệ thống EDGE có đưa thêm một số biện pháp kỹ thuật mới vào hoạt động để làm tăng tốc độ truyền dẫn dữ liệu, tăng hiệu quả sử dụng phổ như: Điều chế 8-PSK và các phương pháp mã hóa và điều chế MCS1→MCS9 được trình bày ở dưới đây. 3.3.1. Điều chế. Trong mạng EDGE cũng sử dụng các kênh vô tuyến có độ rộng băng là 200 kHz và một khung TDMA cũng có 8 khe thời gian giống như mạng GSM/GPRS. Tuy nhiên về mặt kỹ thuật điều chế thì mạng GSM/GPRS sử dụng điều chế 0,3 GMSK còn mạng EDGE thì lại sử dụng phương pháp điều chế 0,3 GMSK và 8-PSK. Điều chế 0,3 GMSK có nghĩa là bộ điều chế GMSK có bộ lọc băng thông với độ rộng băng là 3 dB tương ứng với 81,25 kHz. Trong mạng GSM thì tốc độ Symbol là 270,833 Kbps (Kilo Symbol trên giây), mỗi một Symbol là một ký tự được truyền đi trên đường truyền dẫn mang theo một bit, vì thế tốc độ bit được truyền đi cũng bằng 270,833 kb/s. Vì giá trị 81,25 bằng 0,3 của 270,833 nên điều chế này được gọi là 0,3 GMSK. Hiệu suất sử dụng băng tần trong trường hợp này bằng 270,833 Kbps/200kHz = 1,35 kb/s/Hz. Trong mạng EDGE sử dụng phương pháp điều chế 8-PSK, với phương pháp này thì mạch điều chế cho tín hiệu ra có 1 trong 8 pha tùy thuộc trạng thái của 3 bits đầu vào. Ta có sơ đồ khối của mạch điều chế 8-PSK. Hình 3.2. Sơ đồ điều chế 8-PSK. Mạch chia tổ hợp 3 bits theo 3 kênh khác nhau, các bit a và b được truyền theo kênh I và Q xác định cực tính của tín hiệu ra ở mạch biến đổi từ 2 đến 4 mức, trong khi đó bit c xác định biên độ của điện thế một chiều DC. Có 2 biên độ được dùng là 0,34V và 0,821V. Khi đầu ra với bit a và b là các bit 1 thì mạch biến đổi có trị dương và ngược lại khi a và b là bít 0. Biên độ của tín hiệu ra từ mạch biến đổi luôn luôn khác nhau, bất cứ khi nào một mạch nhận tín hiệu c là 0 (hay 1) để cho ra tín hiệu có biên độ là 0,821 (0,34), thì mạch kia nhận được tín hiệu đảo lại và cho ra tín hiệu có biên độ là 0,34 (0,821). Vì 3 bits abc là độc lập nhau nên các biên độ ±0,821 và ±0,34 luôn luôn là 4 giá trị có thể có ở đầu ra các mạch biến đổi. Ở kênh I thì mạch điều chế trên sóng mang ban đầu không làm lệch pha nên 4 giá trị đầu ra là ±0,821cosωct và ±0,34cosωct. Trong khi đó ở đầu ra kênh Q là các giá trị ±0,821sinωct và ±0,34sinωct. Mạch tổng hợp sẽ tổng hợp tín hiệu ra của 2 kênh đó để cho ra một tín hiệu duy nhất. Tùy theo các tín hiệu vào mà các tín hiệu ra sẽ có các pha khác nhau như trong hình sau và góc A xác định bởi: A = tan-1(0,34/0,821) = 22,50 (3.1) Hình 3.3. Các trạng thái pha của 8-PSK. Dựa vào hình vẽ ta thấy các trạng thái pha ở đầu ra của các tribit truyền kế tiếp nhau cách nhau 450. Với 3 bits đầu vào cba là 101 thì tín hiệu ra sau cùng là: 0,821cosωct - 0,34sinωct và góc pha của tín hiệu được xác định bởi dấu X trên hình vẽ và bằng 2 lần góc A. Với phương pháp này thì mỗi Symbol được truyền đi mang theo 3 bits thông tin. Các Symbol lại được truyền ở một trong 8 trạng thái pha của sóng mang và nó cho tín hiệu ra là một trong 8 trạng thái pha, tùy thuộc vào tổ hợp 3 bits đầu vào. Tức là 3 bits ứng với một pha của tín hiệu nên vận tốc baud bằng 1/3 vận tốc bit. Do đó để thỏa điều kiện đường truyền thì người ta chọn vận tốc bit là 4800 bit/s, nên vận tốc baud là 1600 baud/s và băng thông kênh truyền là 1600 Hz (theo Shannon thì vận tốc baud bằng băng thông kênh truyền), hiệu suất băng thông được tính bằng tỷ số giữa tốc độ bit trên băng thông của kênh truyền. Do đó hiệu suất băng thông yêu cầu là 4800b/s/1600Hz = 3 b/s/Hz. Ta thấy hiệu suất băng thông của EDGE gấp hơn 2 lần hiệu suất băng thông của GSM (1,35 b/s/Hz). Người ta sử dụng hiệu suất của băng thông để đánh giá chất lượng của hệ thống, hiệu suất càng cao thì ta càng tận dụng được băng thông. Với fc = 1700Hz thì băng thông chiếm một khoảng từ (fc – 800) → (fc + 800) tương ứng với 900Hz→2500Hz, phù hợp với đường truyền của kênh thoại. Như vậy khi áp dụng phương pháp điều chế 8-PSK thì mỗi một Symbol truyền đi mang theo 3 bits nên độ rộng của các bit giảm đi 3 lần bằng 3,69μs/3 = 1,23 μs, nên hiệu quả phổ tăng lên rõ rệt và tốc độ truyền dữ liệu cũng tăng lên và chất lượng mạng cũng tăng lên so với mạng GSM (gấp hơn 2 lần so với GSM). 3.3.2. Các phương pháp mã hoá và điều chế. Khi nhà khai thác mạng GSM đưa hệ thống EDGE vào hoạt động thì dẫn đến sự thay đổi các sơ đồ mã hóa kênh mạng GSM/GPRS. Vì thuật ngữ EDGE với các dịch vụ của nó được đưa vào hoạt động trong mạng GSM lên ta có thể hiểu và sử dụng thuật ngữ E-GPRS (tăng cường GPRS). Các sơ đồ mã hóa kênh mới cho EGPRS được gọi là các sơ đồ mã hóa và điều chế từ MCS-1 → MCS-9. Vì từ MCS-1 → MCS-4 ta sử dụng phương pháp điều chế GMSK, còn từ MCS5→MCS-9 ta sử dụng phương pháp điều chế 8-PSK. Sau đây là bảng các sơ đồ mã hóa điều chế MSC và tốc độ số liệu được áp dụng cho từng sơ đồ: Sơ đồ Điều chế Tốc độ điều chế Số lượng các bit đầu vào (bit) Tốc độ số liệu (Kbps) MCS-1 GMSK 0,53 176 8,8 MCS-2 GMSK 0,66 224 11,2 MCS-3 GMSK 0,8 296 14,8 MCS-4 GMSK 1 352 17,6 MCS-5 8-PSK 0,37 448 22,4 MCS-6 8-PSK 0,49 592 29,6 MCS-7 8-PSK 0,76 2x448 44,8 MCS-8 8-PSK 0,92 2x554 54,4 MCS-9 8-PSK 1 2x592 59,2 Bảng 3.1. Mô tả các phương pháp mã hoá và điều chế MCS. Trong tất cả các sơ đồ mã hoá và điều chế trên thì chỉ có MCS-4 và MCS-9 là không sử dụng các bit bảo vệ chống lỗi số liệu cho người sử dụng. Phương pháp điều chế MCS-4 giống như phương pháp điều chế CS-4 sử dụng cho hệ thống GPRS. Điểm khác nhau cơ bản ở đây là trong phương pháp mã hóa và điều chế EGPRS thì phần đầu đề PDU của các cụm truyền đi được mã hóa khác so với GPRS. Tức là ngoài các bit được mã hóa cho PDU nó còn sử dụng các bit bổ sung cho sửa lỗi. Mục tiêu của mã hóa sửa lỗi đầu đề là giải mã đúng được phần PDU ở phía thu, điều này giúp cho MS và mạng biết MS nào muốn truy nhập mạng GPRS hay EGPRS. Vì thế các phương pháp mã hóa và điều chế từ MCS1→MCS4 có tốc độ thấp hơn một chút so với các phương pháp mã hóa CS1→CS4 tương ứng. Khi hệ thống EDGE sử dụng phương pháp mã hóa và điều chế MCS9 đạt được tốc độ truyền dữ liệu là 59,2 kb/s/1TS, ta có thể giải thích được như sau: Một khối dữ liệu đầu vào bộ mã hóa kênh có tổng số bit là 1194 bits, với độ dài khối là 20 ms nên tốc độ truyền dữ liệu đạt được trên một khe thời gian là 1194 bits/20ms = 59,2 kb/s. Việc mạng điều khiển sử dụng phương pháp mã hoá và điều chế MCS cho thuê bao sử dụng mạng EDGE cũng giống như trong mạng GPRS, tức là thông tin điều khiển được thực hiện ở cả đường lên và đường xuống. Quá trình này được thực hiện bởi các bit bổ sung ở các bản tin ấn định đường lên gói và đường xuống gói (Packet Uplink-Downlink Assignment). Bảng sau đây sẽ hiển thị chi tiết tốc độ số liệu của thuê bao sử dụng mạng, tương ứng với từng sơ đồ mã hóa điều chế và số lượng khe sử dụng trong một phiên liên lạc. TS/MCS 1TS 2TS 3TS 4TS 5TS 6TS 7TS 8TS MCS1 8,8 17,6 26,4 35,2 44 52,8 61,6 70,4 MCS2 11,2 22,4 33,6 44,8 56 67,2 78,4 89,6 MCS3 14,8 29,6 44,4 59,2 74 88,8 103,6 118,4 MCS4 17,6 35,2 52,8 70,4 88 105,6 123,2 140,8 MCS5 22,4 44,8 67,2 89,6 112 134,4 156,8 179,2 MCS6 29,6 59,2 88,8 118,4 148 177,6 207,2 236,8 MCS7 44,8 89,6 134,4 179,2 224 268,8 313,6 358,4 MCS8 54,4 108,8 163,2 217,6 272 326,4 380,8 435,2 MCS9 59,2 118,4 177,6 236,8 296 355,2 414,4 473,6 Bảng 3.2. Mô tả tốc độ truyền dữ liệu trên số khe sử dụng ứng với từng MCS 3.4. MỘT SỐ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT HỖ TRỢ CHO MẠNG EDGE CỦA NHÀ CUNG CẤP THIẾT BỊ NOKIA EDGE được chuẩn hóa bởi 3GPP, để đảm bảo việc tương thích mạng lưới giữa mạng truy nhập vô tuyến và mạng lõi và giữa các mạng vô tuyến với nhau, cũng như giữa mạng và thiết bị đầu cuối. Các hãng cung cấp thiết bị EDGE đều phải phát triển sản phẩm tuân thủ những tiêu chuẩn được 3GPP đặt ra. Tuy nhiên tùy vào chiến lược phát trỉển, khả năng tài chính cũng như nguồn nhân lực. Mỗi nhà cung cấp đều có một lộ trình riêng thực hiện từng bước những tiêu chuẩn 3GPP qua các phiên bản kế tiếp nhau của mình. Điều này tạo ra một “khoảng cách” về mặt thời gian giữa các sản phẩm của các hãng khác nhau cung cấp thiết bị khác nhau. Bên cạnh đó, các nhà cung cấp thiết bị cũng có những giải pháp riêng biệt để thực hiện những chức năng mà tiêu chuẩn đề ra, đem lại những hiệu quả khác nhau trên mạng lưới. Điều này tạo ra một “khoảng cách" về chất lượng giữa các nhà cung cấp. 3.4.1. Vùng phủ sóng cho 8-PSK. EDGE sử dụng phương thức mã hóa và điều chế, cơ chế thích ứng đuờng truyền mới để đạt được tốc độ truyền dữ liệu tối đa với MCS-9 là 59,2 kb/s/1TS, gấp 3 lần tốc độ tối đa của GPRS với CS-4 là 21,4 kb/s/1TS. Trong khi mạng GSM/GPRS chỉ sử dụng phương pháp điều chế GMSK, thì hệ thống EDGE lại sử dụng thêm điều chế 8-PSK cho mã hóa tốc độ cao MCS-5 → MCS-9, bên cạnh GMSK cho mã hóa tốc độ thấp MCS-1 → MCS-4. Do sự thay đổi về phương thức điều chế này ảnh hưởng một cách căn bản đến thiết kế của môđun thu phát vô tuyến của trạm điều khiển gốc BTS, thì các nhà cung cấp có nhiều cách giải quyết khác nhau như sau: - Cách thứ nhất là: Thiết kế một môđun mới dành riêng cho EDGE. Như vậy cả hai loại môđun cũ cho GMSK và mới cho 8-PSK sẽ tồn tại song song. Do đó dẫn đến việc phân chia phần cứng giữa dung lượng mạng EDGE và mạng GSM. Việc thiết lập lại cấu hình trạm gốc cũng như vận hành mạng sẽ phức tạp hơn. - Cách thứ hai là: Thiết kế một môđun thu phát chung cho cả hệ thống EDGE và GSM, nhưng giữ nguyên thiết kế của bộ phận khuyếch đại công suất trong môđun này. Cách này có một điểm bất lợi liên quan đến công suất phát 8-PSK, bắt nguồn từ sự khác biệt cơ bản giữa điều chế GMSK và 8-PSK. GMSK là phương thức điều chế có biên độ đường bao không đổi (constant envelope), cho phép bộ khuyếch đại hoạt động trong miền không tuyến tính (non-linear, saturated region) với hiệu suất cao nhất mà vẫn không ảnh hưởng tới tính tuyến tính của tín hiệu. Trái lại, phương thức điêu chế 8-PSK không có đặc tính như vậy, do vậy cần hoạt động trong miền tuyến tính của bộ khuyếch đại. Do bộ phận khuyếch đại công suất không được thiết kế với những yêu cầu đặc thù cho điều chế 8-PSK ngay từ đầu nên công suất phát 8-PSK giảm đáng kể, chênh lệch giữa công suất phát của hệ thống EDGE và GSM là khá lớn. - Cách thứ ba là: Sử dụng một môđun thu phát chung cho GMSK và 8-PSK. Tuy nhiên bộ phận khuyếch đại công suất được thiết kế ngay từ đầu với yêu cầu đặc thù của cả hai phương pháp điều chế GMSK và 8-PSK. Trong 3 giải pháp trên thì nhà cung cấp thiết bị Nokia chọn phương pháp thứ 3. Tức là thiết kế một mođun cho cả phương thức điều chế GMSK và 8-PSK và bộ khuếch đại công suất phát được thiết kế ứng với từng phương thức điều chế. Do đó trạm thu phát gốc BTS của Nokia cho công suất phát 8-PSK cao hơn, đồng thời chênh lệch giữa công suất phát cho thuê bao mạng EDGE và GSM cũng ít hơn (2dB thay bằng 3-5dB) so với giải pháp của các nhà cung cấp khác. 3.4.2. Hỗ trợ phương thức truyền lặp tiên tiến IR cho đường xuống và đuờng lên. Trong khi GPRS chỉ sử dụng cơ chế thích ứng đuờng truyền LA (Link Adaptation), thì EDGE kết hợp cả cơ chế thích ứng đuờng truyền LA, với cơ chế truyền lặp IR (Incremental Redundancy). Cơ chế thích ứng đường truyền LA lựa chọn phương thức mã hóa tối ưu nhất (tốc độ truyền tải không lỗi cao nhất) cho những điều kiện truyền sóng nhất định (dựa trên tỉ lệ C/I). Khi tỉ lệ lỗi block tăng hoặc giảm, LA sẽ lựa chọn mã hóa khác có tỉ lệ bit bảo vệ ít hơn hoặc nhiều hơn mã hóa đang sử dụng. Nói một cách khác, mỗi phương thức mã hóa có một vùng tối ưu riêng trên miền C/I, mà ở đây phương thức mã hóa này đem lại tốc độ truyền tải hệ thống cao hơn các phương thức mã hóa khác. LA lựa chọn mã hóa dựa trên những miền tối ưu đó. Cơ chế thích ứng đường truyền LA có thể hoạt động độc lập hoặc kết hợp với cơ chế truyền lặp IR. Khi kết hợp như vậy, IR làm cho vùng tối ưu của các mã hóa tốc độ cao mở rộng hơn, các mã hóa tốc độ cao sử dụng được với ngưỡng C/I thấp hơn. IR làm đuợc điều này với cơ chế sau: Các gói tin được gửi với tỉ lệ bit bảo vệ tốc độ mã hoá tăng dần. Ví dụ gói tin đầu có thể được gửi với tốc độ mã hoá là 1/1. Nếu xảy ra lỗi và bên thu không thể gỉải mã được, gói tin này sẽ không bị loại bỏ mà được lưu lại trong bộ nhớ của bên thu. Gói tin thứ hai (không giống gói tin trước) được gửi tiếp và bên thu sẽ giải mã lại bằng cách kết hợp cả hai gói tin. Nếu thành công thì bản tin đã được gửi với tốc độ mã hoá 1/2. Nếu không thành công thì gói tin thứ hai cũng không bị loại bỏ. Gói tin thứ ba (không giống 2 gói tin trước) được gửi tiếp và bên thu sẽ giải mã lại bằng cách kết hợp cả ba gói tin. Nếu thành công thì bản tin đã được gửi với tốc độ mã 1/3. Với cách tăng dần tốc độ mã như vậy các phương thức mã hóa tốc độ cao có thể chịu đuợc điều kiện C/I thấp hơn. Nghiên cứu thực tế cho thấy độ lợi C/I mà IR đem lại có thể đạt tới 3 dB, cho phép tăng thông lượng hệ thống (30% với IR đuờng lên), và tăng độ ổn định tại rìa tế bào. Theo tiêu chuẩn của 3GPP, IR là tính năng tùy chọn, vì thế nhiều nhà cung cấp cho tới nay vẫn chưa thực hiện đầy đủ tính năng này. Nokia là hãng đầu tiên có tính năng IR cho cả đường lên và đuờng xuống. Nokia IR đã được đưa vào sử dụng từ phiên bản EDGE đầu tiên. 3.4.3. Abis động. Tính năng Abis xuất phát từ yêu cầu tiết kiệm truyền dẫn giữa trạm vô tuyến BTS và trạm gốc BSC. Sự xuất hiện của EDGE cùng với các phương thức mã hóa tốc độ cao, cũng như khả năng thay đổi mã hóa dẫn đến việc lưu lượng truyền dẫn Abis cần thiết cho một kênh không gian tăng đáng kể và thay đổi liên tục theo thời gian (từ 8.8 kb/s→ 59.2 kb/s/1TS). Việc dự trù tĩnh là cố định một số khe thời gian Abis (16kbps slot) trên một kênh không gian trở nên không phù hợp. Thay vào đó cần có cách phân phối động dung lượng Abis cho các kênh không gian, có như vậy khi một kênh không gian tạo ra ít lưu lượng hơn, dẫn đến yêu cầu về dung lượng Abis ít đi, sẽ có nhiều dung lượng Abis hơn được phục vụ cho các kênh khác của cùng một trạm BTS. Nói cách khác các kênh không gian của một trạm vô tuyến chia sẻ một nguồn tài nguyên Abis chung. Tính năng Abis động được hỗ trợ bởi nhiều khà khai thác. Tuy nhiên nếu đi vào chi tiết, chúng ta sẽ thấy những thiết kế khác nhau đem đến sự mềm dẻo và mức độ tiết kiệm có thể đạt được khác nhau. Trong giải pháp của Nokia, việc tương tác thời gian thực giữa môđun quản lý tài nguyên Abis và môđun thích ứng đường truyền cho phép sử dụng thông tin về mã hóa điều chế MCS hiện tại làm đầu vào trong thuật toán phân phối tài nguyên Abis. Giải pháp của một số nhà cung cấp khác không sử dụng thông tin này. Do đó không đạt được mức độ tiết kiệm tối ưu. Nokia Abis được chia sẻ ở mức 16 kb/s, trong khi các nhà cung cấp khác luôn ấn định ở mức 64 kb/s trở lên, dẫn dến lãng phí tài nguyên không cần thiết với các kết nối không gian tốc độ thấp. Mặt khác Nokia còn áp dụng 2 kỹ thuật nén là: Nén kênh rỗi và nén khung thoại rỗi trong GSM. Tức là bất kể khi nào không có lưu lượng truyền đi qua giao diện vô tuyến (ví dụ kênh không được ấn định cho cuộc gọi nào, các khung lớp 2 đang được thu, ...), thì một kênh sẽ được coi là rỗi. Trong trường hợp đó, “kênh rỗi” sẽ được gán cho kênh đó trên giao diện Abis. Đặc tính nén kênh rỗi là phát hiện “kênh rỗi” và loại bỏ chúng khỏi luồng dữ liệu được truyền đi qua giao diện Abis. Do đó có thể tiết kiệm đáng kể dải thông, trong trường hợp và điều kiện lý tưởng có thể tiết kiệm được 80% dải thông. Còn nén khung thoại rỗi trong GSM tức là theo nguyên tắc một cuộc gọi thông thường thì một người nói 50% thời gian, trong khi 50% thời gian còn lại là khoảng lặng để nghe người kia nói. Thông tin thoại có thể được truyền đi bằng các khung thoại FR, EFR hoặc AMR. Nhưng trong thời gian lặng không có thông tin nào được truyền đi thì những khung thoại nghỉ sẽ được tạo ra và truyền đi thay vì các khung FR hoặc EFR. Những khung thoại nghỉ không mang thông tin hữu ích vẫn chiếm một dải thông như những khung thoại mang thông tin FR hay EFR. PSAX do các khung thoại nghỉ và nén những khung này lại khi chúng được truyền đi trên trung kế và khôi phục lại chúng ở đầu kia của mạng trên giao diện Abis. Điều này góp phần tiết kiệm dải thông truyền dẫn đáng kể. Dựa trên kết quả thực tế giải pháp Dynamic Abis của Nokia có thể tiết kiệm 60% dung lượng Abis, do đó dung lượng này được thiết kế cho tốc độ trung bình thay bằng tốc độ đỉnh tối đa tạo bởi các giao diện không gian. 3.5. XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG EDGE. Như chúng ta đã biết khi đưa mạng EDGE vào hoạt động thì phổ tần sử dụng không cần phải là phổ tần mới mà được áp dụng ngay trên phổ tần hiện có của mạng GSM. Điều này rõ ràng tiết kiệm được số lượng tiền đáng kể khi không phải bỏ tiền ra mua phổ tần mới. Thêm đó nữa là tốc độ truyền dữ liệu tăng lên đáng kể 473,6 kb/s so với tốc độ truyền tối đa trong mạng GSM(9,6 kb/s) và GPRS (171,2 kb/s) sử dụng hết 8 khe thời gian. Tốc độ này tương đương với tốc độ truyền dữ liệu của mạng 3G ngoài trời. Ngoài ra cơ sở hạ tầng và thiết bị đầu cuối phù hợp với mạng EDGE hoàn toàn tương thích với mạng GSM/GPRS. Mặt khác về chất lượng mạng cũng tăng lên đáng kể, hiệu quả sử dụng phổ tăng lên rõ rệt so với mạng GSM/GPRS. Tuy nhiên tốc độ đạt được đó chỉ là trên lý thuyết, còn về thực tiễn thì hoàn toàn không hẳn là thế và tốc độ truyền dữ liệu này khó đạt được cho toàn bộ các thuê bao trên toàn cell phủ sóng. Nếu yêu cầu này đặt ra phải giải quyết cho toàn bộ thuê bao trong một vùng sử dụng công nghệ EDGE thì số lượng cell chắc chắn phải tăng lên đáng kể, vì thuê bao mạng EDGE càng ở gần BTS thì càng được sử dụng tốc độ mã hóa kênh cao hơn. Thực tế tốc độ truyền dữ liệu tối đa đối với các thuê bao đứng yên là 384 kb/s và 114 kb/s với các thuê bao di chuyển chậm. Mạng EDGE được đánh giá như là mạng thế hệ 2,75G. Do đó các nhà khai thác mạng GSM đã không ngừng tìm tòi, làm việc, nghiên cứu và kết quả đã cho ra đời mạng WCDMA (3G). Các nhà khai thác mạng GSM có thể nâng cấp mạng lên từ mạng EDGE hoặc trực tiếp từ mạng GPRS. WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là một công nghệ truy nhập vô tuyến được phát triển mạnh ở châu Âu. Hệ thống này hoạt động ở chế độ FDD và dựa trên kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp, sử dụng tốc độ chip 3,84 Mcps bên trong băng tần 5MHz. Băng tần rộng hơn và tốc độ trải phổ cao làm tăng độ lợi xử lý và một giải pháp thu đa đường tốt hơn. WCDMA hỗ trợ trọn vẹn cả các dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói tốc độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời của các dịch vụ hỗn hợp với chế độ gói hoạt động ở mức hiệu quả nhất. Hơn thế, WCDMA hỗ trợ các tốc độ số liệu của người sử dụng có tính thay đổi cao, dựa trên thủ tục điều chỉnh tốc độ, trong đó tỷ lệ dung lượng số liệu giữa những người sử dụng có thể thay đổi từ khung này qua khung khác Chuẩn WCDMA hiện thời sử dụng phương pháp điều chế QPSK, một phương pháp điều chế tốt hơn 8-PSK nhiều, cung cấp tốc độ số liệu đỉnh là 2 Mb/s với chất lượng truyền tốt trong vùng phủ rộng. WCDMA là công nghệ truyền dẫn vô tuyến mới với mạng truy nhập vô tuyến mới, được gọi là UTRAN, bao gồm các phần tử mạng mới như RNC (Radio Network Controller) và NodeB (tên gọi trạm gốc mới trong UMTS). Mạng WCDMA và các biến thể của nó mang tính toàn cầu, tức là bất kỳ mạng 3G nào cũng có thể chấp nhận thuê bao 3G. Ngoài tính toàn cầu ra mạng WCDMA còn được nghiên cứu rất kỹ trong phòng thí nghiệm và thực tế đã được áp dụng ở một số nước, và đã chứng tỏ hiệu quả sử dụng phổ tốt hơn và phù hợp hơn cho việc truyền dữ liệu so với phương pháp truy nhập TDMA. Ngoài ra các thuê bao có thể hoạt động đồng thời trên cả hai mạng GSM và mạng WCDMA. Vấn đề đặt ra bây giờ là chi phí cho việc nâng cấp mạng, thay đổi truy nhập vô tuyến như thế nào để MS hoạt động được đồng thời, các phần nào trong mạng GSM giữ lại, thay thế và nâng cấp. KẾT LUẬN. Sau thời gian nghiên cứu đề tài tốt nghiệp cùng với sự giúp đỡ tận tình của các Thầy trong tổ môn Điện Tử Viễn Thông, các bạn trong lớp, Anh Th.S Nguyễn Như Thông và đặc biệt trực tiếp hướng dẫn Em làm đồ án là Thầy Giáo Th.S Bùi Đình Thịnh, Em đã hoàn thành bài luận văn của mình. Hiện nay các hệ thống GSM trong nước đang tiến hành nâng cấp lên hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (WCDMA). Vấn đề mà các nhà khai thác quan tâm nhất là kinh tế và kỹ thuật hỗ trợ mạng GSM, vì các nhà khai thác mong muốn giữ lại mạng lõi của mình. Trên cơ sở đó Em đã chọn đề tài là: “Các biện pháp kỹ thuật hỗ trợ mạng GSM theo chuẩn 3G”, Em đã đưa ra một số giải pháp kỹ thuật dựa trên quá trình nâng cấp mạng GSM và đó cũng là tiêu chuẩn của các mạng như sau: Kỹ thuật chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD: Đây là giải pháp định tuyến dữ liệu đi qua giao diện Um nhiều hơn bằng cách sử dụng một vài kênh lưu lượng tức là MS sử dụng 4 khe thời gian thay cho một khe thông thường cho một phiên liên lạc. Do vậy tốc độ truyền dữ liệu của thuê bao tăng lên là: 4x9,6kb/s = 38,4 kb/s. Hệ thống chuyển mạch gói GPRS: Trong hệ thống GPRS Em đã đưa ra một số biện pháp kỹ thuật hỗ trợ mạng GSM là: Kỹ thuật chuyển mạch gói, kỹ thuật xe đường truyền và các phương pháp mã hoá tối ưu. Do đó chất lượng mạng tăng lên (hiệu quả sử dụng băng tần), hiệu quả sử dụng phổ tăng, tốc độ truyền dữ liệu trong mạng GPRS tăng lên 171,2 kb/s ( sử dụng hết 8 khe x 21,4 kb/s) Hệ thống EDGE: Trong hệ thống EDGE Em cũng đưa ra một số biện pháp kỹ thuật hỗ trợ mạng GSM là: Các phương pháp mã hoá và điều chế tối ưu MCS, điều chế 8-PSK, các giải pháp kỹ thuật hỗ trợ mạng cho mạng EDGE của Nokia và xu hướng phát triển lên mạng WCDMA. Quá trình làm luận văn đã giúp đỡ Em có cơ hội tìm hiểu sâu về hệ thống GSM và các biện pháp kỹ thuật hỗ trợ cần thiết khi tiến hành nâng cấp mạng. Mặt khác Em còn được vận dụng kiến thức đã được các Thầy Cô Giáo dạy Em hơn 4 năm qua và giúp Em làm quen với phương pháp tự nghiên cứu một vấn đề. Một lần nữa Em muốn bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các Thầy Cô Giáo trong tổ môn Điện Tử Viễn Thông và Thầy Th.S Bùi Đình Thịnh đã giúp đỡ Em trong suốt khóa học cũng như khi Em làm luận văn. Em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tổng quan về thông tin di động - hệ thống điện thoại di động GSM, Pts. Nguyễn Quốc Bình. [2] Thông tin di động GSM, PTS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Nhà xuất bản bưu điện Hà Nội-1999. [3] Kỹ thuật truyền dẫn số, Nhà xuất bản quân đội nhân dân Hà Nội-2001. [4] Kỹ thuật thông tin di động-bản dịch PTS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội. [5] Hệ thống viễn thông Tập1 &2, PGS.TS Phó Hồng Nghị & TS. Phạm Minh Việt, Nhà xuất bản giáo dục- 2001. [6] Hệ thống thông tin di động 3G và xu hướng phát triển, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật-2004. [7] UMTS Networks Architecture Mobility and Services, John Wiley and Sons, LTD-2005. [8] GSM, GPRS and EDGE Performance, John Wiley and Son, LTD-2005. [9] General Packet Radio Service GPRS: Architerture, Protocols and Air Interface, Christian Bettstetter….-1999. [10] Highspeed Mobile Network, Kenvin – 2005. [11] EDGE Introduction of high-speed data in GSM/GPRS networks, Ericson-2003. [12] Transmission of Multimedia Services over GPRS using MPEG-4 Coded Video, Simon Fabri…-1999. [13] http:// www.ebook.com [14] [15] [16] www.edge.org ….. CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt A  A Interface Giao diện A giữa BSS và MSC A-bis  A-bis Interface Giao diện A-bis giữa BTS và BSC ADC Administration Centre Trung tâm quản trị điều phối AGCH Access Grant Channel  Kênh trao quyền truy nhập AuC Authentication Centre Trung tâm nhận thực thuê bao BCCH Broadcast Control Channel  Kênh điều khiển phat quảng bá BSC Base Station Controller Trạm điều khiển gốc BSS Base Station System Hệ thống trạm gốc BSSAP Base Station System Application Part Phần ứng dụng hệ thống trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc BTSM BTS Management Quản lý trạm thu phát gốc CM Connection Management Quản lý nối thông CSPDN Circuit Switched Packet Data Network Mạng dữ liệu gói chuyển mạch kênh EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution Các tốc độ dữ liệu tăng cường cho nhánh tiên hóa GSM FCCH Frequency Correction Channel  Kênh hiệu chỉnh tần số FACCH Fast Associated Control Channel  Kênh điều khiển liên kết nhanh GMSC Gateway Mobile Switching Centre Cổng trung tâm chuyển mạch di động GMSK Gaussian Minimum Shift Keying Khóa dịch pha cực tiểu Gau-xơ GSM Global System for Mobile Communication Hệ thống toàn cầu cho thông tin di động GSM HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú HW Hard Ware Phần cứng IMEI Inernational Mobile Equipment Identity Nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMSI International Mobile Subscriber Identity Nhận dạng thuê bao di động quốc tế ISDN Intergrated Services Digital Network Mạng số liên kết đa dịch vụ ISI InterSymbol Interference Xuyên nhiễu giữa các dấu ISUP ISDN User Part Phần người sử dụng ISDN LAPD Link Access Procedures on D-Channel Các thủ tục truy nhập đường truyền trên kênh D LAPDm Link Access Produres on Dm Channel Các thủ tục thâm nhập đường truyền ở kênh Dm MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động MM Mobility Management Quản lý di động MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động MT Mobile Terminal Đầu cuối di động MTP Message Transfer Part Phần chuyển thông báo NMC Network Management Centre Trung tâm quản lý mạng OMC Operations and Maintenance Centre Trung tâm khai thác và bảo dưỡng PCM Pulse Coded Modulation Điều chế xung mã PCH Paging Channel  Kênh tìm gọi PLMN Groupe Speciale Mobile Nhóm chuyên môn di động PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PSPDN Packet Switched Packet Data Network Mạng dữ liệu gói chuyển mạch gói PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng RACH Radom Access Channel  Kênh truy nhập ngẫu nhiên RPE-LPC Regular Pulse Excitation-Linear Pridictive Coding Mã hóa dự đoán tuyến tính- giải pháp kích xung đều RR Radio Resource Management Quản lý tiềm năng vô tuyến SACCH Slow Associated Control Channel  Kênh điều khiển liên kết chậm SCCP Signalling Connection Control Part Phần điều khiển nối thông báo hiệu SCH Synchronization Channel  Kênh đồng bộ SDCCH Standalone Dedicated Control Channel  Kênh điều khiển dành riêng đứng riêng một mình SMS Short Message Service Dịch vụ bản tin ngắn SW Soft Ware Phần mềm TCAP Transaction Capabilities Application Part Phần ứng dụng khả năng trao đổi TCH/F Traffic Channel/Full Rate  Kênh lưu lượng toàn tốc TCH/H Traffic Channel/Half Rate  Kênh lưu lượng bán tốc TDMA Time Division Multiplexi Access Truy nhập phân chia theo thời gian TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối TS Time Slot Khe thời gian TUP Telephone User Part Phần người sử dụng điện thoại TRAU Transcoder Rate Adapter Unit Khối thích ứng tốc độ chuyển đổi mã TRU Tranceiver Radio Unit Khối vô tuyến thu phát Um  Um Air Interfacee Giao diện vô tuyến giữa MS và BTS 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

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docgprs_0147.doc
Luận văn liên quan