TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG

SỬ DỤNG TẦN SỐ
TRONG MẠNG GSM VÀ UMTS

Giảng viên:
TS. Đỗ Trọng Tuấn
STN ĐTVT K56
Hà Nội, ngày 4/5/2015

1


MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

2


3


A. Thành viên nhóm
B. Nội dung
Phần 1: Sử dụng tần số trong mạng GSM
I.

Nguyên tắc sử dụng tần số

1. Nguyên tắc chung

Channel n

200 KHz

DOWNLINK
Channel 1

100 KHz
Khoảng cách ghép song công

Channel n

200 KHz

UPLINK
Channel 1

100 KHz

Hình 1: Nguyên tắc sử dụng tần số trong GSM
GSM thực hiện ghép song công theo tần số (FDD - Frequency Division
Duplex) gồm 2 dải tần: Một dải tần UPLINK truyền tín hiệu từ thuê bao di động
(MS) đến trạm BTS và một dải tần DOWNLINK truyền tín hiệu từ BTS về thuê bao
di động với một khoảng cách ghép song công. Tần số DOWNLINK lớn hơn tần số
UPLINK, giữa hai dải tần có một dải ngăn cách ∆ được tính bằng hiệu của tần số
nhỏ nhất dải DOWNLINK và tần số lớn nhất dải UPLINK. Độ rộng dải tần


4


UPLINK và DOWNLINK lần lượt là

và

với

. Mỗi dải được chia

thành N kênh với độ rộng mỗi kênh 200kHz, ta có :

Các kênh được đánh số kênh gọi là ARFCN (Absolute Radio Frequency
Channel Number). Từ chỉ số kênh ARFCN này ta có thể tính được tần số hoạt động
trung tâm của kênh. Người ta dành ra 100 kHz ở đầu và cuối mỗi dải để làm khoảng
bảo vệ.
Khoảng cách ghép song công là hiệu tần số DOWNLINK và UPLINK của cùng
1 kênh.
Thông thường người ta sử dụng hai băng tần GSM chính là GSM 900 và GSM
1800, ở Việt Nam hiện nay cũng dùng hai băng tần này.
Ngoài ra, một số nước châu Mỹ còn sử dụng dụng băng GSM 850 và GSM
1900 do hai băng tần GSM 900 và GSM 1800 đã được sử dụng cho mục đích khác.
Dưới đây, ta sẽ đi tìm hiểu một cách chi tiết hơn hai băng tần GSM 900 và
GSM 1800.
2. Băng tần GSM 900

Dải tần sử dụng 890 – 960 MHz, trong đó dải UPLINK 890 – 915 MHz, dải
DOWNLINK 935 – 960 MHz. Như vậy:

-

Độ rộng mỗi dải tần là 25MHz.
Khoảng cách giữa UPLINK và DOWNLINK là 935 – 915 = 20 MHz.
Khoảng cách ghép song công 45 MHz.
Số kênh tần số

kênh
-

Các kênh được đánh số ARFCN từ 1 đến 124
Tần số trung tâm của kênh được tính theo công thức:
5


+

(MHz)

+
Ở Việt Nam, 124 kênh băng tần GSM 900 hiện nay đã được sử dụng hết. Ba nhà
cung cấp dịch vụ được cấp phát bao gồm:
- Vinaphone: kênh 1 – 41
 Số kênh được cấp phát là 41.

Dải tần UPLINK: 890.1 – 898.3 MHz
Dải tần DOWNLINK: 935.1 – 943.3 MHz
Độ rộng mỗi dải: 8.2 MHz
- Viettel: kênh 42 – 83
 Số kênh được cấp phát là 42.

Dải tần UPLINK: 898.3 – 906.7 MHz
Dải tần DOWNLINK: 943.3 – 951.7 MHz
Độ rộng mỗi dải: 8.4 MHz
- Mobiphone: kênh 84 – 124
 Số kênh được cấp phát là 41.
Dải tần UPLINK: 906.7 – 914.9 MHz
Dải tần DOWNLINK: 951.7 – 959.9 MHz
Độ rộng mỗi dải: 8.2 MHz
3. Băng tần GSM 1800
Dải tần sử dụng 1710 – 1880 MHz, trong đó dải UPLINK 1710 – 1785 MHz,
dải DOWNLINK 1805 – 1880 MHz. Như vậy:
-

Độ rộng mỗi dải tần là 75 MHz.
Khoảng cách giữa UPLINK và DOWNLINK là 1805 – 1785 = 20 MHz.
Khoảng cách ghép dsong công 95 MHz.
Số kênh tần số

kênh
-

Các kênh được đánh số ARFCN từ 512 – 885
Tần số trung tâm của kênh được tính theo công thức:
+

(MHz)

6



+
Cùng với băng tần GSM 900, hiện nay ở Việt Nam cũng đang khai thác băng tần
GSM 1800. Băng tần này cũng được cấp phát cho 3 nhà cung cấp dịch vụ là:
-

Vinaphone: kênh 512 – 578
Viettel:
Như vậy, ta thấy rằng tần số là một tài nguyên có hạn nên cần phải được sử

dụng sao cho có hiệu quả. Dưới đây ta khảo sát một phương pháp giúp cho việc sử
dụng nguồn tài nguyên tần số có hạn này một cách hiệu quả đồng thời đáp ứng được
nhu cầu sử dụng cao trong thực tế - phương pháp tái sử dụng tần số trong mạng
GSM.
II.

Tái sử dụng tần số trong mạng GSM

1. Tái sử dụng tần số là gì?

Đó là việc sử dụng lại tần số ở các ô tế bào khác nhau trong mạng GSM khi mà
khoảng cách giữa các ô tế bào đó đủ lớn để nhiễu đồng kênh đủ nhỏ.
Chính việc sử dụng lại tần số làm tăng dung lượng hệ thống.
2. Tại sao cần phải tái sử dụng tần số?

Lấy một ví dụ với băng tần GSM 900
25 MHz
200 KHz
890 MHz

915 MHz

control

8 time slots

Hình 2: Đa truy nhập trong mạng GSM 900
7


Số kênh tần số là 124 kênh. Trên mỗi kênh lại thực hiện đa truy nhập theo thời
gian TDMA, mỗi khung gồm 8 khe thời gian. Giả sử trong mỗi khung cần dành ra 1
khe thời gian cho điểu khiển, như vậy mỗi khung chỉ còn 7 khe thời gian phục vụ
cho việc tạo kênh thoại. Như vậy nếu không thực hiện tái sử dụng tần số thì tổng số
thuê bao có thể liên lạc tối đa tại một thời điểm là:
thuê bao
Tương tự với mạng GSM 1800 với 374 kênh tần số, tổng số thuê bao có thể liên
lạc tối đa khi không thực hiện tái sử dụng tần số ( với các giả thiết như trên với
GSM 900):
thuê bao
Con số này chắc chắn không thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng thực tế có thể
lên đến hàng triệu thuê bao sử dụng.
Do đó, việc tái sử dụng tần số trong thực tế là rất quan trọng.
3. Tổng quan phương pháp tái sử dụng tần số trong mạng GSM

Cùng kênh

Hình 3: Tổng quan tái sử dụng tần số trong mạng GSM
8


Ví dụ : Chia băng tần thành 3 nhóm kênh vô tuyến, phát trên các tế bào không

liền kề (cùng màu). Giả sử băng tần GSM 900 : mỗi tế bào phục vụ được 868/3
thuê bao. Vùng phục vụ có khoảng 100 BTS :
=> phục vụ 100 = 29 000 thuê bao >> 868 thuê bao tại một thời điểm.
4. Một số yêu cầu của việc tái sử dụng tần số
 Nhiễu kênh lân cận

C/A là tỉ số cường độ tín hiệu sóng mang ở ô tế bào hiện tại trên cường độ tín
hiệu thu được của các kênh khác lân cận (2 kênh lân cận).
Điều kiện C/A > - 9dB

Hình 4: Đồ thị nhiễu kênh lân cận
 Nhóm sử dụng

Là một nhóm các cell, không được tái sử dụng tần số trong một nhóm.
Nhà khai thác mạng được giấy phép sử dụng một số có hạn các tần số vô tuyến.
Việc quy hoạch tần số, ta phải sắp xếp thích hợp các tần số vô tuyến vào một nhóm
sao cho các nhóm sử dụng lại tần số mà không bị nhiễu quá mức.
 Cự ly sử dụng lại tần số

2 tế bào tương ứng của 2 nhóm kề nhau phải

9


R

cách nhau một cự ly đủ lớn để nhiễu giao
thoa đồng kênh có thể chấp nhận được.
D=R×
R : bán kính 1 cell


Hình 5: Cự ly sử dụng lại tần số
N: số cell trong 1 nhóm
Từ các yêu cầu trên, ta đi xem xét việc thực hiện quy hoạch tái sử dụng tần số
trong mạng.
III.

Quy hoạch việc tái sử dụng tần số

1. Nguyên tắc chung
 Mảng mẫu (Cluster)

Cluster là một nhóm các cell. Các kênh không được tái sử dụng tần số trong
một cluster.
Nhà khai thác mạng được giấy phép sử dụng một số có hạn các tần số vô tuyến.
Việc quy hoạch tần số, ta phải sắp xếp thích hợp các tần số vô tuyến vào một mảng
mẫu sao cho các mảng mẫu sử dụng lại tần số mà không bị nhiễu quá mức.
Hình 6 mô tả cách phủ sóng bằng mảng mẫu gồm 7 cell đơn giản.

Hình 6: Mảng mẫu gồm 7 cells
 Cự ly dùng lại tần số
10


Ta biết rằng sử dụng lại tần số ở các cell khác nhau thì bị giới hạn bởi nhiễu
đồng kênh C/I giữa các cell đó nên C/I sẽ là một vấn đề chính cần được quan tâm.
Dễ dàng thấy rằng, với một kích thước cell nhất định, khoảng cách sử dụng lại
tần số phụ thuộc vào số nhóm tần số N. Nếu N càng lớn, khoảng cách sử dụng lại
tần số càng lớn và ngược lại.
Ta có công thức tính khoảng cách sử dụng lại tần số:

D = R*
(trong đó: R là bán kính cell)

Hình 7: Khoảng cách tái sử dụng tần số
 Tính toán C/I

Đồng thời ta có công thức tính tỉ số C/I như sau:

Hình 8: Sơ đồ tính C/I

11


P là vị trí của MS thuộc cell A, chịu ảnh hưởng nhiễu kênh chung từ cell B là lớn
nhất.
Tại vị trí P (vị trí máy di động MS) có:

C.α.Rx = I .α.(D-R)x ⇒

=

=

=(

-1)x

Trong đó: x là hệ số truyền sóng, phổ biến nằm trong khoảng từ 3 đến 4 đối với hầu
hết các môi trường.


⇒

= 10*lg(

-1)x
Tỉ số C/I (dB)

Số cell (N)
Kích thước mảng

x
3,0

3,5

4,0

3

9,0

10,5

12,0

4

11,7

13,7


15,6

7

16,6

19,4

22,2

9

18,7

21,8

24,9

12

21,0

24,5

28,0

21

25,2


29,4

33,6

Bảng 1: Quan hệ N & C/I
Để xác định vị trí của các cell đồng kênh ta sử dụng công thức:
N = i2 + i.j + j2. (i; j nguyên)
Theo công thức này: di chuyển từ cell thứ nhất đi i cell theo một hướng, sau đó
quay đi 600 và di chuyển đi j cell theo hướng này. Hai cell đầu và cuối của quá trình di
chuyển này la hai cell đồng kênh.
12


Phân bố tỉ số C/I cần thiết để hệ thống có thể xác định số nhóm tần số N mà ta có
thể sử dụng. Nếu toàn bộ số kênh quy định ∑ được chia thành N nhóm thì mỗi nhóm sẽ
chứa (∑ /N) kênh. Vì tổng số kênh ∑ là cố định nên số nhóm tần số N nhỏ hơn sẽ dẫn
đến nhiều kênh hơn ở một nhóm và một đài trạm. Vì vậy, việc giảm số lượng các nhóm
tần số sẽ cho phép mỗi đài trạm tăng lưu lượng nhờ đó sẽ giảm số lượng các đài trạm
cần thiết cho tải lưu lượng định trước.
2. Các mẫu sử dụng tần số

Ký hiệu tổng quát của mẫu sử dụng lại tần số: Mẫu M /N
Trong đó: M = tổng số sites trong mảng mẫu
N = tổng số cells trong mảng mẫu
Ba kiểu mẫu sử dụng lại tần số thường dùng là: 3/9, 4/12 và 7/21.
 Mẫu tái sử dụng tần số 3/9:

Mẫu tái sử dụng lại tần số 3/9 có nghĩa các tần số sử dụng được chia thành 9 nhóm
tần số ấn định trong 3 vị trí trạm gốc (Site). Mẫu này có khoảng cách giữa các trạm

đồng kênh là D = 5,2R.
Các tần số ở mẫu 3/9 (giả thiết có 41 tần số từ các kênh 84 đến 124 - là số tần số
sử dụng trong mạng GSM900 của VMS):
Ấn định tần số
A1

B1

C1

A2

B2

C2

A3

B3

C3

BCCH 84

85

86

87


88

89

90

91

92

TCH1

93

94

95

96

97

98

99

100

101


TCH2

102

103

104

105

106

107

108

109

110

TCH3

111

112

113

114


115

116

117

118

119

TCH4

120

121

122

123

124

Bảng 2: Ấn định tần số mẫu 3/9
13


Ta thấy mỗi cell có thể phân bố cực đại đến 5 sóng mang.
Như vậy, với khái niệm về kênh như đã nói ở phần trước thì phải dành một khe thời
gian cho BCH, một khe thời gian cho SDCCH/8. Vậy số khe thời gian dành cho kênh
lưu lượng của mỗi cell còn (5 x 8 – 2) = 38 TCH.

Tra bảng Erlang-B (Phụ lục), tại GoS 2 % thì một cell có thể cung cấp dung lượng
29,166 Erlang.
Giả thiết trung bình mỗi thuê bao trong một giờ thực hiện 1 cuộc gọi kéo dài 120s
tức là trung bình mỗi thuê bao chiếm 0,033 Erlang, thì mỗi cell có thể phục vụ được
29,166/0,033 = 833 (thuê bao).

Hình 9: Mẫu tái sử dụng lại tần số 3/9
Theo lý thuyết, cấu trúc mảng 9 cells có tỉ số C/I > 9 dB đảm bảo GSM làm việc
bình thường.

14


Tỉ số C/A cũng là một tỉ số quan trọng và người ta cũng dựa vào tỉ số này để đảm
bảo rằng việc ấn định tần số sao cho các sóng mang liền nhau không nên được sử dụng
ở các cell cạnh nhau về mặt địa lý.
Tuy nhiên, trong hệ thống 3/9 các cell cạnh nhau về mặt địa lý như A1 & C3, C1 &
A2, C2 & A3 lại sử dụng các sóng mang liền nhau. Điều này chứng tỏ rằng tỉ số C/A
đối với các máy di động hoạt động ở biên giới giữa hai cell A1 và C3 là 0dB, đây là
mức nhiễu cao mặc dù tỉ số này là lớn hơn tỉ số chuẩn của GSM là (- 9 dB). Việc sử
dụng các biện pháp như nhảy tần, điều khiển công suất động, truyền dẫn gián đoạn là
nhằm mục đích giảm tối thiểu các hiệu ứng này.
 Mẫu tái sử dụng tần số 4/12:

Mẫu sử dụng lại tần số 4/12 có nghĩa là các tần số sử dụng được chia thành 12
nhóm tần số ấn định trong 4 vị trí trạm gốc. Khoảng cách giữa các trạm đồng kênh khi
đó là D = 6R.
Các tần số ở mẫu 4/12:
Ấn định tần số
A1


B1

C1

D1

A2

B2

C2

D2

A3

B3

C3

D3

BCCH 84

85

86

87


88

89

90

91

92

93

94

95

TCH1

96

97

98

99

100

101


102

103

104

105

106

107

TCH2

108

109

110

111

112

113

114

115


116

117

118

119

TCH3

120

121

122

123

124

Bảng 3: Ấn định tần số mẫu 4/12
Ta thấy mỗi cell có thể phân bố cực đại là 4 sóng mang.
Như vậy, với khái niệm về kênh như đã nói ở phần trước, một khe thời gian dành
cho kênh BCH, một khe thời gian dành cho kênh SDCCH/8. Vậy số khe thời gian dành
cho kênh lưu lượng của mỗi cell còn (4 x 8 – 2) = 30 TCH. Tra bảng Erlang-B ( Phụ lục
), tại GoS = 2 % thì mỗi cell có thể cung cấp dung lượng 21,932 Erlang. Giả sử mỗi
15



thuê bao chiếm 0,033 Erlang thì mỗi cell có thể phục vụ được 21,932/0,033 = 664 thuê
bao.
Trong mẫu 4/12 số lượng các cell D sắp xếp theo các cách khác nhau để nhằm phục
vụ cho các cell A,B,C. Hiệu quả của việc điều chỉnh này là để đảm bảo hai cell cạnh
nhau không sử dụng hai sóng mang liền nhau (khác với mẫu 3/9). Với mẫu này, khoảng
cách tái sử dụng tần số là lớn hơn.

Hình 10: Mẫu tái sử dụng lại tần số 4/12
Về lý thuyết, cụm 12 cells có tỉ số C/I > 12 dB. Đây là tỉ số thích hợp cho phép hệ
thống GSM hoạt động tốt. Tuy nhiên, mẫu 4/12 có dung lượng thấp hơn so với mẫu 3/9
vì:
a) Số lượng sóng mang trên mỗi cell ít hơn (mỗi cell có 1/12 tổng số sóng mang
thay vì 1/9).
b) Hệ số sử dụng lại tần số thấp hơn (đồng nghĩa với khoảng cách sử dụng lại là lớn
hơn).

16


 Mẫu tái sử dụng tần số 7/21:

Mẫu 7/21 có nghĩa là các tần số sử dụng được chia thành 21 nhóm ấn định trong 7
trạm gốc. Khoảng cách giữa các trạm đồng kênh là D = 7,9R.
Các tần số ở mẫu 7/21:

Bảng 4: Ấn định tần số mẫu 7/21

17



Hình 11: Mẫu tái sử dụng tần số 7/21
Ta thấy mỗi cell chỉ được phân bố tối đa 2 sóng mang.
Như vậy với khái niệm về kênh như đã nói ở phần trước. Phải có một khe thời gian
dành cho BCH và có ít nhất một khe thời gian dành cho SDCCH, số khe thời gian dành
cho kênh lưu lượng của mỗi cell còn (2 x 8 – 2) = 14 TCH . Tra bảng Erlang-B (Phụ
lục), tại GoS = 2 % thì mỗi cell có thể cung cấp một dung lượng 8,2003 Erlang. Giả sử
mỗi thuê bao chiếm 0,033 Erlang, như vậy một cell có thể phục vụ được 8,2003/0,033 =
248 thuê bao.

18


Nhận xét:
Khi số nhóm tần số N giảm (21, 12, 9), nghĩa là số kênh tần số có thể dùng cho mỗi
trạm (∑ /N) tăng thì khoảng cách giữa các trạm đồng kênh D sẽ giảm 7,9R; 6R; 5,2R.
Điều này nghĩa là số thuê bao được phục vụ sẽ tăng lên là: 248; 664 và 883, nhưng đồng
thời nhiễu trong hệ thống cũng tăng lên.
Như vậy, việc lựa chọn mẫu sử dụng lại tần số phải dựa trên các đặc điểm địa lý
vùng phủ sóng, mật độ thuê bao của vùng phủ và tổng số kênh ∑ của mạng.
−

Mẫu 3/9: số kênh trong một cell là lớn, tuy nhiên khả năng nhiễu cao. Mô hình

này thường được áp dụng cho những vùng có mật độ máy di động cao.
−

Mẫu 4/12: sử dụng cho những vùng có mật độ lưu lượng trung bình.

−


Mẫu 7/21: sử dụng cho những khu vực mật độ thấp.

19


Phần 2: Sử dụng tần số trong mạng UMTS
I.

Tổng quan về hệ thống 3G và UMTS
Mạng 3G (Third-generation technology) là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ
điện thoại di dộng, được xây dựng với mục đích cung cấp một mạng di động toàn
cầu với các dịch vụ phong phú bao gồm thoại, nhắn tin, Internet và dữ liệu băng
rộng. Điểm mạnh của công nghệ này so với công nghệ 2G và 2.5G là cho phép
truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, hình ảnh chất lượng cao cho cả thuê bao cố định
và thuê bao di động ở các tốc độ khác nhau. Với công nghệ 3G, các nhà cung cấp
dịch vụ có thể mang đến cho khách hàng các dịch vụ đa phương tiện như âm nhạc
chất lượng cao; hình ảnh video chất lượng và truyền hình số; các dịch vụ định vị
toàn cầu (GPS); E-mail …
ITU (International Telecommunication Union) đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hóa hệ
thống thông tin di động thế hệ ba với tên gọi IMT-2000 để đạt được các mục tiêu
chính sau đây:
 Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như truy cập internet

nhanh hoặc các ứng dụng đa phương tiện, do yêu cầu ngày càng tăng về các
dịch vụ này.
 Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và điện
thoại vệ tinh. Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ của
các hệ thống thông tin di động.
 Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự phát
triển liên tục của thông tin di động

Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba đã được IMT-2000 đề
xuất, trong đó hai hệ thống WCDMA UMTS và CDMA-2000 đã được ITU chấp
thuận và đã được đưa vào hoạt động. Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ
CDMA điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến
của hệ thống thông tin động thế hệ ba.
UMTS là một bước tiến vượt bậc so với GSM về tốc độ truyền dữ liệu và dung
lượng. Mặc dù giữ nguyên hệ thống core của GSM nhưng nó sử dụng công nghệ
truy nhập vô tuyến WCDMA với kích thước kênh lớn hơn (5 MHz so với 200 kHz
của GSM). UMTS hỗ trợ đa dịch vụ chất lượng tốt hơn và tốc độ truyền dữ liệu cao
hơn. Tốc độ truyền dữ liệu gói tối đa của UMTS là 14Mbps trong khi tốc độ truyền
dữ liệu tối đa của chuyển mạch kênh là 384kbps. Về phía người dùng UMTS hỗ trợ
dịch vụ HSDPA và HSUPA để nâng cao tốc độ riêng cho đường down link và up
link.

20


II.

Cấu trúc mạng UMTS
Mạng UMTS bao gồm 2 tầng, tầng truy nhập và tầng không truy nhập. Tầng
không truy nhập thực hiện chuyển mạch và định tuyến lưu lượng chuyển mạch kênh
và chuyển mạch gói. Tầng truy nhập thực hiện truy cập vô tuyến và điều khiển
nguồn tài nguyên vô tuyến.

Hình 12: Kiến trúc UMTS
Một mạng UMTS bao gồm ba phần: thiết bị di động (UE: User Equipment),
mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial Radio
Network), mạng lõi (CN: Core Network)
 UE bao gồm ba thiết bị: thiết bị đầu cuối (TE), thiết bị di động (ME) và


module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity
Module).
 UTRAN gồm các hệ thống mạng vô tuyến (RNS: Radio Network System)

và mỗi RNS bao gồm RNC (Radio Network Controller: bộ điều khiển mạng
vô tuyến) và các nút B nối với nó.
 Mạng lõi CN bao gồm miền chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói và HE

(Home Environment: Môi trường nhà). HE bao gồm các cơ sở dữ liệu: AuC
(Authentication Center: Trung tâm nhận thực), HLR (Home Location
Register: Bộ ghi định vị thường trú) và EIR (Equipment Identity Register:
Bộ ghi nhận dạng thiết bị).
1. Thiết bị người sử dụng

UE (User Equipment: thiết bị người sử dụng) là đầu cuối mạng UMTS của
người sử dụng. Có thể nói đây là phần hệ thống có nhiều thiết bị nhất và sự phát
21


triển của nó sẽ ảnh hưởng lớn lên các ứng dụng và các dịch vụ khả dụng. Giá thành
giảm nhanh chóng sẽ tạo điều kiện cho người sử dụng mua thiết bị của UMTS. Điều
này đạt được nhờ tiêu chuẩn hóa giao diện vô tuyến và cài đặt mọi trí tuệ tại các card
thông minh.
a) Các đầu cuối
Đầu cuối hỗ trợ hai giao diện. Giao diện Uu định nghĩa liên kết vô tuyến (giao
diện WCDMA). Nó đảm nhiệm toàn bộ kết nối vật lý với mạng UMTS. Giao diện
thứ hai là giao diện Cu giữa UMTS IC card (UICC) và đầu cuối. Giao diện này tuân
theo tiêu chuẩn cho các card thông minh.
Các nhà sản xuất đầu cuối phải tuân theo một tập tối thiểu các định nghĩa tiêu

chuẩn để các người sử dụng bằng các đầu cuối khác nhau có thể truy nhập đến một
số các chức năng cơ sở theo cùng một cách. Các tiêu chuẩn này gồm:
• Bàn phím (các phím vật lý hay các phím ảo trên màn hình)
• Đăng ký mật khẩu mới
• Thay đổi mã PIN
• Giải chặn PIN/PIN2 (PUK)
• Trình bày IMEI
• Điều khiển cuộc gọi

Các phần còn lại của giao diện sẽ dành riêng cho nhà thiết kế và người sử dụng
sẽ chọn cho mình đầu cuối dựa trên hai tiêu chuẩn (nếu xu thế 2G còn kéo dài) là
thiết kế và giao diện. Giao diện là kết hợp của kích cỡ và thông tin do màn hình cung
cấp (màn hình nút chạm), các phím và menu.
b) UICC
UMTS IC card là một card thông minh. Điều mà ta quan tâm đến nó là dung
lượng nhớ và tốc độ bộ xử lý do nó cung cấp. Ứng dụng USIM chạy trên UICC.
c) USIM
Trong hệ thống GSM, SIM card lưu giữ thông tin cá nhân (đăng ký thuê bao) cài
cứng trên card. Điều này đã thay đổi trong UMTS, Modul nhận dạng thuê bao
UMTS được cài như một ứng dụng trên UICC. Điều này cho phép lưu nhiều ứng
dụng hơn và nhiều chữ ký (khóa) điện tử hơn cùng với USIM cho các mục đích khác
(các mã truy nhập giao dịch ngân hàng an ninh). Ngoài ra có thể có nhiều USIM trên
cùng một UICC để hỗ trợ truy nhập đến nhiều mạng.
22


USIM chứa các hàm và số liệu cần để nhận dạng và nhận thực thuê bao trong
mạng UMTS. Nó có thể lưu cả bản sao hồ sơ của thuê bao.
Người sử dụng phải tự mình nhận thực đối với USIM bằng cách nhập mã PIN.
Điểu này đảm bảo rằng chỉ người sử dụng đích thực mới được truy nhập mạng

UMTS. Mạng sẽ chỉ cung cấp các dịch vụ cho người nào sử dụng đầu cuối dựa trên
nhận dạng USIM được đăng ký.
2. Mạng truy nhập vô tuyến UMTS

UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network: Mạng truy nhập vô tuyến
mặt đất UMTS) là liên kết giữa người sử dụng và CN (Core Network: Mạng lõi). Nó
gồm các phần tử đảm bảo các cuộc truyền thông UMTS trên vô tuyến và điều khiển
chúng.
UTRAN được định nghĩa giữa hai giao diện. Giao diện Iu giữa UTRAN và CN,
gồm hai phần: IuPS cho miền chuyển mạch gói và IuCS cho miền chuyển mạch
kênh; giao diện Uu giữa UTRAN và thiết bị người sử dụng. Giữa hai giao diện này
là hai nút, RNC và nút B.
a) RNC
Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC (Radio Network Controller) chịu trách
nhiệm cho một hay nhiều trạm gốc và điều khiển các tài nguyên của chúng. Đây
cũng chính là điểm truy nhập dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho CN. Nó được nối
đến CN bằng hai kết nối, một cho miền chuyển mạch gói (đến GPRS) và một đến
miền chuyển mạch kênh (MSC).
Một nhiệm vụ quan trọng nữa của RNC là bảo vệ sự bí mật và toàn vẹn. Sau thủ
tục nhận thực và thỏa thuận khóa, các khoá bảo mật và toàn vẹn được đặt vào RNC.
Sau đó các khóa này được sử dụng bởi các hàm an ninh f8 và f9.
RNC có nhiều chức năng logic tùy thuộc vào việc nó phục vụ nút nào. Người sử
dụng được kết nối vào một RNC phục vụ (SRNC: Serving RNC). Khi người sử dụng
chuyển vùng đến một RNC khác nhưng vẫn kết nối với RNC cũ, một RNC trôi
(DRNC: Drift RNC) sẽ cung cấp tài nguyên vô tuyến cho người sử dụng, nhưng
RNC phục vụ vẫn quản lý kết nối của người sử dụng đến CN. Khi UE trong chuyển
giao mềm giữa các RNC, tồn tại nhiều kết nối qua Iub và có ít nhất một kết nối qua
Iur. Chỉ một trong số các RNC này (SRNC) là đảm bảo giao diện Iu kết nối với
mạng lõi còn các RNC khác (DRNC) chỉ làm nhiệm vụ định tuyến thông tin giữa
các Iub và Iur. Chức năng cuối cùng của RNC là RNC điều khiển (CRNC: Control

23


RNC). Mỗi nút B có một RNC điều khiển chịu trách nhiệm cho các tài nguyên vô
tuyến của nó.

Hình 13: Vai trò logic của SRNC và DRNC
b) Nút B
Trong UMTS trạm gốc được gọi là nút B và nhiệm vụ của nó là thực hiện kết
nối vô tuyến vật lý giữa đầu cuối với nó. Nó nhận tín hiệu trên giao diện Iub từ RNC
và chuyển nó vào tín hiệu vô tuyến trên giao diện Uu. Nó cũng thực hiện một số
thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như "điều khiển công suất vòng trong".
Tính năng này để phòng ngừa vấn đề gần xa; nghĩa là nếu tất cả các đầu cuối đều
phát cùng một công suất, thì các đầu cuối gần nút B nhất sẽ che lấp tín hiệu từ các
đầu cuối ở xa. Nút B kiểm tra công suất thu từ các đầu cuối khác nhau và thông báo
cho chúng giảm công suất hoặc tăng công suất sao cho nút B luôn thu được công
suất như nhau từ tất cả các đầu cuối.
3. Mạng lõi

Mạng lõi (CN) được chia thành ba phần: miền PS, miền CS và HE. Miền PS
đảm bảo các dịch vụ số liệu cho người sử dụng bằng các kết nối đến Internet và các
mạng số liệu khác và miền CS đảm bảo các dịch vụ điện thoại đến các mạng khác
24


bằng các kết nối TDM. Các nút B trong CN được kết nối với nhau bằng đường trục
của nhà khai thác, thường sử dụng các công nghệ mạng tốc độ cao như ATM và IP.
Mạng đường trục trong miền CS sử dụng TDM còn trong miền PS sử dụng IP.
a) SGSN
SGSN (SGSN: Serving GPRS Support Node: nút hỗ trợ GPRS phục vụ) là nút

chính của miền chuyển mạch gói. Nó nối đến UTRAN thông qua giao diện IuPS và
đến GGSN thông quan giao diện Gn. SGSN chịu trách nhiệm cho tất cả kết nối PS
của tất cả các thuê bao. Nó lưu hai kiểu dữ liệu thuê bao: thông tin đăng ký thuê bao
và thông tin vị trí thuê bao.
Số liệu thuê bao lưu trong SGSN:
• IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: Số nhận dạng thuê bao di

động quốc tế)
• Các nhận dạng tạm thời gói (P-TMSI: Packet - Temporary Mobile

Subscriber Identity: Số nhận dạng thuê bao di động tạm thời gói)
• Các địa chỉ PDP (Packet Data Protocol: Giao thức số liệu gói)

Số liệu vị trí lưu trên SGSN:
• Vùng định tuyến thuê bao (RA: Routing Area)
• Số VLR
• Các địa chỉ GGSN của từng GGSN có kết nối tích cực

b) GGSN
GGSN (Gateway GPRS Support Node: Nút hỗ trợ GPRS cổng) là một SGSN
kết nối với các mạng số liệu khác. Tất cả các cuộc truyền thông số liệu từ thuê bao
đến các mạng ngoài đều qua GGSN. Cũng như SGSN, nó lưu cả hai kiểu số liệu:
thông tin thuê bao và thông tin vị trí.
Số liệu thuê bao lưu trong GGSN:
• IMSI
• Các địa chỉ PDP

Số liệu vị trí lưu trong GGSN:
• Địa chỉ SGSN hiện thuê bao đang nối đến
• GGSN nối đến Internet thông qua giao diện Gi và đến BG thông qua Gp.


c) BG
25