Đồ án Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba UMTS W-CDMA

băng rộng thay đổi theo cấu trúc của tín hiệu, được minh họa trên hình 3.4. Bộ thu tương quan thực hiện tương quan mã đã biết của tín hiệu với các tín hiệu thu được, bao gồm một vài tín hiệu băng rộng (thu được từ các thuê bao hay các kênh khác) cùng với nhiễu thông thường ( nhiễu từ các hệ thống vô tuyến khác), và tạp âm (tạp âm gây ra do nhiệt). Tín hiệu khi ra khỏi bộ thu tương quan là một hàm tương quan tự động của tín hiệu mong muốn. Khi xuất hiện tạp âm và nhiễu, lập tức nó tương quan chéo với tất cả các tín hiệu khác. Do vậy trải phổ cần phải có tính tương quan tốt để có thể phân biệt được tín hiệu mong muốn và các tín hiệu khác, nghĩa là: Hàm tương quan có một điểm nhọn cho dịch pha 0. Giá trị của hàm tương quan tự động càng nhỏ càng tốt đối với tất cả các dịch pha ngoài. Giá trị của hàm tương quan chéo đối với tất cả các dịch pha là nhỏ nhất. Nửa trên hình 3.4 biểu diễn tín hiệu thu mong muốn, trong trường hợp đồng bộ lý tưởng giữa đầu phát và đầu thu. Sau đó bộ thu tương quan sẽ tổng hợp kết quả của phép nhân giữa dữ liệu và mã cho mỗi một thuê bao. Nửa dưới hình 3.4 cho thấy tác động của quá trình trải phổ tới các tín hiệu băng rộng của thuê bao khác đã được trải phổ bằng các mã trải phổ khác, và khi tín hiệu đã trải phổ bằng mã trải phổ khác được nén lại với cùng một mã của tín hiệu. Hình 3.4 Nguyên lý bộ thu tương quan trong CDMA Chúng ta thấy công suất trung bình của các tín hiệu này mà ở đây ta coi là nhiễu với tín hiệu mong muốn giao động gần 0. Như trên hình 3.1.4 có thể nhận thấy biên độ trung bình của tín hiệu có ích tăng theo độ lợi xử lý SF có liên qua tới nhiễu cho UE từ các hệ thống khác, có nghĩa là đặc trưng tương quan của UE mong muốn sẽ tăng bởi SF. Tác dụng của độ lợi xử lý SF sẽ có tác dụng đến mọi hệ thống trải phổ. SF tạo cho hệ thống CDMA có khả năng chống nhiễu tốt hơn, nhờ vậy trong CDMA có thể sử dụng lại tần số trong một miền có kích thước địa lý nhỏ. Lấy ví dụ cho WCDMA, cho dịch vụ thoại có tốc độ yêu cầu 12.2 Kbps thì độ lợi xử lý của dịch vụ thoại trong WCDMA là 10log(3.84e6/12.2e3) = 25 dB. Tại đầu thu sau khi được nén phổ tín hiệu thu được phải lớn hơn tín hiệu nhiễu cùng tạp âm một vài dB, thường là 5 dB, như vậy yêu cầu C/I bằng -20dB, nói một cách khác công suất của tín hiệu mong muốn có thể nhỏ hơn công suất tổng cộng của nhiễu 20dB, mà bộ thu WCDMA vẫn có khả năng nhận biết được hiệu, để so sánh thì yêu cầu này của hệ thống GSM là C/I từ 9-12 dB. Do tín hiệu băng rộng yêu cầu nhỏ hơn tạp âm và nhiễu, do vậy để nhận biết được các tín hiệu trải phổ nếu không biết được mã trải phổ là vô cùng khó. Cũng chính vì lý do này mà hệ thống trải phổ đầu tiên được phát minh trong quân đội. Chúng ta cần lưu ý một điều là đối với tất cả các kênh chúng ta đều có hệ số trải phổ hay độ lợi xử lý cao khi tốc độ dữ liệu nhỏ và ngược lại. Như nếu tốc độ dữ liệu là 2 Mbps, thì hệ số trải phổ SF sẽ nhỏ hơn 2 ( SF = 3.84 Mcps/2 Mbps = 1.92 tương đương với 2.8 dB). Trong WCDMA cả trạm gốc và UE đề sử dụng bộ thu tương quan nói trên. Nhưng do hiện tượng tín hiệu đa đường, thông thường phía thu của hệ thống CDMA không phải chỉ bao gồm bộ thu tương qua, mà gồm nhiều bộ thu tương quan được kết hợp lại với nhau để xử lý tín hiệu thu đa đường với các độ trễ khác nhau để tổng hợp chúng thành tín hiệu có ích với mức thu cao nhất. 3.1.3 Điều khiển công suất trong WCDMA Điều khiển công suất chặt chẽ và nhanh là một yêu cầu hàng đầu trong công nghệ WCDMA.Theo tiêu chuẩn của WCDMA thì điều khiển công suất thực hiện cả đường lên và xuống đặc biệt đối với đuờng lên.Trong WCDMA các máy di động sử dụng chung một tần số cho việc thu và phát tín hiệu trên toàn bộ ô.Các tần số hay còn gọi là các kênh được phân biệt với nhau tại trạm gốc nhờ mã trải phổ của chúng khác nhau do vậy nếu không có điều khiển công suất một cách thích hợp thì 1 điện thoại di động phát 1 công suất quá lớn sẽ dẫn tới giảm hiệu năng dịch vụ và lưu lượng của toàn bộ ô do hiệu ứng gần xa tức là các máy mobile phải được điều khiển công suất phát sao cho công suất thu của chúng tại trạm gốc không phụ thuộc vào khoảng cách giữa chung với trạm gốc. Ngoài ra điều khiển công suất thích hợp sẽ làm giảm nhiễu giữa các mobile với nhau. Trong hệ thống thông tin di động CDMA người ta sử dụng phương pháp sau để điều khiển công suất: Điều khiển công suất vòng hở (open-loop power control). Điều khiển công suất vòng kín (close-loop power control) bao gồm điều khiển công suất vòng trong và ngoài. Điều khiển công suất vòng hở thực hiện nhằm đánh giá một cách tổng quát về suy hao đường truyền từ trạm gốc đến thuê bao. Dựa trên công suất thu được trên kênh hoa tiêu (pilot channel). Kênh hoa tiêu là kênh phát quảng bá trên toàn bộ cell với công suất không thay đổi. Nếu tín hiệu của kênh hoa tiêu này thu được tại thuê bao là mạnh thì suy hoa đường truyền là nhỏ và ngược lại. Nhựoc điểm của phương pháp này là do điều kiện truyền sóng ở đường lên và xuống khác nhau nhất là do hiên tuợng phading nhanh nên sự đánh giá này không chính xác. Trong hệ thống WCDMA phương pháp này chỉ được dùng để thiết lập công suất gần đúng khi thuê bao truy nhập mạng lần đầu. Trong phương pháp điều khiển vòng kín thì trạm gốc thường xuyên đánh giá tỉ số tín hiệu trên can nhiễu thu được(SIR:Signal to interference Ration) và so sánh nó với tỷ số SIR đã đặt trước ký hiệu là SIRa. Nếu tỷ số thu được lớn hơn SIRa thì trạm gốc yêu cầu phát với công suất nhỏ hơn còn trong trường hợp ngược lại trạm gốc sẽ yêu cầu MS tăng công suất phát. Chu kỳ này được thực hiện 1500 lần trong 1 giây. Tốc độ này đảm bảo cao hơn mọi sự thay đổi suy hao đường truyền và thậm chí còn nhanh hơn phadinh nhanh khi MS chuyển động với tốc độ thấp. Điều khiển công suất vòng kín trên cũng được áp dụng cho điều khiển công suất phát của trạm di động đường xuống(điều khiển công suất vòng trong). Tuy hiệu ứng đường xa không xuất hiện trên đường xuống do tín hiệu đều xuất phát từ trạm di động đến các mobile trong ô. Nhưng điều khiển công suất đường xuống sẽ tạo được mức dự trữ công suất cho các mobile chuyển động tại biên giới các ô khi chúng chịu ảnh hưởng nhiễu từ các ô khác tăng lên. Điều khiển công suất vòng ngoài (outer loop power control) được dùng để hiệu chỉnh giá trị SIR tại trạm gốc cho phù hợp với yêu cầu của từng đường truyền vô tuyến để đảm bảo rằng chất lượng đường truyền vô tuyến là như nhau trong mọi trường hợp. 3.1.4 Sóng mang Hình 3.5 minh họa nhà khai thác có tài nguyên tần số 15 MHz được chia thành 3 dải. Khoảng phòng vệ giữa các dải nội bộ nhỏ hơn giữa các nhà khai thác. Đo lường và chuyển giao giữa các dải tần số được WCDMA ứng dụng. Hình 3.5 Tần số hoạt động của WCDMA 3.1.5 Đa tốc độ Nhiều dịch vụ được tích hợp trên một kênh DPDCH. Việc tích hợp trên có thể được thực hiện cả trước và sau quá trình mã hoá (hình 3.6). Sau khi đã tích hợp các dịch vụ này và mã hoá kênh, dữ liệu được ghép vào một kênh DPDCH. Hình 3.6 Các dịch vụ tích hợp trong WCDMA Ta có thể ghép song song các dịch vụ vào các kênh DPDCH khác nhau với nhiều kiểu mã. Với cách này công suất và chất lượng mỗi loại dịch vụ có thể không giống nhau. Truyền đa mã yêu cầu công suất truyền cao và độ tương quan cao hơn trong khi thu. Với BER = 10-3, dùng mã hoá xoắn 1/3. Để đạt được chất lượng dịch vụ cao mã Reed-Soloman được sử dụng, BER = 10-6. Việc truyền lại có thể được sử dụng với các dữ liệu không yêu cầu thời gian thực. 3.1.6 Gói dữ liệu WCDMA có hai kiểu gói dữ liệu có thể được sử dụng để truyền. Gói dữ liệu ngắn có thể gắn trực tiếp vào cụm truy cập ngẫu nhiên, phương pháp này được gọi là truyền gói dữ liệu kênh chung, được sử dụng cho các gói dữ liệu ngắn và xuất hiện không thường xuyên. Khi sử dụng kênh chung hướng lên, gói dữ liệu được gắn trực tiếp vào cụm truy cập ngẫu nhiên. Gói dữ liệu kênh chung thường ngắn và xuất hiện không thường xuyên do đó trễ kết hợp trong truyền dẫn đối với kênh dành riêng không đáng kể. (Gói dữ liệu kênh chung sử dụng vòng điều khiển công suất hở). Hình 3.7 Truyền gói dữ liệu kênh chung Với các gói dữ liệu lớn và xuất hiện thường xuyên được truyền trên kênh dành riêng. Kênh dành riêng được giải phóng ngay sau khi dữ liệu được truyền. Khi truyền nhiều gói phải có thông tin đồng bộ giữa các gói dữ liệu kế tiếp. Cấu trúc và chức năng các phần tử trong hệ mạng W-CDMA UMTS Cấu trúc tổng quát của hệ thống Phần này sẽ xét tổng quan cấu trúc của hệ thống W-CDMA. Cấu trúc này bao gồm các phần tử mạng logic và các giao diện. Hệ thống W-CDMA gồm một số các phần tử logic, mỗi phần tử có một chức năng xác định. Sơ đồ tổng quan của hệ thống thông tin di động thế hệ ba W-CDMA được cho ở hình 3.8. Từ sơ đồ khối tổng quát ta có thể thấy mạng thông tin di động thế hệ ba W-CDMA gồm hai mạng con: mạng lõi và mạng truy nhập vô tuyến. Mạng lõi gồm các trung tâm chuyển mạch kênh (MSC) và các nút hỗ trợ chuyển mạch gói (SGSN). Các kênh thoại và kênh truyền số liệu được kết nối với các mạng ngoài thông qua các trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng (GMSC) và nút chuyển mạch gói cổng (GGSN). Để kết nối trung tâm chuyển mạch kênh với các mạng ngoài như ISDN, PSTN thì cần có thêm phần tử làm chức năng tương tác mạng (IWF). Ngoài các trung tâm chuyển mạch kênh và các nút hỗ trợ chuyển mạch gói, mạng lõi còn có các cơ sở dữ liệu cần thiết cho mạng thông tin di động như: HLR, AUC và EIR. Mạng truy nhập vô tuyến gồm các phần tử sau: RNC: bộ điều khiển mạng vô tuyến - Vai trò như BSC ở mạng GSM. NB: nút B - Đóng vai trò như BTS ở mạng GSM. MS: trạm di động. TE: thiết bị đầu cuối. Hình 3.8 Cấu trúc hệ thống UMTS Giao diện giữa MSC và RNC là Iu-CS, giao diện giữa SGSN và RNC là Iu-PS, giao diện giữa các RNC với nhau là Iur, giao diện giữa RNC và Nút B Ký hiệu: USIM (User Sim Card): Thẻ Sim Card của người sử dụng. MS (Mobile Station): Máy điện thoại di động. RNC (Radio Node Controller): Bộ điều khiển trạm gốc. MSC (Mobile Services Switching Center): Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động. VLR (Visitor Location Register): Bộ ghi định vị tạm trú. SGSN (Servicing GPRS Support Node): Nút hỗ trợ GPRS phục vụ. GMSC (Gateway Mobile Services Switching Center): Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng. GGSN (Gateway GPRS Support Node): Nút hỗ trợ GPRS cổng. HLR (Home Location Register): Bộ ghi định vị thường trú. UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network): Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS. CN (Core Network): Mạng lõi. Hiện tại tiến trình tiêu chuẩn hoá UMTS đang được triển khai. Phần mạng truy nhập của UMTS là UTRAN đã được chuẩn hoá. Tháng 01/1998, ETSI quyết định sử dụng UTRA FDD hay W-CDMA trên băng tần đôi và UTRA TDD hay TD/CDMA trên băng tần đơn. Chức năng của các phần tử trong hệ thống Cấu trúc hệ thống W-CDMA được xây dựng dựa trên cơ sở của cấu trúc hệ thống UMTS. Hệ thống UMTS bao gồm các phần tử mạng logic và các giao diện. Mỗi phần tử mạng thực hiện một số chức năng nhất định. Về mặt chức năng, các phần tử mạng được nhóm thành mạng truy nhập vô tuyến (RAN) để thực hiện chức năng liên quan đến vô tuyến và mạng lõi (CN) để thực hiện các chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi và kết nối số liệu. Ngoài hai mạng này thì để hoàn thiện hệ thống cần phải có thiết bị người sử dụng (UE). UE thực hiện giao diện giữa người sử dụng với hệ thống. Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN Những yêu cầu: UTRA phải hỗ trợ tốc độ số liệu cao, ít nhất là 384kbps trong vùng phủ sóng lớn và 2Mbps trong nhà hoặc vùng phủ sóng tầng thấp. UTRA cũng phải hỗ trợ các dịch vụ ở mức độ linh hoạt cao như các dịch vụ chuyển mạch gói hoặc chuyển mạch kênh. Phải hỗ trợ nhiều tốc độ truyền. Đa dịch vụ trên một kết nối cũng là một dịch vụ cần phải được hỗ trợ. UTRA phải mạnh hơn GSM về mặt dung lượng. UTRA phải cung cấp các chức năng để hỗ trợ hai chế độ cùng tồn tại song song với GSM. Đặc tính mạng UTRAN Phổ tần Phổ tần hệ thống thông tin di động mặt đất UMTS gồm: Băng tần kép (1920 - 1980 MHz và 2110 - 2170 MHz). Băng tần đơn (1910 - 1920 MHz và 2010 - 2025 MHz). Dải phổ trên đã được lựa chọn ở cả Châu Âu và Nhật Bản. Còn ở Bắc Mỹ thì rất tiếc nó đã được sử dụng cho các hệ thống PCS. Hai chế độ kép Trước hết ta phải phân biệt được các khái niệm UTRA FDD hay W-CDMA và UTRA TDD hay TD/CDMA. Từ hệ thống IMT-2000, ở Châu Âu, ETSI đã xây dựng nên hệ thống UMTS có giao diện vô tuyến là UTRAN có hai chế độ hoạt động là UTRAN FDD và UTRAN TDD đều sử dụng công nghệ nền tảng là W-CDMA. Trong khi đó ở Nhật, ARIB cũng xây dựng nên một hệ thống 3G tương tự UMTS ở Châu Âu và giao diện vô tuyến cũng có hai chế độ là W-CDMA và TD/CDMA cũng sử dụng công nghệ W-CDMA làm nền tảng. Như vậy ta có thể hiểu đơn giản là UTRA FDD ở Châu Âu và W-CDMA ở Nhật là một, sử dụng băng tần kép có đường lên và xuống ở hai dải tần số khác nhau phân chia theo tần số, còn UTRA TDD Châu Âu và TD/CDMA ở Nhật là một, sử dụng băng tần đơn có đường lên và xuống cùng băng tần nhưng được phân chia theo khe thời gian. Như vậy, hai chế độ được định nghĩa trong UTRA là FDD và TDD. Cả hai chế độ đều là CDMA băng rộng (W-CDMA) với độ rộng kênh vô tuyến là 5MHz và đã được phát triển nhằm sử dụng tối đa hiệu quả và lợi ích của CDMA. ETSI đang nỗ lực nhằm kết hợp hài hoà giữa hai chế độ này. Hiện tại ETSI chỉ chú trọng đến chế độ FDD và người ta chưa rõ là liệu TDD có được đưa vào hệ thống UMTS pha 1 hay không. Tương tự, tổ chức tiêu chuẩn Nhật Bản (ARIB) cũng chưa coi TD/CDMA là một lựa chọn dự phòng. TD/CDMA sẽ được sử dụng trên băng tần đơn. Lợi ích của TD/CDMA (cũng như UTRA TDD) là khả năng quản lý lưu lượng không song công (lưu lượng giữa đường lên và đường xuống khác nhau). Bởi TD/CDMA có đường lên và đường xuống ở trên cùng một băng tần chỉ phân cách về mặt thời gian, nên đối với việc truyền số liệu không cân bằng giữa đường lên và đường xuống, hiệu quả phổ của chế độ TD/CDMA sẽ cao hơn so với chế độ W-CDMA (ấn định hai băng tần riêng cho đường lên và đường xuống). Lấy Internet là một ví dụ điển hình, rất nhiều thông tin được tải xuống từ các trang WEB mà rất ít thông tin được gửi đi. Như vậy ta có thể thấy chế độ UTRA TDD ở Châu Âu (TD/CDMA ở Nhật) ưu điểm hơn chế độ UTRA FDD (W-CDMA), tuy nhiên chế độ này có thể chưa được triển khai ngay trong pha 1 vì lý do độ phức tạp của kỹ thuật. Dung lượng UTRAN hỗ trợ cả tốc độ bit thấp và tốc độ bit cao. Tốc độ 384 Kbps khi chuyển động và 2 Mbps khi cố định đảm bảo đáp ứng nhu cầu khác nhau của người sử dụng từ thoại tới đa dịch vụ multimedia. Người sử dụng sẽ nhận thấy hiệu quả ứng dụng cao hơn so với các ứng dụng ngày nay đang sử dụng trên mạng di động. Đa dạng tốc độ truyền số liệu cũng thực hiện được bằng cách sử dụng các phương pháp trải phổ động và tương thích năng lượng truyền sóng. Dữ liệu chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh Các dịch vụ gói đưa ra khả năng luôn luôn “trực tuyến - online” đối với các ứng dụng mà không cần chiếm một kênh riêng biệt. Các dịch vụ gói cũng cho phép người dùng trả tiền cước trên cơ sở tổng số byte số liệu trao đổi qua mạng mà không phải trả tiền theo thời gian kết nối. UTRAN có một chế độ tối ưu gói. Nó hỗ trợ truyền nhanh các gói đột xuất, truyền trên kênh riêng khi lưu lượng gói lớn và liên tục. Các dịch vụ dữ liệu gói rất quan trọng đối với việc xây dựng các ứng dụng kinh tế cho truy nhập mạng LAN và Internet. Các dịch vụ chuyển mạch kênh tốc độ cao là cần thiết đối với các ứng dụng thời gian thực, ví dụ như hội nghị truyền hình. Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN Hình 3.9 Cấu trúc hệ thống W-CDMA Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN bao gồm hai hay nhiều hệ thống con mạng vô tuyến (RNS: Radio Network Subsystem), có nghĩa là RNS là một mạng con trong mạng truy nhập vô tuyến UTRAN. Mỗi một RNS bao gồm các Nút B (Node B) và một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC (Radio Network Controler), mỗi RNC có thể kết nối với một hay nhiều Node B. Các node B được kết nối với RNC thông qua giao diện Iub và các RNC được kết nối với nhau thông qua giao diện Iur. Kiến trúc UTRAN được mô tả hình 3.9 Chức năng của các phần tử trong hệ thống con mạng vô tuyến: Nút B (NodeB): để chuyển đổi dòng dữ liệu giữa các giao diện Iub và Uu. Do đó, chức năng chủ yếu của Nút B là thực hiện xử lý lớp vật lý của giao diện vô tuyến (mã hoá kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ, điều khiển công suất...). Ngoài ra, nút B còn tham gia khai thác và quản lý tài nguyên vô tuyến. Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC): là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển các tài nguyên vô tuyến của UTRAN. RNC giao diện với mạng lõi và kết cuối giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến (giao thức này định nghĩa các bản tin và các thủ tục giữa UE và UTRAN). RNC là điểm truy nhập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi, chẳng hạn như quản lý tất cả các kết nối đến UE. RNC điều khiển một nút B cho trước được xem như RNC điều khiển (CRNC). CRNC chịu trách nhiệm điều khiển tải và ứ nghẽn cho các ô của mình. Khi một kết nối UE-UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên từ nhiều RNC thì các RNC tham dự vào kết nối này sẽ có hai vai trò logic riêng biệt. RNC phục vụ (SRNC): là RNC kết cuối cả đoạn nối Iu để truyền tải số liệu người sử dụng lẫn báo hiệu điều khiển tương ứng cho số liệu người sử dụng đến và từ mạng lõi. SRNC cũng là RNC kết cuối báo hiệu RRC giữa UE và UTRAN. Tại mọi thời điểm UE chỉ có một SRNC. RNC trôi (DRNC): là một RNC bất kỳ trong mạng UTRAN. Khi cần  DRNC có thể tham gia vào kết hợp phân chia và phân tập vĩ mô. DRNC không thực hiện xử lý số liệu lớp đoạn nối số liệu tới/từ giao diện vô tuyến mà chỉ định tuyến số liệu trong suốt giữa các giao diện Iub và Iur. Một UE có thể không có hoặc có một hay nhiều DRNC tại mọi thời điểm. Mạng lõi Các phần tử chính của mạng lõi CN được trình bày trong hình 3.9, các phần tử này thực hiện các chức năng liên quan đến chuyển mạch định tuyến và kết cuối số liệu. Chức năng cụ thể của từng phần tử như sau: HLR là một cơ sở dữ liệu được đặt tại hệ thống chủ nhà của người sử dụng để lưu giữ thông tin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng bao gồm: thông tin về dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và thông tin về các dịch vụ bổ xung như trạng thái và số lần chuyển hướng cuộc gọi. Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động/bộ ghi định vị tạm trú (MSC/VLR): 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. Chức năng của MSC là sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh còn chức năng của VLR là lưu giữ văn bản sao lưu về lý lịch của người sử dụng khách cũng như vị trí chính xác hơn của UE trong hệ thống đang phục vụ. Phần mạng được truy nhập qua MSC/VLR thường được gọi là vùng chuyển mạch kênh CS. GMSC (Gateway MSC): Là chuyển mạch tại điểm kết nối UMTS PLMN và mạng CS bên ngoài (CS ext). GMSC trên thực tế thường được tích hợp vào cùng MSC/VLR. SGSN (Serving GPRS Support Node): Điểm hỗ trợ GPRS đang phục vụ, SGSN trong W-CDMA UMTS khác với SGSN trong GPRS ở giao diện với RNC. Các giao diện Iu-PS được đưa vào W-CDMA UMTS để tăng cường cho Gb là giao diện nối giữa BSS và SGSN trong GPRS. Giao diện Iu-PS có khả năng hỗ trợ các dịch vụ thời gian thực. Một điểm khác nữa giữa 2,5G và 3G SGSN là chức năng nén và mật mã, 2,5G SGSN tối ưu hoá sự sử dụng đoạn nối vô tuyến bằng cách nén tiêu đề TCP/IP còn ở 3G thì không cần. W-CDMA UMTS có hai GTP Tunnel để mang các bó số liệu của người sử dụng: GTP-U Tunnel giữa GGSN và SGSN và một tunnel khác giữa SGSN và RNC, còn ở GPRS chỉ có một tunnel giữa GGSN và SGSN. GGSN (Gateway SGSN): GGSN là điểm neo cho UE và có thể được coi như là một Router mặc định. Việc chọn GGSN dựa trên APN (Acces Point Name: tên điểm truy nhập). Khi UE yêu cầu thiết lập một PDP context, APN được đặt vào yêu cầu. Trên cơ sở yêu cầu APN, SGSN hỏi DNS để xác định GGSN đích để chuyển yêu cầu. Trả lời DNS xác định GGSN và PDP context được thiết lập với GGSN này. GGSN trong W-CDMA UMTS giống với GGSN trong GPRS. Nhưng cần lưu ý, khác với GGSN trong GPRS chỉ hỗ trợ một PDP context cho một người dùng, GGSN trong W-CDMA UMTS có thể hỗ trợ nhiều PDP context cho một người sử dụng, nó cũng có khả năng ấn định một địa chỉ IP cho nhiều PDP context của một UE, điều này là không thể trong GPRS. Ngoài ra còn có các phần tử như EIR, AUC, cổng biên cũng tương tự như trong các mạng GPRS. Thiết bị người dùng UE Thiết bị của người sử dụng (UE) là thiết bị đầu cuối di động. UE gồm hai phần: thiết bị di động và USIM. Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment): gồm đầu cuối vô tuyến và các đấu nối đến mạng qua giao diện Uu. Các đầu cuối di động ban đầu ít nhất phải là song mode và có khả năng hỗ trợ cả WCDMA cũng như GSM/GPRS, vì giai đoạn đầu vùng phủ của W-CDMA UMTS còn hạn chế. Module nhận dạng thiết bị UMTS (USIM): Là một thẻ thông minh chứa nhận dạng thuê bao để thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu giữ các khoá nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối. Các giao diện của W-CDMA UMTS Các giao diện mở của W-CDMA UMTS liên quan đến việc quy hoạch mạng W-CDMA là Iu (CS và PS), Iub và Iur. Giao diện Iu Giao diện Iu nối mạng vô tuyến UTRAN với mạng lõi. Iu được chia thành: Iu-CS: là giao diện nối mạng vô tuyến đến mạng lõi chuyển mạch kênh. Iu-PS: là giao diện vô tuyến đến mạng lõi chuyển mạch gói. Giao diện Iu có mặt điều khiển và phần tử mặt người sử dụng liên quan  đến nó. Hiện nay Iu được đặc tả với ATM là lớp đoạn nối, tuy nhiên giao diện Iu có thể chạy trên IP trong tương lai gần. Các mặt phẳng điều khiển Iu-PS và Iu-CS bao gồm: RANAP (lớp ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến) sử dụng báo hiệu SS7. AAL5 là lớp thích ứng được sử dụng trong mặt điều khiển. Trong mặt người sử dụng Iu-CS được đặt ngay trên AAL2, bởi vì AAL2 hỗ trợ cho các dịch vụ hướng kết nối còn AAL5 hỗ trợ cho các dịch vụ phi kết nối. GTP-U trên UDP/IP/AAL5 là mặt phẳng người sử dụng cho Iu-PS. Giao diện Iub Giao diện Iub nối các nút B với RNC, giao diện này cũng gồm mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng báo hiệu. Mặt phẳng điều khiển ở giao diện Iub được gọi là BNAP (phần ứng dụng nút B), BNAP này lại được chia ra thành BNAP chung (C-BNAP) và BNAP riêng (D-BNAP) tuỳ thuộc vào đoạn nối báo hiệu được sử dụng. ATM cũng được sử dụng làm giao thức lớp dưới cho giao diện Iub. Giao thức Iub mặt người sử dụng được định nghĩa thông qua giao thức khung, nó định nghĩa các cấu trúc khung và các thủ tục điều khiển trong băng cho từng kiểu kênh truyền tải. Giao diện Iur Giao diện này được định nghĩa để thông tin giữa các RNC. Giao thức mặt điều khiển trên giao diện này là RNSAP hoạt động trên SS7, SS7 được mang bởi giao diện ATM trên cơ sở AAL5. Mặt người sử dụng gồm giao thức khung được mang trực tiếp trên AAL2. Ban đầu giao diện này được định nghĩa để hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC. Tuy nhiên, khi phát triển giao diện này còn hỗ trợ một số tính năng khác như: hỗ trợ di động cơ sở giữa các RNC, hỗ trợ lưu lượng kênh riêng và kênh chung, hỗ trợ quản lý tài nguyên vô tuyến toàn cầu. Mạng truyền dẫn Truyền dẫn trên hệ thống UTRAN sẽ chắc chắn dựa trên ATM. Người ta đã thảo luận việc liệu tiêu chuẩn UTRAN có nên bao gồm cả lớp truyền dẫn hay là nên để mở. Nghĩa là, tại thời điểm này một số nhà cung cấp thiết bị muốn nó phải mang tính chất mở để cho phép nhà khai thác tự do lựa chọn. Thủ tục mạng lõi sẽ được ứng dụng cho truyền dẫn giữa các trạm thu phát vô tuyến và trung tâm chuyển mạch thông qua bộ điều khiển trạm gốc (Iu, Iub). Việc sử dụng ATM cho phép một số lượng khổng lồ các gói dữ liệu được truyền một cách hiệu quả với thời gian trễ thấp nhất. Một thủ tục ATM cho phép khoảng 300 cuộc gọi được truyền đồng thời trên một luồng E1/T1. ATM cũng thích hợp với các mạng có sự kết hợp của lưu lượng chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Lưu lượng gói sẽ tăng rất lớn trong tương lai và một mạng chuyển mạch gói là rất cần thiết. ATM có xu hướng được chuẩn hoá và được sử dụng như một phương tiện chuyên chở dữ liệu và một lớp tương thích ATM mới - AAL2, được đề xuất chuẩn hoá nhằm hỗ trợ các gói nhạy cảm với độ trễ (gói mang thông tin thoại). Như đã đề cập, để sử dụng mạng hiện tại, một số nhà cung cấp tin rằng ATM là không cần thiết và dự định đưa ra giải pháp thay thế là dùng trực tiếp IP trên mạng truyền dẫn SONET/SDH chứ không dùng IP trên nền ATM. Việc này có thể đưa đến một mạng chi phí thấp hơn mà tận dụng được các kỹ thuật trải phổ. Tuy nhiên, cho đến thời điểm này IP vẫn chưa chứng tỏ được sẽ là một tiêu chuẩn sẵn sàng đáp ứng một cách an toàn các thông tin đòi hỏi thời gian thực và không có trễ. Nó cũng chưa chứng tỏ rằng sẽ có khả năng quản lý lưu lượng của chuyển mạch kênh. Trong trường hợp chúng ta phải phụ thuộc hoàn toàn vào IP, nó sẽ được cải tiến hoặc lưu lượng chuyển mạch kênh sẽ không cần thiết đối với UMTS. Khi đó tất cả các thông tin thoại và các ứng dụng thời gian thực sẽ được chuyên chở trên IP sử dụng thủ tục H.323 hiện đang sử dụng cho Voice Over IP và Multimedia. Kiến trúc phân lớp W-CDMA Nguyên tắc phân lớp trong hệ thống W-CDMA Hình 3.10 Phân lớp hệ thống CDMA tổng quát. Xét tổng thể, các hệ thống cdmaOne, cdma2000, W-CDMA đều xây dựng dựa trên mô hình OSI, tr