Luận văn: Công nghệ W-CDMA và qui hoạch mạng W-CDMA pdf

Trang 1














L
L
u
u
ậ
ậ
n
n


v
v
ă
ă
n

n








C
C
ô
ô
n
n
g
g


n
n
g
g
h
h
ệ
ệ


W

W
-
-
C
C
D
D
M
M
A
A


v
v
à
à


q
q
u
u
i
i


h
h
o

o
ạ
ạ
c
c
h
h


m
m
ạ
ạ
n
n
g
g


W
W
-
-
C
C
D
D
M
M
A

A

Trang 2




L
L
ờ
ờ
i
i


n
n
ó
ó
i
i


đ
đ
ầ
ầ
u
u


@

Thông tin di động số đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới
với những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong
cuộc sống hằng ngày. Các kĩ thuật không ngừng được hoàn thiện đáp ứng nhu cầu
của người tiêu dùng. Công nghệ điện thoại di động phổ biến nhất thế giới GSM
đang gặp nhiều cản trở và sẽ sớm bị thay thế bằng những công nghệ tiên tiến hơn,
hỗ trợ tối đa các dịch vụ như Internet, truyền hình
Hệ thống viễn thông di động thế hệ hai là GSM và IS 95. Những công
nghệ này ban đầu được thiết kế để truyền tải giọng nói và nhắn tin. Để tận dụng
được tính năng của hệ thống 2G khi chuyển hướng sang 3G cần thiết có một giải
pháp trung chuyển.Các nhà khai thác mạng GSM có thể bắt đầu chuyển từ GSM
sang 3G bằng cách nâng cấp hệ thống mạng lên GPRS (Dịch vụ vô tuyến chuyển
mạch gói), tiếp theo là EDGE (tiêu chuẩn 3G trênbăng tần GSM và hỗ trợ dữ liệu
lên tới 384kbit) và UMTS (công nghệ băng thông hẹp GSM sử dụng truyền dẫn
CDMA), và WCDMA.
3G là một bước đột phá của ngành di động, bởi vì nó cung cấp băng
thông rộng hơn cho người sử dụng. Điều đó có nghĩa sẽ có các dịch vụ mới và
nhiều thuận tiện hơn trong dịch vụ thoại và sử dụng các ứng dụng dữ liệu như
truyền thông hữu ích như điện thoại truyền hình, định vị và tìm kiếm thông tin, truy
cập Internet, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe nhạc và xem video chất lượng
cao,… Truyền thông di động ngày nay đã và đang đóng một vai trò quan trọng
trong cuộc sống. Việc vẫn có thể giữ liên lạc với mọi người trong khi di chuyển đã
làm thay đổi cuộc sống riêng tư và công việc của chúng ta.
Thế giới đang có 2 hệ thống 3G được chuẩn hóa song song tồn tại, một
dựa trên công nghệ CDMA còn gọi là CDMA 2000, chuẩn còn lại do dự án 3rd
Generation Partnership Project (3GPP) thực hiện. 3GPP đang xem xét tiêu chuẩn

Trang 3
UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access TS. Tiêu chuẩn này có 2 sơ đồ truy nhập vô
tuyến. Một trong số đó được gọi là CDMA băng thông rộng (WCDMA).
“Ngày 10/3/2005, Bộ BCVT đã tiến hành nghiệm thu đề tài xây dựng tiêu

chuẩn thiết bị đầu cuối thông tin di động WCDMA (UTRA-FDD) mã số 49-04-
KTKT-TC dành cho công nghệ 3G. Theo đánh giá của các thành viên phản biện,
việc xây dựng và hoàn thành công trình là một việc làm cần thiết, có ý nghĩa và đặc
biệt là độ khả thi trong giai đoạn hiện nay, khi nhu cầu phát triển lên 3G là một xu
hướng tất yếu ở Việt Nam, nhất là các nhà di động mạng GSM” (Theo báo điện tử
VietNamNet).
Xuất phát từ ý tưởng muốn tìm hiểu công nghệ W-CDMA và mạng W-
CDMA em đã thực hiện đồ án: “Công nghệ W-CDMA và qui hoạch mạng W-
CDMA”.
Đồ án này em trình bày 5 chương, với nội dung chính là chương3, chương 4,
chương 5, gồm có :
Chương 1 : Tổng quan về thông tin di động,
Chương 2 : Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM,
Chương 3 : Công nghệ di động thế hệ ba W-CDMA,
Chương 4 : Các giải pháp kỷ thuật trong W-CDMA,
Chương 5 : Quy hoạch mạng W-CDMA.
Trong quá trình làm đồ án khó tránh khỏi sai sót, em rất mong sự chỉ dẫn
của các thầy cô giáo và sự góp ý của các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Trương Hoàng Hoa Thám và các thầy cô
giáo đã giúp em hoàn thành đồ án này !.
Tp hcm, ngày 11 tháng 7 năm 2009.
Người thực hiện



Tổng quan về thông tin di động số
Trang 4
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ
1.1 Giới thiệu.

Ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940, đến nay thông tin di động đã trải qua
nhiều thế hệ.Thế hệ không dây thứ 1 là thế hệ thông tin tương tự sử dụng công
nghệ đa truy cập phân chia phân chia theo tần số (FDMA).Thế hệ thứ 2 sử dụng kỹ
thuật số với công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia
theo mã (CDMA).Thế hệ thứ 3 ra đời đánh giá sự nhảy vọt nhanh chóng về cả dung
lượng và ứng dụng so với các thế hệ trước đó, và có khả năng cung cấp các dịch vụ
đa phương tiện gói là thế hệ đang được triển khai ở một số quốc gia trên thế giới.
Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động trên thế giới được thể
hiện sự phát triển của hệ thống điện thoại tổ ong (CMTS : Cellular Mobile
Telephone System) và nhắn tin (PS : Paging System) tiến tới một hệ thống chung
toàn cầu trong tương lai.
Hình 1.1 thể hiện một mạng điện thoại di động tổ ong bao gồm các trạm gốc(BTS).

Hình 1.1: Hệ thống điện thoại di động
Tổng quan về thông tin di động số
Trang 5
1.2. Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1
Phương pháp đơn giản nhất về truy nhập kênh là đa truy nhập phân chia tần
số . Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần
số (FDMA) và chỉ hổ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng kỹ thuật điều chế
tương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người sử dụng .Với FDMA , khách hàng
được cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần số. Sơ
đồ báo hiệu của hệ thống FDMA khá phức tạp, khi MS bật nguồn để hoạt động thì
nó dò sóng tìm đến kênh điều khiển dành riêng cho nó. Nhờ kênh này, MS nhận
được dữ liệu báo hiệu gồm các lệnh về kênh tần số dành riêng cho lưu lượng người
dùng . Trong trường hợp nếu số thuê bao nhiều hơn so với các kênh tần số có thể,
thì một số người bị chặn lại không được truy cập.
Đa truy nhập phân chia theo tần số nghĩa là nhiều khách hàng có thể sử dụng
được dãi tần đã gán cho họ mà không bị trùng nhờ việc chia phổ tần ra thành nhiều
đoạn .Phổ tần số quy định cho liên lạc di dộng được chia thành 2N dải tần số kế

tiếp, và được cách nhau bằng một dải tần phòng vệ. Mỗi dải tần số được gán cho
một kênh liên lạc. N dải kế tiếp dành cho liên lạc hướng lên, sau một dải tần
phân cách là N dải kế tiếp dành riêng cho liên lạc hướng xuống .
Đặc điểm :
-Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến .
-Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể .
-BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS .
Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di dộng tiên tiến
(Advanced Mobile phone System - AMPS).
Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập
đơn giản. Tuy nhiên hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng của
người dùng về cả dung lượng và tốc độ. Vì các khuyết điểm trên mà nguời ta
đưa ra hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 ưu điểm hơn thế hệ 1 về cả dung
lượng và các dịch vụ được cung cấp.
Tổng quan về thông tin di động số
Trang 6
1.3 . Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao cả về số lượng và chất
lượng, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 được đưa ra để đáp ứng kịp thời số
lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số .
Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng điều chế số .Và chúng
sử dụng 2 phương pháp đa truy cập :
 Đa truy cập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access -
TDMA).
 Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access -
CDMA).
1.3.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA.
Với phương pháp truy cập TDMA thì nhiều người sử dụng một sóng mang và
trục thời gian được chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để dành cho nhiều người
sử dụng sao cho không có sự chồng chéo. Phổ quy định cho liên lạc di động

được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này dùng chung cho
N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ một
khung. Các thuê bao khác dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian, mỗi thuê bao
được cấp phát cho một khe thời gian trong cấu trúc khung .
Đặc điểm :
-Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số.
-Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong
đó một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy
di động và một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ máy di động đến
trạm gốc. Việc phân chia tần như vậy cho phép các máy thu và máy phát có thể
hoạt động cùng một lúc mà không sợ can nhiễu nhau.
-Giảm số máy thu phát ở BTS.
-Giảm nhiễu giao thoa.
Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu
(Global System for Mobile Communications - GSM).
Tổng quan về thông tin di động số
Trang 7
Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn kỹ thuật
FDMA. Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng xử
lý không quá 106 lệnh trong 01 giây, còn trong MS số TDMA phải có khả
năng xử lý hơn 50x106 lệnh trên giây.
1.3.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA.
Với phương pháp đa truy cập CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên
nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành
các cuộc gọi mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau. Những người sử dụng nói
trên được phân biệt với nhau nhờ dùng một mã đặc trưng không trùng với
bất kỳ ai. Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại mỗi cell trong toàn mạng, và
những kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên
(Pseudo Noise - PN).
Đặc điểm của CDMA:

-Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz.
-Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp.
-Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ
trường rất nhỏ và chống fading hiệu quả hơn FDMA, TDMA
-Việc các thuê bao MS trong cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị
truyền dẫn vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn vấn
đề, chuyển giao trở thành mềm, điều khiển dung lượng cell rất linh hoạt.
1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ ba.
Công nghệ thông tin di động số thế hệ ba. Công nghệ này liên quan đến những
cải tiến đang được thực hiện trong lĩnh vực truyền thông không dây cho điện thoại
và dữ liệu thông qua bất kỳ chuẩn nào trong những chuẩn hiện nay. Đầu tiên là
tăng tốc độ bit truyền từ 9.5Kbps lên 2Mbps. Khi số lượng thiết bị cầm tay được
thiết kế để truy cập Internet gia tăng, yêu cầu đặt ra là phải có được công nghệ
truyền thông không dây nhanh hơn và chất lượng hơn. Công nghệ này sẽ nâng cao
chất lượng thoại, và dịch vụ dữ liệu sẽ hỗ trợ việc gửi nội dung video và multimedia
Tổng quan về thông tin di động số
Trang 8
đến các thiết bị cầm tay và điện thoại di động.
Các hệ thống thông tin di động số hiện nay đang ở giai đoạn chuyển từ thế hệ
2.5G sang thế hệ 3 (3 - Generation). Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng và các dịch
vụ thông tin di động, ngay từ đầu những năm đầu của thập kỷ 90 người ta đã tiến
hành nghiên cứu hoạch định hệ thống thông tin di động thế hệ ba. ITU-R đang tiến
hành công tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000. Ở
châu Âu ETSI đang tiến hành tiêu chuẩn hóa phiên bản này với tên gọi là UMTS
(Universal Mobile Telecommunnication System). Hệ thống mới này sẽ làm việc ở
dải tần 2GHz. Nó sẽ cung cấp nhiều loại hình dịch vụ bao gồm các dịch vụ thoại và
số liệu tốc độ cao, video và truyền thanh. Tốc độ cực đại của người sử dụng có thể
lên đến 2Mbps. Người ta cũng đang tiến hành nghiên cứu các hệ thống vô tuyến thế
hệ thứ tư có tốc độ lên đến 32Mbps.
Hệ thống thông tin di động thế hệ ba được xây dựng trên cơ sở IMT – 2000

với các tiêu chí sau :
- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz với đường lên có dải tần 1885-
2025MHz và đường xuống có dải tần 2110-2200MHz.
- Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến,
tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến, đồng thời tương tác với mọi
loại dịch vụ viễn thông.
- Hệ thống thông tin di động 3G sử dụng các môi trường khai thác khác nhau.
- Có thể hỗ trợ các dịch vụ như : Môi trường thông tin nhà ảo (VHE – Vitual
Home Environment) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạch
toàn cầu; Đảm bảo chuyển mạng quốc tế; Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng
thời cho thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói.
- Dể dàng hỗ trợ các dich vụ mới xuất hiện.
Các hệ thống thông tin di động thế hệ hai phát triển thông dụng nhất hiện nay
là : GSM, cdmaOne (IS-95), TDMA (IS-136), PDC. Trong quá trình thiết kế hệ
thống thông tin di động thế hệ ba, các hệ thống thế hệ hai được cơ quan chuẩn hóa
của từng vùng xem xét để đưa ra các đề xuất tương ứng thích hợp với mỗi vùng.
Tổng quan về thông tin di động số
Trang 9
1.3 Kết luận chương
Chương này đã giới thiệu tổng quan về quá trình phát triển của hệ thống thông
tin di động. Với nhu cầu không ngừng tăng lên của người sử dụng cả về chất lượng
và số lượng, nhu cầu trao đổi thông tin ở trình độ cao và đa dạng sự phát triển ấy là
tất yếu.Hiện nay công nghệ 3G đang được ứng dụng một cách mạnh mẽ ở các nước
trên thế giới với các dịch vụ tiện ích như điện thoại truyền hình, truy nhập internet,
…

Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM
Trang 10
Chương 2
GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM
2.1 Giới thiệu chương.
Chương này sẽ giới thiệu về sự hình thành và phát triển của hệ thống thông tin
di động GSM, kiến trúc mạng GSM , phương pháp đa truy cập trong GSM , các thủ
tục thông tin của thuê bao sử dụng trong mạng và sự cần thiết phải nâng cấp mạng
GSM lên thế hệ 3G.
Lịch sử hình thành GSM bắt đầu từ một đề xuất vào năm 1982 của Nordic
Telecom và Netherlands tại CEPT (Conference of European Post and
Telecommunication) để phát triển một chuẩn tế bào số mới đáp ứng với nhu cầu
ngày càng tăng của mạng di động Châu Âu.
Ủy ban Châu Âu (EC) đưa ra lời hướng dẫn yêu cầu các quốc gia thành viên
sử dụng GSM cho phép liên lạc di động trong băng tần 900MHz. Viện tiêu chuẩn
viễn thông Châu Âu (ETSI) định nghĩa GSM khi quốc tế chấp nhận tiêu chuẩn hệ
thống điện thoại tế bào số.
Lời đề xuất có kết quả vào tháng 9 năm 1987, khi 13 nhà điều hành và quản lý
của nhóm cố vấn CEPT GSM thỏa thuận ký hiệp định GSM MoU “Club”, với ngày
khởi đầu là 1 tháng 7 năm 1991.
GSM là từ viết tắt của Global System for Mobile Communications (hệ thống
thông tin di động toàn cầu), trước đây có tên là Groupe Spécial Mobile.

Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM là hệ thống thông tin tế bào số tích
hợp và toàn diện, được phát triển đầu tiên ở Châu Âu và đã nhanh chóng phát triển
trên toàn thế giới. Mạng được thiết kế phù hợp với hệ thống ISDN và các dịch vụ
mà GSM cung cấp là một hệ thống con của dịch vụ ISDN chuẩn.
Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM
Trang 11
Hình 2.1
GSM đầu tiên được thiết kế hoạt động ở dải tần 890-915 MHz và 935-960
MHz, hiện nay là 1.8GHz. Một vài tiêu chuẩn chính được đề nghị cho hệ thống :
• Chất lượng âm thoại chính thực sự tốt.
• Giá dịch vụ và thuê bao giảm.
• Hỗ trợ liên lạc di động quốc tế.
• Khả năng hỗ trợ thiết bị đầu cuối trao tay.
• Hỗ trợ các phương tiện thuận lợi và dịch vụ mới.
• Năng suất quang phổ.
• Khả năng tương thích ISDN.
Tiêu chuẩn được ban hành vào tháng giêng năm 1990 và những hệ thống
thương mại đầu tiên được khởi đầu vào giữa năm 1992. Tổ chức MoU
(Memorandum of Understanding) thành lập bởi nhà điều hành và quản lý GSM
được cấp phép đầu tiên, lúc đó có 13 hiệp định được ký kết và đến nay đã có 191
thành viên ở khắp thế giới. Tổ chức MoU có quyền lực tối đa, được quyền định
chuẩn GSM.
2.2. Cấu trúc mạng GSM
Mạng GSM gồm nhiều khối chức năng khác nhau. Hình dưới cho thấy cách
bố trí của mạng GSM tổng quát. Mạng GSM có thể chia thành ba phần chính.
Trạm di động (Mobile Station_MS) do thuê bao giữ. Hệ thống con trạm gốc (Base
Station Subsystem_BSS) điều khiển liên kết với trạm di động. Hệ thống mạng con
(Network Subsystem_NS) là phần chính của trung tâm chuyển mạch dịch vụ di
Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM
Trang 12

động MSC (Mobile services Switching Center), thực hiện chuyển mạch cuộc gọi
giữa những người sử dụng điện thoại di động, và giữa di động với thuê bao mạng cố
định. MSC xử lý các hoạt động quản lý di động. Trong hình không có trình bày
trung tâm duy trì và điều hành (Operations and Maintenance Center_OMS), giám
sát điều hành và cơ cấu của mạng. Trạm di động và hệ thống con trạm gốc thông
tin dùng giao tiếp Um, còn được gọi là giao tiếp không trung hay liên kết vô tuyến.
Hệ thống con trạm gốc liên lạc với trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động dùng
giao tiếp A.

Hình 2.2 :Mô hình hệ thống thông tin di động tế bào
2.2.1 Trạm di động
Trạm di động (Mobile Station_MS) gồm có thiết bị di động (đầu cuối) và một
card thông minh gọi là module nhận dạng thuê bao (Subscriber Identity
Module_SIM). SIM cung cấp thông tin cá nhân di động, vì thế người sử dụng truy
cập vào các dịch vụ thuê bao không phụ thuộc vào loại thiết bị đầu cuối. Bằng cách
gắn SIM vào đầu cuối GSM, người sử dụng có thể nhận, gọi và nhận các dịch vụ
thuê bao khác trên thiết bị đầu cuối này.
Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM
Trang 13
Thiết bị di động được nhận dạng duy nhất bằng số nhận dạng thiết bị di động
quốc tế (International Mobile Equipment Identity_IMEI). SIM card chứa số nhận
dạng thuê bao di động quốc tế (International Mobile Subscriber Identity_IMSI) sử
dụng để nhận dạng thuê bao trong hệ thống, dùng để xác định chủ quyền và thông
tin khác. Số IMEI và IMSI độc lập nhau. SIM card có thể được bảo vệ chống lại
việc sử dụng trái phép bằng password hoặc số nhận dạng cá nhân.
2.2.2. Hệ thống con trạm gốc.
Hệ thống con trạm gốc gồm hai phần: trạm gốc thu phát (BTS) và trạm gốc
điều khiển (BSC). Hai hệ thống này liên kết dùng giao tiếp Abis chuẩn hoá, cho
phép điều hành các bộ phận cung cấp bởi các nhà sản xuất khác nhau.
Trạm thu phát gốc là nơi máy thu phát vô tuyến phủ một cell và điều khiển các

giao thức liên kết vô tuyến với trạm di động. Trong một thành phố lớn, có nhiều
khả năng triển khai nhiều BTS, do đó yêu cầu BTS phải chính xác, tin cậy, di
chuyển được và giá thành thấp.
Trạm gốc điều khiển tài nguyên vô tuyến của một hoặc nhiều BTS. Trạm điều
khiển cách thiết lập kênh truyền vô tuyến, nhảy tần và trao tay. BSC là kết nối giữa
trạm di động và tổng đài di động (MSC).
2.2.3. Hệ thống mạng con.
Thành phần chính của hệ thống mạng con là tổng đài di động, hoạt động như
một nút chuyển mạch bình thường của PSTN hoặc ISDN, và cung cấp tất cả các
chức năng cần có để điều khiển một thuê bao di động, như đăng ký, xác nhận, cập
nhật tọa độ, trao tay, và định tuyến cuộc gọi cho một thuê bao liên lạc di động.
Những dịch vụ này được cung cấp chung với nhiều bộ phận chức năng khác, tạo
nên hệ thống mạng con. MSC cung cấp kết nối đến mạng cố định (như PSTN hoặc
ISDN). Báo hiệu giữa các bộ phận chức năng trong hệ thống mạng con là hệ thống
báo hiệu số 7 (SS7) sử dụng cho báo hiệu trung kế trong mạng ISDN và mở rộng sử
dụng trong mạng công cộng hiện tại.
Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM
Trang 14
Bộ ghi định vị thường trú (HLR) và bộ ghi định vị tạm trú (VLR) cùng với
MSC cung cấp định tuyến cuộc gọi và khả năng liên lạc di động của GSM. HLR
chứa tất cả thông tin quản trị của mỗi thuê bao đã đăng ký trong mạng GSM tương
ứng, cùng với vị trí hiện tại của di động. Vị trí của di động thường ở dưới dạng địa
chỉ báo hiệu của VLR chứa trạm di động.
Bộ ghi định vị tạm trú (VLR) chứa thông tin quản trị được chọn từ HLR, cần
thiết cho điều khiển cuộc gọi và cung cấp các dịch vụ thuê bao, cho mỗi thuê bao
hiện tại nằm trong vùng địa lý điều khiển bởi VLR. Mặc dù mỗi bộ phận chức năng
có thể được thực hiện độc lập nhưng tất cả các nhà sản xuất thiết bị chuyển mạch
cho đến nay đều sản xuất VLR chung với MSC, vì thế vùng địa lý điều khiển bởi
MSC sẽ tương ứng với điều khiển bởi VLR đó, do đó đơn giản hóa báo hiệu cần
thiết. Lưu ý rằng MSC không chứa thông tin các trạm di động – thông tin này lưu

trữ trong các thanh ghi vị trí.
Có hai bộ ghi khác sử dụng cho mục đích xác nhận và bảo mật. Bộ ghi nhận
thực thiết bị (EIR) là một cơ sở dữ liệu chứa một danh sách tất cả các thiết bị di
động hợp lệ trên mạng, mỗi trạm di động được xác nhận bằng số nhận dạng thiết bị
di động quốc tế (IMEI). Số IMEI bị đánh dấu là không hợp lệ nếu được thông báo
mất cắp hoặc không được chấp thuận. Trung tâm nhận thực AuC là cơ sở dữ liệu
được bảo vệ chứa bản sao khóa mã trong SIM card của thuê bao, sử dụng để nhận
thực và mã hóa trên kênh vô tuyến.
2.2.4 Đa truy cập trong GSM.
Mạng GSM kết hợp hai phương pháp đa truy cập là FDMA và TDMA. Dải tần
935 – 960MHz được sử dụng cho đường lên và 890 – 915MHz cho đường xuống
(GSM 900). Dải băng thông tần một kênh là 200KHz, dải tần bảo vệ ở biên cũng
rộng 200KHz nên ta có tổng số kênh trong FDMA là 124. Một dải thông TDMA là
một khung có tám khe thời gian, một khung kéo dài trong 4.616ms. Khung đường
lên trễ 3 khe thời gian so với khung đường xuống, nhờ trễ này mà MS có có thể sử
Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM
Trang 15
dụng một khe thời gian có cùng số thứ tự ở cả đường lên lẫn đường xuống để truyền
tin bán song công.
Các kênh tần số được sử dụng ở GSM nằm trong dãy tần số quy định 900Mhz
xác định theo công thức sau:
F
L
= 890,2 + 0,2.(n-1) MHz
F
U


= F
L

(n) + 45 MHz
1  n  124
Từ công thức trên F
L
là tần số ở nửa băng thấp, F
U
là tần số ở nửa băng cao,
0,2MHz là khoảng cách giữa các kênh lân cận, 45Mhz là khoảng cách thu phát, n số
kênh tần vô tuyến. Ta thấy tổng số kênh tần số có thể tổ chức cho mạng GSM là
124 kênh. Để cho các kênh lân cận không gây nhiễu cho nhau mỗi BTS phủ một ô
của mạng phải sử dụng các tần số cách xa nhau và các ô chỉ được sử dụng lại tần số
ở khoảng cách cho phép.
Truyền dẫn vô tuyến ở GSM được chia thành các cụm (BURST) chứa hàng
trăm bit đã được điều chế. Mỗi cụm được phát đi trong một khe thời gian 577μs ở
trong một kênh tần số có độ rộng 200 Khz nói trên. Mỗi một kênh tần số cho phép
tổ chức các khung thâm nhập theo thời gian, mỗi khung bao gồm 8 khe thời gian từ
0 – 7 (TS0, TS1, TS7).
2.2.5 Các thủ tục thông tin.
2.2.5.1 Đăng nhập thiết bị vào mạng.
Khi một thuê bao không ở trạng thái gọi, nó sẽ quét 21 kênh thiết lập trên tổng
số 416 kênh. Sau đó nó chọn một kênh mạnh nhất và khóa ở kênh này. Sau 60s qúa
trình tự định vị được lặp lại.
Khi thuê bao bật lên, thiết bị dò tần số GSM để tìm kênh điều khiển. Sau đó,
thiết bị đo cường độ của tín hiệu từ các kênh và ghi lại. Cuối cùng chuyển sang kết
nối với kênh có tín hiệu mạnh nhất.
2.2.5.2 Chuyển vùng.
Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM
Trang 16
Vì GSM là một chuẩn chung nên thuê bao có thể dùng điện thoại hệ GSM tại
hầu hết các mạng GSM trên thế giới. Trong khi di chuyển thiết bị liên tục dò kênh

để luôn duy trì tín hiệu với trạm là mạnh nhất. Khi tìm thấy trạm có tín hiệu mạnh
hơn, thiết bị sẽ tự động chuyển sang trạm mới, nếu trạm mới nằm trong vùng phủ
khác thiết bị sẽ báo cho mạng biết vị trí mới của mình.
Riêng trong chế độ chuyển vùng quốc tế hoặc chuyển vùng giữa mạng của hai
nhà khai thác dịch vụ khác nhau thì quá trình cập nhật vị trí đòi hỏi phải có sự chấp
thuận và hổ trợ từ cấp nhà khai thác dịch vụ.
2.2.5.3 Thực hiện cuộc gọi.
2.2.5.3.1 Cuộc gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định.
Trình tự thiết lập cuộc gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định như sau :
1. Thiết bị gửi yêu cầu một kênh báo hiệu.
2. BSC/TRC sẽ chỉ định kênh báo hiệu.
3. Thiết bị gửi yêu cầu cuộc gọi cho MSC/VLR. Thao tác đăng ký trạng thái
tích cực cho thiết bị vào VLR, xác thực, mã hóa, nhận dạng thiết bị, gửi số được gọi
cho mạng, kiểm tra xem thuê bao có đăng ký dịch vụ cấm gọi ra đều được thực hiện
trong bước này.
4. Nếu hợp lệ MSC/VLR báo cho BSC/TRC một kênh đang rỗi.
5. MSC/VLR chuyển tiếp số được gọi cho mạng PSTN.
6. Nếu máy được gọi trả lời, kết nối sẽ thiết lập.

Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM
Trang 17

2.2.5.3.2 Cuộc gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động.
Điểm khác biệt quan trọng so với gọi từ thiết bị di động là vị trí của thiết bị
không được biết chính xác. Chính vì thế trước khi kết nối, mạng phải thực hiện
công việc xác định vị trí của thiết bị di động.
1. Từ điện thoại cố định, số điện thoại di động được gửi đến mạng PSTN.
Mạng sẽ phân tích và nếu phát hiện ra từ khóa gọi mạng di động, mạng PSTN sẽ kết
nối với trung tâm GMSC của nhà khai thác thích hợp
2. GMSC phân tích số điện thoại di động để tìm ra vị trí đăng ký gốc trong

HLR của thiết bị và cách thức nối đến MSC/VLR phục vụ.
3. HLR phân tích số di động gọi đến để tìm ra MSC/VLR đang phục vụ cho
thiết bị. Nếu có đăng ký dịch vụ chuyển tiếp cuộc gọi đến, cuộc gọi sẽ được trả về
GMSC với số điện thoại được yêu cầu chuyển đến.
4. HLR liên lạc với MSC/VLR đang phục vụ.
5. MSC/VLR gửi thông điệp trả lời qua HLR đến GMSC.
6. GMSC phân tích thông điệp rồi thiết lập cuộc gọi đến MSC/VLR.
7. MSC/VLR biết địa chỉ LAI của thiết bị nên gửi thông điệp đến BSC quản lý
LAI này.
GSM/PLMN PSTN
1
2
3
4 4
1
2
3
4
BSC/TRC MSC/VLR
Thi
ết bị
đầu cuối
Hình 2.3. Gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định
5 6
Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM
Trang 18
8. BSC phát thông điệp ra toàn bộ vùng các ô thuộc LAI.
9. Khi nhận được thông điệp thiết bị sẽ gửi yêu cầu ngược lại.
10. BSC cung cấp một khung thông điệp chứa thông tin.
11. Phân tích thông điệp của BSC gửi đến để tiến hành thủ tục bật trạng thái

của thiết bị lên tích cực, xác nhận, mã hóa, nhận diện thiết bị.
12. MSC/VLR điều khiển BSC xác lập một kênh rỗi, đổ chuông. Nếu thiết bị
di động chấp nhận trả lời, kết nối được thiết lập.
2.2.5.3.3 Cuộc gọi từ thiết bị di động đến thiết bị di động.
Quá trình diễn ra tương tự như gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động,
chỉ khác điểm giao tiếp với mạng PSTN của điện thoại cố định sẽ được thay thế
bằng MSC/VLR khác.
2.2.5.3.4 Kết thúc cuộc gọi.
Khi MS tắt máy phát, một tín hiệu đặc biệt (tín hiệu đơn tone) được phát đến
Hình 2.4. Gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động
GSM/PLMN PSTN


HLR
GMSC
BSC/TRC
MSC/VLR
Tổng đài nội
bộ
1 1
2
5
5 6
4
7 11
8
8
8
9
10

11
Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM
Trang 19
các trạm gốc và hai bên cùng giải phóng cuộc gọi. MS tiếp tục kiểm tra tìm gọi
thông qua kênh thiết lập mạnh nhất.
2.3 Sự phát triển của mạng GSM lên 3G
2.3.1 Hệ thống GSM sẽ được nâng cấp từng bước lên thế hệ ba.
Để đáp ứng được các dịch vụ mới về truyền thông đa phương tiện trên phạm vi
toàn cầu đồng thời đảm bảo tính kinh tế, hệ thống GSM sẽ được nâng cấp từng
bước lên thế hệ ba. Thông tin di động thế hệ ba có khả năng cung cấp dịch vụ
truyền thông multimedia băng rộng trên phạm vi toàn cầu với tốc độ cao đồng thời
cho phép người dùng sử dụng nhiều loại dịch vụ đa dạng. Việc nâng cấp GSM lên
3G được thực hiện theo các tiêu chí sau :
- Là mạng băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện trên phạm vi
toàn cầu. Cho phép hợp nhất nhiều chủng loại hệ thống tương thích trên toàn cầu.
- Có khả năng cung cấp độ rộng băng thông theo yêu cầu nhằm hỗ trợ một dải
rộng các dịch vụ từ bản tin nhắn tốc độ thấp thông qua thoại đến tốc độ dữ liệu cao
khi truyền video hoặc truyền file. Đảm bảo các kết nối chuyển mạch cho thoại, các
dịch vụ video và khả năng chuyển mạch gói cho dịch vụ số liệu. Ngoài ra nó còn hỗ
trợ đường truyền vô tuyến không đối xứng để tăng hiệu suất sử dụng mạng (chẳng
hạn như tốc độ bit cao ở đường xuống và tốc độ bit thấp ở đường lên).
- Khả năng thích nghi tối đa với các loại mạng khác nhau 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 vùng phủ sóng của các hệ thống di động.
- Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để bảo đảm sự phát
triển liên tục của thông tin di động. Tương thích với các dịch vụ trong nội bộ IMT-
2000 và với các mạng viễn thông cố định như PSTN/ISDN. Có cấu trúc mở cho
phép đưa vào dễ dàng các tiến bộ công nghệ, các ứng dụng khác nhau cũng như khả
năng cùng tồn tại và làm việc với các hệ thống cũ.
2.3.2 Các giải pháp nâng cấp

Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM
Trang 20
Có hai giải pháp nâng cấp GSM lên thế hệ ba : một là bỏ hẳn hệ thống cũ, thay
thế bằng hệ thống thông tin di động thế hệ ba; hai là nâng cấp GSM lên GPRS và
tiếp đến là EDGE nhằm tận dụng được cơ sở mạng GSM và có thời gian chuẩn bị
để tiến lên hệ thống 3G W-CDMA. Giải pháp thứ hai là một giải pháp có tính khả
thi và tính kinh tế cao nên đây là giải pháp được ưa chuộng ở những nước đang phát
triển như nước ta.

Giai đoạn đầu của quá trình nâng cấp mạng GSM là phải đảm bảo dịch vụ số liệu
tốt hơn, có thể hỗ trợ hai chế độ dịch vụ số liệu là chế độ chuyển mạch kênh (CS :
Circuit Switched) và chế độ chuyển mạch gói (PS : Packet Switched). Để thực hiện
kết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể sử dụng giao thức ứng dụng vô tuyến
(WAP : Wireless Application Protocol). WAP chứa các tiêu chuẩn hỗ trợ truy cập
internet từ trạm di động. Hệ thống WAP phải có cổng WAP và chức năng kết nối
mạng.
Hình 2.5 Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G
Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM
Trang 21

Trong giai đoạn tiếp theo, để tăng tốc độ số liệu có thể sử dụng công nghệ số
liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD : High Speed Circuit Switched Data) và
dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS : General Packet Radio Protocol Services).
GPRS sẽ hỗ trợ WAP có tốc độ thu và phát số liệu lên đến 171.2Kbps. Một ưu điểm
quan trọng của GPRS nữa là thuê bao không bị tính cước như trong hệ thống
chuyển mạch kênh mà cước phí được tính trên cơ sở lưu lượng dữ liệu sử dụng thay
vì thời gian truy cập.
Dịch vụ GPRS tạo ra tốc độ cao chủ yếu nhờ vào sự kết hợp các khe thời gian,
tuy nhiên kỹ thuật này vẫn dựa vào phương thức điều chế nguyên thuỷ GMSK nên
hạn chế tốc độ truyền. Bước nâng cấp tiếp theo là thay đổi kỹ thuật điều chế kết hợp

với ghép khe thời gian ta sẽ có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn, đó chính là công nghệ
EDGE.
EDGE vẫn dựa vào công nghệ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói với tốc
độ tối đa đạt được là 384Kbps nên sẽ khó khăn trong việc hỗ trợ các ứng dụng đòi
hỏi việc chuyển mạch linh động và tốc độ truyền dữ liệu lớn hơn. Lúc này sẽ thực
hiện nâng cấp EDGE lên W-CDMA và hoàn tất việc nâng cấp mạng GSM lên 3G.
2.4 Kết luận chương .
Công nghệ điện thoại di động phổ biến nhất thế giới GSM đang gặp nhiều cản
GSM
HSCSD
WCDMA
Data Speed
171.2Kbp
s

9.6Kbps
2Mbps

GPRS
Hình 2.6. Quá trình nâng cấp GSM lên W-CDMA
Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM
Trang 22
trở và sẽ sớm được phát triển bằng những công nghệ tiên tiến hơn, hỗ trợ tối đa các
dịch vụ như Internet, truyền hình
Với công nghệ 3G, các nhà khai thác mạng có thể cung cấp nhiều dịch vụ số
liệu cho các khách hàng của mình, các dịch vụ hấp dẫn này làm cho cuộc sống của
họ dễ dàng hơn. Nhờ đó, các nhà khai thác mạng có thể tăng doanh thu trung bình
trên một thuê bao. Ngoài ra, 3G còn tạo khả năng cho các nhà khai thác cung cấp
các dịch vụ đặc biệt dành riêng cho các thuê bao của mình để có được sự trung
thành của khách hàng .

Công nghệ di động thế hệ ba W-CDMA
Trang 23
Chương3
CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ BA W-CDMA
3.1 Giới thiệu công nghệ W-CDMA
Chương này sẽ giới thiệu về công nghệ W-CDMA, cấu trúc mạng W-CDMA,
mạng truy nhập vô tuyến UTRAN, các giao diện vô tuyến và đặc trưng riêng của
chúng, ta sẽ có cái nhìn tổng quan về mạng W-CDMA 3G .
WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - truy cập đa phân mã
băng rộng) là công nghệ 3G hoạt động dựa trên CDMA và có khả năng hỗ trợ các
dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao như video, truy cập Internet, hội thảo hình
WCDMA nằm trong dải tần 1920 MHz -1980 MHz, 2110 MHz - 2170 MHz.

W-CDMA giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách
dùng kỹ thuật CDMA hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA. Trong các
công nghệ thông tin di động thế hệ ba thì W-CDMA nhận được sự ủng hộ lớn nhất
nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau
đặc biệt là dịch vụ tốc độ bit thấp và trung bình.
W-CDMA có các tính năng cơ sở sau :
- Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5MHz.
- Lớp vật lý mềm dẻo để tích hợp được tất cả thông tin trên một sóng mang.
- Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1.
- Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến.
Nhược điểm chính của W-CDMA là hệ thống không cấp phép trong băng TDD
phát liên tục cũng như không tạo điều kiện cho các kỹ thuật chống nhiễu ở các môi
trường làm việc khác nhau.
Hệ thống thông tin di động thế hệ ba W-CDMA có thể cung cấp các dịch vụ
với tốc độ bit lên đến 2MBit/s. Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn đối
xứng và không đối xứng, thông tin điểm đến điểm và thông tin đa điểm. Với khả
năng đó, các hệ thống thông tin di động thế hệ ba có thể cung cấp dể dàng các dịch
Công nghệ di động thế hệ ba W-CDMA
Trang 24
vụ mới như : điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nó còn cung cấp các
dịch vụ đa phương tiện khác.

Các nhà khai thác có thể cung cấp rất nhiều dịch vụ đối với khách hàng, từ các
dịch vụ điện thoại khác nhau với nhiều dịch vụ bổ sung cũng như các dịch vụ không
liên quan đến cuộc gọi như thư điện tử, FPT…
Công trình nghiên cứu của các nước châu Âu cho W-CDMA bắt đầu từ đề án
CODIT (Code Division Multiplex Testbed : Phòng thí nghiệm đa truy cập theo mã)
và FRAMES (Future Radio Multiplex Access Scheme : Kỹ thuật đa truy cập vô
tuyến trong tương lai) từ đầu thập niên 90. Các dự án này đã tiến hành thử nghiệm
các hệ thống W-CDMA để đánh giá chất lượng đường truyền.

Theo các chuyên gia trong ngành viễn thông, đường tới 3G của GSM là
WCDMA. Nhưng trên con đường đó, các nhà khai thác dịch vụ điện thoại di động
KBit/s

Đối xứng Không đối xứng Đa phương
Điểm đến điểm Đa điểm
Đa phương tiện di động Quảng bá
Truyền hình hội
nghị
(Chất lượng cao)
Truyền hình hội
nghị
(Chất lượng thấp)

Đàm thoại hội
nghị

Điện thoại


Truy
nhập
Internet

WWW

Thư
điện tử

FTP

Điện
thoại IP

vv…
Y tế từ xa
Thư tiếng
Truy nhập cơ sở dữ liệu
Mua
hàng
theo
Catalog
Video
Video
theo
yêu
cầu
Báo
điện
t
ử

Karaoke
ISDN
Xuất bản
đ
i
ện tử

Thư điện tử FAX

Các d
ịch vụ
phân phối
thông tin




Tin tức

Dự báo
thời tiết

Thông tin
lưu lượng

Thông tin
nghỉ ngơi
Truyền
hình di
động
Truyền
thanh di
động

Tiếng

Số liệu

H.ảnh

1.2

2.4

9.6

16

32

64

384

2M

Hình 3.1 Các dịch vụ đa phương tiện trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba
Công nghệ di động thế hệ ba W-CDMA
Trang 25
phải trải qua giai đoạn 2,5G. Thế hệ 2,5G bao gồm những gì? Đó là: dữ liệu chuyển
mạch gói tốc độ cao (HSCSD), dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS và Enhanced
Data Rates for Global Evolution (EDGE).
3.2 Cấu trúc mạng W-CDMA
Hệ thống W-CDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS. Về mặt chức năng
có thể chia cấu trúc mạng W-CDMA ra làm hai phần : mạng lõi (CN) và mạng truy
nhập vô tuyến (UTRAN), trong đó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứng
của mạng GPRS còn mạng truy nhập vô tuyến là phần nâng cấp của W-CDMA.
Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống, trong W-CDMA còn có thiết bị người sử dụng
(UE) thực hiện giao diện người sử dụng với hệ thống. Từ quan điểm chuẩn hóa, cả
UE và UTRAN đều bao gồm những giao thức mới được thiết kế dựa trên công nghệ

vô tuyến W-CDMA, trái lại mạng lõi được định nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM.
Điều này cho phép hệ thống W-CDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ sở
công nghệ GSM.
 UE (User Equipment)
Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ
PLMN,PSTN
ISDN
Internet

Các
mạng
ngoài

MSC/
VLR

GMSC

GGSN

SGSN
HLR

CN

RNC


Node B

Node
B

RNC


Node B


Node B

I
Ub
I
Ur
UTRAN

I
U

USIM

USIM

C
U

UE

U
U

Hình 3.2. Cấu trúc của UMTS