đề án : Dịch vụ định vị di động trong 3G UMTS”.

Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
MỤC LỤC
1.1. Giới thiệu 3G UMTS xiii
1.1.1. Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động xiii
1.1.2. GSM và lộ trình phát triển đến 3G xvi
1.1.2.1. Kiến trúc Hệ thống GSM xvi
1.1.2.2. Lộ trình phát triển lên 3G xix
1.2. Kiến trúc hệ thống 3G UMTS xx
1.2.1. Kiến trúc hệ thống xx
1.2.2. Băng tần công tác xxiv
1.3. Các kênh trong 3G UMTS xxv
1.3.1. Các kênh vật lý xxv
1.3.1.1. Các kênh đường lên xxv
1.3.1.2. Các kênh đường xuống xxvii
1.3.2. Các kênh truyền tải xxx
1.3.3. Các thủ tục lớp vật lý xxxi
1.4. Giới thiệu một số dịch vụ trong 3G UMTS xxxiv
2.1. Các phương pháp định vị trong 3G UMTS xxxviii
2.1.1. Các tham số sử dụng trong định vị xxxviii
2.1.2. Các phương pháp định vị trong miền GERAN xl
2.1.2.1. Các phương pháp dựa trên vùng phủ xl
2.1.2.2. Phương pháp E-OTD xli
2.1.3. Các phương pháp định vị trong miền UTRAN xlv
2.1.3.1. Phương pháp dựa trên vùng phủ sóng Cell-based xlv
2.1.3.2. Phương pháp OTDoA-IPDL xlvii
2.1.4. Phương pháp hỗ trợ định vị toàn cầu trong UMTS (A-GPS) xlviii
2.1.5. Các phương pháp hỗ trợ tăng độ chính xác l
2.1.5.1. Phương pháp dùng thông tin địa lý l
2.1.5.2. Phương pháp lặp li
2.1.5.3. Phương pháp sử dụng bản đồ mức công suất li
2.1.6. Lựa chọn công nghệ định vị lii

2.1.6.1. Độ chính xác lii
2.1.6.2. Thời gian đáp ứng liii
2.1.6.3. Tính năng và độ tin cậy liii
2.1.6.4. Khả năng tương thích liv
2.1.6.5. Khả năng mở rộng/phát triển liv
2.1.6.6. Tính bảo mật liv
2.1.6.7. Tính mở/khả năng phát triển dịch vụ liv
2.2. Mô hình hệ thống liv
2.2.1. Giới thiệu kiến trúc hệ thống liv
2.2.1.1. Mô hình hệ thống định vị di động trong GSM liv
2.2.1.2. Mô hình hệ thống định vị di động trong 3G UMTS lix
2.2.3. Báo hiệu và các giao diện lxv
2.2.3.2. Yêu cầu định vị tại mạng lõi lxv
2.2.3.3. Báo cáo vị trí lxvi
2.2.3.4. Các giao diện Um và Uu lxvi
2.2.3.5. Các giao diện MAP lxvii
2.2.4. Tổng quan các thủ tục định vị trên mạng lxvii
2.2.4.1. Hoạt động của GMLC lxvii
2.2.4.2. Hoạt động của VMSC và MSC Server lxx
2.2.4.3. Hoạt động của SGSN lxxi
Nguyễn Thế Anh – D04VT1 i
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
2.2.5. Các thành phần khác lxxiii
2.2.5.1. Cơ sở dữ liệu bản đồ tế bào mạng di động (cell-plan database) lxxiii
2.2.5.2. Máy chủ GIS/MAP lxxiii
2.2.5.3. Máy chủ ứng dụng lxxv
2.2.5.4. Phần mềm trên thiết bị client lxxv
Kết luận lxxvi
3.1. Ứng dụng cho nhà vận hành mạng lxxix
3.2. Ứng dụng doanh nghiệp lxxxi

3.3. Ứng dụng cho chính phủ lxxxiii
3.3.1. Dịch vụ cứu hộ cứu nạn khẩn cấp lxxxiii
3.3.2. Ứng dụng an ninh công cộng lxxxiv
3.4. Ứng dụng cá nhân lxxxvi
3.4.1. Dịch vụ “tìm bạn” lxxxvi
3.4.2. Dịch vụ chăm sóc trẻ em Kidcare lxxxvii
3.4.3. Dịch vụ tra cứu thông tin theo địa điểm lxxxix
3.4.4. Dịch vụ chỉ dẫn giao thông xc
Kết luận xci
Nguyễn Thế Anh – D04VT1 ii
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Kiến trúc mạng GSM xvii
Hình 1.2 Quá trình tiến hóa lên 3G xix
Hình 1.3. Kiến trúc mạng UMTS xxi
Hình 1.4. Phân bổ băng tần trong UMTS xxv
Hình 1.5. Các kênh vật lý đường lên xxvi
Hình 1.6. Các kênh vật lý đường xuống xxviii
Hình 1.7. Sơ đồ điều chế QPSK cho đường xuống xxx
Hình 1.8. Sắp xếp các kênh truyền tải lên kênh vật lý xxxi
Hình 2.1. Góc tới của tín hiệu AoA xxxix
Hình 2.2. Phương pháp CGI kết hợp TA xl
Hình 2.3. Phương pháp AOA xli
Hình 2.4. Phương pháp E-OTD xlii
Hình 2.5. E-OTD Hyperbol xliii
Hình 2.6. Tính toán sai khác thời gian trong E-OTD xliii
Hình 2.7. Các phương pháp trên Cell của UMTS xlvi
Hình 2.8. Phương pháp A-GPS xlix
Hình 2.9. Sử dụng thông tin địa lý đề năng cao độ chính xác l
Hình 2.10. Bản đồ mức công suất dự đoán lii

Hình 2.11. Kiến trúc hệ thống LBS trên GSM lv
Hình 2.13. Kiến trúc hệ thống định vị di động cho UMTS R5 lx
Nguyễn Thế Anh – D04VT1 iii
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
Hình 2.14. Kiến trúc chức năng của các thành phần lxiii
hệ thống định vị di động trong UMTS R5 lxiii
Hình 2.15. Kiến trúc hệ thống định vị di động cho UMTS R6 lxiv
Hình 2.16. Kiến trúc chức năng của các thành phần lxv
hệ thống định vị di động trong UMTS R6 lxv
Hình 2.17. Chuyển đổi trạng thái trong GMLC lxix
Hình 2.18. Chuyển đổi trạng thái trong VMSC/MSC Server lxxi
Hình 2.19. Chuyển đổi trạng thái trong SGSN lxxii
Hình 2.20. Giao diện phần mềm MapInfo lxxiv
Hình 2.21. Một giao diện phần mềm giám sát trên thiết bị di động lxxvi
Hình 2.22. Độ chính xác của các phương pháp định vị (Giải pháp mPosition) lxxvi
Hình 3.1. Black Hole trong mạng di động lxxx
Hình 3.2. Theo dõi quá trình di chuyển của phương tiện vận tải lxxxii
Hình 3.3. Mô hình tổng thể hệ thống quản lý và điều hành hệ thống xe cấp cứu lxxxiv
Hình 3.4. Dịch vụ tìm bạn lxxxvi
Hình 3.5. Dịch vụ Kidcare lxxxviii
Hình 3.6. Tra cứu các trạm ATM gần nhất lxxxix
Nguyễn Thế Anh – D04VT1 iv
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
DANH MỤC BẢNG BIỀU
Bảng 2.1. Phân loại ứng dụng theo độ chính xác liii
Bảng 2.2. Các loại trễ trong dịch vụ định vị di động liii
Bảng 2.3. Bảng dữ liệu cố định cho BTS lviii
Bảng 2.4. Tóm tắt các nhóm và khối chức năng của dịch vụ định vị lxiii
Nguyễn Thế Anh – D04VT1 v
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Thuật ngữ
viết tắt
Thuật ngữ tiếng Anh Thuật ngữ tiếng Việt
3GPP 3rd Generation Partnership Project Dự án hợp tác thế hệ 3
A
AC Authentication Center Trung tâm nhận thực
A-GPS Assited-GPS Phương pháp hỗ trợ GPS
AICH Acquisition Indication Channel Kênh chỉ thị bắt
AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động
tiên tiến
AMR Adaptive Multi Rates Kỹ thuật đa tốc độ thích ứng
AoA Angle of Arrival Góc tới của tín hiệu
AP Access Preamble Tiền tố truy nhập
B
BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá
BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc
BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc
BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc
C
Nguyễn Thế Anh – D04VT1 vi
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
CBC Cell Broadcast Centre Trung tâm quảng bá cell
CBR Constant Bit Rate Tốc độ bit cố định
CCPCH Common Control Packet Channel Kênh vật lý điều khiển chung
CD/CA-
ICH
CPCH Collision Detection/ Channel
Asignment Indication Channel
Kênh phát hiện va chạm

CPCH/chỉ thị ấn định
CD-P Collision Detect - Preamble Tiền tố phát hiện xung đột
CGI Cell Global Identify Phương pháp sử dụng nhận
dạng cell toàn cầu
CN Core Network Mạng lõi
CPCH Common Physical Channel Kênh vật lý chung
CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung
CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung
CS Circuit Switching Chuyển mạch kênh
CSICH CPCH Status Indication Channel Kênh chỉ thị trạng thái kênh
CPCH
D
DCH Dedicated Channel Kênh dành riêng
DPCCH Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý dành
riêng
DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý dành riêng
DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh vật lý dữ liệu dành riêng
DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống
E
ECGI Enhanced CGI Phương pháp CGI nâng cao
EDGE Enhanced Data Rates for GSM
Evolution
Hệ thống tốc độ cao hỗ trợ
GSM
EFP Enhanced Fingerprinting Bản đồ mức công suất nâng cao
EIR Equipment Identity Register Khối đăng ký xác nhận thiết bị
E-OTD Enhanced Observed Time Difference Phương pháp OTD nâng cao
F
FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống
FDD Frequency-division duplexing Ghép kênh phân chia theo tần

số
FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần
số
G
GERAN GSM EDGE Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến GSM
EDGE
GGSN Gateway GPRS Support Node Nốt hỗ trợ GPRS cổng
GIS Geometric Information System Hệ thống thông tin địa lý
Nguyễn Thế Anh – D04VT1 vii
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
GMLC Gateway Location Mobile Center Trung tâm tính toán định vị di
động cổng
GMLC Gateway Mobile Location Centre Trung tâm định vị di động cổng
GMSC Gateway MSC MSC cổng
GMSK Gausian Minimum Shift Keying Điều chế dịch pha tối thiểu
Gauss
GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung
GPS Global Postioning System Hệ thống định vị toàn cầu
GSM Global System for Mobile Hệ thống di động toàn cầu
gsmSCF GSM System Control Function Chức năng điều khiển hệ thống
GSM
GTD Geometric Time Difference Thời gian sai khác địa lý
H
HGMLC Home GMLC GMLC nhà
HLIMS-
IWF
Home Location IMS – Interworking
Function
Chức năng kết nối định vị trong
IMS nhà

HLR Home Location Register Khối đăng kí thuê bao nhà
HSCSD High-Speed Circuit-Switched Data Hệ thống chuyển mạch kênh dữ
liệu tốc độ cao
HSDPA High-Speed Downlink Packet Access Hệ thống truy nhập gói đường
xuống tốc độ cao
HSPA High-Speed Packet Access Hệ thống truy nhập gói tốc độ
cao
HSS Home Subscriber Server Máy chủ thuê bao nhà
I
ICH Indication Channel Kênh chỉ thị
IMT Institute of Management Technology Việc công nghệ quản lý
IPDL Idle Period Downlink Giai đoạn rỗi đường xuống
ISDN Integrated Services Digital Network Mạng tích hợp dịch vụ số
L
LAI Local Area Identify Số nhận dạng khu vực phục vụ
LBS Location Based Services Các dịch vụ dựa trên vị trí
LCAF Location Client Authorization
Function
Chức năng cấp quyền client
định vị
LCCF Location Client Control Function Chức năng điều khiển client
định vị
LCF (External) Location Client Function Chức năng định vị client ngoại
Nguyễn Thế Anh – D04VT1 viii
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
LCF
internal
Internal Location Client Function Chức năng định vị client nội
LCS Location services Dịch vụ di động
LCZTF Location Client Zone Transformation

Function
Chức năng chuyển vùng client
định vị
LMU Location Measurement Unit Đơn vị đo lường định vị
LSAF Location Subscriber Authorization
Function
Chức năng cấp quyền thuê bao
định vị
LSBF Location System Billing Function Chức năng thanh toán hệ thống
định vị
LSCF Location System Control Function Chức năng điều khiển hệ thống
định vị
LSOF Location System Operations Function Chức năng vận hành hệ thống
định vị
LSPF Location Subscriber Privacy function Chức năng riêng tư của thuê
bao định vị
M
MAP Mobile Application Part Giao thức phần ứng dụng di
động
ME Mobile Equipment Thiết bị di động
MS Mobile Station Trạm di động
MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di
động
MSISDN Mobile Station International ISDN
Number
Số ISDN quốc tế cho trạm di
động
N
NMT Nordic Mobile Telephone Hệ thống điện thoại di động
cầm tay

NSS Network and Switching Subsystem Phân hệ mạng và chuyển mạch
O
OSA Open Services Architecture Kiến trúc dịch vụ mở
OTD Observed Time Difference Sai khác thời gian quan sát
được
OTDoA Observed Time Difference of Arrival Phương pháp sai khai thời gian
tới quan sát được
P
P-CCPCH Primary-Common Control Packet
Channel
Kênh vật lý điều khiển chung
sơ cấp
PCF Positioning Calculation Function Chức năng tính toán định vị
PCH Physical Channel Kênh vật lý
Nguyễn Thế Anh – D04VT1 ix
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
PCH Paging Channel Kênh tìm gọi
PCPCH Physical Common Packet Channel Kênh vật lý gói chung
PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh vật lý chia sẻ đường
xuống
PICH Page Indication Channel Kênh chỉ thị tìm gọi
PLMN Public Land Mobile Network Mạng di dộng công cộng mặt
đất
PMD Pseudonym Mediation Device Thiết bị chuyển đổi định danh
PPR Privacy Profile Register Khối đăng ký lý lịch bí mật
PRACH Physical Random Access Channel Kênh vật lý truy nhập ngẫu
nhiên
PRCF Positioning Radio Control Function Chức năng điều khiển vô tuyến
định vị
PRRM Positioning Radio Resource

Management
Quản lý tài nguyền vô tuyến
định vị
PS Packet Switching Chuyển mạch gói
PSMF Positioning Signal Measurement
Function
Chức năng đo lường tín hiệu
định vị
PSTN Public switched telephone network Mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng
Q
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
R
RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên
RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến
RLIMS-
IWF
Remote Location IMS – Interworking
Function
Chức năng kết nối định vị trong
IMS đầu xa
RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến
RSCP Received Signal Code Power Công suất mã tín hiệu thu
RTD Real Time Difference Thời gian sai khác thực tế
RTT Round Trip Time Thời gian chu trình tín hiệu
S
SA Serving Area Vùng phục vụ
S-CCPCH Secondary-Common Control Packet
Channel
Kênh vật lý điều khiển chung

thứ cấp
SCH Synchronization Channel Kênh đồng bộ
SCS Service Capability Server Máy chủ cung ứng dịch vụ
SFN System frame number Sai khác thời gian theo số
khung hệ thống
SGSN Serving GPRS Support Node Nốt hỗ trợ GPRS phục vụ
Nguyễn Thế Anh – D04VT1 x
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
SIP-URI SIP Uniform Resource Identifier Số nhận dạng tài nguyên thống
nhất cho SIP
SLMC Serving Location Mobile Center Trung tâm tính toán định vị di
động phục vụ
SMLC Serving Mobile Location Centre Trung tâm định vị di động phục
vụ
T
TA Timing Advanced Thời gian nâng cao
TCH Traffic Channel Kênh lưu lượng
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo
thời gian
U
UMTS Universal Mobile Telecommunications
System
Hệ thống viễn thông di động
mặt đất
USIM User Subscriber Identity Module Mô-đun nhận dạng thuê bao
người sử dụng
UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access
Network
Mạng truy nhập vô tuyến mặt
đất UMTS

V
VBR Variable Bit Rate Tốc độ bit thay đổi
VGMLC Visited GMLC GMLC khách
VLR Visitor Location Register Khối đăng kí thuê bao khách
VMSC Visited Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di
động khách
VPLMN Visited PLMN PLMN khách
W
WCDMA Wideband CDMA CDMA băng rộng
Nguyễn Thế Anh – D04VT1 xi
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
LỜI NÓI ĐẦU
Dịch vụ định vị điện thoại di động hiện nay đã chiếm một vị trí rất quan trọng
trong các loại hình dịch vụ gia tăng. Nhà khai thác mạng có thể sử dụng dịch vụ định
vị để triển khai rất nhiều các ứng dụng khác nhau như cứu hộ cứu nạn, theo dõi đối
tượng, giám sát giao thông, các dịch vụ truy vấn dựa trên vị trí thuê bao khác
Đối với hầu hết các thiết bị đi động trên thi trường đều không hỗ trợ GPS do giá
thành cao. Việc phát triển công nghệ định vị di động sẽ mở ra cơ hội cho rất nhiều
thuê bao di động có thể sử dụng các tiện ích mà trước đây cần phải có các thiết bị
GPS.
Công nghệ di động tại Việt Nam đang và sẽ phát triển với tốc độ rất lớn. Lượng
thuê bao dự doán sẽ bão hòa trong 2 năm tới. Các doanh nghiệp viễn thông đang cố
gắng phát triển các dịch vụ giá tăng để cung cấp nhiều hơn nữa những tiện ích cho
khách hàng đồng thời mang lại nguồn lợi nhuận lớn hơn. Trong xu thế chung của thế
giới, Việt Nam đã định hướng trong tương lai gần sẽ phát triển hệ thống di dộng 3G
UMTS. Sự phát triển của công nghệ 3G phụ thuộc vào khả năng cung cấp các dịch vụ
giá trị gia tăng. Đồ án này tập trung nghiên cứu “Dịch vụ định vị di động trong 3G
UMTS”. Nội dung của đồ án bao gồm:
Chương 1: Giới thiệu về hệ thống 3G UMTS.
Chương 2: Hệ thống định vị di động trong 3G UMTS.

Chương 3: Các ứng dụng của dịch vụ định vị di động trong 3G UMTS
Nguyễn Thế Anh – D04VT1 xii
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
Trong suốt thời kỳ làm đồ án, em đã nhận được sự tận tình giúp đỡ, chỉ bảo của
các thầy cô giáo và bạn bè. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành cô Phạm Thị Thúy Hiền,
người đã trực tiếp hướng dẫn em trong suốt thời gian làm đồ án. Em cũng xin cảm ơn
tất cả các thầy cô trong khoa Viễn thông đã nhiệt tình chỉ bảo em trong quá trình học
tập và thực hiện đồ án.
Em mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp từ phía thầy cô và các bạn để đề tài
được hoàn thiện hơn.
Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2008
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thế Anh
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG 3G UMTS
1.1. Giới thiệu 3G UMTS
1.1.1. Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động
Lịch sử các hệ thống viễn thông có thể tính từ khi Micheal Faraday phát minh ra
định luật cảm ứng điện từ vào năm 1831. James Clerk Maxwell chứng tỏ khả năng
truyền của sóng điện từ trong không khí. Alexander Graham Bell chế tạo thành công
chiếc điện thoại đầu tiên trên thế giới tháng 3 năm 1876 hay Samuel F.B.Morse phát
minh ra điện báo năm 1937. Đó là những phát minh quan trọng, đặt nền móng cho sự
phát triển của viễn thông nói chung và thông tin di động sau này.
Dịch vụ viễn thông nói chung và thông tin di động nói riêng ngày nay đã rất phát
triển và ngày càng có vai trò to lớn trong đời sống của con người. Số lượng thuê bao di
động trên thế giới đã đạt tới con số 4 tỷ với mật độ thuê hơn 60% dân số thế giới. Để
có được thành quả như ngày nay các thế hệ thông tin di động đã trải qua một quá trình
phát triển với các mốc chính như sau:
- Kỷ nguyên của các hệ thống vô tuyến cell sử dụng kỹ thuật Analog bắt đầu
năm 1979 với sự kiện mạng điện thoại di động đầu tiên được NTT thương mại

Nguyễn Thế Anh – D04VT1 xiii
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
hoá ở Nhật. Các hệ thống Analog tiếp tục phát triển cho tới khi hệ thống sử
dụng kỹ thuật số ra đời.
- Năm 1991, được đánh dấu bằng việc triển khai mạng GSM đầu tiên tại Phần
Lan. Đó có thể nói là sự kiện khởi đầu cho sự phát triển của các hệ thống thông
tin di động UMTS.
- Ngày 01/08/1991 mạng GSM đầu tiên được đưa vào hoạt động chính thức tại
Phần Lan.
- 02/1992 hội nghị vô tuyến thế giới ở Malaga (WRC-92) đã được phân định tần
số sử dụng cho UMTS trong tương lai. Dải tần số 1885-2025 MHz dành cho
IMT-2000, và ngay trong năm đó tất cả các nhà khai thác ở châu Âu bắt đầu
hoạt động kinh doanh các mạng GSM.
- 02/1995 UMTS Task Foke được thành lập, đưa ra báo cáo về lộ trình tới của
UMTS. Một năm sau UMTS Forum được thành lập tại cuộc họp khai mạc tổ
chức tại Zurich, Thụy Sỹ.
- 10/1997 ERC quyết định băng lõi của UMTS.
- 10/1998 tại cuộc họp của ESTI SMG tại Paris, cả hai đề xuất W-CDMA và
TD-CDMA được kết hợp thành tiêu chuẩn cho giao diện vô tuyến của UMTS.
Đến tháng 09 cuộc gọi đầu tiên sử dụng thiết bị đầu cuối WCDMA của Nokia
trên mạng thử nghiệm của DoComo được hoàn tất tại bộ phận nghiên cứu và
phát triển ở Tokio Nhật Bản.
- 02/1999 Nokia Oyj tuyên bố đã hoàn thành cuộc gọi WCDMA đầu tiên trên
thế giới qua mạng điện thoại công cộng PSTN. Các cuộc gọi được thực hiện từ
mạng thử nghiệm của Nokia tại Phần Lan sử dụng thiết bị đầu cuối WCDMA,
hệ thống con trạm gốc WCDMA và trung tâm chuyển mạch di động GSM của
Nokia kết nối vào mạng PSTN.
- 16/03/1999 Phần Lan công bố các giấy phép công nghệ di động 3G đầu tiên
trên thế giới. Bốn giấy phép được cấp cho Sonera, Radiolinja, Telia và Suomen
Kolmegee.

- 27-28/04/1999 Lucent Technologies, Ericsson và NEC tuyên bố rằng họ đã
được NTT DoMoCo chọn để cung cấp thiết bị WCDMA cho mạng thượng mại
Nguyễn Thế Anh – D04VT1 xiv
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
vô tuyến thế hệ kế tiếp của NTT DoMoCo. Đây là thỏa thuận về cơ sở hạ tầng
3G WCDMA đầu tiên được tuyên bố.
- 12/1999 tại Nice ESTI, việc tiêu chuẩn hóa cho UMTS Release 1999 hoàn tất
cho cả FDD và TDD.
- 29/03/2000 Siemens thực hiện cuộc gọi 3G/UMTS đầu tiên trên thế giới bằng
TD-CDMA (UTRA TDD).
- 04/2000 WRC-2000 phân tích việc mở rộng băng UMTS/IMT-2000.
- 07/2000 trách nhiệm duy trì và phát triển các tiêu chuẩn GSM được chuyển
giao từ ESTI TC SMG cho 3GPP.
- 03/2001 Ericsson và Vodafone UK khẳng định đã thực hiện cuộc gọi UMTS
đầu tiên trên mạng thượng mại.
- 01/10/2001 NTT DoMoCo triển khai mạng 3G WCDMA thương mại đầu tiên
trên thế giới.
- 01/12/2001 Telenor triển khai ở Đan Mạch mạng UMTS thương mại đầu tiên.
Các đầu cuối UMTS được mong đợi sự có mặt trên thị trường vào quý hai năm
2002
- 19/12/2001 Nortel Networks và Vodafone ở Tây Ban Nha hoàn thành các cuộc
gọi chuyển mạng quốc tế trực tiếp theo tiêu chuẩn UMTS 3GPP giữa Madrid
(mạng của Vodafone) và Tokyo (mạng J-Phone).
- 08/02/2002 Nokia khẳng định đã thực hiện cuộc gọi dữ liệu gói 3G WCDMA
(đầu cuối tới đầu cuối) đầu tiên theo tiêu chuẩn 3GPP Release giữa cơ sở hạ
tầng mạng thương mại và các thiết bị 3G WCDMA của Nokia dựa trên phiên
bản thương mại.
- 20/02/2002 UMTS 3GPP Release 5 được phát hành.
- 25/09/2002 Mobilkom Áo triển khai mạng UMTS ở châu Âu.
- 26/09/2002 Nokia giới thiệu Nokia6650 máy di động đầu tiên trên thế giới sử

dụng cho mạng UMTS và GSM. Hai tháng sau, ngày 03/11/2002 Nokia và
Omnitel Vodafone khẳng định đã thực hiện cuộc gọi đầu tiên VoIP trong mạng
di động xây dựng theo Release 4 sử dụng mạng đường IP để truyền tải các
cuộc gọi thoại và số liệu.
Nguyễn Thế Anh – D04VT1 xv
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
- 31/01/2003 lần đầu tiên trên thế giới, Ericsson thử nghiệm thành công phiên
bản Ipv6 với mạng UMTS/WCDMA.
- 10/02/2003 LG giới thiệu máy di động đầu tiên trên thế giới sử dụng được hai
băng tần và hai chế độ CDMA và WCDMA.
Cho đến nay thông tin di động đã phát triển qua nhiều hệ thống khác nhau nhưng
có thể phân làm ba thế hệ chính là 1G, 2G và 3G sắp được triển khai trên diện rộng.
Xen kẽ giữa thế hệ 2G và 3G là một số các hệ thống như GPRS hay EDGE. Các hệ
thống 4G vẫn đang còn trong thời gian nghiên cứu và thử nghiệm.
Thế hệ thứ nhất ra đời sử dụng công nghệ tương tự được thiết kế để truyền thoại.
Thế hệ này sử dụng kỹ thuật điều chế FM và công nghệ truy nhập FDMA, và có một
số hệ thống điển hình như: AMPS, NAMPS, NMT-900.
Sự phát triển nhanh chóng của các thuê bao và sự không tương thích giữa các hệ
thống khác nhau là động lực chính cho sự ra đời của 2G. Thế hệ thứ 2 phát triển dựa
trên công nghệ số và những công nghệ tiên tiến về mã hoá và nén số liệu, dịch vụ chủ
yếu là truyền thoại và bổ sung thêm một số dịch vụ gia tăng như SMS. 2G hiện đang
được sử dụng nhiều trên thế giới với các hệ thống tiêu biểu như: USDC (IS-54 và IS-
136), GSM, PDC và CdmaOne.
Thế hệ thứ ba (3G) là một sự phát triển lớn của thông tin di động, 3G được thiết
kế hướng vào các dịch vụ truyền thông đa phương tiện. 3G xây dựng trên nền chuyển
mạch gói thay thế cho chuyển mạch kênh truyền thống trong các thế hệ trước. Trong
quá trình phát triển lên mạng 3G, các nhà vận hành có thể khai thác các dịch vụ số liệu
của 3G dựa trên tận dụng năng lực của mạng 2G nhờ phát triển thế hệ 2,5G cho phép
cung cấp các dịch vụ như là EDGE, GPRS.
1.1.2. GSM và lộ trình phát triển đến 3G

“Hệ thống thông tin di động toàn cầu” gọi tắt là GSM, GSM là hệ thống thông tin
di động sử dụng kỹ thuật đa truy nhập theo thời gian (TDMA) và công tác ở dải tần
900MHz và 1900MHz. GSM là hệ thống thông tin di động được dùng rộng rải trên
toàn cầu hiện nay trong đó có Việt Nam.
1.1.2.1. Kiến trúc Hệ thống GSM
Kiến trúc mạng GSM có ba phần chính là thiết bị đầu cuối, mạng truy nhập, lõi
chuyển mạch. Kiến trúc mạng GSM được thể hiện như hình 1.1.
Nguyễn Thế Anh – D04VT1 xvi
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
Trạm di động MS
MS là thiết bị của người dùng, MS có thể là thiết bị thoại, máy tính hay máy
FAX MS có chức năng xử lý giao diện vô tuyến và cung cấp các giao diện cho người
sử dụng (loa, micro, màn hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi).
Trạm thu phát gốc BTS
Một BTS bao gồm các thiết bị thu phát, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho tín
hiệu vô tuyến. BTS cung cấp giao diện vô tuyến cho MS tạo đường truyền giữa MS và
mạng di động.
Bộ điều khiển trạm gốc
BSC (Base Station Controler) thực hiện quản lý giao diện vô tuyến thông qua các
lệnh điều khiển từ xa của MS và BTS (các lệnh này thường là ấn định giải phóng kênh
vô tuyến và chuyển giao). Một BSC có thể quản lý nhiều BTS nhưng một BTS chỉ
chịu sự quản lý của một BSC.
Hình 1.1. Kiến trúc mạng GSM
Nguyễn Thế Anh – D04VT1 xvii
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động - MSC
MSC (Mobile Service Swiching Center) thực hiện chức năng chuyển mạch chính.
Nhiệm vụ chính của MSC là phối hợp các cuộc gọi của các thuê bao sử dụng mạng di
động thông qua giao diện với BSC, mặt khác nó có thể giao tiếp với các mạng khác để
thực hiện thông tin với các mạng ngoài thông qua các cổng thích ứng IWF (Inter

Working Function).
Bộ ghi định vị thường trú HLR
HLR (Home Location Register) lưu giữ các thông tin về cung cấp các dịch vụ
viễn thông cho thuê bao, HLR lưu các thông tin bán cố định do vậy không bị ảnh
hưởng bởi vị trí hiện thời của MS nhưng HLR phải lưu vị trí hiện thời của MS.
Bộ ghi dịch tạm trú VLR
VLR (Visiter Location Register) là một cơ sở dữ liệu được nối với MSC để lưu
trữ các thông tin về thuê bao đang nằm trong vùng phục vụ của MSC. Các chức năng
của VLR thường gắn liền với MSC do vậy thông thường VLR thiết kế gắn liền với
MSC.
GMSC
GMSC (Gateway MSC) là một MSC đặc biệt có khả năng định tuyến lại cuộc
gọi. GMSC thường dùng khi có cuộc gọi tới MS, GMSC chưa có vị trí của MS do vậy
nó tiến hành tìm HLR để biết MSC đang quản lý MS và định tuyến lại cuộc gọi qua
MSC này.
Khối quản lý thuê bao và trung tâm nhận thực-AC
AC (Authentication Center) quản lý các hoạt động đăng ký của thuê bao (Nhập
và xoá thuê bao khỏi mạng). Việc đăng ký thuê bao đảm bảo chính xác thuê bao, và
chính xác các dịch vụ đã đăng ký từ đó hỗ trợ chức năng tính cước.
Để nhận dạng mỗi thuê bao được gán một khoá bí mật duy nhất, khoá này được
lưu tại chính thuê bao (ví dụ dạng SIM_CARD) và AUC. AC có thể được thiết kế độc
lập hoặc đặt trong MSC hay HLR.
Khối quản lý thiết bị di động EIR
EIR (Equipment Indentity Register) lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm
di động MS. EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép
Nguyễn Thế Anh – D04VT1
xviii
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
của thiết bị. Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm, việc xác định sự được phép của
thiết bị được thực hiện bởi AUC.

1.1.2.2. Lộ trình phát triển lên 3G.
Hiện nay 3G là mục tiêu của các hệ thống thông tin di động. Các hệ thống khác
nhau có lộ trình riêng để tiến đến 3G. Hệ thống GSM tiến lên 3G đi qua các thế hệ
trung gian 2,5G đó là HSCSD, GPRS và EDGE. Mục tiêu chính của các thế hệ này là
tăng tốc độ truyền số liệu phục vụ cho các dịch vụ đa phương tiện nhưng tận dụng
được các thiết bị cũng như tài nguyên vô tuyến sẵn có để từng bước tiến lên 3G với chi
phí thấp nhất có thể.
Hình 1.2 Quá trình tiến hóa lên 3G
Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD.
HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) cho phép truyền số liệu lên bằng
cách sử dụng nhiều khe thời gian, tốc độ số liệu cao nhất có thể đạt đến 8x144,4 kbps
Nguyễn Thế Anh – D04VT1 xix
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
bằng cách sử dụng hết 8 khe thời gian cho truyền số liệu. Trong HSCSD hỗ trợ chế độ
kênh không đối xứng nhằm tận dụng hiệu năng mạng.
Dịch vụ gói vô tuyến chung GPRS.
GPRS hỗ trợ dịch vụ số liệu gói tốc độ cao tuy nhiên trong GPRS các MS cùng
chia sẻ tài nguyên vô tuyến do đó các thuê bao chỉ thực sự chiếm dụng tài nguyên khi
có số liệu truyền nên hiệu năng mạng được cải tạo đáng kể. GPRS trên nền tảng công
nghệ thông tin di động toàn cầu sử dụng đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA.
Công nghệ GPRS hay còn biết đến với mạng di động thế hệ 2,5G, áp dụng nguyên lý
gói vô tuyến để truyền số liệu của người sử dụng một cách có hiệu quả giữa máy điện
thoại di động tới các mạng truyền số liệu.
Tốc độ số liệu tằng cường EDGE.
EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) là một công nghệ di động
được nâng cấp từ GPRS cho phép truyền dữ liệu với tốc độ có thể lên đến 384 kbps
cho người dùng cố định hoặc di chuyển chậm và 144kbps cho người dùng di chuyển
tốc độ cao. Trên đường tiến đến 3G, EDGE được biết đến như một công nghệ 2,75G.
Thực tế bên cạnh điều chế GMSK, EDGE dùng phương thức điều chế 8-PSK để tăng
tốc độ dữ liệu truyền. Chính vì thế, để triển khai EDGE, các nhà cung cấp mạng phải

thay đổi trạm phát sóng BTS cũng như là thiết bị di động so với mạng GPRS.
Công nghệ GSM hiện nay là công nghệ di động phổ biến và chiếm tỷ lệ người sử
dụng nhiều nhất thế giới. Mặc dù các hệ thống đuợc cải tiến từ hệ thống GSM hỗ trợ
GPRS và EDGE cho phép phát triển các ứng dụng số liệu với tốc độ lên tới hàng trăm
kbps tuy nhiên như thế là chưa đủ để đáp ứng được sự phát triển nhanh chóng của dịch
vụ di động và nhu cầu trao đổi dữ liệu của ngừơi sử dụng thiết bị di động. Công nghệ
3G UMTS hay đôi khi còn gọi là công nghệ 3GSM là sự cải tiến của công nghệ GSM
sử dụng kỹ thuật trải phổ WCDMA.UMTS hỗ trợ tốc độ truyền tải dữ liệu đến 1920
Kbps, tuy nhiên trong thực tế hiệu suất đạt được chỉ vào khoảng 384 Kbps. Mạng
UMTS có thể nâng cấp lên High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) - còn được
gọi với tên 3,5G. HSDPA cho phép đẩy nhanh tốc độ tải xuống tới 7,2 Mbps.
1.2. Kiến trúc hệ thống 3G UMTS
1.2.1. Kiến trúc hệ thống
Nguyễn Thế Anh – D04VT1 xx
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
Về chức năng các phần tử được nhóm theo 3 nhóm đó là: thiết bị người dùng UE,
mạng truy nhập UTRAN và mạng lõi CN.
Thiết bị người sử dụng UE bao gồm ME và USIM:
Thiết bị di động UE là đầu cuối vô tuyến. Modul nhận dạng thuê bao USIM là thẻ
thông minh nhận dạng thuê bao, thực hiện các thuật toán nhận thực và lưu giữ khoá
nhận thực cũng như một số thông tin thuê bao cần thiết. Thiết bị đầu cuối cũng có
chức năng thỏa thuận chất lượng dịch vụ khi cần thiết.
Giao diện vô tuyến UTRAN gồm hai phần chính đó là Nút B (Node B) và RNC:
Nút B có chức năng tương tự như BTS trong mạng GSM. Nút B có thể quản lý
một hoặc một số cell và kết nối tới RNC thông qua giao diện Iub. Nút B bao gồm bộ
thu CDMA có khả năng chuyển đổi tín hiệu giao diện vô tuyến thành luồng dữ liệu sau
đó chuyển tới RNC qua giao diện Iub. Ở hướng ngược lại bộ phát CDMA sẽ chuyển
dữ liệu thành tín hiệu vô tuyến.
Hình 1.3. Kiến trúc mạng UMTS
Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC điều khiển tài nguyên vô tuyến ở trong vùng

phủ sóng của các nút B do chính RNC quản lý, RNC là điểm truy nhập các dịch vụ do
UTRAN cung cấp cho mạng lõi. RNC là nút trung tâm trong mạng truy nhập vô tuyến.
RNC có chức năng gần giống với BSC trong GSM. Giao diện giữa UE và RAN được
Nguyễn Thế Anh – D04VT1 xxi
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
bổ sung một số giao thức mới trong RNC. RNC giao tiếp với một nút MSC và SGSN
cố định qua giao diện Iu. Các chức năng của RNC bao gồm:
- Chức năng quản lý chấp nhận cuộc gọi: Không giống như trong GSM, công
nghệ truyền dẫn CDMA cung cấp một số lượng lớn các kênh trên cùng một
giao diện vô tuyến cho dù chúng có thể không được sử dụng tại cùng một
thời điểm. Nguyên nhân là do khi có càng nhiều kênh được sử dụng thì
nhiễu sẽ tăng lên. RNC phải tính toán lưu lượng hiện thời đối với riêng từng
cell. Dựa trên các thông tin này, chức năng điều khiển chập nhận cuộc gọi
CAC sẽ quyết định xem liệu mực nhiễu sau khi kênh được yêu cầu có thể
chấp nhận đựơc hay không, nếu không thì sẽ từ chối cuộc gọi đó.
- Chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến: RNC quản lý tài nguyên vô tuyến
đối với tất cả các cell gắn kết với nó. Ngoài ra, RNC cũng thực hiện các
chức năng tính toán nhiễu và điều khiển độ ưu tiên.
- Thiết lập và giải phóng kênh mang vô tuyến: RNC có nhiệm vụ thiết lập,
duy trì và giải phóng kênh mang vô tuyến khi cần thiết. Việc thiết lập kênh
mang vô tuyến được hiểu như quá trình thiết lập một kết nối dữ liệu logic
mà không liên quan đến việc dữ liệu có được truyền qua giao kênh mang
hay không.
- Phân phối mã: Mã CDMA trong UMTS được quản lý bằng cây mã. RNC
gán một phần trong cây mã này cho mỗi trạm mobile va có thể thay đổi
trong quá trình xảy ra kết nối.
- Điều khiển công suất : Đây là nhiệm vụ quan trọng của RNC đề hệ thống
CDMA có thể vận hành hiệu quả. Quá trình điều khiển công suất nhanh
thực tế được thực hiện tại nút B nhưng giá trị công suất điều khiển được
thiết lập trong RNC.

- Phân hoạch gói: Trên một truyền dẫn dữ liệu chuyển mạch gói có một vài
MS cùng chia sẽ tài nguyên tại giao diện vô tuyến nên RNC có nhiệm vụ
phân phối dung lượng truyền tải đối với từng MS tùy theo chất lượng dịch
vụ thỏa thuận.
- Chuyển giao: Dựa trên việc đo lường các giá trị cung cấp bởi nút B và UE,
RNC biết được khi có một cell khác có tín hiệu tới MS tốt hơn. Nếu RNC
Nguyễn Thế Anh – D04VT1 xxii
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
quyết định chuyển giao thì nó sẽ thực hiện báo hiệu với cell mới và thông
báo cho MS về kênh mới.
- Tái định vị SRNS: Khi một MS di chuyển ra khỏi vùng quản lý của một
RNC thì RNC khác phải thực hiện nhiệm vụ điều khiển kết nối.
- Mã hóa: Dữ liệu từ MSC và SGSN trước khi truyền trên giao diện vô tuyến
sẽ được mã hóa tại RNC.
Mạng lõi bao gồm một số thành phần chính như: MSC, GMSC, HLR, VLR,
SGSN, GGSN
Thanh ghi định vị thường trú HLR là cơ sở dữ liệu được đặt tại mạng nhà để lưu
giữ lý lịch thuê bao (bao gồm: thông tin các dịch vụ cho phép, các vùng không được
chuyển mạng, thông tin về các dich vụ bổ sung, trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số
lần chuyển hướng cuộc gọi ).
Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động và bộ ghi định vị tạm trú MSC/VLR.
MSC thực hiện chuyển mạch kênh. VLR lưu trữ các thông tin về người sử dụng trong
hệ thống đang phục vụ. MSC sử dụng các giao tiếp chuyển mạch kênh (CS: Circuit
Switching) và chức năng của VLR là lưu giữ về bản sao 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 CS.
MSC cổng (GMSC) kết nối mạng di động với các mạng ngoài. Các mạng ngoài
có hai loại, đó là các mạng chuyển mạch kênh (CS) như ISDN, PSTN và các mạng
chuyển mạch gói (PS) như mạng số liệu, Internet
SGSN có chức năng tương tự như MSC nhưng thực hiện cung cấp các dịch vụ

chuyển mạnh gói. Thông tin về vị trí hiện tại của người sử dụng cũng được lưu trữ
trong SGSN do đó các gói dữ liệu đến có thể định tuyến tới người sử dụng. Ngoài
chức năng định tuyến, SGSN cũng có chức năng thực hiện nhận thực và lưu trữ các
bản sao cục bộ về thông tin của người sử dụng.
Điểm hỗ trợ GPRS cổng (GGSN) là cổng giao tiếp giữa mạng di động 3G với các
mạng chuyển mạch gói khác như Internet. GGSN cũng thường đựơc tích hợp chức
năng của một firewall. Các gói dữ liệu tới GGSN sẽ được đóng vào một container đặc
biệt và chuyển tiếp tới SGSN qua giao thức GTP.
Các mạng ngoài có thể được chia làm hai nhóm đó là các mạng CS và PS.
Nguyễn Thế Anh – D04VT1
xxiii
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
- Các mạng CS: Các mạng này đảm bảo các kết nối chuyển mạnh theo kênh
giống như các dịch vụ thoại truyền thống, ISDN và PSTN là các ví dụ về
các mạng CS.
- Các mạng PS: Các mạng này đảm bảo các kết nối cho các dịch vụ chuyển
mạng gói. Internet là một ví dụ về mạng PS.
Các tiêu chuẩn UMTS được thiết kế sao cho không định nghĩa chi tiết chức năng
bên trong của các phần tử mạng nhưng định nghĩa giao diện giữa các phần tử mạng
logic. Các giao diện mở sau đây được định nghĩa:
Giao diện Cu: Đây là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện
tuân theo một khuôn dạng tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh.
Giao diện Uu: Đây là giao diện vô tuyến của WCDMA. Uu là giao diện mà qua
đó UE có thể truy nhập các phần tử cố định của hệ thống và vì thế nó là giao diện mở
quan trong nhất ở UMTS.
Giao diện Iu: Giao diện này nối UTRAN với CN giống như các giao diện tương
ứng trong GSM: A (chuyển mạng kênh) và Gb (chuyển mạnh gói), giao diện cung cấp
cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN từ các nhà sản xuất khác nhau. Iu là
giao diện mở cho phép chuyển giao mềm giữa các thiết bị RNC của các nhà sản xuất
khác nhau.

Giao diện Iub: Kết nối một nút B với một RNC. UMTS là hệ thống điện thoại di
động đầu tiên trong đó giao diện gữa bộ điều khiển và trạm gốc được tiêu chuẩn hóa
như một giao diện mở hoàn toàn.
1.2.2. Băng tần công tác
Nguyễn Thế Anh – D04VT1 xxiv
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
Hình 1.4. Phân bổ băng tần trong UMTS
Băng tần công tác của các hệ thông tin di động được thể hiện như hình 1.4 dưới
đây. Các khu vực khác nhau phân bổ tần số khác nhau. Với thế hệ thứ ba tần số được
phân bổ trong giải 1885MHz đến 2200MHZ. Hệ thống UMTS hoạt động trong giải tần
1920MHz đến 2170MHZ. UMTS sử dụng cả hai công nghệ song công đó là TDD và
FDD tuy nhiên hiện nay chỉ mới FDD đã được chuẩn hoá và triển khai còn TDD chỉ
được áp dụng cho các hệ thống trong phạm vị rất nhỏ. Hệ thống UMTS FDD sử dụng
giải tần 1920-1980MHz cho đường lên và 2110-2170MHz cho đường xuống. Độ rộng
băng thông cơ bản là 5MHz nhưng cũng có thể hoạt động với các băng thông khác như
10, 15, 20MHz. UMTS sử dụng công nghệ trải phổ trực tiếp với tốc độ chip là
3,84Mcps.
1.3. Các kênh trong 3G UMTS
1.3.1. Các kênh vật lý
1.3.1.1. Các kênh đường lên
Các kênh vật lý đường lên được phân loại trong sơ đồ sau:
Nguyễn Thế Anh – D04VT1 xxv