349840051 luan van 3g

O QUANG ANH

bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

luận văn thạc sĩ khoa học
ngành : XỬ LÝ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

XỬ LÝ THÔNG TIN VÀ
TRUYỀN THÔNG

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ WCDMA ỨNG DỤNG
CHO NÂNG CẤP MẠNG GSM CỦA
VIETTEL LÊN 3G

ðÀO QUANG ANH

2006 - 2008
Hµ Néi
2008

Hµ Néi 2008


BẢN CAM ĐOAN
Tôi là ðào Quang Anh, học viên cao học lớp XLTT&TT khóa 2006 - 2008.
Thầy giáo hướng dẫn là TS. Bạch Thành Lê.
Tơi xin cam đoan tồn bộ nội dung được trình bày trong bản luận văn nay là
kết quả tìm hiểu và nghiên cứu của riêng tơi, trong q trình nghiên cứu đề tài
“Nghiên cứu cơng nghệ CDMA ứng dụng cho nâng cấp mạng GSM của Viettel

lên 3G”. Các kết quả và dữ liệu ñược nêu trong luận văn là hoàn toàn trung

thực và rõ ràng. Mọi thơng tin trích dẫn đều được tn theo luật sở hữu trí tuệ,
liệt kê rõ ràng các tài liệu tham khảo. Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm với
những nội dung ñược viết trong luận văn này.

Hà nội, ngày 06 tháng 11 năm 2008.
HỌC VIÊN

ðÀO QUANG ANH


MỤC LỤC
TRANG 1 …………………………………………………………………………….. 1
LỜI CAM ðOAN ………………………………………………………………..…....2
MỤC LỤC …………………………………………………………………….……….3
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT...............................................................................4
MỞ ðẦU .........................................................................................................................6
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG ............................................................................8
1.1 Mục tiêu và nhiệm vụ của ñề tài.............................................................................8
1.2 Tình hình phát triển cơng nghệ 3G trên thế giới và tại Việt Nam..........................8
1.3 So sánh hệ thống WCDMA với các hệ thống 2G ...............................................19
1.4. So sánh, ñánh giá 2 công nghệ W-CDMA và CDMA - 2000 .............................22
CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG WCDMA ..........................................................................25
2.1. Hệ thống thông tin trải phổ..................................................................................25
2.2. Giới thiệu chung hệ thống UMTS .......................................................................27
2.3. Mạng truy nhập UTRAN.....................................................................................29
2.4. Mạng lõi CN ........................................................................................................33
2.5. Thiết bị người sử dụng UE (user Equipment) .....................................................34
2.6. Mạng truyền dẫn..................................................................................................35

CHƯƠNG 3 CÁC ðIỀU KIỆN VỀ KỸ THUẬT, CƠNG NGHỆ CHO Q
TRÌNH CHUYỂN ðỔI LÊN 3G ................................................................................37
3.1. Khả năng chuyển ñổi 2G lên 3G .........................................................................37
3.2. Cấu trúc hệ thống GSM ñang tồn tại ...................................................................40
3.3. Giai ñoạn HSCSD................................................................................................44
3.4. Giai ñoạn GPRS ..................................................................................................46
3.5. Giai ñoạn EDGE..................................................................................................49
3.6. Giai ñoạn UMTS .................................................................................................52
CHƯƠNG 4 CÁC PHƯƠNG ÁN CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI PHÁP PHÁT TRIỂN
MẠNG 3G CHO VIETTEL ........................................................................................54
4.1 Giới thiệu về công ty Viettel Telecom .................................................................54
4.2. ðánh giá về cơ sở hạ tầng mạng hiện có.............................................................54
4.3 Phân tích các phương án và lựa chọn giải pháp ...................................................63
4.4. Tính tốn các thông số và xây dựng cấu trúc mạng ............................................73
4.5. Một số thiết bị mạng 3G của Siemens.................................................................90
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TRIỂN KHAI..........................................................100
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................102


4

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
3G

Third Generation – Thế hệ thứ ba

3GPP

Third Generation Partnership Project – Dự án ñối tác 3G

ATM

Asynchronous Transfer Mode – Chế độ truyền khơng đồng bộ

BSC

Base Station Controller – Bộ ñiều khiển trạm gốc

BSS

Base Station Subsystem – Phân hệ trạm gốc

BTS

Base Transceiver Station – Trạm thu phát gốc

CDMA

Code Division Multiple Access – ða truy nhập theo phân mã

EDGE

Enhanced Data Rates for GSM Evolution – Tốc ñộ dữ liệu cao

FDD

Frequency Division Duplex – Song công phân tần

GGSN

Gateway GPRS Support Node – Nút hỗ trợ cổng GPRS

GPRS

General Packet Radio Service – Dịch vụ vơ tuyến gói chung

GSM

Global System for Mobile Communications – Hệ thống GSM

HLR

Home Location Register – Bộ đăng ký vị trí thường trú

HSCSD

High Speed Circuit Switched Data – Dữ liệu chuyển mạch kênh
tốc ñộ cao

IP

Internet Protocol – Giao thức Internet

ITU

International Telecommunications Union – Liên minh viễn thông
quốc tế

IPv6

IP version 6 – IP phiên bản 6

IWF

Internetworking Functions – Khối chức năng liên mạng

MAP

Mobile Application Protocol – Giao thức ứng dụng di ñộng

MS

Mobile Staion – Máy di ñộng

MSC

Mobile Switching Center – Trung tâm chuyển mạch di ñộng


5

PLMN

Public Land Mobile Network – Mạng di ñộng mặt ñất cơng cộng

PSTN

Public Switched Telephone Network – Mạng điện thoại chuyển
mạch gói cơng cộng

RAN

Radio Access Network – Mạng truy nhập vơ tuyến

SGSN

Serving GPRS Support Node – Nút hỗ trợ phục vụ GPRS

SMS

Short Message Service – Dịch vụ nhắn tin ngắn

TCP

Trasmission Control Protocol – Giao thức ñiều khiển truyền

TDD

Time Division Duplex – Song công phân thời

TDMA

Time Division Multiple Access – ða truy nhập phân chia theo
thời gian

UMTS

Universal Mobile Telecommunications System – Hệ thống thơng
tin di động UMTS

UTRA

Universal Terrestrial Radio Access – Truy nhập vơ tuyến mặt đất
của UMTS

VLR

Visitor Location Register – Bộ ñăng ký vị trí tạm trú

VPN

Virtual Private Network – Mạng riêng ảo

WAP

Wireless Application Protocol – Giao thức ứng dụng vô tuyến

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access – ða truy nhập phân
mã băng rộng


6

MỞ ðẦU
Nhu cầu trao đổi thơng tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện ñại. Sự ra
ñời của thơng tin di động là một bước ngoặt lịch sử trong ngành viễn thông cũng
như bước phát triển quan trọng của lồi người. Qua q trình phát triển và cho
đến ngày nay đó là mạng di động 3G. Cùng với việc cho phép kết nối mọi nơi,
mọi lúc, là một trong những khả năng của mạng 3G. 3G mang tới nhiều tiện ích,
ứng dụng hơn là khả năng di động cho Internet. Các dịch vụ mới sẽ xuất hiện

như nhắn tin ña phương tiện, các dịch vụ ñịnh vị, các dịch vụ thụng tin cá nhân,
vui chơi giải trí, các dịch vụ ngân hàng, thanh tốn điện tử... sẽ phát triển mạnh.
ở Việt Nam, các hệ thống thông tin di ñộng thế hệ thứ ba cũng ñã và sẽ ñược
nhanh chóng triển khai.
ðể theo kịp xu thế chung của thế giới là tiến tới mạng thế hệ sau 3G và
cung cấp các dịch vụ mới, việc nghiên cứu ñể triển khai, chuyển ñổi sang mạng
3G tại Việt Nam là cần thiết. ðối với các nhà khai thác mạng di ñộng GSM thì
cái đích 3G là các hệ thống thơng tin di ñộng CDMA băng rộng (W-CDMA)
theo chuẩn IMT-2000. Xuất phát từ ñịnh hướng này, luận văn ñề cập ñến (Nghiên
cứu công nghệ CDMA ứng dụng cho nâng cấp mạng GSM của Viettel lên 3G) nghiên

cứu tổng quan về công nghệ W-CDMA và hệ thống thơng tin di động W-CDMA
nói chung, phân tích các q trình phát triển lên 3G từ đó ứng dụng lựa chọn,
tính tốn dụng lượng mạng trên cơ sở đó xây dựng cấu trúc 3G, phù hợp với xu
hướng phát triển mạng thơng tin di động Viettel.
Luận văn ñược chia làm 4 chương:
Chương 1: Giới thiệu chung về tình hình phát triển di động 3G tên thế giới
và tại Việt nam.


7

Chương 2: Hệ thống WCDMA: Giới thiệu tổng quan về cơng nghệ và hệ
thống WCDMA
Chương 3: Phân tích q trình phát triển lên mạng 3G.
Chương 4: Ứng dụng mạng 3G cho phát triển mạng Viettel.
Mặc dù ñã hết sức cố gắng và đã nhận được nhiều ý kiến đóng góp q báu
từ các thầy cơ giáo, nhưng do thời gian có hạn, luận văn chưa thể đi sâu vào
nhiều khía cạnh kỹ thuật khác. Song những vấn ñề mà luận văn ñề cập tới là
những yếu tố quan trọng ñã và ñang ñưa vào sử dụng cũng như những ứng dụng

của nó trong phát triển mạng thơng tin di động 3G. Rất mong được sự đóng góp
và giúp đỡ hơn nữa của các thầy cơ giáo và đồng nghiệp để luận văn ñược kết
quả tốt hơn.
Sau cùng em xin chân thành cám ơn thầy giáo TS Bạch Thành Lê, người
trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em hồn thành luận văn này. Em xin cám ơn các
thầy cô giáo trong khoa Cơng nghệ Thơng tin đã giúp đỡ em trong suốt q trình
học tập cũng như trong q trình hồn thành luận văn này.
Tác giả

ðào Quang Anh


8

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Mục tiêu và nhiệm vụ của ñề tài
1.1.1 Mục tiêu của ñề tài
Nghiên cứu công nghệ WCDMA và q trình nâng cấp mạng GSM(2G)
lên WCDMA(3G) để ứng dụng cho phát triển mạng thơng tin di động Viettel.
1.1.2 Nhiệm vụ của đề tài
ðánh giá tình hình phát triển công nghệ mạng 3G trên thế giới cũng như
tại Việt Nam và nêu lên sự cần thiết phát triển 3G tại Việt Nam.
Tổng quan công nghệ WCDMA và mạng UMTS phân tích các q trình
phát triển để nâng cấp mạng GSM (2G) lên mạng WCDMA (3G).
ðưa ra các phương án có thể thực hiện phát triển mạng GSM lên 3G cho
Viettel, lựa chọn và ñề xuất phương án tối ưu, ñể ñảm bảo khi phát triển mạng là
tốt nhất cả về mặt kỹ thuật và về mặt kinh tế cho việc đầu tư là có hiệu quả nhất.
Tính tốn sơ bộ các thông số kỹ thuật mạng vô tuyến dựa trên khả năng tăng
trưởng thuê bao 3G. Trên cơ sở đó lựa chọn giải pháp cơng nghệ và xây dựng

cấu trúc mạng cho cả phần truy nhập vô tuyến và phần mạng lõi.
1.2 Tình hình phát triển cơng nghệ 3G trên thế giới và tại Việt Nam
1.2.1 Lịch sử và xu hướng phát triển


9

Hình 1.1. Các bước phát triển đến mạng thế hệ thứ 3
Lịch sử ra ñời và sự phát triển của dịch vụ di ñộng từ thế hệ ñầu tiên 1G tới thế
hệ 3G trải qua nhiều giai ñoạn khác nhau. Bảng 1.1 cho thấy tóm lược q trình
tiến triển của cơng nghệ thơng tin di động.

Bảng 1.1 tóm lược q trình tiến triển của cơng nghệ thơng tin di động
Q trình bắt đầu với các thiết kế đầu tiên được biết ñến như là 1G trong
những năm 70 của thế kỷ trước. Các hệ thống ra ñời sớm nhất ñược thực hiện
dựa trên công nghệ tương tự và cấu trúc tế bào cơ bản của thơng tin di động.
Nhiều vấn đề có tính ngun tắc cơ bản đã được giải quyết trong những hệ thống
này. Và có nhiều các hệ thống khơng tương thích đã được đưa ra cung cấp dịch
vụ trong những năm 80, như: AMPS, TACS, NMT,…
Các hệ thống thế hệ thứ 2 (2G) ñược xây dựng trong những năm 80 vẫn
ñược sử dụng chủ yếu cho thoại nhưng đã được thực hiện trên cơ sở cơng nghệ
số, bao gồm các kỹ thuật xử lý tín hiệu số. Các hệ thống 2G này cung cấp các


10

dịch vụ thông tin dữ liệu chuyến mạch kênh ở tốc độ thấp. Tính cạnh tranh lại
một lần nữa dẫn tới việc thiết kế và thực hiện các hệ thống bị phân hố thành các
chuẩn khác nhau khơng tương thích như: GSM (hệ thống di động tồn cầu) chủ
yếu ở châu Âu, TDMA (ña truy nhập phân chia theo thời gian) IS-54/IS-136 ở

Mỹ, PDC (hệ thống di ñộng tế bào số cá nhân) ở Nhật và CDMA (ña truy nhập
phân chia theo mã) IS-95, một hệ thống khác tại Mỹ. Các hệ thống này hoạt
ñộng rộng khắp trên lãnh thổ quốc ra hoặc quốc tế và hiện nay chúng vẫn chiếm
vai trị là các hệ thống chủ đạo, mặc dù tốc ñộ dữ liệu của các thuê bao trong hệ
thống bị giới hạn nhiều.
Bước chuyển tiếp giữa 2G và 3G là 2.5G. Thế hệ 2,5G ñược phát triển từ
2G với dịch vụ dữ liệu và các phương thức chuyển mạch gói, và nó cũng chú
trọng tới các dịch vụ 3G cho các mạng 2G. Về cơ bản nó là sự phát triển của
cơng nghệ 2G để tăng dung lượng trên các kênh tần số vơ tuyến của 2G và bước
đầu ñưa các dịch vụ dữ liệu dung lượng cao hơn vào, có thể nâng tới 384 Kbps.
Một khía cạnh rất quan trọng của 2.5G là các kênh dữ liệu ñược tối ưu hố cho
dữ liệu gói truy nhập vào Internet từ các thiết bị di ñộng như ñiện thoại, PDA
hoặc máy tính xách tay. Trên cùng một mạng lưới với 2G, thế hệ 2.5G đã đưa
internet vào thế giới thơng tin di ñộng cá nhân. ðây thực sự ñã là một khái niệm
mang tính cách mạng cho hệ thống viễn thông lai ghép hybrid.
Trong thập kỷ 90, các nhà nghiên cứu ñã ñịnh nghĩa ra hệ thống di ñộng
thế hệ kế tiếp, thế hệ thứ 3, ñã loại trừ ñược những sự khơng tương thích của các
hệ thống trước đây và thực sự trở thành hệ thống toàn cầu. Hệ thống 3G có các
kênh thoại chất lượng cao cũng như các khả năng về dữ liệu băng rộng, có thể
đạt tới 2Mbps.


11

Các hệ thống 3G hứa hẹn cung cấp những dịch vụ viễn thơng tốc độ cao
hơn, bao gồm thoại, fax và internet ở bất cứ thời gian nào, bất cứ nơi đâu với sự
chuyển vùng roaming tồn cầu khơng gián ñoạn. Chuẩn 3G toàn cầu của ITU ñã
mở ñường cho các ứng dụng và dịch vụ sáng tạo (ví dụ loại hình giải trí đa
phương tiện, các dịch vụ dựa trên vị trí,…). Mạng 3G đầu tiên được thiết lập tại
Nhật bản năm 2001. Các mạng 2.5G, như là GPRS (dịch vụ vơ tuyến gói chung)

đã sẵn sàng ở Châu Âu. Công nghệ 3G hỗ trợ băng thông 144 Kbps với tốc ñộ di
chuyển lớn (trên xe hơi), 384 Kbps (trong một khu vực), và 2 Mb ps (ñối với
trường hợp trong nhà). Hình 1.2 thể hiện các dịch vụ ñược tích hợp ở mang thế hệ thứ 3.
Financial Services

Entertainme
Telecommunication

Broadcasting

Game
Music

Internet

VOD

IP-TV

TV
Cable TV
Satellite TV

Interactive TV

Mobile service
Hình 1.2. Các dịch vụ được tích hợp ở mạng thế hệ thứ 3
Các dịch vụ dữ liệu (data) của WCDMA
WCDMA cung cấp các dịch vụ dữ liệu tốt ñộ cao hơn và sử dụng hiệu quả phổ
băng tần hơn các cơng nghệ trước đó như GSM, GPRS hoặc EDGE. Phiên bản

ñầu tiên của WCDMA là R99 và phiên bản mới nhất gần ñây là HSDPA
(Release 5), HSUPA (Release 6) cung cấp tốt ñộ dữ liệu tốc ñộ cao cho ñường


12

lên UL và ñường xuống riêng biệt DL. Phiên bản trong tương lai sẽ là HSPA
(Release 7) và LTE (Release 8), như trong hình 1.3

Hình 1.3 Các dịch vụ dữ liệu (data) của WCDMA
1.2.2 Tình hình phát triển 3G trên thế giới
Cho đến tháng 1/2008, có 197 nhà khai thác kinh doanh thơng tin di động
thế hệ thứ ba (3G) hoạt động trên thế giới đã có 87 nước và vùng lãnh thổ, phục
vụ cho 180 triệu thuê bao. Sau ñây là sơ ñồ các nước sử dụng dịch vụ 3G.


13

Hình 1.4. Các nước triển khai dịch vụ 3G
Dịch vụ 3G ở Nhật Bản và Hàn Quốc phát triển rất cao. Nhờ có sự thúc
đẩy của chính phủ và thái ñộ tích cực của các nhà khai thác, ứng dụng công nghệ
3G ở hai nước này từ năm 2001; việc kích thích thị trường thời gian đầu khá tốt,
người dùng cũng tha thiết với dịch vụ mới. Các nước ðông Nam Á cũng phát
triển mạnh mẽ trong những năm gần ñây, ñặc biệt là Singapore và Thái Lan.
Mức ñộ phát triển chung thị trường thơng tin di động ở các nước Châu Âu
rất cao, mức phổ cập dịch vụ di ñộng lên ñến khoảng 90%, nhưng các nhà khai


14

thác truyền thống triển khai dịch vụ 3G tương ñối thận trọng, nước ñầu tiên triển
khai ở Châu Âu là Bỉ là vào 2002.
Sự phát triển dịch vụ 3G ở Châu Mỹ tương ñối chậm chạp so với các vùng
khác trên thế giới. ðến năm 2005 ở Mỹ mới bắt ñầu triển khai 3G.
Mức ñộ phát triển dịch vụ 3G của Nhật Bản và Hàn Quốc, hai nước Châu
Á, là chiếm hàng ñầu của thế giới; biểu hiện thị trường 3G ở Châu Âu nói chung
là bình bình, nhưng cũng có điểm sáng, chủ yếu là ở Italia và Anh; ở Châu Mỹ
thì sự phát triển ở Mỹ là tương ñối nổi bật; còn Châu Phi là thị trường sẽ ñược
khai phá trong tương lai.
Cùng với ra ñời dịch vụ 3G của các nhà khai thác, các nhà cung cấp thiết
bị đầu cuối đã nhanh chóng đưa ra đa dạng chủng loại. Hiện nay máy đầu cuối
WCDMA đã có 26 nhãn hiệu, 186 loại sản phẩm; sản phẩm ñầu cuối EV-DO
cũng lên ñến 156 loại.
Trong các loại dịch vụ của 3G, đóng góp lớn nhất vào thu nhập vẫn là dịch
vụ ñiện thoại, chiếm hơn 90% tổng thu nhập, nhưng ñóng góp vào thu nhập của
các dịch vụ phi thoại ñang tăng trưởng ñều. Dịch vụ 3G ñược ñánh giá cao nhất
trong tương lai bao gồm đa truyền thơng, truyền hình thu qua máy cầm tay.v.v
Doanh thu từ các dịch vụ nội dung và video chiếm tỷ trọng lớn trong mạng
3G, và doanh thu trên một ñầu thuê bao ARPU cao hơn 2G 40%. Hình 1.5 thể
hiện kết cấu doanh thu các dịch vụ 3G.


15

3G Worldwide Revenues Composition 2008
Location-Based
Services, 2%
Businiess MMS,
7%
Mobile Internet

Access, 3%

Simple Voice, 28%

Customised
infotainment, 36%

Rich Voice, 4%

Mobile
Intranet/Extranet,
14%

Consumer MMS,
6%

Hình 1.5 Kết cấu doanh thu các dịch vụ 3G
Do hoàn cảnh thị trường ở các nước có khác nhau, sách lược phát triển 3G
mà các nhà khai thác lựa chọn cũng khơng hồn tồn giống nhau. Ở Nhật Bản
các nhà khai thác, như DoCoMo, chủ yếu là thông qua sự tiến bộ của kỹ thuật và
sáng tạo mới về dịch vụ ñể ñi ñến thành cơng. Hiện nay mạng 3G ở Nhật đã phủ
sóng đến 99,7%. 94% thuê bao dùng 2G ñang quá ñộ sang 3G, tỷ lệ này là cao
nhất trên toàn thế giới. Các nhà khai thác và các nhà sản xuất máy cầm tay phối
hợp với nhau thiết kế chế tạo máy ñầu cuối. Giá cả của máy cầm tay 3G ñã
tương ñương với máy cầm tay 2G, cho nên các thuê bao dùng muốn ñổi máy
cầm tay. Các nhà khai thác ñưa ra các dịch vụ mới rất hấp dẫn trên mạng, ví dụ
như trích xuất âm nhạc, mua hàng qua máy cầm tay v.v…
Cơng ty 3G của Hutchison có trụ sở chính đóng tại Hongkong cũng là một
trong số các nhà khai thác ñi ñầu về dịch vụ 3G trên toàn cầu; nắm 10 giấy phép
3G ở các thị trường úc, áo, ðan Mạch, Hongkong, Italia, Ai Len, Israel, Na Uy,

Anh, Thụy ðiển v.v ñến 175 triệu dân, chỉ chi cho giấy phép tổng cộng ñến 10,2


16

tỷ USD. ðầu tư xây dựng mạng lưới 3G của cơng ty đã vượt 27 tỷ USD. Sách
lược phát triển 3G của Cơng ty 3G Hutchison là cước phí linh hoạt. Số thuê bao
dùng 3G của công ty này chưa ñến 6 triệu, năm nay sẽ ñột phá 10 triệu.
Sự phát triển dịch vụ 3G của ñại ña số các nhà khai thác Châu Âu là
tương ñối chậm chạp. Nguyên nhân chủ yếu, một là chi trả cho giấy phép quá
cao, làm cho các nhà khai thác thiếu lực ñể phát triển; hai là nhu cầu thị trường
ñối với 3G chưa nhiều, chỉ khoảng 6% thuê bao dùng di ñộng có nhu cầu 3G;
thơng thường tỷ lệ này phải đạt ñến 33%, nhà khai thác mới có thể thực hiện cân
bằng thu - chi.
1.2.3 Xu hướng phát triển 3G tại Việt Nam
Các ứng dụng truyền thơng hữu ích như điện thoại truyền hình, định vị và
tìm kiếm thơng tin, truy cập Internet, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe
nhạc và xem video chất lượng cao... cùng nhiều ứng dụng dịch vụ viễn thơng
tiên tiến khác có thể thực hiện ñược trên mạng di ñộng 3G. Nhưng ở Việt Nam
3G mới chỉ đang “bước” chập chững.
Thế giới đang có 2 hệ thống 3G được chuẩn hóa song song tồn tại, một
dựa trên cơng nghệ CDMA cịn gọi là CDMA-2000, chuẩn còn lại do dự án 3rd
Generation Partnership Project (3GPP) thực hiện. 3GPP ñang xem xét tiêu chuẩn
UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access TS. Tiêu chuẩn này có 2 sơ đồ truy
nhập vơ tuyến. Một trong số đó được gọi là CDMA băng thông rộng (WCDMA).
Căn cứ vào những thông tin nói trên thì Việt Nam đã gia nhập vào nhóm các
nước ñã triển khai dịch vụ ñiện thoại thế hệ thứ 3 (3G), đó chính là dịch vụ điện
thoại di ñộng CDMA của nhà khai thác mạng S-Fone.
Tuy nhiên, công nghệ CDMA-2000 1X mà S-Fone triển khai cũng chỉ
ñược coi là giai ñoạn khởi ñầu của một hệ thống 3G hồn chỉnh, vì CDMA-2000

17

có đến ba phiên bản: CDMA-2000 1X, CDMA-2000 1xEV-DO và CDMA-2000
1xEV-DV. CDMA2000 1X dành cho thoại và dữ liệu, hoạt ñộng trên kênh
CDMA 1,25MHz chuẩn, cho phép truyền dữ liệu ñạt 307Kbps. CDMA2000
1xEV-DO là phiên bản cao hơn, tối ưu cho những dịch vụ dữ liệu dung lượng
lớn và tốc ñộ cao dựa trên công nghệ CDMA High Data Rate (tốc ñộ tối ña vượt
2Mbps).
CDMA2000 1xEV-DO ñạt tốc ñộ truyền dữ liệu vượt 10Mbps. Nghĩa là
ñể triển khai loạt các ứng dụng có dung lượng lớn, được coi là thế mạnh của 3G
ngày nay thì CDMA 2000 1X của S-Fone chưa đủ tầm. Trong khi đó, vấn đề
hiện nhiều người quan tâm là bao giờ người sử dụng công nghệ GSM (chiếm
95% số người dùng ñiện thoại di ñộng tại Việt Nam) có thể sử dụng 3G.
Nhà sản xuất “chạy” trước, một lần nữa các nhà sản xuất lại ñi trước các
nhà khai thác dịch vụ ñiện thoại di ñộng, khi lần lượt Nokia, Sony Eircsson ñã
bán ra thị trường Việt Nam vài model ñiện thoại di ñộng hỗ trợ công nghệ 3G
như Nokia 6680, 6630; Sony Ericsson Z800i, K608i... Trong khi đó loạt sản
phẩm 3G Nseries dù chưa được Nokia bán chính thức tại Việt Nam cũng đang
thu hút ñược sự chú ý của người tiêu dùng, nhất là những người ưa thích cơng
nghệ.
Về cơ bản, đây chỉ là sự chứng minh của các hãng cho thị trường thấy họ
đã có những sản phẩm cao cấp và tích hợp các cơng nghệ đón đầu, chứ các nhà
sản xuất cũng thừa hiểu giá trị sử dụng công nghệ 3G tại Việt Nam chưa có vì
các nhà khai thác mạng chưa triển khai ứng dụng 3G. Tất nhiên, trên thế giới
không chỉ có Sony Ericsson hay Nokia mà cịn có Samsung, Motorola, LG...
thậm chí là cả Huewei (Trung Quốc) cũng góp mặt vào nhóm các nhà sản xuất
điện thoại di động 3G với sản phẩm U626.

18

Khơng chỉ có các hãng sản xuất điện thoại di ñộng mà ngay cả Qualcomm,
nhà phát triển và phát minh hàng đầu của cơng nghệ CDMA cũng đã có nhiều kế
hoạch khuếch trương 3G tại Việt Nam. Cuối tháng 7/2005, Qualcomm loan báo
sẽ mở Trung Tâm Nghiên Cứu Công Nghệ 3G ñầu tiên tại Việt Nam. Thời gian
ñầu, trung tâm sẽ tổ chức các khóa đào tạo về phát triển 3G, giới thiệu cơng nghệ
CDMA, WCDMA và cách lập trình trên môi trường BREW (Binary Runtime
Environment of Wireless) của Qualcomm.
Các khóa học được thiết kế cho người đã có kinh nghiệm lập trình bằng
ngơn ngữ C và C++ để thúc ñẩy việc ứng dụng rộng rãi công nghệ 3G tại Việt
Nam và các nước trong khu vực. ðây cũng là một phần của dự án thúc ñẩy sử
dụng 3G tại Châu á mà Qualcomm giới thiệu vào năm ngoái. Chưa hết, giữa
tháng 9 vừa qua, tại Hà Nội, Qualcomm ñã tổ chức thảo và ñào tạo về BREW,
giới thiệu giải pháp tổng thể về dữ liệu và ứng dụng trên thiết bị di động của
Qualcomm. BREW cũng chính là một trong những ñộng lực thúc ñẩy sự phát
triển các ứng dụng và nội dung của hầu hết các hoạt ñộng 3G trên tồn thế giới.
Khởi đầu là việc Viettel phối hợp cùng Ericsson thực hiện thành cơng việc
trình diễn các dịch vụ thơng tin di động 3G vào đầu năm 2006. Nhiều ứng dụng
thơng tin di động 3G thú vị như điện thoại truyền hình, định vị tồn cầu và tìm
kiếm thơng tin, truy cập Internet, video chất lượng cao... ñã ñược thực hiện trong
môi trường mạng di ñộng tốc ñộ cao.
Theo các chuyên gia trong ngành viễn thông, ñường tới 3G của GSM là
WCDMA. Nhưng trên con đường đó, các nhà khai thác dịch vụ ñiện thoại di
ñộng phải trải qua giai ñoạn 2,5 (2,5G). Thế hệ 2,5G bao gồm những gì? ðó là:
dữ liệu chuyển mạch gói tốc độ cao (HSCSD), dịch vụ vơ tuyến gói chung


19

(GPRS - Viettel triển khai hơn 3 năm nay), và Enhanced Data Rates for Global
Evolution (EDGE).
Nghe thì đơn giản nhưng thực tế, để triển khai 3G, một trong những khó
khăn của các nhà khai thác mạng GSM là vấn ñề ứng dụng. Ngồi ra, họ cũng
đang phải tìm câu trả lời cho câu hỏi: “ðầu tư hạ tầng có đáp ứng được nhu cầu
của người dùng hay khơng?” Bởi triển khai 3G trên mạng ñiện thoại hiện hành sẽ
theo hướng nâng cấp từ nền tảng cơ sở đã có. Song song với thử nghiệm cịn
phải xây dựng dự án đầu tư, phải có thời gian để hồn tất thủ tục dự án... Một
yếu tố nữa là khách hàng phải có máy đầu cuối thích hợp khi sử dụng cơng nghệ
3G trong dịch vụ thơng tin di động.
Bên phía CDMA, ngồi S-Fone như đã nói ở trên, “ẩn số” lớn của ngành
ñiện thoại di ñộng là Hanoi Telecom cũng ñã nhiều lần nhắc tới việc họ sẽ sử
dụng ngay công nghệ CDMA2000 1xEV-DO khi bắt đầu chính thức thương mại
hố các dịch vụ di ñộng. Hẳn nhiên ai cũng biết CDMA2000 1xEV-DO đang gặt
hái nhiều thành cơng trong việc triển khai các dịch vụ liên quan ñến dữ liệu tại
các nước ñang sử dụng công nghệ này mà Hàn Quốc là một ví dụ điển hình.
Dù cái đích 3G có thể còn cách xa nhưng hiện cả nhà sản xuất lẫn nhà khai
thác dịch vụ đều đã có những bước đi thích hợp để tiến tới 3G, vấn đề cịn lại là
bao giờ? Một trong những yếu tố quyết ñịnh ñiều này là nhu cầu và số lượng
người dùng.
1.3 So sánh hệ thống WCDMA với các hệ thống 2G
1.3.1. So sánh WCDMA và GSM
Bảng 1.2. So sánh hai hệ thống GSM v WCDMA
GSM

WCDMA

Dải tần 900 MHz và 1800 MHz.

Dải tần xấp xØ 2 GHz.


20

Độ rộng băng tần kênh 200 KHz.

Độ rộng băng tần kênh 5 MHz.

GSM - 13,4 kbps

+ 8 kbps đến 384 kbps đối với trạm
di động.
+ Lên tới 2 Mbps với trạm cố định.

Phơng pháp đa truy cập TDMA.

Phơng pháp đa truy cập CDMA.

Qui hoạch vô tuyến có tính chất tĩnh với Qui hoạch vô tuyến có tính chất
việc tăng lu lợng.

động.

Dung lợng: dung lợng tĩnh đợc cho bởi Dung lợng tùy thuộc vào mức độ
một cấu hình phần cứng nào đó.

nhiễu, do vậy rất nhạy cảm với cấu
hình mạng.

Điều khiển công suất: các thuật toán điều Điều khiển công suất là vấn đề thiết
khiển công suất đơn giản.

yếu trong mạng.

Chuyển giao: ChØ cã chun giao cøng.

Chun giao: cã 3 lo¹i chuyển giao:
chuyển giao cứng, mềm và mềm hơn.

1.3.2. So sỏnh WCDMA và IS-95
Cả WCDMA và IS-95 đều sử dụng cơng nghệ CDMA trải phổ trực tiếp. Tốc ñộ
chip 3,84 Mcps, hệ thống WCDMA cho phép tốc ñộ bit cao hơn. Tốc ñộ chip
cao hơn cũng giúp khả năng phân tập ña ñường nhiều hơn so với tốc ñộ chip
1,2288 Mcps, ñặc biệt những cell nhỏ ở ñô thị.
Bảng 1.3: So sỏnh hai h thng WCDMA v IS - 95
Các thông số

WCDMA

IS-95

Độ rộng băng tần

5 MHz

1,25 MHz

Tốc độ chip

3,84 Mcps

1,2288 Mcps

Tần số điều khiển công 1500 Hz, cả đờng lên lẫn Đờng
suất

đờng xuống

lên:

800

Hz,

đờng xuống: điều khiển


21

công suất thấp
Chuyển giao giữa các tần Có

Có thể, nhng cha xác

số

định rõ phơng pháp đo

Các thuật toán quản lý Có, giúp cải thiện đợc Không cần thiết chỉ đối

nguồn tài nguyên vô tuyến chất lợng dịch vụ theo với các mạng thoại
hiệu quả

yêu cầu

Số liệu gói

Lịch trình gói dựa theo tải Số liệu gói đợc truyền
nh đối với các cuộc gọi
ngắn sử dụng chuyển
mạch kênh

Phân tập truyền phát Hỗ trợ để cải thiện dung Tiêu chuẩn không hỗ trợ
đờng xuống

lợng đờng xuống

WCDMA cú kh nng ủiu khin cụng sut vịng khép kín nhanh ở cả
đường lên và đường xuống, trong khi IS-95 sử dụng điều khiển cơng suất nhanh
chỉ ở đường lên. ðiều khiển cơng suất nhanh ở đường xuống giúp cải thiện chất
lượng ñường truyền và tăng cường dung lượng đường xuống. ðiều này địi hỏi
các máy đầu cuối phải có các tính năng mới như điều khiển cơng suất vịng
ngồi... mà các máy đầu cuối của IS-95 khơng cần.
Hệ thống IS-95 nhằm mục đích chính để ứng dụng macro cell. Các trạm
gốc macro cell ñược ñặt trên mái nhà, ở đó có thể dễ dàng nhận được tín hiệu
GPS. Trạm gốc IS-95 cần phải được đồng bộ và q trình đồng bộ thực hiện nhờ
hệ thống GPS. Sự cần thiết có tín hiệu GPS làm khả năng triển khai cell trong
nhà và micro cell khó khăn hơn, bởi vì việc nhận tín hiệu GPS mà khơng có kết
nối trong tầm nhìn thẳng đến các vệ tinh GPS là khó khăn. Vì vậy, người ta thiết
kế hệ thống WCDMA với các trạm gốc khơng đồng bộ, tại đó khơng cần tín hiệu

22

đồng bộ từ GPS. Các trạm gốc khơng đồng bộ khiến cho việc chuyển giao của hệ
thống WCDMA hơi khác so với IS-95.
Chuyển giao giữa các tần số ñược xem là quan trọng ñối với hệ thống
WCDMA ñể tối ña hóa việc sử dụng một số sóng mang ở mỗi trạm gốc. ở hệ
thống IS-95, phương pháp ño lường giữa các tần số chưa ñược xác ñịnh rõ, khiến
cho việc chuyển giao giữa các tần số trở nên khó khăn hơn.
1.4. So sánh, đánh giá 2 cơng nghệ W-CDMA và CDMA - 2000
1.4.1. ðiểm giống nhau
- ðều dựa trên công nghệ trải phổ trực tiếp.
- ðều ñáp ứng ñầy ñủ các yêu cầu của IMT-2000.
+ Duy trì hỗ trợ các dịch vụ truyền thống.
+ Hỗ trợ các dịch vụ ña phương tiện tốc độ cao, dữ liệu gói và truy nhập IP.
1.4.2. Những khác biệt chính
Các khác biệt chính về kỹ thuật giữa hai cơng nghệ WCDMA và 2000 được cho
trong bảng sau:
Bảng 1.4 So sánh sự khác nhau giữa WCDMA v CDMA2000
Các thông số
Phơng

thức

WCDMA

2000

truy Không có chế độ đa sóng Có chế độ đa sóng mang

nhập và ghép kênh

mang

Băng thông

5 MHz, 10MHz

Nx1,25 MHz (N=1,3,6,9,12)

Tốc độ chip

3,84 Mcps

Nx1,2288

Mcps

(N=1,3,6,9,12)
Điều chế

QPSK (cho cả hai hớng)

QPSK

(BTS-MS),

(MS-BTS)
Cấu trúc khung tín 10 ms đối với lớp vật lý

5 ms đối với báo hiệu

BPSK


23

hiƯu

10, 20, 40, 80 ms ®èi víi 20, 40, 80 ®èi víi líp vËt lý
líp trun dÉn

Mj hãa kªnh

Dïng mj cã hƯ sè tr¶i dïng mj Walsh, tõ 4 - 128
phỉ biÕn thiªn trùc giao bit
(OVSF), tõ 4 - 256 bit

Mj nhận dạng đối với Dùng 512 mj ngẫu nhiên dùng chung một mj PN
sector

hóa, mỗi mj nhận dạng ngắn, nhng sử dụng 512 giá
một sector riêng biệt

trị PN offset khác nhau để
nhận dạng các sector khác
nhau

Mj nhận dạng MS

Dùng mj ngẫu nhiên hóa, dùng chung một mj PN dài,
gắn bởi sector để nhận nhng tạo ra các giá trị PN
dạng MS

offset khác nhau theo số seri
thiết bị của MS để nhận
dạng các MS khác nhau

V ủng b, W-CDMA dựng dị bộ ở chế độ FDD, cịn ở chế độ TDD các
trạm gốc được phân cấp đồng bộ, nếu khơng cần roaming tồn cầu thì khơng cần
đồng bộ từ hệ thống định vị tồn cầu GPS (Global Positioning System). ðiều này
phần nào tạo cho hệ thống có tính độc lập hơn. Trong khi cdma-2000 bắt buộc
cần GPS ñể ñồng bộ.
Về tính tương thích ngược với mạng lõi 2G, W-CDMA đơược xây dựng trên
cơ sỏ báo hiệu mạng lõi GSM-MAP còn cdma-2000 trên cơ sở IS-41 (mạng lõi
của IS-95 CDMA). Như vậy, nhiều khả năng UTRA ñược chọn bởi các nhà khai
thác GSM, trong khi nhà khai thác CDMA IS-95 chọn

CDMA- 2000.


24

1.4.3. ðặc điểm băng tần
W-CDMA có phổ trong phần băng tần của IMT-2000. Tuy nhiên ở Châu Âu
và Nhật ñã có hệ thống DECT và PHS chiếm một phần nhỏ phổ tần. Phần phổ
tần cịn lại đươợc sử dụng cho W-CDMA với băng thông chuẩn là 5MHz.
cdma- 2000 ở Mỹ tần số cho 3G theo WRC-92 ñã ñược phân chia hết cho
dịch vụ PCS. Do đó cdma-2000 đươợc thiết kế ñể có thể hoạt ñộng chung với IS95 CDMA dùng băng thông cơ sở 1,25MHz. ðể cung cấp dịch vụ tốc độ cao,

cdma2000 ghép 3 kênh 1,25MHz (CDMA đa sóng mang) hoặc cũng có thể trải
phổ trực tiếp trên băng thơng 3,75MHz (1,25MHz x 3).
1.4.4. Những phát triển tiếp
Tốc độ chip của UTRA ban ñầu là 4,096Mcps ñã ñược thống nhất giảm
xuống 3,84Mcps gần với tốc ñộ chip của cdma- 2000 là 3,6864Mcps cho phép
dễ dàng chế tạo máy ñầu cuối có 2 chế độ hơn.
Người ta cịn tiếp tục chuẩn hố để W-CDMA và cdma-2000 ở pha tiếp theo
có thể tương thích ngược với cả hai loại mạng lõi GSM-MAP và IS-41. Như vậy
việc chọn UTRA hay cdma-2000 phụ thuộc chính vào mục tiêu roaming tồn cầu
với thị trường lớn hơn và giải pháp làm cấu trúc ñầu cuối cũng như mạng lõi đơn
giản hơn.
Tóm lại, có thể nói rằng khơng thể khẳng định cơng nghệ nào ưu việt hơn.
Bởi thế, tuỳ thuộc vào hạ tầng sẵn có mà việc dùng cdma-2000 hay W-CDMA sẽ
thuận lợi hơn cho việc phát triển. Mặc dù các tổ chức chuẩn hoá vẫn tiếp tục cố
gắng ñạt ñược khả năng ñấu nối linh hoạt giữa các mạng lõi khác nhau, WCDMA vẫn thuận lợi hơn ñối với các nhà khai thác GSM hiện có với giao thức
mạng lõi GSM-MAP. Ngược lại, CDMA- 2000 thuận tiện cho việc nâng cấp từ
hệ thống cdmaOne (CDMA IS-95) hiện có với giao thức mạng lõi ANSI-41.


25

CHƯƠNG 2

HỆ THỐNG WCDMA
2.1. Hệ thống thông tin trải phổ
Nếu có một tín hiệu với độ rộng băng tần là W, thời gian tồn tại là T thì
khơng gian phổ của tín hiệu này xấp xỉ là 2WT. ðể trải rộng phổ của tín hiệu này
có 2 cách:
- Cách 1: Tăng giá trị W bằng trải phổ trong miền tần số (trải phổ dãy trực
tiếp và trải phổ nhảy tần ).

- Cách 2: Tăng giá trị T bằng trải phổ trong miền thời gian (trải phổ nhảy
thời gian).
Như vậy có ba kiểu hệ thống trải phổ cơ bản: trải phổ dãy trực tiếp DSSS (Direct
Sequence Spreading Spectrum), trải phổ nhảy tần FHSS (Frequency Hopping
Spreading Spectrum) và trải phổ nhảy thời gian THSS (Time Hopping Spreading
Spectrum). Ngồi ra cũng có thể tổng hợp các hệ thống trên thành hệ thống lai
ghép.
Hệ thống DSSS thực hiện trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín
hiệu giả ngẫu nhiên có tốc ñộ chip (RC = l/Tc, Tc là thời gian một chip) cao hơn
nhiều tốc ñộ bit (Rb = l/Tb, Tb là thời gian một bit) của luồng số cần phát.
Tb = Tn
Biên
độ

Tb = Tn

TC

t

Hỡnh 2.1 Tri ph dóy trc tip
(DSSS)