NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI






TRẦN THỊ BÍCH HẠNH

NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS



LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT





Hồ Chí Minh - 2013












TRẦN THỊ BÍCH HẠNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử năm 2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI





TRẦN THỊ BÍCH HẠNH



NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS


Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử

Mã số: 60.52.70



LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT



Cán bộ hướng dẫn: TS. NGUYỄN CẢNH MINH




Hồ Chí Minh - 2013

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN CAO HỌC

Họ và tên học viên: TRẦN THỊ BÍCH HẠNH Năm sinh: 05/3/1984
Cơ quan công tác: Trường Đại Học Trà Vinh
Khoá: 19
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử Mã số: 60.52.70
Cán bộ hướng dẫn: TS. NGUYỄN CẢNH MINH Bộ môn: Kỹ Thuật Viễn Thông
1. Tên đề tài luận văn: NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG HỆ
THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết các yêu cầu chất
lượng dịch vụ cho mạng 3G/UMTS, đồng thời phân tích, đánh giá và đề xuất thực
hiện chất lượng dịch vụ QoS trong mạng 3G/UMTS.
3. Phương pháp nghiên cứu và kết quả đạt được:
a. Phương pháp nghiên cứu: Tìm kiếm, thu thập tài liệu về các vấn đề chất
lượng dịch vụ trong mạng thông tin di động 3G/UMTS và tiến hành nghiên cứu.

Đánh giá và đề xuất thực hiện QoS trong thành phần mạng 3G/UMTS
b. Kết quả đạt được: Hiểu được các yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng
3G/UMTS, cơ chế quản lý chất lượng dịch vụ mạng 3G/UMTS, các kỹ thuật đảm
bảo chất lượng dịch vụ cho mạng 3G/UMTS, khuyến nghị áp dụng để đảm bảo chất
lượng dịch vụ mạng 3G Vinaphone.
4. Điểm bình quân môn học: Điểm bảo vệ luận văn:
Ngày tháng năm
Học viên
Xác nhận của cán bộ hướng dẫn:

TS. Nguyễn Cảnh Minh Trần Thị Bích Hạnh
Xác nhận của Bộ môn:


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

i

LỜI MỞ ĐẦU

Mạng thông tin di động thế hệ thứ 3 là mạng điện thoại di động cho phép
truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại. Mạng 3G/UMTS cung cấp cả hai
hệ thống chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. Điểm mạnh của công nghệ này
là cho phép truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, hình ảnh chất lượng cao cho cả
thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở các tốc độ khác nhau. Với công
nghệ 3G/UMTS, các nhà cung cấp có thể mang đến cho khách hàng các dịch vụ
đa phương tiện, như âm nhạc chất lượng cao; hình ảnh video chất lượng và
truyền hình số; Các dịch vụ định vị toàn cầu (GPS); E-mail;video streaming;

High-ends games;
Tuy nhiên trong những năm gần đây việc đảm bảo chất lượng dịch vụ
trong mạng 3G/UMTS có một ý nghĩa rất lớn trong việc giới hạn các hiện
tượng trễ và mất gói cho các ứng dụng thời gian thực. Hầu hết các đề xuất chất
lượng dịch vụ (QoS) cho mạng 3G/UMTS hiện nay chủ yếu quan tâm về vấn
đề chính sách hơn là giải quyết trực tiếp các vấn đề kỹ thuật như định tuyến,
xếp hàng, lập lịch Theo thời gian với sự hội tụ giữa các công nghệ 2G, 3G,
và tiến đến 4G trong tương lai thì việc đảm bảo chất lượng dịch vụ là một
vấn đề phức tạp.
Vì vậy, đề tài này nghiên cứu chất lượng dịch vụ trong mạng thông tin di
động 3G/UMTS với mục tiêu nghiên cứu chất lượng dịch vụ trong mạng
di động, các tham số yêu cầu của mạng, kỹ thuật để đảm bảo chất lượng
dịch vụ cho các thành phần mạng bao gồm mạng truy nhập, mạng lõi. Kỹ
thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ cho mạng lõi 3G Vinaphone, các
khuyến nghị để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho mạng. Nội dung của đề tài
được trình bày như sau:
 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG VÀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ
HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS/ HSPA/HSPA+ /LTE
Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

ii
 CHƯƠNG 2. QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS
 CHƯƠNG 3. CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS TRONG CÁC THÀNH
PHẦN MẠNG CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS
Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

iii
MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG VÀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ HỆ
THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS/ HSPA/HSPA
+
/LTE 1
1.1. TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2
1.1.1. Các thế hệ phát triển của hệ thống thông tin di động 2
1.1.2. Xu hướng phát triển hệ thống thông tin di động 3G 5
1.1.2.1. Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA 5
1.1.2.2. Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ CDMA 2000 6
1.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS 6
1.2.1. Các công nghệ trước WCDMA theo nhánh GSM 7
1.2.1.1. Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD (High-Speed
Circuit-Switched Data) 7
1.2.1.2. Công nghệ GPRS (General Packet Radio Service) 8
1.2.1.3. Công nghệ EDGE 8
1.2.2. Kiến trúc và dịch vụ các phiên bản mạng thông tin di động
3G/UMTS 9
1.2.2.1. Kiến trúc cơ bản của mạng 3G/UMTS 10
1.2.2.2. Kiến trúc và dịch vụ của các phiên bản mạng di động 3G/UMTS15
CHƯƠNG 2 QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS 24
2.1. CÁC YÊU CẦU CHUNG VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ THÔNG TIN24
2.1.1. Khái niệm về chất lượng dịch vụ 24
2.1.2. Hài hòa các yêu cầu đối với chất lượng dịch vụ thông tin 27
Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

iv
2.1.3. Chất lượng dịch vụ trong hệ thống thông tin di động 30
2.1.4. Xác định các tham số chất lượng dịch vụ trong Thông tin di động 31
2.2 QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG HỆ THỐNG THÔNG
TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS 38
2.2.1. Các lớp dịch vụ cơ bản của UMTS 38
2.2.2. Yêu cầu chất lượng dịch vụ 43
2.2.3. Xác định các tham số chất lượng dịch vụ trong mạng UMTS 45
CHƯƠNG 3: CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS TRONG CÁC THÀNH PHẦN
MẠNG CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS 56
3.1.

CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS TRONG MẠNG TRUY NHẬP HỆ
THỐNG DI ĐỘNG 3G/UMTS
57
3.1.1.
Chất lượng dịch vụ cho kênh mang vô tuyến 57
3.1.2. Quản lý truy nhập 59
3.1.3. Quản lý điều khiển công suất 61
3.1.3.1. Điều khiển công suất vòng kín 61
3.1.3.2. Điều khiển công suất vòng hở 62
3.1.3.3. Điều khiển công suất vòng ngoài 62
3.1.4. Quá trình chuyển giao 63
3.1.4.1. Chuyển giao cứng 63
3.1.4.2. Chuyển giao mềm/ mềm hơn 63
3.1.5. Điều khiển tắt nghẽn 64
3.2.
CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS TRONG MẠNG LÕI 3G/UMTS 65

3.2.1. Chất lượng dịch vụ QoS trong mạng lõi 3G/UMTS trên nền IP 67
Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

v

3.2.1.1. Mô hình tích hợp dịch vụ INTSERV 67
3.2.1.2. Mô hình phân biệt dịch vụ DIFFSERV 71
3.2.2. Chất lượng dịch vụ QoS trong mạng lõi
3G/UMTS
trên nền MPLS82
3.2.2.1. Mô hình DiffServ và MPLS 83
3.2.2.2. Mô hình IntServ và MPLS 84
3.3. QoS TRÊN NỀN IP/ MPLS CỦA MẠNG LÕI VINAPHONE 90
3.3.1. Cấu trúc mạng lõi VINAPHONE 90
3.3.2. Kỹ thuật đảm bảo QoS cho mạng lõi VINAPHONE 94
3.3.3. QoS trên nền IP/MPLS của mạng lõi VINAPHONE 95
3.4. CÁC CHỈ TIÊU QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CỦA MẠNG
3G/UMTS VINAPHONE 96
3.4.1. Các chỉ tiêu chất lượng KPI lấy từ OMC hệ thống 3G 96
3.4.2. Các chỉ tiêu chất lượng KPI đo kiểm từ hiện trường hệ thống 3G 99
Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

vi
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Viết

tắt

Tiếng

anh

Tiếng

việt

3GPP

Third

Generation

Partnership

Project

Dự

án
li
ên

kết
t
hế

hệ

thứ

3

AF

Assured

Forwarding

Chuyển
ti
ếp

đảm

bảo

BA

Behavior

Aggregation

Tập

hợp

hành

vi

BGCF

Breakout

Gateway

Control

Function

Chức

năng

điều

khiển

cổng

ra

BMC

Broadcast/Multicas
t

Control

Protocol

Giao

thức

điều

khiển

phát

quản

bá hoặc

phát

đa

h
ư
ớng

CDMA

Code

Division

Multiple

Access

Đa

truy

cập

phân

chia
t
heo

m
ã

CDMA

- CDG

CDMA

Development

Group

Nhóm

phát

triển

CDMA

Cell

Cell

Tế

bào

mạng

di

động

CL

Contro
l
Load

Service

Dịch

vụ

điều

khiển

tải

CN

Core

Network

Mạng
l
õi

COPS

Common

open

policy

server

Máy

chủ

chính

sách

mở

phổ

bi
ế
n

CoS

Class

of

Serivice

Phân
l
ớp

dịch

vụ

CPDP

Cellular

Packet

Data

Protocol

Giao

thức

dữ

liệu

gói
t
ế

bào

CPE

Circuit

Package

Element

Phần
t
ử

mạch

gó
i
CRNC

Controlling

RNC

RNC

điều

khiển

CS

Circuit

Switching

Chuyển

mạch

kênh

CSCF

Call

Session

Control

Function

Chức

năng

điều

khiển

phiên

cuộc gọi

CSN

Circuite

Switching

Network

Mạng

chuyển

mạch

kênh

DiffServ

Difference

Service

Dịch

vụ

phân

biệ
t
DL

Downlink

Hướng

xuống

DRNC

Drif
t
RNC

RNC

kéo
t
heo

DSCP

Diferentiated

Service

Code

Point

Mã

điểm

dịch

vụ

phân

biệt

EDGE

Enhanced

Data

rates

for

Global

Evolution

Cải

thiện
t
ốc

độ

dữ

liệu

cho

sự

phát triển

toàn

cầu

EF

Expedited

Forwarding

Chuyển
ti
ếp

ngay

EIR

Equipment

Identify

Register

Thanh

ghi

nhận

dạng
t
hiết

bị

Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

vii
EXP

Experimental

bits

Các

bít

trải

nghiệm

FDD

Frequency

Division

Duplex

Song

công

phân

chia

theo

th
ờ
i
gi

a
n

FDMA

Frequency

Division

Multiple

Access

Đa

truy

cập

phân

chia
t
heo

tần

số

FIFO

First

In

First

Out

Vào

trước

ra

trước

FL

Forward

Link

Đường
l
ên

FP

Frame

Protocol

Giao

thức

khung

FQ

Fair

Queuing

Hàng

đợ
i
luân

phiên

FTP

File

Transfer

Protocol

Giao

thức

truyền

file

GGSN

Gateway

GPRS

Suppor
t
Node

Nút

hổ

trợ

cổng

GPRS

GMSC

Gateway

MSC

MSC

cổng

GoS

Grade

of

Service

Cấp

độ

của

dịch

vụ

GPRS

Genaral

Packetized

Radio

Service

Dịch

vụ

vô

tuyến

đóng

gói

chung

GSM

Global

Service

Mobile

Dịch

vụ

di

động
t
oàn

cầu

HLR

Home

Location

Register

Thanh

ghi

v
ị
trí

mạng

chủ

HSCSD

High

Speed

Circui
t
-Switch

Data

Dữ

liệu

chuyển

mạch

kênh
t
ốc

độ cao

HSDPA

High-Speed

Downlink

Packet

Access

Truy

cập

gó
i
hướng

xuống

tốc

độ cao

HS-DSCH

High

Speed

Downlink

Shared

Channel

Kênh

chia

sẻ

hướng

xuống

tốc

độ cao

IM

Internet

Mu
lti
media

Đa

phương
ti
ện

Interne
t
IMT-2000

Internationa
l
Mobile

Telecommunications

for

the

year

2000

Viễn

thông

di

động

quốc

tế

cho

năm

2000

IntServ

Intergrated

Service

Dịch

vụ
tí
ch

hợp

IP

Internet

Protocol

Giao

thức

internet

IPTV

Internet

Protocol

Televition

Truyền

hình

IP

ITU

Internationa
l
Telecommunication

Union

Liên

minh

viễn

thông
t
hế

giớ
i
IWF

InterWorking

Function

Chức

năng

phối

hợp

hoạt

đ
ộng

LLQ

Low

Latency

Queuing

Hàng

đợ
i
trễ

thấp

LSP

label-switched

path

Đường

dẫn

chuyển

mạch

nhãn

LTE

Long

Term

Evolution

Mạng

phát

triển

lâu

dài

MAC

Medium

Access

Control

Điều

khiển

truy

cập

thiết

bị

Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

viii

MGCF

Media

Gateway

Contro
l
Function

Chức

năng

điều

khiển

cổng

phương
ti
ện

MGW

Media

GateWay

Cổng

phương
ti
ện

MPLS

Multi

protocol

lable

Switching

Chuyển

mạch

nhãn

đa

giao

th
ứ
c

MSC

Mobile

services

Switching

Center

Trung

tâm

chuyển

mạch

dịch

vụ

d
i
động

MTU

Maximum

Transfer

Un
it
Đơn

v
ị
truyền

tối

đa

Node-B

Node

B

Nút

B

của

mạng

3G

OSI

Open

Systems

Interconection

Mô

hình
t
ham

chiếu

“liên

kết

hệ thống

mở"

PCF

policy

control

function;

packet
control

function

Chức

năng

điều

khiển

chính

sách; (hoặc

gói)

PCSs

Personal

Communications

Systems

Các

hệ

thống
li
ên
l
ạc

cá

nhân

PDCP

Packet

Data

Convergence

Protocol

Giao

thức

hội
t
ụ

dữ

liệu

gói

PDP

Policy

Decision

Point;

Packet

Data

Protocol

Điểm

quyết

định

chính

sách;

giao thức

dữ

liệu

gói

PDU

Protocol

Data

Unit

Đơn

v
ị
dữ

liệu

giao
t
hức

PHB

Per-Hop

Behavior

Bộ

hành

vi

trên
t
ừng

chặng

PLMN

Public

Land

Mobile

Network

Mạng

di

động

mặt

đất

công

c
ộng

PQ

Priority

Queue

Hàng

đợ
i
ưu

tiên

PS

Packet

Switching

Chuyển

mạch

gói

PSTN

Public

Switched

Telephone

Network

Mạng

viễn

thông

chuyển

mạch

công cộng

QoE

Quality

of

Experience

Chất
l
ượng

trải

nghiệm

QoS

Quality

of

Service

Chấ
t l
ượng

dịch

vụ

RAB

Radio

Access

Bearer

Kênh

mang

truy

cập

vô

tuyến

RED

Random

Early

Detection

Phá
t
hiện

sớm

ngẫu

nhiên

RL

Reverse

Link

Đường

xuống

RLC

Radio

Link

Control

protocol

Giao

thức

điều

khiển

kênh

truyền

vô tuyến

RNC

Radio

Network

Controller

Bộ

điều

khiển

mạng

di

động

RNS

Radio

Network

Subsystem

Hệ

thống

con

mạng

vô

tuyến

RRC

Radio

Resource

Contro
l
Điều

khiển
t
ài

nguyên

vô

t
u
y
ến

Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

ix
RSVP

Resource

Reservation

Protocol

Giao

thức

dành

sẵn

tà
i
ng
u
y
ên

SDP

Session

Description

Protocol

Giao

thức

mô
t
ả

phiên

SDU

Service

Data

Unit

Đơn

v
ị
dữ

liệu

dịch

vụ

SGSN

Serving

GPRS

Support

Node

Nút

hổ

trợ

phục

vụ

GPRS

SLA

Service

level

agreemen
t
Thỏa

thuận

mức

dịch

vụ

SMR

Specialized

Mobile

Radio

Vô

tuyến

di

động

chuyên

biệ
t

SMS

Short

Message

Service

Dịch

vụ

nhắn

tin

ngắn

SRNC

Serving

RNC

RNC

phục

vụ

TACS

Total

Access

Communications

System

Hệ

thống
li
ên
l
ạc

truy

cập

hoàn

toàn

TCP

Transmission

Control

Protocol

Giao

thức

điều

khiển

phá
t
TDD

Time

Division

Duplex

Song

công

phân

chia

theo
t
ần

s
ố

TDMA

Time

Division

Multiple

Access

Đa

truy

cập

phân

chia
t
heo

th
ờ
i
g
ian

ToS

Type

Of

Service

Loạ
i
dịch

vụ

TTI

Transmission

Time

Interval

Khoảng

thờ
i
gian

truyền

UE

User

Equipment

Thiết

bị

ngườ
i
sử

dụng

UL

Uplink

Hướng
l
ên

UM

Unacknowleged

Mode

Không

xác

nhận

UMTS

Universal

Mobile

Telecommunications

Sys
t
em

Hệ

thống

viễn

thông

di

động

toàn cầu

UPD

User

Datagram

Protoco
l
Giao

thức

dữ
li
ệu

ngườ

i
dùng

UTRAN

UMTS

Terestrial

Radio

Access

Network

Mạng

truy

cập

vô

tuyến

mặ
t
đấ
t
UMTS

VLR

Visistor

Location

Register

Thanh

ghi

tạm trú

VoIP

Voice

Over

Internet

Protocol

Giọng

nó
i
truyền

trên

mạng

IP

VPN

IP

virtual

private

Network

Mạng

riêng

ảo

IP

WAP

Wireless

Application

Protocol

Giao

thức

ứng

dụng

không

d
â
y

WCDMA

W
i
deband-CDMA

CDMA

băng

rộng

WFQ

Weighted

Fair

Queuing

Hàng

đợ
i
luân

phiên

có

trọng

số

theo thờ
i
gian

hoàn

thành

WRED

Weight

Random

Early

Detection

Phá
t
hiện

sớm

ngẫu

nhiên

theo

trọng số

WRR

Weighted

Round

Robin

queuing

Hàng

đợ
i
quay

vòng

trọng

số

Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

x

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Tiến trình phát triển các thế hệ thông tin di động 2
Hình 1.2: Tiến trình phát triển các hệ thống TTDĐ lên 3G 5
Hình 1.3: Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA 6
Hình 1.4: Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA 2000 6
Hình 1.5: Quá trình phát triển chuẩn GSM 7
Hình 1.6: Giai đoạn phát triển các phiên bản 3G/UMTS 10
Hình 1.7: Kiến trúc 3G UMTS
.

10
Hình 1.8: Kiến trúc (a) và dịch vụ (b) của hệ thống UMTS/Rel 99. 15
Hình 1.9: Kiến trúc (a) và dịch vụ (b) của hệ thống UMTS/Rel 4. 16
Hình 1.10: Kiến trúc (a) và dịch vụ (b) của hệ thống UMTS/Rel 5. 18
Hình 1.11: Kiến trúc (a) và dịch vụ (b) của hệ thống UMTS/Rel 6. 19
Hình 1.12: Kiến trúc (a) và dịch vụ (b) của hệ thống LTE/Rel8 21
Hình 2.1: Các dịch vụ mạng thế hệ 3 và khả năng kinh doanh 26
Hình 2.2: Cấu trúc phương pháp hài hòa các yêu cầu với QoS 29
Hình 2.3 Chất lượng End-to-End QoS 30
Hình 2.4: Mô hình tham khảo “QoS đầu cuối-đến-đầu cuối”(QoS end-to-end).32
Hình 2.5: Mô hình xác định các tham số chất lượng dịch vụ thông tin di động. 50
Hình 2.6: Cấu trúc lớp chất lượng dịch vụ trong mạng UMTS 53
Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý quản lý chất lượng dịch vụ mạng di động 54
Hình 3.1: Quản lý QoS trong mạng truy nhập 3G/ UMTS 57
Hình 3.2: Cơ chế QoS trong kênh mang vô tuyến 58
Hình 3.3: Kiến trúc mạng đa phương tiện 3G /UMTS 67
Hình 3.4: Mô hình tích hợp dịch vụ Intserv 68
Hình 3.5: Mô hình các bước phân biệt dịch vụ DiffServ 72
Hình 3.6: Xử lý gói trong mô hình DiffServ 73
Hình 3.7: Miền phân biệt dịch vụ DS 74
Hình 3.8: Xử lý chuyển tiếp nhanh EF PHB 76
Hình 3.9: Dịch vụ phân biệt với PHB và TCA 79
Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

xi
Hình 3.10: Các khối chức năng QoS trong phần tử mạng lõi chuyển mạch gói . 80
Hình 3.11: Thực hiện phân bổ nhãn qua RSVP-TE 85
Hình 3.12: Cấu trúc bản tin RSVP-TE 86

Hình 3.13: Cấu trúc mạng lõi của Vinaphone 91
Hình 3.14: Cấu trúc mạng VPN2 92

Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

xii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thuộc tính dịch vụ lớp kênh mang 39
Bảng 2.2 Phân loại các dịch vụ ở 3G/
UMTS.
42
Bảng 2.3 Phân loại khả năng di chuyển của đầu cuối di động 43
Bảng 2.4 Chất lượng dịch vụ dự kiến cho các dịch vụ đàm thoại và thời gian
thực 44
Bảng 3.1 Tham số đánh giá năng lực mạng IP cho các loại dịch vụ khác nhau 66
Bảng 3.2 Các khối điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP 75
Bảng 3.3 Chi tiết các phân lớp chuyển tiếp đảm bảo AF PHB 77
Bảng 3.4 Ánh xạ các thuộc tính 3GPP QoS sang IETF Diffserv 80
Bảng 3.5 So sánh sự khác nhau
IntServ

và

DiffServ
81
Bảng 3.6 Các lớp lưu lượng IP/MPLS Vinaphone 95
Bảng 3.7 Các lớp lưu lượng Qos UMTS Vinaphone 96

Bảng 3.8 Miền CS chuyển mạch kênh 97
Bảng 3.9 Miền PS chuyển mạch gói 98
Bảng 3.10 Các tham số KPI chất lượng mạng 99
Bảng 3.11 Các tham số chất lượng dịch vụ của mạng Vinaphone 102
Bảng 3.12 Kết quả đo kiểm các tham số chất lượng dịch vụ KPI của mạng
Vinaphone Trà Vinh 104






Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

1
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MẠNG VÀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS/ HSPA/HSPA
+
/LTE

Nhu cầu trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống xã hội, đặc
biệt với xã hội hiện đại ngày nay thông tin trao đổi về mọi lĩnh vực phải đảm bảo
các yếu tố như tốc độ nhanh chóng, tiện lợi và độ chính xác cao. Với nhu cầu như
vậy, thông tin di động ngày nay đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông
phát triển nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận nhất cho các nhà khai thác. Sự phát
triển của thị trường viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu và
triển khai các hệ thống thông tin di động mới trong tương lai. Trong chương 1

này tập trung giới thiệu tổng quan về quá trình phát triển của hệ thống thông tin
di động từ khi mới xây dựng đến thế hệ thứ mới. Khái quát về hệ thống thông tin
di động thứ ba, bao gồm cấu trúc chung của mạng, sự phát triển của các phiên
bản và các dịch vụ mạng.










Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

2
1.1. TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG
1.1.1. Các thế hệ phát triển của hệ thống thông tin di động
Trong những năm gần đây, công nghệ không dây là chủ đề được nhiều
chuyên gia quan tâm trong lĩnh vực máy tính và truyền thông. Trong thời gian
này công nghệ này được rất nhiều người sử dụng và đã trải qua rất nhiều thay đổi.
Quá trình thay đổi thể hiện qua các thế hệ được miêu tả trong hình 1.1

Hình 1.1. Tiến trình phát triển các thế hệ thông tin di động

* Thế hệ thứ nhất (1G)
Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 chỉ hỗ trợ các dịch vụ thoại tương tự và
sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người, và sử
dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA). Với FDMA, khách




1G
+ Thông tin di động
cơ sở
+ Các dịch vụ cơ bản
+ Không tương thích

2G
+ Thông tin di động
phát triển (Roaming)

+ Dịch vụ lớn hơn
(xuất hiện số liệu)
+ Dần đến toàn cầu
3G
+ Roaming (khôngdây)
trực tiếp
+ Khái niệm mô hình dịch vụ
+ Truy nhập vô tuyến toàn cầu
+ Tính toàn cầu hóa

4G
+ Thông tin di động trên cơ sở
giao thức IP
+ Tốc độ truyền số liệu rất cao
+ Hợp nhất đầy đủ liên lạc thoại
& số liệu

1980

1990
Hoàn
thi
ện
2010
Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

3
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 số thuê bao nhiều hơn số lượng kênh tần số
có thể, thì một số người bị chặn lại không được truy cập.
Đặc điểm:
 Mỗi MS được cấp phát một đôi kênh liên lạc trong suốt thời gian thông
tuyến.
 Nhiễu giao thoa do các kênh lân cận là đáng kể.
 BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS.
* Thế hệ thứ hai (2G)
Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, 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 phương pháp điều chế số
và 2 phương pháp đa truy cập :
 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA
 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA
Việc các thuê bao trong cùng cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị
truyền dẫn đơn giản và việc thay đổi , chuyển giao, điều khiển dung lượng cell
thực hiện rất linh hoạt
* Thế hệ thứ ba (3G)
Để đáp ứng kịp thời các dịch vụ ngày càng phong phú và đa dạng của người
sử dụng, từ đầu thập niên 90 người ta đưa ra hệ thống thông tin di động tổ ong thế
hệ thứ 3. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 với tên gọi ITM-2000 đưa ra các
mục tiêu chính sau:
 Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như truy cập
Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

4
Internet nhanh hoặc các dịch vụ đa phương tiện
 Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân và điện
thoại vệ tinh. Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ sóng của
các hệ thống thông tin di động
 Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự
phát triển liên tục của thông tin di động
3G hứa hẹn tốc độ truyền dẫn lên tới 2.05 Mbps cho người dùng tĩnh , 384
Kbps cho người dùng di chuyển chậm và 128 Kbps cho người dùng trên moto.
Công nghệ 3G dùng sóng mang 5MHz chứ không phải là sóng mang 200KHz
như của CDMA nên 3G nhanh hơn rất nhiều so với công nghệ 2G và 2,5G. Nhiều
tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 ITM-2000 đã được đề xuất,
trong đó 2 hệ thống WCDMA và cdma-2000 đã được ITU chấp thuận và đang
được áp dụng trong những năm gần đây. Các hệ thống này đều sử dụng công
nghệ CDMA, điều này cho phép thực hiện têu chuẩn toàn thế giới cho giao diện
thông tin vô tuyến.

* Thế hệ thứ tư (4G)
Các nhà cung cấp dịch vụ và người dùng đều luôn mong muốn và hướng tới
các công nghệ không dây có thể cung cấp được nhiều loại hình dịch vụ hơn với
tính năng và chất lượng dịch vụ cao hơn. Với cách nhìn nhận này, Liên minh
Viễn thông quốc tế (ITU) đã và đang làm việc để hướng tới một chuẩn cho mạng
di động tế bào mới thế hệ thứ tư 4G. ITU đã lên kế hoạch để có thể cho ra đời
chuẩn này một vài năm tới. Công nghệ này sẽ cho phép thoại dựa trên IP, truyền
số liệu và đa phương tiện với tốc độ cao hơn rất nhiều so với các công nghệ của
mạng di động hiện nay. Về lý thuyết, theo tính toán dự kiến tốc độ truyền dữ liệu
có thể lên tới 288 Mb/s.

Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

5
1.1.2. Xu hướng phát triển hệ thống thông tin di động 3G
Trên hình vẽ 1.2 cho thấy các hệ thống thông tin di động 3G phát triển theo
hai hướng chính:

Hình 1.2. Tiến trình phát triển các hệ thống TTDĐ lên 3G

1.1.2.1. Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA
WCDMA là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G của IMT-2000 được phát
triển chủ yếu ở Châu Âu với mục đích cho phép các mạng cung cấp khả năng
chuyển vùng toàn cầu và để hỗ trợ nhiều dịch vụ thoại, dịch vụ đa phương tiện.
Các mạng WCDMA được xây dựng dựa trên cơ sở mạng GSM, tận dụng cơ sở hạ
tầng sẵn có của các nhà khai thác mạng GSM. Quá trình phát triển từ GSM lên
WCDMA qua các giai đoạn trung gian, có thể được tóm tắt như hình 1.3:


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

6

Hình 1.3 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA

1.1.2.2. Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ CDMA 2000
Hệ thống CDMA 2000 gồm một số nhánh hoặc giai đoạn phát triển khác

nhau để hỗ trợ các dịch vụ phụ được tăng cường. Nói chung CDMA 2000 là một
cách tiếp cận đa sóng mang cho các sóng có độ rộng n lần 1,25MHz hoạt động ở
chế độ FDD. Nhưng công việc chuẩn hoá tập trung vào giải pháp một sóng mang
đơn 1,25MHz (1x) với tốc độ chip gần giống IS-95. CDMA 2000 được phát triển
từ các mạng IS-95 của hệ thống thông tin di động 2G, có thể mô tả quá trình phát
triển đó như hình 1.4:

Hình 1.4 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA 2000

1.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
UMTS
Hệ thống thông tin di động UMTS là sự kế thừa của hai hệ thống GSM và
GPRS, là kết quả của việc đưa ra các công nghệ truyền dữ liệu và thoại. Trên
hình 1.5 chỉ ra quá trình phát triển chuẩn GSM qua 1 số phiên bản:








Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

7

Hình 1.5 : Quá trình phát triển chuẩn GSM

1.2.1. Các công nghệ trước WCDMA theo nhánh GSM
1.2.1.1. Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD (High-Speed
Circuit-Switched Data)
High-Speed Circuit-Switched Data (HSCSD), phiên bản mở rộng của mạch
chuyển dữ liệu CSD (Circuit Switched Data), chính là cơ chế truyền dữ liệu của
mạng GSM. Một trong những cải tiến HSCSD là khả năng sử dụng nhiều khe
thời gian cùng một lúc. Sử dụng tối đa là bốn khe thời gian, nó có thể cung cấp
tốc độ truyền tải tối đa tăng lên đến 57,6 kbit/s (tức là, 4 × 14,4 kbit/s) và ngay cả
trong điều kiện truyền phát xấu nơi mà một mức cao hơn của việc sửa lỗi cần
dùng đến, vẫn có thể cung cấp tốc độ tăng bốn lần so với CSD (38,4 kbit/s so với
9,6 kbit/s). Bằng cách kết hợp đến tám khe thời gian GSM công suất có thể được
tăng lên đến 115 kbit/s.Công nghệ này là bước đầu theo hướng tăng tốc độ truyền
dữ liệu cho việc sử dụng dịch vụ truyền dữ liệu mới.


1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
Năm

Bước 1

Bước 2

Phát
hành 96
Phát
hành 97
Phát
hành 98
HSCSD
GPRS
EDGE
Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

8
1.2.1.2. Công nghệ GPRS (General Packet Radio Service)
GPRS là dịch dụ vô tuyến gói chung, truyền dữ liệu theo mạng chuyển mạch
gói song song với truyền thoại trong chế độ chuyển mạch kênh và đảm bảo truyền
dữ liệu với vận tốc lên đấn 115 kbit/s
Công nghệ GPRS khác với công nghệ HSCSD yêu cầu các thiết bị đầu cuối
mới trợ giúp cho công nghệ:
o Thiết bị đầu cuối loại A đồng thời có thể hỗ trợ sử dụng lưu lượng thuê
bao ở chế độ chuyển mạch gói và chế độ chuyển mạch kênh.
o Thiết bị đầu cuối loại A đồng thời có thể hỗ trợ sử dụng lưu lượng thuê
bao ở chế độ chuyển mạch gói hoặc chế độ chuyển mạch kênh.
o Thiết bị đầu cuối loại C có thể hỗ trợ sử dụng lưu lượng thuê bao ở chế
độ chuyển mạch gói .
1.2.1.3. Công nghệ EDGE
EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), đôi khi còn gọi

à Enhanced GPRS (EGPRS), là một công nghệ di động được nâng cấp từ
GPRS cho phép truyền dữ liệu với tốc độ có thể lên đến 384 kbit/s cho người
dùng cố định hoặc di chuyển chậm và 144kbit/s 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.
EDGE cung cấp cho chúng ta một dung lượng dữ liệu gấp 3 lần GPRS. Khi
sử dụng EDGE nhà điều hành có thể quản lý được hơn gấp 3 lần số thuê bao đối
với GPRS, và gấp 3 lần giá trị dữ liệu trên một thuê bao, thêm một dung lượng
đáng kể cho truyền thông thoại. EDGE sử dụng cấu trúc khung dữ liệu, kênh lô-
gic,và băng thông sóng mang 200 kHz giống như TDMA (Xử-lý-nhân-chia-thời-
gian) dùng trong mạng GSM hiện nay, cho phép nó phủ sóng trực tiếp trên nền
Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

9
GSM hiện có. Đối với một số mạng GSM/GPRS hiện nay, EDGE thực chất chỉ là
một sự nâng cấp phần mềm.
EDGE cho phép truyền tải các dịch vụ di động tiên tiến như tải video, clip
nhạc, tin nhắn đa phương tiện hoàn hảo, truy cập internet, e-mail di động tốc độ
cao.
1.2.2 Kiến trúc và dịch vụ các phiên bản mạng thông tin di động 3G/
UMTS
ETSI là tổ chức tiêu chuẩn thông tin di động GSM trong những năm 1980 và
1990. ETSI còn xây dựng cấu trúc chuẩn hóa mạng GPRS. Chuẩn cuối cùng
ETSI xây dựng năm 1998.
3GPP thành lập năm 1998 là tổ chức kết hợp của các tổ chức tiêu chuẩn hóa:

châu Âu, Nhật, Nam Triều tiên, Mỹ và Trung quốc. Mục đích chuẩn hóa hệ thống
thông tin di động 3G theo định hướng:
 Phần truy nhập vô tuyến sử dụng WCDMA và TD-CDMA.
 Phần mạng lõi phát triển từ GSM, kế thừa những những tiêu chuẩn ETSI
do SMG xây dựng.
 Đến năm 2001, sau khi hoàn thành phiên bản 3GPP R99, 3GPP chia
thành hai tổ chức:
 3GPP: xây dựng các tiêu chuẩn phát triển mạng lõi, dịch vụ, cấu trúc hệ
thống, truy cập radio WCDMA và TD-CDMA.
 ETSI SMG: phát triển truy nhập radio GSM và EDGE.
Trong đó 3GPP xây dựng các bộ tiêu chuẩn trên cơ sở năm. Phiên bản đầu
tiên là 3GPP Release 99 (3GPP R99). Đến nay 3GPP đã có các phiên bản đã và
đang được các nhà khai thác trên thế giới áp dụng, sự phát triển của các phiên bản
được miêu tả trong hình 1.6:



Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

10

Hình 1.6: Giai đoạn phát triển các phiên bản 3G/UMTS

1.2.2.1 Kiến trúc cơ bản của mạng 3G/UMTS

Hình 1.7 Kiến trúc 3G UMTS
.
Trên hình 1.7 thể hiện cấu trúc cơ bản của mạng 3G/UMTS bao gồm 3
phần:

- Thiết bị người sử dụng (UE) bao gồm: thiết bị đầu cuối (TE), thiết bị di
động
(ME), modul nhận dạng thuê bao UMTS
(USIM);

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
IMS
Phas 1
IMS
Phas 2

3GPP Release 4
3GPP Release 5
3GPP Release 6
3GPP Release 7
3GPP Release 8
3GPP Release 99