giải pháp nâng cấp mạng gsm lên thành wcdma (3g)

Đồ Án Chuyên Nghành
MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu
Các từ viết tắt
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 1
TÀI LIỆU THAM KHẢO 1
PHỤ LỤC 1
Chương 1 7
TỔNG QUAN MẠNG GSM 7
Chương 3 32
NÂNG CẤP MẠNG GSM LÊN WCDMA 32
Chương 4 43
QUY HOẠCH MẠNG GSM 43
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 1
Đồ Án Chuyên Nghành
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 1
TÀI LIỆU THAM KHẢO 1
PHỤ LỤC 1
Chương 1 7
TỔNG QUAN MẠNG GSM 7
1.1 Giới thiệu chương 7
1.2 Thành phần của mạng GSM 7
Hình 1-1 Mô hình hệ thống thông tin di động GSM 7
1.3 Kiến trúc địa mạng GSM 12
Hình 1-2 Kiến trúc địa lí trong GSM 12
Error: Reference source not found Hình 1-3 Phân bố cell trong GSM 13
1.4 Kỹ thuật vô tuyến số trong GSM 13

Hình 1-4 Phân loại kênh logic 16
1.5 Quá trình xử lý tín hiệu thoại trong mạng GSM 17
Hình 1-5 Quá trình phát và thu tín hiệu tại MS và BTS 17
Bộ mã hoá kênh thêm 3 bits parity vào mỗi 50 bít rất quan trọng (mã hoá khối) tạo thành 53
bít , 53 bít này cộng thêm 132 bít quan trọng và 4 bít đuôi tiếp tục được mã hoá chập thành
378 bít (bộ mã chập với tỷ lệ 1/2 ). Sau đó 378 bit này cộng với 78 bit còn lại thành khung
tiếng nói 456 bit mỗi 20ms tương ứng 22.8kbps.Khung tiếng nói 456 bit này tiếp tục được
đan xen.Error: Reference source not found Hình 1-6 Mã hóa tín hiệu thoại 17
1.6 Kết luận chương 1 20
2.1 Giới thiệu chương 21
2.2 Giới thiệu về công nghệ WCDMA 21
2.3 Cấu trúc mạng W-CDMA 22
Hình 2-1 cấu trúc mạng UMTS/WCDMA 23
2.4 Các giao diện vô tuyến 25
2.5 Các kỹ thuật sử dụng trong WCDMA 26
Hình 2-3 Dạng sóng tín hiệu DS/SS 29
Hình 2-4 Kĩ thuật trải phổ DS/SS trong miền tấn số 30
Hình 2-5a Sơ đồ trải phổ DS/SS 31
Hình 2-5b Quá trình giải trải phổ và lọc tín hiệu của người sử dụng k từ K tín hiệu 31
Chương 3 32
NÂNG CẤP MẠNG GSM LÊN WCDMA 32
3.1 Giới thiệu chương 32
3.2 Lộ trình nâng cấp GSM lên WCDMA 32
Hình 3-1 các giai đoạn nâng cấp GSM lên WCDMA 32
3.3 Mạng GPRS 33
Hình 3-4 Cấu trúc dữ liệu GPRS 37
3.4 EDGE (Enhanced Data rate for GSM Evolution) 38
3.5 Kết luận chương 3: 41
Chương 4 43
QUY HOẠCH MẠNG GSM 43

4.1 Giới thiệu chương 43
4.2 Khái niêm lưu lượng trong mạng GSM 43
SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 2
Đồ Án Chuyên Nghành
Hình 4-2 Lưu lượng: cần truyền, được truyền, nghẽn 44
Hình 4-3 Xác suất nghẽn GoS 45
4.3 Mô hình truyền sóng vô tuyến 46
Hình 4-3 Các đại lượng trong mô hình Walfish–Ikegami 48
Hình 4-4 Orientation angle 49
Hình 4-5: Lori vesus orientation angle 49
Hình 4-6 Additional rays 50
4.4 Quy hoạch Cell 51
Hình 4-7 Omni (3600) Cell site 52
Hình 4-8 Sector hóa 1200 53
Hình 4-9 Phân chia Cell 53
Hình 4-10 Các Omni (3600) Cells ban đầu 54
Hình 4-11 Giai đoạn 1 :Sector hóa 55
Hình 4-12 Tách chia 1:3 thêm lần nữa 55
Hình 4-13 Tách chia 1:4 (sau lần đầu chia 3) 56
4.5 Quy hoạch tần số 56
Hình 4-14 Nhi•u đồng kênh với cell lục giác 57
Hình 4-15 Sơ đồ tính C/I 57
4.6 Kết luận chương 58
SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 3
Đồ Án Chuyên Nghành
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay ,trong mạng vi•n thông quốc tế nói chung và mạng vi•n thông Việt
Nam nói riêng ngày càng phát triển ,cùng với sự phát triền của xã hội thì mạng thông
tin di động có những đóng góp quan trọng không thể thiếu vào hệ thống thông tin liên
lạc toàn cầu ,kết nối con người với con người… đáp ứng mọi nhu cầu thông tin ,dịch

vụ phong phú da dạng của xã hội .
Thông tin di động là ngành công nghiệp vi•n thông phát triển nhanh nhất với
con số thuê bao đã đạt đến 3,6 tỷ tính đến cuối năm 2008. Trao đổi thông tin là nhu cầu
thiết yếu trong xã hội hiện tại. Các hệ thống thông tin di động ra đời tạo cho con người
khả năng thông tin mọi lúc, mọi nơi. Phát triển từ hệ thống thông tin di động tương tự,
các hệ thống thông tin di động số thế hệ 2 (2G) ra đời với mục tiêu chủ yếu là hổ trợ
dịch vụ thoại và truyền số liệu tốc độ thấp. Hệ thống thông tin di động động 2G đánh
dấu sự thành công của công nghệ GSM . Trong tương lai, nhu cầu các dịch vụ số liệu
sẻ ngày càng tăng và có khả năng vượt quá nhu cầu thông tin thoại. Hệ thống thông tin
di động thế hệ 3 (3G) ra đời nhằm đáp ứng các nhu cầu các dịch vụ số liệu tốc độ cao
như: điện thoại thấy hình, video streamming, hội nghị truyền hình, nhắn tin đa phương
tiện (MMS)…
Đến nay, mạng thông tin di động không ngừng vươn lên và mở rộng hơn nữa để
đáp ứng mọi nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng cao ,cũng như chất lượng dịch vụ
cũng đòi hỏi ngày càng tốt hơn… với sự ứng dụng ngày càng rộng rãi các thiết bị
thông tin di động thể hệ ba, thông tin di động có thể cung cấp nhiều hình loại dịch vụ
đòi hỏi tốc độ số liệu cao cho người sử dụng kể cả các chức năng camera, MP3 và
PDA….nên em quyết định chọn đề tài này .
Nội dung đồ án gồm 4 chương :
Chương 1 trình bày tổng quan về mạng GSM , các thành phần mạng GSM ,kiến
trúc mạng ,kỹ thuật vô tuyến số , quá trình xử lí tín hiệu thoại…
SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 4
Đồ Án Chuyên Nghành
Chương 2 trình bày tổng quan mạng UMTS/WCDMA , giới thiệu công nghệ ,
cấu trúc mạng , giao diện vô tuyến ,các kĩ thuật sử dụng trong WCDMA
Chương 3 lộ trình nâng câp GSM lên WCDMA , tổng quan mạng GPRS ,
EDGE
Chương 4 trình bày quy hoạch mạng GSM , mô hình truyền sóng vô tuyến , quy
hoạch cell , tần số .
Mặc dù đã cố gắng trong quá trình tìm hiểu và làm đồ án ,nhưng do thời gian có

hạn , đồ án chưa thể đi sâu vào nhiều khía cạnh kĩ thuật khác , còn có nhiều thiếu sót ,
mong các thầy cô chỉ bảo , giúp đỡ .
Qua đây em xin chân thành cảm ơn đến thầy giáo TS. Nguyễn Văn Cường đã
trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đồ án chuyên ngành vi•n thông này .

Sinh viên thực hiện
Võ Thanh Sơn
SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 5
Đồ Án Chuyên Nghành
BẢNG TRA TỪ VIẾT TẮT
3G Third Generation – Thếhệthứba
ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ
BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc
BSS Base Station Subsystem Phân hệtrạm gốc
BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập theo phân mã
EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution Tốc độ dữ liệu cao
GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợcổng GPRS
GPRS General Packet Radio Service Dịch vụvô tuyến gói chung
GSM Global System for Mobile Communications Hệthống GSM
HLR Home Location Register Bộ đăng ký vị trí thường trú
IP Internet Protocol Giao thức Internet
MS Mobile Staion Máy di động
MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động
PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng
PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch gói
công cộng
RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến
SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗtrợphục vụGPRS
SMS Short Message Service Dịch vụnhắn tin ngắn

TCP Trasmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền
TDD Time Division Duplex Song công phân thời
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời
gian
UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệthống thông tin di động UMTS
VLR Visitor Location Register Bộ đăng ký vị trí tạm trú
WAP Wireless Application Protocol Giao thức ứng dụng vô tuyến
WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân mã băng rộng
SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 6
Đồ Án Chuyên Nghành
Chương 1
TỔNG QUAN MẠNG GSM
1.1 Giới thiệu chương
Mạng thông tin di động toàn cầu GSM mặc dầu đã được ứng dụng nhiều tuy nhiên
để hiểu rõ thật không đơn giản . Ở một chừng mực nào đó ta phải hiểu chức năng của
ba hệ thống cơ bản thuộc phần cứng mạng gồm: Hệ thống chuyển mạch , hệ thống trạm
gốc , trung tâm vận hành và bảo dưởng , sau đó là cấu trúc địa lý mạng gồm cell, nhóm
cell, vùng dịch vụ MSC/VLR… tiếp theo là các liên kết vô tuyến và các quá trình xử lý
tín hiệu thoại và cuối cùng là các thủ tục đăng nhập mạng.
1.2 Thành phần của mạng GSM
Sơ đồ mô hình của hệ thống GSM được mô ta như hình 1.1 dưới đây
Hình 1-1 Mô hình hệ thống thông tin di động GSM
Mạng thông tin di động công cộng mặt đất PLMN theo chuẩn GSM được chia
thành 4 phân hệ chính sau:
SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 7
Đồ Án Chuyên Nghành
• Trạm di động MS
• Phân hệ trạm gốc BSS
• Phân hệ chuyển mạch SS
• Phân hệ khai thác và bảo dưỡng

1. Trạm di động MS
Trạm di động MS bao gồm thiết bị trạm di động ME và một khối nhỏ gọi là
mođun nhận dạng thuê bao SIM. Đó là một khối vật lý tách riêng, chẳng hạn là một IC
Card hoặc còn gọi là card thông minh. SIM cùng với thiết bị trạm ME hợp thành trạm
di động MS. Card SIM có thể chống việc sử dụng trái phép bằng mật khẩu hoặc số
nhận dạng cá nhân PIN.
2. Phân hệ trạm gốc BSS
BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS bằng thiết bị BTS thông qua
giao diện vô tuyến. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài ở phân hệ
chuyển mạch SS . Tóm lại, BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờ vậy đấu
nối những người sử dụng các trạm di động với những người sử dụng vi•n thông khác .
BSS cũng phải được điều khiển, do đó nó được đấu nối với phân hệ vận hành và bảo
dưỡng OSS. Phân hệ trạm gốc BSS bao gồm :
• Trạm vô tuyến gốc BTS
• Khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU
• Khối điều khiển trạm gốc BSC
1.2.1.2 Trạm vô tuyến gốc BTS
Một BTS bao gồm các thiết bị thu /phát tín hiệu sóng vô tuyến, anten và bộ phận
mã hóa và giải mã giao tiếp với BSC. BTS là thiết bị trung gian giữa mạng GSM và
thiết bị thuê bao MS, trao đổi thông tin với MS qua giao diện vô tuyến. Mỗi BTS tạo ra
một hay một số khu vực vùng phủ sóng nhất định gọi là tế bào.
SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 8
Đồ Án Chuyên Nghành
1.2.1.3 Khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU
Khối thích ứng và chuyển đổi mã thực hiện chuyển đổi mã thông tin từ các kênh
vô tuyến (16 Kb/s) theo tiêu chuẩn GSM thành các kênh thoại chuẩn (64 Kb/s) trước
khi chuyển đến tổng đài. TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng
đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, tại đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong
trường hợp truyền số liệu. TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể được đặt
cách xa BTS và thậm chí còn đặt trong BSC và MSC.

1.2.1.4 Khối điều khiển trạm gốc BSC
BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển
từ xa . Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và chuyển giao.
Một phía BSC được nối với BTS , còn phía kia nối với MSC của phân hệ chuyển mạch
SS . Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa BTS và BSC là
giao diện Abis .
1. Phân hệ chuyển mạch NSS
NSS trong GSM là một mạng thông minh. NSS quản lý giao diện giữa người sử
dụng mạng GSM với người sử dụng mạng vi•n thông khác, nó bao gồm :
1.2.1.5 Trung tâm chuyển mạch di động MSC
Tổng đài di động MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số
các bộ điều khiển trạm gốc BSC. MSC thực hiện các chức năng chuyển mạch chính,
nhiệm vụ chính của MSC là tạo kết nối và xử lý cuộc gọi đến những thuê bao của
GSM, một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS và mặt khác giao tiếp với mạng ngoài
qua tổng đài cổng GMSC .
Chức năng chính của tổng đài MSC
• Xử lý cuộc gọi
• Điều khiển chuyển giao
• Quản lý di động
SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 9
Đồ Án Chuyên Nghành
• Tương tác mạng IWF : qua GMSC
1.2.1.6 Bộ ghi định vị thường trú HLR
HLR là cơ sở dữ liệu tham chiếu lưu giữ lâu dài các thông tin về thuê bao, các
thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ vi•n thông. HLR không phụ thuộc vào
vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về vị trí hiện thời của thuê bao.
HLR bao gồm :
• Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN
• Các thông tin về thuê bao
• Danh sách các dịch vụ mà MS được sử dụng và bị hạn chế

• Số hiệu VLR đang phục vụ MS
1.2.1.7 Bộ ghi định vị tạm trú VLR
VLR là cơ sở dữ liệu trung gian lưu trữ tạm thời thông tin về thuê bao trong vùng
phục vụ MSC/VLR được tham chiếu từ cơ sở dữ liệu HLR.
VLR bao gồm:
• Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN, TMSI.
• Số hiệu nhận dạng vùng định vị đang phục vụ MS .
• Danh sách các dịch vụ mà MS được và bị hạn chế sử dụng .
• Trạng thái của MS :bận, rỗi .
1.2.1.8 Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR
EIR có chức năng kiểm tra tính hợp lệ của ME thông qua số liệu nhận dạng di
động quốc tế IMEI và chứa các số liệu về phần cứng của thiết bị. Một ME sẽ có số
IMEI thuộc một trong ba danh sách sau:
• Nếu ME thuộc danh sách trắng thì nó được quyền truy nhập và sử dụng các dịch
vụ đã đăng ký.
SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 10
Đồ Án Chuyên Nghành
• Nếu ME thuộc danh sách xám tức là có nghi vấn và cần kiểm tra. Danh sách xám
bao gồm những ME có lỗi (lỗi phần mềm hay lỗi sản xuất thiết bị) nhưng không
nghiêm trọng tới mức loại trừ khỏi hệ thống .
• Nếu ME thuộc danh sách đen tức là bị cấm không cho truy nhập vào hệ thống,
những ME đã thông báo mất máy .
1.2.1.9 Khối trung tâm nhận thực AuC
AuC được nối đến HLR, chức năng của AuC là cung cấp cho HLR các tần số
nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật. Đường vô tuyến cũng được
AuC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã này được thay đổi riêng biệt cho
từng thuê bao. Cơ sở dữ liệu của AuC còn ghi nhiều thông tin cần thiết khác khi thuê
bao đăng ký nhập mạng và được sử dụng để kiểm tra khi thuê bao yêu cầu cung cấp
dịch vụ, tránh việc truy nhập mạng một cách trái phép.
1.2.1.10 MSC cổng

SS có thể chứa nhiều MSC, VLR, HLR. Để thiết lập một cuộc gọi đến người sử
dụng GSM, trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến một tổng đài cổng là GMSC
mà không cần biết đến hiện thời thuê bao đang ở đâu. Các tổng đài cổng có nhiệm vụ
lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý
thuê bao ở thời điểm hiện thời (MSC tạm trú) .
1. Phân hệ khai thác và hỗ trợ (OSS)
Hệ thống khai thác và hỗ trợ được nối đến tất cả các thiết bị ở hệ thống chuyển
mạch và nối đến BSC. Nó cung cấp hỗ trợ ít tốn kém cho khách hàng để đảm bảo công
tác bảo dưỡng khai thác tại chỗ. OSS có các tính năng chính như sau :
• Mô hình mạng logic được máy tính hóa.
• Các khai thác định hướng theo hành động.
• Các chức năng quản lý điều khiển theo thực đơn.
• Các phương tiện thu thập số liệu và xử lý.
SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 11
Đồ Án Chuyên Nghành
Mục đích chính của OSS là đảm bảo theo dõi tổng quan hệ thống và hỗ trợ các hoạt
động bảo dưỡng của các cơ quan khai thác và bảo dưỡng khác nhau.
1.3 Kiến trúc địa mạng GSM
Trong mọi mạng điện thoại, kiến trúc địa lý là nền tảng quan trọng để xây dựng
quy trình kết nối cuộc thoại đến đúng đích. Với mạng di động điều này càng quan trọng
hơn do người dùng luôn luôn thay đổi vị trí nên kiến trúc phải có khả năng theo dõi
được vị trí của thuê bao. Kiến trúc địa lí trong GSM được biểu di•n như hình 1-2
Hình 1-2 Kiến trúc địa lí trong GSM
1. Vùng mạng - tổng đài vô tuyến cổng GMSC
Các đường truyền giữa mạng GSM/PLMN và mạng PSTN/ISDN khác hay các
mạng PLMN khác sẽ ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế. Tất cả các cuộc gọi
vào mạng GSM/PLMN sẽ được định tuyến đến một hay nhiều GMSC. GMSC làm việc
như một tổng đài trung kế vào cho GSM/PLMN. Đây là nơi thực hiện chức năng hỏi
định tuyến cuộc gọi cho các cuộc gọi kết cuối di động. Nó định tuyến các cuộc gọi đến
đích nhận cuối cùng của chúng là các thuê bao di động bị gọi.

2. Vùng phục vụ MSC/VLR
Vùng phục vụ là một bộ phận của mạng do MSC quản lý. Để định tuyến một cuộc
gọi đến một thuê bao di động, đường truyền qua mạng sẽ nối đến MSC ở vùng phục vụ
mà thuê bao di động đang ở. Một vùng mạng GSM/PLMN sẽ được chia thành một hay
nhiều vùng phục vụ MSC/VLR
SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 12
Đồ Án Chuyên Nghành
3. Vùng định vị
Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị. Vùng định vị
là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR mà ở đó trạm di động có thể di chuyển tự do
mà không cần cập nhật thông tin về vị trí cho tổng đài MSC/VLR điều khiển vùng định
vị này. Trong vùng định vị một thông báo tìm gọi sẽ được phát quảng bá để tìm thuê
bao di động bị gọi. Vùng định vị có thể có một số ô và phụ thuộc một hay vài BSC
nhưng nó chỉ phụ thuộc một MSC/VLR
4. Cell
Vùng định vị được chia thành một số ô. Ô là vùng bao phủ vô tuyến được mạng
định danh bằng nhận dạng ô toàn cầu CGI . Trạm di động tự nhận dạng một ô bằng
cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc BSIC .
Error: Reference source
not found Hình 1-3 Phân bố cell trong GSM
1.4 Kỹ thuật vô tuyến số trong GSM
1. Phương pháp đa truy cập trong GSM
Hiện nay, GSM sử dụng 2 phương pháp truy cập kênh vật lý :
• Đa truy cập phân chia theo tần số FDMA : Phục vụ các cuộc gọi theo các kênh tần
số khác nhau.
• Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA : Phục vụ các cuộc gọi theo các khe
thời gian khác nhau.
GSM sử dụng kết hợp hai phương pháp đa truy cập là FDMA và TDMA. Dải tần
890 – 915MHz được sử dụng cho đường lên và 935 – 960MHz cho đường xuống
(GSM 900).

SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 13
Đồ Án Chuyên Nghành
Truyền dẫn vô tuyến ở GSM được chia thành các cụm Burst (chứa 156 bit:là một
đơn vị phát của GSM). Mỗi cụm được phát đi trong một khe thời gian 577μs ở trong
một kênh tần số có độ rộng 200 Khz nói trên. Mỗi một kênh tần số cho phép tổ chức
các khung thâm nhập theo thời gian, mỗi khung bao gồm 8 khe thời gian từ TS0 đến
TS7 .
2. Giao tiếp vô tuyến
Giao tiếp vô tuyến là khái niệm chỉ cấu trúc truyền dẫn giữa trạm di động và trạm
thu phát gốc. Mỗi kênh được đặc trưng bởi một tần số (sóng mang) gọi là kênh tần số
RFCH (Radio chanel) cho mỗi hướng thu phát và được gán cho một khung thời gian
trong TDMA để truyền dẫn thông tin theo hai hướng. Như vậy ta có tổng số kênh ở
GSM 900 là 124 tần số sóng mang cùng với 8 khe cho ra 992 kênh.
Một cặp RFCH (thu và phát) tại một khe thời gian được gọi là một kênh vật lý.
Một kênh nhìn theo quan điểm nội dung tin tức được gọi là kênh logic . Các kênh logic
được sắp xếp lên các kênh vật lý theo một nguyên tắc nhất định.
3. Kênh vật lý
Kênh vật lý tổ chức theo quan niệm truyền dẫn. Đối với TDMA GSM, kênh vật
lý là một khe thời gian ở một tần số sóng mang vô tuyến được chỉ định.
GSM 900 nguyên thủy
Dải tần số: 890 ÷ 915 MHz cho đường lên uplink .
935 ÷ 960 MHz cho đường xuống downlink .
Dải thông tần của một kênh vật lý là 200KHz. Dải tần bảo vệ ở biên cũng rộng
200KHz (mỗi biên 100KHz) .
F
ul
(n) = 890,0 MHz + (0,2 MHz) * n
F
dl
(n) = F

ul
(n) + 45 MHz (1.1)
Với 1 ≤ n ≤ 124
SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 14
Đồ Án Chuyên Nghành
Các kênh từ 1 ÷ 124 được gọi là các kênh tần số vô tuyến tuyệt đối ARFCN
(Absolute Radio Frequency Channel Number). Kênh 0 là dải phòng vệ.
Vậy GSM 900 có 124 tần số bắt đầu từ 890,2MHz. Mỗi dải thông tần là một khung
TDMA có 8 khe thời gian. Như vậy, số kênh vật lý ở GSM 900 là sẽ 992 kênh.
GSM mở rộng
Hệ thống GSM nguyên thủy được mở rộng mỗi bằng tần thêm 10 MHz (tương
đương 50 kênh tần số) thì được gọi là EGSM :
Dải tần số: 880 ÷ 915 MHz dành cho đường uplink.
925 ÷ 960 MHz dành cho đường downlink.
Dải thông tần của một kênh vật lý là 200KHz. Dải tần bảo vệ ở biên cũng rộng
200KHz (mỗi biên 100KHz) .
F
ul
(n) = 880 MHz +(0,2 MHz)*n
F
dl
(n) = F
ul
(n) + 45 MHz. (1.2)
Với 1 ≤ n ≤ 174
Các kênh từ 1 ÷ 174 được gọi là các kênh tần số vô tuyến tuyệt đối ARFCN . Kênh
0 là dải phòng vệ .
 DCS 1800
DCS 1800 có số kênh tần số tăng gấp 3 lần so với GSM 900
Dải tần số: 1710 ÷ 1785 MHz dành cho đường uplink.

1805 ÷ 1880 MHz dành cho đường downlink.
F
ul
(n) = 1710MHz + (0,2 MHz)*(n - 511)
F
dl
(n) = F
ul
(n) + 95 MHz (1.3)
Với 512 ≤ n ≤ 885.
SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 15
Đồ Án Chuyên Nghành
4. Kênh logic
Kênh logic được tổ chức theo quan điểm nội dung tin tức, các kênh này được đặt
vào các kênh vật lý. Các kênh logic được đặc trưng bởi thông tin truyền giữa BTS và
MS.
Có thể chia kênh logic thành hai loại tổng quát: các kênh lưu lượng TCH và các kênh
báo hiệu điều khiển CCH.
Hình 1-4 Phân loại kênh logic
a. Kênh lưu lượng TCH có hai loại TCH/F (Bm) và TCH/H (Lm) .
b. Kênh điều khiển CCH (Dm)
 Kênh quảng bá BCH là kênh đường xuống và được ấn định ở TS0 . Kênh
BCH bao gồm BCCH, SCH, FCCH
 Kênh điều khiển chung CCCH là kênh dùng cho cả đường lên và đường
xuống, để yêu cầu thiết lập kênh riêng hoặc tìm gọi MS . Bao gồm
RACH, PCH, AGCH
 Kênh điều khiển riêng DCCH là kênh dùng cả ở hướng lên và hướng
xuống, dùng để trao đổi bản tin báo hiệu, phục vụ cập nhật vị trí, đăng ký
và thiết lập cuộc gọi, phục vụ bảo dưỡng kênh. Kênh DCCH gồm:
SDCCH, SACCH, FACCH .

SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 16
Đồ Án Chuyên Nghành
1.5 Quá trình xử lý tín hiệu thoại trong mạng GSM
Hình 1-5 Quá trình phát và thu tín hiệu tại MS và BTS
1. Chuyển đổi A/D
Biến đổi tín hiệu thoại tương tự từ microphone sang tín hiệu PCM đều 13
bit/mẫu, tần số lấy mẫu 8 kHz để đưa đến bộ mã hoá.
2. Mã hoá tín hiệu tiếng nói
Để có thể cho ra tín hiệu tiếng nói 13kbps, bộ mã hoá tiếng nói này dựa trên
nguyên lý mã hoá phân tích - bằng cách -tổng hợp (Analysis -by-synthesis) thông qua
việc sử dụng phương pháp mã hoá dự đoán tuyến tính kích thích xung đều RPE-LPC.
Sau đó tín hiệu này được đưa đến bộ mã hoá kênh.
3. Mã hoá kênh
Mã hoá kênh truyền thêm các bit dư vào vòng dữ liệu, để bên thu có thể phát
hiện và sửa lổi bit sinh ra trong quá trình truyền. Thuật toán mã hoá tiếng nói đưa ra
một khối 260 bits mỗi 20ms.(tương ứng tốc độ 13kps)
Bộ mã hoá kênh thêm 3 bits parity vào mỗi 50 bít rất quan trọng (mã hoá
khối) tạo thành 53 bít , 53 bít này cộng thêm 132 bít quan trọng và 4 bít đuôi tiếp tục
được mã hoá chập thành 378 bít (bộ mã chập với tỷ lệ 1/2 ). Sau đó 378 bit này cộng
với 78 bit còn lại thành khung tiếng nói 456 bit mỗi 20ms tương ứng 22.8kbps.Khung
tiếng nói 456 bit này tiếp tục được đan xen.Error: Reference source not found Hình
1-6 Mã hóa tín hiệu thoại
4. Tạo loạn
Các lỗi bit thường xuất hiện thành chùm lỗi.Nhưng mã hoá kênh chỉ phát hiện
và sửa lỗi các bit đơn và các chùm lỗi ngắn.Phương pháp đan xen được sử dụng để loại
bỏ vấn đề này bằng cách tách các bit liên tiếp và truyền một cách không liên tiếp .
SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 17
Đồ Án Chuyên Nghành
5. Mật mã hoá
Mật mã hoá để bảo vệ (không hé mở) thông tin về user và báo hiệu tổng đài

giữa các BTS và các MS đối với các cá nhân muốn xâm phạm trái phép.
6. Cân bằng Viterbi
Mô hình truyền dẫn:
Bộ cân bằng Viterbi sẽ tạo mô hình toán học của kênh truyền dẫn .Số liệu được
truyền trong các burst ,đặt trong các khe thời gian 0.577ms .Ở giữa mỗi burst có một
mẫu bit S (chuổi huấn luyện ) được biết trước .Bằng cách so sánh các chuổi tuần tự đã
biết trong một bộ tương quan bên thu với mẫu bit nhận được (S’) ,bộ cân bằng sẽ tạo
nên một mô hình kênh .
Sau khi lập mô hình kênh ta sẽ phải tạo ra tất cả các chuỗi bit có thể có rồi đưa
chúng qua mô hình kênh chuỗi đầu vào mà từ đó nhận được chuỗi đầu ra giống nó nhất
gọi là chuỗi nguyên thuỷ hay chuỗi phát. Theo quy định của GMS, một bộ cân bằng
cần có khả năng xử lý một tín hiệu phản xạ tr• đến 14,8 micro giây tương ứngvới thời
gian của 4bit. Lúc này tín hiệu phản xạ lợi dụng để đạt hiệu quả thu cao hơn. Vậy với
các tín hiệu phản xạ tr• dưới 15µs nó cho ta thêm năng lượng để cải tạo tín hiệu thu.
Trên thực tế độ dài chuỗi N thường lớn lên phải được thực hiện nhiều so sánh và
mất nhiều thời gian tính toán gây một sự chậm tr• không cho phép. Để khắc phục khó
khăn này người ta phải sử dụng đến thuật toán Viterbi mà ở đó không cần phải thử tất
cả các chuỗi. Nguyên lý là khi tính toán ta loại bỏ các tổ hợp không có khả năng là tín
hiệu vào nhờ đó giảm được số lượng tính toán cần thiết .
7. Điều chế
SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 18
Máy phát
Máy thu
tối ưu
Kênh
Đồ Án Chuyên Nghành
GSM sử dụng phương pháp điều chế khóa dịch pha cực tiểu Gauss GMSK . Phương
pháp điều chế này thỏa mãn được các yêu cầu đặt ra :
• Phổ công suất đầu ra hẹp : Đảm bảo yêu cầu công suất ngoài băng phát xạ vào các
kênh lân cận nhỏ hơn 60 – 80 dB trong các kênh yêu cầu. Điều này là cần thiết để tránh

nhi•u các kênh lân cận gây ra trong quá trình truyền lan.
• Xác suất lỗi quá trình truyền lan nhỏ : Chỉ tiêu này bị ảnh hưởng bởi độ ẩm môi
trường cũng như tạp âm nhiệt và nhi•u. Vì thế yêu cầu công suất máy phát phải thấp .
• Nguồn sóng tái sử dụng cùng kênh trong vùng địa lý phải cao.
• Chỉ số khuếch đại tuyến tính nhỏ : Yêu cầu này rất cần thiết để tiết kiệm nguồn và
cải thiện hiệu quả tầng mang nhiều tần số : Yêu cầu này cần thiết để cho phép thâm
nhập bất cứ kênh vô tuyến nào được ấn định. Bộ tổng hợp tần số khóa pha với tần số
trung tâm có thể lập trình được thường được sử dụng cho mục đích này.
• Để có sự sắc bén và mềm dẻo hơn khi thay đổi pha, tín hiệu băng gốc được lọc
với bộ lọc thông dải vuông Gaussian.GMSK cung cấp một băng thông hẹp hơn MSK
bình thường ,nhưng sức chống nhi•u tốt hơn.
GMSK là phương pháp điều chế băng hẹp dựa trên kỹ thuật điều chế dịch pha,
thực hiện bằng cách nối dây chuyền một bộ lọc Gauss và bộ điều chế MSK. MSK
chính là phương pháp điều chế FSK liên tục (CPFSK) trong trường hợp hệ số điều chế
bằng 0.5.
FSK là phương pháp điều tần, nó biến đổi thông tin thành các tín hiệu tần số
trong sóng mạng, sau đó truyền đi. Có thể sử dụng bộ VCO để thực hiện FSK.
Để thiết lập một cuộc gọi đi hay nhận một cuộc gọi đến cần phải tiến hành
nhiều thủ tục báo hiệu khác nhau và cần sử dụng nhiều kênh truyền cho cả đường lên
và đường xuống .Mạng GSM có hai loại kênh truyền cơ bản được sử dụng đó là kênh
lưu lượng TCH –Traffic Channel và kênh điều khiển CCH-Control Channel .
Kênh lưu lượng dùng để mang âm thoại và dữ liệu .TCH sử dụng 26 khung đa
khung (nghĩa là một nhóm 26 khung TDMA)
SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 19
Đồ Án Chuyên Nghành
Kênh điều khiển có thể truy cập ở cả chế độ nghỉ và chế độ dành riêng .Các
kênh điều khiển sử dụng ở chế độ nghỉ trao đổi thông tin báo hiệu cần thiết để chuyển
qua chế độ dành riêng .Di động đã ở trong chế độ dành riêng giám sát các trạm gốc
xung quanh để trao tay (handover) và các thông tin khác .
Khi một thuê bao không ở trạng thái gọi, nó sẽ quét 21 kênh thiết lập trên tổng số 416

kênh. Sau đó nó chọn một kênh mạnh nhất và khóa ở kênh này. Sau 60s quá trình tự
định vị được lặp lại.
Khi thuê bao bật lên, thiết bị dò tần số GSM để tìm kênh điều khiển. Sau đó,
thiết bị đo cường độ của tín hiệu từ các kênh và ghi lại. Cuối cùng chuyển sang kết nối
với kênh có tín hiệu mạnh nhất
1.6 Kết luận chương 1
Chương 1 đã tìm hiểu một cách tổng thể về mạng GSM như :cấu trúc mạng , các
kỹ thuật vô tuyến số trong GSM, về các thủ tục đăng nhập hệ thống .
Từ đó nhận ra rằng Mạng GSM ngoài những ưu điểm mà nó mang lại, thì còn ẩn
chứa nhiều hạn chế mà trong đó có 2 yếu tố rất quan trọng đó là tốc độ thông tin mới
chỉ đạt 9.6kbps. Và mạng mới chỉ dừng lại ở mức đáp ứng nhu cầu về thông tin
thoại.Cho nên Việc nâng cấp mạng GSM lên 3G là điều tất yếu .Nhưng có nhiều con
đường để tiến tới 3G. Đối với Việt Nam chúng ta có thể lựa chọn con đường thích hợp
đó là nâng cấp từng bước GSM/GPRS/EDGE/WCDMA.
Không phủ nhận hoàn toàn cở sở hạ tầng sẵn có , từ đó tiết kiệm chi phí khá lớn,
và còn vì chúng ta không thể tiến thẳng lên 3G ngay đựơc vì vấn đề cấp phép về phổ
tần
SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 20
Đồ Án Chuyên Nghành
Chương 2
TỔNG QUAN MẠNG UMTS/WCDMA
2.1 Giới thiệu chương
Trong chương này sẽ giới thiệu về hệ thống thông tin di động UMTS/WCDMA
Tìm hiểu cấu trúc mạng ,các giao diện vô tuyến , cũng như các kĩ thuật sử dụng trong
WCDMA để đáp ứng nhu cầu ngày cao của người sử dụng mà các thế hệ mạng trước
không có được . Trong hệ thống thoong tin di động thứ 3 , các kênh cũng được mở
rộng so với mạng GSM , và cũng được đề cập trong chương này .
2.2 Giới thiệu về công nghệ WCDMA
Thế hệ di động thứ nhất là hệ thống di động tương tự. Hệ thống số, GSM, PDC,
CDMAOne(IS-95), là thế hệ di động thứ hai. Những hệ thống với ứng dụng của truyền

thông tiếng nói. Nhưng khi số khách hàng tăng lên, những ứng dụng đòi hỏi dung
lượng cao lớn hơn thì các thế hệ này không đáp ứng được. Do đó, thế hệ di động thứ 3
đã ra đời, với thiết kế để phục vụ truyền thông đa phương tiện.
WCDMA có các đặc điểm cơ bản:
Là hệ thống đa truy cập phân chia theo mã trải phổ trực tiếp, có tốc độ bit cao
(lên đến 2 Mbps).
Tốc độ chip 3,84 Mcps với độ rộng sóng mang 5 MHz, do đó hỗ trợ tốc độ dữ
liệu cao đem lại nhiều lợi ích như độ lợi đa phân tập.
Hỗ trợ tốc độ người sử dụng thay đổi liên tục. Mỗi người sử dụng cung cấp một
khung, trong khung đó tốc độ dữ liệu giữ cố định nhưng tốc độ có thể thay đổi từ
khung này đến khung khác.
Hỗ trợ hai mô hình vô tuyến FDD và TDD. Trong mô hình FDD sóng mang 5
MHz sử dụng cho đường lên và đường xuống, còn trong mô hình TDD sóng mang 5
MHz chia xẻ theo thời gian giữa đường lên và đường xuống.
SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 21
Đồ Án Chuyên Nghành
WCDMA hỗ trợ hoạt động không đồng bộ của các trạm gốc, do đó d• dàng phát triển
các trạm gốc vừa và nhỏ.
WCDMA sử dụng tách sóng có tham chiếu đến sóng mang dựa trên kênh hoa tiêu, do
đó có thể nâng cao dung lượng và vùng phủ.
WCDMA được thiết kế d• dàng nâng cấp hơn các hệ thống CDMA như tách sóng đa
người sử dụng, sử dụng anten thông minh để nâng cao dung lượng và vùng phủ.
WCDMA được thiết kế tương thích với GSM để mở rộng vùng phủ sóng và dung
lượng của mạng.
Lớp vật lý mềm dẻo d• thích hợp được tất cả thông tin trên một sóng mang.
Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1
Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến.
Hệ thống không cho phép trong băng TDD phát liên tục cũng như không tạo điều kiện
cho các kỹ thuật chống nhi•u các môi trường làm việc khác nhau.
Hệ thống thông tin di động thế hệ ba WCDMA có thể cung cấp các dịch vụ với tốc độ

bit lên đến 2 Mbps. Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn đối xứng và không
đối xứng, thông tin điểm đến điểm và thông tin đa điểm. Với khả năng đó, các hệ thống
thông tin di động thế hệ ba có thể cung cấp d• dàng các dịch vụ mới như: điện thoại
thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nó còn cung cấp các dịch vụ đa phương tiện khác.
2.3 Cấu trúc mạng W-CDMA
Hệ thống W-CDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS. Về mặt chức năng có
thể chia cấu trúc mạng W-CDMA ra làm hai phần : mạng lõi (CN) và mạng truy nhập
vô tuyến (UTRAN), trong đó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứng của mạng
GPRS còn mạng UTRAN là phần nâng cấp của W-CDMA.
Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống, trong W-CDMA còn có thiết bị người sử dụng (UE)
thực hiện giao diện người sử dụng với hệ thống. Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE và
UTRAN đều bao gồm những giao thức mới được thiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến
SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 22
Đồ Án Chuyên Nghành
W-CDMA, trái lại mạng lõi được định nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM. Điều này cho
phép hệ thống W-CDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM
Hình 2-1 cấu trúc mạng UMTS/WCDMA
1. Thiết bị người sử dụng UE
-Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ
thống. UE gồm hai phần :
-Thiết bị di động (ME : Mobile Equipment) : Là đầu cuối vô tuyến được sử
dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu.
-Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) : Là một thẻ thông minh chứa
thông tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu giữ các
khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối.
2. Mạng vô tuyến mặt đất UTRAN
Mạng vô tuyến mặt đất UTRA bao gồm nhiều hệ thống mạng con vô tuyến RNS
(Radio Network Subsystem). Một RNS gồm một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC và
các node B.
SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 23

Đồ Án Chuyên Nghành
Chức năng UTRAN
- Hỗ trợ các chức năng truy nhập vô tuyến, đặc biệt là chuyển giao mềm và các
thuật toán quản lý tài nguyên đặc thù của W-CDMA.
- Đảm bảo tính chung nhất cho việc xữ lý số liệu chuyển mạch kênh và chuyển
mạch gói bằng cách sử dụng giao thức vô tuyến duy nhất để kết nối từ UTRAN đến cả
hai vùng của mạng lõi.
- Đảm bảo tính chung nhất với GSM.
- Sử dụng cơ chế truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN
2.3.1.2 Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC
Là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển tài nguyên vô tuyến của UTRAN. RNC
điều khiển node B chịu trách nhiệm điều khiển tải và tránh tắc ngẽn cho các ô của
mình. Khi một MS UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên vô tuyến từ nhiều RNC thì các
RNC này sẽ có hai vai trò logic riêng bịêt
• RNC phục vụ (Serving RNC) : SRNC đối với một MS là RNC kết cuối cả đường
nối Iu để truyền số liệu người sử dụng và báo hiệu RANAP (phần ứng dụng
mạng truy nhập vô tuyến) tương ứng từ mạng lõi. SRNC cũng là kết cuối báo
hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến. Nó thực hiện xữ lý số liệu truyền từ lớp kết
nối số liệu tới các tài nguyên vô tuyến. SRNC cũng là CRNC của một node B
nào đó được sử dụng để MS kết nối với UTRAN.
• RNC trôi (Drif RNC) : DRNC là một RNC bất kỳ khác với SRNC để điều khiển
các ô được MS sử dụng. Khi cần DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân tập vĩ
mô. DRNC không thực hiện xữ lý số liệu trong lớp kết nối số liệu mà chỉ định
tuyến số liệu giữa các giao diện IUb và IUr. Một UE có thể không có hoặc có
một hay nhiều DRNC.
2.3.1.3 Node B
Thực hiện xử lý trên lớp vật lý của giao diện vô tuyến như mã hóa kênh, đan xen, thích
ứng tốc độ, trải phổ…Nó cũng thực hiện phần khai thác quản lý tài nguyên vô tuyến
SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 24
Đồ Án Chuyên Nghành

như điều khiển công suất vòng trong. Về phần chức năng nó giống như trạm gốc của
GSM.
1. Mạng lõi CN
Sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứng của mạng GSM/GPRS
2. Các mạng ngoài
- Mạng CS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh.
- Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
2.4 Các giao diện vô tuyến
Cấu trúc UMTS không định nghĩa chi tiết chức năng bên trong của phần tử mạng
mà chỉ định nghĩa giao diện giữa các phần tử logic. Cấu trúc giao diện được xây dựng
trên nguyên tắc là các lớp và các phần cao độc lập logic với nhau, điều này cho phép
thay đổi một phần của cấu trúc giao thức trong khi vẫn giữ nguyên các phần còn lại .
1. Giao diện UTRAN – CN, I
U
Giao diện I
U
là một giao diện mở có chức năng kết nối UTRAN với CN. Iu có hai
kiểu : Iu CS để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch kênh và Iu PS để kết nối
UTRAN với chuyển mạch gói.
2. Giao diện RNC – RNC, I
Ur
I
Ur
là giao diện vô tuyến giữa các bộ điều khiển mạng vô tuyến. Lúc đầu giao diện
này được thiết kế để hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC, trong quá trình phát triển
tiêu chuẩn nhiều tính năng đã được bổ sung và đến nay giao diện I
Ur
phải đảm bảo 4
chức năng sau :
- Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC.

- Hỗ trợ kênh lưu lượng riêng.
- Hỗ trợ kênh lưu lượng chung.
- Hỗ trợ quản lý tài nguyên vô tuyến toàn cầu
3. Giao diện RNC – Node B, I
Ub
Giao thức I
Ub
định nghĩa cấu trúc khung và các thủ tục điều khiển trong băng cho
SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 25