kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông trong mạng 3g

Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
LỜI NÓI ĐẦU
Trong ít năm gần đây, chúng ta đã và đang chứng kiến sự bùng nổ của các
dịch vụ viễn thông. Thành công của các nhà cung cấp dịch vụ không chỉ phụ thuộc
rất mạnh vào hạ tầng truyền dẫn mà còn bị chi phối bởi độ tin cậy của hệ thống điều
khiển chất lượng dịch vụ (QoS). Vấn đề QoS xuất hiện rất tự nhiên và đồng hành
với mạng viễn thông ngay từ khi các mạng còn ở trình độ sơ khai. Cùng với quá
trình phát triển các công nghệ mạng, kỹ thuật điều khiển QoS đã có những bước
phát triển nhảy vọt trong vài thập kỷ gần đây. Ngày nay hầu như không một khía
cạnh nào của quá trình vận hành và khai thác mạng viễn thông lại không ít nhiều
dính líu tới kỹ thuật điều khiển, điều khiển là trong khi xét cho cùng mục tiêu của
điều khiển là nhắm tới thỏa mãn các yêu cầu về QoS. Điều này có nghĩa rằng, điều
khiển QoS là một trong các tác vụ cốt lõi cấu thành quá trình vận hành tin cậy của
một mạng. Bảo đảm QoS không chỉ có nghĩa các thuê bao sử dụng mạng viễn thông
được hưởng lợi, mà chính những nhà quản trị và khai thác mạng lại là những người
trước tiên thu được lợi nhuận do các thuộc tính tin cậy, hiệu quả, tối ưu và tương
hợp của điều khiển QoS mang lại. Có thể nói không quá rằng QoS là một nửa hữu
cơ cấu thành mạng viễn thông. Sở dĩ chúng ta chưa thấy được hết nửa này bởi nó ẩn
sâu đằng sau những gì chúng ta thấy. Tuy nhiên ảnh hưởng của nó lên toàn cục đã
là hiển nhiên và rất to lớn.
Quá trình đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng viễn thông chủ yếu liên
quan tới việc thiết lập các chính sách chia sẻ tài nguyên mạng, bao gồm băng thông,
dung lượng bộ đệm rồi tự động thực thi các chính sách đó. Độ tin cậy, hiệu quả,
tính tối ưu và tính tương hợp là các hàm mục tiêu trong bài toán tối ưu hóa được sử
dụng để xây dựng các cơ chế điều khiển chất lượng dịch vụ trong mạng viễn thông.
Hay nói cách khác, một hệ thống viễn thông được áp dụng điều khiển chất lượng
dịch vụ luôn là một hệ thống tối ưu theo ít nhất một trong các chỉ tiêu nói trên. Một
hệ thống như vậy rõ ràng sẽ đem lại giá trị gia tăng và hiệu quả kinh tế rất to lớn
ngay trên nền các công nghệ viễn thông hiện hữu.
Trong bối cảnh như thế, kỹ thuật điều khiển và nâng cao chất lượng dịch vụ
trong mạng viễn thông, đặc biệt trong mạng 3G là một hướng nghiên cứu đang dành

được sự quan tâm của nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông. Và do đó em chọn đề
tài tôt nghiệp là: “KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO
CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ VIỄN THÔNG TRONG MẠNG 3G”
Nguyễn Đình Thịnh Page i
Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
Trên cơ sở những kiến thức đã tích lũy được qua những năm học tập tại
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ-THÔNG TIN trường VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ
NỘI tôi đã hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này.Để hoàn thành bản đồ án này tôi
xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS HOÀNG MẠNH THẮNG đã tận tình hướng
dẫn tôi trong suốt quá trình hoàn thiện đồ án này.
Đồ án tốt nghiệp hẳn không tránh khỏi những sai sót, em rất hy vọng nhận
được những lời góp ý bổ ích từ phía Thầy, Cô và Các bạn.
Nguyễn Đình Thịnh Page ii
Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
TÓM TẮT
Đề tài tốt nghiệp "Kỹ thuật điều khiển và các giải pháp nâng cao chất lượng
dịch vụ viễn thông trong mạng 3G" tập trung làm sáng tỏ hai vấn đề:
Vấn đề thứ nhất, nghiên cứu các kỹ thuật điều khiển chất lượng dịch vụ, đề
tài khai thác các cơ chế điều khiển chất lượng dịch vụ trong các môi trường viễn
thông tốc độ cao, băng rộng như mạng không dây, chế độ truyền tải dị bộ ATM,
mạng giao thức Internet (IP), mạng chuyển nhãn đa giao thức MPLS, mạng
UMTS đó là những loại mạng chính cấu thành mạng viễn thông hiện nay.
Vấn đề thứ hai, đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ: QoS
trong mạng 3G, yêu cầu QoS nói chung, yêu cầu QoS tại End-User, kiến trúc QoS
End-to-End và những giải pháp khả thi cho mục đích nâng cao chất lượng dịch vụ.
Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm 4 chương:
Chương 1. Lộ trình lên 3G của mạng viễn thông, chương này phác lại con
đường lên 3G của mạng viễn thông toàn cầu.
Chương 2. Bản chất lưu lượng và công nghệ mạng, chương 2 trình bày bản
chất của lưu lượng (một đối tượng của điều khiển QoS), các công nghệ mạng không

dây, ATM, mạng IP, MPLS, mạng phi thể thức.
Chương 3. Điều khiển QoS tại mạng lõi, chương 3 đưa ra các phương pháp
điều khiển QoS như: điều khiển chấp nhận cuộc nối, điều khiển dẫn nạp lưu lượng,
lập lịch gói, triển khai hàng chờ gói công bằng, quản trị bộ đệm, điều khiển luồng
và điều khiển nghẽn, định tuyến QoS. Các vấn đề về đảm bảo QoS trong mạng lõi
được trình bày trong chương này.
Chương 4. Điều khiển QoS tại các giao diện vô tuyến, chương 4 là chương
trọng tâm. Chương này giải quyết các vấn đề điều khiển và nâng cao QoS tại các kết
nối UE-BS trên cơ sở peer-to-peer, các kỹ thuật điều khiển công suất hay các kỹ
thuật chuyển giao trong mạng WCDMA. Các vấn đề về nâng cao dung lượng mạng
và chất lượng cuộc nối cũng sẽ được phân tích cụ thể.
Nguyễn Đình Thịnh Page iii
Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
ABSTRACT
The plan "CONTROL TECHNIQUES AND RESOLUTIONS TO RAISE
QUATILY OF SERVICE IN 3G NETWORK" focus on resolving two problems:
Firstly, research of QoS control techniques, this section exploits quality of
service control mechanisms in high speed-wideband telecommunication
environment, such as wireless network, asynchronous transfer mode (ATM),
Internet protocol network (IP), multi protocol label switching network (MPLS),
UMTS network…which construct the current telecommunication network.
Secondly, give out resolutions to raise quatily of service. This section
presents QoS problems in 3G network, QoS requirements in common, QoS
requirement at end-user, QoS End-to-End architecture, and possible resolution for
purpose to raise quality of service.
This plan consits of four chapters:
Chapter 1. The road to 3G of telecommunication network, this chapter
sketches the road to 3G of global telecommunication network.
Chapter 2. Throughput essence and network technologies, chapter 2
mentions on the essence of throughput (one obiect of QoS control), wireless

network technologies, ATM, IP network, MPLS.
Chapter 3. QoS control mechanisms at core network, chapter 3 give out
methods to control QoS, such as connection admission control, packet scheduling,
packet fair queuing deployment, buffer management, flow control, congestion
control, QoS routing. QoS guarantee problems in core network is represented in this
chapter.
Chapter 4. QoS control mechanisms at radio interface, this is the main
chapter which resolves problems of QoS raise an control at UE-BS connection on
peer-to-peer basis, techniques of power control and handover in WCDMA network.
Problems of network capacity improvement and quality of connection will be
specifically analysed.
Nguyễn Đình Thịnh Page iv
Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU i
TÓM TẮT iii
ABSTRACT iv
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT x
Chương 1 1
1.1. Lộ trình lên 3G 1
1.1.1. Tổng quan 1
1.1.2. FDMA, TDMA và CDMA 3
1.1.3. Hướng về 3G 4
1.1.4. Từ GSM lên 3G 4
1.1.5. Từ IS-95 đến cdma2000 6
1.1.6. Kết luận 6
1.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 7
1.2.1. Hệ thống viễn thông di động Quốc tế IMT-2000 7
1.2.2. Hệ thống viễn thông di động toàn cầu UMTS 8
Chương 2 11

2.1. Bản chất của lưu lượng 11
2.2. Các công nghệ mạng 12
2.2.1. Mạng không dây 12
2.2.2. ATM 13
2.2.3. Intserv 15
2.2.4. Diffserv 16
2.2.5 Chuyển nhãn đa giao thức MPLS 17
2.2.6 Mạng phi thể thức Ad Hoc 18
Chương 3 19
3.1. Điều khiển chấp nhận 20
3.1.1. Nguyên lý điều khiển chấp nhận 20
3.1.2. Chiến lược điều khiển chấp nhận dựa trên công suất băng rộng 21
3.2. Điều khiển dẫn nạp lưu lượng 22
3.3. Lập lịch gói 22
3.3.1. Giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP) 23
3.3.2. RTT 27
3.4. Triển khai hàng chờ gói công bằng PFQ 30
3.5. Quản trị bộ đệm 30
3.6. Điều khiển luồng và điều khiển nghẽn 31
3.7. Định tuyến QoS 31
3.8. Kết luận 32
Chương 4 34
4.1. Đo tải giao diện vô tuyến 34
4.1.1. Tải hướng lên 34
4.1.1.1 Ước lượng tải dựa trên công suất thu băng rộng 34
Nguyễn Đình Thịnh Page v
Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
4.1.1.2 Ước lượng tải dựa trên thông lượng 35
4.1.1.3 So sánh các phương pháp ước lượng tải hướng lên 36
4.1.2. Tải hướng xuống 38

4.1.2.1. Ước lượng tải dựa trên công suất 38
4.1.2.2 Ước lượng tải dựa trên thông lượng 38
4.2. Dự tính mạng vô tuyến 39
4.2.1. Tài nguyên kết nối vô tuyến 40
4.2.2. Hệ số tải 45
4.2.2.1. Hệ số tải hướng lên 46
4.2.2.2. Hệ số tải hướng xuống 49
4.2.3. Phương pháp nâng cấp dung lượng 53
4.2.4. Dung lượng trên km2 54
4.2.5. Nhiễu giữa các nhà cung cấp 56
4.2.5.1. Giới thiệu 56
4.2.5.2. Ảnh hưởng của hướng lên và hướng xuống 57
4.2.5.3. Các giải pháp để tránh nhiễu kênh lân cận 57
4.3. Điều khiển công suất 58
4.3.1. Điều khiển công suất mạch vòng kín 58
4.3.2. Điều khiển công suất nhanh 61
4.3.2.1. Độ lợi của điều khiển công suất nhanh 61
4.3.2.2. Điều khiển công suất và phân tập 62
4.3.2.3. Điều khiển công suất trong chuyển giao mềm 67
4.3.3. Điều khiển công suất vòng ngoài 70
4.3.3.1. Độ lợi của điều khiển công suất vòng ngoài 72
4.3.3.2. Ước lượng chất lượng thu 73
4.3.3.3. Giải thuật điều khiển công suất vòng ngoài 74
4.3.3.4. Dịch vụ chất lượng cao 75
4.3.3.5. Động lực điều khiển công suất giới hạn 76
4.3.3.6. Đa dịch vụ 76
4.3.3.7. Điều khiển công suất vòng ngoài hướng xuống 77
4.4. Chuyển giao 77
4.4.1. Chuyển giao mềm 78
4.4.1.1. Nguyên lý chuyển giao mềm trong WCDMA 79

4.4.1.2. Độ lợi và ảnh hưởng của chuyển giao mềm tới hệ thống 79
4.4.1.3. Giải thuật chuyển giao mềm 80
4.4.1.4. Quyết định ngưỡng chuyển giao mềm 86
4.4.2. Chuyển giao mềm hơn 87
4.4.3. Chuyển giao mềm và mềm hơn 88
KẾT LUẬN 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO 94
Nguyễn Đình Thịnh Page vi
Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1 : Lộ trình lên 3G 2
Hình 1 .2 : Họ các hệ thống Radio của IMT-2000 8
Hình 3.1 : Đường cong tải hướng lên và sự ước lượng
độ tăng tải khi thêm một UE 22
Hình 3 . 2 : Ánh xạ của các lớp lưu lượng UMTS tới
lập lịch và các kênh vận tải 24
Hình 3.3 : Các giao thức gói điển hình trong WCDMA 24
Hình 3 . 4 : Chồng giao thức kế hoạch người dùng
cho duyệt Web HTTP 25
Hình 3 . 5 : Ví dụ của lợi thế cửa sổ TCP 26
Hình 3 . 6 : Ví dụ về cửa sổ tắc nghẽn trong bắt đầu
chậm và chuyển giao nhanh 27
Hình 3 . 7 : Sự thiết lập (a) và giải phóng (b) kết nối TCP 29
Hình 4.1 : Ước lượng tải dựa trên thông lượng và công suất băng rộng 38
Hình 4.2 : Quá trình dự tính mạng vô tuyến WCDMA 41
Hình 4.3 : Tính toán khoảng cách tế bào 47
Hình 4.4 : Độ tăng tạp âm hướng lên là hàm của
thông lượng dữ liệu hướng lên 51
Hình 4.5 : Mô hình chuyển giao mềm với hai cell 53
Hình 4.6 : Tổn hao đường truyền cực đại và trung bình trong các cell lớn 54

Hình 4.7 : Cung cấp dung lượng cho site macro 3 sector 56
Hình 4.8 : Dung lượng trên km2 cho một nhà cung cấp
UMTS với các lớp lớn và nhỏ 57
Hình 4.9 : Điều khiển công suất mạch vòng kín trong WCDMA 61
Hình 4.10: Điều khiển công suất mạch vòng kín chống lại Fading 63
Hình 4.11: Công suất phát và thu trong kênh Fading
Rayleigh hai đường tại 3km/h 66
Hình 4.12: Công suất phát và thu trong kênh Fading
Rayleigh ba đường tại 3km/h 66
Hình 4.13: Sự tăng công suất trong kênh Fading với
điều khiển công suất nhanh 67
Hình 4.14: Ảnh hưởng của công suất thu và phát đến các mức nhiễu 68
Nguyễn Đình Thịnh Page vii
Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
Hình 4.15: Độ dịch công suất hướng xuống trong chuyển giao mềm 69
Hình 4.16: Kiểm tra tính chân thực của các lệnh điều khiển công suất
hướng lên trong UE, chuyển giao mềm 71
Hình 4.17: Độ lệch công suất để nâng cao chất lượng
báo hiệu hướng xuống 71
Hình 4.18: Điều khiển công suất vòng ngoài 73
Hình 4.19: Điều khiển công suất vòng ngoài hướng lên trong RNC 74
Hình 4.20: Thuật toán điều khiển công suất vòng ngoài chung 74
Hình 4.21: Ước lượng chất lượng thu vòng ngoài trong RNC 76
Hình 4.22: Mã giả ngẫu nhiên của một thuật toán điều khiển
công suất vòng ngoài 77
Hình 4.23: Đích E
b
/N
0
trong kênh ITU Pedestrian A, mã hóathoại AMR,

kích thước bước 0.5dB, đích BLER 1%, tốc độ 3km/h 77
Hình 4.24: Điều khiển công suất vòng ngoài hướng lên
đa dịch vụ trên một kết nối 79
Hình 4.25: Giải thuật chuyển giao mềm 83
Hình 4.26: Báo cáo định kì tạo ra bởi sự kiện 1A, 1B 86
Hình 4.27: Báo cáo tạo ra bởi sự kiện 1C 87
Hình 4.28: Chuyển giao mềm hơn 91
Hình 4.29: Chuyển giao mềm 92
Nguyễn Đình Thịnh Page viii
Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
DANH MỤC BẢNG
Bảng 4.1 : So sánh các phương pháp ước lượng tải hướng lên 37
Bảng 4.2 : Các giả thiết cho MS 42
Bảng 4.3 : Các giả thiết cho BS 43
Bảng 4.4 : Ngân sách liên kết tham chiếu của dịch vụ thoại 122kbps AMR 43
Bảng 4.5 : Ngân sách liên kết tham chiếu của dịch vụ dữ liệu
thời gian thực 144kbps 44
Bảng 4.6 : Ngân sách liên kết tham chiếu của dịch vụ dữ liệu
thời gian không thực 384kbps 45
Bảng 4.7 : Các tham số sử dụng trong tính toán hệ số tải hướng lên 50
Bảng 4.8 : Các tham số sử dụng trong tính toán hệ số tải hướng xuống 52
Bảng 4.9 : Các giá trị E
b
/N
0
yêu cầu có và không có điều
khiển công suất nhanh 64
Bảng 4.10: Các công suất truyền dẫn tương đối yêu cầu có và không
có điều khiển công suất nhanh 64
Bảng 4.11: Độ tăng công suất được mô phỏng. Kênh ITU người đi bộ A

đa đường với phân tập Anten 67
Bảng 4.12: Các đích E
b
/N
0
trung bình trong các môi trường khác nhau 75
Nguyễn Đình Thịnh Page ix
Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
ABR Available Bit Rate Tốc độ bít khả dụng
ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền tải dị bộ
BER Bit Error Ratio Tỉ lệ lỗi bít
B-ISDN
Broadband Integrated Services
Digital Network
Mạng số đa dịch vụ tích hợp
băng rộng
BLER Block Error Ratio Tỉ lệ lỗi khối
BS Base Station Trạm gốc
BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc
CAC Connection Admision Control Điều khiển chập nhận cuộc nối
CBR Constant Bit rate Tốc độ bít bất biến
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã
CDVT Cell Delay Variation Tolerance Dung sai biến động trễ cell
CLS Controlled Load Service Dịch vụ điều hòa tải
CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung
CPICH Common Pilot Channel Kênh Pilot chung
CRC Cyclic Redundancy Check Mã kiểm tra độ dư vòng
DCH Dedicated Channel Kênh dành riêng
DPCCH

Dedicated Physical Control
Channel
Kênh điều khiển vật lý dành
riêng
DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh dữ liệu vật lý dành riêng
DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ hướng xuống
DSCP DiffServ Code Point Điểm mã Diffserv
DTX Discontinuos Transmission Truyền dẫn rời rạc
ETSI
European Telecommunications
Standards Institue
Viện tiêu chuẩn viễn thông châu
Âu
EV-DO Evolution Data Only Phát triển chỉ dữ liệu
EV-DV Evolution Data and Voice Phát triển chỉ dữ liệu và thoại
FACH Forward Access Channel Kênh truy cập trước
FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần số
Nguyễn Đình Thịnh Page x
Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
FDMA
Frequency Division Multiple
Access
Đa truy cập phân chia theo tần
số
FIFO First In First Out Cơ chế vào trước ra trước
FR Frame Relay Công nghệ frame relay
FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tệp
GCRA Generic Cell rate Algorithm Thuật toán tốc độ cell phổ quát
GFR Guarantee Frame Rate Tốc đô khung bảo hành
GPRS General Packet Radio Services Dịch vụ vô tuyến gói chung

GS Guarantee Services Dịch vụ bảo hành
GSM
Global System for Mobile
Communication
Hệ thống thông tin di động toàn
cầu
HSCSD
High Speed Circuit Switched
Data
Dữ liệu chuyển mạch vòng tốc
độ cao
HS-DSCH
High Speed Downlink Shared
Channel
Kênh chia sẻ hướng xuống tốc
độ cao
IP Internet Protocol Giao thức Internet
ISDN
Integrated Service Digital
Network
Mạng số đa dịch vụ tích hợp
ITU
International Telecommunication
Union
Hiệp hội viễn thông quốc tế
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LSP Label Switched Path Lộ trình chuyển nhãn
LSR Label Switch Router Router chuyển nhãn
MAC Media Access Control
Điều khiển truy nhập phương

tiện
MPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển nhãn đa giao thức
MRC Maximum Rate Combination Kết hợp tỉ lệ tối đa
MS Mobile Station Thuê bao di động
nrt-VBR non-real-time Variable Bit Rate
Tốc độ bít khả biến không thời
gian thực
OVSF
Orthogonal Variable Spreading
Factor
Hệ số trải biến thiên trực giao
PCR Peak Cell Rate Tốc độ cell đỉnh
PDA Personal Digital Assistant Thiết bị số hỗ trợ cá nhân
Nguyễn Đình Thịnh Page xi
Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
PDCP Packet Data Converge Protocol Giao thức hội tụ gói dữ liệu
PFQ Packet Fair Queuing Hàng chờ gói công bằng
PHB Per Hop Behavior Ứng xử từng bước nhảy
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên
RLC Radio Link Controller Điều khiển liên kết vô tuyến
RM Resource Management Quản lý tài nguyên
RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến
RTP Real Time Protocol Giao thức thời gian thực
RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành tài nguyên
RTO Retransmission Time Out Time out truyền dẫn lại
rt-VBR real time Variable Bit Rate
Tốc độ bít khả biến thời gian
thực
SCR Sustainable Cell Rate Tốc độ cell xác nhận được

SIR Signal to Interference Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu
TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn
TDD Time Division Duplex
Song công phân chia theo thời
gian
TDMA Time Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo
thời gian
TD-SCDMA
Time Division Synchronous
CDMA
CDMA đồng bộ phân chia theo
thời gian
TFCI
Transport Format Combination
Indicator
Chỉ thị kết hợp định dạng truyền
dẫn
TOS Type Of Services Loại dịch vụ
UBR Undefined Bit Rate Tốc độ bít không xác định
UDP User Datagram Protocol
Giao thức khối dữ liệu người
dùng
UE User Equipment Thiết bị người dùng
UMTS
Universal Mobile
Telecommunication Services
Dịch vụ viễn thông di động toàn
cầu
VBR Variable Bit Rate Tốc độ bít khả biến

Nguyễn Đình Thịnh Page xii
Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
VoIP Voice over Internet Protocol
Thoại trên nền giao thức
Internet
VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo
WCDMA
Wideband Code Division
Multiple Access
CDMA băng rộng
Wifi Wireless Fidelity
Công nghệ mạng cục bộ không
dây chuẩn IEEE 802.11
WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục bộ không dây
Nguyễn Đình Thịnh Page xiii
Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
Chương 1.
LỘ TRÌNH LÊN 3G CỦA MẠNG VIỄN THÔNG
Điện thoại di động là một trong những thành tựu nổi bật về công nghệ và
thương mại trong những năm gần đây. Kể từ khi có sự ra đời của điện thoại di động,
vị trí của nó trong thị trường đã phát triển một cách chóng mặt từ một thiết bị mang
tính chuyên biệt, rồi trở thành vật dụng thiết yếu đối với cuộc sống và kinh doanh.
Qua hai thập lỷ gần đây, kết hợp với sự giảm đáng kể chi phí cho hoạt động và sự
phát triển của những ứng dụng, dịch vụ mới lạ, thị trường công nghệ ngày càng lớn
mạnh. Vào khoảng giữa năm 2000, ở châu Âu có trên 220 triệu thuê bao di động, và
trên toàn cầu, con số này là 580 triệu. Ở Vương Quốc Anh, cứ hai người thì một
người có máy điện thoại di động, trong khi đó ở Phần Lan, số lượng máy điện thoại
di động tính theo đầu người đã vượt quá số hộ sử dụng điện thoại cố định.
Sự phát triển của truyền thông di động đã trải qua hai thế hệ và hiện tại
chúng ta đang bước vào thế hệ thứ ba (3G). Chương này sẽ phác thảo lại con đường

tiến lên 3G của mạng viễn thông toàn cầu, từ thế hệ thứ nhất (1G) với công nghệ
tương tự và loại hình dịch vụ chủ yếu là truyền thoại, tới thế hệ thứ hai (2G) với
công nghệ số, và hiện tại là thế hệ 3G. Với hệ thống truyền thông di động 3G, khả
năng cung cấp đa dạng các loại hình dịch vụ và ứng dụng tốc độ cao đã thỏa mãn
nhu cầu của người sử dụng.
1.1. Lộ trình lên 3G
1.1.1. Tổng quan
Những hệ thống thông tin di động đầu tiên, nay được gọi là thế hệ thứ nhất
(1G), sử dụng công nghệ analog gọi là đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)
để truyền kênh thoại trên sóng vô tuyến đến thuê bao điện thoại di động. Nhược
điểm của các hệ thống này là chất lượng thấp, vùng phủ sóng hẹp và dung lượng
nhỏ. Vào cuối thập niên 1980, các hệ thống thế hệ thứ hai (2G) được đưa vào khai
thác sử dụng công nghệ số, đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) kết hợp
đa truy nhập phân chia theo tần số. Đến đầu thập niên 1990, công nghệ TDMA
Nguyễn Đình Thịnh Lớp K9C
1
Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
được dùng cho hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM ở Châu Âu. Đến giữa thập
kỷ 1990, đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) trở thành loại hệ thống 2G thứ
hai khi Hàn Quốc đưa ra công nghệ CDMA (năm 1990) và sau đó Mỹ đưa ra Tiêu
chuẩn nội địa IS-95, nay gọi là cdmaOne.
Hình 1.1: Lộ trình lên 3G
Tất cả các hệ thống 2G đều có khả năng cung cấp chất lượng và dung lượng
cao hơn. Chuyển vùng trở thành một phần của dịch vụ và vùng phủ sóng cũng ngày
một rộng hơn, nhưng vẫn phải đối mặt với các vấn đề hạn chế về dung lượng trên
nhiều thị trường. Thông tin di động ngày nay đang tiến tới một hệ thống thế hệ thứ
ba hứa hẹn dung lượng thoại lớn hơn, kết nối dữ liệu di động tốc độ cao hơn và sử
dụng các ứng dụng đa phương tiện. Các hệ thống vô tuyến thế hệ thứ 3 (3G) cần
cung cấp dịch vụ thoại với chất lượng tương đương các hệ thống hữu tuyến và dịch
vụ truyền số liệu có tốc độ từ 144Kbps đến 2 Mbps. Hiện đang có 2 hệ thống tiêu

chuẩn hoá: một chuẩn dựa trên hệ thống CDMA băng hẹp IS-95, được gọi là
cdma2000. Chuẩn kia là sự kết hợp của các tiêu chuẩn Nhật Bản và châu Âu do Dự
án Hợp tác Thế hệ thứ 3 (3GPP) tổ chức. 3GPP đang xem xét tiêu chuẩn vô tuyến
tên là truy nhập vô tuyến mặt đất (UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access)
UMTS. Tiêu chuẩn này có 2 sơ đồ truy nhập vô tuyến. Một trong số đó sắp xếp các
cặp dải tần thông qua ghép song công phân chia theo tần số (FDD) - thường gọi là
CDMA băng thông rộng (WCDMA). Hình vẽ dưới đây mô tả sơ lược con đường
tiến lên 3G của hệ thống thông tin di động.
Nguyễn Đình Thịnh Lớp K9C
TDMA
(GSM - Châu Âu)
TDMA
(GSM - Châu Âu)
CDMA/IS-95
(Hàn Quốc/Mỹ)
CDMA/IS-95
(Hàn Quốc/Mỹ)
cdma2000
cdma2000
WCDMA
(UMTS)
WCDMA
(UMTS)
FDMA
FDMA
1G
1G
3G
3G
2G

2G
2
Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
1.1.2. FDMA, TDMA và CDMA
Trước khi xem xét tương lai 3G, cũng cần khảo sát hoạt động của từng giao
diện nói trên. Thứ nhất, các kênh này được ghép cặp sao cho một kênh đi từ trạm di
động đến trạm gốc và kênh kia đi từ trạm gốc đến trạm di động, tạo điều kiện cho
liên lạc song công. Thứ hai, có một tập các kênh điều khiển 2 chiều dùng để điều
khiển các kênh thoại. Cuối cùng, giao diện không gian cần một quy trình mà ở đó,
các kênh thoại được phân bổ cho nhiều người dùng đồng thời. Chúng ta gọi FDMA,
TDMA và CDMA là các phương thức phân bổ kênh của giao diện không gian.
FDMA là phương thức phân bổ đầu tiên và ra đời sớm nhất. Một thuê bao
muốn tạo một cuộc gọi sẽ phải nhập số điện thoại cần gọi và nhấn phím gửi. Nếu
còn dung lượng thoại cho tế bào, một cặp kênh sẽ được phân bổ cho trạm di động
để phục vụ đàm thoại - mỗi kênh cho một chiều thoại. Xét trên một sơ đồ phân bổ tế
bào điển hình, số chiều thoại tối đa của một tế bào bất kỳ là khoảng 60. Rõ ràng là
không thể phục vụ hàng triệu người dùng với một dung lượng hạn chế như thế.
Các hệ thống TDMA khắc phục vấn đề dung lượng kênh bằng cách chia
kênh vô tuyến đơn thành các khe thời gian và phân bổ 1 khe thời gian cho mỗi thuê
bao. Ví dụ, hệ thống TDMA của Hoa Kỳ có 3 khe thời gian trên mỗi kênh trong khi
hệ thống GSM có 8 khe thời gian trên mỗi kênh. Để sử dụng các khe thời gian, tín
hiệu thoại tương tự cần được chuyển sang dạng số. Một bộ mã hoá thoại, được gọi
là vocoder, thực hiện công việc này. Dung lượng có được ban đầu hơi nhỏ song với
việc dùng các vocoder tốc độ bít thấp, số kênh thoại trên mỗi kênh vô tuyến có thể
được tăng lên đáng kể.
Các hệ thống CDMA giải quyết vấn đề dung lượng theo một cách hoàn toàn
khác. Nó cũng dùng vocoder để số hoá tín hiệu thoại nhưng không phân bổ khe thời
gian mà gán cho mỗi chiều thoại một mã duy nhất trước khi đưa lên kênh vật lý.
Quá trình này còn được gọi là điều chế tạp âm vì tín hiệu đầu ra của nó giống như
tạp âm nền. Điều này có nghĩa là số tối đa các cuộc gọi trong hệ thống CDMA là

một phương trình của tạp âm nền cộng với các tạp âm do mỗi cuộc gọi tạo ra. So
sánh với TDMA, CDMA có dung lượng cao hơn với chất lượng bằng hoặc tốt hơn.
Con đường GSM sẽ tới là CDMA băng thông rộng (WCDMA) trong khi CDMA sẽ
là cdma2000.
Nguyễn Đình Thịnh Lớp K9C
3
Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
1.1.3. Hướng về 3G
Từ thập niên 1990, Liên minh Viễn thông Quốc tế đã bắt tay vào việc phát
triển một nền tảng chung cho các hệ thống viễn thông di động. Kết quả là một sản
phẩm được gọi là Thông tin di động toàn cầu 2000 (IMT-2000). Con số 2000 có
nghĩa là sản phẩm này sẽ có mặt vào khoảng năm 2000, nhưng thực tế là chậm đến
2, 3 năm. IMT-2000 không chỉ là một bộ dịch vụ, nó đáp ứng ước mơ liên lạc từ bất
cứ nơi đâu và vào bất cứ lúc nào. Để được như vậy, IMT-2000 tạo điều kiện tích
hợp các mạng mặt đất và/hoặc vệ tinh. Hơn thế nữa, IMT-2000 cũng đề cập đến
Internet không dây, hội tụ các mạng cố định và di động, quản lý di động (chuyển
vùng), các tính năng đa phương tiện di động, hoạt động xuyên mạng và liên mạng.
Như đã nói, các hệ thống 3G cần phải hoạt động trên một dải phổ đủ rộng và
cung cấp được các dịch vụ thoại, dữ liệu, đa phương tiện. Đối với một thuê bao hoạt
động trên một ô siêu nhỏ (picocell), tốc độ dữ liệu có thể đến 2,048 Mbps. Với một
thuê bao di động với tốc độ chậm hoạt động trên một ô cực nhỏ (microcell), tốc độ
dữ liệu có thể đạt tới 348 Kbps. Với một người dùng di động trên phương tiện giao
thông hoạt động trên một ô lớn (macrocell), tốc độ dữ liệu có thể đạt tới 144 Kbps.
Một phần quan trọng của hệ thống này là dịch vụ chuyển mạch gói dữ liệu. Con
đường tiến lên 3G từ 2G bắt đầu từ sự ra đời của các dịch vụ dữ liệu bùng nổ và
theo gói.
1.1.4. Từ GSM lên 3G
Con đường tiến tới 3G duy nhất của GSM là CDMA băng thông rộng
(WCDMA). Trên thị trường châu Âu, WCDMA được gọi là Hệ thống viễn thông di
động toàn cầu (UMTS). Trong cấu trúc dịch vụ 3G, cần có băng thông rất lớn và

như thế cần nhiều phổ tần hơn. Các nhà cung cấp dịch vụ châu Âu dùng hơn 100 tỷ
USD để mua phổ tần cho các dịch vụ 3G; các nhà cung cấp dịch vụ khác trên thế
giới cũng đã phân bổ phổ 3G. ở Hoa Kỳ, FCC chưa thể nhanh chóng phân bổ bất cứ
phổ nào cho các dịch vụ 3G. Hoa Kỳ có khoảng 190MHz phổ tần phân bổ cho các
dịch vụ vô tuyến di động trong khi phần còn lại của thế giới chỉ được phân bổ 400
MHz. Vì thế có thể tin rằng sự phát triển lên 3G ở Hoa Kỳ sẽ rất khác với phần còn
lại của thế giới.
Nguyễn Đình Thịnh Lớp K9C
4
Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
Để đến 3G có lẽ cần phải đi qua giai đoạn 2.5G. Nói chung, 2.5G bao gồm
một hoặc tất cả các công nghệ sau: Dữ liệu chuyển mạch gói tốc độ cao (HSCSD),
Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS), Tốc độ dữ liệu nâng cao cho sự phát triển
GSM hay toàn cầu (EDGE).
HSCSD là phương thức đơn giản nhất để nâng cao tốc độ. Thay vì một khe
thời gian, một trạm di động có thể sử dụng một số khe thời gian để kết nối dữ liệu.
Trong các ứng dụng thương mại hiện nay, thông thường sử dụng tối đa 4 khe thời
gian, một khe thời gian có thể sử dụng hoặc tốc độ 9,6kbit/s hoặc 14,4Kbps. Đây là
cách không tốn kém nhằm tăng dung lượng dữ liệu chỉ bằng cách nâng cấp phần
mềm của mạng (dĩ nhiên là cả các máy tương thích HSCSD). Nhưng nhược điểm
lớn nhất của nó là cách sử dụng tài nguyên vô tuyến. Bởi đây là hình thức chuyển
mạch kênh, HSCSD chỉ định việc sử dụng các khe thời gian một cách liên tục, thậm
chí ngay cả khi không có tín hiệu trên đường truyền.
Giải pháp tiếp theo là GPRS và dường như là giải pháp được nhiều nhà cung
cấp lựa chọn. Tốc độ dữ liệu của nó có thể lên tới 115,2kbit/s bằng việc dùng 8 khe
thời gian. Nó được quan tâm vì là hệ thống chuyển mạch gói, do đó nó không sử
dụng tài nguyên vô tuyến một cách liên tục mà chỉ thực hiện khi có một cái gì đó để
gửi đi. GPRS đặc biệt thích hợp với các ứng dụng phi thời gian thực như email, lướt
Web. Triển khai hệ thống GPRS thì tốn kém hơn hệ thống HSCSD. Mạng này cần
các thành phần mới, cũng như cần sửa đổi các thành phần hiện có nhưng nó được

xem là bước đi cần thiết để tiến tới tăng dung lượng, dịch vụ. Một mạng GSM mà
không có khả năng GPRS sẽ không tồn tại lâu trong tương lai.
Bước tiếp theo là cải tiến GSM thành Tốc độ dữ liệu nâng cao cho sự phát
triển GSM hay toàn cầu (EDGE), tăng tốc độ dữ liệu lên tới 384Kbps với 8 khe thời
gian. Thay vì 14,4Kbps cho mỗi khe thời gian, EDGE đạt tới 48Kbps cho một khe
thời gian. ý tưởng của EDGE là sử dụng một phương pháp điều chế mới được gọi là
8PSK. EDGE là một phương thức nâng cấp hấp dẫn đối với các mạng GSM vì nó
chỉ yêu cầu một phần mềm nâng cấp trạm gốc. Nó không thay thế hay nói đúng hơn
cùng tồn tại với phương pháp điều chế khóa dịch tối thiểu Gaussian (GMSK), được
sử dụng trong GSM, nên các thuê bao có thể tiếp tục sử dụng máy di động cũ của
mình nếu không cần được cung cấp chất lượng dịch vụ tốt hơn. Xét trên khía cạnh
kỹ thuật, cũng cần giữ lại GMSK cũ vì 8PSK chỉ có hiệu quả ở vùng hẹp, với vùng
rộng vẫn cần GMSK. Nếu EDGE được sử dụng cùng với GPRS thì sự kết hợp này
Nguyễn Đình Thịnh Lớp K9C
5
Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
được gọi là GPRS nâng cấp (EGPRS), còn sự kết hợp của EDGE và HSCSD được
gọi là ECSD.
WCDMA thực sự là một dịch vụ vô tuyến băng thông rộng sử dụng băng tần
5MHz để đạt được tốc độ dữ liệu lên tới 2Mbit/s. Hiện tại cả châu Âu và Nhật Bản
đều đang thử nghiệm/triển khai WCDMA và công nghệ này đang tiến triển nhanh
trên con đường thương mại hoá.
1.1.5. Từ IS-95 đến cdma2000
CDMA không chuyển ngay sang 3G do thiếu phổ tần trên thị trường Hoa
Kỳ. Thị trường Hàn Quốc đã thử nghiệm cdma2000 trên phổ tần 3G của mình.
Cũng như đối với GSM, Hoa Kỳ và phần còn lại của thế giới có những con đường
rất khác nhau để đi đến 3G. cdma2000 được cấu trúc theo cách để cho phép nhiều
mức dịch vụ 3G trên kênh IS-95 1,25MHz truyền thống. Các dịch vụ này là
cdma2000 1xRTT (một thời được gọi là công nghệ truyền dẫn vô tuyến kích thước
kênh IS-95). Với công suất 3G tối đa, cdma2000 sử dụng một kênh 3,75 MHz, lớn

gấp 3 lần kênh truyền thống, gọi là 3xRTT. Hệ thống 1xRTT sử dụng một sơ đồ
điều chế hiệu quả hơn để tăng gấp đôi số lượng thuê bao thoại và tạo ra các kênh dữ
liệu lên tới 144Kbps. Tốc độ này đã cho phép một số nhà cung cấp dịch vụ cho rằng
mình đang thực hiện 3G. Trong thực tế, tốc độ người dùng sẽ ở trong khoảng 50-
60Kbps. Dữ liệu theo sơ đồ 1xRTT sẽ được chuyển mạch gói để đảm bảo sử dụng
kênh hiệu quả. Tốc độ lên tới 2,4Mbps có thể đạt được bằng cách triển khai 1xEV-
DO tức là dịch vụ chỉ có dữ liệu - không có thoại trên kênh này. Khi 1xEV-DV
được triển khai thì ta sẽ có kênh đa phương tiện thực sự. Xa hơn 1xEV-DV, 3xRTT
là một kênh 3,75MHz trên phổ 5MHz - 1,25 MHz còn lại được dùng cho dải tần
bảo vệ trên và dưới. Có một số kịch bản hoạt động cho phổ 10MHz, 15MHz, và 20
MHz.
1.1.6. Kết luận
Rõ ràng là sẽ có không chỉ một con đường đi tới các hệ thống vô tuyến di
động 3G. Và cũng rõ ràng là IMT-2000 đã được đông đảo chấp nhận. Tuy nhiên,
tính không tương thích của các công nghệ 3G, việc thiếu phổ tần, thiếu các ứng
dụng và thiết bị 3G đặt ra một số vấn đề cần giải quyết.
Nguyễn Đình Thịnh Lớp K9C
6
Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
Từ quan điểm công nghệ, cả WCDMA và cdma2000 đều sử dụng các kỹ
thuật trải phổ rộng. Tuy nhiên, chúng có cấu trúc kênh, mã chip, tốc độ chip và thủ
tục đồng bộ hoá khác nhau. Cần có thời gian để hài hoà các trở ngại công nghệ này.
Để giải quyết được vấn đề phổ trên toàn cầu sẽ tốn kém và mất nhiều thời gian.
Cuối cùng, cần có nhiều dịch vụ hơn nữa để thu hút khách hàng. Chúng ta đã
thấy sự phổ biến của email và tin nhắn đối với PDA và điện thoại di động. Giờ đây
chúng ta cần một loạt các ứng dụng đa phương tiện đòi hỏi phải có tốc độ dữ liệu
của 3G.
1.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3
1.2.1. Hệ thống viễn thông di động Quốc tế IMT-2000
IMT-2000 ra đời vào năm 1985, cùng với sự cải tên vào những năm 1990,

IMT-2000 đã trưởng thành nhưng vẫn giữ nguyên rất nhiều nguyên lí ban đầu và
căn bản vốn có của Hệ thống viễn thông di động đất liền công cộng FPLMTS.
Thay vì tạo ra một giải pháp sóng Radio đơn lẻ, IMT-2000 bao gồm một họ
các giao diện sóng Radio xung quanh những hệ thống 2G đang tồn tại cũng như
những hệ thống 3G cải tiến hiện đang chuẩn hóa. Tháng 6 năm 1998 có 15 đề xuất
về giao diện sóng Radio IMT-2000 được đệ trình lên ITU chờ đánh giá kỹ thuật bao
gồm các đề xuất về giao diện sóng Vệ tinh và giao diện sóng Mặt đất. Các đề xuất
về giao diện sóng mặt đất đáng chú ý có Truy nhập sóng Radio mặt đất UMTS
(UTRA) của ETSI, WCDMA của Nhật Bản, một đệ trình TD-SCDMA từ Trung
Quốc cộng với TDMA UWC-136 và cdma2000 của Mỹ. Sau khi đánh giá, ITU kết
luận cả hai phương pháp CDMA và TDMA sẽ được sử dụng như là sự kết hợp giữa
hai thành phần này.
Cả FDD (Frequency Division Duplexing – song công phân chia theo tần số)
và TDD (Time Division Duplexing – song công phân chia theo thời gian) đều được
chọn để tối ưu hóa tính hiệu quả trải phổ. Do đó IMT-2000 sẽ cho phép lựa chọn
các chuẩn đa truy nhập bằng một chuẩn đơn lẻ và mềm dẻo, có mục tiêu tối thiểu
hóa số lượng các giao diện sóng radio mặt đất trong khi tối đa hóa số lượng các đặc
tính chung bằng việc hài hòa các chuẩn riêng biệt. Đệ trình TD-SCDMA từ phía
Trung Quốc đưa ra phương pháp sử dụng một băng tần đơn lẻ trên một cơ sở TDD
cho thu và phát, hài hòa với phiên bản TDD của UTRA.
Nguyễn Đình Thịnh Lớp K9C
7
Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
Hình 1.2: Họ các hệ thống sóng Radio của IMT-2000
Đối với WCDMA, một chuẩn toàn cầu đơn lẻ bao gồm ba dạng hoạt động đã
được xác định: Chuỗi trực tiếp IMT-DS, Đa sóng mang IMT-MC, và TDD. Chuẩn
IMT-DS được dựa trên cơ sở của WCDMA UTRA FDD. Nó được xác định bởi
3GPP và hoạt động trên các băng tần kép IMT-2000 với một tốc độ chip 3.84
Mchip/s trải rộng qua gần 5MHz. Dạng thức hoạt động này sẽ được sử dụng trong
các môi trường vĩ tế bào và vi tế bào UMTS. Đa sóng mang IMT-MC đồng thời

cũng có tên gọi là cdma2000, được xác định bởi 3GPP2 và có thể hoạt động như
một trùm phổ độn quang phổ IS-95. Đa sóng mang hoạt động trên đường liên kết
downlink với tốc độ chip cơ sở 1.2288 Mchip/s, chiếm 1.25 MHz băng thông. TDD
dựa trên một giải pháp UTRA TDD/ TD-SCDMA hòa hợp, xác định bởi 3GPP hoạt
động ở các băng tần quang phổ không theo cặp với tốc độ chíp là 3.84 Mchip/s trải
rộng trên 5 MHz. Người ta hy vọng định dạng TDD sẽ được sử dụng cho môi
trường ô tế bào rất nhỏ cỡ picocell. Hình vẽ dưới đây cho thấy họ các hệ thống sóng
Radio của IMT-2000.
1.2.2. Hệ thống viễn thông di động toàn cầu UMTS
UMTS là hệ thống viễn thông di động 3G của Châu Âu và sẽ là một thành
phần trong họ của các giao diện sóng Radio hình thành nên IMT-2000, hoạt động
ttreen các băng tần phân cấp cho FPLMTS tại WARC92 và cho IMT-2000 tại
Nguyễn Đình Thịnh Lớp K9C
CDMA
CDMA
TDMA
TDMA
FDMA
FDMA
Dải trực
tiếp
IMT-DS
Dải trực
tiếp
IMT-DS
Mã thời
gian
IMT-DS
Mã thời
gian

IMT-DS
Tần số/
Thời gian
IMT-FT
Tần số/
Thời gian
IMT-FT
Đơn sóng
mang
IMT-DS
Đơn sóng
mang
IMT-DS
Đa sóng
mang
IMT-MC
Đa sóng
mang
IMT-MC
IMT-2000
IMT-2000
8
Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
WRC2000. Giống như IMT-2000, UMTS sẽ bao gồm cả hai thành phần vệ tinh và
mặt đất. Thoạt đầu người ta có ý định thực hiện thành lập UMTS cho đến cuối thế
kỉ 20. Tuy nhiên nó đã được kểm duyệt lại cho tới năm 2002. Giống như GSM, thời
kì đầu, UMTS dự định được thiết kế hoàn toàn từ vạch xuất phát tuy nhiên đến
quãng thời gian mà UMTS được đặt mục tiêu cho việc thực hiện các dịch vụ kiểu
GSM thì GSM đã đạt được mức chiếm lĩnh thị trường đáng kể. Thực tế thì thấy
UMTS sẽ cải tiến từ các mạng GSM và ISDN. Lộ trình từ GSM đến UMTS là tiêu

điểm trong giai đoạn đầu của công cuộc thực hiện UMTS của 3GPP. 3GPP được
thành lập vào năm 1998 với mục đích cung cấp toàn cầu những chỉ tiêu kỹ thuật
ứng dụng cho một hệ thống Mobile 3G. Những chỉ tiêu kỹ thuật này được dựa trên
một công nghệ của GSM cải tiến và UTRA. Nhìn chung UMTS phải thực hiện hai
chức năng sau: 1/ Hỗ trợ các dịch vụ phương tiện và các ứng dụng đang được cung
cấp bởi các hệ thống 2G đang tồn tại và càng đi xa hơn càng tốt, thuộc một QoS
tương đương với mạng cố định; 2/ Cung cấp một loạt các ứng dụng đa phương tiện
băng rộng, những ứng dụng này sẽ có mặt phổ biến với tốc độ bit trong khoảng từ
64Kbps đến 2048Kbps, cung cấp việc truyền hình ảnh, truy nhập cơ sở dữ liệu từ
xa, truyền Fax độ nhạy cao, video phân giải thấp, lướt Web Cả hai loại dịch vụ
cuyển mạch kênh và chuyển mạch gói sẽ được hỗ trợ bởi UMTS. Một số dịch vụ sẽ
bắt buộc phải có nhu cầu về băng thông theo yêu cầu, đó là phân cấp băng thông
động tới người sử dụng phía cuối khi cần thiết.
Người ta đòi hỏi UMTS phải hoạt động trên một tổ hợp phong phú các môi
trường truyền dẫn trong đó từng loại môi trường sẽ có một tác động lên loại dịch vụ
đã được cung cấp. Trên tinh thần này 5 loại tế bào căn bản đã được xác định để hỗ
trợ môi trường truyền dẫn UMTS:
Tế bào vệ tinh: Cung cấp vùng phủ sóng tới những nơi dân cư thưa thớt, là
những nơi không đủ điều kiện đáp ứng cho việc phủ sóng mặt đất.
Tế bào cỡ lớn: Phục vụ vùng có mật độ dân số thấp, đặc biệt là vùng nông
thôn. Chúng có bán kính lên tới 35km hoặc có thể lớn hơn nếu như Anten có hướng
được sử dụng. Ngoài ra còn được dùng để cung cấp vùng phủ sóng cho các máy
Mobile đang di chuyển với vận tốc lớn.
Tế bào cỡ nhỏ: Phục vụ những vùng có mật độ giao thông cao. Tiêu biểu,
các bán kính tế bào thường vào cỡ 1km, được tiến hành ở những đô thị có mật độ
công trình xây dựng dày đặc.
Nguyễn Đình Thịnh Lớp K9C
9
Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
Tế bào cỡ rất nhỏ: Phục vụ phần lớn ttrong các tòa nhà, cung cấp một tập

hợp đầy đủ các dịch vụ tốc độ bit cao. Bán kính các tế bào kiểu này vào khoảng
100m.
Tế bào cho hộ gia cư: phục vụ vùng cư ngụ cung cấp một tập đầy đủ các
dịch vụ tốc độ bit cao.
Tóm lại, tùy thuộc môi trường hoạt động thông qua các mạng truy nhập mặt
đất, UMTS có mục đích cung cấp các dịch vụ với tốc độ bit như sau: 144Kbps với
một mục tiêu cuối cùng là đạt được 384Kbps ở các môi trường ngoài trời vùng nông
thôn, với tốc độ di chuyển tối đa là 500km/h; 384Kbps với một mục đích cuối cùng
là đạt được 512Kbps với tính di chuyển bị hạn chế ở các môi trường ngoài trời
ngoại thành tế bào vĩ mô và vi mô vói vận tốc di chuyển tối đa là 120km/h; 2Mbps
với tính di chuyển tốc độ thấp trong các môi trường trong nhà thuộc khu hộ gia đình
và tế bào siêu nhỏ, hoặc môi trường ngoài trời mật độ thấp với vận tốc di chuyển tối
đa 10km/h.
Nguyễn Đình Thịnh Lớp K9C
10
Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
Chương 2.
BẢN CHẤT LƯU LƯỢNG VÀ CÔNG NGHỆ MẠNG
Các mạng số dịch vụ liên kết băng rộng (B-ISDN) với ATM được thiết kế
không chỉ để hỗ trợ các dịch vụ hiện hữu, mà còn hỗ trợ các dịch vụ mới với những
đặc trưng lưu lượng và các yêu cầu QoS rất khác nhau. Trong các điều kiện đơn
giản, ATM là một kỹ thuật ghép và chuyển hướng kết nối, sử dụng các cell ngắn có
kích thước cố định, để truyền tải thông tin qua một mạng B-ISDN. Kích thước cell
ngắn của ATM cộng với tốc độ truyền dẫn cao được mong đợi sẽ đem lại khả năng
sử dụng băng thông một cách linh hoạt và hiệu quả, đồng thời tạo một khuôn khổ cơ
bản để bảo hành các yêu cầu QoS của các ứng dụng trên một lớp rộng các độ đo
hiệu năng, như độ trễ, độ tổn thất
Sự ra đời của công nghệ mạng băng rộng đã làm gia tăng vượt bậc dung
lượng của các mạng chuyển mạch gói, từ một vài Mbps cho tới hàng trăm thậm chí
hàng nghìn Mbps. Điều này dẫn đến việc gia tăng dung lượng thông tin dữ liệu cho

phép tại các ứng dụng mới, chẳng hạn như video, conferencing, điện thoại
Internet Những ứng dụng như vậy có những đòi hỏi QoS rất khác nhau. Một số đòi
hỏi nghiêm ngặt về giới hạn trễ toàn trình, số khác lại đòi hỏi đơn giản về khả năng
thông qua Khi việc sử dụng Internet được đa dạng hóa và mở rộng tới các tốc độ
khác thường thì vấn đề bằng cách nào để cung cấp các QoS cần thiết cho một lớp
rất rộng các ứng dụng người dùng khác nhau nhanh chóng trở thành rất quan trọng.
Nói cách khác QoS phụ thuộc vào bản chất thống kê của lưu lượng. Một mô
hình dịch vụ thích hợp sẽ được định nghĩa và một vài phương pháp điều khiển QoS
trên mạng sẽ được thiết lập để thỏa mãn một phạm vi nào đó của các yêu cầu hiệu
năng QoS như khả năng thông qua, độ trễ, độ tổn thất, tất cả những cái đó thường
được mô tả dưới dạng một tập các tham số QoS liên quan tới một mô hình dịch vụ.
2.1. Bản chất của lưu lượng
Như đã nói ở trên, QoS phụ thuộc vào bản chất thống kê của lưu lượng,và
tồn tại hai loại lưu lượng chính là lưu lượng nhạy cảm trễ và lưu lượng nhạy cảm
tổn thất. Lưu lượng nhạy cảm trễ được đặc trưng bởi tốc độ và khoảng thời
gian diễn ra quá trình truyền tải lưu lượng, cũng có thể đòi hỏi truyền tải thời gian
Nguyễn Đình Thịnh Lớp K9C
11
Đồ án tốt nghiệp:Kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông
thực. Những lưu lượng kiểu này có thể nói đến thoại, video conferencing,
audio/video theo yêu cầu. Những ứng dụng này thường đòi hỏi nghiêm khắc về độ
trễ nhưng có thể chấp nhận một độ tổn thất nào đó.Lưu lượng nhạy cảm tổn thất
được đặc trưng bởi lượng thông tin đã được truyền tải như web, tệp tin, thư điện tử.
Chúng thường yêu cầu nghiêm khắc về độ tổn thất dữ liệu nhưng không đặt giới
hạn cho thời gian truyền tải.Ngoài ra còn có các loại lưu lượng khác như lưu lượng
phát lại, lưu lượng multicast (trong dịch vụ hội thảo từ xa, DIS và trò chơi) và lưu
lượng kết tập (từ các mạng LAN tương kết).
2.2. Các công nghệ mạng
Công nghệ mạng liên quan mật thiết tới quá trình cung cấp QoS tới người sử
dụng. Trong mạng ATM, công nghệ được sử dụng rộng rãi trên các mạng trục, có

thể dự trữ băng thông và bộ đệm cho từng cuộc nối ảo. Tương tự Intserv cũng cung
cấp QoS cho từng luồng trong các mạng giao thức Internet (IP). Diffserv cung cấp
các đối xử khác nhau thay vì trên cơ sở một luồng, do đó khả năng thích ứng hơn
Intserv. Chuyển nhãn đa giao thức (MPLS) cho phép các nhà khai thác mạng có khả
năng điều khiển và thực thi QoS tốt hơn thông qua các chính sách về lưu lượng.
2.2.1. Mạng không dây
Trong các mạng thông tin di động vùng, phục vụ được chia thành các cell,
mỗi cell được trang bị một số kênh. Có hai loại cuộc gọi cùng chia sẻ tần số kênh
này, đó là cuộc gọi mới và cuộc gọi dạt. Các cuộc gọi mới là các cuộc gọi được
khởi tạo bởi người sử dụng trong cell hiện tại, còn các cuộc gọi dạt là những cuộc
gọi được khởi tạo ở cell khác và bàn giao cho cell hiện tại. Khi một cuộc gọi đến
một cell, tại đó kênh không khả dụng, thì nó có thể bị chặn hoặc đưa vào hàng chờ,
tùy theo cơ chế điều khiển chấp nhận cuộc nối được sử dụng. Xác suất để một cuộc
gọi mới bị chặn được gọi là xác suất chặn cuộc gọi mới (P
nb
), xác suất để một cuộc
gọi dạt bị chặn là xác suất chặn cuộc gọi dạt (P
hb
), và xác suất để một cuộc gọi hoặc
bị chặn hoặc chấp nhận nhưng bị hủy giữa chừng được gọi là xác suất rớt cuộc gọi.
Những đại lượng như vậy là do QoS quan trọng nhất trong các mạng thông tin di
động. Bởi vì mỗi cuộc gọi đến, bất kể là cuộc gọi mới hay cuộc gọi dạt, nếu dược
chấp nhận phục vụ, nó sẽ chiếm một kênh, do đó chúng sẽ cùng tranh sử dụng một
Nguyễn Đình Thịnh Lớp K9C
12