nghiên cứu công nghệ thông tin di động 3g wcdma và phát triển lên thế hệ 3,5g hspa

1

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46

TỜ BÌA
























2

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46

NHIỆM VỤ THIẾT KẾT TỐT NGHIỆP





















3

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46

4

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46

LỜI NÓI ĐẦU
Thông tin di động ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940. Ngày nay thông tin di
động là ngành viễn thông có sự phát triển nhanh nhất. Bắt đầu là hệ thống thông
tin di động tương tự, đến nay khi các hệ thống di động thế hệ thứ ba được đưa vào
hoạt động và ứng dụng rộng rãi, có thể cung cấp được nhiều dịch vụ băng rộng và
các dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao.
Tổ chức ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hóa hệ thống thông tin di động thứ
ba với tên gọi là IMT-2000 nhằm đáp ứng các mục tiêu chính như:
 Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như các dịch vụ
đa phương tiện và truy nhập Internet nhanh.
 Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và
điện thoại vệ tinh.
 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.
Có nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba IMT-2000
đã được đề xuất, trong đó có hai hệ thống là WCDMA UMTS và cdma-2000 đã
được ITU chấp thuận và sẽ được đưa vào hoạt động trong những năm 2000.
WCDMA UMTS sẽ là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di động
thế hệ thứ hai sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, PDC, IS-136.

Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA: High Speed Down Link
Packet Access) được 3GPP chuẩn hóa trong phát hành R5 với phiên bản tiêu
chuẩn đầu tiên vào năm 2002. Truy nhập gói tốc độ cao đường lên (HSUPA: High
Speed Up Link Packet Access) trong 3GPP được chuẩn hóa trong R6 vào tháng 12
năm 2004. Cả hai HSDPA và HSUPA được gọi chung là HSPA. Đây là công nghệ
tiếp sau WCDMA trong quá trình tiến lên các hệ thống thông tin di động thế hệ
thứ tư, nâng cao tốc độ truyền dữ liệu và cung cấp các dịch vụ mới.
5

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46

Trong bối cảnh Việt Nam và các nước trên thế giới đang triển khai rộng rãi
hai công nghệ WCDMA và HSPA. Xuất phát từ mong muốn tìm hiểu hai công
nghệ trên nên em đã thực hiện đồ án: “NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THÔNG
TIN DI ĐỘNG 3G WCDMA VÀ PHÁT TRIỂN LÊN THẾ HỆ 3,5G HSPA”
Nội dung đồ án được trình bày trong 4 chương với nội dung chính sau:
 Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ ba WCDMA
 Chương 2: Các kỹ thuật sử dụng trong hệ thống WCDMA
 Chương 3: Giao diện vô tuyến của mạng WCDMA UMTS
 Chương 4: Công nghệ truy nhập gói tốc độ cao HSPA
Trong quá trình hoàn thành đồ án không tránh khỏi có nhiều thiếu sót, em rất
mong nhận được những góp ý quý báu của thầy cô và các bạn để đồ án được hoàn
thiện hơn.
Để hoàn thành đồ án này, em xin chân thành cảm ơn cô giáo, th.s Đàm Mỹ
Hạnh, các thầy cô giáo trong bộ môn Kỹ thuật Viễn thông, gia đình và bạn bè đã
giúp em trong suốt thời gian qua.
Hà Nội, ngày tháng 5 năm 2010
Người thực hiện

6

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46

MỤC LỤC
Trang
TỜ BÌA 1
NHIỆM VỤ THIẾT KẾT TỐT NGHIỆP 2
LỜI NÓI ĐẦU 4
MỤC LỤC 6
CÁC TỪ VIẾT TẮT 8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 13
CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ BA
WCDMA 16
1.1 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG LÊN THẾ HỆ
4G 16
1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất 16
1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai 17
1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba 17
1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tƣ 18
1.2 KIẾN TRÚC CHUNG MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
3G 19
1.2.1 Công nghệ WCDMA 19
1.2.2 Tổng quan hệ thống UMTS 20
1.2.3 Kiến trúc chung của một mạng WCDMA 22
1.2.4 Các loại lƣu lƣợng và dịch vụ đƣợc mạng 3G WCDMA hỗ trợ 23
1.3 CÁC KIẾN TRÚC CHO CÔNG NGHỆ WCDMA THEO 3GPP 24
1.1.3 Kiến trúc WCDMA UMTS R3 25
1.3.2 Kiến trúc mạng WCDMA UMTS R4 31

1.3.3 Kiến trúc mạng WCDMA UMTS R5 và R6 34
1.4 KIẾN TRÚC MẠNG DỊCH CHUYỂN TỪ GMS SANG UMTS 37
CHƢƠNG 2 - CÁC KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG WCDMA 40
2.1 SƠ ĐỒ MÁY THU – PHÁT VÔ TUYẾN TRONG HỆ THỐNG
WCDMA 40
2.2 MÃ HÓA KIỂM SOÁT LỖI 42
2.2.1 Mã vòng 43
7

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46

2.2.2 Mã xoắn 44
2.2.3 Mã hóa turbo 45
2.3 PHỐI HỢP TỐC ĐỘ VÀ ĐAN XEN 46
2.3.1 Phối hợp tốc độ 46
2.3.2 Đan xen 47
2.4 CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP CỦA WCDMA 47
2.4.1 Các hệ thống thông tin trải phổ 48
2.4.2 Nguyên lý chung của DSSS và áp dụng DSSS vào CDMA 48
2.4.3 Hệ thống DSSS-BPSK 52
2.4.4 Hệ thống DSSS-QPSK 54
2.4.5 Mô hình hệ thống DS CDMA 56
2.5 NGẪU NHIÊN HÓA 59
2.6 CÁC MÃ TRẢI PHỔ DÙNG TRONG WCDMA 59
2.7 MÁY THU PHÂN TẬP ĐA ĐƢỜNG – MÁY THU RAKE 61
2.8 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 63
2.9 CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG WCDMA 64
CHƢƠNG 3 - GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA MẠNG WCDMA UMTS 66
3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 66
3.2 KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC CỦA GIAO DIỆN VÔ

TUYẾN 68
3.3 CÁC KÊNH CỦA WCDMA 69
3.4 KÊNH VẬT LÝ 70
3.4.1 Các kênh vật lý 70
3.4.2 Các kênh đƣờng lên 73
3.4.3 Trải phổ và điều chế đƣờng lên 77
3.4.4 Các kênh đƣờng xuống 80
3.4.5 Trải phổ và điều chế cho đƣờng xuống 86
3.5 CÁC KÊNH TRUYỀN TẢI 88
3.5.1 Các kênh truyền tải 89
3.5.2 Chuyển đổi và ghép các kênh truyền tải lên các kênh vật lý 90
3.6 KÊNH LOGIC 92
3.6.1 Các kênh điều khiển 92
3.6.2 Các kênh lƣu lƣợng 92
8

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46

3.7 THIẾT LẬP CUỘC GỌI TRONG WCDMA UMTS 93
3.8 PHÂN TẬP PHÁT 97
3.8.1. Phân tập vòng hở 97
3.8.2. Chế độ vòng kín 98
CHƢƠNG 4 - CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO HSPA 99
4.1 GIỚI THIỆU CHUNG 99
4.2 KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN
HSPA 100
4.3 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƢỜNG XUỐNG 102
4.3.2 Lập biểu phụ thuộc kênh 103
4.3.3 Điều khiển tốc độ và điều chế bậc cao 105
4.3.4 HARQ với kết hợp mềm 107

4.3.5 Kiến trúc 108
4.4 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƢỜNG LÊN 112
4.4.1 Lập biểu 113
4.4.2 HARQ với kết hợp mềm 116
4.4.3. Kiến trúc 117
KẾT LUẬN 121
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN 122
LỜI CẢM ƠN 123
TÀI LIỆU THAM KHẢO 124

CÁC TỪ VIẾT TẮT
2G
Second Generation
Thế hệ thứ 2
3G
Third Generation
Thế hệ thứ ba
3GPP
3
ird
Genaration Partnership Project
Đề án các đối tác thế hệ thứ ba
3GPP2
3
ird
Generation Patnership Project 2
Đề án đối tác thế hệ thứ ba hai
AICH
Acquisition Indication Channel
Kênh chỉ thị bắt

9

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46

AMC
Adaptive Modulation and Coding
Mã hóa và điều chế thích ứng
AMR
Adaptive MultiRate
Đa tốc độ thích ứng
AMPS
Advanced Mobile Phone System
Hệ thống điện thoại di động tiên
tiến
ARQ
Automatic Repeat-reQuest
Yêu cầu phát lại tự động
BCCH
Broadcast Control Channel
Kênh điều khiển quảng bá
BCH
Broadcast Channel
Kênh quảng bá
BER
Bit Error Rate
Tỷ số lỗi bit
BPSK
Binary Phase Shift Keying
Khóa chuyển pha hai trạng thái
BS

Base Station
Trạm gốc
BTS
Base Tranceiver Station
Trạm thu phát gốc
CDMA
Code Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã
CD/CA-
ICH
CPCH Collision Detection/
Channel Assignment Indicator
Channel
Kênh chỉ thị phát hiện va chạm
CPCH/ ấn định kênh
CN
Core Network
Mạng lõi
CPCH
Common Packet Channel
Kênh gói chung
CPICH
Common Pilot Channel
Kênh hoa tiêu chung
CRC
Cyclic Redundancy Check
Kiểm tra vòng dư
CSICH
CPCH Status Indicator Channel
Kênh chỉ thị trạng thái CPCH

DCCH
Dedicated Control Channel
Kênh điều khiển riêng
DCH
Dedicated Channel
Kênh điều khiển
DPCCH
Dedicated Physycal Control
Channel
Kênh điều khiển vật lý riêng
DPCH
Dedicated Physical Channel
Kênh vật lý riêng
DPDCH
Dedicated Physical Data Channel
Kênh số liệu vật lý riêng
DSCH
Downlink Shared Channel
Kênh chia sẻ đường xuống
10

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46

DSSS
Direct-Sequence Spread Spectrum
Trải phổ chuỗi trực tiếp
E-AGCH
Enhanced Absolute Grant Channel
Kênh cho phép tuyệt đối tăng
cường

E-DCH
Enhanced Dedicated Channel
Kênh riêng tăng cường
EDGE
Enhanced Data rates for GPRS
Evolution
Tốc độ số liệu tăng cường để
phát triển GPRS
EIR
Equipment Identity Register
Bộ ghi nhận dạng thiết bị
FACH
Forward Access Channel
Kênh truy nhập đường xuống
FDD
Frequency Division Duplex
Ghép song công phân chia theo
thời gian
GERAN
GSM EDGE Radio Access
Network
Mạng truy nhập vô tuyến GSM
EDGE
GGSN
Gateway GPRS Support Node
Nút hỗ trợ GPRS cổng
GPRS
General Packet Radio Service
Dịch vụ vô tuyến gói chung
GSM

Global System For Mobile
Communications
Hệ thống thông tin di động toàn
cầu
GPS
Global Position System
Hệ thống định vị toàn cầu
HARQ
Hybrid Automatic Repeat request
Yêu cầu phát lại tự động lai
ghép
HHO
Hard Handover
Chuyển giao cứng
HLR
Home Location Register
Bộ ghi định vị thường trú
HSDPA
High Speed Downlink Packet
Access
Truy nhập hói đường xuống tốc
độ cao
HS-
DPCCH
High-Speed Dedicated Physical
Control Channel
Kênh điều khiển vật lý riêng tốc
độ cao
HS-
DSCH

High-Speed Dedicated Shared
Channel
Kênh chia sẻ riêng tốc độ cao
HSPA
High Speed Packet Access
Truy nhập gói tốc độ cao
HS-
PDSCH
High-Speed Physical Dedicated
Shared Channel
Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc độ
cao
11

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46

HS-
SCCH
High-Speed Shared Control
Channel
Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ
cao
HSUPA
High-Speed Uplink Packet Access
Truy nhập gói đường lên tốc độ
cao
IMT-
2000
International Mobile
Telecommunications 2000

Thông tin di động quốc tế 2000
IMS
IP Multimedia Subsystem
Phân hệ đa phương tiện IP
IP
Internet Protocol
Giao thức Internet
ISDN
Integrated Servive Digital Network
Mạng số đa dịch vụ
LTE
Long Term Evolution
Phát triển dài hạn
MAC
Medium Access Control
Điều khiển truy nhập môi
trường
MMS
Multimedia Messenging Service
Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện
MSC
Mobile Services Switching Center
Trung tâm chuyển mạch các
dịch vụ di động
Node B
Là nút logic kết cuối giao diện IuB với RNC
P-
CCPCH
Primary Common Control Physical
Channel

Kênh vật lý điều khiển chung sơ
cấp
PCH
Paging Channel
Kênh tìm gọi
PCPCH
Physical Common Packet Channel
Kênh vật lý gói chung
PDCP
Packet-Data Convergence Protocol
Giao thức hội tụ số liệu gói
PDSCH
Physical Downlink Shared Channel
Kênh chia sẻ đường xuống vật
lý
PHY
Physical Layer
Lớp vật lý
PICH
Page Indication Channel
Kênh chỉ thị tìm gọi
PS
Packet Switch
Chuyển mạch gói
PSTN
Public Switched Telephone
Network
Mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng
QAM

Quadrature Amplitude Modulation
Điều chế biên độ vuông góc
12

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46

QoS
Quality of Service
Chất lượng dịch vụ
QPSK
Quatrature Phase Shift Keying
Khóa chuyển pha vuông góc
RACH
Random Access Channel
Kênh truy nhập ngẫu nhiên
RAN
Radio Access Network
Mạng truy nhập vô tuyến
RLC
Radio Link Control
Điều khiển liên kết vô tuyến
RNC
Radio Network Controller
Bộ điều khiển mạng vô tuyến
RRC
Radio Resource Control
Điều khiển tài nguyên vô tuyến
S-
CCPCH
Secondary Common Control

Physical Channel
Kênh vật lý điều khiển chung sơ
cấp
SCH
Synchronization channel
Kênh đồng bộ
SF
Spreading Factor
Hệ số trải phổ
SGSN
Serving GPRS Support Node
Nút hỗ trợ GPRS phục vụ
SIM
Subscriber Identity Module
Modun nhận dạng thuê bao
SHO
Soft Handover
Chuyển giao mềm
SNR
Signal to Noise Ratio
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
TDD
Time Division Duplex

Ghép song công phân chia theo
thời gian
TDM
Time Division Multiplex
Ghép kênh phân chia theo thời
gian

TDMA
Time Division Mulptiple Access
Đa truy nhập phân chia theo
thời gian
TFC
Transport Format Combination
Kết hợp khuôn dạng truyền tải
TTI
Transmission Time Interval
Khoảng thời gian phát
UE
User Equipment
Thiết bị người sử dụng
UMTS
Universal Mobile
Telecommunications System
Hệ thống thông tin di động toàn
cấu
UTRA
UMTS Terrestrial Radio Access
Truy nhập vô tuyến mặt đất
UMTS
13

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46

UTRAN
UMTS Terrestrial Radio Access
Network
Mạng truy nhập vô tuyến mặt

đất UMTS
WCDMA
Wideband Code Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo mã
băng rộng
Wifi
Wireless FIdelitity
Chất lượng không dây cao
WiMAX
Worldwide interoperability for
Microwave Access
Tương hỗ truy nhập vi ba toàn
cầu
VoIP
Voice over IP
Thoại trên IP








DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G 19
Hình 1.2. Các phổ tần dùng trong UMTS 21
Hình 1.3. Kiến trúc tổng quát của một mạng 3G sử dụng công nghệ WCDMA 22
Hình 1.4. Vùng phủ sóng của UMTS 24

Hình 1.5. Kiến trúc mạng 3G trong 3GPP phát hành năm 1999 25
Hình 1.6. Kiến trúc mạng WCDMA UMTS phát hành 4 32
Hình 1.7. Kiến trúc mạng WCDMA UMTS R5 và R6 34
Hình 1.8. Kiến trúc tồn tại đồng thời GSM và UMTS 37
Hình 1.9. Kiến trúc mạng RAN tích hợp của 3GR2 38
14

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46

Hình 1.10. Kiến trúc RAN thống nhất của 3GR3 39
Hình 2.1. Máy phát vô tuyến 40
Hình 2.2. Máy thu vô tuyến 41
Hình 2.3. Mạch mã hóa vòng với đa thức sinh 44
Hình 2.4. Cấu hình bộ mã hóa và giải mã turbo 46
Hình 2.5. Trích bỏ các kênh TrCH đƣợc mã hóa turbo 47
Hình 2.6. Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) 50
Hình 2.7. Quá trình giải trải phổ và lọc tín hiệu của ngƣời sử dụng k từ tập K
ngƣời sử dụng 52
Hình 2.8. Sơ đồ khối của máy phát DSSS BPSK 52
Hình 2.9. Sơ đồ máy thu của hệ thống DSSS-BPSK 54
Hình 2.10. Sơ đồ trải phổ DSSS-QPSK 55
Hình 2.11. Sơ đồ khối máy thu DSSS-QPSK 55
Hình 2.12. Hệ thống DSCDMA: Máy phát và máy thu tƣơng quan 58
Hình 2.13. Quan hệ giữa trải phổ và ngẫu nhiên hóa 59
Hình 2.14. Cây mã định kênh 60
Hình 2.15. Truyền sóng đa đƣờng 62
Hình: 2.16. Máy thu RAKE 63
Hình 2.17. Chuyển giao mềm (a) và mềm hơn (b) 66
Hình 3.1. Kiến trúc giao thức của giao diện vô tuyến WCDMA 69
Hình 3.2. Các kênh của lớp vật lý 71

Hình 3.3. Cấu trúc khung vô tuyến cho DPDCH/DPCCH đƣờng lên 74
Hình 3.4. Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH 74
Hình 3.5. Cấu trúc phát truy nhập ngẫu nhiên 75
Hình 3.6. Cấu trúc khung vô tuyến phần bản tin của RACH 75
Hình 3.7. Thủ tục truy nhập gói CPCH 76
Hình 3.8. Trải phổ và điều chế DPDCH và DPCCH đƣờng lên 78
Hình 3.9. Chúm tín hiệu đối với ghép mã I/Q sử dụng ngẫu nhiên hóa phức 79
Hình 3.10. Trải phổ và điều chế phần bản tin PRACH 80
Hình 3.11. Cấu trúc khung cho DPCH đƣờng xuống 81
15

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46

Hình 3.12. Cấu trúc khung cho kênh hoa tiêu chung 82
Hình 3.13. Cấu trúc khung vô tuyến cho kênh P-CCPCH 82
Hình 3.14. Cấu trúc khung cho S-CCPCH 83
Hình 3.15. Cấu trúc kênh đồng bộ (SCH) 84
Hình 3.16. Cấu trúc khung cho PDSCH 85
Hình 3.17. Cấu trúc kênh chỉ thị bắt (AICH) 86
Hình 3.18. Cấu trúc kênh chỉ thị tìm gọi (PICH) 86
Hình 3.19. Sơ đồ trải phổ và điều chế cho các kênh vật lý đƣờng xuống 87
Hình 3.20. Chuyển đổi giữa kênh các kênh truyền tải và các kênh vật lý 91
Hình 3.21. Ghép các kênh truyền tải lên kênh vật lý 92
Hình 3.22. Chuyển đổi giữa các kênh logic và các kênh truyền tải đƣờng lên và
xuống 93
Hình 3.23. Thủ tục thiết lập cuộc gọi ở WCDMA UMTS 94
Hình 3.24. Phân tập phát vòng hở của WCDMA 98
Hình 3.25. Phân tập phát vòng kín của WCDMA 99
Hình 4.1. Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện (công nghệ HSDPA) 100
Hình 4.2. Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA 101

Hình 4.3. Cấu trúc mã của HS-DSCH 103
Hình 4.4. Nguyên lý lập biểu HSDPA của node B 104
Hình 4.6. Chùm tín hiệu điều chế QPSK, 16-QAM và khoảng cách cực tiểu giữa
hai điểm tín hiệu 106
Hình 4.7. Nguyên lý xử lý phát lại của node B 108
Hình 4.8. Kiến trúc HSDPA 110
Hình 4.9. Cấu trúc kênh HSDPA kết hợp WCDMA 110
Hình 4.11. Chƣơng trình khung lập biểu của HSUPA 115
Hình 4.12. Kiến trúc mạng đƣợc lập cấu hình E-DCH (và HS-DSCH) 118



16

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46


CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG THẾ HỆ BA WCDMA
1.1 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG LÊN THẾ HỆ 4G
Trong quá trình phát triển của mình, các công nghệ thông tin di động được
chia thành các thế hệ: Thứ nhất, thứ hai, thứ ba và thứ tư; được viết tắt là 1G, 2G,
3G và 4G.
1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất
Hệ thống thông tin di động thế hệ một (1G) sử dụng phương pháp đa truy
nhập phân chia theo tần số (FDMA) và 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 sử dụng. Đa
truy nhập phân chia theo tấn số là phương thức truy nhập mà trong đó mỗi kênh
dành cho người sử dụng được cấp phát một tần số cố định, không trùng với các
kênh người dùng khác nhờ phân chia phổ tần số thành nhiều đoạn riêng biệt.

Một số hệ thống FDMA điển hình là:
 Hệ thống AMPS (Advanced Mobile Phone Servise – Dịch vụ điện thoại
di động tiên tiến) được sử dụng trên toàn nước Mỹ.
 NMT (Nordic Mobile Telephone System – Hệ thống điện thoại di động
Bắc Âu)
 TACS (Total Access Communication System – Hệ thống thông tin truy
nhập toàn bộ)
Tuy nhiên, thông thường các công nghệ 1G thường được triển khai tại một
số nước, không được tiêu chuẩn hóa bởi các cơ quan tiêu chuẩn quốc tế. Không
thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về dung lượng và tốc độ. Chính
vì vậy, hệ thống thông tin di động thế hệ hai được đưa ra giới thiệu.
17

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46

1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai
Khác với thế hệ thứ nhất, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G)
được thiết kế để triển khai quốc tế, các thiết kế 2G nhấn mạnh hơn lên tính tương
thích, khả năng chuyển mạch phức tạp và sử dụng truyền dẫn tiếng số hóa trên các
kênh vô tuyến.
Hệ thống 2G sử dụng hai phương pháp đa truy nhập: Đa truy nhập phân
chia theo thời gian (TDMA) và đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA).
Một số hệ thống trong mạng 2G điển hình là:
GSM (Global for System Mobile Communications - Hệ thống thông tin di động
toàn cầu), cdma One, ngoài ra còn một số hệ thống khác đó là: iDEN, D-AMPS,
GPRS (2,5G), HSCSD và WiDEN.
1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba
Để đáp ứng yêu cầu phát triển dung lượng mạng, tốc độ (tốc độ dịch
chuyển dữ liệu) và những ứng dụng đa phương tiện, chuẩn 3G bắt đầu được đưa
ra. Những hệ thống trong chuẩn này là sự phát triển tuyến tính của hệ thống 2G,

chúng dựa vào hai cơ sở hạ tầng chính cùng tồn tại song song đó là những node
chuyển mạch kênh và những node chuyển mạch gói.
Một hệ thống thông tin di động là 3G nếu nó đáp ứng một số yêu cầu được
ITU đề ra như sau:
- Hoạt động trong một trong số các tần số được ấn định cho các dịch
vụ 3G.
- Phải cung cấp các dịch vụ số liệu mới cho người sử dụng bao gồm cả
các dịch vụ đa phương tiện, độc lập với các công nghệ ở giao diện vô
tuyến.
- Phải hỗ trợ truyền dẫn số liệu di động tại 144 kbps cho người sử
dụng di động tốc độ cao và truyền dẫn số liệu lên đến 2 Mbps cho
người sử dụng cố định hoặc tốc độ thấp.
- Phải cung cấp các dịch vụ số liệu gói.
- Đảm bảo tính độc lập của mạng lõi với giao diện vô tuyến.
18

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46

Một số hệ thống 3G: UMTS (WCDMA), CDMA2000&1xEV-DO, iS865,
TD-SCDMA; 3,5G: UMTS (HSPA).
1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tƣ
Việc triển khai tại một số nước đã chỉ ra một vài vấn đề mà 3G chưa giải
quyết được hoặc mới chỉ giải quyết được một phần là:
 Sự khó khăn trong việc tăng liên tục băng thông và tốc độ dữ liệu để
thỏa mãn nhu cầu ngày càng đa dạng các dịch vụ đa phương tiện, các
dịch vụ khác nhau với nhu cầu về chất lượng dịch vụ (QoS) và băng
thông khác nhau.
 Sự giới hạn của giải phổ sử dụng.
 Dù có sự thỏa thuận về các khả năng chuyển vùng toàn cầu nhưng do
tồn tại những chuẩn công nghệ 3G khác nhau nên gây khó khăn trong

việc chuyển vùng (roaming) giữa các môi trường dịch vụ khác biệt trong
các băng tần số khác nhau.
 Thiếu cơ chế chuyển tải “liền mạch” giữa đầu cuối với đầu cuối khi mở
rộng mạng con di động với mạng cố định.
Trong nỗ lực khắc phục những vấn đề của 3G, để hướng tới mục tiêu tạo ra
một mạng di động có khả năng cung cấp cho người sử dụng các dịch vụ thoại,
truyền dữ liệu và đặc biệt là các dịch vụ băng rộng multimedia tại mọi nơi, mọi
lúc; do vậy mạng di động thế hệ thứ tư (4G) đã được đề xuất nghiên cứu và hứa
hẹn những bước triển khai đầu tiên. Cơ sở hạ tầng cho 4G sẽ chỉ là gói (all-IP)
Những kỹ thuật đang được xem xét như pre-4G là Wimax, WiBro, iBurst,
3GPP Long Term Evolution và 3GPP2 Ultra Mobile Broadband.

19

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46









Hình 1.1. Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G
1.2 KIẾN TRÚC CHUNG MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G
1.2.1 Công nghệ WCDMA
WCDMA (Wideband CDMA) là một công nghệ phát triển của GSM để
tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu bằng cách sử dụng kỹ thuật CDMA hoạt động ở
băng rộng thay thế cho TDMA. Trong các công nghệ thông tin di động thế hệ thứ

ba thì WCDMA nhận được sự ủng hộ lớn nhất nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật
lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là dịch vụ tốc độ bít thấp
và trung bình.
Một số đặc điểm của WCDMA:
 Là hệ thống đa truy nhập 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.
AMPS
TASC
GSM
cdma One
WCDMA
cdma 20001x
HSPA
1xEVDO
LTE
UMB
1G
2G
3G
3G
+
E3G
WiFi
WiMax
4G
Tốc độ số liệu
Thời gian
Khả năng di động

1985
< 10 kbps
1995
2000
2005
2010
2015
< 200 kbps
300kbps – 10Mbps
< 100 Mbps
100Mbps – 1Gbps
Cao
Thấp
20

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46

 Hỗ trợ tốc độ người sử dụng thay đổi liên tục. Mỗi người sử dụng được
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 sẻ theo thời gian giữa đường lên và đường
xuống.
 WCDMA hỗ trợ hoạt động không đồng bộ của các trạm gốc, do đó dễ
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 tương thích với GSM để mở rộng vùng phủ
sóng và dung lượng của mạng.

 Lớp vật lý mềm dẻo dễ tích hợp được tất cả thông tin trên một sóng
mang.
 Hệ số tái sử dụng bằng 1.
 Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến.
1.2.2 Tổng quan hệ thống UMTS
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba được xây dựng với mục đích cung
cấp cho một mạng di động toàn cầu với các dịch vụ phong phú bao gồm thoại,
nhắn tin, internet và dữ liệu băng rộng.
Tại Châu Âu hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba đã được tiêu chuẩn
hóa bởi học viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI: European
Telecommunications Standard Institute) phù hợp với tiêu chuẩn ITM-2000 của
ITU (International Telecommunication Union).
Hệ thống có tên là UMTS (Universal Mobile Telecommunication System).
UMTS được xem là hệ thống kế thừa của hệ thống GSM, nhằm đáp ứng các yêu
21

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46

cầu phát triển của các dịch vụ di động và ứng dụng internet với tốc độ truyền dẫn
lên tới 2 Mbps và cũng cấp một tiêu chuẩn chuyển vùng toàn cầu.
UMTS được phát triển bởi Third Generation Partnership Project (3GPP) là
dự án phát triển chung của nhiều cơ quan tiêu chuẩn hóa (SDO) như: ETSI (Châu
Âu), ARIB/TCC (Nhật Bản), ANSI (Mỹ), TTA (Hàn Quốc) và CWTS (Trung
Quốc).
Hội nghị vô tuyến thế giới năm 1992 đã đưa ra các phổ tần số dùng cho hệ
thống UMTS:
 1920 ÷ 1980 MHz và 2110 ÷ 2170 MHz dành cho các ứng dụng FDD
(Frequency Division Duplex: Ghép kênh theo tần số) đường lên và
đường xuống, khoảng cách kênh là 5MHz.
 1900 ÷ 1920 MHz và 2010 ÷ 2025 MHz dành cho các ứng dụng TDD

(Time Division Duplex: Ghép kênh theo tần số), khoảng cách kênh là
5MHZ.
 1980 ÷ 2010 MHz và 2170 ÷ 2200 MHz: Đường xuống và đường lên vệ
tinh.






Hình 1.2. Các phổ tần dùng trong UMTS

15
85
1900
1920
1980
2010
2025
2170
2200
2110
MHz
20
60
30
30
60
UMTS TDD
UMTS FDD

UMTS
Satellite
22

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46

1.2.3 Kiến trúc chung của một mạng WCDMA
Mạng thông tin di động thế hệ ba ban đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng
chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh để truyền dữ liệu gói và tiếng. Các trung
tâm chuyển mạch gói là các chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM. Trong quá
trình phát triển đến sử dụng toàn mạng IP, chuyển mạch kênh dần được thay thế
bằng chuyển mạch gói. Các dịch vụ số liệu và thời gian thực cuối cùng sẽ được
chuyển trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch gói.
1.2.3.1 Thiết bị ngƣời sử dụng
Thiết bị người sử dụng (UE: User Equipment): Thực hiện chức năng giao
tiếp người sử dụng với hệ thống.
1.2.3.2 Mạng truy nhập vô tuyến









Hình 1.3. Kiến trúc tổng quát của một mạng 3G sử dụng công nghệ WCDMA
Mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN: UMTS Terestrial RadioAccess
Network): Có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy nhập vô tuyến.
Kiến trúc ban đầu của mạng 3G có thể sử dụng hai kiểu mạng truy nhập vô tuyến.

Thiết
bị
cổng

Mạng báo hiệu
Điều khiển
dịch vụ

Thông tin
vị trí
Chức năng
dịch vụ CS

Chức năng
dịch vụ PS

Chức năng
dịch vụ CS

Chức năng
dịch vụ PS

BTS
Node
B
BSC
RNC
TE
ME
Internet

PLMN
Nút kết hợp dịch vụ CS và PS
23

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46

Kiểu thứ nhất sử dụng công nghệ đa truy nhập WCDMA được gọi là UTRAN.
Kiểu thứ hai sử dụng công nghệ đa truy nhập TDMA được gọi là GERAN (GSM
EDGE Radio Access Network: Mạng truy nhập vô tuyến dựa trên công nghệ
EDGE của GSM).
1.2.3.3 Mạng lõi
Mạng lõi (CN: Core Network): Thực hiện chức năng chuyển mạch, định
tuyến cuộc gọi và kết nối số liệu. Mạng lõi là kết hợp của chuyển mạch kênh và
chuyển mạch gói được thể hiện bằng nhóm các đơn vị chức năng logic (hình 1.3).
Trong thực thế các miền chức năng này đặt vào các thiết bị và các nút vật lý. Như
chức năng chuyển mạch kênh CS (MGC/GMSC) và chức năng chuyển mạch gói
(SGSN/GGSN) trong một nút duy nhất để được một hệ thống tích hợp cho phép
chuyển mạch và truyền dẫn các kiểu phương tiện khác nhau từ lưu lượng tiếng đến
lưu lượng số liệu dung lượng lớn.
1.2.4 Các loại lƣu lƣợng và dịch vụ đƣợc mạng 3G WCDMA hỗ trợ
WCDMA UMTS cung cấp các loại dịch vụ xa (teleservices) như dịch vụ
điện thoại hoặc bản tin ngắn (SMS) và các loại dịch vụ mang (bearer service: Một
dịch vụ viễn thông cung cấp khả năng truyền tín hiệu giữa hai giao diện người sử
dụng - mạng).Vì thế, nói chung mạng 3G hỗ trợ các dịch vụ truyền thông đa
phương tiện. Do đó với mỗi kiểu lưu lượng cần đảm bảo một mức QoS nhất định
tùy theo ứng dụng của dịch vụ. QoS ở hệ thống WCDMA UMTS được phân loại
như sau:
 Loại hội thoại (Thoại, thoại thấy hình): Thông tin tương tác yêu cầu trễ
nhỏ.
 Loại luồng (đa phương tiện, video theo yêu cầu): Thông tin một chiều

đòi hỏi dịch vụ luồng với trễ nhỏ.
 Loại tương tác (duyệt web, trò chơi qua mạng, truy nhập cơ sở dữ
liệu ): Đòi hỏi trả lời trong một thời gian nhất định và tỉ lệ lỗi thấp.
24

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46

 Loại cơ bản (thư điện tử, SMS, tải dữ liệu xuống): Đòi hỏi các dịch vụ
nỗ lực nhất được thực hiện trên nền cơ sở.
Vùng phủ sóng của mạng WCDMA UMTS được chia thành bốn vùng với các
tốc độ bít R
b
phục vụ như sau:
- Vùng 1: Vùng trong nhà, ô pico, R
b
≤ 2 Mbps
- Vùng 2: Vùng thành phố, ô micro, R
b
≤ 384 Kbps
- Vùng 3: Vùng ngoại ô, ô macro, R
b
≤ 144 Kbps
- Vùng 4: Toàn cầu, R
b
= 12,2 Kbps


Hình 1.4. Vùng phủ sóng của UMTS
1.3 CÁC KIẾN TRÚC CHO CÔNG NGHỆ WCDMA THEO 3GPP
Mạng di động thế hệ 3 được xây dựng theo các phát hành chính được gọi là

R3, R4, R5 và R6. Trong đó R3 và R4 có mạng lõi bao gồm hai miền chuyển
mạch: Miền CS (Circuit Switch: Chuyển mạch kênh) và PS (Packet Switch:
Chuyển mạch gói). Việc kết hợp này phù hợp với giai đoạn đầu khi PS chưa đáp
ứng tốt các dịch vụ thời gian thực như thoại và hình ảnh. Khi đó miền CS sẽ thực
hiện các dịch vụ thoại, còn các dịch vụ số liệu được truyền trên miền PS. R4 phát
25

SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46

triển hơn R3 ở chỗ CS chuyển sang chuyển mạch mềm, vì thế toàn bộ mạng truyền
tải giữa các nút chuyển mạch đều trên IP.
Lịch trình nghiên cứu trong 3GPP:
- Phát hành 1999 (R3) tháng 12/1999
- Phát hành 4 (R4) tháng 03/2001
- Phát hành 5 (R5) tháng 02/2001
- Phát hành 6 (R6) tháng 12/2004
1.1.3 Kiến trúc WCDMA UMTS R3
Đây là kiến trúc mạng 3G sử dụng công nghệ WCDMA trong 3GPP năm
1999, tập tiêu chuẩn đầu tiên cho hệ thống UMTS.









Hình 1.5. Kiến trúc mạng 3G trong 3GPP phát hành năm 1999
Mạng UMTS R3 có hỗ trợ cả chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Tốc

độ thông tin lên tới 384 Kbps trong miền chuyển mạch kênh và 2 Mbps trong
miền chuyển mạch gói. Các kết nối tốc độ cao này đảm bảo cung cấp một tập các
dịch vụ mới cho người sử dụng di động gồm: Điện thoại có hình (hội nghị Video)
âm thanh chất lượng cao (CD) và tốc độ truyền cao tại đầu cuối.
TE
ME
USIM
R
Cu

Node B
RNC
Node B
Node B
RNC
Node B
I
ub
I
ur
MSC/VLR
EIR
HLR/AuC
SGSN
GGSN
GMSC
E
C
D
F

Gf
Gn
n
Gc
Gr
PSTN
ISDN
Inter
net
Iu
Uu
UE
UTRAN
CN