Giải pháp nâng cao chất lượng phủ sóng trong nhà cho mạng di động 3G

Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
GVHD chấm điểm
Bằng số: ………………
Bằng chữ: ………………
Hà Nội, ngày …… tháng …… năm 2012
Giảng viên hướng dẫn
Vũ Trường Thành
Hồ Hải Yến – D08VT4 i
Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Hà Nội, ngày …… tháng …… năm 2012
Cán bộ phản biện
(Ký, ghi rõ họ tên)
Hồ Hải Yến – D08VT4 ii
Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG BIỂU
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

LỜI MỞ ĐẦU 1
1.1. Lịch sử phát triền của mạng thông tin di động 3
1.1.1 Giới thiệu sự phát triển của mạng thông n di động từ 2G lên 4G 3
1.1.2. Sơ đồ kiến trúc tổng quan của mạng thông n di động từ 2G lên 4G 5
1.2. Các đặc tính cơ bản của hệ thống thông tin di động 6
1.3. Cấu trúc chung của một hệ thống thông tin di động 6
1.3.1. Mô hình tham khảo hệ thống thông n di động 2G GSM 6
1.3.2. Mô hình tham khảo hệ thống thông n di động 3G UMTS 7
2.1. Các vấn đề về phủ sóng trong nhà khi triển khai mạng di động 3G 10
2.1.1. Tế bào ngoài trời (Outdoor Cells) 10
2.1.2. Outdoor Microcell 11
2.2. Một số giải pháp nâng cao chất lượng phủ sóng trong nhà 12
2.2.1. Lặp (Repeaters) 12
2.2.2. Hệ thống anten phân tán (DAS – Distributed Antenna System) 15
2.2.3. Phần tử bức xạ hoặc cáp rò 19
2.2.4. Các trạm cơ sở trong nhà 23
2.3. So sánh các công nghệ phủ sóng trong nhà 26
2.4. Kết luận chương 2 28
CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG PHỦ SÓNG TRONG
NHÀ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ FEMTOCELL 29
3.1. Tổng quan về Femtocell 29
3.1.1. Khái niệm Femtocell 29
3.2.2. Giao diện và giao thức Femtocell 32
Hồ Hải Yến – D08VT4 iii
Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
3.3. Các giải pháp kết nối Femtocell tới mạng lõi 3G 33
3.3.1. Kiến trúc dựa trên UMTS 33
3.3.2. Kiến trúc dựa trên giải pháp UMA/GAN 37
3.3.3 Kiến trúc dựa trên IMS 38
3.4. Hoạt động của Femtocell 40

3.4.1. Hoạt động của femtocell 40
3.4.2. Quá trình thiết lập của Femtocell 41
3.5. Các vấn đề về nhiễu và biện pháp khắc phục 41
3.5.1. Các loại nhiễu 41
3.5.2. Các vấn đề do nhiễu đồng lớp Femtocell gây ra 42
3.5.3. Các giải pháp khắc phục nhiễu đồng lớp femtocell 44
3.5.4. Nhiễu xuyên lớp (cross-layer) 47
3.5.5. Các biện pháp khắc phục nhiễu xuyên lớp 48
3.6. Chuyển giao 51
3.7. Bảo mật 52
3.8. Kết luận chương 3 53
4.1. Tình hình triển khai dịch vụ Femtocell tại VNPT 54
4.1.1. Triển khai Femtocell tại Mobiphone 54
4.1.2. Triển khai Femtocell tại Vinaphone 55
4.2. Đo kiểm chất lượng ban đầu 57
4.2.1. Kết quả đo kiểm của Mobifone 57
4.3. Một số vấn đề cần khắc phục 61
4.4. Kết luận chương 4 62
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN CHUNG 63
PHỤ LỤC 64
1.Phụ lục 1: Sản phẩm ePico3801 của Huawei 64
2.Phụ lục 2: Thủ tục lắp đặt Femtocell 68
Phụ lục 3. Danh sách các vị trí lắp đặt thử nghiệm Femtocell 3G của MobiFon 71
Hồ Hải Yến – D08VT4 iv
Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 80
Hồ Hải Yến – D08VT4 v
Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sự phát triển của thông tin di động từ 2G-4G 3

Hình 1.2. Sơ đồ tổng quan mạng từ 2G-4G 5
Hình 1.3. Kiến trúc mạng GSM 6
Hình 1.4. Kiến trúc UMTS R3 7
Hình 1.5. Tái sử dụng tần số trong một mạng tế bào lý tưởng hoá 9
Hình 2.1. Vùng phủ cho tòa nhà ba tầng được cung cấp từ outdoor cell 10
Hình 2.2. Vùng phủ trong nhà được cung cấp bởi kỹ thuật lặp 13
Hình 2.3. Kỹ thuật lặp 15
Hình 2.4. Vùng phủ trong nhà sử dụng DAS 17
Hình 2.5. Vùng phủ trong nhà được cung cấp bằng cáp rò 20
Hình 2.6. Mặt cắt ngang của một cáp rò 20
Hình 2.7. Cáp bức xạ bằng các BAD nối tiếp 21
Hình 2.8. Hệ thống cáp rò T-fed 22
Hình 2.9. Sự suy giảm dọc cáp cho hệ thống BDA nối tiếp và T-fed 22
Hình 2.10. Vùng phủ trong nhà sử dụng trạm cơ sở trong nhà (Indoor Base
Station) 23
Hình 2.11. So sánh kích thước tế bào cho các công nghệ khác nhau 24
Hình 3.1. Kiến trúc Femtocell 31
Hình 3.2. Giao diện hệ thống Femtocell 32
Hình 3.3. Các giải pháp kết nối Femtocell tới mạng lõi di động (CN) 33
Hình 3.4. Kiến trúc giải pháp Iub-trên-IP 34
Hình 3.5. Bộ giao thức của giải pháp « Iub trên IP » 34
Hình 3.6. Kiến trúc giải pháp Iu trên IP 36
Hình 3.7. Bộ giao thức của giải pháp « Iu trên IP » 36
Hình 3.8. Bộ giao thức của giải pháp dựa trên UMA/GAN 37
Hình 3.9. Kiến trúc giải pháp dựa trên IMS/SIP 39
39
Hình 3.10. Bộ giao thức của giải pháp dựa trên IMS/SIP 39
Hình 3.11. Mô hình mạng hai lớp macrocell và femtocell điển hình 42
Hình 3.12. Các vấn đề chính gây ra bởi nhiễn đồng lớp femtocell 43
Hồ Hải Yến – D08VT4 vi

Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Hình 3.13. Các giải pháp chống nhiễu đồng lớp 44
Hình 3.14. Các vấn đề chính gây ra bởi nhiễu xuyên lớp 47
Hình 3.15. Các biện pháp khắc phục nhiễu xuyên lớp 48
Hình 4.1. Sơ đồ hệ thống thử nghiệm Femtocell của Mobifone 54
Hình 4.2. Sơ đồ cụ thể của một VMS1 55
Hình 4.3. Sơ đồ thử nghiệm Femtocell của Vinaphone 56
Hình 4.4. Kết quả test dịch vụ dữ liệu của Mobifone 58
Hình 4.5. Tỷ số Eb/I0 trong vùng phủ Femtocell thử nghiệm của Mobifone 59
Hình 4.6. RSCP trong vùng phủ Femtocell thử nghiệm của MobiFone 59
Hình 4.7. RSCP trong vùng phủ Femtocell thử nghiệm của Vinaphone 61
Hình i. Vị trí của ePico3801 trong mạng WCDMA 64
Hình ii. Sản phẩm ePico3801 của Huawei 65
Hồ Hải Yến – D08VT4 vii
Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
DANH MỤC BẢNG BIỀU
Bảng 1.1. Sự phát triển từ GSM lên LTE 4
Bảng 1.2 Sự phát triển từ CDMA lên LTE 4
Bảng 2.1. So sánh giữa Picocell và Femtocell 26
Bảng 2.2. Sự khác nhau giữa các công nghệ phủ sóng trong nhà 27
Bảng 3.1. Mức quan trọng của từng quá trình chuyển giao 51
Bảng 4.1. Test các tham số cơ bản của cell 57
Bảng 4.2. Test dịch vụ thoại và SMS 57
Bảng 4.3. Test dịch vụ số liệu 58
Bảng i. Danh sách vị trí lắp đặt Femtocell 3G thử nghiệm của MobiFone 72
Hồ Hải Yến – D08VT4 viii
Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Tiếng anh Tiếng việt
3GPP

3G Partnership Project
3GPP
AAA Authentication, Authorization and
Accounting
Nhận thực, trao quyền và thanh
toán
ACIR Adjacent Channel Interference
Rejection
Loại bỏ nhiễu kênh lân cận
ADSL Asymmetric Digital Subscriber
Line
Đường dây thuê bao số bất đối
xứng
BPSK Binary Phase-Shift
Keying
Khóa chuyển pha hai trạng thái
BS Base
Station
Trạm cơ sở
BSC Base Station
Controller
Bộ điều khiển trạm gốc
BSS Base Station
Subsystem
Hệ thống con trạm gốc
BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc
CN Core
Network
Mạng lõi
CSG Closed Subscriber

Group
Nhóm thuê bao đóng
DAS Distributed Antenna
System
Hệ thống anten phân tán
DL
DownLink
Đường xuống
EIR Equipment Identity
Register
Bộ ghi nhận dạng thiết bị
FDD Frequency Division
Duplexing
Ghép kênh song công phân chia
theo tần số
FGW Femto
Gateway
Femtocell cổng
GAN Generic Access Network Mạng truy nhập chung
GANC Generic Access Network
Controller
Bộ điều khiển mạng truy nhập
chung
GSM Global System for Mobile
communication
Hệ thống thông tin di động toàn
cầu
HLR Home Location
Register
Bộ ghi định vị thường trú

HSPA High Speed Packet
Access
Truy nhập gói tốc độ cao
Hồ Hải Yến – D08VT4 ix
Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
HSS Home Subscriber
Server
Server thuê bao nhà.
IMS IP Multimedia
Subsystem
Hệ thống con đa phương tiện IP
IP Internet
Protocol
Giao thức Internet
IPsec Internet Protocol
Security
Giao thức Internet bảo mật
Iub UMTS Interface between RNC
and Node
B
Giao diện giữa RNC và NodeB
của mạng UMTS
ME Mobile Equipment
Thiết bị di động
MGW Media
Gateway
Cổng đa phương tiện
MIMO
Multiple

Input

–
Multiple Output Hệ thống nhiều đầu vào nhiều đầu
ra
MM Mobility
Management
Quản lý di động
MME Mobility Management
Entity
Thực thể quản lý di động
MMS Multimedia Messaging Server Dịch vụ truyền bản tin đa phương
tiện
MS Mobile
Station
Trạm di động
RNC Radio Network
Controller
Bộ điều khiển mạng vô tuyến
SGSN Serving GPRS Support
Node
Node hỗ trợ GPRS dịch vụ
SIM Subscriber Identity
Module
Module nhận dạng thuê bao
TDD Time Division
Duplex
Ghép song công phân chia theo
thời gian
TDMA Time Division Multiple

Access
Đa truy nhập phân chia theo thời
gian
UE User
Equipment
Thiết bị người sử dụng
UL
UpLink
Đường lên
UMTS Universal Mobile
Telecommunication
System
Hệ thống viễn thông di động toàn
cầu
USIM Universal Subscriber Identity
Module
Module nhận dạng thuê bao của
mạng UMTS
UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access
Network
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
toàn cầu
VLR Visitor Location
Register
Bộ ghi định vị thường trú
Hồ Hải Yến – D08VT4 x
Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
WAP WiFi Access
Point
Điểm truy cập Wifi

FAP Femrocell Access Point
Điểm truy cập Femtocell
WiFi Wireless
Fidelity
Dịch vụ truy nhập không dây tin
cậy
WiMAX Wireless Interoperability for
Microwave
Access
Mạng truy cập thông tin vô tuyến
liên kết hoạt động toàn cầu
Hồ Hải Yến – D08VT4 xi
Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
LỜI MỞ ĐẦU
Theo thói quen sử dụng, người ta thống kê có đến trên 90% các dịch vụ dữ liệu vô
tuyến được thực hiện ở môi trường trong nhà (tại gia đình hoặc nơi làm việc). Do đó, việc
cung cấp vùng phủ sóng trong nhà tốt không chỉ cho dịch vụ thoại mà cả dịch vụ video và
cả các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao là cực kỳ quan trọng đối với nhà cung cấp mạng vô
tuyến. Femtocell là một giải pháp kỹ thuật được kỳ vọng để giải quyết vấn đề trên và hy
vọng sẽ được triển khai rộng rãi vào năm 2012. Femtocell có một số ưu điểm chính như
sau:
• Chia sẻ tải.
• Giảm chi phí đầu tư cơ sở hạ tầng.
• Nâng cao chất lượng tín hiệu
• Với sự phát triển của Femtocell, một lượng lớn lưu lượng được truyền tải trong các
mạng Macrocell được truyền tải trong mạng Femtocell nên có thể cung cấp các
dịch vụ ở vùng tối Macrocell với chi phí cơ sở hạ tầng cho các thiết bị ở tòa nhà và
backhaul được giảm đáng kể, kéo theo việc giảm chi phí hoạt động và đầu tư.
Vì vậy, nghiên cứu về “Giải pháp nâng cao chất lượng phủ sóng trong nhà cho mạng
di động 3G”, cũng như giải pháp nâng cao chất lượng bằng công nghệ Femtocell được

chọn là đề tài nghiên cứu cho khóa luận tốt nghiệp.
Nội dung đề tài gồm bốn chương:
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
Chương 2: VẤN ĐỀ PHỦ SÓNG TRONG NHÀ KHI TRIỂN KHAI MẠNG DI
ĐỘNG 3G
Chương 3: GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG PHỦ SÓNG TRONG NHÀ
SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ FEMTOCELL
Chương 4: TRIỂN KHAI DỊCH VỤ FEMTOCELL TẠI VNPT.
Để hoàn thành đề tài “Giải pháp nâng cao chất lượng phủ sóng trong nhà cho mạng di
động 3G”, trước tiên, em xin cảm ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô tại Học viện
Công nghệ Bưu chính Viễn thông nói chung và các thầy cô trong khoa Điện tử Viễn
thông nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm
quý báu trong thời gian qua.
Hồ Hải Yến – D08VT4 1
Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo, TS.Vũ Trường Thành, thầy đã tận tình
giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suất quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Trong
thời gian làm việc với thầy, không những em tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn
học được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả. Đây là
những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học tập và công tác sau này.
Em xin chân thành cảm ơn ThS. Trần Mạnh Đạt, anh đã giúp em sưu tầm tài liệu và
định hướng cho quá trình làm đồ án.
Sau cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên, đóng
góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp.

Hồ Hải Yến – D08VT4 2
Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG.
1.1. Lịch sử phát triền của mạng thông tin di động
1.1.1 Giới thiệu sự phát triển của mạng thông tin di động từ 2G lên 4G

Thông tin di động ra đời với thế hệ đầu tiên là thông tin di động sử dụng kỹ thuật
tương tự, chưa sử dụng kỹ thuật số (1G). Sang thế hệ thứ 2, thông tin di động chuyển sang
sử dụng kỹ thuật số. Hiện nay, công nghệ di động đã phát triển sang thế hệ thứ 4 (4G).
Một số chuẩn phát triển công nghệ thông tin di động từ 2G lên 4G đã được đưa ra trên thế
giới (hình 1.1).
Hình 1.1. Sự phát triển của thông tin di động từ 2G-4G
1.1.1.a. Sự phát triển từ GSM lên LTE
- GSM: GSM là công nghệ 2G cung cấp cả dịch vụ thoại và dữ liệu (sau khi phát
triển lên GPRS và EDGE). Sự phát triển lớn nhất của công nghệ 2G so với 1G là việc sử
dụng công nghệ kỹ thuật số và phương pháp truy nhập TDMA.
- WCDMA (UMTS): là công nghệ 3G được phát triển từ GSM, PDC, IDEN, IS-
136. WCDMA là mạng truyền tải tốc độ cao dựa trên kỹ thuật truyền tải gói có khả năng
hỗ trợ truyền tải văn bản, thoại, video, và một số dịch vụ đa phương tiện khác.
Hồ Hải Yến – D08VT4 3
Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
- HSPA: HSPA là sự phát triển của UMTS (W-CDMA) nhằm tăng hiệu suất mạng
và tăng tốc độ truyền tải dữ liệu thông qua việc cải tiến phương pháp điều chế ở giao diện
vô tuyến.
- LTE: LTE là công nghệ 4G với tốc độ truyển tải dữ liệu tăng vượt bậc so với các
công nghệ thế hệ trước và có khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng tốc độ cao như: video,
mobile TV, game…
Công nghệ W-CDMA HSPA HSPA+ 3GPP LTE
Tốc độ tối đa 2Mbps ( down) 1.8Mbps-
14.4Mbps (down)
384 Kbps–2
Mbps (up)
42Mbps
(downlink)
22 Mbps (uplink)
100Mbps(down)

50 Mbps (up)
Băng thông
trung bình
cho đầu cuối
100Kbps-
300Kbps (down)
<100Kbps (up)
2 Mbps (down
only)
5Mbps
(downlink)
3 Mbps (uplink)
5–12Mbps(down)
2–5Mbps (up)
Bảng 1.1. Sự phát triển từ GSM lên LTE
1.1.1.b. Sự phát triển từ CDMA lên LTE
- CDMAone (CDMA IS-95-A): là công nghệ 2G cung cấp cả dịch vụ thoại và dữ
liệu. Phát triển hơn 1G vì sử dụng công nghệ kỹ thuật số và đa truy nhập CDMA.
- CDMA2000: là công nghệ 3G phát triển từ CDMAone. CDMA2000 hỗ trợ
những ứng dụng với tốc độ dữ liệu cao hơn so với CDMAone, đa dạng dịch vụ hơn và
khả năng đáp ứng số lượng thuê bao nhiều hơn.
- CDMA2000 1xEV-DO: là công nghệ phát triển tiếp theo của CMDA2000, đáp
ứng những ứng dụng với tốc độ dự liệu cao hơn, dựa trên nền tảng là mạng truyền tải gói.
CDMA2000 1xEV-DO ra đời với release0 sao đó được phát triển lên relA .
Công nghệ CDMA 1000 CDMA2000
1x EV-DO Rel.0
CDMA2000
1xEV-DO Rev.A
3GPP LTE
Tốc độ tối

đa
153Kbps(down)
153Kbps (up)
2.4Mbps(down)
153Kbps (up)
3.1Mbps(down)
1.8 Mbps (up)
100Mbps(down)
50 Mbps (up)
Băng thông
trung bình
cho đầu cuối
60–80Kbps(down)
60–80Kbps(down)
400-
700Kbps(down)
60–80Kbps (up)
6001,400Kbps(do
wn) 500–
800Kbps (up)
5-12Mbps(down)
2–5Mbps (up)
Bảng 1.2 Sự phát triển từ CDMA lên LTE
Hồ Hải Yến – D08VT4 4
Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
1.1.2. Sơ đồ kiến trúc tổng quan của mạng thông tin di động từ 2G lên 4G
Mạng di động phát triển từ 2G lên 4G có 2 chuẩn là từ 2G GSM và 2G CDMA. Tuy
nhiên, ở Việt Nam hiện nay chủ yếu sử dụng công nghệ 2G GSM và đã phát triển từ 2G
GSM lên HSPA+. Dưới đây là sơ đồ kiến trúc tổng quát của mạng 2G GSM và sự phát
triển lên LTE từ GSM.

Hình 1.2. Sơ đồ tổng quan mạng từ 2G-4G
- Mạng 2G GSM: mạng GSM ban đầu chỉ có dịch vụ thoại, chưa có dịch vụ dữ
liệu nên kiến trúc mạng chỉ bao gồm phần CS, sử dụng toàn bộ truyền dẫn là TDM. Với
2.5G bao gồm cả dịch vụ dữ liệu, kiến trúc mạng có thêm phần lõi PS (phần RAN vẫn sử
dụng chung cho cả thoại và dữ liệu). Trong cấu trúc mạng 2G, miền thoại vẫn dùng toàn
bộ truyền dẫn TDM, chỉ trong miền truyền dữ liệu mới sử dụng truyền IP.
- Mạng 3G: mạng 2G phát triển lên 3G bổ sung thêm toàn bộ lớp mạng truy nhập
riêng cho 3G. Lớp truy nhập của 3G kết nối với lõi CS bằng ATM và kết nối mạng lõi PS
bằng IP. Một phát triển lớn của 3G so với 2G nữa là sự tách biệt MSC thành MSC server
và MGW, tách phần điều khiển và truyền tải trong MSC.
- Mạng 4G LTE: so với mạng 3G, 4G phát triển thêm cấu trúc cả phần truy nhập
và mạng lõi. Phần truy nhập chỉ có 1 phần tử (eNode B) kết nối trực tiếp với mạng CS và
Hồ Hải Yến – D08VT4 5
Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
PS thông qua S-GW và MME. Có sự tách biệt phần điều khiển với miền truyền tải và truy
nhập (hình 2.2).
1.2. Các đặc tính cơ bản của hệ thống thông tin di động.
Để đảm bảo được các chức năng nói trên các mạng thông tin di động phải đảm bảo
một số đặc tính cơ bản chung sau đây:
1. Sử dụng hiệu quả băng tần được cấp phát.
2. Đảm bảo chất lượng truyền dẫn yêu cầu
3. Đảm bảo an toàn thông tin tốt nhất.
4. Giảm tối đa rớt cuộc gọi khi thuê bao di động chuyển từ vùng phủ này sang
vùng phủ khác.
5. Cho phép phát triển các dịch vụ mới nhất là các dịch vụ phi thoại.
6. Để mang tính toàn cầu phải cho phép chuyển mạng quốc tế
7. Các thiết bị cầm tay phải gọn nhẹ và tiêu tốn ít năng lượng.
1.3. Cấu trúc chung của một hệ thống thông tin di động.
1.3.1. Mô hình tham khảo hệ thống thông tin di động 2G GSM
 Kiến trúc tổng quan của hệ thống thông tin di động 2G GSM.

GSM là hệ thống thông tin di động đầu tiên được xây dựng trên phương pháp đa truy
nhập TDMA. Một hệ thống GSM được tổ chức thành ba phần tử chính: MS, hệ thống con
trạm gốc BSS và hệ thống con chuyển mạch SS như hình 1.3.
Hình 1.3. Kiến trúc mạng GSM
Hồ Hải Yến – D08VT4 6
Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
 Chức năng các khối:
 MS: chứa đầu cuối di động và SIM card. SIM là một thiết bị an ninh chứa tất cả các
thông tin cần thiết và các giải thuật để nhận thực thuê bao cho mạng.
 Hệ thống con trạm gốc BSS: bao gồm
BTS: Trạm thu phát gốc, điều khiển lưu lượng vô tuyến giữa MS và chính nó thông
qua giao diện vô tuyến Um.
BSC: Bộ điều khiển trạm gốc.
 Hệ thống con chuyển mạch SS:
MSC: Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động, thực hiện tất cả các ứng dụng cần
thiết để định tuyến cuộc gọi đến hoặc từ các người sử dụng và các mạng khác.
HLR: Bộ ghi định vị thường trú, mang thông tin thuê bao trong vùng GMSC tương
ứng.
VLR: Bộ ghi định vị tạm trú,chứa các thông tin tạm thời về các MS làm khách tại
MSC.
EIR: Bộ ghi nhận dạng thiết bị, ghi lại dạng số máy của thiết bị di động, chống mất
máy.
AuC: Trung tâm nhận thực, đặt trên HLR, đảm bảo các thông số cần thiết cho nhận
thực và mã hóa giữa MS và BTS.
1.3.2. Mô hình tham khảo hệ thống thông tin di động 3G UMTS
 Kiến trúc tổng quan của hệ thống thông tin di động 3G UMTS.
UMTS R3 hỗ trợ cả kết nối chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói. Một mạng
UMTS bao gồm 3 phần: thiết bị di động – UE, mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS –
UTRAN, mạng lõi – CN như hình 1.4.
Hình 1.4. Kiến trúc UMTS R3

Hồ Hải Yến – D08VT4 7
Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
 Chức năng các khối.
 Thiết bị di động UE: bao gồm thiết bị đầu cuối – TE, thiết bị di động và modul
nhận dạng thuê bao UMTS – USIM.
 Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN: liên kết giữa người sử dụng và CN.
RNC: chịu trách nhiệm cho một hay nhiều trạm gốc và điều khiển tài nguyên của
chúng, đảm bảo an ninh, bảo mật và toàn vẹn.
Node B: thực hiện kết nối vô tuyến vật lý giữa đầu cuối với nó.
 Mạng lõi CN.
Miền PS: đảm bảo các dịch vụ số liệu cho người dùng bằng các kết nối Internet. Bao
gồm: nút hỗ trợ GPRS phục vụ SGSN chịu trách nhiệm cho tất cả các kết nối PS của tất
cả các thuê bao, lưu thông tin đăng ký và vị trí thuê bao;nút hỗ trợ GPRS cổng GGSN là
một SGSN kết nối với các mạng số liệu khac.
Miền CS: đảm bảo các dịch vụ điện thoại đến các mạng khác bằng các kết nối đến
Internet. Bao gồm: MSC thực hiện các kết nối CS giữa đầu cuối và mạng; GMSC chịu
trách nhiệm thực hiện các chức năng định tuyến đến vùng có MS.
Miền HE: bao gồm AuC, HLR, EIR.
1.3.2. Cấu trúc tế bào của hệ thống thông tin di động.
Nét đặc trưng chủ yếu của các hệ thống vô tuyến tế bào là một số lượng không hạn
chế lưu lượng có thể được phục vụ bởi một số lượng hạn chế băng thông phổ tần. Điều
này được thực hiện bằng cách tái sử dụng phổ làm mật độ tăng lên như số lượng thuê
bao trong một vùng đã cho tăng lên và bởi sự bảo đảm rằng nhiễu phát ra được kiểm
soát và quản lý nhằm ngăn ngừa sự tổn hại đến các dịch vụ được trải nghiệm bởi các
khách hàng. Nguyên tắc đó được thừa nhận trước năm 1947 tại BellLab.
Phương pháp cơ bản nhất thực hiện tái sử dụng phổ một cách dễ ràng là trực tiếp
tái sử dụng tần số tại trạm gốc mà bảo đảm một khoảng cách phù hợp nhằm giảm tối
thiểu nhiễu lẫn nhau. Điều đó đưa ra nguồn gốc cho hình ảnh truyền thống của ngành
công nghiệp tế bào được trình bày là các hình lục giác gần bằng với vùng phủ của
nhiều trạm gốc, có cùng số lượng/được đánh bóng miêu tả các trạm gốc có cùng tần số

với nhau (hình 1.5).
Trong thực tế, các phương pháp sử dụng để tái sử dụng phổ trong các hệ thống hiện
đại là tinh vi hơn, và thế giới thực là không cư trú với các vùng phủ lục giác đó,
nhưng nguyên lý vẫn áp dụng và duy trì vô cùng mạnh.
Hồ Hải Yến – D08VT4 8
Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Hình 1.5. Tái sử dụng tần số trong một mạng tế bào lý tưởng hoá
1.4. Kết luận chương 1
Chương này trình bày tổng quan nhất về thông tin di động. Trước hết là quá trình phát
triển của các hệ thống thông tin di động từ 1G đến 4G. Các hệ thống 1G là các hệ thống
tương tự dựa trên đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) được thiết kế để truyền
thoại với tốc độ thấp. 1G có dung lượng thấp. Các hệ thống TTDĐ 2G được thiết kế trước
hết là để giải quyết vấn đề dung lượng thấp của 1G. Các hệ thống 2G là các hệ thống số
dựa trên các phương thức đa truy nhập tiên tiến hơn như TDMA và CDMA. 2G được
thiết kế cho thoại tốc độ cao hơn (13 kbps) và cho phép truyền số liệu với sử dụng
modem. Nhu cầu phát triển các dịch vụ IP trong thông tin di động đã dẫn tới sự ra đời của
các hệ thống di động 3G. Các hệ thống 3G đều sử dụng công nghệ đa truy nhập CDMA
và cho tốc độ truy nhập cao lên đến 384 kpbs. Các cải tiến của các hệ thống này cho tốc
độ lên tới 10 Mbps. Để đạt được truy nhập băng rộng lên đến 100 Mbps người ta đang
nghiên cứu 4G.
Các phần sau trình bấy cấu trúc chung của một hệ thống thông tin di động, chức năng
của các phần tử trong một hệ thống cũng như cách phân chia vùng địa lý trong các mạng
thông tin di động. Khác với các máy cố định, các máy di động thường xuyên thay đổi vị
trí vì thế mỗi vị trí cần được đánh số để mạng có thể dàng tìm gọi máy di động. Phân chia
vùng địa lý giúp cho việc đánh số các vị trí trong mạng được thuận tiện.
Hồ Hải Yến – D08VT4 9
Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
CHƯƠNG 2: VẤN ĐỀ PHỦ SÓNG TRONG NHÀ KHI TRIỂN KHAI MẠNG
DI ĐỘNG 3G
2.1. Các vấn đề về phủ sóng trong nhà khi triển khai mạng di động 3G.

Trong những năm vừa qua, sự phát triển rất nhanh những khu đô thị mới cùng với
những khu nhà cao tầng mới đã phản ánh được tốc độ hiện đại hóa cuộc sống trong thời
kỳ hội nhập. Tuy nhiên bên cạnh đó cũng nảy sinh những tồn tại đòi hỏi nhất thiết phải
khắc phục nhằm phục vụ tối đa lợi ích người tiêu dùng. Tại các khu đô thị hiện đại, bên
trong các tòa nhà cao tầng, do đặc trưng cấu trúc tòa nhà cũng như vật liệu xây dựng, chất
lượng vùng phủ sóng điện thoại di động kém đã gây nhiều khó khăn cho người dùng, đặc
biệt là tại các khu vực như thang máy, tầng hầm, các khu tầng cao trong tòa nhà tình
trạng cuộc gọi không thực hiện được hoặc thực hiện rất khó khăn thường xuyên xảy ra.
2.1.1. Tế bào ngoài trời (Outdoor Cells)
Trong quá khứ, với việc triển khai các hệ thống GSM, vùng phủ sóng mạng luôn
được cung cấp bởi các trạm gốc được cài đặt tại các khu vực nông thôn với bán kính tế
bào vài km, hoặc trong các khu vực đô thị với bán kính tế bào vài trăm mét. Phần chính
của mạng lưới cung cấp dịch vụ thoại nên không cần tốc độ cao. Hầu hết các vùng phủ
sóng trong nhà chỉ được cung cấp bởi các trạm cơ sở ngoài trời. Thực tế này vẫn còn
được áp dụng, các giải pháp phát sóng trong nhà (sẽ được mô tả trong phần tiếp theo) chỉ
bắt đầu được triển khai trong vòng mười năm qua.
Hình 2.1. Vùng phủ cho tòa nhà ba tầng được cung cấp từ outdoor cell
Hồ Hải Yến – D08VT4 10
Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Hình 2.1, mô tả một ví dụ về việc cung cấp vùng phủ trong nhà bằng BS ngoài trời.
Các bức tường của các tòa nhà, tùy thuộc vào các tính chất của vật chất, sẽ làm giảm bớt
ít hoặc nhiều các tín hiệu. Vì vậy cần phải có biện pháp tăng vùng phủ trong nhà. Hai loại
môi trường phủ sóng chính: khu vực nông thôn có các macrocells với khoảng cách lớn, và
khu vực đô thị nơi có mật độ dân số cao đòi hỏi phải có mật độ dày hơn của các
microcell.
 Ở vùng nông thôn.
Ở nông thôn, các BS công suất cao được cài đặt để đảm bảo khoảng cách giữa các
trạm xa hơn. Chúng được gọi là các macrocells. Công suất của các trạm cơ sở macrocell
phải cao, để tối đa hóa khả năng mở rộng vùng phủ sóng. Trong loại môi trường này, do ít
khách hàng và trạm cơ sở có giá thành cao nên các nhà khai thác chỉ cố gắng để đảm bảo

chất lượng phủ sóng tối thiểu để các cuộc gọi thoại có thể được thực hiện. Mạng được
triển khai chỉ tính đến phạm vi vùng phủ ngoài trời nên trong nhiều vùng nông thôn vẫn
còn cần thiết phải đi ra bên ngoài của tòa nhà để có thể thực hiện cuộc gọi. Để tối ưu hóa
phủ sóng trong nhà, cách tiếp cận duy nhất cho các nhà khai thác thêm nhiều macrocells
hơn. Cần nhiều thiết bị đắt tiền, không chỉ về chi phí mua, mà còn về bảo trì, nên các nhà
điều hành luôn luôn phải đối phó với một sự thỏa hiệp kinh tế: thêm macrocells trong khu
vực có số lượng khách hàng lớn, đủ để làm cho việc cài đặt có lợi nhuận, và để lại các
khu vực khác với một phạm vi vùng phủ tối thiểu.
 Ở thành thị
Tại các khu vực đô thị, vấn đề tương tự như với các môi trường nông thôn, nhưng do
mật độ cao của khách hàng nên các nhà khai thác cần tìm kiếm một số giải pháp hiệu quả
để nâng độ che phủ. Phương pháp phổ biến là thêm nhiều tế bào, mỗi tế bào sẽ bao gồm
các khu vực nhỏ hơn. Do đó, trong môi trường đô thị, các nhà khai thác phải cài đặt các
trạm cơ sở nhiều hơn với công suất thấp hơn.
Trong môi trường này, xảy ra sự phản xạ trên các bức tường và nhiễu xạ trên mái nhà
nên thường không đủ để sử dụng không gian miễn phí hoặc các mô hình truyền sóng vô
tuyến thực nghiệm. Xác định mô hình truyền sóng, chẳng hạn như dựa trên phương pháp
tiếp cận tạo chùm tia Ray - tracking, có thể được sử dụng để tính toán hiệu quả nhiễu xạ
và phản xạ của tín hiệu để tính toán bản đồ vùng phủ chính xác.
2.1.2. Outdoor Microcell.
Với sự phát triển gần đây của UMTS hoặc HSPA, các dịch vụ dữ liệu mới xuất hiện,
yêu cầu vùng phủ cao hơn. Để tăng cường công suất, các nhà khai thác bắt đầu cài đặt các
Hồ Hải Yến – D08VT4 11
Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
trạm gốc nhỏ hơn ngoài trời gọi là microcells. Các trạm này được triển khai tại các khu
vực cụ thể cần thêm công suất, ví dụ như gần một trạm xe lửa hoặc ở trung tâm thành
phố. Chúng cũng thường được tạm thời triển khai trong những dịp đặc biệt như các sự
kiện thể thao. Thêm microcells trong môi trường đô thị cho phép các nhà điều hành chia
nhỏ các tế bào, dẫn đến một tối ưu hóa việc sử dụng của phổ tần và đảm bảo công suất tốt
hơn.

2.2. Một số giải pháp nâng cao chất lượng phủ sóng trong nhà.
Trong thời gian gần đây, việc nâng cao chất lượng phủ sóng trong nhà ngày càng được
quan tâm và đã có nhiều giải pháp khác nhau được đề xuất. Trước kia, vùng phủ sóng
trong nhà chỉ được cung cấp bởi một anten ngoài trời. Khi đó, để nâng cao chất lượng phủ
sóng trong nhà bắt buộc phải tăng công suất hoặc thêm nhiều tế bào hơn. Điều này dẫn
đến việc tạo các tế bào nhỏ ngoài trời (microcell) để cung cấp năng lượng cho mạng.
Trong phương pháp này, các nhà khai thác phải lắp đặt BS tại nhiều vị trí hơn, làm tăng
đáng kể chi phí cho thiết bị và cho bảo trì nên gây tốn kém. Hơn nữa, giải pháp này tạo
nhiều vấn đề về nhiễu hơn vì nhiều tế bào dễ gây chồng lấn lên nhau. Để khắc phục hạn
chế của macrocell, một số phương pháp tiếp cận khác đã được đề xuất, bao gồm:
 Kỹ thuật lặp
 Hệ thống anten phân tán (DAS – Distributed Antenna System): các anten khác
nhau được phân phối đến cùng một tòa nhà để tạo một vùng phủ đồng nhất.
 Phần tử bức xạ và cáp rò: Cáp bức xạ sẽ thay thế anten để các tín hiệu truyền dọc
theo nó.
 Cài đặt các trạm gốc nhỏ trong nhà: Picocell hoặc Femtocell.
2.2.1. Lặp (Repeaters)
Để khắc phục sự suy giảm tín hiệu khi gặp sự cản trở bởi các bức tường của các tòa
nhà có thể thực hiện theo ý tưởng sử dụng một thành phần khuếch đại tín hiệu ngoài trời
và gửi nó vào bên trong tòa nhà. Biện pháp này có thể nâng cao chất lượng phủ sóng
trong nhà. Xét hình 2.2, lặp có thể sử dụng để truyền lại tín hiệu ngoài trời bên trong tòa
nhà.
Có hai loại lặp đã được đề xuất:
 Lặp thụ động (Passive Repeaters): khuếch đại tín hiệu trong một dải tần số nhất định,
bất kể bản chất của nó.
 Lặp tích cực (Active Repeaters): có khả năng sửa đổi các tín hiệu trước khi phát lại.
Hồ Hải Yến – D08VT4 12
Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
.
Hình 2.2. Vùng phủ trong nhà được cung cấp bởi kỹ thuật lặp

 Hệ thống lặp thụ động trong nhà (Indoor Passive Repeaters)
Hệ thống lặp thụ động trong nhà làm việc tại một dải tần số nhất định. Chúng thường
gồm ba thành phần: một anten bên ngoài để nhận được tín hiệu ngoài trời thấp, bộ khuếch
đại, và anten khác để truyền lại tín hiệu khuếch đại bên trong tòa nhà.
 Anten ngoài trời:
Thông thường, các anten bên ngoài là có hướng và được định hướng theo hướng của
BS ngoài trời gần nhất. Việc sử dụng các anten có độ tăng ích cao cho phép cung cấp chất
lượng tín hiệu tốt hơn so với anten có độ tăng ích nhỏ. Trong một số trường hợp lặp nhỏ
hơn được sử dụng nên đạt được tín hiệu lặp không phải là quá cao. Do đó, cần bù đắp tín
hiệu bằng cách đảm bảo rằng các anten định hướng là hoàn toàn theo đúng hướng.
 Bộ khuếch đại:
Nếu P
0
là công suất của tín hiệu nhận được tại các anten bên ngoài, và P công suất của
tín hiệu phát ra bởi ăng ten trong nhà, độ tăng ích G (dB) được tính theo phương trình sau
đây:
0
10 log
P
G x
P
 
=
 ÷
 
(2.1)
Hồ Hải Yến – D08VT4 13
Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Thông thường, giá trị đạt được của các bộ khuếch đại có thể thay đổi từ 30 đến 50 dB.
 Anten trong nhà:

Các anten trong nhà truyền quảng bá lại các tín hiệu khuếch đại. Tùy thuộc vào việc
cài đặt mà sử dụng anten đẳng hướng hoặc anten tính hướng.
 Lặp tích cực (Active Repeaters)
Lặp tích cực tiên tiến hơn, bởi vì chúng có khả năng giải mã các tín hiệu và định hình
lại trước khi phát lại. Với một hệ thống như vậy, tạp âm có thể được gỡ bỏ. Hơn nữa, các
chức năng tiên tiến hơn được đề xuất như nhận được trên một kênh và phát lại vào một
kênh khác. Đó là lý do tại sao lặp tích cực nếu cài đặt đúng sẽ cho hiệu suất tốt hơn so với
các bộ lặp thụ động. Chúng không chỉ làm mở rộng phạm vi vùng phủ mà còn làm tăng
tốc độ dữ liệu bằng cách giảm các lỗi. Bởi vì hệ thống lặp tích cực tốn kém hơn so với lặp
thụ động nên một ý tưởng được đề là sử dụng duy nhất một bộ lặp tích cực tại khu vực
cần thiết (giới hạn trong một khu vực) và kết hợp chúng với các bộ lặp thụ động giá rẻ
trong phần còn lại của môi trường.
 Sự phát triển của kỹ thuật lặp trong nhà.
Trong hầu hết các trường hợp, lặp trong nhà được sử dụng để khuếch đại tín hiệu
ngoài trời và phát lại chúng bên trong tòa nhà, và do đó mở rộng phạm vi vùng phủ ngoài
trời vào bên trong tòa nhà. Chúng cũng có thể được sử dụng trong nhà chỉ để truyền tải
các tín hiệu từ một phần của tòa nhà khác, hoặc để làm cho vùng phủ vượt qua những bức
tường bê tông lớn. Lặp được sử dụng để tăng vùng phủ sóng trong nhà. Lặp nhiều thường
được kết hợp với xoay pha. Sự kết hợp này là để đảm bảo rằng các tín hiệu trong các lĩnh
vực mong muốn được kết hợp bằng cách điều chỉnh pha. Điều này cũng tương tự như
trường hợp tạo thành anten một mảng, và kết quả là, các mô hình bức xạ được thay đổi.
Điều chỉnh một cách chính xác các pha của lặp khác nhau có thể làm cho khu vực máy
chủ tốt nhất phù hợp với càng nhiều khu vực bao phủ. Cách tiếp cận này là thú vị bởi vì
lặp nhiều sẽ tạo ra tín hiệu đa đường và tín hiệu không tương quan, cải thiện hiệu suất của
nhiều hệ thống như hệ thống MIMO (Multiple Input Multiple Output)
 Loại bỏ nhiễu
Trong một hệ thống lặp, cả hai anten đều nhận và truyền tín hiệu. Các anten cần được
cô lập đầy đủ để tránh những tác động dến nhau. Ví dụ, trong hình 2.3, nếu cách ly giữa
các anten không đủ có thể khiến cho các anten bên ngoài nhận được cả tín hiệu ngoài trời
và một phần của tín hiệu trong nhà từ các anten trong nhà. Sau khi nhận được, tín hiệu (cả

trong nhà và ngoài trời) sẽ được khuếch đại, do đó thêm tạp âm vào tín hiệu ban đầu nên
Hồ Hải Yến – D08VT4 14