tổng quan về mạng thông tin di động 3g - wcdma

Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA
LỜI NÓI ĐẦU
Nhu cầu trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện đại. Các hệ
thống thông tin di động với khản năng giúp con người trao đổi thông tin mọi lúc, mọi
nơi đã phát triển rất nhanh và đang trở thành không thể thiếu được trong xã hội thông
tin ngày nay. Bắt đầu từ các hệ thống thông tin di động thế hệ đầu tiên ra đời vào năm
1946, các hệ thống thông tin di động số thế hệ 2 (2G) ra đời với mục tiêu chủ yếu là hỗ
trợ dịch vụ thoại và truyền số lệu tốc độ thấp. Hệ thống thông tin di động 2G đánh dấu
sự thành công của công nghệ GSM với hơn 70% thị phần thông tin di động trên toàn
cầu hiện nay. Trong tương lai, nhu cầu các dịch vụ số liệu sẽ ngày càng tăng và có khản
năng vượt quá thông tin thoại. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) ra đời nhằm
thỏa mãn nhu cầu của con người về các dịch vụ số liệu tốc độ cao như: điện thoại thấy
hình, video streaming, hội nghị truyền hình, nhắn tin đa phương tiện (MMS)…Đến nay
các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) đã được đưa vào khai thác thương mại
ở nhiều nước trên thế giới. Ở Việt Nam, các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba
cũng sẽ được triển khai trong cuối năm 2009 này. Đối với các nhà khai thác mạng di
động GSM thì cái đích 3G là các hệ thống thông tin di động CDMA băng rộng
(W-CDMA) theo chuẩn IMT-2000. Xuất phát từ định hướng này mà em chọn đề tài
nghiên cứu về 3G. Đề tài “Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA”
gồm có 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về thông tin di động 3G
Chương 2: Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM và giải pháp nâng
cấp lên 3G
Chương 3: Cấu trúc hệ thống W-CDMA và kỹ thuật trải phổ
Chương 4: Giao diện vô tuyến và kỹ thuật vô tuyến
Trong quá trình thực hiện đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của thầy
giáo hướng dẫn Phạm Văn Bình, là giảng viên khoa ĐTVT trường ĐH Bách Khoa Hà
Nội. Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng trong việc hoàn thành đồ án nhưng với thời gian
và trình độ có hạn nên đồ án còn có nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được các ý kiến
đóng góp và chỉ dẫn thêm từ các thầy cô và các bạn.
Sv: Lê Hồng Thủy 1 Lớp 45K2 - ĐTVT

Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Phạm Văn Bình đã giúp em
hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn.
Sinh viên thực hiện
Lê Hồng Thủy
Sv: Lê Hồng Thủy 2 Lớp 45K2 - ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G
1.1 Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động 3G
Ngày nay, thông tin liên lạc đóng một vai trò hết sức quan trọng trong đời sống
xã hội loài người. Cùng với sự đi lên của xã hội, nhu cầu thông tin của con người ngày
càng tăng đòi hỏi các hệ thống thông tin liên lạc nói chung, các hệ thống viễn thông nói
riêng phải không ngừng phát triển và cải tiến để đáp ứng các nhu cầu đó. Thông tin di
động là một ứng dụng có nhu cầu lớn nhất và đạt được sự phát triển mạnh mẽ nhất
trong những năm gần đây. Trước nhu cầu ngày càng tăng của người sử dụng, thông tin
di động sẽ phát triển theo xu hướng nào. Để có thể hiểu rõ cũng như có những có cái
nhìn chính xác về xu hướng phát triển tiếp theo của thông tin di động, trước hết cần
phải nhìn lại lịch sử phát triển của nó từ khi mới ra đời đến nay.
Năm 1924, điện thoại vô tuyến di động đầu tiên ra đời nhưng mới chỉ được sử
dụng như là phương tiện thông tin giữa các đơn vị cảnh sát ở Mỹ.
Đến những năm 1960 hệ thống điện thoại di động đầu tiên sử dụng phương
pháp điều tần mới xuất hiện nhưng chúng có dung lượng rất thấp so với hiện nay và ít
tiện lợi.
Đầu những năm 1980 đánh dấu sự ra đời của các hệ thống di động tổ ong điều
tần song công sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA với chỉ duy
nhất phục vụ thoại. Nhưng đây mới chỉ là các hệ thống tổ ong tương tự có nhược điểm
là chất lượng thấp, vùng phủ sóng hẹp, dung lượng nhỏ, không có tính bảo mật thông
tin và các thiết bị cho người sử dụng rất nặng và đắt tiền. Những hệ thống thông tin di

động đầu tiên này, nay được gọi là thế hệ thứ nhất (1G). Một số hệ thống trong thế hệ
này là:
+ AMPS (Advanced Mobile Phone Service - Dịch vụ điện thoại di động cấp
cao): triển khai ở Nhật (1979) và Mỹ (1983), băng tần 800MHz và vẫn còn được sử
dụng rỗng rãi ở Mỹ và nhiều phần khác trên thế giới.
+ NMT (Nordic Mobile Telephony - Điện thoại di động Bắc Âu) triển khai ở
Thuỵ Điển, Nauy, Đan Mạch và Phần Lan từ năm 1981 nhưng nay phần lớn không còn
được sử dụng.
Sv: Lê Hồng Thủy 3 Lớp 45K2 - ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA
+ TACS ( Total Access Communications System – Hệ thống truyền thông truy
cập toàn phần) triển khai ở Anh năm 1985 và một số hệ thống TACS-900 vẫn còn
được sử dụng ở châu Âu.
Vào cuối thập niên 1980, người ta nhận thấy rằng các hệ thống tổ ong tương tự
không thể đáp ứng được nhu cầu thông tin ngày càng tăng lúc đó. Điều này đã dẫn đến
sự ra đời của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G). Đây là các hệ thống di
động số sử dụng các công nghệ đòn bẩy để tăng dung lượng (nén thoại, xử lí tín hiệu
số), thực thi và mở rộng khái niệm “mạng thông minh”, tăng cường khả năng chống lỗi
và thêm một số dịch vụ mới nhưng chỉ giới hạn trong thoại và dữ liệu tốc độ thấp. Cho
đến thời điểm hiện nay trên thế giới tồn tại nhiều hệ thống thông tin di động thế hệ 2
nhưng nhìn chung có thể phân thành 2 loại hệ thống. Loại thứ nhất ra đời trước là các
hệ thống 2G sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA. Loại thứ
hai ra đời muộn hơn vào giữa thập kỷ 1990 sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia
theo mã CDMA, nay gọi là cdmaOne. Một số hệ thống trong thế hệ này là:
+ D-AMPS/ TDMA & PDC : hệ thống này sử dụng phương pháp TDMA, có
thể tiến hành 3 cuộc gọi trên một khe thời gian, triển khai năm 1993 (PDC 1994) có
định hướng chuyển sang GSM và sau này là W-CDMA. Hiện nay PDC là hệ thống tổ
ong nội địa ở Nhật với mạng lưới rộng nhất của NTT DoCoMo.
+ IDEN: hệ thống này sử dụng công nghệ TDMA về cơ bản vẫn dựa trên
thiết kế GSM và cung cấp giao thức đặc biệt cho “Nhấn-để-nói” một cách nhanh

chóng. Đây là hệ thống độc quyền của Motorola với băng tần 800 MHz.
+ DECT and PHS : đây là các hệ thống thông tin di động hạn chế cho mạng nội
hạt sử dụng máy cầm tay không dây số. Các hệ thống này cơ bản vẫn dựa trên công
nghệ TDMA chủ yếu tập trung vào lĩnh vực thương mại như PBX không dây. Với
băng tần rộng (các kênh 32 Kbps), thoại và số liệu ISDN chất lượng cao, phục vụ cho
các tế bào nhỏ và trong các toà nhà, hệ thống PSH được sử dụng ở các thành phố có
mật độ dân số cao ở Nhật Bản và hiện này mới được triển khai ở Trung Quốc.
+ GSM: hệ thống này sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian
TDMA. Hệ thống này ban đầu có tên là “Groupe Special Mobile” về sau đổi thành
“Global System for Mobile – Hệ thống thông tin di động toàn cầu. GSM được phát
triển từ năm 1982 khi các nước Bắc Âu gửi đề nghị đến CEPT để quy định một dịch vụ
viễn thông chung châu Âu ở băng tần 900 MHz. Năm 1991, hệ thống chính thức được
thử nghiệm với 8 người sử dụng cho 200Khz và GSM đã đạt được nhiều thành công
trên thị trường châu Âu ( hiện nay chiếm 59% thuê bao) và châu Á (33%), trở thành
Sv: Lê Hồng Thủy 4 Lớp 45K2 - ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA
một tiêu chuẩn chiếm ưu thế vượt trội trên thế giới.Sau này hệ thống mở rộng đến băng
tần 1800 MHz. Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động GSM được đưa vào từ năm
1993, hiện nay đang được công ty VMS và GPC khai thác rất hiệu quả. Hiện nay trên
thế giới 70% thuê bao sử dụng hệ thống này và thực hiện roaming quốc tế trên 140
nước với 400 mạng.
+ North American CDMA (cdmaOne): hệ thống này sử dụng kỹ thuật đa truy
nhập phân chia theo mã CDMA. Vào đầu những năm 70, CDMA được phát triển cho
lĩnh vực quân đội vì nó có tính bảo mật cao. Đến năm 1989, Qualcom chính thức đưa
hệ thống ra thử nghiệm và tuyên bố sẽ nâng cao dung lượng cũng như đơn giản hoá
việc quy hoạch mạng. Hệ thống này được triển khai đầu tiên là ở Hồng Kông vào năm
1994 nhưng đạt được sự thành công lớn nhất là ở Hàn Quốc (1996) và được Verizon và
Sprint sử dụng ở Mỹ.
+ CdmaOne - IS-95: Hệ thống CDMA thương mại được thử nghiệm ở Mỹ với
tiêu chuẩn nội địa của người Mỹ gọi là IS-95. IS-95 triển khai ở băng tần 800 MHz.

Ngoài truyền thoại có thể truyền số liệu. Phiên bản IS-95A cung cấp tốc độ dữ liệu là
14.4 kbps.
Ngoài các hệ thống thông tin di động mặt đất còn có các hệ thống thông tin di
động vệ tinh: Global Star và Iridium cũng được đưa vào thương mại trong năm 1998.
Mặc dù thông tin di động thế hệ 2 đã đạt được những thành công vượt bậc cả về
mặt công nghệ cũng như là thương mại nhưng các hệ thống này vẫn tồn tại một số
nhược điểm sau:
+ Thứ nhất, vẫn xảy ra nghẽn mạng do có hơn 300 triệu thuê bao trên khắp thế
giới, do đó cần phải tăng dung lượng hệ thống.
+ Thứ hai, do tồn tại nhiều hệ thống di động cũng như nhiều mạng di động nên
nó giới hạn phạm vi di động của các thuê bao trên khắp thế giới, do đó cần phải một
chuẩn quốc tế.
+ Thứ ba, các hệ thống này còn cung cấp ít các dịch vụ mà trong đó nhu cầu về
các dịch vụ mới nhất là Internet ngày càng tăng với hơn 200 triệu thuê bao, do đó cần
phải có thêm nhiều dịch vụ và ứng dụng đa phương tiện mới.
Để giải quyết các hạn chế của các hệ thống thông tin di động thế hệ hai mà ở
phần trên đã đề cập đến, có 2 giải pháp, đó là:
Phát triển từ 2G lên 2,5 G (hay còn gọi là thế hệ hai cộng): với giải pháp này
yêu cầu chi phí thấp nhưng ngắn hạn. Ví dụ như phát triển từ GSM lên
HSCSD, GPRS, EDGE. Một số ưu thế mà thế hệ hai cộng GSM đạt được:
Sv: Lê Hồng Thủy 5 Lớp 45K2 - ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA
+ Các dịch vụ mạng mới và cải thiện các dịch vụ liên quan đến truyền số liệu
như nén số liệu của người sử dụng, số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao, dịch vụ vô
tuyến gói đa năng.
+ Các công việc liên quan đến dịch vụ thoại như : mã hoá và giải mã tiếng toàn
tốc cải tiến, mã hoá và giải mã đa tốc độ thích ứng.
+ Các dịch vụ bổ sung như: chuyển hướng cuộc gọi, hiển thị tên chủ gọi,
chuyển giao cuộc gọi và các dịch vụ cấm gọi mới.
+ Cải thiện liên quan đến dịch vụ bản tin ngắn SMS như móc nối SMS, mở rộng

bảng chữ cái, mở rộng tương tác giữa các SMS.
+ Các công việc liên quan đến tính cước như các dịch vụ trả tiền trước, tính
cước nóng…
+ Tăng cường công nghệ SIM.
+ Dịch vụ mạng thông minh như CAMEL.
+ Các cải thiện chung như : chuyển mạng GSM-AMPS, các dịch vụ định vị
tương tác với các hệ thống thông tin vệ tinh và hỗ trợ định tuyến tối ưu.
+ Thiết kế một chuẩn mới hoàn toàn 3G: giải pháp này có chi phí cao, dài hạn
nhưng lại có một số lượng lớn các dịch vụ tiềm năng mới.
Ngày nay với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ cũng như của xã
hội, để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng cả về nhiều mặt, thông tin di
động vẫn sẽ tiếp tục phát triển sang một thế hệ mới. Hiện nay các hệ thống thông tin di
động số đang ở giai đoạn chuyển từ thế hệ 2
+
sang thế hệ 3.
Thông tin di động thế hệ ba sẽ phải là hệ thống thông tin di động cho các dịch
vụ di động truyền thông cá nhân đa phương tiện. Hộp thư thoại sẽ được thay thế bằng
bưu thiếp điện tử được lồng ghép với hình ảnh và các cuộc thoại thông thường trước
đây sẽ được bổ sung các hình ảnh để trở thành thoại có hình Dưới đây là một số yêu
cầu chung đối với hệ thống thông tin di động thứ ba này:
+ Mạng phải là băng rộng và có khản năng truyền thông đa phương tiện. Nghĩa
là mạng phải đảm bảo được tốc độ bit của người sử dụng đến 2 Mb/s.
+ Mạng phải có khản năng cung cấp độ rộng băng tần (dung lượng) theo yêu
cầu. Ngoài ra cần đảm bao đường truyền vô tuyến không đối xứng chẳng hạn với: tốc
độ bit cao ở đường xuống và tốc độ bit thấp ở đường lên hoặc ngược lại.
Sv: Lê Hồng Thủy 6 Lớp 45K2 - ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA
+ Mạng phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu. Nghĩa là đảm bảo các
kêt nối chuyển mạch cho thoại, các dịch vụ video và các khản năng số liệu gói cho các
dịch vụ số liệu.

+ Chất lượng dịch vụ phải không thua kém chất lượng dịch vụ mạng cố định, nhất
là đối với thoại.
+ Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả thông tin vệ tinh.
Hình 1.1 Lộ trình phát triển các thế hệ thông tin di động
Một số nét chính của nền tảng công nghệ thông tin di động từ thế hệ một đến thế hệ ba.
Thế hệ thông
tin di động
Hệ thống Dịch vụ chung Chú thích
Thế hệ 1 (1G) AMPS,
TACS, NMT
Tiếng thoại FDMA, tương tự
Thế hệ 2 (2G) GSM, IS- Chủ yếu cho thoại TDMA hoặc CDMA, số, băng
Sv: Lê Hồng Thủy 7 Lớp 45K2 - ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA
136, IS-95 kết hợp với dịch
vụ bản tin ngắn
hẹp (8-13Kbit/s)
Thế hệ trung
gian (2,5G)
GPRS,
EDGE,
cdma200-1x
Trước hết là tiếng
thoại có đưa thêm
các dịch vụ số liệu
gói
TDMA (kết hợp nhiều khe hoặc
nhiều tần số), CDMA, sử dụng
chồng lên phổ tần của thế hệ hai
nếu không sử dụng phổ tần

mới, tăng cường truyền số liệu
gói cho thế hệ hai
Thế hệ 3 (3G) Cdma2000,
W-CDMA
Các dịch vụ tiếng
và số liệu gói
được thiết kế để
truyền tiếng và số
liệu đa phương
tiện là nền tảng
thực sự của thế hệ
ba.
CDMA, CDMA kết hợp
TDMA, băng rộng (tới 2Mbps),
sử dụng chồng lấn lên thế hệ
hai hiện có nếu không sử dụng
phổ tần mới
1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3G
Do các tiêu chuẩn chỉ thực hiện được trong phạm vi khu vực nên khái niệm
thông tin di động toàn cầu không thực hiện được. Bên cạnh đó, sau gần 20 năm phát
triển, thông tin di động mà phổ biến là GSM đã bắt đầu bộc lộ những khiếm khuyết của
nó khi nhu cầu truyền số liệu và các dịch vụ băng rộng ngày càng trở nên cấp thiết.
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba - 3G ra đời với mục tiêu là hình thành
một hệ thống di động duy nhất trên toàn thế giới. Khác với các dịch vụ được cung cấp
bởi những hệ thống thông tin di động hiện nay chủ yếu là thoại (công nghệ tương tự là
đặc trưng của hệ thống 1G, công nghệ số là đặc trưng của 2G), hệ thống 3G nhằm vào
các dịch vụ băng rộng như truy cập Internet tốc độ cao, truyền hình và ảnh chất lượng
cao tương đương với mạng hữu tuyến.
Quá trình phát triển:
Chính do sự thành công to lớn trên phạm vi toàn thế giới của GSM, các nhà vận

hành mạng viễn thông châu Âu và các nhà sản xuất đã không chú ý đến một hệ thống
mới (3G) cho đến tận giữa thập niên 90.
Sv: Lê Hồng Thủy 8 Lớp 45K2 - ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA
Chỉ sau khi ITU đưa ra định hướng về một hệ thống di động mới cần phát triển
cho những năm đầu của thế kỷ 21, các nhà hoạt động cụ thể đối với UMTS của ETSI
mới được thực thi năm 1995.
Hệ thống 3G tương lai sau đó đã được ITU đặt tên là IMT-2000, hệ thống viễn
thông quốc tế thế kỷ 21.Thời hạn chót để các tiêu chuẩn khu vực đệ trình các dự thảo
kỹ thuật của mình cho IMT-2000 đã được ITU đặt ra là tháng 7 năm 1998.
Đến tháng 1 năm 1998, ETSI chọn hai kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến cho truy
nhập vô tuyến đối với UMTS là UTRA FDD và UTRA TDD, chính là hai kỹ thuật
dùng cho IMT-2000.
Một loạt các kỹ thuật truyền dẫn vô truyến mặt đất được đề xuất với ITU vào
tháng 1 năm 1998. Trong đó có một số đề xuất về kỹ thuật đa truy nhập vô tuyến theo
mã băng rộng của ETSI, TTC/ARIB (Nhật), TTA (Hàn Quốc), ANSI T1(Mỹ) và TIA
(Mỹ) có thể phân làm hai nhóm. Một nhóm đề xuất đòi hỏi các trạm gốc đồng bộ và
được xây dựng trên cơ sở IS-95 2G và đề xuất còn lại không dựa trên cơ sở trạm gốc
đồng bộ.
Đến cuối năm 1998, cả hai đề xuất đều được hỗ trợ bởi các tổ chức tiêu chuẩn
khu vực gọi là 3GPP và 3GPP2. Mục đích của cả 3GPP và 3GPP2 đều là kết hợp các
đề xuất cơ bản và CDMA băng rộng thành một đề xuất duy nhất. Đây là hai tiêu chuẩn
đươc chấp nhận cho IMT-2000.
1.2.1 Tiêu chuẩn IMT-2000
Đối với bất kỳ công nghệ nào, điều kiện tiên quyết cho việc phát triển trên phạm
vi toàn thế giới là phải xây dựng được một bộ tiêu chuẩn cho công nghệ này và việc
tuân thủ theo chuẩn là một yêu cầu bắt buộc đối với nhà cung cấp dịch vụ, nhà khai
thác và nhà sản xuất thiết bị.
Các chuẩn 3G được ITU khuyến nghị với tên gọi IMT-2000. IMT-2000 được
tạo ra nhằm thỏa mãn việc phát triển các tiêu chuẩn cho phép một cơ sở hạ tầng thông

tin vô tuyến toàn cầu bao gồm các hệ thống mặt đất và vệ tinh, các truy nhập cố định
và di động cho các mạng công cộng cá nhân.
Hệ thống mới này sẽ làm việc ở dải tần 2GHz. Nó sẽ cung cấp nhiều loại hình
dịch vụ bao gồm các dịch vụ thoại và số liệu tốc độ cao, video và truyền thanh. Tốc độ
của thế hệ thứ ba được xác định như sau:
+ 384 Kbps đối với vùng phủ sóng rộng.
Sv: Lê Hồng Thủy 9 Lớp 45K2 - ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA

+ 2 Mbps đối với vùng phủ sóng địa phương.
Một số yêu cầu chính về IMT-2000 cho UMTS được ITU đề ra như sau:
- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2 GHz như sau:
+ Đường lên: 1885 – 2025 MHz
+ Đường xuống: 2110 – 2200 MHz
- Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến:
+ Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến
+ Tương tác cho mọi loại dịch vụ viễn thông
- Cung cấp khả năng truy nhập mạng trong nhiều loại môi trường khác nhau như
trong nhà, ngoài trời, trên xe…
- Có thể hỗ trợ các dịch vụ như :
+ Môi trường gia đình ảo (VHE: Virtual Home Eviroment) trên cơ sở mạng
thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu.
+ Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch
kênh và số liệu chuyển mạch gói.
+ Đảm bảo chuyển mạng quốc tế.
- Chất lượng thoại tương đương mạng hữu tuyến.
- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện trong tương lai.
Trong hệ thống thông tin di động nói chung và UMTS nói riêng vấn đề truy
nhập vô tuyến là rất quan trọng. Yêu cầu về hệ thống truy nhập vô tuyến của UMTS
dựa trên những yêu cầu về mặt dịch vụ. Bảng 1.1 dưới đây tổng kết các yêu cầu đối với

khối truy nhập vô tuyến của UMTS như sau:
Các yêu cầu về mặt vô tuyến
Yêu cầu kỹ thuật
Mô tả
Về dung lượng
Tốc độ lớn nhất của
người sử dụng
- Vùng nông thôn: tốc độ truyền từ 144Kbps tới
384Kbps, tốc độ di chuyển cực đại của thiết bị là
500km/h.
- Vùng ngoại ô: tốc độ truyền từ 384Kbps tới 512Kbps,
tốc độ di chuyển cực đại của thiết bị là 120km/h.
Sv: Lê Hồng Thủy 10 Lớp 45K2 - ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA
- Vùng nội ô: tốc độ truyền thấp nhất là 2Mbps, tốc độ di
chuyển cực đại của thiết bị là 10km/h.
Tính mềm dẻo
- Các thuộc tính của dịch vụ có thể được thoả thuận với
nhau như tốc độ dữ liệu, trễ, lỗi bit…
- Cung cấp dịch vụ song song giữa chế độ thời gian thực
và không thực.
- Cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển
mạch gói cố định.
- Khả năng thích nghi liên kết về chất lượng, dung lượng
và tải của mạng tương tự như các điều kiện truyền sóng
vô tuyến.
- Phạm vi tốc độ băng thông rộng có khả năng cung cấp
đầy đủ các loại hình dịch vụ.
- Cung cấp khả năng thay đổi tốc độ bit cho dịch vụ thời
gian thực

Tính chuyển giao
- Cung cấp khả năng chuyển giao liên tục giữa các tế bào
trong cùng một mạng.
- Khối truy nhập vô tuyến UTRA không ngăn chặn khả
năng chuyển giao giữa các nhà khai thác mạng cũng như
khi truy nhập mạng
- Có khả năng chuyển giao mềm giữa UMTS và mạng di
động thế hệ thứ 2 (GSM).
Về khai thác mạng
Khả năng tương thích
với các mạng hiện tại
- Dịch vụ chuyển mạch ATM
- Các loại hình dịch vụ trong GSM.
- Các loại hình dịch vụ IP cơ sở.
- Kết nối với các mạng B-ISDN và N-ISDN
Sv: Lê Hồng Thủy 11 Lớp 45K2 - ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA
Kế hoạch truy nhập
mạng vô tuyến
Khi có yêu cầu về kế hoạch quản lý tài nguyên vô tuyến
nó sẽ được cung cấp tự động.
Đối với các nhà khai thác
mạng công cộng
Hệ thống có thể đảm bảo xác định trước về cấp độ dịch
vụ chất lượng cho các nhà khai thác mạng UMTS công
cộng.
Đối với các nhà khai thác
mạng riêng tư
- Hệ thống truy cập mạng vô tuyến rất thích hợp với các
dịch vụ giảm giá thành, nơi mà khả năng di động, phạm

vi hoạt động và tốc độ truy nhập người dùng đạt tới giới
hạn của nó.
- Các hệ thống không đồng bộ có thể cùng tồn tại trong
môi trường.
- Hệ thống có khả năng lắp đặt các trạm gốc mà không
cần sự sắp xếp theo thứ tự.
-Việc lên kế hoạch cho tần số sử dụng trong mạng là
không cần thiết.
Về hiệu quả trong trải phổ
Hiệu quả của trải phổ
- Khả năng trải phổ cao đối với các đặc trưng hỗn hợp
cho các dịch vụ khác nhau.
- Hiệu quả trải phổ đem lại thấp nhất cũng đạt hiệu quả
giống như trong mạng GSM đối với tốc độ kênh thoại
thấp nhất.
Sự không đối xứng của
băng thông sử dụng
Sự phân chia khác nhau của tài nguyên mạng vô tuyến
giữa đường lên và đường xuống từ một nguồn tài nguyên
vô tuyến chung (trong mạng băng hẹp sự phân chia đó
thể hiện ở mặt tần số, thời gian, mã miền).
Sự tận dụng trong trải
phổ
- Các nhà khai thác mạng sử dụng băng thông đã được
phân định cho UMTS mà không cần sắp xếp trước.
- Hệ thống có thể điều khiển khối truy nhập vô tuyến sao
cho phù hợp với bất kỳ một băng thông về tần số nào
Sv: Lê Hồng Thủy 12 Lớp 45K2 - ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA
tương tự như băng thông sử dụng cho mạng di động thế

hệ thứ nhất, thứ hai.
Độ rộng phủ sóng và
dung lượng
- Khả năng mềm dẻo của hệ thống có thể cung cấp một
cách đa dạng trong việc thiết lập cấu hình về độ phủ sóng
cũng như dung lượng ban đầu và thuận tiện trong sự phát
triển sau này.
- Sử dụng linh hoạt nhiều loại tế bào và các mối quan hệ
giữa các tế bào trong cùng một vùng địa lý mà không
lãng phí tài nguyên vô tuyến (các tế bào trong nhà, các tế
bào phân cấp).
- Có thể cung cấp chi phí cho vùng phủ một cách hợp lý
ở vùng nông thôn.
Tính đa dạng của thiết bị
đầu cuối
- Các đầu cuối UMTS xách tay và kích thước card
PCM - CIA có thể khác nhau theo kích thước, trọng
lượng, thời gian hoạt động, công suất phát và giá cả.
Giá thành và khuôn dạng
mạng
Chi phí phát triển mạng và thiết bị cần được giữ ở một
mức thích hợp, quan tâm tới chi phí về trạm, liên kết, quá
tải về lưu lượng và tải báo hiệu.
Các loại đầu cuối
Có thể cung cấp nhiều loại đầu cuối với khuôn dạng
phong phú, chi phí và dung lượng tuỳ theo nhu cầu khác
nhau của người dùng.
Các yêu cầu chính ngoài SMG
Tương thích với IMT
-2000

UTRA sẽ đáp ứng được các yêu cầu tối thiểu về kỹ thuật
và trở thành ứng cử cho kỹ thuật IMT - 2000.
Phân chia băng tần nhỏ
nhất
Có thể triển khai và vận hành một mạng ở một băng tần
hạn chế (ví dụ 5Mhz).
Khả năng thích ứng với
điện từ trường
Các mức công suất phát không ổn định và các vùng giao
nhau là nguyên nhân nhiễu cho các thiết bị khác không
cao hơn trong các hệ thống này.
Các ảnh hưởng bức xạ UMTS chia sẻ hoạt động tốt ở các mức công suất bức xạ
Sv: Lê Hồng Thủy 13 Lớp 45K2 - ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA
RF thích hợp với các yêu cầu liên quan tới bức xạ điện từ.
Bảo mật
Giao diện vô tuyến UMTS tối thiểu cũng có thể đảm bảo
mức bảo vệ như giao diện vô tuyến GSM.
Cùng hoạt động với các
hệ thống khác
- Hệ thống truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS có thể cùng
hoạt động với các hệ thống khác trong cùng một băng tần
hoặc ở dải băng tần kề cận tuỳ thuộc vào từng hệ thống.
- Có thể thực hiện theo nhiều chế độ.
- Có thể đáp ứng được đồng thời hai loại đầu cuối
UMTS/GSM với giá thành hợp lý.
1.2.2 Phân bố tần số cho IMT-2000
Phân bố tần số cho IMT-2000 cho châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc và Mỹ được thể hiện
như trong hình sau đây.
Hình 1.2 Phân bố tần số cho IMT-2000 ở một số nước

Châu Âu sử dụng hệ thống thế hệ hai là DCS 1800 ở băng tần 1710-1755 cho
đường lên và 1805-1850 cho đường xuống. Châu Âu và hầu hết các nước châu Á băng
tần IMT-2000 là 2x60 Mhz có thể sử dụng cho WCDMA FDD. Băng tần sử dụng cho
TDD ở châu Âu thay đổi tuỳ theo cho các ứng dụng được cấp giấy phép hay không. Các
hệ thống FDD sử dụng các băng tần khác nhau cho đường lên và đường xuống còn hệ
thống TDD sử dụng cùng tần số cho cả đường lên và đường xuống.
Sv: Lê Hồng Thủy 14 Lớp 45K2 - ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA
Nhật Bản sử dụng hệ thống thế hệ hai là PDC còn Hàn Quốc sử dụng hệ thống
thế hệ hai là IS-95 cho cả khai thác tổ ong lẫn PDS. ấn định phổ PCS ở Hàn Quốc
khác với ấn định phổ PCS ở Mỹ, vì thế Hàn Quốc có thể sử dụng toàn bộ phổ tần quy
định của IMT-2000. ở Nhật Bản, một phần phổ của IMT-2000 TDD đã sử dụng cho
PHS.
Mỹ không còn phổ mới cho các hệ thống thông tin di động thế hệ ba. Các dịch
vụ của thế hệ ba sẽ được thực hiện trên cơ sở thay thế phổ tần của hệ thống thông tin
thế hệ ba bằng phổ tần của hệ thống PCS thế hệ hai hiện tại.
Trung Quốc phổ tần dành trước cho PCS và WLL sử dụng một phần phổ tần của
IMT-2000. Theo quyết định về phân định tần số, có đến 2x60 Mhz được sử dụng cho
W-CDMA ở Trung Quốc.
Các nước đã bắt đầu cấp phép cho sử dụng tần số của IMT-2000, đầu tiên là
Phần Lan vào 3/1999
1.2.3 Mô hình tổng quát cho mạng IMT-2000
Mạng IMT-2000 có mô hình tổng quát như sau:
Sv: Lê Hồng Thủy 15 Lớp 45K2 - ĐTVT
Giao
diện
ngưòi
sử dụng
Giao
diện

ngưòi
sử dụng
Thiết bị
đầu
cuối
Thiết bị
đầu
cuối
Thiết bị
đầu
cuối
Thiết bị
đầu
cuối
- Phát quảng
bá thông tin
truy nhập hệ
thống
- Phát và thu
vô tuyến
- Điều khiển
truy nhập vô
tuyến
MẠNG
LÕI
- Điều khiển
cuộc gọi
- Điều khiển
tài nguyên
quy định

- Quản lí
dịch vụ
- Quản lí vị
trí
- Quản lí
nhận thực
Vùng thiết bị đầu cuối
Vùng mạng truy nhập Vùng mạng lõi
Các dịch vụ
ứng dụng
Vùng các dịch vụ ứng dụng
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA
Hình 1.3 Mô hình tổng quát cho mạng IMT-2000
Trong đó, các dạng máy đầu cuối bao gồm:
- Thoại cầm tay; Thoại : 8/16/32 kbit/s
- Cửa số liệu như PCMCIA…( - Truyền số liệu bằng modem thoại cho các tốc
độ 1,2 kbit/s ; 2,4 kbit/s; 4,8 kbit/s; 9,6 kbit/s; 19,2 kbit/s ; 28,8 kbit/s - Truyền số liệu
số chuyển mạch kênh cho các tốc độ : 64 kbit/s ;128 kbit/s; đầu cuối video thấp hơn 2
Mbít/s )
- Ảnh tĩnh (đầu cuối cho PSTN)
- Máy ảnh xách tay: được phân loại theo cấp chất lượng
- Đầu cuối giống như máy TV
- Đầu cuối kết hợp TV với máy tính
- TV cầm tay có khả năng thu được MPEG
- Đầu cuối số liệu gói
- PC vở ghi có cửa sổ thông tin cho phép ( Điện thoại thấy hình/ Văn bản hình
ảnh truy nhập cơ sở dữ liệu vào)
- Đầu cuối PDA (PDA tốc độ thấp / PDA tốc độ cao hoặc trung bình / PDA kết
hợp với sách điện tử bỏ túi)
- Máy nhắn tin hai chiều

- Sách điện tử bỏ túi có khả năng thông tin.
Đối với mạng truy nhập vô tuyến mặt đất ITU đã chấp thuận họ IMT-2000 gồm 5 công
nghệ:
Sv: Lê Hồng Thủy 16 Lớp 45K2 - ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA
- IMT DS ( Direct Sequence – chuỗi trực tiếp) : được biết đến như là UTRA
FDD ( Truy cập vô tuyến mặt đất của UMTS hoạt động ở chế độ FDD ) và WCDMA
(CDMA băng rộng)
- IMT MC ( Multi carriers – Đa sóng mang) : hệ thống này là phiên bản 3G của
IS-95 (cdmaOne) được biết đến là cdma2000
- IMT TC ( Time Code – Mã Thời gian): đây là UTRA TDD
- IMT SC ( Single carrier - Đơn sóng mang) : đây là một dạng GSM pha 2
+
(EDGE)
- IMT FT ( Frequency Time – Tần số Thời gian) : đây là hệ thống DECT
Tổng kết các đề xuất trên ta được sơ đồ sau:
Hình 1.4 Các đề xuất đối với mạng truy cập vô tuyến
Hiện nay hai tiêu chuẩn đã được chấp thuận cho IMT-2000 là:
- W-CDMA được xây dựng trên cơ sở cộng tác của châu Âu và Nhật Bản
- CDMA2000 do Mỹ xây dựng.
Ngoài ra Trung Quốc phát triển một chuẩn riêng cho họ gọi là TD-SCDMA
1.2.4 Các dịch vụ và ứng dụng trong thông tin di động thế hệ ba
Trong thông tin di động thế hệ ba, các nhà nhà khai thác có thể cung cấp rất
nhiều dịch vụ cho khách hàng. Hầu hết các dịch vụ này liên quan đến các kiểu dịch vụ
điện thoại khác nhau với nhiều bổ sung cùng với các dịch vụ mới. Ngoài ra còn cung
cấp các dịch vụ không liên quan đến cuộc gọi như email…. Các dịch vụ này có thể
phân thành các loại sau:
Sv: Lê Hồng Thủy 17 Lớp 45K2 - ĐTVT
IMT-TC (Mã thời
gian)

TD-CDMA
UMTS TDD
IMT-DS (Chuỗi trực
tiếp)
WCDMA
UMTS FDD
IMT-MC (Đa sóng
mang)
CDMA2000
IMT-SC (Đơn sóng
mang)
TDMA Đơn sóng mang
UWC-136
EDGE/ERAN
IMT-FT (Thời gian Tần
số)
TDMA Đa sóng mang
DECT
Kết nối mạng/vô
tuyến
Mạng lõi IS-41 phát triển lên
Mạng lõi GSM phát triển lên
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA
- Các dịch vụ cơ sở bao gồm các dịch vụ theo kênh và các dịch vụ mang với
thay đổi không nhiều lắm so với các dịch vụ trong GSM.
- GPRS cung cấp các dịch vụ IP, SMS…
- Các dịch vụ IP đa phương tiện là các dịch vụ mới gồm cả điện thoại IP, các
dịch vụ bổ sung cho đa phương tiện IP chưa được tiêu chuẩn nhưng sẽ được thực hiện
bằng các công cụ hay ở mức điều khiển cuộc gọi. Các dịch vụ IP dùng GPRS làm vật
mang.

- Các dịch vụ giá trị gia tăng không liên quan đến cuộc gọi bao gồm rất nhiều
dịch vụ khác nhau đặc thù cho từng nhà khai thác. Chúng thường không được tiêu
chuẩn hoá. Các dịch vụ này thường dựa trên các giao thức riêng ngoài tiêu chuẩn.
Ngoài ra còn thể phân loại các dịch vụ IMT-2000 như sau:
- Dịch vụ di động:
+ Dịch vụ di động: Dịch vụ di động đầu cuối / di động cá nhân / di động dịch
vụ.
+ Dịch vụ thông tin định vị: Theo dõi di động/ theo dõi di động thông minh.
- Dịch vụ viễn thông.
- Dịch vụ âm thanh: dịch vụ âm thanh chất lượng cao (16-64 kbit/s), dịch vụ
truyền thanh AM (32-64 kbit/s), dịch vụ truyền thanh FM (64-384 kbit/s).
- Dịch vụ số liệu: Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64-144 kbit/s), dịch vụ số
liệu tốc độ tương đối cao (144 kbit/s – 2Mbit/s), dịch vụ số liệu tốc độ cao (
≥
2Mbit/s).
- Dịch vụ đa phương tiện: dịch vụ video (384 kbit/s), dịch vụ ảnh động (384
kbit/s – 2Mbit/s), dịch vụ ảnh động thời gian thực (
≥
2Mbit/s).
- Dịch vụ Internet
+ Dịch vụ Internet đơn giản: dịch vụ truy nhập Web (384 kbit/s – 2Mbit/s).
+ Dịch vụ Internet thời gian thực: dịch vụ Internet (384 kbit/s – 2Mbit/s).
+ Dịch vụ Internet đa phương tiện : dịch vụ Website đa phương tiện thời gian
thực (
≥
2Mbit/s).
CHƯƠNG 2
GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM VÀ
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP LÊN 3G
Sv: Lê Hồng Thủy 18 Lớp 45K2 - ĐTVT

Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA
2.1 Giới thiệu chung
Chương này sẽ giới thiệu về sự hình thành và phát triển của hệ thống thông tin
di động GSM, kiến trúc mạng GSM, phương pháp đa truy cập trong GSM, các thủ tục
thông tin của thuê bao sử dụng trong mạng và sự cần thiết phải nâng cấp mạng GSM
lên thế hệ 3G.
Lịch sử hình thành GSM bắt đầu từ một đề xuất vào năm 1982 của Nordic
Telecom và Netherlands tại CEPT (Conference of European Post and
Telecommunication) để phát triển một chuẩn tế bào số mới đáp ứng với nhu cầu ngày
càng tăng của mạng di động Châu Âu.
Ủy ban Châu Âu (EC) đưa ra lời hướng dẫn yêu cầu các quốc gia thành viên sử
dụng GSM cho phép liên lạc di động trong băng tần 900MHz. Viện tiêu chuẩn viễn
thông Châu Âu (ETSI) định nghĩa GSM khi quốc tế chấp nhận tiêu chuẩn hệ thống
điện thoại tế bào số.
Lời đề xuất có kết quả vào tháng 9 năm 1987, khi 13 nhà điều hành và quản lý
của nhóm cố vấn CEPT GSM thỏa thuận ký hiệp định GSM MoU “Club”, với ngày
khởi đầu là 1 tháng 7 năm 1991.
GSM là từ viết tắt của Global System for Mobile Communications (hệ thống
thông tin di động toàn cầu), trước đây có tên là Groupe Spécial Mobile.
Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM là hệ thống thông tin tế bào số tích
hợp và toàn diện, được phát triển đầu tiên ở Châu Âu và đã nhanh chóng phát triển trên
toàn thế giới. Mạng được thiết kế phù hợp với hệ thống ISDN và các dịch vụ mà GSM
cung cấp là một hệ thống con của dịch vụ ISDN chuẩn.
GSM đầu tiên được thiết kế hoạt động ở dải tần 890-915 MHz và 935-960 MHz,
hiện nay là 1.8GHz. Một vài tiêu chuẩn chính được đề nghị cho hệ thống :
- Chất lượng âm thoại chính thực sự tốt.
- Giá dịch vụ và thuê bao giảm.
- Hỗ trợ liên lạc di động quốc tế.
- Khả năng hỗ trợ thiết bị đầu cuối trao tay.
Sv: Lê Hồng Thủy 19 Lớp 45K2 - ĐTVT

Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA
- Hỗ trợ các phương tiện thuận lợi và dịch vụ mới.
- Năng suất quang phổ.
- Khả năng tương thích ISDN.
Tiêu chuẩn được ban hành vào tháng giêng năm 1990 và những hệ thống
thương mại đầu tiên được khởi đầu vào giữa năm 1992. Tổ chức MoU (Memorandum
of Understanding) thành lập bởi nhà điều hành và quản lý GSM được cấp phép đầu
tiên, lúc đó có 13 hiệp định được ký kết và đến nay đã có 191 thành viên ở khắp thế
giới. Tổ chức MoU có quyền lực tối đa, được quyền định chuẩn GSM.
2.2 Cấu trúc mạng GSM
Mạng GSM gồm nhiều khối chức năng khác nhau. Mạng GSM có thể chia
thành ba phần chính. Trạm di động (Mobile Station_MS) do thuê bao giữ. Hệ thống
con trạm gốc (Base Station Subsystem_BSS) điều khiển liên kết với trạm di động. Hệ
thống mạng con (Network Subsystem_NS) là phần chính của trung tâm chuyển mạch
dịch vụ di động MSC (Mobile services Switching Center), thực hiện chuyển mạch cuộc
gọi giữa những người sử dụng điện thoại di động, và giữa di động với thuê bao mạng
cố định. MSC xử lý các hoạt động quản lý di động.
2.2.1 Trạm di động
Trạm di động (Mobile Station - MS) gồm có thiết bị di động (đầu cuối) và một
card thông minh gọi là module nhận dạng thuê bao (Subscriber Identity Module -
SIM). SIM cung cấp thông tin cá nhân di động, vì thế người sử dụng truy cập vào các
dịch vụ thuê bao không phụ thuộc vào loại thiết bị đầu cuối. Bằng cách gắn SIM vào
đầu cuối GSM, người sử dụng có thể nhận, gọi và nhận các dịch vụ thuê bao khác trên
thiết bị đầu cuối này.
Thiết bị di động được nhận dạng duy nhất bằng số nhận dạng thiết bị di động
quốc tế (International Mobile Equipment Identity_IMEI). SIM card chứa số nhận dạng
thuê bao di động quốc tế (International Mobile Subscriber Identity_IMSI) sử dụng để
nhận dạng thuê bao trong hệ thống, dùng để xác định chủ quyền và thông tin khác. Số
IMEI và IMSI độc lập nhau. SIM card có thể được bảo vệ chống lại việc sử dụng trái
phép bằng password hoặc số nhận dạng cá nhân.

Sv: Lê Hồng Thủy 20 Lớp 45K2 - ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA
2.2.2 Hệ thống con trạm gốc
Hệ thống con trạm gốc gồm hai phần: trạm gốc thu phát (BTS) và trạm gốc
điều khiển (BSC). Hai hệ thống này liên kết dùng giao tiếp Abis chuẩn hoá, cho phép
điều hành các bộ phận cung cấp bởi các nhà sản xuất khác nhau.
Trạm thu phát gốc là nơi máy thu phát vô tuyến phủ một cell và điều khiển các
giao thức liên kết vô tuyến với trạm di động. Trong một thành phố lớn, có nhiều khả
năng triển khai nhiều BTS, do đó yêu cầu BTS phải chính xác, tin cậy, di chuyển được
và giá thành thấp.
Trạm gốc điều khiển tài nguyên vô tuyến của một hoặc nhiều BTS. Trạm điều
khiển cách thiết lập kênh truyền vô tuyến, nhảy tần và trao tay. BSC là kết nối giữa
trạm di động và tổng đài di động (MSC).
2.2.3 Hệ thống mạng con
Thành phần chính của hệ thống mạng con là tổng đài di động, hoạt động như
một nút chuyển mạch bình thường của PSTN hoặc ISDN, và cung cấp tất cả các chức
năng cần có để điều khiển một thuê bao di động, như đăng ký, xác nhận, cập nhật tọa
độ, trao tay, và định tuyến cuộc gọi cho một thuê bao liên lạc di động. Những dịch vụ
này được cung cấp chung với nhiều bộ phận chức năng khác, tạo nên hệ thống mạng
con. MSC cung cấp kết nối đến mạng cố định (như PSTN hoặc ISDN). Báo hiệu giữa
các bộ phận chức năng trong hệ thống mạng con là hệ thống báo hiệu số 7 (SS7) sử
dụng cho báo hiệu trung kế trong mạng ISDN và mở rộng sử dụng trong mạng công
cộng hiện tại.
Bộ ghi định vị thường trú (HLR) và bộ ghi định vị tạm trú (VLR) cùng với
MSC cung cấp định tuyến cuộc gọi và khả năng liên lạc di động của GSM. HLR chứa
tất cả thông tin quản trị của mỗi thuê bao đã đăng ký trong mạng GSM tương ứng,
cùng với vị trí hiện tại của di động. Vị trí của di động thường ở dưới dạng địa chỉ báo
hiệu của VLR chứa trạm di động.
Bộ ghi định vị tạm trú (VLR) chứa thông tin quản trị được chọn từ HLR, cần
thiết cho điều khiển cuộc gọi và cung cấp các dịch vụ thuê bao, cho mỗi thuê bao hiện

tại nằm trong vùng địa lý điều khiển bởi VLR. Mặc dù mỗi bộ phận chức năng có thể
Sv: Lê Hồng Thủy 21 Lớp 45K2 - ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA
được thực hiện độc lập nhưng tất cả các nhà sản xuất thiết bị chuyển mạch cho đến nay
đều sản xuất VLR chung với MSC, vì thế vùng địa lý điều khiển bởi MSC sẽ tương
ứng với điều khiển bởi VLR đó, do đó đơn giản hóa báo hiệu cần thiết. Lưu ý rằng
MSC không chứa thông tin các trạm di động – thông tin này lưu trữ trong các thanh ghi
vị trí.
Có hai bộ ghi khác sử dụng cho mục đích xác nhận và bảo mật. Bộ ghi nhận
thực thiết bị (EIR) là một cơ sở dữ liệu chứa một danh sách tất cả các thiết bị di động
hợp lệ trên mạng, mỗi trạm di động được xác nhận bằng số nhận dạng thiết bị di động
quốc tế (IMEI). Số IMEI bị đánh dấu là không hợp lệ nếu được thông báo mất cắp
hoặc không được chấp thuận. Trung tâm nhận thực AuC là cơ sở dữ liệu được bảo vệ
chứa bản sao khóa mã trong SIM card của thuê bao, sử dụng để nhận thực và mã hóa
trên kênh vô tuyến.
2.2.4 Đa truy cập trong GSM
Mạng GSM kết hợp hai phương pháp đa truy cập là FDMA và TDMA. Dải tần
935 – 960MHz được sử dụng cho đường lên và 890 – 915MHz cho đường xuống
(GSM 900). Dải băng thông tần một kênh là 200KHz, dải tần bảo vệ ở biên cũng rộng
200KHz nên ta có tổng số kênh trong FDMA là 124. Một dải thông TDMA là một
khung có tám khe thời gian, một khung kéo dài trong 4.616ms. Khung đường lên trễ 3
khe thời gian so với khung đường xuống, nhờ trễ này mà MS có có thể sử dụng một
khe thời gian có cùng số thứ tự ở cả đường lên lẫn đường xuống để truyền tin bán song
công.
Các kênh tần số được sử dụng ở GSM nằm trong dãy tần số quy định 900Mhz
xác định theo công thức sau:
F
L
= 890,2 + 0,2.(n-1) MHz
F

U


= F
L
(n) + 45 MHz
1 ≤ n ≤ 124
Từ công thức trên F
L
là tần số ở nửa băng thấp, F
U
là tần số ở nửa băng cao,
0,2MHz là khoảng cách giữa các kênh lân cận, 45Mhz là khoảng cách thu phát, n số
kênh tần vô tuyến. Ta thấy tổng số kênh tần số có thể tổ chức cho mạng GSM là 124
kênh. Để cho các kênh lân cận không gây nhiễu cho nhau mỗi BTS phủ một ô của
Sv: Lê Hồng Thủy 22 Lớp 45K2 - ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA
mạng phải sử dụng các tần số cách xa nhau và các ô chỉ được sử dụng lại tần số ở
khoảng cách cho phép.
Truyền dẫn vô tuyến ở GSM được chia thành các cụm (BURST) chứa hàng
trăm bit đã được điều chế. Mỗi cụm được phát đi trong một khe thời gian 577μs ở
trong một kênh tần số có độ rộng 200 Khz nói trên. Mỗi một kênh tần số cho phép tổ
chức các khung thâm nhập theo thời gian, mỗi khung bao gồm 8 khe thời gian từ 0 – 7
(TS0, TS1, TS7).
2.3 Sự phát triển của mạng GSM lên 3G
2.3.1 Hệ thống GSM sẽ được nâng cấp từng bước lên thế hệ ba
Để đáp ứng được các dịch vụ mới về truyền thông đa phương tiện trên phạm vi
toàn cầu đồng thời đảm bảo tính kinh tế, hệ thống GSM sẽ được nâng cấp từng bước
lên thế hệ ba. Thông tin di động thế hệ ba có khả năng cung cấp dịch vụ truyền thông
multimedia băng rộng trên phạm vi toàn cầu với tốc độ cao đồng thời cho phép người

dùng sử dụng nhiều loại dịch vụ đa dạng. Việc nâng cấp GSM lên 3G được thực hiện
theo các tiêu chí sau :
- Là mạng băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện trên phạm vi
toàn cầu. Cho phép hợp nhất nhiều chủng loại hệ thống tương thích trên toàn cầu.
- Có khả năng cung cấp độ rộng băng thông theo yêu cầu nhằm hỗ trợ một dải
rộng các dịch vụ từ bản tin nhắn tốc độ thấp thông qua thoại đến tốc độ dữ liệu cao khi
truyền video hoặc truyền file. Đảm bảo các kết nối chuyển mạch cho thoại, các dịch vụ
video và khả năng chuyển mạch gói cho dịch vụ số liệu. Ngoài ra nó còn hỗ trợ đường
truyền vô tuyến không đối xứng để tăng hiệu suất sử dụng mạng (chẳng hạn như tốc độ
bit cao ở đường xuống và tốc độ bit thấp ở đường lên).
- Khả năng thích nghi tối đa với các loại mạng khác nhau để đảm bảo các dịch
vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và điện thoại vệ tinh. Các tính năng này sẽ cho
phép mở rộng đáng kể vùng phủ sóng của các hệ thống di động.
- Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để bảo đảm sự phát
triển liên tục của thông tin di động. Tương thích với các dịch vụ trong nội bộ IMT-
2000 và với các mạng viễn thông cố định như PSTN/ISDN. Có cấu trúc mở cho phép
Sv: Lê Hồng Thủy 23 Lớp 45K2 - ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA
đưa vào dễ dàng các tiến bộ công nghệ, các ứng dụng khác nhau cũng như khả năng
cùng tồn tại và làm việc với các hệ thống cũ.
2.3.2 Các giải pháp nâng cấp
Để đáp ứng được các dịch vụ mới về truyền thông máy tính và hình ảnh đồng
thời đảm bảo tính kinh tế, hệ thống thông tin di động thế hệ hai sẽ được chuyển đổi
từng bước sang thế hệ ba. Đối với hệ thống GSM, con đường phát triển duy nhất của
nó lên 3G là phát triển lên W-CDMA (ở châu Âu, hệ thống này còn được gọi là hệ
thống viễn thông di động toàn cầu UMTS). Tuy nhiên để đến với 3G cần phải đi qua
giai đoạn 2.5 G. Giai đoạn này bao gồm một hoặc tất cả các công nghệ sau: Dữ liệu
chuyển mạch gói tốc độ cao (HSCSD), dịch vụ vô tuyến gói đa năng (GPRS), tốc độ
dữ liệu nâng cao cải tiến cho GSM (EDGE).
Giai đoạn đầu của quá trình nâng cấp mạng GSM là phải đảm bảo dịch vụ số

liệu tốt hơn, có thể hỗ trợ hai chế độ dịch vụ số liệu là chế độ chuyển mạch kênh (CS :
Circuit Switched) và chế độ chuyển mạch gói (PS : Packet Switched). Để thực hiện kết
nối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể sử dụng giao thức ứng dụng vô tuyến (WAP :
Wireless Application Protocol). WAP chứa các tiêu chuẩn hỗ trợ truy cập internet từ
trạm di động. Hệ thống WAP phải có cổng WAP và chức năng kết nối mạng.
Trong giai đoạn tiếp theo, để tăng tốc độ số liệu có thể sử dụng công nghệ số
liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD : High Speed Circuit Switched Data) và
dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS : General Packet Radio Protocol Services). GPRS
sẽ hỗ trợ WAP có tốc độ thu và phát số liệu lên đến 171.2Kbps. Một ưu điểm quan
trọng của GPRS nữa là thuê bao không bị tính cước như trong hệ thống chuyển mạch
kênh mà cước phí được tính trên cơ sở lưu lượng dữ liệu sử dụng thay vì thời gian truy
cập.
Dịch vụ GPRS tạo ra tốc độ cao chủ yếu nhờ vào sự kết hợp các khe thời gian,
tuy nhiên kỹ thuật này vẫn dựa vào phương thức điều chế nguyên thuỷ GMSK nên hạn
chế tốc độ truyền. Bước nâng cấp tiếp theo là thay đổi kỹ thuật điều chế kết hợp với
ghép khe thời gian ta sẽ có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn, đó chính là công nghệ
EDGE.
Sv: Lê Hồng Thủy 24 Lớp 45K2 - ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mạng thông tin di động 3G - WCDMA
EDGE vẫn dựa vào công nghệ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói với tốc
độ tối đa đạt được là 384Kbps nên sẽ khó khăn trong việc hỗ trợ các ứng dụng đòi hỏi
việc chuyển mạch linh động và tốc độ truyền dữ liệu lớn hơn. Lúc này sẽ thực hiện
nâng cấp EDGE lên W-CDMA và hoàn tất việc nâng cấp mạng GSM lên 3G.
Có thể tổng quát các giai đoạn phát triển từ GSM lên WCDMA như sau:
Hình 2.l Các giai đoạn phát triển từ hệ thống GSM sang WCDMA.
2.4 Giới thiệu chung về các tầng trung gian
2.4.1 Mạng GSM
W-CDMA được phát triển lên từ hệ thống GSM nên trước khi nghiên cứu về
quá trình phát triển từ GSM lên W-CDMA thì cần có cái nhìn tổng quát lại về mạng
GSM.

Mạng di động mặt đất công cộng GSM gồm có: trạm di động MS, phân hệ
chuyển mạch mạng NSS với nhiệm vụ điều khiển cuộc gọi, phân hệ trạm cơ sở BSS
với nhiệm vụ điều khiển đường truyền vô tuyến và phân hệ quản lí mạng NMS với
nhiệm vụ khai thác và bảo dưỡng mạng.
- MS ( Mobile Station – Trạm di động): Thuê bao sủ dụng MS để gọi và nhận
các cuộc gọi. MS gồm có hai thực thể chức năng riêng biệt là thiết bị di động ME và
SIM chứa dữ liệu của thuê bao. MS giao tiếp với mạng thông qua giao diện vô tuyến
Um.
- Phân hệ trạm cơ sở BSS với nhiệm vụ điều khiển đường truyền vô tuyến gồm:
+ BTS (Base Transceiver Station – Trạm gốc): thực hiện tất cả các chức năng
nhận và truyền liên quan đến giao diện vô tuyến GSM ở cấp độ xử lí tín hiệu. BTS thực
Sv: Lê Hồng Thủy 25 Lớp 45K2 - ĐTVT
GSM
HSCSD
GPRS
EDGE
W-CDMA
(UMTS)