Quy hoach va toi uu hoa mang truyen dan 3G docx

Bộ giáo dục và đào tạo
HC VIN K THUT QUN S

cấn thị thanh hạ
KHểA 2
H O TO K S DN S

N TT NGHIP I HC
Chuyên ngành: điện tử viễn thông

qui hoạch và tối u hoá mạng
truyền dẫn 3g
Giáo viên hớng dẫn: thầy giáo, Đại tá PGS TS Võ Kim

NM 2008

Mục lục

Mục lục
Ký hiệu, chữ viết tắt
Lời mở đầu
Chơng 1: giới thiệu chung về hệ thống thông tin
di động thế hệ 3
1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động và một số yêu cầu
đối với hệ thống 3G
1.1.1 Lịch sử phát triển
1.1.2 Những yêu cầu đối với hÖ thèng 3G

Trang
1
3

6
8
8
8
10

1


1.2 Tiến trình nâng cấp chung từ 2G lên 3G
1.2.1 GSM nâng cấp lên UMTS
1.2.2 CDMA IS-95 nâng cấp lên 3G
Chơng 2: Hệ thống thông tin di động thế hệ
thứ 3 umts
2.1 CÊu tróc m¹ng
2.1.1 Giíi thiƯu chung vỊ cÊu trúc mạng 3G
2.1.2 Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN
2.1.3 Cấu trúc mạng lõi
2.2 Cấu trúc kênh
2.2.1 Mô hình phân lớp
2.2.2 Cấu trúc kênh
2.2.3 Trải phổ và điều chế
2.2.4 MÃ hoá
Chơng 3: Quy hoạch và tối u hoá mạng
truyền dẫn 3G
3.1 Cơ sở của qui hoạch mạng truyền dẫn
3.1.1 Phạm vi của quy hoạch mạng truyền dẫn
3.1.2 Các nhân tố trong các mạng truyền 3G
3.2 Qúa trình lập kế hoạch mạng truyền

3.3 Mô thức truyền di bộ (ATM)
3.3.1 Cấu tróc tÕ bµo
3.3.2 Líp giao thøc ATM
3.3.3 Sù kÕt nèi và chuyển mạch trong ATM
3.4 Định cỡ
3.4.1 Ngăn xếp giao thức
3.4.2 Mào đầu
3.5 Qui hoạch kết nối vi ba
3.5.1 Tỉ lệ lỗi và chất lợng ATM
3.5.2 Cấu hình
3.6 Kế hoạch chi tiết
3.6.1 Qui hoạch tham số
3.6.2 Quản lý lu lợng trên ATM
3.6.3 Phần tử mạng và các tham số cấu hình giao diện
3.6.4 Tóm tắt các đặc điểm qui hoạch ATM
3.6.5 Kế hoạch đồng bộ
3.6.6 Kế hoạch quản lý mạng
3.7 Tối u hoá truyền dẫn
3.7.1 Cơ sở tối u hoá truyền dẫn
3.7.2 Xác định quá trình
3.7.3 Phân tích mạng
3.7.4 Sự phân tích tâng ATM
3.7.5 Tham số điều chỉnh
Kết luận
Tài liệu tham kh¶o

13
13
26
30

30
30
35
39
47
47
48
62
64
67
67
67
67
70
70
71
72
76
77
77
78
80
80
81
82
82
82
86
88
89

90
90
90
91
91
92
94
95
96

2


bảng chữ viết tắt
Ký hiệu
Tiếng Anh
Tiếng Việt
3GPP
Third Genẻation Partnership
Dự án hợp tác thông tin di động
Protocol
thế hệ 3
AuC
Authentication Centre
Trung tâm nhận thực
BER
Bit Error Rate
Tỉ lệ lỗi bit
B-ISDN
Broadband ISDN

ISDN băng rộng
BS
Base Station
Trạm gốc
BSS
Base Station System
Phân hệ trạm gốc
BTS
Base Transceiver Station
Trạm thu phát gốc
CCCH
Common Control Channel
Kênh điều khiển chung
CCPCH
Common Control Physical
Kênh vật lý ®iỊu khiĨn chung
Channel
CDMA2000 A CDMA System in North
Mét hƯ thống CDMA ở Bắc Mỹ
America
CM
Communication Management Quản lý thông tin
CN
Core Network
Mạng lõi
CPCCH
Communication Power
Kênh điều khiển công suất
Control Channel
chung

CPCH
Communication Paket Chennel Kªnh gãi chung
CRC
Cyclic Redundancy Check
M· kiĨm tra d thõa
CS
Circuit Switched
Chun mạch kênh
DCCH
Dedicated Control Channel
Kênh điều khiển dành riêng
DPCCH

Dedicated Physical Control
Channel

Kênh vật lý điều khiển dành
riêng

3


DPDCH
ETS
FACH
GPS
GSM
IMSI
IMT-2000
IN

IPv4
IPv6
IS-95
ITU
ITU-T
Iub
Iur
MS
MSC
NNI
O&M
PCH
PDH
PN
QoS

Dedicated Physical Data
Channel
ETSI Telecommunication
Standard
Forward Access Channel
Global Positioning System
Global System for Mobile
Communications
International Mobile
Subscriber Identity
International Mobile
Telecommunications 2000
Intelligent Network
Internet Protocol Version 4

Internet Protocol Version 6
North American Version of
The CDMA Standard
International
Telecommunication Union
ITU Telecommunication
Standardisation Sector
UMTS Interface Between
RNC and BS
UMTS Interface Between
RNCs
Mobile Station
Mobile Subscriber Number
Network-to-Network Interface
Operations and Maintenance

Kênh vật lý dữ liệu dành riêng

Paging Channel
Plesiochronous Digital
Hierarch
Pseudo Noise
Quality of Service

Kênh tìm gọi
Hệ thống phân cấp cận đồng bộ

Tiêu chuẩn viễn thông
của ETSI
Kênh truy nhập đờng xuống

Hệ thống định vị toàn cầu
Hệ thống thông tin di động
toàn cầu
Chỉ thị thuê bao di động quốc tế
Tiêu chuẩn viễn thông di động
quốc tế 2000
Mạng thông minh
Thủ tục internet phiên bản thứ 4
Thủ tục internet phiên bản thứ 6
Một phiên bản CDMA Bắc Mỹ
Hiệp hội viễn thông quốc tế
Bộ phận tiêu chuẩn hoá về
viễn thông của ITU
Giao diện UMTS giữa RNC với
BS
Giao diện UMTS giữa các RNC
Máy di động
Số thuê bao di động
Giao diện liên mạng
Vận hành và bảo dỡng

Nhiễu ngẫu nhiên giả
Chất lợng dịch vụ

4


R99
RACH
RNC

TE
TRX
UMTS
UTRAN
VCI
VPI
X.25

Release 1999 of 3GPP UMTS
Standard
Random Access Channel
Radio Network Controller
Terminal Format
Transceiver
Universal Mobile
Telecommunications System
Universal Terrestrial Radio
Access Network
Virtual Circuit Identifier
Virtual Path Identifier
An ITU-T Protocol for Packet
Switched Networks

Phiên bản 1999 của tiêu chuẩn
3GPP UMTS
Kênh truy nhập ngẫu nhiên
Bộ điều khiển mạng vô tuyến
Thiết bị đầu cuối
Bộ thu phát
Hệ thống viễn thông di động

toàn cầu
Mạng truy nhập vô tuyến
mặt đất toàn cầu
Bộ chỉ thị mạng ảo
Bộ chỉ thị đờng ảo
Một thủ tục ITU-T sử dụng cho
mạng chuyển mạch gói

Lời nói đầu
Nhu cầu trao đổi thông tin là nhu cầu cần thiết yêu cầu trong xà hội hiện
đại. Các hệ thống thông tin di động ra đời tạo cho con ngời khả năng thông tin
mọi lúc mọi nơi. Phát triển từ hệ thống thông tin di động tơng tự, các hệ thống
thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G) ra đời với mục tiêu chủ yếu là hỗ trợ dịch
vụ thoại và truyền số liệu 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 tơng lai, nhu cầu các dịch vụ số liệu sẽ
ngày càng tăng và có khả năng vợt quá nhu cầu thoại. Hệ thống thông tin di
động thế hệ 3 (3G) ra đời nhằm thoả mÃn nhu cầu của con ngời về các dịch vụ
số liệu tốc độ cao nh: điện thoại thấy hình, video streamming, hội nghị truyền
hình, nhắn tin đa phơng tiện

5


Hiện nay hệ thống thông tin di động 3G đang phát triển nhằm thoả mÃn
nhu cầu của con ngời. Đồ án của tôi tìm hiểu về qui hoạch và tối u mạng
truyền dẫn 3G. Đồ án tốt nghiệp của tôi chia làm 3 chơng với nội dung cụ thể
sau:
Chơng 1: Giới thiệu chung về hệ thống thông tin di động thÕ hƯ 3
Giíi thiƯu chung vỊ hƯ thèng th«ng tin di động và một số yêu cầu đối với hệ

thống 3G.
Chơng 2: Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 UMTS
Trong chơng này tôi xin giới thiệu về cấu trúc mạng 3G và cấu trúc kênh của
mạng 3G.
Chơng 3: Qui hoạch và tối u hoá mạng truyền dẫn 3G.
Chơng 3 là chơng cuối cùng của đồ án. Tôi xin giới thiệu về cơ sở qui hoạch
của mạng truyền dẫn.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo, Đại tá, PGS Tiến sĩ Võ
Kim, ngời đà hớng dẫn tôi tận tình, cùng với các thầy cô giáo trong bộ môn
thông tin đà tạo mọi điều kiện tốt nhất giúp tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp
đúng tiến độ.

Chơng 1
Giới thiệu chung về hệ thống thông
tin di động thế hệ 3
1.1.

lịch sử phát triển của thông tin di động và một số
yêu cầu đối với hệ thống 3G

1.1.1. Lịch sử phát triển.

Nh chúng ta đà biết, tính đến nay, thông tin di động đà phát triển qua các
thế hệ khác nhau. Thế hệ thứ nhất 1G là thế hệ thông tin di động tơng tự hoặc
bán tơng tự. Hệ thống này đợc xây dựng vào những năm 80, ví dơ nh NMT
(Nordic Mobile Telephone) vµ AMPS (Adranced Mobile Phone System).
Những hệ thống thông tin di động 1G cung cấp dịch vụ chủ yếu là thoại cũng
nh các dịch vụ liên quan đến thoại. Các hệ thống di động thế hệ thứ nhất đợc
phát triển trong phạm vi quôc gia, những yêu cầu kỹ thuật của các hệ thống
này chủ yếu đợc xây dựng trên cơ sở thoả thuận giữa các nhà điều hành viễn

thông của chính phủ với các công ty cung cấp dịch vụ viễn thông mà không có
hệ tiêu chuẩn phổ biến rộng rÃi. Do vậy, các hệ thống thông tin di động 1G
không có khả năng t¬ng thÝch lÉn nhau.

6


Do yêu cầu thông tin di động ngày càng tăng, đặc biệt là nhu cầu cần có
một hệ thống thông tin di động toàn cầu. Các tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế
bắt đầu xây dựng hệ thống thông tin di động thứ hai 2G. Mục tiêu chủ yếu của
hệ thống 2G là khả năng tơng thích và đồng nhất trong môi trờng quốc tế. Hệ
thống phải có khẳ năng phôc vô trong mét khu vùc (vÝ dô khu vc châu Âu),
mọi ngời sử dụng phải có khả năng truy nhập hệ thống ở bất kỳ nơi nào trong
khu vực. Theo quan ®iĨm ngêi sư dơng, hƯ thèng 2G hÊp dẫn hơn hệ thống 1G
bởi vì ngoài dịch vụ thoại truyền thống, hệ thống này còn có khả năng cung
cấp một số dịch vụ truyền dữ liệu và các dịch vụ bổ xung khác. Do các tiêu
chuẩn chỉ thực hiện đợc trong phạm vi khu vực, nên khái niệm thông tin di
động toàn cầu không thực hiện đợc và trên thị trờng tồn tại một số hệ thống di
động 2G, tiêu biểu nh: GSM, IS 95 và PDC. Trong đó, hệ thống GSM đợc phổ
biến rộng rÃi nhất.
Hệ thống thông tin di ®éng thø ba 3G ra ®êi víi mơc tiêu là hình thành
một hệ thống thông tin di động trên toàn thế giới. Khác với các dịch vụ đợc
cung cấp bởi những hệ thống thông tin di động hiện nay chủ yếu là thoại
(công nghệ tơng tự là đặc trng hƯ thèng thÕ hƯ thø nhÊt, c«ng nghƯ sè là đặc
trng hệ thống thế hệ thứ 2), hệ thống 3G nhằm vào các dịch vụ băng rộng nh
truy nhập Internet tốc độ cao, truyền hình và ảnh chất lợng cao tơng đơng
mạng hữu tuyến. Có thể nói rằng, khái niệm ITM-2000 (trớc đây gọi là
FPMLTS) đợc ITU đa ra theo mô hình từ trên xuống. Trớc tiên, các yêu cầu về
dịch vụ và chất lợng đợc đa ra, sau đó các tổ chức chuẩn hoá và các nhà công
nghiệp, khai thác sẽ tiến tới thiết kế mạng đáp ứng yêu cầu này.

1.1.2. Những yêu cầu đối với hệ thống 3G.

Một số yêu cầu chính về ITM-2000 đợc ITU đề ra nh sau:
ã Tốc độ truyền dữ liệu cao 144kbps hoặc 384kbps cho vùng phủ
rộng ngoài trời và 2Mbps cho vùng phủ hẹp trong nhà.
ã Chất lợng thoại tơng đơng mạng hữu tuyến.
ã Hỗ trợ cả dịch vụ chuyển mạch kênh và gói, truyền dữ liệu không
đối xứng.
ã Có thể cung cấp cả dịch vụ di động và cố định.
ã Có khả năng chuyển vùng quốc gia và quốc tế, hỗ trợ cấu trúc cell
nhiều lớp.
ã Cơ cấu tính cớc míi theo dung lỵng trun thay cho thêi gian nh
hiƯn nay.
ITU-R đà phát triển bộ chỉ tiêu kỹ thuật ITM-2000, ITM-2000 đợc tạo
ra nhằm thoả mÃn việc phát triển các tiêu chuẩn cho phép thiết lập một cơ sở

7


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 và cá nhân.
1.1.2.1. Tiêu chuẩn WCDMA của UTMS/IMT2000.

UMTS là thuật ngữ đợc ETSI nhóm SMG về hệ thống thông tin di động
vô tuyến 3G ở châu Âu đa ra. Các hoạt động nghiên cứu về UMTS trong
EMTS đợc hỗ trợ bởi các chơng trình có tài trợ của EU, nh RACE và ACTS.
Chơng trình RACE, gồm hai giai đoạn, bắt đầu vào năm 1988, và kết thúc vào
năm 1995. Đối tợng của chơng trình này là khám phá và phát triển testbeb
cho các công nghệ giao diện vô tuyến đề cử. Trong dự án FRAMES của
ACTS, hai kiểu (chế độ) đa truy nhập đà đợc chọn để nghiên cứu tiếp làm đề

xuất cho truy nhập vô tuyến mặt đất của UMTS (UTRA). Chúng dựa trên
TDMA có và không có trải phổ, và dựa trên W-CDMA.
Đến tháng 1/1997, ARIB đà quyết định chấp nhận W-CDMA làm công
nghệ truy nhập vô tuyến mặt đất cho đề xuất IMT-2000 của mình và nỗ lực cụ
thể hoá các chỉ tiêu kỹ thuật chi tiết của công nghệ này. Dới ảnh hởng của sự
hỗ trợ manh mẽ cho W-CDMA trên toàn cầu và quyết định sớm từ ARIB, một
thoả thuận nhất trí của ETSI đà đạt đợc vào tháng 1/1998 về việc chấp nhận
W-CDMA làm công nghệ truy nhập vô tuyến mặt đất cho UMTS.Sau đó,
ARIB và ETSI đà phối hợp hai chuẩn của họ để có một công nghệ W-CDMA
thống nhất. Phần này sẽ đề cập các đặc tính chính của RTT mặt đất trong các
đề xuất của ETSI và ARIB, mà có thể áp dụng cho cả UTRA và IMT-2000.
1.1.2.2. Đặc tính của UTRA/IMT-2000.

Phần phổ tần đợc đề xuất cho UTRA và IMT-2000 đợc minh hoạ trong
hình 1-1 và hình 1-2. Có thể thấy, UTRA và IMT-2000 không thể sử dụng toàn
bộ phổ tần cho hệ thống vô tuyến di động 3G do các băng tần đă đợc phân bốn
phần cho DECT và PHS.
Cụ thể, tín hiệu đờng lên và đờng xuống đợc hình thành trên hai tần số
sóng mang khác nhau f1 và f2, phân cách nhau ở khoảng dÃn băng ở chế độ
FDD. Trái lại, chế độ TDD dùng chung một kênh tần số f c, nhng khác khe thời
gian. Nh thấy ở hình 1-1 và hình 1-2, cặp băng 1920-1980 MHz và 2110-2170
MHz đợc phân định cho chế độ FDD ở đờng xuống và đờng lên tơng ứng, còn
chế độ TDD hoạt động trong băng tần còn lại. Tuy nhiên với các dịch vụ
không đối xứng chỉ yêu cầu các băng FDD và do đó các băng TDD linh động
hơn có thể tăng gấp đôi dung lợng của tuyến bằng cách phân định mọi khe
thời gian cho một hớng truyền.
W-CDMA
Uplink(FDD)
1990

MSS
1920

W-CDMA
1980

2010

W-CDMA
Uplink(FDD)
2025 2010
2170

MSS
2200

Hình 1-1. Phần phổ đề xuất của UTRA

8


W-CDMA

MSS

W-CDMA

W-CDMA

Uplink(FDD)

1920

MSS

Uplink(FDD)
1980

2010

2025

2110

2170

2200

Hình 1-2. Phần phổ đề xuất của ITM-2000
Bảng 1-1 đề ra các tham số cơ bản của đề xuất UTRA/ITM-2000. Cả
hai hệ thống hoạt động ở tốc độ chip cơ sở 4,096 Mcps, hiện nay đà đợc đổi
thành 3,84 Mcps, tạo ra băng thông chuẩn 5 MHz, khi dùng bộ lọc dạng xung
cos nâng Nyquist với hệ số uốn là 0,22. IMT-2000 có thêm một tốc độ chip
thấp hơn là 1,024 Mcps, ứng với băng thông 1,25 MHz. Tốc độ chip gia tăng
8,192 Mcps và 16,384 Mcps cũng đợc đa ra cho tốc độ bit ngời sử dụng cao
hơn.
Bảng 1-1

Các tham số cơ bản của UTRA/IMT-2000
Công nghệ truy nhập vô tuyến FDD: DS-CDMS
TDD: TDMA/CDMA

Môi trờng hoạt động
Trong nhà/ ngoài trời đến trong nhà/ trên xe
Tốc độ chip (Mcps)
3,840 (UTRA cũ: 4,096/8. 192/16,384)
Độ rộng kênh (MHz)
UTRA: 5/10/20
IMT-2000:1,25/5/10/20
Hệ số uốn Nyquist
0,22
Chế độ song công
FDD và TDD
FDD (UL): 16/32/64/128/256/512/1024
Tốc độ bit kênh (kbps)
FDD (DL): 32/64/128/256/512/1024/2048
TDD(UL/DL): 512/1024/2048/4096
Độ dài khung
10ms
Hệ số trải phổ
FDD khả biến, 4 đến 256
TDD khả biến, 2 đến 16
Cơ cấu tách
Tơng quan với ký tự hoa tiêu ghép kênh theo
thời gian
Hoạt động liên cell
FDD: Di bộ
TDD: Đồng bộ
Điều khiển công suất
Vòng mở và vòng kín
Dải động công suất phát
80dB (UL), 30Db (DL)

Chuyển cell
Chuyển cell mềm, Chuyển cell liên tần

9


UTRA/IMT-2000 thoả mÃn các yêu cầu của hệ thống vô tuyến di động
thế hệ 3 bằng cách cung cấp dải tốc độ truy nhập với 2 Mbps. Các dịch vụ
khác nhau với tốc độ bit và QoS khác nhau đều có thể đợc hỗ trợ nhờ mà hệ số
trải phổ khả biến trực giao OVSF. Trái ngợc với kênh hoa tiªu chung cđa hƯ
thèng IS-95, hƯ thèng thÕ hƯ 3 UTRA/IMT-2000 dùng các ký hiệu hoa tiêu
riêng nằm trong luồng d÷ liƯu cđa ngêi sư dơng. Chóng cã thĨ dïng để hỗ trợ
hoạt động của anten thích nghi ở trạm gèc.
Dï dïng kªnh hoa tiªu chung hay chÌn kªnh hoa tiêu riêng vào dữ liệu
vẫn đều dùng tách tơng quan. Tách tơng quan tạo ra chỉ tiêu tốt hơn tách
không tơng quan. Hơn nữa, các mà trải phổ ngắn cho phép thực hiện nhiều kỹ
thuật nâng cao chỉ tiêu khác nhau, nhờ các bộ triệt nhiễu và thuật toán phối
hợp. Để hỗ trợ triển khai hệ thống linh động ở môi trờng trong nhà và ngoài
trời, hoạt động đồng bộ giữa các cell với nhau đợc sử dụng ở chế độ FDD. Do
đó không cần nguồn định thời ngoài nh hệ thống định vị toàn cầu (GPS). Tuy
nhiên, ở chế độ TDD, đồng bộ liên cell đợc yêu cầu để có thể truy nhập xuyên
suốt các khe thời gian của trạm gốc lân cận khi chuyển cell. Điều đó thực hiện
đợc bằng cách duy trì đồng bộ giữa các trạm gốc.
1.1.2.3. Đặc tính của CDMA 2000.
Bảng 1-2

Các tham số cơ bản của CDMA2000
Công nghệ truy nhập
Môi trờng khai thác
Tốc độ chíp (Mcps)

Băng thông kênh (MHz)
Chế độ song công
Độ dài khung
Hệ số trải
Cơ cấu tách
Hoạt động liên cell
Điều khiển công suất
Chuyển cell

DS-CDMA, CDMA đa sóng mang
Trong nhà, ngoài trời tới trong nhà, xe cộ
1.2288/3.6864/7.3728/11.0592/14.7456
1.25/3.75/7.5/11.25/15
FDD và TDD
5 và 20ms
Biến thiên từ 4 ®Õn 256
Coherent víi kªnh hoa tiªu chung
FDD: ®ång bé
TDD: ®ång bộ
Vòng mở và kín
Chuyển cell mềm
Chuyển cell liên tần

Các tham số cơ bản của CDMA2000 đợc cho trong bảng 1-2. Hệ thống
CDMA có tốc độ chip cơ sở là 3,6864 Mcps, nằm trong băng thông 3,75 MHz.
Tốc độ chip này gấp ba lần tốc độ chip dùng trong tiêu chuẩn IS-95 (1,2288
Mcps). Theo đó, băng thông cũng tăng gấp 3 lần. Nh vậy, mạng IS-95 hiện

10

cũng có thể đợc sử dụng để hỗ trợ sử dụng hoạt động CDMA2000. Tốc độ
chip cao hơn Nx1,2288 Mcps với N = 6,9,12 cũng đợc cung cấp, cho phép tốc
độ truyền cao hơn. Giá trị N là tham số quan trọng để xác định tốc độ mà hoá
kênh và tốc độ bit của kênh. Để phát tín hiệu tốc ®é chip cao (N>1), hai kü
tht ®iỊu chÕ ®ỵc sư dụng. ở chế độ điều chế trải phổ trực tiếp, các ký hiệu
đợc trải theo tốc độ chip và truyền dẫn nhờ một sóng mang, tạo ra băng thông
N=1,25 MHz. Phơng pháp này đợc sử dụng ở cả truyền và tách kênh thành
những tín hiệu riêng biệt, mỗi tín hiệu đợc trải phổ ở tốc độ chip 1,2288 Mcps.
N tần số sóng mang khác nhau đợc dùng để truyền các tín hiệu trải phổ này,
mỗi tần số có băng thông 1,25 MHz. Phơng pháp này chỉ dùng cho đờng
xuống, do đó phân tập có thể đạt đợc nhờ phát các tần số sóng mang khác
nhau trên các anten khác nhau.
Nhờ sư dơng sãng mang, CDMA2000 cã thĨ xÕp chång tÝn hiệu bởi các
kênh IS-95 1,25MHz hiện có và chính các kênh của nó, chỉ cần đảm bảo tính
trực giao. Phơng án xếp chồng đợc minh hoạ trong hình 1-3.
1.25 MHz

Điều chế sóng mang phụ

Điều chế đa sóng mang( N= 3)

Điều chế trải phổ trực tiếp( N= 3)

Hình 1-3. Ví dụ chång lÊn trong CDMA2000
Gièng nh UTRA vµ IMT2000, CDMA cịng hỗ trợ hoạt động TDD
trong phần băng tần đơn. Để dễ dàng thực hiện đầu cuối hai chế độ
FDD/TDD, hầu hÕt c¸c kü tht dïng cho FDD cã thĨ ¸p dụng cho chế độ
TDD. Sự khác biệt giữa hai chế độ này là ở cấu trúc khung, do có khoảng giÃn
thời gian đợc thêm vào cho chế độ TDD.

Trái với UTRA và IMT-2000, tín hiệu hoa tiêu đợc ghép theo thời gian
với kênh dữ liệu riêng trên đờng xuống. CDMA2000 dùng một kênh hoa tiêu
liên tục đợc ghép trên khung đờng xuống cho những ngời sử dụng trong cell.
Tuy nhiên nếu dùng anten thích nghi thì các kênh hoa tiêu khác phải đợc phát
từ mỗi anten.
Một khác biệt nữa với UTRA và IMT-2000 là trong hệ thống
CDMA2000 các trạm gốc hoạt động ở chế độ đồng bộ, ta có thể sử dụng cùng
mà PN nhng với độ lệch offset khác nhau (khác bù pha) để phân biệt các trạm
gốc. Do đó chỉ cần dùng một chuỗi PN chúng có thể biÕt toµn bé cell so víi
viƯc sư dơng mét tËp các chuỗi PN khác nhau của IMT-2000/UTRA.

11


1.2. Tiến trình nâng cấp chung từ 2G lên 3G
1.2.1. GSM nâng cấp lên UMTS.

Chỉ tiêu kỹ thuật của GSM đảm bảo tính mở của các giao diện quyết
định thành phần chuẩn của hệ thống GSM. Bởi vì có giao diện mở này, nhà
khai thác mạng có thể sử dụng các thiết bị mạng khác nhau từ các hÃng cung
cấp khác nhau. Tính mở của giao diện đợc thể hiện là nó xác định một cách
nghiêm ngặt các chức năng của hệ thống thực hiện tại giao diện này, đồng thời
xác định rõ các chức năng nào cho phép nhà khai thác có thể sử dụng trong
nội bộ mạng tại hai phía của giao diện này.
Mạng GSM gồm bốn phần chính: NSS (Network Subsystem- Phân hệ
mạng), BSS (Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc), NMS (Network
Management Subystem Phân hệ quản lý mạng), MS (Mobile Station
Máy di động) nh hình 1-4
Quản lý mạng (NMS)

bss

ms
bts

bsc

nss

trau

msc/vlr

gmsc

isdn
psdn

pspdn

cspdn

x25

HLR/AuC/EIR

Hình 1-4. Cấu trúc mạng GSM
Hoạt động của mạng cần để thiết lập cuộc gọi gồm ba phần chính: NSS,
BSS và MS, BSS là phân hệ điều khiển trạm gốc. Tất cả các cuộc gọi đợc kết
nối thông qua BSS, NSS là phân hệ điều khiển chuyển mạch. Tất cả các cuôc

gọi luôn luôn đợc kết nối với nhau và thông qua NSS. NMS là phần khai thác
và bảo dỡng mạng. Nó cũng cần cho việc điều khiển mạng. Việc theo dõi vận
hành, chất lợng, bảo dỡng và cung cấp dịch vụ của mạng thông qua NMS.
Giao diện mở nằm giữa MS và BSS là giao diện Um và nằm giữa BSS và NSS
là giao diện A,
MS là tổ hợp của thiết bị đầu cuối ME và môdun nhận dạng dịch vụ của
thuê bao SIM:
MS = ME + SIM.

12


Bộ điều khiển trạm gốc BSC là phần chính của BSS và nó điều khiển
mạng vô tuyến. BSS duy trì kết nối với MS và kết nối với NSS. Trạm thu phát
gốc BTS là một phần của mạng đảm bảo duy trì giao diện Um. Bộ mà hoá và
đồng bộ tốc độ TRAU là một phần của BSS nó duy trì tốc độ mà hoá.
Trung tâm chuyển mạch MSC là một phần của NSS nó điều khiển tất cả
các cuộc gọi. MSC chia làm hai phần MSC/VLR có chức năng duy trì kết nối,
quản lý di động, trao đổi thông tin với BSS và GMSC có chức năng quản lý
thông tin và kết nối với những mạng khác.
Bộ ghi định vị thờng trú HLR là nơi mà thông tin về các thuê bao đợc lu
trữ cố định. Chức năng chính của HLR là cơ sở dữ liệu về thuê bao.
Bộ ghi định vị tạm trú VLR với chức năng chính là lu trữ dữ liệu thuê
bao, cung cấp dịch vụ và quản lý di động.
Trung tâm nhận thực AuC và nhận dạng thiết bị EIR là một phần của
NSS duy trì bảo mật thông tin. AuC duy trì bảo mật thông tin và nhận dạng
thuê bao cùng với VLR. EIR duy trì nhận dạng thiết bị di động liên kết với
thông tin bảo mật cùng với VLR.
Tên chung cho trung tâm dịch vụ giá trị gia tăng VAS nh hình 1-3. VAS
đơn giản nhất cũng gồm hai dịch vụ: bản tin ngắn SMSC và th thoại VMS. Về

mặt kỹ thuật, VAS đảm bảo cung cấp một số loại dịch vụ nhất định bằng cách
sử dụng các giao diện chuẩn với mạng GSM và nó có thể có hoặc không có
các giao diện với các mạng khác. Trên quan điểm phát triển dịch vụ, VAS là
bớc đầu tiên để tạo doanh thu với các dịch vụ giá trị gia tăng trên mạng GSM.
Khái niệm mạng thông minh IN đợc tích hợp cùng với mạng GSM (xem
hình 1-5). Về mặt kỹ thuật, nó làm thay đổi cơ bản các phần tử của mạng
chuyển mạch để thực hiện chức năng IN, ngoài ra bản thân mạng IN là một bộ
phận tơng đối phức tạp. IN có khả năng phát triển dịch vụ hớng tới tính cá
nhân và nhà khai thác mạng có thể nhờ IN để đảm bảo tính an toàn kinh
doanh.

13


Quản lý mạng (NMS)

bss

ms
bts

bsc

nss

trau

msc/vlr

gmsc

isdn
psdn

pspdn

cspdn

x25

HLR/AuC/EIR

Hình 1-5. Mạng GSM với dich vụ giá trị gia tăng và mạng thông minh
Trong giai đoạn đầu, thuê bao GSM sử dụng đờng truyền dữ liệu chuyển
mạch kênh đối xứng với tốc độ 9,6 kb/s. Do sức ép từ nhu cầu sử dụng internet
và th điện tử lên đờng truyền dữ liệu di động tăng nhanh, hơn nữa thực tế cho
thấy sự phát triển này đà bị đánh giá quá thấp tại thời điểm thiết kế mạng
GSM.
Hiện nay về mặt kỹ thuật có hai giải pháp kỹ thuật sau:
ã Tối u tốc độ mà hoá kênh làm tăng tốc độ bit từ 9,6 kb/s lên gần
bằng 14 kb/s.
ã

Định tuyến dữ liệu đi qua giao diện Um nhiều hơn bằng cách sử
dụng một vài kênh lu lợng thay vì một kênh. Giải pháp này đợc gọi
là dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD nh hình 1-6.

Quản lý mạng (NMS)
Um

A
bss

ms
bts

bsc

trau

nss

msc/vlr

gmsc

isdn
psdn

pspdn

cspdn
HLR/AuC/EIR
Thay đổi HW& SW cho HSCSD

V
A
S

x25

i
n

14


Hình 1-6. Mạng dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD.
Trong môi trờng tối u một thuê bao HSCSD có thể đạt đến tốc độ truyền
dữ liệu 40-50 kb/s. Giải pháp kỹ thuật này có hạn chế là lÃng phí tài nguyên
và giá cớc sẽ cao hơn. Việc sử dụng giải pháp HSCSD phụ thuộc rất nhiều vào
chính sách giá của nhà khai thác mạng. Một vấn đề khác là phần lớn lu lợng
dữ liệu về bản chất là không đối xứng, điển hình là dùng đờng truyền tốc độ
thấp từ thiết bị đầu cuối đến mạng (đờng lên) và dùng tốc độ cao cho đờng
còn lại (đờng xuống). Về mặt kỹ thuật, giao diện chuyển mạch kênh không
đối xứng Um không phải là môi trờng truy nhập tốt nhất cho kết nối dữ liệu.
Điều này đặt ra yêu cầu phải nâng cấp mạng GSM nhằm thích hợp hơn cho
việc truyền dữ liệu một cách hiệu qủa.
Giải pháp GPRS (hình 1-7) yêu cầu thêm hai nút hỗ trợ dịch vụ vào
mạng di động là SGSN và GGSN. Bằng việc sử dụng hai nút này MS có thể
tạo lập nên mét kÕt nèi chun m¹ch gãi qua m¹ng GSM tíi một mạng dữ liệu
gói bên ngoài, ví dụ mạng internet.

Quản lý mạng (NMS)
Um

A
bss

ms

bts

bsc

nss

trau

msc/vlr

gmsc

isdn
psdn

pspdn

cspdn
HLR/AuC/EIR
Thay đổi HW& SW cho GPRS

V
A
S

x25

i
n

Gb

sgsn

ggsn

Mạng dữ liệu khác
Internet

Hình 1-7. Giải pháp GPRS.

15


GPRS có khả năng sử dụng kết nối không đối xứng khi có yêu cầu và
do vậy tài nguyên mạng có thể sử dụng tốt hơn. Giải pháp GPRS là một bớc
kỹ thuật nhằm cung cấp khả năng IP di động và khả năng internet cho các
thuê bao di động Cellular. Theo quan điểm dịch vụ thì GPRS mở đầu cho bớc
phát triển để nhiều loại dịch vụ chuyển mạch gói truyền thống có thể đợc
chuyển đổi và sử dụng qua công nghệ GPRS. Một ví dụ điển hình là WAP mà
tiềm năng của nó sẽ đợc khai thác mạng khi sử dụng GPRS.
Khi kết nối chuyển mạch gói đợc sử dụng, chất lợng dịch vụ QoS là vấn
đề có tính quan trọng hàng đầu. Về nguyên lý GPRS hỗ trợ QoS nhng trong
thực tế thì không nh vậy. Lý do ở đây là lu lợng GPRS luôn luôn ở mức u tiên
trong mạng GSM, nói cách khác chỉ có các tài nguyên cha sử dụng ở giao diện
Um mới đợc dành cho lu lợng GPRS. Rõ ràng không ai có thể đảm bảo luôn
dành một độ rộng băng nhất định cho lu lợng GPRS vì không thể biết trớc lợng tài nguyên cha sử dụng tại giao diện Um.
Một kỹ thuật điều chế mới có thể đợc áp dụng tại giao diện vô tuyến là
8-PSK sao cho một ký tự có thể mang một tổ hợp ba bit thông tin và nh vậy
tốc độ bit sẽ đợc cải thiện đáng kể. Khi kỹ thuật này đợc kết hợp với kỹ thuật

mà hoá kênh phức tạp, ngời ta có thể đạt đợc tốc độ dữ liệu 48 kbps so với 9,6
kbps cho mét kªnh ë GSM trun thèng. Kü tht làm tăng tốc độ dữ liệu trên
đợc gọi là EDGE (xem hình 1-8).
Quản lý mạng (NMS)
Um
bss

ms
bts

bsc

nss

trau

msc/vlr

gmsc

isdn
psdn

pspdn

cspdn
Thay đổi HW& SW cho EDGE

HLR/AuC/EIR

V
A
S

x25

i
n

Gb

Mạng dữ liệu khác
sgsn

ggsn

Internet

Hinh 1-8. Mạng EDGE.
Sự phát triển của EDGE chia làm hai giai đọan:

16


ã EDGE giai đọan một đợc biết nh là E-GPRS (Enhanced GPRS).
Cũng nh vậy BSS đổi thành E-RAN (Mạng truy nhập vô tuyến
EDGE). Giai đoạn một EDGE xác định các phơng pháp điều chế và
mà hoá kênh nhằm đạt đợc tốc độ dữ liệu lên đến 384 kb/s cho lu lợng chuyển mạch gói dới các điều kiện xác định. Giả thiết ở đây là
một thiết bị đầu cuối sẽ sư dơng tèi ®a 8 khe thêi gian ë giao diƯn
Um cho mét ®êng kÕt nèi, do ®ã 8x48 kb/s = 384 kb/s. Ngoài ra,

thiết bị đầu cuối EDGE phải ở gần BTS để sử dụng tốc độ mà hoá
kênh cao hơn.
ã EDGE ở giai đoạn thứ 2 có tên thơng mại là E-HSCSD và nhằm đạt
đợc tốc độ truyền dữ liệu trên cho các dịch vụ chuyển mạch kênh
cao hơn.
Đứng trên quan điểm phát triển mạng thì nói chung công nghệ EDGE
có cả u điểm và nhợc điểm. Ưu điểm chính của công nghệ này là có thể đạt đợc tốc độ truyền dữ liệu gần nh tơng đơng với yêu cầu phủ sóng ở vùng đô thị
của công nghệ UMTS. Nhợc điểm là tốc độ dữ liệu này khó đạt đợc cho toàn
bộ các thuê bao trên toàn cell phủ sóng. Nếu yêu cầu cho toàn bộ một vùng
với công nghệ EDGE thì chắc chắn số lợng cell phủ sóng trong vùng này sẽ
phải tăng lên đáng kể. Nói cách khác, EDGE là giải pháp đắt giá về công nghệ
sử dụng cho một số trờng hợp.
3G giới thiệu phơng pháp truy nhập vô tuyến mới WCDMA. WCDMA
và những biến thể của nó mang tính toàn cầu, do đó tất cả mạng 3G có thể
chấp nhận việc truy nhập bởi thuê bao ở mạng 3G bất kỳ. Ngoài tính toàn cầu,
WCDMA đà đợc nghiên cứu rất kỹ trong phòng thí nghiệm và đà chứng tỏ đợc
hiệu quả sử dụng phổ tốt hơn (trong các điều kiện xác định) và phù hợp hơn
cho việc truyền dữ liệu gói so với các truy nhập vô tuyến trên cơ sở TDMA.
Công nghệ WCDMA và các thiết bị truy nhập vô tuyến của nó không tơng
thích với các thiết bị mạng GSM.
Mặt khác, một trong các yêu cầu cơ bản của UMTS là khả năng hoạt
động đồng thời GSM/UMTS, ví dụ nh việc chuyển giao giữa hai hệ thống khi
truy nhập vô tuyến thay đổi từ GSM sang WCDMA và ngợc lại trong một
cuộc gọi. Khả năng này đặt ra hai yêu cầu cụ thể là:
ã Thứ nhất, giao diện vô tuyến GSM phải thay đổi sao cho có thể phát
quảng bá các thông tin hệ thống về mạng vô tuyến WCDMA tại đờng xuống. Đơng nhiên mạng truy nhập vô tuyến WCDMA cũng có
thể phải quảng bá thông tin hệ thống của mạng GSM tại đờng
xuống.
ã Thứ hai, nhằm giảm thiểu chi phí khai thác, các chỉ tiêu kỹ thuật
quy định trong 3GPP cho phép đảm bảo đợc các chức năng liên

17


mạng của hệ thống để các MSC/VLR 2G nâng cấp có thể xử lý đợc
truy nhập vô tuyến băng rộng, UTRAN.
Cho tới nay, khái niệm IN đợc phát triển trực tiếp t mạng PSTN/ISDN
và do vậy chắc chắn sẽ có một vài nhợc điểm khi cha đề cập trực tiếp cho
mạng di động. Vấn đề chủ yếu với công nghệ IN chuẩn là không thể truyền
các thông tin về dịch vụ giữa các mạng. Nói cách khác, nếu một thuê bao sử
dụng các dịch vụ trên cơ sở IN thì các dịch vụ này chỉ đợc cung cấp tốt trong
mạng thờng trú của thuê bao. Tình huống này có thể đợc cải thiện bằng cách
sử dụng công nghệ IN nâng cấpđợc gọi là CAMEL. Công nghệ CAMEL có
thể truyền thông tin dịch vụ giữa các mạng và vai trò của công nghệ này sẽ
tăng lên khi triển khai 3G đều Ýt nhiỊu cã sù tham gia cđa CAMEL.
C¸c kÕt nèi truyền dẫn trong mạng truy nhập vô tuyến WCDMA đợc sử
dụng bằng cách dùng ATM (3GPP R99) ( xem hình 1-9). Dự án tiêu chuẩn
hoá FRAMES đà thảo luận rất nhiỊu vỊ viƯc cã sư dơng ATM cho m¹ng 3G
hay không, và cuối cùng đà quyết định sử dụng ATM dựa trên hai lý do sau:
ã Kích thớc cell và tải lu lợng khi sử dụng ATM là tơng đối nhỏ do đó
có u điểm là giảm đợc bộ nhớ đệm lu trữ thông tin. Trong truờng
hợp ngợc lại, khi phải nhớ đệm nhiều thông tin thì đơng nhiên trễ sẽ
tăng, đồng thời tải lu lợng tĩnh ở các thiết bị nhớ đệm cũng sẽ tăng
lên. Hai yếu tố này có ảnh hởng xấu đến yêu cầu chất lợng dịch vụ
đối với lu lợng thời gian thực.
ã Phơng án khác lµ sư dơng IP, song hiƯn nay IPv4 cã mét nhợc điểm
nghiêm trọng về giới hạn không gian địa chỉ và không đáp ứng QoS.
Ngợc lại ATM và các lớp tốc độ bit tơng ứng của nó lại đáp ứng rất
tốt các yêu cầu về QoS. Có một giải pháp là ATM và IP đợc kết hợp
cho các lu lợng gói, trong đó giao thức IP sẽ đợc sử dụng trên nền

ATM. Giải pháp kết hợp này sẽ kết hợp đợc u điểm của cả hai giao
thức là IP sẽ đảm bảo việc kết nối còn ATM sẽ đảm bảo chất lợng
kết nối và định tuyến. Do nhơc điểm của IPv4 nên giải pháp thoả
hiệp là trong mạng 3G một số phần tử mạng nhất định sử dụng các
địa chỉ IPv4 cố định, còn các lu lợng thuê bao còn lại sử dụng các
địa chỉ IPv6 đợc phân bổ động. Trong trờng hợp này, để thích ứng
mạng 3G với các mạng khác, mạng lõi IP 3G phải có thiết bị
chuyển đổi giữa các địa chỉ IPv4 và IPV6 bởi các mạng khác có thể
không hỗ trợ IPv6. Về mặt kỹ thuật, các nút mạng lõi cần phải nâng
cấp. Các phần tử chuyển mạch kênh cần phải xử lý đợc cho hai loại
thuê bao 2G và 3G. Yêu cầu này đòi hỏi phải thay đổi MSC/VLR và
HLR/AC/EIR. Ví dụ, cơ chế bảo mật trong khi thiết lập cuộc gọi là
hoàn toàn khác nhau trong mạng 2G và 3G và nh vậy các phần tử
chuyển mạch kênh phải đợc nâng cấp để xử lý cho hai trờng hợp
này. Các phần tử chuyển mạch gói thực chất sẽ đợc nâng cấp từ

18


GPRS. Trong trờng hợp này, về tên vẫn giữ nguyên nh trong mạng
2G song chức năng sẽ có những khác biệt. Thay đổi lớn nhất đối với
các SGSN là chức năng của nó gần nh khác so với trong mạng 2G.
Trong mạng 2G chức năng chính của các SGSN là quản lý di động
cho các kết nối gói. Sang mạng 3G, chức năng quản lý di động đợc
phân chia giữa RNC và SGSN. Điều này có nghĩa là khi thuê bao
trong mạng 3G chuyển cell thì các phần tử chuyển mạch gói không
nhất thiết can thiệp còn RNC thì phải quản lý quá trình này.
Quản lý mạng (NMS)
Um

A

ms

e- ran

CN CS Domain

bsc

3g

3g gmsc

isdn
psdn

pspdn

cspdn
HLR/AuC/EIR
Iu

x25

c w m u
V
A
S

A a e s
m p x a
e
e t

Uu

utran

ue
bs

rnc

CN PS Domain
Gb
sgsn

ggsn

Mạng dữ liệu khác
Internet

Iu

Hình 1-9. Mạng 3G triển khai theo chỉ tiêu kỹ thuật của 3GPP R99
Mạng 3G triển khai theo 3GPP R99 cung cấp các loại dịch vụ giống với
mạng 2,5G. Trong giai đoạn hiện nay hầu hết các dịch vụ đợc chuyển đổi sang
dạng gói khi ứng dụng có yêu cầu. WAP là một trong các ứng cử viên thuộc
loại này, bời vì về bản chất thông tin truyền đi thì WAP là loại chuyển mạch

gói. Các dịch vụ chuyển mạch gói chia làm các nhánh dịch vụ, trong đó mỗi
nhánh sẽ gồm nhiều loại dịch vụ khác nhau.
Trong giai đoạn 3GPP R4 ( hình 1-10) mới chỉ triển khai việc tách biệt
phần kết nối cuộc gọi, phần điều khiển và phần dịch vụ cho phần mạng lõi
chuyển mạch kênh. Trong mạng lõi này, lu lợng dữ liệu thuê bao sẽ đi qua
MGW là phần đảm bảo kết nối và các chức năng chuyển mạch khi có yêu cầu.
Toàn bộ quá trình này đợc quản lý bởi một MSC Server đợc nâng cấp từ
MSC/VLR. Một MSC server có thể điều khiển nhiều MGW và do vậy mạng
lõi chuyển mạch kênh có thể mở rộng dễ dàng. Khi nhà khai thác có thể làm

19


tăng thêm phần dung lợng cho điều khiển thì có thể thiết lập thêm một MSC
server, ngợc lại khi muốn tăng dung lợng chuyển mạch thì thiết lập thêm các
MGW.
Quản lý m¹ng (NMS)
Um

Iu

CN CS Domain
ms

msc
Server

geran
bts

bsc

mgw

mgw

isdn
psdn

ue

utran
bs

rnc

CN PS Domain
sgsn

cspdn

ims

ggsn
IP. Multimedia

Uu
HSS

c w m u

V
A
S

A a e s
m p x a
e
e t
l

H×nh 1-10. 3GPP-R4.
Khi đà thiết lập một mạng nh trên thì các bớc phát triển về công nghệ
và yêu cầu chỉ tiêu kỹ thuật sẽ xác định giới hạn tiếp theo của mạng này. Khi
IPv6 càng đợc triển khai nhiều trên mạng 3G thì số kết nối của mạng 3G có
thể chuyển đổi sang IPv6 càng tăng, và do vậy sẽ làm giảm yêu cầu chuyển
đổi giữa IPv4 và IPv6. Trong giai đoạn này, tỷ trọng lu lợng giữa dữ liệu
chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói sẽ thay đổi đáng kể. Hầu nh lu lợng sẽ
chuyển mạch gói, và một số dịch vụ chuyển mạch kênh truyền thống, ví dụ
nh thoại ít nhất sẽ một phần trở thành gói VoIP. Trong 3GPP R5 (hình 1-11),
công nghệ sẽ tiếp tục phát triển và toàn bộ các lu lợng trọng mạng 3G sẽ là lu
lỵng IP. LÊy vÝ dơ mét cc gäi tõ thiÕt bị đầu cuối của mạng tới mạng PSTN
thì nó phải chuyển qua mạng 3G theo dạng gói và từ GGSN cuộc gọi VoIP sẽ
đợc định tuyến qua IMS có các chức năng chuyển đổi để tới PSTN.

20


Quản lý mạng (NMS)
Um

Iu
isdn

ms

geran

ims
sgsn

psdn

cspdn

ggsn
IP. Multimedia

ip/atm
ip/atm

CN PS Domain
ue

utran
rnc

HSS

c w m u
V

A
S

ip/atm

A a e s
m p x a
e
e t
l

Uu

Hình 1-11. 3GPP-R5.
Trên quan điểm của đầu cuối di động thì mạng luôn luôn giống nhau
trong các giai đoạn phát triển theo các hình 1-9, hình 1-10, và hình 1-11. Tuy
nhiên, trong nội bộ mạng thì hầu nh mọi thứ thay đổi. Thay đổi trớc hết là
công nghệ truyền tải mà trong triển khai 3GPP R99 lµ ATM vµ sau nµy 3GPP
R4 vµ R5 chuyển sang IP. Bởi vì hệ thống cần phải tơng thích ngợc, nên nhà
khai thác luôn có một lựa chọn là sử dụng cộng nghệ truyền tải ATM hoặc IP,
hoặc là có giải pháp cho cả hai công nghệ này. Nh đà giải thích trớc đây, ATM
có thế mạnh là hỗ trợ QoS ít nhất ở thời điểm này, sau đó công nghệ IP sẽ có
cơ chế bảo đảm QoS triển khai cho nhiều loại mạng con không sử dụng ATM.
Sang giai đoạn này, dịch vụ và mạng trở nên quan trọng hơn là bản thân
công nghệ, và do vậy loại công nghệ truy nhập vô tuyến đợc sử dụng sẽ giảm
ý nghĩa quan trọng của mình. Tiêu chuẩn để lựa chọn loại công nghệ truy
nhập vô tuyến là khả năng cung cấp đủ băng thông cho các dịch vụ yêu cầu.
Trong tơng lai các mạng lõi 3G sẽ có các giao diện cho một vài công nghệ
truy nhập vô tuyến, ví dụ nh GSM, EDGE, CDMA2000, WCDMA và WLAN.
Đơng nhiên nó sẽ đặt ra nhiều yêu cầu cho các nhà chế tạo thiết bị đầu cuối và

yêu cầu thị trờng sẽ phải có các đầu cuối xử lý đợc nhiều loại công nghệ truy
nhập vô tuyến. Đầu cuối 3G dần dần sẽ trở thành vật bất ly thân với nhiều
chức năng nh một điện thoại, ví, card ID và hộ chiếu
1.2.2. CDMA IS-95 (CDMA One) nâng cấp lên 3G.

Cấu trúc của hệ thống CDMA-95 này cũng giống nh các hệ thống
cellular khác, nghĩa là giống cấu trúc GSM đà trình bày ở trên. Hệ thống
CDMA IS-95 có những đặc điểm chính sau đây:
CDMA IS-95 đợc tối u hoá cho việc triển khai ở Mỹ để khắc phục
những nhợc điểm cđa hƯ thèng t¬ng tù AMPS thÕ hƯ thø nhÊt. HƯ thèng ho¹t
21


động ở cùng băng tần với hệ thống AMPS dùng song công phân tần FDD.
Băng tần đờng xuống và đờng lên sử dụng băng 869MHz và 824MHz đến
849MHz tơng ứng. Các kênh CDMA đợc xác định bằng tần số và chuỗi mÃ.
64 hàm Walsh đợc dùng để phân biệt kênh đờng xuống, còn các tập bù mà PN
dài đợc dùng để phân biệt kênh đờng lên. Các đặc tính điều chế và mà hoá đợc
cho trong bảng 1-4:
Bảng 1-4

Đặc tính điều chế và mà hoá của IS-95 CDMA
Điều chế
Tốc độ chip
Tốc độ dữ liệu chuẩn
Băng thông
MÃ hoá
Đan xen

QPSK

1,2288Mcps
9,600 bps tốc ®é ®đ víi RS1
1,25MHz
ChËp víi m· Viterbi
20 ms

Chi tiÕt vỊ mà hoá và điều chế một kênh đờng xuống và đờng lên khác
nhau. Tín hiệu hoa tiêu đợc phát trong mỗi cell để giúp máy thu phát vô tuyến
di động thâm nhập và bám tín hiệu đờng xuống từ cell.
Các nhà khai thác mạng CDMA One muốn có đợc các khả năng mạng
mới cho xử lý dữ liệu để cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng có thể khai thác
tốt các thế hệ công nghệ hiện tại cũng nh tơng lai. Với sự phát triển mạnh
công nghệ những năm gần đây. Internet và Intranet đà trở thành các công cụ
thiết yếu của hoạt động kinh doanh hàng ngày. Chính vì vậy các doanh nghiệp
có khuynh hớng muốn thiết lập đợc các văn phòng, dựa trên công nghệ vô
tuyến, để điều hành hoạt động kinh doanh tới các nhân viên sử dụng thiết bị di
động của mình. Hơn nữa, việc phát triển công nghệ để cung cấp các tin tức và
những thông tin cần thiết trực tiếp tới đầu cuối di động cũng có một tiềm năng
lớn là tạo ra nhiều nguồn doanh thu mới cho nhà khai thác.
Hình 1-12 minh hoạ tiến độ triển khai 3G từ CDMA One.

22


CDMA One

3G

2 Mbps
3g3x

144 kbps

3g1x

64 kbps
is- 95b

14.4 kbps
is- 95a

2000

2001

H×nh 1-12. KÕ hoạch triển khai 3G từ CDMA One
1.2.2.1. CDMA IS-95B.

Mặc dù CDMA One không phải đợc thiết kế từ đầu cho truy nhập dữ
liệu nhng mạng này đợc thiết kế đồng bộ cho dịch vụ dữ liệu. Mạng CDMA
One quản lý truyền thoại và dữ liệu theo phơng thức giống nhau. Khả năng
truyền dẫn tốc độ thay đổi cho phép CDMA One có thể xác định đợc tốc độ
dữ liệu phù hợp cho lợng thông tin truyền đi, do vậy tài nguyên hệ thống chỉ
sử dụng khi có yêu cầu. Do CDMA One sử dụng một mạng trục hoá cho cả
thoại, nên các chức năng dữ liệu gói đà sẵn có trong thiết bị. Công nghệ
truyền dữ liệu gói CDMA One ®· sư dơng giao thøc d÷ liƯu sè gãi (CDPD) t ¬ng thÝch víi TCP/IP cho phÐp kÕt nèi di động với các mạng riêng của doanh
nghiệp và tới các ứng dụng của bên thứ ba.
Việc bổ xung dữ liệu cho mạng CDMA One cho phép nhà khai thác tiếp
tục sử dụng các máy thu phát vô tuyến, thiết bị mạng lõi, các thiết bị và hạ
tầng đờng trục cũng nh máy cầm tay hiện tại của họ trong khi chỉ cần triển

khai nâng cấp phần mềm có chức năng liên mạng. Khi nâng cấp từ IS-95A lên
IS-95B cho phép tích hợp kênh và mà hoá để đạt tốc độ 64-115 kbps, đồng
thời cải tiến kỹ thuật chuyển giao mềm và chuyển giao cứng giữa các tần số.
Các nhà chế tạo thiết bị cũng đà thiết kế chức năng IS-707 cho dữ liệu chuyển
mạch gói, chuyển mạch kênh và Fax số cho các thiết bị theo công nghệ
CDMA One.
Tiêu chuẩn internet đề xuất cho thông tin di động còn gọi là IP di động
hiện cũng là một giải pháp nâng cao cho các dịch vụ dữ liệu gói cơ bản. IP di
động cho phép thuê bao của mình duy trì liên tục các kết nối dữ liệu và có một
địa chỉ IP duy nhất khi thuê bao di chuyển giữa các BSC và khi chuyển vùng
sang một mạng CDMA khác.

23


1.2.2.2. CDMA 2000 IX EV-DO, EV-DV.

Khi phát triển từ công nghệ giao diện vô tuyến IS-95 CDMA lên 3G1X
theo tiêu chuẩn CDMA 2000, các nhà khai thác có thể tăng gấp đôi dung lợng
vô tuyến và khả năng xử lý tốc độ dữ liệu tới 144 kbps. Can thiệp chủ yếu ở
các giai đoạn là ở lớp vật lý. Trong giai đoạn một, tuổi thọ của pin máy di
động đợc tăng gấp đôi do sử dụng kênh nhắn tin nhanh. Dich vụ thoại cũng sẽ
đợc cải thiện đáng kể do cải tiến các kỹ thuật chuyển giao và điều khiển công
suất. Để đạt đợc tốc độ dữ liệu 144 kbps, giai đoạn một cũng nâng cao đặc
tính kỹ thuật của các giao thức trong MAC và RLP.
Măc dù CDMA 2000 1X có thể cung cấp dung lợng thoại lớn hơn IS-95
bằng cách sử dụng đờng lên liên kết coherent và điều khiển công suất nhanh ở
đờng xuống, đa số các nhà khai thác IS-95 (và CDMA 2000) vẫn mong muốn
triển khai để đáp ứng một phần nhu cầu dịch vụ dữ liệu. Mặc dù đến 2001, các
dịch vụ dữ liệu đà đợc triển khai thành công ở một số nơi trªn thÕ giíi (vÝ dơ

triĨn khai I-Mode cđa NTT DoCoMo ở Nhật Bản), các dịch vụ cao cấp ở Bắc
Mỹ tạo ra lợi nhuận có tăng lên nhng vẫn không đáng kể so với thoại. Do đó,
trong cải tiến CDMA 2000 1X cho dịch vụ dữ liệu vô tuyến, ngời ta vẫn cố
gắng duy trì sự tơng thích với các dịch vụ thoại CDMA 2000 đà đợc triển khai
vào đầu năm 2000.
Tháng 2 năm 2000, Qualcomm đệ trình đề xuất hệ thống tốc độ dữ liệu
cao (HDR) lên 3GPP2. Hệ thống này cung cấp dịch vụ dữ liệu cao cấp trên
một sóng mang 1X và là hệ thống cho phép tơng thích với các dịch vụ thoại
CDMA 2000 trong một hệ thông đa sóng mang (tức HDR trên một sóng mang
1X và CDMA 2000 trên một sóng mang 1X khác). Cũng trong tháng 3/2000,
Nokia, Motorola và Texas Instruments trình lên 3GPP2 đề xuất 1XTREME
(1X thế hệ có điều chế và mà hoá cải tiến) có thể cung cấp các dịch vụ số liệu
trên sóng mang 1X trong khi vẫn đảm bảo tính tơng thích ngợc với dịch vụ
thoại CDMA 2000 trên cùng một sóng mang.
Nhóm phát triển CDMA (CDG), và tập đoàn công nghiệp các nhà sản
xuất và khai thác IS-95, đà đa ra một đề xuất cải tiến CDMA 2000 dựa trên
nhng phát triển trong 3GPP2. Tháng 6/2000, CDG đà đệ trình lên 3GPP2 một
đề xuất về CDMA 2000 đợc phân thành hai giai đoạn: 1X-EV-DO (1X cải tiến
chỉ cho dữ liệu) dựa trên đề xuất HDR và 1X-EV-DV (1X cải tiến cho cả dữ
liệu và thoại).
1.2.2.3. 1X-EV-DO.

Trên chuẩn 1X-EV-DO đề xuất một hệ thống lai TDMA/CDMA để nâng
cao dich vụ dữ liệu trên một kênh 1,25MHz ở đờng xuống. Đờng lên duy trì
hầu hết các phần tử của đờng lên CDMA 2000 có bổ xung một số đặc tính cho
phép nâng cao tốc độ dữ liệu.
Một đặc tính chÝnh cđa hƯ thèng 1X-EV lµ sư dơng thđ tơc thích nghi
tuyến. Đây là đặc tính cho phép phân bổ c¸c thc tÝnh líp vËt lý kh¸c nhau

24

cho những ngời sử dụng khác nhau tuỳ theo tình trạng kênh của mỗi ngời sử
dụng, ví dụ thuê bao ở gần trạm gốc có thể đợc phân bổ tốc độ dữ liệu cao hơn
thuê bao ở xa. Tốc độ dữ liệu trên đờng xuống thay đổi đợc bằng cách sử dụng
mà hoá và điều chế thích nghi (AMC). AMC liên quan đến việc sử dụng các
phơng pháp điều chế dựa trên hiệu quả băng thông khác nhau (nh BPSK,
QPSK, QAM) cïng víi viƯc thay ®ỉi tû lƯ m· sưa sai trớc (FEC). Dựa trên
chất lợng kênh đờng xuống của ngời sử dụng, cơ cấu mà hoá và điều chế cho
phép truyền dữ liệu tốc độ cao nhất đợc sử dụng.
1.2.2.4. 1X-EV-DV.

Công nghệ chuẩn hoá 1X-EV-DV đợc bắt đầu thực hiện ở 3GPP2 vào
mùa thu 2000 với một số đề xuất. Đề xuất hoàn thiện cho 1X-EV-DV đợc đệ
trình trong thời gian này là 1XTREME. Đề xuất này đa ra một hệ thống thoại
hoàn toàn tơng thích với chế độ thoại của CDMA 2000 1X và cũng cho phép
dùng chung kênh (giống 1X-EV-DO) cho các dịch vụ dữ liệu. Hơn nữa, một
lớp điều khiển truy nhập trung gian đợc đa ra để hỗ trợ dịch vụ dữ liệu tốc độ
cao cho đờng xuống.
Ngoài ra, 1XTREME cũng sử dụng loại kênh chung từ CDMA 2000
1X, nh kênh nhắn tin đờng xuống, kênh đồng bộ đờng xuống và kênh truy
nhập đờng lên Thực tế, đó là do 1XTREME chỉ đơn giản đa ra một chế độ
lu lợng riêng mới nhằm nâng cao tốc độ dữ liệu đờng xuống.
1.2.2.5. CDMA2000 3X.

Triển khai giai đoạn hai sẽ nâng cao khả năng của hệ thống và dịch vụ.
Giai đoạn hai về nguyên tắc sẽ hỗ trợ tất cả các loại kênh 6X, 9X, 12X. Khi
đó sẽ có thể đáp ứng các dịch vụ thực đa phơng tiện. Giao thức kết nối vô
tuyến cho dữ liệu gói RLP hỗ trợ tốc độ dữ liệu tới 2 Mbps và các dịch vụ đa
phơng tiện tiên tiến.

Về phần dịch vụ và báo hiệu, giai đoạn hai sẽ có cấu trúc báo hiệu thực
sự theo công nghệ 3G CDMA 2000 cho líp ®iỊu khiĨn truy nhËp kÕt nèi
(LAC) và cấu trúc báo hiệu cho các lớp trên. Cấu trúc và thiết bị mạng hiện tại
có vai trò quan trọng khi nâng cấp phát triển tiếp lên 3G. Nếu mạng đợc xây
dựng theo cấu trúc mở, có tính tới phơng án mở rộng phát triển lên 3G1X thì
chỉ cần tiến hành nâng cấp theo từng modul cho phần vô tuyến. Nếu mạng đợc
cấu trúc kém linh động hơn thì có thể phải tốn kém hơn nhiều để thay thế toàn
bộ hệ thống BTS hiện tại. Trong phơng án phát triển cũng cần phải có các nút
dịch vụ dữ liệu gói (PDSN) để có thể kết nối dữ liệu với các dịch vụ internet
và intranet.

Chơng 2
25