NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HSPA VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HSPA TRÊN MẠNG DI ĐỘNG 3G VMS

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG 1

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài: “ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HSPA VÀ ỨNG DỤNG
CÔNG NGHỆ HSPA TRÊN MẠNG DI ĐỘNG 3G VMS”


Giảng viên hướng dẫn : Ths. NGUYỄN VIỆT THẮNG
Sinh viên thực hiện: TRẦN VĂN HIẾU
Lớp : D07VT2
Khoá : 2007 (2007-2012)
Hệ : CHÍNH QUY



Hà Nội, tháng 12 /2011



NHẬN XÉT
(Của giảng viên phản biện)

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH
DANH MỤC CÁC BẢNG

KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
LỜI MỞ ĐẦU
LỜI CẢM ƠN
Chương I 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1
1.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) 1
1.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G) 2
1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) 4
1.4. Công nghệ tiền 4G 6
1.5. Tổng quan về HSPA 7
1.5.1. Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA) 9
1.5.2. Truy nhập gói tốc độ cao đường lên (HSUPA) 10
1.6. Kết luận chương I 12
Chương II 13
CÔNG NGHỆ HSPA 13
2.1. Kiến trúc mạng 13
2.1.1. Kiến trúc WCDMA/UMTS R3 13
2.1.2. Kiến trúc WCDMA/UMTS R4 14
2.1.3. Kiến trúc HSPA/WCDMA R5 và R6 15
2.1.4. Kiến trúc HSPA/WCDMA R7 17
2.2. Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA) 18





2.2.1. Nguyên lý hoạt động của HSDPA 18
2.2.2. Giao diện vô tuyến của HSDPA 24
2.2.2.1. Kiến trúc giao thức của HSDPA 24
2.2.2.2. Cấu trúc kênh HSDPA 29

2.2.2.2.1. Kênh HS-SCCH 29
2.2.2.2.2. Kênh điều khiển vật lý dành riêng tốc độ cao (HS-DPCCH) 33
2.2.2.2.3. Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-DSCH 36
2.2.3. Các kỹ thuật sử dụng trong HSDPA 40
2.2.3.1. Lập biểu phụ thuộc kênh 40
2.2.4. Điều chế và mã hóa thích ứng AMC 47
2.2.5. HARQ với kết hợp mềm 50
2.3. Truy nhập gói tốc độ cao đường lên (HSUPA) 55
2.3.1. Các kênh vật lý và kênh truyền tải E-DCH 55
2.3.1.1. Kênh dữ liệu vật lý dành riêng E-DCH (E-DPDCH) 56
2.3.1.2. Kênh điều khiển vật lý dành riêng E-DCH (E-DPCCH) 58
2.3.1.3. Kênh chỉ thị HARQ E-DCH (E-HICH) 60
2.3.1.4. Kênh cho phép tương đối E-DCH (E-RGCH) 61
2.3.1.5. Kênh cho phép tuyệt đối E-DCH (E-AGCH) 63
2.3.2. Các kỹ thuật sử dụng trong HSUPA 64
2.3.2.1. MAC-e và xử lý lớp vật lý 64
2.3.2.2. Lập biểu 67
2.3.2.2.1. Chương trình khung lập biểu 68
2.3.2.2.2. Thông tin lập biểu 72
2.3.2.3. HARQ với kết hợp mềm 73





2.3.3. Kết luận chương II 78
Chương III 79
TRIỂN KHAI HSPA TẠI VMS 79
3.1. Hiện trạng triển khai HSPA tại Việt Nam 79
3.2. Tình hình triển khai HSPA tại VMS MobiFone 81

3.2.1. Cấu trúc mạng thông tin di động VMS-MobiFone 81
3.2.2. Phương án triển khai HSPA áp dụng công nghệ HSDPA tại VMS-
MobiFone 83
3.2.3. Cơ sở triển khai mạng HSDPA tại MobiFone 84
3.2.4. Quá trình áp dụng công nghệ HSPA tại VMS 85
3.2.4.1. Giai đoạn thử nghiệm ban đầu 85
3.2.4.2. Tình hình triển khai HSPA sau thử nghiệm tại VMS 90
3.2.4.2.1. Thiết bị 90
3.2.4.2.2. Các dịch vụ 91
3.3. Kết luận chương III 93
KẾT LUẬN CHUNG 94
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 95








DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Tiến trình phát triển của hệ thống thông tin di động 1
Hình 1.2 Lộ trình phát triển của HSPA theo 3GPP 8
Hình 1.3 Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) hoặc chung sóng mang với
WCDMA (f1) 9
Hình 1.4 Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện khác nhau 9
Hình 1.5 Kiến trúc HSDPA. 10
Hình 1.6 Kiến trúc HSUPA được lập cấu hình E-DCH 12
Hình 2.1 Kiến trúc WCDMA/UMTS R3 13
Hình 2.2 Kiến trúc WCDMA/UMTS R4 15

Hình 2.3 Kiến trúc HSPA/WCDMA R5 và R6 17
Hình 2.4 Kiến trúc HSPA/WCDMA với 1 đường hầm trực tiếp 18
Hình 2.5. Các kênh cần cho hoạt động HSDPA trong R5 19
Hình 2.6 Cấu trúc thời gian và mã HS-DSCH 20
Hình 2.7 Nguyên lý phân tập đa người dùng trong HSDPA 21
Hình 2.8 Các gói tin HS-DPCCH được gửi định kỳ về Node B 22
Hình 2.9 Quan hệ thời gian giữa các gói tin 23
Hình 2.10 Kiến trúc giao thức giao tiếp phiên bản R99 25
Hình 2.11 Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA cho dữ liệu người dùng 26
Hình 2.12 Kiến trúc giao thức người dùng trong HSDPA 27
Hình 2.13 MAC-hs và quá trình xử lý lớp vật lý 28
Hình 2.14 Cấu trúc khung con HS-SCCH 30
Hình 2.15 Điều khiển công suất phát kênhHS-SCCH 32
Hình 2.16 Sơ đồ giải thuật điều khiển công suất kênh HS-SCCH 33





Hình 2.17 Cấu trúc khung HS-DPCCH 34
Hình 2.18 Định thời kênh HS-DPCCH 35
Hình 2.19 Quá trình mã hóa kênh HS-DPCCH 36
Hình 2.20 Cấu trúc khung kênh HS-DSCH 37
Hình 2.21 Quá trình mã hóa kênh HS-DSCH 38
Hình 2.22 Bộ mã hóa Turbo và đục lỗ 39
Hình 2.23 Điều chế QPSK và 16 QAM 40
Hình 2.24 Lập biểu phụ thuộc kênh cho HSDPA 41
Hình 2.25 Nguyên lý lập biểu phụ thuộc kênh 42
Hình 2.26 Nguyên lý thích ứng kênh truyền 49
Hình 2.27 Cơ chế phát lại của R99 và HSDPA 51

Hình 2.28 Điều khiển luồng giữa RNC và Node B 52
Hình 2.29 Cơ chế Stop And Wait của HSDPA 53
Hình 2.30 Kết hợp kiểu Chase 54
Hình 2.31 Kết hợp kiểu tăng phần dư 55
Hình 2.32 So sánh quá trình xử lý kênh truyền tải của HSUPA và R3DCH 56
Hình 2.33 Cấu trúc khung E-DPDCH 58
Hình 2.34 Cấu trúc khung E-DPCCH 59
Hình 2.35 Mã hóa E-DPCCH 60
Hình 2.36 Cấu trúc khung E-HICH/E-RGCH 61
Hình 2.37 Ghép các kênh E-HICH và E-RGCH 63
Hình 2.38 Cấu trúc mã hóa E-AGCH 64
Hình 2.38 Cấu trúc khung vô tuyến E-AGCH 64
Hình 2.39 MAC-e và xử lý lớp vật lý 66




Hình 2.40 Chương trình khung lập biểu 68
Hình 2.41 Tổng quan hoạt động lập biểu 70
Hình 2.42 Quan hệ giữa cho phép tuyệt đối , cho phép tương đối và cho phép phục vụ 71
Hình 2.43 Mô tả sử dụng cho phép tương đối 72
Hình 2.44 HARQ đồng bộ và HARQ không đồng bộ 75
Hình 2.45 Nhiều xử lý HARQ cho HSUPA 76
Hình 2.46 Ví dụ về các phát lại trong chuyển giao mềm 77

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Mã hóa các bản tin báo nhận ACK/NACK 35
Bảng 2.2 Phân loại thiết bị đầu cuối HSPDA 43
Bảng 2.3 Định dạng kết hợp truyền tải 48
Bảng 2.4 Các giá trị CQI cho UE loại 10 49
Bảng 2.4 Nấc tốc độ bit kênh vật lý cho DPDCH và E-DPDCH 57
Bảng 2.5 So sánh các đặc tính giữa DPDCH và E-DPDCH 57
Bảng 2.6 Định dạng khe của E-DPCCH 58
Bảng 2.7 Chuyển đổi ACK/NAK vào giá trị kênh 60
Bảng 2.8 Chuyển đổi bản tin điều khiển công suất tương đối vào giá trị truyền dẫn E-
RGCH 62
Bảng 3.1 Phân vùng hình thái phủ sóng 84
Bảng 3.2 Tỷ lệ thuê bao 3G và HSDPA dự kiến 85
Bảng 3.3 Các thông số tiêu chuẩn cho thử nghiệm cho chuẩn giao tiếp WCDMA FDD . 86

Bảng 3.4 Các thông số tiêu chuẩn cho thử nghiệm cho chuẩn giao tiếp WCDMA TDD . 86
Bảng 3.5 So sánh giải pháp mà Alcatel và Ericsson đưa ra 87
Bảng 3.6 Cấu hình hệ thống cho 5 trung tâm chính 90












KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
2G Second Generation Thế hệ thứ 2
3G Third Generation Thế hệ thứ ba
3GPP 3rd Genaration Partnership Project Đề án các đối tác thế hệ thứ ba
3GPP2 3rd Generation Patnership Project 2

Đề án đối tác thế hệ thứ ba 2
ACK Acknowledge Báo nhận
AICH Acquisition Indication Channel Kênh chỉ thị bắt
AMC Adaptive Modulation and Coding Mã hóa và điều chế thích ứng
AMPS Analog Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động analog
AMR Adaptive MultiRate Đa tốc độ thích ứng
AP-
AICH
Access Preamble Acquisition

Indicator Channel
Kênh chỉ thị bắt tiền tố truy nhập
ARQ Automatic Repeat-Request Yêu cầu phát lại tự động
ASN Access Service Network Mạng dịch vụ truy nhập
ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị bộ
BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bit
BLER Khối Error Rate Tỷ số lỗi khối
BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa chuyển pha hai trạng thái
BS Base Station Trạm gốc
BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc
BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc
CC Convolutional Code Mã xoắn
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã




CN Core Network Mạng lõi
CQI Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lượng kênh
CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra vòng dư
CSCF Connection State Control Function Chức năng điều khiển trạng thái kết
nối
CSN Core Service Network Mạng dịch vụ lõi
DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng
DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng
DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng
DCH Dedicated Channel Kênh điều khiển
DHCP Dynamic Host Configuration
Protocol
Giao thức cấu hình Host động

DL Downlink Đường xuống
DPCCH Dedicated Physycal Control
Channel
Kênh điều khiển vật lý riêng
DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng
DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý riêng
DTX Discontinuous Transmission Phát không liên tục
DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống
DSSS Direct-Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp
E-AGCH Enhanced Absolute Grant Channel Kênh cho phép tuyệt đối tăng cường
E-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng tăng cường
EDGE Enhanced Data rates for GPRS
Evolution
Tốc độ số liệu tăng cường để phát
triển GPRS





E-
DPCCH
Enhanced Dedicated Control
Channel
Kênh điều khiển riêng tăng cường
E-
DPDCH
Enhanced Dedicated Data Channel Kênh số liệu riêng tăng cường
EIR Equipment Identity Register
Bộ ghi nhận dạng thiết bị

E-RGCH Enhanced Relative Grant Channel Kênh cho phép tương đối tăng cường
FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống
FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần
số
F-DPCH Fractional DPCH DPCH một phần (phân đoạn)
GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung
GSM Global System For Mobile
Communications
Hệ thống thông tin di động toàn cầu
HA Home Agent Đại diện thường trú
HARQ Hybrid Automatic Repeat Request Yêu cầu phát lại tự động linh hoạt
HHO Hard Handover Chuyên giao cứng
HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú
HSDPA High Speed Downlink Packet
Access
Truy nhập gói đường xuống tốc độ
cao
HS-
DPCCH
High-Speed Dedicated Physical
Control Channel
Kênh điều khiển vật lý riêng tốc độ
cao
HS-
DSCH
High-Speed Dedicated Shared
Channel
Kênh chia sẻ riêng tốc độ cao
HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao
HS-

PDSCH
High-Speed Physical Dedicated
Shared Channel
Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc độ cao





HSS Home Subsscriber Server Server thuê bao nhà
HS-
SCCH
High-Speed Shared Control
Channel
Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao
HSUPA High-Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ cao
IEEE Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Viện kỹ nghệ Điện và Điện Tử
IMS International Mobile
Telecommunications 2000
Thông tin di động quốc tế 2000
IP Internet Protocol Giao thức Internet
IPv4 IP version 4 Phiên bản IP bốn
IPv6 IP version 6 Phiên bản IP sáu
IR Incremental Redundancy Phần dư tăng
Iu
Giao diện được sử dụng để thông tin giữa RNC và mạng lõi
Iub
Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và RNC

Iur
Giao diện được sử dụng để thông tin giữa các RNC
LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn
MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường
MGCF Media Gateway Control Function Chức năng điều khiển cổng các
phương tiện
MGW Media Gateway Cổng phương tiện
MIMO Multi-Input Multi-Output Nhiều đầu vào nhiều đầu ra
MIP Mobile IP IP di động
MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện
MRF Multimedia Resource Function
Chức năng tài nguyên đa phương tiện




MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ
di động
NodeB Nút B
OFDMA Orthogonal Frequency Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo tần số
trực giao
PDCP Packet-Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói
PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống vật lý
PHY Physical Layer Lớp vật lý
PRACH Physical Random Access Channel Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên
PS Packet Switch Chuyển mạch gói
QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

QPSK Quatrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha vuông góc
RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên
RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến
RF Radio Frequency Tần số vô tuyến
RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến
RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến
RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến
R-SGW Roaming Signalling Gateway Cổng báo hiệu chuyển mạng
RTP Real Time Protocol Giao thức thời gian thực
SCH Synchronization channel Kênh đồng bộ
SDU Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ





SF Spreading Factor Hệ số trải phổ
SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ
SHO Soft Handover Chuyển giao mềm
SIM Subscriber Identity Module Mođun nhận dạng thuê bao
SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên
SMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin
SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
SS Subscriber Station Người sử dụng
SS7 Signaling System # 7 Hệ thống báo hiệu số 7
TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời
gian
TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời gian
TDMA Time Division Mulptiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời
gian

TFC Transport Format Combination Kết hợp khuôn dạng truyền tải
TFCI Transport Format Combination
Indicator
Chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải

TrCH Transport Channel Kênh truyền tải
T-SGW Transport Signalling Gateway Cổng báo hiệu truyền tải
TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian phát
UE User Equipment Thiết bị người sử dụng
UL Uplink Đường lên
UMTS Universal Mobile
Telecommunications System
Hệ thống thông tin di động toàn cầu





USIM UMTS SIM
UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access
Network
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
UMTS
VoIP Voice over IP Thoại trên IP
WCDMA

Wideband Code Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo mã băng
rộng

WiFi Wireless Fidelitity Chất lượng không dây cao
WiMAX Worldwide Interoperability for
Microwave Access
Tương hợp truy nhập vi ba toàn cầu


















LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển
nhanh nhất và phục vụ con người hữu hiệu nhất. Khởi nguồn từ dịch vụ thoại đắt tiền cho
một số ít người đi xe, đến nay với sự ứng dụng ngày càng rộng rãi các thiết bị thông tin di
động thể hệ ba, thông tin di động có thể cung cấp nhiều hình loại dịch vụ đòi hỏi tốc độ
số liệu cao cho người sử dụng kể cả các chức năng camera, MP3 và PDA. Với các dịch
vụ đòi hỏi tốc độ cao ngày các trở nên phổ biến này, nhu cầu 3G cũng như phát triển nó
lên 4G ngày càng trở nên cấp thiết.

Một trong những công nghệ được coi là bước đệm để hướng tới 4G chính là công
nghệ 3,5G HSPA với hai công nghệ nền tảng HSDPA (High Speech Downlink Packet
Access: truy nhập gói đường xuống tốc độ cao) và HSUPA (High Speech Uplink Packet
Access: truy nhập gói đường lên tốc độ cao). HSDPA là một chuẩn tăng cường của
3GPP-3G nhằm tăng dung lượng đường xuống bằng cách thay thế điều chế QPSK trong
3G UMTS bằng 16QAM trong HSDPA. HSDPA hoạt động trên cơ sở kết hợp ghép kênh
theo thời gian (TDM) với ghép kênh theo mã và sử dụng thích ứng đường truyền. Nó
cũng đưa ra một kênh điều khiển riêng để đảm bảo tốc độ truyền dẫn số liệu. Các kỹ thuật
tương tự cũng được áp dụng cho đường lên trong chuẩn HSUPA (High Speech Uplink
Packet Access).
Trong khuôn khổ đồ án này, em đi sâu vào nghiên cứu cấu trúc của công nghệ HSPA
và triển khai HSPA tại VMS. Đồ án gồm 3 chương:
- Chương I: Tổng quan về các hệ thống thông tin di động
- Chương II: Công nghệ HSPA
- Chương III: Triển khai HSPA tại VMS

Hà Đông, ngày 05 tháng 12 năm 2011
Sinh viên
Trần Văn Hiếu








LỜI CẢM ƠN
Trước hết, em xin chân thành cám ơn Ths. Nguyễn Việt Thắng, sự chỉ bảo tận tình
cùng những tài liệu quí báu của Thầy đã giúp em hoàn thành đồ án này. Em cũng xin

được gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cô giáo trong trường Học viên Công nghệ Bưu chính
Viễn thông đã tạo mọi điều kiện học tập và nghiên cứu cho em trong suốt hơn 4 năm học
vừa qua. Xin cảm ơn các bạn học và những người thân đã luôn giúp đỡ, động viên và
chia sẻ những lúc tôi khó khăn trong thời gian thực hiện đồ án này.
Do thời gian hạn hẹp và cũng chịu nhiều yếu tố tác động nên đồ án sẽ không tránh
khỏi sai sót. Em rất mong sẽ nhận được những ý kiến đóng góp xây dựng của Thầy, Cô
và các bạn để có thể tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu của mình.





Đồ án tốt nghiệp Chương I Tổng quan về các hệ thống thông tin di động

Trần Văn Hiếu – D07VT2 1

Chương I
TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G)
Công nghệ di động đầu tiên là công nghệ tương tự, là hệ thống truyền tín hiệu tương
tự, là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại, được khơi mào ở Nhật vào năm
1979. Những công nghệ thế hệ thứ nhất này có thể kể đến là:
- NMT (Nordic Mobile Telephone – Điện thoại di động Bắc Âu) được sử dụng ở
các nước Bắc Âu, Tây Âu và Nga.
- AMPS (Advanced Mobile Phone Sytem – Hệ thống điện thoại di động tiên tiến)
được sử dụng ở Mỹ và Úc.
- TACS (Total Access Communication Sytem – Hệ thống truyền thông truy
nhập toàn phần) được sử dụng ở Anh.

Hình 1.1 Tiến trình phát triển của hệ thống thông tin di động

Hầu hết hệ thống đều là hệ thống analog và yêu cầu chuyển dữ liệu chủ yếu là âm
thanh. Với các hệ thống này, cuộc gọi có thể bị nghe trộm bởi bên thứ ba. Một số chuẩn
trong hệ thống này là: NTM, AMPS, Hicap, CDPD, Mobitex, DataTac. Những điểm yếu
của thế hệ 1G là dung lượng thấp, xác suất rớt cuộc gọi cao, khả năng chuyển cuộc gọi
Đồ án tốt nghiệp Chương I Tổng quan về các hệ thống thông tin di động

Trần Văn Hiếu – D07VT2 2

không tin cậy, chất lượng âm thanh kém, không có chế độ bảo mật…do vậy hệ thống 1G
không thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng .
1.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G)
Hệ thống di động thế hệ thứ 2 sử dụng truyền vô tuyến số cho việc truyền tải.
Những hệ thống mạng 2G thì có dung lượng lớn hơn những hệ thống mạng thế hệ thứ
nhất. Một kênh tần số thì đồng thời được chia ra cho nhiều người dùng (bởi việc chia theo
mã hoặc chia theo thời gian). Sự sắp xếp có trật tự các tế bào, mỗi khu vực phục vụ thì
đựợc bao bọc bởi một tế bào lớn, những tế bào lớn và một phần của những tế bào đã
làm tăng dung lượng của hệ thống xa hơn nữa.
Có 4 chuẩn chính đối với hệ thống 2G: Hệ Thống Thông Tin Di Động Toàn Cầu
(GSM) và những dẫn xuất của nó; AMPS số (D-AMPS); Đa Truy Cập Phân Chia Theo
Mã IS-95; và Mạng tế bào Số Cá Nhân (PDC). GSM là chuẩn đạt được thành công
nhất và được sử dụng rộng rãi trong hệ thống 2G.
GSM là mạng điện thoại di động trong đó các máy điện thoại di động kết nối với
mạng bằng cách tìm kiếm, kết nối với các cell gần nó nhất. Các mạng di động GSM hoạt
động trên 4 băng tần: 850, 900, 1800 và 1900 Mhz. Hầu hết thì hoạt động ở băng 900
Mhz và 1800 Mhz, chỉ có vài nước ở Châu Mỹ là sử dụng băng 850 Mhz và 1900 Mhz do
băng 900 Mhz và 1800 Mhz ở nơi này đã bị sử dụng trước.
Hệ thống GSM 900 làm việc trong một băng tần hẹp, dài tần cơ bản từ (890-
960MHz). Trong đó băng tần cơ bản được chia làm 2 phần :
- Đường lên từ (890 – 915) MHz.
- Đường xuống từ (935 – 960)MHz.

Băng tần gồm 124 sóng mang được chia làm 2 băng, mỗi băng rộng 25MHz, khoảng
cách giữa 2 sóng mang kề nhau là 200KHz. Mỗi kênh sử dụng 2 tần số riêng biệt cho 2
đường lên và xuống gọi là kênh song công. Khoảng cách giữa 2 tần số là không đổi bằng
45MHz. Mỗi kênh vô tuyến mang 8 khe thời gian TDMA và mỗi khe thời gian là một
kênh vật lý trao đổi thông tin giữa MS và mạng GSM. Tốc độ từ 6.5 – 13 Kbps.
Công suất phát của máy điện thoại được giới hạn tối đa là 2 watts đối với băng GSM
850/900 Mhz và tối đa là 1 watts đối với băng GSM 1800/1900 Mhz.
Mạng GSM sử dụng hai kiểu mã hóa âm thanh để nén tín hiệu âm thanh 3,1 Khz đó là
mã hóa 6 và 13 Kbps gọi là Full rate (13Kbps) và Haft rate (6Kbps). Để nén họ sử dụng
hệ thống có tên là Linear predictive coding (LPC). Vào năm 1997 thì họ cải tiến thêm cho
mạng GSM là bộ mã hóa GSM-EFR sử dụng full rate 12,2 Kbps.
Đồ án tốt nghiệp Chương I Tổng quan về các hệ thống thông tin di động

Trần Văn Hiếu – D07VT2 3

Có tất cả bốn kích thước cell trong mạng GSM đó là macro, micro, pico và umbrella.
Vùng phủ sóng của mỗi cell phụ thuộc nhiều vào môi trường. Macro cell được lắp trên
cột cao hoặc trên các tòa nhà cao tầng, micro cell lại được lắp ở các khu thành thị, khu
dân cư, pico cell thì có tầm phủ sóng chỉ khoảng vài chục mét trở lại nên nó thường được
lắp để tiếp sóng trong nhà. Umbrella cell lắp bổ sung vào các vùng bị che khuất hay các
vùng trống giữa các cell.
Bán kính phủ sóng của một cell tùy thuộc vào độ cao của anten, độ lợi anten thường
thì nó có thể từ vài trăm mét đến vài chục km, trong thực tế thì khả năng phủ sóng xa
nhất của một trạm GSM là 32km (22 dặm). Một số khu vực trong nhà mà các anten ngoài
trời không thể phủ sóng tới như nhà ga, sân bay, siêu thị… thì người ta sẽ dùng các trạm
Pico để chuyển tiếp sóng từ anten ngoài trời vào.
GSM mới chỉ cung cấp các dịch vụ thoại và nhắn tin ngắn, trong khi nhu cầu truy
nhập Internet và các dịch vụ từ người sử dụng là rất lớn nên GSM phát triển lên 2,5G:

Trong đó :
HSCSD ( High Speed Circuit Switched Data- Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao):
Một vấn đề quan trọng lớn nhất đối với GSM là về tốc độ dữ liệu chậm. GSM cơ sở có
thể cải thiện tốc độ người dùng trước chỉ là 9.6Kbps, sau đó theo lý thuyết tốc độ người
dùng đã là 14.4Kbps, mặc dù nó không được thông dụng cho lắm. HSCSD là cách đơn
giản hơn cho mọi thứ được tải lên. Phương pháp này chính là sự thay thế một khe thời
gian, một trạm di động có thể sử dụng nhiều khe thời gian cho một kết nối dữ liệu.
Những bổ sung trong dòng thương mại, giá trị tối đa thường là 4 khe thời gian. Một
khe thời gian có thể sử dụng tốc độ 9.6Kbps hoặc 14.4Kbps. Toàn bộ tốc độ chính là số
khe thời gian nhân với tốc độ dữ liệu của một khe thời gian. Đây chính là mối tương quan
không phức tạp để nâng cấp dung lượng của hệ thống, vì nó chỉ là những yêu cầu trong
việc nâng cấp phần mềm đối với mạng nhưng nó có nhiều trở ngại. Vấn đề quan trọng
nhất trong việc sử dụng tài nguyên sóng vô tuyến một cách khan hiếm. Bởi vì nó là
chuyển mạch- mạch, HSCSD phân bố việc sử dụng khe thời gian một cách liên tục ngay
cả khi không có bất cứ thứ gì được truyên đi.
GSM

HSCSD

GPRS

EDGE

Đồ án tốt nghiệp Chương I Tổng quan về các hệ thống thông tin di động

Trần Văn Hiếu – D07VT2 4

GPRS (General Packet Radio Service- Dịch vụ vô tuyến gói chung ): GPRS là
một hệ thống vô tuyến thuộc giai đoạn trung gian, nhưng vẫn là hệ thống 3G nếu xét về
mạng lõi. GPRS cung cấp các kết nối số liệu chuyển mạch gói với tốc độ truyền lên tới
171,2Kbps (tốc độ số liệu đỉnh) và hỗ trợ giao thức Internet TCP/IP và X25, nhờ vậy
tăng cường đáng kể các dịch vụ số liệu của GSM. Công việc tích hợp GPRS vào mạng
GSM đang tồn tại là một quá trình đơn giản. Một phần các khe trên giao diện vô tuyến
dành cho GPRS, cho phép ghép kênh số liệu gói được lập lịch trình trước đối với một số
trạm di động. Phân hệ trạm gốc chỉ cần nâng cấp một phần nhỏ liên quan đến khối điều
khiển gói (PCU- Packet Control Unit) để cung cấp khả năng định tuyến gói giữa các đầu
cuối di động các nút cổng (gateway). Một nâng cấp nhỏ về phần mềm cũng cần thiết để
hỗ trợ các hệ thống mã hoá kênh khác nhau. Mạng lõi GSM được tạo thành từ các kết nối
chuyển mạch kênh được mở rộng bằng cách thêm vào các nút chuyển mạch số liệu và
gateway mới, được gọi là GGSN (Gateway GPRS Support Node) và SGSN (Serving
GPRS Support Node). GPRS là một giải pháp đã được chuẩn hoá hoàn toàn với các giao
diện mở rộng và có thể chuyển thẳng lên 3G về cấu trúc mạng lõi.
EDGE ( Enhanced Data Rates for GSM Evolution- Tốc độ số liệu tăng cường để
phát triển GSM): EDGE có thể phát nhiều bit gấp 3 lần GPRS trong một chu kỳ. Đây là
lý do chính cho tốc độ bit EDGE cao hơn. ITU đã định nghĩa 384kbps là giới hạn
tốc độ dữ liệu cho dịch vụ để thực hiện chuẩn IMT-2000 trong môi trường không lý
tưởng. 384kbps tương ứng với 48kbps trên mỗi khe thời gian, giả sử một đầu cuối có 8
khe thời gian. EDGE là một kỹ thuật truyền dẫn 3G đã được chấp nhận và có thể triển
khai trong phổ tần hiện có của các nhà khai thác TDMA và GSM. EDGE tái sử dụng
băng tần sóng mang và cấu trúc khe thời gian của GSM, và được thiết kế nhằm tăng tốc
độ số liệu của người sử dụng trong mạng GPRS hoặc HSCSD bằng cách sử dụng
các hệ thống cao cấp và công nghệ tiên tiến khác. Vì vậy, cơ sở hạ tầng và thiết bị đầu
cuối hoàn toàn phù hợp với EDGE hoàn toàn tương thích với GSM và GRPS.
1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G)
Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-2000 (International Mobile
Telecommunication -2000) cho hệ thống 3G với các ưu điểm chính được mong đợi đem

lại bởi hệ thống 3G là:
- Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao.
- Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat, …).
- Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền hình, nghe nhạc,…).
- Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, …).
- Sử dụng chung một công nghệ thống nhất, đảm bảo sự tương thích toàn cầu giữa
các hệ thống.
Đồ án tốt nghiệp Chương I Tổng quan về các hệ thống thông tin di động

Trần Văn Hiếu – D07VT2 5

Để thoả mãn các dịch vụ đa phương tiện cũng như đảm bảo khả năng truy cập
Internet băng thông rộng, IMT-2000 hứa hẹn cung cấp băng thông 2Mbps, nhưng thực tế
triển khai chỉ ra rằng với băng thông này việc chuyển giao rất khó, vì vậy chỉ có những
người sử dụng không di động mới được đáp ứng băng thông kết nối này, còn khi đi bộ
băng thông sẽ là 384 Kbps, khi di chuyển bằng ô tô sẽ là 144Kbps. Các hệ thống 3G
điển hình là:
 UMTS (W-CDMA)
UMTS (Universal Mobile Telephone System), dựa trên công nghệ W-CDMA, là giải
pháp được ưa chuộng cho các nước đang triển khai các hệ thống GSM muốn chuyển
lên 3G. UMTS được hỗ trợ bởi Liên Minh Châu Âu và được quản lý bởi 3GPP tổ chức
chịu trách nhiệm cho các công nghệ GSM, GPRS. UMTS hoạt động ở băng tần 5MHz,
cho phép các cuộc gọi có thể chuyển giao một cách hoàn hảo giữa các hệ thống UMTS và
GSM đã có. Những đặc điểm của WCDMA như sau:
- WCDMA sử dụng kênh truyền dẫn 5 MHz để chuyển dữ liệu. Nó cũng cho phép
việc truyền dữ liệu ở tốc độ 384 Kbps trong mạng di động và 2 Mbps trong hệ
thống tĩnh.
- Kết cấu phân tầng: Hệ thống UMTS dựa trên các dịch vụ được phân tầng,
không giống như mạng GSM. Ở trên cùng là tầng dịch vụ, đem lại những ưu điểm
như triển khai nhanh các dịch vụ, hay các địa điểm được tập trung hóa. Tầng giữa

là tầng điều khiển, giúp cho việc nâng cấp các quy trình và cho phép mạng lưới có
thể được phân chia linh hoạt. Cuối cùng là tầng kết nối, bất kỳ công nghệ truyền
dữ liệu nào cũng có thể được sử dụng và dữ liệu âm thanh sẽ được chuyển qua
ATM/AAL2 hoặc IP/RTP.
- Tần số: hiện tại có 6 băng sử dụng cho UMTS/WCDMA, tập trung vào
UMTS tần số cấp phát trong 2 băng đường lên (1885 MHz– 2025 MHz) và đường
xuống (2110 MHz – 2200 MHz).
Sự phát triển của WCDMA lên 3.5G là HsxPA
 CDMA2000
Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, chuẩn này là sự tiếp nối đối với các
hệ thống đang sử dụng công nghệ CDMA trong thế hệ 2. CDMA2000 được quản
lý bởi 3GPP2, một tổ chức độc lập và tách rời khỏi 3GPP của UMTS.
CDMA2000 có tốc độ truyền dữ liệu từ 144Kbps đến 3Mbps.
 TD-SCDMA
Chuẩn được ít biết đến hơn là TD-SCDMA đang được phát triển tại Trung Quốc
bởi các công ty Datang và Siemens. Hiện tại có nhiều chuẩn công nghệ cho 2G nên sẽ có
nhiều chuẩn công nghệ 3G đi theo, tuy nhiên trên thực tế chỉ có 2 tiêu chuẩn quan trọng
nhất đã có sản phẩm thương mại và có khả năng đợc triển khai rộng rãi trên toàn thế
giới là WCDMA (FDD) và CDMA 2000. WCDMA được phát triển trên cơ sở tương
Đồ án tốt nghiệp Chương I Tổng quan về các hệ thống thông tin di động

Trần Văn Hiếu – D07VT2 6

thích với giao thức của mạng lõi GSM (GSM MAP), một hệ thống chiếm tới 65% thị
trường thế giới. Còn CDMA 2000 nhằm tuơng thích với mạng lõi IS-41, hiện chiếm 15%
thị trường.
1.4. Công nghệ tiền 4G
Công nghệ tiền 4G tiêu biểu có thể kể đến: LTE và WiMax. Điểm chung cho cả 2
công nghệ này là đều sử dụng đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (Orthogonal
Frequency-Division Multiplexing Access).

 GPP LTE
Hệ thống 3GPP LTE, là bước tiếp theo cần hướng tới của hệ thống mạng không dây
3G dựa trên công nghệ di động GSM/UMTS, và là một trong những công nghệ tiềm năng
nhất cho truyền thông 4G. Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) đã định nghĩa truyền
thông di động thế hệ thứ 4 là IMT Advanced và chia thành hai hệ thống dùng cho di động
tốc độ cao và di động tốc độ thấp. 3 GPP LTE là hệ thống dùng cho di động tốc độ cao.
Ngoài ra, đây còn là công nghệ hệ thống tích hợp đầu tiên trên thế giới ứng dụng cả
chuẩn 3GPP LTE và các chuẩn dịch vụ ứng dụng khác, do đó người sử có thể dễ dàng
thực hiện cuộc gọi hoặc truyền dữ liệu giữa các mạng LTE và các mạng GSM/GPRS
hoặc UMTS dựa trên WCDMA.
3GPP LTE có khả năng cấp phát phổ tần linh động và hỗ trợ các dịch vụ đa phương
tiện với tốc độ trên 100Mb/s khi di chuyển ở tốc độ 3km/h, và khi di chuyển ở tốc độ cao
120km/h thì tốc độ truyền là trên 30 Mb/s. Tốc độ này nhanh hơn gấp 7 lần so với tốc độ
truyền dữ liệu của công nghệ HSDPA (truy nhập gói dữ liệu tốc độ cao). Do công nghệ
này cho phép sử dụng các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao trong khi di chuyển ở bất kỳ
tốc độ nào nên nó có thể hỗ trợ sử dụng các dịch vụ nội dung có dung lượng lớn với độ
phân giải cao ở cả điện thoại di động, máy tính bỏ túi PDA, điện thoại thông minh
Ưu điểm nổi bật:
- Dung lượng truyền trên kênh đường xuống có thể đạt 100 Mbps và trên kênh
đường lên có thể đạt 50 Mbps.
- Tăng tốc độ truyền trên cả người sử dụng và các mặt phẳng điều khiển.
- Sẽ không còn chuyển mạch kênh. Tất cả sẽ dựa trên IP. VoIP sẽ dùng cho dich vụ
thoại.
- Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời. Tuy nhiên mạng 3G
LTE vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2G hiện tại. Điều này
hết sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai 3GPP LTE vì không cần thay
đổi toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có.
- OFDMA và MIMO được sự dụng trong 3G LTE thay vì CDMA như trong 3G.

 WiMax

Đồ án tốt nghiệp Chương I Tổng quan về các hệ thống thông tin di động

Trần Văn Hiếu – D07VT2 7

Chuẩn WiMAX đầu tiên ra đời vào tháng 10 năm 2001. Khác với WiFi chỉ sử dụng
một băng tần, WiMAX có thể hoạt động trong nhiều băng tần khác nhau từ 2-66 Ghz.
Các ứng dụng khác nhau sẽ dùng những băng tần khác nhau để tránh sự giao thoa.
Các chuẩn khác nhau của WiMAX [3]:
- Chuẩn cơ bản 802.16: Chuẩn 802.16 ban đầu được tạo ra với mục đích là tạo ra
những giao diện (interface) không dây dựa trên một nghi thức MAC (Media
Access Control) chung. Kiến trúc mạng cơ bản của 802.16 bao gồm một trạm phát
(BS) và người sử dụng (SS). Trong một vùng phủ sóng, trạm BS sẽ điều khiển
toàn bộ sự truyền dữ liệu. Điều đó có nghĩa là sẽ không có sự trao đổi trực tiếp
giữa hai SS với nhau. Nối kết giữa BS và SS sẽ gồm một kênh đường lên và
đường xuống. Kênh đường lên sẽ chia sẻ cho nhiều SS trong khi kênh đường
xuống có đặc điểm broadcast. Trong trường hợp không có vật cản giữa SS và BS,
thông tin sẽ được trao đổi trên băng tầng cao. Ngược lại, thông tin sẽ được truyền
trên băng tầng thấp để chống nhiễu.
- 802.16a: Chuẩn này sử dụng băng tầng có bản quyền từ 2 – 11Ghz. Đây là băng
tầng thu hút được nhiều quan tâm nhất vì tín hiệu truyền có thể vượt được các
chướng ngại trên đường truyền. 802.16a còn thích ứng cho việc triển khai mạng
Mesh mà trong đó một SS thể liên lạc với BS thông qua một SS khác. Với đặc tính
này, vùng phủ sóng của 802.16a BS sẽ được nới rộng.
- 802.16b: Chuẩn này hoạt động trên băng tầng từ 5 – 6 Ghz với mục đích cung ứng
dịnh vụ với chất lượng cao (QoS). Cụ thể chuẩn ưu tiên truyền thông tin của
những ứng dụng video, thoại, real-time thông qua những lớp dịch vụ khác. Chuẩn
này sau đó đã được kết hợp vào chuẩn 802.16a.
- 802.16c: Chuẩn này định nghĩa thêm các profile mới cho dải băng tầng từ 10-
66GHz với mục đích cải tiến khả năng hoạt động tương hỗ.
- 802.16d: Có một số cải tiển nhỏ so với chuẩn 802.16a. Chuẩn này được chuẩn hóa

2004. Các thiết bị pre-WiMAX có trên thị trường là dựa trên chuẩn này.
- 802.16e: Đặc điểm nổi bật của chuẩn này là cung cấp khả năng di động lên đến
120km/h với tỷ lệ mất gói không quá 1% trễ chuyển giao thấp hơn 50ms.
- 802.16m (còn gọi là WiMAX II): Đang trong giai đoạn hoàn thiện và chuẩn hóa,
được phát triển từ chuẩn IEEE 802.16e, là công nghệ duy nhất trong các công
nghệ tiền 4G được xây dựng hoàn toàn dựa trên công nghệ đa truy nhập phân chia
theo tần số trực giao OFDMA. Công nghệ WiMAX II hứa hẹn sẽ hỗ trợ tốc độ
truyền dữ liệu lên tới 100 Mb/s cho các ứng dụng di động và có thể lên tới 1Gb/s
cho các người dùng tĩnh. Khoảng cách truyền của WiMAX II là khoảng 2 km ở
môi trường thành thị và khoảng 10 km cho các khu vực nông thôn.
1.5. Tổng quan về HSPA
HSPA là công nghệ được phát triển trên cơ sở của mạng 3G hay còn gọi là 3G+. Quá
trình phát triển HSPA thể hiện qua quá trình phát triển các phiên bản hệ thống 3GP như ở
Hình 1.2