Nghiên cứu kỹ thuật giám sát thuê bao di động 3g

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN&TRUYỀN THÔNG

ĐOÀN THÀNH TRUNG

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT GIÁM SÁT THUÊ
BAO DI ĐỘNG 3G

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH KHOA HỌC KHOA HỌC MÁY TÍNH

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

ii

Thái Nguyên, năm 2015
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành Luận văn Thạc sĩ của mình, em xin gửi lời cảm ơn chân thành
tới các thầy cô trƣờng Đại học Công Nghệ Thông Tin & Truyền Thông - Đại học
Thái Nguyên đã nhiệt tình truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt
quá trình học tập và hoàn thành Luận văn Thạc sĩ.
Em xin gửi lời cảm ơn tới TS Nguyễn Ngọc Cƣơng - Ngƣời trực tiếp chỉ bảo,
hƣớng dẫn em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành Luận văn Thạc sĩ.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động
viên, khuyến khích tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Xin chân thành cảm ơn.
Thái Nguyên, ngày tháng năm 2015

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

ii

LỜI CAM ĐOAN
Trong thời gian thực hiện luận văn, tôi có tham khảo một số tài liệu từ nhiều
nguồn khác nhau nhƣ đã liệt kê trong phần tài liệu tham khảo. Các nghiên cứu trong
luận văn này dựa trên những tổng hợp lý thuyết và hiểu biết thực tế. Các phần còn
lại, tôi xin cam đoan là do tôi tự tìm hiểu để viết ra. Nếu có bất kỳ sự sai xót nào, tôi
xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Thái Nguyên, ngày

tháng

năm 2015

Đoàn Thành Trung

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

iii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................i
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VÀ HẠ TẦNG THÔNG DI ĐỘNG 3G ............ 3
1. Thông tin di động toàn cầu ...................................................................................... 3
1.1 Lịch sử phát triển thông tin di động Việt Nam ...................................................... 4
1.2 Dịch vụ di động 3G ................................................................................................ 5
1.2.1 Thoại kém hình ảnh(Video call) ..................................................................... 5
1.2.2 Điện thoại internet(Mobile Internet) .............................................................. 5
1.2.3 Điện thoại truyền hình (Mobile TV) ............................................................... 5
2. Kiến trúc mạng lõi UMTS ....................................................................................... 5
2.1 Họ công nghệ 3G/WCDMA .................................................................................. 8
2.1.1. Công nghệ WCDMA( Wideband Code Division Multiple Access ) .............. 8
2.1.2 Công nghệ HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) .......................... 9
2.1.3 Công nghệ HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access)............................. 12
2.1.4 Công nghệ HSPA+ ....................................................................................... 13
2.2 Mô hình mạng tiến hóa từ 2G/GSM lên 3G/ UMTS HSDPA ............................. 16
2. 3 Cơ chế bảo mật trong 3G .................................................................................... 17
CHƢƠNG 2. CÁC TỔ CHỨC VÀ TIÊU CHUẨN QUỐC TẾ VỀ GIÁM SÁT HỢP
PHÁP .............................................................................................................................. 22
2.1. ETSI và mô hình tham chiếu LI ......................................................................... 22
2.1.1 Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) ................................................ 22
2.1.2 Mô hình tham chiếu giám sát hợp pháp(LI- Lawful Interception) ............... 22
2.2.Tiêu chuẩn giám sát mạng 3G ............................................................................. 23
2.2.1 ATIS/TIA và bộ tiêu chuẩn J-STD-025B ...................................................... 23
2.2.2 3GPP và bộ tiêu chuẩn 3GPP TS 33.106, 33.107, 22.108........................... 24
2.3 Giới thiệu mô hình giám sát thuê bao mạng 3G WCDMA ................................. 24

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

iv

2.3.1 Mô hình hệ thống .......................................................................................... 25
2.3.2 Cơ chế hoạt động.......................................................................................... 26
2.3.3 Kỹ thuật giám sát tại điểm giám sát IAP ...................................................... 32
2.4. Giải pháp của một số hãng .................................................................................. 33
Xcipio của SS8 Network ........................................................................................ 33
CHƢƠNG 3: PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH GIÁM SÁT MẠNG 3G VÀ ......................... 37
TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM....................................................................................... 37
3.1 Mô hình hệ thống giám sát .................................................................................. 37
3.1.1 Điểm giám sát tại IAP (Internet Acess Provider) ....................................... 38
3.1.2 Máy chủ Trung tâm giám sát MC: ............................................................... 39
3.1.2 Máy chủ hệ thống quản lý các trình khách WSS: ......................................... 39
3.1.3 Máy chủ quản trị máy khách giám sát từ xa – LI IMS Client: ..................... 40
3.1.4 Modul nền phần mềm giám sát máy trạm – WSC: ....................................... 40
3.1.5 Máy chủ hệ thống truy nhập dữ liệu tệp – FAS: .......................................... 41
3.1.6 Máy chủ quản lý truyền dữ liệu – STM: ....................................................... 41
3.1.7 Máy chủ quản trị cơ sở dữ liệu giám sát – LI Database:............................. 42
3.1.8 Máy chủ xử lý trung tâm – IPS: ................................................................... 42
3.1.9 Máy chủ chức năng tạo dữ liệu multimedia – FC:....................................... 42
3.1.10 Máy chủ giao diện HI- FEIS: ..................................................................... 43
3.2 Cơ chế hoạt động hệ thống giám sát .................................................................... 43
3.3 Phát triển modul giám sát thoại (VoIP) trong hệ thống ....................................... 45
3.3.1 Thiết kế user case ứng dụng giám sát .......................................................... 45
3.3.2. Thiết kế giao diện ........................................................................................ 47
3.3.3 . Xây dựng modul chương trình giám sát ..................................................... 47
3.3.4 Kiến trúc hệ thống triển khai thử nghiệm..................................................... 63
3.4 Thử nghiệm hệ thống và kết quả ......................................................................... 63
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................................ 65

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

v

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 66
PHỤ LỤC ....................................................................................................................... 67
I. Hƣớng dẫn sử dụng phần mềm ............................................................................ 67
II.

Tích hợp cơ sở dữ liệu tham chiếu ................................................................... 72

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

vi

Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt
Viết tắt

Tiếng anh

Tiếng việt

ADMinistration Function

Chức năng quản trị

AF

Access Function

Chức năng truy cập

ASP

Application Services Provider

Nhà cung cấp dịch vụ ứng dụng

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo mã

AP

Access Provider

Nhà cung cấp dịch vụ truy nhập

ASP

Application services Provider

Nhà cung cấp dịch vụ ứng dụng

AUC

Authentication Center

Trung tâm xác thực

BTS

Base Transceiver Station

Trạm thu phát gốc

Communication Assistance for

Cơ quan phụ trác các vấn đề về

Law Enforcement Act

truyền thông cho các lực lƣợng thực

ADMF

CALEA

thi pháp luật
Collection Box

Bộ thu thập

CSCF

Call Session Control Function

Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi

CSDF

Circuit Switch Delivery Function

Chức năng phân phối chuyển mạch
kênh

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo mã

Delivery Function

Chức năng phân phối

DCN

Data Communication Network

Mạng truyền thông dữ liệu

EIF

External Interception Function

Chức năng giám sát ngoại mạng

EIR

Equipment Identity Register

Bộ ghi nhận dạng thiết bị

ESP

Enterprise Service Provider

Nhà cung cấp dịch vụ cho doanh
nghiệp

ETSI

European_Telecommunication_St
andards_Institute

Viện Tiêu chuẩn Viễn thông châu
Âu

FCC

Federal Communication
Committee

Ủy ban Truyền thông liên bang Mỹ

GSN

GPRS Service Node

Nút dịch vụ GPRS

GUI

Graphical User Interface

Giao diện đồ họa ngƣời sử dụng

HI

Handover Interface

Giao diện chuyển giao

IAP

Intercept Access Provider

Điểm truy cập giám sát

CB

DF

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

vii

IF

Intercepting Function

Chức năng giám sát

IIF

Internal Interception Function

Chức năng giám sát nội mạng

IP

Internet Protocol

Giao thức IP

IRI

Intercept-Related Information

Thông tin giám sát liên quan

LI

Lawful Interception

Giám sát hợp pháp

ISP

Internet Service Provider

Nhà cung cấp dịch vụ Internet

MC

Monitoring

Trung tâm giám sát

MF

Mediation Function

Chức năng trung gian

MGCF

Media Geteway Control Function

Chức năng điều khiển cổng phƣơng
tiện

MGW

Media Gateway

Cổng phƣơng tiện

NAP

Network Access Point

Điểm truy cập mạng

SAS

Surviellance Administration
System

Hệ thống quản lý giám sát

SIP

Session Initialization Protocol

Giao thức khởi tạo phiên

SS7

Common Channel Signaling
System

Hệ thống báo hiệu kênh chung số 7

TDM

Time Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo thời gian

Time Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo thời gian

Voice over Internet Protocol

Thoại qua IP

TDMA
VoIP

WCDMA Wideband Code Division Multiple Đa truy cập phân chia mã băng thông
Access
rộng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

viii

Danh mục bảng vẽ

Hình 1.1 Thời điểm ra đời các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông ............................... 5
Hình 2.1: Kiến trúc chung UMTS ............................................................................... 6
Hình 2.2: Mô hình phân tập ngƣời sử dụng .............................................................. 11
Hình 2.3 Mô hình thu phát MIMO .......................................................................... 15
Hình 2.4 Mô hình tiến hóa từ 2G/GSM lên 3G/UMTS HSDPA .............................. 17
Hình 2.5 Cơ chế sát thực AKA ................................................................................ 19
Hình 3.2 Mô hình tham chiêu LI ............................................................................... 23
Hình 4.1Mô hình xây dựng hệ thống giám sát mạng 3G .......................................... 38
Hình 4.2: Thiết kế user case ứng dung ...................................................................... 45
Hình 4.3: Sơ đồ khối thiết kế ứng dụng .................................................................... 47
Hình 4.4 Kiến trúc hệ thống triển khai thử nghiệm .................................................. 63

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

1

MỞ ĐẦU
Đề tài: “ Nghiên cứu kỹ thuật giám sát thuê bao di động 3G”
Thời gian thực hiện: từ tháng 4/2014 đến tháng 4/2015.
1. Đặt vấn đề
Tìm hiểu các kỹ thuật để giám sát hệ thống mạng thuê bao di động là một vấn
đề khoa học nhằm ứng dụng trong lĩnh vực an ninh an toàn thông tin .
Hiện nay, trên thế giới tại các quốc gia tiên tiến nhƣ Mỹ, Anh, Tây Âu, Nhật
bản, Trung Quốc, vấn đề nghiên cứu này rất đƣợc phát triển nhƣng cũng chƣa xây
dựng đƣợc các bộ tiêu chuẩn thống nhất cho mạng giám sát hợp pháp(LI) và các
quy chuẩn cho các nhà mạng.
Các kỹ thuật giám sát hiện nay đƣợc các hãng nhƣ Công ty Ericsson[5], Công
ty Nice[6]… đƣa ra với các "giải pháp đóng", đòi hỏi phải mua các phần mềm lõi,

các phần cứng nền rất khó phát triển cho các quốc gia có tiềm lực khoa học, công
nghệ chƣa đủ mạnh nhƣ Việt Nam và một nƣớc đang phát triển khác. Vì vậy, việc
nghiên cứu, tìm hiểu công nghệ giám sát thuê bao di động của nƣớc ngoài sau đó
cải tiến, phát triển các mô hình, các modul phần mềm nhằm làm chủ và ứng dụng
vào các mạng thông tin di động tại nƣớc ta là một yêu cầu có tính chất tự nhiên
trong nghiên cứu khoa học. Đây chính là mục tiêu của bản luận văn với đề tài
Nghiên cứu kỹ thuật giám sát thuê bao di động 3G do chúng tôi thực hiện.
2. Mục tiêu đề tài:
- Làm chủ về kỹ thuật và các modul phần mềm trong hệ thống giám sát hợp
pháp thuê bao 3G.
- Phát triển các mô hình kỹ thuật giám sát hệ thống từ một nhà cung cấp dịch
-

-

vụ và có khả năng giám sát dịch vụ qua giao thức IP: thoại VoiIP.
Phát triển một số modul phần mềm trong bộ phần mềm của các hãng phần
mềm trên thế giới thành giao diện tiếng Việt trực quan, dễ sử dụng và phù
hợp với các mô hình nhà mạng tại Việt Nam.
Cài đặt và tích hợp thêm phần mềm CSDL của dữ liệu thuê bao vào hệ thống

3. Nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu lịch sử phát triển thông tin di động tại Việt Nam.
- Nghiên cứu hạ tầng và dịch vụ thông tin di đông 3G.
-

Nghiên cứu các tổ chức, tiêu chuẩn và mô hình giám sát hợp pháp thuê bao
di động 3G trên thế giới.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

2

-

Nghiên cứu kỹ thuật giám sát hợp pháp thuê bao di động 3G tại nhà cung cấp
dịch vụ đƣờng truyền- IAP của hãng trên thế giới và phát triển mô hình
giám sát mạng di động 3G.

4. Phạm vi nghiên cứu:
- Khảo sát mô hình, thử nghiệm kỹ thuật giám sát dịch vụ VoiIP của thuê bao
-

3G.
Các modul phần mềm của các hãng và hệ quản trị cơ sở dữ liệu thông dụng
nhằm phát triển và ứng dụng tại Việt Nam.

5. Các kết quả mới của luận văn
- Phát triển mô hình giám sát phù hợp với điều kiện hạ tầng mạng và công
nghệ của các nhà mạng tại Việt Nam.
- Phát triển một số modul phần mềm phù hợp với yêu cầu đặc thù sử dụng của
-

các đơn vị ứng dụng dựa trên phần mềm nền đã đƣợc thế giới chuẩn hóa.
Xây dựng và tích hợp dữ liệu thuê bao vào hệ thống phù hợp với yêu cầu sử
dụng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

3

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VÀ HẠ TẦNG THÔNG DI ĐỘNG 3G
1. Thông tin di động toàn cầu
Thông tin liên lạc luôn là nhu cầu cần thiết và đóng vai trò quan trọng trong
đời sống xã hội. Để đáp ứng nhu cầu này, khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực thông tin
đã đƣa ra nhiều hình thức liên lạc ngày càng tiện nghi hơn, chất lƣợng tốt hơn.
Mặc dù các hệ thống thông tin di động thử nghiệm đầu tiên đƣợc sử dụng vào
những năm 1930 – 1940 [8] trong các sở cảnh sát Hoa Kỳ nhƣng các hệ thống điện
thoại di động thƣơng mại thực sự chỉ ra đời vào khoảng cuối những năm 1970 đầu
những năm 1980. Các hệ thống điện thoại thế hệ đầu sử dụng công nghệ tƣơng tự
và đƣợc gọi là các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất - 1G. Hệ thống thông
tin di động 1G ra đời đánh dấu sự thành công trong việc giải quyết các bài toán khó
khi đó liên quan đến việc kết hợp truyền dẫn thông tin giữa các vùng phủ sóng riêng
lẻ( ngày nay gọi là các tế bào).
Hệ thống di động 1G sử dụng phƣơng tức đa truy cập phân chia theo tần số
(FDMA) với dung lƣợng thấp chỉ cung cấp dịch vụ thoại đơn thuần. Thời gian này
có thể kể đến các hệ thống NMT( Bắc Âu), TACS( Anh ) và AMPS( Mỹ ).
Đến những năm 1980, khi số lƣợng các thuê bao trong mạng tăng lên, hệ
thống trở lên quá tải, các nhà phát triển công nghệ di động nhận thấy cần phải có
biện pháp nâng cao dung lƣợng truyền dẫn, cải thiện chất lƣợng các cuộc đàm thoại
cũng nhƣ cung cấp thêm một số dịch vụ bổ sung cho mạng đáp ứng yêu cầu truyền
số liệu tốc độ thấp. Để giải quyết vấn đề này, hệ thống thông tin di động thế hệ hai –
2G ra đời, sự dụng hoàn toàn kỹ thuật xử lý tín hiện số. Cũng tƣơng tự thời gian
trƣớc, giai đoạn này trên thế giới xuất hiện nhiều hệ thống sử dụng các công nghệ
khác nhau không tƣơng thích, bao gồm: GSM (Châu Âu), D-AMPS sử dụng công
nghệ đã truy nhập phân chia theo thời gian TDMA; và IS – 95 (Mỹ và Hàn Quốc)

sử dụng công nghệ đã truy nhập phân chia theo mã CDMA băng hẹp. Sự phát triển
công nghệ thông tin di động thế hệ thứ hai cùng các tiện ích của nó làm bùng nổ
lƣợng thuê bao di động trên toàn cầu. Theo số liệu thông kê của Hiệp hội các nhà
cung cấp dịch vụ thông tin di động toàn cầu GSA, tính đến thời điểm tháng 3/2011
trên toàn thế giới hiện có 5 tỉ thuê bao gi động 2G và con số này vẫn còn không
ngừng tăng lên.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

4

Thế giới di động 2.5 G có vai trò là bƣớc đệm chuyển tiếp từ 2G lên 3G. Bằng
việc bổ sung hạ tầng phục vụ truyền dẫn dữ liệu gói và tăng dung lƣợng trên các
kênh tần số vô tuyến có thể lên tới 384kbps, kếp hợp với thực hiện tối ƣu hóa cho
dữ liệu gói truy nhập Internet từ các thiết bị đầu cuối. Thế hệ này có thể kể đến các
công nghệ GPRS/EDGE (phát triển từ hệ thống 2G TDMA), 1XRTT (phát triển từ
hệ thống 2G CMDA). Trên cùng một mạng lƣới 2G, 2.5G đã đƣa Internet vào thế
giới thông tin di đông. Đây thực sự là một bƣớc tiến quan trọng mở ra kiến trúc
mạng lai ghép trong hệ thống viễn thông di động.
Theo số liệu thống kê của GSA và CDG (Nhóm các nhà phát triển CDMA),
tính đến hết Q4/2012, trên thế giới hiện có tổng số khoảng 1.77 tỉ thuê bao 3G,
trong đó khoảng 1.14 tỉ thuê bao họ WCDMA đƣợc cung cấp dịch vụ bởi 410 nhà
khai thác trên 162 nƣớc và 626 triệu thuê bao họ CDMA2000 đƣợc cung cấp dịch
vụ bởi 338 nhà khai thác trên 124 nƣớc.
1.1 Lịch sử phát triển thông tin di động Việt Nam
Việt Nam là một nƣớc đi sau về thông tin di động, ngay từ thời gian đầu đã coi
đây là một lĩnh vực quan trọng thúc đẩy sự phát triển của đất nƣớc. Năm 1993, công
ty thông tin di động (VMS), doanh nghiệp Nhà nƣớc trực thuộc Tập đoàn Bƣu

chính Viễn thông Việt Nam (VNPT) đã trở thành doanh nghiệp đầu tiên khai thác
dịch vụ thông tin di động GSM 900/1800 với thƣơng hiệu MobiFone, đánh dấu cho
sự khởi đầu của ngành thông tin di động Việt Nam. Đến năm 1997, công ty Dịch vụ
viễn thông Vinaphone (doanh nghiệp Nhà nƣớc trực thuộc VNPT) đƣợc thành lập,
là doanh nghiệp thứ hai hoạt động trong lĩnh vực này. Độc quyền cung cấp dịch vụ
trong 10 năm đầu, MobiFone và Vinaphone không hề có đối thủ cạnh tranh.
Năm 2003, công ty cổ phần Dịch vụ Bƣu chính Viễn thông Sài Gòn (SPT) ra
mắt mạng thông tin di động thứ 3 tại Việt Nam, đã chấm dứt hình ảnh độc quyền
trong lĩnh vực cung cấp dịch vụ thông tin di động tại Việt Nam mà từ lâu đã do
VNPT thống trị. Không những thế, S-fone táo bạo lựa chọn sử dụng công nghệ mới
CDMA cho hệ thống mạng lƣới của mình, công nghệ CDMA lần đầu tiên có mặt tại
Việt Nam. Với mục đích đầy tham vọng của SPT: thay máu cho thị trƣờng thông tin
di động Việt Nam cả về công nghệ lẫn dịch vụ. Tuy nhiên, thực tế đã không đƣợc
nhƣ SPT mong đợi.
Năm 2004, sự xuất hiện của Viettel Mobile, đơn vị chủ quản là Công ty Viễn
thông Quân đội (tiền thân của Tập đoàn Viễn thông Quân đội - Viettel) đã thực sự

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

5

mang đến một luồng gió mới cho thị trƣờng thông tin di động Việt Nam. Tuy theo
bƣớc các đàn anh VNPT lựa chọn công nghệ GSM, nhƣng Viettel đã làm đƣợc cái
mà SPT không làm đƣợc, chiếm lĩnh vị trí số 1 tại thị trƣờng Việt Nam. Viettel ra
đời đã mang sự phổ cập của dịch vụ di động đến đông đảo các tầng lớp nhân dân
trong xã hội. Sự phát triển thần tốc và các chính sách dịch vụ, giá cƣớc mới mẻ, táo
bạo ngay từ khi tham gia thị trƣờng đã mang đến sự thành công không tƣởng cho
Viettel.

Hình 1.1 Thời điểm ra đời các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông
1.2 Dịch vụ di động 3G
1.2.1 Thoại kém hình ảnh(Video call)
Video call là dịch vụ thoại có hình cho phép các thuê bao di động khi đang
đàm thoại có thế thấy hình ảnh trực tiếp của nhau thông qua camera của máy điện
thoại di động.
1.2.2 Điện thoại internet(Mobile Internet)
Mobile Internet là dịch vụ truy nhập Internet trực tiếp từ máy điện thoại di
động thông qua các công nghệ truyền dữ liệu GPRS/EDGE/3G của nhà cung cấp
dịch vụ.
1.2.3 Điện thoại truyền hình (Mobile TV)
Mobile TV là dịch vụ giúp khách hàng xem truyền hình trong nƣớc, quốc tế
trực tiếp, xem các nội dung theo yêu cầu (ca nhạc chọn lọc, phim truyện đặc sắc,
video clip,...) ngay trên màn hình máy điện thoại di động.
Ngoài ra còn nhiều dịch vụ khác nhƣ : Game online, Mobile Music, Mobile
Clip, Mobile Email, Mobile Map…
2. Kiến trúc mạng lõi UMTS
Họ công nghệ 3G/WCDMA đƣợc quản lý và tiêu chuẩn hóa bới tổ chức quốc
tế 3GPP. Trong toàn bộ tài liệu này,[13] xem nhƣ họ công nghệ 3G/WCDMA bao
gồm WCDMA của giai đoạn đầu và HSPA của các phiên bản về sau. Để có cái nhìn
rõ ràng hơn, phần này cũng trình bầy về mối quan hệ giữa họ công nghệ
3G/WCDMA và kiến trúc UMTS.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

6

Hình 1.2: Kiến trúc chung UMTS
Phiên bản đầu tiên đánh dấu sự ra đời của họ 3G/WCDMA đƣợc tổ chức
3GPP phát hành vào Q1/2000. Giai đoạn này, kiến trúc mạng hộ trợ cả kết nối
chuyển mạch kênh và kết nối chuyển mạch gói: trong miền CS, tốc độ tối đa có thể
lên đến 384 Kbps và 2Mbps trong miền PS. Việc kết hợp này phù hợp cho giai đoạn
đầu khi PS chƣa đáp ứng tốt các dịch vụ thời gian thực nhƣ thoại và hình ảnh. Miền
CS sẽ đảm nhiệm các dịch vụ thoại còn số liệu đƣợc truyền trên miền PS.
Phiên bản tiếp theo Rel.4 đƣợc 3GPP phát hành vào Q2/2001. Sự khác nhau
cơ bản giữa Rel.99 và Rel.4 là ở chỗ trong phiên bản Rel.4 mạng lõi là mạng phân
bố và chuyển mạch mềm. Thay cho việc có các MSC chuyển mạch kênh truyền
thống nhƣ ở kiến trúc trƣớc, kiến trúc chuyển mạch phân bố và chuyển mạch mềm
đƣợc đƣa vào. Phiên bản này tập trung vào việc cải tiến môi trƣờng truyền dẫn
trong miền mạng lõi của hệ thống.
Về căn bản, MSC đƣợc chia thành các MSC server và cổng các phƣơng tiện
MGW. MSC server chứa tất cả các điều khiển cuộc gọi, quản lý di động có ở một
MSC tiêu chuẩn. Tuy nhiên nó không chứa ma trận chuyển mạch. Ma trận chuyển
mạch nằm trong MGW đƣợc MSC server điểu khiển và có thể cài đặt xa MSC
server.
Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh đƣợc thực hiện giữa RNC
và MSC server. Đƣờng truyền cho các cuộc gọi chuyển mạch kênh đƣợc thực hiện
giữa RNC và MGW. Thông thƣờng, MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và định
tuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đƣờng trục gói. Trong nhiều trƣờng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

7

hợp trục gói sử dụng giao thức RTP/IP. Các số liệu và tiếng đều có thể sử dụng
truyền tải IP bên trong mạng lõi. Đây là mạng chuyển tải hoàn toàn IP.

Tại biên, nơi mà các cuộc gọi cần định tuyến đến một mạng khác, ví dụ nhƣ
PSTN, MGW sẽ chuyển tiếng thoại đƣợc đóng gói thành PCM tiêu chuẩn để đƣa
đến mạng PSTN. Việc chuyển đổi mã chỉ cần thực hiện tại điểm này. Phƣơng pháp
truyền tải này cho phép tiết kiệm đáng kể độ rộng băng tần, nhất là khi các MGW
cách xa nhau.
Giao thức đƣợc sử dụng điều khiển giữa MSC server và MGW là ITU H.248
(MEGACO). 3GPP khuyến nghị sủ dụng giao thức BICC trong điều khiển cuộc gọi
giữa MSC server và GMSC server trên cơ sở khuyến nghị Q.1902 của ITU.
Cổng báo hiểu SS7 có chức năng truyền tải bản tin báo hiệu SS7 thông suốt
giữa một bên là đƣờng truyền tải SS7 tiêu chuẩn và một bên là đƣờng truyền tải SS7
trên miền chuyển mạch gói IP. MSC server, HSS liên lạc với cổng báo hiệu SS7
bằng cách sử dụng giao thức truyền tải đƣợc thiết kế đặc biệt để mang các bản tin
SS7 trên mạng IP. Bộ giao thức này đƣợc gọi là SIGTRAN.
Bƣớc phát triển tiếp theo của UMTS là đƣa ra kiến trúc mạng đa phƣơng tiện
IP trong phiên bản Rel.5. Bƣớc phát triển này thể hiện sựa thay đổi toàn bộ mô hình
cuộc gọi. Ở đây cả tiếng và số liệu đƣợc xử lý giống nhau trên toàn bộ đƣờng truyền
từ đầu cuối của ngƣời sử dụng đến nơi nhận cuối cùng. Có thể coi kiến trúc này là
sự hội tụ toàn diện của tiếng và số liệu.
Điểm mới nhất của Rel.5 là nó đƣa ra một miền mới gọi là phân hệ đa phƣơng
tiện IP (IMS). Đây là một miền mạng IP đƣợc thiết kế để hỗ trợ các dịch vụ đa
phƣơng tiện thời gian thực IP. Đƣờng truyền tiếng và dữ liệu không cần các giao
diện tách biệt, chỉ có một giao diện Iu duy nhất. Trong mạng lỗi, giao diện này kết
cuối tại SGSN và không có MGW riêng.
IMS chứa các phần tử sau: Chức năng điều khiển trạng thái kết nối (CSFC),
chức năng tài nguyên đa phƣơng tiện (MRF), Cổng chuyển mạch kênh (CS-GW).
CSCF quản lý việc thiết lập, duy trì và giải phóng các phiên đa phƣơng tiện và
từ ngƣời sử dụng. Nó bao gồm các chức năng nhƣ phiên dịch và định tuyến.
SGSN, GGSN là các phiên bản tăng cƣờng đƣợc sử dụng ở các phiên bản
trƣớc đó. Điểm khác nhau duy nhất là ở chỗ các nút này không chỉ hỗ trợ dịch vụ số
liệu gói mà cả dịch vụ chuyển mạch kênh (chẳng hản thông tin thoại). Vì thế cần hỗ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

8

trợ các khả năng đảm bảo chất lƣợng dịch vụ QoS ở bên trong SGSN, GGSN hoặc
it nhất ở các bộ định tuyến kết nối với chúng.
-

MRF là chức năng thiết lập cầu hội nghị đƣợc sử dụng để hỗ trợ các tính
năng nhƣ tổ chức cuộc gọi nhiều phía và dịch vụ hội nghị.

-

SGW là một cổng báo hiệu SS7 để đảm bảo tƣơng tác SS7 với mạng tiêu

-

chuẩn ngoài nhƣ PSTN. SGW hỗ trợ các giao thức SIGTRAN.
MGW thực hiên tƣơng tác với mạng ngoài ở mức đƣờng truyền đa phƣơng
tiện. MGW đƣợc thực hiện bởi chức năng điều khiển cổng các phƣơng tiện
(MGCF).

-

MGCF cũng liên lạc với CSCF. Giao thức đƣợc chọn cho giao diện này là
SIP.
Kiến trúc UMTS rel.6 mở rộng các vấn đề liên quan đến khả năng kết nối giữa

UMTS và WLAN, nâng cấp IMS lên pha 2, bổ sung các dịch vụ mới nhƣ dịch vụ bộ
đàm qua mạng di động (PoC), dịch vụ đa phƣơng tiên treaming trên nền chuyển
mạch gói, dịch vụ multicast và broadcast đa phƣơng tiện (MBMS)…
2.1 Họ công nghệ 3G/WCDMA
2.1.1. Công nghệ WCDMA( Wideband Code Division Multiple Access )
WCDMA ra đời trong phiên bản đầu tiên đƣợc 3GPP phát hành, Rel.99. Về lý
thuyết Rel.99 có thể cho tốc độ đƣờng xuống lên đến trên 2Mbps. Tuy nhiên, thực
tế băng thông thực còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ độ rộng kênh mà nhà cung
cấp dịch vụ sử dụng, năng lực thiết bị đầu cuối và số lƣợng ngƣời sử dụng đồng thời
tại một khu vực phủ sóng của cell. Do đó, tốc độ thực tế ngƣời sử dụng có thể nhận
đƣợc tối đa là khoảng 350Kbps.
WCDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS. Do đó, băng thông
kênh phụ thuộc vào mức độ trải phổ của kênh. Khi hệ số trải phổ càng lớn, ví dụ với
các kênh thoại, luồng dữ liệu có độ dƣ dự phòng cao, nhờ vậy có thể phân chia
thành nhiều kênh hơn. Ngƣợc lại, với các kênh truyền dữ liệu yêu cầu tốc độ cao, hệ
số trải phổ kênh sẽ nhỏ hơn nên số lƣợng kênh sẽ ít hơn. Thông thƣờng, các kênh
thoại sử dụng hệ số trải phổ đƣờng xuống 128 hay 256 và các kênh dữ liệu tốc độ
384 Kbps sử dụng hệ số trải phổ là 8. Từ đó có thể thấy để đạt đƣợc tốc độ lý thuyết
trên 2 Mbps cần kết hợp 3 kênh dữ liệu tốc độ 768Kbps, mỗi kênh sử dụng hệ số
trải phổ là 4.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

9

Tốc độ truy nhập mạng tối đa thực tế của ngƣời sử dụng tại mỗi thời điểm phụ
thuộc vào giá trị RAB của kênh mạng dữ liệu mà hệ thống cấp phát cho từng phiên

phục vụ của ngƣời sử dụng. Trong mạng WCDMA, giá trị RAB khả dụng bao gồm
768, 384, 128, 64, 32 và 16 Kbps tƣơng ứng với các mức trải phổ khác nhau. Nếu
hệ số trải phổ thấp đồng nghĩa với việc không gian mã ngẫu nhiên đƣợc gán cho
RAB lớn hơn do đó băng thông cũng lớn hơn. Mặc dù vậy, trên thực tế không bao
giờ ngƣời sử dụng có thể đạt đƣợc tốc độ truy cập mạng bằng với giá trị của RAB
đƣợc cấp phát vì còn chịu tác động của các yêu tố nhƣ điều kiện môi trƣờng truyền
sóng, khối lƣợng dữ liệu cần trao đổi. Các yêu tố này sẽ đƣợc miên mạng truy cập
RAN tính toán để liên tục điều chỉnh tốc độ trao đổi dữ liệu tức thời nhằm tối ƣu
với điều kiện vận hành hiện tại của mạng cũng nhƣ QoS đƣợc gán cho kênh dữ liệu.
Việc cấp phát giá trị RAB phụ thuộc vào tài nguyên khả dụng của mạng tại thời
điểm đó theo chính sách cấp phát riêng của từng nhà cung cấp dịch vụ.
WCDMA có độ trễ truyền dẫn thấp hơn EDGE, vào khoảng 100 đến 200 ms
trong thực tế. Mặc dù đã có những cải tiến vƣợt bậc, song WCDMA vẫn đƣợc nâng
cấp và bổ sung thêm công nghệ mới để đạt hiệu quả cao hơn.
2.1.2 Công nghệ HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access)
Bƣớc phát triển tiếp theo của họ 3G/WCDMA là phiên bản Rel.5 đƣợc 3GPP
phát hành vào Q1/2002, đƣợc biết đến với tên gọi HSDPA. HSDPA đánh dấu một
bƣớc ngoặt về công nghệ truy nhập băng thông trong di đông.
Theo lý thuyết, HSDPA có thể đạt tốc độ truyển tải dữ liệu lên tới 14Mbps.
HSDPA tƣơng thích hoàn toàn với các kiến trúc tiền nhiệm Rel.99 và Rel.4. Cùng
một sóng mạng vô tuyến có thể đồng thời phục vụ dịch vụ thoại và dữ liệu cho
ngƣời sử dụng công nghệ WCDMA và HSDPA. HSDPA cũng có tốc độ truyền tải
thấp hơp đáng kể so với phiên bản trƣớc. Theo số liêu đo đạc thực tế, trên kênh
truyền tải dữ liệu của môt số mạng đang hoạt động, độ trễ truyền tải dao động trong
khoảng 70 ms.
Để đạt đƣợc bƣớc tiến về hiệu suất băng thông ấn tƣợng nhƣ vậy, HSDPA đã
sử dụng một loạt các kỹ thuật tiên tiến nhƣ: Điều chế mức cao (high order
modulation), mã hóa biến đổi (variable coding ), kết hợp phần mềm (soft
combination) và kỹ thuật lập trình nhanh (fast scheduling). Việc sử dụng hiệu quả
phổ tần số và nâng cao tốc độ truyền tải dữ liệu không chỉ cho phép các nhà cung

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

10

cấp dịch vụ triển khai thêm nhiều loại hình dịch vụ mà còn giúp tăng thêm đáng kể
khả năng phục vụ đồng thời nhiều ngƣời sử dụng hơn cùng một lúc.
HSDPA áp dụng các kỹ thuật tiên tiên sau:
- Chia sẻ các kênh tốc độ cao trong cả hai miền thời gian và mã.
-

Sử dụng khoảng thời gian truyền dẫn (TTI) ngắn.

-

Phân tập ngƣời dùng và lập lịch nhanh.
Điều chế mức cao.

-

Thích ứng đƣờng truyền nhanh.
Cơ chế yêu cầu phát lặp lại tự động lai phép (HARQ) nhanh.

Kỹ thuật chia sẻ kênh tốc độ cao và áp dụng giá trị TTI ngắn:
HSDPA sử dụng kết hợp lên tới 15 kênh dữ liệu tốc độ cao HS-PDSCH hoạt
động trong dải tần 5 MHz, mỗi kênh sử dụng hệ số trải phổ cố định là 16, để truyền
tải dữ liệu của nhiều ngƣời sử dụng cùng một lúc. Dữ liệu của ngƣời sử dụng đƣợc
cấp phát truyền tải trên một hoặc nhiều kênh này trong khoảng thời gian ngắn TTI

bằng 2 ms, ngắn hon rất nhiều so với khoảng thời gian từ 10 đến 20 ms đƣợc sử
dụng trong các phiên bản trƣớc đó. Hệ thống có thể dễ dàng tùy chỉnh số lƣợng
kênh cấp phát cho mỗi ngƣời sử dụng sau chu kì 2 ms. Kết quả là các tài nguyên vô
tuyến đƣợc sử dụng một cách tối đa trong cả miền thời gian (giá trị TTI) và miền
mã (các kênh HS-PDSCH).
Kỹ thuật phân tập ngƣời sử dụng và lập lịch nhanh:
Kỹthuật lập lịch nhanh là phƣơng pháp lợi dụng tham số giá trị TTI ngắn, hệ
thống sẽ cấp phát cho ngƣời sử dụng các kênh dữ liệu có chất lƣợng tốt nhất tại thời
điểm đó mà không tuân theo chu kì cấp phát quay vòng. Bởi vì các điều kiện tác
động đến chất lƣợng kênh tín hiệu vô tuyến thay đổi không tuân theo quy luật, do
đó phƣơng pháp này có thể giúp hầu hết ngƣời sử dụng đƣợc cấp phát kênh dữ liệu
tốt nhất, đồng nghĩa với nhận đƣợc băng thông truyền tải cao nhất có thể đạt đƣợc
tại thời điểm đó. Với khoảng 30 ngƣời sử dụng dịch vụ đồng thời trong vùng phủ
của một cell, hệ thống đạt đƣợc hiệu quả phân tập ngƣời sử dụng tốt nhất, đồng
nghĩa với việc tận dụng tối đa hiệu quả tài nguyên vô tuyến. Bằng kỹ thuật này, hệ
thống cũng có thể đảm bảo cung cấp mức băng thông tối thiểu cho ngƣời sử dụng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

11

Hình 1.3: Mô hình phân tập người sử dụng
Kỹ thuật điều chế mức cao:
HSDPA sử dụng đồng thời cả hai phƣơng pháp điều chế: QPSK - nhƣ đƣợc sử
dụng trong WCDMA và 16QAM - trong điều kiện môi trƣờng tốt. Lợi ích của việc
sử dụng phƣơng pháp điều chế 16QAM là có thể truyền đƣợc 4 bit dữ liệu trong
mỗi kí hiệu vô tuyến, trong khi với QPSK chỉ là 2 bit.
Kỹ thuật thích ứng đƣờng truyền nhanh:

Kỹ thuật thích ứng đƣờng truyền nhanh là phƣơng pháp phụ thuộc vào điều
kiện môi trƣờng mà lựa chọn áp dụng mức độ hiệu chỉnh lỗi khác nhau trong mã
hóa kênh. Ví dụ, với tỉ lệ mã hóa kênh 3/4 thì 3/4 số lƣợng bit đƣợc truyền tải là bit
dữ liệu ngƣời sử dụng và 1/4 số lƣợng bit còn lại là dành cho hiệu chỉnh lỗi. Việc tự
động lựa chọn và nhanh chóng áp dụng mức độ hiệu chỉnh lỗi phù họp trong từng
thời điểm ứng với môi trƣờng khác nhau đƣợc gọi là khả năng thích ứne đƣờng
truyền nhanh. Kỹ thuật này đƣợc sử dụng kết họp với kỹ thuật lập lịch nhanh trong
HSDPA.
Cơ chế yêu cầu phát lặp lại tự đông lai ghép (HARQ) nhanh:
Cơ chế HARQ nhanh đƣợc sử dụng trong HSDPA thể hiện ở việc khả năng
điều khiển nhanh việc cấp phát và quản lý tài nguyên vô tuyến tại nút B (cùng với
các kỹ thuật lập lịch và thích ứng đƣờng truyền). Cơ chế HARQ kết họp phƣơng
pháp phát lặp dữ liệu theo chu kì và thích ứng khả năng giải mã đƣờng truyền thành
công. Chu kì phát lặp đƣợc điều chỉnh phụ thuộc vào khả năng giải mã kênh thành
công trong quá trình truyền dẫn. Khả năng quản lý và phản ứng nhanh với sự thay

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

12

đổi liên tục của các tham số đƣờng truyền tại trạm gốc sẽ làm giảm trễ truyền dẫn
và do đó giúp nâng cao băng thông cũng nhƣ chất lƣợng dịch vụ.
Các thiết bị đầu cuối hỗ trợ HSUPA loại 6 có thể cho băng thông lên đến trên
5 Mbps bằng việc kết họp sử dụng thêm các phƣơng pháp triệt nhiễu nhằm gia tăng
tỉ số SNR.
Bên cạnh việc tăng băng thông đƣờng lên, HSUPA cũng làm giảm đáng kể trễ
truyền dẫn. Trong điều kiện tối ƣu, độ trễ có thể giảm xuống dƣới 30 ms, tƣơng ứng
với HSDPA là 70 ms.

2.1.3 Công nghệ HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access)
Phiên bản Rel.6 của 3GPP đƣợc phát hành kế tiếp vào Q4/2004 với tên gọi
HSUPA. HSUPA ra đời để bù đắp yếu điểm của HSDPA là cải thiện tốc độ đƣờng
lên trong mạng truy cập vô tuyến. HSUPA giúp nâng cao băng thông, giảm trễ và
cải thiện hiệu suất sử dụng phổ tần số. Trong điều kiện lý tƣởng, HSUPA có thể
giúp tăng thêm lên tới 85% tổng băng thông đƣờng lên toàn cell và trên 50% tổng
băng thông cho ngƣời sử dụng.
Trong HSDPA, kênh lƣu lƣợng đƣờng xuống chính là kênh chia sẻ và đƣợc
thiết kế đáp ứng các dịch vụ truyền tải trong miền PS, với HSUPA, kênh lƣu lƣợng
đƣờng lên chính lại là kênh dành riêng, đƣợc sử dụng để đáp ứng cho các dịch vụ
truyền tải trong cả miền CS lẫn PS.
Việc cải tiện tốc độ đƣờng lên sẽ mang lại nhiều lợi ích cho ngƣời sử dụng.
Hiện nay, một số ứng dụng đòi hỏi nhu cầu truyền tải một lƣu lƣợng lớn dữ liệu từ
thiết bị đầu cuối lên mạng nhƣ dịch vụ chia sẻ video clip, ảnh,… Trong đó, đặc biệt
là dịch vụ VoIP đòi hỏi sự cân bằng về băng thông cả hai chiều đƣờng lên và đƣờng
xuống.
HSUPA áp dụng các kỹ thuật tiên tiến sau:
- Kênh vật lý dành riêng mở rộng.
- Sử dụng khoảng thời gian truyền dẫn (TTI) ngắn.
- Lập lịch nhanh.
- Cơ chế yêu cầu phát lặp lại tự động lai phép (HARQ) nhanh.
Việc kết hợp sử dụng kỹ thuật lập lịch nhanh, thời gian TTI ngắn, cơ chế
HARQ nhanh giúp làm giảm độ trễ và cải thiện băng thông, nhƣ đã phân tích trong
công nghệ HSDPA. Trong thực tế, HSUPA có thể đƣợc triển khai kết hợp với
HSDPA để đạt hiệu quả nhất.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

13

HSUPA có thể đạt đến băng thông khác nhau dựa trên một số tham số nhƣ số
lƣợng mã đƣợc sử dụng, hệ số trải phổ, giá trị TTI và kích thƣớc khối dữ liệu truyền
tải
Loại
HSUPA

Số mã x hệ số trải
phổ

Kích thƣớc khối dữ
liệu truyền tải (bytes)

TTI

Tốc độ dữ
liệu (Mbps)

1

1 x SF4

10

7296

0.73

2

2 x SF4

10

14529

1.46

2

2 x SF4

2

2919

1.46

3

2 x SF4

10

14529

1.46

4

2 x SF2

10

20000

2

4

2 x SF2

2

5837

2.9

5

2 x SF2

10

20000

2

6

2 x SF2 x 2 x SF4

10

20000

2

6

2 x SF2 x2 x SF4

2

11520

5.76

Bảng 1.1: Các băng thông tối đa mà HSUPA có thể đạt
Các thiết bị đầu cuối hỗ trợ HSUPA loại 6 có thể cho băng thông lên
đến trên 5 Mbps bằng việc kết hợp sử dụng thêm các phƣơng pháp triệt nhiễu
nhằm gia tăng tỉ số SNR. Bên cạnh việc gia tăng băng thông đƣờng lên,
HSUPA cũng làm giảm đáng kể trễ truyền dẫn. Trong điều kiện tối ƣu, độ trễ
có thể giảm xuống dƣới 30 ms, tƣơng ứng với HSDPA là 70 ms.
2.1.4 Công nghệ HSPA+
Hai công nghệ trƣớc đó: HSDPA và HSUPA đƣợc kết hợp với nhau gọi là
HSPA. Mục đích nâng cấp HSPA lên HSPA+ là nhằm tận dụng các công nghệ vô
tuyến tiên tiến mới ra đời để cải thiện tối đa khả năng xử lý tín hiệu số CDMA.
Điều này không chỉ giúp HSPA cạnh tranh với các công nghệ mới mà còn hỗ trợ

các nhà cung cấp dịch vụ mở rộng mạng lƣới một cách dễ dàng. Các công nghệ về
mạng và truy nhập vô tuyến đã mang đến một loạt các cải tiến cho HSPA, đƣợc mô
tả trong hai phiên bản Rel.7 và Rel.8.
3GPP đã mô tả một số những thiết kế mới cho phía máy thu, một phần rất
quan trong để nâng cao băng thông dữ liệu. Các thiết kế này đƣợc phân chia thành
các loại khác nhau, bao gồm:
- Loại 1: Sử dụng kỹ thuật phân tập thu.
- Loại 2: Sử dụng kỹ thuật cân bằng kênh truyền dẫn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

14

- Loại 3: Sử dụng kết hợp kỹ thuật phân tập thu và cân bằng truyền dẫn.
Kỹ thuật phân tập thu:
Kỹ thuật phân tập thu là phƣơng pháp sử dụng nhiều anten riêng biệt để thu
cùng một luồng tín hiệu. Các anten này sẽ thu đƣợc các luồng tín hiệu có tham số
fading khác nhau. Giải mã kết hợp các nguồn tín hiệu này sẽ giúp tăng đáng kể hiệu
suất truyền dẫn, và do đó nâng cao dung lƣợng đƣờng truyền. Kỹ thuật này thƣờng
đƣợc sử dụng kết hợp với kỹ thuật cân băng kênh.
Kỹ thuật cân bằng kênh:
Kỹ thuật cân bằng kênh là phƣơng pháp xử lý nhằm làm giảm méo về biên độ,
tần số và pha trong kênh vô tuyến. Áp dụng kỹ thuật này giúp loại bỏ các lỗi phát
sinh trong quá trình truyền dẫn do hiện tƣợng fading hay nhiễu ISI giữa các kí hiệu
gây nên.
Kỹ thuật thu hiện tại đƣợc sử dụng dựa trên máy thu Rake cho hiệu quả cao
khi tốc độ truyền tải lên đến vài Mbps. Tuy nhiên, ở tốc độ truyền tải cao hơn, việc
kết hcrp giảm chu kì kí hiệu và nhiễu đa đƣờng gây ra nhiễu ISI giữa các kí hiệu và
làm giảm hiệu năng của máy thu Rake. vấn đề này có thể đƣợc giải quyết khi sử

dụng phƣơng pháp thu tiên tiến với việc áp dụng kỹ thuật cân bằng kênh kết hợp với
phân tập thu trong HSPA. Một phƣơng pháp khác cũng có thể đƣợc sử dụng thay
thế là kết họp kỹ thuật triệt nhiễu tín hiệu với các bộ thu Rake mở rộng (G-Rake).
Để nâng cao băng thông truyền dẫn, một kỹ thuật nữa cũng đƣợc HSPA đƣa
vào khai thác là. là kỹ thuật đa phân chia theo không gian, sử dụng nhiều anten thu
và phát đồng thời đế truyền và nhận nhiều luồng dữ liệu riêng biệt trên các sóng
mang khác nhau. Nếu với các kỹ thuật thu khác, hiện tƣợng đa đƣờng trong truyền
dẫn tín hiệu sẽ gây ra các tác động tiêu cực thì ngƣợc lại, MIMO có thể tận dụng đa
đƣờng trong truyền dẫn để truyền các luồng dữ liệu khác nhau trên các đƣờng
truyền dẫn khác nhau phù hợp. Do đó, hiện tƣợng đa đƣờng không những không tác
động xấu mà còn giúp MIMO đạt hiệu quả cao trong truyền dẫn, cũng nhƣ tăng
đáng kể băng thông dữ liệu. 3GPP đã đƣa kỹ thuật MIMO vào trong HSPA ở phiên
bản Rel.7, sử dụng D-TxAA. Bên cạnh MIMO, một kỹ thuật khác tƣơng tự cũng có
thể đƣợc sử dụng là Đa truy nhập phân chia theo không gian SDMA.
Trong phiên bản Rel.7, kỹ thuật Kết nối gói liên tục CPC mở rộng giúp giảm
nhiễu đƣờng xuống do các kênh điều khiển vật lý dành riêng gây ra khi không có dữ
liệu của ngƣời sử dụng đƣợc truyền. Điều này sẽ làm tăng số lƣợng ngƣời sử dụng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

15

có thể kết nối đồng thời trong HSPA. CPC cho phép việc gửi và nhận dữ liệu không
liên tục diễn ra đồng thòi, khi đó thành phần giải điều chế có thể ngừng hoạt động
khi không phát hiện có dữ liệu đƣợc truyền trong một chu kì thời gian nhất định. Kỹ
thuật CPC đặc biệt hữu dụng đối với dịch vụ VoIP do thành phần vô tuyến có thể
ngừng hoạt động giữa các khoảng lặng nhằm tiết kiệm pin.

Hình 1.4 Mô hình thu phát MIMO
Một phƣơng pháp nữa có thể đƣợc sử dụng để cải thiện băng thông truyền dẫn
là sử dụng Điều chế bậc cao. HSPA sử dụng điều chế 16QAM cho đƣờng xuống và
QPSK cho đƣờng lên. Trong HSPA+, để tăng cao băng thông trên các kênh vô
tuyến, điều chế 64QAM cho đƣờng xuống và 16QAM cho đƣờng lên đƣợc sử dụng.
Để có thể sử dụng đƣợc các phƣơng pháp điều chế này yêu cầu phải đảm bảo tỉ số
SNR cao (HSPA+ dùng kỹ thuật phân tập thu và cân bằng kênh để đạt đƣợc điều
này).
Mục đích của HSPA+ là:
- Khai thác tối đa công nghệ CDMA trƣớc khi chuyển sang OFDM đƣợc
sử dụng trong LTE.
- Đạt hiệu quả gần bằng LTE trong phổ tần 5 MHz.
- Đảm bảo khả năng hoạt động tốt giữa HSPA+ và LTE.
- Cho phép sử dụng chế độ truyền dẫn hoàn toàn gói với cả dịch vụ thoại
và dữ liệu.
- Tƣơng thích ngƣợc với các công nghệ đƣợc sử dụng trƣớc đó.
-

Nâng cấp dễ dàng từ HSPA lên HSPA+.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

16

Kỹ thuật đƣợc sử dụng

Tốc độ đƣờng
xuống(Mbps)

Tốc độ đƣờng lên
(Mbps)

HSPA Rel.6

14.4

5.76

HSPA+Rel.7:DL 64QAM, UL 16QAM

21.1

11.5

28.0

11.5

42.2

11.5

HSPA+ Rel.7:
2x2 MIMO, DL 16QAM, UL 16QAM
HSPA+Rel.8:
2x2 MIMO, DL 64 QAM, UL 16QAM

Bảng 1.2: Tốc độ truy nhập tối đa của HSPA+

Bên cạnh việc gia tăng đáng kể hiệu năng so với HSPA, HSPA+ còn làm giảm
trễ truyền dẫn xuống dƣới 25 ms. Bên cạnh các kỹ thuật đƣợc áp dụng cho miền
mạng truy nhập, HSPA+ còn sử dụng mô hình kiến trúc phẳng one-tunnel trong
miền mạng lõi. Áp dụng kiến trúc này, hệ thống sẽ thiết lập một tuyến truyền dẫn
trực tiếp đế truyền tải dữ liệu ngƣời sử dụng giữa RNC và GGSN, trong khi đó
SGSN vẫn thực hiện các chức năng điều khiến. Lợi ích của mô hình này là giúp
giảm yêu cầu phần cứng trong SGSN cũng nhƣ đon giản hóa cơ chế hoạt động trong
mạng. HSPA+ cũng cho phép có thể tích hợp chức năng của RNC vào trong Node
B trong trƣờng hợp cung cấp các dịch vụ gói.
2.2 Mô hình mạng tiến hóa từ 2G/GSM lên 3G/ UMTS HSDPA
Trong quá trình tiến hóa từ 2G/GSM lên 3G/UMTS HSDPA, hầu hết các nhà
cung cấp dịch vụ sẽ phải trải qua các giai đoạn khác nhau để thay thế dần từng bƣớc
về công nghệ phần mạng truy nhập. Đầu tiên, các Node B/BTS mới sẽ đƣợc triến
khai lắp đặt. Phƣơng án này đƣợc xem là tối ƣu trong giai đoạn đầu, khi các thuê
bao 2G vẫn chiếm thế thƣợng phong trên thị trƣờng di động. Cùng một lúc, các nút
này có thể phục vụ cả thuê bao 2G và 3G khi đƣợc cấu hình hoạt động ở chế độ đa
chuẩn (chuẩn dành cho 2G và 3G). Thiết bị điều khiển RNC đƣợc đầu tƣ mới ngay
từ giai đoạn này. Để đảm bảo đồng bộ, RNC cũng đƣợc cấu hình xử lý ở chế độ đa
chuẩn. Các BTS và BSC vẫn đƣợc vận hành nhƣ bình thƣờng.
Giai đoạn tiếp theo, các Node B độc lập đƣợc đầu tƣ mới nhằm đáp ứng tốt
nhất yêu cầu về dịch vụ cho các thuê bao 3G. Thiết bị điều khiển RNC đƣợc cấu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>