Nghiên cứu hệthống thông tin di động thếhệthứba (3G) W-CDMA và khảnăng ứng dụng ở Việt Nam trong tương lai”

1
LỜI NÓI ĐẦU

Nhu cầu trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện đại.
Trong thập kỷ vừa qua là sự bùng nổ của Internet thì trong thập kỷ tới là sự
bùng nổ của mạng thông tin di động thế hệ ba 3G và các dịch vụ mới.Cùng
với việc cho phép kết nối mọi nơi, mọi lúc, Internet cũng chỉ là một trong
những khả năng của mạng 3G. 3G mang tới nhiều tiện ích, ứng dụng hơn là
khả năng di động cho Internet. Các dịch vụ mới sẽ xuất hiện như nhắn tin đa
phương tiện, các dịch vụ định vị, các dịch vụ thông tin cá nhân, vui chơi giải
trí, các dịch vụ ngân hàng, thanh toán điện tử…sẽ phát triển mạnh. Ở Việt
Nam trong những năm vừa qua cũng có sự phát triển mạnh mẽ về thông tin di
động cũng như Internet và tiến tới các hệ thống thông tin di độ
ng thế hệ thứ
ba cũng đã và sẽ được nhanh chóng triển khai.
Để theo kịp xu thế chung của thế giới là tiến tới mạng thế hệ sau 3G và
cung cấp các dịch vụ mới, việc nghiên cứu để triển khai, chuyển đổi sang
mạng 3G tại Việt Nam là cần thiết. Đối với nhà khai thác mạng di động GSM
thì cái đích 3G là hệ thống thông tin di động CDMA băng rộng (W-CDMA)
theo chuẩn IMT-2000
Xuất phát từ
định hướng này, đồ án tốt nghiệp đại học của em với đề tài
“Nghiên cứu hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) W-CDMA và
khả năng ứng dụng ở Việt Nam trong tương lai” nhằm tìm hiểu những kiến
thức về hợp chuẩn IMT-2000, công nghệ W-CDMA và hệ thống thông tin di
động W-CDMA nói chung. Để từ đó có thể xây dựng cấu trúc mạng 3G phù
hợp với xu hướng phát triển củ
a mạng thông tin di động ở Việt Nam nhất là
đối với mạng GSM.

2
Nội dung gồm 3 chương:
• Chương 1: Giới thiệu tổng quan về lịch sử hình thành phát triển của
thông tin di động từ 1G, 2G đến 3G.
• Chương 2: Tìm hiểu về mạng thông tin di động 3G (W-CDMA) trong
đó đề cập các tiêu chuẩn IMT-2000, các yêu cầu và mục tiêu thiết kế hệ
thống vô tuyến W-CDMA. Kỹ thuật trải phổ và điều khiển công suất
trong hệ thống W-CDMA.
• Chương 3: Khả năng
ứng dụng mạng thông tin di động 3G (W-CDMA)
ở Việt Nam trong tương lai, trong đó giới thiệu về cấu trúc hệ thống
thông tin di động 2G (GSM) hiện tại, các cấu trúc hệ thống theo các
phương án chuyển đổi từ GSM sang W-CDMA. Giới thiệu định hướng
lên 3G của Viettel Mobile.










3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG
Trong xu thế phát triển chung của xã hội hiện đại thì sự ra đời của
thông tin di động đã giúp cho con người trong việc liên lạc với nhau ở mọi
nơi, mọi lúc. Và không dừng ở đó, khi việc liên lạc thoại đã được đáp ứng tốt

thì nhu cầu về các dịch vụ gia tăng trên thông tin di động như truy cập
Internet, truyền dữ liệu tốc độ cao... bắt đầu phát triển. Chương 1 củ
a đồ án
trình bày về lịch sử hình thành và phát triển của thông tin di động qua các thế
hệ và những vấn đề chủ yếu của loại hình thông tin hiện đại này.
1.1. Quá trình phát triển của thông tin di động
1.1.1 Sự xuất hiện của thông tin di động thế hệ 1G và 2G
Vào cuối thế kỷ XIX, các thí nghiệm của nhà bác học người Ý Maconi
Guglielmo (1874-1937, giải nobel vật lý năm 1909) đã cho thấy thông tin di
động có thể thực hiện giữa các máy thu – phát ở xa nhau và di động. Thông
tin di động lúc đó chủ yếu sử dụng mã Morse, mãi tới năm 1928 hệ thống vô
tuyến truyền thanh mới được thiết lập, thoạt tiên cho cảnh sát. Đến năm 1933
sở cảnh sát Bayone, New Jersey mới thiết lập được một hệ thống thoại vô
tuyến di động tương đối hoàn chỉnh trên thế giới. Thời đó, các thiết bị thông
tin di động rất cồng kềnh, nặng hàng chục kilogam, đầy t
ạp âm và rất tốn
nguồn do sử dụng các đèn điện tử tiêu thụ nguồn lớn. Công tác trong dải tần
thấp của băng VHF, các thiết bị này liên lạc được với nhau trong khoảng cách
hàng chục dặm. Sau đó, quân đội cũng dùng thông tin di động để triển khai và
chỉ huy chiến đấu có hiệu quả. Nói chung hệ thống thông tin di động thời này
có chất lượng kém.
Thông tin di động đã được đưa vào sử
dụng rộng rãi tại Mỹ năm 1946,
khi đó nó chỉ được sử dụng ở phạm vi thành phố. Hệ thống này có sáu kênh

4
sử dụng cấu trúc ô rộng với tần số 150MHz. Mặc dù, các khái niệm tế bào,
trải phổ, điều chế số, và các công nghệ hiện đại khác đã được biết đến hơn 50
năm trước đây, nhưng đến những năm 1960 dịch vụ điện thoại di động tế bào
mới xuất hiện. Các hệ thống thông tin di động đầu tiên này ít có tiện ích và có

dung lượng rất th
ấp. Vào những năm 1980, hệ thống điện thoại tế bào điều tần
song công sử dụng kỹ thuật đã truy nhập phân chia theo tần số FDMA. Đây là
hệ thống sử dụng công nghệ Analog để truyền kênh thoại trên sóng vô tuyến
đến thuê bao di động hay còn được gọi là hệ thống thông tin di động thế hệ
thứ nhất. (1General – 1G).
[1,2]
Các hệ thống thông tin di động tế bào tương tự nổi tiếng nhất là: Hệ
thống di động tiên tiến (AMPS), hệ thống di động tiên tiến băng hẹp
(NAMPS), hệ thống thông tin truy cập toàn diện (TACS) và hệ thống NTT.
Hạn chế của các hệ thống này là: phân bổ tần số hạn chế, dung lượng thấp,
tiếng ồn khó chịu, không đáp ứng được các dịch vụ mới của khách hàng….
Giả
i pháp để loại bỏ các hạn chế của hệ thống 1G trên là chuyển sang
sử dụng kỹ thuật thông tin số sử dụng các dạng đa truy nhập mới. Vào cuối
thập niên 1980, các hệ thống thế hệ thứ 2 (2G) được đưa vào khai thác sử
dụng công nghệ số đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA. Hệ thống đa
truy nhập TDMA đầu tiên ra đời trên thế giới là GSM. GSM được phát triển
từ nă
m 1982, CEPT quyết định việc ấn định tần số dịch vụ viễn thông châu
Âu ở băng tần 900 MHz. Đến những năm giữa thập niên 1990, đa truy nhập
phân chia theo mã CDMA trở thành hệ thống 2G thứ hai khi người Mỹ đưa ra
tiêu chuẩn nội địa – 95 (IS – 95) nay gọi là công nghệ Cdma one. Ở Việt Nam
hệ thống thông tin di động được đưa vào sử dụng năm 1993, hiện nay đã có
tới 6 hãng khai thác thị trường di độ
ng, có 3 hãng khai thác ở mạng GSM là
VinaPhone, Mobiphone và Viettel Mobile, còn có 3 hãng khai thác mạng
CDMA là EVNTelecom (Điện lực), S-Fone Telecom, HaNoi Telecom (HT

5

Mobile). Sự cạnh tranh giữa các nhà cung cấp dịch vụ đang mở ra một tương
lai mới cho thị trường thông tin di động ở Việt Nam. Song song với sự phát
triển hệ thống thông tin di động tế bào nói trên, các hệ thống thông tin di động
hạn chế cho mạng nội hạt sử dụng máy cầm tay không dây số cũng được
nghiên cứu phát triển. Hai hệ thống điển hình cho loại thông tin này là DECT
(Digital Enhanad Curdless Telecom) của châu Âu và PHS của Nhật cũ
ng đã
được đưa vào khai thác. Các hệ thống thông tin di động kỹ thuật nói trên, sử
dụng phương pháp đa truy nhập TDMA như GSM (châu Âu), FPC (Nhật),
hoặc phương pháp đa truy nhập CDMA (IS – 95 Mỹ) đều thuộc thế hệ 2G
Bắc Mỹ

PDC
(Nhật Bản)
IS - 54 IS - 95
GSM
Châu Âu
Băng tần 800MHz/1,5Gh 800MHz 900MHz
Khoảng
cách tần số
50kHz (xen kẽ
25kHz)
50kHz (xen kẽ
25kHz)
1,25 MHz 400kHz (xen kẽ
200kHz)
Cơ chế truy
nhập
TDMA/FDD TDMA/FDD DS-
CDMA/FDD

TDMA/FDD
Cơ chế mã
hoá
11,2kbit/giây
VSEP
5,6kbit/sPSI-
CELPP
13kbit/giây
VSELP
8,5kbit/giây
QCELP tốc độ
biến thiên 4 nấc
22,8kb/s RPE-PTP-
LPC 11,4 kbit/s
EVSI
Phương
pháp điều
chế
QPSK QPSK Đường xuống:
QPSK
Đường lên:
OPQSK
GMSK
Bảng 1.1 Các thông số cơ bản của hệ thống tế bào số

6
* Chú thích : RPE: Mã hoá dự báo kích thích xung đều
LTP: Mã hoá dự báo dài hạn
LPC: Mã dự báo tuyến tính
FDD: Phân chia theo tần số

PSI-CEPT: Dự báo tuyến tính kích thích mã - đổi đồng bộ âm
Các hệ thống 2G có nhiều điểm nổi bật như chất lượng thông tin được
cải thiện nhờ các công nghệ xử lý tổng hợp số khác nhau, nhiều dịch vụ mới
(Ví dụ: các dịch vụ phi thoại), kỹ thuật mã hoá cải tiến, dung lượng cao hơn
tương thích tốt hơn với các mạng số và phát huy hiệu quả dải phố vô tuyến
(Bảng 1.1 mô tả) chuyển vùng trở thành m
ột phần của dịch vụ và vùng phủ
song cũng ngày càng rộng hơn, nhưng vẫn phải đối mặt với các vấn đề hạn
chế về dụng lượng trên nhiều thị trường.
1.1.2 Sự xuất hiện của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G).
Thông tin di động ngày nay đang tiến tới hệ thống thế hệ thứ 3 (3G)
hứa hẹn dung lượng thoạ
i lớn hơn, kết nối dung lượng di động tốc độ cao hơn
và sử dụng các công dụng đa phương tiện. Các hệ thống viễn thống thế hệ
(3G) cần cung cấp dịch vụ thoại với chất lượng tương đối các hệ thống hữu
tuyến và dịch vụ truyền số liệu có tốc độ từ 144 kbit/s đến 2Mb/s. Hiện đang
có hai hệ thống tiêu chu
ẩn hoá: Một dựa trên chuẩn hệ thống CDMA băng
hẹp IS – 95, được gọi là CDMA 2000. Chuẩn kia là sự kết hợp của các tiêu
chuẩn Nhật Bản và châu Âu do dự án hợp tác thế hệ thứ 3 (3GPP) tổ chức.
3GPP đang xem xét tiêu chuẩn vô tuyến truy nhập vô tuyến mặt đất (UTRA
UMTS – Terrestrial Radio Access). UMTS – tiêu chuẩn này có hai sơ đồ truy
nhập vô tuyến. Một trong số đó sắp xếp các cặp dải tần thông qua ghép song

7
công phân chia theo tần số (FDD) thường gọi là CDMA băng thông rộng W-
CDMA
1.1.2.1 So sánh – đánh giá các phương pháp đa truy nhập FDMA, TDMA
và CDMA
Trước khi xem xét tương lai của 3G cũng cần khảo sát hoạt động của

từng giao diện nói trên. Thứ nhất, các kênh này được ghép cặp sao cho một
kênh đi từ trạm di động đến trạm gốc, tạo điều kiện cho liên lạc song công
(hình 1.1 minh hoạ giao diện không gian với đường lên đường xuống ). Thứ
hai, có mộ
t tập các kênh điều khiển hai chiều để điều khiển các kênh thoại.
Cuối cùng, giao diện không gian cần 1 quy trình mà ở đó, các kênh thoại được
phân bổ cho nhiều người dùng đồng thời. Chúng ta gọi FDMA, TDMA,
CDMA là các phương thức phân bổ kênh của giao diện không gian.


Hình 1.1: Tổng quan về hệ thống vô tuyến
FDMA là phương thức phân bổ đầu tiên và ra đời sớm nhất. Một thuê
bao muốn tạo một cuộc gọi sẽ phải nhập số điện thoại cần gọi và nhấn phím

8
gửi. Nếu còn dung lượng thoại cho tế bào, một cặp kênh sẽ được phân bổ cho
trạm di động để phục vụ đàm thoại - mỗi kênh cho một chiều thoại. Xét trên
một sơ đồ phân bổ tế bào điển hình, số chiều thoại tối đa của một tế bào bất
kỳ là khoảng 60. Rõ ràng là không thể phục vụ hàng triệu khách hàng với một
dung lượng hạn chế nh
ư thế.
Các hệ thống TDMA khắc phục vấn đề dung lượng kênh bằng cách
chia kênh vô tuyến đơn thành các khe thời gian và phân bổ một khe thời gian
cho mỗi thuê bao.Ví dụ: Hệ thống TDMA của Hoa Kỳ có 3 khe thời gian trên
mỗi kênh trong khi hệ thống GSM có 8 khe thời gian trên mỗi kênh. Để sử
dụng các khe thời gian tín hiệu thoại tương tự cần được chuyển sang dạng số.
Một bộ mã hoá thoại gọi là Vocoder thực hiện công việ
c này. Dung lượng có
được ban đầu hơi nhỏ song với việc dùng các vocoder tốc độ bit thấp, số kênh
thoại trên mỗi kênh vô tuyến có thể được tăng lên đáng kể.

Các hệ thống CDMA giải quyết vấn đề dung lượng theo một cách hoàn
toàn khác. Nó cũng dùng vocoder để số hoá tín hiệu thoại nhưng không phân
bổ khe thời gian mà gán cho mỗi chiều thoại một mã duy nhất trước khi đưa
lên kênh vật lý. Quá trình này còn được gọi là điều chế
tạp âm vì tín hiệu đầu
ra của nó giống như tạp âm nền. Tất nhiên là quá trình này có cơ sở toán học
của nó xong việc quan sát trong thực tế cũng phần nào lý giải được các khái
niệm. Ta hình dung, khi ta đang đi vào một khu vực đông người, trước hết ta
nghe thấy các giọng nói. Ta nói tiếng Việt, ta sẽ nghe thấy những mẩu hội
thoại bằng tiếng Việt. Cũng như thế người Pháp nghe thấy giọ
ng nói người
Pháp, người Anh nghe thấy giọng nói người Anh và tương tự với tất cả các
thứ ngôn ngữ trên đời, ta có thể nghe từng cuộc hội thoại nếu như tạp âm tổng
thể ở dưới một mức tối đa nào đó. Điều này có nghĩa là số tối đa các cuộc gọi
trong hệ thống CDMA là một phương trình của tạp âm nền cộng với các tạp
âm do mỗi cuộc gọi tạo ra. So sánh với TDMA, CDMA có dung lượng cao

9
hơn với chất lượng bằng hoặc tốt hơn. Trong hơn 1 tỷ thuê bao điện thoại di
động trên Thế giới, khoảng 863,6 triệu thuê bao sử dụng công nghệ GSM, 120
triệu dùng CDMA và 290 triệu còn lại dung FDMA hay TDMA. Khi chúng ta
tiến tới 3G, các hệ thống GSM và CDMA sẽ tiếp tục phát triển, trong khi
FDMA, TDMA sẽ chìm dần vào quên lãng. Con đường GSM sẽ tới là CDMA
băng thông rộng (W-CDMA) trong khi CDMA sẽ là CDMA 2000.
1.1.2.2. Hướng về 3G trong thông tin di động.

Hình 1.2: Lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động lên 3G
Từ thập niên 1990, Liên minh viễn thông quốc tế đã bắt tay vào việc
phát triển một nền tảng chung cho các hệ thống viễn thông di động. Kết quả là
một sản phẩm được gọi là thông tin di động toàn cầu 2000 ( IMT – 2000).

Con số 2000 có nghĩa là sản phẩm này sẽ có mặt vào khoảng năm 2000,
nhưng thực tế là chậm hai, ba năm. Khác với các hệ th
ống thông tin di động

10
thế hệ thứ nhất 1G và thứ hai 2G thì hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba
3G – IMT 2000 không chỉ là một bộ dịch vụ, nó có xu thế chuẩn hoá toàn cầu,
nó đáp ứng ước mơ liên lạc từ bất cứ lúc nào và bất cứ nơi đâu. Để được như
vậy, IMT 2000 tạo điều kiện tích hợp mạng mặt đất hoặc vệ tinh. Hơn thế nữa
IMT 2000 c
ũng đề cập đến Internet không dây, hội tụ các mạng cố định và di
động quản lý di động (chuyển vùng), các tính năng đa phương tiện di động,
hoạt động xuyên mạng và liên mạng.
Như đã nói các hệ thống 3G cần phải hoạt động trên một dải phổ đủ
rộng và cung cấp được các dịch vụ thoại, dữ liệu, đa phương tiện. Đối với một
thuê bao di độ
ng hoạt động trên 1 ô siêu nhỏ (picocell) tốc độ dữ liệu có thể
đến 2,048 Mb/s. Với một thuê bao di động tốc độ chậm hoạt động trên 1 ô cực
nhỏ (micro cell), tốc độ dữ liệu đạt 348 Kb/s. Với một thuê bao di động trên
phương tiện giao thông hoạt động trên 1 ô lớn (marcocell) tốc độ dữ liệu có
thể đạt tới 144 kbit/s. .


Hình 1.3: Minh hoạ mối quan hệ giữa các khu vực dịch vụ
khác nhau của IMT – 2000
Một phần quan trọng của hệ thống này là dịch vụ chuyển mạch gói dữ
liệu. Con đường tiến lên 3G từ 2G bắt đầu từ sự ra đời của các dịch vụ dữ liệu
bùng nổ theo gói. [9]

11

1.1.3. Từ GSM lên 3G trong thông tin di động
Con đường tiến tới 3G duy nhất của GSM là CDMA băng thông rộng
(W-CDMA). Trên thị trường châu Âu, W-CDMA được gọi là hệ thống viễn
thông di động toàn cầu (UMTS). Trong cấu trúc dịch vụ 3G, cần có băng
thông rất lớn và như thế cần nhiều phổ tần hơn. Các nhà cung cấp dịch vụ
châu Âu dùng hơn 100 tỷ USD để mua phổ tần cho các dịch vụ 3G, các nhà
cung cấp dịch vụ khác trên thế giớ
i cũng đã phân bổ phổ 3G. Ở Mỹ, FCC
chưa thể nhanh chóng phân bổ bất cứ phổ nào cho các dịch vụ 3G. Hoa kỳ có
khoảng 190 MHz phố tần phân bổ cho các dịch vụ vô tuyến di động trong khi
phần còn lại của thế giới chỉ được phân bổ 400 MHz. Vì thế có thể tin rằng sự
phát triển lên 3G ở Hoa Kỳ sẽ rất khác với phần còn lại của thế giới.
Để đế
n 3G có lẽ cần phải đi qua giai đoạn 2,5G. Nói chung 2,5G bao
gồm một hay tất cả các công nghệ sau: Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao
(HSCSD), dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS), tốc độ dữ liệu nâng cao cho
sự phát triển GSM hay toàn cầu (EDGE)
Chú thích *: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết đối với GPRS là 171,2Kbit/s,
tuy nhiên trên thực tế hiện nay chưa đạt được tốc độ này mà điển hình chỉ đạt
được tốc độ trên dưới 50Kb/s
**: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết đối với EDGE là 384Kb/s, tuy nhiên
trên thực tế hiện nay chỉ đạt được tốc độ tối đa là 144Kb/s
*** : Tốc độ cao nhất trên lý thuyết đối với W-CDMA là 2Mb/s, tuy nhiên
trên thực tế hiện nay ch
ỉ đạt được tốc độ tối đa là 384Kb/s

12
Yêu cầu
thiết bị
truyền số

liệu gói
GSM CSD
(GSM s
ố
liệu chuyển
mạch kênh)
GPRS ( Dịch vụ vô
tuyến gói chung )
EDGE(các tốc độ
dữ liệu nâng cao
cho sự phát triển
GSM hay toàn cầu)
IMT-2000
CDMA-DS
( WCDMA )
Các máy di
động cầm
tay
Các máy di
động đơn
mode (một
chế độ hoạt
động) không
có khả năng
xử lý số liệu
Các máy di động
cầm tay mới
Các máy di động
cầm tay GPRS cho
phép làm việc trên

mạng GPRS* và ở
trên mạng GSM ở
tốc độ số liệu
9,6kb/s, đây là các
máy CSD hai chế độ
hoạt động
Các máy di động
cầm tay mới
Các máy cầm tay
EDGE sẽ làm việc ở

tốc độ lên tới
384kb/s** trên các
mạng EDGE và
GPRS tốc độ
9.6Kb/s trên mạng
GSM đây là các
máy CSD ba chế độ
hoạt động
Các máy di động
cầm tay mới
Các máy cầm tay
CDMA DS sẽ làm
việc ở tốc độ lên
tới 2Mb/s*** trên
mạng 3G. Các máy
này có bốn chế độ
hoạt động
Cơ sở hạ
tầng thiết bị

Không có
khả năng xử
lý số liệu gói
Cần lắp thêm các
modun xử lý số liệu
gói mới trên nền
mạng chuyển mạch
kênh
Cần thay đổi cơ sở
hạ tầng nhiều mạng
hơn
Cơ sở hạ tầng hiện
có kết nối vào
mạng mới
Nền tảng
công nghệ
Công nghệ
GSM TDMS
hiện có
Nền GSM TDMA
bổ xung phần xử lý
dữ liệu gói
Cần sửa đổi nền
tảng GSM TDMA
Cơ sở hạ tầng
CDMA mới
Bảng 1.2 : Các hệ thống thông tin di động từ GSM lên 3G


13

1.1.3.1 Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD ( High Speed
Circuit Switched Data )

HSCSD là phương thức đơn giản nhất để nâng cao tốc độ. Thay vì một
khe thời gian, một trạm di động có thể sử dụng một số khe thời gian để kết
nối dữ liệu. Trong các ứng dụng thương mại hiện nay, thông thường sử dụng
tối đa 4 khe thời gian, 1 khe thời gian có thể sử dụng hoặc tốc độ 9,6 kbit/s
hoặc tốc độ 14,4 kbit/s. Đây là cách không tốn kém nhằm t
ăng dung lượng dữ
liệu chỉ bằng cách nâng cấp phần mềm của mạng (dĩ nhiên là các máy tương
thích HSCSD). Nhưng nhược điểm lớn nhất của nó là cách sử dụng tài
nguyên vô tuyến. Bởi đây là hình thức chuyển mạch kênh, HSCSD chỉ định
việc sử dụng các khe thời gian một cách liên tục, thậm chí ngay cả khi không
có tín hiệu đường truyền.
1.1.3.2 Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS (General Packet Radio Service)
Giải pháp tiếp theo là GPRS - giố
ng như là giải pháp được nhiều nhà
cung cấp lựa chọn

Hình 1.4 : Kiến trúc mạng GPRS

14
Hệ thống GSM ban đầu được thiết kế để trở kết nối chuyển mạch kênh
tại mức giao diện vô tuyến với tốc độ người dùng lên tới 9,6 kbit/s mức giao
diện các quy định trong giai đoạn 2,5G hiện nay bao gồm cả việc hỗ trợ dịch
vụ kết nối định hướng gói được biết đến là dịch vụ vô tuyến gọi chung GPRS.
Dịch vụ này cố g
ắng tối ưu tài nguyên mạng và vô tuyến. Sự phân chia
nghiêm ngặt giữa các hệ thống con vô tuyến với các hệ thống phụ trợ của
mạng được duy trì cho dù các hệ thống phụ trợ của mạng tương thích với các

thủ tục truy cập vô tuyến GSM. Kết quả là MSC của GSM không bị ảnh
hưởng. Việc phân bổ một kênh vô tuyến GPRS là rất mềm dẻo, giới hạn từ 1-
8 khe thời gian c
ủa giao diện vô tuyến trong một khung TDMA. Khe thời
gian giao diện vô tuyến có thể được chia sẻ linh hoạt giữa các dịch vụ chuyển
mạch kênh và dịch vụ gọi. Tốc độ bit biến đổi từ 9 kbit/s đến 150 kbit/s trên
một người dùng có thể tương tác với mạng IP và X25. Các dịch vụ bản tin
ngắn (SMS). GPRS có thể hoạt động theo kiểu truyền dữ liệu gián đoạn, cũng
như truyền dữ li
ệu liên tục.
Chúng ta xem xét tổng quan kiến trúc logic của GPRS. Hình vẽ 1.4 là
sơ đồ khối minh hoạ cấu trúc một mạng GSM vào giao tiếp giữa các thành
phần của mạng. Các dịch vụ GPRS yêu cầu thêm 2 thành phần của mạng là
nút hỗ trợ GPRS (Serving GPRS Support Node – SGSN). Như tên gọi của nó
đã gợi ý, GGSN hoạt động như là cổng giữa mạng dữ liệu bên ngoài (Packet
Data Network) và mạng GSM hỗ trợ GPRS. GGSN mang thông tin định
tuyến các gói dữ liệu tới SGSN phụ
c vụ một MS cụ thể và nó kết nối với
mạng bên ngoài thông qua điểm chuẩn Gi. Điểm này cũng kết nối được xem
là một điểm chuẩn chứ không phải là một giao diện bởi vì không có thông tin
đặc trưng nào cho GPRS được trao đổi tại điểm này.
SGSN được nối tới các GGSN thuộc mạng di động mặt đất của nó qua
giao diện Gn và nối các GGSN thuộc mạng khác thông qua giao diện Gp. Hai

15
giao diện này rất giống nhau, nhưng Gp hỗ trợ thêm chức năng an ninh cần
thiết cho thông tin giữa các PLMN ( PLMN – Public Land Mobile Network -
Mạng di động mặt đất công cộng) GGSN cũng giao tiếp trực tiếp với bộ đăng
ký địch vị thường trú qua giao diện Gc.
Một SGSN sẽ theo dõi các thông tin định vị và thông tin an ninh kết

hợp với các MS trong vùng phục vụ của nó. Một SGSN giao tiếp với các
GGSN và các SGSN trong cùng 1 mạng PLMN qua giao diện Gn và GGSN
của mạng PLNM khác qua giao diện Gp. Các giao diện cùng thuộ
c giữa 1
SGSN và 1 MSC/VLR (giao diện Gs) và HLR (SMS – IWMSC cho phép
dịch vụ bản tin ngắn của GSM được truyền qua kênh GPRS thay vì trên kênh
SDCCH và SACCH. GPRS hỗ trợ các nút (GGSN và SGCN) của 1 mạng
PLMN kết nối với nhau nhờ sử dụng 1 giao thức internet (IP) dựa trên mạng
xương sống.
GPRS được quan tâm vì là hệ thống chuyển mạch gói, do đó nó không
sử dụng tài nguyên vô tuyến một cách liên tục mà chỉ thực hiện khi có một cái
gì đó để gửi đi. GPRS đặc biệt thích hợp v
ới các dịch vụ phi thời gian thực
như: email, lướt web.
Triển khai hệ thống GPRS thì tốn kém hơn hệ thống HSCSD. Mạng
này cần có các thành phần mới, cũng như cần sửa đổi các thành phần hiện có
nhưng nó được xem là bước đi cần thiết để tiến tới tăng dung lượng và dịch
vụ. Một mạng GSM mà không có khả năng GPRS sẽ không tồn tại lâu trong
tương lai. Ở Việ
t Nam, cả 3 nhà cung cấp GSM là VinaPhone, MobiPhone và
Viettel Mobile cũng đều đã triển khai GPRS và đều được đa số khách hàng
đón nhận và sử dụng. Tuy nhiên, năng lực của nhà cụng cấp còn hạn chế nên
vẫn chưa thể đáp ứng được hết nhu cầu sử dụng dịch vụ của khách hàng. Các
hãng đang ngày càng củng cố và phát triển mạng hơn nữa đáp ứng nhu cầu

16
của khách hàng. Và trong tương lai, thế hệ 3G ra đời với nhiều dịch vụ gia
tăng sẽ làm cho khách hàng có nhiều sự lựa chọn sử dụng dịch vụ.

1.1.3.3. Tốc độ dữ liệu nâng cao cho sự phát triển GSM. (Enhanced Data

Rates for GSM Evolution – EDGE ).
Bước tiếp theo là cải tiến GSM thành tốc độ dữ liệu nâng cao cho sự
phát triển của GSM hay toàn cầu (EDGE), tăng tốc độ dữ liệu lên tới 384
kbit/s với 8 khe thời gian. Thay vì 14,4 kbit/s cho mỗi khe thời gian, EDGE
đạt tới tốc độ 48 kbit/s cho mỗi khe thời gian. Ý tưởng của EDGE là sử dụng
một phương pháp điều chế mới được gọi là 8PSK. EDGE là một phươ
ng thức
nâng cấp hấp dẫn đối với các màng GSM vì nó chỉ yêu cầu một phần mềm
nâng cấp trạm gốc. Nó không thay thế hay nói đúng hơn nó cùng tồn tại với
phương pháp điều chế khoá dịch tối thiểu Gaussian (GMSK) được sử dụng
trong GSM, nên các thuê bao có thể tiếp tục sử dụng máy di động cũ của
mình nếu không cần được cung cấp chất lượng dịch vụ tốt hơ
n. Xét trên khía
cạnh kỹ thuật, cũng cần giữ lại GMSK cũ vì 8PSK chỉ có hiệu quả ở vùng
hẹp, với vùng rộng vẫn cần GMSK. Nếu EDGE được sử dụng cùng sự kết
hợp của EDGE với HSCSD được gọi là ECSD.
W-CDMA thực sự là một dịch vụ vô tuyến băng rộng sử dụng băng
tần 5MHz để đạt tới tốc độ dữ liệu lên tớ
i 2Mbit/s. Hiện tại, cả châu Âu và
Nhật Bản đều đang thử nghiệm, triển khai W-CDMA và công nghệ này đang
tiến triển nhanh trên con đường thương mại hoá. [5]
1.1.4. Từ IS – 95 đến CDMA 2000
CDMA không chuyển sang ngay 3G do thiếu phổ tần trên thị trường
Hoa Kỳ, thị trường Hàn Quốc đã thử nghiệm CDMA 2000 trên phổ tần 3G

17
của mình. Cũng như đối với GSM, Hoa Kỳ và phần còn lại của thế giới có
những con đường rất khác nhau để đi đến 3G.
CDMA 2000 được cấu trúc theo cách để cho phép nhiều mức dịch vụ
3G trên kênh IS – 95 1,25 MHz truyền thống. Các dịch vụ này là CDMA

2000 1xRTT (một thời được gọi là công nghệ truyền dẫn vô tuyến kích thước
kênh IS – 95). Với công suất 3G tối đa, CDMA 2000 sử dụng một kênh 3,75
MHz, lớn gấp ba lần kênh truy
ền thống, gọi là 3xRTT.


Hình 1.5: Cấu trúc hệ thống CDMA 1x EV DO

Hình 1.6: Cấu trúc hệ thống CDMA 2000 1X

18
Hệ thống 1xRTT sử dụng một sơ đồ điều chế hiệu quả hơn để tăng gấp
đôi số lượng thuê bao và tạo ra các kênh dữ liệu lên tới 144 kbit/s. Tốc độ này
đã cho phép nhà cung cấp dịch vụ cho rằng mình đang thực hiện 3G. Trong
thực tế, tốc độ người dùng sẽ ở trong khoảng 50 – 60 kbit/s. Dữ liệu theo sơ
đồ 1xRTT sẽ đựơc chuyển mạch gói để
đảm bảo sử dụng hiệu quả.
Tốc độ lên tới 2,4 Mbit/s có thể đạt được bằng cách triển khai 1xEV-
DO tức là dịch vụ chỉ có dữ liệu không có thoại trên kênh này. Khi 1xEV-DV,
3xRTT là một kênh 3,75MHz trên phổ 5MHz – 1,25MHz còn lại được dùng
cho dải tần bảo vệ trên và dưới. Có một số kịch bản hoạt động cho phổ
10MHz, 15MHz và 20MHz. Hình 1.8 so sánh kích thước kênh và tốc độ chip
của UMTS và CDMA 1x và 3x

Hình 1.7: Cấu trúc hệ thống UMTS

19


Hình 1.8: Băng thông và tốc độ chip của UMTS và cdma 1x, 3xRTT

1.1.5 Nhận xét chung
Rõ ràng là sẽ có không chỉ một con đường đi tới các hệ thống vô tuyến
di động thế hệ thứ ba 3G. Và cũng rõ ràng là IMT – 2000 đã được đông đảo
chấp nhận. Tuy nhiên, tính không tương thích của công nghệ 3G, việc thiếu
phổ tần, thiếu các ứng dụng và thiết bị 3G đặt ra một số vấn đề cần giải quyết.
Từ quan đ
iểm công nghệ, cả W-CDMA và CDMA 2000 đều sử dụng
các kỹ thuật trải phổ rộng. Tuy nhiên, chúng có cấu trúc kênh, mã chip, tốc độ
chip và thủ tục đồng bộ hoá khác nhau. Cần có thời gian để hài hoà các trở
ngại công nghệ này. Để giải quyết được vấn đề phổ trên toàn cầu sẽ tốn kém
và mất thời gian. Cuối cùng, cần có nhiều dịch vụ hơn nữa để thu hút khách
hàng. Chúng ta đã thấy sự phổ
biến của email và tin nhắn đối với PDA và
điện thoại di động. Giờ đây chúng ta cần một loạt các ứng dụng đa phương
tiện đòi hỏi phải có tốc độ dữ liệu của 3G. [9,10]

20
1.2 Quá trình tiến lên hệ thống thông tin di động 3G ở Việt Nam.
1.2.1 Thực tại thị trường thông tin di động ở Việt Nam.
Hiện nay ở Việt Nam, thị trường viễn thông đang có sự phát triển rất
mạnh mẽ đặc biệt là thông tin di động. Các nhà cung cấp đang ngày càng
củng cố và phát triển hệ thống của mình để đáp ứng nhu cầu sử dụng của
khách hàng. Họ đã bỏ tiền củ
a, công sức ra đầu tư vào hệ thống để phục
khách hàng với mục đích kinh doanh và thu lợi nhuận. Thị trường di động ở
nước ta mới được đầu tư mạnh mẽ trong khoảng 10 năm trở lại đây, và số
khách hàng sử dụng điện thoại di động cũng không ngừng tăng lên. Hạ tầng
cơ sở mà mạng thông tin di động đang có thì chủ yếu là mạng GSM (2G)
đã
được nâng cấp lên 2,5G ( do có GPRS ) đang hoạt động tốt, được khách hàng

chấp nhận và sử dụng.
Về mặt kinh tế thì các nhà cung cấp dịch vụ đang trong quá trình thu
hồi vốn và phát sinh lợi nhuận nên họ cũng chưa muốn thay đổi công nghệ để
tiến lên 3G. Vì khi đó họ phải đầu tư mới hoàn toàn vào hệ thống và để rồi lại
có quá trình thu hồi vốn và kiếm lợi nhuận trong khi mạng 2G, 2.5G
đang
hoạt động tốt, vẫn được khách hàng ủng hộ và sử dụng. Như vậy bài toán về
kinh tế cũng khó được giải quyết. Còn về kỹ thuật để tiến lên 3G là không
khó quan trọng là khách hàng sẽ đón nhận nó như thế nào. Thực tế ở nước ta
hiện nay đã có 3 nhà cung cấp dịch điện thoại di động thế hệ ba 3G sử dụng
công nghệ CDMA là EVN Telecom, S-Fone Telecom, Hanoi Telecom ( HT
Mobile ) cũng ch
ưa được khách hàng quan tâm sử dụng nhiều lắm do nó chưa
chứng tỏ được tính năng vượt trội của mình so với thế hệ GSM đang được sử
dụng rộng rãi.
Tính riêng ở Việt Nam hiện có khoảng 23 triệu thuê bao điện thoại di
động cho cả 6 nhà cung cấp trong số này thì đa phần người sử dụng chỉ cần

21
liên lạc được với nhau với chất lượng thoại và tin nhắn tốt là đủ. Để đáp ứng
nhu cầu này của khách hàng thì mạng GSM đang thực hiện khá tốt và các nhà
cung cấp GSM cũng không ngừng củng cố và phát triển hệ thống của mình.
Trong thời gian đi thực tập tốt nghiệp em đã có cơ hội được đến thực tập tại
Công ty Điện thoại di dộng Viettel Mobile, em đã th
ấy rằng công ty đang có
chiến lược mở rộng vùng phủ sóng của mình tới nhiều nơi như vùng sâu vùng
xa, biên giới, hải đảo và đã sang tham gia khai thác thị trường di động ở các
nước Campuchia, Lào. Số trạm BTS mới được lắp đặt rất nhiều, chất lượng
phục vụ đối với khách hàng ngày càng được nâng cao. Như vậy cho thấy rằng
nhu cầu của khách hàng đối với GSM vẫn đang còn rất m

ạnh mẽ. Và trong
tổng số thuê bao di động thì số khách hàng có nhu cầu sử dụng các dịch vụ
gia tăng cần đến băng thông rộng như: truy cập Internet tốc độ cao, Video
clip, truyền dữ liệu tốc độ cao… chiếm tỉ lệ không cao. Cũng chính vì không
thể phục vụ cho một số ít khách hàng mà nhà cung cấp phải thay đổi công
nghệ của mình được.
Để tiến lên 3G thì đối với nhà cung cấp dịch vụ phải thay
đổi công
nghệ, phải bỏ tiền ra để đầu tư mua sắm thiết bị mới cho hệ thống của mình.
Còn đối với người sử dụng là khách hàng cũng phải thay đổi thói quen sử
dụng, phải mua mới thiết bị đầu cuối (là chiếc điện thoại di động thế hệ 3G)
cho phù hợp với công nghệ mới. Điều này có lẽ là khó khăn nhất, để thay đổ
i
thói quen và chấp nhận mạng mới thì cũng cần khoảng thời gian không phải
là ngắn.
Tuy rằng, thế hệ 3G là bước phát triển tất yếu của hệ thống thông tin di động,
3G ra đời hứa hẹn nhiều tính năng vượt trội nhưng chưa thể nói là hoàn toàn
tốt hơn thế hệ 2G (về phía khách hàng). Và điều này cũng cần phải có thời
gian mới chứng minh được.

22
1.2.2 Hướng phát triển và khả năng ứng dụng hệ thống thông tin di động
3G ở Việt Nam
Sự phát triển nhanh chóng của xã hội, của công nghệ thông tin, kéo
theo nhu cầu trao đổi thông tin của con người phát triển theo, do vậy mà tiến
lên 3G là tất yếu và Việt Nam không phải là ngoại lệ. Việt Nam phải phát
triển để tiến kịp với thế giới nhất là trong thời đại ngày nay - thời đại toàn cầu
hoá.
Thực tế
là ở Việt Nam chúng ta mới chỉ tiếp thu nắm bắt công nghệ để

sử dụng và khai thác các thiết bị viễn thông. Nền khoa học kỹ thuật của ta
không cho phép ta có thể sản xuất thiết bị riêng được. Gần như 100% công
nghệ và các thiết bị dùng trong ngành viễn thông đặc biệt là những thiết bị
dùng trong thông tin di động ta phải nhập của các hãng nước ngoài. Khi mà
các nhà cung cấp thiết bị thay đổi công nghệ thì ta bắt buộ
c phải thay đổi theo
để tiến kịp với bước phát triển của thế giới vì nếu không ta sẽ không có thiết
bị máy móc để dùng rồi sẽ dẫn đến lạc hậu. Do vậy phải biết nắm bắt thời cơ,
có kế hoạch chi tiết thì ta mới có thể chủ động trong mọi tình huống. Và đây
chính là mục tiêu của ngành Viễn thông trong quá trình hội nhập và phát triển.







23
Kết luận chương 1
Chương 1 của đồ án đã giới thiệu sâu về các vấn đề cơ bản sau đây :
• Quá trình lịch sử hình thành và phát triển của thông tin di động trên
thế giới qua từng giai đoạn.
• Đánh giá, so sánh sự khác biệt và ưu khuyết điểm của các công nghệ
FDMA, TDMA, CDMA sử dụng cho các thế hệ 1G, 2G và 3G.
• Một vài nhận xét về thị trường di động ở nước ta hiện nay và khả

năng tiến lên 3G trong tương la.i
Những nội dung trên là cơ sở để tìm hiểu về mạng thông tin di động thế hệ
thứ ba (3G) W-CDMA, kỹ thuật trải phổ trong W- CDMA, điều khiển công
suất trong W-CDMA, sẽ được trình bày trong chương 2.

24
CHƯƠNG 2: MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ
HỆ THỨ BA (3G) W-CDMA

Qua việc tìm hiểu và nghiên cứu quá trình lịch sử hình thành và phát
triển của thông tin di động ở chương 1 thì chương 2 của đồ án giới thiệu về hệ
thống thông tin di động thế hệ ba (3G) W-CDMA trong đó nêu lên những kỹ
thuật cơ bản và công nghệ then chốt sử dụng trong W-CDMA.
2.1 Giới thiệu chung về hệ thống thông tin di động 3G
2.1.1 Mục tiêu của IMT-2000
Những nỗ lực trong nghiên cứu và phát triển đã được th
ực hiện cho
IMT-2000 với mục đích cung cấp các dịch vụ đa phương tiện có chất lượng
cao, tốc độ cao, khai thác một dải rộng các nội dung bao gồm thoại, số liệu và
video trong môi trường di động. Hệ thống IMT-2000 có các mục tiêu sau:
• Các dịch vụ thông tin cá nhân nhờ nâng cao hiệu suất phổ (cá nhân
hoá)
• Các dịch vụ thông tin xuyên suốt toàn cầu (toàn cầu hoá)
• Các dịch vụ đa phương tiệ
n qua hệ thống truyền dẫn có tốc độ và

chất lượng cao (đa phương tiện)
Việc sử dụng băng thông rộng hơn cho phép truyền với tốc độ cao một
dung lượng lớn số liệu, hình ảnh tĩnh và video bên cạnh các kết nối thoại.
Liên minh viễn thông Châu Âu (ITU) đã đặt ra các yêu cầu đối với hệ
thống truyền dẫn vô tuyến IMT-2000 để cung cấp các dịch vụ đ
a phương tiện
trong nhiều môi trường khác nhau như mô tả trong bảng 1.2. Tốc độ truyền

25
yêu cầu là 144 kbit/s trong môi trường di chuyển tốc độ cao, 384 kbit/s khi di
chuyển ở các tốc độ thấp và 2Mbit/s trong môi trường trong nhà.
Bảng 2.1: Các yêu cầu đối với hệ thống truyền dẫn vô tuyến IMT-2000
Trong nhà Người đi bộ Trong xe ô tô
Tốc độ truyền (kbit/s ) 2048 384 144
Hình 2.1 thể hiện các dịch vụ đa phương tiện trong thông tin di động do
IMT-2000 cung cấp trong các lĩnh vực kinh doanh, công cộng và cá nhân.
Một chiếc điện thoại di động có thể thay thế cho nhiều cho nhiều loại giấy tờ
tùy thân hay là nó giúp cho việc thanh toán, giao dịch, giải trí... đó đều là
những tính năng vượt trội mà 3G sẽ mang lại.

Hình 2.1: Các dịch vụ đa phương tiện trong thông tin di động