Quá trình phát triển lên 3g và hệ thống truy nhập vô tuyến UTMS

QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
1. Sự ra đời và phát triển của hệ thống thông tin đi động

6

1.2 Vài nét chính về các hệ thống thông tin đi động

8

1.2.1 Thế hệ 1G

8

1.2.2 Thế hệ 2G

8

1.2.3 Thế hệ 2,5 G

9

1.2.4 Thế hệ 2.75 G

12

1.2.5 Thế hệ 3G

13

1.2.6 Thế hệ 4G

14

1.3 Sự phát triển của các phương pháp đa truy nhập

17

1.3.1 FDMA

18

1.3.2 TDMA

19

1.3.3

20

CDMA

CHƯƠNG 2 : HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS
2.1 Những yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3

21

2.1.1 Những yêu cầu chung

21

2.1.2 Các tiêu chuẩn xây dựng IMT_2000

22

2.2

25

Nguyên lý CDMA

1


QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

2.2.1 Nguyên lý trải phổ CDMA

25

2.2.2 kỹ thuật trải phổ và giải trải phổ

27

2.2.3 Kỹ thuật đa truy nhập CDMA

28

2.3.4 Cấu trúc sell

30

3.1

31

Cấu trúc hê thống vô tuyến UMTS

3.1.1 Node _B

33

3.1.2 RNC

33

3.1.3 Các giao diện mở cơ bản của UMTS

34

3.2 Các chức năng trong quản lý tài nguyên vô tuyến

34

3.2.1 giới thiệu về quản lý tài nguyên vô tuyến WCDMA

35

3.2.2 Chuyển giao trong cùng tần số

36

3.2.3 Chuyển giao giữa các hệ thống WCDMA và GSM

38

3.2.4 Chuyển giao giữa các tần số trong WCDMA

39

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG QUY HOẠCH CHO MẠNG VINAPHONE
4.Hướng phát triển ứng dụng triển khai WCDMA cho mạng vinaphone

41

4.1 Hiện trạng và các dịch vụ dữu liệu trong mạng vinaphone

41

4.2 Hướng triển khai WCDMA UMTS cho vinaphone

43

KẾT LUẬN ĐẾ TÀI

47

2

QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. Các công nghệ đa truy nhập

19

Hình 2. Mô hình mạng IMT_2000

25

Hình 3. Quá trình trải phổ và giải trải phổ

24

Hình 4. Các công nghệ đa truy nhập

28

Hình 5. Nguyên lý của đa truy nhập

29

Hình 6 .Cấu trúc sell

31

Hình 7. Cấu trúc tổng thể hệ thống UMTS/GSM

31

Hình 8. Các vị trí điển hình của các chức năng RRM trong mạng

36

Hình 9. So sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm

37

Hình 10. chuyển giao giữa các hệ thống GMS và WCDMA

38

Hình 11. Thủ tục chuyển giao giữa các hệ thống

39

Hình 12. Thủ tục chuyển giao giữa các tần số

40

3


QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

MỞ DẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Thông tin liên lạc là một nhu cầu của bất kỳ một xã hội phát triển nào. Để

đáp ứng nhu cầu liên lạc ngày càng cao của xã hội, thông tin di động đã được
nghiên cứu và phát triển từ rất sớm, bắt đầu với các hệ thống thông tin di động
sử dụng công nghệ analog, cho đến nay các mạng di động sử dụng công nghệ số
đang được ứng dụng rộng rãi và phát triển vô cùng mạnh mẽ. Một xu hướng rõ
nét trong lĩnh vực thông tin di động hiện nay là các nhà cung cấp dịch vụ ngoài
việc mở rộng dung lượng khai thác hiện có thì việc áp dụng nghiên cứu cũng
như xác định lộ trình phát triển công nghệ để tăng cường khả năng cung cấp đa
dịch vụ tốt hơn đến khách hàng ngày càng được quan tâm nhiều hơn. Trong đó
3G - Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 chính là giải pháp công nghệ tiên tiến
đang được các nhà khai thác mạng triển khai.
Tại Việt Nam, trải qua hơn hai thập kỷ phát triển, cho đến nay cả nước đã
có 7 nhà khai thác dịch vụ thông tin di động sử dụng công nghệ GSM và
CDMA. Điều đó minh chứng cho cho sự phát triển không ngừng của hạ tầng
mạng thông tin di động trong nước trong xu thể hội nhập và thể hiện sự cạnh
tranh khốc liệt trong lĩnh vực này. Thực tế phát triển thị trường tại Việt Nam
cho thấy, đến nay các mạng di động sử dụng công nghệ GSM đang chiếm ưu
thế tuyệt đối về số lượng khách hàng với 56,5 triệu thuê bao trên tổng số 63,5
triệu thuê bao di động (số liệu của Tạp chí Khoa học kỹ thuật và kinh tế Bưu
điện). Với số lượng thuê bao phát triển lớn mạnh như vậy trong thời gian qua
cùng với việc cạnh tranh khốc liệt giữa các nhà khai thác dịch vụ thông tin di
động thì hạ tầng mạng thông tin di động 2G & 2,5G đã được khai thác tối đa
cho các dịch vụ truyền thống. Do vậy để có hạ tầng mạng thích hợp cung
4


QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

cấp các dịch vụ trên nền IP/Internet, các dịch vụ truyền thông đa phương
tiện multimedia, các dịch vụ gia tăng mới, các dịch vụ hội tụ Di động-Cố
định,… nhất là dịch vụ truyền tiếng nói dưới dạng gói VoIP và đủ điều kiện

cho phép hạ giá thành cung cấp các dịch vụ này nhằm tăng tính cạnh tranh
với các doanh nghiệp viễn thông khác thì bắt buộc cần phải có những bước
chuyển đổi, phát triển, nâng cấp hạ tầng đối với mạng di động hiện tại là điều
tất yếu và hết sức cấp thiết.
Đề tài “Quá trình phát triển lên 3G và hệ thống truy nhập vô tuyến
UMTS ” sẽ đáp ứng được nhu cầu thiết thực trong phát triển mạng di động, nó
tác động trực tiếp đến thương hiệu, uy tín, năng lực cạnh tranh của doanh
nghiệp
Dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Trung Thành, trong thời gian làm
báo cáo thực tập tốt nghiệp, em đã tìm hiều về “Quá trình phát triển lên 3G và
hệ thống truy nhập vô tuyến UTMS ” với mục đích là tìm hiểu về các giải
pháp kĩ thuật mà các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đã sử dụng trong quá
trình tiến lên 3G.
Mặc dù đã rất cố gắng tìm tòi và học hỏi nhưng vẫn không thể tránh khỏi
những thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của
thầy cô và các bạn. em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy
Nguyễn Trung Thành đã giúp em hoàn thành.

Hà Nội, tháng 11.2011
Sinh viên

5


QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

Chương 1.

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
1. Sự ra đời và phát triển của các hệ thống thông tin di động

Để hiểu thế nào là công nghệ 3G, hãy xét qua đôi nét về lịch sử phát triển
của các hệ thống điện thoại di động. Mặc dù các hệ thống thông tin di động thử
nghiệm đầu tiên đựơc sử dụng vào những năm 1930 - 1940 trong trong các sở
cảnh sát Hoa Kỳ nhưng các hệ thống điện thoại di động thương 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 tương tự và người ta gọi các hệ thống
điện thoại kể trên là các hệ thống 1G.
Khi số lượng các thuê bao trong mạng tăng lên, người ta thấy cần phải có
biện pháp nâng cao dung lượng của mạng, chất lượng các cuộc đàm thoại cũng
như cung cấp thêm một số dịch vụ bổ sung cho mạng. Để giải quyết vấn đề này
người ta đã nghĩ đến việc số hoá các hệ thống điện thoại di động, và điều này
dẫn
Do có nhận thức rõ về tầm quan trọng của các hệ thống thông tin di động
mà ở châu Âu, ngay khi quá trình tiêu chuẩn hoá GSM chưa kết thúc người ta
đã tiến hành dự án nghiên cứu RACE 1043 với mục đích chính là xác định các
dịch vụ và công nghệ cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 cho năm
2000. Hệ thống 3G của châu Âu được gọi là UMTS. Những người thực hiện dự
án mong muốn rằng hệ thống UMTS trong tương lai sẽ được phát triển từ các
hệ thống GSM hiện tại. Ngoài ra người ta còn có một mong muốn rất lớn là hệ
thống UMTS sẽ có khả năng kết hợp nhiều mạng khác nhau như PMR, MSS,
6


QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

WLAN… thành một mạng thống nhất có khả năng hỗ trợ các dịch vụ số liệu tốc
độ cao và quan trọng hơn đây sẽ là một mạng hướng dịch vụ.
Song song với châu Âu, Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU –
International Telecommunications UNI0N) cũng đã thành lập một nhóm nghiên
cứu để nghiên cứu về các hệ thống thông tin di động thế hệ 3, nhóm nghiên cứu

TG8/1. Nhóm nghiên cứu đặt tên cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3
của mình là Hệ thống Thông tin Di động Mặt đất Tương lai (FPLMTS – Future
Public Land Mobile Telecommunications System). Sau này, nhóm nghiên cứu
đổi tên hệ thống thông tin di động của mình thành Hệ thống Thông tin Di động
Toàn

cầu

cho

năm

2000

(IMT-2000

–

International

Mobile

Telecommunications for the year 2000).
Đương nhiên là các nhà phát triển UMTS (châu Âu) mong muốn ITU
chấp nhận toàn bộ những đề xuất của mình và sử dụng hệ thống UMTS làm cơ
sở cho hệ thống IMT-2000. Tuy nhiên vấn đề không phải đơn giản như vậy, đã
có tới 16 đề xuất cho hệ thống thông tin di động IMT-2000 (bao gồm 10 đề xuất
cho các hệ thống mặt đất và 6 đề xuất cho các hệ thống vệ tinh). Dựa trên đặc
điểm của các đề xuất, ITU đã phân các đề xuất thành 5 nhóm chính:
• IMT DS (trải phổ dãy trực tiếp): Người ta thường gọi các hệ thống

này là UTRA FDD và WCDMA. Trong đó UTRA là từ viết tắt của
UMTS Terrestrial Radio Access.
• IMT MC (nhiều sóng mang): Đây là phiên bản 3G của hệ thống

IS-95 (hiện nay gọi là cdmaOne)
• IMT TC (mã thời gian): Về thực chất đây là UTRA TDD, nghĩa là

hệ thống UTRA sử dụng phương pháp song công phân chia theo
thời gian.
7


QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

• IMT SC (một sóng mang): Các hệ thống thuộc nhóm này được

phát triển từ các hệ thống GSM hiện có lên GSM 2+ (được gọi là
EDGE).
• IMT FT (thời gian tần số): Đây là hệ thống các thiết bị kéo dài thuê

bao số ở châu Âu.
1.2 Vài nét chính về các hệ thống thông tin di động
1.2.1 Thế hệ 1G (The first gerneration)
Thông tin di động được ứng dụng cho nghiệp vụ cảnh sát từ những năm
20 ở băng tần 2 MHz. Sau thế chiến thứ 2 mới xuất hiện thông tin di động điện
thoại dân dụng (1939- 1945) với kĩ thuật FM ở băng 150 MHz. Năm 1948, một
hệ thống thông tin di động hoàn toàn tự động đầu tiên ra đời ở Richmond –
Indian. Từ những năm 60, kênh thông tin di động có dải tần 30 KHz với kĩ
thuật FM ở băng tần 450 Mhz đưa ra hiệu suất sử dụng phổ tần tăng gấp 4 lần

so với cuối thế chiến thứ 2.
Quan niệm về Cellular bắt đầu từ cuối những năm 40 với Bell thay thế
cho mô hình quảng bá với máy phát công suất lớn và anten đặt cao, là những
cell có diện tích bé có máy phát BTS công suất nhỏ, khi các cell ở cách nhau đủ
xa thì có thể sử dụng lại tần số. Tháng 12.1971 đưa ra hệ thống cellular kĩ thuật
tương tự, sử dụng phương pháp điều tần FM, dải tần 850 MHz. Tương ứng là
sản phẩm thương nghiệp AMPS với tiêu chuẩn do AT và MOTOROLAR của
Mỹ đề xuất sử dụng vào năm 1983. Đầu những năm 90 thế hệ đầu tiên của
thông tin di động tế bào bao gồm hàng loạt các hệ thống ở các nước khác nhau
như: TACS, NMTS, NAMTS, C, … Tuy nhiên các hệ thống này không thoả
mãn được nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng mà trước hết là về mặt
dung lượng. Mặt khác các tiêu chuẩn hệ thống không tương thích nhau làm cho
8


QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

sự chuyển giao không đủ rộng như mong muốn, việc liên lạc ngoài biên giới là
không thể. Những vấn đề trên đặt ra cho thế hệ 2 thông tin di động tế bào phải
lựa chọn giải pháp kĩ thuật: kĩ thuật tương tự hay kĩ thuật số. Các tổ chức tiêu
chuẩn hoá đa số đều lựa chọn kĩ thuật số.
Một trong những tiêu chuẩn là NMT (Nordic Mobile Telephone), được
sử dụng ở các nước Bắc Âu, Thụy Sĩ, Hà Lan, Đông Âu và Nga. Những tiêu
Tham
số khác bao gồm AMPS
TSCS/ETACS
900 được sử
NMT
450ở
chuẩn

AMPS (Advanced
Mobile PhoneNMT
System)
dụng

Hoa Kỳ và Australia , TACS (Total Access Communications System) ở Anh

Băng tần phát

8000 MHz

9000 MHz

9000 MHz

450-470

Quốc, C-450 tại Tây Đức, Bồ Đào Nha và Nam Phi, Radiocom 2000 ở Pháp ,

MHz

và RTMI
Italy . Ba30tiêu
chuẩn, TZ-801,
TZ-803
phát triển
Khoảng
cáchởkênh
KHz
25 KHzTZ-802, và25/12,5

KHzđược 25/10
bởi NTT, trong khi một hệ thống cạnh tranh do DDI sử dụng tiêu chuẩn JTACS
KHz
Khoảng
cách
.
Song công

5 MHz

45 MHz

45 MHz

10

MHz
Số kênh

832

920

FM

FM

1000 (1999)

180/225

Loại điều chế
Độ lệch đỉnh

12 KHz

Thiết bị nến dãn

2:1 Syllabic

FM

9,5 KHz

4,7 KHz

2:1 Syllabic

Kế hoạch cell Tới PSTN 4,7,12

4,7,12

Điều chế kênhhoặc các
FSK
mạng khác

FSK

2:1 Syllabic
7,9,12
Tới PSTN

FFSK
hoặc các
mạng khác

FM
4,7 KHz
Không
7
FFSK

Tuyến
kết
1.1 Bảng so sánh các tiêu
chuẩBảng
so sánh các thông số giữa các hệ
ĐộBảng
lệch kênh
nối
MSC#
MSC#
thống
analog 3,5 2KHz
1
điều khiển
8 KHz
6,4 KHz
3,5 KHz
Mã kênh điều khiển

Manchester

Manchester

NRZ

NRZ

Dung lượng

1.2.2
Thế hệ 2G (Second-Generation
wireless telephone
điều
khiển
77000
62000
13000technology)13000
Tốc độ truyền dẫn

10 Kb/s

8 Kb/s

Bí mật thoại

có thể

có thể

Cell

Dịch vụ chuyển A
vùng ngoài hệ thống

có

Cell B

có

...

1,2 Kb/s

1,2 Kb/s

không

không 9

có

bị giới


QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

2G (hoặc 2-G) là viết tắt của mạng điện thoại di động thế hệ thứ 2. Mạng
viễn thông di động thế hệ thứ hai 2G đã được phát động rộng rãi trên chuẩn
GSM ở Phần Lan bởi công ty Radiolinja (nay là một phần của tổng công ty
Elisa) vào năm 1991.

Hệ thống thông tin di động tế bào thế hệ thứ 2 có 3 tiêu chuẩn chính:
GMS, IS – 54 (bao gồm cả tiêu chuẩn AMPS), JDC.
Tuy nhiên các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 cũng tồn tại một số
nhược điểm như sau: Độ rộng thông băng tần của hệ thống bị hạn chế nên việc
ứng dụng các dịch vụ dữ liệu bị hạn chế, không thể đáp ứng được các nhu cầu
phát triển cho các dịch vụ thông tin di động đa phương tiện cho tương lai, đồng
thời tiêu chuẩn cho các hệ thống thế hệ 2 là không thống nhất do Mỹ và Nhật sử
dụng TDMA băng hẹp còn ở châu Âu sử dụng TDMA băng rộng nhưng cả 2 hệ
thống này có thể coi như là sự tổ hợp của FDMA và TDMA vì người sử dụng
thực tế đều được ấn định cả về tần số và các khe thời gian trong băng tần. Do đó
việc thực hiện chuyển mạng toàn cầu gặp phải nhiều khó khăn.
Các tiêu chuẩn 2G chính là:
• GSM (TDMA-based): Ban đầu từ châu Âu nhưng nay sử dụng

trong hầu như tất cả các nước trên tất cả sáu lục địa có người ở.
Hiện nay đã chiếm trên 80% tổng số của tất cả các thuê bao trên
toàn thế giới. Hơn 60 nhà khai thác mạng GSM cũng sử dụng
CDMA2000 trong băng tần 450 MHZ (CDMA450).
• IS-95 (cdmaOne): Được sử dụng ở châu Mỹ và một phần của châu

Á. Hiện nay đã chiếm khoảng 17% của tất cả các thuê bao trên
toàn cầu.
• PDC (TDMA-based): Được sử dụng độc quyền tại Nhật Bản
10


QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

• IDEN (TDMA-based): Mạng được sử dụng bởi Nextel tại Hoa Kỳ

và Telus Mobility ở Canada
• IS-136 (D-AMPS): Đã từng phổ biến ở châu Mỹ nhưng hầu hết đã

chuyển sang dung GSM.
Các dịch vụ 2G thường được gọi là dịch vụ truyền thông cá nhân, hoặc
PCS ở Hoa Kỳ.
Các hệ thống 2G có những ưu điểm sau:
• Sử dụng tín hiệu kỹ thuật số giữa các thiết bị cầm tay và tháp tăng

tăng dung lượng mạng theo hai cách chính:
• Tín hiệu thoại được số hoá có thể được nén và ghép hiệu quả hơn

nhiều so với mã hóa giọng nói tương tự thông qua việc sử dụng các
mã , từ đó với cùng 1 băng thông ta thực hiện được số cuộc gọi
nhiều hơn .
• Các hệ thống kỹ thuật số được thiết kế để tốn ít năng lượng từ

thiết bị cầm tay. Điều này có nghĩa rằng các tế bào có thể được nhỏ
hơn,có nhiều tế bào hơn có thể được đặt trong cùng một khoảng
không gian. Điều này cũng được thực hiện bằng các tháp di động
và thiết bị thu phát ít tốn kém hơn.
• Các tín hiệu radio đòi hỏi hỗ trợ năng lượng thấp hơn nên tốn ít

năng lượng pin hơn, do đó, cuộc gọi kéo dài hơn với mỗi lần sạc,
và pin có thể được nhỏ hơn.
• Tiếng nói được mã hóa kỹ thuật số cho phép kiểm tra lỗi từ đó có

thể làm tăng chất lượng âm thanh bằng cách tăng phạm vi hoạt
động và giảm tiếng ồn.
11

QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

• Các thiết bị phát điện năng thấp hơn đã giúp giảm các mối lo về

sức khỏe.
• Sự phát triển của các thiết bị kỹ thuật số, cho phép việc giới thiệu

các dịch vụ dữ liệu kỹ thuật số, chẳng hạn như SMS và email .
• Hạn chế nhiều gian lận mà các hệ thống tương tự nó đã có thể có

hai hoặc nhiều thiết bị cầm tay mà có cùng số điện thoại.
• Tăng cường bảo mật. Một lợi thế quan trọng kỹ thuật số không

thường xuyên được đề cập là các cuộc gọi di động kỹ thuật số khó
khăn hơn để nghe trộm do sử dụng máy quét radio . Trong khi các
thuật toán bảo mật được sử dụng ở thế hệ 1G đã chứng minh
không được an toàn như ban đầu được quảng cáo, điện thoại 2G có
tính bảo mật cao hơn so với 1G điện thoại do có bảo vệ chống lại
nghe trộm.
Bên cạnh đó nó cũng có không ít khuyết điểm cần khắc phục:
• Trong ít hơn các khu vực đông dân cư, các tín hiệu kỹ thuật số yếu

có thể không đủ để đến được một tháp di động. Điều này là do các
hệ thống 2G có xu hướng triển khai trên tần số cao hơn l à triển
khai trên tần số thấp.
• Tín hiệu tương tự có một đường cong phân rã mịn, trong khi tín

hiệu số là những bậc lởm chởm. Điều này vừa là một lợi thế vừa

và một bất lợi. Trong điều kiện tốt, kỹ thuật số sẽ âm thanh tốt
hơn. Theo điều kiện tồi tệ hơn, kỹ thuật tương tự sẽ ổn định hơn,
trong khi kỹ thuật số thường xuyên mất tín hiệu hoàn toàn.

12


QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

• Trên điện thoại di động kỹ thuật số sẽ nghe kém giai âm giọng nói

của ai đó khi nói chuyện, nhưng sẽ nghe thấy nó rõ ràng hơn.
1.2.3 Thế hệ 2,5G
2.5G là bước đà giữa công nghệ di động không dây 2G và 3G. Thuật ngữ
"Thế hệ thứ hai và một nửa" được dùng để mô tả các hệ thống 2G đã triển khai
thực hiện phát các thông tin thành các gói dữ liệu.
Bước quan trọng đầu tiên trong sự phát triển của các mạng GSM sang 3G
là sự ra đời dịch vụ chuyển mạch gói vô tuyến chung GPRS (Gerneral
Packet Radio Service).
Tương tự như các mạng CDMA2000 phát triển thông qua từ nền tảng
mạng 1xRTT.
 Vì vậy, các dịch vụ di động 2G kết hợp với khả năng truyền tải dữ
liệu nâng cao được gọi là "2.5G”.
GPRS có thể cung cấp tốc độ dữ liệu từ 56 kbit/s đến 114 kbit/s. Nó có
thể được sử dụng cho các dịch vụ như truy cập giao thức ứng dụng không dây
(WAP), dịch vụ tin nhắn đa phương tiện (MMS), và cho các dịch vụ thông tin
liên lạc Internet như email và truy cập World Wide Web. Truyền dữ liệu GPRS
thường được tính theo từng megabyte truyền tải được, trong khi dữ liệu liên lạc
thông qua chuyển mạch truyền thống được tính theo từng phút kết nối, bất kể
người dùng thực sự là sử dụng dung lượng hay đang trong tình trạng chờ.

1xRTT hỗ trợ hai hướng (lên và downlink) tốc độ dữ liệu lớn nhất lên
đến 153,6 kbps, cung cấp một thông lượng dữ liệu cho người dùng trung bình là
80-100 kbps trong các mạng thương mại. Nó cũng có thể được sử dụng cho
WAP, SMS và MMS, cũng như truy cập Internet.
13


QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

1.2.4 Thế hệ 2.75G
Phát triển mạng GPRS lên mạng EDGE với việc sử dụng bộ mã hoá
8PSK. EDGE đã được triển khai trên các mạng GSM bắt đầu từ năm 2003-đầu
bởi công ty Cingular (nay là AT & T) tại Hoa Kỳ, cho phép cải thiện tốc độ
truyền dữ liệu trên một phần mở rộng của chuẩn GSM.
EDGE được chuẩn hóa bởi 3GPP như một phần của gia đình GSM, và nó
là một sự nâng cấp mà tốc độ gấp ba lần mạng GPRS. Các dữ liệu đạt được tốc
độ truyền cao hơn (lên đến 236,8 kbit / s) bằng cách chuyển sang phương pháp
mã hóa tinh vi (8PSK), trong khe thời gian GSM hiện tại .
1.2.5 Thế hệ 3G
3G là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3
(Third Generation). Đã có rất nhiều người nhầm lẫn một cách vô ý hoặc hữu ý
giữa hai khái niệm 3G và UMTS (Universal Mobile Telecommunications
Systems).
Công nghệ 3G được nhắc đến như là một chuẩn IMT-2000 của Tổ chức
Viễn thông Thế giới (ITU). Lúc đầu 3G được dự kiến là một chuẩn thống nhất
trên thế giới, nhưng trên thực tế, thế giới 3G đã bị chia thành 4 phần:


UMTS (W-CDMA)

UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), dựa trên công
nghệ truy cập vô tuyến W-CDMA, là giải pháp nói chung thích hợp với các nhà
khai thác dịch vụ di động (Mobile network operator) sử dung GSM, tập trung
chủ yếu ở châu Âu và một phần châu Á (trong đó có Việt Nam). UMTS được
tiêu chuẩn hóa bởi tổ chức 3GPP, cũng là tổ chức chịu trách nhiệm định nghĩa
chuẩn cho GSM, GPRS và EDGE.
14


QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

FOMA, thực hiện bởi công ty viễn thông NTT DoCoMo Nhật Bản năm
2001, được coi như là một dịch vụ thương mại 3G đầu tiên. Tuy nhiên, tuy là
dựa trên công nghệ W-CDMA, công nghệ này vẫn không tương thích với
UMTS (mặc dù có các bước tiếp hiện thời để thay đổi lại tình thế này).


CDMA 2000

Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, là thế hệ kế tiếp của các
chuẩn 2G CDMA và IS-95. Các đề xuất của CDMA2000 nằm bên ngoài khuôn
khổ GSM tại Mỹ, Nhật Bản và Hàn Quốc. CDMA2000 được quản lý bởi
3GPP2, là tổ chức độc lập với 3GPP. Có nhiều công nghệ truyền thông khác
nhau được sử dụng trong CDMA2000 bao gồm 1xRTT, CDMA2000-1xEV-DO
và 1xEV-DV.
CDMA 2000 cung cấp tốc độ dữ liêu từ 144 kbit/s tới trên 3 Mbit/s.
Chuẩn này đã được chấp nhận bởi ITU.
Người ta cho rằng sự ra đời thành công nhất của mạng CDMA-2000 là
tại KDDI của Nhận Bản, dưới thương hiệu AU với hơn 20 triệu thuê bao 3G.
Kể từ năm 2003, KDDI đã nâng cấp từ mạng CDMA2000-1x lên mạng

CDMA2000-1xEV-DO (EV-DO) với tốc độ dữ liệu tới 2.4 Mbit/s. Năm 2006,
AU dự kiến nâng cấp mạng lên tốc độ Mbit/s. SK Telecom của Hàn Quốc đã
đưa ra dịch vụ CDMA2000-1x đầu tiên năm 2000, và sau đó là mạng 1xEV-DO
vào tháng 2 năm 2002.


TD-SCDMA

Chuẩn được it biết đến hơn là TD-SCDMA đang được phát triển tại
Trung Quốc bởi các công ty Datang và Siemens. Nó có thể được đưa vào hoạt
động năm 2005.
15


QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS



Wideband CDMA

Hỗ trợ tốc độ giữa 384 kbit/s và 2 Mbit/s. Khi giao thức này được dùng
trong một mạng diện rộng WAN, tốc độ tối đa là 384 kbit/s. Khi nó dùng trong
một mạng cục bộ LAN, tốc độ tối đa là 1,8 Mbit/s. Chuẩn này cũng được công
nhận bởi ITU.
Bắt đầu từ những năm cuối của thập niên 90 hệ thống thông tin di động
thế hệ thứ 3 ra đời bằng kĩ thuật đa truy nhập CDMA và TDMA cải tiến. Lí
thuyết về CDMA đã được xây dựng từ những năm 1950 và được áp dụng trong
thông tin quân sự từ những năm 1960. Cùng với sự phát triển của công nghệ
bán dẫn và lý thuythông tin trong những năm 1980, CDMA đã được thương
mại hoá từ phương pháp thu GPRS và Ommi – Tracks, phương pháp này đã

được đề xuất trong hệ thống tổ ong của QUALCOM - Mỹ vào năm 1990.
Trong thông tin CDMA thì nhiều người sử dụng chung thời gian và tần
số, mã tạp âm giả ngẫu nhiên PN với sự tương quan chéo thấp được ấn định cho
mỗi người sử dụng. Người sử dụng truyền tín hiệu nhờ trải phổ tín hiệu truyền
có sử dụng mã PN đã ấn định. Đầu thu tạo ra dãy mã giả ngẫu nhiên như ở máy
phát và khôi phục lại tín hiệu dự định nhờ việc trải phổ ngược các tín hiệu đồng
bộ thu được.
So với 2 hệ thống thông tin di động thứ nhất và thứ 2 thì hệ thống thông
tin di động thế hệ thứ 3 là hệ thống đa dịch vụ và đa phương tiện được phủ khắp
toàn cầu. Một trong những đặc điểm của nó là có thể chuyển mạng, hoạt động ở
mọi lúc mọi nơi. Điều đó có nghĩa là mỗi thuê bao di động đều được gắn một
mã số về nhận dạng thông tin cá nhân, khi máy ở bất cứ nơi nào, quốc gia nào
trên thế giới đều có thể định vị được vị trí chính xác của thuê bao. Ngoài ra hệ
thống thông tin di động thế hệ 3 còn là một hệ thống đa dịch vụ, thuê bao có thể
16


QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

thực hiện các dịch vụ thông tin dữ liệu cao và thông tin đa phương tiện băng
rộng như: hộp thoại, truyền Fax, truyền dữ liệu, chuyển vùng quốc tế, WAP
(giao thức ứng dụng không dây)… để truy cập vào mạng internet, đọc báo chí,
tra cứu thông tin, hình ảnh… Do đặc điểm băng tần rộng nên hệ thống thông tin
di động thế hệ 3 còn có thể cung cấp các dịch vụ truyền hình ảnh, âm thanh,
cung cấp các dịch vụ điện thoại thấy hình, các dịch vụ định vị toàn cầu (GPS),
E-mail,video streaming, High-ends games...
Quốc gia đầu tiên đưa mạng 3G vào sử dụng rộng rãi là Nhật Bản. Vào
năm 2001, NTT Docomo là công ty đầu tiên ra mắt phiên bản thương mại của
mạng W-CDMA. Năm 2003 dịch vụ 3G bắt đầu có mặt tại châu Âu. Tại châu
Phi, mạng 3G được giới thiệu đầu tiên ở Marốc vào cuối tháng 3 năm 2007 bởi

Công ty Wana.

1.2 Bảng so sánh giữa các thế hệ thông tin di động
Thế

hệ

thông

tin

Hệ thống

Các dịch vụ

Chú thích

di động
Thế

hệ AMPS,TACS,NMT

Thoại

FDMA, Tương tự

1(1G)
Thế

hệ GSM,IS-36,IS-95

Thoại, SMS

2(2G)
Thế
2,5G

TDMA, CDMA số
băng hẹp(8 -13kbps)

hệ

GPRS,EDGE,
CDMA 1x

Thoại, dịch vụ số TDMA,CDMA
liệu gói

tốc

độ mã cao hơn

17


QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

Thế hệ 3G

CDMA 2000,

W-CDMA

Thoại và số liệu Sử dụng CDMA đa
gói được thiết kế phương tiện
để truyền tiếng và
số liệu đa phương
tiện

1.2.6 Thế hệ 4G
Các nhà cung cấp dịch vụ và người dùng đều luôn mong muốn và hướng
tới các công nghệ không dây có thể cung cấp được nhiều loại hình dịch vụ hơn
với tính năng và chất lượng dịch vụ cao hơn. Với cách nhìn nhận này, Liên
minh Viễn thông quốc tế (ITU) đã và đang làm việc để hướng tới một chuẩn
cho mạng di động tế bào mới thế hệ thứ tư 4G. ITU đã lên kế hoạch để có thể
cho ra đời chuẩn này một vài năm tới. Công nghệ này sẽ cho phép thoại dựa
trên IP, truyền số liệu và đa phương tiện với tốc độ cao hơn rất nhiều so với các
công nghệ của mạng di động hiện nay. Về lý thuyết, theo tính toán dự kiến tốc
độ truyền dữ liệu có thể lên tới 288 Mb/s.
Cho đến hiện nay, chưa có một chuẩn nào rõ ràng cho 4G được thông
qua. Tuy nhiên, những công nghệ phát triển cho 3G hiện nay sẽ làm tiền đề cho
ITU xem xét để phát triển cho chuẩn 4G. Các sở cứ quan trọng để ITU thông
qua cho chuẩn 4G đó chính là từ hỗ trợ của các công ty di động toàn cầu; các tổ
chức chuẩn hóa và đặc biệt là sự xuất hiện của ba công nghệ cho việc phát triển
mạng di động tế bào LTE (Long-Term Evolution), UMB (Ultramobile
Broadband) và WiMAX II (IEEE 802.16m). Ba công nghệ này có thể được xem
là các công nghệ tiền 4G. Chúng sẽ là các công nghệ quan trọng giúp ITU xây
dựng các phát hành cho chuẩn 4G trong thời gian tới.
18

QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

1.3 Sự phát triển của các phương pháp đa truy nhập
Một mạng thông tin di động là một hệ thống nhiều người sử dụng, trong
đó một số lượng lớn người sử dụng chia sẻ nguồn tài nguyên vật lý chung giới
hạn để truyền và nhận thông tin. Vì vậy dung lượng đa truy nhập là một trong
các yếu tố cơ bản của hệ thống. Trong lịch sử thông tin di động đã tồn tại các
công nghệ đã truy nhập khác nhau: TDMA, FDMA, và CDMA sự khác nhau
giữa chúng được chỉ ra trong hình 1.2
• Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA - Frequency Division Multiple

Access)
• Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA - Time Division Multiple

Access)
• Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA - Code Division Multiple Access)

Hình 1. Các công nghệ đa truy nhập
1.3.1 FDMA
19


QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

Phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thành 2N dải tần số kế
tiếp, cách nhau một khoảng phòng vệ, mỗi dải tần gán cho một kênh liên lạc, N
dải tần kế tiếp dành cho liên lạc hướng lên, sau một dải tần phân cách là N dải
tần kế tiếp dành cho liên lạc hướng xuống.
Đặc điểm: Mỗi MS được cấp phát một đôi kênh liên lạc trong suốt thời
gian thông tuyến. Nhiễu giao thoa do các tần số lân cận nhau là đáng kể. BTS

phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS trong cell.
Hệ thống FDMA điển hình là AMPS (Advanced Mobile Phone System)
dùng ở Mỹ, Canada, Australia…
1.3.2 TDMA
Phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thô thành các dải tần
liên lạc, mỗi dải tần này được dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên
lạc là một khe thời gian trong chu kì một khung. Tin tức được tổ chức dưới
dạng gói, mỗi gói có bít chỉ thị đầu gói, chỉ thị cuối gói, các bit đồng bộ, bit bảo
vệ và bit dữ liệu
Đặc điểm: Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số. liên lạc song công
mỗi hướng thuộc các dải tần khác nhau. Giảm được nhiễu giao thoa, giảm được
số máy thu phát nhưng pha đinh và trễ truyền dẫn là những vấn đề kĩ thuật phức
tạp.
Hệ thống TDMA điển hình là GSM. GSM từ châu Âu đã đến nhiều nơi
trên thế giới trong đó có Việt Nam và đã đạt được những thành tựu đáng kể.
1.3.3 CDMA

20


QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

Mỗi MS được gán một mã riêng biệt và kĩ thuật trải phổ tín hiệu giúp
cho các MS không gây nhiễu lẫn nhau trong điều kiện có thể cùng lúc dùng
chung dải tần số
Đặc điểm: Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz. Sử dụng kĩ thuật trải phổ
phức tạp, kĩ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng cá cường độ
trường rất nhỏ và chống pha đinh hiệu quả hơn FDMA và TDMA. Việc các
thuê bao MS trong cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn đơn
giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn là vấn đề, chuyển giao trở thành

mềm, điều khiển dung lượng trong cell rất linh hoạt.
Mỗi hệ thống thông tin di động có thể sử dụng những phương pháp đa
truy nhâp riêng hoặc có sự kết hợp giữa chúng. Và điều này tạo nên nhiều khác
biệt về kĩ thuật cũng như dung lượng mạng của các thế hệ di động.

Chương 2.

HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS
2.1 Những yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3
2.1.1 Những yêu cầu chung
Những yêu cầu chung về các dịch vụ và chất lượng được ITU đưa ra, sau
đó các tổ chức chuyển hoá và các nhà công nghiệp, khai thác sẽ tiến tới thiết kế
mạng đáp ứng các yêu cầu đề ra như sau:
• Mạng phải là băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương

tiện, nghĩa là mạng phải đảm bảo được tốc độ bit lên tới 2 Mbps
21


QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của máy đầu cuối: 2 Mbps dự kiến
cho các dịch vụ cố định, 384 kbps khi đi bộ và 144 kbps khi đang
di chuyển tốc độ cao.
• Chất lượng thoại tương đương mạng hữu tuyến.
• Mạng phải có khả năng cung cấp độ rộng băng tần (dung lượng)

theo yêu cầu. Điều này xuất phát từ việc thay đổi tốc độ bit của các
dịch vụ khác nhau. Ngoài ra cần đảm bảo đường truyền vô tuyến
không đối xứng, chẳng hạn với tốc độ bit cao ở đường xuống và

tốc độ bit thấp ở đường lên hoặc ngược lại.
• Có thể cung cấp cả dịch vụ di động và cố định.
• Có khả năng chuyển vùng quốc gia và quốc tế.
• Hỗ trợ cấu trúc cell nhiều lớp.
• Cơ chế tính cước theo dung lượng truyền thay cho thời gian như

hiện nay.
• Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu nghĩa là gồm cả vệ tinh

ITU-R đã phát triển bộ chỉ tiêu kỹ thuật IMT-2000. IMT-2000
được tạo ra nhằm thoả mãn việc phát triển các tiêu chuẩn cho phép
thiết lập một cơ sở hạ tầng thông tin vô tuyến toàn cầu bao gồm
các hệ thống mặt đất và vệ tinh và truy nhập cố định, di động cho
các mạng công cộng và mạng riêng.
2.1.2 Các tiêu chuẩn xây dựng IMT-2000
Các tiêu chí chung để xây dựng IMT-2000 sử dụng dải tần quy định quốc
tế 2GHz như sau:
• Đường lên : 1885-2025 MHz
22


QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

• Đường xuống: 2110-2200 MHz

Là hệ thống thông tin di động cho các loại hình thông tin vô tuyến:
• Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến
• Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông
• Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau:
• Trong công sở

• Ngoài đường
• Trên xe
• Vệ tinh

Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:
• Môi trường nhà ảo (VHE): trên cơ sở mạng thông minh, di động cá

nhân và chuyển mạch toàn cầu
• Đảm bảo chuyển mạng quốc tế
• Đảm bảo dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu

chuyển mạch cho kênh và số liệu chuyển mạch cho gói.
Môi trường hoạt động của IMT-2000 được chia thành 4 vùng với các tốc
độ bit Rb phục vụ như sau:
• Vùng 1: trong nhà, ô pico, Rb ≤ 2Mbps
• Vùng 2: thành phố, ô micro, Rb ≤ 384Mbps
• Vùng 3: ngoại ô, ô macro, Rb ≤ 144Mbps
• Vùng 4: toàn cầu, Rb = 9,6Mbps

23


QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

Bảng 3.1 Tổng kết các dịch vụ ở IMT-2000
KIỂU
Dịch vụ di động

PHÂN LOẠI
Dịch

vụ

động

DỊCH VỤ CHI TIẾT

di Di động đầu cuối/di động cá nhân/
di động dịch vụ

Dịch vụ định Theo dõi di động/theo dõi di động
vị thông tin
Dịch vụ viễn thông

thông minh.

Dịch vụ âm - Dịch vụ âm thanh chất lượng cao
thanh

(16-64kbps)
- Dịch vụ truyền thanh AM (3264kbps)
- Dịch vụ truyền thanh FM (64384kbps)

Dịch vụ số - Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình
liệu

(64-144kbps)
- Dịch vụ số liệu tốc độ tương đối
cao (144kbps-2Mbps)
- Dịch vụ số liệu tốc độ cao

(≥2Mbps)

Dịch

vụ

phương tiện

đa - Dịch vụ video (384kbps
- Dịch vụ ảnh động (384kbps2Mbps)
- Dịch vụ ảnh động thời gian thực (≥
2Mbps)
24


QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

Dịch vụ Internet

Dịch

vụ Dịch vụ truy nhập Web (384kbps-

Internet

đơn 2Mbps)

giản
Dịch

vụ Dịch vụ Internet (384kbps-2Mbps)

Internet

thời

gian thực
Dịch

vụ Dịch vụ Website đa phương tiện

Internet

đa thời gian thực (≥ 2Mbps)

phương tiện

Vùng thiết bị đầu cuối

Vùng mạng truy nhập

Vùng mạng lõi
Mạng lõi

TE di
động

UIM

TE di

động
TE di
động

UIM

TE di
động

Mạng truy
nhập

- Phát quảng
bá thông tin
truy nhập hệ
thống
- Phát và thu
vô tuyến
- Điều khiển
truy nhập vô
tuyến

Vùng các dịch vụ ứng dụng

- Điều khiển
cuộc gọi
- Điều khiển
chuyển mạch
dịch vụ
- Điều khiển

tài nguyên
quy định
- Quản lý dịch
vụ
- Quản lý vị
trí
- Quản lý
nhận
Các dịch vụ ứng
dụng

25