Tối ưu vùng phủ sóng 3g mạng vinaphone tại TP hạ long tỉnh quảng ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI: TỐI ƯU VÙNG PHỦ SÓNG 3G MẠNG VINAPHONE TẠI TP.
HẠ LONG - TỈNH QUẢNG NINH

LÊ TÚ

HÀ NỘI - 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ
ĐỀ TÀI: TỐI ƯU VÙNG PHỦ SÓNG 3G MẠNG VINAPHONE
TẠI TP. HẠ LONG - TỈNH QUẢNG NINH

LÊ TÚ

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

MÃ SỐ: 60520203

GVHD: TS NGUYỄN VŨ SƠN

HÀ NỘI - 2015

LỜI CAM ĐOAN
Học viên cam đoan đề tài “TỐI ƯU VÙNG PHỦ SÓNG 3G MẠNG
VINAPHONE TẠI TP. HẠ LONG - TỈNH QUẢNG NINH” là công trình nghiên
cứu của học viên.
Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ một công trình nào khác.
Những tính toán, thiết kế trong luận văn là trung thực.
Học viên thực hiện

Lê Tú

i


LỜI CẢM ƠN
Luận văn được hoàn thành tại Viện Đại Học Mở Hà Nội dưới sự dẫn dắt và chỉ
bảo nhiệt tình của TS Nguyễn Vũ Sơn. Học viên xin bày tỏ lòng kính trọng và biết
ơn sâu sắc đến thày đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ học viên hoàn thành luận văn.
Học viên xin chân thành cám ơn các thày cô giáo đã tham gia giảng dạy lớp
Cao học Điện tử K6 - Viện Đại Học Mở Hà Nội đã cho học viên những bài học bổ
ích trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn đến Văn phòng Khoa Sau Đại Học - Viện Đại
Học Mở Hà Nội.
Dù đã cố gắng nhưng luận văn không tránh khỏi khiếm khuyết, học viên rất
mong nhận được sự đóng góp gợi ý của các thày cô.

Học viên

Lê Tú

ii


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA .......................................... 2
1.1. Giới thiệu chung .......................................................................................... 2
1.1.1. Khái niệm về WCDMA ................................................................................. 2
1.1.2. Khả năng cải tiến của WCDMA ................................................................ 2
1.1.3. Băng tần số cấp phát cho WCDMA-UMTS .............................................. 3
1.2. Kiến trúc mạng 3G-UMTS ......................................................................... 4
1.2.1. Thiết bị người sử dụng .............................................................................. 5
1.2.2. Mạng truy cập vô tuyến UMTS ................................................................. 6
1.2.3. Mạng lưới .................................................................................................. 7
1.2.4. Hệ thống hỗ trợ, vận hành vô tuyến và lưới (OSS-RC) ........................ 10
1.3. Các kênh trong hệ thống UMTS ............................................................... 10
1.3.1. Các kênh logic ......................................................................................... 11
1.3.2. Các kênh truyền tải ................................................................................. 11
1.3.3. Các kênh vật lý ........................................................................................ 12
1.4. Tổng kết chương ........................................................................................ 13
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN WCDMA ................. 14
2.1. Nguyên lý CDMA ....................................................................................... 14
2.1.1. Kỹ thuật đa truy nhập WCDMA .............................................................. 14
2.1.2. Kỹ thuật truy nhập OFDMA .................................................................... 16
2.2. Một số đặc trưng lớp vật lý trong mạng truy nhập WCDMA ................. 18
2.2.1. Phương thức song công ........................................................................... 18
2.2.2. Dung lượng mạng .................................................................................... 19
2.2.3. Các kênh giao diện vô tuyến UTRA FDD ................................................ 19
2.2.4. Cấu trúc Cell ............................................................................................ 20

2.3. Cấu trúc hệ thống truy nhập ..................................................................... 21
2.3.1. Node-B ..................................................................................................... 22
2.3.2. RNC (Radio Network Control)................................................................. 23
2.3.3. Các giao diện mở cơ bản của UMTS ....................................................... 23
2.4. Các chức năng trong quản lý tài nguyên vô tuyến WCDMA .................. 24

iii


2.4.1. Giới thiệu về quản lý tài nguyên vô tuyến WCDMA ................................ 24
2.4.2. Điều khiển công suất ............................................................................... 25
2.4.3. Điều khiển chuyển giao ........................................................................... 26
2.4.4. Điều khiển thu nạp .................................................................................. 30
2.4.5. Điều khiển tải (điểu khiển nghẽn) ........................................................... 32
2.5. Kết luận chương ......................................................................................... 33
CHƯƠNG 3: TỐI ƯU HÓA MẠNG WCDMA ............................................. 34
3.1. Khái quát về lý thuyết tối ưu hóa .............................................................. 34
3.1.1. Mục đích tối ưu hóa ................................................................................. 34
3.1.2. Những điều cần biết trong việc tối ưu hóa hệ thống ............................... 34
3.1.3. Đo kiểm các chỉ số KPI trong mạng UMTS............................................. 35
3.2. Các tham số đo kiểm năng lực KPI mạng lưới ......................................... 40
3.2.1. Vùng phủ ................................................................................................. 40
3.2.2. Chất lượng dịch vụ .................................................................................. 41
3.2.3. Di chuyển ................................................................................................. 47
3.2.4. Dung lượng .............................................................................................. 55
3.2.5. Sử dụng tài nguyên .................................................................................. 59
3.3. Kết luận chương......................................................................................... 60
CHƯƠNG IV: QUY HOẠCH VÔ TUYẾN UMTS 3G MẠNG VINAPHONE
KHU VỰC TP. HẠ LONG ............................................................................... 61
4.1 Quy trình tối ưu hóa ................................................................................... 61

4.2 Giới thiệu về TEMS Investigation và ứng dụng trong tối ưu 3G ............. 62
4.2.1 TEMS Investigation .................................................................................. 62
4.2.2. Clusters Map trong TEMS Investigation ................................................. 65
4.2.3. Các thông số KPI mạng ........................................................................... 67
4.3. Kết luận chương ......................................................................................... 71
KẾT LUẬN LUẬN VĂN.................................................................................. 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 73

iv


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AICH

Acquisition Indicator Channel

ASC

Access Service Class

AWGN

Additive White Gaussian Noise

BCCH

Broadcast Control Channel

BCH

Broadcast Channel

BER

Bit Error Ratio

BLER

Block Error Ratio

BSIC

Base transceiver Station Identity Code

CCCH

Common Control Channel

CCH

Control Channel

CCPCH

Common Control Physical Channel

CM

Compressed Mode

CPICH

Common Pilot Channel

CPCH

Common Packet Channel

DCCH

Dedicated Control Channel

DL

Data Layer

Downlink
(Forward
Link)
DPCCH

Dedicated Physical Control Channel

DPCH

Dedicated Physical Channel

DPDCH

Dedicated Physical Data Channel

DSCH

Downlink Shared Channel

DTCH

Dedicated Traffic Channel

DTX

Discontinuous Transmission
Ratio of energy per modulating bit to the noise

EC/N0

spectral density

v


EIRP

Equivalent Isotropic Radiated Power

EPCCH

Enhanced Power Control Channel

FACCH

Fast Associated Control CHannel

FACH

Forward Access Channel

FAUSCH

Fast Uplink Signalling Channel

FCCH

Frequency Correction Channel

FDD

Frequency Division Duplex

GERAN

GSM/EDGE Radio Access Network

GPRS

General Packet Radio Service

HCS

Hierarchical Cell Structure

HHO

Hard Handover

HO

Handover

IE

Information Element

ISCP

Interference Signal Code Power

LA

Location Area

LAC

Location Area Code
Medium Access Control (protocol layering

MAC

context)
Message

authentication

code

(encryptions

MAC

context)

MS

Mobile Station

P-CCPCH

Primary Common Control Physical Channel

P-CPIH

Primary Common Pilot Channel

PACCH

Packet Associated Control Channel

PAGCH

Packet Access Grant Channel

PBCCH

Packet Broadcast Control Channel

PCCCH

Packet Common Control Channel

PCCH

Paging Control Channel

PCH

Paging Channel

vi


PCPCH

Physical Common Packet Channel

PDCH

Packet Data Channel

PDSCH

Physical Downlink Shared Channel

PDTCH

Packet Data Traffic Channel

PICH

Page Indicator Channel

PLMN

Public Land Mobile Network

PPCH

Packet Paging Channel

PRACH

Physical Random Access Channel

PSCH

Physical Shared Channel

PTCCH

Packet Timing advance Control Channel

PUSCH

Physical Uplink Shared Channel

QoS

Quality of Service

RAB

Radio Access Bearer

RACH

Random Access Channel

RAN

Radio Access Network

RAT

Radio Access Technology

RAU

Routing Area Update

RB

Radio Bearer

RFCH

Radio Frequency Channel

RLA

Radio signal Level Averaged

RLC

Radio Link Control

RLCP

Radio Link Control Protocol

RLP

Radio Link Protocol

RNC

Radio Network Controller

RSCP

Received Signal Code Power

RSSI

Received Signal Strength Indicator

RX

Receive

RXLEV

Received signal level

RXQUAL

Received Signal Quality

vii


S-CCPCH

Secondary Common Control Physical Channel

S-CPICH

Secondary Common Pilot Channel

SACCH

Slow Associated Control Channel

SC

Service Code

SCCH

Synchronization Control Channel

SCH

Synchronization Channel

SDCCH

Stand-Alone Dedicated Control Channel

SHCCH

Shared Channel Control Channel

SIR

Signal-to-Interference Ratio

SSDT

Site Selection Diversity Transmission

TCH

Traffic Channel

TF

Transport Format

TFC

Transport Format Combination

TFCI

Transport Format Combination Indicator

TFCS

Transport Format Combination Set

TFI

Transport Format Indicator

TGMP

Transmission Gap Measurement Purpose

TPC

Transmit Power Control

TX

Transmit
Transmit PoWeR; Tx power level in the
MS_TXPWR_REQUEST

and

TXPWR

MS_TXPWR_CONF parameters

UE

User Equipment

UMTS

Universal Mobile Telecommunications System

URAN

UMTS Radio Access Network

UTRAN

Universal Terrestrial Radio Access Network

VBR

Variable Bit Rate

viii


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Băng tần được triển khai vào tháng 11/2007 ...................................... 3
Bảng 1.2: Các kênh logic UMTS ......................................................................... 11
Bảng 1.3: Các kênh truyền tải UMTS ................................................................ 12
Bảng 1.4: Các kênh vật lý UMTS........................................................................ 12
Bảng 3.1: Tham số đánh giá năng lực mạng IP cho các loại dịch vụ khác nhau 39

ix


DANH MỤC BẢN VẼ

Hình 1.1: Dải tần UMTS-WCDMA .................................................................... 4
Hình 1.2: Kiến trúc mạng UMTS ....................................................................... 5
Hình 1.3: Cấu trúc của UE ................................................................................... 5
Hình 1.4: Kiến trúc UTRAN tổng quát ............................................................. 6
Hình 1.5: Kiến trúc mạng lưới ........................................................................... 7
Hình 1.6: Các kênh UMTS ................................................................................ 10
Hình 1.7: Các loại kênh trong UTRAN ............................................................ 11
Hình 2.1: Các công nghệ đa truy nhập ............................................................. 14
Hình 2.2: Nguyên lý của đa truy nhập trải phổ ................................................ 15
Hình 2.3: So sánh OFDMA và FDMA (a): Kỹ thuật FDMA thông thường (b):
Kỹ thuật OFDMA ............................................................................................... 17

Hình 2.4: Thí dụ lưới thời gian – tần số cho OFDMA có 7 người sử dụng từ a
tới g...................................................................................................................... 18
Hình 2.5: Phân bố phổ tần cho UMTS châu Âu................................................ 19
Hình 2.6: Sơ đồ ánh xạ giữa các kênh khác nhau. ............................................ 20
Hình 2.7: Cấu trúc cell UMTS. .......................................................................... 21
Hình 2.8: Cấu trúc tổng thể hệ thống UMTS/GSM. ......................................... 21
Hình 2.9: Các vị trí điển hình của các chức năng RRM trong mạng WCDMA 25
Hình 2.10: Sự so sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm ................ 27
Hình 2.11: Chuyển giao giữa các hệ thống GSM và WCDMA ......................... 28
Hình 2.12: Thủ tục chuyển giao giữa các hệ thống. .......................................... 29
Hình 2.13: Nhu cầu chuyển giao giữa các tần số sóng mang WCDMA ........... 30
Hình 2.14: Thủ tục chuyển giao giữa các tần số............................................... . 30
Hình 2.15: Đường cong tải ................................................................................. 31
Hình 3.1: Quy trình quản lý chất lượng mạng .................................................. 38
Hình 3.2: Phân loại các lớp KPI ........................................................................ 40

x


Hình 3.3: Sơ đồ tín hiệu báo hiệu RRC ............................................................. 42
Hình 3.4: Sơ đồ tín hiệu kênh mạng vô tuyến RAB .......................................... 44
Hình 3.5: Sơ đồ tín hiệu kết nối cuộc gọi ........................................................... 45
Hình 3.6: Sơ đồ yêu cầu giải phóng kênh RAB từ RNC đến CN ...................... 46
Hình 3.7: Sơ đồ tín hiệu yêu cầu chuyển giao .................................................... 48
Hình 3.8: Sơ đồ chuyển giao giữa các hệ thống trong RNC ............................. 49
Hình 3.9: Sơ đồ chuyển giao giữa các hệ thống của các RNC .......................... 50
Hình 3.10: Sơ đồ chuyển giao giữa các hệ thống CS ........................................ 51
Hình 3.11: Sơ đồ chuyển giao giữa các hệ thống PS ......................................... 53
Hình 3.12: Sơ đồ chuyển giao giữa các hệ thống khác nhau (GPRS ->
WCDMA) ............................................................................................................ 55

Hình 3.13: Sơ đồ truy nhập dich vụ CS 12.2K .................................................. 56
Hình 3.14: Sơ đồ truy nhập dich vụ CS 64K .................................................... 57
Hình 4.1: Quy trình tối ưu hóa UMTS .............................................................. 62
Hình 4.2.1: Các cửa sổ giao diện của TEMS Investigation ............................... 63
Hình 4.2.2: Kết nối thiết bị trong TEMS ........................................................... 64
Hình 4.2.3: Load bản đồ và tạo route ................................................................ 64
Hình 4.2.4 Set up thông số UE ........................................................................... 65
Hình 4.2.5: Màn hình các thông số trong TEMS Investigation ........................ 65
Hình 4.3: Minh họa Clusters trong TEMS Investigation ................................. 66
Hình 4.4: Driving Test trong TEMS Investigation ........................................... 67
Hình 4.5: Kết quả Driving Test trong TEMS Investigation ............................ 67
Hình 4.5.2: Bảng KPI cần đạt được ................................................................... 69
Hình 4.5.1: Bảng thông số KPI .......................................................................... 68

xi


MỞ ĐẦU
Thông tin liên lạc - thông tin di động là một nhu cầu của bất kỳ một xã hội
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 chung 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

8 nhà khai thác dịch vụ thông tin di động sử dụng công nghệ GSM và CDMA.
Trong đó ba nhà khai thác Vinaphone cùng với Mobifone, Viettel đã trở thành nhà
cung cấp dịch vụ lớn nhất hiện nay.
Với số lượng thuê bao ngày càng phát triển lớn mạnh việc nghiên cứu, đưa
ra các giải pháp tối ưu là nhu cầu cấp thiết đối với các nhà mạng nói chung và mạng
Vinaphone nói riêng. Việc tối ưu hóa, đưa ra các giải pháp là việc vô cùng cấp thiết
nhằm tối ưu nguồn tài nguyên mạng và vô cùng quan trọng với mục tiêu kinh doanh
của nhà mạng.
Qua thời gian làm luận văn, nhận thấy đây là một đề tài rộng, luôn cần thiết
cho các mạng viễn thông. Khả năng ứng dụng của luận văn giúp ích cho những
người thường xuyên phải làm công việc tối ưu mạng, tuy nhiên do năng lực còn hạn
chế vì vậy luận văn còn rất nhiều sai sót. Em rất mong các thày cô, cùng các bạn
học viên có những ý kiến đánh giá, để giúp em hoàn thiện kỹ năng tối ưu mạng này.

1


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA
1.1. Giới thiệu chung
1.1.1. Khái niệm về WCDMA
Hệ thống viễn thông di động toàn cầu (theo tiếng Anh: Universal
mobile telecommunication system, viết tắt là WCDMA) là một trong các công
nghệ viễn thông di động thế hệ thứ 3 (3G-Third Generation). Nó được tiêu
chuẩn hoá bởi 3GPP và là một bộ phận của chuẩn ITU IMT-2000. WCDMA đáp
ứng được các mục tiêu của IMT-2000. WCDMA cung cấp một con đường tiến hoá
cho GSM để đạt được tốc độ truyền tải dữ liệu cao và dung lượng lớn hơn. Mặc
dù WCDMA sử dụng lại phần lớn mạng lưới GSM nhưng nó lại sử dụng các
công nghệ đa truy nhập vô tuyến khác đó là công nghệ “Đa truy nhập phân chia
theo mã băng rộng” (WCDMA) hay cũng gọi là UTRA-FDD. Đây là một tiêu
chuẩn về giao diện không gian đầu tiên và hoàn thiện nhất trong các công nghệ

của WCDMA và được các nhà khai thác và sản xuất thiết bị viễn thông ở cả 3
châu lục: Âu, Á, Mỹ sử dụng rộng rãi. Ngoài ra WCDMA cũng đưa vào 2
phương án kỹ thuật khác là “Đa truy nhập phân chia theo mã đồng bộ phân chia
theo thời gian” TD-SCDMA (cũng gọi là UTRA-TDD LCR) do Trung Quốc đề
xướng và “ Đa truy nhập phân chia theo mã phân chia theo thời gian” (TDCDMA) (cũng gọi là UTRA-TDD HCR). WCDMA được dự đoán là sẽ có tính
kinh tế nhờ quy mô bằng việc triển khai dưới mạng phần ứng dụng di động
(MAP) GSM/GPRS.
1.1.2. Khả năng cải tiến của WCDMA
-

Tốc độ bít cao hơn đáng kể so với mạng di động 2G.

-

Trễ thấp hơn với thời gian đi và về của gói là dưới 100ms với phiên bản 5
và thậm chí là dưới 5ms với phiên bản cao hơn.

-

Tính di động liên tục giúp giữ kết nối liên tục, không thời hạn khi chuyển
đổi qua nhiều mạng và thiết bị khác nhau với các ứng dụng dữ liệu gói.

-

Sự phân biệt chất lượng dịch vụ (Qos) cho hiệu quả cao trong việc phân

2


phối dịch vụ.

-

Khả năng sử dụng các dịch vụ dữ liệu và thoại đồng thời.

-

Có khả năng liên kết với hệ thống toàn cầu cho truyền thông di động (GSM)
và hệ thống vô tuyến gói chung (GPRS) hiện đang tồn tại.

-

Cho người dùng dữ liệu gói, WCDMA hỗ trợ HSDPA với đường xuống tốc
độ cao và HSUPA được thiết kế để cung cấp tốc độ cao trên đường lên.

1.1.3. Băng tần số cấp phát cho WCDMA-UMTS
Bảng 1.1: Băng tần được triển khai vào tháng 11/2007
Tên băng

Số băng

Kích

Dải đường lên

Dải đường

Phân

Các vùng khác (trong đó có Việt Nam)
UMTS-2100

I

2x60

1920-1980

2110-2170

190 Mhz

UMTS-2600

VII

2x70

2500-2570

2620-2690

120 Mhz

Châu Âu/GSM
UMTS-1800

III

2x75

1710-1785

1805-1880

95 Mhz

UMTS-900

VIII

2x35

880-915

925-960

45 Mhz

Hoa Kỳ
UMTS-1900
UMTS-17002100
UMTS-850

II

2x60

1850-1910

1930-1990

80 Mhz

IV

2x45

1710-1755

2110-2155

400 Mhz

V

2x25

824-849

869-894

45 Mhz

Nhật Bản
UMTS-800

VI

2x10

830-840

875-885

45 Mhz

UMTS-1700

IX

2X35

1749.9-1784.9

1844.9-1879.9

95 Mhz

Sẽ rất tốt nếu có một sự cấp phát tần số toàn cầu cho tất cả các hệ thống 3G.
Tuy nhiên, vì sự cấp phát phổ tần do các cơ quan quản lý riêng rẽ nên không có
phổ tần 3G chung cho toàn cầu. Các băng tần số khác nhau được gán cho
UMTS tại các vùng và cho các nước khác nhau. Các hệ thống UMTS FDD hiện
nay được dự kiến vận hành trên các băng tần đó nêu trong bảng 1.1, mặc dù chỉ có
một vài băng tần là hiện đó được triển khai. UMTS-900 được dự định triển khai
3


tại Châu Âu vào năm 2008. Tại Việt Nam, công nghệ 3G UMTS sử dụng băng
tần số theo chuẩn IMT- 2000 trong băng tần số 1900-2200 Mhz. Có thể đơn
cử băng tần được cấp của Vinaphone là UL: 1950-1965 và DL: 2140-2155.

•

Dải tần UMTS-WCDMA

Hình 1.1: Dải tần UMTS-WCDMA
Khoảng cách kênh: Khoảng cách kênh danh định là 5 Mhz, nhưng có
thể được điều chỉnh để tối ưu chất lượng trong mỗi hoàn cảnh triển khai riêng.
Mành kênh: d Khz, có nghĩa là tần số trung tâm phải là một số nguyên
lần của 200 Khz.
Số kênh: Tần số sóng mang được chỉ đinh bởi số kênh tần số vô tuyến
tuyệt đối (UARFCN). Fcenter= URAFCNỡ200 Khz.
Phân cách đường lên với đường xuống: phân cách tần số đường lên
và đường xuống tuỳ theo các băng tần như đó được chỉ ra trong hình 1.1.
1.2. Kiến trúc mạng 3G-UMTS
Một mạng UMTS (hình 1.2) bao gồm 3 phần chính là: Thiết bị di động
(UE), mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) và mạng lưới (CN).
Mạng UMTS cũng có hệ thống hỗ trợ vận hành lưới vô tuyến (OSS-RC).

4


Hình 1.2: Kiến trúc mạng UMTS
1.2.1. Thiết bị người sử dụng
UE

Uu

USIM
Cu

Terminal

Mobile

Equipment

Equipmen

UTRAN

Hình 1.3: Cấu trúc của UE
Thiết bị người sử dụng (UE) (hình 1.3): là đầu cuối mạng UMTS của
người sử dụng. UE của UMTS dựa trên cùng một nguyên lý như MS của GSM
đó là sự phân tách giữa thiết bị di động (ME) và mô đun nhận dạng thuê bao
UMTS (USIM).
Chức năng chính của UE là:
-

Giao diện người dùng và màn hình.

-

Giữ các thuật toán nhận thực và các khoá.

-

Đầu cuối người dùng của giao diện vô tuyến.

-

Mặt bằng ứng dụng.
Mô đun nhận dạng thuê bao UMTS (USIM): được cài như một ứng dụng

trên card IC thông minh UMTS (UICC). Điều mà ta quan tâm đến là dung lượng
nhớ và tốc độ xử lý mà nó cung cấp. Nhờ được cài trên UICC mà cho phép

5


USIM lưu nhiều ứng dụng hơn và nhiều chữ ký (khoá điện tử) hơn. Ngoài ra có
thể có nhiều USIM trên cùng một UICC để hỗ trợ truy cập đến nhiều mạng. USIM
chứa các hàm và số liệu cần để nhận dạng và nhận thực thuê bao trong mạng
UMTS. Bên cạnh đó nó cũng lưu cả các thông tin đăng ký của thuê bao. Người sử
dụng phải tự mình nhận thực đối với USIM bằng cách nhập mã pin. Mạng sẽ
chỉ cung cấp dịch vụ cho người nào sử dụng đầu cuối dựa trên nhận dạng UMTS
được đăng ký.
Thiết bị di động (ME: Mobile equipment): Là thiết bị đầu cuối vô
tuyến được sử dụng cho liên lạc vô tuyến trên giao diện Uu.
Thiết bị đầu cuối (TE: Terminal equipment): Là thiết bị đầu cuối kết
nối với UE. Thiết bị này mang giao diện người dùng ứng dụng.
1.2.2. Mạng truy cập vô tuyến UMTS

Hình 1.4: Kiến trúc UTRAN tổng quát
Mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) (hình 1.4) là một phần
của một hệ thống WCDMA. Nó chứa một hoặc nhiều hệ thống con mạng vô
tuyến (RNS). Mỗi RNS chứa một bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và một
hoặc nhiều NodeB. Chức năng chính của UTRAN là cung cấp một kết nối giữa
UE và mạng lưới. UTRAN cách ly mạng lưới với các chi tiết liên quan đến vô
tuyến cho việc cung cấp kết nối này.
UTRAN hỗ trợ một kênh mang truy cập vô tuyến (RAB) để thiết lập một

kết nối thoại giữa UE và mạng lưới. Các đặc điểm của RAB khác nhau phụ thuộc

6


vào loại thông tin hoặc dịch vụ được truyền tải.
UTRAN được xác định giữa hai giao diện Iu và Uu. Iu là giao diện
giữa UTRAN và mạng lưới, giao diện này gồm hai phần: IuPS cho miền chuyển
mạch gói và IuCS cho miền chuyển mạch kênh. Uu là giao diện giữa UTRAN
và thiết bị người sử dụng.
•

Các thành phần chính của mạng truy cập vô tuyến (UTRAN):

Bộ điều khiển tài nguyên vô tuyến (RNC): chịu trách nhiệm cho một
hay nhiều trạm gốc và điều khiển các tài nguyên của chúng. Đây cũng chính là
điểm truy cập dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho CN. RNC có hai loại là RNC
dịch vụ (SRNC) và RNC trôi (DRNC). Giao diện nằm giữa các RNC là giao
diện Iu với chức năng cung cấp báo hiệu và các liên kết dữ liệu cho việc chuyển
tiếp và chuyển giao mềm giữa các RNC. Giao diện giữa RNC và NodeB là Iub có
chức năng cung cấp báo hiệu và các liên kết dữ liệu. RNC được nối đến mạng lưới
CN bằng hai giao diện, một cho miền chuyển mạch gói (SGSN) là giao diện Iu-PS
và một đến miền chuyển mạch kênh (MSC) là Iu-CS.
NodeB: Trong UMTS trạm gốc được gọi là NodeB. Nhiệm vụ của
NodeB là thực hiện kết nối vô tuyến vật lý giữa thiết bị đầu cuối với nó. NodeB
nhận tín hiệu trên giao diện vô tuyến Iub từ RNC và chuyển nó vào tín hiệu vô
tuyến trên giao diện Uu. Nó cũng thực hiện một số thao tác quản lý tài nguyên vô
tuyến cơ bản như “điều khiển công suất vũng trong”.
1.2.3. Mạng lưới

Hình 1.5: Kiến trúc mạng lưới
Mạng lưới UMTS được minh hoạ trong hình 1.5. Mạng UMTS hỗ trợ cả

7


hoạt động chuyển mạch gói (PS) và chuyển mạch kênh (CS). MSC/VLR và
GMSC thuộc miền chuyển mạch kênh, trong khi nút hỗ trợ GPRS dịch vụ
(SGSN) và nút hỗ trợ GPRS cổng (GGSN) thuộc miền chuyển mạch gói. Cả hai
miền chia sẻ một bộ ghi định vị thường trú (HLR) và một trung tâm nhận
thực (AuC). Mạng lưới UMTS có thể kết nối với cả UTRAN và mạng truy cập
vô tuyến GSM EDGE (GERAN). Trong một khu vực địa lý nơi cả hai hệ thống
WCDMA và GSM/GPRS được triển khai, sự phối hợp giữa các mạng truy cập
cho phép UE hai chế độ vận hành được trên cả hai hệ thống, thực hiện chuyển
giao liên hệ thống WCDMA - GSM/ GPRS.
Mạng truy cập GSM/GPRS sử dụng giao diện A/Gb có sẵn, còn mạng truy
cập UTRAN sử dụng giao diện mới Iu để liên lạc với mạng lưới.
Các thành phần chính của mạng lưới gồm có:

•

Nút hỗ trợ GPRS dịch vụ (SGSN): Thực hiện các nhiệm vụ truyền dẫn
chuyển mạch gói. Vị trí hiện tại của một người dùng (bao gồm vùng định tuyến
phần ứng dụng mạng truy cập vô tuyến (RANAP), số VLR và các địa chỉ GGSN)
được lưu trong SGSN, nên gói dữ liệu đến có thể được định tuyến tới người
dùng đó. Cùng với chức năng định tuyến, SGSN cũng thực hiện việc nhận thực
và lưu thông tin đăng ký thuê bao (bao gồm có IMSI, số nhận dạng thuê bao di
động tạm thời gói (P- TMSI) và các địa chỉ giao thức dữ liệu gói (PDP)).
Nút hỗ trợ GPRS cổng (GGSN): là một SGSN kết nối với các mạng số
liệu khác (như internet). Tất cả các cuộc truyền thông số liệu từ thuê bao đến các

mạng ngoài đều qua GGSN. GGSN thường chứa một tường lửa để đảm bảo an
ninh của mạng chống lại các tấn công từ bên ngoài gọi là cổng trạm biên giới
(BG). Cũng như SGSN, GGSN lưu cả hai kiểu số liệu: thông tin thuê bao và thông
tin vị trí thuê bao. Dữ liệu vào mạng được đóng gói trong một container đặc
biệt bởi GGSN và được chuyển tiếp theo giao thức đường hầm GPRS (GTP) tới
SGSN.
Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (MSC): là một nút
chuyển mạch mà hỗ trợ các kết nối chuyển mạch kênh. Để phục vụ cho nhiệm vụ
chuyển mạch, một MSC phải hỗ trợ tính di động của người dùng.
8


Nếu một người dùng di chuyển khu vực trong khi duy trì một kết nối, MSC
chuyển tiếp kết nối từ các RNC và các NodeB tương ứng tới vùng định vị của
người dùng (chuyển giao). Thêm vào đó, MSC chứa khu vực định vị hiện tại
của người dùng nên trong trường hợp có một cuộc gọi đến thì liên lạc có thể
được thiết lập đang trong cell mà máy di động đang hiện diện (quản lý định vị).
MSC cũng tham gia trong các cơ chế nhận thực người dùng và bảo mật dữ liệu
người dùng.
Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động cổng (GMSC): GMSC có
thể là một trong số các MSC, GMSC hỗ trợ các giao diện tới các mạng bên
ngoài khác nhau như mạng số liên kết đa dịch vụ (ISDN). Khi mạng ngoài tìm
cách kết nối đến PLMN của một nhà khai thác, GMSC nhận yêu cầu thiết lập kết
nối và hỏi HLR về MSC hiện thời quản lý UE.
Bộ ghi định vị thường trú (HLR): là một cơ sở dữ liệu có nhiệm vụ
quản lý các thuê bao di động. HLR lưu trữ mọi thông tin về người sử dụng và
đăng ký thuê bao. Một mạng di động có thể chứa nhiều HLR tùy thuộc ở số lượng
thuê bao, dung lượng từng HLR và tổ chức bên trong mạng.
Cơ sở dữ liệu này chứa số nhận dạng thuê bao di động (IMSI), ít nhất
một số thuê bao có trong danh bạ điện thoại (MSISDN), và ít nhất một địa chỉ

PDP. Cả IMSI và MSISDN có thể sử dụng làm khoá để truy cập đến các thông
tin được lưu khác. Để định tuyến và tính cước cuộc gọi, HLR lưu trữ thông tin về
SGSN và VLR nào hiện đang quản lý thuê bao đó.
Bộ ghi định vị tạm trú (VLR): là một cơ sở dữ liệu tương tự như HLR. Dữ
liệu thuê bao cần để cung cấp các dịch vụ cho thuê bao được sao chép từ HLR và
lưu ở đây. Tuy nhiên, dữ liệu trong một VLR là động. Ngay khi người dùng thay
đổi khu vực định vị, thông tin trong VLR sẽ được cập nhật. Cả MSC và SGSN đều
được nối tới VLR.
Trung tâm nhận thực (AuC): lưu trữ toàn bộ số liệu cần thiết để nhận
thực, mật mã hoá và bảo vệ sự toàn vẹn thông tin cho người sử dụng. Nó liên
kết với HLR và thực hiện cùng với HLR trong cùng một nút vật lý.
AuC lưu trữ khoá bí mật chia sẻ K cho từng thuê bao cùng với tất cả các
9


hàm tạo khoá từ f0 đến f5. Nó tạo ra các vector nhận thực (AV) và các AV dự trữ,
trong thời gian thực khi SGSN/VLR yêu cầu hay khi tải xử lý thấp.
1.2.4. Hệ thống hỗ trợ, vận hành vô tuyến và lưới (OSS-RC)
OSS-RC là một hệ thống cung cấp chức năng quản lý chất lượng, kiểm
soát mạng và các thống kê mạng từ mạng truy cập vô tuyến (RAN). RAN
được điều khiển bởi OSS-RC. OSS-RC thu thập thông tin và dữ liệu bộ đếm
từ RNC, các chuyển mạch ATM, và NodeB. OSS-RC là một công cụ giao diện
người dùng mà các nhà vận hành có thể sử dụng cho việc xử lý cảnh báo, quản
trị mạng tế bào và các thuê bao di động. Các thống kê chất lượng được tạo ra dựa
theo lưu lượng thực tế lấy từ phần vô tuyến và phần mạng truyền tải. Dữ liệu
thống kê chất lượng thu được từ một số các bộ đếm xác định trước. Các bộ
đếm (counter) là các phần tử được sử dụng để kiểm soát chất lượng và hoạt động
của mạng.
1.3. Các kênh trong hệ thống UMTS

Hình 1.6: Các kênh UMTS
Các kênh UMTS (hình 1.6) được phân loại thành các kênh logic, kênh
truyền tải và kênh vật lý.

10


Hình 1.7: Các loại kênh trong UTRAN
1.3.1. Các kênh logic
Các kênh logic được xác định bởi loại thông tin được truyền ví dụ như báo hiệu
hay dữ liệu người dùng. Một số kênh logic quan trọng được mô tả trong bảng 1.2.
Bảng 1.2: Các kênh logic UMTS
Kênh

Hướng

Chức năng

Kênh lưu lượng dành
riêng (DTCH)

UL/DL

Truyền dẫn dữ liệu người dùng

Kênh điều khiển dành
riêng (DCCH)

UL/DL

Truyền dẫn dữ liệu điều khiển liên quan đến
kết nối.

Kênh điều khiển
quảng bá (BCCH)

DL

Quảng bá các thông tin hệ thống

Kênh điều khiển chung
(CCCH)

UL/DL

Truyền dẫn dữ liệu điều khiển

Kênh điều khiển tóm
gọi (PCCH)

DL

Được sử dụng cho các bản tin tóm gọi và
thông tin khai báo

1.3.2. Các kênh truyền tải
Các kênh truyền tải mang báo hiệu và dữ liệu người dùng giữa lớp MAC và
lớp vật lý và được định nghĩa bởi việc làm thế nào dữ liệu được truyền trên giao
diện vô tuyến, ví dụ: ghép kênh các kênh logic. Một số kênh truyền tải quan trọng

11


được mô tả trong bảng 1.3.
Bảng 1.3: Các kênh truyền tải UMTS
Kênh

Hướng

Chức năng

Các kênh chung
Kênh truy cập ngẫu nhiên
(RACH)

UL

Kênh tóm gọi (PCH)

DL

Kênh quảng bá (BCH)
Kênh chia sẻ đường xuống
(FACH)

DL

Truy cập ngẫu nhiên và truyền các gói
dữ liệu nhỏ
Thủ tục tóm gọi cho việc thiết lập cuộc

gọi
Quảng bá các thông tin hệ thống

DL/UL

Được chia sẻ giữa một số người dùng

Các kênh dành riêng
Kênh dành riêng (DCH)

Mang dữ liệu, thông tin với UE đó
được đăng ký và có thể mang dữ liệu
gói

DL

1.3.3. Các kênh vật lý
Các kênh vật lý mang báo hiệu và dữ liệu ngưởi dùng trên liên kết vô tuyến
và được định nghĩa bởi các ánh xạ vật lý và các thuộc tính được sử dụng để truyền
dữ liệu trên giao diện vô tuyến ví dụ: tốc độ trải phổ. Một số kênh vật lý quan
trọng được mô tả trong bảng 1.4
Bảng 1.4: Các kênh vật lý UMTS
Kênh
Kênh vật lý điều khiển
chung sơ cấp (P-CCPCH)

Chức năng
DL

Kênh vật lý điều khiển chung thứ

DL
cấp (S- CCPCH)

Mỗi ô có một kênh để truyền BCH.
Một ô có thể có một hoặc nhiều SCCPCH dùng để truyền PCH và FACH

Kênh đồng bộ sơ cấp (P-SCH)

DL

Đồng bộ thời gian cho UE trong
phạm vi Cell, P-SCH được sử dụng
cho việc thăm dò khởi đầu của UE.

Kênh đồng bộ thứ cấp (S-SCH)

DL

Cung cấp định thời khung và giảm không
gian tóm mã xáo trộn từ 512 xuống 8.

12