QUY HỌACH MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3g PHÙ hợp với XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG VIỄN THÔNG

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU....................................................................................................4
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................6
DANH MỤC HÌNH VẼ...................................................................................11
DANH MỤC BẢNG ........................................................................................13
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ
3 VÀ TIÊU CHUẨN IMT-2000 ......................................................................14
1.1. Những đặc thù của thông tin di động.......................................................14
1.2. Lịch sử phát triển của thông tin di động ..................................................15
1.2.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất .......................................17
1.2.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai .........................................18
1.2.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba ..........................................20
1.2.3.1. Hoàn cảnh ra đời ........................................................................20
1.2.3.2. Mục tiêu cơ bản..........................................................................21
1.3. Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất sang thế
hệ thứ ba ........................................................................................................22
1.4. Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ ba ..............................23
1.4.1. Các yêu cầu chung:...........................................................................23
1.4.2. Các tiêu chuẩn xây dựng IMT-2000:.................................................24
CHƯƠNG 2. CÁC CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN TRONG
WCDMA. .........................................................................................................27
2.1. Công nghệ trải phổ W-CDMA (IMT-2000 CDMA-DS) ..........................27
2.1.1. Nguyên lý trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-CDMA) ..............................27
2.1.2. Ứng dụng các ưu điểm của công nghệ W-CDMA trong các hệ thống
di động .......................................................................................................29
2.1.2.1. Điều chỉnh công suất phát (TPC)................................................29
2.1.2.2. Khả năng tái sử dụng tần số........................................................29
2.1.2.3. Cung cấp linh hoạt các dịch vụ với tốc độ truyền dẫn thay đổi ...30
2.1.2.4. Thu hiệu quả các tín hiệu đa đường nhờ kỹ thuật thu RAKE ......31

1

2.1.2.5. Chuyển giao mềm (phân tập trạm gốc) có sự tham gia của máy di
động........................................................................................................31
2.2. Các công nghệ truyền dẫn cơ bản trong W- CDMA ................................32
2.2.1. Ấn định mã trải phổ hai lớp và điều chế trải phổ..............................32
2.2.2. Tìm nhận ô. ......................................................................................34
A .Phương pháp tìm nhận ô theo ba bước ...............................................35
B. Tìm nhận ô lân cận trong thời gian thông tin ở chế độ tích cực...........35
C. Tìm nhận ô lân cận trong chế độ rỗi ..................................................36
2.2.3 Truy nhập ngẫu nhiên ........................................................................37
2.2.4. Các công nghệ để thoả mãn các yêu cầu về chất lượng khác nhau
trong truyền dẫn đa tốc độ ..........................................................................37
A. Kiểm soát lỗi......................................................................................37
B. Phối hợp tốc độ .................................................................................38
C. TPC nhanh dựa trên phép đo SIR .......................................................38
2.2.5. Phân tập đa dạng...............................................................................41
A. Kỹ thuật thu RAKE............................................................................43
B. Kỹ thuật chuyển giao mềm.................................................................45
2.3. Các công nghệ để tăng dung lượng đường truyền ....................................50
2.3.1. Phân tập dàn anten thích ứng ............................................................51
A .Cấu hình phân tập dàn anten thích ứng...............................................51
B. Cấu hình khối thu CAAAD ................................................................53
2.4. Kiến trúc hệ thống UMTS .......................................................................55
2.5. Kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN. ..........................................59
2.5.1. Bộ điều khiển mạng vô tuyến ...........................................................60
2.5.2. Nút B (Trạm gốc) .............................................................................61
CHƯƠNG 3. CẤU TRÚC MẠNG 2G HIỆN TẠI VÀ LỘ TRÌNH PHÁT
TRIỂN 3G........................................................................................................63
3.1. Cấu trúc hệ thống thông tin di động 2G – GSM.......................................63

3.1.1. Phân hệ trạm gốc BSS: .....................................................................63
3.1.2. Phân hệ chuyển mạch (SS) ...............................................................64

2


3.1.3. Sơ đồ vị trí các trạm BTS của Viettel trên địa bàn tỉnh Phú Thọ .......69
3.2. So sánh hệ thống thông tin di động 3G WCDMA với các hệ thống 2G ...69
3.3. Lộ trình phát triển các hệ thống từ 2G lên 3G:.........................................71
3.4. Lộ trình phát triển từ hệ thống di động GSM 2G lên WCDMA 3G.........72
3.5. Tổng kết về công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA trong hệ thống
UMTS............................................................................................................74
CHƯƠNG 4. CÁC YÊU CẦU THIẾT KẾ ĐỐI VỚI HỆ THỐNG VÔ
TUYẾN W-CDMA VÀ NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CẤU TRÚC MẠNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G PHÙ HỢP VỚI XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN
MẠNG VIỄN THÔNG VIETTEL..................................................................77
4.2. Các yêu cầu và mục tiêu thiết kế đối với hệ thống vô tuyến W-CDMA. ..77
4.2.1. Mục tiêu thiết kế đối với hệ thống vô tuyến W-CDMA trên cơ sở
GSM ..........................................................................................................77
4.2.2.Các yêu cầu kĩ thuật thực hiện chuyển đổi trên cơ sở hệ thống GSM .....
...................................................................................................................80
4.3. Cấu trúc hệ thống theo các phương án chuyển đổi từ GSM .....................81
4.3.1. HSCSD.............................................................................................81
4.3.2. GPRS ...............................................................................................82
a .Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS.....................................................82
b. Triển khai GPRS cho mạng di động Viettel ........................................84
4.3.3. EDGE...............................................................................................86
4.3.4. UTRAN-3G (WCDMA) ...................................................................87
4.4. Qui hoạch và định cỡ mạng thông tin di động thế hệ 3 (WCDMA) .........93
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................121

3


LỜI MỞ ĐẦU
Sự ra đời của hệ thống thông tin di động GSM là một bước nhảy vọt của
lĩnh vực thông tin, mang lại cho người sử dụng nhiều lợi ích khó có thể phủ nhận.
Cùng với sự phát triển của kỹ thuật hiện đại, sự đổi mới công nghệ, thông tin di
động cũng ngày càng đổi mới theo chiều hướng tích cực. Trong tiến trình của sự
phát triển không ngừng đó, xu hướng triển khai 3G là một xu hướng tất yếu đang
dần được triển khai tại nhiều nước trên thế giới. Trong thập kỷ vừa qua là sự
bùng nổ Internet thì trong thập kỷ tới sẽ là sự bùng nổ về mạng di động 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, các hệ thống thông tin di động 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 các nhà khai thác mạng di động ở Việt Nam hiện nay chủ yếu sử
dụng công nghệ GSM thì cái đích 3G là các hệ thống thông tin di động CDMA
băng rộng (W-CDMA).Xuất phát từ mục đích đó, đồ án tốt nghiệp của Em thực
hiện “QUY HOẠCH MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G PHÙ HỢP VỚI XU
HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG VIỄN THÔNG VIETTEL”

Đồ án gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin di động thế hệ 3 và tiêu
chuẩn IMT-2000.

Chương 2: Các công nghệ truyền dẫn vô tuyến trong WCDMA.
Chương 3: Cấu trúc mạng 2G hiện tại và lộ trình phát triển 3G.
Chương 4: Các yêu cầu thiết kế đối với hệ thống vô tuyến W-CDMA
và nghiên cứu xây dựng cấu trúc mạng thông tin di động 3G phù hợp
với xu hướng phát triển mạng viễn thông Viettel.
4


Do nội dung tìm hiểu tương đối rộng, điều kiện thời gian cũng như kiến
thức có hạn, nên chắc chắn đồ án sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất
mong nhận được sự chỉ bảo của thầy cô giáo và ý kiến đóng góp của các bạn đọc
để đồ án được chính xác đầy đủ và phong phú hơn.
Để hoàn thành đồ án này, ngoài sự cố gắng của bản thân còn phải kể đến sự
đóng góp của nhiều người. Đặc biệt Em xin gửi lời cảm ơn tới Thầy giáo
Th.s Đỗ Huy Khôi, đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình làm đồ án. Em
xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Điện tử Viễn thông Khoa
Công nghệ thông tin Đại học Thái Nguyên những người đã dạy dỗ em trong
suốt thời gian học tập tại trường.

Thái Nguyên tháng 6 năm 2007.
Sinh viên

Nguyễn Thế Luân

5


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

3G

3GPP

Thế hệ 3
Dự án hội nhập toàn cầu thế hệ 3

Third Generation
Third Generation Global
Partnership Project

A.
AMPS

AuC

Advanced Mobile Phone
System
Association of Radio Industry
Board
Authentication Center

Hệ thống điện thoại di động tiên
tiến (Mỹ)
Hiệp hội công nghiệp vô tuyến của
Nhật Bản
Trung tâm nhận thực

ACI

Adjacent Channel Interference

Hệ thống chống nhiễu kênh kề

B.
BER
BoD
BPSK
BTS

Bit Error Rate
Bandwidth on Demand
Binary Phase Shift Keying
Base Tranceiver Station

Tốc độ lỗi bit.
Băng thông theo yêu cầu
Khoá dịch pha nhị phân.
Trạm gốc

BSS

Base Station Controler

Trạm điều khiển cơ sở

ARIB

C.
CAMEL

CDMA

Customised Application for
Mobile Network Enhance
Logic
Code Division Multiple
Access

Công nghệ IN nâng cấp

Truy nhập phân chia theo mã

CCI

Core Network
Cylic Redundancy Check
Controlling RNC
Circuit Switched Public Data
Network
Common Channel Interference

Mạng lõi
Mã vòng kiểm tra dư thừa
Bộ RNC đang phụ trách điều khiển
Mạng số liệu công cộng chuyển
mạch kênh
Hệ thống số chống nhiễu kênh
chung

CPICH

Common Pilot Channel

Kênh hoa tiêu chung

CN
CRC
CRNC
CSPDN

6


D.
DL
DRNC
DQPSK
DS
DTX
E.
EDGE
EIR
Eb/No
Ec/Io
EMI

Downlink
Drift RNC
Differential Quardrature Phase
Phase Shift Keying
Direct Sequence

Discontinuous Transmission

Đường xuống
Bộ RNC điều khiển trôi
Khoá dịch pha cầu phương vi phân

Enhanced Data Rates for
Evolution
Equipment Identify Register
Energy of a bit / Noise
Energy of a chip/ Interference
Environment Mobile

Các tốc độ dữ liệu tăng cường cho sự
tiến hoá
Thanh ghi nhận dạng thiết bị
Năng lượng của một bít/tạp âm
Năng lượng của một chip/nhiễu
Nhiễu môi trường di động

Chuỗi trực tiếp
Truyền dẫn gián đoạn

Interference
F.
FDD

Frequency Division Duplex

Phương thức song công phân chia

theo tần số
Đa truy nhập phân chia theo tần số

FDMA

Frequency Division Multiple
Access

FCC

Ủy ban viễn thông liên bang Mỹ

FEC
FER
FM
FSK

Federal Communications
Commission
Forward Error Correction
Frame Error Rate
Frequency Modulation
Frequency Shift Keying

G.
GGSN
GPRS
GPS

Gateway GPRS Support Node

General Packet Radio Service
Global Positioning System

Nút hỗ trợ cổng GPRS
Dịch vụ vô tuyến gói chung.
Hệ thống định vị toàn cầu.

GSM

Global System for Mobile

Hệ thống viễn thông di động toàn

Hiệu chỉnh lỗi thuận
Tỷ lệ lỗi khung
Điều tần
Khoá dịch tần (điều tần trong kỹ
thuật số)

7


GOS
H.
HLR
HSDPA
HO
HSCSD

I.

IMT2000
ID
IP
ITU
Iub
Iur
IMTS
IMS
ISDN

Telecommunication

cầu

Grade of Service

Cấp dịch vụ

Home Location Registor
High Speed Downlink Packet
Access
Handover
High Speed Circuit Switched

Bộ đăng ký thường trú
Truy nhập gói đường xuống tốc độ
cao
Chuyển giao
Kĩ thuật truyền dữ liệu chuyển

Data

mạch
kênh tốc độ cao

International Mobile
Telecommunication 2000
IDentification

Thông tin di động toàn cầu 2000

International Protocol
International
Telecommunication Union

Giao thức Internet
Liên hợp viễn thông quốc tế.

Nhận dạng

Improved Mobile Telephone
Service
IP Multimedia Subsystem
Integrated Service Digital
Network

Giao diện giữa RNC và nút B
Giao diện giữa 2 RNC
Dịch vụ điện thoại di động công
cộng tiên tiến(Mỹ)

Phân hệ đa phương tiện trên cơ sở
IP
Mạng số đa dịch vụ tích hợp

M.
ME
MSC

Mobile Equipment
Mobile Service Switching

Thiết bị di động
Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện

MAI
MAP
MS
MSC

Centre
Multi Access Interference
Mobile Application Part
Mobile Staion
Mobile Services Switching

Nhiễu đa truy cập
Phần ứng dụng di động
Trạm di động
Trung tâm chuyển mạch các dịch

8


N.
NMT
NTT
NSS
O.
OVSF

P.
PN
PCS
PSTN
PLMN
Q.
QPSK

Center

vụ di động

Nordic Mobile Telephone
Nippon Telegraph and
Telephone Corporation
Network Switching System

Chuẩn điện thoại di động Bắc Âu
Tập đoàn điện thoại điện báo
Nippon(Nhật)

Hệ thống chuyển mạch mạng

Orthogonal Variable Spreading
Factor

Hệ số trải phổ biến đổi trực giao.

Pseudo Noise
Personal Communications

Giả tạp âm
Dịch vụ truyền thông cá nhân

Services
Public Switched Telephone
Network
Public Land Mobile Network

Mạng điện thoại chuyển mạch công
cộng
Mạng di động mặt đất công cộng

Quardrature Phase Phase Shift
Keying

Khoá dịch pha cầu phương.

QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ.

R.
RNC
RNS
RAN
RF

Radio Network Controller
Radio Network subsystem
Radio Access Network
Radio Frequency

Bộ điều khiển mạng vô tuyến.
Phân hệ mạng vô tuyến
Mạng truy nhập vụ tuyến
Tần số vụ tuyến (cao tần)

S.
SHO
SIR
SMS
SNR
SS7

Soft Handover
Signal to Interference Ratio
Short Messaging Service
Signal to Noise Ratio

System no.7

Chuyển giao mềm.
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
Dịch vụ nhắn tin ngắn.
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
Báo hiệu kênh chung số 7

9


SS

Switching System

Hệ thống chuyển mạch

SMR
SGSN

Specialized Mobile Radio
Serving GPRS Support Node

Tần số Radio chuyên dụng
Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS

T.
TDD

Time Division Duplex

TDMA

Time Division Multiple Access

Phương thức song công phân chia
theo thời gian
Đa truy nhập phân chia theo thời
gian

TACS

Total Access Communication
System
T_ADD Threshold Add
TACS
Total Access Communication
System
T_DROP Threshold Drop
TrCH
Transparent Channel
U.
UE
UL
UMTS
USIM

User Equipment
Uplink
Universal Mobile

Telecommunication System
UMTS Subscriber Identify

Tổ chức truy cập hệ thống viễn
thông diện rộng(Anh)
Tăng ngưỡng
Hệ thống thông tin truy nhập toàn
diện
Giảm ngưỡng (tín hiệu)
Kênh truyền tải

Thiết bị người sử dụng
Đường xuống
Hệ thống viễn thông di động toàn
cầu.
Modul nhận dạng thuê bao UMTS

UTRAN Module UMTS Terrestrial
Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
UMTS

V.
VLR
VAS
VPN

Bộ đăng ký tạm trú
Dịch vụ giá trị gia tăng

Mạng riêng ảo

Visitor Location Registor
Value Added Service
Virtual Private Network

W.
WCDMA Wideband Code Division
Multiple Access
WAP
Wiless Applycation Protocal

10

Đa truy nhập phân chia theo mã
băng rộng
Giao thức ứng dụng không dây


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1

Lặp lại nhóm tế bào trong vùng dịch vụ

Hình 1.2

Sơ đồ khối hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất

Hình1.3

Mô hình cấu trúc mạng thông tin di động GSM

Hình1.4

Sự phát triển của hệ thống thông tin di động từ thế hệ 1 đến 3

Hình 2.1(a)

Phía phát của hệ thống trải phổ DS-CDMA

Hình 2.1(b)

Phía thu của hệ thống trải phổ DS-CDMA

Hình 2.2

Nhiễu từ các BTS lân cận

Hình 2.3

Đường truyền trong quá trình chuyển giao mềm

Hình 2.4

Sơ đồ khái quát quá trình trải phổ phức

Hình 2.5

Lưu đồ tìm nhận ô theo ba bước

Hình 2.6

Thuật toán tìm nhận ô tốc độ cao trong chế độ rỗi

Hình 2.7

Trích bỏ các kênh TrCH được mã hóa Turbo

Hình 2.8 (a)

Các chức năng điều chỉnh công suất đường truyền về
được thực hiện bởi trạm gốc

Hình 2.8 (b)

Các chức năng điều chỉnh công suất đường truyền về được thực
hiện bởi máy di động

Hình 2.9

Các loại phân tập trong W-CDMA

Hình 2.10

Máy thu quét (Rake receiver)

Hình 2.11

Chuyển giao mềm giữa hai trạm gốc

Hình 2.12

Tín hiệu trải phổ ở đường truyền đi trong W-CDMA

Hình 2.13

Quá trình chuyển giao

Hình 2.14

Nguyên lý của phương pháp phân tập dàn anten thích ứng

Hình 2.15

Sơ đồ khối tổng quát hệ thống phân tập dàn anten thích ứng

Hình 2.16

Cấu hình khối thu CAAAD

Hình 2.17

Kiến trúc hệ thống UMTS ở mức cao

Hình 2.18

Các thành phần của mạng trong PLMN

Hình 2.19

Kiến trúc UTRAN

Hình 3.1

Mô hình hệ thống thông tin di động 2G-GSM

11


Hình 3.2

Cấu trúc tổng thể mạng GSM (2G) Viettel

Hình 3.3

Sơ đồ vị trí các trạm BTS của Viettel trên địa bàn tỉnh Phú Thọ

Hình 3.4

Lộ trình phát triển từ GSM lên WCDMA

Hình 4.1

Tuỳ chọn các phương án chuyển đổi từ GSM

Hình 4.2

Tác động của mã hoá kênh và HSCSD

Hình 4.3

Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS

Hình 4.4

Sự chuyển đổi về kỹ thuật

Hình 4.5

Triển khai GPRS cho mạng di động Viettel

Hình 4.6

Tác động của EDGE lên hệ thống

Hình 4.7

Phương án mạng 3G (3GPP R99)

Hình 4.8

Phương án thực hiện 3GPP R4

Hình 4.9

Phương án 3GPP R5 (toàn IP)

Hình 4.10

Biểu đồ quá trình định cỡ mạng

12


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1

Phân loại các dịch vụ ở IMT-2000

Bảng 3.1

So sánh hai tiêu chuẩn WCDMA và GSM

Bảng 4.1

Các giả định cho MS

Bảng 4.2

Các giả định cho BTS

Bảng 4.3

Mô hình tham chiếu quỹ đường truyền

Bảng 4.4

Quỹ đường truyền tham khảo cho dịch vụ tiếng 12,2 kbps ARM

Bảng 4.5

(3km/h, người sử dụng trong nhà được phủ sóng bởi BTS ngoài trời,
có chuyển giao mềm)

Bảng 4.6

Quỹ đường truyền tham khảo dịch vụ dữ liệu không thời gian thực
384 kbps (3km/h, người sử dụng ngoài trời, kênh phương tiện kiểu
A, không chuyển giao mềm)

Bảng 4.7

Giá trị K cho tính toán diện tích ô

Bảng 4.8

Các thông số sử dụng để tính toán hệ số tải đường lên

Bảng 4.9

Các thông số được sử dụng để tính toán tải đường xuống

13


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 VÀ TIÊU
CHUẨN IMT-2000
1.1. Những đặc thù của thông tin di động

Nói đến thông tin di động là nói đến việc liên lạc thông qua sóng điện từ (vì
vừa như vậy mới liên lạc vừa di chuyển được, và cho tới ngày nay loài người
chưa phát hiện ra môi tường thông tin đặc biệt nào khác ưu việt hơn sóng điện
từ).
Mỗi một cuộc liên lạc giữa hai người cần một đường truyền độc lập (gọi là
kênh truyền vô tuyến ), mỗi kênh giả sử chỉ có dải thông 3KHz ( tức là 3.10 3 Hz
ứng với dải thông tiếng nói, trên thực tế phải cần nhiều hơn thế nữa) thì dải tần
số vô tuyến từ 0 – 3 GHz ( 3.109) chỉ cho phép truyền 3.109 3.10 3 = 106 tức là
một triệu cuộc liên lạc một lúc. Vậy thì làm thế nào để hàng trục triệu người có
thể cùng sử dụng máy di động cùng một lúc đấy là chưa kể dải tần số vô tuyến
còn phải dành cho rất nhiều công việc khác (như quốc phòng, hàng không,
nghiên cứu khoa học….), dải tần số dành cho thông tin di động chỉ là phần nhỏ.
Giải pháp duy nhất để giải quyết vấn đề nhiều người dùng độc lập trên một
dải tần số vô tuyến hạn chế là sử dụng lại tần số miễn hai cuộc liên lạc phải đủ xa
nhau về khoảng cách vật lý để sóng truyền đến nhau nhỏ hơn sóng truyền của hai
người trong cuộc, để không gây nhiễu cho nhau. Do vậy một địa bàn có dịch vụ
thông tin di động phải được chia thành các phần nhỏ, gọi là tế bào, hai cuộc liên
lạc ở hai tế bào dù ở xa nhau có thể sử dụng cùng một dải tần số sóng điện từ
thông qua việc quản lý của một trạm trung tâm tế bào. Về lý thuyết, nếu kích cỡ
của tế bào là rất nhỏ, công suất thu phát liên lạc được khống chế trong đó( để
không làm “phiền” đến tế bào khác) thì có thể phục vụ được vô số cuộc gọi di
động cùng một lúc mà chỉ cần một dải tần sóng vô tuyến hạn chế. Phương pháp
này gọi là phương pháp sử dụng lại tần số. Điều này kéo theo một loạt hệ quả tất
yếu khác như:
 Chống nhiễu đồng kênh và nhiễu kênh lân cận
 Kỹ thuật chuyển giao
14


 Quản lý kênh truyền (khi có yêu cầu sử dụng hoặc giải phóng kênh)

 Đăng ký vị trí (mới biết người liên lạc ở tế bào nào để tìm gọi) …
Ngoài ra các yêu cầu khác của người sử dụng như kích thước nhỏ nhẹ của
thiết bị cầm tay đồng thời lại tiết kiệm năng lượng (để phục vụ cuộc liên lạc được
lâu)... Những yêu cầu này luôn đòi hỏi rất cao về công nghệ điện tử và các kỹ
thuật xử lý tín hiệu mà những tiến bộ cách đây 20 năm không thể đáp ứng nổi.
Chính vì vậy phải đợi đến khi những tiến bộ của công nghệ điện tử vào cuối thập
kỷ 80 của thế kỷ 20 thông tin di động mới thâm nhập vào đời sống xã hội rộng
rãi bằng những sản phẩm thương mại hấp dẫn. Sau đó phát triển với tốc độ nhảy
vọt trong thập kỷ tiếp theo khi đưa ra nhiều dịch vụ đa năng với chất lượng dịch
vụ ngày càng cao.
Tóm lại, đặc thù cơ bản của thông tin di động là mâu thuẫn giữa số lượng
người dùng đông đảo và dải tần hạn chế, dẫn đến vùng dịch vụ được chia thành
các tế bào kèm theo tất cả các kỹ thuật hệ thống khi xây dựng hệ thống tế bào
này. Điều này làm cho hệ thống thông tin di động khác rất nhiều so với hệ thông
tin cố định ( hữu tuyến hoặc vô tuyến).
1.2. Lịch sử phát triển của thông tin di động
Để có bức tranh toàn cảnh, ngắn gọn về thông tin di động ta điểm lại những
mốc phát triển quan trọng trong lịch sử. Có thể chọn lịch sử phát triển thông tin
di động của nước Mỹ làm điển hình:
Năm 1946: Dịch vụ điện thoại di động công cộng lần đầu tiên được giới
thiệu ở 25 thành phố của Mỹ. Mỗi hệ thống dùng bộ ăng ten công suất lớn đặt
cao phủ sóng toàn thành phố (bán kính 50km), kỹ thuật FM, truyền bán song
công (Push-to-talk), ở băng tần 150MHz, độ rộng kênh truyền là 120kHz. Đây
chưa phải hệ thống tế bào, tần số chưa được dùng lặp lại nên số người được phục
vụ rất ít.
Năm 1950: Độ rộng kênh thu hẹp lại còn 60kHz, dẫn đến số kênh sử dụng
tăng gấp đôi.
Năm 1960: Độ rộng kênh chỉ còn 30kHz, hiệu suất phổ tần tăng gấp 4 lần.

15

Năm 1950-> 1960: Xuất hiện tổng đài tự động, dịch vụ IMTS (song công,
tự động quay số, tự động chọn kênh ). Tuy nhiên nhanh chóng bị bão hoà bởi nhu
cầu người sử dụng do dịch vụ chất lượng kém và hay bị bận. Dịch vụ IMTS hiện
vẫn còn ở Mỹ, song hiệu suất sử dụng phổ kém so với điện thoại tế bào hiện nay.
Cũng trong thời gian này, lý thuyết mạng tế bào ra đời (AT&T đưa ra dự án
điện thoại năm 1968). Tuy nhiên công nghệ điện tử lúc đó chưa đáp ứng được.
Năm 1983: Ra đời hệ thống thông tin di động tiên tiến AMPS ( Advanced
Mobile Phone System ). Đánh dấu sự ra đời điện thoại tế bào thế hệ 1. Ủy ban
viễn thông liên bang Mỹ (FCC) đã phân cho dịch vụ này 1 dải tần 40MHz trên
khoảng tần số 800MHz (ứng với 660 kênh song công rộng 2x30kHz= 60kHz).
Phổ tần này được phân đều cho 2 nhà cung cấp để tạo sự cạnh tranh.
Năm 1989: Trước yêu cầu tăng trưởng mạnh mẽ số người sử dụng FCC
phân thêm cho dịch vụ này 10MHz phổ nữa (ứng với 166 kênh song công). Hệ
thống điện thoại tế bào này hoạt động trong môi trường han chế giao thoa, sử
dụng lại tần số, kĩ thuật đa truy cập theo tần số (FDMA)
Năm 1991: Ra đời hệ thống tế bào số (USDC) theo chuẩn IS-54 trên cơ sở
hạ tầng AMPS. Hỗ trợ 3 người sử dụng trên 1 kênh 30kHz, kĩ thuật điều chế (/4
DQPSK). Khi kĩ thuật nén tiếng nói và xử lý tín hiệu phát triển có thể tăng dung
lượng lên 6 lần (kết hợp với kĩ thuật đa truy cập theo thời gian TDMA và tồn tại
song song với AMPS trên cùng cơ sở hạ tầng). Đây là thời điểm đánh dấu sự ra
đời của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (ở Châu Âu là hệ GSM).
Cũng trong năm 1991, hệ thống dựa trên kĩ thuật trải phổ phát triển bởi
công ty QUALCOMM theo chuẩn IS-95 hỗ trợ nhiều người sử dụng trên một dải
tần 1.25MHz, sử dụng kĩ thuật đa truy cập phân chia theo mã CDMA. Có nhiều
ưu điểm hơn AMPS về dung lượng, yêu cầu về tỉ số SNR thấp hơn, về giá thành
có tính cạnh tranh cao.
Vấn đề tích hợp nhiều mạng khác nhau trong một cơ sở hạ tầng cũng được
đặt ra từ những năm 90.

Từ năm 1995: Chính phủ mỹ đã cấp giấy phép trên dải tần 1800>2100MHz, hứa hẹn sự phát triển mới cho các dịch vụ thông tin cá nhân (PCS).

16


Năm 2000: Tổ chức viễn thông quốc tế (ITU) đã tiến hành tiêu chuẩn hoá
cho hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000_hệ thống thông tin di động
thứ 3.
1.2.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất
Khái niệm về cellular bắt đầu từ cuối những năm 40 tại phòng thí nghiệm
Bell của AT&T. Nhưng đến đầu những năm 70 AT&T mới đưa ra dự án điện
thoại tế bào. Và cho đến năm 1983, ra đời dịch vụ AMPS do AT&T và
MOTOLAR của Mỹ. Đánh dấu sự ra đời hệ thống thông tin di động thế hệ thứ
nhất. Với kỹ thuật tương tự, phương pháp điều tần FM để điều chế tiếng nói trên
băng tần 800MHz với độ rộng phổ là 40MHz. Để sử dụng hiệu quả hơn nguồn
tần số có giới hạn thì toàn bộ vùng dịch vụ được chia thành các miền nhỏ kề nhau
gọi là tế bào (cell). Mỗi tế bào được dịch vụ cung cấp một tần số nhất định và có
một anten trung tâm, với công suất phát phù hợp để quản lý các di động trong tế
bào mà không gây nhiễu sang các tế bao khác. Khi các cell ở cách nhau đủ xa thì
có thể sử dụng lại tần số.

Hình 1.1: Lặp lại nhóm tế bào trong vùng dịch vụ

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất đã bao gồm hàng loạt các hệ
thống ở các nước khác nhau như: NMT phát triển ở Châu Âu, NTT ở Nhật,
TACS ở Anh… Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ truy cập FDMA có sơ
đồ khái quát như sau:

17

Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất
Tuy nhiên các hệ thống này không thoả mãn được nhu cầu ngày càng tăng
mà trước hết là về dung lượng. Mặt khác các tiêu chuẩn của các hệ thống không
tương thích nhau làm cho sự chuyển giao không đủ rộng (việc liên lạc ngoài biên
giới là không thể). Do sử dụng kỹ thuật truyền tiếng nói tương tự nên hiệu suất
sử dụng phổ tần không cao và chất lượng kém. Những vấn đề này đặt ra cho hệ
thống thông tin di động hế hệ 2 phải lựa chọn giải pháp kỹ thuật tương tự hay số.
Và kỹ thuật số đã được lựa chọn , trước hết là sự bảo đảm chất lượng cao hơn,
khả năng tiềm tàng về một dung lượng lớn hơn.
1.2.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai
Ra đời vào đầu những năm 1990: Chuẩn GSM của Châu Âu và IS-54 (tồn
tại song song với AMPS) của Mỹ và ngay sau đó là chuẩn IS-95 cho phương
pháp đa truy nhập CDMA. Hệ thống thông tin di động thế hệ hai dựa trên kỹ
thuật đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA và kỹ thuật đa truy cập phân
chia theo mã CDMA, truyền dẫn song công theo tần số TDD, điều chế QPSK,
FSK…
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai theo chuẩn IS-95 được phát triển
ở Mỹ. Hệ thống này sử dụng lại băng tần 824MHz - 849MHz cho tuyến lên và
869MHz – 894MHz cho tuyến xuống, dùng 20 kênh có độ rộng mỗi kênh là
1,25MHz.

18


Hệ thống thông tin di động GSM ra đời và sử dụng rộng rãi ở Châu Âu,
băng tần sử dụng gồm hai dải tần: 890MHz – 915MHz cho tuyến lên và 935MHz
– 960MHz cho tuyến xuống. Dải tần này lại được chia nhỏ ra thành các dải con
rộng 200KHz (gọi là kênh tần số vô tuyến tuyệt đối ARFCN hay kênh vật lý).
Mỗi kênh vật lý chia thành 8 khe thời gian (Time Slot) ứng với 8 kênh dịch vụ.

Về lý thuyết số kênh vật lý trên dải tần 25MHz là 25000/200=125 kênh. Tổng số
kênh lưu lượng là 125x8=1000 kênh, nghĩa là phục vụ đồng thời 1000 thuê bao
mà chưa sử dụng lại tần số. Dưới đây là sơ đồ khối của hệ thống thông tin di
động toàn cầu GSM (Global System for Mobile communication)

Hình1. 3: Mô hình cấu trúc mạng thông tin di động GSM
Ưu điểm:
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ra đời nhằm giải quyết những hạn
chế của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất. Do sử dụng kĩ thuật số mà có
những ưu điểm sau:
Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu suất sử dụng phổ tần cao
hơn.

19


Mã hoá tín hiệu thoại với tốc độ bít càng thấp cho phép ghép nhiều kênh
vào dòng bít tốc độ chuẩn.
Áp dụng kỹ thuật mã hoá kênh và mã hoá nguồn của kỹ thuật truyền dẫn số.
Hệ thống số chống nhiễu kênh chung CCI (Common Channel Interference)
và chống nhiễu kênh kề ACI (Adjacent Channel Interference) hiệu quả hơn sẽ
làm tăng dung lượng hệ thống.
Điều khiển động việc cấp phát kênh mộ cách liên tục nên làm cho việc sử
dụng tần số hiệu quả hơn.
Điều khiển truy nhập và chuyển giao hoàn hảo hơn, dung lượng tăng, báo
hiệu dễ dàng xử lý băng phương pháp số.
Có nhiều dịch vụ mới nhận thực hơn (kết nối với ISDN).
Nhược điểm :
Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai cũng tồn tại một số nhược
điểm như sau:

Độ rộng dải thông băng tần của hệ thống là hạn chế nên các dịch vụ ứng
dụng cũng bị hạn chế ( không thể đáp ứng được các yêu cầu phát triển cho các
dịch vụ thông tin di động đa phương tiện cho tương lai).
Tiêu chuẩn cho các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai là không
thống nhất. Do Mỹ và Nhật sử dụng TDMA băng hẹp còn Châu Âu sử dụng
TDMA băng rộng, mặc dù cả hai hệ thống này đều có thể coi như là sự tổ hợp
của FDMA và TDMA vì người sử dụng thực tế dùng các kênh được ấn định cả
về tần số và các khe thời gian trong băng tần. Do đó việc chuyển giao toàn cầu
chưa thực hiện được.
1.2.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba
1.2.3.1. Hoàn cảnh ra đời
Ra đời vào những năm cuối của thập niên 90 nhằm đáp ứng nhu cầu thông
tin di động gia tăng. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba sử dụng các kỹ
thuật đa truy nhập: đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA một sóng mang
và đa sóng mang DECT, CDMA đa sóng mang(CDMA2000 hay IS2000),
CDMA băng rộng theo thời gian (WCDMA-TDD) và theo tần số (WCDMA-

20


FDD). Nó có dải thông khá rộng là 1885MHz-2025MHz và 2110MHz –
2200MHz trên toàn thế giới theo tiêu chuẩn IMT-2000. So với hệ thống thông tin
di động thế hệ thứ nhất và thứ hai thì hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba là
hệ thống đa dịch vụ và đa phương tiện được phủ sóng khắp toàn cầu. Nó có thể
chuyển mạng, hoạt động mọi nơi, mọi lúc. Nó có thể thực hiện các dịch vụ thông
tin dữ liệu tốc độ cao và thông tin đa phương tiện băng rộng như: hộp thư thoại,
truyền Fax, truyền dữ liệu, Wap(Wiless Applycation Protocal) là giao thức ứng
dụng không dây cho phép truy cập vào mang Internet đọc tin tức, tra cứu thông
tin, hình ảnh…Do đặc điểm băng tần rộng nên nó còn có thể cung cấp các dịch
vụ truyền hình ảnh, âm thanh, các dich vụ điện thoại thấy hình…

1.2.3.2. Mục tiêu cơ bản
Hệ thống này ngày càng phát triển khắp toàn cầu với những mục tiêu cơ
bản sau:
 Tiêu chuẩn thống nhất toàn cầu
 Có khả năng truyền tải đa phương tiện
 Tăng dịch vụ chuyển mạch gói: Hệ thống thông tin di động thế hệ hai
chỉ có phương thức chuyển mạch gói, hiệu suất kênh tương đối thấp.
Trong khi hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba tồn tại đồng thời cả
chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói.
 Tăng phương thức truyền tải không đối xứng. Do các dịch vụ số liệu
mới WWW (Word Wide Web) có đặc tính không đối xứng: truyền tải
đường lên thường chỉ cỡ vài Kbit/s, còn đường xuống cỡ vài trăm
Kbit/s. Trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai thì chỉ hỗ trợ
truyền tải đối xứng.
 Tăng cường dịch vụ số liệu WWW và khả năng truyền số liệu.
 Chất lượng thoại tương đương với chất lượng thoại hữu tuyến.
 Hiệu suất phổ tần cao hơn.
 Tính bảo mật cao.

21


1.3. Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất sang
thế hệ thứ ba

Hình1. 4: Sự phát triển của hệ thống thông tin di động từ thế hệ 1 đến 3
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ra đời đã khắc phục được nhiều
nhược điểm của thế hệ một. Xu thế chung của công nghệ di động là phải đáp ứng
nhu cầu ngày càng cao về chất lượng, dung lượng, tính tiện lợi, giá cả, tính đa
dạng dịch vụ của người sử dụng. Vì vậy, sau khi tồn tại một thời gian thì các

công nghệ 2G đã bộc lộ những yếu điểm là không thể đáp ứng được các yêu cầu
trên mà phải đợi đến công nghệ 3G. Đối với các nhà khai thác dịch vụ di động
cũng vậy, họ không chỉ dừng lại ở công nghệ đang khai thác mà luôn có lộ trình
cho việc phát triển tới công nghệ tiếp theo. Lộ trình tiến tới 3G cũng có nhiều
con đường, tuy nhiên nhà khai thác phải dựa vào công nghệ hiện tại đang khai
thác để xác định lộ trình thích hợp, tiết kiệm chi phí và hiệu quả nhất. Trong tiến
trình phát triển lên công nghệ không dây thế hệ tiếp theo (3G) nổi lên hai hướng

22


phát triển theo hai tiêu chuẩn chính đã được ITU-T công nhận đó là CDMA 2000
và W-CDMA.
Châu Âu thì đi theo hướng: GSM --> GPRS --> EDGE --> W-CDMA.
Bắc Mỹ, Hàn Quốc, Trung Quốc và một số nước khác đi theo hướng: IS95A --> IS-95B --> CDMA 2000 mà bước đầu là CDMA 2000 1x.
Riêng Nhật Bản thì họ đã phát triển mạng PDC của mình theo cả hai hướng
W-CDMA (NTT Docomo, J-Phone) và CDMA 2000 (KDDI).
1.4. Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ ba
1.4.1. Các yêu cầu chung:
Thông tin di động thế hệ ba phải là hệ thống thông tin di động cho các dịch
vụ di động truyền thông cá nhân đa phương tiện. Hộp thư thoại sẽ được thay thế
bằng bưu thiếp điện tử được lồng ghép với hình ảnh và các cuộc thoại thông
thường trước đây sẽ được bổ sung các hình ảnh để trở thành thoại có hình…
Dưới đây là một số yêu cầu chung đối với hệ thống thông tin di động thế hệ ba
này:
 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 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.
 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.
 Mạng phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu, nghĩa là đảm bảo
các kết nối chuyển mạch cho thoại, các dịch vụ video và các khả năng
số liệu gói cho các dịch vụ số liệu.
 Chất lượng dịch vụ phải không thua kém chất lượng dịch vụ mạng cố
định, nhất là đối với thoại.

23


 Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả thông tin
vệ tinh.
Bộ phận tiêu chuẩn của ITU-R đã xây dựng các tiêu chuẩn cho IMT-2000(
International Mobile Telecommunications 2000 ).IMT-2000 đã mở rộng đáng kể
khả năng cung cấp dịch vụ và bao phủ một vùng rộng lớn các môi trường thông
tin. Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng cũng đồng thời
đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) vào
những năm 2000. Thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) xây dựng trên cơ sở IMT2000 đã được đưa vào hoạt động từ năm 2001. Các hệ thống 3G cung cấp rất
nhiều dịch vụ viễn thông bao gồm: thoại, số liệu tốc độ bit thấp và bit cao, đa
phương tiên, video cho người sử dụng làm việc cả ở môi trường công cộng lẫn tư
nhân (vùng công sở, vùng dân cư, phương tiện vận tải…).
1.4.2. Các tiêu chuẩn xây dựng IMT-2000:


Sử dụng dải tần qui định quốc tế 2GHz:

-

Đường lên: (1885 - 2025) MHz.

-

Đường xuống: (2110 - 2200) MHz.

 Là hệ thống thông tin di động toàn cầu 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 thường trú ảo (VHE) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá
nhân và chuyển mạng toàn cầu.
- Đảm bảo chuyển mạng quốc tế.

24


- Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển
mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói.
 Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện.
Môi trường hoạt động của IMT-2000 được chia thành bốn vùng với các tốc
độ bit Rb phục vụ như sau:
- Vùng 1: trong nhà, picocell, Rb 2 ≤ Mbps.

- Vùng 2: thành phố, microcell, Rb ≤ 384 kbps.
- Vùng 3: ngoại ô, macrocell, Rb ≤ 144 kbps.
- Vùng 4: toàn cầu, Rb = 9,6 kbps.
Có thể tổng kết các dịch vụ do IMT-2000 cung cấp ở Bảng dưới đây:
Kiểu
Dịch vụ
di động

Phân loại
Dịch vụ di động
Dịch vụ thông tin
định vị

Dịch vụ chi tiết
Di động đầu cuối/ di động cá nhân/ di động dịch vụ.
- Theo dõi di động/ theo dõi di động thông minh.
- Dịch vụ âm thanh chất lượng cao (16 - 64 kbps)

Dịch vụ âm thanh

- Dịch vụ truyền thanh AM (32 - 64 kbps)
- Dịch vụ truyền thanh FM (64 - 144 kbps)
- Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64 - 144 kbps)

Dich vụ
viễn

Dịch vụ số liệu

- Dịch vụ số liệu tốc độ tương đối cao (144kbps2Mbps)

thông

- Dịch vụ số liệu tốc độ cao ( ≥ 2 Mbps)
Dịch vụ đa
phương tiện
Dịch vụ Internet
đơn giản
Dịch vụ

Dịch vụ Internet

Internet

thời gian thực

- Dịch vụ video (384 kbps)
- Dịch vụ ảnh động (384 kbps - 2 Mbps)
- Dịch vụ ảnh động thời gian thực ( 2 Mbps)
Dịch vụ truy nhập Web (384 kbps - 2 Mbps)

Dịch vụ Internet (384 kbps - 2 Mbps)

Dịch vụ Internet

Dịch vụ Website đa phương tiện thời gian thực ( 2

đa phương tiện

Mbps)

Bảng 1.1: Phân loại các dịch vụ ở IMT-2000
25