Đồ án tốt nghiệp hệ thống thông tin di động thế hệ 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3

Chương I giới thiệu một cách tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ 3,
chiến lược dịch chuyển từ hệ thống GSM lên hệ thống UMTS. Từ đó giúp chúng ta
hiểu được kiến trúc cơ bản của hệ thống thông tin di động UMTS cũng như hệ thống
hệ thống thông tin di động WCDMA/UMTS.
1.1 Lộ trình phát triển thông tin di động lên 4G
Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G được cho trên hình 1.1

Hình 1.1: Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4


Hệ thông di động thế hệ 1 chỉ hỗ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng kỹ
thuật điều chế tương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người, và sử dụng phương pháp
đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA.
Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 được đưa ra để đáp ứng kịp thời số lượng lớn
các thuê bao di động dựa trên công nghệ số. Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2
đều sử dụng điều chế số. Và chúng sử dụng 2 phương pháp đa truy cập là :
- Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA).
- Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA).
Hệ thống thông tin di động chuyển từ thế hệ 2 sang thế hệ 3 qua một giai đoạn
trung gian là thế hệ 2,5 sử dụng công nghệ TDMA trong đó kết hợp nhiều khe hoặc
nhiều tần số hoặc sử dụng công nghệ CDMA trong đó có thể chồng lên phổ tần của thế
hệ hai nếu không sử dụng phổ tần mới, bao gồm các mạng đã được đưa vào sử dụng
như: GPRS, EDGE và CDMA2000-1x. Ở thế hệ thứ 3 này các hệ thống thông tin di
động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc
độ bit lên đến 2 Mbit/s. Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện
nay, các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 gọi là các hệ thống thông tin di động băng
rộng.
Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 sang thế hệ 4 qua giai đoạn trung gian là thế

hệ 3,5 có tên là mạng truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA. Thế hệ 4 là công
nghệ truyền thông không dây thứ tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong
điều kiện lý tưởng lên tới 1 cho đến 1.5 Gb/giây. Công nghệ 4G được hiểu là chuẩn
tương lai của các thiết bị không dây. Các nghiên cứu đầu tiên của NTT DoCoMo cho
biết, điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu với tốc độ 100 Mb/giây khi di chuyển và tới 1
Gb/giây khi đứng yên, cho phép người sử dụng có thể tải và truyền lên hình ảnh động
chất lượng cao. Chuẩn 4G cho phép truyền các ứng dụng phương tiện truyền thông phổ
biến nhất, góp phần tạo nên những ứng dụng mạnh mẽ cho các mạng không dây nội bộ
(WLAN) và các ứng dụng khác.


Thế hệ di động 4G dùng kỹ thuật truyền tải truy cập phân chia theo tần số trực
giao OFDM, là kỹ thuật nhiều tín hiệu được gởi đi cùng một lúc nhưng trên những tần
số khác nhau. Trong kỹ thuật OFDM, chỉ có một thiết bị truyền tín hiệu trên nhiều tần
số độc lập (từ vài chục cho đến vài ngàn tần số).

Hình 1.2: Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP
Trên đây là lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP trải
qua các giai đoạn từ R3 đến R8.
1.2 Kiến trúc chung của một hệ thống thông tin di động 3G
Mạng thông tin di động 3G lúc đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển
mạch gói và chuyển mạch kênh để truyền số liệu gói và tiếng.
Các vùng chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS) được thể hiện bằng
một nhóm các đơn vị chức năng lôgic: trong thực hiện thực tế các vùng chức năng này
được đặt vào các thiết bị và các nút vật lý. Chẳng hạn có thể thực hiện chức năng
chuyển mạch kênh CS (MSC/GMSC) và chức năng chuyển mạch gói (SGSN/GGSN)
trong một nút duy nhất để được một hệ thống tích hợp cho phép chuyển mạch và


truyền dẫn các kiểu phương tiện khác nhau: từ lưu lượng tiếng đến lưu lượng số liệu

dung lượng lớn.
3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications System: Hệ thống thông tin di
động toàn cầu) có thể sử dụng hai kiểu RAN :
• Kiểu thứ nhất sử dụng công nghệ đa truy nhập WCDMA (Wide Band Code Devision
Multiple Acces) được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Network) mạng truy
nhập vô tuyến mặt đất của UMTS.
• Kiểu thứ hai sử dụng công nghệ đa truy nhập TDMA được gọi là GERAN (GSM
EDGE Radio Access Network) mạng truy nhập vô tuyến dưa trên công nghệ EDGE
của GSM.
Các trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM.
Trên đường phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh sẽ dần được chuyển sang
chuyển mạch gói. Các dịch vụ kể cả số liệu lẫn thời gian thực ( như tiếng và video )
cuối cùng sẽ được truyền trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch gói.

Hình 1.3: Kiến trúc chung của mạng thông tin di động 3G


1.3 Cấu trúc mạng 3G – WCDMA
Hệ thống W-CDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS.
Về mặt chức năng có thể chia cấu trúc mạng W-CDMA ra làm hai phần: Mạng lõi
(CN) và mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN). Trong đó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu
trúc phần cứng của mạng GPRS còn mạng truy nhập vô tuyến là phần nâng cấp của WCDMA.
Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống, trong W-CDMA còn có thiết bị người sử dụng
(UE) thực hiện giao diện người sử dụng với hệ thống.Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE
và UTRAN đều bao gồm những giao thức mới được thiết kế dựa trên công nghệ vô
tuyến W-CDMA, trái lại mạng lõi được định nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM. Điều này
cho phép hệ thống W-CDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM.

Hình 1.4: Cấu trúc UMTS

• UE (User Equipment)
Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ thống.
UE gồm hai phần :
− Thiết bị di động ME : Là đầu cuối vô tuyến được sử dụng cho thông tin vô tuyến trên
giao diện Uu.
− Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) : Là một thẻ thông minh chứa thông tin
nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu giữ các khóa nhận
thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối.
• UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)
Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy
nhập vô tuyến. UTRAN gồm hai phần tử :
− Nút B : Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện I ub và Uu. Nó cũng tham
gia quản lý tài nguyên vô tuyến.
− Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC : Có chức năng sở hữu và điều khiển các tài nguyên
vô tuyến ở trong vùng (các nút B được kết nối với nó). RNC còn là điểm truy cập tất cả
các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN.
• CN (Core Network)
− HLR (Home Location Register) : Là thanh ghi định vị thường trú lưu giữ thông tin
chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng. Các thông tin này bao gồm :
 Các dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng .
 Các thông tin về dịch vụ bổ sung như : trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần
chuyển hướng cuộc gọi.
− MSC/VLR: Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển
mạch kênh cho UE tại vị trí của nó. MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển
mạch kênh. VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người sử dụng cũng như vị trí
chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ.
− GMSC (Gateway MSC) : Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài.
− SGSN (Serving GPRS) : Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các
dịch vụ chuyển mạch gói (PS).

− GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Có chức năng như GMSC nhưng chỉ phục vụ
•
−
−
•
−

cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
Các mạng ngoài
Mạng CS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh.
Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
Các giao diện vô tuyến
Giao diện CU : Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện này tuân

theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh.
− Giao diện UU : Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệ thống
và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS.
− Giao diện IU : Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà khai thác
khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau.
− Giao diện IUr : Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác
nhau.
− Giao diện IUb : Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC. I Ub được tiêu chuẩn
hóa như là một giao diện mở hoàn toàn.
1.3.1 Kiến trúc 3G WCDMA/UMTS R3
Về giao diện vô tuyến:
•

Phần mạng truy nhập vô tuyến mới UTRAN ( WCDMA ) được thêm các thành

phần RNC và BC.

•

Việc có nâng cấp giao diện vô tuyến hiện có của GSM lên EDGE (E-RAN) hay
không là tùy chọn của nhà khai thác.
MSC/VLR nâng cấp có thể xử lý được cho phần vô tuyến băng rộng.
Để các dịch vụ IN có thể cung cấp cho các mạng tạm trú của thuê bao cần triển
khai CAMEL.
Kết nối truyền dẫn trong mạng truy nhập vô tuyến WCDMA dùng công nghệ
ATM nhằm hỗ trợ các loại hình dịch vụ khác nhau: các dịch vụ tốc độ không đổi cho
chuyển mạch kênh và và các dịch vụ có tốc độ thay đổi đối với chuyển mạch gói.


Các nút lõi được chuyển đổi:
•

Phần CS phải quản lý cả thuê bao 2G và 3G, đòi hỏi thay đổi trong MSC/VLR
và HLR/AuC/EIR.

•

Phần PS được nâng cấp từ GPRS, thay đổi ở SGSN là lớn nhất.
Mạng cung cấp các loại dịch vụ 3G và dịch vụ giống với mạng 2.5G, hầu hết các
dịch vụ được chuyển sang dạng gói khi có nhu cầu. Ví dụ WAP sẽ chuyển sang dùng
chuyển mạch gói. Dịch vụ dựa trên vị trí giúp truyền dữ liệu gói hiệu quả hơn.

Hình 1.5: Mô hình 3G WCDMA/UMTS R3
Ưu điểm:
• Tận dụng tối đa hạ tầng GSM/GPRS hiện có:

−

Có thể triển khai nhanh chóng.

−

Chỉ tiêu các phần tử mạng rất ổn định.

• Cung cấp cả dịch vụ 2G và 3G, dịch vụ chuyển mạch kênh và gói.
• Bảo đảm an toàn đầu tư:
− Thiết bị nâng cấp dần dần tới mạng lõi 3G.
Nhược điểm:


• Phức tạp do cả hai thành phần CS và PS.
• Phần CS phức tạp do phải phục vụ cả 2G và 3G, khó mở rộng.
• Việc quản lý hệ thống sẽ phức tạp.
1.3.2 Kiến trúc 3G WCDMA/UMTS R4

Hình 1.6: Kiến trúc 3G WCDMA/UMTS R4
Điểm khác biệt chính của phát hành 4 và phát hành 99 là mạng lõi phân bố. MSC
được chia thành MSC sever và MGW. 3GPP phát hành 4 tách phần kết nối, điều khiển
và dịch vụ cho chuyển mạch kênh mạng lõi.
• MSC sever có chức năng quản lý di động và điều khiển cuộc gọi, không chứa ma trận
chuyển mạch, phần tử điều khiển MGW.
• Media Gateway (MGW) là phần tử chiệu trách nhiệm duy trì các kết nối và thực hiện
chức năng chuyển mạch khi cần.
• Thoại chuyển mạch gói (VoIP): cuộc gọi chuyển mạch kênh được chuyển sang chuyển
mạch gói trong MGW.

Ưu điểm:
• Khắc phục một số nhược điểm của R99.
• Tách riêng phần kết nối cuộc gọi, phần điều khiển và phần dịch vụ cho phần chuyển
mạch lõi chuyển mạch kênh.
• Toàn bộ lưu lượng qua MGW, được quản lý nằng MSC Sever tách rời ( nâng cấp từ
MSC/VLR).
• Phần CN CS có thể tự do mở rộng khi dung nhiều MGW.
• Cho phép truyền tải lưu lượng hiệu quả hơn nhờ chuyển mạch gói. Một cuộc gọi GSM
truyền thống sẽ được thay bằng VoIP qua MGW. Phân hệ đa phương tiện IP(IMS) được
thêm vào đáp ứng các dịch vụ đa phương tiện trên IP và VoIP.
Nhược điểm:
• Làm thay đổi căn bản phần CS nhưng vẫn còn cả hai thành phần CS và PS.
Vai trò của CAMEL sẽ thay đổi, phải lập kết nối với phần PS và sẽ trở thành yếu
tố đấu nối giữa hạ tầng dịch vụ và mạng.

1.3.3 Kiến trúc 3G WCDMA/UMTS R5
Đặc điểm của mạng 3G phát hành 5 là thêm miền IP đa phương tiện trong mạng
lõi, hỗ trợ dữ liệu và thoại qua IP, trong đó bổ sung một số phần tử mới:
•

CSCF: Quản lý việc thiết lập duy trì và giải phóng các phiên truyền đa
phương tiện với người sử dụng.

•

MRF: Hỗ trợ các chức năng như cuộc gọi nhiều bên, cuộc gọi hội nghị.
Ngoài ra, SGSN và GGSN được cải tiến so với R4 là có hỗ trợ thoại.
MGW vẫn có chức năng tương tự như R4 và MGW do MGCF điều khiển.

Hình 1.7: Kiến trúc 3G WCDMA/UMTS R5
Ưu điểm :
• Tồn tại duy nhất chuyển mạch gói PS.
• Sử dụng hiệu quả và dễ dàng quản lý toàn bộ lưu lượng trên mạng 3G vì đều là IP.
Công nghệ truy nhập vô tuyến sẽ giảm dần tỷ trọng. Trong tương lai, các lõi 3G
sẽ có nhiều công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau.
1.3.4 Kiến trúc 3G WCDMA/UMTS R6
Mục đích chuẩn hóa của 3GPP Relesae 6 là:
• Cung cấp các dịch vụ đa phương tiện IP, pha 2: Nhắn tin IMS và quản lý nhóm.
• Hoạt động phối hợp với mạng LAN vô tuyến.
• Các dịch vụ giọng nói: Nhận dạng giọng nói phân bố (DSsR).
Phạm vi và định nghĩa đang tiếp tục được tiêu chuẩn hóa


1.4 Các kênh cơ bản của WCDMA/UMTS

Hình 1.8: Cấu trúc kênh cơ bản của WCDMA/UMTS

Trong W-CDMA có 3 nhóm kênh cơ bản:
• Kênh logic
• Kênh truyền tải
• Kênh vật lý
Kênh logic:
Miêu tả loại thông tin sẽ được truyền đi. Mặc dù gọi là "kênh" nhưng nó không
phải là kênh theo giống nghĩa như kênh vật lý, kênh vận tải. Kênh logic có thể hiểu là
những công việc mà mạng và thiết bị cần phải thực hiện tại những thời điểm khác
nhau.Các kênh logic này cũng có thể xem như là dịch vụ mà lớp MAC cung cấp cho
lớp RLC ở trên nó.
Kênh vận tải:

Qui định bằng cách nào và với đặc trưng gì thông tin sẽ được truyền đi.Đây là
dịch vụ mà lớp vật lý cung cấp cho lớpMAC ở trên nó.
Kênh vật lý:
Là kênh hiện hữu truyền tải thông tin đi.
Việc phân ra các loại kênh khác nhau mình nghĩ là giống việc phân lớp trong
mạng, giúp cho dễ quản lý và điều khiển. Cứ ứng với mỗi loại thông tin kèm theo
những đặc trưng của nó, mạng sẽ tự động truy cập vào các kênh tương ứng để gửi
thông tin đi một cách hiệu quả nhất.
1.4.1 Kênh logic
Kênh logic định nghĩa loại số liệu được truyền đi, bao gồm 2 loại kênh: Kênh
điều khiển và kênh lưu lượng.

Hình 1.9: Cấu trúc kênh logic
1.4.1.1 Kênh điều khiển


 Kênh điều khiển chung
− Kênh điều khiển quảng bá (BCCH): hoạt động ở tuyến xuống, đưa thông tin nhận biết
tế bào, mạng và tình trạng hiện tại của tế bào (cấu trúc điều khiển, các lưu lượng còn
rỗi, đang sử dụng hoặc nghẽn)
− Kênh nhắn tin PCH: cung cấp tin nhắn từ BS đến MS, PCH phát IMSI của thuê bao và
yêu cầu phát lại trên RACH- kênh điều khiển ngẫu nhiên. Ngoài ra PCH cũng có thể
được dùng cung cấp các bản tin quảng bá dạng ASCII
− Kênh truy cập hướng xuống DACH chuyển bản tin từ BS đến MS trong 1 cell.
 Hai kênh dành riêng:
− Kênh điều khiển dành riêng DCCH gồm kênh điều khiển dành riêng đứng một mình
SDCCH và kênh điều khiển liên kết ACCH.

1.4.1.2 Kênh lưu lượng
Dùng để truyền các thông tin của điện thoại hoặc số liệu, bao gồm 2 kênh:


Kênh lưu lượng dùng riêng (DTCH) : chuyển dữ liệu theo mô hình

kết nối điểm - điểm về 2 hướng đến 1 thuê bao và được sử dụng để truyền thông
tin người dùng.

Kênh lưu lượng dùng chung (CTCH): chuyển dữ liệu theo mô
hình kết nối điểm - điểm trên kênh đường xuống, sử dụng để truyền thông tin
cá nhân đến tất cả các thuê bao trong cùng nhóm.
1.4.2 Kênh truyền tải
Kênh truyền tải mang các thông số, đặc tính cần thiết để truyền tải các thông tin
dữ liệu qua mạng.Các kênh truyền tải được hình thành nhờ việc sắp xếp các kênh logic.
Có 2 loại kênh truyền tải :


 Kênh truyền tải riêng DCH: mang thông tin điều khiển cho riêng một MS với mang
DCH-UL, DCH-DL.
 Kênh truyền tải chung CCH : dùng chung cho tất cả các MS
Mỗi kênh truyền tải chứa một mã chỉ thị định dạng truyền tải TFI (Transport
Format Indicator).TFI được sử dụng để phối hợp làm việc giữa lớp MAC và lớp vật
lý.Lớp vật lý sẽ ghép đa hợp nhiều kênh truyền tải với nhau để tạo thành một kênh
truyền tải mã hoá hỗn hợp CCTRCH (Transport Format Combination Indicator) và gởi
kèm trong kênh CCTRCH. Tổ hợp mã TFCI được truyền đi trong kênh điều khiển vật
lý để thông báo với đầu thu kênh truyền tải nào đang được nhận. Tiếp đó, TFCI sẽ
được giải mã và tạo ra các TFI tương ứng để gởi lên lớp trên.

1.4.2.1 Kênh truyền tải riêng

Với kênh truyền tải riêng chỉ có một kênh duy nhất là kênh DCH.Kênh này có thể
hoạt động ở tuyến lên hoặc tuyến xuống.
1.4.2.2 Kênh truyền tải chung
Kênh truyền tải chung bao gồm 6 kênh: BCH, FACH, PCH, RACH, CPCH và
DSCH.
 Kênh BCH - kênh quảng bá, là kênh truyền tải đường xuống, sử dụng để quảng bá
những thông tin trong hệ thống hay trong 1 tế bào.
 Kênh FACH- Kênh truy cập gọi đi, cũng là kênh truyền tải đường xuống. Có thể hoạt
động trong toàn bộ hay một phần tế bào. Việc gửi kênh này được thực hiện sau khi BS
nhận được bản tin truy nhập ngẫu nhiên.
 Kênh PCH – Kênh tìm gọi, là kênh mang dữ liệu cần thiết cho các thủ tục tin nhắn, đó
là khi hệ thống muốn kết nối lien lạc với thuê bao.


 Kênh RACH – Kênh truy cập ngẫu nhiên, là kênh mang thông tin điều khiển từ thuê
bao, như yêu cầu thiết lập một kết nối.
 Kênh CPCH – Kênh dữ liệu gói chung, là kênh mở rộng của kênh RACH, được sử
dụng để truyền dữ liệu user dạng gói trên hướng lên. Đi cặp với kênh này, ở hướng
xuống dữ liệu gói được truyền trên kênh FACH.
 Kênh DSCH – Kênh chia sẻ đường xuống, là kênh mang các thông tin dữ liệu hoặc
thông tin điều khiển của người dùng.

1.4.3 Kênh vật lý
Các kênh truyền tải được xử lý tiếp theo bằng cách ghép vào các kênh vật lý.
Kênh vật lý được quản lý và xử lý tại lớp vật lý.Việc xử lý ở đây thực hiện những kỹ
thuật biến đổi cần thiết nhằm tương thích đặc tính truyền dẫn vô tuyến và đảm bảo chất
lượng tín hiệu cao nhất.
1.4.3.1 Kênh đường lên
Hai kênh dành riêng:
 DPDCH (truyền dữ liệu) :

 DPCCH (truyền báo hiệu)
 Một kênh truy cập chung RACH.
Hầu hết các trường hợp mỗi cuộc gọi chỉ được cấp một kênh DPDCH cho các
dịch vụ chia sẻ thời gian.Cũng có thể cấp nhiều kênh, chẳng hạn để có hệ số trải phổ
lớn khi truyền dữ liệu tốc độ cao.


Hình 1.10: Tốc độ truyền WCDMA đường lên

−
−
−

Kênh DPDCH:
Truyền pilot cho thu tương can.
Truyền bit điều khiển công suất.
Truyền tin tức về tốc độ.
1.4.3.2 Kênh đường xuống

 Kênh vật lý điều khiên chung (sơ cấp và thứ cấp) CCPCH mang: BCCH, PCH, PACH.
 Kênh SCH cung cấp định thời và MS đo lường SCH phục vụ chuyển giao.
 Kênh dành riêng (DPDCH và DPCCH) ghép kênh theo thời gian. Kí hiệu pilot được
ghép kênh trên BCCH(theo thời gian) để phục vụ thu tương quan. Vì các kí hiệu pilot
là dành riêng cho mỗi kết nối nên nó được dùng để đánh giá sự hoạt động thích ứng
của anten, hỗ trợ điều khiển công suất nhanh ở hướng xuống. CCPCH sơ cấp mang
BCCH và kênh pilot chung được ghép kênh theo thời gian. CCPCH có mã như nhau
trong tất cả các cell.


Hình 1.11: Cấu trúc kênh dành riêng

 CCPCH thứ cấp ghép kênh theo thời gian PCH với PACH trong cấu trúc siêu khung.
Tốc độ bản tin CCPCH là khả biến từ cell này sang cell khác.

Hình 1.12: Cấu trúc kênh CCPCH
 Kênh SCH- kênh đồng bộ, sử dụng cho thủ tục đồng bộ mạng. Dùng khi thực hiện thủ
tục định vị và đồng bộ mạng.
 SCH sơ cấp không điều chế cung cấp định thời xác định SCH thứ cấp mà SCH thứ cấp
có điều chế cung cấp tin tức xác mã PN của BS. SCH sơ cấp sử dụng mã 256 bits


không điều chế, phát mỗi lần 1 khe. SCH thứ cấp mã 256 bits cố điều chế, phát song
song với SCH sơ cấp. SCH thứ cấp được điều chế với chuỗi nhị phân 16 bits (có lặp
cho mỗi khung). Chuỗi điều chế giống nhau với tất cả BS có độ tự tương quan tốt.
 Kênh PRACH – Kênh vật lý truy xuất ngẫu nhiên, được sử dụng ở hướng lên mang
thông tin truy xuất mạng. Trong một vài trường hợp dùng phát thông tin số liệu gói.
Hình 1.14 cho ta cái nhìn sơ bộ về chất lượng khe thời gian truy cập của kênh RACH.

Hình 1.13: Cấu trúc kênh đồng bộ SCH


Hình 1.14: Chất lượng khe thời gian truy cập của kênh RACH
1.5 Cấu trúc địa lý của hệ thống thông tin di động 3G
1.5.1 Phân chia theo vùng mạng
Trong một quốc gia có thể có nhiều vùng mạng viễn thông, việc gọi vào một vùng
mạng nào đó phải được thực hiện thông qua tổng đài cổng. Các vùng mạng di động 3G
được đại diện bằng tổng đài cổng GMSC hoặc GGSN. Tất cả các cuộc gọi đến một
mạng di động từ một mạng khác đều được định tuyến đến GMSC hoặc GGSN. Tổng
đài này làm việc như một tổng đài trung kế vào cho mạng 3G. Đây là nơi thực hiện
chức năng hỏi để định tuyến cuộc gọi kết cuối ở trạm di động. GMSC/GGSN cho phép
hệ thống định tuyến các cuộc gọi vào từ mạng ngoài đến nơi nhận cuối cùng: các trạm

di động bị gọi.
1.5.2 Phân chia theo vùng phục vụ MSC/VLR và SGSN


Một mạng thông tin di động được phân chia thành nhiều vùng nhỏ hơn, mỗi vùng
nhỏ này được phục vụ bởi một MSC/VLR (hình 1.15a). hay SGSN (1.15b). Ta gọi đây
là vùng phục vụ của MSC/VLR hay SGSN.

Hình 1.15: Phân chia mạng thành các vùng phục vụ của MSC/VLR và SGSN
Để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động, đường truyền qua mạng sẽ
được nối đến MSC đang phục vụ thuê bao di động cần gọi. Ở mỗi vùng phục vụ
MSC/VLR thông tin về thuê bao được ghi lại tạm thời ở VLR. Thông tin này bao gồm
hai loại:


Thông tin về đăng ký và các dịch vụ của thuê bao.



Thông tin về vị trí của thuê bao ( thuê bao đang ở vùng định vị hoặc vùng
định tuyến nào ).
1.5.3 Phân chia theo vùng định vị và vùng định tuyến
Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị: LA (Location
Area) hình 1.16a. Mỗi vùng phục vụ của SGSN được chia thành các vùng định tuyến
RA ( Routing Area ) hình 1.16b.


Hình 1.16: Phân chia vùng phục vụ của MSC/VLR và SGSN thành các vùng
định vị (LA: Location Area) và định tuyến (RA: Routing Area)
Vùng định vị (hay vùng định tuyến là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR

(hay SGSN) mà ở đó một trạm di động có thể chuyển động tự do và không cần cập
nhật thông tin về vị trí cho MSC/VLR (hay SGSN) quản lý vị trí này. Có thể nói vùng
định vị (hay vùng định tuyến) là vị trí cụ thể nhất của trạm di động mà mạng cần biết
để định tuyến cho một cuộc gọi đến nó. Ở vùng định vị này thông báo tìm sẽ được phát
quảng bá để tìm thuê bao di động bị gọi. Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng
cách sử dụng nhận dạng vùng định vị (LAI: Location Area Identity) hay nhận dạng
vùng định tuyến (RAI Routing Area Identity). Vùng định vị (hay vùng định tuyến) có
thể bao gồm một số ô và thuộc một hay nhiều RNC, nhưng chỉ thuộc một MSC (hay
một SGSN).
1.5.4 Phân chia theo ô


Vùng định vị hay vùng định tuyến được chia thành một số ô hình 1.17.

Hình 1.17: Phân chia LA và RA
Ô là một vùng phủ vô tuyến được mạng nhận dạng bằng nhận dạng ô toàn cầu
CGI (Cell Global Identity ). Trạm di động nhận dạng ô bằng mã nhận dạng trạm gốc
BSIC (Base Station Identity Code). Vùng phủ của các ô thường được mô phỏng bằng
hình lục giác để tiện cho việc tính toán thiết kế.
1.5.5 Mẫu ô
Mẫu ô có hai kiểu: vô hướng ngang (omnidirectional) và phân đoạn (sectorized).
Các mẫu này được cho trên hình 1.18.


Hình 1.18: Các kiểu mẫu ô
Ô vô hướng ngang (hình 1.18a) nhận được từ phát xạ của một anten có búp sóng
tròn trong mặt ngang (mặt phẳng song song với mặt đất) và búp sóng có hướng chúc
xuống mặt đất trong mặt đứng (mặt phẳng vuông góc với mặt đất). Ô phân đoạn (hình
1.18b) là ô nhận được từ phát xạ của ba anten với hướng phát xạ cực đại lệch nhau
1200. Các anten này có búp sóng dạng nửa số 8 trong mặt ngang và trong mặt đứng búp

sóng của chúng chúc xuống mặt đất. Trong một số trường hợp ô phân đoạn có thể được
tạo ra từ phát xạ của nhiều hơn ba anten. Trong thực tế mẫu ô có thể rất đa dạng tùy
vào địa hình cần phủ sóng. Tuy nhiên các mẫu ô như trên hình 1.16 thường được sử
dụng để thiết kế cho sơ đồ phủ sóng chuẩn.

1.6 Kết luận chương
Chương này trước hết xét tổng quan quá trình phát triển thông tin di động lên 4G.
Nếu công nghệ đa truy nhập cho 3G là CDMA băng rộng thì công nghệ đa truy nhập
cho 4G là OFDMA. Sau đó kiến trúc mạng 3G được xét. Các phát hành đánh dấu các
mốc quan trọng phát triển mạng 3G WCDMA UMTS được xét: R3, R4, R5 và R6. R3
bao gồm hai miền chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói trong đó kết nối giữa các nút
chuyển mạch gọi là TDM (ghép kênh theo thời gian). R4 là sự phát triển của R3 trong
đó miền chuyển mạch kênh chuyển thành chuyển mạch mềm và kết nối giữa các nút
mạng bằng IP. R5 và R6 hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện IP hoàn toàn dựa trên
chuyển mạch gói. Để đáp ứng được nhiệm vụ này ngoài miền chuyển mạch gói, mạng
được bổ sung thêm phân hệ đa phương tiện IP (IMS). Cốt lõi của IMS là CSCF thực
hiện khởi đầu kết nối đa phương tiện IP dựa trên giao thức khởi đầu phiên (SIP Session


Initiation Protocol). Ngoài ra IMS vẫn còn chứa chuyển mạch mềm để hỗ trợ dịch vụ
chuyển mạch kênh (MGCF). Hiện nay mạng 3GWCDMA UMTS đang ở giai doạn
chuyển dần từ R4 sang R5. Cuối chương trình bày cấu trúc địa lý của một mạng thông
tin di đông 3G có chứa cả vùng chuyển mạch kênh và vùng chuyển mạch gói.

CHƯƠNG II: CÁC CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP CỦA
HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDMA/UMTS
Chương 2 giới thiệu về các công nghệ truy nhập WCDMA trong hệ thống UMTS,
từ đó giúp chúng ta có cái nhìn tổng quan về hệ thống WCDMA/UMTS, đó là những
ưu điểm và nhược điểm của hệ thống. Giúp ta khai thác một cách hiệu quả khi sử dụng
hệ thống thông tin di động WCDMA/UMTS.

2.1 Công nghệ WCDMA
2.1.1 Giới thiệu công nghệ WCDMA