Nghiên cứu Công nghệ Điện thoại di động Giải pháp Ứng dụng

Header Page 1 of 126.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CDMA2000 1XEV-DO
VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG

NGÀNH: XỬ LÝ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
MÃ SỐ:

NGUYỄN THÁI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. HÀ QUỐC TRUNG

HÀ NỘI 2006

Footer Page 1 of 126.


Header Page 2 of 126.

LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của chính bản
thân. Các nghiên cứu trong luận văn này dựa trên những tổng hợp lý thuyết,
và hiểu biết thực tế của em, không sao chép.
Tác giả luận văn

Nguyễn Thái Trường

Footer Page 2 of 126.


Header Page 3 of 126.

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................ 1
MỤC LỤC........................................................................................................ 2
CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................... 5
DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................. 7
DANH MỤC BẢNG........................................................................................ 9
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................. 1
PHẦN I: CÔNG NGHỆ CDMA 2000 VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN
LÊN 3G............................................................................................................. 3
CHƯƠNG I: CÔNG NGHỆ CDMA 2000 VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ... 3
I.1 Giới thiệu chung .................................................................................... 3
I.2 Ưu điểm của công nghệ CDMA ............................................................ 3
I.2.1 Tăng dung lượng hệ thống ........................................................... 3
I.2.2 Nâng cao chất lượng cuộc gọi...................................................... 7
I.2.3 Quá trình thiết kế được đơn giản hoá........................................... 8
I.2.4 Nâng cao tính bảo mật thông tin .................................................. 8
I.2.5 Cải thiện vùng phủ sóng............................................................... 8
I.2.6 Tăng thời gian sử dụng pin .......................................................... 8
I.2.7 Cung cấp dải thông theo yêu cầu ................................................. 9
I.2.8 Vấn đề nâng cấp mạng ................................................................. 9
I.3 Thực trạng mạng CDMA 2000 hiện nay ............................................... 9
I.4 Hướng phát triên lên 3G của CDMA 2000 1x .................................... 11

PHẦN II: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ 1X EV-DO ............................... 14
CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ CDMA 2000 1x EV-DO.............................. 14
II.1 Cấu trúc mạng CDMA 2000 1x EVDO ............................................. 14
II.2 Các đặc điểm mới của 1xEVDO ........................................................ 17
II.2.1 Tăng tốc độ cụm dữ liệu ........................................................... 17
II.2.2 Cơ chế thích ứng tốc độ của EV-DO ........................................ 18
II.2.3 Mô hình điều chế và mã hoá tiên tiến....................................... 19

Footer Page 3 of 126.


Header Page 4 of 126.

II.2.4 Phân cực marco qua việc lựa chọn vô tuyến ............................ 19
II.2.5 Ghép kênh hiệu quả khi sử dụng phân cực đa người dùng....... 20
II.2.6 Các tính năng khác của EV-DO................................................ 22
II.2.7 Lý do lựa chọn 1x EVDO ......................................................... 24
II.3 Giao diện vô tuyến của 1x EV-DO .................................................... 26
II.3.1 Đường xuống ............................................................................ 26
II.3.2 Đường lên ................................................................................. 35
II.4 Cơ chế hoạt động của 1x EV-DO....................................................... 37
II.4.1 Điều khiển công suất................................................................. 37
II.4.2 Điều khiển tải trong 1x EVDO ................................................. 39
II.4.3 Cơ chế bảo mật của 1xEVDO................................................... 41
II.4.4 Chuyển giao .............................................................................. 42
II.5 Cơ chế xử lý cuộc gọi......................................................................... 51
II.5.1 Các trạng thái của AT ............................................................... 51
II.5.2 Các thủ tục xử lý ....................................................................... 53
II.5.3 Quá trình thực hiện cuộc gọi dữ liệu gói .................................. 58
II.5.4 Thủ tục báo hiệu cuộc gọi 1x EVDO........................................ 62

PHẦN III: GIẢI PHÁP CHO MẠNG 1X EV-DO VIỆT NAM ............... 65
CHƯƠNG III: THỰC TRẠNG MẠNG CDMA 2000 VIỆT NAM ......... 65
III.1 Thực trạng mạng CDMA 2000 ......................................................... 65
III.2 Các khó khăn và tồn tại..................................................................... 65
III.3 Phương hướng giải quyết chung ....................................................... 66
CHƯƠNG IV: MỘT SỐ GIẢI PHÁP CỤ THỂ ........................................ 67
IV.1 Thiết kế mạng CDMA 2000 1x EV-DO........................................... 67
IV.1.1 Giả thiết thông số đầu vào....................................................... 67
IV.1.2 Tính toán thông lượng cho các loại hình thuê bao.................. 68
IV.1.3 Tính toán cấu hình card kênh cho BTS................................... 70
IV.1.4 Tính toán đơn vị dịch vụ dữ liệu gói cho PCF ........................ 71
IV.1.5 Tính toán dung lượng trung kế................................................ 71
IV.1.6 Tính toán dung lượng báo hiệu ............................................... 71

Footer Page 4 of 126.


Header Page 5 of 126.

IV.1.7 Tính toán độ dự trữ đường truyền và xác suất phủ sóng......... 74
IV.2 Vấn đề chuyển vùng cho mạng CDMA 2000 Việt Nam.................. 79
IV.2.1 Định nghĩa chuyển vùng ......................................................... 79
IV.2.2 Các lợi ích của việc roaming................................................... 79
IV.2.3 Nguyên tắc thực hiện roaming ................................................ 80
IV.2.4 Vấn đề roaming của mạng CDMA Việt Nam........................ 84
PHẦN IV: KẾT LUẬN................................................................................. 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 92

Footer Page 5 of 126.

Header Page 6 of 126.

CÁC TỪ VIẾT TẮT
AAA

Authentication, Authorization, and Accounting

AN

Access Network

ANSI

American National Standards Institute

AT

Access Terminal

BHCA

Busy Hour Call Attempts

BHSM

number of Busy Hour Short Message

BSC

Base Station Controller

BTS

Base Trasciever Station

CCS7

Common Channel signaling System 7

CDMA

Code Division Multiple Access

DRC

Data Rate Control

EDGE

Enhanced Data rate for GSM Evolution

EV-DO

Evolution Data Optimized

EV-DV

EVolution Data and Voice

FCH

Fundamental Channel

FER

Frame Error Ratio

GSM

Globle System for Mobile Communication

HA

Home Agent

HLR

Home Location Register

IMSI

International Mobile Station Identity

IS-2000

Interim Standard -2000

IS-856

Interim Standard -856

IS-95

Interim Standard 95

ISUP

ISDN User Part

MAC

Medium Access Control

MDN

Mobile Directory Number

MO

Mobile Originated

Footer Page 6 of 126.


Header Page 7 of 126.

MSC

Mobile Swiching Center

MSU

Message Signalling Unit

MT

Mobile Terminated

PCF

Packet Control Function

PCM

Pulse Code Modulation

PDSN

Packet Data Serving Node

PN

Pseudo Noise

PPP

Point-to-Point Protocol

PSK

Phase-Shift Keying

QAM

Quadrature Amplitude Modulation

RA

Reverse Activity

RAN

Radio Access Network

RLP

Radio Link Protocol

RPC

Reverse Power Control

RRI

Reverse Rate Indicator

RSSI

Received Signal Strength Indication

R-UIM

Removable User Identity Module

SCH

Supplemental Channel

SMSC

Short Message Service Center

TCH

Traffic CHannel

TCP/IP

Transmission Control Protocol/Internet Protocol

TDMA

Time Division Multple Access

TIA/EIA

Electrical Industries Association/Telecommunications Industry
Association

TLDN

Temporary Locator Directory Number

UATI

Unicast Access Termination Identifier

UMTS

Universal Mobile Telecommunications System

VLR

Visited Location Register

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

Footer Page 7 of 126.


Header Page 8 of 126.

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Tốc độ tăng trưởng thuê bao của CDMA 2000. ............................. 10
Hình 1.2 Lộ trình phát triển của các công nghệ............................................. 11
Hình 1.3 Tình hình triển khai CDMA 2000 1xEV trên thế giới ................... 12
Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát của mạng 1xEVDO. ............................................. 14
Hình 2.2 1x EV-DO yêu cầu 01 sóng mang riêng biệt.................................. 15
Hình 2.3 Minh hoạ thích ứng tốc độ của 1xEV-DO...................................... 18

Hình 2.4 Thông lượng hệ thống khi sử dụng phân cực đa người dùng......... 21
Hình 2.5 So sánh khả năng cung cấp dịch vụ của các công nghệ ................. 25
Hình 2.6 Tối đa thông lượng nhờ sử dụng hiệu quả công suất phát BTS. .... 26
Hình 2.7 Chu kỳ của kênh điều khiển đường xuống. .................................... 27
Hình 2.8 Cấu trúc khe thời gian đường xuống của 1xEVDO. ...................... 27
Hình 2.9 Cấu trúc kênh đường xuống của 1xEV-DO. .................................. 28
Hình 2.10 RPC và DRCLock được ghép kênh theo thời gian......................... 29
Hình 2.11 Các cấu trúc tốc độ đường xuống của 1xEVDO. ........................... 30
Hình 2.12 Cấu trúc gói tin lớp vật lý của kênh lưu lượng đường xuống. ....... 31
Hình 2.13 Kênh điều khiển được ghép kênh theo thời gian............................ 32
Hình 2.14 AT lựa chọn sector có tốc độ cao để gửi yêu cầu phục vụ ............. 34
Hình 2.15 Cấu trúc khe thời gian đường lên của 1xEVDO............................. 35
Hình 2.16 Cấu trúc kênh đường lên của 1xEV-DO......................................... 35
Hình 2.17 Các cấu trúc tốc độ đường lên của 1xEVDO. ................................ 37
Hình 2.18 Điều khiển công suất vòng kín ....................................................... 38
Hình 2.19 Thêm một pilot vào active set......................................................... 45
Hình 2.20 Chuyển giao soft handoff ảo........................................................... 47
Hình 2.21 Chuyển đổi trạng thái của AT trong trạng thái trống ..................... 52
Hình 2.22 Chuyển đổi trạng thái của AT trong trạng thái kết nối................... 53
Hình 2.23 Thủ tục khởi tạo. ............................................................................. 54
Hình 2.24 Thủ tục đăng ký. ............................................................................. 54
Hình 2.25 Thủ tục sắp xếp phiên. .................................................................... 55

Footer Page 8 of 126.


Header Page 9 of 126.

Hình 2.26 Thủ tục yêu cầu kết nối................................................................... 56
Hình 2.27 Thủ tục sắp xếp kết nối................................................................... 56

Hình 2.28 Thiết lập phiên PPP. ....................................................................... 57
Hình 2.29 Thủ tục chuyển giao soft/softer ...................................................... 58
Hình 2.30 Chu trình xử lý cuộc gọi dữ liệu gói............................................... 59
Hình 2.31 AT khởi tạo kết nối từ trạng thái chờ ............................................. 59
Hình 2.32 AT kết thúc kết nối và chuyển về trạng thái chờ............................ 60
Hình 2.33 AN kết thúc kết nối và chuyển về trạng thái chờ ........................... 61
Hình 2.34 AT tái khởi tạo kết nối từ trạng thái chờ ........................................ 61
Hình 2.35 AN tái khởi tạo kết nối từ trạng thái chờ........................................ 62
Hình 2.36 Khởi tạo cuộc gọi bởi AT ............................................................... 62
Hình 2.37 Tái kích hoạt kết nối bởi AN .......................................................... 63
Hình 2.38 Tái kích hoạt kết nối bởi AT.......................................................... 63
Hình 2.39 Giải phóng kết nối bởi AT.............................................................. 64
Hình 2.40 Giải phóng phiên bởi AT ................................................................ 64
Hình 4.1 Mô hình kết nối roaming giữa hai mạng ........................................ 80
Hình 4.2 Quá trình xử lý roaming cho cuộc gọi thoại................................... 81
Hình 4.3 Quá trình xử lý roaming cho nhắn tin............................................. 82
Hình 4.4 Quá trình nhận thực cho cuộc gọi dữ liệu gói roaming .................. 83

Footer Page 9 of 126.


Header Page 10 of 126.

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 So sánh dung lượng thoại giữa các công nghệ. ................................ 4
Bảng 1.2 So sánh tốc độ dữ liệu giữa các công nghệ....................................... 4
Bảng 2.1 So sánh thông lượng giữa các công nghệ. ...................................... 17
Bảng 2.2 So sánh tốc độ download giữa các công nghệ. ............................... 24
Bảng 2.3 So sánh giữa công nghệ CDMA 2000 1x và 1xEV-DO................. 25
Bảng 4.1 Thông số giả thiết cho thoại 1x. ..................................................... 68

Bảng 4.2 Thông số giả thiết cho dữ liệu gói 1x. ............................................ 69
Bảng 4.3 Thông số giả thiết cho dữ liệu kênh 1x. ......................................... 69
Bảng 4.4 Thông số giả thiết cho dữ liệu 1xEV-DO ...................................... 70
Bảng 4.5 Bán kính phủ sóng đường xuống của 1x EV-DO........................... 76
Bảng 4.6 Xác suất phủ sóng đường lên của 1x EV-DO................................. 76
Bảng 4.7 Kết quả tính toán cho đường lên (Reverse Link). .......................... 77
Bảng 4.8 Kết quả tính toán cho đường xuống (Forward Link)...................... 78

Footer Page 10 of 126.


-1-

Header Page 11 of 126.
LUẬN VĂN CAO HỌC

Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU
Công nghệ CDMA trước đây chủ yếu được quân đội Mỹ sử dụng với
mục đích quân sự. Từ năm 1985, Chính phủ Mỹ cho phép Qualcomm phát
triển thành công nghệ CDMA cho thông tin di động và đã dành được nhiều
kết quả nghiên cứu, ứng dụng về công nghệ này. Năm 1995, Qualcomm đã
đưa ra phiên bản CDMA đầu tiên gọi là IS-95A. Hệ thống thông tin di động
CDMA IS-95 dựa trên công nghệ điều chế trải phổ. Công nghệ và lý thuyết
trải phổ đã trở thành động lực phát triển và được ứng dụng cho nhiều ngành
công nghiệp vô tuyến như truyền thông cá nhân, truyền thông đa truy nhập
truyền thông thuê bao vô tuyến ở mạng nội hạt, truyền thông vệ tinh, định vị
toàn cầu, ra đa xung... Hiệu suất sử dụng độ rộng băng tần cao và khả năng
truy nhập là những yếu tố đã làm cho công nghệ CDMA trở thành công nghệ

quản lý tắc nghẽn hàng đầu trong các mạng điện thoại vô tuyến di động với số
lượng thuê bao ngày càng lớn.
Đáp ứng các yêu cầu của thực tế, các phiên bản mới của CDMA như
CDMA 20001x, CDMA 2000 1xEV-DO đã được đưa vào ứng dụng trong
thông tin di động và đã được nhiều nhà khai thác lựa chọn với nhiều ưu điểm
như: dung lượng mạng lớn, tính năng cải thiện chất lượng thoại, dễ dàng phát
triển mạng và khả năng truyền số liệu tốc độ cao, đáp ứng được các dịch vụ
tiên tiến sử dụng băng thông rộng như truyền số liệu tốc độ cao, các dịch vụ
giải trí multimedia.... Tuy nhiên việc sử sụng các công nghệ CDMA mới nói
chung và ở Việt nam nói riêng gặp một số khó khăn, ví dụ như khả năng
roaming bị hạn chế, không tương thích với các công nghệ hiện có ... Đây là
một vấn đề rất được quan tâm trong hoạt động tác nghiệp, nghiên cứu hàng
ngày của tôi.
Vì những lý do trên, tôi đã lựa chọn Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO
để thực hiện đề tài nghiên cứu tốt nghiệp cao học của mình.
Nguyễn Thái Trường
Footer Page 11 of 126.


-2-

Header Page 12 of 126.
LUẬN VĂN CAO HỌC

Lời nói đầu

Luận văn “Nghiên cứu công nghệ CDMA 2000 1xEV-DO và đề xuất
một số giải pháp ứng dụng” sẽ được chia làm 3 phần với 4 chương trong đó
phần 1 sẽ tập trung nghiên cứu về công nghệ CDMA 2000 1x và CDMA 2000
1xEV-DO; phần 2 là một số đề xuất ứng dụng cho mạng CDMA với các giải

pháp về thiết kế mạng và roaming cho các mạng CDMA Việt Nam; phần 3 là
một số kết luận tóm tắt về luận văn. Cụ thể:
Chương I: “Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển” sẽ trình bày
về các ưu điểm của công nghệ CDMA 2000 so với các công nghệ di động
khác và xu hướng phát triển lên 3G để đáp ứng các yêu cầu về chất lượng và
dịch vụ của khách hàng.
Chương II: “Công nghệ CDMA 2000 1xEV-DO” sẽ tập trung nghiên
cứu về cấu trúc, cơ chế hoạt động và các điểm mới của CDMA 2000 1x EVDO.
Chương III: “Thực trạng mạng CDMA 2000 tại Việt Nam” sẽ giới
thiệu sơ lược về hệ thống mạng CDMA Việt Nam hiện nay, các khó khăn, tồn
tại và những phương hướng giải quyết chung để thúc đẩy mạng CDMA phát
triển.
Chương IV: “ Một số giải pháp cụ thể” sẽ đề xuất một giải pháp ứng
dụng cụ thể gồm giải pháp về thiết kế một hệ thống CDMA 2000 1xEV-DO
tiêu chuẩn và đề xuất roaming cho mạng CDMA Việt Nam.
Do khả năng và kiến thức còn hạn chế nên cuốn luận văn này chắc chắn
sẽ không khỏi có những thiếu sót. Tôi rất mong nhận được những góp ý của
các thầy cô giáo, các đồng nghiệp và bạn đọc để hoàn thiện cuốn luận văn
này.

Nguyễn Thái Trường
Footer Page 12 of 126.


-3-

Header Page 13 of 126.
LUẬN VĂN CAO HỌC

Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển

PHẦN I: CÔNG NGHỆ CDMA 2000 VÀ XU HƯỚNG PHÁT
TRIỂN LÊN 3G
CHƯƠNG I: CÔNG NGHỆ CDMA 2000 VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

I.1 Giới thiệu chung
Thông tin di động đang phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới. Sự ra đời
của thông tin di động số GSM đã tạo nên bước ngoặt lớn, đem tới cho con
người những lợi ích không thể phủ nhận được về thời gian, chi phí, tính tiện
dụng... Trên thế giới, GSM chiếm 70% số thuê bao di động, 30% còn lại chia
sẻ bởi các công nghệ TDMA khác như IS-95 (CDMA), AMPS, IS96, PDC...
Tuy nhiên, khi nhu cầu về thông tin di động của con người ngày càng
tăng, ngày càng đòi hỏi cao hơn về tốc độ, chất lượng, loại hình, chi phí ... thì
GSM đã bộc lộ những nhược điểm không thể đáp ứng được các yêu cầu này.
Trước tình hình đó, xu thế tất yếu của thông tin di động là phải phát triển
công nghệ mới, khắc phục nhược điểm của thông tin di động thế hệ 2, đem lại
những dịch vụ di động cao cấp hơn, đưa thông tin di động phát triển lên một
tầm cao mới - đó là thông tin di động thế hệ 3 mà một trong những đại diện là
công nghệ CDMA2000.
Trong các phần tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn về các đặc điểm
của công nghệ CDMA2000, lý do nó được lựa chọn làm công nghệ của thế hệ
thứ ba và phiên bản công nghệ thê hệ thứ 3 của CDMA2000.
I.2 Ưu điểm của công nghệ CDMA
I.2.1 Tăng dung lượng hệ thống
Với dải tần là 10MHz thì W-CDMA chỉ có 2 sóng mang/sector (mỗi
sóng mang là 5MHz), còn CDMA 2000 có tới 7 sóng mang/sector (mỗi sóng
Nguyễn Thái Trường
Footer Page 13 of 126.

-4-

Header Page 14 of 126.
LUẬN VĂN CAO HỌC

Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển

mang là 1,25MHz). Như vậy với 62 kênh lưu lượng TCH/sóng mang thì WCDMA có tối đa 124TCH/sector còn CDMA 2000 1x có tới 266TCH/sector.
TDMA

GSM

GSM

WCDMA

Erl

37

21 ÷ 35 29 ÷ 47 111 ÷ 176

User/Sector

48

29 ÷ 44

7/21

4/12

Re-use

CDMA 2000 1x
230.9 ÷ 328.7

38 ÷ 58 124 ÷ 190
3/9

245 ÷ 343

1/1

1/1

Bảng 1.1 So sánh dung lượng thoại giữa các công nghệ.

Với các giả định như trên từ bảng so sánh trên ta thấy dung lượng thoại
của CDMA 2000 1x là lớn nhất trong các công nghệ TDMA, GSM, WCDMA và do đó số người sử dụng cùng một lúc là lớn nhất.

GPRS EDGE WCDMA
Lưu lượng trung bình
(Kbps)
Mẫu tái sử dụng tần số

CDMA CDMA 2000
2000 1x 1xEV-DO

256

768

1800

2450

11060

3/9

3/9

1/1

1/1

1/1

Bảng 1.2 So sánh tốc độ dữ liệu giữa các công nghệ.

Qua bảng trên ta thấy dung lượng số liệu của CDMA 2000 1x và
1xEV-DO lớn hơn rất nhiều so với các công nghệ trên nền GSM khác như
GPRS, EDGE và thậm chí cả W-CDMA. Nhờ khả năng truyền số liệu tốc độ
cao mà CDMA 2000 có thể đưa ra một mức giá dịch vụ truyền số liệu rất
cạnh tranh.
Tái sử dụng tần số
Công nghệ CDMA sử dụng một tần số duy nhất cho tất cả các trạm với
độ rộng băng thông lớn vì vậy dung lượng của mạng CDMA lớn hơn rất
Nguyễn Thái Trường

Footer Page 14 of 126.


-5-

Header Page 15 of 126.
LUẬN VĂN CAO HỌC

Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển

nhiều so với dung lượng của GSM và các công nghệ khác vì số người sử dụng
trong một sector của hệ thống CDMA tương đương với số người sử dụng trên
toàn bộ một kênh CDMA 1,25MHz.
Giảm tỷ số Eb/N0
Các hệ thống số chia ô đều sử dụng mã sửa lỗi. Các hệ thống điều chế
băng hẹp thường sử dụng các phương thức ít phức tạp hơn để tốn ít dải băng
tần hơn. Do đó, để giữ chất lượng âm thanh tốt thì nhà khai thác phải cần một
tỷ số Eb/N0 cao(năng lượng bít/công suất nhiễu), dẫn tới họ phải giới hạn số
lượng người sử dụng trên hệ thống nên làm hạn chế dung lượng.
Trong khi đó, CDMA sử dụng phương pháp mã hoá sửa lỗi tiên tiến
nên yêu cầu tỷ số Eb/N0 không cao. Việc sử dụng tỷ số Eb/N0 thấp hơn để đạt
được các tiêu chuẩn về chất lượng thoại khiến cho hệ thống CDMA có dung
lượng lớn hơn, cần ít công suất truyền tải hơn so với các hệ thống băng hẹp.
Mã hoá tốc độ biến đổi
Sự phát hiện ra tính linh động của thoại là một thay đổi khác giúp tăng
dung lượng hệ thống CDMA. IS-95 CDMA đã lợi dụng tính linh động của
thoại bằng cách sử dụng các bộ mã hoá có tốc độ biến đổi.
Trong một cuộc nói chuyện qua điện thoại, một người chỉ thực sự nói
trong khoảng 35% thời gian cuộc gọi, 65% còn lại là nghe người kia nói hoặc
là thời gian im lặng nếu như người kia không nói. Nguyên tắc của bộ mã hoá

có tốc độ biến đổi là nó chỉ hoạt động ở tốc độ cao và cung cấp chất lượng
thoại tốt nhất khi có sự hoạt động của tiếng nói. Khi không phát hiện thấy
tiếng nói thì bộ mã hoá sẽ hạ thấp tốc độ mã hoá vì không có lý do gì phải mã
hoá sự im lặng ở tốc độ cao. Khi đó, tốc độ mã hoá có thể giảm xuống đến 4
hoặc 2 hoặc 1Kbps. Bởi vậy, bộ mã hoá có tốc độ biến đổi chỉ sử dụng hết
Nguyễn Thái Trường
Footer Page 15 of 126.


-6-

Header Page 16 of 126.
LUẬN VĂN CAO HỌC

Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển

dung lượng kênh khi thực sự cần thiết. Vì mức nhiễu giao thoa do tất cả
những người sử dụng gây ra trực tiếp quyết định dung lượng của hệ thống và
sự phát hiện ra tính linh động của thoại đã làm giảm mức nhiễu trong hệ
thống nên dung lượng có thể đạt tới giá trị cực đại.
Điều khiển công suất
Một yếu tố then chốt quan trọng để nâng cao dung lượng của CDMA là
điều khiển công suất. Mục đích thiết kế chủ yếu của một hệ thống CDMA là
để tất cả những người sử dụng cùng nhận được một mức công suất như nhau
từ trạm gốc và để mức công suất này càng thấp càng tốt trong khi vẫn duy trì
được cuộc gọi có chất lượng cao. Bất kỳ một công suất nào lớn hơn nhu cầu
sẽ chỉ làm tăng thêm mức nhiều toàn bộ trên kênh CDMA một cách không
cần thiết và sẽ làm giảm dung lượng của hệ thống. Bởi vậy, việc điều khiển
công suất càng chính xác thì dung lượng càng lớn.
Trong CDMA, trạm gốc liên lạc với trạm di động MS, chỉ dẫn cho trạm

di động điều chỉnh tăng giảm công suất.Trạm di động chỉ truyền đủ công suất
để duy trì đường nối, do vậy công suất truyền dẫn trung bình của CDMA thấp
hơn nhiều so với công suất truyền dẫn của hệ thống tương tự. Ô liên tục đo
đạc tín hiệu nhận được từ máy di động và so sánh với mức công suất thiết kế
và sau đó quyết định sẽ tăng hay giảm công suất truyền dẫn của một trạm di
động xác định. Công việc này được tiến hành cứ mỗi 1,25ms một lần, tức
800lần/1 giây. CDMA điều chỉnh mức công suất lên xuống theo 84 mức của
1dB. Phương thức này bảo đảm rằng cho dù mobile có ở gần hay xa ô thì mỗi
mobile vẫn nhận được một mức công suất như nhau.

Nguyễn Thái Trường
Footer Page 16 of 126.


-7-

Header Page 17 of 126.
LUẬN VĂN CAO HỌC

Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển

I.2.2 Nâng cao chất lượng cuộc gọi
Các hệ thống điện thoại cellular sử dụng công nghệ CDMA cung cấp
âm thanh có chất lượng cao hơn và ít xảy ra rớt cuộc gọi hơn các hệ thống
hoạt động dựa trên những công nghệ khác. Có nhiều đặc tính tồn tại trong hệ
thống CDMA đã tạo ra khả năng đó như:
• Các phương pháp sửa lỗi tiên tiến làm tăng khả năng chính xác cho các
khung nhận được.
• Các bộ mã hoá tinh vi cho phép mã hoá tốc độ cao và giảm tạp âm nền.
• CDMA sử dụng ưu điểm của nhiều loại phân tập khác nhau để nâng

cao chất lượng thoại như:
o Phân tập tần số (bảo vệ khỏi fađing chọn lọc tần số).
o Phân tập không gian (dùng 2 anten nhận).
o Phân tập đường truyền (sử dụng bộ thu Rake để khắc phục sự thu
nhận một tín hiệu qua nhiều đường gây ra “nhiễu giao thoa” và
thậm chí còn nâng cao chất lượng âm thanh).
o Phân tập thời gian (dùng cài xen và mã hoá).
• Thực hiện chuyển giao soft để góp phần làm tăng chất lượng thoại bằng
cách cung cấp một kết nối “make before break”. Quá trình chuyển giao
softer giữa các sector của cùng 1 cell cũng cung cấp những lợi ích
tương tự.
• Điều khiển công suất chính xác, bảo đảm cho tất cả các mobile đều có
mức công suất gần bằng mức công suất tối ưu để có thể đạt được một
chất lượng thoại tốt nhất.

Nguyễn Thái Trường
Footer Page 17 of 126.


-8-

Header Page 18 of 126.
LUẬN VĂN CAO HỌC

Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển

I.2.3 Quá trình thiết kế được đơn giản hoá
Tất cả thuê bao sử dụng chung một sóng mang CDMA, cùng chia sẻ
một phổ tần số với nhau. Hệ số sử dụng lại tần số bằng 1 là một yếu tố quan
trọng đã làm cho dung lượng của CDMA lớn hơn nhiều so với các công nghệ

khác, đồng thời nó còn làm cho việc thiết kế hệ thống đơn giản hơn. Nhà khai
thác sẽ không phải lập kế hoạch sử dụng tần số - một công việc hết sức phức
tạp trong hệ thống tương tự và TDMA. Quan trọng hơn, kể cả việc điều chỉnh
lại tần số để mở rộng cũng được loại bỏ. Nếu nhà khai thác muốn thêm một
cell hay một kênh mới thì không cần phải thiết lập lại toàn bộ tần số của hệ
thống.
I.2.4 Nâng cao tính bảo mật thông tin
Thông tin trong CDMA được bảo mật rất cao, việc xâm nhập bất hợp
pháp vào tín hiệu CDMA là cực kỳ khó. Đó là vì các khung thông tin đã số
hoá được trải phổ trên một nền phổ rộng. Hơn thế nữa, trong tương lai CDMA
có các kế hoạch mã hoá số mới để tạo ra các mức bảo mật và an toàn hơn
nhiều.
I.2.5 Cải thiện vùng phủ sóng
Một cell CDMA có vùng phủ sóng lớn hơn nhiều so với cell tương tự
hay số khác vì CDMA sử dụng thiết bị thu có độ nhạy lớn hơn các kỹ thuật
khác. Do đó, để phủ sóng cùng một vùng địa lý như nhau thì số cell CDMA
phải dùng sẽ ít hơn. Tuỳ thuộc vào nhu cầu tải của hệ thông và nhiễu giao
thoa mà việc giảm số cell có thể tới 50% so với GSM.
I.2.6 Tăng thời gian sử dụng pin
Do việc điểu khiển công suất chính xác và các đặc tính khác của hệ
thống, các máy mobile CDMA thường chỉ truyền công suất bằng một phần

Nguyễn Thái Trường
Footer Page 18 of 126.


-9-

Header Page 19 of 126.
LUẬN VĂN CAO HỌC

Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển

nhỏ công suất so với các máy tương tự và TDMA. Điều này cho phép các
thuê bao tăng thời gian sử dụng pin của máy mobile.
I.2.7 Cung cấp dải thông theo yêu cầu
Một kênh CDMA băng rộng cung cấp tài nguyên chung mà tất cả các
mobile trong hệ thống cùng dùng chung, tuỳ theo ứng dụng là truyền thoại, dữ
liệu, fax hay ứng dụng khác. Tại một thời điểm bất kỳ, phần dải thông không
được sử dụng bởi mobile này thì có thể được cung cấp cho một mobile khác.
Điều này làm cho CDMA thực sự linh hoạt và được khai thác để tạo ra các
khả năng mạnh hơn như dịch vụ dữ liệu tốc độ cao.
I.2.8 Vấn đề nâng cấp mạng
Không giống như việc nâng cấp mạng GSM (2G) lên thế hệ thứ 3 là
EDGE hay W-CDMA thì cần phải lắp thêm một hệ thống trạm BTS mới (với
EDGE) hay cả một mạng CDMA (với W-CDMA) chạy song song với mạng
cũ, CDMA 2000 1x khi phát triển mạng lên 3G - CDMA 2000 1xEV là khá
đơn giản, chúng ta sẽ chỉ phải lắp thêm các card thu phát mới cho 1xEV và
nâng cấp phần mềm hệ thống. Như vậy so với việc phát triển GSM Æ WCDMA thì việc phát triển từ CDMA 2000 1x lên CDMA 2000 1xEV đòi hỏi
lắp thêm ít thiết bị hơn, đơn giản hơn mà vẫn tận dụng được cơ sở hạ tầng
mạng đã triển khai.

I.3 Thực trạng mạng CDMA 2000 hiện nay
Với những ưu điểm vượt trội so với các công nghệ di động khác,
CDMA đã có những phát triển rất nhanh chóng trong những năm gần đây.
Hầu hết các nhà khai thác mới đều lựa chọn công nghệ CDMA cho hệ thống
của mình, không những thế các nhà khai thác GSM hiện hữu cũng triển khai
công nghệ CDMA 2000 để có thể cung cấp các dịch vụ 3G.
Nguyễn Thái Trường
Footer Page 19 of 126.

- 10 -

Header Page 20 of 126.
LUẬN VĂN CAO HỌC

Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển

Tính đến tháng 8 năm 2006 thì đã có gần 200 nhà khai thác trên 72
nước và vùng lãnh thổ sử dụng công nghệ CDMA 2000 với tổng số thuê bao
đạt khoảng 275 triệu thuê bao trong đó khu vực châu Mỹ La Tinh và châu Á
Thái Bình Dương là hai khu vực có số thuê bao lớn nhất, chiếm khoảng 80%
tổng số thuê bao. CDMA 2000 đang là công nghệ có tốc độ tăng trưởng thuê
bao lớn nhất hiện nay, mỗi tháng CDMA 2000 có khoảng 8.5 triệu thuê bao
mới. Dự kiến số lượng thuê bao CDMA 2000 sẽ đạt khoảng 350 triệu thuê
bao vào cuối năm 2006 và đạt khoảng 450 thuê bao vào năm 2009.
Với 275 triệu thuê bao như hiện nay CDMA chiếm 13% thị phần thuê
bao di động trên toàn thế giới (trên tổng số 2 tỷ thuê bao di động hiện nay).
Với tốc độ phát triển thuê bao vượt trội như hiện nay, dự báo thị phần thuê
bao CDMA sẽ đạt 18% vào năm 2009.

Hình 1.1

Nguyễn Thái Trường
Footer Page 20 of 126.

Tốc độ tăng trưởng thuê bao của CDMA 2000.

- 11 -

Header Page 21 of 126.
LUẬN VĂN CAO HỌC

Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển

I.4 Hướng phát triên lên 3G của CDMA 2000 1x
Ngày nay nhu cầu sử dụng các ứng dụng di động không chỉ dừng lại ở
thoại, nhắn tin mà người sử dụng còn mong muốn có nhiều các dịch vụ truyền
thông hữu ích như điện thoại truyền hình, định vị và tìm kiếm thông tin, truy
cập Internet, thư điện tử, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe nhạc và xem
video chất lượng cao... cùng nhiều các ứng dụng tiên tiến khác. Điều này đặt
ra cho các nhà khai thác dịch vụ phải nâng cấp hệ thống mạng để có khả năng
các dịch vụ truy cập dữ liệu tốc độ cao, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của
khách hàng.
Dù sử dụng công nghệ nào thì các nhà khai thác cũng tìm cách để nâng
cấp hệ thống mạng của mình và cụ thể là tiến tới hệ thống thông tin di động
thế hệ thứ 3 (3G), thứ 4 (4G)…để nâng cao khả năng truyền dữ liệu nhằm đáp
ứng được các dịch vụ tiên tiến cho khách hàng.

Hình 1.2

Nguyễn Thái Trường
Footer Page 21 of 126.

Lộ trình phát triển của các công nghệ.


- 12 -

Header Page 22 of 126.
LUẬN VĂN CAO HỌC

Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển

Trong tiến trình phát triển lên công nghệ không dây thế hệ tiếp theo
(3G) nổi lên hai hướng phát triển theo hai tiêu chuẩn chính đã được ITU-T
công nhận đó là CDMA 2000 và W-CDMA:
• Phát triển lên 3G CDMA từ các công nghệ TDMA, GSM:
TDMA, GSM Æ GPRS Æ EDGE Æ W-CDMA.
• Phát triển lên 3G CDMA từ IS-95:
IS-95A Æ IS-95B Æ CDMA 2000 1x Æ CDMA 2000 1xEV
Xem xét 2 hướng phát triển trên chúng ta thấy để có thể tiến tới thế hệ
di động thứ 3 một cách hoàn chỉnh thì hướng xuất phát từ GSM Æ W-CDMA
có một sự thay đổi lớn về mặt thiết bị cũng như là băng tần. Trong khi đó thì
hướng xuất phát từ CDMA Æ CDMA 2000 1xEV có sự phát triển dễ dàng
hơn với việc bổ sung phần cứng và nâng cấp phần mềm.

Hình 1.3

Tình hình triển khai CDMA 2000 1xEV trên thế giới

Hiện nay các nhà khai thác sử dụng công nghệ CDMA đều định hướng
phát triển mạng di động tới công nghệ CDMA 1xEV-DO nhằm nâng cao tốc
Nguyễn Thái Trường
Footer Page 22 of 126.


- 13 -

Header Page 23 of 126.
LUẬN VĂN CAO HỌC

Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển

độ, chất lượng, độ tin cậy và sự đa dạng của dịch vụ di động đối với khách
hàng và công nghệ CDMA cũng là công nghệ dẫn đầu trong xu hướng phát
triển lên 3G hiện nay. Với sự thành công của 1x EV-DO thì các nhà nghiên
cứu cũng đã tạm dừng triển khai một phiên bản khác của 3G CDMA là 1x
EV-DV để tập trung cho 1x EV-DO.
CDMA 2000 1x EV-DO là thế hệ phát triển tiếp theo của CDMA 2000
1x (hay 1xRTT), tiêu chí của công nghệ là dựa trên nền của IS-856, được xây
dựng để nhằm tối ưu hoá khả năng truyền số liệu vô tuyến, vì vậy 1xEV-DO
còn được biết đến với các tên như: CDMA IS-856, CDMA High - speed Data
Rate (HDR) hay CDMA Evolution of Data Optimazation.
Để trả lời cho câu hỏi tại sao các nhà khai thác đều có xu hướng phát
triển lên công nghệ 1x EV-DO và công nghệ 1x EV-DO có những ưu điểm gi
so với CDMA2000, trong chương tiếp theo chúng ta sẽ tập trung nghiên cứu
các đặc điểm, tính năng và cơ chế hoạt động của hệ thống 1x EV-DO.

Nguyễn Thái Trường
Footer Page 23 of 126.


- 14 Header Page 24 of 126.
LUẬN VĂN CAO HỌC

Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO

PHẦN II: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ 1X EV-DO
CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ CDMA 2000 1x EV-DO
II.1 Cấu trúc mạng CDMA 2000 1x EVDO
Về cấu trúc mạng CDMA 1xEV-DO không khác nhiều so với CDMA
2000 1x, việc nâng cấp từ CDMA 2000 1x lên 1xEV-DO là khá dễ dàng.
Phần mạng lõi không cần phải nâng cấp hay thay thế phần cứng, chỉ cần nâng
cấp phần mềm để hỗ trợ 1xEV-DO. BTS, BSC, PDSN chỉ cần cắm thêm card,
nâng cấp phần mềm. Bên cạnh đó cần trang bị một số phần tử mới để điều
khiển, quản lý 1xEV-DO như AN-AAA, RNC...
Sơ đồ tổng quát của mạng 1xEVDO như hình dưới đây:

Hình 2.1

Nguyễn Thái Trường
Footer Page 24 of 126.

Sơ đồ tổng quát của mạng 1xEVDO.


- 15 Header Page 25 of 126.
LUẬN VĂN CAO HỌC

Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO

Chức năng của các thành phần mạng cũng tương tự như ở hệ thống
1x2000 tuy nhiên tên gọi của chúng có sự thay đổi để dễ dàng phân biệt giữa
các công nghệ.
CDMA2000 1X Term

CDMA 1xEV-DO Term

BSC (Base Station Controller)

AN (Access Network)

BTS (Base Transceiver Station)

AP (Access Point)

MS (Mobile Station)

AT (Access Terminal)

Vì thoại và dữ liệu có những yêu cầu rất khác nhau nên sẽ không hiệu
quả nếu kết hợp 2 dịch vụ này trên cùng một sóng mang. Vì vậy để tối ưu hoá
cho việc truyền dữ liệu hệ thống 1xEV sử dụng một CDMA carrier riêng rẽ,
tuy nhiên nó hoàn toàn tương thích với công nghệ CDMA2000 1x. Nghĩa là
cần 1 sóng mang cho thoại và 1 sóng mang cho dữ liệu.
1xEV-DO yêu cầu một sóng mang riêng biệt để tối ưu cho việc truyền
tải dữ liệu, nâng tốc độ đường xuống tới 2,4Mbps và đường lên tới 153,6Kbps
đối với phiên bản 0. Đối với phiên bản A, tốc độ đường xuống đạt tới
3,1Mbps và đường lên tới 1,8Mbps. Sóng mang này tương tự như sóng mang
CDMA 2000 1x, độ rộng là 1,25MHz.

Hình 2.2

1x EV-DO yêu cầu 01 sóng mang riêng biệt

Đứng về khía cạnh của Nhà khai thác, đặc biệt khi nhằm mục đích cung
cấp các dịch vụ số liệu vô tuyến, có hai vấn đề cần phải quan tâm đó là:

Nguyễn Thái Trường
Footer Page 25 of 126.