Nghiên cứu, thiết kế và tối ưu giải pháp femtocell hỗ trợ kết nối dữ liệu tốc độ cao trong mạng di động 3g

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------

ONG KHẮC QUẾ

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ TỐI ƯU GIẢI PHÁP FEMTOCELL HỖ TRỢ
KẾT NỐI DỮ LIỆU TỐC ĐỘ CAO TRONG MẠNG DI ĐỘNG 3G

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG

HÀ NỘI – 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------

ONG KHẮC QUẾ

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ TỐI ƯU GIẢI PHÁP FEMTOCELL HỖ TRỢ
KẾT NỐI DỮ LIỆU TỐC ĐỘ CAO TRONG MẠNG DI ĐỘNG 3G
Chuyênngành : KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN:
PGS.TS. NGUYỄN HOÀNG HẢI

HÀ NỘI–2015


Luận văn tốt nghiệp

LỜI CAM ĐOAN
-Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu độc lập của bản thân với
sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Hoàng Hải
- Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này
là trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
- Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều đã
chỉ rõ nguồn gốc. Những số liệu thu thập và tổng hợp của cá nhân đảm bảo tính
khách quan và trung thực.
-Nếu có gì sai tôi xin chịu trách nhiệm trước Hội đồng khoa học viện Điện
tử -Viễn thông - Viện sau đại học- Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Tác giả

Ong Khắc Quế

Trang i


Luận văn tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập, nghiên cứu, hoàn thành luận văn tốt nghiệp tôi tự
nhận thấy đã được nâng cao một bước về nhận thức. Với một thời gian gắn bó
cuộc đời với Viễn thông Hà Nội, qua bản luận văn này tôi hy vọng rằng sẽ đóng
góp một phần nhỏ bé vào sự nghiệp phát triển bền vững của Viễn thông Hà Nội
trong giai đoạn cạnh tranh gay gắt của ngành viễn thông.

Tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiệu, Viện Đào
tạo sau Đại học, Viện Điện tử Viễn thông cùng thầy cô giáo Trường Đại học
Bách khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi.
Đặc biệt tôi vô cùng biết ơn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Hoàng Hải đã hết
lòng giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình xây dựng đề cương, thu thập số
liệu và phương pháp nghiên cứu để hoàn thành bản luận văn tốt nghiệp này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo, các phòng chức năng Viễn thông
Hà Nội đã cung cấp tài liệu và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình
làm việc, thu thập số liệu tại Viễn thông Hà Nội để tôi có thể hoàn thành luận
văn.
Do kiến thức, kinh nghiệm và thời gian nghiên cứu có hạn nên nội dung ý
nghĩa, tác dụng thực tế của bản luận văn này chắc chắn còn nhiều thiếu sót, hạn
chế. Tôi rất mong được sự tham gia góp ý kiến của các Thầy Cô giáo và được sự
cộng tác của các đồng nghiệp để bản luận văn hoàn thiện hơn nữa. /.
Xin trân trọng cảm ơn !
Hà Nội, ngày 16 tháng 6 năm 2015
Người thực hiện

Ong Khắc Quế
Trang ii


Luận văn tốt nghiệp

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ ii
DANH MỤC HÌNH VẼ ......................................................................................... v
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................. vi
KÝ HIỆU ............................................................................................................. vii

PHẦN MỞ ĐẦU .................................................................................................... 1
1. Sự cần thiết nghiên cứu đề tài ............................................................................ 1
2. Phương pháp khoa học ....................................................................................... 1
3. Mục đích nghiên cứu đề tài ................................................................................ 1
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 1
5. Những đóng góp thực tiễn.................................................................................. 2
6. Dự kiến bố cục của luận văn .............................................................................. 2
CHƯƠNG 1 ........................................................................................................... 3
HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ FEMTOCELL ................................... 3
1.1 Hệ thống thông tin di động............................................................................... 3
1.1.1 Mạng thông tin di động GSM thứ nhất và thứ hai(1G&2G). ....................... 3
1.1.2 Mạng thông tin di động thế hệ thứ 3-3G. ...................................................... 4
1.1.3 Mạng thông tin di động thế hệ thứ 4 LTE..................................................... 5
1.1.4 Tiến hóa từ công nghệ GSM lên W-CDMA. ................................................ 7
1.2 Hệ thống Femtocell ........................................................................................ 13
1.2.1 Mô hình quản lý: ......................................................................................... 15
1.2.2 Nguyên lý họat động ................................................................................... 16
1.3 Các phương án triển khai ............................................................................... 17
1.3.1. Tại gia đình ................................................................................................ 17
1.3.2 Tại công sở .................................................................................................. 18
1.3.3 Ở khu vực công cộng .................................................................................. 18
Kết luận chương 1 ................................................................................................ 19
CHƯƠNG 2 ......................................................................................................... 20
MẠNG DI ĐỘNG VINAPHONE VÀ METRONET VNPTHÀ NỘI ................ 20
2.1 Mạng Metronet VNPT Hà Nội....................................................................... 20
2.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển.................................................................. 20
2.1.2 Chức năng, nhiệm vụ và cơ cấu tổ chức bộ máy của Vnpt Hà Nội ............ 20
2.1.2.1 Cơ cấu tổ chức bộ máy của Viễn thông Hà Nội ..................................... 20
2.1.2.2 Chức năng, nhiệm vụ của Viễn thông Hà Nội ......................................... 21
2.1.3 Hệ thống Metronet. ..................................................................................... 22

2.1.3.1 Sơ đồ hệ thống Metronet. ......................................................................... 22
2.1.3.2 Giới thiệu mạng MAN-E VNPT Hà Nội ................................................. 24
2.1.3.2 Các công nghệ mạng truy nhập quang. .................................................... 24
2.1.3.3 Các dịch vụ cung cấp trên nền Metronet L2 SW. .................................... 30
a. MetroNet cung cấp kết nối KTR Ethernet điểm tới điểm: ............................... 30
b. MetroNet cung cấp kết nối KTR Ethernet điểm tới đa điểm: .......................... 31
2.1.4 Truyền tải dịch vụ của mạng di động trên Man-E. ..................................... 32
2.1.4.1 Giới thiệu chung ....................................................................................... 32
Trang iii


Luận văn tốt nghiệp

2.1.4.2 Mô hình truyền tải dịch vụ mạng di dộng VNP qua mạng MAN-E ........ 32
2.1.4.3 Mô hình truyền tải dịch vụ mạng di động VMS qua mạng MAN-E. ...... 34
2.2 Mạng Vinaphone. ........................................................................................... 35
2.2.1 Cấu trúc, các thành phần chức năng hệ thống GSM: .................................. 35
2.2.1.1 Cấu trúc hệ thống chuyển mạch (SS) ....................................................... 36
2.2.1.2 Hệ thống trạm gốc .................................................................................... 38
2.2.1.3 Hệ thống hỗ trợ giám sát OSS.................................................................. 39
2.2.2 Cấu trúc, các thành phần chức năng hệ thống GPRS/EDGE ...................... 41
2.2.3 Cấu trúc, các thành phần chức năng hệ thống 3G ....................................... 43
Kết luận chương 2 ................................................................................................ 48
CHƯƠNG 3 ......................................................................................................... 49
GIẢI PHÁP SỬ DỤNG FEMTOCEL HỖ TRỢ MẠNG 3G .............................. 49
3.1 Mô hình mạng Femtocell ............................................................................... 49
3.1.1 Cấu trúc chung của một mạng femtocell .................................................... 49
3.1.2 Kết nối hệ thống femtocell .......................................................................... 52
3.1.3 Các tiêu chuẩn hệ thống femtocell .............................................................. 52
3.1.4 Xác định vùng phủ cho Femtocell .............................................................. 54

3.1.4.1 Vị trí của tòa nhà trong mạng macro: ...................................................... 54
3.1.4.2 Hiệu suất vùng phủ: ................................................................................. 56
3.1.4.3 Xác định vùng phủ sóng........................................................................... 57
3.1.4.4 Các vấn đề lập kế hoạch mã PSC:............................................................ 59
3.1.5 Nhiễu của femtocell. ................................................................................... 59
3.1.5.1 Các vấn đề do nhiễu đồng lớp Femtocell gây ra. ..................................... 60
3.1.5.2 Các giải pháp khắc phục nhiễu đồng lớp femtocell ................................. 63
3.1.5.3 Nhiễu vô tuyến và phối hợp tần tần số:.................................................... 67
3.1.6 Đồng bộ phổ và độ chính xác...................................................................... 69
3.2 Bảo mật .......................................................................................................... 70
3.3 Handover ........................................................................................................ 73
3.4 Chất lượng dịch vụ ......................................................................................... 74
3.5 Quản lý FAPs ................................................................................................. 74
3.6 Cấu hình triển khai femtocell hỗ trợ mạng 3G .............................................. 75
3.6.1 Các giải pháp cho phép kết nối từ femtocell đến mạng lõi di động............ 75
3.6.1.1 Kiến trúc dựa trên UMTS ........................................................................ 76
3.6.1.2 Kiến trúc dựa trên giải pháp UMA/GAN................................................. 81
3.6.1.3 Kiến trúc dựa trên IMS ............................................................................ 82
3.6.2 Triển khai Femtocell trên hệ thống Vinaphone. ......................................... 84
3.6.2.1 Kết quả nghiên cứu thử nghiệm Femtocell tại Vinaphone. ..................... 84
3.6.2.2 Tại Hà Nội ................................................................................................ 85
3.6.2.3 Đánh giá khả thi: ...................................................................................... 88
3.6.2.4 Đề xuất triển khai: .................................................................................... 90
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 93

Trang iv


Luận văn tốt nghiệp

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Quá trình phát triển lên 3G của 2 nhánh công nghệ chính ...................... 5
Hình 1.2 Định hướng phát triển công nghệ 4G. ..................................................... 6
Hình 1.3 Tiến hóa từ GSM lên W-CDMA ............................................................ 8
Hình 1.5 Sơ đồ mô hình ứng dụng Femtocell ...................................................... 15
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống Metronet ....................................................................... 23
Hình 2.2 Sơ đồ mạng truy nhập quang chủ động ................................................. 25
Hình 2.3 Sơ đồ kiến trúc của mạng PON ............................................................. 27
Hình 2.4 Sơ đồ tổng quát của GPON ................................................................... 28
Hình 2.5 Mô hình mạng điển hình của một hệ thống GPON .............................. 28
Hình 2.6 Truyền dữ liệu đường xuống theo phương thức quảng bá .................... 29
Hình 2.7 Nguyên lý ghép kênh phân chia theo thời gian(TDMA) ...................... 30
Hình 2.8 Kết nối tổng thể mạng G-PON-Giải pháp Triple – Play ....................... 30
Hình 2.9 MetroNet Ethernet P2P thiết bị đầu cuối khách hàngL2 ...................... 31
Hình 2.11 MetroNet cung cấp KTR Ethernet điểm tới đa điểm. ......................... 32
Hình 2.12 Mô hình truyền tải dịch vụ mạng di dộng VNP .................................. 33
Hình 2.13 Cấu hình dịch vụ 2G/3G VNP trên MAN-E ....................................... 33
Hình 2.14 Mô hình mạng di động VMS qua mạng VNPT Hà Nội ..................... 34
Hình 2.15Mô hình truyền tải dịch vụ mạng di động VMS .................................. 35
Hình 2.16 các thành phần chức năng hệ thống GSM........................................... 36
Hình 2.17 các thành phần chức năng hệ thống OSS ............................................ 40
Hình 2.18 Sơ đồ các khối hệ thống GPRS kết hợp GSM .................................... 42
Hình 3.1 Mô hình tham chiếu Femtocell ............................................................. 49
Hình 3.2 Mô hình tham chiếu Femtocell ............................................................. 50
Hình 3.3. Các kết nối trong kiến trúc mạng Femtocell ........................................ 52
Hình 3.4 Giao diện vô tuyến Femto/macrocell. ................................................... 55
Hình 3.5 Qui trình tính toán bán kính vùng phủ sóng.......................................... 55
Hình 3.6 Mối quan hệ công suất phát Femtocell và cuờng độ tín hiệu Macrocell ........ 58
Hình 3.7 Mô hình mạng hai lớp macrocell và femtocell điển hình ..................... 60

Hình 3.8 Các vấn đề chính gây ra bởi nhiễn đồng lớp femtocell......................... 61
Hình 3.9 Các vùng phủ đường xuống nếu CINR>10dB cho mỗi kênh con ........ 61
Hình 3.10 Các giải pháp chống nhiễu đồng lớp ................................................... 63
Hình 3.11 Can nhiễu đường lên đồng lớp trong một mạng femtocell OFDMA .. 65
Hình 3.12 Can nhiễu đồng lớp đường xuống trong một mạng femtocell ............ 66
Hình 3.13 Điểm truy nhập Femtocell................................................................... 68
Hình 3.14 Nhiễu kênh lân cận của Femtocell ...................................................... 69
Hình 3.15 Bảo mật điểm truy nhập Femtocell ..................................................... 70
Hình 3.16.a Kiến trúc Femtocell với mạng 3G(UMTS/UTRAN) ....................... 76
Hình 3.16.b K i ế n t r ú c F e m t o c e l l ; (a)Iu-over-IP.(b)Iub-over-IP .............. 77
Hình 3.17 Kiến trúc giải pháp Iub-trên-IP ........................................................... 77
Hình 3.18 Bộ giao thức của giải pháp Iub trên IP............................................... 78
Hình 3.19 Kiến trúc giải pháp Iu trên IP .............................................................. 79
Hình 3.20 Bộ giao thức của giải pháp Iu trên IP.................................................. 80
Trang v


Luận văn tốt nghiệp

Hình 3.21 Bộ giao thức của giải pháp dựa trên UMA/GAN ............................... 81
Hình 3.22 Kiến trúc giải pháp dựa trên IMS/SIP ................................................. 82
Hình 3.23 Bộ giao thức của giải pháp dựa trên IMS/SIP .................................... 83
Hình 3.24 Mô hình tổng quan hệ thống Femtocell .............................................. 85
Hình 3.25.1 Mô hình họat động của hệ thống Femtocell..................................... 86
Hình 3.25.2 Mô hình của hệ thống Femtocell tại các điểm. ................................ 86

DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1 các tiêu chuẩn kỹ thuật chuẩn 3GPP .................................................... 53
Bảng 3.2 Bảng tổn hao truyền sóng theo tần số ................................................... 56
Bảng 3.3 Bảng tổn hao truyền sóng theo số tầng và số phòng ............................ 56

Bảng 3.4 Vị trí vật lý và bảo vệ của các điểm điểm truy nhập Femto ................ 71

Trang vi


Luận văn tốt nghiệp

KÝ HIỆU
Viết tắt
1G
2G
3G
3GPP
3GPP2
AAA
AGC
AICH
AMPS

Tên tiếng anh đầy đủ
First Generation
Second Generation
Third Generation
3rd Generation Partnership Project
3th Generation Partnership Project 2
Authentication, Authorization, and
Accounting
Automatic Gain Control
Acquisition Indication Channel
Advanced Mobile Phone System

AON
AP
ATM
AuC
BAM
BBU
BCCH
BLU
BMC
BSC
BSS
BTS
CC
CCCH
CCH
CD/CAICH
CDMA

Active Optical Network
Access Point
Asynchronous Transfer Mode
Authentication Center
Back Administration Module
Baseband Processing Unit
Broadcast Control Channel
Black Cascading Unit
Broadcast/Multicast Control
Base Station Controller
Base Station Subsystem

Base Transceiver Station
Connection Management
Common Control Channel
Control Channel
CPCH Collision Detection/ Channel
Assignment Indicator Channel

CLK
CLSU
CM
CMU
CN
CPCH
CRC

Network Clock Unit
Clock System Unit
Connection Management
Connection Maintenance Unit
Core Network
Common Packet Channel
Cyclical Redundancy Check

CS

Circuit Switching
Trang vii

Tiếng việt đầy đủ
Thế hệ thứ nhất

Thế hệ thứ hai
Thế hệ thứ ba
Dự án hợp tác thế hệ 3
Dự án hợp tác 2 thế hệ 3
Ủy quyền thẩm định và chức năng
cung cấp quyền
Điều khiển độ lợi tự động
Kênh chỉ thị bắt
Hệ thống điện thoại di động tiên
tiến
Mạng truy nhập quang chủ động
Điểm truy nhập
Phương thức truyền dẫn bất
Trung tâm nhận thực
Modul quản lý phía sau
Khối xử lý băng tần gốc
Kênh điều khiển quảng bá
Khối xếp tầng sau
Điều khiển quảng bá/đa phương
Bộ điều khiển trạm gốc
Phân hệ trạm gốc
Trạm thu phát gốc
Quản lý kết nối
Kênh điều khiển chung
Kênh điều khiển
Kênh chỉ thị phát hiện va chạm
CPCH/ấn định kênh
Công nghệ đa truy nhập phân chia
theo mã
Khối đồng hồ mạng

Khối đồng hồ hệ thống
quản lý kết nối
Khối bảo dưỡng kết nối
Mạng lõi
Kênh gói chung
Một loại mã phát hiện lỗi tuyến
tính tạo ra bit chẵn lẻ bằng cách
tìm phần dư của chia đa thức
Chuyển mạch kênh


Luận văn tốt nghiệp

CSCF

Connection State Control Function

CSICH
CTCH
DCCH
DCDU
DCH
DPCCH
DPCH
DPDCH
DRFU
DSCH
DSSS
DTCH
ECU

EDGE

CPCH Status Indicator Channel
Common Traffic Channel
Dedicated Control Channel
Direct Current Distribution Unit
Dedicated Channel
Dedicated Physical Control Channel
Dedicated Physical Channel
Dedicated Physical Data Channel
Double Radio Filter Unit
Dowlink Shared Channel

ET
FACH
FAP
FAP-MS
FDD
FDMA
FGW
FGWMS
FLU

Direct Sequence Spectrum
Dedicated Traffic Channel
Echo Canceller Unit
Enhanced Data Rates for GSM
Evolution
Exchange Terminal
Forward Access Channel

Femtocell access point
FAP management systems
Frequency-division duplexing
Frequency Division Multiple Access
Femtocell gateway
FGW management systems

GERAN

Front Cascading Unit
Femtocell management systems
Fiber to Home
GSM Antena and TMA Control
Module
GSM EDGE Radio Access Network

GGSN
GMSC

Gateway GPRS Support Node
Gateway MSC

GPON
GPRS
GSM
HLR
HRU
HSCSD

Gigabit Passive Optical Network

General Packet Radio Service
Global System for Mobile
Home Location Register
High-speed Route Forward Unit
High-Speed Circuit-Switched Data

FMS
FTTH
GATM

Trang viii

Chức năng điều khiển trạng thái
kết nối
Kênh chỉ thị trạng thái CPCH
Kênh lưu lượng chung
Kênh điều khiển riêng
Khối phân bố dòng điện chính xác
Kênh dành riêng
Kênh điều khiển vật lý dành riêng
Kênh vật lý dành riêng
Kênh vật lý dữ liệu dành riêng
Khối lọc vô tuyến kép
Kênh chia sẻ đường xuống
Chuỗi trải phổ trực tiếp
Kênh lưu lượng riêng
Khối thoát tiếng vang
Hệ thống tốc độ cao hỗ trợ GSM
Đầu cuối tổng đài
Kênh truy nhập đường xuống

Điểm truy nhập Femtocell
Hệ thống quản lý FAP
Ghép kênh phân chia theo tần số
Đa truy nhập phân chia theo tần
số
Côngr truy nhập Femtocell
Hệ thống quản lý FGW
Khối xếp tầng trước
Hệ thống quản lý femto
Mạng quang đến hộ gia đình
Khối điều khiển TMA và anten
GSM
Mạng truy nhập vô tuyến GSM
EDGE
Nốt hỗ trợ GPRS cổng
MSC cổng
Mạng cáp quang gigabit thụ động
Dịch vụ vô tuyến gói chung
Hệ thống di động toàn cầu
Khối đăng kí thuê bao nhà
Khối đẩy định tuyến tốc độ cao
Hệ thống chuyển mạch kênh dữ
liệu tốc độ cao


Luận văn tốt nghiệp

HSDPA
HSPA
HSS

IM
IP
ISDN
ITU
LAI
LNA
LTE
MAC
MAP
MB
MCHU
ME
MGCF

High Speed Downlink Packet Access
High-Speed Packet Access
Home Subscriber Server
Interface Module
Internet Protocol
Integrated Services Digital Network

MRF

Multimedia Resource Function

MS
MSC
MSS
MTTR
NBAP

NMT

Mobile Station
Mobile Switching Centre
MSC server
Mean time to repair
NodeB Application Part
Nordic Mobile Telephone

NSS

Network and Switching Subsystem

ODN
OLT
OMM
OMU

Optical Distribution Network
Optical Line Terminal
Operation & Maintenance Moudule
Operation and Maintenance Unit

hệ thống phân phối mạng quang

ONT
ONU
PAPU
PCCH
PCH

PCH
PDCP
PE
PLMN
PMU

Optical Network Terminal
Optical Network Unit
Packet Processing Unit
Paging Control Channel
Physical Channel
Paging Channel:
Packet Data Convergence Protocol

thiết bị kết cuối mạng quang
thiết bị mạng cáp quang
Khối xử lý gói
Kênh điều khiển tìm gọi
Kênh vật lý
Kênh tìm gọi
Giao thức hội tụ số liệu gói

Provider Edge
Public Land Mobile Network
Power and Environment Monitoring
Unit

Mạng di dộng công cộng mặt đất
Khối giám sát môi trường và công
suất

Local Area Identify
Low Noise Amplifies
Long-Term Evolution
Medium Access Control
Mobile Application Part
Message Bus
Marker and charging Unit
Mobile Equipment
Media Gateway Control Function

Trang ix

Hệ thống truy nhập gói tốc độ cao
Máy chủ thuê bao nhà
Khối giao diện
Giao thức Internet
Mạng tích hợp dịch vụ số
Liên minh Viễn thông quốc tế
Số nhận dạng khu vực phục vụ
Bộ khuyếch đại tạp âm thấp
Điều khiển truy nhập môi trường
Giao thức phần ứng dụng di động
Truyền dẫn tin
Khối đánh dấu và nạp
Thiết bị di động
Chức năng điều khiển cổng các
phương tiện
Chức năng tài nguyên đa phương
tiện

Trạm di động
Trung tâm chuyển mạch di động
Nút chuyển mạch của Softswitch
Thời gian trung bình để sửa chữa
Phần ứng dụng NodeB
Hệ thống điện thoại di động cầm
tay
Phân hệ mạng và chuyển mạch

Khối vận hành và bảo dưỡng
Khối vận hành và bảo dưỡng


Luận văn tốt nghiệp

PON
PPU
PRACH
PS
PSTN

Passive Optical Network
Protocol Processing Unit
Physical Random Access Channel:
Packet Switching
Public switched telephone network

QoS
QPSK
RACH

RAN
RANAP

Quality of Service
Quadrature Phase Shift Keying
Random Access Channel
Radio Access Network
Radio Access Network Application
Part
RNC Bussiness
Radio link Control
Radio Network Controller
Radio Network Subsystem
Application Part
Radio Resource Control
Remote radio unit
Roaming-Signalling Gateway
RNC Switch Rack
Serving Area
Service Area Broadcast Protocol

RBR
RLC
RNC
RNSAP
RRC
RRU
R-SGW
RSS
SA

SAPP
SeGW
SF
SGSN
SMMU
SPA
SPA
SPF
SPM
SSM
TB
TCH
TDD
TDM

Spreading Factor
Serving GPRS Support Node
Signaling and Mobility Management
Unit
Self Provided Application
Self Provided Application
Front Signaling Processing Unit
Service Processing Module
System Support Module
Transport Block
Traffic Channel
Time Division Duplex
Time Division Multiplex

TDMA

Time Division Multiple Access

TFCI

Transport Format Combination
Indicator
Trang x

Mạng truy nhập quang thụ động
Khối xử lý giao thức
Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên
Chuyển mạch gói
Mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng
Chất lượng dịch vụ
Khóa chuyển pha vuông góc
Kênh truy nhập ngẫu nhiên
Mạng truy nhập vô tuyến
Phần ứng dụng mạng truy nhập vô
tuyến
Phiên bản RNC thương mại
điều khiển liên kết
Bộ điều khiển mạng vô tuyến
Phân ứng dụng phân hệ mạng vô
tuyến
Điều khiển tài nguyên vô tuyến
khối xử lý vô tuyến từ xa
Cổng báo hiệu chuyển mạng
Phiên bản RNC chuyển mạch

Vùng phục vụ
Giao thức quảng bá khu vực dịch
vụ
Cổng kết nối an ninh
Hệ số trải phổ
Nốt hỗ trợ GPRS phục vụ
Khối quản lý di động và báo hiệu
ứng dụng tự cấp
ứng dụng tự cấp
Khối xử lý báo hiệu phía trước
Khối xử lý dịch vụ
Khối Hỗ trợ hệ thống
Khối truyền tải
Kênh lưu lượng
Ghép kênh phân chia theo thời
gian
Đa truy nhập phân chia theo thời
gian
Chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền
tải


Luận văn tốt nghiệp

UTRAN

UMTS Terrestrial Radio Access
Network

VDC

Viettel
VLR

VDC
Viettel
Visitor Location Register

VMS
VMSC

VMS
Visited Mobile Switching Centre

VNP

VNP

VNPT
VNPTHà Nội
VoIP
VPU
WBBP

VNPT

Chỉ thị khuôn dạng truyền tải
Khối NET chuyển mạch ATM
Điều khiển công suất phát
Kênh truyền tải
Cổng báo hiệu truyền tải

Thiết bị người sử dụng
Hệ thống viễn thông di động mặt
đất
Mô-đun nhận dạng thuê bao
người sử dụng
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
UMTS
Công ty điện toán và truyền số
liệu
Tập đoàn viễn thông quân đội
Khối đăng kí thuê bao khách
Công ty thông tin di động
Mobifone
Trung tâm chuyển mạch di động
khách
Công ty dịch vụ viễn thông
Vinaphone
Tập đoàn bưu chính viễn thông
Việt Nam

VNPT-Hà Nội
Voice over IP
Voice Processing Unit
WCDMA Baseband Processing
Unit
BroadBand Signal Gateway
Wideband CDMA

Viễn thông Hà nội
Thoại trên IP

Khối xử lý thoại
Đơn vị xử lý băng tần cơ sở
WCDMA
Cổng tin hiệu băng rộng
CDMA băng rộng

WCDMA Main Processing
Transmission Unit
Radio Friquency Unit

Đơn vị truyền tải xử lý chính
trong WCDMA
khối xử lý tần số vô tuyến

TFI
TNU
TPC
TrCH
T-SGW
UE
UMTS
USIM

WBSG
WCDMA
WMPT
WRFU

Transport Format Indicator
TDM Switching NET Unit

Transmit Power Control
Transport Channel
Transport-Signalling Gateway
User Equipment
Universal Mobile
Telecommunications System
User Subscriber Identity Module

Trang xi


Luận văn tốt nghiệp

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết nghiên cứu đề tài
Sự xuất hiện ngày một nhiều điện thoại thông minh, laptop và các thiết bị
"truyền dữ liệu tốc độ cao" đã khiến cho việc nghẽn mạng và giải pháp giảm nghẽn
của các nhà mạng càng trở nên cấp thiết trong thời gian gần đây. Phần lớn của thực
trạng này xuất hiện tại các hộ gia đình, văn phòng và một điều căn bản nữa đó là
các thiết bị ngoài trời khó có thể đáp ứng yêu cầu về băng thông như ở khu vực
trong nhà. Thực tế triển khai femtocell giải quyết được vấn đề này một cách rất hiệu
quả và tiết kiệm chi phí. Thêm một lợi ích khác, các femtocell sẽ giúp nâng cao hiệu
năng của sóng vô tuyến, giúp nâng cao chất lượng và đáp ứng nhu cầu người dùng
các dịch vụ mới. Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, tôi đã mạnh dạn chọn đề tài:
“Nghiên cứu, thiết kế và tối ưu giải pháp Femtocell hỗ trợ kết nối dữ liệu tốc độ
cao trong mạng di động 3G” làm đề tài luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ kỹ thuật truyền
thông.
2. Phương pháp khoa học
Sử dụng phương pháp tổng hợp để nghiên cứu như duy vật biện chứng và
trên cơ sở tính năng của hệ thống và thiết bị, tiếp cận hệ thống; phương pháp mô

hình hoá kết hợp nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn.
3. Mục đích nghiên cứu đề tài
Vận dụng các vấn đề lý luận và phương pháp luận về giải pháp trên cơ sở
phân tích hệ thống, xác định điểm mạnh, điểm yếu, cơ hội, nguy cơ để từ đó đề xuất
một số giải pháp đưa ra các hệ thống phục vụ sản xuất kinh doanh của VNPT nói
chung và của VNPT Hà Nội nói riêng.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a. Đối tượng nghiên cứu:
Luận văn tập trung nghiên cứu hoạt động của hệ thống và tính năng của các
thiết bị và các giải pháp phục vụ sự phát triển của VNPT - doanh nghiệp kinh doanh
trong lĩnh vực viễn thông.
Trang 1


Luận văn tốt nghiệp

b. Phạm vi nghiên cứu:
- Thực trạng của hệ thống cung cấp dịch vụ của VNPT trong giai đoạn hiện
nay.
- Các tính năng của các thiết bị mới tác động đến hoạt động sản xuất kinh
doanh của VNPT.
5. Những đóng góp thực tiễn
Đề tài đã hệ thống hoá được những thiết bị về họat động, tính năng của hệ
thống cung cấp các dịch vụ. Ứng dụng những vấn đề đó vào việc phân tích tình
hình hoạt động của hệ thống tìm ra một số giải pháp giải pháp mang tính chất định
hướng nhằm củng cố, nâng cao vị thế của VNPT. Hình thành chiến lược kinh doanh
của VNPT trong tình hình môi trường kinh doanh cạnh tranh.
6. Dự kiến bố cục của luận văn
Ngoài lời mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, luận văn được trình bày
trong 3 chương:

Chương 1: Hệ thống thông tin di động và Femtocell.
Chương 2: Mạng di động và Metronet của VNPT Hà Nội.
Chương 3: Một số giải pháp dùng hệ thống Femtocell hỗ trợ mạng 3G.

Trang 2


Luận văn tốt nghiệp

CHƯƠNG 1
HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ FEMTOCELL
1.1 Hệ thống thông tin di động.
1.1.1 Mạng thông tin di động GSM thứ nhất và thứ hai(1G&2G).
Hệ thống thông tin di động theo lộ trình phát triển đến nay có các thế hệ sau:
- Thế hệ thứ nhất – 1G: Hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ đa
truy nhập theo tần số (FDMA) là hệ thống tế bào tương tự dung lượng thấp và chỉ
có dịch vụ thoại, tồn tại là các hệ thống NMT(Bắc Âu), TACS(Anh), AMPS(Mỹ).
Đến những năm 1980 đã trở nên quá tải khi nhu cầu về số người sử dụng
ngày càng tăng lên. Lúc này, các nhà phát triển công nghệ di động trên thế giới
nhận định cần phải xây dựng một hệ thống tế bào thế hệ 2 mà hoàn toàn sử dụng
công nghệ số. Đó phải là các hệ thống xử lý tín hiệu số cung cấp được dung dượng
lớn, chất lượng thoại được cải thiện, có thể đáp ứng các dịch truyền số liệu tốc độ
thấp.
- Thế hệ thứ hai–2G: Các hệ thống 2G gồm: GSM(Global System for Mobile
Communication - Châu Âu), hệ thống D-AMPS(Mỹ) sử dụng công nghệ đa truy
nhập phân chia theo thời gian TDMA, IS-95 ở Mỹ và Hàn Quốc sử dụng công nghệ
đa truy nhập phân chia theo mã CDMA băng hẹp. Do tính chuẩn hóa và tương thích
qui mô vùng. Nhiều mạng 2G đã gặt hái được thành công đáng kể về cả giải pháp
kỹ thuật cũng như hiệu quả kinh doanh. Một trong số này là sự thành công của hệ
thống GSM và đây chính là một thành công lớn hơn mong đợi.

Đến năm năm 1999, để tăng thông lượng truyền để phục vụ nhu cầu truyền
thông tin trên mạng di động 2G, GPRS đã ra đời. GPRS đôi khi được xem như là
2,5G. Tốc độ truyền data rate của GPRS đã cải tiến tốc độ truyền tăng lên gấp 3 lần
so với GSM, tức là 20-30Kbps. GPRS cho phép phát triển dịch vụ WAP và
Internet(email) tốc độ thấp. Tiếp theo sau, năm 2000, EDGE được ra đời với khả
năng cung ứng tốc độ lên được 250 Kbps (trên lý thuyết). EDGE còn được biết đến
như là 2,75G(trên đường tiến tới 3G). Mặc dù hệ thống thông tin di động 2G được
coi là những tiến bộ đáng kể nhưng vẫn gặp phải các hạn chế sau: Tốc độ thấp và tài
Trang 3


Luận văn tốt nghiệp

nguyên hạn hẹp. Và thế cần thiết phải chuyển đổi lên mạng thông tin di động thế hệ
tiếp theo để cải thiện dịch vụ truyền số liệu, nâng cao tốc độ bit và tài nguyên được
chia sẻ…
Mặt khác, khi các hệ thống thông tin di động ngày càng phát triển, không chỉ
số lượng người sử dụng điện thoại di động tăng lên, mở rộng thị trường mà người
sử dụng còn đòi hỏi các dịch vụ tiên tiến hơn không chỉ là các dịch vụ cuộc gọi
thoại truyền thống và dịch vụ số liệu tốc độ thấp hiện có trong mạng hiện tại. Nhu
cầu của thị trường có thể phân loại thành các lĩnh vực như: Dịch vụ dữ liệu máy
tính, dịch vụ viễn thông, dịch vụ nội dung số như âm thanh hình ảnh.
Những lý do trên thúc đẩy các tổ chức nghiên cứu phát triển hệ thống thông
tin di động trên thế giới tiến hành nghiên cứu và được áp dụng trong thực tế chuẩn
mới cho hệ thống thông tin di động: Thông tin di động 3G.
1.1.2 Mạng thông tin di động thế hệ thứ 3-3G.
Định hướng thiết lập một hệ thống thông tin di động toàn cầu. Từ nhu cầu
thực tiễn cần phải phát triển lên 3G, các nhà cung cấp dịch vụ mạng đã đưa ra các
tiêu chí chung để phát triển lên mạng di động 3G như sau:
* Hệ thống phải được chuẩn hóa hoàn toàn; các giao diện chính phải

đượcchuẩn hóa và mở.
* Hệ thống phải bổ sung cho hệ thống hiện tại trên mọi khía cạnh.
* Multimedia và tất cả các thành phần của multimedia phải được hệ thống hỗ
trợ.
* Truy nhập radio của 3G phải cung cấp khả năng băng rộng;
* Các dịch vụ đối với người dùng đầu cuối độc lập với chi tiết công nghệ, và
hạ tầng mạng không giới hạn đưa ra dịch vụ. Vậy nên phải tách biệt platform công
nghệ với dịch vụ sử dụng platform đó.
Ý tưởng chính yếu ẩn chứa sau 3G là chuẩn bị một hạ tầng vạn năng có khả
năng tải các dịch vụ hiện tại và tương lai. Hạ tầng phải được thiết kế sao cho những
đổi thay và tiến triển công nghệ có thể được mạng hỗ trợ không gây ra một bất ổn
nào đối với các dịch vụ sử dụng cấu trúc mạng hiện tại. Để làm được vậy, 3G tách
Trang 4


Luận văn tốt nghiệp

biệt công nghệ truy cập, công nghệ truyền tải, công nghệ dịch vụ(điều khiển đấu
nối) và những ứng dụng người dùng.
TACS
GSM(900)
GPRS
NMT
(900)

WCDMA

GSM(1800)

GSM(1900)

GPRS
IS-136
(1900)
IS-95
(J-STD-008)
(1900)

EDGE

IS-136
TDMA(800)
CDMA2000 1x

AMPS
IS-95
CDMA(800)

SMR

1G

CDMA2000
Mx

iDEN(800)

2G

2.5G

3G

Hình 1.1 Quá trình phát triển lên 3G của 2 nhánh công nghệ chính
1.1.3 Mạng thông tin di động thế hệ thứ 4 LTE.
Các nhà cung cấp dịch vụ và người dùng đều luôn mong muốn và hướng tới
các công nghệ không dây có thể cung cấp được nhiều loại hình dịch vụ hơn với tính
năng và chất lượng dịch vụ cao hơn. Với cách nh.n nhận này, Liên minh Viễn thông
quốc tế(ITU) đã và đang làm việc để hướng tới một chuẩn cho mạng di động tế bào
mới thế hệ thứ tư 4G. ITU đã lên kế hoạch để có thể cho ra đời chuẩn này một vài
năm tới. Công nghệ này sẽ cho phép thoại dựa trên IP, truyền số liệu và đa phương
tiện với tốc độ cao hơn rất nhiều so với các công nghệ của mạng di động hiện nay.
Về lý thuyết, theo tính toán dự kiến tốc độ truyền dữ liệucó thể lên tới 288 Mb/s.
Cho đến hiện nay, chưa có một chuẩn nào rõ ràng cho 4G được thông qua. Tuy
nhiên, những công nghệ phát triển cho 3G hiện nay sẽ làm tiền đề cho ITU xem xét
Trang 5


Luận văn tốt nghiệp

để phát triển cho chuẩn 4G. Các sở cứ quan trọng để ITU thông qua cho chuẩn 4G
đó chính là từ hỗ trợ của các công ty di động toàn cầu; các tổ chức chuẩn hóa và đặc
biệt là sự xuất hiện của ba công nghệ cho việc phát triển mạng di động tế bào
LTE(Long-Term Evolution), UMB(Ultramobile Broadband) và WiMAX II (IEEE
802.16m). Ba công nghệ này có thể được xem là các công nghệ tiền 4G. Chúng sẽ
làcác công nghệ quan trọng giúp ITU xây dựng các phát hành cho chuẩn 4G trong
thời gian tới.

Hình 1.2 Định hướng phát triển công nghệ 4G.
Sau đây xem xét ba công nghệ được xem là các công nghệ tiền 4G, đó là
cáccông nghệ làm sở cứ để xây dựng nên chuẩn 4G trong tương lai, gồm:

- LTE(Long-Term Evolution)Tổ chức chuẩn hóa công nghệ mạng thông tin
di động 3G UMTS 3GPP baogồm các tổ chức chuẩn hóa của các nước châu Á, châu
Âu và Bắc Mỹ đã bắt đầuchuẩn hóa thế hệ tiếp theo của mạng di động 3G là LTE.
LTE được xây dựng trên nền công nghệ GSM, vì thế nó dễ dàng thay thế
vàtriển khai cho nhiều nhà cung cấp dịch vụ. Nhưng khác với GSM, LTE sử
dụngphương thức ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM). LTE sử dụng
phổtần một cách thích hợp và mềm dẻo, nó có thể hoạt động ở băng tần có độ rộng
từ1,25MHz cho tới 20MHz. Tốc độ truyền dữ liệu lớn nhất về lý thuyết của LTE có
thểđạt tới 250Mb/s khi độ rộng băng tần là 20MHz. LTE khác với các công nghệ
tiền 4G khác như WiMAX II ở chỗ nó chỉ sử dụng đa truy nhập phân chia theo tần
số trực giao ở hướng lên, còn ở hướng xuống nó sử dụng đa truy nhập phân chia

Trang 6


Luận văn tốt nghiệp

theo tần số đơn sóng mang để nâng cao hiệu quả trong việc điều khiển công suất và
nâng cao thời gian sử dụng pin cho thiết bị đầu cuối của khách hàng.
- UMB(Ultra Mobile Broadband): Tổ chức chuẩn hóa công nghệ thông tin
di động 3G CDMA2000, 3GPP2 được thành lập và phát triển bởi các tổ chức viễn
thông của Nhật, Trung Quốc, Bắc Mỹ và Hàn Quốcđã đề xuất phát triển UMB.
Thành viên của 3GPP2, Qualcom là người đi đầu trong nỗ lực phát triển UMB, mặc
dù công ty này cũng chú tâm cả vào việc phát triển LTE.
UMB dựa trên CDMA có thể hoạt động ở băng tần có độ rộng từ 1,25MHz
đến 20MHz và làm việc ở nhiều dải tần số. UMB được đề xuất với tốc độ truyền dữ
liệu lên tới 288Mb/s cho luồng xuống và 75Mb/s cho luồng trên với độ rộng băng
tần sử dụng là 20MHz. Công nghệ này sẽ cung cấp kết nối thông qua các sóng
mang dựa trên đa truy nhập phân chia theo mã CDMA.
- IEEE 802.16m(WiMAX II): Như chúng ta đã biết, WiMAX hay chuẩn

802.16 ban đầu được xây dựng cho mục đích chính là cung cấp các dịch vụ mạng cố
định. Chuẩn IEEE 802.16e được phát triển thêm tính năng di động từ các chuẩn
WiMAX trước đó. IEEE 802.16 là một chuỗi các chuẩn do IEEE phát triển, chúng
hỗ trợ cả cố định và di động, là công nghệ truyền thông, truy nhập diện rộng, nó
cũng được gọi với một tên khác là WiMAX. WiMAX hoạt động trong dải tần từ
10GHz đến 66 GHz. IEEE 802.16m hay còn gọi là WiMAX II là công nghệ duy
nhất trong các công nghệ tiền 4G được xây dựng hoàn toàn dựa trên công nghệ đa
truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA. WiMAX II được phát triển lên
từ chuẩn IEEE.11 802.16e. Công nghệ WiMAX II sẽ hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu
lên tới 100Mb/s cho các ứng dụng di động và có thể lên tới 1Gb/s cho các người
dùng tĩnh. Khoảng cách truyền cho WiMAX II sẽ khoảng 2 km ở môi trường thành
thị và là khoảng 10 km cho các khu vực nông thôn.
1.1.4 Tiến hóa từ công nghệ GSM lên W-CDMA.
Hệ thống thông tin di động công nghệ GSM cung cấp các dịch vụ thoại và số
liệu trên cơ sở chuyển mạch kênh, băng thông hẹp. Tốc độ truyền thoại là 13kbps
và truyền số liệu với tốc độ9,6kbps. Tốc độ này chỉ phù hợp cho các dịch vụ số
Trang 7


Luận văn tốt nghiệp

liệu giai đoạn trước.
Để đáp ứng và phát triển các dịch vụ mới đồng thời tiết kiệm được chi phí
đầu tư, mà vẫn đáp ứng được nhu cầu sử dụng các dịch vụ băng thông rộng thì
hiện nay các hệ thống 2G được chuyển đổi từng bước sang thế hệ thứ ba, đối với
các nhà khai thác việc loại bỏ hẳn công nghệ đang dùng để tiếp cận ngay mạng
3G là việc không khả thi vì vậy họ phải trọn giải pháp là nâng cấp mạng, các hệ
thống khác nhau có lộ trình riêng để tiến đến 3G. Với hệ thống GSM tiến lên 3G
đi qua các thế hệ trung gian 2,5G đó là HSCSD, GPRS và EDGE tạm thời đáp
ứng nhu cầu của người sử dụng cũng như chuẩn bị cơ sở hạ tầng kĩ thuật tiến lên

3G một cách thuận lợi. WCDMA là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G của
IMT-2000 được phát triển chủ yếu ở Châu Âu với mục tiêu chính là cho phép
các mạng cung cấp khả năng chuyển vùng toàn cầu và để hỗ trợ nhiều dịch vụ
thoại, dịch vụ đa phương tiện mà vẫn tận dụng được các cơ sở hạ tầng có sẵn.
Quá trình phát triển từ GSM lên WCDMA qua các giai đoạn trung gian, có thể
được tóm tắt trong sơ đồ sau đây:

Hình 1.3 Tiến hóa từ GSM lên W-CDMA
Sự tiến triển về kĩ thuật là con đường phát triển chỉ rõ phương thức để
triển khai các phần tử mạng và loại công nghệ để thực thi kỹ thuật đó. Đây là
bước phát triển trực tiếp theo các xu hướng chung về mặt công nghệ. Vì các
phần tử mạng là yếu tố tạo nên mạng.
1.1.4.1 HSCSD-Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao.
Khi có nhu cầu về các dịch vụ tốc độ cao, các nhà khai thác mạng GSM đã
Trang 8


Luận văn tốt nghiệp

đưa HSCSD vào khai thác, HSCSD là phương pháp đơn giản nhất để nâng cao tốc
độ, phương pháp này cho phép sử dụng nhiều khe thời gian để kết nối giữ liệu
thay vì chỉ dùng một khe thời gian như trước đây. Công nghệ HSCSD cho
phép nâng cao khả năng truyền số liệu trên mạng GSM bằng cách cấp phát nhiều
khe thời gian hơn cho người sử dụng. Để thực hiện được nhiệm vụ này, tiêu
chuẩn GSM đã được sửa đổi chẳng hạn như mã hoá kênh 14,4kbps thay thế cho
mã hoá kênh 9,6kbps dùng để hỗ trợ cho truyền số liệu. Bốn kênh 14,4kbps
được hết hợp thành một kênh 57,6kbps. Với việc sử dụng công nghệ HSCSD
máy điện thoại GSM và các thiết bị di động có thể sử dụng các ứng dụng đa
phương tiện, truy nhập web và tải các trang đồ hoạ trong vài giây. Trong điều
kiện lý tưởng thì tôc độ tối đa là 64kbps đạt được với 4 khe thời gian. Dữ liệu

truyền trong dịch vụ chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD được hình thành
dưới dạng các luồng song song để đưa vào các khe thời gian khác nhau, và
chúng sẽ được kết hợp lại tại đầu cuối.Tất cả các khe thời gian sử dụng trong
một kết nối HSCSD phải thuộc về cùng một sóng mang. Việc cấp phát các khe
thời gian phụ thuộc vào thủ tục cấp phát khe thời gian.
Dịch vụ HSCSD có thể triển khai dựa trên cơ sở hạ tầng có sẵn của GSM,
chỉ cần nâng cấp phần mềm hiện có mà không cần lắp đặt thêm các phần tử
mạng lưới mới. HSCSD cho phép cấp phát tài nguyên không đối xứng ở giao
diện vô tuyến. Tuy nhiên do vẫn sử dụng chuyển mạch kênh nên hiệu suất sử
dụng tài nguyên vô tuyến của HSCSD không cao, HSCSD chỉ định việc sử dụng
các khe thời gian một cách liên tục, thậm chí ngay cả khi không có tín hiệu trên
đường truyền dẫn đến lãng phí nguồn tài nguyên trên mạng.
1.1.4.2 GPRS-Dịch vụ vô tuyến gói chung
Giải pháp GPRS được nhiều nhà khai thác mạng thông tin di động lựa
chọn. Tại Việt Nam có ba nhà khai thác là Vinaphone, Mobiphone, Viettel đang
khai thác và cung cấp các dịch vụ truyền số liệu sử dụng giải pháp GPRS.
Dịch vụ vô tuyến gói chung là sự lựa chọn của các nhà khai thác GSM như
một bước chuẩn bị về sơ sở hạ tầng kỹ thuật để tiến lên W-CDMA với việc
Trang 9


Luận văn tốt nghiệp

đưa chuyển mạch gói vào mạng. Mạng W-CDMA sử dụng lại rất nhiều phần tử
của mạng GPRS.
GPRS hỗ trợ dịch vụ số liệu tốc độ cao cho GSM. Một MS trong mạng
GPRS có thể truy nhập đến nhiều khe thời gian. GPRS khác với HSCSD ở chỗ
nhiều người có thể sử dụng chung một tài nguyên vô tuyến, vì thế hiệu suất sử
dụng tài nguyên vô tuyến rất cao. Một MS ở chế độ GPRS chỉ giành được tài
nguyên khi nó có số liệu cần phát. Một người sử dụng GPRS có thể sử dụng đến

8 khe thời gian để đạt được tố độ lên đến hơn 100kbps. Về mặt lý thuyết, GPRS
có thể cung cấp tốc độ tối đa là 171,2 kbps ở giao diện vô tuyến qua 8 kênh 21,4
kbps (sử dụng mã hóa CS - 4). Ở trong các mạng thực tế do cần phải dành một
phần dung lượng cho việc hiệu chỉnh lỗi trên đường truyền vô tuyến nên tốc
độ cực đại chỉ cao hơn 100 kbps so với tốc độ thực tế vào khoảng 40 đến
50kbps.
Giao diện vô tuyến của GPRS được xây dựng trên cùng một nền tảng như
giao diện vô tuyến của GSM cùng sóng mang vô tuyến độ rộng băng tần
200khz và 8 khe thời gian. Như vậy cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển
mạch gói đều có thể sử dụng cùng sóng mang. Tuy nhiên mạng đường trục của
GPRS được thiết kế sao cho nó không phụ thuộc vào giao diện vô tuyến.
Ngoài ra mã hóa kênh sử dụng trong GPRS cũng hơi khác trong GSM. GPRS
định nghĩa một số sơ đồ mã hóa kênh khác nhau.
Mạng GPRS là một mạng số liệu gói được xây dựng trên cơ sở cấu trúc mạng
GSM hiện tại, cộng thêm một số phần tử mới. Vì lúc đầu GSM được thiết kế
cho chuyển mạch kênh nên việc đưa chuyển mạch gói vào đòi hỏi phải bổ sung
thêm thiết bị mới cho mạng như nốt SGSN, GGSN...
GPRS là một bước phát triển kịp thời đáp ứng nhu cầu trao đổi dữ liệu
ngày càng cao và sự chuyển tiếp hợp lý giữa thông tin di động thế hệ 2 và thông
tin di động thế hệ 3.
1.1.4.3 EDGE-Tốc độ dữ liệu tăng cường để phát triển GSM
Mục tiêu chính của EDGE là tăng cường các khả năng cho qua số liệu
Trang 10


Luận văn tốt nghiệp

của mạng GSM/GPRS. Nói một cách khác mục tiêu này là nén nhiều bít hơn
trong một giây ở sóng mang có cùng độ rộng băng tầng 200Khz và 8 khe thời
gian. Để thực hiện điều này người ta chuyển từ sơ đồ điều chế khóa chuyển

pha Gau–xo cực tiểu ở GSM (GMSK) sang sơ đồ điều chế pha tám trạng thái(8
– PSK). Nhờ chuyển đổi này mà lý thuyết EDGE có thể hỗ trợ tốc độ số liệu lên
đến 384Kbps. EDGE tiến bộ hơn nhiều so với GPRS, tuy nhiên nó vẫn chưa đạt
đến yêu cầu dung lượng của thế hệ 3 thực sự(tốc độ 2Mbps). Như vậy có thể
coi EDGE là thế hệ thứ 2.75G. EDGE có được sử dụng rộng rãi hay không
phụ thuộc nhiều yếu tố thời gian, nhu cầu về các dịch vụ số liệu cao của người
sử dụng, mức độ sẵn sàng của các thiết bị đầu cuối có khả năng EDGE và giá
thành. Về mặt thời gian thì sự phát triển của EDGE và W- CDMA trong cùng
một khung thời gian, thực chất các tiêu chuẩn của EDGE được thực hiện trong
khuôn khổ của đề án 3 GPP(Third Generation Partnership Project: Đề án của các
đối tác thế hệ 3) và là một bộ phận của tập tiêu chuẩn 3GPP 1999. Triển khai
EDGE không đòi hỏi phổ tần mới như W-CDMA và không đòi hỏi thay đổi
mạng GPRS quá lớn. EDGE có thể triển khai với chi phí phải chăng hơn WCDMA, tuy nhiên việc đầu tư EDGE không giúp chúng ta trên con đường tiến lên
một cơ sở hạ tầng W-CDMA vì vậy EDGE có thể triển khai như là một bước đệm
đáp ứng các nhu cầu hiện tại để tiến lên 3G. Hoặc có thể bỏ qua giai đoạn EDGE
để tiến thẳng lên 3G hoặc có thể phát triển EDGE như là một hệ thống giả thế
hệ 3 để bổ sung cho mạng thế hệ 3 W-CDMA(UTMS).
1.1.4.4 W-CDMA-Đa truy nhập phân chia theo mã băng thông rộng
W-CDMA là một trong các tiêu chuẩn của IMT-2000 sử dụng mạng vô
tuyến cơ sở W-CDMA mà mạng lõi được nâng cấp từ GSM/GPRS, các phần tử
như MSC, HLR, SGSN, GGSN có thể được nâng cấp từ mạng hiện có để hỗ
trợ đồng thời cho W-CDMA và GSM.
W-CDM có hai giải pháp cho giao diện vô tuyến là ghép song công phân
chia theo tần số FDD(Frequency Division Duplex) và ghép song công phân chia
theo thời gian TDD(Time Division Duplex) cả hai giao diện này đều sử dụng
Trang 11


Luận văn tốt nghiệp

chuỗi trải phổ trực tiếp(DSSS- Direct Sequence Spectrum) sử dụng tốc độ chip
3,84Mcps bên trong băng tần 5MHz, giải pháp thứ nhất hiện được sử dụng rộng
rãi hơn, còn giải pháp thứ hai chủ yếu được triển khai cho các ô nhỏ(Micro và
Pico).
FDD sử dụng băng tần 5MHz với hai sóng mang phân cách nhau 190 MHz:
đường lên có băng tần nằm trong dải phổ từ 1920 MHz đến 1980 MHz, đường
xuống có băng tần nằm trong dải phổ từ 2110 MHz đến 2170 MHz. Mặc dù 5
MHz là độ rộng băng danh định, trên thực tế có thể chọn độ rộng băng từ 4,4
MHz đến 5 MHz với nấc tăng là 200 MHz, việc lựa chọn băng tần đúng đắn cho
phép tránh được nhiễu giao thoa nhất là khi khối 5 MHz tiếp theo thuộc nhà khai
thác khác.
Các băng tần sử dụng cho W-CDMA trên toàn cầu được cho trên hình 1.4a.
W-CDMA sử dụng phân bố tần số quy định cho IMT-2000 . Ở châu Âu và
hầu hết các nước châu Á băng tần IMT-2000 là 2×60 MHz (1920-1980 MHz
cộng với 2110-2170 MHz) có thể sử dụng cho W-CDMA FDD. Băng tần sử
dụng cho TDD ở châu Âu thay đổi, băng tần được cấp theo giấy phép có thể là
25 MHz cho sử dụng TDD ở 1900-1920 và 2020-2025 MHz. Băng tần cho các
ứng dụng TDD không cần xin phép (SPA= Self Provided Application: ứng dụng
tự cấp) có thể là 2010-2020 MHz. Các hệ thống FDD sử dụng các băng tần
khác nhau cho đường lên và đường xuống với phân cách là khoảng cách song
công, còn các hệ thống TDD sử dụng cùng tần số cho cả đường lên và đường
xuống.
a.Các băng tần có thể sử dụng cho WCDMA toàn cầu.
Băng

Đường lên

Đườngxuố

(MHz)

ng(MHz)

Tên

Tổng phổ

Băng I

2100

2x60MHz

1920-1980

2110-2170

Băng II

1900

2x60MHz

1850-1910

1930-1990

công tác

Trang 12

Ghi chú
Băng ITM2000
Băng PCS tại châu
Mỹ và Mỹ La Tinh