Công nghệ HSDPA và ứng dụng vào mạng di động viettel

NGUYN èNH NINH

bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội

------------[[\\-------------

NGUYễN ĐìNH NINH

điện tử viễn thông

CễNG NGH HSDPA V NG DNG
VO MNG DI NG VIETTEL

luận văn thạc sĩ kỹ thuật
ngành: điện tử viễn thông

2010 2012

à Nội
2012

ngời hớng dẫn
t.s: phạm văn bình

Hà nội - 2012


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. Sơ lược lý lịch:
- Họ và tên

: Nguyễn Đình Ninh

Giới tính: Nam

ảnh 4x6

- Sinh ngày : 05 tháng 9 năm 1982
- Nơi sinh

: Nghi Vạn- Nghi Lộc- Nghệ An

- Quê quán

: Nghi Vạn- Nghi Lộc- Nghệ An

- Chức vụ

: Trưởng Phòng

- Đơn vị công tác: Trường CĐ nghề KTCN Việt Nam- Hàn Quốc
- Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc:
Phòng CT Học Sinh- Sinh Viên- Trường CĐ nghề KTCN Việt Nam- Hàn QuốcĐường Hồ Tông Thốc- Nghi Phú- Vinh- Nghệ An.
- Điện thoại di động: 0985.918632
- E-mail:
II. Quá trình đào tạo:
1. Đại học:
- Hệ đào tạo:

Chính quy.

Thời gian đào tạo: từ. 9/2001 đến 6 /2006.

- Trường đào tạo: Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam- Hải Phòng
- Ngành học: Điện Tử Viễn Thông

Bằng tốt nghiệp đạt loại: TB Khá.

2. Thạc sĩ:
- Hệ đào tạo: Thạc sĩ kỹ thuật . Thời gian đào tạo: từ. .4 /1010 . đến. 4/ 2012
- Chuyên ngành học: Điện Tử Viễn Thông
- Tên luận văn:

Công nghệ HSDPA và ứng dụng vào mạng di động Viettel

- Người hướng dẫn Khoa học: TS Phạm Văn Bình
3. Trình độ ngoại ngữ : Anh ngữ tương đương B1 châu Âu . . . . . . . .
III. Quá trình công tác chuyên môn kể từ khi tốt nghiệp đại học:
Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm nhận

2006-2009

Nhà máy đóng tàu Bến Thủy- Nghi xuân- Hà Tĩnh

Cán bộ kỹ thuật

2009- Nay

Trường CĐN KTCN Việt Nam- Hàn Quốc

Giáo viên, T.phòng

Tôi cam đoan những nội dung viết trên đây là đúng sự thật.
Vinh, Ngày 20 tháng 3 năm 2012
NGƯỜI KHAI KÝ TÊN

Nguyễn Đình Ninh


LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là Nguyễn Đình Ninh, học viên lớp cao học Điện tử- Viễn thông,
khoá 2010- 2012, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
Tôi xin cam đoan nội dung bản luận văn hoàn toàn là kết quả tìm hiểu,
nghiên cứu của bản thân tôi trên cơ sở hướng dẫn khoa học của TS.Phạm Văn Bình,
giảng viên khoa Điện tử -Viễn thông, Đại học Bách Khoa Hà Nội. Trong luận văn
tôi có tham khảo một số tài liệu trong và ngoài nước và có liệt kê đầy đủ trong mục
tài liệu tham khảo. Luận văn không sao chép từ bất kỳ nguồn tài liệu nào.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm đối với bản luận văn của mình.
Vinh, ngày 20 tháng 3 năm 2012
Người thực hiện

Nguyễn Đình Ninh

Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Ninh

THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT
2G

Second Generation

Thế hệ thứ 2

3G

Third Generation

Thế hệ thứ ba

3GPP

3ird Genaration Partnership Project

Đề án các đối tác thế hệ thứ ba

3GPP2

3ird Generation Patnership Project 2

Đề án đối tác thế hệ thứ ba 2

AMC

Adaptive Modulation and Coding

Mã hóa và điều chế thích ứng

ARQ

Automatic Repeat-reQuest

Yêu cầu phát lại tự động

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Chế độ truyền dị bộ

BCCH

Broadcast Control Channel

Kênh điều khiển quảng bá

BCH

Broadcast Channel

Kênh quảng bá

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Khóa chuyển pha hai trạng thái

BS

Base Station

Trạm gốc

BTS

Base Tranceiver Station

Trạm thu phát gốc

CC

Convolutional Code

Mã xoắn

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

CD/CA-

CPCH Collision Detection/ Channel

Kênh chỉ thị phát hiện va chạm

ICH:

Assignment Indicator Channel

CPCH/ấn định kênh

CN

Core Network

Mạng lõi

CPCH

Common Packet Channel

Kênh gói chung

CQI

Channel Quality Indicator

Chỉ thị chất lượng kênh

CS

Circuit Switch

Chuyển mạch kênh

CSICH

CPCH Status Indicator Channel

Kênh chỉ thị trạng thái CPCH

DCCH

Dedicated Control Channel

Kênh điều khiển riêng

DCH

Dedicated Channel

Kênh điều khiển

Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Ninh


DPCCH

Dedicated Physycal Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng

DPCH

Dedicated Physical Channel

Kênh vật lý riêng

DPDCH

Dedicated Physical Data Channel

Kênh số liệu vật lý riêng

DSCH

Downlink Shared Channel

Kênh chia sẻ đường xuống

E-AGCH

Enhanced Absolute Grant Channel

Kênh cho phép tuyệt đối tăng cường

E-DCH

Enhanced Dedicated Channel

Kênh riêng tăng cường

EDGE

Enhanced Data rates for GPRS

Tốc độ số liệu tăng cường để phát

Evolution

triển GPRS

Equipment Identity Register

Bộ ghi nhận dạng thiết bị

EIR

E-DPCCH Enhanced Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng tăng cường
E-DPDCH Enhanced Dedicated Data Channel

Kênh số liệu riêng tăng cường

E-RGCH

Enhanced Relative Grant Channel

Kênh cho phép tương đối tăng cường

FACH

Forward Access Channel

Kênh truy nhập đường xuống

FDD

Frequency Division Duplex

Ghép song công phân chia theo thời
gian

F-DPCH

Fractional DPCH

DPCH một phần (phân đoạn)

GERAN

GSM EDGE Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến GSM
EDGE

GGSN

Gateway GPRS Support Node

Nút hỗ trợ GPRS cổng

GPRS

General Packet Radio Service

Dịch vụ vô tuyến gói chung

GSM

Global System For Mobile

Hệ thống thông tin di động tòan cấu

Communications
HARQ

Hybrid Automatic Repeat request

Yêu cầu phát lại tự động linh hoạt

HHO

Hard Handover

Chuyên giao cứng

Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Ninh


HLR

Home Location Register

HSDPA

High Speed Downlink Packet Access Truy nhập hói đường xuống tốc độ cao

HS-DPCCH High-Speed Dedicated Physical

Control Channel
HS-DSCH High-Speed Dedicated Shared

Bộ ghi định vị thường trú

Kênh điều khiển vật lý riêng tốc độ
cao
Kênh chia sẻ riêng tốc độ cao

Channel
HSPA

High Speed Packet Access

HS-PDSCH High-Speed Physical Dedicated

Truy nhập gói tốc độ cao
Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc độ cao

Shared Channel
HS-SCCH

High-Speed Shared Control Channel Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao

HSUPA

High-Speed Uplink Packet Access

Truy nhập gói đường lên tốc độ cao

IMS

IP Multimedia Subsystem

Phân hệ đa phương tiện IP

IMT-2000

International Mobile

Thông tin di động quốc tế 2000

Telecommunications 2000
IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

Iu

Giao diện được sử dụng để thông tin giữa RNC và mạng lõi

Iub

Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và RNC

Iur

Giao diện được sử dụng để thông tin giữa các RNC

LTE

Long Term Evolution

Phát triển dài hạn

MAC

Medium Access Control

Điều khiển truy nhập môi trường

MIMO

Multi-Input Multi-Output

Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

MMS

Multimedia Messaging Service

Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện

MSC

Mobile Services Switching Center

Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ

di động

NodeB

Nút B

Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Ninh


P-CCPCH

Primary Common Control Physical

Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp

Channel
PCH

Paging Channel

Kênh tìm gọi

PCPCH

Physical Common Packet Channel

Kênh vật lý gói chung

PDCP

Packet-Data Convergence Protocol

Giao thức hội tụ số liệu gói

PDSCH

Physical Downlink Shared Channel

Kênh chia sẻ đường xuống vật lý

PHY

Physical Layer

Lớp vật lý

PICH

Page Indication Channel

Kênh chỉ thị tìm gọi

PRACH

Physical Random Access Channel

Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên)

PS

Packet Switch

Chuyển mạch gói

PSTN

Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

QAM

Quadrature Amplitude Modulation

Điều chế biên độ vuông góc

QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

QPSK

Quatrature Phase Shift Keying

Khóa chuyển pha vuông góc

RACH

Random Access Channel

Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAN

Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến

RLC

Radio Link Control

Điều khiển liên kết vô tuyến

RNC

Radio Network Controller

Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RRC

Radio Resource Control

Điều khiển tài nguyên vô tuyến

RTP

Real Time Protocol

Giao thức thời gian thực

S-CCPCH

Secondary Common Control Physical Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp
Channel

SCH

Synchronization channel

Kênh đồng bộ

SGSN

Serving GPRS Support Node

Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Ninh


SIM

Subscriber Identity Module

Mođun nhận dạng thuê bao

SMS

Short Message Service

Dịch vụ nhắn tin

SNR

Signal to Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

SHO

Soft Handover

Chuyển giao mềm

TDD

Time Division Duplex

Ghép song công phân chia theo thời gian

TDM

Time Division Multiplex

Ghép kênh phân chia theo thời gian

TDMA

Time Division Mulptiple Access

Đa truy nhập phân chia theo thời gian

TrCH

Transport Channel

Kênh truyền tải

TTI

Transmission Time Interval

Khỏang thời gian phát

UE

User Equipment

Thiết bị người sử dụng

UL

Uplink

Đường lên

UMTS

Universal Mobile

Hệ thống thông tin di động toàn cấu

Telecommunications System
UTRA

UMTS Terrestrial Radio Access

Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

UTRAN

UMTS Terrestrial Radio Access

Mnạg truy nhập vô tuyến mặt đất

Network

UMTS

Uu

Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và UE

WCDMA

Wideband Code Division Multiple

Đa truy nhập phân chia theo mã băng

Access

rộng

Worldwide Interoperability for

Tương hợp truy nhập vi ba toàn cầu

WiMAX

Microwave Access
VoIP

Voice over IP

Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Ninh

Thoại trên IP


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1:Tiến Trình Phát Triển Của Thông Tin Di Động ..........................................4
Hình 1.2: Định hướng phát triển công nghệ 4G..........................................................7
Hình 1.3: Kiến trúc tổng quát của một mạng di động kết hợp cả CS và PS ...............8
Hình 1.4: Kiến trúc mạng trong 3GPP phiên bản R’99 ..............................................9
Hình 1.5: Kiến Trúc Của UTRAN ............................................................................10
Hinh 1.6 : Chức năng logic của RNC cho một kết nối UE với UTRAN. ...............12
Hình 1.7: Kiến Trúc Giao Thức Giao Diện Vô Tuyến với Chế Độ UTRA FDD.....16
Hình 1.8: Kiến Trúc Lớp MAC.................................................................................18

Hình 1.9: Sắp xếp giữa các kênh logic và các kênh lưu lượng, hướng lên/xuống....20
Hình 1.10: Kiến Trúc Lớp RLC ................................................................................21
Hình 1.11: Kiến Trúc Lớp RRC................................................................................22
Hình 1.12: Chuyển giao mềm (a) và mềm hơn (b) ...................................................26
Hình 2.1 : Biểu đồ cột so sánh thời gian download của các công nghệ...................30
Hình 2.2: Các chức năng mới trong các phần tử của WCDMA khi đưa vào HSDPA ....... 31
Hình 2.3: So sánh HSDPA với WCDMA.................................................................32
Hình 2.4: Nguyên Lý Hoạt Động Cơ Bản Của HSDPA ...........................................34
Hình 2.5: Kiến trúc mạng đa phương tiện IP của 3GPP ...........................................37
Hình 2.6: Kiến trúc giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH .................39
Hình 2.7: Cấu trúc lớp MAC – HS ...........................................................................40
Hình 2.8: Giao diện vô tuyến của HSDPA ..............................................................41
Hình 2.9: Thời gian và bộ mã được chia sẻ trong HS-DSCH...................................42
Hình 2.10: Kiến Trúc Khung Của Kênh HS-SCCH .................................................44
Hình 2.11: Kiến Trúc HS-DPCCH............................................................................45
Hình 2.12:Cấu Trúc Khe F-DPCH Kết Hợp Với Cấu Trúc DPCH. .........................45
Hình 2.13: Thích Ứng Liên Kết ................................................................................46
Hình 2.14: HSDPA Hoạt Động Với DCH Thiết Lập Hoạt Động Của 3GPP ...........47
Hình 2.15: Thời Gian Truyền Các Kênh Trong HSDPA..........................................47
Hình 2.16: Hoạt Động Của Giao Thức SAW 4 Kênh ..............................................50
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Ninh


Hình 2.17: Tổng Quan Của Thuật Toán RRM Của HSDPA ..................................55
Hình 2.18: Báo Hiệu Cho HSDPA Cấp Phát Tài Nguyên Vô Tuyến.......................56
Hình 2.19: Thuật Toán Thích Ứng Liên Kết HS-DSCH Tại Node-B ......................57
Hình 2.20: Nguyên Lý Điều Khiển Công Suất HS-SCCH ......................................58
Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc tổng thể mạng di động Viettel...........................................60
Hình 3.2: Mạng di động Viettel ................................................................................61
Hình 3.3: Mạng 3G UMTS kế thừa mạng lõi 2G .....................................................68

Hình 3.4: Sự phát triển liền mạch .............................................................................69
Hình 3.5: Kiến trúc Node B ......................................................................................70
Hình 3.6: Cấu trúc logic của BTS 3900 ....................................................................71

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1:Tốc độ dữ liệu đỉnh của HSDPA trong một số trường hợp......................... 36
Bảng 2: MSC và Tốc Độ Dữ Liệu Đỉnh Tương Ứng Với Mỗi MSC. ..................... 54

Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Ninh


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN……………………………………………………………
MỤC LỤC…………………………………………………………………….
THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT………………………………………………….
DANH MỤC HÌNH VẼ………………………………………………………...
DANH MỤC BẢNG BIỂU……………………………………………………..
MỞ ĐẦU ......................................................................Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 1: MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTSError! Bookmark not defined.
1.1 Lịch Sử Phát Triển Của Mạng Thông Tin Di Động:Error! Bookmark not defined.
1.1.1 Thế Hệ Đầu Tiên - 1G .....................................Error! Bookmark not defined.
1.1.2 Thế Hệ Thứ Hai - 2G : .....................................Error! Bookmark not defined.
1.1.3 Thế Hệ Thứ Ba - 3G :.......................................Error! Bookmark not defined.
1.1.4 Thế hệ thứ tư – 4G: ..........................................Error! Bookmark not defined.
1.2 Tổng Quan Về Mạng Thông Tin Di Động UMTS:Error! Bookmark not defined.
1.2.1 Kiến Trúc Mạng:..............................................Error! Bookmark not defined.
1.2.2 Các Giao Thức Giao Diện Vô Tuyến :.............Error! Bookmark not defined.

1.2.3 Quản Lý Tài Nguyên Vô Tuyến – RRM (Radio Resource Management)Error! Bookmark not d
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ HSDPA CHO MẠNG UMTSError! Bookmark not defined.

2.1 Giới Thiệu Chung Công Nghệ HSDPA:.............Error! Bookmark not defined.
2.2 Những Cải Tiến Quan Trọng Của HSDPA So Với WCDMA.Error! Bookmark not defined.
2.3 Nguyên Lý HSDPA : ..........................................Error! Bookmark not defined.
2.4 Kiến Trúc HSDPA : ............................................Error! Bookmark not defined.
2.5 Kiến Trúc Các Kênh Của HSDPA :....................Error! Bookmark not defined.
2.5.1 Kiến Trúc Giao Thức: ......................................Error! Bookmark not defined.
2.5.2 Cấu trúc kênh ...................................................Error! Bookmark not defined.
2.6 Kỹ Thuật Sử Dụng Trong HSDPA .....................Error! Bookmark not defined.
2.6.1 Kỹ thuật Yêu cầu phát lại tự động linh hoạt HARQ:Error! Bookmark not defined.
2.6.2 Thích Ứng Liên Kết Nhanh:.............................Error! Bookmark not defined.


2.6.3 Điều Chế Và Mã Hóa Thích Ứng –AMC và Kỹ Thuật Phát Đa Mã:Error! Bookmark not defi
2.6.4 Lập Lịch Gói: ...................................................Error! Bookmark not defined.
2.7 Quản Lý Tài Nguyên Vô Tuyến: .......................Error! Bookmark not defined.
2.7.1 Các Thuật Toán Tại RNC: ...............................Error! Bookmark not defined.
2.7.2 Các Thuật Toán Tại Node-B:...........................Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HSDPA VÀO MẠNG VIETTELError! Bookmark no
3.1. Giới thiệu sơ lược về mạng di động Viettel.......Error! Bookmark not defined.
3.1.1 Sơ đồ cấu trúc mạng: .......................................Error! Bookmark not defined.
3.1.2 Chức năng các thành phần: .............................Error! Bookmark not defined.
3.2. Triển khai 3G HSDPA của Viettel.....................Error! Bookmark not defined.
3.2.1. Sự dịch chuyển từ GSM sang 3G. ...................Error! Bookmark not defined.
3.2.2. Node B của Viettel. .........................................Error! Bookmark not defined.
4.2.3. Một số dịch vụ 3G Viettel cung cấp. ...............Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN..................................................................Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................Error! Bookmark not defined.

PMỞ ĐẦU
Ngày nay, thông tin di động đã đóng một vai trò rất quan trọng trong việc
phát triển kinh tế, xã hội của bất cứ quốc gia nào. Thông tin di động là một lĩnh
vực phát triển nhanh nhất và tác động sâu rộng đến các hoạt động của đời sống
con người. Để đáp ứng nhu cầu về chất lượng và dịch vụ ngày càng cao, hệ
thống thông tin di động đã không ngừng được nâng cấp, cải tiến.
Năm 2002, lần đầu tiên hệ thống truyền thông di động toàn cầu UMTS
(WCDMA) được giới thiệu và bắt đầu được thương mại hóa. Tốc độ lý thuyết của
UMTS tối đa đạt được là 2Mbps. Thực tế, hệ thống này chỉ cung cấp được các dịch
vụ dữ liệu với chất lượng cao ở tốc độ 384kbps. Chính vì vậy, để đáp ứng các yêu
cầu về băng thông và chất lượng ngày càng cao của con người, các hệ thống thông
tin di động tiếp theo lần lượt được nghiên cứu và ứng dụng thương mại. Các tổ chức
viễn thông quốc tế cũng như một số nhà khai thác thông tin di động hàng đầu trên
thế giới tiếp tục nghiên cứu, đề xuất và thử nghiệm các công nghệ của mình. Điển
hình là công nghệ truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA ). Công nghệ này
cho phép nâng cao tốc độ truyền dẫn dữ liệu của hệ thống UMTS. HSDPA được
nhóm hợp tác thế hệ thứ ba (3GPP) phát triển trong phiên bản Rel’5, có thể nâng
cao tốc độ dữ liệu đường xuống lên tới 14,4 Mbps (lý thuyết ) cũng như gia tăng
dung lượng của hệ thống.
Công nghệ HSDPA là bước phát triển đầu tiên của WCDMA và là một phần
của hướng phát triển cải tiến 3G trong công nghệ GSM. Ưu điểm cơ bản của công
nghệ này là chất luợng người sử dụng đầu cuối sẽ được nâng lên cho tất cả các dịch
vụ hiện nay và cũng dễ dàng đáp ứng được các dịch vụ mới được triển khai.
Ở Việt Nam, một số nhà khai thác đã thử nghiệm và bước đầu thu được nhiều
thành công với giai đoạn đầu triển khai các hệ thống 2,75G (EDGE) hay 3G
(cdma2000 EV-DO, WCDMA) và HSDPA. Theo đánh giá của các nhà cung cấp
dịch vụ thì thế hệ di động 3G và 3,5G sẽ còn được áp dụng trong một thời gian dài
do đó việc tiếp tục nghiên cứu công nghệ HSDPA cho các hệ thống di động tiếp
theo là vấn đề cần thiết. Trong khuôn khổ luận văn này, tôi muốn trình bày những
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Ninh 1

khái niệm cơ bản cũng như một số kỹ thuật chính của công nghệ HSDPA và tình
hình triển khai công nghệ này ở mạng di động Viettel.
Cấu trúc của luận văn gồm 3 chương:
Chương 1

: Mạng thông tin di động UMTS

Chương 2

: Công nghệ HSDPA cho mạng UMTS

Chương 3

: Ứng dụng công nghệ HSDPA vào mạng di động Viettel

Kết luận

: Đưa ra một số kết luận và nhận xét cụ thể.

Qua đâyP tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến T.S Phạm Văn Bình và các Giảng
viên thuộc khoa Điện tử viễn thông trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và các đồng
nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận văn nay
Tuy có nhiều cố gắng, nhưng do thời gian hạn hẹp và kiến thức có hạn nên
cuốn luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi mong tiếp tục nhận được
những ý kiến đóng góp của các thầy giáo, cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp để luận văn
được hoàn thiện hơn.

Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Ninh 2

Chương 1: Mạng thông tin di động UMTS

CHƯƠNG 1
MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS
1.1

Lịch Sử Phát Triển Của Mạng Thông Tin Di Động:
Thông tin di động bắt đầu từ những năm 1920, khi các cơ quan an ninh ở Mỹ

bắt đầu sử dụng điện thoại vô tuyến, dù chỉ là ở các căn cứ thí nghiệm. Công nghệ
vào thời điểm đó đã có những thành công nhất định trên các chuyến tàu hàng hải,
nhưng nó vẫn chưa thực sự thích hợp cho thông tin trên bộ. Các thiết bị còn khá
cồng kềnh và công nghệ vô tuyến vẫn còn gặp khó khăn trước những toà nhà lớn ở
thành phố.
Vào năm 1930 đã có một bước tiến xa hơn với sự phát triển của kỹ thuật điều
chế FM, được sử dụng ở chiến trường trong suốt thế chiến thứ hai. Sự phát triển này
kéo dài đến cả thời bình và các dịch vụ di động bắt đầu xuất hiện vào những năm
1940 ở một số thành phố lớn. Tuy vậy, dung lượng của các hệ thống đó rất hạn chế
và phải mất nhiều năm thông tin di động mới trở thành một sản phẩm thương mại.
Hình 1.1 trình bày tóm tắt tiến trình phát triển các thế hệ thông tin di động từ
1G đến 3G. Để tiến tới thế hệ ba, thế hệ hai phải trải qua một giai đoạn trung gian,
giai đoạn này được gọi là 2,5G.

Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Ninh

3

Chương 1: Mạng thông tin di động UMTS

Hình 1.1.Tiến Trình Phát Triển Của Thông Tin Di Động
1.1.1 Thế Hệ Đầu Tiên - 1G
Tháng 12-1971 hệ thống cellular kỹ thuật tương tự, FM, ở dải tần số 850Mhz
ra đời. Dựa trên công nghệ này đến năm 1983, mạng điện thoại di động AMPS
(Advance Mobile Phone Service) phục vụ thương mại đầu tiên tại Chicago, nước
Mỹ. Sau đó hàng loạt các chuẩn thông tin di động ra đời như : Nordic Mobile
Telephone (NTM), Total Access Communication System (TACS).
Giai đoạn này gọi là hệ thống di động tương tự thế hệ đầu tiên (1G) với dải
tầng hẹp, tất cả các hệ thống 1G sử dụng điều chế tần số FM cho đàm thoại, điều
chế khoá dịch tần FSK (Frequency Shift Keying) cho tín hiệu và kỹ thuật truy cập
được sử dụng là FDMA (Frequency Division Multiple Access).

Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Ninh

4


Chương 1: Mạng thông tin di động UMTS

1.1.2 Thế Hệ Thứ Hai - 2G :
Hệ thống thông tin di động thứ hai được phổ biến trong suốt thập niên 90. Sự
phát triển công nghệ thông tin di động thế hệ thứ hai cùng các tiện ích của nó đã
làm bùng nổ lượng thuê bao di động trên toàn cầu. Đây là thời kỳ chuyển đổi từ các
công nghệ analog sang digital.
Giai đoạn này có các hệ thống thông tin di động số như : GSM-900MHZ
(Global System for Mobile), DCS-1800MHZ (Digital Cordless System), PDC 1900Mhz (Personal Digital Cellular), IS-54 và IS-95 (Interior Standard). Trong đó
GSM là tiền thân của hai hệ thống DCS, PDC. Các hệ thống sử dụng kỹ thuật
TDMA (Time Division Multiple Access) ngoại trừ IS-95 sử dụng kỹ thuật CDMA

(Code Division Multiple Access).
Thế hệ 2G có khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng, các tiện ích hỗ trợ cho công
nghệ thông tin, cho phép thuê bao thực hiện quá trình chuyển vùng quốc tế tạo khả
năng giữ liên lạc trong một diện rộng khi họ di chuyển từ quốc gia này sang quốc
gia khác.
Năm 2001, nhằm tăng thông lượng truyền để phục vụ nhu cầu truyền thông tin
(không phải thoại- phi thoại) trên mạng di động, GPRS - General Packet Radio
Service đã ra đời. GPRS còn được xem như là 2,5G. Tốc độ truyền dữ liệu (data
rate) của GSM chỉ bằng 9,6Kbps trong khi đó 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 2003, EDGE ( Enhanced Data
Rates for GSM Evolution) đã ra đời với khả năng truyền dữ liệu tốc độ lên được
250 Kbps (trên lý thuyết). EDGE còn được biết đến như là 2,75G trên đường tiến
tới 3G.
1.1.3 Thế Hệ Thứ Ba - 3G :
Từ năm 1992 Hội nghị thế giới truyền thông dành cho truyền thông một số dải
tần cho hệ thống di động 3G : phổ rộng 230MHz trong dải tần 2GHz, trong đó
60MHz được dành cho liên lạc vệ tinh. Sau đó Liên Hiệp Quốc Tế Truyền Thông

Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Ninh

5


Chương 1: Mạng thông tin di động UMTS

(UIT) chủ trương một hệ thống di động quốc tế toàn cầu với dự án IMT-2000 sử
dụng trong các dải 1885-2025MHz và 2110- 2200MHz.
Thế hệ 3G gồm có các kỹ thuật : W-CDMA (Wide band CDMA) kiểu FDD
và TD-CDMA (Time Division CDMA) kiểu TDD. Mạng 3G bao gồm các mạng :

√ UMTS sử dụng kỹ thuật W-CDMA được chuẩn hoá bởi 3GPP
√ CDMA 2000 được chuẩn hoá bởi 3GPP2
√ TD-SCDMA được phát triển ở Trung Quốc
√ FOMA đựoc phát triển ở Nhật Bản bởi NTT DoCoMo cũng dùng kỹ thuật
W-CDMA.
Mục tiêu của IMT- 2000 là giúp cho các thuê bao liên lạc với nhau và sử dụng
các dịch vụ đa truyền thông trên phạm vi thế giới, với lưu lượng bit đi từ 144Kbit/s
trong vùng rộng và lên đến 2Mbps trong vùng địa phương. Dịch vụ bắt đầu vào năm
2001- 2002. Cuối năm 2004, điện thoại di động 3G đã bắt đầu xuất hiện trên thị
trường.
Có 2 mạng chính được xây dựng trên nền tảng công nghệ 3G: UMTS
(Universal Mobile Telephone System) - hiện đang được triển khai trên mạng GSM
sẵn có và CDMA2000 dựa trên nền tảng của mạng CDMA IS95- mang đến khả
năng truyền tải dữ liệu ở mức 3G cho mạng CDMA. Cả UMTS và CDMA2000 đã
được triển khai tại Mỹ từ cách đây nhiều năm. Tốc độ của hai mạng này có thể sánh
bằng với chất lượng của kết nối DSL.
UMTS(Universal Mobile Telephone System): dựa trên công nghệ W-CDMA,
là giải pháp tổng quát cho các nước sử dụng công nghệ di động GSM. UMTS do tổ
chức 3GPP quản lý. 3GPP cũng đồng thời chịu trách nhiệm về các chuẩn mạng di
động như GSM, GPRS và EDGE. UMTS còn có tên là 3GSM, dùng để nhấn mạnh
sự liên kết giữa 3G và chuẩn GSM. UMTS hỗ trợ tốc độ truyền tải dữ liệu đến 1920
Kbps, mặc dù trong thực tế hiệu suất đạt được chỉ vào khoảng 384 Kbps. Tuy nhiên,
tốc độ này vẫn còn nhanh hơn so với chuẩn GSM (14,4Kbps) và HSCSD
(14,4Kbps) là lựa chọn hoàn hảo đầu tiên cho giải pháp truy cập Internet giá rẻ bằng
thiết bị di động.

Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Ninh

6

Chương 1: Mạng thông tin di động UMTS

Mạng UMTS có thể nâng cấp lên High Speed Downlink Packet Access
(HSDPA) - còn được gọi với tên 3,5G. HSDPA cho phép đẩy nhanh tốc độ tải
xuống tới 14 Mbps.
1.1.4 Thế hệ thứ tư – 4G:
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. Vì vậy, 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 liệu có 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 để phát triển cho chuẩn 4G. Các cơ sở 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
là các công nghệ quan trọng giúp ITU xây dựng các phát hành cho chuẩn 4G trong
thời gian tới.
2005

2006

2007/09

Sự phát triển của công nghệ 3G
3G EVDO
WCDMA

3,5G EVDO
HSDP

LTE EVDO
Rev UMB

Sự phát triển của công nghệ không dây băng rộng
Wi G
OFD

802 16
MIN-BF OFDDM

802 16
OFDM

Hình 1.2 Định hướng phát triển công nghệ 4G
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Ninh

7

2010
4G
OF
MA

Chương 1: Mạng thông tin di động UMTS

1.2

Tổng Quan Về Mạng Thông Tin Di Động UMTS:

1.2.1 Kiến Trúc Mạng:
Mạng thông tin di động 3G lúc đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển
mạch gói (PS) và chuyển mạch kênh (CS) để truyền số liệu gói và tiếng.
Các trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển mạch sử dụng công nghệ không
đồng bộ ATM. Trên đường phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh sẽ dần
được thay thế bằng 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 cho thấy ví dụ về một kiến trúc tổng quát của thông
tin di động 3G kết hợp cả CS và PS trong mạng lõi.

Hình 1.3: Kiến trúc tổng quát của một mạng di động kết hợp cả CS và PS

Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Ninh

8


Chương 1: Mạng thông tin di động UMTS

Hình 1.4: Kiến trúc mạng trong 3GPP phiên bản R’99
Hình 1.4 cho thấy ta thấy cấu trúc mạng 3G dựa trên cơ sở kỹ thuật W-CDMA của
3GPP phiên bản R’99 (Tập tiêu chuẩn đầu tiên cho UMTS ).
Mạng UMTS gồm có hai phần: phần mạng truy nhập vô tuyến – UTRAN

(UMTS Terrestrial Radio Access Network), phần mạng lõi (Core network). Phần
Core Network thì có core cho data bao gồm SGSN, GGSN. Phần core cho voice thì
có MCS và GMSC. Phần UTRAN bao gồm Node B và RNC
1.2.1.1. Phần truy cập mạng vô tuyến- Radio Access:
Mạng truy nhập vô tuyến chứa các phần tử sau:
-

Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC- Radio Network Controller: bộ điều khiển

mạng vô tuyến đóng vai trò như BSC ở các mạng thông tin di dộng.
-

Node- B: đóng vai trò như các BTS ở các mạng thông tin di động.

-

Thiết bị người sử dụng UE- User Equipment.

Công nghệ CDMA băng rộng được sử dụng cho giao diện không gian UTRAN.
UMTS WCDMA là hệ thống CDMA trải phổ trực tiếp mà ở đó dữ liệu người sử

Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Ninh

9


Chương 1: Mạng thông tin di động UMTS

dụng được ghép kênh với những bit giả ngẫu nhiên và được trải cùng với mã giả
ngẫu nhiên băng rộng. WCDMA hoạt động theo hai chế độ: FDD và TDD. UTRAN

gồm có một hay nhiều mạng vô tuyến con - RNS . Một RNS là một mạng con với
UTRAN và bao gồm một RNC và một hay nhiều Node-B. Các RNC có thể kết nối
tới các RNC khác theo đường một giao diện Iur. Các RNC và các Node-B được kết
nối cùng với một giao diện Iub .
Từ hình 1.4 ta thấy rằng tất cả các giao diện ở UTRAN của 3GPPP phiên bản R’99
đều được xây dựng trên cơ sở ATM. ATM được chọn vì nó có khả năng hỗ trợ
nhiều loại dịch vụ khác nhau (như tốc độ bít khả biến cho các dịch vụ trên cơ sở gói
và tốc độ bít không đổi cho các dịch vụ chuyển mạch kênh ). Mặt khác mạng lõi sử
dụng cùng một kiến trúc cơ sở như kiến trúc của GSM/GPRS, nhờ vậy công nghệ
mạng lõi có thể hỗ trợ công nghệ truy nhập vô tuyến mới. Chẳng hạn nâng cấp
mạng lõi hiện có để hỗ trợ UTRAN sao cho một MSC có thể nối đến cả UTRAN
RNC và GSM BSC.
Trong phần UTRAN gồm có hai phần là Node –B và RNC.

Hình 1.5: Kiến Trúc Của UTRAN
a. Node - B:
Chức năng của Node - B là:
√ Truyền/ nhận giao diện không gian
√ Điều chế và giải điều chế
√ Mã hóa kênh vật lý CDMA
√ Bắt lỗi
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Ninh

10


Chương 1: Mạng thông tin di động UMTS

√ Điều khiển công suất vòng lặp kín
Node –B chuyển đổi luồng dự liệu giữa giao diện Iub và Uu. Nó cũng tham gia vào

việc quản lý tài nguyên vô tuyến như điêu khiển công suất vòng trong…
b. Thiết bị điều khiển mạng vô tuyến RNC – Radio Network Controller:
RNC là điểm truy nhập dịch vụ cho tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp từ
mạng lõi, ví dụ như quản lý tất cả các kết nối tới UE. RNC giao tiếp với mạng lõi
(thông thường tới một MSC và một SGSN ) và đồng thời nó cũng là điểm cuối của
giao thức RRC, đó là định nghĩa bản tin và thủ tục giữa trạm di động và UTRAN.
Trong trường hợp Node-B chỉ có một kết nối với mạng thì RNC chịu trách
nhiệm điều khiển Node-B được gọi là CRNC – điều khiển RNC. Điều khiển RNC là
chịu trách nhiệm cho tải và điều khiển tắc nghẽn của chính ô mà nó quản lý cũng
như thực hiện điều khiển quản trị và cung cấp mã cho một liên kết vô tuyến mới
được xác định nằm trong các ô của nó.
Trong trường hợp một kết nối giữa trạm di động và UTRAN sử dụng tài
nguyên vô tuyến từ nhiều hơn một RNC, thì các RNC sẽ được tách thành hai loại
theo chức năng riêng biệt:
+ RNC phục vụ- SRNC (Serving RNC): Đây là RNC kết nối cả liên kết Iu cho
đường truyền tải dữ liệu của người sử dụng và báo hiệu RANAP với mạng lõi.
SRNC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến, nó là giao thức báo
hiệu giữa UE và UTRAN, xử lý dữ liệu lớp 2 (L2) từ/tới giao diện vô tuyến. Hoạt
động quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như là sắp xếp các thông số thông báo truy
nhập vô tuyến vào bên trong thông số kênh truyền tải của giao diện không gian, giải
quyết chuyển giao, điều khiển công suất vòng ngoài, đó là các nhiệm vụ của SRNC.
SRNC của Node B này cũng có thể là CRNC của một vài Node B khác. Một UE kết
nối tới UTRAN có một và chỉ một SRNC.
+ RNC trôi- DRNC ( Drift RNC): Đây là RNC bất kỳ khác với SRNC, để điều
khiển các ô được MS sử dụng. Khi cần, DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân
chia ở phân tập vĩ mô. DRNC không thực hiện xử lý ở lớp 2 đối với số liệu từ/tới
giao diện vô tuyến mà chỉ định tuyến số liệu một cách trong suốt giữa các giao diện
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Ninh

11

Chương 1: Mạng thông tin di động UMTS

Iub và Iur, ngoài trừ khi UE đang sử dụng một kênh truyền tải chung hay được chia
sẻ. Một UE có thể không có hoặc có một hay nhiều DRNC
Một RNC vật lý thông thường kết nối tất cả CRNC, SRNC và DRNC chức năng.

Hình 1.6: Chức năng logic của RNC cho một kết nối UE với UTRAN.
Hình a: một UE liên kết với
RNC chuyển giao mềm

Hình b: một UE sử dụng tài nguyên từ một
Node-B duy nhất được điều khiển bởi DRNC

c. Thiết bị người dụng UE -User Equipment:
Bao gồm thiết bị di động ME và modun nhận dạng thuê bao UMTS (USIM).
USIM là vi mạch chứa một số thông tin liên quan đến thuê bao cùng với khoá bảo
an (giống SIM ở GSM).
d. Các Giao Diện:
Giao diện giữa UE và mạng được gọi là Uu. Trong các quy định của 3 GPP,
trạm gốc được gọi là Node- B. Node- B được nối đến một bộ điều khiển mạng vô
tuyến RNC. RNC điều khiển các tài nguyên vô tuyến của các Node -B được nối với
nó. RNC đóng vai trò giống như BSC ở GSM. RNC kết hợp với các Node -B nối
với nó được gọi là hệ thống con mạng vô tuyến RNS. Giao diện giữa Node -B và
RNC gọi là giao diện Iub. Khác với giao diện Abis tương đương ở GSM, giao diện
Iub được tiêu chuẩn hoá hoàn toàn và để mở, vì thế có thể kết nối nút B của một nhà
sản xuất này với RNC của nhà sản xuất khác.
Khác với ở GSM, các BSC trong mạng GSM không nối với nhau, trong mạng
truy nhập vô tuyến của UMTS (UTRAN) có cả giao diện giữa các RNC. Giao diện

Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Ninh

12


Chương 1: Mạng thông tin di động UMTS

này được gọi là Iur có tác dụng hỗ trợ tính di động giữa các RNC và chuyển giao
giữa các nút B nối đến các RNC khác nhau. Báo hiệu Iur hỗ trợ chuyển giao.
UTRAN được nối đến mạng lõi qua giao diện Iu. Giao diện Iu có hai phần tử
khác nhau: Iu-CS và Iu-PS. Kết nối UTRAN đến phần chuyển mạch kênh được thực
hiện qua giao diện Iu-CS, giao diện này nối RNC đến một MSC/VLR. Kết nối
UTRAN đến phần chuyển mạch gói được thực hiện qua giao diện Iu-PS, giao diện
này nối RNC đến một SGSN.
1.2.1.2. Phần mạng lõi - Core Network:
Mạng lõi có chức năng chính là cung cấp trường chuyển mạch, định tuyến và
tìm đường cho lưu lượng người sử dụng. Đồng thời mạng lõi cũng chứa cơ sở dữ
liệu và chức năng quản lý mạng. Kiến trúc cơ sở của mạng lõi cho mạng UMTS dựa
trên cơ sở của mạng GSM với GPRS. Tất cả các thiết bị được sửa đổi cho hoạt động
và dịch vụ của UMTS. Chuyển mạch trong mạng lõi được chia thành hai trường
chuyển mạch là chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Các thiết bị của chuyển
mạch kênh là MSC, VLR và Gateway MSC. Các thiết bị của chuyển mạch gói là
SGSN, GGSN. Các thiết bị mạng như: EIR, HLR, VLR và AUC được dùng chung
cho cả hai trường.
Mạng lõi sử dụng phương thức truyền tải không đồng bộ- ATM. Các thành
phần của mạng lõi có vai trò và chức năng:
a. SGSN - Serving GPRS Support Node:
Trong mạng lõi có rất nhiều SGSN, mỗi SGSN lại được kết nối trực tiếp với
một số các RNC. RNC lại quản lý một số các Node B. Mỗi Node B lại có các UE
kết nối với nó. Vì thế SGSN quản lý tất cả các UE đang kết nối dịch vụ data trong

vùng quản lý của nó. Cụ thể là:
- Xác nhận (Authenticate) các UE đang dùng dịch vụ data kết nối với nó.
- Quản lý việc đăng ký của một UE vào mạng
- Quản lý quá trình di động của UE, ở đây là SGSN quản lý được các UE hiện
đang kết nối với Node B nào tại một thời điểm. Tùy theo UE đang ở chế độ hoạt

Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Ninh

13