Hệ thống thông tin di động w CDMA và hành trình từ GSM lên 3g

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

LÊ KHÁNH HƯNG

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG W-CDMA VÀ HÀNH TRÌNH TỪ
GSM LÊN 3G

Chuyên ngành : Điện Tử Viễn Thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS. PHẠM VĂN BÌNH

Hà Nội – 09/2011


MỤC LỤC

Lời cam đoan…………………………………………………………………… ..... 1
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt………………………………….............. ... 2
Danh mục các hình vẽ, đồ thị..................................................................................... 6
Phần Mở đầu.......................................................................................................... .... 8
Chương 1

GIỚI THIỆU CHUNG .................................................................................10

1.1

LỊCH SỬ VÀ XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA THÔNG TIN DI ĐỘNG. .........10

1.2

CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

THẾ HỆ THỨ 3. ...............................................................................................................12
1.2.1 Những mục tiêu cơ bản chưa thực hiện được của hệ thống thông tin di động
thế hệ thứ hai. ................................................................................................................12
1.2.2 Các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3 ......................12
Chương 2

HỆ THỐNG W-CDMA ................................................................................16

2.1

GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG W-CDMA .......................................................16

2.2

CẤU TRÚC HỆ THỐNG W-CDMA ...............................................................17

2.2.1 Cấu trúc tổng quát hệ thống UMTS ..................................................................17
2.2.2 Mạng truy nhập vô tuyến điện UTRAN ...........................................................19
2.2.3 Mạng lõi CN .....................................................................................................23
2.2.4 Thiết bị người sử dụng UE ...............................................................................24
2.2.5 Các giao diện mở ..............................................................................................25
2.2.6 Mạng truyền dẫn ...............................................................................................25

2.3

NGUYÊN TẮC PHÂN LỚP TRONG HỆ THỐNG CDMA ...........................26

2.3.1 Nguyên tắc phân lớp trong hệ thống CDMA ....................................................26
2.3.2 Lớp vật lý trong W-CDMA ..............................................................................27
2.4

CÁC KÊNH TRONG W-CDMA .....................................................................29

2.4.1 Các kênh truyền tải ...........................................................................................29
2.4.1.1

Kênh truyền tải riêng (DCH-Delicated Channel)(Up Link/Down Link) 29

2.4.1.2

Kênh truyền tải chung .............................................................................30

2.4.1.3

Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý ......................................32

2.4.2 Các kênh vật lý .................................................................................................33
2.4.2.1

Các kênh vật lý đường lên .......................................................................33

2.4.2.2

Kênh vật lý đường xuống ........................................................................39


2.4.3 Các kênh logic ..................................................................................................45
2.5

ĐIỀU CHẾ NGẪU NHIÊN HÓA TRONG W-CDMA ...................................47

2.5.1 Định kênh và ngẫu nhiên hoá các kênh vật lý ..................................................47
2.5.1.1

Các mã định kênh ....................................................................................47

2.5.1.2

Mã ngẫu nhiên hóa ..................................................................................48

2.5.2 Định kênh và trải phổ kênh vật lý đường lên....................................................49
2.5.2.1

Các kênh vật lý riêng đường lên (DPCCH/DPDCH) ..............................49

2.5.2.2

Kênh PCPCH ...........................................................................................51

2.5.2.3

Kênh PRACH ..........................................................................................51

2.5.3 Ngẫu nhiên hoá kênh vật lý đường lên .............................................................52
2.5.3.1

Mã ngẫu nhiên hóa cho DPCCH/DPDCH...............................................54

2.5.3.2

Mã ngẫu nhiên hóa cho PRACH .............................................................54

2.5.3.3

Mã ngẫu nhiên hóa cho PCPCH ..............................................................55

2.5.4 Điều chế đường lên ...........................................................................................56
2.5.5 Định kênh và trải phổ kênh vật lý đường xuống ..............................................56
2.5.5.1

Định kênh và trải phổ cho các kênh vật lý đường xuống ........................56

2.5.5.2

Định kênh và trải phổ cho kênh SCH ......................................................57

2.5.6 Ngẫu nhiên hoá kênh vật lý đường xuống ........................................................58
2.5.7 Sơ đồ khối tổng quát cho hệ thống thông tin trải phổ và điều chế kênh vật lý
đường xuống .................................................................................................................59
2.6

ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT VÀ CHUYỂN GIAO TRONG W-CDMA. ......60

2.6.1 Điều khiển công suất trong W-CDMA. ............................................................60
2.6.2 Chuyển giao trong hệ thống W-CDMA. ...........................................................62
Chương 3

HÀNH TRÌNH TỪ GSM LÊN 3G ..............................................................64

3.1

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HÀNH TRÌNH TỪ GSM LÊN 3G .......................64

3.2

CÁC BƯỚC TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỔI ......................................65

3.2.1 Hệ thống GSM ..................................................................................................65
3.2.2 Giai đoạn HSCSD .............................................................................................69
3.2.3 Giai đoạn GPRS ................................................................................................72
3.2.4 Giai đoạn EDGE ...............................................................................................85
3.2.5 Giai đoạn UMTS ...............................................................................................87
Chương 4

QUY HOẠCH MẠNG WCDMA ................................................................93


4.1

KHỞI TẠO QUY HOẠCH (ĐỊNH CỠ MẠNG) .............................................94

4.1.1 Sơ đồ khối quá trình định cỡ mạng ...................................................................95
4.1.2 Phân tích quỹ năng lượng đường truyền vô tuyến ............................................97

4.1.2.1

Quỹ năng lượng đường lên ......................................................................97

4.1.2.2

Quỹ năng lượng đường xuống ...............................................................100

4.1.2.3

Độ nhạy máy thu ...................................................................................104

4.1.2.4

Độ lợi chuyển giao mềm và giới hạn hiệu ứng che tối ..........................105

4.1.3 Xác định bán kính và vùng phủ sóng cell .......................................................107
4.1.4 Quy hoạch dung lượng và vùng phủ - lặp tối ưu ............................................108
4.1.5 Định cỡ RNC(Radio network Control) ...........................................................110
4.2

QUY HOẠCH CHI TIẾT ...............................................................................112

4.2.1 Phân tích suy hao đường truyền và các mô truyền dẫn ..................................112
4.2.2 Các mô truyền dẫn cơ bản ..............................................................................113
4.2.2.1

Mô Hata-Okumura.................................................................................113

4.2.2.2

Mô Walfisch - Ikegami ..........................................................................114

4.2.3 Lặp đường lên và đường xuống ......................................................................118
4.2.4 Hậu xử lý - Dự báo vùng phủ mạng và phân tích kênh chung .......................118
4.3

TỐI ƯU MẠNG..............................................................................................119

Kết Luận…………………………………………………………………………..120
Tài Liệu Tham Khảo……………………………………………………………...122


Lời Cam Đoan
Tôi là Lê Khánh Hưng - tác giả của luận văn “HỆ THỐNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG W-CDMA VÀ HÀNH TRÌNH TỪ GSM LÊN 3G”. Tôi xin cam đoan mình
đã thực hiện hiện luận văn một các nghiêm túc, toàn bộ nội dung luận văn cũng như
kết quả nghiên cứu là do tôi thực hiện. Đồng thời, việc tham khảo các tài liệu trong
quá trình thực hiện luận văn tuân thủ theo đúng yêu cầu và không sao chép của bất
kỳ một luận văn nào trước đó.

1


Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
2G

2nd Generation - thế hệ thứ 2

3G

3rd Generation -thế hệ thứ 3

3GPP

3rd Generation Partnership - thành viên tham gia thế hệ thứ 3

136HS

8-Phase Shift Keying – Khóa chuyển 8 pha

p/4-DQPSK

p/4-Differantial Quadrature Phase Shift Keying- Khóa chuyển pha p/4

A-BIS

BSC – BTS Interface - giao diện giữa BTS - BSC

ADM

Add / Drop Multiplexer - bộ ghép kênh nhập / tách

AMPS

Advanced Mobile Phones Service- dịch vụ điện thoại di động tiên tiến

ARIB

Association for Radio Industry and Business - Hiệp hội thương mại

và công nghiệp vô tuyến.

ATM

Asynchronous Transfer Mode - phương thức truyền không đồng bộ

BSC

Base Station Controller - bộ diều khiển trạm gốc

BSS

Base Station Subsystems - phân hệ trạm gốc

BTS

Base Tranceiver Station - trạm thu phát gốc

CDMA

Code Division Multiplex Access - đa truy nhập phân chia theo mã

DCCH

Digital Control Channel - Kênh điều khiển số

DCS 1800

Digital Cellular Systems, GSM based system on 1800 MHz band Hệ thống truyền thông số GSM họat động trên băng tần 1800 MHz

DTCH

Digital Traffic Channel – Kênh lưu lượng số.

EDGE

Enhanced Data rates for Global Evolution - tôc độ dữ liệu nâng cao
đối với việc phát triển toàn cầu.

EFR

Enhanced Full Rate – Toàn tốc cấp cao

ETSI

European Telecommunication Standards Insatitute – Viện tiêu chuẩn
viễn thông Châu âu

FCCH

Frequency Correction Channel - kênh sửa lỗi tần số

FDD

Frequency Division Duplex - song công phân chia theo tần số

FDM

Frequency Division Multiplex - ghép kênh phân chia theo tần số
2

FDMA

Frequency Division Multiplex Access - đa truy nhập phân chia theo
tần số

GGSN

Gateway GPRS Support Node - nút hỗ trợ cổng GPRS.

GPRS

General Packet Radio Service - Dịch vụ vô tuyến gói chung

GPS

Global Positioning System – Hệ thống định vị toàn cầu.

GSM

Global System for Mobile Communication - hệ thống thông tin di
động toàn cầu

HDR

High Data Rate – Dữ liệu tốc độ cao

HLR

Home Location Register - bộ đăng ký thường trú

HSCSD

High Speed Circuit Switched Data - dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ
cao

IMT

International Mobile Telecommunication - thông tin di động quốc tế

IMT 2000

IMT 2000 - Tiêu chuẩn thông tin di động quốc tế

IP

Internet Protocol - giao thức Internet

ITU

International telecommunications Union - Liên minh viễn thông quốc
tế

ISDN

Intergrated Services Digital Network - mạng số liên kết đa dịch vụ

IPv6

IP version 6 - IP phiên bản 6

IWF

Inter – working Function - chức năng phối hợp

LLC

Location Link Control layer - lớp điều khiển liên kết logic

MAP

Mobile Application Part - phần ứng dụng di động

MS

Mobile Station - trạm di động

MSC

Mobile Services Switching Centre - trung tâm chuyển mạch dịch vụ
di động

MTF

Mobile Terminal other Functionality – Khối chức năng đầu cuối di
động khác.

NSS

Network and Switching Subsystem: phân hệ chuyển mạch và mạng

PACCH

Packet Associated Control Channel – Kênh điều khiển phối hợp gói.

PBCCH

Packet Broadcast Control Channel – Kênh điều khiển quảng bá gói.

3


PCCCH

Packet Common Control Channel – Kênh điều khiển gói chung.

PDCH

Packet Data Channel - Kênh số liệu gói

PDN

Packet Data Network: mạng số liệu gói

PDP

Packet Data Protocol: giao thức số liệu gói

PDTCH

Packet Data Traffic Control Channel - kênh điều khiển lưu lượng gói

PLMN

Public Land Mobile Network - mạng di động mặt đất công cộng

PRACH

Packet Random Access Channel - kênh truy nhập gói ngẫu nhiên

PSTN

Public Switched Telephone Network - mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng

QoS

Quality of Service - chất lượng dịch vụ.

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

SACCH

Slow Associated Control Channel - kênh điều khiển liên kết chậm

SCH

Synchronizzation Channel - kênh đồng bộ

SDCCH

Stand alone Dedicated Control Channel - kênh điều khiển dành riêng

SGSN

Serving GSN - nút hỗ trợ dịch vụ GPRS.

SIR

Signal to Interference Ratio – Tỉ số nén tín hiệu trên nhiễu

SMS

Short Message Service - dịch vụ bản tin nhắn ngắn

TCH

Traffic Channel - kênh lưu lượng

TCP

Transmission Control Protocol - giao thức điều khiển truyền

TDMA

Time Division Multiplex Access -đa truy cập phân chia theo thời gian

TE

Terminal Equipment - thiết bị đầu cuối

TIA

Telecommunications Industry Association – Hiệp hội công nghệ viễn
thông

UMTS

Universal Mobile Telecommunication System – Hệ thống thông tin di
động UTMS

UTRA

Universal Terrestrial Radio Access - Truy nhập vô tuyến mặt đất của
UMTS.

4

VLR

Visitor Location Register: thanh ghi định vị tạm trú

VMS

Vietnam Mobile Telecom Services Công ty thông tin di động VMS

PN

Virtual Private Network – Mạng riêng ảo.

WAP

Wireless Application Protocol – Giao thức ứng dụng vô tuyến

WCDMA

Wideband Code Division Multiple Access – Đa truy nhập phân mã
băng rộng

5


Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 1-1Quá trình phát triển từ hệ thống thông tin di động thứ nhất sang hệ thống
thông tin di động thế hệ thứ 3. ..................................................................................15
Hình 2-1 Các phần tử của mạng UMTS....................................................................17
Hình 2-2 Cấu trúc hệ thống W-CDMA ....................................................................19
Hình 2-3 Phân lớp hệ thống CDMA tổng quát ........................................................27

Hình 2-4 Cấu trúc kênh vật lý của UTRA/IMT – 2000 ...........................................29
Hình 2-5 Giao diện giữa các lớp cao và lớp vật lý ...................................................32
Hình 2-6 Cấu trúc khung vô tuyến cho kênh DPDCH/DPCCH đường lên ..............35
Hình 2-7 Số thứ tự các khe truy nhập RACH và khoảng cách giữa chúng ............36
Hình 2-8 Cấu trúc phát truy nhập ngẫu nhiên ...........................................................36
Hình 2-9 Cấu trúc khung vô tuyến phần bản tin của RACH ....................................37
Hình 2-10 Cấu trúc khung vô tuyến cho kênh DPCH đường xuống ........................40
Hình 2-11 Cấu trúc khung vô tuyến của CPICH ......................................................40
Hình 2-12 Cấu trúc khung cho kênh P-CCPCH .......................................................41
Hình 2-13 Cấu trúc khung vô tuyến cho kênh S-CCPCH ........................................41
Hình 2-14 Cấu trúc kênh đồng bộ .............................................................................43
Hình 2-15 Cấu trúc khung vô tuyến của PDSCH .....................................................43
Hình 2-16 Cấu trúc khung vô tuyến cho AICH .......................................................44
Hình 2-17 Sắp xếp giữa các kênh logic và các kênh truyền tải ................................46
Hình 2-18 Quan hệ giữa trải phổ điều chế và ngẫu nhiên.........................................47
Hình 2-19 Cấu trúc của mã định kênh ......................................................................48
Hình 2-20 Ghép kênh mã I-Q cùng với ngẫu nhiên hóa phức ..................................49
Hình 2-21 Sơ đồ tổng quát trải phổ và ghép kênh vật lý đường lên .........................51
Hình 2-22 Phần bản tin của PCPCH .........................................................................51
Hình 2-23 Sơ đồ phần bản tin của kênh vật lý PRACH ...........................................52
Hình 2-24 Sơ đồ tạo chuỗi ngẫu nhiên đường dài ....................................................53
Hình 2-25 Sơ đồ tạo chuỗi ngẫu nhiên ngắn đường lên cho chuỗi 255 chip ............53
Hình 2-26 Điều chế kênh vật lý đường lên ...............................................................56
6


Hình 2-27 Cấu hình của bộ tạo mã ngẫu nhiên đường xuống ..................................58
Hình 2-28 Sơ đồ khối trải phổ kênh vật lý đường xuống trừ SCH ...........................59
Hình 2-29 Sơ đồ ghép kênh vật lý đường xuống ......................................................60
Hình 3-1Lộ trình tiến liên 3G từ hệ thống GSM.......................................................64

Hình 3-2 Cấu trúc hệ thống GSM .............................................................................66
Hình 3-3Phần cứng dịch vụ giá trị gia tăng ..............................................................68
Hình 3-4Mạng thông minh ........................................................................................69
Hình 3-5Cấu trúc đa kênh HSCSD. ..........................................................................71
Hình 3-6 Cấu trúc mạng GPRS. ................................................................................76
Hình 3-7Mạng SDM/GPRS ......................................................................................87
Hình 3-8Phương án mạng 3G (3GPP R99) ...............................................................88
Hình 3-9Phương án thực hiện 3GPP R4 ...................................................................90
Hình 3-10Phương án 3GPP (toàn IP) ........................................................................91
Hình 4-1 Các bước thực hiện quy hoạch mạng. ........................................................94
Hình 4-2 Các tham số đầu vào và đầu ra trong quá trình định cỡ mạng WCDMA. .95
Hình 4-3 Lược đồ quá trình định cỡ mạng vô tuyến WCDMA. ...............................96
Hình 4-4 Các thành phần nhiễu tại trạm gốc. ...........................................................97
Hình 4-5 Các thành phần nhiễu tại thuê bao di động. .............................................101
Hình 4-6 Các thành phần của mô truyền sóng. .......................................................112
Hình 4-7 Các tham số trong mô Walfisch-Ikegami ................................................115

7


PHẦN MỞ ĐẦU
Thông tin di động số đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới với những
ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong cuộc sống
hằng ngày. Các kĩ thuật không ngừng được hoàn thiện đáp ứng nhu cầu của người
tiêu dùng. Công nghệ điện thoại di động phổ biến nhất thế giới GSM đang gặp
nhiều cản trở và sẽ sớm bị thay thế bằng những công nghệ tiên tiến hơn, hỗ trợ tối
đa các dịch vụ như Internet, truyền hình...
Hệ thống viễn thông di động thế hệ hai là GSM và IS 95. Những công nghệ này
ban đầu được thiết kế để truyền tải giọng nói và nhắn tin. Để tận dụng được tính
năng của hệ thống 2G khi chuyển hướng sang 3G cần thiết có một giải pháp trung

chuyển. Các nhà khai thác mạng GSM có thể bắt đầu chuyển từ GSM sang 3G bằng
cách nâng cấp hệ thống mạng lên GPRS (Dịch vụ vô tuyến chuyển mạch gói), tiếp
theo là EDGE (tiêu chuẩn 3G trên băng tần GSM và hỗ trợ dữ liệu lên tới 384kbit)
và UMTS (công nghệ băng thông hẹp GSM sử dụng truyền dẫn CDMA), và
WCDMA.
3G là một bước đột phá của ngành di động, bởi vì nó cung cấp băng thông rộng
hơn cho người sử dụng. Điều đó có nghĩa sẽ có các dịch vụ mới và nhiều thuận tiện
hơn trong dịch vụ thoại và sử dụng các ứng dụng dữ liệu như truyền thông hữu ích
như điện thoại truyền hình, định vị và tìm kiếm thông tin, truy cập Internet, truyền
tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe nhạc và xem video chất lượng cao,… Truyền thông
di động ngày nay đã và đang đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống.Việc vẫn
có thể giữ liên lạc với mọi người trong khi di chuyển đã làm thay đổi cuộc sống
riêng tư và công việc của chúng ta.
Thế giới đang có 2 hệ thống 3G được chuẩn hóa song song tồn tại, một dựa trên
công nghệ CDMA còn gọi là CDMA 2000, chuẩn còn lại do dự án 3rd Generation
Partnership Project (3GPP) thực hiện. 3GPP đang xem xét tiêu chuẩn UTRA UMTS Terrestrial Radio Access TS.Tiêu chuẩn này có 2 sơ đồ truy nhập vô tuyến.
Một trong số đó được gọi là CDMA băng thông rộng (WCDMA).
8


“Ngày 10/3/2005, Bộ BCVT đã tiến hành nghiệm thu đề tài xây dựng tiêu chuẩn
thiết bị đầu cuối thông tin di động WCDMA (UTRA-FDD) mã số 49-04-KTKT-TC
dành cho công nghệ 3G. Theo đánh giá của các thành viên phản biện, việc xây dựng
và hoàn thành công trình là một việc làm cần thiết, có ý nghĩa và đặc biệt là độ khả
thi trong giai đoạn hiện nay, khi nhu cầu phát triển lên 3G là một xu hướng tất yếu ở
Việt Nam, nhất là các nhà di động mạng GSM” (Theo báo điện tử VietNamNet).
Xuất phát từ ý tưởng muốn tìm hiểu công nghệ W-CDMA và mạng W-CDMA em
đã thực hiện đồ án: “HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG W-CDMA VÀ HÀNH
TRÌNH TỪ GSM LÊN 3G”. Trong khuôn khổ bản đồ án này em sẽ tập trung trình
bày một cách cơ bản nhất về hệ thống W-CDMA,các bước quy hoạch và tối ưu hóa

mạng W-CDMA và hành trình từ hệ thống GSM tiến lên thế hệ di động 3G.
Nội dung đồ án của em được chia làm 4chương :
• Chương 1: Giới thiệu chung.
• Chương 2: Hệ thống W-CDMA.
• Chương 3: Hành trình từ GSM lên 3G.
• Chương 4: Quy hoạch mạng W-CDMA
Vì thời gian có hạn cũng như sự hạn chế về kiến thức nên bản đồ án của em
khó tránh khỏi nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các
thầy cô giáo và bạn bè.
Với lòng biết ơn vô cùng sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS. Phạm Văn Bình
cùng các thầy trong khoa đã giúp đỡ hướng dẫn em hoàn thành luận văn này.

9


Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 LỊCH SỬ VÀ XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA THÔNG TIN DI
ĐỘNG.
Đã từ rất lâu , ý tưởng về sự liên lạc tức thời mà không quan tâm đến khoảng cách
đã trở thành một giấc mơ đối với loài người và giấc mơ đó đã và đang ngày càng trở
thành hiện thực nhờ sự trợ giúp của kỹ thuật và công nghệ. Việc sử dụng sóng vô
tuyến để truyền thông tin đã diễn ra lần đầu tiên vào cuối thế kỷ 19. Kể từ đó đến
nay, nó đã trở thành một công nghệ được ứng dụng rộng rãi trong thông tin quân
đội và sau này là thông tin vô tuyến công cộng.
Thông tin di động trong sự phát triển không của mình ngày càng đòi hỏi các kỹ
thuật tiên tiến và công nghệ cao. Sau nhiều năm phát triển, thông tin di động đã trải
qua những giai đoạn phát triển quan trọng. Từ hệ thống thông tin di động tương tự
thế hệ thứ nhất đến hệ thống thông tin di động số thế hệ thứ hai, hệ thống thông tin
băng rộng thế hệ thứ ba đã và đang tiếp tục được triển khai trên phạm vi toàn cầu và
hệ thống thông tin di động đa phương tiện thứ tư đang được nghiên cứu tại một số

nước . Dịch vụ chủ yếu của hệ thống thông tin di động thứ nhất và thứ hai là thoại,
còn dịch vụ thế hệ thứ ba và thứ tư là phát triển về dịch vụ dữ liệu, thị tần và đa
phương tiện.
Các hệ thống thông tin di động tổ ong hiện nay ở giai đoạn thế hệ thứ hai cộng.
Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các dịch vụ thông tin di động nên ngay từ
đầu những năm 90 người ta đã tiến hành nghiên cứu hệ thống thông tin di động thế
hệ thứ ba. ITU-R đã tiến hành công tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông tin di
động toàn cầu IMT-2000 và ở Châu Âu thì đã tiêu chuẩn hóa phiên bản của hệ
thống này với tên gọi UMTS. Hệ thống mới này làm việc ở dải tần 2GHz và cung
cấp nhiều loại dịch vụ bao gồm từ các dịch vụ thoại, số liệu tốc độ thấp hiện có đến
các dịch vụ số liệu tốc độ cao, video và truyền thanh. Tốc độ cực đại của người sử
dụng có thể lên tới 2Mbps. Tốc độ cực đại này chỉ có ở các pico trong nhà, còn các
dịch vụ với tốc độ 14,4 Kbps sẽ được đảm bảo cho thông tin di động thường ở các
macro. Người ta cũng đã và đang tiếp tục nghiên cứu các hệ thống thông tin di
10


động thế hệ thứ tư có tốc độ cho người sử dụng lớn hơn 2Mbps. Ở hệ thống di động
băng rộng ( MBS ) thì các sóng mang được sử dụng ở các bước sóng mm, độ rộng
băng tần 64GHz và dự kiến sẽ nâng tốc độ của người sử dụng lên STM-1.
Hội nghị các nhà quản lý vô tuyến tổ chức năm 1992 ( WARC- 92 ) đã dành các
băng tần 1885-2025 MHz và 2110-2200 MHz cho IMT-2000. Hiện nay, ở Châu Âu
đã phát triển GSM đến UMTS. Nhật Bản thì tập trung vào phát triển và tiêu chuẩn
hóa W-CDMA.
Các nghiên cứu hiện đang nhằm vào những đòi hỏi phải có sự ra đời của mạng
di động thế hệ thứ tư ( 4G). Tốc độ dữ liệu di động trên 2Mbps, và có khả năng lên
tới 155 Mbps trong một số môi trường nhất định, sẽ tiếp tục mở rộng các dịch vụ và
ứng dụng. Sử cải thiện về chất lượng dịch vụ, hiệu dụng băng thông, và sự cải tiến
tới một môi trường hướng gói tin và dựa hoàn toàn vào giao thức internet ( IP) có
thể được xem xét dựa trên các chuẩn nổi trội của giao thức mạng di động ( Mobile

IP) dưới sự triển khai của lực lượng công tác kỹ thuật Internet ( IETE ).
Ở nước ta, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của thông tin liên lạc nói chung
trong những năm gần đây thông tin di động ra đời như một tất yếu khách quan
nhằm đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin trong thời kỳ đổi mới của đất nước. Vào
thời kỳ ban đầu, xuất hiện một số mạng thông tin di động như mạng nhắn tin ABC,
mạng nhắn tin toàn quốc … có tính chất thử nghiệm cho công nghệ thông tin di
động ở Việt Nam. Sau đó, vào tháng 3/1993, mạng điện thoại MobiFone sử dụng kỹ
thuất số GSM đã được triển khai và chính thức đưa vào hoạt động ở Việt Nam với
các thiết bị của hãng ALCATEL. Tháng 6/1996, mạng VinaPhone ra đời và cùng
tồn tại song song với mạng VMS.
Hiện nay, có nhiều công nghệ để xây dựng một hệ thống hạ tầng viễn thông đạt
chuẩn 3G như : WCDMA ( Wideband Code Division Multiple Access ),
CDMA2000 ( Code Division Multiple Access 2000 ) và EDGE ( Enhanced Data
For Global Evolution ), nhưng ở Việt Nam cho đến thời điểm hiện nay thì chỉ có 2
nhà cung cấp dịch vụ viễn thông chọn công nghệ CDMA 2000 1x EV-DO để xây
dựng hệ thống mạng 3G là: S-Fone-095, EVN-Telecom- 096.

11


Hiện tại hai mạng S-Fone và EVN-Telecom đã chính thức triển khai một số dịch
vụ 3G. Cả 2 đều triển khai gói dịch vụ Mobile Internet trên ĐTDĐ CDMA, nhưng
S-Fone có lợi thế hơn vì ngoài Mobile Internet, S-Fone còn có 2 gói dịch vụ 3G “
lần đầu tiên có ở Việt Nam” là VOD ( Video On Demand ) và MOD (Music On
Demand ) với sự vượt trội hơn về cả công nghệ lẫn những tiện ích mang lại cho
khách hàng.

1.2 CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI HỆ THỐNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 3.
1.2.1 Những mục tiêu cơ bản chưa thực hiện được của hệ thống thông tin di

động thế hệ thứ hai.
Hệ thống thông tin di động thế hệ hai vẫn chưa thực hiện được các mục tiêu
ban đầu đề ra, không thể đáp ứng được nhu cầu truyền tải tốc độ cao của một số
người dụng, không thể thực hiện hiệu quả một số kỹ thuật mới như IP… Những nhu
cầu này chính là động lực để phát triển hệ thống thông tin di động tốc độ cao. Do
vậy những hệ thống mới bắt đầu xuất hiện và trở thành kỹ thuật trung gian quá độ
sang hệ thống thông tin di động thế hệ ba. Sau đây là những mục tiêu chính mà hệ
thống thông tin di động thế hệ hai chưa đạt được :
• Chưa hình thành hệ thống tiêu chuẩn thống nhất toàn cầu.
• Dịch vụ đơn nhất (chủ yếu là dịch vụ thoại, chỉ có thể truyền tải những
thông tin ngắn và đơn giản).
• Không thể thực hiện trên toàn cầu : do tiêu chuẩn phân tán và bảo hộ kinh
tế nên không thể thống nhất toàn cầu và chuyển vùng toàn cầu.
• Dung lượng thông tin không đủ.
1.2.2 Các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3
ITU ( International Telecommunication Union Radio Sector – Bộ Phận Liên Minh
Viễn Thông Quốc Tế ) đang tiến hành công tác tiêu chuẩn hóa cho các hệ thống
thông tin di động toàn cầu IMT-2000. Ở châu âu ETSI đang tiến hành tiêu chuẩn
12


hóa phiên bản của hệ thống này với tên gọi là UMTS ( Universal Mobile
Telecommunication System – Hệ Thống Viễn Thông Di Động Toàn Cầu ). Cả IMT2000 và UMTS đều thống nhất sử dụng công nghệ W-CDMA cho truy nhập giao
diện vô tuyến của mình. Nó sẽ cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ bao gồm từ các
dịch vụ thoại và số liệu tốc độ thấp như hiện nay cho đến các dịch vụ số liệu tốc độ
cao như video, truyền hình.
Có rất nhiều công nghệ đề xuất cho 3G như W-CDMA, W-TDMA,
TDMA/CDMA, OFDMA, ODMA. Tuy nhiên có hai chuẩn đang trong giai đoạn
thực hiện đó là W-CDMA và CDMA-2000 được xây dựng trên nền tảng thế hệ thứ
hai hoàn toàn khác nhau. Tuy nhiên cả hai chuẩn đó đều phải đáp ứng được các yêu

cầu của hệ thống 3G theo tiêu chuẩn IMT-2000, đó là:
● Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau:
- Đường lên : 1885-2025 MHz.
- Đường xuống : 2110-2200 MHz.
● Mạng phải là băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện.
nghĩa là mạng phải đảm bảo được tốc độ rb của người sử dụng đến 2Mbps. Môi
trường được chia thành 4 vùng:
- Vùng 1 : trong nhà, ô pico có Rb≤ 2 Mbits/s.
- Vùng 2 : thành phố, ô macro có Rb≤ 384 Kbits/s
- Vùng 3 : ngoại ô, ô macro có Rb≤ 144 Kbits/s.
- Vùng 4 : toàn cầu có Rb ≤ 9.6 Kbits/s.
● Mạng phải có khả năng cung cấp động độ rộng băng tần (dung lượng )
theo yêu cầu. điều này xuất phát từ sự thay đổi tốc độ bit của các dịch vụ khác nhau.
Ngoài ra cần phải đảm bảo đường truyền vô tuyến không đối xứng chẳng hạn với
tốc độ bit cao ở đường truyền xuống và tốc độ bit thấp hơn ở đường truyền lên hoặc
ngược lại.
● Mạng phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu. nghĩa là đảm bảo
các kết nối chuyển mạch cho thoại, các dịch vụ video, và các khả năng số liệu gói
cho các dịch vụ số liệu.

13


● Chất lượng dịch vụ phải không được thua kém chất lượng dịch vụ mạng cố
định, nhất là đối với thoại.
● Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là phải bao gồm cả thông
tin vệ tinh.
W-CDMA ( Wideband CDMA ) là công nghệ 3G giúp tăng tốc độ truyền nhận
dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách dùng kỹ thuật CDMA thay thế TDMA. Trong
đặc tả IMT-2000 của ITU, W-CDMA còn được gọi là chế độ Direct Sequence (

DS).
CDMA 2000 là công nghệ 3G được phát triển theo hướng thứ hai đó là phát
triển trực tiếp từ CDMAone ( IS-95).
Hiện nay có hơn 425 triệu thuê bao đang hưởng những lợi ích của 3G CDMA
vốn đem lại khả năng dữ liệu cao hơn so với các công nghệ 2G. W-CDMA (
CDMA băng rộng ), còn được gọi là UMTS ( Universal Mobile Telecommunication
System- Hệ thống viễn thông di động toàn cầu ) là tiêu chuẩn 3G được hầu hết các
nhà khai thác mạng vô tuyến GSM/GPRS/EDGE lựa chọn khi muốn chuyển các hệ
thống của họ sang công nghệ mạng 3G. W-CDMA đem lại khả năng thoại và dữ
liệu cao hơn, tốc độ dữ liệu nhanh hơn hầu hết các dịch vụ quay số và tốc độ trung
bình luôn cao hơn GSM/GPRS ( Global System For Mobile Communications/
General Packet Radio Service – Hệ Thống Truyền Thông Di Động Toàn Cầu/ Dịch
Vụ Vô Tuyến Gói Chung ) và EDGE ( Enhanced Data For GSM Evolution – Dữ
Liệu Nâng Cao Cho Sự Tiến Hóa GSM ). Tính đến tháng 3/ 2007, hơn 98 triệu thuê
bao đã dùng WCDMA cho nhu cầu thoại và dữ liệu di động của họ.

14


Hình 1-1Quá trình phát triển từ hệ thống thông tin di động thứ nhất sang hệ thống thông tin di động
thế hệ thứ 3.

15


Chương 2 HỆ THỐNG W-CDMA
2.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG W-CDMA
Cuối năm 1997, hai tổ chức tiêu chuẩn là ETSI của châu Âu và ARIB của
Nhật Bản đã thỏa thuận cùng liên kết xây dựng một tiêu chuẩn chung đáp ứng các
yêu cầu đặt ra của IMT-2000, đó là tiêu chuẩn W-CDMA. W-CDMA hỗ trợ tốc độ

384 Kbps trên toàn bộ vùng phủ sóng và tốc độ 2 Mbps ở các vùng phủ sóng hữu
hạn. Các tham số chính của W-CDMA được liệt kê ở bảng sau:
Dải tần

1,25 ; 5 ; 10 ; 20 MHz

Cấu trúc kênh đường xuống

Trải phổ trực tiếp

Tốc độ nhịp

1,024; 4,096; 8,192; 16384 Mcps (1,024 Mcps chỉ
được đề nghị trong ARIB W-CDMA)

Độ dài khung

10ms/ 20 ms

Điều chế trải phổ

QPSK cân bằng (đường xuống)

Dual channel QPSK (đường
lên)
Trải phổ phức hợp

Điều chế dữ liệu

QPSK (đường xuống)

BPSK (đường lên)
Điều chế nhất quán

Sử dụng kênh pilot dành riêng được dồn kênh theo
thời gian (ở đường lên và đường xuống); khung sử
dụng kênh pilot chung đường xuống

Đa tốc độ

Trải phổ theo nhiều hệ số và nhiều mó

Hệ số trải phổ

4 - 256

Điều khiển công suất

Vùng mở đúng và nhanh (1,6 Khz)

Bảng các thông số giao diện vô tuyến W-CDMA

16


2.2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG W-CDMA
2.2.1 Cấu trúc tổng quát hệ thống UMTS
Cấu trúc hệ thống UMTS hiện tại đang được nghiên cứu, về cơ bản gồm có 3
phần chính:
• Thiết bị người sử dụng UE

• Mạng truy UTRAN
• Mạng lõi CN

Hình 2-1Các phần tử của mạng UMTS

Ký hiệu:
• USIM (User Sim Card): Thẻ sim card của người sử dụng
• MS (Mobile Station): Máy di động
• MSC (MobileServerSwitchingCenter): Trung tâm chuyển mạch các dịch
vụ di động.
• VLR (Visitor Location Registor): Bộ ghi định vị tạm trú.
• SGSN (Servicing GPRS(General Packet Radio Service) Suport Node):
Điểm hỗ trợ GPRS (Dịch vụ vô tuyến gói chung) đang phục vụ.
• GGSN (Gateway GPRS Suport Node): Nút hỗ trợ GPRS cổng.
• HLR ( Home Location Register): Bộ ghi định vị thường trú.
• UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network): Mạng truy nhập vô
tuyến mặt đất UMTS.
17


• CN (Core Network): Mạng lõi.
Cấu trúc hệ thống W-CDMA được xây dựng dựa trên cơ sở của cấu trúc hệ
thống UMTS. Cấu trúc tổng quát của hệ thống thông tin di động thế hệ 3 W-CDMA
được thể hiện trên hình vẽ 3.2. Mạng lõi gồm các trung tâm chuyển mạch kênh
(MSC) và các nút hỗ trợ chuyển mạch gói (SGSN). Các kênh thoại và kênh truyền
số liệu được kết nối với các mạng ngoài qua các trung tâm chuyển mạch kênh và
nút chuyển mạch gói cổng GMSC và GGSN. Để kết nối trung tâm chuyển mạch
kênh với mạng ngoài cần có thêm phần tử làm chức năng tương tác (IWF). Ngoài
các trung tâm chuyển mạch kênh và nút chuyển mạch gói, mạng lõi còn chứa các cơ
sở dữ liệu cần thiết cho mạng di động: HLR, AUC, EIR.

18


Hình 2-2Cấu trúc hệ thống W-CDMA

2.2.2 Mạng truy nhập vô tuyến điện UTRAN
1. Các khuyến nghị:
ETSI đã công bố các yêu cầu đối với UTRA:
• UTRA phải hỗ trợ tốc độ số liệu cao, ít nhất là 384 Kbps trong vùng phủ
sóng lớn và 2 Mbps trong nhà hoặc vùng phủ sóng tầng thấp (phủ sóng
nhiều lớp).

19


• UTRA cũng phải hỗ trợ các dịch vụ ở mức độ linh hoạt cao như các dịch
vụ chuyển mạch gói hoặc chuyển mạch kênh. Phải hỗ trợ nhiều tốc độ
truyền. Đa dịch vụ trên một kết nối cũng là một dịch vụ cần phải hỗ trợ.
• UTRA phải mạnh hơn GSM về mặt dung lượng.
• UTRA phải cung cấp các chức năng để hỗ trợ hai chế độ cùng tồn tại
song song với GSM
2. Tổng quát
a. Phổ tần
Phổ tần của hệ thống thông tin di động mặt đất UTMS gồm:
• Băng tần kép (1919-1980 MHz ÷ 2110-2170 MHz).
• Băng tần đơn (1910-1920 MHz ÷ 2010-2025 MHz).
Dải phổ trên đã được lựa chọn ở cả Châu Âu và Nhật Bản. Còn ở Bắc Mỹ thì
nó đã được sử dụng cho các hệ thống PCS.
b. Hai chế độ kép

Hệ thống UMTS ở Châu Âu có giao diện vô tuyến UTRAN với hai chế độ
hoạt động là UTRA FDD và UTRA TDD đều sử dụng công nghệ trên nền tảng là
W-CDMA. Trong khi đó ARIB ở Nhật Bản cũng xây dựng một hệ thống 3G tương
tự UMTS ở Châu Âu với giao diện vô tuyến cũng có hai chế độ là W-CDMA và
TD/CDMA cũng sử dụng công nghệ W-CDMA làm nền tảng. Do đó ta có thể hiểu
UTRA FDD ở Châu Âu và W-CDMA ở Nhật Bản là một, băng tần sử dụng là băng
tần kép có đường lên và đường xuống ở hai dải tấn số khác nhau phân chia theo tần
số. Cũng như vậy UTRA TDD ở Châu Âu và TD/CDMA ở Nhật là một, sử dụng
băng tần đơn có đường lên và đường xuống cùng một băng tần được phân chia theo
khe thời gian.
Trong chế độ FDD, cặp sóng mang 5MHz được sử dụng cho đường lên và
đường xuống như sau: đường lên sử dụng dải tần từ 1920 đến 1980 MHz. Đường
xuống sử dụng dải tần từ 2110 MHz đến 2170 MHz, khoảng phân cách giữa đường
20


lên và đường xuống là 190MHz. Mặc dù sóng mang 5MHz là sóng mang danh định
nhưng chúng ta có thể sử dụng sóng mang từ 4,4MHz đến 5MHz để sử dụng từng
bước sóng mang 200Khz.
Trong chế độ TDD, một số tần số đã được định nghĩa: 1900MHz đến
1920MHz và 2010MHz đến 2025MHz. Một sóng mang cho trước được sử dụng cho
cả đường lên và đường xuống. Do vậy, không tồn tại khoảng phân cách giữa đường
lên và đường xuống.
Lợi ích của TD/CDMA và UTRA TDD là khả năng quản lý lưu lượng không
song công (lưu lượng giữa đường lên và đường xuống khác nhau). Bởi TD/CDMA
có đường lên và đường xuống ở trên cùng một băng tần chỉ cách về mặt thời gian
nên đối với việc truyền số liệu không cân bằng giữa đường lên và đường xuống hiệu
quả phổ của chế độ TD/CDMA sẽ cao hơn so với chế độ W-CDMA (ấn định hai
băng tần riêng cho đường lên và đường xuống). Một ví dụ điển hình là internet,
thông tin được trải xuống từ các trang web nhiều hơn so với thông tin được gửi đi

rất nhiều. Đó chính là ưu điểm của chế độ UTRA TDD và TD/CDMA, tuy nhiên do
kỹ thuật của hai chế độ này phức tạp hơn nên có thể chưa được triển khai ngay
trong pha 1.
c. Dung lượng
UTRA hỗ trợ cả tốc độ bit thấp lẫn tốc độ bit cao. Tốc độ 384 kbps khi chuyển
động và 2Mbps khi cố định đảm bảo đáp ứng nhu cầu khác nhau của người sử dụng
từ thoại tới đa dịch vụ multimedia. Người sử dụng sẽ thấy hiệu quả ứng dụng cao
hơn so với các ứng dụng ngày nay đang sử dụng trên mạng di động. Đa dạng tốc độ
truyền số liệu cũng được thực hiện bằng cách sử dụng các phương pháp trải phổ
động và tương thích năng lượng truyền sóng.
d. Dữ liệu chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh
Các dịch vụ gói đưa ra khả năng luôn luôn “trực tuyến-online” đối với các ứng
dụng không cần chiếm một kênh riêng biệt. Đồng thời việc tính cước cho các dịch
vụ này dựa trên tổng số byte số liệu trao đổi qua mạng chứ không tính tiền theo thời
21