Nghiên cứu các giải pháp lên 3g của mạng GSM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Họ và tên tác giả luận văn
ĐỖ TRỌNG LỢI

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP LÊN 3G CỦA MẠNG GSM

Chuyên ngành : ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS.TS ĐỖ XUÂN THỤ

Hà Nội – Năm 2011


Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của mạng GSM
===========================================================

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ khoa học này do chính tôi nghiên cứu và
thực hiện. Các thông tin, số liệu được sử dụng trong luận văn là hoàn toàn trung
thực, chính xác và có nguồn gốc rõ ràng.
Hà Nội, ngày 20 tháng 03 năm 2011
Tác giả luận văn

ĐỖ TRỌNG LỢI

===========================================================
2


Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của mạng GSM
===========================================================

MỤC LỤC
Trang phụ bìa ............................................................................................................1
Lời cam đoan ............................................................................................................2
Danh mục các hình vẽ, đồ thị ...................................................................................7
Danh mục các bảng ...................................................................................................9
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt .................................................................10
Mở đầu .....................................................................................................................16
CHƯƠNG 1: SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG.......................................................................................................................18
1.1. Sự ra đời và phát triển của các hệ thống thông tin di động .....................18
1.2. Sự phát triển của các phương pháp đa truy nhập ....................................21
1.2.1.FDMA: .....................................................................................................22
1.2.2.TDMA:.....................................................................................................23
1.2.3.CDMA:.....................................................................................................23
CHƯƠNG 2: QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ GSM LÊN 3G..........................25
2.1. Quá trình phát triển lên 3G ........................................................................25
2.2. Các yếu tố cần chuyển đổi từ 2G lên 3G ....................................................27
2.3. Hệ thống thông tin di động GSM................................................................28
2.3.1.Tổng quan.................................................................................................28
2.3.2. Các đặc điểm của mạng thông tin di động GSM ....................................30
2.3.3. Cấu trúc của mạng GSM .........................................................................31
2.4. Công nghệ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD) .....................33

2.4.1. Chức năng thích ứng đầu cuối TAF........................................................35
2.4.2. Máy di động đầu cuối và giao diện vô tuyến ..........................................35
2.4.3. Trạm thu phát gốc BTS ...........................................................................35
2.4.4. Giao diện Abis.........................................................................................35
===========================================================
3


Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của mạng GSM
===========================================================
2.4.5. Bộ chuyển đổi mã/ bộ thích ứng tốc độ TRAU (Tranconder/ Rate
Adapter Unit) ....................................................................................................36
2.4.6. Giao diện A .............................................................................................36
2.4.7. Trung tâm chuyển mạch di động MSC và các khối chức năng phối hợp
IWF....................................................................................................................36
2.5. Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS (General Packet Radio Service).......36
2.5.1. Cấu trúc mạng GPRS ..............................................................................37
2.5.2. Giao diện và giao thức trong mạng GPRS..............................................42
2.5.4. Các kênh logic trong GPRS ....................................................................45
2.5.5. Các kịch bản lưu lượng GPRS. ...............................................................46
2.5.6. Thiết lập PDP context (phiên số liệu gói). ..............................................53
2.6. Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM (EDGE)...........................53
2.6.1. Kiến trúc mạng EDGE. ...........................................................................54
2.6.2. Điều chế ..................................................................................................54
2.6.3. Các kênh logic ở giao diện vô tuyến.......................................................55
2.6.4. Giao thức ứng dụng vô tuyến (WAP) .....................................................56
CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 3..............57
3.1. Các tiêu chuẩn công nghệ của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 .57
3.1.1. IMT-2000 CDMA Direct Spread............................................................58
3.1.2. IMT-2000 CDMA TDD..........................................................................60

3.1.3. IMT-2000 CDMA Multi-Carrier ............................................................61
3.1.4. IMT-2000 TDMA Single-Carrier ...........................................................62
3.1.5. IMT-2000 FDMA/TDMA.......................................................................63
3.1.6. IMT-2000 OFDMA TDD WMAN .........................................................63
3.2. Công nghệ CDMA sử dụng trong hệ thống 3G .........................................63
3.2.1. Nguyên lý trải phổ CDMA......................................................................63
3.2.2. Kỹ thuật trải phổ và giải trải phổ ............................................................64
3.2.3. Kỹ thuật đa truy nhập CDMA.................................................................66
===========================================================
4


Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của mạng GSM
===========================================================
3.3. Hệ thống WCDMA......................................................................................68
3.3.1. Các mã trải phổ .......................................................................................68
3.3.2. Phương thức song công...........................................................................71
3.3.3. Dung lượng mạng....................................................................................72
3.3.4. Phân tập đa đường – Bộ thu RAKE ........................................................73
3.3.5. Trạng thái cell..........................................................................................74
3.3.6. Cấu trúc Cell ...........................................................................................76
3.4. Kiến trúc mạng 3G.......................................................................................77
3.4.1. Giới thiệu chung......................................................................................77
3.4.2. Cấu trúc hệ thống UMTS ........................................................................81
3.4.3. Các giao diện của hệ thống UMTS .........................................................91
3.4.4. Phân loại dịch vụ và ứng dụng................................................................93
3.4.5. Cấu trúc kênh ........................................................................................101
3.4.6. Vấn đề chuyển giao...............................................................................103
3.4.7. Điều khiển công suất.............................................................................112
3.5. So sánh hệ thống UMTS với hệ thống CDMA 2000 ...............................119

3.6. Triển khai 3G trên dải tần 900 MHz........................................................123
3.6.1. Ưu điểm của hệ thống UMTS/HSPA 900 MHz ...................................123
3.6.2. Kinh nghiệm triển khai của một số nhà khai thác trên thế giới ............124
3.6.3. Tình hình chuẩn hóa thiết bị .................................................................126
CHƯƠNG 4: ĐỊNH HƯỚNG TRIỂN KHAI MẠNG UMTS 3G CHO MẠNG
DI ĐỘNG VINAPHONE......................................................................................127
4.1 Tổng quan mạng Vinaphone......................................................................127
4.1.1 Tình hình phát triển của Vinaphone năm 2008......................................127
4.1.2. Tình hình mạng lưới tính đến hết năm 2008.........................................128
4.2. Hiện trạng mạng vô tuyến .........................................................................131
4.2.1 Tổ chức mạng vô tuyến..........................................................................131
4.2.2 Dung lượng mạng vô tuyến....................................................................132
===========================================================
5


Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của mạng GSM
===========================================================
4.3. Hiện trạng mạng lõi và dịch vụ.................................................................133
4.3.1 . Cấu hình mạng lõi và dịch vụ hiện tại .................................................133
4.3.2. Dung lượng mạng lõi ...........................................................................134
4.4. Định hướng và kế hoạch triển khai mạng 3G .........................................135
4.4.1. Định hướng kinh doanh – thương mại .................................................135
4.4.2. Kế hoạch và dự định triển khai mạng 3G ............................................137
4.5. Phương án triển khai mạng vô tuyến UMTS 3G ....................................142
4.5.1. Quy mô triển khai.................................................................................142
4.5.2 . Triển khai chung cơ sở hạ tầng mạng 3G/2G ......................................143
KẾT LUẬN ............................................................................................................149
Tài liệu tham khảo ................................................................................................150

===========================================================
6


Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của mạng GSM
===========================================================

Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 1.1: Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động.........................21
Hình 1.2: Các công nghệ đa truy nhập......................................................................22
Hình 2.1: Quá trình phát triển từ 2G lên 3G .............................................................26
Hình 2.2: Quá trình phát triển từ GSM lên 3G .........................................................27
Hình 2.3: Các yếu tố cần chuyển đổi từ 2G lên 3G ..................................................27
Hình 2.4: Cấu trúc mạng GSM .................................................................................32
Hình 2.5: Các luồng số liệu kết hợp ở IWF ..............................................................34
Hình 2.6: Cấu trúc hệ thống HSCSD ........................................................................35
Hình 2.7: Cấu trúc mạng GPRS ................................................................................38
Hình 2.8: Nhập mạng GPRS .....................................................................................48
Hình 2.9. Nhập mạng GPRS/ GSM kết hợp .............................................................52
Hình 2.10 : Cấu hình hệ thống WAP ........................................................................56
Hình 3.1: Quá trình trải phổ và giải trải phổ.............................................................65
Hình 3.2: Trải phổ CDMA ........................................................................................66
Hình 3.3: Công nghệ đa truy nhập CDMA ..............................................................66
Hình 3.5: Nguyên lý đa truy nhập trải phổ ...............................................................67
Hình 3.5: Quá trình trải phổ và trộn..........................................................................68
Hình 3.6: Cây mã định kênh .....................................................................................70
Hình 3.7: Phổ tần số cho hệ thống 3G ......................................................................72
Hình 3.8: Truyền sóng đa đường ..............................................................................73
Hình 3.10: Cấu trúc cell UMTS ................................................................................77
Hình 3.11: Kiến trúc cơ bản hệ thống UMTS..........................................................78

Hình 3.12: Cấu trúc quản lý tài nguyên ....................................................................79
Hình 3.13: Cấu trúc dịch vụ ......................................................................................80
Hình 3.14: Kiến trúc UTRAN...................................................................................83
Hình 3.15: Cấu trúc logic nút B ................................................................................84
===========================================================
7


Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của mạng GSM
===========================================================
Hình 3.16: Cấu trúc RNC..........................................................................................86
Hình 3.17: Cấu trúc mạng lõi CN .............................................................................89
Hình 3.18: Giao diện Iu kết nối UTRAN với CN .....................................................92
Hình 3.19: Kiến trúc các dịch vụ mang UMTS ........................................................99
Hình 3.20: Sơ đồ ánh xạ giữa các kênh...................................................................103
Hình 3.21: Tiến trình thực hiện chuyển giao ..........................................................105
Hình 3.22: Nguyên tắc chung của thuật toán chuyển giao .....................................107
Hình 3.23: Chuyển giao cứng cùng tần số ..............................................................109
Hình 3.24: Chuyển giao cứng khác tần số ..............................................................110
Hình 3.25: Chuyển giao mềm cùng tần số ..............................................................111
Hình 3.26: Chuyển giao mềm hơn cùng tần số.......................................................112
Hình 3.27: Các cơ chế điều khiển công suất của WCDMA ...................................113
Hình 3.29: Cơ chế điều khiển công suất CLPC ......................................................115
Hình 3.30: Điều khiển công suất kết hợp với chuyển giao mềm............................118
Hình 3.31: Phân tập lựa chọn trạm..........................................................................118
Hình 4.1: Mô tả thiết bị 3G dùng chung sở hạ tầng 2G ..........................................144
Hình 4.2: Phương án sử dụng anten cho 3G ...........................................................145
Hình 4.3: Mô tả khái quát việc dùng chung feeder.................................................146
Hình 4.4: Mô tả dùng chung thiết bị nguồn ............................................................147
Hình 4.5: Mô tả dùng chung nhà trạm ....................................................................148

===========================================================
8


Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của mạng GSM
===========================================================

Danh mục các bảng
Bảng 1.1: Tiến trình phát triển các hệ thống thông tin di động ................................20
Bảng 3.1: Các họ công nghệ tiêu chuẩn của hệ thống IMT-2000.............................58
Bảng 3.2: Các mã UMTS chính ................................................................................71
Bảng 3.3 Trình bày các yêu cầu về chất lượng dịch vụ tương ứng với các lớp........95
dịch vụ của 3G ..........................................................................................................95
Bảng 3.4: So sánh giao diện vô tuyến giữa hệ thống WCDMA và CDMA2000 ...122
Bảng 4.1: Minh họa số liệu phát triển thuê bao mạng Vinaphone trong các năm vừa
qua ...........................................................................................................................128
Bảng 4.2: Thống kế mạng vô tuyến GSM Vinaphone............................................132
Bảng 4.3: Dung lượng mạng lõi..............................................................................134
Bảng 4.4: Dự kiến triển khai vùng phủ sóng 3G của Vinaphone ...........................139
Bảng 4.5: Kế hoạch triển khai kỹ thuật công nghệ .................................................140
Bảng 4.6: Quy mô mạng lưới 3G trong 15 năm .....................................................142

===========================================================
9


Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của mạng GSM
===========================================================

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Viết tắt
2G
3G
AMPS
ARIB
ATM
AuC
BER
BPSK
BS
BSC
CDMA
CLPC
CM
CN
CRNC
CS
CPCH

Tiếng Anh

Tiếng Việt

Hệ thống thống tin di
động thế hệ 2
Hệ thống thống tin di
3rd Generation
động thế hệ thứ 3
Dịch vụ điện thoại di động

Advanced Mobile Phone
tiên tiến
Service
Liên hiệp kinh doanh
Association of Radio
công nghệ vô tuyến
Industry Business
Phương thức truyền không
Asynchronous Transfer
đồng bộ
Mode
Trung tâm nhận thực
Authentication Center
Tỷ lệ lỗi bit
Bit Error Rate
Binary Phase Shift Keying Điều chế dịch pha nhị
phân
Base Station
Trạm gốc
Base Station Controller
Bộ điều khiển trạm gốc
Code Division Multi
Đa truy nhập phân chia
Access
theo mã
Closed loop Power
Điều khiển công suất
Control
vòng kín
Communication

Quản lý thông tin
Management
Core Network
Mạng lõi
Controlling RNC
Bộ điều khiển mạng truy
nhập vô tuyến điều khiển
Circuit-Switched
Chuyển mạch kênh
Common Packet Channel Kênh gói chung
2nd Generation

===========================================================
10


Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của mạng GSM
===========================================================
DRNC
DSCH
DS
DPDCH
DPCCH
DSCH
EDGE
ETSI

FDD
FDMA
FER

FACH
GPRS
GPS
GSA

GSM
HCS

RNC trôi
Drift RNC
Downlink Shared Channel Kênh dùng chung đường
xuống
Chuỗi trải phổ trực tiếp
Direct Sequence
Kênh số liệu vật lý dùng
Dedicated Physical Data
chung
Channel
Kênh điều khiển vật lý
Dedicated Physical
dùng chung
Control Channel
Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường
xuống
Cải thiện tốc độ số liệu
Enhanced Data Rates for
GSM Evolution
cho phát triển GSM
European
Viện tiêu chuẩn viễn

Telecommunications
thông châu Âu
Standard Institute
Frequency Division
Ghép song công phân chia
Duplex
theo tần số
Frequency Division
Đa truy nhập phân chia
Multiple Access
tần số
Frame Error Rate
Tỷ lệ lỗi khung
Forward Access Channel Kênh truy nhập đường
xuống
General Packet Radio
Dịch vụ vô tuyến gói
Services
chung
Global Position System
Hệ thống định vị toàn cầu
Global Mobile Suppliers
Hiệp hội những nhà cung
Acsociation
cấp thiết bị di động thế
giới
Global System for Mobile Hệ thống thông tin di
Communications
động toàn cầu
Hierarchical Cell

Cấu trúc cell phân cấp

===========================================================
11


Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của mạng GSM
===========================================================
HSCSD

IMT-2000

IP
IS-95

Structure
High Speed Switched
Data
International Mobile
Telecommunications2000
Internet Protocol
Interim Standard-95

MAC

ITU Telecommunication
Standardisation Sector
Medium Access Control

MC-CDMA

Multi-Carrier CDMA

MS
MSC

OLPC

Mobile Station
Mobile Switching Service
Center
Mobile Wireless Internet
Forum
Nordic Mobile Telephone
system
ODMA Common Control
Channel
Orthorgonal Frequency
Division Multiplexing
Open loop power control

OSA
PCCH

Open Service Access
Paging Control Channel

ITU-T

MWIF

NMT
ODCCH
OFDM

Kỹ thuật truyền dữ liệu
chuyển mạch kênh tốc độ
cao
Viễn thông di dộng quốc
tế 2000
Giao thức Internet
Tiêu chuẩn thông tin di
động TDMA của Mỹ
Bộ phận tiêu chuẩn hóa về
viễn thông của ITU
Điều khiển truy nhập môi
trường
Phần ứng dụng di động
CDMA đa sóng mang
Trạm di động
Trung tâm chuyển mạch
dịch vụ di động
Diễn đàn Internet không
dây di động
Hệ thống điện thoại di
động Bắc Âu
Kênh điều khiển chung
cho ODMA
Ghép kênh phân chia tần
số trực giao
Điều khiển công suất

vòng mở
Cấu trúc dịch vụ mở
Kênh điều khiển nhắn gọi

===========================================================
12


Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của mạng GSM
===========================================================
PCG
PRACH
PDC
PDP
PLMN
PSK
PSTN
PS
PCCPCH
PDSCH
PCPCH
PICH
PCCH
QoS
QPSK
RAB
RACH
RAN
RANAP
RB

Project Co-ordination
Group
Physical Random Access
Channel
Personal Digital Cellular

Nhóm phối hợp dự án

Kênh truy nhập ngẫu
nhiên đường xuống
Hệ thống tổ ong số cá
nhân
Giao thức số liệu gói
Packet Data Protocol
Mạng di động mặt đất
Public Land Mobile
công cộng
Network
Khóa dịch pha
Phase Shift Keying
Mạng điện thoại chuyển
Public Switched
Telephone Network
mạch công cộng
Packet-switched
Chuyển mạch gói
Primary Common Control Kênh vật lý điều khiển
Physical Channel
chung sơ cấp

Physical Downlink Shared Kênh chia sẻ vật lý đường
Channel
xuống
Physical Common Packet Kênh gói chung vật lý
Channel
Paging Indication Channel Kênh chỉ thị nhắn gọi
Paging Control Channel
Kênh điều khiển nhắn gọi
Quality of Service
Chất lượng dịch vụ
Quadrature Phase Shift
Điều chế dịch pha cầu
Keying
phương
Radio Access Bearer
Kênh mang truy nhập vô
tuyến
Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu
nhiên
Radio Access Network
Mạng truy nhập vô tuyến
RAN Application Part
Phần ứng dụng RAN
Radio bearer
Kênh mạng vô tuyến

===========================================================
13

Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của mạng GSM
===========================================================
RNC

Radio Network Controller

RNS

Radio Network
Subsystem
Radio Resource control

RRC
RRM
SDO
SGSN
SHCCH
SMS
SNR
SRNC
SS7
SSDT
SCCPCH
SCH
TACS
TDD
TDMA
TIA

Radio Resource

Management
Standard Development
Organization
Serving GPRS Support
Node
Shared Channel Control
Channel
Short Message Service
Signal-to-Noise Ratio
Serving RNC
Signaling System 7
Site Selection Diversity
Transmission
Secondary Common
Control Physical Channel
Synchronisation Channel
Total Access
Communications System
Time Division Duplex
Time Division Multi
Access
Telecommunications
Industry Association

Bộ điều khiển mạng vô
tuyến
Phân hệ mạng vô tuyến
Điều khiển tài nguyên vô
tuyến
Quản lý tài nguyên vô

tuyến
Tổ chức phát triển tiêu
chuẩn khu vực
Nút mạng hỗ trợ dịch vụ
GPRS
Kênh điều khển phân chia
kênh
Dịch vụ tin nhắn
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
RNC phục vụ
Hệ thống báo hiệu số 7
Truyền dẫn phân tập lựa
chọn trạm
Kênh vật lý điều khiển
chung thứ cấp
Kênh đồng bộ
Hệ thống truyền thông
truy nhập toàn thể
Ghép song công phân chia
theo thời gian
Đa truy nhập phân chia
theo thời gian
Liên đoàn công nghiệp
viễn thông

===========================================================
14


Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của mạng GSM

===========================================================
TMSI
TPC
TSG
TTA
TTC
TTP
UE
UMTS
USAT
USIM
UTRAN

VHE
VLR
VoIP
WAP
WCDMA
WARC

Temporary Mobile
Subcriber Identity
Transmit power control
Technical Specifications
Group
Telecommunications
Technologies Association
Telecommunication
Technology Committee
Traffic Termination Point

User Equipment
Universal Mobile
Telecommunications
System
Universal SIM
Application Tool-Kit
Universal Subscriber
Identity Module
UMTS Terresrial Radio
Access Network
Virtual Home
Environment
Visitor Location Register
Voice over IP
Wireless Application
Protocol
Wideband Code Division
Multiple Access
World Administrative
Radio Conference

Chỉ thị thuê bao di động
tạm thời
Điều khiển công suất phát
Nhóm các chỉ tiêu kỹ
thuật
Liên hiệp các công nghệ
viễn thông
Ủy ban công nghệ viễn
thông

Điểm kết cuối lưu lượng
Thiết bị người dùng
Hệ thống Viễn thông Di
dộng Toàn cầu
Bộ công cụ ứng dụng SIM
toàn cầu
Modul chỉ thị thuê bao
toàn cầu
Mạng truy nhập vô tuyến
mặt đất UMTS
Môi trường thường trú ảo
Bộ ghi định vị tạm trú
Thoại trên nền IP
Thủ tục ứng dụng vô
tuyến
Đa truy nhập băng rộng
phân chia theo mã
Hội nghị vô tuyến toàn
cầu

===========================================================
15


Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của mạng GSM
===========================================================

Mở đầu
Thông tin di động ngày nay là một phần không thể thiếu của cuộc sống.
Được ra đời khá muộn, với hệ thống thông tin di động thương mại đầu tiên được

đưa vào sử dụng từ giữa những năm 80 của thế kỷ 20, nhưng những lợi ích thiết
thực mà nó mang lại cho người sử dụng đã giúp dịch vụ này đạt tốc độ tăng trưởng
một cách bùng nổ. Tuy nhiên, khi những nhu cầu của người sử dụng về các dịch vụ
mới ra đời như: truyền số liệu tốc độ cao, điện thoại có hình, truy cập internet tốc độ
cao từ máy thiết bị di động và các dịch vụ truyền thông đa phương tiện khác… hệ
thống thông tin di động 2G đã bộc lộ những nhược điểm, đòi hỏi một công nghệ
mới có khả năng đáp ứng những nhu cầu đó. Đây là điều kiện để hệ thống thông tin
di động 3G xuất hiện trên thế giới.
Đối với Việt Nam, kể từ ngày 13/08/2009 - thời điểm Bộ Thông tin và
Truyền thông cấp phép 3G cho 4 mạng di động trúng tuyển 3G là Viettel,
Vinaphone, Mobifone và liên danh EVN Telecom và Hà Nội Telecom, lộ trình lên
3G của nước ta đã có những bước tiến dài nhằm đưa công nghệ tiên tiến này nhanh
chóng đi vào đời sống công nghệ . Đề tài Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của
mạng GSM được thực hiện với mục đích tìm hiểu về các giải pháp kĩ thuật mà các
nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đã sử dụng trong quá trình tiến lên 3G.
Đối tượng nghiên cứu của đề tại là hệ thống thông tin di động nói chung, các
bước phát triển nói chung của mạng GSM và quá trình đi lên 3G của mạng GSM.
Trong đó, phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung chính vào một số công nghệ
chính được sử dụng trong công nghệ 3G.
Nội dung của đề tài gồm 4 chương với những nội dung như sau:
“Chương 1: Sự phát triển của các hệ thống thông tin di động”. Chương này
nhằm giới thiệu khái quát sự phát triển của hệ thống thông tin di động và các
phương pháp đa truy nhập

===========================================================
16


Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của mạng GSM
===========================================================

“Chương 2: Quá trình phát triển từ GSM lên 3G”. Chương này giới thiệu
quá trình phát triển hơn nữa của hệ thống thông tin di động lên thế hệ 2.5G làm tiền
đề cho sự phát triển lên 3G sau này.
“Chương 3: Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3”. Chương này giới thiệu
các tiêu chuẩn công nghệ của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 và tập trung
nghiên cứu nguyên lý CDMA và hệ thống truy nhập vô tuyến UMTS.
“Chương 4: Định hướng triển khai mạng UMTS 3G cho mạng di động
Vinaphone”. Chương này tìm hiểu những định hướng ban đầu của mạng Vinaphone
trong việc thử nghiệm hệ thống thông tin di động 3G tại Việt Nam.

===========================================================
17


Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của mạng GSM
===========================================================

CHƯƠNG 1: SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1. Sự ra đời và phát triển của các hệ thống thông tin di động
Thông tin di động được ứng dụng cho nghiệp vụ cảnh sát từ những năm 20 ở
băng tần 2 MHz. Sau thế chiến thứ 2 mới xuất hiện thông tin di động điện thoại dân
dụng (1939- 1945) với kĩ thuật FM ở băng 150 MHz. Năm 1948, một hệ thống
thông tin di động hoàn toàn tự động đầu tiên ra đời ở Richmond – Indian. Từ những
năm 60, kênh thông tin di động có dải tần 30 KHz với kĩ thuật FM ở băng tần 450
Mhz đưa ra hiệu suất sử dụng phổ tần tăng gấp 4 lần so với cuối thế chiến thứ 2.
Quan niệm về Cellular bắt đầu từ cuối những năm 40 với Bell thay thế cho
mô hình quảng bá với máy phát công suất lớn và anten đặt cao, là những cell có
diện tích bé có máy phát BTS công suất nhỏ, khi các cell ở cách nhau đủ xa thì có
thể sử dụng lại tần số. Tháng 12.1971 đưa ra hệ thống cellular kĩ thuật tương tự, sử

dụng phương pháp điều tần FM, dải tần 850 MHz. Tương ứng là sản phẩm thương
nghiệp AMPS với tiêu chuẩn do AT và MOTOROLAR của Mỹ đề xuất sử dụng
vào năm 1983. Đầu những năm 90 thế hệ đầu tiên của thông tin di động tế bào bao
gồm hàng loạt các hệ thống ở các nước khác nhau như: TACS, NMTS, NAMTS, C,
… Tuy nhiên các hệ thống này không thoả mãn được nhu cầu ngày càng cao của
người sử dụng mà trước hết là về mặt dung lượng. Mặt khác các tiêu chuẩn hệ thống
không tương thích nhau làm cho sự chuyển giao không đủ rộng như mong muốn,
việc liên lạc ngoài biên giới là không thể. Những vấn đề trên đặt ra cho thế hệ 2
thông tin di động tế bào phải lựa chọn giải pháp kĩ thuật: kĩ thuật tương tự hay kĩ
thuật số. Các tổ chức tiêu chuẩn hoá đa số đều lựa chọn kĩ thuật số.
Trước hết kĩ thuật số đảm bảo chất lượng cao hơn trong môi trường nhiễu
mạnh và khả năng tiềm tàng một dung lượng lớn hơn.
===========================================================
18


Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của mạng GSM
===========================================================
Hệ thống thông tin di động tế bào thế hệ thứ 2 có 3 tiêu chuẩn chính: GMS,
IS – 54 (bao gồm cả tiêu chuẩn AMPS), JDC.
Tuy nhiên các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 cũng tồn tại một số
nhược điểm như sau: Độ rộng thông băng tần của hệ thống bị hạn chế nên việc ứng
dụng các dịch vụ dữ liệu bị hạn chế, không thể đáp ứng được các nhu cầu phát triển
cho các dịch vụ thông tin di động đa phương tiện cho tương lai, đồng thời tiêu
chuẩn cho cá hệ thống thế hệ 2 là không thống nhất do Mỹ và Nhật sử dụng TDMA
băng hẹp còn ở châu Âu sử dụng TDMA băng rộng nhưng cả 2 hệ thống này có thể
coi như là sự tổ hợp của FDMA và TDMA vì người sử dụng thực tế đều được ấn
định cả về tần số và các khe thời gian trong băng tần. Do đó việc thực hiện chuyển
mạng toàn cầu gặp phải nhiều khó khăn.
Bắt đầu từ những năm cuối của thập niên 90 hệ thống thông tin di động thế

hệ thứ 3 ra đời bằng kĩ thuật đa truy nhập CDMA và TDMA cải tiến. Lí thuyết về
CDMA đã được xây dựng từ những năm 1950 và được áp dụng trong thông tin
quân sự từ những năm 1960. Cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn và lý
thuyết thông tin trong những năm 1980, CDMA đã được thương mại hoá từ phương
pháp thu GPRS và Ommi – Tracks, phương pháp này đã được đề xuất trong hệ
thống tổ ong của QUALCOM - Mỹ vào năm 1990.
Trong thông tin CDMA thì nhiều người sử dụng chung thời gian và tần số,
mã tạp âm giả ngẫu nhiên PN với sự tương quan chéo thấp được ấn định cho mỗi
người sử dụng. Người sử dụng truyền tín hiệu nhờ trải phổ tín hiệu truyền có sử
dụng mã PN đã ấn định. Đầu thu tạo ra dãy mã giả ngẫu nhiên như ở máy phát và
khôi phục lại tín hiệu dự định nhờ việc trải phổ ngược các tín hiệu đồng bộ thu
được.
So với 2 hệ thống thông tin di động thứ nhất và thứ 2 thì hệ thống thông tin
di động thế hệ thứ 3 là hệ thống đa dịch vụ và đa phương tiện được phủ khắp toàn
cầu. Một trong những đặc điểm của nó là có thể chuyển mạng, hoạt động ở mọi lúc
mọi nơi. Điều đó có nghĩa là mỗi thuê bao di động đều được gắn một mã số về nhận
===========================================================
19


Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của mạng GSM
===========================================================
dạng thông tin cá nhân, khi máy ở bất cứ nơi nào, quốc gia nào trên thế giới đều có
thể định vị được vị trí chính xác của thuê bao. Ngoài ra hệ thống thông tin di động
thế hệ 3 còn là một hệ thống đa dịch vụ, thuê bao có thể thực hiện các dịch vụ thông
tin dữ liệu cao và thông tin đa phương tiện băng rộng như: hộp thoại, truyền Fax,
truyền dữ liệu, chuyển vùng quốc tế, WAP (giao thức ứng dụng không dây)… để
truy cập vào mạng internet, đọc báo chí, tra cứu thông tin, hình ảnh… Do đặc điểm
băng tần rộng nên hệ thống thông tin di động thế hệ 3 còn có thể cung cấp các dịch
vụ truyền hình ảnh, âm thanh, cung cấp các dịch vụ điện thoại thấy hình…

Thế hệ thông tin Hệ thống
di động

Các dịch vụ

Chú thích

Thế hệ 1(1G)

AMPS,TACS,NMT

Thoại

FDMA, Tương tự

Thế hệ 2(2G)

GSM,IS-36,IS-95

Thoại, SMS

TDMA, CDMA số
băng hẹp(8 13kbps)

Thế hệ 2,5G

GPRS,EDGE,

Thoại, dịch vụ số liệu TDMA,CDMA

gói
tốc độ mã cao hơn

CDMA 1x
Thế hệ 3G

CDMA 2000,
W-CDMA

Thoại và số liệu gói Sử dụng CDMA
được thiết kế để đa phương tiện
truyền tiếng và số liệu
đa phương tiện

Bảng 1.1: Tiến trình phát triển các hệ thống thông tin di động

===========================================================
20


Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của mạng GSM
===========================================================

Hình 1.1: Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động

1.2. Sự phát triển của các phương pháp đa truy nhập
Một mạng thông tin di động là một hệ thống nhiều người sử dụng, trong đó
một số lượng lớn người sử dụng chia sẻ nguồn tài nguyên vật lý chung giới hạn để
truyền và nhận thông tin. Vì vậy dung lượng đa truy nhập là một trong các yếu tố cơ
bản của hệ thống. Trong lịch sử thông tin di động đã tồn tại các công nghệ đã truy

===========================================================
21


Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của mạng GSM
===========================================================
nhập khác nhau: TDMA, FDMA, và CDMA sự khác nhau giữa chúng được chỉ ra
trong hình 1.2
-

Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA - Frequency Division
Multiple Access)

-

Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA - Time Division Multiple
Access)

-

Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA - Code Division Multiple
Access)

Hình 1.2: Các công nghệ đa truy nhập

1.2.1.FDMA:
Phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thành 2N dải tần số kế
tiếp, cách nhau một khoảng phòng vệ, mỗi dải tần gán cho một kênh liên lạc, N dải

===========================================================
22


Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của mạng GSM
===========================================================
tần kế tiếp dành cho liên lạc hướng lên, sau một dải tần phân cách là N dải tần kế
tiếp dành cho liên lạc hướng xuống.
Đặc điểm: Mỗi MS được cấp phát một đôi kênh liên lạc trong suốt thời gian
thông tuyến. Nhiễu giao thoa do các tần số lân cận nhau là đáng kể. BTS phải có bộ
thu phát riêng làm việc với mỗi MS trong cell.
Hệ thống FDMA điển hình là AMPS (Advanced Mobile Phone System)
dùng ở MỸ, Canada , Australia..
1.2.2.TDMA:
Phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thô thành các dải tần liên
lạc, mỗi dải tần này được dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một
khe thời gian trong chu kì một khung. Tin tức được tổ chức dưới dạng gói, mỗi gói
có bít chỉ thị đầu gói, chỉ thị cuối gói, các bit đồng bộ, bit bảo vệ và bit dữ liệu.
Đặc điểm: Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số. liên lạc song công mỗi
hướng thuộc các dải tần khác nhau. Giảm được nhiễu giao thoa, giảm được số máy
thu phát nhưng pha đinh và trễ truyền dẫn là những vấn đề kĩ thuật phức tạp.
Hệ thống TDMA điển hình là GSM. GSM từ châu Âu đã đến nhiều nơi trên
thế giới trong đó có Việt Nam và đã đạt được những thành tựu đáng kể.
1.2.3.CDMA:
Mỗi MS được gán một mã riêng biệt và kĩ thuật trải phổ tín hiệu giúp cho
các MS không gây nhiễu lẫn nhau trong điều kiện có thể cùng lúc dùng chung dải
tần số
Đặc điểm: Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz. Sử dụng kĩ thuật trải phổ phức
tạp, kĩ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng cá cường độ trường rất nhỏ
và chống pha đinh hiệu quả hơn FDMA và TDMA. Việc các thuê bao MS trong cell

dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần

===========================================================
23


Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của mạng GSM
===========================================================
số không còn là vấn đề, chuyển giao trở thành mềm, điều khiển dung lượng trong
cell rất linh hoạt.
Mỗi hệ thống thông tin di động có thể sử dụng những phương pháp đa truy
nhâp riêng hoặc có sự kết hợp giữa chúng. Và điều này tạo nên nhiều khác biệt về
kĩ thuật cũng như dung lượng mạng của các thế hệ di động

===========================================================
24


Nghiên cứu các giải pháp lên 3G của mạng GSM
===========================================================

CHƯƠNG 2: QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ GSM
LÊN 3G
Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 GSM cung cấp các dịch vụ tiếng và số
liệu trên cơ sở chuyển mạch kênh, băng thông hẹp. Tốc độ truyền thoại là 13kbit/s
và truyền số liệu với tốc độ 9,6 kbit/s. Tốc độ này chỉ phù hợp cho các dịch vụ số
liệu giai đoạn trước. Khi vấn đề Internet toàn cầu và các mạng riêng khác phát triển
cả về quy mô và mức độ tiện ích, đã xuất hiện nhu cầu và dịch vụ truyền số liệu mọi
lúc mọi nơi. Người sử dụng có nhu cầu về các dịch vụ mới như truyền số liệu tốc độ
cao, điện thoại có hình, truy cập internet tốc độ cao từ máy di động và các dịch vụ

truyền thông đa phương tiện khác.
Các nhu cầu trên vượt ra ngoài khả năng của mạng GSM vì vậy các nhà khai
thác mạng GSM trên thế giới đang từng bước nâng cấp mạng GSM để đáp ứng nhu
cầu của người sử dụng. 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 GSM qua bước trung gian là thế hệ 2G và 2.5G để tạm thời đáp
ứng nhu cầu của người sử dụng cũng như chuẩn bị cơ sở hạ tầng kĩ thuật để tiến lên
3G một cách thuận lợi

2.1. Quá trình phát triển lên 3G

GSM

GPRS

W-CDMA
EDGE

PDC
IS-95B

4G

CDMA
CDMA
===========================================================
CDMA
2000
20001x EV
25

IS 95A