Nghiên cứu công nghệ truy cập gói tốc độ cao và ứng dụng vào mạng viettel

Bộ giáo dục Và đào tạo
TrƯờng đại học bách khoa hà nội

Luận văn thạc sỹ khoa học
NGHIấN CU CễNG NGH TRUY NHP
TC CAO V NG DNG VO MNG VIETTEL

Ngời hớng dẫn khoa học: TS. NGUYN THUí ANH
học viên

: V HUY TUYN

Hà nội - 2010


LỜI CẢM ƠN
Trong hai năm cao học tôi đã được học hỏi những kiến thức quí báu từ các
thầy, cô giáo của Đại học Bách Khoa Hà Nội. Tôi vô cùng biết ơn sự dạy dỗ, chỉ
bảo tận tình của các thầy, các cô trong thời gian học tập và hoàn thành bản luận
văn này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn của mình tới TS. Nguyễn Thúy Anh, người đã
định hướng cho những nghiên cứu của tôi, người trực tiếp hướng dẫn tôi hoàn
thiện bản luận văn này.

Học viên
Vũ Huy Tuyển

i


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn này là kết quả nghiên cứu của bản thân dưới sự
hướng dẫn của TS. Nguyễn Thúy Anh. Nội dung luận văn không sao chép của bất kỳ
bản luận văn nào.
Nếu có gì sai phạm tôi sẽ chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Học viên
Vũ Huy Tuyển

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN………………………………………………………………………..i
LỜI CAM ĐOAN…………………………………………………………………...ii
MỤC LỤC……………………………………………………………………………….iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT…………………………..vii
DANH MỤC CÁC BẢNG………………………………………………………...xii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ………………………………………….xiii
MỞ ĐẦU…………………………………………………………………………….1

Chương 1. TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA UMTS ............................. 4
1.1 Giới thiệu chung ........................................................................................ 4
1.2 Lộ trình phát triển thông tin di động lên 4G ................................................ 4
1.3 Kiến trúc chung của một hệ thống thông tin di động 3G .............................. 5
1.4 Các loại chuyển mạch trong mạng 3G ......................................................... 6
1.5 Các loại lưu lượng và dịch vụ được 3G WCDMA UMTS hỗ trợ ............... 10
1.6 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3............................................................ 13
1.6.1 Thiết bị người sử dụng (UE) .............................................................. 14
1.6.2 Mạng truy nhập vô tuyến UMTS ....................................................... 16

1.6.3 Mạng lõi ........................................................................................... 17
1.6.4 Các mạng ngoài ................................................................................ 21
1.6.5 Các giao diện .................................................................................... 22
1.7 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R4............................................................ 22
1.8 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R5 và R6 .................................................. 25
1.9 Chiến lược dịch chuyển từ GSM sang UMTS............................................ 28
1.9.1 3GR1 : Kiến trúc mạng UMTS chồng lấn........................................... 28

iii


1.9.2 3GR2 : Tích hợp các mạng UMTS và GSM ....................................... 29
1.9.3 GR3 : Kiến trúc RAN thống nhất ....................................................... 30
1.10 Tổng kết ................................................................................................ 31

Chương 2. GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA WCDMA UMTS ................... 32
2.1 Giới thiệu chung ...................................................................................... 32
2.2 Kiến trúc ngăn xếp giao thức của giao diện vô tuyến WCDMA/FDD ......... 33
2.3 Các kênh của WCDMA ........................................................................... 35
2.3.1 Các kênh logic, LoCH. ...................................................................... 36
2.3.2 Các kênh truyền tải, TrCH. ................................................................ 37
2.3.3 Các kênh vật lý. ................................................................................ 39
2.3.4 Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH và truy nhập gói CPCH .......... 45
2.3.5 ... Thí dụ về báo hiệu thiết lập cuộc gọi sử dụng các kênh logic và truyền
tải……………………………………………………………………………..46
2.4 Chuyển giao trong WCDMA .................................................................... 48
2.4.1 Chuyển giao cứng. ............................................................................ 48
2.4.2 Chuyển giao mềm/ mềm hơn. ............................................................ 48
2.5 Tổng kết .................................................................................................. 50

Chương 3. TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO (HSPA) ........................... 52
3.1 Giới thiệu chung ...................................................................................... 52
3.2 . Kiến trúc ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến HSPA cho số liệu người sử
dụng.............................................................................................................. 53
3.3 Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống ( HSDPA ) ................................... 55
3.3.1 Truyền dẫn kênh chia sẻ .................................................................... 55
3.3.2 Lập biểu phụ thuộc kênh ................................................................... 57

iv


3.3.3 Điều khiển tốc độ và điều chế bậc cao................................................ 59
3.3.4 HARQ với kết hợp mềm.................................................................... 61
3.3.5 Kiến trúc .......................................................................................... 64
3.3.6 HSDPA MIMO ................................................................................. 67
3.3.7 Tăng tốc độ đỉnh bằng việc sử dụng MIMO và điều chế bậc cao
16QAM/64QAM ....................................................................................... 69
3.4 Truy cập gói tốc độ cao đường lên ( HSUPA ) .......................................... 69
3.4.1 Lập biểu ........................................................................................... 71
3.4.2 HARQ với kết hợp mềm.................................................................... 74
3.4.3 Kiến trúc .......................................................................................... 74
3.4.4 Các loại đầu cuối HSUPA ......................................................................... 79
3.5 Chuyển giao trong HSDPA ...................................................................... 80
3.5.1 Xác định ô tốt nhất và chuyển giao .................................................... 80
3.5.2 Chuyển giao HS-DSCH giữa các ô (hay đoạn ô) trong cùng một RNC 81
3.5.3 Chuyển giao HS-DSCH giữa hai các ô (đoạn ô) thuộc hai RNC khác
nhau…………………………………………………………………………..82
3.5.4 Chuyển giao HS-DSCH sang ô chỉ có DCH ....................................... 82
3.6 Tổng kết .................................................................................................. 83

Chương 4. ỨNG DỤNG HSPA TRONG MẠNG VIETTEL ..................... 85
4.1 Giới thiệu chung ...................................................................................... 85
4.2 Cấu trúc mạng 3G của Viettel................................................................... 85
4.3 Mạng truy nhập vô tuyến.......................................................................... 88
4.3.1 RNC ................................................................................................. 89
4.3.2 Node B ............................................................................................. 90

v


4.3.3 Chức năng của RNC.......................................................................... 90
4.3.4 Giao diện và giao thức của RNC ........................................................ 91
4.4 Triển khai tại mạng Viettel. ...................................................................... 95
4.4.1 Mạng truy nhập vô tuyến của Ericsson ............................................... 95
4.4.2 Mạng chuyển mạch gói ( PS Core ) .................................................... 99
4.5 Cấu hình hệ thống đáp ứng yêu cầu truy nhập HSPA ...............................101
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………………………………104
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………………..105

vi


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

2G

Second Generation

Thế hệ thứ 2

3G

Third Generation

Thế hệ thứ ba

3GPP

ird

3 Genaration Partnership Project

Đề án các đối tác thế hệ thứ ba

ird

3GPP2

3 Generation Patnership Project 2 Đề án đối tác thế hệ thứ ba 2

AICH

Acquisition Indication Channel

Kênh chỉ thị bắt

AMC

Adaptive Modulation and Coding

Mã hóa và điều chế thích ứng

AMR

Adaptive MultiRate

Đa tốc độ thích ứng

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Chế độ truyền dị bộ

BCCH

Broadcast Control Channel

Kênh điều khiển quảng bá

BCH

Broadcast Channel

Kênh quảng bá

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/CAICH:

CPCH Collision Detection/ Channel Kênh chỉ thị phát hiện va chạm
Assignment Indicator Channel
CPCH/ấn định kênh

CN

Core Network

Mạng lõi

CPCH

Common Packet Channel

Kênh gói chung

CPICH

Common Pilot Channel

Kênh hoa tiêu chung

CQI

Channel Quality Indicator

Chỉ thị chất lượng kênh

CRC

Cyclic Redundancy Check

Kiểm tra vòng dư

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

DL

Downlink

Đường xuống

DPCCH

Dedicated Physycal Control ChannelKênh điều khiển vật lý riêng

DPCH

Dedicated Physical Channel

Kênh vật lý riêng

DPDCH

Dedicated Physical Data Channel

Kênh số liệu vật lý riêng

vii


DSCH

Downlink Shared Channel

Kênh chia sẻ đường xuống

Kênh cho phép tuyệt đối tăng
E-AGCH Enhanced Absolute Grant Channel cường
E-DCH

Enhanced Dedicated Channel

Kênh riêng tăng cường

EDGE

Enhanced Data rates for GPRS
Evolution

Tốc độ số liệu tăng cường để phát
triển GPRS

EIR

Equipment Identity Register

Bộ ghi nhận dạng thiết bị

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
Communications

Hệ thống thông tin di động tòan
cấu

HARQ

Hybrid Automatic Repeat reQuest

Yêu cầu phát lại tự động linh hoạt

HHO

Hard Handover

Chuyên giao cứng

HLR

Home Location Register

Bộ ghi định vị thường trú

HSDPA

High Speed Downlink Packet
Access

Truy nhập hói đường xuống tốc độ
cao

HSDPCCH

High-Speed Dedicated Physical
Control Channel

Kênh điều khiển vật lý riêng tốc độ
cao

HS-DSCH High-Speed Dedicated Shared
Channel

Kênh chia sẻ riêng tốc độ cao

HSPA

High Speed Packet Access

Truy nhập gói tốc độ cao

HS-

High-Speed Physical Dedicated

Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc độ

viii


PDSCH

Shared Channel

cao

HSS

Home Subsscriber Server

Server thuê bao nhà

HS-SCCH High-Speed Shared Control Channel Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao
HSUPA
IMS

High-Speed Uplink Packet Access

Truy nhập gói đường lên tốc độ
cao

IP Multimedia Subsystem

Phân hệ đa phương tiện IP

IMT-2000 International Mobile
Telecommunications 2000

Thông tin di động quốc tế 2000

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

IR

Incremental Redundancy

Phần dư tăng

Iu

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

Iub

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

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

P-CCPCH Primary Common Control Physical Kênh vật lý điều khiển chung sơ
Channel
cấp
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
PS

Physical Random Access Channel Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên)
Packet Switch

Chuyển mạch gói

ix


PSTN

Mạng điện thoại chuyển mạch
Public Switched Telephone Network 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 Channel

Kênh vật lý điều khiển chung sơ
cấp

SCH

Synchronization channel

Kênh đồng bộ

SF

Spreading Factor

Hệ số trải phổ

SGSN

Serving GPRS Support Node

Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

SIM

Subscriber Identity Module

Mođun nhận dạng thuê bao

SMS

Short Message Service

Dịch vụ nhắn tin

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

Time Division Mulptiple Access

Đa truy nhập phân chia theo thời
gian

TFC

Transport Format Combination

Kết hợp khuôn dạng truyền tải

TFCI

Transport Format Combination
Indicator

Chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền
tải

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

TDMA

x


UMB

Ultra Mobile Broadband

Băng thông di động siêu rộng

UMTS

Universal Mobile
Telecommunications System

Hệ thống thông tin di động toàn
cấu

USIM

UMTS SIM

UTRA
UTRAN

UMTS Terrestrial Radio Access
UMTS Terrestrial Radio Access
Network

Uu
VP

Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
UMTS
Giao diện được sử dụng để thông
tin giữa nút B và UE

Voice over IP

Thoại trên IP

WCDMA Wideband Code Division Multiple
Access

Đa truy nhập phân chia theo mã
băng rộng

WiFi

Chất lượng không dây cao

Wireless Fidelitity

xi


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Phân loại các dịch vụ ở 3GWDCMA UMTS ...........................................12
Bảng 2.1. Danh sách các kênh logic .........................................................................36
Bảng 2.2. Danh sách các kênh truyền tải ..................................................................38
Bảng 2.3. Danh sách các kênh vật lý ........................................................................40
Bảng 3.1. Các thông số tốc độ đỉnh R6 HSPA .........................................................52
Bảng 3.2. Các loại đầu cuối HSDPA khác nhau.......................................................69
Bảng 3.3. Các loại đầu cuối R6 HSUPA. ………………………………...……….79

xii


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G................................. 4
Hình 1.2 Lịch trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP.......................................................... 5

Hình 1.3 Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP......................... 5
Hình 1.4 Kiến trúc tổng quát của một mạng di động kết hợp cả CS và PS ........................... 6
Hình 1.5 Chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS)................................................ 8
Hình 1.6 Đóng bao và tháo bao cho gói IP trong quá trình truyền tunnel............................. 9
Hình 1.7 Thiết lập kết nối tunnel trong chuyển mạch tunnel .............................................. 10
Hình 1.8 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3 ....................................................................... 14
Hình 1.9 Vai trò logic của SRNC và DRNC ....................................................................... 17
Hình 1.10 Kiến trúc mạng phân bố của phát hành 3GPP R4............................................... 23
Hình 1.11 Kiến trúc mạng 3GPP R5 và R6 ......................................................................... 26
Hình 1.12 Chuyển đổi dần từ R4 sang R5 ........................................................................... 28
Hình 1.13 Kiến trúc đồng tồn tại GSM và UMTS (phát hành 3GR1.1).............................. 29
Hình 1.14 Kiến trúc mạng RAN tích hợp phát hành 3GR2 (R2.1). .................................... 30
Hình 1.15 Kiến trúc RAN thống nhất của 3GR3.1.............................................................. 31
Hình 2.1 Kiến trúc giao thức vô tuyến cho UTRA FDD. .................................................... 34
Hình 2.2 Chuyển đổi giữa các LoCH và TrCH trên đường lên và đường xuống. .............. 39
Hình 2.3 Tổng kết các kiểu kênh vật lý ............................................................................... 40
Hình 2.4 Chuyển đổi giữa các kênh truyền tải và các kênh vật lý....................................... 44
Hình 2.5 Ghép các kênh truyền tải lên kênh vật lý.............................................................. 45
Hình 2.6 Các thủ tục truy nhập ngẫu nhiên RACH và truy nhập gói .................................. 45
Hình 2.7 Báo hiệu thiết lập cuộc gọi. .................................................................................. 47
Hình 2.8 Thí dụ về giải thuật SHO ...................................................................................... 49
Hình 3.1 Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) hoặc chung sóng mang với
WCDMA(f1)........................................................................................................................ 52
Hình 3.2 Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện (trường hợp HSDPA) ..................... 53
Hình 3.3 Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA cho số liệu người sử dụng ..... 54
Hình 3.4 Các chức năng mới trong các phần tử của WCDMA khi đưa vào HSPA. ........... 55

xiii

Hình 3.5 Cấu trúc thời gian-mã của HS-DSCH................................................................... 56
Hình 3.6 Lập biểu phụ thuộc kênh cho HSDPA.................................................................. 58
Hình 3.7 Nguyên lý lập biểu HSDPA của nút B ................................................................. 59
Hình 3.8 Mã hóa turbo và đục lỗ ......................................................................................... 60
Hình 3.9 Chùm tín hiệu điều chế QPSK, 16-QAM và khoảng cách cực tiểu giữa hai điểm
tín hiệu ................................................................................................................................. 61
Hình 3.10 Nguyên lý xử lý phát lại của nút B ..................................................................... 63
Hình 3.11 HARQ kết hợp phần dư tăng sử dụng mã turbo ................................................. 64
Hình 3.12 Kiến trúc HSDPA ............................................................................................... 65
Hình 3.13 Cấu trúc kênh HSDPA kết hợp WCDMA .......................................................... 66
Hình 3.14 Sơ đồ MIMO 2x2................................................................................................ 68
Hình 3.15 Nguyên lý lập biểu HSUPA của nút B ............................................................... 72
Hình 3.16 Chương trình khung lập biểu của HSUPA ......................................................... 73
Hình 3.17 Kiến trúc mạng được lập cấu hình E-DCH (và HS-DSCH). .............................. 76
Hình 3.18 Các kênh cần thiết cho một UE có khả năng HSUPA ........................................ 77
Hình 3.19 Cấu trúc kênh tổng thể với HSDPA và HSUPA................................................. 77
Hình 3.20 Sự kiện đo và báo cáo ô (đoạn ô) phục vụ HS-DSCH tốt nhất........................... 80
Hình 3.21 Chuyển giao HS-DSCH giữa hai đoạn ô thuộc cùng một nút B......................... 81
Hình 3.22 Chuyển giao HS-DSCH giữa các đoạn ô thuộc hai RNC khác nhau ................. 82
Hình 3.23 Chuyển giao HS-DSCH từ nút B có HS-DSCH sang một nút B chỉ có DCH.... 83
Hình 4.1 Sơ đồ minh họa cấu trúc tổng thể mạng 3G của Viettel. ...................................... 86
Hình 4.2 Vị trí của RNC,Node B trong hệ thống 3G........................................................... 88
Hình 4.3 Cấu trúc UTRAN .................................................................................................. 89
Hình. 4.4 Vai trò logic của SNRC và DNRC ...................................................................... 90
Hình 4.5 Các giao diện của RNC......................................................................................... 91
Hình 4.6 Mô hình giao thức tổng quát UTRAN .................................................................. 92
Hình 4.7 Cấu trúc giao thức của RNC ................................................................................. 95
Hình 4.8 Vị trí phần cứng tủ chứa RNC 3820 ................................................................... 95
Hình 4.9 Kiến trúc phần cứng RNC 3820.......................................................................... 97

xiv


Hình 4.10 Cấu trúc phần cứng RBS 3206............................................................................ 98
Hình 4.11 Sơ đồ khối chức năng cơ bản của RBS 3206..................................................... 99
Hình 4.12 Các giao diện của hệ thống PS core.................................................................. 100
Hình 4.13 Sơ đồ lưu lượng của dịch vụ mobile internet................................................... 101
Hình 4.14 Cấu hình kích hoạt một số tính năng phục vụ HSPA ....................................... 102
Hình 4.15 Cấu hình các thông số trên Nút B ..................................................................... 103

xv


MỞ ĐẦU
HSDPA (High Speech Downlink Packet Access: truy nhập gói đường xuống
tốc độ cao) là một mở rộng của các hệ thống 3G WCDMA UMTS đã có thể cung
cấp tốc độ lên đến 10 Mbps trên đường xuống. HSDPA là một chuẩn tăng cường
của 3GPP-3G nhằm tăng dung lượng đường xuống bằng cách thay thế điều chế
QPSK trong 3G UMTS bằng 16QAM trong HSDPA. HSDPA hoạt động trên cơ sở
kết hợp ghép kênh theo thời gian (TDM) với ghép kênh theo mã và sử dụng thích
ứng đường truyền. Nó cũng đưa ra một kênh điều khiển riêng để đảm bảo tốc độ
truyền dẫn số liệu. Các kỹ thuật tương tự cũng được áp dụng cho đường lên trong
chuẩn HSUPA (High Speech Uplink Packet Access). Hai công nghệ truy nhập
HSDPA và HSUPA được gọi chung là HSPA (High Speed Packet Data). Để làm
cho công nghệ 3GPP UTRA/UTRAN mang tính cạnh tranh hơn nữa (chủ yếu là để
cạnh tranh với các công nghệ mới của 3GPP2 và WiMAX), 3GPP quyết định phát
triển E-UTRA và E-UTRAN (E: Elvolved ký hiệu cho phát triển) còn được gọi là
siêu 3G (Super-3G) hay LTE (Long Term Evolution) mà thực chất là giai đoạn đầu
4G. Công việc phát triển sẽ tiến hành trong 10 năm và sau đó như là sự phát triển
dài hạn (LTE: Long Term Evolution) của công nghệ truy nhập vô tuyến 3GPP.

Trong giai đoạn này tốc độ số liệu đạt được 30-100Mbps với băng thông 20MHz.
Tiếp sau LTE, IMT-Adv (IMT tiên tiến) sẽ được phát triển, đây sẽ là thời kỳ phát
triển của 4G với tốc độ từ 100 đến 1000 Mbps và băng thông 100MHz.
Chính thức được đưa vào hoạt động lần đầu tiên vào năm 2005, tính đến cuối
năm 2006 đã có 19 nhà cung cấp 66 sản phẩm ứng dụng công nghệ HSDPA, trong
đó có 32 sản phẩm điện thoại di động.Với những cải tiến mang tính đột phá,
HSDPA là một công nghệ đang được chú trọng phát triển. Trên thực tế, thị trường
của HSDPA phát triển mạnh mẽ nhất, đặc biệt là ở giai đoạn khởi đầu, là ở những
nước phát triển, nơi có lượng khách hàng khổng lồ sử dụng điện thoại di động chất
lượng cao. Lý do là vì những chiếc điện thoại HSDPA sẽ có giá thành cao hơn hẳn

1


những chiếc điện thoại thông thường – được nhắm vào thị trường những nước phát
triển thấp hơn.
Mục đích của luận văn:
• Giới thiệu chung về mạng 3G WCDMA UMTS và xu hướng công nghệ
trong các năm tiếp theo.
• Tập trung vào nghiên cứu công nghệ truy nhập gói tốc độ cao cao ( HSPA ),
các kĩ thuật chính được sử dụng nhằm đảm bảo yêu cầu truy cập tốc độ cao
cho cả đường xuống và đường lên
• Ứng dụng của những kĩ thuật đó trong mạng Viettel.
Nội dung luận văn bao gồm :
Mở đầu: Giới thiệu chung về công nghệ truy cập gói tốc độ cao, các vấn đề sẽ
nghiên cứu trong luận văn.
Chương 1: Nghiên cứu tổng quan quá trình phát triển thông tin di động lên 4G.
Các phát hành đánh dấu các mốc quan trọng phát triển mạng 3G
WCDMA UMTS được xét: R3, R4, R5 và R6.. Ngoài ra IMS vẫn còn
chứa chuyển mạch mềm để hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch kênh (MGCF).

Hiện nay mạng 3GWCDMA UMTS đang ở giai doạn chuyển dần từ R4
sang R5 và R6.
Chương 2: Trước hết chương này trình bày ngăn xếp giao thức của giao diện vô
tuyến và các kênh logic, kênh truyền tải, kênh vật lý được tạo nên ở giao
diện này. Tiếp theo cấu trúc của các kênh này được trình bày cụ thể. Các
kênh được chia thành hai loại: kênh điều khiển, báo hiệu và kênh để
truyền lưu lượng. WCDMA có thể sử dụng chuyển giao cứng hoặc mềm.
Chuyển giao mềm chỉ được thực hiện trên cùng một tần số và trong cùng
một hệ thống Cuối chương một số thông số và thông tin quan trọng liên
quan đến máy thu và máy phát vô tuyến của UE cũng như CODEC thoại

2


cho WCDMA cũng được trình bày.
Chương 3: HSPA là công nghệ tăng cường cho 3G WCDMA còn được gọi là 3G+.
HSPA là công nghệ truyền dẫn gói phù hợp cho truyền thông đa phương
tiện IP băng rộng. HSDPA sử dụng kênh chia sẻ đường xuống trên cơ sở
ghép nhiều kênh mã với hệ số trải phổ SF=16, trong đó tối đa số kênh mã
dành cho lưu lượng lên đến 15 và một kênh mã được dành cho báo hiệu và
điều khiển. HSUPA sử dụng kênh tăng cường E-DCH để truyền lưu
lượng. Cả HSDPA và HSUPA đều sử dụng truyền dẫn thích ứng trên cở
sở lập biểu và HARQ. Điểm khác biệt giữa HSDPA và HSUPA là
HSDPA không sử dụng điều khiển công suất và chuyển giao mềm trái lại
HSUPA sử dụng cả hai kỹ thuật này, ngoài ra HSUPA chỉ sử dụng một
kiểu điều chế BPSK vì thế nó không áp dụng kỹ thuật điều chế mà mã hóa
thích ứng (AMC: Adaptive Modulation and Coding).
Chương 4: Nghiên cứu và đánh giá về việc triển khai mạng 3G UMTS WCDMA
nói chung cũng như công nghệ truy nhập gói tốc độ cao UMTS tại
Viettel. Trình bày một số ứng dụng đã triển khai thực tế và kết quả thu

được .
Phần kết luận: Tóm tắt kết quả nghiên cứu và khuyến nghị.

3


Chương 1. TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA UMTS
1.1 Giới thiệu chung
Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba IMT-2000 đã
được đề xuất, trong đó hai hệ thống WCDMA UMTS và cdma-2000 đã được ITU
chấp thuận và đã được đưa vào hoạt động. Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ
CDMA điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến
của hệ thống thông tin động thế hệ ba.
Trong chương này sẽ trình bày khái quát chung về sự phát triển của các hệ
thống thông tin di động lên 4G, kiến trúc chung của một mạng 3G; các kiến trúc R3,
R4, R5 và R6 của mạng thông tin di động 3G WCDMA UMTS.

1.2 Lộ trình phát triển thông tin di động lên 4G
Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G được cho trên
hình 1.1 và lộ trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP được cho trên hình 1.2

Hình 1.1. Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G

4


Hình 1.2. Lịch trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP
Hình 1.3. cho thấy lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của
3GPP

Hình 1.3. Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP

1.3 Kiến trúc chung của một hệ thống thông tin di động 3G
Mạng thông tin di động (TTDĐ) 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
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 1.4 dưới đây cho thấy thí dụ về một kiến trúc tổng quát của TTDĐ
3G kết hợp cả CS và PS trong mạng lõi.

5


Hình 1.4. Kiến trúc tổng quát của một mạng di động kết hợp cả CS và PS
Các miền chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS) được thể hiện
bằng một nhóm các đơn vị chức năng lôgic: trong thực hiện thực tế các miền chức
năng này được đặt vào các thiết bị và các nút vật lý. Chẳng hạn có thể thực hiện
chức năng chuyển mạch kênh CS (MSC/GMSC) và chức năng chuyển mạch gói
(SGSN/GGSN) trong một nút duy nhất để được một hệ thống tích hợp cho phép
chuyển mạch và truyền dẫn các kiểu phương tiện khác nhau: từ lưu lượng tiếng đến
lưu lượng số liệu dung lượng lớn.
3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications System: Hệ thống thông
tin di động toàn cầu) có thể sử dụng hai kiểu RAN. Kiểu thứ nhất sử dụng công
nghệ đa truy nhập WCDMA (Wide Band Code Devision Multiple Acces: đa truy
nhập phân chia theo mã băng rộng) được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio
Network: mạng truy nhập vô tuyến mặt đất của UMTS). Kiểu thứ hai sử dụng công
nghệ đa truy nhập TDMA được gọi là GERAN (GSM EDGE Radio Access
Network: mạng truy nhập vô tuyến dưa trên công nghệ EDGE của GSM). Tài liệu

chỉ xét đề cập đến công nghệ duy nhất trong đó UMTS được gọi là 3G WCDMA
UMTS

1.4 Các loại chuyển mạch trong mạng 3G
3G cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh như tiếng, video và các dịch vụ
chuyển mạch gói chủ yếu để truy nhập internet.

6


Chuyển mạch kênh (CS: Circuit Switch) là sơ đồ chuyển mạch trong đó
thiết bị chuyển mạch thực hiện các cuộc truyền tin bằng cách thiết lập kết nối chiếm
một tài nguyên mạng nhất định trong toàn bộ cuộc truyền tin. Kết nối này là tạm
thời, liên tục và dành riêng. Tạm thời vì nó chỉ được duy trì trong thời gian cuộc
gọi. Liên tục vì nó được cung cấp liên tục một tài nguyên nhất định (băng thông hay
dung lượng và công suất) trong suốt thời gian cuộc gọi. Dành riêng vì kết nối này
và tài nguyên chỉ dành riêng cho cuộc gọi này. Thiết bị chuyển mạch sử dụng cho
CS trong các tổng đài của TTDĐ 2G thực hiện chuyển mạch kênh trên trên cơ sở
ghép kênh theo thời gian trong đó mỗi kênh có tốc độ 64 kbps và vì thế phù hợp cho
việc truyền các ứng dụng làm việc tại tốc độ cố định 64 kbps (chẳng hạn tiếng được
mã hoá PCM).
Chuyển mạch gói (PS: Packet Switch) là sơ đồ chuyển mạch thực hiện phân
chia số liệu của một kết nối thành các gói có độ dài nhất định và chuyển mạch các
gói này theo thông tin về nơi nhận được gắn với từng gói và ở PS tài nguyên mạng
chỉ bị chiếm dụng khi có gói cần truyền. Chuyển mạch gói cho phép nhóm tất cả
các số liệu của nhiều kết nối khác nhau phụ thuộc vào nội dung, kiểu hay cấu trúc
số liệu thành các gói có kích thước phù hợp và truyền chúng trên một kênh chia sẻ.
Việc nhóm các số liệu cần truyền được thực hiện bằng ghép kênh thống kê với ấn
định tài nguyên động. Các công nghệ sử dụng cho chuyển mạch gói có thể là Frame
Relay, ATM hoặc IP.

Hình 1.5. cho thấy cấu trúc của CS và PS.

7


Hình 1.5. Chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS).
Dịch vụ chuyển mạch kênh (CS Service) là dịch vụ trong đó mỗi đầu cuối
được cấp phát một kênh riêng và nó toàn quyển sử dụng tài nguyên của kênh này
trong thời gian cuộc gọi tuy nhiên phải trả tiền cho toàn bộ thời gian này dù có
truyền tin hay không. Dịch vụ chuyển mạch kênh có thể được thực hiện trên chuyển
mạch kênh (CS) hoặc chuyển mạch gói (PS). Thông thường dịch vụ này được áp
dụng cho các dịch vụ thời gian thực (thoại).
Dịch vụ chuyển mạch gói (PS Service) là dịch vụ trong đó nhiều đầu cuối
cùng chia sẻ một kênh và mỗi đầu cuối chỉ chiếm dụng tài nguyên của kênh này khi
có thông tin cần truyền và nó chỉ phải trả tiền theo lượng tin được truyền trên kênh.
Dịch vụ chuyển mạch gói chỉ có thể được thực hiện trên chuyển mạch gói (PS).
Dịch vụ này rất rất phù hợp cho các dịch vụ phi thời gian thực (truyền số liệu), tuy
nhiên nhờ sự phát triển của công nghệ dịch vụ này cũng được áp dụng cho các dịch
vụ thời gian thực (VoIP).
Chuyển mạch gói có thể thực hiện trên cơ sở ATM hoặc IP.
ATM (Asynchronous Transfer Mode: chế độ truyền dị bộ) là công nghệ
thực hiện phân chia thông tin cần phát thành các tế bào 53 byte để truyền dẫn và

8


chuyển mạch. Một tế bào ATM gồm 5 byte tiêu đề (có chứa thông tin định tuyến)
và 48 byte tải tin (chứa số liệu của người sử dụng). Thiết bị chuyển mạch ATM cho
phép chuyển mạch nhanh trên cơ sở chuyển mạch phần cứng tham chuẩn theo thông
tin định tuyến tiêu đề mà không thực hiện phát hiện lỗi trong từng tế bào. Thông tin

định tuyến trong tiêu đề gồm: đường dẫn ảo (VP) và kênh ảo (VC). Điều khiển kết
nối bằng VC (tương ứng với kênh của người sử dụng) và VP (là một bó các VC)
cho phép khai thác và quản lý có khả năng mở rộng và có độ linh hoạt cao. Thông
thường VP được thiết lập trên cơ sở số liệu của hệ thống tại thời điểm xây dựng
mạng. Việc sử dụng ATM trong mạng lõi cho ta nhiều cái lợi: có thể quản lý lưu
lượng kết hợp với RAN, cho phép thực hiện các chức năng CS và PS trong cùng
một kiến trúc và thực hiện khai thác cũng như điều khiển chất lượng liên kết.
Chuyển mạch hay Router IP (Internet Protocol) cũng là một công nghệ
thực hiện phân chia thông tin phát thành các gói được gọi là tải tin (Payload). Sau
đó mỗi gói được gán một tiêu đề chứa các thông tin địa chỉ cần thiết cho chuyển
mạch. Trong thông tin di động do vị trí của đầu cuối di động thay đổi nên cần phải
có thêm tiêu đề bổ sung để định tuyến theo vị trí hiện thời của máy di động. Quá
trình định tuyến này được gọi là truyền đường hầm (Tunnel). Có hai cơ chế để thực
hiện điều này: MIP (Mobile IP: IP di động) và GTP (GPRS Tunnel Protocol: giao
thức đường hầm GPRS). Tunnel là một đường truyền mà tại đầu vào của nó gói IP
được đóng bao vào một tiêu đề mang địa chỉ nơi nhận (trong trường hợp này là địa
chỉ hiện thời của máy di động) và tại đầu ra gói IP được tháo bao bằng cách loại bỏ
tiêu đề bọc ngoài (hình 1.6).

Hình 1.6. Đóng bao và tháo bao cho gói IP trong quá trình truyền tunnel

9