Quy hoạch và triển khai mạng thế hệ thứ 3 w CDMA của EVNTelecom

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

.......................................
Nguyễn Thị Tuyết

Quy hoạch và triển khai mạng thế hệ thứ ba W-CDMA của
EVNTelecom
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS.Lê Quang Minh

HÀ NỘI – 2010


MỤC LỤC

Trang phụ bìa .....................................................................................................
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt..............................................................
Danh mục các bảng ...........................................................................................
Danh mục các hình vẽ, đồ thị.............................................................................
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 12
Chương 1 - HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ CDMA .......................... 13
1.1 Sơ lược lịch sử hệ thống thông tin di động số CDMA ................................ 13
1.0

Giới thiệu hệ thống thông tin di động số CDMA.................................... 14

1.3 Những ưu điểm của hệ thống thông tin di động CDMA ............................. 17
1.3.1. Ưu điểm của CDMA.................................................................... 17
1.3.2. Những ưu điểm của CDMA băng rộng........................................ 18

1.4 Phân bố phổ tần cho IMT-2000 [2] [10].................................................... 20
1.5 Hệ thống thông tin di động thế hệ ba W- CDMA........................................ 20
Chương 2 - CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG W – CDMA... 22
1.0

Cấu trúc tổng quát của hệ thống thông tin di động W- CDMA.............. 22

2.0

Chức năng của các phần tử trong hệ thống W- CDMA.......................... 23
2.2.1. Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN .............................................. 23
2.2.2. Mạng lõi CN................................................................................. 25
2.2.3. Thiết bị người sử dụng UE........................................................... 26

1.3

Các loại kênh của W- CDMA ................................................................. 27
2.3.1. Các kênh truyền tải ...................................................................... 27
2.3.2. Các kênh vật lý............................................................................. 30
2.3.3 Các kênh logic............................................................................... 37

2.4. Điều khiển công suất và chuyển giao trong W- CDMA............................. 39
2.4.1. Điều khiển công suất trong W- CDMA ....................................... 39
Chương 3 - QUY HOẠCH VÀ TRIỂN KHAI MẠNG 3G W-CDMA............... 41

1


3.1. Cơ sở ban đầu ............................................................................................ 41
3.2. Các nguyên tắc định cỡ mạng.................................................................... 42

3.3. Dự báo lưu lượng....................................................................................... 43
3.3.1. Dự báo thuê bao ........................................................................... 44
3.3.2. Dự báo sự sử dụng thoại .............................................................. 44
3.3.3. Dự báo sự sử dụng số liệu............................................................ 45
3.4. Phân tích vùng phủ vô tuyến ...................................................................... 45
3.4.1. Quỹ đường truyền vô tuyến ......................................................... 46
3.4.2. Hiệu suất phủ sóng....................................................................... 52
3.5. Phân tích dung lượng vô tuyến .................................................................. 53
3.5.1. Tính toán hệ số tải........................................................................ 53
3.6. Định cỡ mạng cho thành phố Hà Nội ........................................................ 59
3.6.1. Dự báo lưu lượng ......................................................................... 59
3.6.2 Quy hoạch ô .................................................................................. 64
Chương 4 - MÔ HÌNH TRIỂN KHAI MẠNG EVNTELECOM....................... 66
4.1.1 Phần mạng lõi ( Core network ).................................................... 67
4.1.2 Mạng truy nhập vô tuyến ( RAN ) ................................................ 68
4.1.3 Phần dịch vụ giá trị gia tăng ( VAS )............................................ 69
4.1.4 Phần báo hiệu STP ........................................................................ 76
4.2 Kiến trúc mạng 3G WCDMA các giai đoạn sau......................................... 77
4.2.1 Nguyên tắc thiết kế kiến trúc mạng WCDMA của EVNTelecom
các giai đoạn sau ............................................................................................... 77
4.2.2 Chi tiết kiến trúc mạng của EVNTelecom các giai đoạn tiếp theo77
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 80

2


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ACCH

Associated Control Channel

Kênh điều khiển liên kết

ACI

Adjacent Channel Interference

Nhiễu kênh lân cận

ACIR

Adjacent Channel Intrference Ratio

Tỉ số nhiễu kênh lân cận

AD

Analog to Digital Converter

Bộ chuyển đổi tương tự số

ADPCM

Adaptive Differential
Modulation

AI

Acquysition Indicator

Chỉ thị bắt

AICH

Acquysition Indication Channel

Kênh chỉ thị bắt

ALCAP

Access Link
Protocol

ALM

Alarm

Cảnh báo

AMPS

Advanced Mobile Phone System

Hệ thống điện thoại di động tiên
tiến

AMR

Adaptive Multi-Rate

Codec tiếng ở W- CDMA sử
dụng kĩ thuật đa tốc độ thích ứng

AMS

Administration&Maintenance
Subsystem

Phân hệ quản trị và bảo dưỡng

AP

Access Preamble

Tiền tố thâm nhập

AS

Access Stratum

Tầng thâm nhập

ASS

Access Switching Subsystem

Phân hệ chuyển mạch truy cập

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Chế độ truyền dị bộ

AUC

Authentication Center

Trung tâm nhận thực

AWGN

Additive White Gaussian Noise

Tạp âm Gauss trắng cộng

BCCH

Broadcast Control Channel

Kênh điều khiển quảng bá

Pulse

Control

CodeBộ điều chế xung mã vi sai thích
nghi

ApplicationGiao thức điều khiển đoạn nối
thâm nhập

3


BCH

Broadcast Channel

Kênh quảng bá

BER

Bit Error Rate

Tỉ số lỗi bit

BHCA

Busy Hour Call Attempts

Số lần thử gọi trong giờ cao điểm

BS

Base Station

Trạm gốc

BSC

Base Station Controller

Bộ điều khiển trạm gốc

BSS

Base Station System

Hệ thống trạm gốc

BTS

Base Transceiver Station

Trạm thu phát gốc

CCCH

Common Control Channel

Kênh điều khiển chung

CCH

Common Channel

Kênh chung

CCI

Common Channel Interference

Nhiễu kênh chung

CCPCH

Common Control Physical Channel

Kênh vật lý điều khiển chung

CCTrCH

Coded Composite Transport Channel Kênh truyền tải hỗn hợp

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

CI

Cell Identity

Mã nhận dạng ô

CN

Core Network

Mạng lõi

CPCH

Common Packet Channel

Kênh gói chung

CPICH

Common Pilot Channel

Kênh hoa tiêu chung

CRC

Cyclic Redundancy Code

Mã vòng dư

CRNC

Controlling RNC

RNC điều khiển

CS - ACELP Conjugate Structure -Algebaic CodeDự báo tuyến tính kích thích theo
Excited Linear Prediction

mã đại số- Cấu trúc phức hợp
DCCH

Dedicated Control Channel

Kênh điều khiển riêng

DCH

Dedicated Channel

Kênh riêng

DPCCH

Dedicated Phycical Control Channel

Kênh điều khiển vật lý riêng

DPCH

Dedicated Phycical Channel

Kênh vật lý riêng

4


DPDCH

Dedicated Phycical Data Channel

Kênh số liệu vật lý chung

DRNC

Drift Radio Network Controller

Bộ điều khiển mạng vô tuyến trôi

DRNS

Drift RNS

RNS trôi

DS

Direct Sequence Spread Spectrum

Trải phổ chuỗi trực tiếp

DS

Direct Sequence

Trải phổ chuỗi trực tiếp

DSCH

Downlink Shared Channel

Kênh dùng chung đường xuống

DTCH

Dedicated Traffic Channel

Kênh lưu lượng riêng

DTX

Discontinuous Transmission

Phát không liên tục

EIR

Equipment Identity Register

Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị

EIRP

Effective Isotropically Radiated Power Công suất phát xạ đẳng hướng
hiệu dụng

ERP

Effective Radiated Power

ETSI

European
TelecommunicationsViện tiêu chuẩn viễn thông châu
Standards Institude
Âu

EVRC

Enhanced Variable Rate Coder

Bộ mã hoá tốc độ thay đổi tăng
cường

FACH

Forward Access Channel

Kênh thâm nhập đường xuống

FCC

Federal Communication Commission Ủy ban thông tin liên bang

FDD

Frequency Division Duplex

FDMA

Frequence Division Multiple Accsess Đa truy nhập phân chia theo tần
số

FEC

Forward Error Correction

Sửa lỗi trước

FER

Frame Error Rate

Tỉ lệ lỗi khung

FM

Frequence Modulation

Điều chế tần số

GGSN

Gateway GPRS Support Node

Nút hỗ trợ GPRS cổng

GMSC

Gateway Mobile Switching Center

Trung tâm chuyển mạch di động

Công suất phát xạ hiệu dụng

5

Ghép song công phân chia theo
tần số


cổng
GPRS

General Packet Radio System

Hệ thống vô tuyến gói chung

GPS

Global Positioning System

Hệ thống định vị toàn cầu

GSM

Global System for Mobile

Hệ thống di động toàn cầu

GTP

Tunneling Protocol

Giao thức đường hầm

IMT-2000

International
Telecommunication - 2000

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

ISDN

Intergrated Services Digital Network

Mạng số các dịch vụ tích hợp

ITU

International
Union

IWF

Inter Working Function

Chức năng kết nối liên mạng

LAC

Link Access Control

Điều khiển thâm nhập đoạn nối

LLC

Logical Link Control

Điều khiển đoạn nối logic

MAC

Medium Access Control

Điều khiển thâm nhập môi trường

ME

Mobile Equipment

Thiết bị di động

MHT

Mean Holding Time

Thời gian giữ trung bình của
cuộc gọi

MS

Mobile Station

Trạm di động

MSC

Mobile Switching Center

Trung tâm chuyển mạch di động

MTP

Massage Transfer Part

Phần truyền bản tin

MTP3

Massage Transfer Part level 3

Phần truyền bản tin mức 3

PCCH

Paging Control Channel

Kênh điều khiển tìm gọi

PCCPCH

Primary Common Control PhysicalKênh vật lý điều khiển chung sơ
Channel
cấp

PCH

Paging Channel

MobileThông tin di động quốc tế -2000

TelecommunicationLiên minh viễn thông quốc tế

Kênh tìm gọi

6


PCPCH

Physical Common Packet Channel

Kênh gói chung vật lý

PCS

Personal Communication System

Hệ thống thông tin cá nhân

PDC

Personal Digital Cellular

Hệ thống vô tuyến số chia ô cá
nhân

PDSCH

Physical Downlink Shared Channel

Kênh dùng chung đường xuống
vật lý

PG

Processing Gain

Độ lợi xử lý

PI

Page Indicator

Chỉ thị tìm gọi

PICH

Paging Indication Channel

Kênh chỉ thị tìm gọi

PRACH

Physical Random Access Channel

Kênh thâm nhập ngẫu nhiên vật
lý

PSC

Primary Synchronization Code

Mã đồng bộ sơ cấp

PSCH

Physical Shared Channel

Kênh dùng chung vật lý

PSTN

Public Switching Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng

RAB

Radio Access Bearer

RANAP

Radio Access Network ApplicationPhần ứng dụng mạng thâm nhập
Part
vô tuyến

RAN

Radio Access Network

Mạng thâm nhập vô tuyến

RLC

Radio Link Control

Điều khiển đoạn nối vô tuyến

RNC

Radio Network Controller

Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RNSAP

Radio Network Subsystem ApplicationPhần ứng dụng hệ thống con
Part
mạng vô tuyến

RNS

Radio Network Subsystem

Hệ thống con mạng vô tuyến

RRC

Radio Resource Control

Điều khiển tài nguyên vô tuyến

RACH

Random Access Channel

Kênh thâm nhập ngẫu nhiên

RRM

Radio Resource Management

Quản lý tài nguyên vô tuyến

Vật mang thâm nhập vô tuyến

7


SRNS

Serving RNS

RNS phục vụ

SCCPCH

Secondary Common Control PhysicalKênh vật lý điều khiển chung thứ
cấp
Channel

SF

Spreading Factor

Hệ số trải phổ

SRNC

Serving RNC

RNC phục vụ

SSC

Secondary Synchronization Code

Mã đồng bộ thứ cấp

SGSN

Serving GPRS Support Node

Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS

TCP

Transmision Control Protocol

Giao thức điều khiển truyền dẫn

TCH

Traffic Channel

Kênh lưu lượng

TDD

Time Division Duplex

Ghép song công phân chia theo
thời gian

TrCH

Transport Channel

Kênh truyền tải

TF

Transport Format

Khuôn dạng truyền tải

TFCI

Transport
Indicator

TFI

Transport Format Indentification

Nhận dạng khuôn dạng truyền tải

TPC

Transmit Power Control

Điều khiển công suất phát

UTRAN

Universal Terrestrial Radio AccesMạng thâm nhập vô tuyến mặt
Network
đất toàn cầu

UE

User Equypment

UMTS

Universal Mobile TelecommunicationHệ thống viễn thông di động toàn
System
cầu

USIM

UMTS Subcriber Identity Module

Module nhận dạng thuê bao
UMTS

VA

Voice Activity Factor

Hệ số tích cực tiếng

VBR

Variable Bit Rate

Tốc độ bít khả biến

W- CDMA

Wideband Code Division MultipleĐa thâm nhập vô tuyến phân chia
Access
theo mã băng rộng

Format

CombinationChỉ thị tổ hợp khuôn dạng truyền
tải

Thiết bị người sử dụng

8


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Các thông số giao diện vô tuyến của hệ thống W- CDMA.................. 20
Bảng 3.1. Quỹ đường truyền cho đường lên ........................................................ 47
Bảng 3.2. Quỹ đường truyền cho đường xuống ................................................... 48
Bảng 3.3. Giá trị K cho tính toán diện tích ô....................................................... 53
Bảng 3.4. Mối quan hệ giữa dự trữ nhiễu được yêu cầu với tải đường lên......... 53
Bảng 3.5. Các thông số sử dụng để tính toán hệ số tải đường lên ...................... 55
Bảng 3.6. Các thông số được sử dụng để tính toán tải đường xuống.................. 56

Bảng 3.7. Dự trữ đường truyền đường xuống cho dịch vụ thoại......................... 57
Bảng 3.8. Các dịch vụ và yêu cầu chất lượng...................................................... 59
Bảng 3.9. Dự báo lưu lượng cho hệ thống WCDMA quy hoạch lần đầu cho từng
loại hình vùng phủ.......................................................................................... 61
Bảng 3.10. Dự báo lưu lượng cho hệ thống WCDMA (Erlang và Mbps) ........... 62
Bảng 3.11. Tổng kết tải lưu lượng dự kiến........................................................... 63
Bảng 3.12. Tổng số trạm cho hệ thống ................................................................ 65
Bảng 4.1 Số lượng TDM và TPS .......................................................................... 76

9


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Nguyên lý phát và thu CDMA ............................................................... 14
Hình 1.2. Dòng tín hiệu trong quá trình phát và thu CDMA............................... 15
Hình 1.3. Phổ tín hiệu trong quá trình phát và thu CDMA ................................. 16
Hình 1.4. Hiệu quả của việc mở rộng băng tần ................................................... 18
Hình 1.5. Quan hệ giữa độ rộng băng tần và khả năng loại bỏ nhiễu ................ 18
Hình 1.6. Quan hệ giữa dung lượng hệ thống và độ rộng băng tần.................... 19
Hình 1.7. Phân bố phổ tần cho IMT-2000 ........................................................... 20
Hình 2.1. Cấu trúc hệ thống W- CDMA............................................................... 22
Hình 2.2. Cấu trúc chức năng của hệ thống UMTS............................................. 24
Hình 2.3. Giao diện giữa các lớp cao và lớp vật lý ............................................. 30
Hình 2.4. Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý................................... 30
Hình 2.5. Cấu trúc khung vô tuyến cho kênh DPDCH/DPCCH ......................... 31
Hình 2.6. Sơ đồ tổng quát trải phổ và ghép kênh vật lý đường lên DPCCH và
DPDCH .......................................................................................................... 32
Hình 2.7. Số thứ tự các khe thâm nhập RACH và khoảng cách giữa chúng ....... 33
Hình 2.8. Cấu trúc khung vô tuyến cho kênh DPCH đường xuống..................... 34

Hình 2.9. Cấu trúc khung vô tuyến của CPICH .................................................. 34
Hình 2.10. Cấu trúc khung cho kênh P-CCPCH ................................................. 35
Hình 2.11. Cấu trúc khung vô tuyến cho kênh S-CCPCH ................................... 35
Hình 2.12. Cấu trúc khung vô tuyến kênh SCH ................................................... 36
Hình 2.13. Cấu trúc khung vô tuyến kênh PDSCH.............................................. 36
Hình 2.14. Cấu trúc khung vô tuyến kênh AICH ................................................. 37
Hình 2.15. Các loại kênh logic............................................................................. 37
Hình 2.16. Ánh xạ giữa các kênh logic và các kênh truyền tải............................ 38
Hình 3.1. Quá trình quy hoạch và triển khai mạng W- CDMA ........................... 41
Hình 3.2. Quá trình định cỡ mạng ....................................................................... 42

10


Hình 3.3. Bán kính vùng phục vụ của một trạm phát đối với các tốc độ dịch vụ
khác nhau ....................................................................................................... 45
Hình 3.4. Mô hình truyền sóng giữa trạm thu phát và thiết bị đầu cuối di động 46
Hình 4.1 Kiến trúc mạng EVNTelecom................................................................ 66
Hình 4.2 Sơ đồ phân bố hệ thống theo các vùng địa lý ....................................... 67
Hình 4.3 Sơ đồ mạng lõi 3G của EVNTelecom.................................................... 68
Hình 4.4 Sơ đồ tổng thể kiến trúc phần VAS........................................................ 69
Hình 4.5. Các lớp dịch vụ của giải pháp ME....................................................... 70
Hình 4.6. Kiến trúc mạng giải pháp ME.............................................................. 71
Hình 4.7 Kiến trúc mạng giải pháp CRBT........................................................... 71
Hình 4.8 Kiến trúc của giải pháp SMS ................................................................ 72
Hình 4.9 Kiến trúc giải pháp MMS...................................................................... 72
Hình 4.10 Vị trí của WAP Gateway trong mạng.................................................. 73
Hình 4.12 Sơ đồ USSD Gateway.......................................................................... 73
Hình 4.13 Kiến trúc Mobile mail ......................................................................... 74
Hình 4.14 Quản lý thiết bị di động....................................................................... 75

Hình 4.15 Hệ thống tính cước online................................................................... 75
Hình 4.16 Hệ thống truyền tải báo hiệu............................................................... 76
Hình 4.17 Sơ đồ kết nối tổng thể và dung lượng kết nối sau 3 năm .................... 77
Hình 4.18 Sơ đồ kết nối tổng thể và dung lượng kết nối sau 5 năm .................... 78

11


MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển về kinh tế xã hội, mạng lưới thông tin liên lạc của Việt
Nam cũng có sự phát triển mạnh mẽ, trong đó có mạng thông tin di động. Tại nước
ta hiện nay có các nhà cung cấp dịch vụ di động lớn như công ty VMS (mạng
MobiFone ), VNP (mạng Vinaphone) và Viettel (mạng Viettel Mobile), liên danh
giữa Vietnam Mobile và EVN Telecom đã tiến hành thử nghiệm và triển khai mạng
3G, từng bước đưa các dịch vụ 3G ra thị trường.
Trong khuôn khổ đề tài này, em tập trung chủ yếu vào việc tìm hiểu về cấu
trúc của mạng thông tin di động 3G W- CDMA và những cơ sở lý thuyết về việc
quy hoạch, định cỡ mạng, cụ thể định cỡ mạng cho khu vực Hà Nội. Mô hình mạng
cụ thể triển khai tại EVNTelecom và đề xuất mô hình mạng các giai đoạn tiếp theo.
Cấu trúc luận văn gồm: Phần mở đầu; Chương 1, 2, 3, 4, phần kết luận và kiến
nghị; tài liệu tham khảo.
Nội dung chính của luận văn:
Chương 1 giới thiệu nguyên lý công nghệ CDMA, tập trung làm nổi bật
những ưu điểm của CDMA, thông tin về phổ tần, công nghệ mã hóa sử dụng trong
W-CDMA.
Chương 2 đi sâu tìm hiểu cấu trúc mạng W- CDMA về mặt giao thức, giao
diện cơ bản, cấu trúc phân loại kênh.
Chương 3 cơ sở quy hoạch và triển khai mạng thông qua việc tìm hiểu về các
phương pháp tính toán vùng phủ, lưu lượng.... Vận dụng nguyên lý để định cỡ mạng
cho khu vực thủ đô Hà Nội.

Chương 4 Mô hình triển khai mạng thực tế của EVNTelecom và đề xuất mô
hình mạng sau 3 đến 5 năm triển khai.
Trong thời gian xây dựng và hoàn thành luận văn cao học, em đã nhận được

12


sự hướng dẫn chu đáo, tận tình của thầy Lê Quang Minh, Viện CNTT, ĐH Quốc Gia
Hà Nội. Em xin chân thành cảm ơn thầy đã nhiệt tình chỉ bảo, giúp đỡ em hoàn
thành luận văn.
Chương 1 - HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ CDMA
1.1 Sơ lược lịch sử hệ thống thông tin di động số CDMA
Công nghệ CDMA xuất phát từ đề nghị của QUALCOM cho các ứng dụng
điện thoại cellular số và đã được chấp nhận bởi uỷ ban TR 45 - 5 của Hiệp hội công
nghiệp viễn thông Hoa Kỳ dùng làm tiêu chuẩn TIA/EIA IS - 95 cho các hệ thống
cellular số [4].
Lý thuyết CDMA đã được xây dựng từ những năm 1950 và được áp dụng
trong thông tin quân sự (Hoa Kỳ) từ những năm 1960. Cùng với sự phát triển mạnh
mẽ của công nghệ bán dẫn, vi điện tử…và kỹ thuật thông tin trong những năm 1980,
hệ thống CDMA dần dần được xã hội hoá thành hệ thống thông tin thương mại vào
những năm 1990 và phát triển mạnh trên thế giới cho đến ngày nay [1, 12]. Có thể
nói ở Việt Nam hiện nay CDMA là một phương thức đa truy nhập tiên tiến và có rất
nhiều ưu việt nhất là trong điều kiện tài nguyên vô tuyến ngày càng hạn hẹp, vì vậy
khả năng phát triển của CDMA tại Việt Nam là rất lớn.
Để đáp ứng các 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 hoá cho hệ thống thông
tin di động toàn cầu IMT – 2000 [10]. ở Châu Âu, ETSI tiến hành tiêu chuẩn hoá
phiên bản của hệ thống này với tên gọi là UMTS. Hệ thống mới này làm việc ở dải
tần 2 GHz [14, 15] 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 hình. Tốc
độ truyền tải của người sử dụng có thể lên tới 2Mbps.
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 . Nhật Bản thì tập trung
vào phát triển và tiêu chuẩn hoá W- CDMA, còn Mỹ thì tập trung vào phát triển hệ

13


thống thông tin di động thế hệ hai IS -95 và mở rộng tiêu chuẩn này đến CDMA
2000 1x [1].
1.2 Giới thiệu hệ thống thông tin di động số CDMA
CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ đa truy nhập phân chia theo mã nên nhiều
người sử dụng có thể chiếm cùng tần số vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi.
Những người sử dụng nói trên được phân biệt nhau nhờ dùng một mã đặc trưng
không trùng với bất kỳ ai.

Hình 1.1 Nguyên lý phát và thu CDMA
Tần số vô tuyến CDMA được dùng lại ở toàn mạng và những kênh dùng tần
số này được phân biệt với nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên. Một kênh CDMA
rộng 1,23 MHz với 2 dải biên phòng vệ mỗi dải rộng 0,27 MHz, tổng cộng một kênh
CDMA được cung cấp 1,77 MHz băng tần. CDMA dùng mã trải phổ có tốc độ chip
(chip rate) 1,228 Mcps. Dòng dữ liệu gốc được mã hoá và điều chế ở tốc độ chip.
Tốc độ này chính là tốc độ mã đầu ra (mã trải phổ giả ngẫu nhiên, PN Pseudonoise: giả tạp âm) của máy phát PN. Một chip là phần dữ liệu gốc được mã
hoá qua cổng XOR [4].

14


Hình 1.2. Dòng tín hiệu trong quá trình phát và thu CDMA

Để nén phổ trở lại dữ liệu gốc, máy thu phải dùng mã nén phổ PN giống hệt
như mã trải phổ PN ở bên phát.
Hình 1.3 biểu thị phổ trong các quá trình phát và thu CDMA, trong đó tốc độ
chip ảnh hưởng đến sự trải rộng phổ tín hiệu gốc. Sự trải phổ tin tức đã phân bố
năng lượng tín hiệu vào một dải tần rộng lớn hơn phổ tín hiệu gốc. ở máy thu, phổ
tín hiệu được nén trở lại phổ tín hiệu gốc ban đầu. Tạp âm nền có phổ rộng sẽ bị
giảm nhỏ do bộ lọc của máy thu sau khi nén phổ. Nhiễu từ các máy di động khác
không được nén phổ cũng tương tự như tạp âm. Nhiễu từ các nguồn phát sóng
không trải phổ nếu có băng tần trùng với băng tần (dải thông) của máy thu CDMA
sẽ bị trải phổ do đó mật độ công suất của nhiễu này sẽ bị giảm xuống. Vậy bản chất
của việc trải phổ ở máy phát và nén phổ ở máy thu là làm cho ảnh hưởng của nhiễu
và tạp âm bị tối thiểu hoá. Do vậy hệ thống thông tin di động CDMA là một hệ
thống có tỷ số tín hiệu trên tạp âm (S/N) rất cao.

15


Hình 1.3. Phổ tín hiệu trong quá trình phát và thu CDMA
Chú thích:
- T: chu kỳ tín hiệu tin tức gốc;
- L: Hệ số trải phổ (L = T/Tchip với Tchip là chu kỳ tín hiệu mã trải phổ);
- BJ : dải thông nhiễu từ các nguồn phát sóng không trải phổ;
- Các tần số gốc 0, fc, f0 tương ứng với nguồn tin, sóng mang, sóng trung tần.
Chuyển giao giữa các cell trong hệ thống CDMA là chuyển giao mềm.
Chuyển giao giữa các dải quạt (sector) trong một cell là chuyển giao mềm hơn
(softer handoff).

16

1.3 Những ưu điểm của hệ thống thông tin di động CDMA
1.3.1. Ưu điểm của CDMA
- Khả năng bảo mật cao nhờ mỗi cuộc gọi được cung cấp một mã giả nhiễu
PN có tính chất ngẫu nhiên đối với kẻ thu trộm cuộc gọi và thông tin được trải phổ
nên năng lượng được phân tán đều trên một băng tần liên tục, rộng mà kẻ thu trộm
không thể nào xác định được [4].
- Hạn chế được tác động của nhiễu bởi vì thông tin được trải phổ ở bên thu
sau đó lại được nén phổ tại bên phát (nghĩa là có sự nhân hai lần với mã PN nên cuối
cùng lại bằng chính tín hiệu cần thông tin) nên không bị phân tán năng lượng trong
khi nhiễu gặp trên đường truyền thì chỉ được nhân với mã PN (tức là nó bị trải phổ)
tại đầu thu do đó năng lượng của nó lại càng bị phân tán ra trên một băng tần rộng
vô hạn do đó tỷ lệ năng lượng trên tần số của nó bị giảm, chính vì thế mà ta thu
được tỷ lệ S/N lớn hơn [4].
- Hệ số dùng lại tần số bằng 1. Nghĩa là trong một nhóm các tế bào lân cận
nhau được phục vụ bởi các BTS khác nhau nhưng đều được sử dụng một tần số sóng
mang giống nhau. Các thuê bao giữa các cell được phân biệt bởi mã PN chứ không
phân chia theo tần số [4].
- Khả năng chống lại hiện tượng fading giữa các sóng do quá trình truyền
sóng bị phản xạ theo nhiều đường khác nhau. Dựa trên kỹ thuật giải điều chế ở máy
thu được gọi là kĩ thuật RAKE, khả năng thu được tối ưu ngay cả trong trường hợp
sóng vô tuyến không nằm trong tầm nhìn thẳng. Kĩ thuật RAKE có khả năng làm
cho các tia sóng đến bên thu đồng pha nhau nên không triệt tiêu lẫn nhau mà còn
làm tín hiệu mạnh lên.
- Trong hệ thống CDMA có khả năng “dung lượng mềm” , tức là có sự
chuyển đổi giữa các thông số hiệu suất mạng sau:
Dung lượng;
Tỷ lệ lỗi (BER);
Tầm truyền đạt vô tuyến;

17

Độ lợi xử lý (phụ thuộc vchip/vbit , khả năng điều khiển công suất…).
1.3.2. Những ưu điểm của CDMA băng rộng
CDMA băng rộng có một số ưu điểm hơn so với CDMA băng hẹp. Những ưu
điểm của CDMA băng hẹp được phát huy hơn trong hệ thống băng rộng do dải tần
số được mở rộng. Ngoài ra trong hệ thống CDMA băng rộng còn có khả năng triển
khai các dịch vụ băng rộng chẳng hạn các dịch vụ multimedia, truy cập internet…
Sau đây là một số những thuộc tính đạt được nhờ nâng cao độ rộng băng tần:
- Giảm tính nhạy cảm của hệ thống đối với hiện tượng fading:
Đối với hệ thống CDMA băng rộng phổ tần dành cho tín hiệu từ 5 - 15 MHz, năng
lượng của tín hiệu trải rộng trên phổ tần này cho nên chỉ có một phần tín hiệu bị suy
hao do fading nhiều tia, do đó vẫn đảm bảo được chất lượng thu cần thiết

Hình 1.4. Hiệu quả của việc mở rộng băng tần
- Khả năng chống nhiễu:

Hình 1.5. Quan hệ giữa độ rộng băng tần và khả năng loại bỏ nhiễu
Khả năng loại bỏ nhiễu của hệ thống liên quan trực tiếp tới băng tần của nó.

18


Khả năng chống nhiễu của CDMA băng rộng lớn hơn băng hẹp từ 8 - 12 dB. Mối
quan hệ giữa băng tần và sự chống nhiễu cho ở đồ thị hình 1.5.
- Cung cấp băng tần theo yêu cầu dung lượng và các dịch vụ tiên tiến:

Hình 1.6. Quan hệ giữa dung lượng hệ thống và độ rộng băng tần
Dung lượng của hệ thống CDMA được tính như sau:
N=

GP
E
(1 + β) ν B
N0

+1

(1.1)

Trong đó:
- N: Số thuê bao hoạt động đồng thời trên một sector của một cell;
- GP: Độ tăng ích xử lý. GP =

B Rc
=
trong đó B là độ rộng băng của kênh
Rb Rb

vô tuyến và Rb là tốc độ bit thông tin, Rc là tốc độ chip của mã trải phổ;
- EB/N0: tỷ lệ năng lượng bit thông tin trên mật độ nhiễu tổng;
- β: Hệ số nhiễu đồng kênh khi các ô khác phát cùng một kênh đối với ô khảo
sát. β = 0,85 đối với các ô có 3 sector và β = 0,6 đối với các ô phát toàn hướng;
- ν: Hệ số tích cực thoại. Thông thường ν = 0,4.

19


1.4 Phân bố phổ tần cho IMT-2000 [2, 10]
Phân bố phổ tần IMT-2000 cho châu Âu, Hàn Quốc, Nhật, Trung Quốc và Mỹ:

Hình 1.7. Phân bố phổ tần cho IMT-2000
1.5 Hệ thống thông tin di động thế hệ ba W- CDMA
W- CDMA/UMTS có hai đề xuất cho giao diện vô tuyến được đệ trình lên
ITU như các giải pháp để đáp ứng được các yêu cầu của IMT-2000. Cả hai giải pháp
này đều sử dụng trải phổ chuỗi trực tiếp DS - CDMA. Giải pháp thứ nhất là ghép
song công phân chia theo tần số FDD và giải pháp còn lại là ghép song công phân
chia theo thời gian TDD [3, 8] . Trong khuôn khổ luận văn này chúng ta chỉ tập
trung đi vào nghiên cứu giải pháp FDD.
Bảng 1.1. Các thông số giao diện vô tuyến của hệ thống W- CDMA

Cấp phát tần số 3G tại Việt Nam: [3]

20


Khe
tần số

FDD

TDD

Node B Tx

Node B Rx

Node B Tx/BSRx

A

2110-2125 MHz

1920-1935 MHz

1915-1920

B

2125-2140 MHz

1935-1950 MHz

1910-1915

C

2140-2155 MHz

1950-1965 MHz

1905-1910

D

2155-2170 MHz

1965-1980MHz

1900-1905

EVNTelecom được cấp phát khe tần số C trong dải tần quy hoạch cho IMT2000 tại Việt Nam.

21


Chương 2 - CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG W – CDMA
2.1 Cấu trúc tổng quát của hệ thống thông tin di động W- CDMA
Sơ đồ khối tổng quát của mạng thông tin di động thế hệ ba W- CDMA được
thể hiện trên hình 2.1. Từ sơ đồ khối tổng quát ta có thể thấy mạng thông tin di động
W- CDMA gồm hai mạng con: mạng lõi và mạng truy nhập vô tuyến. [3, 7]

Hình 2.1. Cấu trúc hệ thống W- CDMA
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 thông qua các trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng
(GMSC) và nút chuyển mạch gói cổng (GGSN). Để kết nối trung tâm chuyển mạch

22


kênh với các mạng ngoài như ISDN, PSTN thì cần có thêm phần tử làm chức năng tương tác mạng (IWF). Ngoài các trung tâm chuyển mạch kênh và các nút hỗ trợ
chuyển mạch gói, mạng lõi còn có các cơ sở dữ liệu cần thiết cho mạng thông tin di
động như: HLR, AUC và EIR.
Mạng thâm nhập vô tuyến gồm các phần tử sau:
- RNC: bộ điều khiển mạng vô tuyến - Đóng vai trò như BSC ở mạng GSM.
- NB: nút B - Đóng vai trò như BTS ở mạng GSM.
- MS: trạm di động.
- TE&MT: thiết bị đầu cuối.
Giao diện giữa MSC và RNC là Iu- CS, giao diện giữa SGSN và RNC là Iu PS, giao diện giữa các RNC với nhau là Iur, giao diện giữa RNC và Nút B là Iub,

giao diện giữa MT với Node B là Uu.
2.2 Chức năng của các phần tử trong hệ thống W- CDMA
Về mặt chức năng, các phần tử mạng được nhóm thành mạng truy nhập vô
tuyến (RAN) và mạng lõi (CN). Trong đó, mạng truy nhập vô tuyến thực hiện các
chức năng liên quan đến vô tuyến và mạng lõi thực hiện các chức năng chuyển
mạch, định tuyến cuộc gọi và liên kết số liệu. Ngoài hai mạng này thì để hoàn thiện
hệ thống cần phải có thiết bị người sử dụng (UE). UE thực hiện giao diện giữa người
sử dụng với hệ thống.
2.2.1. Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN
Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN được cho trong hình 2.2. UTRAN
bao gồm một hay nhiều hệ thống con mạng vô tuyến RNS. Do vậy, RNS là một
mạng con trong UTRAN. Một RNS gồm một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC và
một hay nhiều nút B (Node B). Các RNC được kết nối với nhau thông qua giao diện
Iur, còn các nút B được kết nối với RNC thông qua giao diện Iub.

23


Hình 2.2. Cấu trúc chức năng của hệ thống UMTS
Sau đây ta xem xét chức năng của các phần tử trong bộ điều khiển mạng vô
tuyến:
Nút B có chức năng chuyển đổi dòng dữ liệu giữa hai giao diện Iub và Uu nên
chức năng chính của nút B là thực hiện xử lý lớp vật lý của giao diện vô tuyến (mã
hoá kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ...). Ngoài ra, nút B còn tham gia khai
thác và quản lý tài nguyên vô tuyến.
Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC): là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều
khiển các tài nguyên vô tuyến của UTRAN. RNC giao diện với mạng lõi và kết cuối
giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến (giao thức này định nghĩa các bản tin và
các thủ tục giữa UE và UTRAN). RNC là điểm thâm nhập tất cả các dịch vụ do
UTRAN cung cấp cho mạng lõi, chẳng hạn như quản lý tất cả các kết nối đến UE.

RNC điều khiển một nút B cho trước được xem như RNC điều khiển (CRNC).
CRCN chịu trách nhiệm điều khiển tải và ứ nghẽn cho các ô của mình. Khi một kết
nối UE-UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên từ nhiều RNC thì các RNC tham dự vào
kết nối này sẽ có hai vai trò logic riêng biệt. Đó là:
RNC phục vụ (SRNC): đối với một UE thì SRNC thực hiện kết cuối cả đường
nối Iu để truyền số liệu người sử dụng và cả báo hiệu RANAP tương ứng từ/tới
mạng lõi. SRNC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến, xử lý số

24