Tối ưu hóa cho WCDMA tại campuchia

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

SAO RATHA

TỐI ƯU HOÁ CHO WCDMA TẠI CAMPHUCHIA
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN THUÝ ANH

HÀ NỘI - 2012


Luận văn thạc sỹ 

MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................... 1
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................ 5
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN .................................................. 7
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... 14
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ........................................................................ 16
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA ................................................... 19
1.1. Giới thiệu chung .................................................................................................19
1.2. Lộ trình phát triển thông tin di động lên 4G ......................................................20
1.3. Kiến trúc chung của một hệ thống thông tin di động 3G ...................................21
1.4. Các loại lưu lượng và dịch vụ được 3G WCDMA ............................................22
1.5. Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3 ....................................................................23
1.5.1. Thiết bị người sử dụng (UE) ........................................................................24

1.5.2. Mạng truy nhập vô tuyến UMTS .................................................................26
1.5.3. Mạng lõi .......................................................................................................28
1.5.4. Các mạng ngoài ...........................................................................................31
1.5.5. Các giao diện ...............................................................................................32
1.6. Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R4 ....................................................................32
1.7. Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R5 và R6 ..........................................................35
1.8. Chiến lược dịch chuyển từ GSM sang UMTS ...................................................37
1.8.1. 3GR1 : Kiến trúc mạng UMTS chồng lấn ...................................................38
1.8.2. 3GR2 : Tích hợp các mạng UMTS và GSM ...............................................39
1.9. Cấu hình địa lý của hệ thống thông tin di động 3G ...........................................39
1.9.1. Phân chia theo vùng mạng ...........................................................................39
1.9.2. Phân chia theo vùng phục vụ MSC/VLR và SGSN ....................................40
1.9.3. Phân chia theo vùng định vị và vùng định tuyến .........................................40
1.9.4. Phân chia theo ô ...........................................................................................41
1.9.5. Mẫu ô ...........................................................................................................42
1.9.6. Tổng kết phân chia vùng địa lý trong các hệ thống thông tin di động 3G ..42
CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP CỦA WCDMA ............................. 44
2.1. Trải phổ và đa truy nhập phân chia theo mã ......................................................44

SAO RATHA CAO HỌC ĐTVT 2010-2012                                                             1 


Luận văn thạc sỹ 
2.2.1. Các hệ thống thông tin trải phổ....................................................................44
2.2.2. Áp dụng DSSS cho CDMA .........................................................................45
2.3. Điều khiển công suất ..........................................................................................48
2.4. Chuyển giao trong hệ thống CDMA ..................................................................49
2.5. Máy thu phân tập đa đường hay máy thu RAKE ...............................................51
2.6. Các mã trải phổ sử dụng trong WCDMA ..........................................................53
2.7. Trải phổ và điều chế đường lên ..........................................................................54

2.7.1. Trải phổ và điều chế các kênh riêng đường lên ...........................................54
2.7.2. Trải phổ và điều chế kênh chung đường lên PRACH .................................57
2.8. Trải phổ và điều chế đường xuống.....................................................................57
2.8.1. Sơ đồ trải phổ và điều chế đường xuống .....................................................57
2.8.2. Các mã trải phổ đường xuống......................................................................58
2.8.3. Các mã ngẫu nhiên hóa đường xuống .........................................................59
2.8.4. Ghép kênh đa mã đường xuống ...................................................................60
CHƯƠNG 3 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA WCDMA UMTS ........................................ 61
3.1. Mở đầu ...............................................................................................................61
3.2. Kiến trúc ngăn xếp giao thức của giao diện vô tuyến WCDMA/FDD ..............62
3.3. Các thông số lớp vật lý và quy hoạch tần số ......................................................64
3.3.1. Các thông số lớp vật lý ................................................................................64
3.3.2. Quy hoạch tần số .........................................................................................65
3.4. Các kênh của WCDMA .....................................................................................68
3.4.1. Các kênh logic, LoCH .................................................................................68
3.4.2. Các kênh truyền tải, TrCH ...........................................................................69
3.4.3. Các kênh vật lý ............................................................................................71
3.4.4. Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH và truy nhập gói CPCH ................76
3.5. Cấu trúc kênh vật lý riêng ..................................................................................76
3.6. Sơ đồ tổng quát máy phát và máy thu WCDMA ...............................................78
3.7. Điều khiển công suất trong WCDMA................................................................79
 

SAO RATHA CAO HỌC ĐTVT 2010-2012                                                             2 


Luận văn thạc sỹ 
3.7.1. Thí dụ về điều khiển công suất vòng hở cho PRACH.................................80
3.7.2. Điều khiển công suất vòng kín đường lên ...................................................80
3.8. Các kiểu chuyển giao và các sự kiện báo cáo tong WCDMA ...........................82

3.8.1. Chuyển giao cứng ........................................................................................82
3.8.2. Chuyển giao mềm/ mềm hơn .......................................................................83
3.9. Các thông số máy thu và máy phát vô tuyên của UE ........................................84
3.10. AMR codec cho WCDMA ...............................................................................85
CHƯƠNG 4 QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN TRONG HỆ THỐNG WCDMA…...86
4.1. Tính toán vùng phủ WCDMA ...........................................................................87
4.1.1. Tính toán quỹ đường truyền vô tuyến .........................................................88
4.1.2. Tính toán vùng phủ của ô ............................................................................95
4.2. Tính toán dung lượng trong WCDMA............................................................100
4.2.1. Tính toán dung lượng hướng lên ...............................................................100
4.2.2 Tính toán dung lượng hướng xuống ...........................................................102
4.3. Tính toán quy hoạch mạng đối với trường hợp thực tế....................................104
CHƯƠNG 5 TỐI ƯU HÓA MẠNG VÔ TUYẾN TRONG HỆ THỐNG WCDMA
TẠI CĂMPUCHIA ...............................................................................................111
5.1. Tổng quan.........................................................................................................111
5.2. Giới thiệu chung về mạng 3G của Viettel tại Cămpuchia ...............................113
5.2.1. Mạng 3G của Viettel tại Cămpuchia .........................................................113
5.2.2. Cơ sở hạ tầng mạng 3G của Metfone ........................................................115
5.2.3. Các dịch vụ 3G của Metfone .....................................................................116
5.3. Tối ưu vùng phủ cho mạng vô tuyến trong WCDMA .....................................117
5.3.1. Các vấn đề về thiết kế trạm 3G (Node B)..................................................117
5.3.2. Tổng hợp các kinh nghiệm tối ưu trạm 3G................................................119
5.4. Kết quả tối ưu vùng phủ cho mạng vô tuyến trong hệ thống WCDMA tại thủ
đô Phnom Penh .......................................................................................................124
5.4.1. Tiêu chuẩn vùng phủ: ................................................................................124
5.4.2. Kết quả đo kiểm trước tối ưu .....................................................................125

SAO RATHA CAO HỌC ĐTVT 2010-2012                                                             3 

Luận văn thạc sỹ 
5.4.3. Hành động tối ưu .......................................................................................127
5.4.4. Kết quả đo kiểm sau tối ưu ........................................................................128
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ...................................................................................... 131
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 132 
 

SAO RATHA CAO HỌC ĐTVT 2010-2012                                                             4 


Luận văn thạc sỹ 

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày này thông tin di động là ngành công nghiệp viễn thông phát triển
nhanh nhất với con số thuê bao đã đạt đến 3,6 tỷ tính đến cuối năm 2008. Khởi
nguồn từ dịch vụ thoại đắt tiền cho một số ít người đi xe, đến nay với sự ứng dụng
ngày càng rộng rãi các thiết bị thông tin di động thể hệ ba, thông tin di động có thể
cung cấp nhiều hình loại dịch vụ đòi hỏi tốc độ số liệu cao cho người sử dụng kể cả
các chức năng camera, MP3 và PDA. Với các dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao ngày các
trở nên phổ biến này, nhu cầu 3G cũng như phát triển nó lên 4G ngày càng trở nên
cấp thiết.
ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế hệ ba với
tên gọi IMT-2000 để đạt được các mục tiêu chính sau đây:
√ Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như truy nhập
internet nhanh hoặc các ứng dụng đa phương tiện, do yêu cầu ngày càng
tăng về các dịch vụ này.
√ Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và điện
thoại vệ tinh. Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ của
các hệ thống thông tin di động.
√ Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự phát

triển liên tục của thông tin di động .
Hiện tại, ở Cămpuchia băng tần I dành cho WCDMA đã được chia là sáu khe
và được cấp phát cho sáu nhà khai thác: Viettel, TMIC, Royal, Cadcoms, Mobitel
và CSH. Hiện nay 3G WCDMA UMTS được triển khai trên băng tần đó.
Như vậy, thị trường mạng viễn thông tại Cămpuchia đang phát triển rất
nhanh, từng bước tiến tới khả năng cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng tốc độ cao.
Điều này đòi hỏi việc quy hoạch và triển khai các hệ thống mạng cũng như việc tối
ưu mạng cần phải được quan tâm nghiên cứu nhiều hơn nữa nhằm đáp ứng nhu cầu
ngày càng cao của các nhà khai thác mạng, đặc biệt là đối vối việc quy hoạch và
triển khai mạng 3G WCDMA đang bắt đầu được các nhà khai thác triển khai. Trên
cơ sở thực tiễn đó và sau thời gian học tập và nghiên cứu trong khuôn khổ chương
trình đào tạo thạc sỹ Điện Tử Viễn Thông tại trường đại học Bách Khóa Hà Nội,

SAO RATHA CAO HỌC ĐTVT 2010-2012                                                             5 


Luận văn thạc sỹ 
được sự hướng dẫn chu đáo, nhiệt tình của các thầy, cô trong viện Điện Tử Viễn
Thông, Viện đào tạo sau đại học, đặc biệt là TS. Nguyễn Thúy Anh, tôi đã lựa chọn
đề tài luận văn là “Tối ưu hóa cho WCDMA tại Cămpuchia”.
Kết cấu của luận văn bao gồm 5 chương:
Chương 1: Tổng quan mạng 3G WCDMA: chương này 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.
Chương 2: Công nghệ đa truy nhập của WCDMA: chương này trình bày
đa truy nhập CDMA và các kỹ thuật liên quan được áp dụng cho WCDMA.
Chương 3: Giao diện vô tuyến của WCDMA: chương này giới thiệu giao
diện vô tuyến của WCDMA.
Chương 4: Quy hoạch mạng vô tuyến trong hệ thống WCDMA: chương

này tập trung nghiên cứu về phương pháp tính toán dung lượng cũng như vùng phủ
của hệ thống mạng sử dụng công nghệ WCDMA, lựa chọn các thông số tính toán
phù hợp với điều kiện triển khai thực tế từng khu vực.
Chương 5: Tối ưu hóa mạng vô tuyến trong hệ thống WCDMA tại
Cămpuchia: chương này trình bày về cách tối ưu mạng WCDMA sau khi đã triển
khai và có lưu lượng nhằm đảm bảo chất lượng mạng.

SAO RATHA CAO HỌC ĐTVT 2010-2012                                                             6 


Luận văn thạc sỹ 

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN
2G

Second Generation

Thế hệ thứ 2

3G

Third Generation

Thế hệ thứ ba

3GPP

3ird Genaration Partnership

Đề án các đối tác thế hệ thứ ba

Project
3GPP2

3ird Generation Patnership

Đề án đối tác thế hệ thứ ba 2

Project 2
AICH

Acquisition Indication Channel

Kênh chỉ thị bắt

AMC

Adaptive Modulation and

Mã hóa và điều chế thích ứng

Coding
AMR

Adaptive MultiRate

Đa tốc độ thích ứng

ARQ

Automatic Repeat-reQuest

Yêu cầu phát lại tự động

AP-AICH

Access Preamble Acquisition

Kênh chỉ thị bắt tiền tố truy nhập

Indicator Channel
ATM

Asynchronous Transfer Mode

Chế độ truyền dị bộ

BCCH

Broadcast Control Channel

Kênh điều khiển quảng bá

BCH

Broadcast Channel

Kênh quảng bá

BER

Bit Error Rate

Tỷ số lỗi bit

BLER

Block Error Rate

Tỷ số lỗi khối

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Khóa chuyển pha hai trạng thái

BS

Base Station

Trạm gốc

BTS

Base Tranceiver Station

Trạm thu phát gốc

CC

Convolutional Code

Mã xoắn

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

CD/CA-

CPCH Collision Detection/

Kênh chỉ thị phát hiện va chạm

ICH:

Channel Assignment Indicator

CPCH/ấn định kênh

Channel
CN

Core Network

Mạng lõi

CPCH

Common Packet Channel

Kênh gói chung

SAO RATHA CAO HỌC ĐTVT 2010-2012                                                             7 


Luận văn thạc sỹ 

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

Kênh điều khiển vật lý riêng

Channel
DPCH

Dedicated Physical Channel

Kênh vật lý riêng

DPDCH

Dedicated Physical Data

Kênh số liệu vật lý riêng

Channel
DRX

Discontinuous Reception

Thu không liên tục

DSCH

Downlink Shared Channel

Kênh chia sẻ đường xuống

DSSS

Direct-Sequence Spread

Trải phổ chuỗi trực tiếp

Spectrum
E-AGCH

Enhanced Absolute Grant

Kênh cho phép tuyệt đối tăng

Channel

cường

E-DCH

Enhanced Dedicated Channel

Kênh riêng tăng cường

EDGE

Enhanced Data rates for GPRS

Tốc độ số liệu tăng cường để phát

Evolution

triển GPRS

EIR

Equipment Identity Register

Bộ ghi nhận dạng thiết bị

E-DPCCH

Enhanced Dedicated Control

Kênh điều khiển riêng tăng cường

Channel
E-DPDCH

Enhanced Dedicated Data

Kênh số liệu riêng tăng cường

Channel

SAO RATHA CAO HỌC ĐTVT 2010-2012                                                             8 


Luận văn thạc sỹ 

E-RGCH

Enhanced Relative Grant

Kênh cho phép tương đối tăng

Channel

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

Mạng truy nhập vô tuyến GSM

Network

EDGE

GGSN

Gateway GPRS Support Node

Nút hỗ trợ GPRS cổng

GPRS

General Packet Radio Service

Dịch vụ vô tuyến gói chung

GSM

Global System For Mobile

Hệ thống thông tin di động tòan

Communications

cấu

Hybrid Automatic Repeat

Yêu cầu phát lại tự động linh hoạt

HARQ

reQuest
HHO

Hard Handover

Chuyên giao cứng

HLR

Home Location Register

Bộ ghi định vị thường trú

HSDPA

High Speed Downlink Packet

Truy nhập hói đường xuống tốc độ

Access

cao

HS-DPCCH High-Speed Dedicated Physical Kênh điều khiển vật lý riêng tốc độ
HS-DSCH

Control Channel

cao

High-Speed Dedicated Shared

Kênh chia sẻ riêng tốc độ cao

Channel
HSPA

High Speed Packet Access

Truy nhập gói tốc độ cao

HS-PDSCH High-Speed Physical Dedicated Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc độ cao
Shared Channel
HSS

Home Subsscriber Server

Server thuê bao nhà

SAO RATHA CAO HỌC ĐTVT 2010-2012                                                             9 


Luận văn thạc sỹ 

HS-SCCH

High-Speed Shared Control

Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao

Channel
HSUPA

High-Speed Uplink Packet

Truy nhập gói đường lên tốc độ cao

Access
IMS

IP Multimedia Subsystem

Phân hệ đa phương tiện IP

IMT-2000

International Mobile

Thông tin di động quốc tế 2000

Telecommunications 2000
IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

IPv4

IP version 4

Phiên bản IP bốn

IPv6

IP version 6

Phiên bản IP sáu

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 nút B và RNC

Iur

Giao diện được sử dụng để thông
tin giữa các RNC

LTE

Long Term Evolution

Phát triển dài hạn

MAC

Medium Access Control

Điều khiển truy nhập môi trường

MIMO

Multi-Input Multi-Output

Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

MMS

Multimedia Messaging Service

Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện

MSC

Mobile Services Switching

Trung tâm chuyển mạch các dịch

Center

vụ di động

NodeB
OVSF

Nút B
Orthogonal Variable Spreading

Hệ số trải phổ khả biến trực giao

Factor
PAPR

Peak to Average Power Ratio

Tỷ số công suất đỉnh trên công suất

SAO RATHA CAO HỌC ĐTVT 2010-2012                                                             10 


Luận văn thạc sỹ 

trung bình

P-CCPCH

Primary Common Control

Kênh vật lý điều khiển chung sơ

Physical Channel

cấp

PCH

Paging Channel

Kênh tìm gọi

PCPCH

Physical Common Packet

Kênh vật lý gói chung

Channel
PDCP

Packet-Data Convergence

Giao thức hội tụ số liệu gói

Protocol

PDSCH

Physical Downlink Shared

Kênh chia sẻ đường xuống vật lý

Channel
PHY

Physical Layer

Lớp vật lý

PICH

Page Indication Channel

Kênh chỉ thị tìm gọi

PRACH

Physical Random Access

Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên)

Channel
PS

Packet Switch

Chuyển mạch gói

PSTN

Public Switched Telephone

Mạng điện thoại chuyển mạch công

Network

cộng

Quadrature Amplitude

Điều chế biên độ vuông góc

QAM

Modulation
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

RAT

Radio Access Technology

Công nghệ truy nhập vô tuyến

RF

Radio Frequency

Tần số 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

SAO RATHA CAO HỌC ĐTVT 2010-2012                                                             11 


Luận văn thạc sỹ 

RTP

Real Time Protocol

Giao thức thời gian thực

S-CCPCH

Secondary Common Control

Kênh vật lý điều khiển chung sơ

Physical Channel

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

SNR

Signal to Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

SHO

Soft Handover

Chuyển giao mềm

TDD

Time Division Duplex

Ghép song công phân chia theo
thời gian

TDM

Time Division Multiplex

Ghép kênh phân chia theo thời gian

TDMA

Time Division Mulptiple

Đa truy nhập phân chia theo thời

Access

gian

TFC

Transport Format Combination

Kết hợp khuôn dạng truyền tải

TFCI

Transport Format Combination

Chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền

Indicator

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

UMB

Ultra Mobile Broadband

Băng thông di động siêu rộng

UMTS

Universal Mobile

Hệ thống thông tin di động toàn

Telecommunications System

cấu

USIM

UMTS SIM

UTRA

UMTS Terrestrial Radio

Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

Access
UTRAN

UMTS Terrestrial Radio

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất

SAO RATHA CAO HỌC ĐTVT 2010-2012                                                             12 


Luận văn thạc sỹ 

Access Network
Uu

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

WCDMA

Wideband Code Division

Đa truy nhập phân chia theo mã

Multiple Access

băng rộng

WiFi

Wireless Fidelitity

Chất lượng không dây cao

WiMAX

Worldwide Interoperability for

Tương hợp truy nhập vi ba toàn cầu

Microwave Access
VoIP

Voice over IP

Thoại trên IP

 

 
 

SAO RATHA CAO HỌC ĐTVT 2010-2012                                                             13 


Luận văn thạc sỹ 

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Thí dụ bộ tám mã trực giao .............................................................................................. 46 
Bảng 2.2: Thí dụ nhân hai mã giống nhau trong bảng 1 được một ............................... 46
Bảng 2.3: Thí dụ nhân hai mã khác nhau trong bảng 1 được một mã mới trong tập 8
mã .................................................................................................................................. 46
Bảng 3.1: Các thông số lớp vật lý W-CDMA ............................................................... 64
Bảng 3.2. Cấp phát tần số 3G tại Cămpuchia ................................................................ 68
Bảng 3.3: Danh sách các kênh logic .............................................................................. 69
Bảng 3.4: Danh sách các kênh truyền tải ...................................................................... 71
Bảng 3.5: Danh sách các kênh vật lý............................................................................. 75
Bảng 3.6. Các thông số máy thu và máy phát vô tuyến quan trọng cho phần vô tuyến
của UE ........................................................................................................................... 85
Bảng 4.1: Các lớp công suất của UE ............................................................................ 89
Bảng 4.2a: Giá trị Eb/No yêu cầu trong môi trường đường truyền tĩnh ....................... 91
Bảng 4.2b: Giá trị Eb/No yêu cầu trong điều kiện truyền dẫn đa đường ...................... 91
Bảng 4.3: Các tham số tính toán quỹ đường truyền ...................................................... 95
Bảng 4.4: Các hằng số A và B trong mô hình Okumura-Hata ...................................... 96

Bảng 4.5: Các giả thiết hướng lên ............................................................................... 105
Bảng 4.6: Các giả thiết hướng xuống .......................................................................... 105
Bảng 4.7: Các tham số tính toán quỹ đường truyền hướng lên ................................... 107
Bảng 4.8: Bán kính phủ sóng tướng ứng với từng dịch vụ ......................................... 107
Bảng 4.9: Mật độ dịch vụ tương đương....................................................................... 107
Bảng 4.10: Lưu lượng trung bình của dịch vụ ............................................................ 109
Bảng 4.11: So sánh số lượng kênh yêu cầu tùy theo số lượng BS .............................. 110
Bảng 5.1: Thống kê số lượng thuê bao và số trạm đang phát sóng tại các tỉnh của
Cămpuchia ................................................................................................................... 114
Bảng 5.2: Các dịch vụ giá trị gia tăng trên nên mạng 3G WCDMA. ......................... 117
Bảng 5.3 : Sự phụ thuộc của độ cao anten vào loại địa hình....................................... 117
Bảng 5.4: Phân lớp các khu vực thị trân và bán kính cell tương ứng ......................... 118
Bảng 5.5: Tổng hợp các kính nghiệm tối ưu mạng 3G tại Cămpuchia ....................... 123

SAO RATHA CAO HỌC ĐTVT 2010-2012                                                             14 


Luận văn thạc sỹ 
Bảng 5.6a: Mức độ cải thiện RSCP cluster 2 .............................................................. 130
Bảng 5.6b: Mức độ cải thiện Ec/No cluster 2 ............................................................. 130
 

SAO RATHA CAO HỌC ĐTVT 2010-2012                                                             15 


Luận văn thạc sỹ 

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G......................20
Hình 1.2: Lịch trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP ............................................ 21

Hình 1.3: Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP........... 21
Hình 1.4: Kiến trúc tổng quát của một mạng di động kết hợp cả CS và PS ............. 22
Hình 1.5: Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3 ........................................................... 24
Hình 1.6: Vai trò logic của SRNC và DRNC ........................................................... 27
Hình 1.7: Kiến trúc mạng phân bố của phát hành 3GPP R4..................................... 33
Hình 1.8: Kiến trúc mạng 3GPP R5 và R6 ............................................................... 35
Hình 1.9: Chuyển đổi dần từ R4 sang R5 ................................................................. 37
Hình 1.10: Kiến trúc đồng tồn tại GSM và UMTS (phát hành 3GR1.1) .................. 38
Hình 1.11: Kiến trúc mạng RAN tích hợp phát hành 3GR2 (R2.1) ......................... 39
Hình 1.12: Phân chia mạng thành các vùng phục vụ của MSC/VLR và SGSN ....... 40
Hình 1.13: Phân chia vùng phục vụ của MSC/VLR và SGSN thành các vùng định vị
(LA: Location Area) và định tuyến (RA: Routing Area) .......................................... 41
Hình 1.14: Phân chia LA và RA ............................................................................... 41
Hình 1.15: Các kiểu mẫu ô ........................................................................................ 42
Hình 1.16: Các khái niệm phân chia vùng địa lý trong 3G WCDMA ...................... 43
Hình 2.1: Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) ............................................................... 45
Hình 2.2: Quá trình giải trải phổ và lọc tín hiệu của người sử dụng k từ K tín hiệu.48
Hình 2.3: Chuyển giao mềm (a) và mềm hơn (b) ..................................................... 50
Hình 2.4: Truyền sóng đa đường và lý lịch trễ công suất ......................................... 51
Hình 2.5: Máy thu RAKE ......................................................................................... 52
Hình 2.6: Cây mã định kênh ..................................................................................... 54
Hình 2.7: Trải phổ và điều chế DPDCH và DPCCH đường lên ............................... 55
Hình 2.8: Truyền dẫn kênh điều khiển vật lý riêng đường lên và kênh số liệu vật lý
riêng đường lên khi có/ không có (DTX) số liệu của người sử dụng ....................... 56
Hình 2.9: Chùm tín hiệu đối với ghép mã I/Q sử dung ngẫu nhiên hóa phức, β biểu
diễn cho tỷ số công suất giữa DPDCH và DPCCH. ................................................. 56
Hình 2.10: Trải phổ và điều chế phần bản tin PRACH............................................. 57

SAO RATHA CAO HỌC ĐTVT 2010-2012                                                             16 

Luận văn thạc sỹ 
Hình 2.11: Sơ đồ trải phổ và điều chế cho tất cả các kênh vật lý đường xuống ....... 58
Hình 2.12: Các mã ngẫu nhiên hóa sơ cấp và thứ cấp .............................................. 59
Hình 2.13: Truyền dẫn đa mã cho đường xuống ...................................................... 60
Hình 3.1: Kiến trúc giao thức vô tuyến cho UTRA FDD. ........................................ 62
Hình 3.2: Phân bố tần số cho WCDMA/FDD. a) Các băng có thể dùng cho
WCDMA FDD toàn cầu; b) Băng tần IMT-2000. .................................................... 65
Hình 3.3: Cấp phát băng tần WCDMA/FDD ............................................................ 66
Hình 3.4: Thí dụ cấp phát băng tần cho năm nhà khai thác tại Vương Quốc Anh ... 67
Hình 3.5: Cấp phát tần số cho sáu nhà khai thác tại Đức ......................................... 67
Hình 3.6: Chuyển đổi giữa các LoCH và TrCH trên đường lên và đường xuống .... 71
Hình 3.7: Tổng kết các kiểu kênh vật lý ................................................................... 72
Hình 3.8: Chuyển đổi giữa các kênh truyền tải và các kênh vật lý........................... 75
Hình 3.9: Ghép các kênh truyền tải lên kênh vật lý .................................................. 76
Hình 3.10: Các thủ tục truy nhập ngẫu nhiên RACH và truy nhập gói .................... 76
Hình 3.11: Cấu trúc kênh vật lý riêng cho đường lên và đường xuống .................... 77
Hình 3.12: Sơ đồ khối máy phát tuyến (a) và máy thu vô tuyến (b)......................... 79
Hình 3.13: Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín đường lên ............................. 80
Hình 3.14: Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín đường xuống ........................ 82
Hình 3.15: Thí dụ về giải thuật SHO ........................................................................ 83
Hình 4.1: Quỹ đường truyền vô tuyến trong WCDMA ............................................ 88
Hình 4.2: Tăng ích xử lý đối với các dịch vụ khác nhau .......................................... 90
Hình 4.3: Sự phụ thuộc của dự trữ nhiễu với tải của ô ............................................. 91
Hinh 4.4: Mô hình Walfisch/Ikegami ....................................................................... 98
Hình 4.5: Mối quan hệ giữa số lượng thuê bao và sự tăng tạp âm ......................... 101
Hình 4.6: Mô hình chuyển giao mềm với hai ô ...................................................... 103
Hình 4.7: Mối quan hệ giữa công suất phát và số lượng người dùng cho phép ..... 104
Hình 5.1: Quá trình tối ưu mạng ............................................................................. 111
Hình 5.2: Đo đạc hiệu năng của mạng .................................................................... 112

Hình 5.3: Băng tần hoạt động của Metfone ............................................................ 115
Hình 5.4: Hệ thống RNC của các vendors .............................................................. 116

SAO RATHA CAO HỌC ĐTVT 2010-2012                                                             17 


Luận văn thạc sỹ 
Hình 5.5: Bản đồ phân chia cluster trạm 3G Huawei ở thủ đô Phnom Penh.......... 124
Hình 5.6a: Phân bố RSCP cluster 2 trước tối ưu .................................................... 125
Hình 5.6b: Thống kê số mẫu tín hiệu RSCP cluster 2 trước tối ưu ........................ 126
Hình 5.7a: Phân bố Ec/No cluster 2 trước tối ưu .................................................... 126
Hình 5.7b: Thống kê mẫu tín hiệu Ec/No cluster 2 trước tối ưu ............................ 127
Hình 5.8a: Phân bố RSCP cluster 2 sau tối ưu........................................................ 128
Hình 5.8b: Thống kê mẫu tín hiệu RSCP cluster 2 sau tối ưu ................................ 128
Hình 5.9a: Phân bố Ec/No cluster 2 sau tối ưu ....................................................... 129
Hình 5.9b: Thống kê mẫu tín hiệu Ec/No cluster 2 sau tối ưu................................ 129
 

SAO RATHA CAO HỌC ĐTVT 2010-2012                                                             18 


Luận văn thạc sỹ 

Chương 1
TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA
1.1. Giới thiệu chung
Thông tin di động đã được đưa vào sử dụng đầu tiên ở Mỹ năm 1946, khi đó
nó chỉ được sử dụng ở phạm vi thành phố, hệ thống này có 6 kênh sử dụng cấu trúc
ô rộng với tần số 150MHz. Mặc dù các khái niệm tế bào, các khái niệm trải phổ,
điều chế số và các công nghệ hiện đại khác được biết đến hơn 50 năm trước đây,

nhưng cho đến khi đầu những năm 1960 dịch vụ điện thoại di động tế bào mới xuất
hiện trong các dạng ứng dụng. Các hệ thống di động đầu tiên này có ít tiện ích và có
dung lượng rất thấp. Vào những năm 1980, hệ thống điện thoại di động tế bào điều
tần song công sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số xuất hiện, đây là
hệ thống tương tự hay còn gọi là hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G).
Các hệ thống thông tin di động tế bào tương tự nổi tiếng nhất là: hệ thống di động
tiên tiến (AMPS), hệ thống thông tin di động tiên tiến băng hẹp (NAMPS), hệ thống
thông tin di động truy nhập toàn diện (TACS) và hệ thống NTT. Hạn chế của các hệ
thống này là: phân bố tần số hạn chế, dung lượng thấp, tiếng ồn khó chịu, không
đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn với khách hàng v.v…
Giải pháp để loại bỏ các hạn chế trên là chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông
tin số sử dụng các dịch vụ đa truy nhập mới. Hệ thống đa truy nhập TDMA đầu tiên
ra đời trên thế giới là GSM. GSM được phát triển từ năm 1982, CEPT quy định việc
ấn định tần số dịch vụ viễn thông Châu Âu ở băng tần 900MHz. Song song với sự
phát triển của các hệ thống thông tin di động tế bào mói trên, các hệ thống thông tin
di động hạn chế cho mạng nội hạt sử dụng máy cầm tay không dây số cũng được
nghiên cứu phát triển. Hai hệ thống điển hình cho loại thông tin này là: DECT
(Digital Enhanced Cordless Telecoms) của Châu Âu và PHS của Nhật Bản cũng đã
được đưa vào khai thác. Ngoài kỹ thuật TDMA, đến năm 1995, CDMA được đưa
vào sử dụng ở một số nước. Các hệ thống thông tin di động kỹ thuật số nói trên, sử
dụng phương pháp truy nhập TDMA như GSM (Châu Âu), PDC (Nhật) hoặc
phương pháp truy nhập CDMA theo chuẩn 1995 (CDMA-IS95) đều thuộc hệ thống
thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G).
SAO RATHA CAO HỌC ĐTVT 2010-2012                                                             19 


Luận văn thạc sỹ 
Các hệ thống thông tin tế bào số có nhiều điểm nổi bật như chất lượng thông
tin được cải tiến nhờ các công nghệ xử lý tín hiệu số khác nhau, nhiều dịch vụ mới
(VD: các loại dịch vụ phi thoại), kỹ thuật mã hóa được cải tiến, tương thích tốt hơn

với các mạng số và phát huy hiệu quả dải phổ vô tuyến.
Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng, hệ thống thông tin di
động thế hệ thứ ba IMT 2000 đã được nghiên cứu sử dụng. Khác với các hệ thống
thông tin di động thế hệ thứ nhất (tương tự) và thứ 2 (số), hệ thống thông tin di
động thế hệ thứ 3(3G) có xu thế chuẩn hóa toàn cầu và khả năng cung cấp các dịch
vụ cao, hỗ trợ sử dụng truy cập Internet, truyền hình và thêm nhiều dịch vụ khác.
Để phân biệt với hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay, hệ thống thông tin
di động thế hệ thứ 3 còn được gọi là hệ thống thông tin di động băng rộng.
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

SAO RATHA CAO HỌC ĐTVT 2010-2012                                                             20 


Luận văn thạc sỹ 

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.

SAO RATHA CAO HỌC ĐTVT 2010-2012                                                             21 


Luận văn thạc sỹ 

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 lưu lượng và dịch vụ được 3G WCDMA
Vì TTDĐ 3G cho phép truyền dẫn nhanh hơn, nên truy nhập Internet và lưu

lượng thông tin số liệu khác sẽ phát triển nhanh. Ngoài ra TTDĐ 3G cũng được sử
dụng cho các dịch vụ tiếng. Nói chung TTDĐ 3G hỗ trợ các dịch vụ tryền thông đa

SAO RATHA CAO HỌC ĐTVT 2010-2012                                                             22 


Luận văn thạc sỹ 
phương tiện. Vì thế mỗi kiểu lưu lượng cần đảm bảo một mức QoS nhất định tuỳ
theo ứng dụng của dịch vụ. QoS ở W-CDMA được phân loại như sau:
Loại hội thoại (Conversational, rt): Thông tin tương tác yêu cầu trễ nhỏ (thoại
chẳng hạn).
Loại luồng (Streaming, rt): Thông tin một chiều đòi hỏi dịch vụ luồng với trễ nhỏ
(phân phối truyền hình thời gian thực chẳng hạn: Video Streaming)
Loại tương tác (Interactive, nrt): Đòi hỏi trả lời trong một thời gian nhất định và tỷ
lệ lỗi thấp (trình duyệt Web, truy nhập server chẳng hạn).
Loại nền (Background, nrt): Đòi hỏi các dịch vụ nỗ lực nhất được thực hiện trên
nền cơ sở (e-mail, tải xuống file: Video Download)
Môi trường hoạt động của 3WCDMA được chia thành bốn vùng với các tốc
độ bit Rb phục vụ như sau:
• Vùng 1: trong nhà, ô pico, Rb ≤ 2Mbps
• Vùng 2: thành phố, ô micro, Rb ≤ 384 kbps
• Vùng 2: ngoại ô, ô macro, Rb ≤ 144 kbps
• Vùng 4: Toàn cầu, Rb = 12,2 kbps
3G WCDMA được xây dựng theo ba phát hành chính được gọi là R3, R4,
R5. Trong đó mạng lõi R3 và R4 bao gồm hai miền: miền CS (Circuit Switch:
chuyển mạch kênh) và miền PS (Packet Switch: chuyển mạch gói). Việc kết hợp
này phù hợp cho giai đoạn đầu khi PS chưa đáp ứng tốt các dịch vụ thời gian thực
như thoại và hình ảnh. Khi này miền CS sẽ đảm nhiệm các dịch vụ thoại còn số liệu
được truyền trên miền PS. R4 phát triển hơn R3 ở chỗ miền CS chuyển sang chuyển
mạch mềm vì thế toàn bộ mạng truyền tải giữa các nút chuyển mạch đều trên IP.

Dưới đây ta xét ba kiến trúc 3G WCDMA nói trên.
1.5. Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3
WCDMA UMTS R3 hỗ trợ cả kết nối chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch
gói: đến 384 Mbps trong miền CS và 2Mbps trong miền PS. Các kết nối tốc độ cao
này đảm bảo cung cấp một tập các dich vụ mới cho người sử dụng di động giống
như trong các mạng điện thoại cố định và Internet. Các dịch vụ này gồm: điện thoại
có hình (Hội nghị video), âm thanh chất lượng cao (CD) và tốc độ truyền cao tại

SAO RATHA CAO HỌC ĐTVT 2010-2012                                                             23 


Luận văn thạc sỹ 
đầu cuối. Một tính năng khác cũng được đưa ra cùng với GPRS là "luôn luôn kết
nối" đến Internet. UMTS cũng cung cấp thông tin vị trí tốt hơn và vì thế hỗ trợ tốt
hơn các dịch vụ dựa trên vị trí.
Một mạng UMTS bao gồm ba phần: thiết bị di động (UE: User Equipment),
mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial Radio
Network), mạng lõi (CN: Core Network) (xem hình 1.8). UE bao gồm ba thiết bị:
thiết bị đầu cuối (TE), thiết bị di động (ME) và module nhận dạng thuê bao UMTS
(USIM: UMTS Subscriber Identity Module). UTRAN gồm các hệ thống mạng vô
tuyến (RNS: Radio Network System) và mỗi RNS bao gồm RNC (Radio Network
Controller: bộ điều khiển mạng vô tuyến) và các nút B nối với nó. Mạng lõi CN bao
gồm miền chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói và HE (Home Environment: Môi
trường nhà). HE bao gồm các cơ sở dữ liệu: AuC (Authentication Center: Trung
tâm nhận thực), HLR (Home Location Register: Bộ ghi định vị thường trú) và EIR
(Equipment Identity Register: Bộ ghi nhận dạng thiết bị).

Hình 1.5: Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3

1.5.1. Thiết bị người sử dụng (UE)

UE (User Equipment: thiết bị người sử dụng) là đầu cuối mạng UMTS của
người sử dụng. Có thể nói đây là phần hệ thống có nhiều thiết bị nhất và sự phát
triển của nó sẽ ảnh hưởng lớn lên các ứng dụng và các dịch vụ khả dụng. Giá thành
giảm nhanh chóng sẽ tạo điều kiện cho người sử dụng mua thiết bị của UMTS. Điều

SAO RATHA CAO HỌC ĐTVT 2010-2012                                                             24