Nghiên cứu các giải pháp kiểm soát và nâng cao chất lượng dịch vụ mạng viễn thông điện lực

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

VŨ HẢI TỨ

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP KIỂM SOÁT VÀ NÂNG
CAO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ MẠNG VIỄN THÔNG ĐIỆN LỰC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH: XỬ LÝ TÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS.TS. NGUYỄN THÚC HẢI

HÀ NỘI - 2010


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................ i
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT......................... ii
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................. v
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................ vi
MỞ ĐẦU ......................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG CDMA2000................. 4
1.1. Cấu trúc mạng CDMA2000..............................................................................4
1.1.1. Lộ trình phát triển tới 3G của các công nghệ di động................................4
1.1.2. Cấu trúc hệ thống CDMA2000 ..................................................................5
1.1.2.1. Trạm thu phát gốc (BTS) .....................................................................5
1.1.2.2. Bộ điều khiển trạm gốc (BSC).............................................................6
1.1.2.3. Nút dịch vụ số liệu gói (PDSN) ...........................................................6

1.1.2.4. Nhận thực, trao quyền và thanh toán (AAA).......................................7
1.1.2.5. Máy chủ thường trú (HA) ....................................................................7
1.1.2.6. Trung tâm chuyển mạch di động (MSC) .............................................7
1.1.2.7. Thanh ghi định vị thường trú (HLR) ...................................................7
1.2. Cấu trúc kênh CDMA2000...............................................................................8
1.2.1. Các lớp trên ................................................................................................8
1.2.2. Các lớp dưới (lớp liên kết) .........................................................................9
1.2.2.1. Phân lớp LAC ......................................................................................9
1.2.2.2. Phân lớp MAC ...................................................................................13
1.2.3. Lớp vật lý .................................................................................................16
1.2.3.1. Kênh hoa tiêu đường xuống (F-PICH) ..............................................18
1.2.3.2. Kênh đồng bộ đường xuống (F-SYNC).............................................19
1.2.3.3. Kênh tìm gọi đường xuống (F-PCH) .................................................19
1.2.3.4. Kênh điều khiển chung đường xuống (F-CCCH)..............................19
1.2.3.5. Kênh hoa tiêu phụ đường xuống (F-APICH) ....................................20


1.2.3.6. Kênh quảng bá đường xuống (F-BCH)..............................................20
1.2.3.7. Kênh tìm gọi nhanh (QPCH) .............................................................20
1.2.3.8. Kênh hoa tiêu phụ riêng đường xuống (F-DAPICH) ........................20
1.2.3.9. Kênh điều khiển công suất chung đường xuống (F-CPCCH) ...........20
1.2.3.10. Kênh hoa tiêu phân tập phát đường xuống (F-TDPICH) ................20
1.2.3.11. Kênh ấn định chung đường xuống (F-CACH) ................................20
1.2.3.12. Kênh hoa tiêu phân tập phát phụ đường xuống (F-ATDPICH).......21
1.2.3.13. Kênh cơ bản đường xuống (F-FCH)................................................21
1.2.3.14. Kênh bổ xung đường xuống (F-SCH)..............................................21
1.2.3.15. Kênh điều khiển riêng đường xuống (F-DCCH) .............................21
1.3. Cấu trúc mạng dữ liệu gói CDMA2000 .........................................................21
1.3.1. Giao thức IP đơn giản...............................................................................22
1.3.2. Giao thức IP di động ................................................................................24

1.3.3. Quản lý tính di động.................................................................................26
1.3.3.1. Chuyển giao trong PDSN...................................................................28
1.3.3.2. Chuyển giao giữa các PDSN..............................................................29

CHƯƠNG 2. CÁC VẤN ĐỀ VỀ QoS TRONG MẠNG
CDMA2000 ................................................................................... 32
2.1. Tổng quan về QoS trong mạng CDMA2000..................................................32
2.1.1. Tổng quan về QoS....................................................................................32
2.1.2. QoS trong mạng CDMA2000 ..................................................................35
2.1.2.1. Thực hiện QoS trong mạng truy cập vô tuyến...................................36
2.1.2.2. Thực hiện QoS trong mạng lõi gói ....................................................38
2.1.2.3. Thực hiện QoS ở mạng ngoài ............................................................40
2.2. Quản lý QoS trong mạng CDMA ...................................................................41
2.2.1. Phương pháp cân bằng tỷ số Eb/I trong hệ thống CDMA ......................41
2.2.1.1. Đối với đường xuống .........................................................................41
2.2.1.2. Đối với đường lên ..............................................................................47
2.2.1.3. Phương pháp phù hợp tỷ số Eb/I........................................................52


2.2.2. Phương pháp điều khiển công suất tối ưu đối với QoS biến thiên...........61
2.2.2.1. Cấu trúc kênh .....................................................................................61
2.2.2.2. Cấu trúc khung ...................................................................................62
2.2.2.3. Điều khiển công suất..........................................................................63
2.2.2.4. Điều khiển công suất tối ưu đối với QoS biến thiên..........................64

CHƯƠNG 3. QUẢN LÝ QoS TRÊN MẠNG EVNTELECOM
VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO QoS................. 71
3.1. Tổng quan về mạng EVNTelecom .................................................................71
3.2. Đánh giá chất lượng dịch vụ mạng truy cập vô tuyến của EVNTelecom ......77
3.2.1. Các tham số đánh giá................................................................................77

3.2.1.1. Tỷ số thiết lập cuộc gọi......................................................................77
3.2.1.2. Tỷ số cuộc gọi bị rớt ..........................................................................78
3.2.1.3. Tỷ số lỗi khung (FER) .......................................................................81
3.2.1.4. Tỷ số nghẽn kênh lưu lượng ..............................................................82
3.2.2. Các tham số ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ ......................................86
3.2.2.1. RSSI ...................................................................................................86
3.2.2.2. VSWR ................................................................................................86
3.2.2.3. Handoff (chuyển giao) .......................................................................86
3.2.3. Phân tích chất lượng dựa trên các tham số...............................................94
3.2.3.1. KPI .....................................................................................................94
3.2.3.2. FER ....................................................................................................94
3.2.3.3. Tỷ số thiết lập cuộc gọi thành công ...................................................95
3.2.3.4. Tỷ lệ rớt cuộc gọi ...............................................................................98
3.2.3.5. Nghẽn kênh lưu lượng .....................................................................101
3.2.3.6. Tỷ số chuyển giao thành công .........................................................102
3.3. Các giải pháp nâng cao QoS mạng truy cập vô tuyến của EVNTel.............106
3.3.1. Giảm nhiễu .............................................................................................106
3.3.2. Xác định các cell liền kề thích hợp ........................................................107
3.3.3. Tăng dung lượng hệ thống .....................................................................107


3.3.4. Giải pháp thực hiện handoff...................................................................107
3.3.5. Đặt thêm bộ lặp ......................................................................................108

CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................ 111
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................... 114
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................... 116


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những gì được viết trong luận văn là do tôi tự nghiên cứu tìm hiểu
tổng hợp từ các tài liệu tham khảo kết hợp với thực tế dưới sự hướng dẫn của thầy
giáo GS.TS Nguyễn Thúc Hải và những góp ý từ bạn bè đồng nghiệp, không sao
chép.

Tác giả luận văn:
Vũ Hải Tứ

i


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu Tiếng Anh
3G
Third Generation
3GPP (2) Third Generation Partnership
Project
EV-DO CDMA2000 1x Evolution Data
Only
AAA
Authentication, Authorization,
and Accounting
ABR
Available Bit Rate
AF
Assured Forward
AN
Access Network
ANSI

American National Standards
Institute
ARQ
Automatic Repeat Query
ATM
Asynchronous Transfer Mode
BCCH
Broadcast Control Channel
BEF
Best Effort Forward
BSC
Base Station Controller
BTS
Base Trasciever Station
CDMA Code Division Multiple Access
CLIP
Connectionless Interworking
Protocol
CRC
Cyclic Redundancy Check
DCH
Dedicated Channel
DSCP
Differentiated Service Code
Point
DTCH
Dedicated Traffic Channel
EDGE
Enhanced Data rate for GSM
Evolution

EF
Expedited Forward
FACH
Forward Access Channel
FCH
Fundamental Channel
FCS
Frame Check Sequence
FER
Frame Error Ratio
ii

Tiếng Việt
Hệ thống thông tin di động thế hệ 3
Dự án hợp tác thông tin di động thế
hệ 3
Hệ thống CDMA2000 1x chỉ nâng
cấp phần số liệu
Nhận thực, trao quyền và thanh toán
Tốc độ bit sẵn dùng
Lớp đường xuống đảm bảo
Mạng truy cập
Viện tiêu chuẩn Mỹ
Truy vấn tự động
Chế độ truyền dẫn dị bộ
Kênh điều khiển quảng bá
Lớp đường xuống tối ưu
Bộ điều khiển trạm gốc
Trạm thu phát gốc
Đa truy nhập phân chia theo mã

Giao thức liên mạng phi kết nối
Mã kiểm tra dư thừa
Kênh dành riêng
Điểm mã dịch vụ khác biệt
Kênh lưu lượng dành riêng
Tốc độ bit tăng cường sử dụng cho
nhánh tiến hoá GSM
Lớp đường xuống hiệu quả
Kênh truy cập đường xuống
Kênh cơ sở
Chuỗi bit kiểm tra khung
Tỷ lệ lỗi khung


GSM

Globle System for Mobile
Communication
HA
Home Agent
HAAA
Home AAA
HLR
Home Location Register
IMSI
International Mobile Station
Identity
IKE
Internet Key Exchange
IS-2000 Interim Standard -2000

IS-856
Interim Standard -856
IS-95
Interim Standard 95
ISDN
Integrated Services Digital
Network
ISUP
ISDN User Part
LAC
Location Area Code
LAC
Link Access Control
MAC
Medium Access Control
MDN
Mobile Directory Number
MIP
Mobile IP
MGW
Media Gateway
MPLS
Multiprotocol Label Switching
MSC
Mobile Switching Center
PCF
Packet Control Function
PCH
Paging Channel
PDC

Personal Digital Cellular
PDSN
Packet Data Serving Node
PDU
Protocol Data Unit
PDU
Packet Data Unit
PL
Physical Layer
PLICF
Physical Layer Independent
Convergence Function
PLDCF Physical Layer Dependent
Convergence Function
PN
Pseudo Noise
PPP
Point-to-Point Protocol
RADIUS Remote Authentication Dial-In
User Server/Service
iii

Hệ thống thông tin di động toàn cầu
Trạm (máy) chủ thường trú
AAA thường trú
Thanh ghi định vị thường trú
Chỉ thị thuê bao di động quốc tế
Giao thức trao đổi khoá Internet
Tiêu chuẩn chuyển tiếp 2000
Tiêu chuẩn chuyển tiếp 856

Tiêu chuẩn chuyển tiếp 95
Mạng số liệu đa dịch vụ
Phần người sử dụng ISDN
Mã định vị
Lớp điều khiển truy nhập kết nối
Điều khiển truy nhập trung gian
Số điện thoại di động
IP di động
Cổng phương tiện
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
Trung tâm chuyển mạch di động
Chức năng điều khiển gói
Kênh tìm gọi
Mạng tế bào số dành riêng
Nút dịch vụ dữ liệu gói
Đơn vị thủ tục số liệu
Đơn vị số liệu gói
Lớp vật lý
Chức năng hội tụ độc lập lớp vật lý
Chức năng hội tụ phụ thuộc lớp vật
lý
Nhiễu giả ngẫu nhiên
Thủ tục điểm tới điểm
Một phương thức bảo mật dùng cho
các thiết bị truy nhập từ xa


RAN
RLP
RRC

RSSI

Radio Access Network
Radio Link Protocol
Radio Resource Control
Received Signal Strength
Indication
SAR
Segmentation And Re-assembly
Sublayer
SCH
Supplemental Channel
SMSC
Short Message Service Center
SIR
Signal to Interference Ratio
STP
Signaling Transfer Point
TCH
Traffic Channel
TCP/IP Transmission Control
Protocol/Internet Protocol
TIA/EIA Electrical Industries
Association/Telecommunications
Industry Association
TPC
Transmitter Power Control
UDP
User Datagram Protocol
UMTS

Universal Mobile
Telecommunications System
UPCH
User Packet Traffic Channel
VBR
Variable Bit Rate
VLR
Visitor Location Register
VSWR
Voltage Standing Wave Ratio
WCDMA Wideband Code Division
Multiple Access

iv

Mạng truy nhập vô tuyến
Giao thức liên kết vô tuyến
Điều khiển tài nguyên vô tuyến
Chỉ thị cường độ tín hiệu nhận được
Lớp con phân mảnh và ghép
Kênh bổ xung
Trung tâm dịch vụ tin nhắn ngắn
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
Điểm truyền báo hiệu
Kênh lưu lượng
Giao thức điều khiển phát/giao thức
Internet
Hội công nghệ viễn thông/ Hội công
nghệ điện tử
Điều khiển công suất phát

Giao thức gói dữ liệu người sử dụng
Hệ thống viễn thông di động toàn
cầu
Kênh lưu lượng gói người dùng
Tốc độ bit thay đổi
Thanh ghi định vị tạm trú
Tỷ số sóng đứng điện áp
Đa truy cập phân chia theo mã băng
rộng


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Thuật toán ngắt/ lặp lại .............................................................................46
Bảng 2.2. Thuật toán phù hợp tỷ số đối với đường xuống........................................57
Bảng 2.3. Thuật toán phù hợp tỷ số đối với đường lên.............................................61
Bảng 2.4. Giá trị các tham số để ước lượng dung lượng ..........................................69
Bảng 3.1. Các giá trị KPI trên 1 BSC .......................................................................94
Bảng 3.2. Giá trị FER đo được đối với từng cuộc gọi ..............................................95
Bảng 3.3. Tỷ số thiết lập cuộc gọi thành công và các nguyên nhân lỗi....................95
Bảng 3.4. Tỷ lệ rớt cuộc gọi và các nguyên nhân .....................................................98
Bảng 3.5. Tỷ lệ nghẽn kênh lưu lượng....................................................................101
Bảng 3.6. Tỷ số chuyển giao thành công trong BSC ..............................................102
Bảng 3.7. Tỷ số chuyển giao thành công giữa các BSC .........................................105
Bảng 3.8. Tỷ lệ rớt cuộc gọi sau khi sửa lại cấu hình tại 1 BTS.............................111

v


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Lộ trình phát triển từ 2G tới 3G ..................................................................4

Hình 1.2. Cấu trúc hệ thống CDMA2000 ...................................................................5
Hình 1.3. Cấu trúc phân lớp của CDMA2000. ...........................................................8
Hình 1.4. Xử lý khối dữ liệu LAC ............................................................................10
Hình 1.5. Cấu trúc kênh logic đường xuống .............................................................12
Hình 1.6. Cấu trúc kênh logic đường lên ..................................................................13
Hình 1.7. Các trạng thái hoạt động của các gói số liệu MAC ở hệ thống IS95-B và
CDMA2000...............................................................................................................15
Hình 1.8. Các kênh riêng CDMA2000 .....................................................................17
Hình 1.9. Các kênh chung CDMA2000 ....................................................................18
Hình 1.10. Các đầu thu Rake trên MS của hệ thống CDMA....................................19
Hình 1.11. Cấu trúc mạng dữ liệu gói CDMA2000 đơn giản...................................22
Hình 1.12. Mô hình mạng mô tả IP đơn giản............................................................23
Hình 1.13. Mô hình giao thức đối với truy cập IP đơn giản .....................................23
Hình 1.14. Mô hình giao thức đối với truy cập IP đơn giản khi chuyển giao nhanh24
Hình 1.15. Mô hình mạng mô tả IP di động .............................................................25
Hình 1.16. Mô hình giao thức đối với điều khiển IP di động và IKE.......................25
Hình 1.17. Mô hình giao thức đối với dữ liệu người sử dụng IP di động.................26
Hình 1.18. Mô hình giao thức đối với dữ liệu người sử dụng MIP khi chuyển vùng
nhanh .........................................................................................................................26
Hình 1.19. Mô hình giao diện dữ liệu gói .................................................................27
Hình 1.20. Mô hình quản lý tính di động dữ liệu gói CDMA2000 ..........................27
Hình 2.1. Biểu đồ trễ đầu cuối – đầu cuối.................................................................33
Hình 2.2. Trễ biến đổi và cách giải quyết .................................................................34
Hình 2.3. Cấu trúc QoS đầu cuối – đầu cuối mạng CDMA2000..............................36
Hình 2.4. QoS trên nhiều trường hợp dịch vụ...........................................................40
Hình 2.5. Vị trí khối phù hợp tỷ số ở đường xuống..................................................42
vi


Hình 2.6. Vị trí phù hợp tỷ số ở đường lên ...............................................................48

Hình 2.7. Phương pháp phù hợp tỷ số đối với đường xuống ....................................55
Hình 2.8. Phương pháp phù hợp tỷ số đối với đường lên .........................................58
Hình 2.9. Cấu trúc khung ..........................................................................................63
Hình 2.10. Lập biểu tài nguyên động........................................................................67
Hình 2.11: Các đường dung lượng đối với trường hợp không ràng buộc về công suất
...................................................................................................................................69
Hình 2.12: Các đường dung lượng đối với trường hợp ràng buộc công suất. ..........70
Hình 3.1. Sơ đồ mạng lưu lượng kết nối MSC HTY với các MSC và các Toll .......72
Hình 3.2. Sơ đồ mạng báo hiệu.................................................................................73
Hình 3.3. Các đường báo hiệu trong BTS 3606........................................................76
Hình 3.4. Mô tả điểm thống kê của tiến trình thiết lập cuộc gọi ..............................78
Hình 3.5. Cuộc gọi rớt do TCH ERR........................................................................79
Hình 3.6. Rớt cuộc gọi bởi lỗi giao diện Abis ..........................................................80
Hình 3.7. Rớt cuộc gọi bởi giao diện A ....................................................................80
Hình 3.8. Luồng xử lý cuộc gọi trong các module BSC...........................................83
Hình 3.9. Lỗi cấp phát kênh lưu lượng .....................................................................85
Hình 3.10. Giao thức chuyển giao mềm và bản tin nhận được từ trace trên MSC...87
Hình 3.11. Giao thức chuyển giao cứng và bản tin nhận được từ trace trên MSC ...88
Hình 3.12. Giao thức từ chối chuyển giao cứng và bản tin nhận được từ trace trên
MSC ..........................................................................................................................89
Hình 3.13. Giao thức chuyển giao cứng bị lỗi và bản tin nhận được từ trace trên
MSC ..........................................................................................................................90
Hình 3.14. Giao thức chuyển giao cứng bị lỗi và bản tin nhận được từ trace trên
MSC ..........................................................................................................................91
Hình 3.15. Giao thức chuyển giao cứng bị lỗi ..........................................................93
Hình 3.16. Mất cân bằng giữa đường lên và đường xuống trường hợp 1...............104
Hình 3.17. Mất cân bằng đường lên và đường xuống trường hợp 2.......................105
Hình 3.18. Giải pháp handoff giữa hai BTS ...........................................................108

vii

Mở đầu
MỞ ĐẦU
CDMA2000 là hệ thống đa truy cập phân chia theo mã trải phổ được phát triển từ
CDMAOne theo chuẩn IS-95A/B. Chuẩn IS-95 được Qualcomm ở Mỹ đưa ra để tái
sử dụng băng tần 800 MHz vào năm 1995. Công nghệ và lý thuyết trải phổ đã trở
thành động lực phát triển và được ứng dụng cho nhiều ngành công nghiệp vô tuyến
như truyền thông cá nhân, truyền thông đa truy nhập truyền thông thuê bao vô tuyến
ở mạng nội hạt, truyền thông vệ tinh, định vị toàn cầu, ra đa xung... Hiệu suất sử
dụng độ rộng băng tần cao và khả năng truy nhập là những yếu tố đã làm cho công
nghệ CDMA trở thành công nghệ quản lý tắc nghẽn hàng đầu trong các mạng điện
thoại vô tuyến di động với số lượng thuê bao ngày càng lớn.
Xu thế chung của công nghệ di động là phải đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về chất
lượng, dung lượng, tính tiện lợi, giá cả, tính đa dạng dịch vụ của người sử dụng. Vì
vậy, khi công nghệ đã đáp ứng được những yêu cầu cần thiết thì chất lượng dịch vụ
là một trong những yếu tố sống còn của nhà cung cấp dịch vụ. Do nhu cầu ngày
càng cao về chất lượng dịch vụ viễn thông của người sử dụng và đang công tác tại
công ty Viễn thông Điện Lực, bộ phận trung tâm chuyển mạch di động (MSC) công
nghệ CDMA2000 nên tôi đã chọn đề tài “nghiên cứu các giải pháp kiểm soát và
nâng cao chất lượng dịch vụ mạng Viễn thông Điện Lực”.
Mục đích của hướng nghiên cứu này là đưa ra những tiêu chuẩn về chất lượng dịch
vụ và những giải pháp để đạt hoặc vượt tiêu chuẩn đó với mục đích cuối cùng là
mang lại dịch vụ tốt nhất cho người sử dụng. Do phạm vi nghiên cứu lớn, nên luận
văn chỉ tập trung vào một phần trong mạng: phần truy cập vô tuyến.
Luận văn được chia làm 04 chương trong đó chương 1 giới thiệu tổng quan về mạng
CDMA2000 để có được cái nhìn về hệ thống được sử dụng tại MSC, chương 2 đưa
ra một số phương pháp quản lý chất lượng dịch vụ trong mạng CDMA2000, chương
3 đưa ra các tham số và các tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng dịch vụ mạng truy
cập vô tuyến và một số giải pháp để nâng cao chất lượng dịch vụ tại mạng này,

chương 4 đưa ra kết quả thực hiện được. Cụ thể như sau:

1


Mở đầu
Chương 1: “Tổng quan về mạng CDMA2000” sẽ trình bày các thành phần của
mạng, cấu trúc kênh được sử dụng và cấu trúc mạng dữ liệu gói.
Chương 2: “Các vấn đề về chất lượng dịch vụ trong mạng CDMA2000” đưa ra việc
thực hiện và phương pháp quản lý chất lượng dịch vụ trong mạng.
Chương 3: “Quản lý chất lượng dịch vụ trên mạng EVNTelecom và đề xuất các giải
pháp nâng cao chất lượng dịch vụ” sẽ tập trung vào phần mạng truy cập vô tuyến
với việc đưa ra các tham số ảnh hưởng và tham số đánh giá cùng với các giải pháp
để nâng cao chất lượng dịch vụ.
Chương 4: “Kết quả và bàn luận” đưa ra kết quả thực hiện được từ những phân tích
ở trên cho trường hợp cụ thể.
Mặc dù đã rất cố gắng xong luận văn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất
mong nhận được những góp ý của các thầy cô giáo, các đồng nghiệp và bạn đọc để
hoàn thiện cuốn luận văn này.

2


Chương 1. Tổng quan về mạng CDMA2000
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG CDMA2000
1.1. Cấu trúc mạng CDMA2000
1.1.1. Lộ trình phát triển tới 3G của các công nghệ di động
Lộ trình tiến tới 3G có nhiều con đường, tuy nhiên nhà khai thác phải dựa vào công
nghệ hiện tại đang khai thác để xác định lộ trình thích hợp, tiết kiệm chi phí và hiệu
quả nhất.

Hình 1.1. Lộ trình phát triển từ 2G tới 3G
Châu Âu thì đi theo hướng: GSM --> GPRS --> EDGE --> W-CDMA.
Bắc Mỹ, Hàn Quốc, Trung Quốc và một số nước khác đi theo hướng: IS-95A -->
IS-95B --> CDMA2000 mà bước đầu là CDMA2000 1x.
Riêng Nhật Bản thì họ đã phát triển mạng PDC của mình theo cả hai hướng WCDMA (NTT Docomo, J-Phone) và CDMA2000 (KDDI).
Với dải tần là 10MHz thì W-CDMA chỉ có 2 sóng mang/sector (mỗi sóng mang là
5MHz), còn CDMA2000 có tới 7 sóng mang/sector (mỗi sóng mang là 1,25MHz).
Như vậy với 62 kênh lưu lượng TCH/sóng mang thì W-CDMA có tối đa 124
TCH/sector còn CDMA2000 1x có tới 266 TCH/sector.

4


Chương 1. Tổng quan về mạng CDMA2000
1.1.2. Cấu trúc hệ thống CDMA2000

Hình 1.2. Cấu trúc hệ thống CDMA2000
1.1.2.1. Trạm thu phát gốc (BTS)
BTS có nhiệm vụ phân bổ nguồn tài nguyên, công suất và mã Walsh cho thuê bao
sử dụng. BST cũng có các thiết bị vô tuyến vật lý được dùng để thu phát các tín
hiệu CDMA2000. BTS điều khiển giao diện giữa mạng CDMA2000 và các khối
thuê bao. BTS cũng điều khiển nhiều khía cạnh của hệ thống có liên quan trực tiếp
tới chất lượng mạng như: nhiều sóng mang khai thác từ trạm, công suất đường
xuống và phân phối mã Walsh.
Hệ thống CDMA có thể sử dụng nhiều sóng mang trên một sector. Vì thế khi một
phiên gói hoặc thoại mới được khởi tạo, BTS cần phải quyết định việc phân công
như thế nào là tốt nhất để khối thuê bao thu được dịch vụ đang chuyển tới. BTS
trong quá trình quyết định không chỉ kiểm tra yêu cầu dịch vụ, mà còn phải xem xét
cấu hình vô tuyến, kiểu thuê bao và xem xét yêu cầu dịch vụ là thoại hay gói. Vì thế

nguồn tài nguyên của BTS có thể bị hạn chế cả về mặt vật lý lẫn mặt logic. BTS có
thể giảm chất lượng dịch vụ từ kết nối có tốc độ trải phổ cao hơn xuống kết nối có
tốc độ trải phổ thấp hơn nếu:
5


Chương 1. Tổng quan về mạng CDMA2000
- Yêu cầu nguồn tài nguyên không phải là chuyển giao
- Yêu cầu nguồn tài nguyên không có sẵn
- Các nguồn tài nguyên thay thế sẵn có
Một vài nguồn tài nguyên logic và vật lý BTS cần phân bổ khi phân phối các nguồn
tài nguyên cho thuê bao là:
- Kênh cơ sở - FCH (số các nguồn tài nguyên vật lý sẵn có)
- Công suất đường xuống (công suất đã được phân bố và là sẵn có)
- Các mã Walsh yêu cầu (các mã này là có sẵn)
Nguồn tài nguyên vật lý BTS đưa ra cũng liên quan đến việc quản lý các thành phần
kênh được yêu cầu cho cả dịch vụ thoại lẫn dịch vụ gói.
1.1.2.2. Bộ điều khiển trạm gốc (BSC)
BSC có nhiệm vụ điều khiển mọi BTS nằm trong miền của nó. BSC định tuyến các
gói tới và từ các BTS tới PDSN. Ngoài ra, BSC định tuyến lưu lượng ghép kênh
phân chia theo thời gian tới phần tử chuyển mạch và nó định tuyến số liệu gói tới
PDSN.
1.1.2.3. Nút dịch vụ số liệu gói (PDSN)
PDSN có nhiệm vụ hỗ trợ các dịch vụ số liệu gói và thực hiện các chức năng chính
sau:
- Thiết lập, duy trì và kết cuối các phiên giao thức điểm – điểm (PPP) với thuê bao
- Hỗ trợ cả dịch vụ gói IP di động và cố đinh.
- Thiết lập, duy trì và kết cuối các liên kết logic tới mạng vô tuyến thông qua giao
diện gói vô tuyến (A10)
- Khởi tạo việc nhận thực, chấp nhận nhận thực và thanh toán (AAA) cho khách

hàng di động tới máy chủ AAA.
- Thu các tham số dịch vụ cho khách hàng di động từ máy chủ AAA
- Định tuyến các gói tới hoặc từ các mạng số liệu gói bên ngoài
- Thu thập số liệu sử dụng được gửi tới máy chủ AAA.

6


Chương 1. Tổng quan về mạng CDMA2000
Dung lượng chung của PDSN được xác định bởi cả thông lượng lẫn số lượng phiên
PPP đang được phục vụ. Dung lượng cụ thể của PDSN phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng
được sử dụng cũng như mật độ card cụ thể được thực hiện.
1.1.2.4. Nhận thực, trao quyền và thanh toán (AAA)
AAA tạo chức năng nhận thực, trao quyền và thanh toán cho mạng số liệu gói kết
hợp với CDMA2000 và sử dụng giao thức RADIUS (Remote Authentication Dial
In User Service). Máy chủ AAA kết nối với PDSN thông qua IP và thực hiện các
chức năng chính:
- Nhận thực kết hợp với kết nối PPP và IP di động
- Trao quyền, quản lý và phân phối khoá bảo mật
- Thanh toán
1.1.2.5. Máy chủ thường trú (HA)
HA là một thành phần chính thứ 3 của mạng dịch vụ số liệu gói CDAM 2000. HA
thực hiện nhiều nhiệm vụ như: do tìm dịch vụ của thuê bao di động khi nó di
chuyển từ một vùng gói này sang vùng gói khác. Trong quá trình dò tìm máy di
động, HA sẽ bảo đảm rằng các gói tự động được gửi đến máy di động.
1.1.2.6. Trung tâm chuyển mạch di động (MSC)
MSC là nơi tập trung chuyển mạch kết nối các cuộc gọi của toàn hệ thống, thực hiện
chuyển giao mềm thuê bao giữa các BTS, quản lý thuê bao, xử lý mọi ứng dụng
trên mạng, và là trung tâm giám sát và khai thác mạng. Bên cạnh đó, MSC còn là
điểm giao tiếp giữa mạng CDMA2000 1x với các mạng PSTN nhằm phục vụ

chuyển mạch giữa các thuê bao này với các thuê bao cố định, với các mạng di động
của các Nhà khai thác khác nhau. Giao tiếp vật lý giữa MSC và PSTN là E1 SS7.
MSC cung cấp giao tiếp với các mạng dữ liệu IP/Internet thông qua PDSN.
1.1.2.7. Thanh ghi định vị thường trú (HLR)
HLR có nhiệm vụ lưu giữ thông tin thuê bao bổ xung, kết hợp với việc đưa ra các
dịch vụ số liệu gói. HLR thực hiện cùng một chức năng cho các dịch vụ gói như nó
đang thực hiện cho dịch vụ thoại, trong đó nó lưu giữ các tuỳ chọn dịch vụ số liệu
gói và các thiết bị đầu cuối cùng với các nhu cầu nền tảng thoại truyền thống.

7


Chương 1. Tổng quan về mạng CDMA2000
Thông tin dịch vụ từ HLR được tải xuống thanh ghi định vị tạm trú VLR, trong thời
gian xử lý đăng ký thành công.
1.2. Cấu trúc kênh CDMA2000
Cấu trúc kênh được chỉ ra trên hình 1.3, được chia thành các lớp trên, các lớp dưới
và lớp vật lý.

Hình 1.3. Cấu trúc phân lớp của CDMA2000.
1.2.1. Các lớp trên
Bao gồm ba dịch vụ cơ bản sau:
- Dịch vụ thoại: gồm truy nhập PSTN, các dịch vụ thoại di động tới di động và
thoại Internet.
- Dịch vụ số liệu: là các dịch vụ phân phối mọi dạng số liệu của người sử dụng di
động đầu cuối, bao gồm số liệu gói (dịch vụ IP), dịch vụ số liệu kênh (ví dụ các dịch
vụ mô phỏng kênh) và SMS. Các dịch vụ gói phù hợp với số liệu gói hướng kết nối
và phi kết nối theo tiêu chuẩn các giao thức dựa trên IP (như TCP và UDP) và các
giao thức liên kết mạng phi kết nối CLIP. Các dịch vụ số liệu kênh mô phỏng các
dịch vụ hướng kết nối được định theo tiêu chuẩn quốc tế như các dịch vụ truy nhập

quay số dị bộ, fax, ISDN.
- Báo hiệu: các dịch vụ điều khiển mọi hoạt động của máy di động.
8


Chương 1. Tổng quan về mạng CDMA2000
1.2.2. Các lớp dưới (lớp liên kết)
Được chia thành các phân lớp điều khiển truy nhập kết nối LAC và phân lớp điều
khiển truy nhập phương tiện MAC. Lớp liên kết cung cấp độ tin cậy và QoS khác
nhau theo yêu cầu của dịch vụ lớp cao. Nó cung cấp giao thức và cơ chế điều khiển
cho các dịch vụ truyền tải số liệu và thực hiện tất cả các chức năng cần thiết để ánh
xạ các nhu cầu truyền tải số liệu của lớp cao vào các khả năng đặc trưng và các đặc
tính của lớp vật lý.
1.2.2.1. Phân lớp LAC
Phân lớp LAC quản lý các kênh thông tin điểm điểm giữa các thực thể đồng cấp lớp
cao và đưa ra một khuôn khổ để hỗ trợ các giao thức lớp liên kết tin cậy đầu cuối –
đầu cuối khác nhau.
Khi khối dữ liệu phát hoặc nhận được đi qua ngăn giao thức, nó được xử lý bởi
chuỗi các lớp giao thức khác nhau. Mỗi lớp xử lý chỉ xử lý các trường khối dữ liệu
riêng. Ví dụ lớp ARQ (automatic repeat-request) chỉ hoạt động trên trường quan hệ
đáp lại (acknowledgment-related fields), và thực hiện chức năng phát hiện và truyền
lại.

9


Chương 1. Tổng quan về mạng CDMA2000

Hình 1.4. Xử lý khối dữ liệu LAC
Hệ thống CDMA2000 sử dụng kiểu kênh logic sau để mang thông tin báo hiệu:

• f-csch / r-csch (kênh báo hiệu chung đường xuống và đường lên tương ứng)
• f-dsch / r-dsch (kênh báo hiệu riêng đường xuống và đường lên tương ứng)
Các kênh logic được phân lớp dựa trên việc mang thông tin tới một hay nhiều đích,
thông tin là báo hiệu hay dữ liệu người dùng, hướng truyền (đường lên hay đường
xuống và dựa trên các tiêu chuẩn khác. Các kênh logic được được định nghĩa cho
các mục đích sau trong hệ thống CDMA2000:
• Đồng bộ
• Quảng bá
• Báo hiệu chung (bao gồm paging)

10


Chương 1. Tổng quan về mạng CDMA2000
• Truy cập
• Báo hiệu riêng
Khi lưu lượng trên kênh logic được mang qua một hoặc nhiều kênh vật lý, thì phải
có các liên kết giữa các kênh logic và kênh vật lý. Các liên kết được gọi là các ánh
xạ. Một kênh logic có thể sử dụng thường xuyên và duy nhất một kênh vật lý (ví dụ
kênh đồng bộ), hoặc có thể sử dụng tạm thời nhưng vẫn duy nhất một kênh vật lý
(ví dụ các chuỗi thăm dò truy cập r-csch liên tiếp có thể được gửi trên các kênh truy
cập vật lý), hoặc có thể chia sẻ kênh vật lý với các kênh logic khác (yêu cầu chức
năng ghép để thực hiện ánh xạ).
Trong trường hợp nào đó, một kênh logic có thể được ánh xạ tới một kênh logic
khác. Hai kênh hoặc nhiều hơn được nối thành một kênh logic hiệu quả cho việc
mang các kiểu lưu lượng khác (ví dụ kênh quảng bá và kênh báo hiệu đường xuống
chung được ánh xạ tới một kênh logic chung mang thông tin báo hiệu). Khi một
kênh logic có thể mang chỉ một PDU (protocol data unit) ở một thời điểm, thì phải
có sự sắp đặt ở lớp 3 để đảm bảo hoạt động này.
Hình 1.5 và hình 1.6 chỉ ra các kênh logic CDMA2000 trong đường xuống và

đường lên tương ứng. Tất cả các kiểu ánh xạ được thể hiện: kênh logic tới kênh vật
lý thường xuyên và duy nhất (ví dụ kênh truy cập đường xuống), ghép nhiều kênh
logic tới kênh vật lý (giữa dsch và dtch đối với cả đường lên và đường xuống) và
kênh logic tới kênh logic (kênh quảng bá và kênh báo hiệu chung).

11


Chương 1. Tổng quan về mạng CDMA2000

Hình 1.5. Cấu trúc kênh logic đường xuống

12


Chương 1. Tổng quan về mạng CDMA2000

Hình 1.6. Cấu trúc kênh logic đường lên
1.2.2.2. Phân lớp MAC
Phân lớp MAC hỗ trợ nhiều trường hợp trong giản đồ trạng thái, cho trường hợp
mỗi gói tích cực hoặc số liệu kênh. Cùng với các thực thể điều khiển QoS, phân lớp
MAC thực hiện các khả năng đa dịch vụ, đa phương tiện phức tạp của hệ thông vô
tuyến và các khả năng quản lý QoS cho từng dịch vụ tích cực. Phân lớp MAC có
các chức năng quan trọng sau:

13


Chương 1. Tổng quan về mạng CDMA2000
- Trạng thái điều khiển truy nhập đa phương tiện: các giao thức để điều khiển các

dịch vụ số liệu (kênh và gói) truy nhập tới lớp vật lý (bao gồm điều khiển tranh
chấp giữa các dịch vụ của một người sử dụng cũng như tranh chấp giữa các người
sử dụng khác nhau).
- Phân phối với nỗ lực cao nhất: truyền dẫn tin cậy một cách hợp lý qua liên kết vô
tuyến với giao thức liên kết vô tuyến (RLP) tạo ra mức độ tin cậy ở nỗ lực cao nhất.
- Ghép kênh và điều khiển QoS: đảm bảo mức QoS thoả thuận bằng cách yêu cầu
điều chỉnh sự xung đột từ các dịch vụ tranh chấp và yêu cầu truy nhập theo độ ưu
tiên một cách hợp lý.
Phân lớp MAC cung cấp QoS khác nhau cho phân lớp LAC (ví dụ các chế độ hoạt
động khác nhau). Phân lớp MAC được ràng buộc bởi khả năng tương thích ngược
trở lại và nó phải được tương thích với các giao thức khác của lớp liên kết.
Phân lớp MAC được chia nhỏ thành:
- Chức năng hội tụ độc lập với lớp vật lý – PLICF
- Chức năng hội tụ phụ thuộc với lớp vật lý – PLDCF được chia nhỏ tiếp thành
PLDCF trường hợp đặc biệt và phân lớp QoS và ghép kênh PLDCF.
a) PLICF
PLICF cung cấp dịch vụ cho phân lớp LAC và bao gồm tất cả các giao thức và chức
năng vận hành MAC không chỉ riêng của lớp vật lý. Các dịch vụ do PLICF sử dụng
được định nghĩa như là một tập hợp của các kênh logic mang các loại thông tin số
liệu và điều khiển khác nhau. Dịch vụ số liệu PLDCF bao gồm các trạng thái sau:
trạng thái rỗng, trạng thái khởi tạo, trạng thái giữ điều khiển, trạng thái tích cực,
trạng thái treo và trạng thái nghỉ.
Trạng thái rỗng được coi là trạng thái mặc định trước khi các dịch vụ số liệu gói
hoạt động. Sau khi dịch vụ gói được yêu cầu, xuất hiện sự chuyển đổi trạng thái
sang trạng thái khởi tạo trong suốt thời gian thử kết nối với dịch vụ gói.
Lưu lượng, điều khiển công suất và các kênh điều khiển được gán trong trạng thái
tích cực. Trong trạng thái giữ điều khiển, một kênh điều khiển riêng được duy trì
giữa người điều khiển và trạm gốc, trên kênh đó bất kỳ lệnh của MAC (ví dụ các

14