Tổng quan về mạng 3G

Tổng quan về mạng 3G
I.1 Lịch sử phát triển của mạng thông tin di động.
Khi con ngời có hệ thống thông tin cố định thông qua các máy để bàn, họ mong ớc
có một hệ thống di động để có thể trao đổi thông tin mọi lúc mọi nơi. Để đáp ứng yêu cầu
đó, mạng thông tin di động ra đời, trải qua nhiều giai đoạn phát triển từ hệ thống tơng tự
sử dụng kỹ thuật FDMA đến các hệ thống số TDMA và CDMA. Căn cứ vào các kỹ thuật
sử dụng cho hệ thống, các dịch vụ mà hệ thống có thể đáp ứng đợc ta chia lịch sử phát
triển của hệ thống thông tin di động thành các thế hệ đợc biểu diễn theo bảng sau:
Bảng 1: lịch sử phát triển lên thế hệ 3 của mạng thông tin di động.
Thế hệ thông tin di
động
Hệ thống Các dịch vụ Chú thích
Thế hệ 1 (1G) AMPS, TACS,
NMT
Tiếng thoại FDMA, tơng tự
Thế hệ 2 (2G) GSM,IS-36,
IS-95
Chủ yếu cho tiếng
thoại kết hợp với
các dịch vụ bản tin
ngắn
TDMA, hoặc CDMA
số băng hẹp (8-
13kbps)
Thế hệ 2.5 GPRS, EDGE,
CDMA 1x
Trớc hết là tiếng
thoại có đa thêm
các dịch vụ số liệu
gói
TDMA (kết hợp nhiều

khe thoại hoặc nhiều
tần số), CDMA tốc độ
mã cao hơn
Thế hệ 3 (3G) CDMA2000,
W-CDMA
Các dịch vụ tiếng
và số liệu gói đợc
thiết kế để truyền
tiếng và số liệu đa
phơng tiện
Sử dụng CDMA băng
rộng
Sơ đồ hình h 1.1 sau đây tổng kết quá trình phát triển của hệ thống thông tin di
động từ thế hệ 1 đến thế hệ 3.
Đề tài này nghiên cứu về thông tin di động thế hệ 3 trong khi đó các hệ thống trên
thế giới đang sử dụng chủ yếu là thông tin di động thế hệ 2 vì vậy sau đây ta nghiên cứu
hai quá trình phát triển lên 3G .
TACS
NMT
(900)
GSM(900)
GSM(1800)
GSM(1900)
IS-136
(1900)
IS-95 CDMA
(J-STD-008)
(1900)
IS-136
TDMA(800)

IS-95 CDMA
(800)
IDEN
(800)
AMPS
SMR
GPRS
GPRS
EDGE
Cdma2000
1x
W-CDMA
Cdma2000
Nx
h1.1: Tổng kết quá trình phát triển của thông tin di động từ thế hệ 1 đến thế hệ 3
I.1.1 Lộ trình phát triển từ hệ thống IS-95 thế hệ 2 đến cdma2000 thế hệ 3.
Mạng IS-95 (cdmaOne) không phải là mạng đầu tiên trên thế giới cung cấp truy
nhập số liệu nhng đây lại là mạng đợc thiết kế duy nhất để truyền số liệu. Chúng xử lý
truyền dẫn số liệu và tiếng theo cách rất giống nhau. Khả năng truyền dẫn tốc độ thay đổi
có sẵn ở trong cdmaOne cho phép quyết định lợng thông tin cần phát, vì thế cho phép chỉ
sử dụng tiềm năng mạng theo nhu cầu. Vì các hệ thống cdmaOne sử dụng truyền tiếng
đóng gói trên đờng trục ( ví dụ từ BTS đến MSC) nên khả năng truyền dẫn số liệu gói đã
có sẵn trong các thiết bị. Công nghệ truyền dẫn số liệu gói của cdmaOne sử dụng ngăn
xếp giao thức số liệu gói tổ ong (CDPD : Cellular Digital Packet Data) phù hợp với giao
thức TCP/IP.
Bổ sung truyền số liệu vào mạng cdma 2000 sẽ cho phép nhà khai thác mạng tiếp
tục sử dụng các phơng tiện truyền dẫn, các phơng tiện vô tuyến, cơ sở hạ tầng và các máy
cầm tay sẵn có chỉ cần phải nâng cấp phần mềm cho chức năng tơng tác. Nâng cấp IS-95B
cho phép tăng tốc độ kênh để cung cấp tốc độ số liệu 64-115 kbps và đồng thời cải thiện
chuyển giao mềm và chuyển giao cứng giữa các tần số. Các nhà sản xuất đã công bố các

khả năng số liệu gói, số liệu kênh, Fax số trên các thiết bị cdmaOne của họ.
IP di động (giao thức internet cho di động) là sự cải thiện các dịch vụ số liệu gói.
IP di động cho phép ngời sử dụng duy trì kết nối số liệu liên tục và nhận đợc một địa chỉ
ID khi di động giữa các bộ điều khiển trạm gốc (BSC) hay chuyển đến các mạng CDMA
khác.
Một trong các mục tiêu quan trọng của ITU IMT-2000 là tạo ra các tiêu chuẩn
khuyến khích sử dụng một băng tần trên toàn cầu nhằm thúc đẩy ở mức độ cao việc nhiều
ngời thiết kế và hỗ trợ các dịch vụ cao. IMT-2000 sẽ sử dụng các đầu cuối bỏ túi kích cỡ
nhỏ, mở rộng nhiều phơng tiện khai thác và triển khai cấu trúc mở cho phép đa ra các
công nghệ mới. Ngoài ra các hệ thống 3G hứa hẹn đem lại các dịch vụ tiếng vô tuyến có
các mức chất lợng hữu tuyến đồng thời tốc độ và dung lợng cần thiết để hỗ trợ đa phơng
tiện và các ứng dụng tốc độ cao.
Sự phát triển của các hệ thống 3G sẽ mở cánh cửa cho mạch vòng thuê bao vô
tuyến đối với PSTN và truy cập mạng số liệu công cộng, đồng thời cũng đảm bảo các điều
kiện thuận lợi hơn các ứng dụng và các tiềm năng mạng. Nó cũng sẽ đảm bảo chuyển
mạng toàn cầu, di động dịch vụ, ID trên cơ sở vùng, tính cớc và truy nhập th mục toàn cầu
thậm chí có thể hy vọng công nghệ 3G cho phép nối mạng vệ tinh một cách liên tục.
Một trong các yêu cầu kỹ thuật của cdma2000 là tơng thích với hệ thống cũ
cdmaOne về: các dịch vụ tiếng, các bộ mã hoá tiếng, các cấu trúc báo hiệu và các khả
năng bảo mật.
Giai đoạn một của cdma2000 sẽ sử dụng độ rộng băng tần 1,25 Mbps và truyền số
liệu tốc độ đỉnh 144 kbps cho các ứng dụng cố định hay di động. Giai đoạn hai của
cdma200 sẽ sử dụng động rộng băng tần 5Mhz và có thể cung cấp tốc độ số liệu 144kbps
cho các dịch vụ số liệu và xe cộ, 2Mbps cho các dịch vụ cố định. Các nhà công nghiệp
tiên đoán rằng giai đoạn cdma200 3x sẽ dần tiến đến tốc độ 1Mhz cho từng kênh lu lợng.
Bằng cách hợp nhất hay bó hai kênh ngời sử dụng sẽ đạt đợc tốc độ đỉnh 2Mbps là tốc độ
đích của IMT-2000.
Sự khác nhau căn bản giữa giai đoạn một và hai của cdma2000 là độ rộng băng tần
và tốc độ băng thông tổng hay khả năng tốc độ số liệu đỉnh. Giai đoạn hai sẽ đ a các khả
năng tốc độ tiên tiến và đặt nền móng cho các dịch vụ tiếng 3G phổ biến, sử dụng VoIP.

Vì các tiêu chuẩn cdma2000 1x và cdma2000 3x phần lớn sử dụng chung các dịch vụ vô
tuyến băng gốc nên các nhà khai thác có thể sử dụng một bớc tiến căn bản đến các khả
năng đầy đủ của 3G bằng cách thực hiện cdma2000 1x . Cdma2000 giai đoạn hai sẽ bao
gồm mô tả chi tiết các giao thức báo hiệu, quản lý số liệu và các yêu cầu mở rộng từ vô
tuyến 5Mhz đến 10 Mhz và 15 Mhz trong tơng lai.
Bằng cách chuyển từ công nghệ giao diện vô tuyến IS-95 hiện nay sang IS-2000 1x
của tiêu chuẩn cdma2000, các nhà khai thác đạt đợc tăng dung lợng vô tuyến gấp đôi và
có khả năng xử lý số liệu gói đến 144kbps. Khả năng của cdma2000 giai đoạn một bao
gồm lớp vật lý mới cho các cỡ kênh 1x1,25 Mhz và 3x1,25 Mhz, hỗ trợ các tuỳ chọn đ-
ờng xuống trải phổ trực tiếp và đa sóng mang 3x và các định nghĩa cho 1x và 3x. Các nhà
khai thác cũng sẽ đợc hởng sự cải thiện dịch vụ tiếng với dung lợng tăng 2 lần.
Cùng với sự ra đời của cdma2000 1x các dịch vụ số liệu cũng sẽ đợc cải thiện. Giai
đoạn hai cũng sẽ hoàn thành cơ cấu MAC (Medium Access Control: điều khiển truy nhập
môi trờng) và định nghĩa giao thức đoạn nối vô tuyến (RLP: Radio Link Protocol) cho số
liệu gói để hỗ trợ các tốc độ số liệu gói ít nhất là 144 kbps.
Thực hiện giai đoạn hai của cdma2000 sẽ mang lại rất nhiều khả năng mới và tăng
cờng dịch vụ. Giai đoạn hai sẽ tăng cờng tất cả các kích cỡ kênh (6x, 9x, 12x) cơ cấu cho
các dịch vụ tiếng, bộ mã hoá tiếng cho cdma2000 bao gồm VoIP. Với giai đoạn hai các
dịch vụ đa phơng tiện thực sự sẽ đợc cung cấp và sẽ mạng lại các cơ hội lợi nhuận bổ sung
cho các nhà khai thác. Các dịch vụ đa phơng tiện sẽ có thể thực hiện đợc thông qua MAC
số liệu gói, hỗ trợ đầy đủ cho dịch vụ số liệu gói đến 2Mbps, RLP hỗ trợ tất cả các tốc độ
số liệu đến 2Mbps và mô hình gọi đa phơng tiện tiên tiến.
ở lĩnh vực các dịch vụ và báo hiệu, giai đoạn hai cdma2000 sẽ đem đến cấu trúc
báo hiệu 3G cdma2000 tự sinh đối với điều khiển truy nhập đoạn nối (LAC : Link Access
Control) và cấu trúc báo hiệu lớp cao. Các cấu trúc này đảm bảo hỗ trợ để tăng cờng tính
riêng t, nhận thực và chức năng mật mã. Cấu trúc và thiết bị mạng hiện có của nhà khai
thác sẽ ảnh hởng đến sự chuyển đổi này. Một mạng đợc xây dựng trên cấu trúc mở tiên
tiến với lộ trình chuyển đổi rõ ràng có thể nhận đợc các khả năng của IS-2000 1x bằng
cách chuyển đổi modul đơn giản. Các mạng có cấu trúc ít linh hoạt hơn có thể đòi hỏi các
bớc chuyển đổi tốn kém để thay thế toàn bộ hệ thống thu phát gốc BTS. Để đạt đợc tốc độ

đỉnh nhà khai thác có thể nâng cấp phần mềm cho mạng và các trạm gốc để hỗ trợ giao
thức số liệu của IS-2000 1x.
Sẽ phải có điểm phục vụ số liệu gói (PDSN : Packet Data Service Node) để hỗ trợ
kết nối số liệu cho Internet. Nhiều nhà cung cấp các thiết bị đã đa ra các giải pháp tích
hợp điểm phục vụ số liệu vì thế mở ra lộ trình liên tục tiến tới các công nghệ 3G. Hình vẽ
sau cho thấy quá trình phát triển của IS-95.
IS-
95A
IS-
95B
Cdma20
0giai đoạn
một
Cdma200
0giai đoạn
hai
2G
cdmaOne
3G
64kbps
14.4kbps
2 Mbps
h1.2: Lộ trình phát triển từ cdmaOne đến cdma2000
Các nhà khai thác cdmaOne có khả năng nâng cấp lên hệ thống 3G mà không cần
thêm phổ, cũng không phải đầu t thêm đáng kể. Thiết kế cdma2000 cho phép triển khai
các tăng cờng của 3G trong khi vẫn duy trì hỗ trợ 2G cho cdmaOne hiện có ở dải phổ mà
nhà khai thác đang sử dụng hiện nay.
Cả cdma2000 giai đoạn một và hai đều có thể hoà trộn với cdmaOne để sử dụng
hiệu quả phổ tần tuỳ theo nhu cầu của khách hàng. Chẳng hạn một nhà khai thác có nhu
cầu lớn về dịch vụ số liệu tốc độ cao có thể chọn triển khai giai đoạn một cdma2000 và

cdmaOne với sử dụng nhiều kênh hơn cho cdmaOne. ở một thị trờng khác, ngời sử dụng
có thể cha cần nhanh chóng sử dụng các dịch vụ tốc độ số liệu cao thì số kênh sẽ đợc tập
trung chủ yếu cho cdmaOne. Vì các khả năng cdma2000 giai đoạn hai đã sẵn sàng, nhà
khai thác thậm chí có nhiều cách lựa chọn hơn trong việc sử dụng phổ để hỗ trợ các dịch
vụ mới.
I.1.2 Lộ trình phát triển từ GSM lên 3G W-CDMA
Để đảm bảo đáp ứng đợc các dịch vụ mới về truyền thông máy tính và hình ảnh
đồng thời đảm bảo tính kinh tế, tính hệ thống, thông tin di động thế hệ hai sẽ đợc chuyển
đổi từng bớc sang thế hệ ba. Tổng quát quá trình chuyển đổi này nh hình vẽ
GSM GPRSHSCSD EDGE W-CDMA
h1.3: Lộ trình phát triển từ GSM đến W-CDMA.
Giai đoạn đầu của quá trình phát triển GSM là phải đảm bảo dịch vụ số liệu tốt
hơn. Tồn tại hai chế độ dịch vụ số liệu trong cùng một mạng là chuyển mạch kênh (CS:
Circuit Switching) và chuyển mạch gói (PS:Packet Switching) nh sau:
Các dịch vụ số liệu chế độ chuyển mạch kênh đảm bảo:
- Dịch vụ bản tin ngắn (SMS :Short Message Service).
- Số liệu dị bộ cho tốc độ 14,4 kbps.
- Fax băng tiếng cho tốc độ 14,4 kbps.
Các dịch vụ số liệu chuyển mạch gói đảm bảo:
- Chứa cả chế độ dịch vụ kênh.
- Dịch vụ Internet, email...
- Sử dụng chức năng IWF/PDSN.
Để thực hiện kết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể sử dụng giao thức ứng
dụng vô tuyến (WAP : Wireless Application Protocol). Giai đoạn tiếp theo để tăng tốc độ
số liệu có thể sử dụng công nghệ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD, dịch vụ
gói vô tuyến chung GPRS và tốc độ số liệu tăng cờng để phát triển EDGE. Các bớc trung
gian này gọi là thế hệ 2,5.
a, Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD
Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD là một dịch vụ cho phép tăng tốc độ
dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh hiện nay 9,6 kbps (hay cải tiến 14,4kbps) của GSM. Để

tăng tốc độ số liệu ngời sử dụng có thể đợc cấp nhiều khe thời gian một lúc hơn. Có thể
kết hợp linh hoạt từ 1 đến 8 khe thời gian để đạt đợc tốc độ số liệu cực đại là 64kbps cho
một ngời sử dụng. Giao diện vô tuyến của HSCSD thậm chí còn hỗ trợ tốc độ lên đến
8x14.4 kbps và nh vậy có thể đạt đợc tốc độ trên 100 kbps.
Một tính năng đặc biệt của HSCSD là nó hỗ trợ cả kết nối đối xứng và không đối
xứng (nh hình h1.4). Từ hình h1.4 ta thấy ở chế độ HSCSD đối xứng, số khe phát từ BTS
đến MS bằng số khe thời gian theo chiều ngợc lại. ở chế độ bất đối xứng, số khe theo đ-
ờng xuống lớn hơn số khe của đờng lên. Chế độ phát không đối xứng đợc sử dụng khi ng-
ời dùng muốn truy nhập mạng internet, thông thờng dữ liệu tải về lớn hơn rất nhiều dữ
liệu đa lên mạng.
0
0
0
1
0
2
0
3
0
4
0
5
0
6
0
77
0
0
0
1

0
2
0
3
0
5
0
6
0
77
0
0
0
1
0
2
0
3
0
4
0
5
0
6
0
77
0
0
BTS ®Õn MS
MS ®Õn BTS

§o
0
0
0
1
0
2
0
3
0
6
0
0
0
1
0
2
0
3
0
5
0
6
0
77
0
0
0
3
0

4
0
5
0
6
0
77
0
0
BTS ®Õn MS
MS ®Õn BTS
§o
0
4
0
5
0
7
0
1
0
2
HSCSD ®èi xøng
HSCSD kh«ng ®èi xøng
h1.4: BiÓu ®å thêi gian cho HSCSD ®èi xøng vµ kh«ng ®èi xøng
b, DÞch vô gãi v« tuyÕn chung GPRS.

Mạng PLMN khác
TE MT BSS SGSN GGSN
SGSN

GGSN
EIR
MSC/VLR
SMS-GMSC
SMS-IWMSC
SM-SC
PDN TE
HRL
Gs Gr
Gc
Gi
Gn
Gp
Gf
Gn
Gd
A
D
C
E
R
Uu
Báo hiệu
Báo hiệu và lưu lượng
h1.5. Cấu trúc mạng GPRS
EIR = Equipment Identity Register.
HLR = Home Location Register.
SMS = Short Message Sevice.
SGSN = Serving GPRS Support Node.
GGSN = Gateway GPRS Support Node.

MT = Mobile Terminal.
TE = Terminal Equipment.
PLMN= Public Land Mobile Network.
PDN = Public Data Network.
BSS = Base Station System.
IWMSC InterWorking MSC.
GMSC= Geteway Mobile Services Switching Center.
Dịch vụ GPRS hỗ trợ dịch vụ số liệu gói tốc độ cao cho GSM. GPRS khác với
HSCSD ở chỗ là nhiều ngời sử dụng có thể dùng chung một tài nguyên vô tuyến vì thế
hiệu suất sử dụng tài nguyên vô tuyến sẽ rất cao. Một MS ở chế độ GPRS chỉ dành đợc tài
nguyên vô tuyến khi nó thực sự có dữ liệu cần phát và ở thời điểm khác, ngời sử dụng
khác có thể sử dụng chung tài nguyên vô tuyến này. Nhờ vậy băng tần đợc sử dụng rất
hiệu quả. Cấu trúc của một mạng GPRS nh trên hình h1.5.
Một ngời sử dụng GPRS có thể sử dụng đến 8 khe thời gian để đạt đợc tốc độ trên
100 kbps. Tuy nhiên đây chỉ là tốc độ đỉnh và nếu đồng thời có nhiều ngời sử dụng dịch
vụ thì tốc độ sẽ thấp hơn nhiều.
c, Tốc độ số liệu tăng cờng để phát triển GSM (EDGE)
Nói chung cấu trúc EDGE giống nh GPRS tuy nhiên ở đây sử dụng kỹ thuật điều
chế nhiều trạng thái hơn (8-PSK) vì thế nâng cao đợc tốc độ truyền dẫn.
I.2 Mạng 3G
Nh chúng ta đã theo dõi lịch sử phát triển của mạng thông tin di động. Để tiến tới
một hệ thống thông tin di động 3G chúng ta có hai cách phát triển tuỳ theo hiện trạng
mạng sẵn có sử dụng công nghệ GSM hay công nghệ cdmaOne. Trên thế giới hiện nay đã
có một số nớc xây dựng hoàn chỉnh hệ thống thông tin di động 3G nh ở Hàn Quốc và
Nhật Bản và với u điểm về tốc độ và dịch vụ, 3G sẽ là xu thế tất yếu mà mỗi nhà khai thác
cần phải hớng tới.
Mạng thông tin di động 3G giai đoạn đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển
mạch gói (PS) và các vùng chuyển mạch kênh (CS) để truyền số liệu gói và tiếng. Các
trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển mạch ứng dụng công nghệ ATM. Trên đờng
phát triển đến mạng toàn IP chuyển mạch kênh sẽ dần đợc thay thế bằng chuyển mạch

gói. Các dịch vụ kể cả số liệu thời gian thực (nh tiếng và video) cuối cùng cũng sẽ đợc
truyền trên cùng một môi trờng IP bằng các chuyển mạch gói. Hình h1.6 cho thấy thí dụ
về một kiến trúc tổng quát của thông tin di động 3G.