Nghiên cứu công nghệ WCDMA ứng dụng cho phát triển mạng thông tin di động Mobifone

Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học bách khoa hà nội

--------------------------

Luận văn thạc sĩ khoa học
Ngành: điện tử - viễn thông

Nghiên cứu công nghệ WCDMA ứng dụng
cho phát triển mạng thông tin di động
Mobifone

Lê duy thanh

Hà nội 2006


1
mục lục
Danh mục các từ viết tắt ................................................................ 4

18T

1 8T

Mở đầu
Chương I ........................................................................................................ 8

18T

18T

Giới thiệu chung .................................................................................. 8

18T

18 T

1.1 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài .............................................................. 8

18T

18T

1.1.1 Mục tiêu của đề tài ....................................................................... 8

18T

18T

1.1.2 Nhiệm vụ của đề tài ..................................................................... 8

18T

18T

1.2 Tình hình phát triển công nghệ 3G trên thế giới và tại Việt Nam ............. 8

18T

18T

1.2.1 Tình hình phát triển 3G trên thế giới ............................................ 8

18T

18 T

1.2.2 Xu hướng phát triển 3G tại Việt Nam ......................................... 12

18T

1 8T

1.3 So s¸nh hƯ thèng WCDMA víi c¸c hƯ thèng 2G ................................... 16

18T

18T

1.3.1. So sánh WCDMA và GSM ........................................................ 16

18T

18T

1.3.2. So sánh WCDMA và IS-95 ........................................................ 17

18T

18 T

1.4. So sánh, đánh giá 2 công nghệ W-CDMA và CDMA - 2000 ................. 18

18T

18T

1.4.1. Điểm giống nhau ....................................................................... 18

18T

18T

1.4.2. Những khác biệt chính .............................................................. 18

18T

18 T

1.4.3. Đặc điểm băng tần .................................................................... 20

18T

18T

1.4.4. Những phát triển tiếp ................................................................ 20

18T

18 T

Chương II .................................................................................................... 22

18T

18 T

hệ thống WCDMA ................................................................................ 22

18T

18T

2.1. Hệ thống thông tin trải phỉ ................................................................... 22

18T

18 T

2.2. Giíi thiƯu chung hƯ thèng UMTS ......................................................... 24

18T

18T

2.3. Mạng truy nhập UTRAN ...................................................................... 26

18T

18T

2.3.1. Đặc tính m¹ng UTRAN ............................................................ 26

18T

18T

2.3.2. CÊu tróc hƯ thèng ...................................................................... 28

18T

18T


2
2.4. Mạng lõi CN ......................................................................................... 29

18T

18T

2.5. Thiết bị người sử dơng UE (user Equipment) ........................................ 30

18T

18 T

2.6. C¸c giao diƯn mở .................................................................................. 30

18T

18T

2.7. Mạng truyền dẫn ................................................................................... 31

18T

18T

Chương III ................................................................................................... 33

18T

18 T

các điều kiện về kỹ thuật, công nghệ cho quá trình

18T

chuyển đổi lên 3g .............................................................................. 33
18 T

3.1. Khả năng chuyển đổi 2G lên 3G ........................................................... 33

18T

18T

3.1.1. Phân tích các khả năng chuyển đổi ............................................ 33

18T

18T

3.1.2 Các điều kiện và những vấn đề đặt ra cho các bước chuyển đổi .. 35

18T

18T

3.2. Cấu trúc hệ thống GSM đang tồn tại ..................................................... 36

18T

18T

3.2.1. Phân hệ điều khiển trạm gốc BSS .............................................. 37

18T

18T

3.2.2. Phân hệ điều khiển chuyển mạch NSS ....................................... 38

18T

18T

3.2.3. Phân hệ khai thác và bảo dưỡng mạng NMS .............................. 40

18T

18T

3.2.4. Phân hệ máy con MS ................................................................. 40

18T

18T

3.3. Giai đoạn HSCSD ................................................................................. 40

18T

18T

3.4. Giai đoạn GPRS .................................................................................... 41

18T

18T

3.5. Giai đoạn EDGE ................................................................................... 45

18T

18 T

3.6. Giai đoạn UMTS ................................................................................... 48

18T

18T

Chương IV ................................................................................................... 50

18T

18T

Các Phương án công nghệ và giải pháp phát triển mạng

18T

lên 3G cho mobifone ......................................................................... 50
18 T

4.1 Giới thiệu về công ty VMS Mobifone .................................................... 50

18T

18T

4.2. Đánh giá về cơ sở hạ tầng mạng hiện có ............................................... 51

18T

18T

4.2.1. Cấu trúc mạng hiện tại ............................................................. 51

18T

18T

4.2.2. Đánh giá chung về triển khai nâng cấp mạng Mobifone lên 3G 56

18T

18T


3
4.3 Phân tích các phương án và lựa chọn giải pháp ...................................... 61

18T

18T

4.3.1 Phân tích các phương án ............................................................. 62

18T

18T

4.3.1.1 Phương án 3G theo chuẩn 3GPP R99 ...................................... 62

18T

18T

4.3.2 Lựa chọn phương án công nghệ và giải pháp mạng .................... 69

18T

18T

4.4. Tính toán các thông số mạng và xây dựng cấu trúc mạng ..................... 70

18T

18T

4.4.1 Dự báo nhu cầu phát triển lưu lượng mạng 3G ........................... 72

18T

18T

4.4.2. Một số mục tiêu và chất lượng mạng cần đạt được khi triển khai

18T

18T

............................................................................................................ 73
4.4.3 Tính toán suy hao đường truyền và bán kính cell ....................... 73

18T

18T

4.4.4 Tính dung lượng mạng ............................................................... 75

18T

1 8T

4.4.5 CÊu tróc m¹ng Mobifone theo chn 3GPP- R4/5 ...................... 81

18T

18T

4.5. Một số thiết bị mạng 3G của Siemens. .................................................. 83

18T

18T

4.5.1 Media Gateway: CMX-3500 ...................................................... 83

18T

18T

4.5.2 Media Gateway: CMG-3500 ...................................................... 85

18T

18T

4.5.3. Node B: NB - 861 ...................................................................... 86

18T

18T

4.5.4. Nút hỗ trợ dịch vị GPRS cổng GGSN: CPG-3300 ...................... 88

18T

18 T

4.5.5. Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS, SGSN: CPX-5000 ............................. 89

18T

18T

4.5.6. Trung tâm chuyển mạch di động: CMX - 5000 ......................... 91

18T

18T

4.5.7. Bộ điều khiển mạng vô tuyến: RNC 750 ................................... 92

18T

18T

Kết luận và kiến nghị triển khai ............................................... 94

18T

18T

Tài liệu tham kh¶o .......................................................................... 96

18T

18 T


4

Danh mục các từ viết tắt
3G

Third Generation Thế hệ thứ ba

3GPP

Third Generation Partnership Project Dự án đối tác 3G

ATM

Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ

BSC

Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

BSS

Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc

BTS

Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

CDMA

Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân mÃ

EDGE

Enhanced Data Rates for GSM Evolution Tốc độ dữ liệu cao

FDD

Frequency Division Duplex Song công phân tần

GGSN

Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ cổng GPRS

GPRS

General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GSM

Global System for Mobile Communications – HÖ thèng GSM

HLR

Home Location Register – Bé đăng ký vị trí thường trú

HSCSD

High Speed Circuit Switched Data Dữ liệu chuyển mạch kênh
tốc độ cao

IP

Internet Protocol Giao thức Internet

ITU

International Telecommunications Union Liên minh viễn
thông quốc tế

IPv6

IP version 6 IP phiên bản 6

IWF

Internetworking Functions Khối chức năng liên mạng

MAP

(GSM) Mobile Application Protocol Giao thức ứng dụng di
động

MS

Mobile Staion Máy di động

MSC

Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động

PLMN

Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng


5
PSTN

Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển
mạch gói công cộng

RAN

Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

SGSN

Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ phục vụ GPRS

SMS

Short Message Service Dịch vụ nhắn tin ngắn

TCP

Trasmission Control Protocol – Giao thøc ®iỊu khiĨn trun

TDD

Time Division Duplex – Song công phân thời

TDMA

Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân thời
nghiệp viễn thông

UMTS

Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống thông
tin di động UMTS

UTRA

Universal Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt đất
của UMTS

VLR

Visitor Location Register Bộ đăng ký vị trí tạm trú

VPN

Virtual Private Network Mạng riêng ¶o

MAP

Wireless Application Protocol – Giao thøc øng dơng v« tun

W-CDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân
mà băng rộng


6
mở đầu
Nhu cầu trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong xà hội hiện đại. Sự ra
đời của thông tin di động là một bước ngoặt lịch sử trong ngành viễn thông
cũng như bước phát triển quan trọng của loài người. Qua quá trình phát triển
và cho đến ngày nay đó là mng di ng 3G. Cựng vi việc cho phép kết nối
mọi nơi, mọi lúc, là một trong những khả năng của mạng 3G. 3G mang tới
nhiều tiện ích, ứng dụng hơn là khả năng di động cho Internet. Các dịch vụ
mới sẽ xuất hiện như nhắn tin đa phương tiện, các dịch vụ định vị, các dịch
vụ thơng tin cá nhân, vui chơi giải trí, các dịch vụ ngân hàng, thanh toán điện
tử... sẽ phát triển mnh. ở Việt Nam, các hệ thống thông tin di động thế hệ
thứ ba cũng đà và sẽ được nhanh chãng triÓn khai.
Để theo kịp xu thế chung của thế giới là tiến tới mạng thế hệ sau 3G và

cung cấp các dịch vụ mới, việc nghiên cứu để triển khai, chuyển đổi sang
mạng 3G tại Việt Nam là cần thit. Đối với các nhà khai thác mạng di động
GSM thì cái đích 3G là các hệ thống thông tin di động CDMA băng rộng (WCDMA) theo chuẩn IMT-2000. Xuất phát từ định hướng này, luận văn đề cập
đến (Nghiên cứu công nghệ WCDMA ứng dụng cho phát triển mạng thông
tin di động Mobifone) nghiên cứu tổng quan về công nghệ W-CDMA và hệ
thống thông tin di động W-CDMA nói chung, phân tích các quá trình phát
triển lên 3G từ đó ứng dụng lựa chọn, tính toán dụng lượng mạng trên cơ sở
đó xây dựng cấu trúc 3G, phù hợp với xu hướng phát triển mạng thông tin di
động Mobifone.
Luận văn được chia làm 4 chương:
Chương 1: Giới thiệu chung về tình hình phát triển di động 3G tên thế giới
và tại Việt nam.
Chương 2: Hệ thống WCDMA: Giới thiệu tổng quan về công nghệ và hệ
thống WCDMA


7
Chương 3: Phân tích quá trình phát triển lên mạng 3G.
Chương 4: ứng dụng mạng 3G cho phát triển mạng Mobifone,
Mặc dù đà hết sức cố gắng và đà nhận được nhiều ý kiến đóng góp quí
báu từ các thầy cô giáo, nhưng do thời gian có hạn, luận văn chưa thể đi sâu
vào nhiều khía cạnh kỹ thuật khác. Song những vấn đề mà luận văn đề cập tới
là những yếu tố quan trọng đà và đang đưa vào sử dụng cũng như những ứng
dụng của nó trong phát triển mạng thông tin di động 3G. Rất mong được sự
đóng góp và giúp đỡ hơn nữa của các thầy cô giáo và đồng nghiệp để luận văn
được kết quả tốt hơn.
Sau cùng em xin chân thành cám ơn thầy giáo TS Nguyễn Văn Khang,
người trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành luận văn này. Em xin
cám ơn các thầy cô giáo trong khoa Điện tử - Viễn thông đà giúp đỡ em trong
suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình hoàn thành luận văn này.

Tác giả

Lê Duy Thanh


8
Chương I
Giới thiệu chung
1.1 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
1.1.1 Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu công nghệ WCDMA và quá trình nâng cấp mạng
GSM(2G) lên WCDMA(3G) để ứng dụng cho phát triển mạng thông tin di
động Mobifone.
1.1.2 Nhiệm vụ của đề tài
Đánh giá tình hình phát triển công nghệ mạng 3G trên thế giới cũng
như tại Việt Nam và nêu lên sự cần thiết phát triển 3G tại Việt Nam.
Tổng quan công nghệ WCDMA và mạng UMTS phân tích các quá
trình phát triển để nâng cấp mạng GSM (2G) lên mạng WCDMA (3G).
Đưa ra các phương án có thể thực hiện phát triển mạng GSM lên 3G
cho Mobifone, lựa chọn và đề xuất phương án tối ưu, để đảm bảo khi phát
triển mạng là tốt nhất cả về mặt kỹ thuật và về mặt kinh tế cho việc đầu tư là
có hiệu quả nhất. Tính toán sơ bộ các thông số kỹ thuật mạng vô tuyến dựa
trên khả năng tăng trưởng thuê bao 3G. Trên cơ sở đó lựa chọn giải pháp công
nghệ và xây dựng cấu trúc mạng cho cả phần truy nhập vô tuyến và phần
mạng lõi.
1.2 Tình hình phát triển công nghệ 3G trên thế giới và tại Việt Nam
1.2.1 Tình hình phát triển 3G trên thế giới
Cho đến tháng 8/2005, trên thế giới ®· cã 45 n­íc (vµ vïng l·nh thỉ)
cÊp tỉng céng 151 giấy phép kinh doanh thông tin di động thế hệ thứ ba (3G).
Điểm qua từng vùng, thì một số nước phát triển ở Châu Âu và Nhật Bản đÃ

cấp phép sớm, còn các nước và vùng lÃnh thổ đang phát triển thì mới bắt đầu


9
cÊp phÐp, cã nhiỊu n­íc ch­a cÊp giÊy phÐp nµo. Nhưng các giấy phép 3G
mới dần dần chuyển dịch sang các nước và vùng lÃnh thổ đang phát triển ở
Châu á, Châu Phi và Châu Âu. Việc cấp giấy phép 3G ở các nước dần dần
chuyển dịch từ phương thức phát mÃi sang phương thức gọi thầu.
Dịch vụ 3G phát triển theo dạng bậc thang. Việc đánh giá tổng hợp các mặt
như mức độ ứng dụng, quy mô hộ dùng, độ hoàn thiện của máy đầu cuối, việc
xây dựng mạng lưới và sử dụng dịch vụ v.v đối với 3G, cho thấy dịch vụ 3G ở
các vùng trên thế giới thể hiện sự phát triển theo dạng bậc thang.
Dịch vụ 3G ở Nhật Bản và Hàn Quốc phát triển cao nhất. Nhờ có sự
thúc đẩy của chính phủ và thái độ tích cực của các nhà kinh doanh, dây
chuyền công nghiệp 3G ở hai nước này bắt đầu phát triển sớm; việc kích thích
thị trường thời gian đầu khá tốt, người dùng cũng tha thiết với dịch vụ mới.
Sự phát triển dịch vụ 3G ở Châu Mỹ (chủ yếu là nước Mỹ) tương đối chậm
chạp, khá là lạc hậu trên phạm vi toàn cầu. Bốn nhà khai thác dịch vụ vô
tuyến chủ yếu của Mỹ gần đây mới bắt đầu cung cấp dịch vụ 3G, và mạng
lưới mới phủ sóng ở các thành phố lớn.
Mức độ phát triển chung thị trường thông tin di động ở các nước Tây
Âu rất cao, mức phổ cập dịch vụ di động lên đến khoảng 90%, nhưng các nhà
khai thác truyền thống triển khai dịch vụ 3G tương đối thận trọng, do đó mà
sự phát triển cũng tương đối chậm chạp. Các nước và vùng lÃnh thổ Trung Đông Âu và Đông - Nam á hiện phần lớn cũng còn ở giai đoạn chuẩn bị cho
3G.
Số hộ dùng 3G phân bố không đều. Phân tích theo từng khu vực, thì
vào năm 2004, 50% số hộ dùng 3G trên toàn cầu là ở Nhật Bản và Hàn Quốc,
gần 20% ở Italia, 16% ở Anh quốc. Mức độ phát triển dịch vụ 3G của Nhật
Bản và Hàn Quốc, hai nước Châu á, là chiếm hàng đầu của thế giới, nhưng
dịch vụ 3G ở đa số các nước trong khu vực này vẫn còn trong giai đoạn chuÈn

10
bị; biểu hiện thị trường 3G ở Châu Âu nói chung là bình bình, nhưng cũng có
điểm sáng, chủ yếu là ở Italia và Anh; ở Châu Mỹ thì sự phát triển ở Mỹ là
tương đối nổi bật; còn Châu Phi là thị trường sẽ được khai phá trong tương lai.
Phân tích về mặt kỹ thuật, thì đến tháng 8/2005, toàn thế giới có tổng
cộng 211 mạng 3G kinh doanh thương mại, trong đó có 78 mạng WCDMA,
21 mạng 2000 1x EV-DO và 112 mạng CDMA 1x (thực ra CDMA 1x chỉ
tương đương với mạng GSM có trang bị GPRS, thuộc loại 2,5G chứ chưa phải
là 3G).
Cho đến nay, WCDMA là kỹ thuật phát triển nhanh nhất, sử dụng rộng
rÃi nhất toàn cầu. Theo hệ thống kê của EMC và TCA, thì số hộ dùng
WCDMA vào tháng 10 năm 2005 đà vượt 35 triệu, chủ yếu là tập trung ở
Nhật Bản, Italia, Anh là các nước triển khai dịch vụ 3G sớm nhất.
Từ rất sớm, khi mà các nhà khai thác Nhật Bản và Châu Âu vừa đưa ra
dịch vụ 3G, máy đầu cuối (tức máy cầm tay di động) là một vấn đề rất lớn.
Hiện nay máy đầu cuối WCDMA đà có 26 nhÃn hiệu, 186 loại sản phẩm; sản
phẩm đầu cuối EV-DO cũng lên đến 156 loại. Máy đầu cuối đà không còn là
nút thắt phát triển dịch vụ 3G nữa.
Nhưng điều tra của IDC năm 2004 cho biết là nhận thức của nhiều
người đối với 3G vẫn còn rất thấp, 70% số người được điều tra không hiểu về
ưu thế của 3G. ở Anh, Pháp, Đức, Tây Ban Nha, Italia và Bỉ, có 49% người
dùng không cảm thÊy høng thó ®èi víi 3G. ë Anh dï ®· có đến 3 nhà khai
thác cung cấp dịch vụ 3G, nhưng có đến 60% người dùng tỏ ra không hứng
thú đối với 3G.
Trong các loại dịch vụ của 3G, đóng góp lớn nhất vào thu nhập vẫn là
dịch vụ điện thoại, chiếm hơn 90% tổng thu nhập, nhưng đóng góp vµo thu

11
nhập của các dịch vụ phi thoại đang tăng trưởng đều. Dịch vụ 3G được đánh
giá cao nhất trong tương lai bao gồm đa truyền thông, truyền hình thu qua
máy cầm tay.v.v
Mô hình có lợi rất là quan trọng đối với sự phát triển của 3G. Hiện nay
đại đa số các nhà khai thác phát triển tương đối tốt đều chưa đạt được thăng
bằng thu - chi. Công ty 3G của Hutchison cho biết là đến cuối năm 2005 có
thể thực hiện thăng bằng thu - chi, nhưng hiện nay vẫn đang còn bị lỗ.
DoCoMo có dịch vụ 3G đà đi vào quĩ đạo cũng còn ở trong giai đoạn phát
triển hộ dùng mới và nâng cao ARPU, còn lâu mới hoàn toàn có lÃi. Nhìn vào
đó, các nhà khai thác vẫn còn thận trọng trong việc đầu tư cho 3G.
Do hoàn cảnh thị trường ở các nước có khác nhau, sách lược phát triển 3G mà
các nhà khai thác lựa chọn cũng không hoàn toàn giống nhau.
ở Nhật Bản các nhà khai thác, như DoCoMo, chủ yếu là thông qua sự tiến bộ
của kỹ thuật và sáng tạo mới về dịch vụ để đi đến thành công. Hiện nay mạng
3G ở Nhật đà phủ sóng đến 99,7%. 94% hộ dùng 2G đang quá độ sang 3G, tỷ
lệ này là cao nhất trên toàn thế giới. Các nhà khai thác và các nhà sản xuất
máy cầm tay phối hợp với nhau thiết kế chế tạo máy đầu cuối. Giá cả của
máy cầm tay 3G đà tương đương với máy cầm tay 2G, cho nên các hộ dùng
muốn đổi máy cầm tay. Các nhà khai thác đưa ra các dịch vụ mới rất hấp dẫn
trên mạng, ví dụ như trích xuất âm nhạc, mua hàng qua máy cầm tay v.v
Công ty 3G của Hutchison có trụ sở chính đóng tại Hongkong cũng là một
trong số các nhà khai thác đi đầu về dịch vụ 3G trên toàn cầu; nắm 10 giấy
phép 3G ở các thị trường úc, áo, Đan Mạch, Hongkong, Italia, Ai Len,
Israel, Na Uy, Anh, Thụy Điển v.v đến 175 triệu dân, chỉ chi cho giấy phép
tổng cộng đến 10,2 tỷ USD. Đầu tư xây dựng mạng lưới 3G của công ty đÃ
vượt 27 tỷ USD. Sách lược phát triển 3G của Công ty 3G Hutchison là cước
phí linh hoạt. Số hộ dùng 3G của công ty này chưa đến 6 triệu, năm nay sẽ
đột phá 10 triệu.

12
Sự phát triển dịch vụ 3G của đại đa số các nhà khai thác Châu Âu là
tương đối chậm chạp. Nguyên nhân chủ yếu, một là chi trả cho giấy phép quá
cao, làm cho các nhà khai thác thiếu lực để phát triển; hai là nhu cầu thị
trường đối với 3G chưa nhiều, chỉ khoảng 6% hộ dùng di động có nhu cầu
3G; thông thường tỷ lệ này phải đạt đến 33%, nhà khai thác mới có thể thực
hiện thăng bằng thu - chi. Vì vậy, xem ra để mạng 3G có lÃi còn cần có thời
gian.
1.2.2 Xu hướng phát triển 3G tại Việt Nam
Các ứng dụng truyền thông hữu ích như điện thoại truyền hình, định vị
và tìm kiếm thông tin, truy cập Internet, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn,
nghe nhạc và xem video chất lượng cao... cùng nhiều ứng dụng dịch vụ viễn
thông tiên tiến khác có thể thực hiện được trên mạng di động 3G. Nhưng ở
Việt Nam 3G mới chỉ đang bước chập chững.
Thế giới ®ang cã 2 hƯ thèng 3G ®­ỵc chn hãa song song tồn tại, một
dựa trên công nghệ CDMA còn gọi là CDMA-2000, chuẩn còn lại do dự án
3rd Generation Partnership Project (3GPP) thực hiện. 3GPP đang xem xét tiêu
chuẩn UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access TS. Tiêu chuẩn này có 2 sơ
đồ truy nhập vô tuyến. Một trong số đó được gọi là CDMA băng thông rộng
(WCDMA). Căn cứ vào những thông tin nói trên thì Việt Nam đà gia nhập
vào nhóm các nước đà triển khai dịch vụ điện thoại thế hệ thứ 3 (3G), đó
chính là dịch vụ điện thoại di động CDMA của nhà khai thác mạng S-Fone.
Tuy nhiên, công nghệ CDMA-2000 1X mà S-Fone triển khai cũng chỉ
được coi là giai đoạn khởi đầu của một hệ thống 3G hoàn chỉnh, vì CDMA2000 có đến ba phiên bản: CDMA-2000 1X, CDMA-2000 1xEV-DO và
CDMA-2000 1xEV-DV. CDMA2000 1X dành cho thoại và dữ liệu, hoạt
động trên kênh CDMA 1,25MHz chuẩn, cho phép truyền dữ liệu đạt
307Kbps. CDMA2000 1xEV-DO là phiên bản cao hơn, tối ưu cho những dịch

13
vụ dữ liệu dung lượng lớn và tốc độ cao dựa trên công nghệ CDMA High
Data Rate (tốc độ tối đa vượt 2Mbps).
CDMA2000 1xEV-DV thì đạt tốc độ truyền dữ liệu vượt 10Mbps.
Nghĩa là để triển khai loạt các ứng dụng có dung lượng lớn, được coi là thế
mạnh của 3G ngày nay thì CDMA 2000 1X của S-Fone chưa ®đ tÇm. Trong
khi ®ã, vÊn ®Ị hiƯn nhiỊu ng­êi quan tâm là bao giờ người sử dụng công nghệ
GSM (chiếm 95% số người dùng điện thoại di động tại Việt Nam) có cơ hội
sử dụng 3G.
Nhà sản xuất chạy trước, một lần nữa các nhà sản xuất lại đi trước
các nhà khai thác dịch vụ điện thoại di động, khi lần lượt Nokia, Sony
Eircsson đà bán ra thị trường Việt Nam vài model điện thoại di động hỗ trợ
công nghệ 3G nh­ Nokia 6680, 6630; Sony Ericsson Z800i, K608i... Trong
khi đó loạt sản phẩm 3G Nseries dù chưa được Nokia bán chính thức tại Việt
Nam cũng đang thu hút được sự chú ý của người tiêu dùng, nhất là những
người ưa thích công nghệ.
Về cơ bản, đây chỉ là sự chứng minh của các hÃng cho thị trường thấy
họ đà có những sản phẩm cao cấp và tích hợp các công nghệ đón đầu, chứ các
nhà sản xuất cũng thừa hiểu giá trị sử dụng công nghệ 3G tại Việt Nam chưa
có vì các nhà khai thác mạng chưa triển khai ứng dụng 3G. Tất nhiên, trên thế
giới không chỉ có Sony Ericsson hay Nokia mà còn có Samsung, Motorola,
LG... thậm chí là cả Huewei (Trung Quốc) cũng góp mặt vào nhóm các nhà
sản xuất điện thoại di động 3G với sản phẩm U626.
Không chỉ có các hÃng sản xuất điện thoại di động mà ngay cả
Qualcomm, nhà phát triển và phát minh hàng đầu của công nghệ CDMA cũng
đà có nhiều kế hoạch khuếch trương 3G tại Việt Nam. Cuối tháng 7/2005,
Qualcomm loan báo sẽ mở Trung Tâm Nghiên Cứu Công Nghệ 3G đầu tiên
tại Việt Nam. Thời gian đầu, trung tâm sẽ tổ chức các khóa đào tạo vỊ ph¸t

14
triển 3G, giới thiệu công nghệ CDMA, WCDMA và cách lập trình trên môi
trường BREW (Binary Runtime Environment of Wireless) của Qualcomm.
Các khóa học được thiết kế cho người đà có kinh nghiệm lập trình bằng
ngôn ngữ C và C++ ®Ĩ thóc ®Èy viƯc øng dơng réng r·i c«ng nghƯ 3G tại Việt
Nam và các nước trong khu vực. Đây cũng là một phần của dự án thúc đẩy sử
dụng 3G tại Châu á mà Qualcomm giới thiệu vào năm ngoái. Chưa hết, giữa
tháng 9 vừa qua, tại Hà Nội, Qualcomm đà tổ chức hội thảo và đào tạo về
BREW, giới thiệu giải pháp tổng thể về dữ liệu và ứng dụng trên thiết bị di
động của Qualcomm. BREW cũng chính là một trong những động lực thúc
đẩy sự phát triển các ứng dụng và nội dung của hầu hết các hoạt động 3G trên
toàn thế giới.
Khởi đầu là việc Mobifone phối hợp cùng Ericsson thực hiện thành
công việc trình diễn các dịch vụ thông tin di động 3G vào đầu năm 2004.
Nhiều ứng dụng thông tin di động 3G thú vị như điện thoại truyền hình, định
vị toàn cầu và tìm kiếm thông tin, truy cập Internet, video chất lượng cao... đÃ
được thực hiện trong môi trường mạng di ®éng tèc ®é cao. Sau Mobifone, t¹i
triĨn l·m Vietnam Telecomp 2004 diễn ra vào cuối năm, GPC đà kết hợp với
Siemens demo những ứng dụng của công nghệ 3G. ở thời điểm đó quan
chức của công ty GPC, đơn vị chủ quản của thương hiệu Vinaphone cho biết,
sẽ thực hiện các bước chuẩn bị để có thể thử nghiệm công nghệ 3G cho khách
hàng sử dụng mạng Vinaphone vào đầu năm 2005. Và nếu không có gì thay
đổi, từ những năm tiếp theo, VinaPhone sẽ chính thức triển khai dịch vụ công
nghệ 3G.
Theo các chuyên gia trong ngành viễn thông, đường tới 3G của GSM là
WCDMA. Nhưng trên con đường đó, các nhà khai thác dịch vụ điện thoại di
động phải trải qua giai đoạn 2,5 (2,5G). Thế hệ 2,5G bao gồm những gì? Đó
là: dữ liệu chuyển mạch gói tốc độ cao (HSCSD), dịch vụ vô tuyến gói chung

15
(GPRS - đà được Vinaphone và Mobifone triển khai hơn 1 năm nay), và
Enhanced Data Rates for Global Evolution (EDGE). Sau khi triển khai GPRS,
Vinaphone đang tiến hành thử nghiệm công nghệ EDGE tại 21 tỉnh, thành.
Và lÃnh đạo GPC cũng tiết lộ, thị trường mà Vinaphone nhắm đến trước hết là
những đô thị mà người sử dụng có mức sống cao và có nhu cầu sử dụng các
dịch vụ tiên tiến.
Nghe thì đơn giản nhưng thực tế, để triển khai 3G, một trong những
khó khăn của các nhà khai thác mạng GSM là vấn đề ứng dụng. Ngoài ra, họ
cũng đang phải tìm câu trả lời cho câu hỏi: Đầu tư hạ tầng có đáp ứng được
nhu cầu của người dùng hay không? Bởi triển khai 3G trên mạng điện thoại
hiện hành sẽ theo hướng nâng cấp từ nền tảng cơ sở đà có. Song song với thử
nghiệm còn phải xây dựng dự án đầu tư, phải có thời gian để hoàn tất thủ tục
dự án... Một yếu tố nữa là khách hàng phải có máy đầu cuối thích hợp khi sử
dụng công nghệ 3G trong dịch vụ thông tin di động.
Bên phía CDMA, ngoài S-Fone như đà nói ở trên, ẩn số lớn của
ngành điện thoại di động là Hanoi Telecom cũng đà nhiều lần nhắc tới việc
họ sẽ sử dụng ngay công nghệ CDMA2000 1xEV-DO khi bắt đầu chính thức
thương mại hoá các dịch vụ di động. Hẳn nhiên ai cũng biết CDMA2000
1xEV-DO đang gặt hái nhiều thành công trong việc triển khai các dịch vụ
liên quan đến dữ liệu tại các nước đang sử dụng công nghệ này mà Hàn Quốc
là một ví dụ điển hình.
Dù cái đích 3G có thể còn cách xa nhưng hiện cả nhà sản xuất lẫn nhà
khai thác dịch vụ đều đà có những bước đi thích hợp để tiến tới 3G, vấn đề
còn lại là bao giờ? Một trong những yếu tố quyết định điều này là nhu cầu và
số l­ỵng ng­êi dïng.


16
1.3 So s¸nh hƯ thèng WCDMA víi c¸c hƯ thèng 2G

1.3.1. So sánh WCDMA và GSM
Bảng 1.1. So sánh hai hệ thống GSM và WCDMA
GSM

WCDMA

Dải tần 900 MHz và 1800 MHz.

Dải tần xấp xỉ 2 GHz.

Độ rộng băng tần kênh 200 KHz.

Độ rộng băng tần kênh 5 MHz.

GSM - 13,4 kbps

+ 8 kbps đến 384 kbps đối với
trạm di động.
+ Lên tới 2 Mbps với trạm cố
định.

Phương pháp đa truy cập TDMA.

Phương pháp đa truy cập CDMA.

Qui hoạch vô tuyến có tính chất tĩnh với Qui hoạch vô tuyến có tính chất
việc tăng lưu lượng.

động.

Dung lượng: dung lượng tĩnh được cho Dung lượng tùy thuộc vào mức độ
bởi một cấu hình phần cứng nào đó.

nhiễu, do vậy rất nhạy cảm với
cấu hình mạng.

Điều khiển công suất: các thuật toán Điều khiển công suất là vấn đề
điều khiển công suất đơn giản.

thiết yếu trong mạng.

Chuyển giao: Chỉ có chuyển giao cứng.

Chuyển giao: có 3 loại chuyển
giao: chuyển giao cứng, mềm và
mềm h¬n.


17
1.3.2. So sánh WCDMA và IS-95
Cả WCDMA và IS-95 đều sử dụng công nghệ CDMA trải phổ trực tiếp.
Tốc độ chip 3,84 Mcps, hƯ thèng WCDMA cho phÐp tèc ®é bit cao hơn. Tốc
độ chip cao hơn cũng giúp khả năng phân tập đa đường nhiều hơn so với tốc
độ chip 1,2288 Mcps, đặc biệt những cell nhỏ ở đô thị.
Bảng 1.2: So sánh hai hệ thống WCDMA và IS - 95
Các thông số

WCDMA

IS-95

Độ rộng băng tần

5 MHz

1,25 MHz

Tốc độ chip

3,84 Mcps

1,2288 Mcps

Tần số điều khiển công 1500 Hz, cả đường lên Đường lên: 800 Hz,
suất

lẫn đường xuống

đường

xuống:

điều

khiển công suất thấp
Chuyển giao giữa các Có

Có thể, nhưng chưa xác

tần số

định rõ phương pháp đo

Các thuật toán quản lý Có, giúp cải thiện được Không cần thiết chỉ đối
nguồn tài nguyên vô chất lượng dịch vụ theo với các mạng thoại
tuyến hiệu quả

yêu cầu

Số liệu gói

Lịch trình gói dựa theo Số liệu gói được truyền
tải

như đối với các cuộc
gọi

ngắn

sử

dụng

chuyển mạch kênh
Phân tập truyền phát Hỗ trợ để cải thiện dung Tiêu chuẩn không hỗ
đường xuống

lượng đường xuống

trợ

WCDMA có khả năng điều khiển công suất vòng khép kín nhanh ở cả đường
lên và đường xuống, trong khi IS-95 sử dụng điều khiển công suất nhanh chỉ
ở đường lên. Điều khiển công suất nhanh ở đường xuống giúp cải thiện chất
lượng đường truyền và tăng cường dung lượng đường xuống. Điều này đòi hái


18
các máy đầu cuối phải có các tính năng mới như điều khiển công suất vòng
ngoài... mà các máy đầu cuối của IS-95 không cần.
Hệ thống IS-95 nhằm mục đích chính để ứng dụng macro cell. Các trạm
gốc macro cell được đặt trên mái nhà, ở đó có thể dễ dàng nhận được tín hiệu
GPS. Trạm gốc IS-95 cần phải được đồng bộ và quá trình đồng bộ thực hiện
nhờ hƯ thèng GPS. Sù cÇn thiÕt cã tÝn hiƯu GPS làm khả năng triển khai cell
trong nhà và micro cell khó khăn hơn, bởi vì việc nhận tín hiệu GPS mà
không có kết nối trong tầm nhìn thẳng đến các vệ tinh GPS là khó khăn. Vì
vậy, người ta thiết kế hệ thống WCDMA với các trạm gốc không đồng bộ, tại
đó không cần tín hiệu đồng bộ từ GPS. Các trạm gốc không đồng bộ khiến
cho việc chuyển giao của hệ thống WCDMA hơi khác so với IS-95.
Chuyển giao giữa các tần số được xem là quan trọng đối víi hƯ thèng
WCDMA ®Ĩ tèi ®a hãa viƯc sư dơng một số sóng mang ở mỗi trạm gốc. ở hệ
thống IS-95, phương pháp đo lường giữa các tần số chưa được xác định rõ,
khiến cho việc chuyển giao giữa các tần số trở nên khó khăn hơn.
1.4. So sánh, đánh giá 2 công nghệ W-CDMA và CDMA - 2000
1.4.1. Điểm giống nhau
- Đều dựa trên công nghệ trải phổ trực tiếp.
- Đều đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của IMT-2000.
+ Duy trì hỗ trợ các dịch vụ truyền thống.
+ Hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao, dữ liệu gói và truy nhập
IP.

1.4.2. Những khác biệt chính
Các khác biệt chính về kỹ thuật giữa hai công nghệ WCDMA và 2000
được cho trong bảng sau:


19
Bảng 1.3 So sánh sự khác nhau giữa WCDMA và CDMA2000
Các thông số

WCDMA

2000

Phương thức truy Không có chế độ đa Có chế độ đa sóng mang
nhập và ghép kênh

sóng mang

Băng thông

5 MHz, 10MHz

Nx1,25 MHz
(N=1,3,6,9,12)

Tốc độ chip

3,84 Mcps

Nx1,2288 Mcps

(N=1,3,6,9,12)

Điều chế

QPSK

(cho

cả

hai QPSK (BTS-MS), BPSK

h­íng)
CÊu tróc khung tÝn 10 ms ®èi víi líp vật lý
hiệu

5 ms đối với báo hiệu

10, 20, 40, 80 ms ®èi 20, 40, 80 ®èi víi líp vËt
víi líp truyền dẫn

MÃ hóa kênh

(MS-BTS)

lý

Dùng mà có hệ số trải dùng m· Walsh, tõ 4 - 128
phỉ biÕn thiªn trùc giao bit
(OVSF), từ 4 - 256 bit

MÃ nhận dạng đối Dùng 512 m· ngÉu dïng chung mét m· PN
víi sector

nhiªn hãa, mỗi mà nhận ngắn, nhưng sử dụng 512
dạng một sector riêng giá trị PN offset khác nhau
biệt

để nhận dạng các sector
khác nhau

MÃ nhận dạng MS

Dùng mà ngẫu nhiên dùng chung một mà PN
hóa, gắn bởi sector để dài, nhưng tạo ra các giá
nhận dạng MS

trị PN offset khác nhau
theo số seri thiết bị của
MS để nhận dạng các MS
khác nhau


20
Về đồng bộ, W-CDMA dùng dị bộ ở chế độ FDD, còn ở chế độ TDD các
trạm gốc được phân cấp đồng bộ nếu không cần roaming toàn cầu thì
không cần đồng bộ từ hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning
System). Điều này phần nào tạo cho hệ thống có tính độc lập hơn. Trong khi
cdma-2000 bắt buộc cần GPS để đồng bộ.
Về tính tương thích ngược với mạng lõi 2G, W-CDMA được xây dựng

trên cơ sỏ báo hiệu mạng lõi GSM-MAP còn cdma-2000 trên cơ sở IS-41
(mạng lõi của IS-95 CDMA). Như vậy, nhiều khả năng UTRA được chọn bởi
các nhà khai thác GSM, trong khi nhà khai thác CDMA IS-95 chọn
CDMA- 2000.
1.4.3. Đặc điểm băng tần
W-CDMA có phổ trong phần băng tần của IMT-2000. Tuy nhiên ở Châu
Âu và Nhật đà có hệ thống DECT và PHS chiếm một phần nhỏ phổ tần. Phần
phổ tần còn lại được sử dụng cho W-CDMA với băng thông chuẩn là 5MHz.
cdma- 2000 ở Mỹ tần số cho 3G theo WRC-92 đà được phân chia hết
cho dịch vụ PCS. Do đó cdma-2000 được thiết kế để có thể hoạt động
chung với IS-95 CDMA dùng băng thông cơ sở 1,25MHz. Để cung cấp dịch
vụ tốc độ cao, cdma2000 ghép 3 kênh 1,25MHz (CDMA đa sóng mang)
hoặc cũng có thể trải phổ trực tiếp trên băng thông 3,75MHz (1,25MHz x 3).
1.4.4. Những phát triển tiếp
Tốc độ chip của UTRA ban đầu là 4,096Mcps đà được thống nhất giảm
xuống 3,84Mcps gần với tốc độ chip của cdma- 2000 là 3,6864Mcps cho
phép dễ dàng chế tạo máy đầu cuối có 2 chế độ hơn.
Người ta còn tiếp tục chuẩn hoá để W-CDMA và cdma-2000 ở pha tiếp
theo có thể tương thích ngược với cả hai loại mạng lõi GSM-MAP và IS-41.


21
Nh­ vËy viƯc chän UTRA hay cdma-2000 phơ thc chÝnh vào mục tiêu
roaming toàn cầu với thị trường lớn hơn và giải pháp làm cấu trúc đầu cuối
cũng như mạng lõi đơn giản hơn.
Tóm lại, có thể nói rằng không thể khẳng định công nghệ nào ưu việt
hơn. Bởi thế, tuỳ thuộc vào hạ tầng sẵn có mà việc dùng cdma-2000 hay WCDMA sẽ thuận lợi hơn cho việc phát triển. Mặc dù các tổ chức chuẩn hoá
vẫn tiếp tục cố gắng đạt được khả năng đấu nối linh hoạt giữa các mạng lõi
khác nhau, W-CDMA vẫn thuận lợi hơn đối với các nhà khai thác GSM hiện
có với giao thức mạng lõi GSM-MAP. Ngược lại, CDMA- 2000 thuận tiện

cho viƯc n©ng cÊp tõ hƯ thèng cdmaOne (CDMA IS-95) hiƯn cã víi giao
thøc m¹ng lâi ANSI-41.


22

Chương II
hệ thống WCDMA
2.1. Hệ thống thông tin trải phổ
Nếu có một tín hiệu với độ rộng băng tần là W, thời gian tồn tại là T thì
không gian phổ của tín hiệu này xấp xỉ là 2WT. Để trải rộng phổ của tín hiệu
này có 2 cách:
U

Cách 1 : Tăng giá trị W bằng trải phổ trong miền tần số (trải phổ dÃy trực tiếp
U

và trải phổ nhảy tần ).
U

Cách 2 : Tăng giá trị T bằng trải phổ trong miỊn thêi gian (tr¶i phỉ nh¶y thêi
U

gian).
Nh­ vËy cã ba kiểu hệ thống trải phổ cơ bản: trải phổ d·y trùc tiÕp DSSS
(Direct Sequence Spreading Spectrum), tr¶i phỉ nh¶y tần FHSS (Frequency
Hopping Spreading Spectrum) và trải phổ nhảy thời gian THSS (Time
Hopping Spreading Spectrum). Ngoµi ra cịng cã thĨ tổng hợp các hệ thống
trên thành hệ thống lai ghép.
Hệ thống DSSS thực hiện trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một

tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc ®é chip (R C = l/T c , T c là thời gian một chip) cao
R

R

R

R

R

R

hơn nhiều tốc độ bit (R b = l/T b , T b lµ thêi gian một bit) của luồng số cần phát.
R

R

R

R

R

R


23
Ký hiƯu:
T n : Chu kú cđa m· gi¶ ngÉu nhiên dùng cho trải phổ.

R

R

T b : Thời gian một bit của luồng số cần phát.
R

R

T c : Thời gian mét chip cđa m· tr¶i phỉ.
R

R

HƯ thèng FHSS thùc hiƯn trải phổ bằng cách nhảy tần số mang trên một
tập lớn các tần số. Mẫu nhảy tần có dạng giả ngẫu nhiên. Tần số mang trong
khoảng thời gian của một chip T c giữ nguyên không đổi. Tốc độ nhảy tần có
R

R

thể nhanh hoặc chậm. Trong hệ thống nhảy tần nhanh, nhảy tần được thực
hiện ở tốc độ cao hơn tốc độ bit của bản tin, còn ở hệ thống nhảy tần chậm thì
ngược lại.

Trong hệ thống THSS, một khối các bit số liệu được nén và được phát
ngắt quÃng trong mét hay nhiÒu khe thêi gian trong mét khung chứa một số
lượng lớn các khe thời gian. Một mẫu nhẩy thời gian sẽ xác định các khe thời
gian nào được sử dụng để truyền dẫn trong mỗi khung. Độ rộng khe t = T 1 /M,
R

trong đó M là sè khe thêi gian trong mét khung (trong t/h nµy M = 8).

R


24

Hiện nay, điều đáng quan tâm về các hệ thống trải phổ là các ứng dụng đa
truy nhập mà ở ®ã nhiỊu ng­êi sư dơng cïng chia sỴ mét ®é rộng băng tần
truyền dẫn. Trong hệ thống DSSS, tất cả các người sử dụng cùng dùng chung
một băng tần và phát tín hiệu của họ đồng thời. Máy thu sử dụng tín hiệu giả
ngẫu nhiên chính xác để lấy ra tÝn hiƯu mong mn b»ng c¸ch nÐn phỉ. C¸c
tÝn hiƯu khác xuất hiện ở dạng các nhiễu phổ rộng công suất thấp tựa tạp âm.
Trong các hệ thống FHSS và THSS, mỗi người sử dụng được ấn định một mÃ
giả ngẫu nhiên sao cho không có cặp máy phát nào sư dơng cïng tÇn sè hay
cïng khe thêi gian cho nên các máy phát sẽ tránh được xung đột. Như vậy,
FHSS và THSS là kiểu hệ thống tránh xung đột, trong khi đó DSSS là kiểu hệ
thống lấy trung bình. Hệ thống thông tin di động sử dụng DSSS nên ta chỉ
xét đến kỹ thuật trải phổ DSSS.
2.2. Giới thiệu chung hệ thống UMTS
Nền tảng của mạng GSM hiện tại sẽ được mở rộng thành mạng lưới rất
rộng lớn để có thể phục vụ một số lượng thuê bao dự đoán trong tương lai.
Cấu trúc hệ thống UMTS hiện tại đang được nghiên cứu, về cơ bản có thể
chia ra những phần sau:
ã Mạng truy cập UTRAN.