Nghiên cứu công nghệ hsdpa và ứng dụng vào mạng mobifone

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HSDPA
VÀ ỨNG DỤNG VÀO MẠNG MOBIFONE

NGUYỄN HẢI VIỆT

HÀ NỘI – 2009


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HSDPA
VÀ ỨNG DỤNG VÀO MẠNG MOBIFONE
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
MÃ SỐ:

NGUYỄN HẢI VIỆT

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN VĂN KHANG

HÀ NỘI – 2009

1

MỤC LỤC
MỤC LỤC

............................................................................................................... 1

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ............................................................................................ 3
DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................................. 13
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... 15
LỜI NĨI ĐẦU ............................................................................................................. 16
CHƯƠNG I GIỚI THIỆU XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG 3G VÀ
SAU 3G ................................................................................................. 18
I.1

Lịch sử phát triển của thông tin di động và giới thiệu hệ thống thông tin IMT2000 ............................................................................................................................... 18

I.2

I.1.1
Lịch sử phát triển............................................................................................. 18
I.1.2
Hệ thống thông tin di động 3G theo IMT-2000 .............................................. 19
Nâng cấp từ CDMA IS-95 (cdmaOne) lên 3G .......................................................... 21

I.3

Hướng phát triển theo nhánh WCDMA từ GSM ................................................... 23

I.4

I.3.1
GPRS ............................................................................................................... 24
I.3.2
EDGE .............................................................................................................. 25
I.3.3
WCDMA ......................................................................................................... 27
Hướng phát triển tiếp theo của WCDMA................................................................. 30
I.4.1
I.4.2
I.4.3
I.4.4

HSDPA ............................................................................................................ 33
HSUPA ............................................................................................................ 33
HSPA+ ............................................................................................................ 33
3G-LTE ........................................................................................................... 34

CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HSDPA
(HIGH–SPEED DOWNLINK PACKET ACCESS) ........................ 36
II.1

Giới thiệu cơng nghệ truy nhập gói đường xuống tốc độ cao.................................. 36

II.2

II.1.1 Nguyên lý ........................................................................................................ 38
II.1.2 Những cải tiến quan trọng của HSDPA so với WCDMA............................... 40

II.1.3 Cấu trúc phân lớp HSDPA .............................................................................. 42
Các tính năng tiên tiến trong công nghệ HSDPA ..................................................... 46
II.2.1
II.2.2
II.2.3

Kỹ thuật điều chế và mã hố thích ứng AMC ................................................. 46
Định trình nhanh ............................................................................................. 48
Phát lại nhanh HARQ...................................................................................... 50


2

II.3

II.2.4 Thích ứng liên kết nhanh................................................................................. 53
Cấu trúc lớp vật lý HSDPA ........................................................................................ 57

II.4

II.3.1 Kênh chung đường xuống tốc độ cao (HS-DSCH) ......................................... 57
II.3.2 Kênh điều khiển chung tốc độ cao (HS-SCCH).............................................. 62
II.3.3 Kênh điều khiển lớp vật lý dành riêng tốc độ cao hướng lên.......................... 64
II.3.4 Thủ tục hoạt động lớp vật lý HSDPA ............................................................. 66
Dung lượng đầu cuối HSDPA và các tốc độ dữ liệu đạt được ................................ 69

II.5

Đặc điểm công nghệ HSDPA ...................................................................................... 71
II.5.1

II.5.2
II.5.3

Cải thiện dung lượng hệ thống ........................................................................ 71
Giảm thời gian truy nhập ................................................................................ 72
Khả năng tích hợp với WCDMA .................................................................... 73

CHƯƠNG III ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HSDPA VÀO MẠNG DI ĐỘNG
MOBIFONE ......................................................................................... 75
III.1 Ứng dụng công nghệ HSDPA vào mạng di động Mobifone .................................... 75
III.1.1 Cấu trúc mạng thông tin di động VMS-Mobifone .......................................... 75
III.1.2 Đánh giá hiện trạng mạng Mobifone .............................................................. 79
III.1.3 Phương án ứng dụng công nghệ HSDPA vào mạng WCDMA MobiFone..... 86
III.2 Lợi ích đối với nhà khai thác và người sử dụng ....................................................... 95
III.2.1 Lợi ích Đối với nhà khai thác .......................................................................... 95
III.2.2 Lợi ích Đối với người sử dụng ........................................................................ 96

KẾT LUẬN

........................................................................................................... 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 101


3

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
3rd Generation partnership
project (produces WCDMA
standard)

3rd Generation partnership
project 2 (produced
cdma2000 standard)

Nhóm tiêu chuẩn 3GPP

ATM Adaptation Layer type
2
Adjacent channel
interference ratio, caused by
the transmitter non-idealities
and imperfect receiver
filtering
Acknowledgement

Lớp thích ứng ATM loại 2

Adjacent channel
interference ratio
Acquisition indication
channel
Access link control
application part
Acknowledged mode

Tỉ lệ nhiễu kênh kề cận

AMR-NB

Adaptive multirate (speech

codec)
Narrowband AMR

Đa tốc độ thích ứng (mã hoá
thoại)
AMR băng hẹp

AMR-WB

Wideband AMR

AMR băng rộng

ARIB

ARQ

Association of radio
industries and businesses
(Japan)
Automatic repeat request

Hiệp hội công nghiệp vô tuyến
và các doanh nghiệp của Nhật
Bản
Yêu cầu phát lại tự động

ASC

Access service class

Lớp dịch vụ truy nhập

ATM

Asynchronous transfer mode

Chế độ truyền không đồng bộ

AWGN

Additive white Gaussian

Tạp âm Gauss trắng cộng

3GPP

3GPP2

A
AAL2
ACIR

ACK
ACIR
AICH
ALCAP
AM
AMR

Nhóm tiêu chuẩn 3GPP2

Tỉ lệ nhiễu kênh kề cận, gây ra
bởi bộ phát khơng lý tưởng và
lọc bộ thu khơng hồn hảo.
Xác nhận thành công

Kênh chỉ thị bắt
Phần ứng dụng điều khiển kết
nối truy nhập
Chế độ xác nhận thành công


4

noise
B
BB SS7

Hệ thống báo hiệu băng rộng
#7
Kênh quảng bá (Kênh logic)

BER

Broad band signalling
system #7
Broadcast channel (logical
channel)
Broadcast channel (transport

channel)
Bit error rate

BLER

Block error rate

Tỉ lệ lỗi khối

BoD

Bandwidth on demand

Băng thông theo yêu cầu

BPSK

Binary phase shift keying

Điều chế BPSK

BS

Base station

Trạm thu phát gốc

BSS

Base station subsystem

Hệ thống con trạm gốc

BSC

Base station controller

Bộ điều khiển trạm gốc

Channel assignment
indication channel
Cell broadcast

Kênh chỉ thị gán kênh

CCH

Common control channel
(logical channel)
Common transport channel

Kênh điều khiển chung (kênh
logic)
Kênh truyền tải chung

CCH

Control channel

Kênh điều khiển

CDMA

Đa truy nhập chia theo mã

CFN

Code division multiple
access
Connection frame number

CIR

Carrier to interference ratio

Tỉ lệ sóng mang trên nhiễu

CN

Core network

Mạng lõi

CPCH

Common packet channel

Kênh gói chung

BCCH

BCH

C
CA-ICH
CB
CCCH

Kênh quảng bá (Kênh truyền
tải)
Tỉ lệ lỗi Bit

Quảng bá Cell

Số khung kết nối


5

CPICH
CQI

Common pilot channel
Channel quality indicator

Kênh hoa tiêu chung
Bộ chỉ thị chất lượng kênh

CRC

Cyclic redundancy check

Mã kiểm tra lỗi CRC

CRNC
CS

Controlling RNC
Circuit Switched

RNC điều khiển
Chuyển mạch kênh

CSCF

Call state control function

CSICH

CPCH status indication
channel
Common traffic channel
China wireless
telecommunications standard
group

Chức năng điều khiển trạng
thái cuộc gọi
Kênh chỉ thị trạng thái CPCH

CTCH

CWTS

D
DCA
DCCH
DCFE
DCH
DECT
DL
DPCCH
DPDCH
DSCDMA
DSCH
DTCH
DTX
E
E-DCH
EDGE

Kênh lưu lượng chung
Tổ chức tiêu chuẩn thông tin
vô tuyến của Trung Quốc

Dynamic channel allocation

Cấp phát kênh động

Dedicated control channel
(logical channel)
Dedicated control functional

entity
Dedicated channel (transport
channel)
Digital enhanced cordless
telephone
Downlink

Kênh điều khiển dành riêng
(kênh logic)
Thực thể chức năng điều khiển
dành riêng
Kênh dành riêng (kênh truyền
tải)
Hệ thống DECT ở Châu Âu

Dedicated physical control
channel
Dedicated physical data
channel
Direct spread code division
multiple access
Downlink shared channel
Dedicated traffic channel
Discontinuous transmission

Kênh điều khiển vật lý dành
riêng
Kênh dữ liệu vật lý dành riêng

Enhanced uplink DCH

Enhanced data rates for
GSM evolution

Kênh DCH đường lên cải tiến
Hệ thống EDGE

Đường xuống

Đa truy nhập chia theo mã Trải phổ trực tiếp
Kênh chia sẻ đường xuống
Kênh lưu lượng dành riêng
Phát không liên tục


6

EFR

Enhance full rate

Toàn tốc tăng cường

EGSM

Extended GSM

Hệ thống GSM mở rộng

EIRP

Equivalent isotropic radiated
power
European
Telecommunications
Standards Institute

Công suất phát xạ đẳng hướng
tương đương
Viện tiêu chuẩn viễn thông
Châu Âu

F
FACH
FBI

Forward access channel
Feedback information

Kênh truy nhập đường xuống
Thông tin phản hồi

FCS

Fast cell selection

Lựa chọn Cell nhanh

FDD

Frequency division duplex

Song công phân tần

FDMA

Đa truy nhập chia theo tần số

FER

Frequency division multiple
access
Frame error ratio

FP
FTP

Frame protocol
File transfer protocol

Giao thức khung
Giao thức truyền file
Mạng truy nhập vô tuyến
GSM/EDGE
Node hỗ trợ GPRS

GMSC
GPRS

GSM/EDGE Radio Access
Network

Gateway GPRS support
node
Gateway MSC
General packet radio system

GPS

Global positioning system

Hệ thống định vị tồn cầu

GSM

Global system for mobile
communications

Hệ thống thơng tin di động
GSM

Hybrid automatic repeat
request
Home location register

Yêu cầu phát lại tự động kiểu
Hybrid
Bộ đăng ký thường trú

High speed downlink packet
access

Truy nhập gói đường xuống
tốc độ cao

ETSI

G
GERAN
GGSN

H
HARQ
HLR
HSDPA

Tỉ lệ lỗi khung

MSC cổng
Hệ thống vơ tuyến gói chung


7

Uplink high speed dedicated
physical control channel
High speed downlink shared
channel
High speed shared control
channel
High speed uplink packet
access

Kênh điều khiển vật lý dành
riêng tốc độ cao đường lên
Kênh chia sẻ đường xuống tốc
độ cao
Kênh điều khiển chia sẻ đường
xuống tốc độ cao
Truy nhập goi đường lên tốc
độ cao
Triệt nhiễu
Nhận dạng
Nhận dạng thuê bao di động
toàn cầu
Hệ thống tiêu chuẩn mạng 3G
IMT-200

IN
IP
IPDL

Interference cancellation
Identity
International mobile
subscriber identity
International mobile
telephony, 3rd generation
networks are referred
Intelligent network
Internet protocol
Idle periods in downlink

IPI

Inter-path interference

Nhiễu giữa các tuyến

IRC

Interference rejection
combining
cdmaOne, one of the 2nd
generation systems, mainly
in Americas and in Korea
Inter-symbol interference

Kết hợp triệt nhiễu

International
telecommunications union

Tổ chức tiêu chuẩn viễn thông
quốc tế ITU

L
L2
LAI

Layer 2
Location area identity

Lớp 2
Nhận dạng vị trí

M
MAC

Medium access control

MAI

Multiple access interference

Điều khiển truy nhập môi
trường
Nhiễu đa truy nhập

MCS

Modulation and coding
scheme
Mobile equipment

Khuôn dạng điều chế và mã
hố
Thiết bị di động

HSDPCCH
HS-DSCH
HS-SCCH

HSUPA
I
IC
ID
IMSI
IMT-2000

IS-95

ISI
ITU

ME

Mạng thơng minh
Giao thức IP
Các chu kỳ rỗi ở đường xuống

Tiêu chuẩn mạng 2G-CDMA,
chủ yếu phát triển ở Mỹ và
Hàn Quốc
Nhiễu liên ký tự


8

MGW

Media gateway

Gateway phương tiện

MIMO
MM

Multiple input multiple
output
Mobility management

Hệ thống nhiều đầu vào nhiều
đầu ra
Quản lý di động

MMS

Multimedia message

Bản tin đa phương tiện

MMSE

Minimum mean square error

MRF

Media resource function

MS

Mobile station

Lỗi bình phương trung bình
nhỏ nhất
Chức năng tài nguyên phương
tiện
Máy di động

MSC/VLR

Tổng đài MSC/bộ đăng ký tạm
trú

MT

Mobile services switching
centre/visitor location
register
Mobile termination

N
NBAP
NRT

Node B application part
Non-real time

Phần ứng dụng Node B
Dịch vụ phi thời gian thực

O&M

Orthogonal frequency
division multiple access
Operation and maintenance

Đa truy nhập chia theo tần số
trực giao
Hoạt động và bảo dưỡng

OSS

Operations support system

Hệ thống hỗ trợ hoạt động

OVSF

Orthogonal variable
spreading factor

Hệ số trải phổ biến thiên trực
giao

Power control

Điều khiển công suất

Physical common control
channel
Paging channel (logical

channel)
Primary common control
physical channel
Paging channel (transport

Kênh vật lý điều khiển chung

O
OFDMA

P
PC
PCCCH
PCCH
PCCPCH
PCH

Đầu cuối di động

Kênh tìm gọi (kênh logic)
Kênh vật lý điều khiển chung
cơ bản
Kênh tìm gọi (kênh truyền tải)


9

PCPCH
PCS

PDCP
PDP

channel)
Physical common packet
channel
Personal communication
systems, 2nd generation
cellular systems mainly in
Americas, operating partly
on IMT-2000 band
Packet data converge
protocol
Packet data protocol

Kênh vật lý gói chung
Hệ thống thông tin cá nhân thê
hệ 2, PCS, phổ biến ở Mỹ, hoạt
động một phần trong băng
IMT-2000
Giao thức hội tụ dữ liệu gói
Giao thức dữ liệu gói

PDU

Physical downlink shared
channel
Protocol data unit

Kênh vật lý chia sẻ đường

xuống
Đơn vị dữ liệu gói

PHY

Physical layer

Lớp vật lý

PI
PIC

Chỉ thị tìm gọi
Triệt nhiễu song song

PICH

Page indicator
Parallel interference
cancellation
Paging indicator channel

PLMN

Public land mobile network

POC

Push-to-talk over cellular

PRACH

Physical random access
channel
Packet switched
Physical shared channel

Mạng di động mặt đất công
cộng
Dịch vụ bộ đàm thông qua hệ
thống di động
Kênh vật lý truy nhập ngẫu
nhiên
Chuyển mạch gói
Kênh chia sẻ vật lý

Public switched telephone
network
Payload unit

Mạng điện thoại chuyển mạch
kênh công cộng
Đơn vị tải tin

Quadrature amplitude
modulation
Quality of service

Điều chế biên độ cầu phương

Quadrature phase shift
keying

Điều chế QPSK

PDSCH

PS
PSCH
PSTN
PU
Q
QAM
QoS
QPSK

Kênh chỉ thị tìm gọi

Chất lượng dịch vụ


10

R
RAB

Radio access bearer

Kênh mang truy nhập vô tuyến

RACH
RAN

Random access channel
Radio access network

Kênh truy nhập ngẫu nhiên
Mạng truy nhập vô tuyến

RANAP
RB

RAN application part
Radio bearer

Phần ứng dụng RAN
Kênh mang vô tuyến

RF

Radio frequency

Tần số vô tuyến

RLC

Radio link control

Điều khiển kết nối vô tuyến

RNC

Radio network controller

Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RNS

Radio network sub-system

Hệ thống con mạng vô tuyến

RNSAP
RNTI
RRC

RNS application part
Radio network temporary
identity
Radio resource control

Phần ứng dụng RNS
Nhận dạng tạm thời mạng vô
tuyến
Điều khiển tài nguyên vô tuyến

RRM

Radio resource management

Quản lý tài nguyên vô tuyến

RSSI

Received signal strength
indicator
Resource reservation
protocol
Real time

Chỉ thị cường độ tín hiệu thu
được
Giao thức dự phòng tài nguyên

RTP

Real time transport control
protocol
Real time protocol

Giao thức điều khiển truyền tải
thời gian thực
Giao thức thời gian thực

RTSP

Real time streaming protocol

Giao thức luồng thời gian thực

RU

Resource unit

Đơn vị tài nguyên

Secondary common control
physical channel
Synchronisation channel

Kênh vật lý điều khiển chung
thứ cấp
Kênh đồng bộ

RSVP
RT
RTCP

S
SCCPCH
SCH

Thời gian thực


11

SDD

Simple control transmission

protocol
Space division duplex

SDP

Session description protocol

Giao thức phát điều khiển đơn
giản
Song công phân theo không
gian
Giao thức quyết định phiên

SDU

Service data unit

Đơn vị dữ liệu dịch vụ

SEQ

Sequence

Dãy/ chuỗi

SF
SGSN

Spreading Factor
Serving GPRS support node

Hệ số trải phổ
Node hỗ trợ GPRS phục vụ

SIP

Session initiation protocol

Giao thức khởi tạo phiên

SHO

Soft handover

Chuyển giao mềm

SIB

System information block

Khối thông tin hệ thống

SINR

SIP

Signal-to-noise ratio where
noise includes both thermal
noise and interference
Session initiation protocol

Giao thức khởi tạo phiên

SIR

Signal to interference ratio

Tỉ số tín hiệu trên nhiễu

SM

Session management

Quản lý phiên

SMS

Short message service

Dịch vụ bản tin ngắn

SN

Sequence number

Số dãy

SNR

Signal to noise ratio

Tỉ số tín hiệu trên nhiễu

SRB

Signalling radio bearer

Mạng mang vơ tuyến báo hiệu

SRNC

Serving RNC

RNC phục vụ

SS7

Signalling System #7

Hệ thống báo hiệu số 7

T
TCH

Traffic channel

Kênh lưu lượng

SCTP

12

TCP

Transport control protocol

Giao thức điều khiển truyền tải

TDD

Time division duplex

Song công chia theo thời gian

TDMA
TE

Time division multiple
access
Terminal equipment

Đa truy nhâp chia theo thời
gian
Thiết bị đầu cuối

TF

Transport format

Khuôn dạng truyền tải

TFCI

Transport format
combination indicator
Transport format
combination set
Transport format indicator

Chỉ thị kết hợp khuôn dạng
truyền tải
Thiết lập kết hợp khuôn dạng
truyền tải
Chỉ thị khuôn dạng truyền tải

TPC

Transport format and
resource combination
Transmission power control

Kết hợp tài nguyên và khuôn
dạng truyền tải
Điều khiển công suất phát

TR

Transparent mode

Chế độ trong suốt

TS

Technical specification

Tiêu chuẩn kỹ thuật

TTA

Hiệp hội thông tin viễn thông
Hàn Quốc

TTI

Telecommunications
Technology Association
(Korea)
Telecommunication
Technology Commission
(Japan)
Transmission time interval

U
UE

User equipment

Thiết bị người sử dụng

UL

Uplink

Đường lên

UMTS

Universal mobile
telecommunication services
Uplink shared channel

Hệ thống 3G, UMTS

TFCS
TFI
TFRC

TTC

USCH

Uỷ ban công nghệ viễn thông
của Nhật
Khoảng thời gian phát

Kênh chia sẻ đường lên


13

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Q trình phát triển lên 3G của 2 nhánh cơng nghệ chính.......................20
Hình 1.2. Tuỳ chọn các phương án chuyển đổi từ GSM và CDMA IS-95.............21
Hình 1.3. Kế hoạch triển khai phát triển mạng cdmaOne .......................................23
Hình 1.4 Triển khai GPRS trên nền mạng GSM ......................................................25
Hình 1.5. Triển khai EDGE .....................................................................................27
Hình 1.6. Minh hoạ cấu trúc mạng UMTS R99. .....................................................29
Hình 1.7. Lộ trình phát triển cho các hệ thống của 3GPP.......................................32
Hình 1.8. Kiến trúc mạng của 3GPP LTE...............................................................34
Hình 2.1. Hiệu quả phổ HSDPA .............................................................................37
Hình 2.2. Độ trễ tín hiệu trên đường truyền đối với các cơng nghệ khác nhau ......37
Hình 2.3 Mơ tả đơn giản ngun lý hoạt động của HSDPA. .................................38
Hình 2.4. So sánh HSDPA với WCDMA ...............................................................40
Hình 2.5. Kiến trúc giao thức giao diện vơ tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH 42
Hình 2.6. Các kênh vật lý cho HSDPA. ..................................................................44
Hình 2.7. Chia sẻ thời gian và mã ...........................................................................45
Hình 2.8. Cấu trúc lớp vật lý đường xuống và đường lên của HSDPA ..................46
Hình 2.9 Ưu thế của định trình ở Node B ................................................................48
Hình 2.10. Truyền dẫn tới các user với điều kiện vô tuyến thuận lợi ......................49
Hình 2.11. Hoạt động của giao thức SAW..............................................................51
Hình 2.12 Gói dữ liệu thu .......................................................................................52
Hình 2.13. Phát lại gói dữ liệu ................................................................................52
Hình 2.14. Năng lượng bit tín hiệu nhận được trên mật độ phổ tạp âm so với tỉ lệ
dữ liệu đỉnh (PDR-Peak Data Rate) trên mã. Hình vẽ bao gồm dung lượng Shannon
lý thuyết và dung lượng theo kết quả mô phỏng mức liên kết tại BLER=10%, người
dùng đi bộ với tốc độ 3km/h. ....................................................................................55
Hình 2.15. Số mã tối ưu và MCS là một hàm của Eb/No của mỗi TTI. Giả thiết
chất lượng kênh lý tưởng, người dùng đi bộ, tốc độ 3km/h. .....................................55

14

Hình 2.16. Ví dụ ghép mã hai đối tượng sử dụng ...................................................58
Hình 2.17. Các chùm sao 16 QAM và QPSK .........................................................59
Hình 2.18. Chuỗi mã kênh HS-DSCH ....................................................................60
Hình 2.19. Nguyên tắc chức năng HARQ...............................................................60
Hình 2.20. Mỗi quan hệ định thời giữa HS-DSCH và HSSCCH. ..........................64
Hình 2.21. Cấu trúc HS-DPCCH ............................................................................65
Hình 2.22. Định thời đầu cuối đối với một quá trình xử lý HARQ ........................67
Hình 2.23. Mối quan hệ định thời HS-SCCH và DPCH hướng lên. ......................68
Hình 2.24. So sánh thời gian trễ của 2,5G; WCDMA, và HSDPA ........................72
Hình 2.25. Sự phát triển các dịch vụ theo các cơng nghệ. ......................................73
Hình 2.26. Sử dụng cơng suất khơng có và có sử dụng HSDPA. ...........................74
Hình 3.1. Cấu hình mạng 2G cơng nghệ EDGE của VMS - Mobifone ..................77
Hình 3.2. Sơ đồ logic tại thời điểm triển khai mạng 3G ..........................................82


15

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Đặc tính điều chế và mã hóa của IS-95 CDMA ......................................22
Bảng 1.2. Thực hiện triển khai GPRS ......................................................................24
Bảng 1.3. Thực hiện triển khai EDGE .....................................................................27
Bảng 1.4. Thực hiện triển khai WCDMA ................................................................28
Bảng 1.5. Tiến trình phát triển các chuẩn của 3GPP ...............................................32
Bảng 2.1. Ví dụ về MCS của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng với mỗi mã. ..47
Bảng 2.2. So sánh các dạng kênh khác nhau ...........................................................62
Bảng 2.3. Các loại dung lượng đầu cuối HSPDA ....................................................69
Bảng 2.4. Các tốc độ bit lý thuyết với 15 đa mã cho các TFRC khác nhau ............71

Bảng 3.1. Bảng sau trình bày chi tiết phân bổ thiết bị mạng lưới:...........................77
Bảng 3.2. Dự báo phát triển thuê bao.......................................................................79
Bảng 3.3. Các nhóm dịch vụ ....................................................................................84
Bảng 3.4. Phân vùng hình thái phủ sóng..................................................................90
Bảng 3.5. Tỷ lệ th bao 3G và HSDPA dự kiến ....................................................90
Bảng 3.6. Diện tích phủ sóng ...................................................................................91
Bảng 3.7. Vùng phủ sóng liên tục theo dịch vụ .......................................................92
Bảng 3.8. Vùng phủ sóng mong muốn.....................................................................92
Bảng 3.9. Bán kính vùng phủ theo node B tiêu chuẩn .............................................93
Bảng 3.10. Bảng lưu lượng traffic theo dịch vụ.......................................................93
Bảng 3.11. Bảng thông lượng cho mỗi nodeB .........................................................94
Bảng 3.12. Chỉ tiêu chất lượng ................................................................................94
Bảng 3.13. Tỷ lệ nodeB phân bổ cho mỗi tỉnh ........................................................95
Bảng 3.14. Bảng các dịch vụ HSDPA .....................................................................96


16

LỜI NĨI ĐẦU
Trước sự phát triển vơ cùng mạnh mẽ của các dịch vụ số liệu, trước xu
hướng tích hợp và IP hoá đã đặt ra các yêu cầu mới đối với công nghiệp Viễn
Thông di động. Mạng thông tin di động thế hệ ba ra đời đã khắc phục được
các nhược điểm của các mạng thông tin di động thế hệ trước đó. Tuy nhiên,
mạng di động này cũng có một số nhược điểm như: Tốc độ truyền dữ liệu lớn
nhất là 2Mbps, vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của người
dùng, khả năng đáp ứng các dịch vụ thời gian thực như hội nghị truyền hình
là chưa cao, rất khó trong việc download các file dữ liệu lớn,…chưa đáp ứng
được các yêu cầu như: khả năng tích hợp với các mạng khác (Ví dụ: WLAN,
WiMAX,…) chưa tốt, tính mở của mạng chưa cao, khi đưa một dịch vụ mới
vào mạng sẽ gặp rất nhiều vấn đề do tốc độ mạng thấp, tài nguyên băng tần

ít,…
Trong bối cảnh đó người ta đã chuyển hướng sang nghiên cứu hệ thống
thơng tin di động mới có tên gọi là 4G. Sự ra đời của hệ thống này mở ra khả
năng tích hợp tất cả các dịch vụ, cung cấp băng thông rộng, dung lượng lớn,
truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao, cung cấp cho người sử dụng những hình ảnh
video màu chất lượng cao, các trị chơi đồ hoạ 3D linh hoạt, các dich vụ âm
thanh số. Việc phát triển công nghệ giao thức đầu cuối dung lượng lớn, các
dich vụ gói dữ liệu tốc độ cao, cơng nghệ dựa trên nền tảng phần mềm công
cộng mang đến các chương trình ứng dụng download, cơng nghệ truy nhập vơ
tuyến đa mode, và cơng nghệ mã hố media chất lượng cao trên nền các mạng
di động.
Tuy nhiên, để tiết kiệm chi phí đầu tư mạng lưới cũng như kế thừa nền
tảng từ các hệ thống 3G đã có. Tiến trình đi lên 4G qua giai đoạn 3.5G với
cơng nghệ chính HSDPA là một lựa chọn hồn tồn đúng đắn bởi lẽ: Các
công nghệ tiên tiến trong 3,5G giải quyết được các vấn đề đối với mạng truy


17

nhập vô tuyến. Với các công nghệ HSDPA cho phép cải thiện đáng kể tốc độ
dữ liệu tới người sử dụng. Đây là nền tảng và là bước chuẩn bị cho việc phát
triển tiếp theo lên mạng 4G. Xuất phát từ các yêu cầu đó, việc thực hiện đề tài
này là rất cần thiết.
Cấu trúc luận văn gồm ba chương và phần kết luận:
Chương I : Giới thiệu xu hướng phát triển của mạng 3G và sau 3G.
Chương II: Nghiên cứu tổng quan về công nghệ HSDPA.
Chương III: Ứng dụng cơng nghệ HSDPA vào mạng di động Mobifone.
Tuy có nhiều cố gắng, nhưng do thời gian và hiểu biết còn hạn chế nên
luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả xin chân thành cảm ơn
và mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy giáo, cô giáo, bạn

bè, đồng nghiệp để cuốn luận văn được hoàn thiện hơn.
Hà Nội, tháng 10 năm 2009


18

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN
CỦA MẠNG 3G VÀ SAU 3G

I.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động và giới thiệu hệ
thống thông tin IMT-2000
I.1.1 Lịch sử phát triển
Ngày nay, khi nói đến thơng tin di động mọi người đều biết đến 3 thế
hệ thông tin di động. Thế hệ thứ nhất, 1G (First Generation) là hệ thống di
động tương tự hoặc bán tương tự (đường vô tuyến là tương tự, và sử dụng hệ
thống chuyển mạch số). Hệ thống này được xây dựng vào những năm 80, ví
dụ như hệ thống NMT (Nordic Mobile Telephone) và AMPS (American
Mobile Phone System). Những hệ thống thông tin di động 1G cung cấp các
dịch vụ cơ bản chủ yếu là thoại và các dịch vụ liên quan đến thoại. Các hệ
thống di động thế hệ thứ nhất được phát triển trong phạm vi quốc gia, những
yêu cầu kỹ thuật của các hệ thống này chủ yếu được xây dựng trên cơ sở thoả
thuận giữa các nhà điều hành viễn thơng của chính phủ với các cơng ty cung
cấp dịch vụ viễn thơng mà khơng có hệ tiêu chuẩn phổ biến rộng rãi. Do vậy,
các hệ thống thông tin di động 1G khơng có khả năng tương thích lẫn nhau.
Do yêu cầu thông tin di động ngày càng tăng đặc biệt là nhu cầu cần có
một hệ thống di động tồn cầu. Các tổ chức tiêu chuẩn hố quốc tế bắt đầu
xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai - 2G (Second Generation).
Mục tiêu chủ yếu của hệ thống 2G là khả năng tương thích và đồng nhất trong

mơi trường quốc tế. Hệ thống phải có khả năng phục vụ trong một khu vực (ví
dụ khu vực châu Âu), mọi người sử dụng phải có khả năng truy nhập hệ thống
ở bất kỳ nơi nào trong khu vực đó. Theo quan điểm người sử dụng, hệ thống
2G hấp dẫn hơn hệ thống 1G bởi vì ngồi dịch vụ thoại truyền thống, hệ
thống này cịn có khả năng cung cấp một số dịch vụ truyền dữ liệu và các dịch
vụ bổ xung khác. Do các tiêu chuẩn chỉ thực hiện được trong phạm vi khu


19

vực, khái niệm thơng tin di động tồn cầu khơng thể thực hiện được và trên
thị trường tồn tại một số hệ thống di động 2 G, tiêu biểu như: GSM, IS 95 và
PDC. Trong số đó hệ thống GSM dược phổ biến rộng rãi nhất.
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba, 3G (Third Generation) ra đời
với mục tiêu là thực hiện một hệ thống thông tin di động duy nhất trên toàn
thế giới. Khác với các dịch vụ được cung cấp bởi những hệ thống thông tin di
động hiện nay chủ yếu là thoại (công nghệ tương tự là đặc trưng hệ thống thế
hệ thứ nhất, công nghệ số là đặc trưng của hệ thống thế hệ thứ 2), hệ thống
3G nhằm vào các dịch vụ băng rộng như truy nhập Internet tốc độ cao, truyền
hình và ảnh chất lượng cao tương đương mạng hữu tuyến. Có thể nói rằng,
khái niệm ITM-2000 (trước đây gọi là FPMLTS) được ITU đưa ra theo mơ
hình từ trên xuống. Trước tiên, các yêu cầu về dịch vụ và chất lượng được
đưa ra, sau đó các tổ chức chuẩn hố và các nhà công nghiệp, khai thác sẽ tiến
tới thiết kế mạng đáp ứng các yêu cầu này.
I.1.2 Hệ thống thông tin di động 3G theo IMT-2000
Một số yêu cầu chính về IMT-2000 được ITU đề ra như sau:
 Tốc độ truyền dữ liệu cao 144kbps hoặc 384kbps cho vùng phủ rộng
ngoài trời và 2Mbps cho vùng phủ hẹp trong nhà.
 Chất lượng thoại tương đương mạng hữu tuyến.
 Hỗ trợ cả dịch vụ chuyển mạch kênh và gói, truyền dữ liệu khơng

đối xứng.
 Có thể cung cấp cả dịch vụ di động và cố định.
 Có khả năng chuyển vùng quốc gia và quốc tế, hỗ trợ cấu trúc cell
nhiều lớp.
 Cơ cấu tính cước mới theo dung lượng truyền thay cho thời gian như
hiện nay.


20

ITU-R đã phát triển bộ chỉ tiêu kỹ thuật IMT-2000. IMT-2000 được tạo
ra nhằm thoả mãn việc phát triển các tiêu chuẩn cho phép thiết lập một cơ sở
hạ tầng thơng tin vơ tuyến tồn cầu bao gồm các hệ thống mặt đất và vệ tinh
và các truy nhập cố định và di động cho các mạng công cộng và cá nhân.
Để có thể hiểu thấu đáo q trình chuẩn hóa của các cơng nghệ thơng
tin di động 3G và sau 3G, điều kiện tiên quyết là nắm được quá trình phát
triển của các cơng nghệ theo từng giai đoạn. Phần tiếp theo sẽ tập trung vào
quá trình phát triển từ 2G lên 3G và sau 3G theo hai nhánh chính: hướng tới
cdma2000 và hướng tới WCDMA. Hình tóm tắt q trình phát triển lên 3G
của 2 nhánh cơng nghệ chính này.

TACS
GSM (900)
NMT
(900)

GPRS

WCDMA

GSM (1800)
GSM (1900)
IS-136 (1900)
IS-95
(J-STD-008)
(1900)

GPRS

EDGE

IS-136 TDMA
(800)
AMPS

SMR
1G

IS-95 CDMA
(800)

cdma2000
1x

cdma2000
Mx

2.5G

3G

iDEN (800)
2G

Hình 1.1. Q trình phát triển lên 3G của 2 nhánh cơng nghệ chính.


21

Sau đây là chi tiết hai phương án chuyển đổi được quan tâm nhất là từ
GSM và CDMA IS-95. Các phương án chuyển đổi từ hai mạng GSM và
CDMA IS-95 được tóm tắt trong Hình và được chi tiết hóa trong Hình sau
đây.
1998

1999

2001

2003
UMTS

HSCSD
GPRS
EDGE

GSM

khơng
UMTS

GPRS

3X
cdmaOne
IS-95A

IS-95B

1X
khơng
3X

Hình 1.2. Tuỳ chọn các phương án chuyển đổi từ GSM và CDMA IS-95.

I.2

Nâng cấp từ CDMA IS-95 (cdmaOne) lên 3G
Cấu trúc của hệ thống CDMA IS-95 này cũng giống như các hệ thống

cellular khác, nghĩa là giống cấu trúc GSM đã trình bày ở trên. Hệ thống
CDMA IS-95 có những đặc điểm chính sau đây:
CDMA IS-95 được tối ưu hoá cho việc triển khai ở Mỹ để khắc phục
những nhược điểm của hệ thống tương tự AMPS thế hệ thứ nhất. Hệ thống
hoạt động ở cùng băng tần với hệ thống AMPS dùng song công phân tần
FDD, độ rộng kênh 25kHz. Băng tần đường lên và xuống sử dụng băng
869MHz đến 894MHz và 824 MHz đến 849MHz tương ứng. Máy di động hỗ
trợ hoạt động CDMA trên các kênh AMPS từ 1013 đến 1023, 1 tới 311, 356
tới 644, 689 tới 694 và 739 tới 777. Các kênh CDMA được xác định bằng tần
số và chuỗi mã. 64 hàm Walsh được dùng để phân biệt kênh đường xuống,

22

còn các tập bù mã PN dài được dùng để phân biệt các kênh đường lên. Các
đặc tính điều chế và mã hoá được cho trong bảng sau:
Bảng 1.1. Đặc tính điều chế và mã hóa của IS-95 CDMA

§iỊu chÕ

QPSK

Tèc ®é chÝp

1,2288Mcps

Tèc ®é d÷ liƯu chn

9,600 bps tèc ®é ®đ với RS1

Băng thông

1,25MHz

MÃ hoá

Chập với mà Viterbi

Đan xen

20-ms

Chi tit v mã hoá và điều chế một kênh đường xuống và đường lên
khác nhau. Tín hiệu hoa tiêu được phát trong mỗi cell để giúp máy thu phát
vô tuyến di động thâm nhập và bám tín hiệu đường xuống từ cell.
Các nhà khai thác mạng cdmaOne muốn có được các khả năng mạng
mới cho xử lý dữ liệu để cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng có thể khai thác
tốt các thế hệ công nghệ hiện tại cũng như tương lai. Với sự phát triển mạnh
công nghệ những năm gần đây, Internet và Intranet đã trở thành các công cụ
thiết yếu của hoạt động kinh doanh hàng ngày. Chính vì vậy các doanh nghiệp
có khuynh hướng muốn thiết lập được các văn phịng vơ tuyến để điều hành
hoạt động kinh doanh tới các cán bộ có thiết bị di động của mình. Hơn nữa,
việc phát triển cơng nghệ để cung cấp các tin tức và thông tin cần thiết trực
tiếp tới đầu cuối di động cũng có một tiềm năng lớn là tạo ra nhiều nguồn
doanh thu mới cho nhà khai thác.


23

cdma One

3G

2Mb
3G3X

144k
3G1
X

64kb
IS-95B

14.4
IS-

2000

2001

Hình 1.3. Kế hoạch triển khai phát triển mạng cdmaOne

I.3 Hướng phát triển theo nhánh WCDMA từ GSM
Có rất nhiều lựa chọn cho phép nhà khai thác phát triển mạng GSM
hiện có của mình. Tuy nhiên, GPRS là bước triển khai làm thay đổi mạnh mẽ
cấu trúc mạng thông tin di động với phần chuyển mạch gói trong mạng lõi IP
phục vụ hiệu quả các dịch vụ dữ liệu đến tốc độ trung bình. Để có thể cung
cấp dịch vụ 3G một cách đầy đủ (tốc độ dữ liệu tới 2Mbps) thì việc triển khai
hệ thống WCDMA mới là tất yếu.
Bên cạnh đó, có một lựa chọn cho phép nhà khai thác GSM có thể tối
ưu hố việc phát triển của mình, đó là cơng nghệ EDGE với những cải tiến về
máy thu phát vô tuyến (tập trung vào phần mạng truy nhập vô tuyến) cho
phép cung cấp dịch vụ dữ liệu tốc độ cao hơn và tăng dung lượng hệ thống mà
không làm thay đổi lớn tới cấu trúc mạng di động.
Các mạng WCDMA mới được xây dựng trên sự thành công của GSM
và tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của những nhà khai thác mạng GSM. Quá