Nghiên cứu công nghệ edge và ứng dụng trong mạng thông tin di động mobifone

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐẶNG VIỆT HƯNG

Nghiên cứu công nghệ EDGE và ứng
dụng trong mạng thông tin di động
Mobifone

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2009


MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................................ 1
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................................... 3
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................................... 7
DANH MỤC HÌNH VẼ............................................................................................................... 8
MỞ ĐẦU ................................................................................................................................... 9

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................................................. 11

1.1. Lịch sử phát triển của thông tin di động .............................................................. 11
1.2. Công nghệ của tương lai – 3G ............................................................................. 14
CHƢƠNG 2: HIỆN TRẠNG CÁC MẠNG DI ĐỘNG TẠI VIỆT NAM ............................................ 22

2.1 Công nghệ GSM 2G và CDMA 1x ...................................................................... 22
2.1.1 Công nghệ GSM 2G ...................................................................................... 22
2.1.2 Công nghệ CDMA ........................................................................................ 27
2.2 Công nghệ GSM 2.5G-GPRS............................................................................... 45

2.2.1 Giới thiệu chung ........................................................................................... 45
2.2.2 Cấu trúc hệ thống .......................................................................................... 48
2.2.3 Ngăn xếp giao thức ....................................................................................... 49
2.3 Các ưu nhược điểm của công nghệ GPRS ............................................................ 55
2.3.1 Ưu điểm ........................................................................................................ 55
2.3.2 Nhược điểm .................................................................................................. 56
CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ EDGE ..................................................................... 58

3.1 Tổng quan về công nghệ ...................................................................................... 58
3.1.1 Lớp vật lý ..................................................................................................... 58
3.1.2 Các phần tử lưu lượng ................................................................................... 69
3.1.3 Các phần tử giao diện và đường truyền ......................................................... 72
3.1.3.4. Một số ví dụ thiết lập cuộc gọi cho dịch vụ ............................................... 76
3.2 Thông lượng số liệu qua EDGE ........................................................................... 82
3.2.1 Khái niện thông lượng................................................................................... 82
3.2.2 Vùng phủ và thông lượng .............................................................................. 84
3.2.3 Xây dựng một mạng GPRS/EDGE ................................................................ 92
3.2.4 Một số kết quả ví dụ cho các Macrocell........................................................ 97
3.3 So sánh EDGE và GPRS ...................................................................................... 99
CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG MOBIFONE TẠI VIỆT NAM
............................................................................................................................................................ 100

4.1 Đo kiểm tại Hà Nội ............................................................................................ 100
4.1.1 Truy nhập EDGE trên các loại TRX khác nhau ( TRX mang BCCH và TCH)
............................................................................................................................ 100
4.1.2 . Hiệu năng EDGE, Extra TS=0 với số MAX_PDCH khác nhau. ................ 102
4.1.3. Hiệu năng GPRS và EDGE (PING, WEB, FTP)......................................... 105
4.2. Đo kiểm tại các khu vực khác ........................................................................... 114
4.3. Chất lượng mạng GPRS/EDGE .................................................................... 124
1

4.3.1 Thiết lập TBF.............................................................................................. 124
4.3.2 Giải phóng TBF .......................................................................................... 125
4.3.3 Data Packet Traffic ..................................................................................... 125
4.3.4 Data Transfer throughput ............................................................................ 127
4.4 So sánh với các mạng khác ............................................................................... 129
4.5 Các đề xuất và phương hướng nghiên cứu trong tương lai ................................. 134
KẾT LUẬN ......................................................................................................................................... 137
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................................. 138

2


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
A

Interface between an MSC - BSC.

Giao tiếp giữa MSC và BSC

AA

Anonymous Access

Truy nhËp nỈc danh

AB

Access Burst

Cụm thâm nhập

AGCH

Access Grant Channel

Kênh cho phép thâm nhập

APN

Access Point Name

Tên điểm truy nhập

Số kênh tần vô tuyến tuyệt đối

ATM

Absolute Radio Frequency Chanel
Number
Asynchronous Transfer Mode

AUC

Authentication Center

Trung tâm nhận thực

BCCH

Broadcast Control Channel

Kênh điều khiển quảng bá

BG

Border Gateway

Cổng kết nối mạng PLMN khác

Bm

Full Rate TCH

TCH toàn tốc

BSC

Base Station Controller

Bộ điều khiển trạm gốc

BSS

Base Station Subsystem

Phân hệ trạm gốc

BTS

Base Tranceiver Station

Trạm thu phát gốc

CBCH

Cell Broadcasing Channel

Kênh quảng bá

CCCH

Common Control Channel

Kênh điều khiển chung

CG

Charging Gateway

Cổng ra tính cước

CS

Circuit Switched

ARFCN

Phương thức truyền khơng đồng bộ

DCCH

Chuyển mạch kênh thoại
Mạng số liệu gói chuyển mạch
Circuit Switched Packet Data Network
kênh
Dedicated Control Channel
Kênh điều khiển dùng riêng

DNS

Domain Name System

Hệ thống tên miền

DTE

Data Terminal Equipment

Thiết bị kết cuối số liệu

FCCH

Frequency Correction Channel

Kênh hiệu chỉnh tần số

Gb

Interface between an SGSN- BSC.

Giao diện giữa SGSN và BSC

Gc

Interface between an GGSN- HLR.

Giao diện giữa SGSN và HLR

CSPDN

3


Gf

Interface between an SMS-GMSC and
Giao diƯn gi÷a SMS-GMSC,
an SGSN, and between a SMS-IWMSC
SMS-IWMSC vµ SGSN
and an SGSN.
Interface between an SGSN and an EIR. Giao diện giữa SGSN và EIR

GGSN

Gateway GPRS Support Node

Gd

Nốt hỗ trợ GPRS cổng

GSN

Reference point between GPRS and an Điểm tham khảo giữa mạng
external packet data network.
GPRS và mạng số liệu ngoài
GPRS Mobility Management and
Qun lý di ng và quản lý phiên
Session Management
GPRS
Gateway MSC
MSC cổng
Interface between two GSNs within the Giao diện giữa hai GSN trong cùng
same PLMN.
một PLMN
Interface between two GSNs in different Giao diện giữa hai GSN trong hai
PLMNs.
PLMN
General Packet Radio Service
Dịch vụ vơ tuyến gói tin chung
Interface between an SGSN and an
Giao diện giữa SGSN và
MSC/VLR.
MSC/VLR
Group Special Mobile/Global System for
Hệ thông thông tin di động toàn cầu
Mobile Communication
GPRS Support Node
Nốt hỗ trợ GPRS

GTP

GPRS Tunnelling Protocol

Giao thức GPRS

HDLC

High Level Data Link Control

Điều khiển kết nối số liệu lớp cao

HLR

Home Location Register

Gi
GMM/SM
GMSC
Gn
Gp
GPRS
Gs
GSM

IMEI

Bộ ghi nhớ
Giao thức bản tin điều khiển

Internet Control Message Protocol
Internet
International Mobile Equipment Identity Nhận dạng thiết bị di động quốc tế

IMSI

International Mobile Station Identity

Nhận dạng trạm di động quốc tế

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

ISDN

Integrated Servises Digital Network

Mạng số đa dịch vụ tích hợp

ISP

Internet Service Provider

Nhà cung cấp dịch vụ Internet

ISUP

ISDN User Part

Phần người sử dụng ISDN

LAC

Location Area Code

Mã vùng dịch vụ

LAI

Location Area Identity

Nhận dạng vùng dịch vụ

LAPD

Link Access Procedures on D Channel

Các thủ tục truy nhập trên kênh D

LCP

Link Control Protocol

Giao thức điều khiển liên kết

LLC

Logical Link Control

Giao thức liên kết logic

ICMP

4


Lm

Half Rate TCH

Kênh TCH bán tốc

MAC

Medium Access Control

Điều khiển truy nhập trung bình

MAP

Mobile Application Part

Phần ứng dụng di động

ME

Mobile Equipment

Thiết bị di động

MS

Mobile Station

MSC

Mobile Services Switching Center

MSIN

Mobile Station Identity Number

Trạm di động
Trung tâm chuyển mạch các dịch
vụ di động
Số nhận dạng trạm di động

MSISDN

Mobile Station ISDN Number

Số ISDN trạm di động

MT

Mobile Termination

Kết cuối cho di động

MTP2

Message Transfer Part layer 2

Phần truyền bản tin lớp 2

MTP3

Message Transfer Part layer 3

Phần truyền bản tin lớp 2

MUP

Mobile User Part

Phần người sử dụng di động

NCP

Network Control Protocol

Giao thức điều khiển mạng

NE

Network Element

Thành phần mạng

NMG

Network Management Gateway

Cổng quản lý mạng

NMN

Network Management Node

Nốt quản lý mạng

NS

Network Service

Dịch vụ mạng

NSS

Network and Switching Subsystem

Phân hệ chuyển mạch và mạng

OMC

PCH

Operation and Maintenance Center
Operation and Maintenance Center –
Radio
Paging Channel

Trung tâm khai thác và bảo dưỡng
Trung tâm khai thác và bảo dưỡng
vơ tuyến
Kênh tìm gọi

PCU

Packet Control Unit

Khối điều khiển gói

PDCH

Packet Data Channel

Kênh số liệu gói

PDN

Packet Data Network

Mạng số liệu gói

PDP

Packet Data Protocol, e.g., IP or X.25

Giao thức số liệu gói tin

PDU

Protocol Data Unit

Khối số liệu gói tin

PIN

Personal Identity Number

Số nhận dạng cá nhân

PLMN

Public Land Mobile Network

MMạng di động mắt đất công cộng

PPP

Point-to-Point Protocol

Giao thức điểm – điểm

OMC-R

5


PSPDN

Packet Switched Public Data Network

PSTN

Public Switched Telephone Network

QoS

Quality of Service

Mạng số liệu chuyển mạch gói
cơng cộng
Mạng điện thoại chuyển mạch cơng
cộng
Chất lượng dịch vụ

RA

Routing Area

Vùng định tuyến

RA

Rate Adaptor

Bộ thích ứng tốc độ

RAC

Routing Area Code

Mã vùng định tuyến

RACH

Random Access Channel

Kênh thâm nhập ngẫu nhiên

RAI

Routeing Area Identity

Nhận dạng vùng định tuyến

RCF

Radio Control Function

Chức năng điều khiển vô tuyến

RCP

Radio Control Part

Phần điều khiển vô tuyến

RLC

Radio Link Control

Điều khiển liên kết vô tuyến

SACCH

Slow Associated Cotrol Channel

Kênh điều khiển liên kết chậm

SAP

Service access point

Diểm trunh nhập dịch vụ

SCH

Synchronization Channel

Kênh đồng bộ

SDCCH

Stand alone Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng

SGSN

Serving GPRS Support Node

Nốt hỗ trợ dịch vụ GPRS

SIM

Subscriber Identity Module

Module nhận dạng thuê bao

SM

Short Message

Bản tin ngắn

TCH

Trafic Channel

Kênh lưu lượng

TCH/F

TCH Full Rate

TCH toàn tốc

TCP

Transmission Control Protocol

TDMA

Time Division Multiple Access

TE

Terminal Equipment

Giao thức điều khiển truyền dẫn
Đa truy nhập phân chia theo thwoif
gian
Thiết bị đầu cuối

TLLI

Temporate Logical Link Identity

Nhận dạng liên kết logic tạm thời

TMSI

Temporary Mobile Station Identity

Nhận dạng trạm di động tạm thời

UDP

User Datagram Protocol
The interface between the MS and the
GPRS fixed network part.
Visiting Locaton Register

Giao thức số liệu người dùng

Um
VLR

6

Giao diện giữa MS và mạng GPRS
Bộ ghi dịch tạm trú


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Phân loại các dịch vụ ở IMT-2000
Bảng 1.2. Các đề xuất IMT-2000
Bảng 2.1. Các thông số điều chế kênh truy nhập và kênh lưu lượng truy nhập
và kênh lưu lượng đường lên
Bảng 2.1. Các thông số điều chế kênh truy nhập và kênh lưu lượng truy nhập
và kênh lưu lượng đường lên
Bảng 2.3. Các thông số của kênh MAC
Bảng 2.4. Sơ đồ mã háo và tốc độ
Bảng 3.1. Phương thức mã hóa EDGE và GPRS
Bảng 3.2. Thơng lượng của các phương thức mã hóa

7


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1. Cấu trúc đường xuống
Hình 2.2. Cấu trúc đường lên
Hình 2.3. Phân bố kênh RRI và hoa tiêu ở ghép kênh thời gian đối với kênh
lưu lượng đường lên
Hình 2.4. Cấu trúc hệ thống GPRS
Hình 3.1. Mơ tả thơng lượng số liệu vùng Dense Urban
Hình 3.2. Mơ tả thơng lượng số liệu vùng Rural
Hình 3.3. Mơ tả khả năng là một hàm của SINR
Hình 3.4. thơng lượng số liệu của GPRS và EDGE phụ thuộc vào C/I
Hình 4.1. MeanBEP và CV BEP trên BCCH
Hình 4.2. MeanBEP và CV BEP trên TCH
Hình 4.3. Ping 32 byte GPRS và EDGE
Hình 4.4. Ping 512 byte GPRS và EDGE
Hình 4.5. Web GPRS và EDGE
Hình 4.6. FTP GPRS và EDGE
Hình 4.7. EDGE RLC và Application Throughput
Hình 4.8. Thiết lập UL TBF
Hình 4.9. Thiết lập DL TBF
Hình 4.10. UL Data tranfer
Hình 4.11. DL Data tranfer
Hình 4.12. UL GPRS Traffic
Hình 4.13. UL GPRS Traffic
Hình 4.14. UL EDGE Traffic
Hình 4.15. UL EDGE Traffic
Hình 4.16. UL GPRS & EDGE Traffic
Hình 4.17. UL GPRS & EDGE Traffic

8


Hình 4.18. UL/DL GPRS Throughput
Hình 4.19. UL/DL EDGE Throughput

MỞ ĐẦU
Sự ra đời của hệ thống thông tin di động GSM là một bước nhảy vọt
của lĩnh vực thông tin, mang lại cho người sử dụng nhiều lợi ích khó có thể
phủ nhận. Hệ thống thông tin thế hệ thứ hai sử dụng các kỹ thuật điều chế số
và sử dụng các phương pháp xử lý cuộc gọi là số hóa. Một trong những hệ
thống này là sự kết hợp của hai kỹ thuật TDMA và FDMA để tăng số lượng
kênh. Các hệ thống này cung cấp chất lượng dịch vụ tốt hơn các hệ thống
của thế hệ thứ nhất và việc sử dụng băng thông hiệu quả hơn. Các hệ thống
thuộc thế hệ thứ hai hỗ trợ cả truyền tín hiệu thoại, truyền số liệu, text… và
có cơ chế mã hóa để bảo vệ dữ liệu và thoại. Tuy nhiên, trước yêu cầu tăng
nhanh của việc truyền dữ liệu tốc độ cao, mạng GSM đã bộc lộ rõ những
nhược điểm của mình. Đó là việc truyền dữ liệu với tốc độ và chất lượng
dịch vụ dữ liệu chưa đáp ứng được nhu cầu. Trong tình hình hạ tầng cơ sở
của hệ thống GSM hiện tại đang chiếm đa số và việc phát triển ngay lên
mạng thông tin di động thế hệ 3 đòi hỏi hạ tầng thiết bị phải thay đổi rất lớn
và điều này khó có thể thực hiện được. Trong tiến trình phát triển của thơng
tin di động thì việc thơng qua một số bước trung gian là điều tất yếu.
Dịch vụ vơ tuyến gói vơ tuyến chung GPRS đã được sử dụng để cung
cấp băng thông cho các dịch vụ Internet di động trong mạng GSM. Tuy
nhiên, các ứng dụng số liệu thời gian thực đòi hỏi băng thông rộng hơn với
chất lượng dịch vụ cao hơn mà GPRS hiện nay không đáp ứng được.
Việc chuyển từ GPRS sang EGPRS hay EDGE có thể xóa đi sự khác
biệt về mặt dung lượng này. EDGE - Enhanced Data rates for GSM
Evolution là tiêu chuẩn giao diện vô tuyến mới với sự kết hợp của phương

thức điều chế 8PSK. EDGE tạo điều kiện cho các nhà khai thác mạng GSM
có thể chuyển sang cung cấp các dịch vụ số liệu di động và các dịch vụ đa
phương tiện bằng việc tăng tốc độ dung lượng lên gấp 3 lần với cùng phổ
9


GSM hiện tại mà khơng có bất kỳ ảnh hưởng lớn nào đối với việc quy hoạch
tần số. EDGE là giải pháp bổ sung cho hệ thống UMTS, nó cho phép các
nhà khai thác mạng có thể sử dụng EDGE để cung cấp các dịch vụ tương
đương 3G trên diện rộng và triển khai 3G ở các khu vực có mật độ thuê bao
lớn.
Ở Việt Nam, trong bối cảnh cạnh tranh của thị trường thông tin hiện
nay, nhu cầu triển khai 3G là khơng thể phủ nhận nhằm mục đích tiếp cận
các cơng nghệ mới và nâng cao uy tín, nâng cao khả năng cạnh tranh của
nhà khai thác. Việc gấp rút nghiên cứu thành công và đưa ra các bước cụ thể
để triển khai nâng cấp phát triển mạng di động lên 3G sẽ là một thắng lợi
tuyệt đối của nhà khai thác trong việc tối ưu hiệu quả đầu tư và cạnh tranh
trên thị trường sôi động hiện nay. Mạng GSM của Tổng Cơng ty đã chính
thức đưa công nghệ GPRS vào khai thác từ tháng 09/2003. Do vậy, một
trong những yêu cầu thiết yếu trước mắt đối với GSM của Tổng Công ty là
nghiên cứu thử nghiệm cơng nghệ EDGE/2,5G - lộ trình phát triển tiến tới
mạng thông tin di động 3G.
Luận văn “Nghiên cứu công nghệ EDGE và ứng dụng vào mạng
thông tin di động MobiFone” nhằm đề triển khai mạng EDGE trên nền
mạng GSM sẵn có của VMS/MobiFone và từ kết quả thực tế trong q trình
triển khai để có hướng nghiên cứu tiếp theo nhằm cải thiện, năng cao chất
lượng của dịch vụ.
Trong thời gian qua, để hồn thiện đề tài, tơi đã nhận được sự giúp đỡ
tạo điều kiện của các cấp lãnh đạo, các đơn vị bạn, đặc biệt dưới sự hướng
dẫn của Tiến Sỹ Trần Minh Tuấn. Tuy nhiên, do thời gian có hạn, đề tài khó

tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy tơi rất mong nhận được sự đóng góp ý
kiến của cấp trên cũng như các bạn đồng nghiệp để hoàn thiện hơn nữa.
Xin chân thành cảm ơn.

10


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Lịch sử phát triển của thông tin di động
Vô tuyến di động đã được sử dụng hơn 80 năm. Mặc dù các khái niệm tổ
ong, các kỹ thuật trải phổ, điều chế số và các công nghệ vô tuyến hiện đại
khác đã được biết đến hơn 50 năm trước, dịch vụ điện thoại di động mãi đến
đầu những năm 1960 mới xuất hiện ở - các dạng sử dụng được và khi đó nó
chỉ là các sửa đổi thích ứng với các hệ thống điều vận. Các hệ thống điện
thoại di động đầu tiên này ít tiện lợi hơn và dung lượng rất thấp so với hệ
thống hiện nay. Cuối cùng các hệ thống điện thoại di động tổ ong điều tần
song công sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo tần số (FDMA) đã
xuất hiện vào những năm 1980. Cuối những năm 1980 người ta nhận thấy
rằng các hệ thống tổ ong tương tự không thể đáp ứng được các nhu cầu ngày
càng tăng vào thế kỷ sau nếu như không loại bỏ được các hạn chế cố hữu
của hệ thống này:
(1) Phân bổ tần số rất hạn chế, dung lượng thấp.
(2) Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xảy ra khi máy di động chuyển dịch trong
môi trường pha đinh đa tia.
(3) Không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hàng
(4) Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở
hạ tầng.
(5) Khơng đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi.
(6) Khơng tương thích giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt ở Châu Âu,
làm cho thuê bao không sử dụng máy di động của mình ở các nước khác.

Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử
dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với các kỹ thuật đa
thâm nhập mới.
Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia
theo thời gian (TDMA) đầu tiên trên thế giới được ra đời ở Châu Âu và có
11


tên gọi là GSM. Ban đầu hệ thống này được gọi là: “ Nhóm đặc trách di
động” (Groupe Spescial Mobile) theo tên gọi của một nhóm được CEPT
(Conference of European Postal and Telecommunication Administrations Hội nghị các cơ quan quản lý viễn thơng và Bưu chính Châu Âu) cử ra để
nghiên cứu tiêu chuẩn. Sau đó để tiện cho việc thương mại hố GSM được
gọi là: “Hệ thống thơng tin di động toàn cầu” (Global System for Mobile
communication). GSM được phát triển từ năm 1982 khi các nước Bắc Âu
gửi đề nghị đến CEPT để quy định một dịch vụ viễn thông chung Châu Âu ở
băng tần 900MHz. Lúc đầu vào những năm 1982-1985 người ta bàn luận về
việc nên xây dựng một hệ thống tương tự hay số. Năm 1985 hệ thống số
được quyết định. Bước tiếp theo là lựa chọn băng rộng hay băng hẹp. Năm
1986 một cuộc kiểm tra ngoài hiện trường đã diễn ra tại Paris, các hãng đã
đua tài với giải pháp của mình. Tháng 5 năm 1986 giải pháp TDMA băng
hẹp đã được lựa chọn. Đồng thời 13 nước (ở Anh có 2 hãng khai thác) đã ký
vào biên bản ghi nhớ (MoU) thực hiện các quy định, như vậy đã mở ra một
thị trường di động số có tiềm năng lớn. Tất cả các hãng khai thác MoU hứa
sẽ có một hệ thống GSM vận hành vào 1/7/1991. Một số nước đã công bố
kết quả phủ sóng các vùng rộng lớn ngay từ đầu, trong khi một số nước khác
sẽ bắt đầu phục vụ ở bên trong và xung quanh thủ đô. Ở Việt Nam hệ thống
thông tin di động số GSM được đưa vào từ năm 1993. Ở Mỹ khi hệ thống
AMPS tương tự sử dụng phương thức FDMA được triển khai vào giữa
những năm 1980, các vấn đề về dung lượng đã phát sinh ở các thị trường di
động chính như : New York, Los Angeles và Chicago. Mỹ đã có chiến lược

nâng cấp hệ thống này thành hệ thống số: chuyển tới hệ thống TDMA được
TIA (Telecommunication Industry Association: Liên hiệp cơng nghiệp phiên
bản mới: IS-136, cịn gọi là AMPS số (D-AMPS). Nhưng không giống như
IS-54, GSM đã đạt được thành cơng tại Mỹ. Có lẽ sự thành cơng này là ở
chỗ các nhà phát triển ra hệ thống GSM đã dám thực hiện một hy sinh lớn là
để tìm kiếm các thị trường Châu Âu và Châu Á họ khơng thực hiện tương
thích giao diện vơ tuyến giữa GSM và ASMP. Nhờ vậy các hãng Ericson và

12


Nokia trở thành các hãng dẫn đầu ở cơ sở hạ tầng vô tuyến số và bỏ lại sau
các hãng Motorola và Lucent.
Tình trạng trên đã tạo cơ hội cho các nhà nghiên cứu ở Mỹ tìm ra một
phương án mới cho thơng tin di động số. Để tìm kiếm hệ thống thông tin di
động mới người ta nghiên cứu công nghệ đa thâm nhập theo mã (CDMA).
Công nghệ này sử dụng kỹ thuật trải phổ trước đó đã có các ứng dụng chủ
yếu trong quân sự. Được thành lập vào năm 1985, Qualcom, sau đó được gọi
là “Thơng tin Qualcom” (Qualcom Communication) đã phát triển công nghệ
CDMA cho thông tin di động và đã nhận được nhiều bằng phát minh trong
lĩnh vực này. Lúc đầu công nghệ này được đón nhận một cách dè dặt do
quan niệm truyền thống về vơ tuyến là mỗi cuộc thoại địi hỏi một kênh vô
tuyến riêng. Đến nay công nghệ này đã trở thành công nghệ thống trị tại Bắc
Mỹ. Qualcom đã đưa ra phiên bản CDMA đầu tiên gọi là IS-95A.
Các mạng CDMA thương mại đã được đưa vào khai thác tại Hàn Quốc
và Hồng Kông. CDMA cũng đã được mua hoặc đưa vào thử nghiệm ở
Achentina, Brasil, ChiLe, Trung Quốc, Nhật Bản. tại Việt Nam cũng đã có
cơng ty cung cấp di động sử dụng mạng di động công nghệ CDMA.
Ở Nhật Bản vào năm 1993 NTT đưa ra tiêu chuẩn thông tin di động số
đầu tiên của nước này: JPD (Japanish Personal Digital Cellular System: hệ

thống tổ ong số của Nhật).
Để tăng thêm dung lượng cho các hệ thống thông tin di động, tần số của
các hệ thống này đang được chuyển từ vùng 800-900MHz vào vùng 1,81,9GHz. Một số nước đã đưa vào sử dụng cả hai băng tần (Dual Band).
Song song với sự phát triển của các hệ thống thơng tin di động tổ ong nói
trên, các hệ thống thông tin di động hạn chế cho mạng nội hạt sử dụng máy
cầm tay không dây số (Digital Cordless Phone) cũng được nghiên cứu phát
triển. Hai hệ thống điển hình cho laọi thơng tin này là DECT (Digital
Enhanced Cordless Telecommunications: Viễn thông không dây số tăng

13


cường) của Châu Âu và PHS ( Persanal Handy Phone System: Hệ thống
máy thoại cầm tay cá nhân) của Nhật cũng đã được đưa vào thương mại.
Ngoài các hệ thống thông tin di động mặt đất, các hệ thống thông tin di
động vệ tinh: Global Star và Iridium cũng được đưa vào thương mại trong
năm 1998.
Như vậy, sự kết hợp giữa các hệ thống thơng tin di động nói trên sẽ tạo
nên một hệ thống thông tin di động cá nhân (PCS: Persanal Communication
System) cho phép các cá nhân có thể thông tin ở mọi thời điểm và ở bất cứ
nơi đâu mà họ cần thông tin. Hiện nay để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng
của các khách hàng viễn thông về các dịch vụ viễn thông mới các hệ thống
thông tin di động đang tiến tới thế hệ thứ ba (thế hệ thứ nhất: thông tin di
động tương tự, thế hệ thứ hai là thông tin di động hiện tại). Ở thế thệ thông
tin di động thứ ba này các hệ thống thơng tin di động có xu hướng hồ nhập
thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ cao lên đến
2 Mbit/s. Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động hiện tại hệ thống
thông tin di động thứ ba gọi là thông tin di động băng rộng.
1.2. Công nghệ của tương lai – 3G
Sự phát triển nhanh chóng của các dịch vụ số liệu mà trước nhất là IP đã

đặt ra các yêu cầu mới đối với công nghệ viễn thông di động. Thông tin di
động thế hệ hai mặc dù sử dụng cơng nghệ số nhưng vì là hệ thống băng hẹp
và được xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh nên không thể đáp ứng
được các yêu cầu của dịch vụ này. Trong bối cảnh đó ITU đã đưa ra đề án
tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba với tên gọi IMT2000. IMT-2000 đã mở rộng đáng kể khả năng cung cấp dịch vụ và bao phủ
một vùng rộng lớn các phương tiện thơng tin. Mục đích của IMT-2000 là
đưa ra nhiều khả năng mới nhưng cũng đồng thời đảm bảo sự phát triển liên
tục của hệ thống thông tin di động 2G vào những năm 2000. Thông tin di
động thế hệ thứ ba (3G) xây dựng trên cơ sở IMT-2000 sẽ được đưa vào
phục vụ từ năm 2001. Các hệ thống 3G sẽ cung cấp rất nhiều dịch vụ viễn
14


thông bao gồm : tiếng, số liệu tốc độ bit thấp và bit cao, đa phương tiện,
video cho người sử dụng làm việc cả ở các phương tiện công cộng lẫn tư
nhân (vùng công sở, vùng dân cư, phương tiện vận tải…).
Các tiêu chí chung để xây dựng IMT-2000 như sau:
- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2 GHz như sau:
o Đường lên: 1885-2025 MHz
o Đường xuống: 2110-2200 MHz
- Là hệ thống thơng tin di động tồn cầu cho các hình loại thơng tin vơ
tuyến:
o Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến
o Tương tác cho mọi loại dịch vụ viễn thông
- Sử dụng các phương tiện khai thác khác nhau:
o Trong cơng sở
o Ngồi đường
o Trên xe
o Vệ tinh
- Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:

o Các phương tiên tại nhà ảo (VHE: Virtual Home Enviroment)
trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng
toàn cầu.
o Đảm bảo chuyển mạng quốc tế.
o Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho tiếng, số
liệu chuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói.
- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện
o Môi trường hoạt động của IMT-2000 được chia thành bốn vùng
với các tốc độ bit Rb phục vụ như sau:
15


 Vùng 1: trong nhà, ô pico, Rb ≤ 2 Mbps.
 Vùng 2: trong nhà, ô micro, Rb ≤ 384 kbps.
 Vùng 3: ngoại ô, ô macro, Rb ≤ 144 Mbps.
 Vùng 4: Tồn cầu , Rb = 9,6 kbps.
Có thể tổng kết các dịch vụ do IMT-2000 cung cấp như ở bảng 1.1
Bảng 1.1. Phân loại các dịch vụ ở IMT-2000
Kiểu

Phân loại

Dịch vụ chi tiết

Dịch vụ di động

Đi động đầu cuối/di động cá nhân/di
động dịch vụ

Dịch vụ thông tin di động

Theo dõi di động/theo dõi di động
thông minh

Dịch vụ di động

- Dịch vụ âm thanh chất lượng cao
(16-64kbps)
- Dịch vụ truyền thanh AM (3264kbps)

Dịch vụ âm thanh

- Dịch vụ truyền thanh FM (64-384
kbps)
- Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình
(64-144kbps)
Dịch vụ viễn thơng

- Dịch vụ số liệu tốc độ tương đối cao
(144kbps – 2Mbps)

Dịch vụ số liệu

- Dịch vụ số liệu tốc độ cao ( >
2Mbps)
- Dịch vụ video (384kbps)
Dịch vụ đa phương tiện

- Dịch vụ hình chuyển động (384kbps
– 2Mbps)

- Dịch vụ hình chuyển động thời gian
thực ( ≥ 2Mbps)

Dịch vụ Internet

Dịch vụ Internet đơn giản

Dịch vụ truy nhập Web (384kbps –
2Mbps)

Dịch vụ Internet thời gian

Dịch vụ Internet (384kbps – 2Mbps)

16


thực
Dịch vụ Internet đa phương Dịch vụ Web đa phương tiện thời
tiện
gian thực ( ≥ 2Mbps)

Các hệ thống thông tin di động thế hệ hai gồm: GSM, IS-136, IS-95
CDMA và PDC. Trong q trình thiết kế các hệ thống thơng tin di động thế
hệ ba, các hệ thống thế hệ hai đã được các cơ quan tiêu chuẩn hóa của từng
vùng xem xét để đưa ra các đề xuất tương thích.
Các cơng nghệ được nghiên cứu để đưa ra các đề suất cho hệ thống thông
tin di động thế hệ ba gồm:
- W-CDMA (Wideband CDMA: CDMA băng rộng).
- W-TDMA (Wideband TDMA: TDMA băng rộng).

- TDMA/CDMA băng rộng
- OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access: Đa truy
nhập phân chia theo tần số trực giao).
- ODMA (Opportunity Driven Multiple Access: Đa truy nhập theo cơ
hội.
Dưới đây ta xét tổng thể các công nghệ trên.
W-CDMA
Cơng nghệ W-CDMA có các tính năng cơ sở sau:
- Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5 MHz.
- Lớp vật lý mềm dẻo để tích hợp được tất cả các tốc độ trên một sóng
mang.
- Tái sử dụng bằng 1.
Ngồi ra cơng nghệ này cịn được tăng cường các tính năng sau:
- Phân tập phát.

17


- Angten thích ứng
- Hỗ trợ các cấu trúc thu tiên tiến.
W-CDMA nhận được sự ủng hộ lớn nhất trước hết nhờ tính linh hoạt của
lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là các dịch
vụ tốc độ bit thấp và trung bình. Nhược điểm của W-CDMA lào ở hệ thống
không cấp phép trong băng TDD với phát thu liên tục, công nghệ W-CDMA
không cho điều kiện cho các kỹ thuật chống nhiễu ở các phương tiện làm
việc như máy thoại không dây.
W-TDMA
Công nghệ W-TDMA có các tính năng cơ sở sau:
- Cân bằng thích ứng bằng các chuỗi hướng dẫn trong các cụm TDMA.
- Trung bình hóa nhiễu giao thoa bằng nhảy tần

- Thích ứng đường truyền.
- Có hai kiểu cụm với các độ bài 1/16 và 1/64 cho tốc độ số liệu cao và
thấp.
- Kích thước tái sử dụng thấp.
Các tính năng tăng cường:
- Triệt nhiễu giao thoa giữa các ô.
- Hỗ trợ Angten thích ứng.
- Khai thác TDD.
- Các bộ cân bằng ít phức tạp cho các phương tiện phân tán trễ lớn.
Nhược điểm của hệ thống này là ở các vùng dịch vụ tốc độ thấp (như
dịch vụ tiếng), vì thời gian tối thiểu cho các khe chỉ là 1/64 khung. Điều này
dẫn đến hoặc các giá trị đỉnh cơng suất rất cao hoặc mức cơng suất phát
trung bình rất thấp. Chính vì thế đối với các dịch vụ tiếng phải cần thêm một
tùy chọn băng hẹp đi kèm.

18


TDMA/CDMA băng rộng
Các tính năng cơ sở của cơng nghệ này bao gồm:
- Phân cách tần số 1,6MHz.
- Cấu trúc cụm chứa đoạn giữa để đánh giá kênh.
- Khái niệm CDMA được áp dụng trên nền cấu trúc TDMA để tăng tính
linh hoạt.
- Giảm nhiễu giao thoa nội bộ ơ bằng cách sử dụng tách tín hiệu đa
người sử dụng trong một khe trên cùng một song mang
- Giảm kích cỡ tái sử dụng xuống 3.
- Nhảy tần.
- Triệt nhiễu giao thoa giữa các ơ.
- Hỗ trợ Angten thích ứng.

- Hoạt động ở chế độ TDD.
- Phân bổ kênh động (DCA: Dynamic Channel Allocation).
Nhược điểm của công nghệ này là máy thu phức tạp.
OFDMA
Các tính năng cơ sở của cơng nghệ này gồm:
- Hoạt động với nhảy tần chậm kết hợp với ghép kênh TDMA và
OFDMA.
- Mỗi tín hiệu OFDMA (khối cơ bản) có khe băng tần 100 kHz.
- Tốc độ cao đạt được bằng cách ấn định một số khe băng để tạo nên
băng rộng.
- Phân tập được thực hiện bằng cách chia thông tin cho các khe băng ở
các song mang khác nhau.
Các tính năng tăng cường:
- Phân tập phát.
- Tách tín hiệu đa người dùng để loại bỏ nhiễu.
- Hỗ trợ Angten thích ứng.
19


Nhược điểm của hệ thống này là đường lên, đường bao của tổng tín
hiệu bị thay đổi dẫn đến khó khăn trong việc thiết kế bộ khuyếch đại
công suất.
ODMA
Đây thực chất là một giao thức chuyển tiếp chứ không thuần túy là
một phương thức đa truy nhập. Ở ODMA một máy di động nằm ngồi
vùng phủ của ơ có thể phát các gói đến BS bằng cách chuyển tiếp qua
một máy di động khác.
ODMA được xem xét sử dụng chế độ TDD với phát thu trên cùng một
tần số. Hiện nay ODMA đã được kết hợp vào WCDMA.
Các hoạt động tiêu chuẩn hóa cho IMT-200/UMTS chủ yếu tập trung

cho các vùng:
- ETSI SMG (European Telecommunications Standards Institute: Viện
tiêu chuẩn Châu Âu) ở Châu Âu.
- RITT (Reseach Institute of Telecommunications Transmission) ở
Trung Quốc.
- ARIB (Association of Radio Industry and Business: Liên đồn kinh
doanh và cơng nghệ vơ tuyến) và TTC (Telecommunications
Technology Committee: Ủy ban công nghệ viễn thông) ở Nhật.
- TTA (Telecommunications Technology Association: Liên đồn cơng
nghệ viễn thơng) ở Hàn Quốc.
- TIA (Telecommunications Industry Association: Liên đồn cơng
ngiệp viễn thơng) và TIPI ở Mỹ.
ETSI SMG đề xuất khái niệm UTRA đối với IMT-2000 cho ITU-R.
Trung Quốc đã trình bày đề xuất cho ITU-R TD-SCDMA trên cơ sở sơ
đồ TD-CDMA đồng bộ cho các ứng dụng TDD và WLL (Wireless Local
Loop: Mạch vịng th bao vơ tuyến).

20


Cơ quan tiêu chuẩn ARIB đề xuất WCDMA. Đề xuất WCDMA cho FDD
của Châu Âu và Nhật hầu như giống nhau. Khái niệm WCDMA của Nhật đã
được đệ trình cho ITU-R. Nhật đã dự định bắt đầu dịch vụ vào năm 2001.
TTA ở Hàn Quốc đã đưa ra hai đề xuất cho ITU-R: một rất gần với sơ đồ
WCDMA của Nhật và đề xuất kia giống như quan điểm của TIA cdma200.
Ở Mỹ TIA đã đưa ra một số đề xuất như: đề xuất TDMA/136 phát triển
từ hệ thống thứ hai IS-136, cdma2000 phát triển từ IS-95 và hệ thống
CDMA băng rộng được gọi là WIMS W-CDMA. TIPI ủng hộ W-CDMANA (NA: North America), hệ thống này tương đương với UTRA FDD, WCDMA-NA và WIMS W-CDMA đã hội nhập thành WP-CDMA (WideBand
Packet CDMA) rất giống UTRA FDD. Tất nhiêu là tất cả các khái niệm này
đã được đệ trình lên ITU-R.

Bảng 1.2 tổng kết các đề xuất về giao diện không gian cho ITU và các
giao diện mạng của đề xuất này:
Bảng 1.2. Các đề xuất IMT-2000.
Cdma200
Hệ
2G
Giao
3G

ARIB/DOCOMO UMTS

thống ISPDC
95/cdmaOne
diện ANSI-41
nâng cấp

UWC-136

UTRA (W- ISCDMA/TD- 136+/136CDMA)
HS/136+HS

MAP GSM nâng MAP GSM ANSI-41
cấp
nâng cấp
nâng cấp

Các cơ quan TIA TR-45 ARIB
tiêu chuẩn
(được CDG
hỗ trợ)

ETSI

21

TIA TR-45
(được
UWCC hỗ
trợ)


CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG CÁC MẠNG DI ĐỘNG TẠI
VIỆT NAM
2.1 Công nghệ GSM 2G và CDMA 1x
2.1.1 Công nghệ GSM 2G

Hệ thống thông tin di động GSM sử dụng kết hợp phương pháp đa thâm
nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo tần số (FDMA),
trong đó mỗi trạm di động để thâm nhập vào mạng được cấp phép một cặp
tần số và một khe thời gian.
Các kênh vật lý được coi là các cặp tần số và khe thời gian dùng để
truyền tải thông tin giữa trạm di động MS và trạm thu phát gốc BTS.
Phân bố tần số ở GSM được quy định nằm trong dải 890-960 MHz với
bố trí các kênh tần số như sau:
fL = 890 MHz + (0,2MHz)xn.

n = 0,1,2…..124

fU = fL + 45 MHz
bao gồm 125 kênh đánh số từ 0 đến 124, kênh 0 dành cho khoảng bảo vệ

nên không được sử dụng, trong đó: fL là tần số ở băng thấp dành cho đường
lên (từ trạm di động đến trạm BTS), fU là tần số ở bán băng tần cao dành cho
đường xuống (từ BTS đến trạm lưu động).
Hệ thống GSM mở rộng (E-GSM) có băng tần rộng thêm 10 MHZ ở cả
hai phía nhờ vậy số kênh sẽ tăng thêm 50 kênh. Phân bố tần số trong trường
hợp này như sau:
fL = 890 MHz + (0,2MHz)xn.

n = 0,1,2…..124

và
fL = 890 MHz + (0,2MHz)x(n-1024).

974 ≤ n ≤ 1024

fU = fL + 45 MHz
các kênh bổ xung được đánh số từ 974 đến 1023 và kênh thấp nhất 974 được
để dành làm kênh bảo vệ nên không sử dụng.
22


Đối với hệ thống DCS-1800 băng tần công tác 1710-1880 MHz , phân
bố cho các kênh như sau:
fL = 1.710 MHz + (0,2MHz) x (n-511).

512 ≤ n ≤ 885

fU = fL + 95 MHz
gồm 374 kênh đánh số từ 512 đến 885.
Để cho các kênh lân cận không gây nhiễu cho nhau mỗi BTS phủ một tế

bào của mạng phải sử dụng các tần số cách xa nhau và các ô sử dụng các tần
số giống nhau hoặc gần nhau cũng phải xa nhau.
Truyền dẫn vô tuyến ở GSM được chia thành các cụm (BURST) chứa
hàng trăm bit đã được điều chế. Mỗi cụm được phát đi trong một khe thời
gian có độ rộng là 15/26 ms (577µs) ở trong một kênh tần số có độ rộng 200
KHz nói trên.
Mỗi kênh tần số cho phép tổ chức các khung thâm nhập theo thời gian,
mỗi khung bao gồm 8 khe thời gian từ 0 đến 7 (TS0, TS1,….TS7)
Các kênh vật lý là một khe thời gian ở trong một tần số vô tuyến để
truyền tải thông tin ở đường vô tuyến ở GSM. Như đã nói ở trên GSM sử
dụng băng tần sau:
890-915 MHz cho đường lên (MS phát)
9350960 MHz cho đường xuống (BTS phát)
Khoảng cách giữa các sóng mang là 200 KHz.
Trong khi đó băng tần của hệ thống DCS1800 sẽ là:
1710-1785 MHz đường lên
1805-1880 MHz cho đường xuống.
Để đảm bảo các quy định về tần số bên ngoài băng phải có một khoảng
bảo vệ giữa các biên của băng (200KHz). Vì thế ở GSM900 ta có 124 kênh
tấn số vô tuyến bắt đầu từ 890,2 và ở DCS1800 ta có 374 kênh tần số vơ
tuyến bắt đầu từ 1710,2. Mỗi một kênh tần số vô tuyến được tổ chức thành
23


các khung TDMA có 8 khe thời gian. Một khe thời gian có độ dài 15/26 =
577 µs.. 8 khe thời gian của một khung TDMA có độ dài gần bằng 4.62ms.
Ở BTS các khung TDMA ở tất cả các kênh tần số trên đường xuống được
đồng bộ. Đồng bộ cũng được áp dụng như vậy với đường lên. Tuy nhiên
khởi đầu của khung TDMA đường lên trễ một khoảng thời gian cố định 3
khe. Lý do trễ là để cho phép MS sử dụng cùng một khe thời gian ở cả

đường lên lẫn đường xuống mà không phải thu phát đồng thời.
Cấu trúc các cụm
Khe thời gian 577 µs tương ứng với độ dài của 156,25 bit là nội dung vật
lý của một cụm. Tồn tại bốn dạng cụm khác nhau trong hệ thống. Các cụm
bao gồm:
Cụm bình thường: (NB: Normal Burst): cụm này được sử dụng để mang
các thông tin về kênh lưu lượng và các kênh kiểm tra. Đối với kênh lưu
lượng TCH cụm này chứa 114 bit được mật mã, ba bit đuôi (0,0,0) đầu và
cuối, 2 bit cờ lấy cắp (chỉ cho TCH), 26 bit hướng dẫn và khoảng thời gian
bảo vệ có độ rộng bằng 8,25bit. NB được sử dụng cho TCH và các kênh
điều khiển trừ RACH, SCH và FCCH.
Cụm hiệu chỉnh tần số (FB: Frequency Correction Burst): cụm này được
sử dụng để đồng bộ tần số cho trạm di động. Cụm chứa 142 bit cố định bằng
0 để tạo ra dịch tần số +67,7 kHz trên tần số danh định, ba bit đuôi (0,0,0)
đấu và cuôi và khoảng bảo vệ 8,25 bit. FB được sử dụng cho FCCH.
Cụm đồng bộ (SB: Synchronization Burst): cụm này được sử dụng để
đồng bộ thời gian cho trạm di động. Cụm chứa 78 bit được mật mã hóa để
mang thơng tin vầ FN của TDMA và BSIC (Base Station Identify Code: Mã
nhận dạng trạm gốc), ba bit đuôi đầu và cuối, chuỗi hướng dẫn kéo dài 64 bit
và khoảng bảo vệ 8,25 bit. SB được sử dụng cho SCH.
Cụm thâm nhập (AB: Access Burst): cụm này được dùng để thâm nhập
nhẫn nhiêu và thâm nhập chuyển giao (Handover). Cụm chứa 36 bit thông
tin được mật mã hóa, 41 bit đồng bộ (bit hướng dẫn, 8 bit đươi đầu, 3 bit
24