Phát triển mạng GSM lên W CDMA và khả ănng triển khai ở Campuchia

BỘ GIAO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
------  ------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH : ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

PHÁT TRIỂN MẠNG GSM LÊN W-CDMA
VÀ KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI Ở CAMPUCHIA

CHHIN TEPYREAK

Hà Nội – 2008


BỘ GIAO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
------  ------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

PHÁT TRIỂN MẠNG GSM LÊN W-CDMA
VÀ KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI Ở CAMPUCHIA

NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
MÃ SỐ

: 00940CK68

CHHIN TEPYREAK

Người hướng dẫn khoa học: TS. PHẠM CÔNG HÙNG

Hà Nội - 2008


HV: Chhin Tepyreak

i

Lớp Cao học ĐT 2006-2008

Mục Lục
Trang
Trang phụ bia
Mục lục……………………………………………………………............
Danh mục các chũ viết tắt và các ký hiệu…………………………...........
Danh mục các bảng……………………………………………………….
Danh mục các hình vẽ, đồ thị……………………………………………..
LỜI MỞ ĐẦU……………………………………………………………..
TÓM TẮT LUẬN VĂN……………………………………………………
Chương I – GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG GSM……………............

1

1.1 Lịch sử phát triển mạng GSM……………………………………….

1

1.2 Đặc điểm kỹ thuật (Giao diện Radio)…………………………..........

3

1.3 Cấu trúc và các thành phân của mạng……………………………….

4

1.3.1 Phân hệ chuyển mạch……………………………………………

5

1.3.1.1 Trung tâm chuyển mạch di động MSC……………………

6

1.3.1.2 Bộ ghi định vị thương trú HLR……………………………

6

1.3.1.3 Bộ ghi định vị tạm trú VHL……………………………….

7

1.3.1.4 Thanh ghi nhận dạng thiết bị………………………………

7

1.3.1.5 Khối trung tâm nhận thức AUC…………………………...

8

1.3.2 Phân hệ trạm gốc BSS…………………………………………...

8

1.3.2.1 Trạm thu phát gốc BTS……………………………………

8

1.3.2.2 Bộ điều khiển trạm gốc BSC………………………………

9

1.3.3 Phân hệ khai thác và hỗ trợ……………………………………...

10

1.3.3.1 Khai thác và bảo dưỡng mạng…………………………….

10

1.3.3.2 Quản lý thuê bao…………………………………………..

11

1.3.3.2 Quản lý thiết bị di động……………………………………

11

1.3.4 Trạm di động MS………………………………………………..

11

1.4 Cấu trúc địa lý của mạng GSM……………………………………...

12

1.4.1 Vùng phục vụ PLMN……………………………………………

13

Phát triển GSM lên 3G( WCDM) và khả năng triển khai tại Cămpuchia


HV: Chhin Tepyreak

ii

Lớp Cao học ĐT 2006-2008

1.4.2 Vùng phục vụ MSC/VLR……………………………………….

13

1.4.3 Vùng định vị……………………………………………………..

14

1.4.4 Ổ: Cell…………………………………………………………...

14

1.5 Các kỹ thuật đa thâm nhập…………………………………………..

14

1.5.1 Kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo tần số FDMA...................

15

1.5.2 Kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo thời gian TDMA………..

16

1.5.3 Tổ chức đa thâm nhập bằng cách kết hợp FDMA và TDMA…...

17

1.6 Quy hoạch Cell………………………………………………………

18

1.6.1 Khái nhiệm Cell…………………………………………………

18

1.6.2 Kích thước Cell và phương thức phủ sóng………………………

18

1.6.2.1 Kích thước Cell……………………………………………

18

1.6.2.2 Phương thức phủ sóng……………………………………..

20

1.6.3 Chia Cell (Cell Splitting)………………………………………...

20

1.7 Dung lượng trong hệ thống GSM……………………………………

25

1.8 Ưu nhược điểm của hệ thống GSM………………………………….

27

Chương II – KỸ THUẬT CDMA BĂNG RỘNG W-CDMA……………

29

2.1 Mở đầu………………………………………………………………

29

2.2 Cấu trúc W-CDMA………………………………………………….

30

2.2.1 Các phân tử cở bản của mạng W-CDMA và các giao diện……..

32

2.3 Tiêu chuẩn W-CDMA………………………………………………

35

2.3.1 Cấu trúc kênh logic……………………………………………...

38

2.3.1.1 Các kênh điều khiên trung…………………………………

39

2.3.1.2 Các kênh dành riêng……………………………………….

39

2.3.2 Cấu trúc kênh vật lý……………………………………………..

39

2.3.2.1 Các kênh vật lý danh riêng……..…………………………

39

2.3.2.2 Các kênh vật lý chung……………………………………..

43

2.3.2.3 Mã hóa kênh và dồn kênh dịch vụ…………………………

46

2.3.3 Quản lý các nguồn lực vô tuyến…………………………………

49

2.3.3.1 Phân bố mã………………………………………………...

49

Phát triển GSM lên 3G( WCDM) và khả năng triển khai tại Cămpuchia


HV: Chhin Tepyreak

iii

Lớp Cao học ĐT 2006-2008

2.3.3.2 Điều khiển công suất………………………………………

50

2.3.3.3 Chuyển giao……………………………………………….

52

2.4 Đa thâm nhập phân chia theo mã trải phổ chuỗi trực tiếp DS-CDMA.. 54
2.5 Chuyển mạch mềm (Softswitching) trong W-CDMA………………..

56

2.5.1 Cấu trúc công nghệ Softswitching………………………………...

56

2.5.1.1 MSC Server (Call Server)…………………………………... 56
2.5.1.2 Media Gateway……………………………………………...

60

2.5.2 Ưu điểm của chuyển mạch mềm………………………………….. 61
2.6 Lộ trình phát triển từ hệ thơng GSM lên W-CDMA………………….. 65
2.6.1 Hệ thống thông tin di động GSM…………………………………. 65
2.6.2 Dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD………….. 67
2.6.3 Dịch vụ vơ tuyến gói chung GPRS……………………………….. 69
2.6.3.1 Cấu trúc mạng GPRS……………………………………….. 71
2.6.3.2 Giao diện và giao thức trong mạng GPRS………………….. 76
2.6.3.3 Cấu trúc đa khung của giáo diện vô tuyến GPRS…………... 78
2.6.3.4 Các kênh logic trong GPRS…………………………………

78

2.6.4 Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM (EDGE)…………..

80

2.6.5 Hệ thống thông tin di động 3G – UMTS

81

2.7 Các bước cụ thể để chuyển đổi từ GSM sang W-CDMA…………….. 86
Chương III – KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI W-CDMA Ở CAMPUCHIA….. 94
3.1 Tình hình kính tế xã hội của Campuchia đổi với TTDĐ……………...

94

3.2 Thự trạng mạng viện thông ở Campuchia…………………………….. 94
3.3 Tình hình cạnh tranh trên thị trường dịch vụ thông tin di động………. 96
3.3.1 Cạnh tranh giữa các nhà cung cấp hiện tại………………………... 97
3.3.2 Cạnh tranh với các đối tác tiềm ấn………………………………... 100
3.4 Khả năng triển khai W-CDMA ở Campuchia………………………… 101
3.5 Lợi ích khi triển khai W-CDMA……………………………………… 102
KẾT LUẬN……………………………………………………………....

103

TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………….. 104

Phát triển GSM lên 3G( WCDM) và khả năng triển khai tại Cămpuchia


HV: Chhin Tepyreak

xii

Lớp Cao học ĐT 2006-2008

DANH SACH CÁC HÌNH VẼ

Chương I – GIỚI THIỆU CHUNG VÊ MẠNG GSM

Trang

Hình 1.1 Cấu trúc mạng GSM………………………………………………..

4

Hình 1.2 Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM………………………………..

12

Hình 1.3 (a) Phân vùn MSC/VLR, (b) chia MSC/VLR thành vùng địn vị và ơ

13

Hình 1.4 Đa thâm nhập phân chia theo tần số FDMA………………………..

15

Hình 1.5 Đa thâm nhập phân chia theo thời gian TDMA………………….....

17

Hình 1.6 Tổ chức đa thâm nhập kết hợp giữa FDMA và TDMA……………..

18

Hình 1.7 Omni (3600) Cell site………………………………………………..

20

Hình 1.8 Sector hóa 120o……………………………………………………..

20

Hình 1.9 Các Omni (3600) Cells ban đầu……………………………………...

21

Hình 1.10 Giải đoạn 1 sector hố……………………………………………...

22

Hình 1-11 Tách chia 1:3 thêm lần nữa………………………………………..

23

Hình 1.12 Tách chia 1:4 (sau lần đầu chia 3)………………………………….

24

Hình 1.13 Sơ đồ lưu lượng………………………………………………..........

27

Chương II – KỸ THUẬT CDMA BĂNG RỘNG W-CDMA
Hình 2.1 Cấu trúc của mạng W-CDMA………………………………………. 31
Hình 2.2 Các phần tử cơ bản của mạng W-CDMA……………………………. 32
Hình 2.3 Cấu trúc khung của các kênh dành riêng đường xuống……………… 40
Hình 2.4 Trải phổ và điều chế cho các kênh dành riêng đường xuống ………..

41

Hình 2.5 Cấu trúc khung của các kênh dành riêng đường lên…………………. 42
Hình 2.6 Cấu trúc kênh CCPCH đường xuống.................................................... 44
Hình 2.7 Cấu trúc burst truy cập……………………………………………….. 45
Hình 2.8 Cấu trúc phần Preamble của burst truy cập…………………………..

46

Hình 2.9 Cấu trúc phần dữ liệu của burst truy cập……………………………..

46

Phát triển GSM lên 3G( WCDM) và khả năng triển khai tại Cămpuchia


HV: Chhin Tepyreak

xiii

Lớp Cao học ĐT 2006-2008

Hình 2.10 Các phương pháp mã hố FEC cơ bản cho WCDMA……………… 46

Hình 2.11 Dồn kênh dịch vụ trong WCDMA………………………………….. 48
Hình 2.12 Mơ hình hệ thống DS-CDMA………………………………………

55

Hình 2.13 Cấu trúc phần cứng của một MSC server…………………………... 57
Hình 2.14 Cấu trúc phần mềm mức cao của một MSC server…………………

58

Hình 2.15 Cấu trúc MGW……………………………………………………...

61

Hình 2.16 Lộ trình phát triển từ hệ thống GSM lên WCDMA………………………..

65

Hình 2.17 Cấu hình hệ thống WAP……………………………………………. 66
Hình 2.18 Cấu trúc hệ thống HSCSD………………………………………….. 68
Hình 2.19 Cấu trúc hệ thống GPRS……………………………………………. 72
Hình 2.20 Cấu trúc mạng GSM hiện tại………………………………………..

86

Hình 2.21 Cấu trúc mạng sau khi triển khai softswitch…………………………. 86
Hình 2.22 Cấu trúc mạng 3G W-CDMA……………………………………...

87

Hình 2.23 Cấu hình mạng hiện tại……………………………………………..

88

Hình 2.24 Cấu hình chức năng MSC pool 2G cho các MSC…………………..

89

Hình 2.25 Cặt một MSC ra khỏi mạng………………………………………… 89
Hình 2.26 Cấu hình kết nối một MGW vào mạng……………………………... 90
Hình 2.27 Cắt MSC thứ 2 ra khỏi mạng……………………………………….. 90
Hình 2.28 Kết nối MGW thứ hai vào mạng……………………………………

91

Hình 2.29 Cắt MSC thư 3 ra khỏi mạng……………………………………….. 91
Hình 2.30 cấu hình mạng hồn chỉnh………………………………………...... 92
Hình 2.31 Thiết lập 1 pool nhỏ………………………………………………… 92
Hình 2.32 Chuyển lần lượt kết nối trung kế……………………………………

92

Hình 2.33 Cắt phần cứng APT MSC ra khỏi mạng…………………………… 93
Hình 2.34 Cấu hình loại bỏ hoàn chỉnh GSM 2G khỏi MSC………………….

93

Chương III – KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI W-CDMA Ở CAMPUCHIA
Hình 3.1 Bản đồ Campuchia…………………………………………………… 96

Phát triển GSM lên 3G( WCDM) và khả năng triển khai tại Cămpuchia


HV: Chhin Tepyreak

xi

Lớp Cao học ĐT 2006-2008

DANH SACH CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Chương I – GIỚI THIỆU CHUNG VÊ MẠNG GSM
Bảng 1.1 Số liệu thơng kế th bao tồn thế giới trong quý tư năm 2007... 3
Bảng 1.2: Bảng thông kế về mật độ lưu lượng qua các bước tách Cell…... 25
Bảng 1.3: Hiệu suất sử dụng trung kế…………………………………….. 27
Chương II – KỸ THUẬT CDMA BĂNG RỘNG W-CDMA
Bảng 2.1-Tham số giao diện vơ tuyến WCDMA…………………………. 37
Bảng 2.2- Các tham số mã hố xoắn……………………………………… 47
Bảng 2.3 Tốc độ bit (Kbps) sử dụng các giản đồ mã hóa và khe thời gian
khác nhau……………………………………………………...
Bảng 2.4 Tổng quát, từ 2,5G (GPRS/EDGE) phát triển lên UMTS

Phát triển GSM lên 3G( WCDM) và khả năng triển khai tại Cămpuchia

71
82


HV: Chhin Tepyreak

xiv

Lớp Cao học ĐT 2006-2008

LỜI MỞ ĐẦU

***
Trong cuộc sống hàng ngày thơng tin liên lạc đóng một vai trị rất quan trọng
và khơng thể thiếu được. Nó quyết định nhiều mặt hoạt động của xã hội, giúp chúng
ta nắm bắt nhanh chóng các thơng tin có giá trị văn hoá, kinh tế, khoa học kỹ thuật
rất đa dạng và phong phú. Sự ra đời của thông tin di động số GSM (Global System
for Mobile Communication - Hệ thống thơng tin di động tồn cầu) đã tạo nên bước
ngoặt lớn, đem tới cho con người những lợi ích khơng thể phủ nhận được về thời
gian, chi phí, tiện dụng... Mạng GSM với những ưu điểm nổi bật như: dung lượng
lớn, chất lượng kết nối tốt, tính bảo mật cao,... đã có một chỗ đứng vững chắc trên
thị trường viễn thông thế giới.
Tuy nhiên, khi nhu cầu về thông tin di động của con người ngày càng tăng,
càng đòi hỏi cao hơn về tốc độ, chất lượng, loại hình, chi phí ... thì GSM đã bộc lộ
những nhược điểm khơng thể đáp ứng được các yêu cầu này. Trước tình hình đó, xu
thế tất yếu của thơng tin di động là phải phát triển công nghệ mới, khắc phục những
nhược điểm của GSM, đem lại những dịch vụ di động cao cấp hơn đó là thơng tin di
động thế hệ thứ 3. Tuy nhiên, việc chuyển trực tiếp từ thông tin di động GSM thế hệ
2 lên thế hệ thứ 3 là rất tốn kém, địi hỏi chi phí đầu tư rất lớn đối với nhà khai thác,
làm tăng giá thành dịch vụ đối với người sử dụng. Vì vậy, cần thiết phải có bước
phát triển đệm với chi phí mà cả nhà khai thác và người sử dụng có thể chấp nhận
được.
Cũng giống như ở Việt Nam, phần lớn các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di
động tại Cămpuhia đang sử dụng cơng nghệ GSM. Chính vì vậy việc phát triển
mạng di động GSM lên 3G W-CDMA (Wide-band CDMA: CDMA băng rộng) là
việc làm rất cần thiết và mang một ý nghĩa thực tế rất cao.

Với xu hướng phát triển trên tồn thế giới nói chung, và ở Cămpuchia nói
riêng, nên em đã chọn đề tài “ Phát triển thống tin di động GSM lên 3G (WCDMA) và khả năng triển khai ở Cămpuchia“ làm luận văn tốt nghiệp.

Phát triển GSM lên 3G( WCDM) và khả năng triển khai tại Cămpuchia


HV: Chhin Tepyreak

xv

Lớp Cao học ĐT 2006-2008

Do thời gian và sự hiểu biết của em còn hạn, nên trong bài luận văn này
khơng thể tránh khỏi thiếu sót, chính vì vậy em rất mong nhận được sự đóng góp ý
kiến quý báu từ các thầy cô giáo để luận văn tốt nhiệp của em được hoàn chỉnh hơn.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo và đặc biệt thầy giáo
TS. Phạm Công Hùng đã tận tầm giảng dậy, giúp đỡ và hướng dẫn em hoàn thành
luận văn tốt nghiệp của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội-Năm 2008
Học viên thực hiện:
CHHIN TEPYREAK

Phát triển GSM lên 3G( WCDM) và khả năng triển khai tại Cămpuchia


HV: Chhin Tepyreak

1

Lớp Cao học ĐT 2006-2008

Chương I
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG GSM

Hệ thống thơng tin di động tồn cầu (tiếng Pháp: Groupe Spécial Mobile
tiếng Anh: Global System for Mobile Communications; viết tắt GSM) là một công
nghệ dùng cho mạng thông tin di động. Hiện nay dịch vụ thông tin di động (TTDĐ)
có hơn 3 tỷ thuê bao trên 212 quốc gia và vùng lãnh thổ. Các mạng thông tin di
động GSM cho phép có thể roaming với nhau do đó những máy điện thoại di động
GSM của các mạng GSM khác nhau có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới.
GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động (ĐTDĐ) trên thế giới.
Khả năng phủ sóng rộng khắp nơi của chuẩn GSM làm cho nó trở nên phổ biến, cho
phép người sử dụng có thể sử dụng ĐTDĐ của họ ở nhiều vùng trên thế giới. GSM
khác với các chuẩn tiền thân của nó về cả tín hiệu, tốc độ và chất lượng cuộc gọi.
Nó được xem như là một hệ thống TTDĐ thế hệ thứ hai (second generation, 2G).
GSM là một chuẩn mở, hiện tại nó được phát triển bởi 3rd Generation Partnership
Project (3GPP).
Đứng về phía quan điểm khách hàng, lợi thế chính của GSM là chất lượng
cuộc gọi tốt hơn, giá thành thấp và dịch vụ tin nhắn. Thuận lợi đối với nhà điều
hành mạng là khả năng triển khai thiết bị từ nhiều nhà cung cấp. GSM cho phép nhà
điều hành mạng có thể kết hợp chuyển vùng với nhau do vậy mà người sử dụng có
thể sử dụng điện thoại của họ ở khắp nơi trên thế giới.
1.1 Lịch sử phát triển mạng GSM
Năm 1982 ủy ban Bưu Chính Viễn Thơng châu Âu CEPT (Committee of
European Post and Telecommunication) thành lập nhóm đặc trách về di động GSM
(Groupe Spécial Mobile) với nhiệm vụ phát triển một chuẩn thống nhất cho hệ
thống thông tin di động để có thể sử dụng trên tồn Châu Âu. Năm 1987 một bản
ghi nhớ về việc phát triển hệ thống điện thoại di động chung cho toàn Châu Âu đã
được 13 nước ký.

Phát triển GSM lên 3G( WCDM) và khả năng triển khai tại Cămpuchia


HV: Chhin Tepyreak

2

Lớp Cao học ĐT 2006-2008

Năm 1989, Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ETSI (European
Telecommunications Standards Institute) đã được giao trách nghiệm về việc quản lý
tiêu chuẩn và phát triển mạng GSM, và năm 1990 chỉ tiêu kỹ thuật GSM phase I
(giai đoạn I) được công bố. Ngày 27 tháng 3 năm 1991, cuộc gọi đầu tiên sử dụng
công nghệ GSM được thực hiện bởi mạng Radiolinja ở Phần Lan (mạng di động
GSM đầu tiên trên thế giới). Năm 1992, Telstra Australia là mạng đầu tiên ngoài
Châu Âu ký vào biên bản ghi nhớ GSM MoU (Memorandum of Understanding).
Cũng trong năm này, thỏa thuận chuyển vùng quốc tế đầu tiên được ký kết giữa hai
mạng Finland Telecom của Phần Lan và Vodafone của Anh. Tin nhắn SMS (Short
Message Service) đầu tiên cũng được gửi đi trong năm 1992. Cuối năm 1993, trên
tồn thế giới đã có hơn 1 triệu thuê bao sử dụng mạng điện thoại GSM của 70 nhà
cung cấp dịch vụ trên 48 quốc gia.
Những năm sau đó, hệ thống thơng tin di động GSM phát triển một cách
mạnh mẽ, cùng với sự gia tăng nhanh chóng của các nhà điều hành các mạng di
động mới, thì số lượng các thuê bao cũng gia tăng một cách chóng mặt. Năm 1996,
số thành viên GSM MoU đã lên tới 200 nhà điều hành từ gần 100 quốc gia. 167
mạng hoạt động trên 94 quốc gia với số thuê bao đạt 50 triệu. Năm 2000, GPRS
được ứng dụng. Năm 2001, mạng 3GSM (UMTS: Universal Mobile
Telecommunication System) được đi vào hoạt động, số thuê bao GSM đã vượt quá
500 triệu. Năm 2003, mạng EDGE (Enhanced Data Rate for GSM Evolution) đi vào

hoạt động. Cho đến năm 2006 số thuê bao di động GSM đã lên tới con số 2 tỉ với
trên 700 nhà điều hành, chiếm gần 80% thị phần thông tin di động trên thế giới. Và
hiện nay trên tồn thế giới đã có hơn 3 tỉ th bao, với trung bình mỗi một giây có
15 th bao mới đăng ký hoặc 1.3 triệu thuê bao hoa mạng trong một ngày.

Phát triển GSM lên 3G( WCDM) và khả năng triển khai tại Cămpuchia


HV: Chhin Tepyreak

3

Lớp Cao học ĐT 2006-2008

Bảng 1.1: Số liệu thơng kế th bao tồn thế giới trong q tư năm 2007
Mạng

Tổng thuê bao di động

Phần trăm (%)

3,331,231,433

GSM

2,685,060,046

80.59

3GSM (WCDMA)

196,063,100

5.88

CDMA

10,934,971

0.33

CDMA 1X

299,490,215

9

CDMA 1X EV-DO

89,728,932

2.7

TDMA

6,388,940

0.2

PDC

15,089,273

0.45

iDEN

27,425,2160

0.82

Analog

1,050,740

0.03

(Nguồn: www.gsmworld.com; www.wikipedia.org )
1.2 Đặc điểm kỹ thuật (Giao diện Radio)
GSM là mạng điện thoại di động thiết kế gồm nhiều tế bào do đó các máy
điện thoại di động kết nối với mạng bằng cách tìm kiếm các cell gần nó nhất. Các
mạng di động GSM hoạt động trên 4 băng tần. Hầu hết thì hoạt động ở băng
900Mhz và 1800Mhz. Vài nước ở Châu Mỹ thì sử dụng băng 850Mhz và 1900Mhz
do băng 900Mhz và 1800 Mhz ở nơi này đã bị sử dụng trước. Và cực kỳ hiếm có
mạng nào sử dụng tần số 400Mhz hay 450Mhz chỉ có ở Scandinavia sử dụng do các
băng tần khác đã bị cấp phát cho việc khác. Các mạng sử dụng băng tần 900Mhz thì
đường uplink sử dụng tần số trong dải 890-915MHz và đường downlink sử dụng
tần số trong dải 935-960MHz. Và chia các băng tần này thành 124 kênh trong độ
rộng băng thông 25Mhz, mỗi kênh cách nhau 1 khoảng 200Khz, sử dụng công nghệ
phân chia theo thời gian TDM (Time Division Multiplexing) để chia ra 8 kênh full

rate hay 16 kênh haft rate. Có 8 khe thời gian gộp lại gọi là 1một khung TDMA
(Time Division Multiple Access). Tốc độ truyền dữ liệu của một kênh là 270.833
kbit/s và khoảng thời gian của một khung là 4.615 ms.

Phát triển GSM lên 3G( WCDM) và khả năng triển khai tại Cămpuchia


HV: Chhin Tepyreak

4

Lớp Cao học ĐT 2006-2008

Công suất phát của máy điện thoại được giới hạn tối đa là 2W đối với băng
GSM 850/900Mhz và tối đa là 1W đối với băng GSM 1800/1900Mhz. Mạng GSM
sử dụng 2 kiểu mã hố âm thanh để nén tín hiệu âm thanh 3,1Khz đó là mã hố 13
và 6 kbps gọi là full rate (13 kbps) và haft rate (6 kbps). Để nén họ sử dụng hệ
thống có tên là linear predictive coding (LPC). Vào năm 1997 thì họ cải tiến thêm
cho mạng GSM là bộ mã GSM-EFR( GSM-Enhance Full Rate ) sử dụng full rate
12.2 kbps.
1.3 Cấu trúc và các thành phần của mạng
Mạng thông tin di động thực chất là mạng di động mặt đất công cộng PLMN
(Public Land Mobile Network). Một cách tổng quát thì mạng PLMN hợp tác với
mạng cố định để thiết lập cuộc gọi qua các giao diện PLMN tiếp xúc với bên ngoài,
bao gồm các mạng ngoài, nhà khai thác và người sử dụng.
Một hệ thống GSM được chia thành nhiều hệ thống con như sau:
-

Phân hệ chuyển mạch SS: Switching Subsystem.

-

Phân hệ trạm gốc BSS: Base Station Subsystem.

-

Phân hệ khai thác và hỗ trợ OSS: Operation & Support System.

-

Trạm di động MS: Mobile Station.

Hình 1.1 Cấu trúc mạng GSM
Trong đó:

Phát triển GSM lên 3G( WCDM) và khả năng triển khai tại Cămpuchia


HV: Chhin Tepyreak

5

Lớp Cao học ĐT 2006-2008

OMC: Operation & Maintenance Center: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng:
BSS : Base Station Subsystem :Phân hệ trạm gốc.
BTS : Base Tranceiver Station: Trạm thu phát gốc.
BSC : Base Station Controller: Bộ điều khiển trạm gốc.
SS : Switching Subsystem : Phân hệ chuyển mạch.
MSC: Mobile Switching Center: Trung tâm chuyển mạch di động.

GMSC: Gateway MSC: Trung tâm chuyển mạch di động cổng.
VLR: Visitor Location Register: Thanh ghi định vị tạm trú.
HLR: Home Location Register: Thanh ghi định vị thường trú.
AUC: Authentication Center: Trung tâm nhận thực.
EIR : Equipment Identification Register: Thanh ghi nhận dạng thiết bị.
MS : Mobile Station: trạm di động.
SIM : Subcriber Identity Module: Bộ nhận dạng thuê bao di động
ME : Mobile Equipment: Thiết bị di động.
ISDN: Intergrated Servise Digital Network: Mạng số liên kết đa dịch vụ.
PSDN: Public Switching Telephone Network: Mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng.
PLMN:Public Land Mobile Network: Mạng di đọng mặt đất công cộng.
1.3.1 Phân hệ chuyển mạch SS:
Phân hệ chuyển mạch bao gồm các khối chức năng sau:
 Trung tâm chuyển mạch di động MSC
 Thanh ghi định vị thường trú HLR
 Thanh ghi định vị tạm trú VLR
 Trung tâm nhận thực AuC
 Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR
Phân hệ chuyển mạch (SS) bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của
mạng GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di
động của thuê bao. Chức năng chính của SS là quản lý thơng tin giữa những người
sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác.

Phát triển GSM lên 3G( WCDM) và khả năng triển khai tại Cămpuchia


HV: Chhin Tepyreak

6

Lớp Cao học ĐT 2006-2008

1.3.1.1 Trung tâm chuyển mạch di động MSC:
MSC (Mobile Switching Center) thường là một tổng đài lớn điều khiển và
quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC. MSC thực hiện các chức năng
chuyển mạch chính, nhiệm vụ chính của MSC là tạo kết nối và xử lý cuộc gọi đến
những thuê bao của GSM, một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS và mặt khác
giao tiếp với mạng ngoài qua tổng đài cổng GMSC (Gateway MSC).
Chức năng chính của MSC:
 Xử lý cuộc gọi (Call Processing)
 Điều khiển chuyển giao (Handover Control)
 Quản lý di động (Mobility Management)
 Tương tác mạng IWF(Interworking Function): qua GMSC
Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm
truyền dẫn của mạng GSM với các mạng này. Các thích ứng này gọi là chức năng
tương tác IWF. IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn.
IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở
trường hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở.
1.3.1.2 Bộ ghi định vị thường trú (HLR - Home Location Register):
HLR là cơ sở dữ liệu tham chiếu lưu giữ lâu dài các thông tin về thuê bao,
các thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thơng. HLR khơng phụ
thuộc vào vị trí hiện thời của th bao và chứa các thơng tin về vị trí hiện thời của
thuê bao. HLR bao gồm:
 Các số nhận dạng: Nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMSI
(International Mobile Subscriber Identity), Số trạm di động ISDN (MSISDN: Mobile
Station ISDN Number).

 Các thông tin về thuê bao
 Danh sách các dịch vụ mà MS được sử dụng và bị hạn chế

 Số hiệu VLR đang phục vụ MS

Phát triển GSM lên 3G( WCDM) và khả năng triển khai tại Cămpuchia


HV: Chhin Tepyreak

7

Lớp Cao học ĐT 2006-2008

1.3.1.3 Bộ ghi định vị tạm trú (VLR - Visitor Location Register):
VLR là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng
phục vụ của MSC. Mỗi MSC có một VLR, thường thiết kế VLR ngay trong MSC.
Ngay cả khi MS lưu động vào một vùng MSC mới, VLR liên kết với MSC sẽ yêu
cầu số liệu về MS từ HLR. Đồng thời HLR sẽ được thông báo rằng MS đang ở
vùng MSC nào. Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VLR sẽ có tất cả các
thông tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi mà khơng cần hỏi HLR, có thể coi VLR
như một HLR phân bố. VLR chứa thơng tin chính xác hơn về vị trí MS ở vùng
MSC. Nhưng khi thuê bao tắt máy hay rời khỏi vùng phục vụ của MSC thì các số
liệu liên quan tới nó cũng hết giá trị. Hay nói cách khác, VLR là cơ sở dữ liệu trung
gian lưu trữ tạm thời thông tin về thuê bao trong vùng phục vụ MSC/VLR được
tham chiếu từ cơ sở dữ liệu HLR. VLR bao gồm:
 Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN, nhận dạng thuê bao di động tạm
thời TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity).
 Số hiệu nhận dạng vùng định vị đang phục vụ MS
 Danh sách các dịch vụ mà MS được và bị hạn chế sử dụng
 Trạng thái của MS ( bận: busy; rỗi: idle)
1.3.1.4 Thanh ghi nhận dạng thiết bị (EIR - Equipment Identity Register):
EIR có chức năng kiểm tra tính hợp lệ của ME thông qua số liệu nhận dạng

di động quốc tế (IMEI-International Mobile Equipment Identity) và chứa các số liệu
về phần cứng của thiết bị. Một ME sẽ có số IMEI thuộc một trong ba danh sách sau:
1. Nếu ME thuộc danh sách trắng ( White List ) thì nó được quyền truy
nhập và sử dụng các dịch vụ đã đăng ký.
2. Nếu ME thuộc danh sách xám ( Gray List ), tức là có nghi vấn và cần
kiểm tra. Danh sách xám bao gồm những ME có lỗi (lỗi phần mềm hay lỗi sản xuất
thiết bị) nhưng không nghiêm trọng tới mức loại trừ khỏi hệ thống
3. Nếu ME thuộc danh sách đen ( Black List ), tức là bị cấm không cho truy
nhập vào hệ thống, những ME đã thông báo mất máy.

Phát triển GSM lên 3G( WCDM) và kh� khó chế tạo các máy thu phát giá rẻ với
điều kiện sử dụng trọn vẹn phổ GSM. Như vậy, để thiết kế các máy thu phát sử
dụng cho trạm macro cell, cần thử thách đưa ra 8-PSK.
EDGE cũng có thể xem xét như một giải pháp kỹ thuật cho các nhà khai thác
không sở hữu bất kỳ một giấy phép nào về UMTS.
2.6.5 Hệ thống thông tin di động 3G - UMTS
UMTS là hệ thống viễn thông di động tồn cầu của châu Âu dựa trên cơng
nghệ WCDMA. Mục đích của UMTS là cung cấp cho người sử dụng thông tin cá
nhân truy cập vào dải băng rộng để sử dụng các dịch vụ mới. UMTS cung cấp thông
tin cá nhân di động multimedia định hướng. Đồng thời UMTS cung cấp dịch vụ
roaming toàn cầu. UMTS được thương mại hóa ở Nhật và ở châu Âu. Ở Nhật, mấu
chốt của UMTS là mang lại dung lượng cho thoại. Ở châu Âu, mấu chốt là tăng yêu
cầu của các dịch vụ multimedia và khả năng sử dụng các ứng dụng dữ liệu tốc độ
cao.
UMTS kết hợp các công nghệ mới với hệ thống và các dịch vụ của GSM
hiện tại. ERC đã qui định phổ mới trên băng tần số 2GHz đối với mặt đất. Phổ này
bao gồm:
- Băng tần kép (1929-1980 MHz + 2110-2170 MHz).
- Băng tần đơn (1910-1920 MHz + 2010-2025 MHz).
Dải phổ trên đã được lựa chọn ở cả Châu Âu và Nhật Bản. Còn ở Bắc Mỹ thì

rất tiếc nó đã được sử dụng cho các hệ thống PCS.
Có hai chế độ được định nghĩa là FDD và TDD. Cả hai chế độ đều là CDMA
băng rộng (W-CDMA) với độ rộng kênh vô tuyến là 5 MHz và đã được phát triển
nhằm sử dụng tối đa hiệu quả và lợi ích của CDMA.

Phát triển GSM lên 3G( WCDM) và khả năng triển khai tại Cămpuchia


HV: Chhin Tepyreak

82

Lớp Cao học ĐT 2006-2008

TD/CDMA được sử dụng trên băng tần đơn. Lợi ích của TD/CDMA là khả
năng quản lý lưu lượng không song công (lưu lượng giữa đường lên và đường
xuống khác nhau). Bởi TD/CDMA có đường lên và đường xuống ở trên cùng một
băng tần chỉ phân cách về mặt thời gian, nên đối với việc truyền số liệu không cân
bằng giữa đường lên và đường xuống, hiệu quả phổ của TD/CDMA sẽ cao hơn so
với WCDMA (ấn định hai băng tần riêng cho đường lên và đường xuống). Lấy
Internet là một ví dụ điển hình, rất nhiều thông tin được tải xuống từ các trang WEB
mà rất ít thơng tin được gửi đi.
Bảng 2.4 Tổng quát, từ 2,5G (GPRS/EDGE) phát triển lên UMTS
Thực hiện
Giao diện vô tuyến WCDMA (UE, Node B)
Mới

Giao diện mạng truy nhập vô tuyến RAN
(Iub (Node B-RNC) và Iur (RNC-RNC))
Giao diện mạng lõi: Iu (MSC-RNC và SGSN-RNC)

Điều chỉnh
Giữ nguyên

MSC và SGSN cho giao diện Iu
Mạng lõi chuyển mạch kênh (HLR-AuC)
Mạng lõi chuyển mạch gói (GGSN)

3GPP đã xác định con đường phát triển của GSM lên UMTS (WCDMA) như
sau:
Mạng lõi phát triển từ GSM-only nhằm hỗ trợ cả GSM, GPRS và các thiết bị
WCDMA mới.
-

3GPP Release 99: thêm phần vô tuyến 3G.

-

3GPP Release 4: thêm chuyển mạch mềm/ các gatewway thoại và lõi chuyển

mạch gói.
-

3GPP Release 5: cung cấp các dịch vụ multimedia IP (IMS) w/ SIP và QoS.

-

3GPP Release 6: mạng “All IP”, đang được chuẩn hóa.

 Release 99

 Về giao diện vô tuyến:

Phát triển GSM lên 3G( WCDM) và khả năng triển khai tại Cămpuchia


HV: Chhin Tepyreak

83

Lớp Cao học ĐT 2006-2008

- Phần mạng truy nhập vô tuyến mới UTRAN (WCDMA) được thêm các
thành phần RNC và BS.
- Việc có nâng cấp giao diện vơ tuyến hiện có của GSM lên EDGE (E-RAN)
hay khơng là tuỳ chọn của nhà khai thác.
 MSC/VLR nâng cấp có thể xử lý được cho phần vô tuyến băng rộng.
 Để các dịch vụ IN (Information Network) có thể được cung cấp cho các
mạng tạm trú của thuê bao cần triển khai CAMEL.
 Kết nối truyền dẫn trong mạng truy nhập vô tuyến WCDMA dùng ATM
nhằm hỗ trợ các loại hình dịch vụ khác nhau: các dịch vụ tốc độ khơng đổi cho
chuyển mạch kênh và các dịch vụ có tốc độ thay đổi đối với chuyển mạch gói.
 Các nút mạng lõi được chuyển đổi:
- Phần CS (Circuit Switched) phải quản lý cả thuê bao 2G và 3G, đòi hỏi
thay đổi trong MSC/VLR và HLR/AuC/EIR.
- Phần PS (Packet Switched) được nâng cấp từ GPRS, thay đổi ở SGSN là
lớn nhất.
 Mạng cung cấp các loại dịch vụ 3G và dịch vụ giống với mạng 2,5G, hầu
hết các dịch vụ được chuyển sang dạng gói khi có nhu cầu. Ví dụ WAP sẽ chuyển
sang dùng chuyển mạch gói. Dịch vụ dựa trên vị trí giúp truyền dữ liệu góihiệu quả
hơn.

 Ưu điểm:
- Tận dụng tối đa hạ tầng GSM/GPRS hiện có: Có thể triển khai nhanh
chóng, chỉ tiêu của các phần tử mạng rất ổn định.
- Cung cấp cả dịch vụ 2G và 3G, dịch vụ chuyển mạch kênh và gói.
- Bảo đảm an tồn đầu tư: Thiết bị nâng cấp dần dần tới mạng lõi 3G.
 Nhược điểm:
- Phức tạp do có cả hai thành phần CS và PS.
- Phần CS phức tạp do phải phục vụ cả 2G và 3G, khó mở rộng.
- Việc quản lý hệ thống sẽ phức tạp.

Phát triển GSM lên 3G( WCDM) và khả năng triển khai tại Cămpuchia


HV: Chhin Tepyreak

84

Lớp Cao học ĐT 2006-2008

- Khắc phục: Bước phát triển tiếp theo sau 3GPP R99 chỉ ra các xu hướng
chung. Đó là tách phần kết nối cuộc gọi, phần điều khiển và phần dịch vụ, đồng thời
chuyển đổi mạng theo hướng hoàn toàn trên cơ sở IP.
 Release 4
Điểm khác biệt chính của Release 4 so với Release 99 là mạng lõi phân bố:
MSC được chia thành MSC server và MGW. 3GPP Release 4 tách phần kết nối,
điều khiển và dịch vụ cho miền chuyển mạch kênh mạng lõi.
MSC server có chức năng quản lý di động và điều khiển cuộc gọi, không
chứa ma trận chuyển mạch, phần tử điều khiển MGW. Còn Media Gateway (MGW)
là phần tử chịu trách nhiệm duy trì các kết nối và thực hiện chức năng chuyển mạch
khi cần.

Thoại chuyển mạch gói (VoIP): cuộc gói chuyển mạch kênh được chuyển
sang chuyển mạch gói trong MGW.
 Ưu điểm: khắc phục được một số nhược điểm của Release 99:
- Tách riêng phần kết nối cuộc gọi, phần điều khiển và phần dịch vụ cho
phần mạng lõi chuyển mạch kênh.
- Toàn bộ lưu lượng đi qua MGW, được quản lý bằng một MSC Server tách
rời (nâng cấp từ MSC/VLR).
- Phần CN CS có thể được tự do mở rộng khi dùng nhiều MGW.
- Cho phép truyền tải lưu lượng hiệu quả hơn nhờ chuyển mạch gói.
Một cuộc gọi GSM truyền thống sẽ được thay bằng VoIP qua MGW. Phân
hệ đa phương tiện IP (IMS) được thêm vào đáp ứng các dịch vụ đa phương tiện trên
IP và VoIP.
 Nhược điểm:
- Làm thay đổi căn bản phần CS nhưng vẫn còn cả hai phần CS và PS.
- Vai trò của CAMEL sẽ thay đổi, phải lập kết nối với phần PS và sẽ trở
thành yếu tố đấu nối giữa hạ tầng dịch vụ và mạng.
 Release 5

Phát triển GSM lên 3G( WCDM) và khả năng triển khai tại Cămpuchia


HV: Chhin Tepyreak

85

Lớp Cao học ĐT 2006-2008

Đặc điểm của Release 5 là thêm miền IP đa phương tiện trong mạng lõi (IM),
hỗ trợ dữ liệu và thoại qua IP, trong đó bổ sung một số phần tử mới:
CSCF: quản lý việc thiết lập duy trì và giải phóng các phiên truyền đa

phương tiện với người sử dụng.
MRF: hỗ trợ các chức năng như cuộc gọi nhiều bên, cuộc gọi hội nghị.
Ngoài ra, SGSN và GGSN được cải tiến so với R4 là có hỗ trợ thoại. MGW
vẫn có chức năng tương tự như R4 và MGW do MGCF điều khiển.
 Ưu điểm:
- Tồn tại duy nhất phần chuyển mạch gói PS.
- Sử dụng hiệu quả và dễ dàng quản lý tồn bộ lưu lượng trên mạng 3G vì
đều là IP.
- Công nghệ truy nhập vô tuyến sẽ giảm tầm quan trọng đi.Trong tương lai,
các mạng lõi 3G sẽ có nhiều công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau.
 Một số vấn đề cần xem xét thêm:
- Cơng nghệ chưa “chín muồi”, cần chờ tiêu chuẩn và hệ thống ổn định.
- Môi trường thường trú ảo (VHE): đáp ứng yêu cầu hội tụ các mạng di động,
cố định và Internet. Cho phép thuê bao được cung cấp dịch vụ như đang ở mạng
thường trú kể cả khi roaming.
- Quản lý chất lượng dịch vụ: do IP là dịch vụ “best effort”.
- Bảo mật: IPv6, IP-VPN.
- Mở rộng không gian địa chỉ: IPv6.
- Đặc tính kết nối vơ tuyến khác hữu tuyến, ví dụ: BER cao hơn.
- Tính di động đầu cuối.
 Release 6
Mục đích chuẩn hóa của 3GPP Release 6 là:
- Cung cấp các dịch vụ đa phương tiện IP, pha 2: Nhắn tin IMS và quản lý
nhóm.
- Hoạt động phối hợp với mạng LAN vô tuyến.
- Các dịch vụ giọng nói: Nhận dạng giọng nói phân bố (DSR).

Phát triển GSM lên 3G( WCDM) và khả năng triển khai tại Cămpuchia

HV: Chhin Tepyreak

86

Lớp Cao học ĐT 2006-2008

- Phạm vi và định nghĩa đang tiếp tục được tiêu chuẩn hoá.

2.7 Các bước cụ thể để chuyển đổi từ GSM sang W-CDMA
Cấu trúc mạng hiện tại:

Hình 2.20 Cấu trúc mạng GSM hiện tại
Cấu trúc mạng sau khi triển khai Softswitch
 Giai đoạn giao thời:
Vừa có 2G, vừa có 3G (in-service Softswitch)

Hình 2.21 Cấu trúc mạng sau khi triển khai softswitch

Phát triển GSM lên 3G( WCDM) và khả năng triển khai tại Cămpuchia


HV: Chhin Tepyreak

87

Lớp Cao học ĐT 2006-2008

 Giai đoạn sau tồn bộ mạng 3G

Hình 2.22 Cấu trúc mạng 3G W-CDMA

Phương án triển khai Softswitch trên mạng 2G hiện tại
 Chuyển kết nối BSC (BSC re-homing):
Chuyển kết nối BSC từ MSC cũ (2G) sang MSC Server và Media Gateway
mới.
 Chuyển kết nối trạm BTS (BTS re-homing to new BSC):
Chuyển kết nối BSC từ MSC cũ (2G) sang MSC Server và Media Gateway
mới. MSC cũ có thể được cấu hình lại thành MSC Server và tận dụng đưa vào mạng
họat động.
 Bổ sung tính năng MSC:
Nạp bổ sung phần mềm giúp MSC hiện hữu vừa có chức năng MSC vừa có
chức năng MSC Server.
 MSC pool:
Một MSC được cấu hình lại thành MSC Server và được đưa vào họat động.
Sau đó cấu hình các MSC thành MSC Softswitch và đưa vào hoạt động.

Phát triển GSM lên 3G( WCDM) và khả năng triển khai tại Cămpuchia


HV: Chhin Tepyreak

88

Lớp Cao học ĐT 2006-2008

 MSC pool tạm thời:
Đưa thêm 01 MSC vào họat động và cấu hình MSC server và MGW pool.
Lần lượt chuyển các trung kế từ MSC sang MGW.
Phân tích lựa chọn giải pháp
 Kế hoạch trong ngắn hạn:
Thực hiện theo phương án MSC pool tạm thời vì phương án này đảm bảo

triển khai độc lập giữa các khu vực, đảm bảo an toàn mạng lưới, chi phí đầu tư
trong giới hạn cho phép đồng thời thời gian triển khai và nhân lực.
 Kế hoạch trong dài hạn:
Thực hiện theo phương thức MSC pool nhằm mục đích xây dựng mạng 3G
hồn chỉnh, đáp ứng được mạng dịch vụ băng rộng chất lượng cao và dung lượng
lớn đồng thời đảm bảo tính an tồn mạng lưới do tính dự phịng của các MSC server
và các MGW.
a. Phương án MSC pool:
Cấu hình hiện tại:
Tối ưu những MSC (3-4 MSC) đặt cùng chỗ, kết nối đến các BSC riêng biệt
với các vùng dịch vụ tách biệt (service area).

Hình 2.23 Cấu hình mạng hiện tại
Bước 1: Cấu hình chức năng MSC pool 2G cho các MSC:

Phát triển GSM lên 3G( WCDM) và khả năng triển khai tại Cămpuchia


HV: Chhin Tepyreak

89

Lớp Cao học ĐT 2006-2008

- Các MSC, BSC và POI (Point Of interconnection ) trong 1 khu vực được
kết nối lẫn nhau.
- Yêu cầu một số lượng bổ sung thiết bị TE và thiết bị đầu cuối SS7.

Hình 2.24 Cấu hình chức năng MSC pool 2G cho các MSC
Bước 2: Cắt ra khỏi mạng 01 MSC:

- Cắt 01 MSC đầu tiên ra khỏi mạng.
- Lưu lượng của MSC này sẽ được các MSC cịn lại quản lý.

Hình 2.25 Cặt một MSC ra khỏi mạng

Phát triển GSM lên 3G( WCDM) và khả năng triển khai tại Cămpuchia