Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA

Đồ án tốt nghiệp đại học

Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA

LỜI NÓI ĐẦU

Liên lạc là nhu cầu cơ bản của con người vì thế nên thơng tin di động đã đóng
một vai trị khơng thể thiếu đối với mỗi chúng ta . Trong đó GSM là một cơng nghệ
được dùng phổ biến nhất trên thế giới. GSM là một hệ thống có tiêu chuẩn rõ ràng,
dễ dàng trong triển khai và lắp đặt, đồng thời do áp dụng cấu trúc mở nên GSM có
tính lưu động rất cao và đem lại nhiều dịch vụ cho khách hàng. Với các ưu điểm của
mình, hệ thống GSM đã khẳng định được vị thế mạnh mẽ, nổi trội của mình trong
thế giới thông tin di động trong những năm qua.
Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của xã hội, thì GSM ngày một lộ ra nhiều
yếu điểm như : chỉ đáp ứng nhu cầu thông tin thoại, dịch vụ bản tin ngắn với tốc độ
thấp, sự hạn chế về dung lượng phục vụ v.v . Trong khi đó lưu lượng thuê bao
không ngừng tăng lên ,cũng như nhu cầu truy cập thông tin với tốc độ cao và đặc
biệt nhu cầu sử dụng các ứng dụng đa phương tiện như: Điện hoại thấy hình, Video
trực tuyến, E-mail, World wide web..v.v. địi hỏi tốc độ truyền số liệu phải cao và
băng thông lớn. Lúc này thì hệ thống GSM khơng cịn khả năng đáp ứng nữa mà địi
hỏi một cơng nghệ mới phù hợp hơn đó là hệ thống thơng tin di động thế hệ 3 hay
(3G) và cụ thể hơn thì con đường duy nhất GSM sẽ tiến tới là CDMA băng thơng
rộng (WCDMA). Trước tình hình đó, hiệp hội GSM thế giới đã nghiên cứu và đưa
ra các giải pháp để tiến lên xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ 3 trên cơ sở
tận dụng tối đa hạ tầng mạng GSM sẵn có bằng việc xây dựng qua các tiêu chuẩn
chuyển tiếp như GPRS, EDGE. Trong đó GPRS là giải pháp được khuyến nghị
cho các nhà cung cấp các dịch vụ trên thế giới trong đó có Việt Nam .
Ở Việt Nam hiện nay, các mạng di động lớn như Mobiphone, Vinaphone,
Viettel, liên doanh EVN Telecom và Vietnammobile…đã dành được quyền cấp
phát 3G và đang thực hiện triển khai công nghệ này với mong muốn đưa đến cho
người sử dụng trong thời gian sớm nhất. Dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Phúc

Ngọc,trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã tìm hiều về Tiến trình phát triển

Hồ Văn Chiến . Lớp 46K-ĐTVT

1


Đồ án tốt nghiệp đại học

Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA

từ GSM lên WCDMA với mục đích là tìm hiểu về các giải pháp kĩ thuật mà các
nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đã sử dụng trong quá trình tiến lên 3G.
Nội dung đồ án được kết cấu làm 3 chương với các nội dung chính như sau:
Chương 1: Lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động
Tìm hiểu phát triển của hệ thống thơng tin di động và sự phát triển của các
phương pháp đa truy nhập trong hệ thống thông tin di động
Chương 2: Lộ trình phát triển từ GSM 2G lên WCDMA thế hệ 3.
Tìm hiểu quá trình tiến lên 3G của GSM và cấu trúc cơ bản của các hệ thống
2,5G trên cơ sơ kế thừa từ GSM.
Chương 3:Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 WCDMA
Tìm hiểu về hệ thống thông tin di động thế hệ 3WCDMA trên cơ sở kế thừa
từ hệ thống GSM.

Em xin trân trọng cảm ơn!

Vinh, tháng 5 năm 2010
Sinh viên
Hồ Văn Chiến

Hồ Văn Chiến . Lớp 46K-ĐTVT

2


Đồ án tốt nghiệp đại học

Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.........................................................................................................1
MỤC LỤC................................................................................................................ 3
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ...............................................................................5
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU..........................................................................7
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT.............................................................................8
CHƯƠNG 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG..................................................................................................................... 16
1.1. Sự ra đời và phát triển của các hệ thống thông tin di động.....................16
1.2. Sự phát triển của các phương pháp đa truy nhập....................................19
1.2.1.FDMA:...................................................................................................20
1.2.2.TDMA:...................................................................................................20
1.2.3.CDMA:...................................................................................................21
CHƯƠNG 2. LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ GSM 2G LÊN WCDMA THẾ
HỆ 3........................................................................................................................ 22
2.1. Lộ trình phát triển lên 3G..........................................................................22
2.2. Các yếu tố cần chuyển đổi từ 2G lên 3G...................................................24
2.3. Hệ thống thông tin di động GSM...............................................................25
2.3.1.Tổng quan..............................................................................................25
2.3.2. Các đặc điểm của mạng thông tin di động GSM................................26
2.3.3. Cấu trúc của mạng GSM.....................................................................28

2.3.3.1 Phân hệ trạm gốc (BSS)..................................................................29
2.3.3.2 Phân hệ chuyển mạch (SS..............................................................30
2.3.3.3 Phân hệ khai thác và hỗ trợ (OSS)................................................31
2.3.4 Kiến trúc địa lý......................................................................................31
2.3.4.1 Vùng mạng : Tổng đài vô tuyến cổng (Gateway - MSC).............31
2.3.4.2 Vùng phục vụ MSC/VLR...............................................................32
2.3.4.3 Vùng định vị LA (Location Area)..................................................32
2.4. Công nghệ HSCSD......................................................................................32
2.5. Công nghệ GPRS........................................................................................35
2.5.1. Cấu trúc mạng GPRS...........................................................................37
2.5.1.1. Những điểm mới trong cấu trúc mạng GPRS so với GSM.........37
2.5.1.2. Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS..............................................................38
2.5.1.3. Nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN)....................................................40
2.5.1.4. Hệ thống trạm gốc BSS.................................................................40
2.5.1.5. Phần chuyển mạch.........................................................................41
2.5.1.6. Thiết bị đầu cuối GPRS.................................................................42
2.5.2. Cấu trúc đa khung của giao diện vô tuyến GPRS..............................42
2.5.3. Các kênh logic trong GPRS.................................................................43
2.6. Công nghệ EDGE........................................................................................44
2.6.1. Kiến trúc mạng EDGE.........................................................................45
2.6.2. Điều chế.................................................................................................45

Hồ Văn Chiến . Lớp 46K-ĐTVT

3


Đồ án tốt nghiệp đại học

Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA

2.6.3. Các kênh logic ở giao diện vô tuyến....................................................46
2.6.4. Giao thức ứng dụng vô tuyến (WAP)..................................................47
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3......................49
3.1.Giới thiệu chung về công nghệ WCDMA và sự thay đổi hạ tầng mạng khi
nâng cấp lên mạng thế hệ 3...............................................................................49
3.2. Công nghệ CDMA sử dụng trong hệ thống 3G.........................................53
3.2.1. Nguyên lý trải phổ CDMA...................................................................53
3.2.2. Kỹ thuật trải phổ và giải trải phổ.......................................................54
3.2.3. Kỹ thuật đa truy nhập CDMA............................................................55
3.3. Hệ thống WCDMA....................................................................................57
3.3.1. Các mã trải phổ....................................................................................57
3.3.2. Phương thức song công........................................................................60
3.3.3. Dung lượng mạng.................................................................................60
3.3.4. Phân tập đa đường – Bộ thu RAKE....................................................61
3.3.5. Trạng thái cell.......................................................................................62
3.3.6. Cấu trúc Cell.........................................................................................63
3.4. Giới thiệu về kiến trúc mạng 3G................................................................64
3.4.1. Giới thiệu chung...................................................................................64
3.4.2. Cấu trúc hệ thống UMTS....................................................................68
3.4.2.1. Thiết bị đầu cuối mạng UE...........................................................68
3.4.2.2. Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN...............................................70
3.4.2.3. Mạng lõi (CN).................................................................................75
3.4.3. Các giao diện của hệ thống UMTS......................................................77
3.4.4. Cấu trúc kênh.......................................................................................80
3.4.4.1. Các kênh logic................................................................................80
3.4.4.2. Các kênh truyền dẫn.....................................................................81
3.4.4.3. Cấu trúc kênh vật lý......................................................................81
3.4.5. Vấn đề chuyển giao..............................................................................82
3.4.5.1. Mục đích của chuyển giao.............................................................82

3.4.5.2. Trình tự chuyển giao.....................................................................83
3.4.5.3. Các loại chuyển giao......................................................................86
3.4.6. Điều khiển công suất............................................................................90
3.4.6.1. Điều khiển công suất vòng mở......................................................91
3.4.6.2. Điều khiển cơng suất vòng kín......................................................92
3.4.6.3. Các trường hợp điều khiển công suất đặc biệt............................93
KẾT LUẬN............................................................................................................96
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................97

Hồ Văn Chiến . Lớp 46K-ĐTVT

4


Đồ án tốt nghiệp đại học

Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động ...................18
Hình 1.2: Các cơng nghệ đa truy nhập ..............................................................19
Hình 2.1: Lộ trình phát triển từ 2G lên 3G ........................................................21
Hình 2.2: Qúa trình phát triển từ GSM lên 3G ..................................................22
Hình 2.3: Các yếu tố cần chuyển đổi từ 2G lên 3G............................................23
Hình 2.4: Cấu trúc mạng GSM...........................................................................27
Hình 2.5: Các luồng số liệu kết hợp ở IWF .......................................................32
Hình 2.6: Cấu trúc hệ thống HSCSD .................................................................33
Hình 2.7: Cấu trúc mạng GSM/GPRS ..............................................................35
Hình 2.8: Cấu trúc mạng GPRS .........................................................................36
Hình 2.9: Cấu trúc EDGE trên nền GSM/GPRS ................................................44

Hình 2.10 : Cấu hình hệ thống WAP .............................................................................46

Hình 3.1: Phương án chung mạng lõi ................................................................49
Hình 3.2: Phương án thêm mạng lõi ..................................................................50
Hình 3.3: Phương án tích hợp chung .................................................................50
Hình 3.4: Sự phát triển liền mạch. ....................................................................51
Hình 3.5: Quá trình trải phổ và giải trải phổ.....................................................53
Hình 3.6: Trải phổ CDMA..................................................................................54
Hình 3.7: Cơng nghệ đa truy nhập CDMA .......................................................54
Hình 3.8: Nguyên lý đa truy nhập trải phổ ........................................................55
Hình 3.9: Quá trình trải phổ và trộn ..................................................................56
Hình 3.10: Cây mã định kênh ............................................................................57
Hình 3.11: Truyền sóng đa đường .....................................................................60
Hình 3.12: Các chế độ của UE và các trạng thái điều khiển .............................61
Hình 3.13: Cấu trúc cell UMTS .........................................................................63
Hình 3.14: Kiến trúc cơ bản hệ thống UMTS....................................................64
Hình 3.15: Cấu trúc quản lý tài nguyên..............................................................65

Hồ Văn Chiến . Lớp 46K-ĐTVT

5


Đồ án tốt nghiệp đại học

Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA

Hình 3.16: Cấu trúc dịch vụ ..............................................................................66
Hình 3.17: Kiến trúc UTRAN..............................................................................69
Hình 3.18: Cấu trúc logic nút B..........................................................................70

Hình 3.19: Cấu trúc RNC .................................................................................71
Hình 3.20: Cấu trúc mạng lõi ...........................................................................74
Hình 3.21: Giao diện Iu kết nối UTRAN với CN ................................................78
Hình 3.24: Tiến trình thực hiện chuyển giao .....................................................83
Hình 3.25: Nguyên tắc chung của thuật tốn chuyển giao .................................85
Hình 3.26 Chuyển giao cứng cùng tần số ..........................................................86
Hình 3.27: Chuyển giao cứng khác tần số .........................................................87
Hình 3.28: Chuyển giao mềm cùng tần số .........................................................88
Hình 3.29: Chuyển giao mềm hơn cùng tần số ..................................................89
Hình 3.30: Các cơ chế điều khiển cơng suất của WCDMA ................................90
Hình 3.31: OLPC đường lên ..............................................................................91
Hình 3.32: Cơ chế điều khiển cơng suất CLPC .................................................92
Hình 3.33: Điều khiển cơng suất kết hợp với chuyển giao mềm ........................94
Hình 3.34: Phân tập lựa chọn trạm ...................................................................95

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU

Hồ Văn Chiến . Lớp 46K-ĐTVT

6


Đồ án tốt nghiệp đại học

Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA

Bảng 1.1: Tiến trình phát triển các hệ thống thông tin di động .........................18
Bảng 2.1: Những điểm mới trong cấu trúc mạng GPRS so với GSM..................38
Bảng 3.1: Các mã UMTS chính .........................................................................59
Bảng 3.2: So sánh giao diện vơ tuyến giữa hệ thống WCDMA và GSM.............78

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Hồ Văn Chiến . Lớp 46K-ĐTVT

7


Đồ án tốt nghiệp đại học

Viết tắt

Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA

Tiếng Anh

Tiếng Việt

2G

2nd Generation

Hệ thống thống tin di động thế hệ 2

3G

3rd Generation

3GPP

Third Generation Partnership
Project
Third Generation Partnership
Project2
Australian Communications
Industry Forum
Acquisition Indicator Channel
Advanced Mobile Phone Service
Association of Radio Industry
Business
Asynchronous Transfer Mode
Authentication Center
Broadcast Control Channel
Bit Error Rate
Binary Phase Shift Keying
Base Station
Base Station Controller
Broadcast Channel
Customized Application for
Mobile network Enhanced Logic
Common Control Channel
CDMA Development Group
Code Division Multi Access
Closed loop Power Control
Communication Management
Core Network
Communication Control

Hệ thống thống tin di động thế hệ
thứ 3

Dự án hội nhập thế hệ 3

GPP2
ACIF
AICH
AMPS
ARIB
ATM
AuC
BCCH
BER
BPSK
BS
BSC
BCH
CAMEL
CCCH
CDG
CDMA
CLPC
CM
CN
COMO

Hồ Văn Chiến . Lớp 46K-ĐTVT

Dự án hội nhập thế hệ 3 thứ hai
Diễn đàn công nghiệp thông tin Úc
Kênh chỉ thị bắt
Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến

Liên hiệp kinh doanh công nghệ vô
tuyến
Phương thức truyền không đồng bộ
Trung tâm nhận thực
Kênh điều khiển quảng
Tỷ lệ lỗi bit
Điều chế dịch pha nhị phân
Trạm gốc
Bộ điều khiển trạm gốc
Kênh quảng bá
Ứng dụng tùy chọn cho logic nâng
cao của mạng di động
Kênh điều khiển chung
Nhóm phát triển công nghệ CDMA
Đa truy nhập phân chia theo mã
Điều khiển cơng suất vịng kín
Quản lý thơng tin
Mạng lõi
Điều khiển thông tin

8


Đồ án tốt nghiệp đại học

Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA

CRNC

Controlling RNC

CS
CSCF

Circuit-Switched
Call Server Control Function

CWTS

China Wireless
Telecommunications Standard
Group
Common Packet Channel
Common Pilot Channel
Common Traffic Channel
CPCH Status Indication Channel
Collision Detection/Channel
Assignment Indication Channel
Dedicated Transport Channel
Drift RNC
Downlink Shared Channel
Direct Sequence
Dedicated Physical Data Channel
Dedicated Physical Control
Channel
Downlink Shared Channel
Dedicated Control Channel
Dedicated Traffic Channel
Enhanced Circuit-switched Data
Enhanced Data Rates for GSM

Evolution
Equipment Identify Register
European Telecommunications
Standard Institute
Frequency Division Duplex

CPCH
CPICH
CTCH
CSICH
CD/CAICH
DCH
DRNC
DSCH
DS
DPDCH
DPCCH
DSCH
DCCH
DTCH
ECSD
EDGE
EIR
ETSI
FDD
FDMA

Frequency Division Multiple
Access

Hồ Văn Chiến . Lớp 46K-ĐTVT

Bộ điều khiển mạng truy nhập vô
tuyến điều khiển
Chuyển mạch kênh
Chức năng điều khiển phục vụ
cuộc gọi
Nhóm tiêu chuẩn viễn thơng vơ
tuyến của Trung Quốc
Kênh gói chung
Kênh hoa tiêu chung
Kênh lưu lượng chung
Kênh chỉ thị trạng thái kênh CPCH
Kênh chỉ thị gán kênh/phát hiện va
chạm
Kênh truyền tải dùng chung
RNC trôi
Kênh dùng chung đường xuống
Chuỗi trải phổ trực tiếp
Kênh số liệu vật lý dùng chung
Kênh điều khiển vật lý dùng chung
Kênh chia sẻ đường xuống
Kênh điều khiển dùng chung
Kênh lưu lượng dùng chung
Dữ liệu chuyển mạch nâng cao
Cải thiện tốc độ số liệu cho phát
triển GSM
Bộ ghi nhận dạng thiết bị
Viện tiêu chuẩn viễn thông châu
Âu

Ghép song công phân chia theo tần
số
Đa truy nhập phân chia tần số

9


Đồ án tốt nghiệp đại học

Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA

FER
FACH
GGSN
GMSC
GMSK

Frame Error Rate
Forward Access Channel
Gateway GPRS Support Node
Gateway MSC
Gaussian Minimum Shift Keying

GTP
GPRS
GPS
GSA

GPRS Tunneling Protocol
General Packet Radio Services

Global Position System
Global Mobile Suppliers
Acsociation
Global System for Mobile
Communications
Hierarchical Cell Structure
High Data Rate
High Speed Switched Data

GSM
HCS
HDR
HSCSD
HTML
ID
IETF
IMS
IMSI
IMT-2000
IP
IS-95
ITU-T
IWF
MAC
MAP
MC-

Hyper Text Markup Language
Identifier
Internet Engineering Task Forum

IP Multimedia Subsystem
International Mobile Subcriber
Identity
International Mobile
Telecommunications-2000
Internet Protocol
Interim Standard-95
ITU Telecommunication
Standardisation Sector
InterWorking Function
Medium Access Control
Mobile Application Part
Multi-Carrier CDMA

Hồ Văn Chiến . Lớp 46K-ĐTVT

Tỷ lệ lỗi khung
Kênh truy nhập đường xuống
Nút mạng hỗ trợ GPRS cổng
MSC cổng
Điều chế dịch pha cực tiểu
Gaussian
Giao thức xuyên đường hầm GPRS
Dịch vụ vơ tuyến gói chung
Hệ thống định vị toàn cầu
Hiệp hội những nhà cung cấp thiết
bị di động thế giới
Hệ thống thơng tin di động tồn
cầu
Cấu trúc cell phân cấp

Tốc độ số liệu cao
Kỹ thuật truyền dữ liệu chuyển
mạch kênh tốc độ cao
Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản
Bộ chỉ thị
Diễn đàn nhiệm vụ về công nghệ
Internet
Phân hệ đa phương tiện IP
Chỉ thị thuê bao di động quốc tế
Viễn thông di dộng quốc tế 2000
Giao thức Internet
Tiêu chuẩn thơng tin di động
TDMA của Mỹ
Bộ phận tiêu chuẩn hóa về viễn
thông của ITU
Chức năng kết nối mạng
Điều khiển truy nhập mơi trường
Phần ứng dụng di động
CDMA đa sóng mang

10


Đồ án tốt nghiệp đại học

CDMA
ME
MEHO
MexE
MGW

MIME

Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA

Mobile Equipment
Mobile Evaluated Handover

MM
MOBC
MRF
MS
MSC

Mobile Execution Environment
Media Gateway
Multipurpose Internet Mail
Extension
Mobile Management
Mobility Control
Media Resource Function
Mobile Station
Mobile Switching Service Center

MWIF

Mobile Wireless Internet Forum

NEHO
NMT

Network Evaluated Handover
Nordic Mobile Telephone system

ODCCH

ODMA Common Control Channel

OFDM

Orthorgonal Frequency Division
Multiplexing
Operator Harmonisation Group

OHG
OLPC
OSA
OVSF
PCCH
PCG
PCH
PCS
PRACH

Open loop power control
Open Service Access
Orthorgonal Variable Spreading
Factor
Paging Control Channel
Project Co-ordination Group
Paging Channel

Persional Communication System
Physical Random Access Channel

Hồ Văn Chiến . Lớp 46K-ĐTVT

Thiết bị di động
Chuyển giao quyết định bởi máy di
động
Môi trường thực hiện di động
Cổng media
Mở rộng đa mục đích cho Internet
Mail
Quản lý di động
Điều khiển di động
Chức năng nguồn media
Trạm di động
Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di
động
Diễn đàn Internet không dây di
động
Chuyển giao quyết định bởi mạng
Hệ thống điện thoại di động Bắc
Âu
Kênh điều khiển chung cho
ODMA
Ghép kênh phân chia tần số trực
giao
Nhóm phối hợp các nhà vận hành
mạng
Điều khiển cơng suất vịng mở

Cấu trúc dịch vụ mở
Hệ số trải phổ khả biến trực giao
Kênh điều khiển nhắn gọi
Nhóm phối hợp dự án
Kênh nhắn gọi
Hệ thống thông tin cá nhân
Kênh truy nhập ngẫu nhiên đường

11


Đồ án tốt nghiệp đại học

PDC
PDCH
PDP
PLMN
PSK
PSTN
PS
PSTN
PCCPCH
PDSCH
PCPCH
PICH
PTCCH
PNCH
PCCH
QoS
QPSK

RAB
RACH
RAN
RANAP
RB
RNC
RNS
RNSAP
RRC
RRM
SDO

Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA

xuống
Personal Digital Cellular
Hệ thống tổ ong số cá nhân
Packet Data Channel
Kênh số liệu gói
Packet Data Protocol
Giao thức số liệu gói
Public Land Mobile Network
Mạng di động mặt đất cơng cộng
Phase Shift Keying
Khóa dịch pha
Public Switched Telephone
Mạng điện thoại chuyển mạch
Network
cơng cộng
Packet-switched

Chuyển mạch gói
Public Switched Telephone
Mạng điện thoại chuyển mạch
Network
cơng cộng
Primary Common Control Physical Kênh vật lý điều khiển chung sơ
Channel
cấp
Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ vật lý đường xuống
Physical Common Packet Channel
Paging Indication Channel
Packet Timing Control Channel
Packet Notification Channel
Paging Control Channel
Quality of Service
Quadrature Phase Shift Keying
Radio Access Bearer
Random Access Channel
Radio Access Network
RAN Application Part
Radio bearer
Radio Network Controller
Radio Network Subsystem
Radio Network Subsystem
Application Part
Radio Resource control
Radio Resource Management
Standard Development

Hồ Văn Chiến . Lớp 46K-ĐTVT

Kênh gói chung vật lý
Kênh chỉ thị nhắn gọi
Kênh điều khiển định thời gói
Kênh báo gói
Kênh điều khiển nhắn gọi
Chất lượng dịch vụ
Điều chế dịch pha cầu phương
Kênh mang truy nhập vô tuyến
Kênh truy nhập ngẫu nhiên
Mạng truy nhập vô tuyến
Phần ứng dụng RAN
Kênh mạng vô tuyến
Bộ điều khiển mạng vô tuyến
Phân hệ mạng vô tuyến
Phần ứng dụng phân hệ mạng vô
tuyến
Điều khiển tài nguyên vô tuyến
Quản lý tài nguyên vô tuyến
Tổ chức phát triển tiêu chuẩn khu

12


Đồ án tốt nghiệp đại học

Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA

Organization
Serving GPRS Support Node

Shared Channel Control Channel

vực
Nút mạng hỗ trợ dịch vụ GPRS
Kênh điều khển phân chia kênh
Dịch vụ tin nhắn
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
RNC phục vụ
Hệ thống báo hiệu số 7
Truyền dẫn phân tập lựa chọn trạm

TDD

Short Message Service
Signal-to-Noise Ratio
Serving RNC
Signaling System 7
Site Selection Diversity
Transmission
Special Study Group
Secondary Common Control
Physical Channel
Synchronisation Channel
Total Access Communications
System
Time Division Duplex

TDMA

Time Division Multi Access

TIA

Telecommunications Industry
Association
Temporary Mobile Subcriber
Identity
Transmit power control
Transceiver
Technical Specifications Group
Telecommunications Technologies
Association
Telecommunication Technology
Committee
Traffic Termination Point
User Equipment
Universal Mobile

SGSN
SHCCH
SMS
SNR
SRNC
SS7
SSDT
SSG
SCCPCH
SCH
TACS

TMSI
TPC
TRX
TSG
TTA
TTC
TTP
UE
UMTS

Hồ Văn Chiến . Lớp 46K-ĐTVT

Nhóm nghiên cứu đặc trách
Kênh vật lý điều khiển chung thứ
cấp
Kênh đồng bộ
Hệ thống truyền thơng truy nhập
tồn thể
Ghép song cơng phân chia theo
thời gian
Đa truy nhập phân chia theo thời
gian
Liên đồn cơng nghiệp viễn thơng
Chỉ thị th bao di động tạm thời
Điều khiển cơng suất phát
Bộ thu phát
Nhóm các chỉ tiêu kỹ thuật
Liên hiệp các công nghệ viễn thông
Ủy ban công nghệ viễn thông
Điểm kết cuối lưu lượng

Thiết bị người dùng
Hệ thống Viễn thơng Di dộng Tồn
cầu

13


Đồ án tốt nghiệp đại học

USAT
USIM
UTRAN
VHE
VLR
VoIP
WAP
WCDMA
WG8F
WARC
WML

Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA

Telecommunications System
Universal SIM Application ToolKit
Universal Subscriber Identity
Module
UMTS Terresrial Radio Access
Network
Virtual Home Environment

Visitor Location Register
Voice over IP
Wireless Application Protocol
Wideband Code Division Multiple
Access
Working Group 8F
World Administrative Radio
Conference
Wireless Markup Language

Hồ Văn Chiến . Lớp 46K-ĐTVT

Bộ cơng cụ ứng dụng SIM tồn cầu
Modul chỉ thị th bao tồn cầu
Mạng truy nhập vơ tuyến mặt đất
UMTS
Môi trường thường trú ảo
Bộ ghi định vị tạm trú
Thoại trên nền IP
Thủ tục ứng dụng vô tuyến
Đa truy nhập phân chia theo mã
băng rộng
Nhóm làm việc 8F
Hội nghị vơ tuyến tồn cầu
Ngơn ngữ đánh dấu khơng dây

14


Đồ án tốt nghiệp đại học

Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA

CHƯƠNG 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÁC HỆ THỐNG THÔNG
TIN DI ĐỘNG

1.1. Sự ra đời và phát triển của các hệ thống thông tin di động
Thông tin di động được ứng dụng cho nghiệp vụ cảnh sát từ những năm 20
ở băng tần 2 MHz. Sau thế chiến thứ 2 mới xuất hiện thông tin di động điện thoại
dân dụng (1939- 1945) với kĩ thuật FM ở băng 150 MHz. Năm 1948, một hệ thống
thông tin di động hoàn toàn tự động đầu tiên ra đời ở Richmond – Indian. Từ những
năm 60, kênh thông tin di động có dải tần 30 KHz với kĩ thuật FM ở băng tần 450
Mhz đưa ra hiệu suất sử dụng phổ tần tăng gấp 4 lần so với cuối thế chiến thứ 2.
Quan niệm về Cellular bắt đầu từ cuối những năm 40 với Bell thay thế cho
mơ hình quảng bá với máy phát công suất lớn và anten đặt cao, là những cell có
diện tích bé có máy phát BTS công suất nhỏ, khi các cell ở cách nhau đủ xa thì có
thể sử dụng lại tần số. Tháng 12.1971 đưa ra hệ thống cellular kĩ thuật tương tự, sử
dụng phương pháp điều tần FM, dải tần 850 MHz. Tương ứng là sản phẩm thương
nghiệp AMPS với tiêu chuẩn do AT và MOTOROLAR của Mỹ đề xuất sử dụng
vào năm 1983. Đầu những năm 90 thế hệ đầu tiên của thông tin di động tế bào bao
gồm hàng loạt các hệ thống ở các nước khác nhau như: TACS, NMTS, NAMTS,…
Tuy nhiên các hệ thống này không thoả mãn được nhu cầu ngày càng cao của người
sử dụng mà trước hết là về mặt dung lượng. Mặt khác các tiêu chuẩn hệ thống
khơng tương thích nhau làm cho sự chuyển giao khơng đủ rộng như mong muốn,
việc liên lạc ngồi biên giới là không thể. Những vấn đề trên đặt ra cho thế hệ 2
thông tin di động tế bào phải lựa chọn giải pháp kĩ thuật: kĩ thuật tương tự hay kĩ
thuật số. Các tổ chức tiêu chuẩn hoá đa số đều lựa chọn kĩ thuật số.
Trước hết kĩ thuật số đảm bảo chất lượng cao hơn trong môi trường nhiễu
mạnh và khả năng tiềm tàng một dung lượng lớn hơn.
Hệ thống thông tin di động tế bào thế hệ thứ 2 có 3 tiêu chuẩn chính: GMS,

IS – 54 (bao gồm cả tiêu chuẩn AMPS), JDC.

Hồ Văn Chiến . Lớp 46K-ĐTVT

15


Đồ án tốt nghiệp đại học

Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA

Tuy nhiên các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 cũng tồn tại một số
nhược điểm như sau: Độ rộng thông băng tần của hệ thống bị hạn chế nên việc ứng
dụng các dịch vụ dữ liệu bị hạn chế, không thể đáp ứng được các nhu cầu phát triển
cho các dịch vụ thông tin di động đa phương tiện cho tương lai, đồng thời tiêu
chuẩn cho cá hệ thống thế hệ 2 là không thống nhất do Mỹ và Nhật sử dụng TDMA
băng hẹp còn ở châu Âu sử dụng TDMA băng rộng nhưng cả 2 hệ thống này có thể
coi như là sự tổ hợp của FDMA và TDMA vì người sử dụng thực tế đều được ấn
định cả về tần số và các khe thời gian trong băng tần. Do đó việc thực hiện chuyển
mạng tồn cầu gặp phải nhiều khó khăn.
Bắt đầu từ những năm cuối của thập niên 90 hệ thống thông tin di động thế
hệ thứ 3 ra đời bằng kĩ thuật đa truy nhập CDMA và TDMA cải tiến. Lí thuyết về
CDMA đã được xây dựng từ những năm 1950 và được áp dụng trong thông tin
quân sự từ những năm 1960. Cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn và lý
thuyết thông tin trong những năm 1980, CDMA đã được thương mại hoá từ phương
pháp thu GPRS và Ommi – Tracks, phương pháp này đã được đề xuất trong hệ
thống tổ ong của QUALCOM - Mỹ vào năm 1990.
Trong thơng tin CDMA thì nhiều người sử dụng chung thời gian và tần số,
mã tạp âm giả ngẫu nhiên PN với sự tương quan chéo thấp được ấn định cho mỗi
người sử dụng. Người sử dụng truyền tín hiệu nhờ trải phổ tín hiệu truyền có sử

dụng mã PN đã ấn định. Đầu thu tạo ra dãy mã giả ngẫu nhiên như ở máy phát và
khôi phục lại tín hiệu dự định nhờ việc trải phổ ngược các tín hiệu đồng bộ thu
được.
So với 2 hệ thống thông tin di động thứ nhất và thứ 2 thì hệ thống thơng tin
di động thế hệ thứ 3 là hệ thống đa dịch vụ và đa phương tiện được phủ khắp toàn
cầu. Một trong những đặc điểm của nó là có thể chuyển mạng, hoạt động ở mọi lúc
mọi nơi. Điều đó có nghĩa là mỗi thuê bao di động đều được gắn một mã số về nhận
dạng thông tin cá nhân, khi máy ở bất cứ nơi nào, quốc gia nào trên thế giới đều có
thể định vị được vị trí chính xác của th bao. Ngồi ra hệ thống thơng tin di động
thế hệ 3 cịn là một hệ thống đa dịch vụ, thuê bao có thể thực hiện các dịch vụ thông

Hồ Văn Chiến . Lớp 46K-ĐTVT

16


Đồ án tốt nghiệp đại học

Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA

tin dữ liệu cao và thông tin đa phương tiện băng rộng như: hộp thoại, truyền Fax,
truyền dữ liệu, chuyển vùng quốc tế, WAP (giao thức ứng dụng khơng dây)… để
truy cập vào mạng internet, đọc báo chí, tra cứu thơng tin, hình ảnh… Do đặc điểm
băng tần rộng nên hệ thống thông tin di động thế hệ 3 cịn có thể cung cấp các dịch
vụ truyền hình ảnh, âm thanh, cung cấp các dịch vụ điện thoại thấy hình…

Thế hệ thơng Hệ thống

Các dịch vụ

Chú thích

Thoại

FDMA,

tin di động
Thế hệ 1(1G)

AMPS,TACS,NMT

Tương

tự
Thế hệ 2(2G)

GSM,IS-36,IS-95

Thoại, SMS

TDMA, CDMA
số băng hẹp(8 13kbps)

Thế hệ 2,5G

GPRS,EDGE,

Thoại, dịch vụ số TDMA,CDMA

CDMA 1x

liệu gói

tốc độ mã cao
hơn

Thế hệ 3G

CDMA 2000,

Thoại và số liệu gói Sử dụng CDMA

W-CDMA

được thiết kế để đa phương tiện
truyền tiếng và số
liệu đa phương tiện

Bảng 1.1: Tiến trình phát triển các hệ thống thông tin di động

Hồ Văn Chiến . Lớp 46K-ĐTVT

17


Đồ án tốt nghiệp đại học

TACS

Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA

GSM (900)
GPRS

NMT
(900)

WCDMA

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

GPRS

EDGE

IS-136
TDMA (800)
AMPS

IS-95
CDMA (800)

SMR

iDEN (800)

1G

2G

cdma2000
1x

2.5G

cdma2000
Mx

3G

Hình 1.1: Lộ trình phát triển của các hệ thống thơng tin di động
1.2. Sự phát triển của các phương pháp đa truy nhập
Một mạng thông tin di động là một hệ thống nhiều người sử dụng, trong đó
một số lượng lớn người sử dụng chia sẻ nguồn tài nguyên vật lý chung giới hạn để
truyền và nhận thơng tin. Vì vậy dung lượng đa truy nhập là một trong các yếu tố cơ
bản của hệ thống. Trong lịch sử thông tin di động đã tồn tại các công nghệ đa truy
nhập khác nhau: TDMA, FDMA, và CDMA sự khác nhau giữa chúng được chỉ ra
trong hình 1.2
-

Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA - Frequency Division
Multiple Access)

-

Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA - Time Division Multiple
Access)

-

Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA - Code Division Multiple
Access)

Hồ Văn Chiến . Lớp 46K-ĐTVT

18


Đồ án tốt nghiệp đại học

Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA

Hình 1.2: Các cơng nghệ đa truy nhập
1.2.1.FDMA:
Phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thành 2N dải tần số kế
tiếp, cách nhau một khoảng phòng vệ, mỗi dải tần gán cho một kênh liên lạc, N dải
tần kế tiếp dành cho liên lạc hướng lên, sau một dải tần phân cách là N dải tần kế
tiếp dành cho liên lạc hướng xuống.
Đặc điểm: Mỗi MS được cấp phát một đôi kênh liên lạc trong suốt thời gian
thông tuyến. Nhiễu giao thoa do các tần số lân cận nhau là đáng kể. BTS phải có bộ
thu phát riêng làm việc với mỗi MS trong cell.
Hệ thống FDMA điển hình là AMPS (Advanced Mobile Phone System)
dùng ở MỸ, Canada , Australia..
1.2.2.TDMA:

Phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thô thành các dải tần liên
lạc, mỗi dải tần này được dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một

Hồ Văn Chiến . Lớp 46K-ĐTVT

19


Đồ án tốt nghiệp đại học

Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA

khe thời gian trong chu kì một khung. Tin tức được tổ chức dưới dạng gói, mỗi gói
có bít chỉ thị đầu gói, chỉ thị cuối gói, các bit đồng bộ, bit bảo vệ và bit dữ liệu.
Đặc điểm: Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số. liên lạc song công mỗi
hướng thuộc các dải tần khác nhau. Giảm được nhiễu giao thoa, giảm được số máy
thu phát nhưng pha đinh và trễ truyền dẫn là những vấn đề kĩ thuật phức tạp.
Hệ thống TDMA điển hình là GSM. GSM từ châu Âu đã đến nhiều nơi trên
thế giới trong đó có Việt Nam và đã đạt được những thành tựu đáng kể.
1.2.3.CDMA:
Mỗi MS được gán một mã riêng biệt và kĩ thuật trải phổ tín hiệu giúp cho
các MS không gây nhiễu lẫn nhau trong điều kiện có thể cùng lúc dùng chung dải
tần số
Đặc điểm: Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz. Sử dụng kĩ thuật trải phổ phức
tạp, kĩ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vơ tuyến sử dụng cả cường độ trường rất nhỏ
và chống pha đinh hiệu quả hơn FDMA và TDMA. Việc các thuê bao MS trong cell
dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần
số khơng cịn là vấn đề, chuyển giao trở thành mềm, điều khiển dung lượng trong
cell rất linh hoạt.
Mỗi hệ thống thơng tin di động có thể sử dụng những phương pháp đa truy

nhập riêng hoặc có sự kết hợp giữa chúng. Và điều này tạo nên nhiều khác biệt về
kĩ thuật cũng như dung lượng mạng của các thế hệ di động.

Hồ Văn Chiến . Lớp 46K-ĐTVT

20