Mạng di động thế hệ thứ 3 và thiết bị đầu cuối 3G

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
----------
BÀI BÁO CÁO
Đề tài: Mạng di động thế hệ thứ 3 và
thiết bị đầu cuối 3G

Giảng viên giảng dạy: Ths Trương Tấn Quang
Sinh viên thực hiện:
1. Nguyễn Xuân Nguyên 0620047
2. Bùi Thanh Phương 0620052
3. Nguyễn Đức Anh 0620001
1
MỤC LỤC
MỤC LỤC HÌNH
2
PHẦN 1: TỔNG QUAN MẠNG THẾ HỆ BA
1.1/Mở đầu
Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển
nhanh nhất và phục vụ con người hữu hiệu nhất. Để đáp ứng các yêu cầu về chất lượng
và dịch vụ ngày càng nâng cao, thông tin di động càng không ngừng được cải tiến.
Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000 được đề xuất, trong
đó có hai hệ thống W-CDMA và CDMA 2000 đã được ITU chấp thuận và sẽ được đưa
vào hoạt động trong những năm đầu của thế kỷ XXI với các ưu điểm :
• Tốc độ truy nhập cao.
• Linh hoạt
• Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có.
CDMA2000 sẽ là sự phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động thế hệ hai sử
dụng công nghệ CDMA: IS-95.

W-CDMA sẽ là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống di động thế hệ 2 sử dụng công
nghệ TDMA như: GSM, PDC, IS-136. Nó là sự phát triển của GSM để cung cấp các
khả năng cho thế hệ 3. W-CDMA sử dụng công nghệ DS-CDMA băng rộng và mạng lõi
được phát triển được phát triển từ GSM và GPRS. W-CDMA có hai giải pháp cho giao
diện vô tuyến:
• Ghép song công phân chia theo tần số FDD.
• Ghép song công phân chia theo thời gian TDD.
Cả hai giải pháp này đều sử dụng phương pháp trải phổ chuổi trực tiếp ( DS-CDMA).
Giải pháp thứ nhất được triển khai rộng rãi hơn, còn giải pháp thứ 2 được triển khai ở
các ô nhỏ ( micro cell và pico cell).
Giải pháp FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz với hai sóng mang phân cách nhau 190
MHz: Đường lên có băng tần nằm trong dãy phổ từ 1920 MHz đến 1980 MHz. Đường
xuống có băng tần nằm trong dãy phổ từ 2110 MHz đến 2170 MHz.
3
Giải pháp TDD sử dụng băng tần nằm trong dãy từ 1900 MHz đến 1920 MHz và từ
2010 đến 2020 MHz. Trong TDD, đường lên và đường xuống sử dụng chung một dãy
tần.
Hình 1. Dãy tần hoạt động của FDD và TDD
Hình 1. Chế độ hoạt động của FDD và TDD
Giao diện W-CDMA được chia thành hai loại: Mạng đồng bộ và mạng dị bộ.
• Trong mạng đồng bộ, tất cả các trạm gốc đồng bộ thời gian với nhau. Điều này
tạo ra một giao diện vô tuyến hiệu quả hơn, nhưng nó đòi hỏi nhiều thiết bị
phần cứng đắt tiền trong trạm gốc.
• Trong mạng dị bộ, các trạm gốc không đồng bộ thời gian với nhau. Đặc tính
vượt trội của loại mạng này là điều khiển công suất nhanh trong cả đường
4
hướng lên và hướng xuống. Nó có khả năng thay đổi tốc độ truyền theo bit và
những tham số dịch vụ trên một khung cơ bản bằng cách thay đổi sự lan truyền.
W-CDMA sử dụng rất nhiều kiến trúc của mạng GSM và GPRS cho mạng của mình.
Kiến trúc mạng lõi 3GPP phát hành 1999 dựa trên mạng lõi của GSM/GPRS. Do vậy

không cần phải xây dựng một kiến trúc mạng hoàn toàn mới, chỉ cần nâng cấp các
phần tử của mạng hiện có như: MSC, HLR, GGSN, SGSN…để có thể hổ trợ đồng thời
W-CDMA và GSM.
1.2/Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động thế hệ hai GSM lên mạng
thông tin di động thế hệ 3 W-CDMA
Giai đoạn đầu của quá trình phát triển GSM là phải đảm bảo dịch vụ số liệu tốt hơn.
Tồn tại hai chế độ dịch vụ số liệu:
− Chuyển mạch kênh CS.
− Chuyển mạch gói PS.
Các dịch vụ số liệu chế độ chuyển mạch kênh đảm bảo:
− Dịch vụ bản tin ngắn SMS.
− Số liệu dị bộ đo tốc độ 14,4 Kbit/s.
− Fax băng tiếng cho tốc độ 14,4 kbit/s.
Các dịch vụ số liệu chuyển mạch gói đảm bảo:
− Chứa cả chế độ dịch vụ kênh.
− Dịch vụ Internet, e-mail…..
Để thực hiện kết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể sử dụng giao thức ứng dụng
vô tuyến WAP.
Giai đoạn tiếp theo để tăng tốc độ số liệu có thể sử dụng công nghệ số liệu chuyển
mạch kênh tốc độ cao ( HSCSD), dịch vụ gói vô tuyến chung ( GPRS) và tốc độ số liệu
tăng cường để phát triển GSM ( EDGE). Bước trung gian này được gọi là thế hệ 2,5 G.
5
Để đáp ứng được các dịch vụ mới đồng thời đảm bảo được tính kinh tế, hệ thống thông
tin di động thế hệ 2 sẽ từng bước được chuyển sang hệ thống thông tin di động thế hệ
ba. Lộ trình phát triển được tóm tắt như sơ đồ dưới đây:
Hình 1. Lộ trình phát triển từ GSM lên mạng 3G W-CDMA
Trong đó:
− HSCSD: Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao.
− GPRS: Dịch vụ vô tuyến gói chung.
− EDGE: Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM.

1.2.1/ HSCSD: Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao.
Hình 1. Hệ thống HSCSD
Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao ( HSCSD ) là một dịch vụ cho phép tăng tốc độ
dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh hiện nay 9,6 kbit/s ( hay cải tiến 14,4 kbit/s) của
6
GSM. Để tăng tốc độ số liệu, người sử dụng có thể được cấp phát nhiều khe thời gian
hơn.
Có thể kết hợp linh hoạt từ 1 đến 8 khe thời gian để đạt được tốc độ số liệu cực đại là
64 Kbit/s cho một người sử dụng. Giao diện vô tuyến của HSCSD thậm chí còn hỗ trợ
tốc độ lên đến 8x14,4 kbit/s.
Hầu hết các chức năng của dịch vụ số liệu hiện nay được đặt ở IWF của tồng đài MSC
và ở chức năng thích ứng đầu cuối TAF của MS. Dịch vụ HSCSD sử dụng tính năng
này. Kênh tốc độ cao chứa một số kênh con ở giao diện vô tuyến. Các kênh con này
được kết hợp lại thành một luồng số ở IWF và TAF.
1.2.2/ Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS
Hình 1. Mạng GPRS
Là dịch vụ giá trị gia tăng của mạng GSM. GPRS dùng công nghệ chuyển mạch gói để
truy cập các mạng số liệu bên ngoài (như LAN, Internet...) bằng giao thức IP (Internet
Protocol) với tốc độ cao. Đây được coi là công nghệ mạng thế hệ 2,5 (2,5G) - một bước
chuyển tiếp từ GSM lên 3G. Dịch vụ số liệu truyền thống của mạng GSM chỉ có tốc độ
tối đa là 9,6Kbps, trong khi đó GPRS R98 và R99 có tốc độ tối đa lên đến 171,2Kbps
7
(theo lý thuyết), cao hơn gần 20 lần so với dịch vụ số liệu của mạng GSM. Theo R97,
GPRS có tốc độ 40Kbps (downlink) và 14Kbps (uplink). Với tốc độ khá cao này, thuê
bao mạng GSM có thể tiếp cận thêm các dịch vụ giá trị gia tăng như: WAP, MMS
(Multimedia Messaging Service - dịch vụ tin nhắn đa phương tiện), duyệt web, xem
video, nghe nhạc... GPRS cho phép 8 thuê bao có thể sử dụng một kênh vô tuyến và
một thuê bao có thể sử dụng đồng thời 8 kênh vô tuyến. Công nghệ này sử dụng
phương thức điều chế GMSK.
1.2.3/ EDGE

Hình 1. Dịch vụ EDGE
Là công nghệ nâng cao tốc độ truyền dữ liệu trong mạng GSM. EDGE không phải là
mạng 3G mà nó chỉ ở tầm 2,75G. EDGE, đôi khi còn gọi là EGPRS, là một công nghệ
di động được nâng cấp từ GPRS cho phép truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 384Kbps
cho người dùng cố định hoặc di chuyển chậm và 144Kbps cho người dùng di chuyển
tốc độ cao. Theo R98, EDGE có tốc độ downlink là 1,3Mbps và uplink là 653Kbps.
8
Công nghệ này làm tiền đề cho các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động khi chuyển
sang 3G dùng công nghệ HSPA - một bước chuyển tiếp GSM 2,5G lên 3G.
EDGE cũng là dịch vụ giá trị gia tăng của mạng GSM nhưng có tốc độ cao hơn, thời
gian trễ thấp hơn GPRS. EDGE hỗ trợ chuyển mạch gói EGPRS (Enhanced General
Packet Radio Service) và chuyển mạch kênh ESCD (Enhanced Circuit Switched Data).
Với tốc độ truyền dữ liệu cao, EDGE cho phép các nhà cung cấp triển khai các dịch vụ
di động tiên tiến như tải video, clip nhạc, tin nhắn đa phương tiện, truy cập Internet,
email... EDGE sử dụng phương thức điều chế, mã hóa và cơ chế thích ứng đường
truyền mới để đạt được tốc độ truyền dữ liệu tối đa (gấp 3 lần tốc độ tối đa của GPRS).
1.3/ Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3
Thông tin di động thế hệ ba phải là hệ thống thông tin di động cho các dịch vụ di động
truyền thông cá nhân đa phương tiện. Hộp thư thoại sẽ đựợc thay thế bằng bưu thiếp
điện tử được lồng ghép với hình ảnh và các cuộc thoại thông thường trước đây sẽ được
bổ sung các hình ảnh để trở thành thoại có hình.
Yêu cầu đối với thông tin di động thế hệ thứ ba:
• Mạng phải là băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện, nghĩa là
mạng phải đảm bảo tốc độ bit lên tới 2Mbs phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của
máy đầu cuối, 2Mbps dự kiến cho các dịch vụ cố định, 384kbps khi đi bộ và
144kbps khi đang di chuyển tốc độ cao.
• Mạng phải có khả năng cung cấp độ rộng băng tần, dung lựợng theo yêu cầu.
Điều này xuất phát từ việc thay đổi tốc độ bit của các dịch vụ khác nhau. Ngoài
ra cần đảm bảo đường truyền vô tuyến không đối xứng, chẳng hạn với tốc độ bit
cao ở đường xuống và tốc độ bit thấp ở đường lên hoặc ngược lại.

• Mạng phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu, nghĩa là phải đảm bảo
các kết nối chuyển mạch cho thoại, các dịch vụ Video và các khả năng số liệu
gói cho các dịch vụ số liệu.
• Chất lượng dịch vụ phải không thua kém chất lượng dịch vụ cố định, nhất là đối
với thoại.
• Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả thông tin vệ tinh.
Bộ phận tiêu chuẩn của ITU-R đã xây dựng các tiêu chuẩn cho IMT-2000.Thông tin di
động thế hệ thứ ba xây dựng trên cơ sở IMT-2000 đã được đưa vào hoạt động từ năm
2001. Các hệ thống 3G cung cấp rất nhiều dịch vụ viễn thông bao gồm: thoại, số liệu tốc độ
9
bit thấp và bit cao, đa phương tiện, video cho người sử dụng làm việc cả ở môi trường công
cộng lẫn tư nhân, vùng cơ sở, vùng dân cư, phương tiện vận tải…
1.4/ Tổng quan công nghệ W-CDMA trong hệ thống UMTS
1.4.1/Nguyên lý CDMA
1.4.1.1/ Nguyên lý trải phổ CDMA
Các hệ thống số được thiết kế để tận dụng dung lượng một cách tối đa. Theo nguyên lý
dung lượng kênh truyền của Shannon, dung lượng kênh truyền có thể được tăng lên
bằng cách tăng băng tần kênh truyền.
C = B. log
2
(1+S/N)
Trong đó :
− B là băng thông (Hz).
− C là dung lượng kênh (bit/s).
− S là công suất tín hiệu.
− N là công suất tạp âm.
Vì vậy, đối với một tỉ số S/N cụ thể (SNR), dung lượng tăng lên nếu băng thông sử
dụng để truyền tăng. CDMA là công nghệ thực hiện trải tín hiệu gốc thành tín hiệu băng
rộng trước khi truyền đi. Tỷ số độ rộng băng tần truyền thực với độ rộng băng tần của
thông tin cần truyền được gọi là độ lợi xử lý (G

P
) hoặc là hệ số trải phổ.
G
P
= B
t
/ B
i
hoặc G
P
= B/R
Trong đó B
t
:là độ rộng băng tần truyền thực tế
B
i
: độ rộng băng tần của tín hiệu mang tin
B : là độ rộng băng tần RF
R : là tốc độ thông tin
Mối quan hệ giữa tỷ số S/N và tỷ số E
b
/I
0
, trong đó E
b
là năng lượng trên một bit, và
I
0
là mật độ phổ năng lượng tạp âm, thể hiện trong công thức sau :
p

bb
GI
E
BI
RE
N
S 1
00
×=
×
×
=
(2.3)
10
Vì thế, với một yêu cầu E
b
/I
0
xác định, độ lợi xử lý càng cao, thì tỷ số S/N yêu cầu càng
thấp. Trong hệ thống CDMA đầu tiên, IS-95, băng thông truyền dẫn là 1.25MHz. Trong
hệ thống WCDMA, băng thông truyền khoảng 5MHz.
Trong CDMA, mỗi người sử dụng được gán một chuỗi mã duy nhất (mã trải phổ) để
trải tín hiệu thông tin thành một tín hiệu băng rộng trước khi truyền đi. Bên thu biết
được chuỗi mã của người sử dụng đó và giải mã để khôi phục tín hiệu gốc.
1.4.1.2/ Kỹ thuật trải phổ và giải trải phổ
Trải phổ và giải trải phổ là hoạt động cơ bản nhất trong các hệ thống DS-CDMA.
• Dữ liệu người sử dụng là chuỗi bit được điều chế BPSK có tốc độ là R.
• Trải phổ chính là nhân mỗi bit dữ liệu người sử dụng với một chuỗi n bit mã,
được gọi là các chip.
Ở đây, ta lấy n=8 thì hệ số trải phổ là 8, nghĩa là thực hiện điều chế trải phổ BPSK. Kết

quả tốc độ dữ liệu là 8xR và có dạng xuất hiện ngẫu nhiên (giả nhiễu) như là mã trải
phổ. Việc tăng tốc độ dữ liệu lên 8 lần đáp ứng việc mở rộng (với hệ số là 8) phổ của
tín hiệu dữ liệu người sử dụng được trải ra. Tín hiệu băng rộng này sẽ được truyền qua
các kênh vô tuyến đến đầu cuối thu.
Hình 1. Quá trình trải phổ và giải trải phổ
Trong quá trình giải trải phổ, các chuỗi chip/dữ liệu người sử dụng trải phổ được nhân
từng bit với cùng các chip mã 8 đã được sử dụng trong quá trình trải phổ. Như trên hình
vẽ tín hiệu người sử dụng ban đầu được khôi phục hoàn toàn.
11
1.4.1.3/ Kỹ thuật đa truy nhập CDMA
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 để truyền và nhận thông
tin.
Dung lượng đa truy nhập là một trong các yếu tố cơ bản của hệ thống. Kỹ thuật trải phổ
tín hiệu cần truyền đem lại khả năng thực hiện đa truy nhập cho các hệ thống CDMA.
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 dưới đây.
Hình 1. Các công nghệ đa truy nhập
• Trong hệ thống đa truy nhập theo tần số FDMA, các tín hiệu cho các người sử
dụng khác nhau được truyền trong các kênh khác nhau với các tần số điều chế
khác nhau.
• Trong hệ thống đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, các tín hiệu của
người sử dụng khác nhau được truyền đi trong các khe thời gian khác nhau.
Với các công nghệ khác nhau, số người sử dụng lớn nhất có thể chia sẻ đồng thời các
kênh vật lý là cố định.
Tuy nhiên trong hệ thống CDMA, các tín hiệu cho người sử dụng khác nhau được
truyền đi trong cùng một băng tần tại cùng một thời điểm. Mỗi tín hiệu người sử dụng
đóng vai trò như là nhiễu đối với tín hiệu của người sử dụng khác, do đó dung lượng
của hệ thống CDMA gần như là mức nhiễu, và không có con số lớn nhất cố định, nên
dung lượng của hệ thống CDMA được gọi là dung lượng mềm.

12
Hình bên dưới chỉ ra một ví dụ làm thế nào 3 người sử dụng có thể truy nhập đồng thời
trong một hệ thống CDMA.
Hình 1. Các công nghệ đa truy nhập
Tại bên thu, người sử dụng 2 sẽ giải trải phổ tín hiệu thông tin của nó trở lại tín hiệu
băng hẹp, chứ không phải tín hiệu của bất cứ người nào khác. Bởi vì sự tương quan
chéo giữa mã của người sử dụng mong muốn và các mã của người sử dụng khác là rất
nhỏ : việc tách sóng kết hợp sẽ chỉ cấp năng lượng cho tín hiệu mong muốn và một
phần nhỏ cho tín hiệu của người sử dụng khác và băng tần thông tin.
Độ lợi xử lý và đặc điểm băng rộng của quá trình xử lý đem lại nhiều lợi ích cho các hệ
thống CDMA, như hiệu suất phổ cao và dung lượng mềm.
Tuy nhiên, tất cả những lợi ích đó yêu cầu việc sử dụng kỹ thuật điều khiển công suất
nghiêm ngặt và chuyển giao mềm, để tránh cho tín hiệu của người sử dụng này che
thông tin của người sử dụng khác.
1.4.2/ Một số đặc trưng của lớp vật lý trong hệ thống WCDMA.
1.4.2.1/ Các mã trải phổ .
Trong hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS, các bit dữ liệu được mã hoá với một
chuỗi bit giả ngẫu nhiên (PN). Mạng vô tuyến UMTS sử dụng một tốc độ chip cố định
13
là 3.84Mcps đem lại một băng thông sóng mang xấp xỉ 5MHz. Dữ liệu được gửi qua
giao diện vô tuyến WCDMA được mã hoá 2 lần trước khi được điều chế và truyền đi.
Quá trình này được mô tả trong hình vẽ sau:
Hình 1. Quá trình trải phổ và trộn
Trong quá trình trên có hai loại mã được sử dụng là mã trộn và mã định kênh.
• Mã định kênh:
Là các mã hệ số trải phổ biến đổi trực giao OVSF giữ tính trực giao giữa các
kênh có các tốc độ và hệ số trải phổ khác nhau. Các mã lựa chọn được xác định
bởi hệ số trải phổ. Cần phải chú ý rằng: Một mã có thể được sử dụng trong cell
khi và chỉ khi không có mã nào khác trên đường dẫn từ một mã cụ thể đến gốc
của cây mã hoặc là trên một cây con phía dưới mã đó được sử dụng trong cùng

một cell. Có thể nói tất cả các mã được chọn lựa sử dụng hoàn toàn theo quy luật
trực giao.
• Mã trộn:
Mã trộn được sử dụng trên đường xuống là tập hợp chuỗi mã Gold. Các điều
kiện ban đầu dựa vào số mã trộn n. Chức năng của nó dùng để phân biệt các
trạm gốc khác nhau.
Có hai loại mã trộn trên đường lên , chúng dùng để duy trì sự phân biệt giữa các
máy di động khác nhau. Cả hai loại đều là mã phức:
− Mã thứ nhất là mã hoá Kasami rất rộng.
− Loại thứ hai là mã trộn dài đường lên thường được sử dụng trong cell
không phát hiện thấy nhiều người sử dụngtrong một trạm gốc. Đó là
chuỗi mã Gold có chiều dài là 2
41
-1.
14
1.4.2.2/ Phương thức song công.
Hai phương thức song công được sử dụng trong kiến trúc WCDMA:
• Song công phân chia theo thời gian (TDD): chỉ cần một băng tần.
• Song công phân chia theo tần số (FDD): FDD cần hai băng tần cho đường lên và
đường xuống.
Thông thường phổ tần số được bán cho các nhà khai thác theo các dải có thể bằng
2x10MHz, hoặc 2x15MHz cho mỗi bộ điều khiển. Mặc dù có một số đặc điểm khác
nhau nhưng cả hai phương thức đều có tổng hiệu suất gần giống nhau. Chế độ TDD
không cho phép giữa máy di động và trạm gốc có trễ truyền lớn, bởi vì sẽ gây ra đụng
độ giữa các khe thời gian thu và phát. Vì vậy chế độ TDD phù hợp với các môi trường
có trễ truyền thấp, cho nên chế độ TDD vận hành ở các pico cell.
Một ưu điểm của TDD là tốc độ dữ liệu đường lên và đường xuống có thể rất khác
nhau, do đó phù hợp cho các ứng dụng có đặc tính bất đối xứng giữa đường lên và
đường xuống (như Web browsing).
Sơđồ phân bố phổ tần số của hệ thống UMTS Châu Âu.

15
Hình 1. Phân bố phổ tần cho UMTS châu Âu
1.4.2.3/ Dung lượng mạng.
Kết quả của việc sử dụng công nghệ đa truy nhập trải phổ CDMA là dung lượng của
các hệ thống UMTS không bị giới hạn cứng, có nghĩa là một người sử dụng có thể bổ
sung mà không gây ra nghẽn bởi số lượng phần cứng hạn chế.
Hệ thống GSM có số lượng các liên kết và các kênh cố định chỉ cho phép mật độ lưu
lượng lớn nhất đã được tính toán và hoạch định trước nhờ sử dụng các mô hình thống
kê.
Trong hệ thống UMTS bất cứ người sử dụng mới nào sẽ gây ra một lượng nhiễu bổ
sung cho những người sử dụng đang có mặt trong hệ thống, ảnh hưởng đến tải của hệ
thống. Nếu có đủ số mã thì mức tăng nhiễu do tăng tải là cơ cấu giới hạn dung lượng
chính trong mạng. Việc các cell bị co hẹp lại do tải cao và việc tăng dung lượng của các
cell mà các cell lân cận nó có mức nhiễu thấp là các hiệu ứng thể hiện đặc điểm dung
lượng xác định nhiễu trong các mạng CDMA. Chính vì thế mà trong các mạng CDMA
có đặc điểm “dung lượng mềm”.
1.4.2.4/ Phân tập đa đường- Bộ thu RAKE.
16
Truyền sóng vô tuyến trong kênh di động mặt đất được đặc trưng bởi các sự phản xạ, sự
suy hao khác nhau của năng lượng tín hiệu. Các hiện tượng này gây ra do các vật cản tự
nhiên như toà nhà, các quả đồi…dẫn đến hiệu ứng truyền sóng đa đường.
Hình 1. Truyền sóng đa đường
Hiệu ứng đa đường thường gây ra nhiều khó khăn cho các hệ thống truyền dẫn vô
tuyến.
Một trong những ưu điểm của các hệ thống DSSS là tín hiệu thu qua các nhánh đa
đường với trễ truyền khác nhau và cường độ tín hiệu khác nhau lại có thể cải thiện hiệu
suất của hệ thống. Để kết hợp các thành phần từ các nhánh đa đường một cách nhất
quán, cần thiết phải tách đúng các thành phần đó. Trong các hệ thốngWCDMA, bộ thu
RAKE được sử dụng để thực hiện chức năng này.
17

Hình 1. Phương pháp chọn đường truyền để kết hợp của máy thu RAKE
Hình 1. Cấu hình của máy thu RAKE
Một bộ thu RAKE bao gồm nhiều bộ thu được gọi là “finger”. Nó sử dụng các bộ cân
bằng và các bộ xoay pha để chia năng lượng của các thành phần tín hiệu khác nhau có
pha và biên độ thay đổi theo kênh trong sơđồ chòm sao. Sau khi điều chỉnh trễ thời
gian và cường độ tín hiệu, các thành phần khác nhau đó được kết hợp thành một tín
hiệu với chất lượng cao hơn. Quá trình này được gọi là quá trình kết hợp theo tỉ số lớn
nhất (MRC), và chỉ có các tín hiệu với độ trễ tương đối cao hơn độ rộng thời gian của
một chip mới được kết hợp. Quá trình kết hợp theo tỉ số lớn nhất sử dụng tốc độ chip là
18
3.84Mcps tương ứng với 0.26µs hoặc là chênh lệch về độ dài đường dẫn là 78m.
Phương pháp này giảm đáng kể hiệu ứng fading bởi vì khi các kênh có đặc điểm khác
nhau được kết hợp thì ảnh hưởng của fading nhanh được tính bình quân. Độ lợi thu
được từ việc kết hợp nhất quán các thành phần đa đường tương tự với độ lợi của
chuyển giao mềm có được bằng cách kết hợp hai hay nhiều tín hiệu trong quá trình
chuyển giao.
1.4.2.5/ Các kênh giao diện vô tuyến UTRA FDD.
Giao diện vô tuyến UTRA FDD có các kênh logic, chúng được ánh xạ vào các kênh
chuyển vận, các kênh chuyển vận lại ánh xạ vào kênh vật lý. Hình vẽ sau chỉ ra sơđồ
các kênh và sự ánh xạ của chúng vào các kênh khác.
Hình 1. Sơ đồ ánh xạ giữa các kênh khác nhau
1.4.2.6/ Trạng thái cell.
Nhìn dưới góc độ UTRA, UE có thể ở chế độ “rỗi” hoặc ở chế độ “kết nối”.
• Trong chế độ “rỗi”, máy di động được bật và bắt được kênh điều khiển của một
cell nào đó, nhưng phần UTRAN của mạng không có thông tin nào về UE. UE
19
chỉ có thể được đánh địa chỉ bởi một thông điệp (chẳng hạn như thông báo tìm
gọi) được phát quảng bá đến tất cả người sử dụng trong một cell. UE có thể
chuyển sang chế độ “kết nối” bằng cách yêu cầu thiết lập một kết nối RRC.
Hình 1. Các chế độ của UE và các trạng thái điều khiển tài nguyên vô tuyến

Việc ấn định các kênh khác nhau cho một người sử dụng và việc điểu khiển tài nguyên
vô tuyến được thực hiện bởi giao thức quản lý tài nguyên vô tuyến.
• Trong chế độ “kết nối” của UTRA, có 4 trạng thái RRC mà UE có thể chuyển
đổi giữa chúng: Cell DCH, Cell FACH, Cell PCH và URA PCH.
Trong trạng thái Cell DCH, UE được cấp phát một kênh vật lý riêng trên đường
lên và đường xuống.
Trong 3 trạng thái khác UE không được cấp phát kênh riêng. Trong trạng thái
Cell FACH, UE giám sát một kênh đường xuống và được cấp phát một kênh
FACH trên đường lên. Ở trạng thái này, UE thực hiện việc chọn lựa lại cell.
Bằng cách gửi thông điệp cập nhật cell, RNC biết được vị trí của UE ở mức cell.
Trong trạng thái Cell PCH và URA PCH, UE chọn lựa kênh tìm gọi (PCH) và sử
dụng việc tiếp nhận không liên tục (DRX) để giám sát kênh PCH đã chọn lựa
20
thông qua một kênh liên kết PICH. Trên đường lên không có hoạt động nào liên
quan đến trạng thái này.
Sự khác nhau giữa 2 trạng thái này như sau:
• Trong trạng thái Cell PCH, vị trí của UE được nhận biết ở mức cell tuỳ theo việc
thực hiện cập nhật cell cuối cùng.
• Trong trạng thái URA PCH, vị trí của UE được nhận biết ở mức vùng đăng ký
UTRAN (URA) tuỳ theo việc thực hiện cập nhật URA cuối cùng trong trạng thái
Cell FACH.
1.4.2.7/ Cấu trúc Cell
Hình 1. Cấu trúc cell UMTS
Trong suốt quá trình thiết kế của hệ thống UMTS cần phải chú ý nhiều hơn đến sự phân
tập của môi trường người sử dụng. Các môi trường nông thôn ngoài trời, đô thị ngoài
trời, hay đô thị trong nhà được hỗ trợ bên cạnh các mô hình di động khác nhau gồm
người sử dụng tĩnh, người đi bộ đến người sử dụng trong môi trường xe cộ đang
chuyển động với vận tốc rất cao.
Để yêu cầu một vùng phủ sóng rộng khắp và khả năng roaming toàn cầu, UMTS đã
phát triển cấu trúc lớp các miền phân cấp với khả năng phủ sóng khác nhau:

• Lớp cao nhất bao gồm các vệ tinh bao phủ toàn bộ trái đất.
21
• Lớp thấp hơn hình thành nên mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN.
Mỗi lớp được xây dựng từ các cell, các lớp càng thấp các vùng địa lý bao phủ bởi các
cell càng nhỏ.
Vì vậy :
• Cell nhỏ được xây dựng để hỗ trợ mật độ người sử dụng cao hơn.
• Cell macro đề nghị cho vùng phủ mặt đất rộng kết hợp với các micro cell để tăng
dung lượng cho các vùng mật độ dân số cao.
• Cell pico được dùng cho các vùng được coi như là các “điểm nóng” yêu cầu
dung lượng cao trong các vùng hẹp (ví dụ như sân bay…).
Những điều này tuân theo 2 nguyên lý thiết kế đã biết trong việc triển khai các mạng tế
bào:
• Các cell nhỏ hơn có thể được sử dụng để tăng dung lượng trên một vùng địa lý.
• Các cell lớn hơn có thể mở rộng vùng phủ sóng.
1.5/ Kiến trúc của mạng thông tin di động 3G
1.5.1/ Kiến trúc chung của mạng thông tin di động 3G
Hình 1. Kiến trúc chung của mạng thông tin di động 3G
22
Mạng thông tin di động 3G lúc đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển mạch gói
và chuyển mạch kênh để truyền số liệu gói và tiếng.
Các vùng chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS) được thể hiện bằng một
nhóm các đơn vị chức năng lôgic: trong thực hiện thực tế các vùng chức năng này được
đặt vào các thiết bị và các nút vật lý. Chẳng hạn có thể thực hiện chức năng chuyển
mạch kênh CS (MSC/GMSC) và chức năng chuyển mạch gói (SGSN/GGSN) trong một
nút duy nhất để được một hệ thống tích hợp cho phép chuyển mạch và truyền dẫn các
kiểu phương tiện khác nhau: từ lưu lượng tiếng đến lưu lượng số liệu dung lượng lớn.
3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications System: Hệ thống thông tin di động
toàn cầu) có thể sử dụng hai kiểu RAN :
• Kiểu thứ nhất sử dụng công nghệ đa truy nhập WCDMA (Wide Band Code

Devision Multiple Acces: đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng) được gọi là
UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Network: mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
của UMTS).
• Kiểu thứ hai sử dụng công nghệ đa truy nhập TDMA được gọi là GERAN (GSM
EDGE Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến dưa trên công nghệ
EDGE của GSM).
Các trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM. Trên
đường phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh sẽ dần được chuyển sang chuyển
mạch gói. Các dịch vụ kể cả số liệu lẫn thời gian thực ( như tiếng và video ) cuối cùng
sẽ được truyền trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch gói.
1.5.2/ Cấu trúc mạng 3G –WCDMA
Hệ thống W-CDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS.
Về mặt chức năng có thể chia cấu trúc mạng W-CDMA ra làm hai phần :Mạng lõi (CN)
và mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN). Trong đó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc
phần cứng của mạng GPRS còn mạng truy nhập vô tuyến là phần nâng cấp của W-
CDMA.
23
Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống, trong W-CDMA còn có thiết bị người sử dụng (UE)
thực hiện giao diện người sử dụng với hệ thống.Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE và
UTRAN đều bao gồm những giao thức mới được thiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến
W-CDMA, trái lại mạng lõi được định nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM.Điều này cho
phép hệ thống W-CDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM.
Hình 1. Cấu trúc UMTS
• UE (User Equipment)
Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ thống.
UE gồm hai phần :
− Thiết bị di động ME : Là đầu cuối vô tuyến được sử dụng cho thông tin vô tuyến
trên giao diện Uu.
− Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) : Là một thẻ thông minh chứa thông
tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu giữ các

khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối.
• UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)
Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy
nhập vô tuyến. UTRAN gồm hai phần tử :
24
− Nút B : Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện I
ub
và U
u
. Nó cũng
tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến.
− Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC : Có chức năng sở hữu và điều khiển các tài
nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B được kết nối với nó). RNC còn là điểm
truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN.
• CN (Core Network)
− HLR (Home Location Register) : Là thanh ghi định vị thường trú lưu giữ thông
tin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng. Các thông tin này bao gồm :
 Các dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng .
 Các thông tin về dịch vụ bổ sung như : trạng thái chuyển hướng cuộc gọi,
số lần chuyển hướng cuộc gọi.
− MSC/VLR: Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ
chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí của nó. MSC có chức năng sử dụng các giao
dịch chuyển mạch kênh. VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người sử
dụng cũng như vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ.
− GMSC (Gateway MSC) : Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài.
− SGSN (Serving GPRS) : Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho
các dịch vụ chuyển mạch gói (PS).
− GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Có chức năng như GMSC nhưng chỉ
phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
• Các mạng ngoài

− Mạng CS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh.
− Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
• Các giao diện vô tuyến
− Giao diện C
U
: Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện này
tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh.
− Giao diện U
U
: Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệ
thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS.
− Giao diện I
U
: Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà khai
thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau.
− Giao diện I
Ur
: Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất
khác nhau.
− Giao diện I
Ub
: Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC. I
Ub
được tiêu
chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn.
1.5.3/ Mô hình tham khảo các mạng W-CDMA
25