Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN THỊ DUNG



TỐI ƢU HÓA MẠNG 3 G





2013


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2

MỤC LỤC
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 10
1.1 Thông tin di động và sơ lƣợc phát triển 10
1.2.1. Hƣớng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA 14
1.2.2. Hƣớng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ CDMA 2000 15
1.3. Sự phát triển mạng UMTS 3G 17
1.3.1 Định hƣớng công nghệ & dịch vụ theo tiêu chuẩn châu Âu do 3GPP

qui định áp dụng cho mạng Vinaphone 17
1.3.2 Nội dung chủ yếu các phiên bản tiêu chuẩn 3GPP 17
1.4. Kết luận chƣơng 25
2.1. Cấu trúc hệ thống thông tin di động 3G 26
2.1.1. Mô hình khái niệm 26
2.1.2. Kiến trúc mạng thông tin di động 3G 27
2.1.3. Cấu trúc quản lý tài nguyên 30
2.1.4. Cấu trúc dịch vụ UMTS 31
2.1.5. Cấu trúc phân lớp của 3G 32
2.1.6. Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ ba 33
2.1.7. Đặc tính của hệ thống thông tin di động 3G 35
2.1.8. Các loại thiết bị đầu cuối cho 3G 36
2.1.8. Công nghệ 3G cho Việt Nam 37
2.2. Hệ thống truy nhập vô tuyến UMTS 38
2.2.1. Nguyên lý CDMA 38
2.2.2. Một số đặc trƣng lớp vật lý trong mạng truy nhập WCDMA 41
2.2.3. Cấu trúc hệ thống vô tuyến UMTS 44
2.3. Quản lý tài nguyên mạng 47
2.3.1. Các chức năng trong quản lý tài nguyên vô tuyến 47
2.3.2. Các thủ tục lớp vật lý 60
2.4. Kết luận chƣơng 64

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3
CHƢƠNG 3: TỐI ƢU HÓA MẠNG UMTS 67
3.1. Khái quát về lý thuyết tối ƣu hóa 67
3.1.1. Mục đích tối ƣu hóa 67
3.1.2. Những điều cần biết trong việc tối ƣu hoá hệ thống 67
3.1.3. Đo kiểm các chỉ số KPI trong mạng UMTS 69

3.2. Các tham số đo kiểm năng lực KPI mạng lƣới 73
3.2.1. Vùng phủ 74
3.2.2. Chất lƣợng dịch vụ 75
3.2.3. Di chuyển 81
3.2.4. Dung lƣợng 90
3.2.5. Sử dụng tài nguyên 94
3.3. Kết luận chƣơng 96
CHƢƠNG 4: TỐI ƢU HÓA MẠNG UMTS CHO MẠNG VIETTEL KHU VỰC
HÀ NỘI. 97
4.1. Hiện trạng mạng Viettel ở khu vực Hà Nội. 97
4.1.1. Tình hình phát triển kinh tế xã hội tại Hà Nội 97
4.1.2. Hiện trạng mạng Viettel khu vực Thành phố Hà Nội 97
4.2 Tối ƣu tuyến đƣờng: 98
4.2.1. Mục đích 98
4.2.2. Tổ chức thực hiện 98
4.3. Kết luận chƣơng 115
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 116
TÀI LIỆU THAM KHẢO 117


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4
DANH MỤC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT

1xEV-
DO

3G
3GPP


3GPP2
1x evolution – Data Opitimized


Third Generation
Third Generation Global
Partnership Project
Third Generation Global
Partnership Project 2

Pha 1 - Tối ưu dữ liệu


Thế hệ 3
Dự án hội nhập toàn cầu thế hệ 3
A.
AGC
AMR

AMPS
ATM

Automatic Gain Control
Adaptive Multi-Rate codec

Advanced Mobile Phone System
Asynchronous Transfer Mode

Bộ điều khiển tăng ích tự động

Bộ mã hoá và giải mã đa tốc độ thích
nghi
Hệ thống điện thoại di động tiên tiến (Mỹ)
Chế độ truyền không đồng bộ
B.
BHCA
BER
BLER
BPSK
BSC
BSS
BSIC
BTS

Busy Hour Call Attempts
Bit Error Rate
Block Error Rate
Binary Phase Shift Keying
Base Station Controller
Base Station Subsystem
Base Station Identity Code
Base Tranceiver Station

Số cuộc gọi trong giờ bận
Tốc độ lỗi bit.
Tốc độ lỗi Block
Khoá dịch pha nhị phân
Bộ điều khiển trạm gốc
Phân hệ trạm gốc
Mã nhận dạng trạm gốc

Trạm gốc
C.
CDG
CDMA
CN
CRC

The CDMA Development Group
Code Division Multiple Access
Core Netword
Cylic Redundancy Check

Nhóm phát triển CDMA
Truy nhập phân chia theo mã
Mạng lõi
Mã vòng kiểm tra dư thừa
D.
DL
DSSS
DCCH

Downlink
Direct Sequence Spread Spectrum
Digital Control Channel

Đường xuống
Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp
Kênh điều khiển số
E.
EDGE


EIRP

ETSI

Enhanced Data Rates for
Evolution
Equivalent Isotropic Radiated
Power
European Telecommunication
Standars Institute

Các tốc độ dữ liệu tăng cường cho sự
tiến hoá
Công suất bức xạ đẳng hướng tương
đương
Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu
F.
FDD


Frequency Division Duplex


Phương thức song công phân chia theo
tần số

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5


FDMA

FER

Frequency Division Multiple
Access
Frame Error Rate
Đa truy nhập phân chia theo tần số

Tỷ số lỗi khung
G.
GGSN
GPRS
GP
GPS
GSM

Gateway GPRS Support Node
General Packet Radio Service
Gain Processer
Global Positioning System
Global System for Mobile
Telecommunication

Nút hỗ trợ cổng GPRS
Dịch vụ vô tuyến gói chung.
Độ lợi xử lý
Hệ thống định vị toàn cầu.
Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

H.
HLR
HSCSD

HSDPA

HSUPA

HO

Home Location Registor
High Speed Circuit Switched
Data
High Speed Downlink Packet
Access
High Speed Uplink Packet
Access
Handover

Bộ đăng ký thường trú
Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao

Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao

Truy nhập gói lên xuống tốc độ cao

Chuyển giao
I.
IMT –
2000

IMT-DS

IMT-FT

IMT-
MC
IP
ITU

Iub
Iur

International Mobile
Telecommunication 2000
Direct Sequence radio interface
for IMT-2000
Frequency Time radio interface
for IMT-2000
IMT- Multicarrier
Internet Protocol
International Telecommunication
Union

Thông tin di động toàn cầu 2000

Giao diện vô tuyến trải trực tiếp cho
IMT-2000
Giao diện vô tuyến theo thời gian

IMT đa sóng mang.

Giao thức Internet
Liên hợp viễn thông quốc tế

Giao diện giữa RNC và nút B
Giao diện giữa 2 RNC.
K.
KPI

Key Performance Indicator

Bộ chỉ thị hiệu năng chính.
L.
LOS
LLC

Line Of Sight
Logical Link Control

Tầm nhìn thẳng
Điều khiển tuyến logic
M.
MAP
ME
MH
MMS
MGW
MPLS

Mobile Application Protocol
Mobile Equipment

Mobile Host
Multimedia Messaging Service
Media Gateway
Multiprotocol Label Switching

Giao thức ứng dụng vô tuyến
Thiết bị di động
Máy chủ di động
Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện
Nút cổng của Softswitch

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6

MIMO
MSC
MSS

Multi Input Multi Output
Mobile Service Switching Centre
MSC Server
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
Đa phân tập Anten In/Out
Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động.
Nút chuyển mạch của Softswitch
O.
OFDM

OMC


Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Operation Mainternance Center

Ghép kênh phân chia theo tần số trực
giao
Trung tâm điều hành quản lý khai thác
P.
PCU
PN
PPS-IN

PACCH

PBCCH

PCCCH
PDCH
PDN
PLMN

PSTN

Packet Control Unit
Pseudo Noise
Prepaid System – Interligent
Netword
Packet Associated Control
Channel

Packet Broadcast Control
Channel
Packet Common Control Channel
Packet Data Channel
Packet Data Network
Public Land Mobile Network

Public Switched Telephone
Network

Đơn vị điều khiển gói
Giả tạp âm
Hệ thống điều khiển thuê bao trả trước
IN
Kênh điều khiển phối hợp gói

Kênh điều khiển quảng bá gói

Kênh điều khiển gói chung
Kênh dữ liệu gói
Mạng dữ liệu gói
Mạng di động mặt đất công cộng

Mạng điện thoại chuyển mạch gói công
cộng
Q.
QPSK

Quardrature Phase Shift Keying


Khoá dịch pha cầu phương
R.
RAM
RAN
RAT
RNC
RNS
RRC
RRM

Radio Access Mode
Radio Access Network
Radio Access Technology
Radio Network Controller
Radio Network Subsystem
Radio Resoure Control protocol
Radio Resoure Management

Chế độ truy nhập vô tuyến.
Mạng truy nhập vô tuyến
Công nghệ truy nhập vô tuyến.
Bộ điều khiển mạng vô tuyến.
Phân hệ mạng vô tuyến
Giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến
Thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến
S.
SFN
SCP

SDP


SGSN
SHO
SIP
SIR
SMS

System Frame Number
Service Control Point

Service Data Point

Serving GPRS Support Node
Soft Handover
Session Initiation Protocol
Signal to Interference Ratio
Short Messaging Service

Số hiệu khung hệ thống.
Nút hỗ trợ điều khiển dịch vụ trong PPS-
IN
Nút hỗ trợ điều khiển dữ liệu trong PPS-
IN
Nút hỗ trợ GPRS phục vụ
Chuyển giao mềm.
Giao thức khởi tạo phiên
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
Dịch vụ nhắn tin ngắn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


7
SNR

STP
Signal to Noise Ratio

Signaling Transfer Point

Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
Điểm chuyển tiếp báo hiệu
T.
TDD

TDMA
TCH

TCP
TDD
TDMA
TTA

Time Division Duplex

Time Division Multiple Access
Traffic Channel

Trasmission Control Protocol
Time Division Duplex
Time Division Multiple Access

Telecommunications Technology
Association

Phương thức song công phân chia theo
thời gian
Đa truy nhập phân chia theo thời gian
Kênh lưu lượng

Giao thức điều khiển truyền
Song công phân chia theo thời gian
Đa truy nhập phân chia theo thời gian
Hiệp hội công nghệ viễn thông
U.
UMTS

UTRA

Universal Mobile
Telecommunications System
Universal Terrestrial Radio
Access

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

Truy nhập vô tuyến mặt đất của UMTS
V.
VLR
VPN

Visitor Location Register

Virtual Private Network

Bộ đăng ký tạm trú
Mạng riêng ảo
W.
WAP
W-
CDMA
WWW

Wireless Application Protocol
Wideband Code Division
Multiple Access
World Wide Web

Giao thức ứng dụng vô tuyến
Đa truy nhập phân chia theo mã băng
rộng
Trang Web

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G 13
Hình 1.2: Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA 14
Hình 1.3: Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA 2000 15
Hình 1.4: Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R99 20
Hình 1.5: Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R4 21

Hình 1.6: Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R5 23
Hình 1.7: Mô hình cung cấp dịch vụ sử dụng giao thức SIP trên IMS 24
Hình 2.1:Mô hình khái niệm mạng WCDMA 26
Hình 2.2: Kiến trúc tổng quát của một mạng di động 27
Hình 2.3: Sơ đồ khối tổng quát của mạng thông tin di động thế hệ 3 28
Hình 2.4: Cấu trúc quản lý tài nguyên 31
Hình 2.5: Cấu trúc dịch vụ 31
Hình 2.6:Cấu trúc phân lớp của mạng 32
Hình 2.7: Cấu trúc giao thức ở giao diện vô tuyến 32
Hình 2.8: Môi trƣờng hoạt động IMT-2000 34
Hình 2.9: Quá trình trải phổ và giải trải phổ 39
Hình 2.10: Các công nghệ đa truy nhập 40
Hình 2.11: Nguyên lý của đa truy nhập trải phổ 41
Hình 2.12: Phân bố phổ tần cho UMTS châu Âu. 42
Hình 2.13: Sơ đồ ánh xạ giữa các kênh khác nhau. 43
Hình 2.14: Cấu trúc cell UMTS. 44
Hình 2.15: Cấu trúc tổng thể hệ thống UMTS/GSM. 45
Hình 2.16: Các vị trí điển hình của các chức năng RRM trong mạng WCDMA 49
Hình 2.17: Sự so sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm 54
Hình 2.18: Chuyển giao giữa các hệ thống GSM và WCDMA 55
Hình 2.19: Thủ tục chuyển giao giữa các hệ thống 56
Hình 2.20: Nhu cầu chuyển giao giữa các tần số sóng mang WCDMA 57
Hình 2.21: Đƣờng cong tải 58

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9
Hình 2.22: Đo lƣờng trong mạng UMTS 61
Hình 2.23: Thiết lập cuộc gọi 63
Hình 3.1: Quy trình quản lý chất lƣợng mạng 71

Hình 3.2: Phân loại các lớp KPI 74
Hình 3.3: Sơ đồ tín hiệu báo hiệu RRC 76
Hình 3.4: Sơ đồ tín hiệu kênh mang vô tuyến RAB 77
Hình 3.5: Sơ đồ tín hiêu kết nối cuộc gọi 79
Hình 3.6: Sơ đồ yêu cầu giải phóng kênh RAB từ RNC đến CN 81
Hình 3.7: Sơ đồ tín hiệu yêu cầu chuyển giao 82
Hình 3.8: Sơ đồ chuyển giao giữa các hệ thống trong RNC 84
Hình 3.9: Sơ đồ chuyển giao giữa các hệ thống của các RNC 84
Hình 3.10: Sơ đồ chuyển giao giữa các hệ thống CS 86
Hình 3.11: Sơ đồ chuyển giao giữa các hệ thống PS 88
Hình 3.12: Sơ đồ chuyển giao giữa các hệ thống khác nhau (GPRS -> WCDMA)
90
Hình 3.13: Sơ đồ truy nhập dich vụ CS 12.2K 91
Hình 3.14: Sơ đồ truy nhập dịch vụ CS 64K 92

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

10
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1 Thông tin di động và sơ lƣợc phát triển
Trong những năm gần đây, công nghệ không dây là chủ đề đƣợc nhiều
chuyên gia quan tâm trong lĩnh vực máy tính và truyền thông. Trong thời gian
này các công nghệ đƣợc rất nhiều ngƣời sử dụng và đã trải qua rất nhiều thay đổi.
Quá trình thay đổi thể hiện qua các thế hệ:
Thế hệ thứ nhất (1G)
Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 chỉ hỗ trợ các dịch vụ thoại tƣơng tự
và sử dụng kỹ thuật điều chế tƣơng tự để mang dữ liệu thoại của mỗi ngƣời và sử
dụng phƣơng pháp đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA). Với FDMA,
khách hàng đƣợc cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh
vực tần số. Sơ đồ báo hiệu của hệ thống FDMA khá phức tạp, khi MS bật nguồn

để hoạt động thì nó dò sóng tìm đến kênh điều khiển dành riêng cho nó. Nhờ
kênh này, MS nhận đƣợc dữ liệu báo hiệu gồm dữ liệu về kênh tần số dành riêng
cho lƣu lƣợng ngƣời dùng. Trong trƣờng hợp số thuê bao nhiều hơn số lƣợng
kênh tần số có thể thì một số ngƣời bị chặn lại không đƣợc truy cập.
Đặc điểm:
+ Mỗi MS đƣợc cấp phát một đôi kênh liên lạc trong suốt thời gian
thông tuyến.
+ Nhiễu giao thoa do các kênh lân cận là đáng kể.
+ BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS.
Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện di động AMPS
(Advanced Mobile Phone System). Hệ thống di động này sử dụng phƣơng pháp
đa truy nhập đơn giản. Tuy nhiên, hệ thống không thỏa mãn nhu cầu ngày càng
tăng của ngƣời dùng cả về dung lƣợng và tốc độ. Vì thế, hệ thống di động thứ 2
ra đời đƣợc cải thiện về cả dung lƣợng và tốc độ.


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

11
Thế hệ thứ hai (2G)
Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động
thế hệ 2 đƣợc đƣa ra để đáp ứng kịp thời số lƣợng lớn các thuê bao di động dựa
trên công nghệ số.
Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng phƣơng pháp điều chế
số và hai phƣơng pháp đa truy nhập:
+ Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA
+ Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA
Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA
Phổ quy định cho liên lạc di động đƣợc chia thành các dải tần liên tạc, mỗi
dải tần liên lạc này đƣợc dùng cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe

thời gian trong chu kì một khung. Các thuê bao khác nhau dùng chung kênh nhờ
cài xen khe thời gian, mỗi thuê bao đƣợc cấp phát một khe thời gian trong cấu
trúc khung.
Đặc điểm:
+ Tín hiệu của thuê bao đƣợc truyền dẫn số
+ Liên lạc song công mỗi hƣớng thuộc các dải tần liên lạc khác
nhau, trong đó một băng tần đƣợc sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các
máy di động và một băng tần đƣợc sử dụng để truyền tín hiệu từ máy di động đến
trạm gốc. Việc phân chia tần số nhƣ vậy cho phép các máy thu và máy phát có
thể hoạt động cùng một lúc mà không có sự can nhiễu lẫn nhau.
+ Giảm số máy thu ở BTS
+ Giảm nhiễu giao thoa
Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống di động toàn cầu GSM. Máy di
động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn FDMA. Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu
trong MS tƣơng tự có khả năng xử lý không quá 10
6
lệnh trong 1 giây, còn trong
MS số TDMA phải có khả năng xử lý 50x 10
6
lệnh trong 1 giây.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12

Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA
Trong thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều
ngƣời sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi
mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau. Những ngƣời sử dụng nói trên đƣợc phân biệt
với nhau nhờ mã trải phổ ngẫu nhiên PN, đƣợc cấp phát khác nhau cho mỗi

ngƣời sử dụng.
Đặc điểm:
+ Dải tần tín hiệu rộng
+ Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp
+ Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cƣờng độ
trƣờng rất nhỏ và chống fading hiệu quả hơn TDMA và FDMA.
Việc các thuê bao trong cùng cell dùng chung tần số khiến cho thiết
bị truyền dẫn đơn giản và việc thay đổi, chuyển giao, điều khiển dung lƣợng cell
thực hiện rất linh hoạt.
Thế hệ thứ 3 (3G)
Để đáp ứng kịp thời các dịch vụ ngay càng phong phú và đa dạng của
ngƣời sử dụng, từ đầu thập niên 90 ngƣời ta đƣa ra hệ thống thông tin di động tổ
ong thế hệ thứ 3. Hệ thống thông tin di đông thế hệ thứ 3 với tên gọi ITM-2000
đƣa ra các mục tiêu chính sau:
+ Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng nhƣ truy
cập Internet nhanh hoặc các dịch vụ đa phƣơng tiện.
+ Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới nhƣ đánh số cá nhân và
điện thoại vệ tinh. Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ sóng
của các hệ thống thông tin di động.
+ Tƣơng thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm
bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

13
3G hứa hẹn tốc độ truyền dẫn lên tới 2.05 Mbps cho ngƣời dùng tĩnh, 384
Kbps cho ngƣời dùng di chuyển chậm và 128 Kbps cho ngƣời dùng trên moto.
Công nghệ 3G dùng sóng mang 5MHz chứ không phải là sóng mang
200KHz nhƣ của CDMA nên 3G nhanh hơn rất nhiều so với công nghệ 2G và
2,5G. Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 ITM-2000 đã

đƣợc đề xuất trong đó 2 hệ thống là WCDMA và CDMA-2000 đã đƣợc ITU
chấp thuận và đang đƣợc áp dụng trong những năm gần đây. Các hệ thống này
đều sử dụng công nghệ CDMA, điều này cho phép đƣợc thực hiện tiêu chuẩn
toàn thế giới cho giao diện thông tin vô tuyến.


Hình 1.1: Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G
Thế hệ thứ tƣ (4G)
Các nhà cung cấp dich vụ và ngƣời dùng đều luôn mong muốn và hƣớng
tới các công nghệ không dây có thể cung cấp đƣợc nhiều loại hình dich vụ hơn
với tính năng và chất lƣợng dịch vụ cao hơn. Với cách nhìn nhận này, Liên minh
Viễn thông quốc tế (ITU) đã và đang làm việc để hƣớng tới một chuẩn cho mạng
di động tế bào mới thế hệ thứ tƣ 4G. ITU đã lên kế hoạch để có thể cho ra đời
chuẩn này một vài năm tới. Công nghệ này sẽ cho phép thoại dựa trên IP, truyền
số liệu và đa phƣơng tiện với tốc độ cao hơn rất nhiều so với các công nghệ của

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

14
mạng di động hiện nay. Về lý thuyết, theo tính toán dự kiến tốc độ truyền dữ liệu
có thể lên tới 288Mb/s.
1.2. Hệ thống thông tin di động 3G theo 2 nhánh công nghệ chính
1.2.1. Hƣớng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA
WCDMA là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G của IMT-2000 đƣợc
phát triển chủ yếu ở Châu Âu với mục đích cho phép các mạng cung cấp khả
năng chuyển vùng toàn cầu và để hỗ trợ nhiều dịch vụ thoại, dịch vụ đa phƣơng
tiện. Các mạng WCDMA đƣợc xây dựng trên cơ sở mạng GSM, tận dụng cơ sở
hạ tầng sẵn có của các nhà khai thác mạng GSM. Quá trình phát triển từ GSM lên
WCDMA qua các giai đoạn trung gian, có thể tóm tắt nhƣ hình:


Hình 1.2: Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA
+ GPRS: GPRS cung cấp các kết nối số liệu chuyển mạch gói với
tốc độ truyền lên tới 171,2Kbps (tốc độ số liệu đỉnh) và hỗ trợ giao thức Internet
TCP/IP và X25, nhờ vậy tăng cƣờng đáng kể các dịch vụ số liệu của GSM.
Công việc tích hợp GPRS vào mạng GSM hiện tại là một quá trình đơn
giản. Một phần các khe trên giao diện vô tuyến dành cho GPRS, cho phép ghép
kênh số liệu gói đƣợc lập lịch trình trƣớc đối với một số trạm di động. Còn mạng
lõi GSM đƣợc tạo thành từ các kết nối chuyển mạch kênh đƣợc mở rộng bằng
cách thêm vào các nút chuyển mạch số liệu Gateway mới, đƣợc gọi là GGSN và
SGSN. GPRS là một giải pháp đã đƣợc chuẩn hoá hoàn toàn với các giao diện
mở rộng và có thể chuyển thẳng lên 3G về cấu trúc mạng lõi.
+ EDGE: Hệ thống 2,5G tiếp theo đối với GSM là EDGE. EDGE
áp dụng phƣơng pháp điều chế 8PSK, điều này làm tăng tốc độ của GSM lên 3
lần. EDGE là lý tƣởng đối với phát triển GSM, nó chỉ cần nâng cấp phần mềm ở

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

15
trạm gốc. Nếu EDGE đƣợc kết hợp cùng với GPRS thì khi đó đƣợc gọi là
EGPRS. Tốc độ tối đa đối với EGPRS khi sử dụng cả 8 khe thời gian là 384kbps.
+WCDMA: WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access)
là một công nghệ truy nhập vô tuyến đƣợc phát triển mạnh ở Châu Âu. Hệ thống
này hoạt động ở chế độ FDD & TDD và dựa trên kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp
(DSSS- Direct Sequence Spectrum) sử dụng tốc độ chip 3,84Mcps bên trong
băng tần 5MHz. WCDMA hỗ trợ trọn vẹn cả dịch vụ chuyển mạch kênh và
chuyển mạch gói tốc độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời các dịch vụ hỗn
hợp với chế độ gói hoạt động ở mức hiệu quả cao nhất. Hơn nữa WCDMA có thể
hỗ trợ các tốc độ số liệu khác nhau, dựa trên thủ tục điều chỉnh tốc độ.
1.2.2. Hƣớng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ CDMA 2000
Hệ thống CDMA 2000 gồm một số nhánh hoặc giai đoạn phát triển

khác nhau để hỗ trợ các dịch vụ phụ đƣợc tăng cƣờng. Nói chung CDMA 2000 là
một cách tiếp cận đa sóng mang cho các sóng có độ rộng n lần 1,25MHz hoạt
động ở chế độ FDD. Nhƣng công việc chuẩn hoá tập trung vào giải pháp một
sóng mang đơn 1,25MHz (1x) với tốc độ chip gần giống IS-95. CDMA 2000
đƣợc phát triển từ các mạng IS-95 của hệ thống thông tin di động 2G, có thể mô
tả quá trình phát triển đó nhƣ hình sau:

Hình 1.3: Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA 2000
+ IS-95B: IS-95B hay CDMA One đƣợc coi là công nghệ thông tin
di động 2,5G thuộc nhánh phát triển CDMA 2000, là một tiêu chuẩn khá linh
hoạt cho phép cung cấp dịch vụ số liệu tốc độ lên đến 115Kbps.
+ CDMA 2000 1xRTT: Giai đoạn đầu của CDMA2000 đƣợc gọi là
1xRTT hay chỉ là 1xEV-DO, đƣợc thiết kế nhằm cải thiện dung lƣợng thoại của
IS-95B và để hỗ trợ khả năng truyền số liệu ở tốc độ đỉnh lên tới 307,2Kbps. Tuy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

16
nhiên, các thiết bị đầu cuối thƣơng mại của 1x mới chỉ cho phép tốc độ số liệu
đỉnh lên tới 153,6kbps.
+ CDMA 2000 1xEV-DO: 1xEV-DO đƣợc hình thành từ công
nghệ HDR (High Data Rate) của Qualcomm và đƣợc chấp nhận với tên này nhƣ
là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G vào tháng 8 năm 2001 và báo hiệu cho sự
phát triển của giải pháp đơn sóng mang đối với truyền số liệu gói riêng biệt.
+ Nguyên lý cơ bản của hệ thống này là chia các dịch vụ thoại và
dịch vụ số liệu tốc độ cao vào các sóng mang khác nhau. 1xEV-DO có thể đƣợc
xem nhƣ một mạng số liệu “xếp chồng”, yêu cầu một sóng mang riêng. Để tiến
hành các cuộc gọi vừa có thoại, vừa có số liệu trên cấu trúc “xếp chồng” này cần
có các thiết bị hoạt động ở 2 chế độ 1x và 1xEV-DO.
+ CDMA 2000 1xEV-DV: Trong công nghệ 1xEV-DO có sự dƣ

thừa về tài nguyên do sự phân biệt cố định tài nguyên dành cho thoại và tài
nguyên dành cho số liệu. Do đó CDG (nhóm phát triển CDMA) khởi đầu pha thứ
ba của CDMA 2000 bằng cách đƣa các dịch vụ thoại và số liệu quay về chỉ dùng
một sóng mang 1,25MHz và tiếp tục duy trì sự tƣơng thích ngƣợc với 1xRTT.
Tốc độ số liệu cực đại của ngƣời sử dụng lên tới 3,1Mbps tƣơng ứng với kích
thƣớc gói dữ liệu 3.940 bit trong khoảng thời gian 1,25ms.
+ CDMA 2000 3x(MC- CDMA): CDMA 2000 3x hay 3xRTT đề
cập đến sự lựa chọn đa sóng mang ban đầu trong cấu hình vô tuyến CDMA 2000
và đƣợc gọi là MC-CDMA (Multi carrier) thuộc IMT-MC trong IMT-2000.
Công nghệ này liên quan đến việc sử dụng 3 sóng mang 1x để tăng tốc độ số liệu
và đƣợc thiết kế cho dải tần 5MHz (gồm 3 kênh 1,25Mhz). Sự lựa chọn đa sóng
mang này chỉ áp dụng đƣợc trong truyền dẫn đƣờng xuống. Đƣờng lên trải phổ
trực tiếp, giống nhƣ WCDMA với tốc độ chip hơi thấp hơn một ít 3,6864Mcps (3
lần 1,2288Mcps).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

17
1.3. Sự phát triển mạng UMTS 3G
1.3.1 Định hƣớng công nghệ & dịch vụ theo tiêu chuẩn châu Âu do 3GPP
qui định áp dụng cho mạng Vinaphone
Chuẩn 3GPP qui định phát triển công nghệ và cấu trúc mạng GSM 2G
truyền thống phát triển lên UMTS 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA
với xu hƣớng sử dụng truyền tải TDM tiến đến một mạng "All IP" theo trình tự
phiên bản: 3GPP R99, 3GPP R4, 3GPP R5 và 3GPP R6. Mạng Vinaphone trong
giai đoạn hơn 13 năm qua đã đầu tƣ trở thành mạng GSM 2,5G và là phần đầu
trong quá trình chuẩn hoá 3 GPP. Vì vậy, lựa chọn định hƣớng phát triển thông
tin di động lên 3G cho mạng Vinaphone theo tiêu chuẩn châu Âu do 3GPP
khuyến nghị vì:
- Chuẩn ETSI cho thông tin di động GSM đồng nhất cho các nƣớc châu

Âu đã có thể sử dụng để toàn cầu hóa thông tin mobile định hƣớng 3G;
- Mạng VINAPHONE đang theo chuẩn GSM/ETSI – châu Âu đó là GSM
900/1800.
- UMTS thừa hƣởng nhiều phần tử chức năng từ GSM hiện tại. Nên việc
tận dụng các thiết bị đang có trên mạng sẽ đem lại nhiều thuận lợi lớn cho
Vinaphone .
1.3.2 Nội dung chủ yếu các phiên bản tiêu chuẩn 3GPP
ETSI là tổ chức tiêu chuẩn thông tin di động GSM trong những năm 1980
và 1990. ETSI còn xây dựng cấu trúc chuẩn hóa mạng GPRS. Chuẩn cuối cùng
ETSI xây dựng năm 1998.
3GPP thành lập năm 1998 là tổ chức kết hợp của các tổ chức tiêu chuẩn
hóa: châu Âu, Nhật, Nam Triều tiên, Mỹ và Trung quốc. Mục đích chuẩn hóa hệ
thống thông tin di động 3G theo định hƣớng:
- Phần truy nhập vô tuyến sử dụng WCDMA và TD-CDMA;
- Phần core: phát triển từ GSM, kế thừa những những tiêu chuẩn ETSI do
SMG xây dựng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

18
Đến năm 2001, sau khi hoàn thành phiên bản 3GPP R99, 3GPP chia thành
hai tổ chức:
- 3GPP: xây dựng các tiêu chuẩn phát triển mạng core, dịch vụ, cấu trúc
hệ thống, truy cập radio WCDMA và TD-CDMA;
- ETSI SMG: phát triển truy nhập radio GSM và EDGE.
Trong đó 3GPP xây dựng các bộ tiêu chuẩn trên cơ sở năm. Phiên bản đầu
tiên là 3GPP Release 99 (3GPP R99). Đến nay 3GPP đã có 04 phiên bản đã và
đang đƣợc các nhà khai thác trên thế giới áp dụng:
- 3GPP release 99 (3GPP R99): chính thức đƣợc áp dụng từ tháng 3/2001;
- 3GPP release 4 (3GPP R4): chính thức đƣợc áp dụng từ tháng 9/2002;

- 3GPP release 5 (3GPP R5): tháng 12/2003 đang đƣợc áp dụng;
- 3GPP release 6 (3GPP R6): bổ sung những điểm thiếu trong IMS 3GPP
R5 và đƣa thêm vào một số features mới; tiến tới một mạng truyền tải “All IP”.
Nội dung cơ bản từng phiên bản 3GPP qui định nhƣ sau:
1.3.2.1. GPP R99
a) Những yêu cầu chính
Tập trung vào sự đang hiện diện của mạng GSM, có 02 yêu cầu đặt ra là:
- Mạng UMTS phải tƣơng thích với mạng GSM đang tồn tại;
- Hai mạng UMTS và GSM phải có khả năng làm việc tƣơng tác.
Truy nhập vô tuyến WCDMA là điểm mấu chốt nhất mà 3GPP R99 giải
quyết. Thêm vào đó, UTRAN cũng đƣợc đƣa ra với giao diện Iu.
So sánh với các giao diện A và Gb trong GSM, 3GPP R99 đạt đƣợc hai
điểm cơ bản:
- Transcoding cho speech trên Iu đƣợc core đảm nhiệm thay cho BTS
trong GSM;

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

19
- Mã hóa số liệu di động ở mức cell trên giao diện Iu đƣợc RNC đảm nhận
thay cho SGSN đối với GPRS.
Vậy đơn giản, mạng 3G R99 là hệ thống mạng GSM-based. Đó là một
mạng GSM có hai mạng truy cập và hai mạng truy cập cung cấp lƣu lƣợng có tốc
độ khác nhau cho cả hai miền core CS và PS.


b) Cấu hình kỹ thuật
3GPP đƣa ra một phƣơng pháp truy nhập vô tuyến mới WCDMA. Thiết bị
vô tuyến WCDMA không tƣơng thích với thiết bị vô tuyến GSM nên phải đƣa bổ
sung một hệ thống thiết bị mới đó là RNC và Node-B. Phần mạng vô tuyến

WCDMA gọi là UTRAN.
Một yêu cầu chính cho UMTS là hoạt động tƣơng tác GSM/UMTS. Ví dụ
„handover‟ từ GERAN sang UTRAN và ngƣợc lại. Yêu cầu này đƣợc thực hiện
bởi:
- Thứ nhất: hƣớng downlink, giao diện air GSM đƣợc phát triển để có thể
quảng bá thông tin sóng WCDMA. Cũng nhƣ vậy downlink của radio WCDMA
quảng bá thông tin về sóng GSM;
- Thứ hai: nhằm giảm thiểu đầu tƣ, các chuẩn 3GPP yêu cầu 2G
MSC/VLR GSM phải làm việc đƣợc với UTRAN.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

20

Hình 1.4: Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R99
Các điểm quan trọng của phần Core trong 3GPP R99, gồm:
- Các node core trong miền CS nhƣ MSC/VLR và HLR/AuC/EIR phải
thay đổi vì phải xử lý đồng thời cả thuê bao 2G và 3G.
- Với miền PS: tên và số lƣợng các node mạng GPRS giống trong 2G,
nhƣng chức năng SGSN thì rất khác. Trong 2G, SGSN đảm nhiệm chức năng
quản lý di động (MM) cho nối mạch gói số liệu. Trong 3G chức năng MM đƣợc
RNC và SGSN san sẻ. Nghĩa là miền PS không quản lý sự thay đổi cell của thuê
bao trong UTRAN mà là RNC.
1.3.2.2. 3GPP R4
a) Những yêu cầu chính
Chƣa có IMS, chỉ ấn định những thay đổi trong miền CS core UMTS –
tách luồng dữ liệu ngƣời dùng ra khỏi các cơ chế điều khiển cùng một số khía
cạnh khác, chủ yếu nhƣ sau:
- Chức năng điều khiển sử dụng MSC Server. Chức năng chuyển mạch dữ
liệu ngƣời sử dụng dùng MGW;

- IP transport cho các giao thức mạng core;

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

21
- IP hóa cho giao diện Gb miền PS;
b) Cấu hình kỹ thuật
- MSC miền CS trong GSM truyền thống đƣợc 3GPP R4 tách riêng chức
năng điều khiển – sử dụng MSC Server với chức năng nối mạch vận chuyển lƣu
lƣợng – sử dụng MGW.
- MSC Server và MGW có quan hệ “một-nhiều”. Một MSC Server có thể
điều khiển nhiều MGW.
- Về cơ bản 3GPP R4 không cung cấp, cải thiện thêm dịch vụ.
- Cấu trúc 3GPP R4 bắt đầu đƣa IP vào hệ thống Core CS. Cấu trúc
softswitch tạo bởi MSC Server – MGW tạo tiền đề định hƣớng “transport All
IP”. Giảm chi phí truyền dẫn, phân lớp cấu trúc chức năng; định hƣớng phát triển
dịch vụ độc lập với hạ tầng mạng.

Hình 1.5: Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R4
Điểm quan trọng nhất trong 3G R4 là:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

22
- 3G R4 là động thái IP hóa toàn bộ miền CS. Truyền tải cũng IP/ATM,
chuyển mạch cũng IP/ATM. Công nghệ SOFTSWITCH đƣợc đƣa vào nhằm mục
đích này. Công nghệ SOFTSWITCH tách MSC cổ điển thành:
+ MSC-Server là phần tử điều khiển, nối IP giao thức MEGACO đến
+ Media Gateway – là phần tử chuyển mạch dịch vụ ngƣời dùng. Dịch vụ
ngƣời dùng là dịch vụ có trên miền chuyển mạch kênh CS truyền thống, nhƣng

lại dùng chuyển mạch IP/ATM.
1.3.2.3. 3GPP R5
a) Những yêu cầu chính
- Đƣa IMS vào mạng UMTS, cung cấp cơ chế và tổ chức multimedia. IP
và các giao thức trên IP cũng sẽ đƣợc sử dụng làm cơ chế điều khiển. Dữ liệu
ngƣời dùng về cơ bản cũng dựa trên IP. IP cũng đƣợc sử dụng làm giao thức
truyền thay thế SS7, một giao thức chính đang dùng trong dịch vụ chuyển mạch
kênh.
- 3GPP R5 đƣa IMS vào tiêu chuẩn hóa. IMS đƣợc hỗ trợ bởi cấu trúc tiêu
chuẩn độc lập dựa trên IP và đƣợc nối với các mạng thoại và số liệu hiện tại cho
cả ngƣời sử dụng mạng cố định (nhƣ PSTN, ISDN, Internet) và mobile (nhƣ
GSM, CDMA).
- Kiến trúc IMS có khả năng thiết lập truyền thông IP peer-to-peer với tất
cả các lient với yêu cầu chất lƣợng dịch vụ. Thêm vào khả năng quản lý phiên
làm việc, kiến trúc IMS cũng có các chức năng địa chỉ, mà đó là điều cần thiết để
tổ chức dịch vụ (nhƣ đăng ký, bảo mật, cƣớc, điều khiển truyền thông, roaming).
IMS sẽ tạo nên trái tim của mạng core.
3GPP R5 cũng đã chuẩn hóa cơ chế dịch vụ IP multimedia dựa trên SIP.
SIP chứa các chức năng phần tử logic, mô tả phƣơng cách nối các phần tử, đƣa ra
các giao thức và các thủ tục.
b) Cấu hình kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

23

Hình 1.6: Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R5
Những điểm chính tập trung vào:
- Vận chuyển IP trên toàn bộ hệ thống mạng từ BS đến network border
gateway;

- Đƣa IMS vào để bắt đầu ứng dụng các dịch vụ multimedia;
- Hợp nhất giao diện mở giữa các mạng truy cập và mạng core khác nhau;
- Đạt đƣợc năng lực cao trên giao diện vô tuyến UTRAN hƣớng downlink.
3G R5 đơn giản hóa cấu trúc mạng cho phép các giao thức truyền tải sử
dụng hiệu quả hơn so với 3G R4, IP hóa toàn bộ truyền tải làm đơn giản hóa cấu
trúc truyền tải.
Về dịch vụ, IMS đóng vai trò chính trong 3G R5 và trong cả những phát
triển dịch vụ tƣơng lai.
Trong pha này, 3GPP khuyến nghị vô tuyến UTRAN triển khai công nghệ
HSDPA – tăng tốc độ số liệu downlink nhằm cung cấp hiệu quả các dịch vụ
“không đối xứng” (tải số liệu downlink lớn hơn uplink nhiều).
c) IMS

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

24
Một mạng 3G UMTS hoàn thiện qua 3G R99, R4 đã cung cấp đƣợc một
hạ tầng mạng truyền tải IP linh hoạt cho các terminal sử dụng GPRS, EDGE và
WCDMA cho các dịch vụ số liệu.
IMS là một giải pháp phát triển tách biệt nhƣng IMS làm hạ tầng cho phép
triển khai cung cấp dịch vụ trên nhiều hạ tầng mạng khác nhau. Một trong số đó
là mạng 3G UMTS.

Hình 1.7: Mô hình cung cấp dịch vụ sử dụng giao thức SIP trên IMS
IMS cung cấp một cơ chế nối mạch nối các terminal sử dụng IP. IMS
dùng giao thức SIP trên miền PS điều khiển phiên cung cấp các dịch vụ
multimedia. Qua IP và qua IMS, ngƣời dùng sử dụng terminal IP thiết lập các nối
mạch với các Server Dịch vụ khác nhau để nhận dịch vụ, đặc biệt, dùng các dịch
vụ IP giữa các máy đầu cuối.
Lúc này phát triển dịch vụ 3G là phát triển các ứng dụng Aplication

Server trên nền IMS.
1.3.2.4. 3GPP R6
3GPP R6 bổ xung những điểm thiếu trong IMS 3GPP R5 và đƣa thêm vào
một số features mới đƣợc định hình rõ ràng.
Những nội dung khác chỉ là xu hƣớng. Xu hƣớng phát triển các phiên bản
3GPP cao hơn R5 bao gồm:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

25
- Hoàn thiện IP hóa toàn mạng UMTS;
- Triển khai công nghệ truy cập HSUPA cho WCDMA nhằm nâng khả
năng uplink cho các dịch dùng IP
- Nghiên cứu đa truy nhập và các mạng hoạt động tƣơng tác định hƣớng
hội tụ.
1.4. Kết luận chƣơng
Mới thực sự phát triển trong vòng 20 năm, nhƣng những bƣớc tiến trong
công nghệ cũng nhƣ trong sự phát triển thị trƣờng của mạng di động cho thấy
thông tin di động là một nhu cầu thiết yếu và quan trọng đối với ngƣời dùng.
Đến nay, điện thoại di động không chỉ dùng để gọi điện, nhắn tin SMS mà còn có
thể gửi và nhận MMS, email; lƣu các tệp âm thanh, hình ảnh, dữ liệu cùng chức
năng nghe nhạc, giải trí; lƣớt web, xem TV trực tuyến…
Các nhà cung cấp dịch vụ và ngƣời dùng đều luôn mong muốn và hƣớng
tới các công nghệ không dây có thể cung cấp đƣợc nhiều loại hình dịch vụ hơn
với tính năng và chất lƣợng dịch vụ cao hơn. Qua đó các giai đoạn phát triển các
thế hệ thông tin di động từ 1G, 2G, 3G và 4G trong tƣơng lai đều gắn chặt với
nhu cầu của ngƣời dùng thông qua các tốc độ dịch vụ của các thế hệ.
Hiện nay, phần lớn các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đều lên
kế hoạch thực hiện 4G cho các vùng đô thị, nơi mà có nhiều các tổ chức, công ty
cũng nhƣ số lƣợng khách hàng lớn - các đối tƣợng mà luôn mong muốn các dịch

vụ chất lƣợng tốt và tốc độ truyền dữ liệu cao. Tuy nhiên, trƣớc mắt các nhà đầu
tƣ sẽ tiếp tục cung cấp các dịch vụ 3G cũng nhƣ 3,5G và nó đƣợc xem nhƣ là quá
trình thực hiện từng bƣớc cho 4G. Điều này không chỉ giúp họ tiếp tục mở rộng
vùng phủ sóng, gia tăng số lƣợng khách hàng và giúp thu hồi vốn đã đầu tƣ cho
3G. Với ngƣời dùng, họ có thể chuyển dễ dàng sang công nghệ 4G, bởi đơn giản
với họ đó chỉ là sự mở rộng các ứng dụng của mạng 3G hay 3,5G mà họ đang
dùng.