Giải pháp quy hoạch mạng vô tuyến UMTS 3G và áp dụng triển khai cho mạng VinaPhone khu vực Tp Đà Nẵng

Tài liệu tham khảo chuyên ngành tin học Giải pháp quy hoạch mạng vô tuyến UMTS 3G và áp dụng triển khai cho mạng VinaPhone khu vực Tp Đà Nẵng

LỜI CAM ĐOANMỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮTDANH MỤC CÁC BẢNG BIỂUDANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU 1

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

6 KẾT CẤU 4

Chương 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 6

1.1 THÔNG TIN DI ĐỘNG – SƠ LƯỢC PHÁT TRIỂN 6

1.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G THEO 2 NHÁNH CÔNG NGHỆ CHÍNH: 11

1.2.1 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA 11

1.2.2 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ CDMA 2000 12

1.3 MẠNG UMTS 3G VÀ ĐỊNH HƯỚNG CÔNG NGHỆ MẠNG VINAPHONE 14

1.3.1 Định hướng công nghệ & dịch vụ theo tiêu chuẩn châu Âu do 3GPP qui định áp dụng cho mạng Vinaphone 14

1.3.2 Nội dung chủ yếu các phiên bản tiêu chuẩn 3GPP 14

2.1.1 Nguyên lý trải phổ CDMA 22

2.1.2 Kỹ thuật trải phổ và giải trải phổ 23

2.1.3 Kỹ thuật đa truy nhập CDMA 23

2.2 MỘT SỐ ĐẶC TRUNG LỚP VẬT LÝ TRONG MẠNG TRUY NHẬP WCDMA 25

2.2.1 Phương thức song công 25

2.3.2 RNC (Radio Network Control) 30

2.3.3 Các giao diện mở cơ bản của UMTS 31

2.4 CÁC CHỨC NĂNG TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN 31

2.4.1 Giới thiệu về quản lý tài nguyên vô tuyến WCDMA 31

2.4.2 Điều khiển công suất 32

2.4.3 Điều khiển chuyển giao 34

2.4.3.1 Chuyển giao trong cùng tần số 34

2.4.3.2 Chuyển giao giữa các hệ thống WCDMA và GSM 36

2.4.3.3 Chuyển giao giữa các tần số trong WCDMA 37

2.4.4 Điều khiển thu nạp 38

2.4.5 Điều khiển tải (điểu khiển nghẽn) 40

2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 41

3.1.2 Một số đặc điểm cần lưu ý trong quy hoạch mạng 43

3.1.2.1 Dự báo 43

3.1.2.2 Quy hoạch vùng phủ vô tuyến 44

3.1.2.3 Nhiễu từ nhiều nhà khai thác khác 45

3.2.2 Phân tích dung lượng 54

3.2.2.1 Giới thiệu mô hình tính toán dung lượng Erlang-B 54

3.2.2.2 Các phương pháp chuyển đổi lưu lượng hệ thống UMTS theo mô hình Erlang 55

3.2.2.3 Định cỡ dung lượng mạng 57

3.3 QUY HOẠCH VÙNG PHỦ VÀ DUNG LƯỢNG CHI TIẾT 58

3.4 TỐI ƯU MẠNG 59

3.5 CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG 61

3.5.1 Lưu đồ thuật toán 61

3.5.2 Giao diện chương trình 62

4.3.1 Cấu hình mạng lõi và dịch vụ hiện tại 69

4.2.2 Dung lượng mạng lõi 70

4.4 ĐỊNH HƯỚNG VÀ KẾ HOẠCH TRIỂN KHAI MẠNG 3G 71

4.4.1 Định hướng kinh doanh – thương mại 71

4.4.2 Kế hoạch và dự định triển khai mạng 3G 72

4.5 PHƯƠNG ÁN TRIỂN KHAI MẠNG VÔ TUYẾN UMTS 3G 76

4.5.1 Quy mô triển khai 76

4.5.2 Triển khai chung cơ sở hạ tầng mạng 3G/2G 77

5.1.4.1 Tình hình phát triển thuê bao mạng Vinaphone khu vực Tp Đà Nẵng 85

5.1.4.2 Dự báo phát triển thuê bao mạng Vinaphone khu vực Tp Đà Nẵng 86

5.2 THIẾT KẾ QUY HOẠCH MẠNG 88

5.2.1 Tính toán số lượng Node-B cần thiết 88

5.2.2 Tính toán dung lượng cho Node-B 90

5.2.3 Khảo sát lắp đặt trạm pha 1 93

5.2.3.1 Vị trí Node-B và RNC 93

5.2.3.2 Truyền dẫn cho Node-B 93

5.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 98

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO 101PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT1xEV- DO

1x Evolution – Data OptimizedThird Generation

Third Generation Global Partnership Project

Third Generation Global Partnership Project 2

Pha 1- Tối ưu dữ liệuThế hệ 3

Dự án hội nhập toàn cầu thế hệ 3

A.

tiến (Mỹ)

Busy Hour Call AttemptsBit Error Rate

Block Error Rate

Binary Phase Shift Keying Base station identity code Base Tranceiver Station

Số cuộc gọi trong giờ bậnTốc độ lỗi bit.

Tốc độ lỗi Block

Khoá dịch pha nhị phân.Mã nhận dạng trạm gốcTrạm gốc

CDG CDMACNCRC

The CDMA Development Group Code Division Multiple Access Core Network

Cylic Redundancy Check

Nhóm phát triển CDMATruy nhập phân chia theo mãMạng lõi

Mã vòng kiểm tra dư thừa

Enhanced Data Rates for Evolution Equivalent Isotropic Radiated PowerEuropean Telecommunication Standard Institute

Các tốc độ dữ liệu tăng cường cho sự tiến hoá

Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương

Viện chuẩn hoá viễn thông Châu Âu

Frequency Division Duplex

Frequency Division Multiple Access Frame Error Rate

Phương thức song công phân chiatheo tần số

Đa truy nhập phân chia theo tần số

Tỷ số lỗi khung

Gateway GPRS Support Node General Packet Radio Service Gain Processer

Global Positioning System

Nút hỗ trợ cổng GPRSDịch vụ vô tuyến gói chung.Độ lợi xửlý

Hệ thống định vị toàn cầu.

Home Location Registor

High Speed Downlink Packet AccessHigh Speed Uplink Packet Access Handover

International Mobile Telecommunication 2000 IMT- Multicarrier

Internet Protocol

International Telecommunication Union

Thông tin di động toàn cầu 2000IMT đa sóng mang.

Giao thức Internet

Liên hợp viễn thông quốc tế.Giao diện giữa RNC và nút BGiao diện giữa 2 RNC.

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.

Radio Access Mode Radio Access Technology Radio Network Controller Radio Network subsystem Radio Resoure Control protocol Radio Resouse Management

Chế độ 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.

System Frame Number Service Control PointService Data Point

Serving GPRS Support Node.Soft Handover

Session Initiation Protocol Signal to Interference Ratio Short Messaging Service Signal to Noise Ratio Signaling Transfer Point

Số hiệu khung hệ thống.Nút hỗ trợ điều khiển dịch vụ trong PPS-IN

Nút hỗ trợ điều khiển dữ liệu trongPPS-IN

Nút hỗ trợ GPRS phục vụChuyển giao mềm.

Giao thức khởi tạo phiênTỷ số tín hiệu trên nhiễuDịch vụ nhắn tin ngắn.Tỷ số tín hiệu trên tạp âmĐiểm chuyển tiếp báo hiệu

Time Division Duplex

Time Division Multiple Access Transmission Power Control Trantsit/Gateway Center

Phương thức song công phân chiatheo thời gian

Đa truy nhập phân chia theo thời gian

Điều khiển công suất phátTrung tâm chuyển tiếp cuộc gọi

User Equipment Uplink

Thiết bị người sử dụngĐường xuống

UMTS Terrestrial Radio Access

Visitor Location Registor Voice Over Internet Protocol

Bảng 3-4 Thông số giả định của MS 52

Bảng 3-5 Thông số giả định của Node-B 52

Bảng 3-6 Thông số độ cao anten theo vùng phủ sóng 52

Bảng 3-7 Giá trị K theo cấu hình site 53

Bảng 4.1 Minh họa số liệu phát triển thuê bao mạng Vinaphone trong các năm vừa qua 65

Bảng 4.2 Thống kế mạng vô tuyến GSM Vinaphone 68

Bảng 4.3 Dung lượng mạng lõi 70

Bảng 4.4 Dự kiến triển khai vùng phủ sóng 3G của Vinaphone 73

Bảng 4.5 Kế hoạch triển khai kỹ thuật công nghệ 74

Bảng 4.6 Quy mô mạng lưới 3G trong 15 năm 75

Bảng 5.1 Dự báo phát triển thuê bao mạng Vinaphone Tp Đà Nẵng 88

Bảng 5.2 Dự kiến loại hình phủ sóng 3G và dịch vụ trên địa bàn Tp Đà Nẵng 88

Bảng 5.3 Dự kiến số lượng Node-B triển khai tại Tp Đà Nẵng 89

Bảng 5.4 Mô hình traffic Model dự kiến của mạng Vinaphone 90

Bảng 5.5 Số Node-B lắp đặt dự kiến pha 1 91

Bảng 5.6 Cấu hình 134 Node-B dự kiến pha 1 91

Bảng 5.7 Số Node-B lắp đặt dự kiến pha 2 91

Bảng 5.8 Dự kiến Node-B lắp đặt triển khai cho pha 2 92

Bảng 5.9 Cấu hình Node-B dự kiến pha 2 92

Bảng 5.10 Lắp đặt thiết bị truyền dẫn tạo RING liên HOST 95

Bảng 5.11 Lắp đặt quang cho các Node-B 96

Bảng 5.12 Lắp đặt thiết bị truyền dẫn tại các CSND 97

Bảng 5.13 Lắp đặt thiết bị Viba 97

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊHình 1-1 Quá trình phát triển lên 3G của 2 nhánh công nghệ chính 8

Hình 1-2 Định hướng phát triển công nghệ 4G 9

Hình 1-3 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA 11

Hình 1-4 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA 2000 12

Hình 1.5 Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R99 16

Hình 1.6 Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R4 17

Hình 1.7 Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R5 19

Hình 2-4 Phân bố phổ tần cho UMTS châu Âu 26

Hình 2-5 Sơ đồ ánh xạ giữa các kênh khác nhau 27

Hình 2-6 Cấu trúc cell UMTS 28

Hình 2-7 Cấu trúc tổng thể hệ thống UMTS/GSM 29

Hình 2-8 Các vị trí điển hình của các chức năng RRM trong mạng WCDMA 32

Hình 2-9 Sự so sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm 35

Hình 2-10 Chuyển giao giữa các hệ thống GSM và WCDMA 36

Hình 2-11 Thủ tục chuyển giao giữa các hệ thống 37

Hình 2-12 Nhu cầu chuyển giao giữa các tần số sóng mang WCDMA 38

Hình 2-13 Thủ tục chuyển giao giữa các tần số 38

Hình 2-14 Đường cong tải 39

Hình 3-1 Quá trình quy hoạch và triển khai mạng WCDMA 43

Hình 3-2 Quá trình tính bán kính vùng phủ sóng 46

Hình 3-3 Vùng phủ sóng của cell theo các loại dịch vụ khác nhau 48

Hình 3-4 Ảnh hưởng của SFM đến vùng phủ sóng 51

Hình 4.1 Mô tả thiết bị 3G dùng chung sở hạ tầng 2G 77

Hình 4.2 Phương án sử dụng anten cho 3G 78

Hình 4.3 Mô tả khái quát việc dùng chung feeder 79

Hình 4.4 Mô tả dùng chung thiết bị nguồn 80

Hình 4.5 Mô tả dùng chung nhà trạm 81

MỞ ĐẦU1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Thông tin liên lạc là một nhu cầu của bất kỳ một xã hội phát triển nào Đểđáp ứng nhu cầu liên lạc ngày càng cao của xã hội, thông tin di động đã đượcnghiên cứu và phát triển từ rất sớm, bắt đầu với các hệ thống thông tin di động sửdụng công nghệ analog, cho đến nay các mạng di động sử dụng công nghệ số đangđược ứng dụng rộng rãi và phát triển vô cùng mạnh mẽ Một xu hướng rõ nét tronglĩnh vực thông tin di động hiện nay là các nhà cung cấp dịch vụ ngoài việc mở rộngdung lượng khai thác hiện có thì việc áp dụng nghiên cứu cũng như xác định lộtrình phát triển công nghệ để tăng cường khả năng cung cấp đa dịch vụ tốt hơn đếnkhách hàng ngày càng được quan tâm nhiều hơn Trong đó 3G - Hệ thống thông tindi động thế hệ 3 chính là giải pháp công nghệ tiên tiến đang được các nhà khai thácmạng triển khai.

Tại Việt Nam, trải qua hơn hai thập kỷ phát triển, cho đến nay cả nước đã có7 nhà khai thác dịch vụ thông tin di động sử dụng công nghệ GSM và CDMA Điềuđó minh chứng cho cho sự phát triển không ngừng của hạ tầng mạng thông tin diđộng trong nước trong xu thể hội nhập và thể hiện sự cạnh tranh khốc liệt trong lĩnhvực này Thực tế phát triển thị trường tại Việt Nam cho thấy, đến nay các mạng diđộng sử dụng công nghệ GSM đang chiếm ưu thế tuyệt đối về số lượng khách hàngvới 56,5 triệu thuê bao trên tổng số 63,5 triệu thuê bao di động (số liệu của Tạp chíKhoa học kỹ thuật và kinh tế Bưu điện) Với số lượng thuê bao phát triển lớn mạnhnhư vậy trong thời gian qua cùng với việc cạnh tranh khốc liệt giữa các nhà khaithác dịch vụ thông tin di động thì hạ tầng mạng thông tin di động 2G & 2,5G đãđược khai thác tối đa cho các dịch vụ truyền thống Do vậy để có hạ tầng mạngthích hợp cung cấp các dịch vụ trên nền IP/Internet, các dịch vụ truyền thôngđa phương tiện multimedia, các dịch vụ gia tăng mới, các dịch vụ hội tụ Diđộng-Cố định…, nhất là dịch vụ truyền tiếng nói dưới dạng gói VoIP và đủđiều kiện cho phép hạ giá thành cung cấp các dịch vụ này nhằm tăng tính cạnh

tranh với các doanh nghiệp viễn thông khác thì bắt buộc cần phải có những bướcchuyển đổi, phát triển, nâng cấp hạ tầng đối với mạng di động hiện tại là điều tấtyếu và hết sức cấp thiết.

Cùng hòa chung với sự tăng trưởng mạnh không ngừng của phát triển kinh tếxã hội Việt Nam nói chung và thị trường viễn thông nói riêng, trong những năm quavới nhiều bước phát triển vượt bậc đã đưa mạng VinaPhone cùng với Mobile-Phone, Viettel trở thành các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động lớn tại ViệtNam về quy mô phát triển thuê bao cũng như hạ tầng mạng: tổng số thuê bao toànmạng VinaPhone đến hết năm 2008 là 15,5 triệu thuê bao cùng với hạ tầng mạnglớn mạnh gồm: 30 tổng đài, 135 BSC và trên 9.000 BTS Với xu thế chung pháttriển thuê bao di động tại Việt Nam và nhu cầu tăng cao về các dịch vụ di độngMultimedia của khách hàng trong thời gian đến, mạng VinaPhone trên toàn quốcnói chung và khu vực Tp Đà Nẵng nói riêng cần phải gấp rút thực hiện nâng cấp vàxây dựng hạ tầng mạng 3G theo định hướng NGN-Mobile Việc nghiên cứu tìmhiểu và đưa ra giải pháp quy hoạch thiết kế chi tiết hệ thống vô tuyến UMTS-3Gtrong thời gian ngắn là vô cùng cấp thiết đối với việc kinh doanh và phát triển củamạng VinaPhone trong thời gian đến Và công tác quy hoạch thiết kế chi tiết sẽ giúpVinaPhone tối ưu về mặt tài nguyên xử lý hệ thống, tối ưu về mặt khai thác vậnhành bảo dưỡng, chi phí đầu tư mạng 3G và phù hợp với quy hoạch tối ưu hóamạng phân vùng thiết bị 2G.

Đề tài “Giải pháp quy hoạch mạng vô tuyến UMTS 3G và áp dụng triển

khai cho mạng VinaPhone khu vực Tp Đà Nẵng” sẽ đáp ứng được nhu cầu thiết

thực trong phát triển mạng VinaPhone nói chung và khu vực Tp Đà Nẵng nói riêng,đưa ra dịch vụ 3G sớm nhất có thể là điều rất quan trọng và tác động trực tiếp đếnthương hiệu, uy tín, năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp.

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu, tìm hiểu và đánh giá hiện trạng mạng VinaPhone nói chung vàkhu vực Tp Đà Nẵng nói riêng Dự báo nhu cầu tăng trưởng thuê bao 3G của mạngVinaPhone

- Nghiên cứu giải pháp quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến UMTS 3G.

- Triển khai quy hoạch cụ thể mạng truy nhập vô tuyến UMTS 3G cho mạngVinaPhone khu vực Tp Đà Nẵng.

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨUa) Đối tượng nghiên cứu:

- Mạng truy nhập vô tuyến VinaPhone khu vực Tp Đà Nẵng

- Lý thuyết tổng quan truy nhập vô tuyến WCDMA và các đặc điểm liên quan:điều khiển công suất và chuyển giao trong quản lý tài nguyên vô tuyến

- Lý thuyết quy hoạch hệ thống truy nhập WCDMA và kỹ thuật thiết kế vùngphủ sóng, thiết kế lưu lượng.

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu lý thuyết, tìm hiểu các thông số liên quan đến quy hoạch và thiếtkế mạng vô tuyến UMTS 3G như: quỹ công suất đường truyền cho các loại dịch vụ,hệ số tải, thông lượng cell…Đưa ra lưu đồ thuật toán tính các thông số liên quanđến việc thiết kế vùng phủ sóng, đồng thời xây dựng chương trình mô phỏng tínhtoán.

- Khảo sát vùng sóng theo yêu cầu thực tế cũng như tình hình kinh tế, xã hội,tình hình phát triển mạng viễn thông trên địa bàn Tp Đà Nẵng, kết hợp với địnhhướng phát triển và hiện trạng của mạng VinaPhone Trên cơ sở đó, dự báo và tínhtoán nhu cầu dung lượng để định cỡ mạng nhằm phục vụ cho việc xây dựng cấuhình mạng Sau khi định cỡ mạng, quy hoạch vùng phủ sẽ đi đến quy hoạch chi tiết,

tính toán số lượng các node, chọn vị trí đặt trạm và dự kiến phương án truyền dẫncho các node

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Lý thuyết về quy hoạch mạng vô tuyến UMTS 3G cũng như các mô hìnhmạng thông tin di động 3G đã được nghiên cứu và chuẩn hóa rộng rãi trên toàn thếgiới Tuy nhiên việc áp dụng vào thực tế tại mỗi quốc gia, ứng với mỗi nhà khaithác lại không thể áp dụng theo một lộ trình cứng nhắc nào, điều đó tùy thuộc vàohoàn cảnh cụ thể, vào điều kiện phát triển của thị trường và thị phần của nhà khaithác đó Đối với mạng VinaPhone, do lượng khách hàng ngày càng tăng cả về sốlượng và nhu cầu dịch vụ, việc triển khai quy hoạch chi tiết mạng vô tuyến UMTS3G áp dụng các giải pháp kỹ thuật cũng cần có các nghiên cứu và đánh giá dựa trênđặc điểm cụ thể của từng vùng, đề tài này chính là một trong những nghiên cứucông tác quy hoạch đánh giá, nhằm triển khai xây dựng hệ thống truy nhập vô tuyếnmới vào thực tế một cách bài bản, hiệu quả, không chỉ đáp ứng nhu cầu trước mắtmà còn là nhu cầu phát triển lâu dài theo lộ trình và định hướng nhất định Kết quảcủa đề tài chính là một đề án chi tiết nhằm triển khai mạng vô tuyến UMTS 3G sátvới thực tế cho mạng VinaPhone khu vực Tp Đà Nẵng trong thời gian gần nhất, dođó mang tính thực tiễn cao.

6 KẾT CẤU CỦA DE TAI:

De tai bao gồm 5 chương, với nội dung tóm tắt như sau:

Chương 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA MẠNGTHÔNG TIN DI ĐỘNG

Chương này sẽ giới thiệu khái quát sự phát triển của hệ thống thông tin diđộng và xu hướng phát triển trong giai đoạn đến Trong đó sẽ tập trung nghiên cứulịch sử phát triển và các đặc trưng cơ bản của hệ thống UMTS 3G và xu hướng pháttriển của mạng Vinaphone lên 3G.

Chương 2: HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS 3G

Chương này sẽ giới thiệu khái quát mạng truy nhập vô tuyến UMTS 3G,trong đó sẽ tập trung trình bày những vấn đề lý thuyết liên quan đến công nghệ

WCDMA, hệ thống vô tuyến UMTS 3G và những đặc trưng của công nghệWCDMA, điểu khiển công suất và điều khiển chuyển giao trong quản lý tài nguyênvô tuyến WCDMA

Chương 3: MÔ HÌNH THIẾT KẾ TÍNH TOÁN QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN UMTS 3G.

Chương này trình bày về bài toán thiết kế quy hoạch và xây dựng hệ thốngvô tuyến UMTS 3G theo các thông số và đặc trung riêng của hệ thống Từ đó xâydựng chương trình mô phỏng việc tính toán chi tiết vùng phủ sóng và dung lượng hệthống.

Chương 4: HIỆN TRẠNG VINAPHONE VÀ ĐỊNH HƯỚNG TRIỂN KHAIMẠNG VÔ TUYẾN UMTS 3G

Với sự giúp đỡ của Công ty Dịch vụ viễn thông VinaPhone, mà đặc biệt làBan 3G-NGN, chương này sẽ cung cấp các số liệu thực tế của toàn mạngVinaPhone tính đến hết tháng 6/2009 Từ đây sẽ đưa ra các định hướng phát triểnmạng vô tuyến UMTS 3G cho mạng VinaPhone trong giai đoạn 2009-2023.

Chương 5: QUY HOẠCH VÔ TUYẾN UMTS 3G MẠNG VINAPHONEKHU VỰC TP ĐÀ NẴNG

Khảo sát cụ thể yêu cầu thực tế qua tình hình kinh tế, xã hội, tình hình pháttriển mạng viễn thông trên địa bàn Tp Đà Nẵng, kết hợp với định hướng phát triểnvà hiện trạng của mạng VinaPhone Trên cơ sở đó, dự báo và tính toán nhu cầudung lượng, vùng phủ để xây dựng thiết kế chi tiết mạng truy nhập vô tuyến UMTS3G mạng VinaPhone khu vực Tp Đà Nẵng

Chương 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦAMẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

1.1 THÔNG TIN DI ĐỘNG – SƠ LƯỢC PHÁT TRIỂN

Hệ thống thông tin di động theo lộ trình phát triển đến nay có các thế hệ sau:

- Thế hệ thứ nhất – 1G: Hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ đa

truy nhập theo tần số (FDMA) là hệ thống tế bào tương tự dung lượng thấp và chỉcó dịch vụ thoại, tồn tại là các hệ thống NMT (Bắc Âu), TACS (Anh), AMPS(Mỹ) Đến những năm 1980 đã trở nên quá tải khi nhu cầu về số người sử dụngngày càng tăng lên Lúc này, các nhà phát triển công nghệ di động trên thế giớinhận định cần phải xây dựng một hệ thống tế bào thế hệ 2 mà hoàn toàn sử dụngcông nghệ số Đó phải là các hệ thống xử lý tín hiệu số cung cấp được dung lượnglớn, chất lượng thoại được cải thiện, có thể đáp ứng các dịch truyền số liệu tốc độthấp

- Thế hệ thứ hai – 2G: Các hệ thống 2G gồm: GSM (Global System for

Mobile Communication - Châu Âu), hệ thống D-AMPS (Mỹ) sử dụng công nghệ đatruy nhập phân chia theo thời gian TDMA, IS-95 ở Mỹ và Hàn Quốc sử dụng côngnghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA băng hẹp Do tính chuẩn hóa và tươngthích qui mô vùng Nhiều mạng 2G đã gặt hái được thành công đáng kể về cả giảipháp kỹ thuật cũng như hiệu quả kinh doanh Một trong số này là sự thành công củahệ thống GSM vầ đây chính là một thành công lớn hơn mong đợi

Đến năm năm 1999, để tăng thông lượng truyền để phục vụ nhu cầu truyềnthông tin trên mạng di động 2G, GPRS đã ra đời GPRS đôi khi được xem như là2,5G Tốc độ truyền data rate của GPRS đã cải tiến tốc độ truyền tăng lên gấp 3 lầnso với GSM, tức là 20-30Kbps GPRS cho phép phát triển dịch vụ WAP và Internet

(email) tốc độ thấp Tiếp theo sau, năm 2000, EDGE đã ra đời với khả năng cungứng tốc độ lên được 250 Kbps (trên lý thuyết) EDGE còn được biết đến như là2,75G (trên đường tiến tới 3G)

Mặc dù hệ thống thông tin di động 2G được coi là những tiến bộ đáng kểnhưng vẫn gặp phải các hạn chế sau: Tốc độ thấp và tài nguyên hạn hẹp Vì thế cầnthiết phải chuyển đổi lên mạng thông tin di động thế hệ tiếp theo để cải thiện dịchvụ truyền số liệu, nâng cao tốc độ bit và tài nguyên được chia sẻ…

Mặt khác, khi các hệ thống thông tin di động ngày càng phát triển, không chỉsố lượng người sử dụng điện thoại di động tăng lên, mở rộng thị trường mà ngườisử dụng còn đòi hỏi các dịch vụ tiên tiến hơn không chỉ là các dịch vụ cuộc gọithoại truyền thống và dịch vụ số liệu tốc độ thấp hiện có trong mạng hiện tại Nhucầu của thị trường có thể phân loại thành các lĩnh vực như: Dịch vụ dữ liệu máytính, dịch vụ viễn thông, dịch vụ nội dung số như âm thanh hình ảnh.

Những lý do trên thúc đẩy các tổ chức nghiên cứu phát triển hệ thống thôngtin di động trên thế giới tiến hành nghiên cứu và đã áp dụng trong thực tế chuẩn mớicho hệ thống thông tin di động: Thông tin di động 3G

- Thế hệ thứ ba – 3G: định hướng thiết lập một hệ thống thông tin di động

toàn cầu Từ nhu cầu thực tiễn cần phải phát triển lên 3G, các nhà cung cấp dịch vụmạng đã đưa ra các tiêu chí chung để phát triển lên mạng di động 3G như sau:

- Hệ thống phải được chuẩn hóa hoàn toàn; các giao diện chính phải đượcchuẩn hóa và mở;

- Hệ thống phải bổ sung cho hệ thống hiện tại trên mọi khía cạnh;

- Multimedia và tất cả các thành phần của multimedia phải được hệ thống hỗtrợ;

- Truy nhập radio của 3G phải cung cấp khả năng băng rộng;

- Các dịch vụ đối với người dùng đầu cuối độc lập với chi tiết công nghệ, vàhạ tầng mạng không giới hạn đưa ra dịch vụ Vậy nên phải tách biệt platform côngnghệ với dịch vụ sử dụng platform đó.

Ý tưởng chính yếu ẩn chứa sau 3G là chuẩn bị một hạ tầng vạn năng có khảnăng tải các dịch vụ hiện tại và tương lai Hạ tầng phải được thiết kế sao cho nhữngđổi thay và tiến triển công nghệ có thể được mạng hỗ trợ không gây ra một bất ổnnào đối với các dịch vụ sử dụng cấu trúc mạng hiện tại Để làm được vậy, 3G tách

biệt công nghệ truy cập, công nghệ truyền tải, công nghệ dịch vụ (điều khiển đấunối) và những ứng dụng người dùng.

Hiện tại có nhiều chuẩn công nghệ cho 2G nên sẽ có nhiều chuẩn công nghệ3G đi theo, tuy nhiên trên thực tế chỉ có 2 tiêu chuẩn quan trọng nhất đã có sảnphẩm thương mại và có khả năng được triển khai rộng rãi trên toàn thế giới làWCDMA (FDD) và CDMA 2000 WCDMA được phát triển trên cơ sở tương thíchvới giao thức của mạng lõi GSM (GSM MAP), một hệ thống chiếm tới 65% thịtrường thế giới Còn CDMA 2000 nhằm tương thích với mạng lõi IS-41, hiện chiếm15% thị trường Quá trình phát triển lên 3G cũng sẽ tập trung vào 2 hướng chínhnày, có thể được tóm tắt trong hình 1-1.

GSM (900)

GSM (1800)

GSM (1900)

IS-136TDMA (800)

IS-95CDMA (800)

Hình 1-1 Quá trình phát triển lên 3G của 2 nhánh công nghệ chính

- Thế hệ thứ tư – 4G: Các nhà cung cấp dịch vụ và người dùng đều luônmong muốn và hướng tới các công nghệ không dây có thể cung cấp được nhiều loạihình dịch vụ hơn với tính năng và chất lượng dịch vụ cao hơn Với cách nhìn nhận

này, Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) đã và đang làm việc để hướng tới mộtchuẩn cho mạng di động tế bào mới thế hệ thứ tư 4G ITU đã lên kế hoạch để có thểcho ra đời chuẩn này một vài năm tới Công nghệ này sẽ cho phép thoại dựa trên IP,truyền số liệu và đa phương tiện với tốc độ cao hơn rất nhiều so với các công nghệcủa mạng di động hiện nay Về lý thuyết, theo tính toán dự kiến tốc độ truyền dữliệu có thể lên tới 288 Mb/s.

Cho đến hiện nay, chưa có một chuẩn nào rõ ràng cho 4G được thông qua.Tuy nhiên, những công nghệ phát triển cho 3G hiện nay sẽ làm tiền đề cho ITU xemxét để phát triển cho chuẩn 4G Các sở cứ quan trọng để ITU thông qua cho chuẩn4G đó chính là từ hỗ trợ của các công ty di động toàn cầu; các tổ chức chuẩn hóa vàđặc biệt là sự xuất hiện của ba công nghệ cho việc phát triển mạng di động tế bàoLTE (Long-Term Evolution), UMB (Ultramobile Broadband) và WiMAX II (IEEE802.16m) Ba công nghệ này có thể được xem là các công nghệ tiền 4G Chúng sẽlà các công nghệ quan trọng giúp ITU xây dựng các phát hành cho chuẩn 4G trongthời gian tới.

Hình 1-2 Định hướng phát triển công nghệ 4G

Sau đây xem xét ba công nghệ được xem là các công nghệ tiền 4G, đó là cáccông nghệ làm sở cứ để xây dựng nên chuẩn 4G trong tương lai, gồm:

- LTE (Long-Term Evolution)

Tổ chức chuẩn hóa công nghệ mạng thông tin di động 3G UMTS 3GPP baogồm các tổ chức chuẩn hóa của các nước châu Á, châu Âu và Bắc Mỹ đã bắt đầuchuẩn hóa thế hệ tiếp theo của mạng di động 3G là LTE

LTE được xây dựng trên nền công nghệ GSM, vì thế nó dễ dàng thay thế vàtriển khai cho nhiều nhà cung cấp dịch vụ Nhưng khác với GSM, LTE sử dụngphương thức ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) LTE sử dụng phổtần một cách thích hợp và mềm dẻo, nó có thể hoạt động ở băng tần có độ rộng từ1,25MHz cho tới 20MHz Tốc độ truyền dữ liệu lớn nhất về lý thuyết của LTE cóthể đạt tới 250Mb/s khi độ rộng băng tần là 20MHz LTE khác với các công nghệtiền 4G khác như WiMAX II ở chỗ nó chỉ sử dụng đa truy nhập phân chia theo tầnsố trực giao ở hướng lên, còn ở hướng xuống nó sử dụng đa truy nhập phân chiatheo tần số đơn sóng mang để nâng cao hiệu quả trong việc điều khiển công suất vànâng cao thời gian sử dụng pin cho thiết bị đầu cuối của khách hàng

- UMB (Ultra Mobile Broadband): Tổ chức chuẩn hóa công nghệ thông tin

di động 3G CDMA2000 3GPP2 (3rd Generation Partnership Project 2) được thànhlập và phát triển bởi các tổ chức viễn thông của Nhật, Trung Quốc, Bắc Mỹ và HànQuốc đã đề xuất phát triển UMB Thành viên của 3GPP2, Qualcomm là người điđầu trong nỗ lực phát triển UMB, mặc dù công ty này cũng chú tâm cả vào việcphát triển LTE.

UMB dựa trên CDMA có thể hoạt động ở băng tần có độ rộng từ 1,25MHzđến 20MHz và làm việc ở nhiều dải tần số UMB được đề xuất với tốc độ truyền dữliệu lên tới 288Mb/s cho luồng xuống và 75Mb/s cho luồng trên với độ rộng băngtần sử dụng là 20MHz Công nghệ này sẽ cung cấp kết nối thông qua các sóngmang dựa trên đa truy nhập phân chia theo mã CDMA.

- IEEE 802.16m (WiMAX II): Như chúng ta đã biết, WiMAX hay chuẩn

802.16 ban đầu được xây dựng cho mục đích chính là cung cấp các dịch vụ mạng cốđịnh Chuẩn IEEE 802.16e được phát triển thêm tính năng di động từ các chuẩnWiMAX trước đó IEEE 802.16 là một chuỗi các chuẩn do IEEE phát triển, chúnghỗ trợ cả cố định và di động, là công nghệ truyền thông, truy nhập diện rộng, nócũng được gọi với một tên khác là WiMAX WiMAX hoạt động trong dải tần từ10GHz đến 66 GHz

IEEE 802.16m hay còn gọi là WiMAX II là công nghệ duy nhất trong cáccông nghệ tiền 4G được xây dựng hoàn toàn dựa trên công nghệ đa truy nhập phânchia theo tần số trực giao OFDMA WiMAX II được phát triển lên từ chuẩn IEEE802.16e Công nghệ WiMAX II sẽ hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu lên tới 100Mb/s chocác ứng dụng di động và có thể lên tới 1Gb/s cho các người dùng tĩnh Khoảng cáchtruyền cho WiMAX II sẽ khoảng 2 km ở môi trường thành thị và là khoảng 10 kmcho các khu vực nông thôn.

1.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G THEO 2 NHÁNH CÔNG NGHỆCHÍNH:

1.2.1 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA

WCDMA là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G của IMT-2000 được pháttriển chủ yếu ở Châu Âu với mục đích cho phép các mạng cung cấp khả năngchuyển vùng toàn cầu và để hỗ trợ nhiều dịch vụ thoại, dịch vụ đa phương tiện Cácmạng WCDMA được xây dựng dựa trên cơ sở mạng GSM, tận dụng cơ sở hạ tầngsẵn có của các nhà khai thác mạng GSM Quá trình phát triển từ GSM lên WCDMAqua các giai đoạn trung gian, có thể được tóm tắt trong sơ đồ sau đây:

Hình 1-3 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/IPvà X25, nhờ vậy tăng cường 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 sốliệu gói được lập lịch trình trước đối với một số trạm di động Còn mạng lõi GSMđược tạo thành từ các kết nối chuyển mạch kênh được mở rộng bằng cách thêm vàocác nút chuyển mạch số liệu Gateway mới, được gọi là GGSN và SGSN GPRS là

một giải pháp đã được chuẩn hoá hoàn toàn với các giao diện mở rộng và có thểchuyển thẳng lên 3G về cấu trúc mạng lõi.

- EDGE: Hệ thống 2,5G tiếp theo đối với GSM là EDGE EDGE áp dụng

phương pháp điều chế 8PSK, điều này làm tăng tốc độ của GSM lên 3 lần EDGE làlý tưởng đối với phát triển GSM, nó chỉ cần nâng cấp phần mềm ở trạm gốc NếuEDGE được kết hợp cùng với GPRS thì khi đó được gọi là EGPRS Tốc độ tối đađối 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 được phát triển mạnh ở Châu Âu Hệ thống này hoạtđộng 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 tần5MHz WCDMA hỗ trợ trọn vẹn cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạchgói tốc độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời các dịch vụ hỗn hợp với chế độgói hoạt động ở mức hiệu quả cao nhất Hơn nữa WCDMA có thể hỗ trợ các tốc độsố liệu khác nhau, dựa trên thủ tục điều chỉnh tốc độ.

1.2.2 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ CDMA 2000.

Hệ thống CDMA 2000 gồm một số nhánh hoặc giai đoạn phát triển khácnhau để hỗ trợ các dịch vụ phụ được tăng cường Nói chung CDMA 2000 là mộtcách tiếp cận đa sóng mang cho các sóng có độ rộng n lần 1,25MHz hoạt động ởchế độ FDD Nhưng công việc chuẩn hoá tập trung vào giải pháp một sóng mangđơn 1,25MHz (1x) với tốc độ chip gần giống IS-95 CDMA 2000 được phát triển từcác mạng IS-95 của hệ thống thông tin di động 2G, có thể mô tả quá trình phát triểntrong hình vẽ sau:

Hình 1-4 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA 2000.

- IS-95B: IS-95B hay CDMA One được coi là công nghệ thông tin di động

2,5G thuộc nhánh phát triển CDMA 2000, là một tiêu chuẩn khá linh hoạt cho phépcung cấp dịch vụ số liệu tốc độ lên đến 115Kbps

- CDMA 2000 1xRTT: Giai đoạn đầu của CDMA2000 được gọi là 1xRTT

hay chỉ là 1xEV-DO, được thiết kế nhằm cải thiện dung lượng thoại của IS-95B vàđể hỗ trợ khả năng truyền số liệu ở tốc độ đỉnh lên tới 307,2Kbps Tuy nhiên, cácthiết bị đầu cuối thương mại của 1x mới chỉ cho phép tốc độ số liệu đỉnh lên tới153,6kbps

-CDMA 2000 1xEV-DO: 1xEV-DO được hình thành từ công nghệ HDR

(High Data Rate) của Qualcomm và được chấp nhận với tên này như là một tiêuchuẩn 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 sốliệu tốc độ cao vào các sóng mang khác nhau 1xEV-DO có thể được xem như một

mạng số liệu “xếp chồng”, yêu cầu một sóng mang riêng Để tiến hành các cuộc gọivừa 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 dư thừa về tài

nguyên do sự phân biệt cố định tài nguyên dành cho thoại và tài nguyên dành cho sốliệu Do đó CDG (nhóm phát triển CDMA) khởi đầu pha thứ ba của CDMA 2000bằng các đưa các dịch vụ thoại và số liệu quay về chỉ dùng một sóng mang1,25MHz và tiếp tục duy trì sự tương thích ngược với 1xRTT Tốc độ số liệu cựcđại của người sử dụng lên tới 3,1Mbps tương ứng với kích thước gói dữ liệu 3.940bit trong khoảng thời gian 1,25ms.

lựa chọn đa sóng mang ban đầu trong cấu hình vô tuyến CDMA 2000 và được gọilà MC-CDMA (Multi carrier) thuộc IMT-MC trong IMT-2000 Công nghệ này liênquan đến việc sử dụng 3 sóng mang 1x để tăng tốc độ số liệu và được thiết kế chodải tần 5MHz (gồm 3 kênh 1,25Mhz) Sự lựa chọn đa sóng mang này chỉ áp dụngđược trong truyền dẫn đường xuống Đường lên trải phổ trực tiếp, giống nhưWCDMA với tốc độ chip hơi thấp hơn một ít 3,6864Mcps (3 lần 1,2288Mcps).

1.3 MẠNG UMTS 3G VÀ ĐỊNH HƯỚNG CÔNG NGHỆ MẠNGVINAPHONE

1.3.1 Định hướng 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 truyềnthống phát triển lên UMTS 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA với xuhướng 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 hơn13 năm qua đã đầu tư trở thành mạng GSM 2,5G và là phần đầu trong quá trìnhchuẩn hoá 3 GPP Vì vậy Lựa chọn định hướng tiến triển thông tin di động lên 3Gcho mang Vinaphone theo tiêu chuẩn châu Âu do 3GPP khuyến nghị vì:

- Chuẩn ETSI cho thông tin di động GSM đồng nhất cho các nước châu Âuđã có thể sử dụng để toàn cầu hóa thông tin mobile định hướng 3G;

- Mạng VINAPHONE đang theo chuẩn GSM/ETSI – châu Âu đó là GSM900/1800.

- UMTS thừa hưởng nhiều phần tử chức năng từ GSM hiện tại Nên việc tậndụng 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 và1990 ETSI còn xây dựng cấu trúc chuẩn hóa mạng GPRS Chuẩn cuối cùng ETSIxây 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 thốngthông tin di động 3G theo định hướng:

- Phần truy nhập vô tuyến sử dụng WCDMA và TD-CDMA;

- Phần core: phát triển từ GSM, kế thừa những những tiêu chuẩn ETSI doSMG xây dựng.

Đến năm 2001, sau khi hoàn thành phiên bản 3GPP R99, 3GPP chia thànhhai tổ chức:

- 3GPP: xây dựng các tiêu chuẩn phát triển mạng core, dịch vụ, cấu trúc hệthống, 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 đầutiên là 3GPP Release 99 (3GPP R99) Đến nay 3GPP đã có 04 phiên bản đã và đangđược các nhà khai thác trên thế giới áp dụng:

- 3GPP release 99 (3GPP R99): chính thức được áp dụng từ tháng 3/2001;- 3GPP release 4 (3GPP R4): chính thức được áp dụng từ tháng 9/2002;- 3GPP release 5 (3GPP R5): tháng 12/2003 đang được áp dụng;

- 3GPP release 6 (3GPP R6): bổ sung những điểm thiếu trong IMS 3GPP R5và đưa thêm vào một số features mới; tiến tới một mạng truyền tải “All IP”.

Nội dung cơ bản từng phiên bản 3GPP qui định như 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 tương thích với mạng GSM đang tồn tại;

- Hai mạng UMTS và GSM phải có khả năng làm việc tương tác.

Truy nhập vô tuyến WCDMA là điểm mấu chốt nhất mà 3GPP R99 giảiquyết Thêm vào đó, UTRAN cũng được đưa ra với giao diện Iu.

So sánh với các giao diện A và Gb trong GSM, 3GPP R99 đạt được hai điểmcơ bản:

- Transcoding cho speech trên Iu được core đảm nhiệm thay cho BTS trongGSM;

- Mã hóa số liệu di động ở mức cell trên giao diện Iu được RNC đảm nhậnthay cho SGSN đối với GPRS.

Vậy đơn giản, mạng 3G R99 là hệ thống mạng GSM-based Đó là một mạngGSM có hai mạng truy cập và hai mạng truy cập cung cấp lưu lượng có tốc độ khácnhau cho cả hai miền core CS và PS.

b) Cấu hình kỹ thuật

3GPP đưa ra một phương pháp truy nhập vô tuyến mới WCDMA Thiết bị vôtuyến WCDMA không tương thích với thiết bị vô tuyến GSM nên phải đưa bổ sungmột hệ thống thiết bị mới đó là RNC và Node-B Phần mạng vô tuyến WCDMA gọilà UTRAN.

Một yêu cầu chính cho UMTS là hoạt động tương tác GSM/UMTS Ví dụ‘handover’ từ GERAN sang UTRAN và ngược lại Yêu cầu này được thực hiện bởi:- Thứ nhất: hướng downlink, giao diện air GSM được được phát triển để cóthể quảng bá thông tin sóng WCDMA Cũng như vậy downlink của radio WCDMAcũng quảng bá thông tin về sóng GSM;

- Thứ hai: nhằm giảm thiểu đầu tư, các chuẩn 3GPP yêu cầu 2G MSC/VLRGSM phải làm việc được với UTRAN.

Hình 1.5 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 như MSC/VLR và HLR/AuC/EIR phải thayđổi vì phải sử lý đồng thời cả thuê bao 2G và 3G

- Với miền PS: tên và số lượng các node mạng GPRS giống trong 2G, nhưngchức năng SGSN thì rất khác Trong 2G, SGSN đảm nhiệm chức năng quản lý diđộng (MM) cho nối mạch gói số liệu Trong 3G chức năng MM được RNC vàSGSN san sẻ Nghĩa là miền PS không quản lý sự thay đổi cell của thuê bao trongUTRAN mà là RNC.

1.3.2.2 3GPP R4

a) Những yêu cầu chính

Chưa có IMS, chỉ ấn định những thay đổi trong miền CS core UMTS – táchluồng dữ liệu người dùng ra khỏi các cơ chế điều khiển cùng một số khía cạnh khác,chủ yếu như sau:

- Chức năng điều khiển sử dụng MSC Server Chức năng chuyển mạch dữliệu người sử dụng dùng MGW;

- IP transport cho các giao thức mạng core;- IP hóa cho giao diện Gb miền PS;

b) Cấu hình kỹ thuật

- MSC miền CS trong GSM truyền thống được 3GPP R4 tách riêng chứcnăng điều khiển – sử dụng MSC Server với chức năng nối mạch vận chuyển lưulượng – sử dụng MGW.

- MSC Server và MGW có quan hệ “một-nhiều” Một MSC Server có thểđiều khiển nhiều MGW.

- Về cơ bản 3GPP R4 không cung cấp, cải thiện thêm dịch vụ.

- Cấu trúc 3GPP R4 bắt đầu đưa IP vào hệ thống Core CS Cấu trúcsoftwsitch tạo bởi MSC Server – MGW tạo tiền đề định hướng “transport All IP”.Giảm chi phí truyền dẫn, phân lớp cấu trúc chức năng; định hướng phát triển dịchvụ độc lập với hạ tầng mạng.

Hình 1.6 Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R4

Điểm quan trọng nhất trong 3G R4 là:

- 3G R4 là động thái IP hóa toàn bộ miền CS Truyền tải cũng IP/ATM,chuyển mạch cũng IP/ATM Công nghệ SOFTSWITCH được đưa vào nhằm mụcđích 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 người dùng Dịchvụ người dùng là dịch vụ có trên miền chuyển mạch kênh CS truyền thống,nhưng lại dùng chuyển mạch IP/ATM.

1.3.2.3 3GPP R5

a) Những yêu cầu chính

- Đưa IMS vào mạng UMTS, cung cấp cơ chế và tổ chức multimedia IP vàcác giao thức trên IP cũng sẽ được sử dụng làm cơ chế điều khiển Dữ liệu ngườidùng về cơ bản cũng dựa trên IP IP cũng được sử dụng làm giao thức truyền thaythế SS7, một giao thức chính đang dùng trong dịch vụ chuyển mạch kênh.

- 3GPP R5 đưa IMS vào tiêu chuẩn hóa IMS được hỗ trợ bởi cấu trúc tiêuchuẩn độc lập dựa trên IP và được nối với các mạng thoại và số liệu hiện tại cho cảngười sử dụng mạng cố định (như PSTN, ISDN, Internet) và mobile (như GSM,CDMA).

- Kiến trúc IMS có khả năng thiết lập truyền thông IP peer-to-peer với tất cảcác lient với yêu cầu chất lượng dịch vụ Thêm vào khả năng quản lý phiên làmviệc, kiến trúc IMS cũng có các chức năng địa chỉ, mà đó là điều cần thiết để tổchức dịch vụ (như đăng ký, bảo mật, cước, điều khiển truyền thông, roaming) IMSsẽ tạo nên trái tim của mạng core.

3GPP R5 cũng đã chuẩn hóa cơ chế dịch vụ IP multimedia dựa trên SIP SIPchứa các chức năng phần tử logic, mô tả phương cách nối các phần tử, đưa ra cácgiao thức và các thủ tục

b) Cấu hình kỹ thuật

Hình 1.7 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 bordergateway;

- Đưa 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 được năng lực cao trên giao diện vô tuyến UTRAN hướng downlink.3G R5 đơn giản hóa cấu trúc mạng cho phép các giao thức truyền tải sử dụnghiệu quả hơn so với 3G R4, IP hóa toàn bộ truyền tải làm đơn giản hóa cấu trúctruyền tải.

Về dịch vụ, IMS đóng vai trò chính trong 3G R5 và trong cả những phát triểndịch vụ tương lai.

Trong pha này, 3GPP khuyến nghị vô tuyến UTRAN triển khai công nghệHSDPA – tăng tốc độ số liệu downlink nhằm cung cấp hiệu quả các dịch vụ “khôngđối xứng” (tải số liệu downlink lớn hơn uplink nhiều).

c) IMS

Một mạng 3G UMTS hoàn thiện qua 3G R99, R4 đã cung cấp được một hạtầng mạng truyền tải IP linh hoạt cho các terminal sử dụng GPRS, EDGE, vàWCDMA cho các dịch vụ số liệu.

IMS là một giải pháp phát triển tách biệt nhưng IMS làm hạ tầng cho phéptriển khai cung cấp dịch vụ trên nhiều hạ tầng mạng khác nhau Một trong số đó làmạng 3G UMTS

Hình 1.8 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 Hình I.5,IMS dùng giao thức SIP trên miền PS điều khiển phiên cung cấp các dịch vụmultimedia Qua IP và qua IMS , người dùng sử dụng terminal IP thiết lập các nốimạch với các Server Dịch vụ khác nhau để nhận dịch vụ, và đặc biệt, dùng các dịchvụ IP giữa các máy đầu cuối.

 Lúc này phát triển dịch vụ 3G là phát triển các ứng dụng Aplication Servertrên nền IMS.

- Hoàn thiện IP hóa toàn mạng UMTS;

- Triển khai công nghệ truy cập HSUPA cho WCDMA nhằm nâng khả nănguplink cho các dịch dùng IP

- Nghiên cứu đa truy nhập và các mạng hoạt động tương tác định hướng hộitụ.

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Mới thực sự phát triển trong vòng 20 năm, nhưng những bước tiến trongcông nghệ cũng như trong sự phát triển thị trường của mạng di động cho thấy thôngtin di động là một nhu cầu thiết yếu và quan trọng đối với người dùng Đến nay,điện thoại di không chỉ dùng để gọi điện, nhắn tin SMS mà còn có thể gửi và nhậnMMS, email; lưu các tệp âm thanh, hình ảnh, dữ liệu cùng chức năng nghe nhạc,giải trí; lướt web, xem TV trực tuyến…

Các nhà cung cấp dịch vụ và người dùng đều luôn mong muốn và hướng tớicác công nghệ không dây có thể cung cấp được nhiều loại hình dịch vụ hơn với tínhnăng và chất lượng dịch vụ cao hơn Qua đó các giai đoạn phát triển các thế hệthông tin di động từ 1G, 2G, 3G và 4G trong tương lai đều gắn chặt với nhu cầu củangười 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 kếhoạch thực hiện 4G cho các vùng đô thị, nơi mà có nhiều các tổ chức, công ty cũngnhư số lượng khách hàng lớn - các đối tượng mà luôn mong muốn các dịch vụ chấtlượng tốt và tốc độ truyền dữ liệu cao Tuy nhiên, trước mắt các nhà đầu tư sẽ tiếptục cung cấp các dịch vụ 3G cũng như 3,5G và nó được xem như là quá trình thựchiện từng bước cho 4G Điều này không chỉ giúp họ tiếp tục mở rộng vùng phủsóng, gia tăng số lượng khách hàng và giúp thu hồi vốn đã đầu tư cho 3G Vớingười dùng, họ có thể chuyển dễ dàng sang công nghệ 4G, bởi đơn giản với họ đóchỉ là sự mở rộng các ứng dụng của mạng 3G hay 3,5G mà họ đang dùng

Chương 2 HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN UMTS

2.1 NGUYÊN LÝ CDMA

2.1.1 Nguyên lý trải phổ CDMA

Theo nguyên lý dung lượng kênh truyền của Shannon được mô tả trong(1.1), thì dung lượng kênh truyền có thể được tăng lên bằng cách tăng băng tần kênhtruyền.

BG

Do vậy, với một yêu cầu Eb/I0 xác định và độ lợi xử lý càng cao, thì tỷ số S/N yêu cầu càng thấp Đối với hệ thống CDMA đầu tiên là CDMA IS-95, băngthông truyền dẫn là 1,25MHz và về sau trong hệ thống WCDMA, băng thôngtruyền khoảng 5MHz.

2.1.2 Kỹ thuật trải phổ và giải trải phổ

Trải phổ và giải trải phổ là hoạt động cơ bản nhất trong các hệ thống CDMA Dữ liệu người sử dụng giả sử là chuỗi bit được điều chế BPSK có tốc độ là

DS-R Hoạt động 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 khithực hiện điều chế trải phổ BPSK thì kết quả tốc độ dữ liệu sẽ là 8xR và có dạng

xuất hiện ngẫu nhiên như là mã trải phổ Việc tăng tốc độ dữ liệu lên 8 lần đáp ứngviệc 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 2-1 Quá trình trải phổ và giải trải phổ

Trong quá trình giải trải phổ, các chuỗi chip/dữ liệu người sử dụng trải phổđược 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.

2.1.3 Kỹ thuật đa truy nhập CDMA

Một mạng thông tin di động là một hệ thống nhiều người sử dụng, trong đómột 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 hệthống Trong lịch sử thông tin di động đã tồn tại các công nghệ đa truy nhập khácnhau : TDMA, FDMA và CDMA Sự khác nhau giữa chúng được chỉ ra trong hình2-2.

Hình 2-2 Các công nghệ đa truy nhập

Trong hệ thống CDMA, các tín hiệu cho người sử dụng khác nhau đượctruyền đi trong cùng một băng tần tại cùng một thời điểm Mỗi tín hiệu người sửdụng đóng vai trò như là nhiễu đối với tín hiệu của người sử dụng khác, do đó dunglượng của hệ thống CDMA gần như là mức nhiễu và không có con số lớn nhất cốđịnh nên dung lượng của hệ thống CDMA được gọi là dung lượng mềm.

Hình 2-3 chỉ ra một ví dụ làm thế nào 3 người sử dụng có thể truy nhậpđồng thời trong một hệ thống CDMA.

Hình 2-3 Nguyên lý của đa truy nhập trải phổ

Tại bên thu, người sử dụng 2 sẽ giải trải phổ tín hiệu thông tin của nó trở lạitín hiệu băng hẹp, chứ không phải tín hiệu của bất cứ người nào khác Bởi vì sựtương quan chéo giữa mã của người sử dụng mong muốn và các mã của người sửdụng khác là rất nhỏ.

Độ lợi xử lý và đặc điểm băng rộng của quá trình xử lý đem lại nhiều lợi íchcho các hệ thống CDMA, như hiệu suất phổ cao và dung lượng mềm Tuy nhiên, tấtcả những lợi ích đó yêu cầu việc sử dụng kỹ thuật điều khiển công suất một cáchnghiêm ngặt và chuyển giao mềm nhằm để tránh cho tín hiệu của người sử dụng

này che thông tin của người sử dụng khác

2.2 MỘT SỐ ĐẶC TRUNG LỚP VẬT LÝ TRONG MẠNG TRUY NHẬPWCDMA

2.2.1 Phương thức song công.

Hai phương thức song công được sử dụng trong kiến trúc WCDMA: Songcông phân chia theo thời gian (TDD) và song công phân chia theo tần số (FDD).Phương pháp FDD cần hai băng tần cho đường lên và đường xuống Phương thứcTDD chỉ cần một băng tần Thông thường phổ tần số được bán cho các nhà khaithác theo các dải có thể bằng 2x10MHz hoặc 2x15MHz cho mỗi bộ điều khiển Mặcdù có một số đặc điểm khác nhau nhưng cả hai phương thức đều có tổng hiệu suấtgần giống nhau Chế độ TDD không cho phép giữa máy di động và trạm gốc có trễtruyền lớn, bởi vì sẽ gây ra đụng độ giữa các khe thời gian thu và phát Vì vậy màchế độ TDD phù hợp với các môi trường có trễ truyền thấp, cho nên chế độ TDDvận hành ở các pico cell Một ưu điểm của TDD là tốc độ dữ liệu đường lên vàđường xuống có thể rất khác nhau, vì vậy mà phù hợp cho các ứng dụng có đặc tínhbất đối xứng giữa đường lên và đường xuống, chẳng hạn như Web browsing Trongquá trình hoạch định mạng, các ưu điểm và nhược điểm của hai phương pháp nàycó thể bù trừ Luận văn này chỉ tập trung nghiên cứu chế độ FDD.

Hình dưới đây chỉ ra sơ đồ phân bố phổ tần số của hệ thống UMTS Châu Âu.

1900192019802010 202521102170 MHz

Song baêng

Hình 2-4 Phân bố phổ tần cho UMTS châu Âu.

2.2.2 Dung lượng mạng

Kết quả của việc sử dụng công nghệ đa truy nhập trải phổ CDMA là dunglượng của các hệ thống UMTS không bị giới hạn cứng, có nghĩa là một người sửdụng có thể bổ sung mà không gây ra nghẽn bởi số lượng phần cứng hạn chế Hệthống GSM có số lượng các liên kết và các kênh cố định chỉ cho phép mật độ lưulượng lớn nhất đã được tính toán và hoạch định trước nhờ sử dụng các mô hìnhthống kê Trong hệ thống UMTS bất cứ người sử dụng mới nào sẽ gây ra một lượngnhiễu bổ sung cho những người sử dụng đang có mặt trong hệ thống, ảnh hưởngđến tải của hệ thống Nếu có đủ số mã thì mức tăng nhiễu do tăng tải là cơ cấu giớihạn dung lượng chính trong mạng Việc các cell bị co hẹp lại do tải cao và việctăng dung lượng của các cell mà các cell lân cận nó có mức nhiễu thấp là các hiệuứng thể hiện đặc điểm dung lượng xác định nhiễu trong các mạng CDMA Chính vìthế mà trong các mạng CDMA có đặc điểm “dung lượng mềm” Đặc biệt, khi quantâm đến chuyển giao mềm thì các cơ cấu này làm cho việc hoạch định mạng trở nênphức tạp.

2.2.3 Các kênh giao diện vô tuyến UTRA FDD

Giao diện vô tuyến UTRA FDD có các kênh logic, chúng được ánh xạ vàocác kênh chuyển vận, các kênh chuyển vận lại ánh xạ vào kênh vật lý Hình vẽ sauchỉ ra sơ đồ các kênh và sự ánh xạ của chúng vào các kênh khác.

Hình 2-5 Sơ đồ ánh xạ giữa các kênh khác nhau.

2.2.4 Cấu trúc Cell.

Trong suốt quá trình thiết kế của hệ thống UMTS cần phải chú ý nhiều hơnđến sự phân tập môi trường của người sử dụng Các môi trường nông thôn ngoàitrời, đô thị ngoài trời, hay đô thị trong nhà được hỗ trợ bên cạnh các mô hình diđộng khác nhau gồm người sử dụng tĩnh, người đi bộ đến người sử dụng trong môitrường xe cộ đang chuyển động với vận tốc rất cao Để yêu cầu một vùng phủ sóngrộng khắp và khả năng roaming toàn cầu, UMTS đã phát triển cấu trúc lớp các miềnphân cấp với khả năng phủ sóng khác nhau Lớp cao nhất bao gồm các vệ tinh baophủ toàn bộ trái đất; Lớp thấp hơn hình thành nên mạng truy nhập vô tuyến mặt đấtUTRAN Mỗi lớp được xây dựng từ các cell, các lớp càng thấp các vùng địa lý baophủ bởi các cell càng nhỏ Vì vậy các cell nhỏ được xây dựng để hỗ trợ mật độngười sử dụng cao hơn Các cell macro đề nghị cho vùng phủ mặt đất rộng kết hợpvới các micro cell để tăng dung lượng cho các vùng mật độ dân số cao Các cellpico được dùng cho các vùng được coi như là các “điểm nóng” yêu cầu dung lượngcao trong các vùng hẹp (ví dụ như sân bay…) Những điều này tuân theo 2 nguyênlý 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 mởrộng vùng phủ sóng.

Hình 2-6 Cấu trúc cell UMTS.

2.3 CẤU TRÚC HỆ THỐNG VÔ TUYẾN UMTS

Một hệ thống UMTS sau khi được nâng cấp và mở rộng từ hệ thống GSMhiện có thì cấu trúc hệ thống có thể được mô tả tổng quan như sau:

Hình 2-7 Cấu trúc tổng thể hệ thống UMTS/GSM.

Trong đó UTRAN bao gồm một hay nhiều phân hệ mạng vô tuyến (RNS),một RNS là một mạng con trong UTRAN và bao gồm một bộ điều khiển mạng vô

tuyến (RNC) và một hay nhiều Node-B

Các yêu cầu chính để thiết kế kiến trúc, giao thức và chức năng UTRAN:- Tính hỗ trợ của UTRAN và các chức năng liên quan: Yêu cầu tác động đếnthiết kế của UTRAN là các yêu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm (một thiết bị đầu cuốikết nối tới mạng thông qua 2 hay nhiều cell đang hoạt động) và các thuật toán quảnlý nguồn tài nguyên vô tuyến đặc biệt của WCDMA.

- Làm tăng sự tương đồng trong việc điều khiển dữ liệu chuyển mạch gói vàchuyển mạch kênh với một ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến duy nhất và vớiviệc sử dụng cùng một giao diện cho các kết nối từ UTRAN đến miền chuyển mạchgói và chuyển mạch kênh của mạng lõi.

- Làm tăng tính tương đồng với GSM.

IuCu

- Sử dụng kiểu chuyển vận trên cơ sở IP như là cơ cấu chuyển vận thay thếtrong UTRAN kể từ Release 5 trở đi.

- Các thiết bị UTRAN với chi phí CAPEX và OPEX được tiết kiệm tối đa Đồng thời các thiết bị UTRAN được thiết kế module hóa và và có tính linh hoạt hợplý cho việc mở rộng dung lượng trong tương lai Hệ thống UTRAN có khả năng nâng cấp lên phiên bản phần mềm cao hơn mà chỉ gây ra tác động rất nhỏ tới hoạt động thông thường của hệ thống.

2.3.1 Node-B

Node-B là một thuật ngữ sử dụng trong UMTS để biểu thị BTS (trạm thuphát gốc) và sử dụng công nghệ WCDMA trên đường vô tuyến Cũng như trong tấtcả các hệ thống tổ ong UMTS và GSM, Node B thực hiện việc thu phát tần số vôtuyến để liên lạc trực tiếp với các máy di động di chuyển tự do xung quanh nó

Một cách truyền thống, các Node B có những chức năng tối thiểu về thu phátvô tuyến và được điều khiển bởi RNC (Radio Network Controller) Việc sử dụngcông nghệ WCDMA cho phép một cell thuộc một Node B hoặc các Node B khácnhau cùng được quản lý bởi các RNC khác nhau để chồng lên nhau và vẫn sử dụngmột tần số giống nhau (trên thực tế, toàn bộ mạng có thể dùng chỉ một cặp tần số).

Node B bao gồm các loại cấu hình: Macro Indoor, Macro Outdoor, MiniIndoor, Mini outdoor, Micro Indoor, Micro Outdoor, Pico,

2.3.2 RNC (Radio Network Control)

RNC là một thành phần trong mạng truy nhập vô tuyến UTMS RNC về cơbản có những chức năng giống BSC trong hệ thống BSS GSM:

- Trung gian giữa trạm gốc (Node B trong UMTS) và hệ thống mạng lõi;- Điều khiển cuộc gọi vô tuyến (quản lý tài nguyên vô tuyến, điều khiển vàquản lý chuyển giao cuộc gọi …);

RNC được kết nối đến:- Mạng lõi, qua giao tiếp Iu.

- Các Node B qua giao tiếp Iub Một Node B thực hiện giao tiếp vô tuyến vớimột hoặc nhiều cell.