Nghiên cứu công nghệ WCDMA ứng dụng cho nâng cấp mạng GSM của Viettel lên 3G

Nghiên cứu công nghệ WCDMA ứng dụng cho nâng cấp mạng GSM của Viettel lên 3G

trường đại học bách khoa hà nội -

ngành : XỬ Lí THễNG TIN VÀ TRUYỀN THễNG

NGHIấN CỨU CễNG NGHỆ WCDMA ỨNG DỤNG CHO NÂNG CẤP MẠNG GSM CỦA

Tôi là đào Quang Anh, học viên cao học lớp XLTT&TT khóa 2006 - 2008 Thầy giáo hướng dẫn là TS Bạch Thành Lê

Tôi xin cam ựoan toàn bộ nội dung ựược trình bày trong bản luận văn nay là kết quả tìm hiểu và nghiên cứu của riêng tôi, trong quá trình nghiên cứu ựề tài

ỘNghiên cứu công nghệ CDMA ứng dụng cho nâng cấp mạng GSM của Viettel lên 3GỢ Các kết quả và dữ liệu ựược nêu trong luận văn là hoàn toàn trung

thực và rõ ràng Mọi thông tin trắch dẫn ựều ựược tuân theo luật sở hữu trắ tuệ, liệt kê rõ ràng các tài liệu tham khảo Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với những nội dung ựược viết trong luận văn này

Hà nội, ngày 06 tháng 11 năm 2008

HỌC VIÊN

LỜI CAM đOAN ẦẦẦ Ầ 2

MỤC LỤC ẦẦẦ.ẦẦẦ.3

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 4

MỞ đẦU 6

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 8

1.1 Mục tiêu và nhiệm vụ của ựề tài 8

1.2 Tình hình phát triển công nghệ 3G trên thế giới và tại Việt Nam 8

1.3 So sánh hệ thống WCDMA với các hệ thống 2G 19

1.4 So sánh, ựánh giá 2 công nghệ W-CDMA và CDMA - 2000 22

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG WCDMA 25

2.1 Hệ thống thông tin trải phổ 25

2.2 Giới thiệu chung hệ thống UMTS 27

3.1 Khả năng chuyển ựổi 2G lên 3G 37

3.2 Cấu trúc hệ thống GSM ựang tồn tại 40

3.3 Giai ựoạn HSCSD 44

3.4 Giai ựoạn GPRS 46

3.5 Giai ựoạn EDGE 49

3.6 Giai ựoạn UMTS 52

CHƯƠNG 4 CÁC PHƯƠNG ÁN CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI PHÁP PHÁT TRIỂN MẠNG 3G CHO VIETTEL 54

4.1 Giới thiệu về công ty Viettel Telecom 54

4.2 đánh giá về cơ sở hạ tầng mạng hiện có 54

4.3 Phân tắch các phương án và lựa chọn giải pháp 63

4.4 Tắnh toán các thông số và xây dựng cấu trúc mạng 73

4.5 Một số thiết bị mạng 3G của Siemens 90

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TRIỂN KHAI 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

3G Third Generation – Thế hệ thứ ba

3GPP Third Generation Partnership Project – Dự án ñối tác 3G ATM Asynchronous Transfer Mode – Chế ñộ truyền không ñồng bộ BSC Base Station Controller – Bộ ñiều khiển trạm gốc

BSS Base Station Subsystem – Phân hệ trạm gốc BTS Base Transceiver Station – Trạm thu phát gốc

CDMA Code Division Multiple Access – ða truy nhập theo phân mã EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution – Tốc ñộ dữ liệu cao FDD Frequency Division Duplex – Song công phân tần

GGSN Gateway GPRS Support Node – Nút hỗ trợ cổng GPRS GPRS General Packet Radio Service – Dịch vụ vô tuyến gói chung GSM Global System for Mobile Communications – Hệ thống GSM HLR Home Location Register – Bộ ñăng ký vị trí thường trú

HSCSD High Speed Circuit Switched Data – Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc ñộ cao

IP Internet Protocol – Giao thức Internet

ITU International Telecommunications Union – Liên minh viễn thông quốc tế

IPv6 IP version 6 – IP phiên bản 6

IWF Internetworking Functions – Khối chức năng liên mạng MAP Mobile Application Protocol – Giao thức ứng dụng di ñộng MS Mobile Staion – Máy di ñộng

MSC Mobile Switching Center – Trung tâm chuyển mạch di ñộng

PLMN Public Land Mobile Network – Mạng di ñộng mặt ñất công cộng PSTN Public Switched Telephone Network – Mạng ñiện thoại chuyển

mạch gói công cộng

RAN Radio Access Network – Mạng truy nhập vô tuyến

SGSN Serving GPRS Support Node – Nút hỗ trợ phục vụ GPRS SMS Short Message Service – Dịch vụ nhắn tin ngắn

TCP Trasmission Control Protocol – Giao thức ñiều khiển truyền TDD Time Division Duplex – Song công phân thời

TDMA Time Division Multiple Access – ða truy nhập phân chia theo thời gian

UMTS Universal Mobile Telecommunications System – Hệ thống thông tin di ñộng UMTS

UTRA Universal Terrestrial Radio Access – Truy nhập vô tuyến mặt ñất của UMTS

VLR Visitor Location Register – Bộ ñăng ký vị trí tạm trú VPN Virtual Private Network – Mạng riêng ảo

WAP Wireless Application Protocol – Giao thức ứng dụng vô tuyến WCDMA Wideband Code Division Multiple Access – ða truy nhập phân

mã băng rộng

MỞ ðẦU

Nhu cầu trao ñổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện ñại Sự ra ñời của thông tin di ñộng là một bước ngoặt lịch sử trong ngành viễn thông cũng như bước phát triển quan trọng của loài người Qua quá trình phát triển và cho ñến ngày nay ñó là mạng di ñộng 3G Cùng với việc cho phép kết nối mọi nơi, mọi lúc, là một trong những khả năng của mạng 3G 3G mang tới nhiều tiện ích, ứng dụng hơn là khả năng di ñộng cho Internet Các dịch vụ mới sẽ xuất hiện như nhắn tin ña phương tiện, các dịch vụ ñịnh vị, các dịch vụ thụng tin cá nhân, vui chơi giải trí, các dịch vụ ngân hàng, thanh toán ñiện tử sẽ phát triển mạnh ở Việt Nam, các hệ thống thông tin di ñộng thế hệ thứ ba cũng ñã và sẽ ñược nhanh chóng triển khai

ðể theo kịp xu thế chung của thế giới là tiến tới mạng thế hệ sau 3G và cung cấp các dịch vụ mới, việc nghiên cứu ñể triển khai, chuyển ñổi sang mạng 3G tại Việt Nam là cần thiết ðối với các nhà khai thác mạng di ñộng GSM thì cái ñích 3G là các hệ thống thông tin di ñộng CDMA băng rộng (W-CDMA) theo chuẩn IMT-2000 Xuất phát từ ñịnh hướng này, luận văn ñề cập ñến (Nghiên cứu công nghệ CDMA ứng dụng cho nâng cấp mạng GSM của Viettel lên 3G) nghiên cứu tổng quan về công nghệ W-CDMA và hệ thống thông tin di ñộng W-CDMA nói chung, phân tích các quá trình phát triển lên 3G từ ñó ứng dụng lựa chọn, tính toán dụng lượng mạng trên cơ sở ñó xây dựng cấu trúc 3G, phù hợp với xu hướng phát triển mạng thông tin di ñộng Viettel

Luận văn ñược chia làm 4 chương:

Chương 1: Giới thiệu chung về tình hình phát triển di ñộng 3G tên thế giới và tại Việt nam

Chương 2: Hệ thống WCDMA: Giới thiệu tổng quan về công nghệ và hệ thống WCDMA

Chương 3: Phân tích quá trình phát triển lên mạng 3G Chương 4: Ứng dụng mạng 3G cho phát triển mạng Viettel

Mặc dù ñã hết sức cố gắng và ñã nhận ñược nhiều ý kiến ñóng góp quí báu từ các thầy cô giáo, nhưng do thời gian có hạn, luận văn chưa thể ñi sâu vào nhiều khía cạnh kỹ thuật khác Song những vấn ñề mà luận văn ñề cập tới là những yếu tố quan trọng ñã và ñang ñưa vào sử dụng cũng như những ứng dụng của nó trong phát triển mạng thông tin di ñộng 3G Rất mong ñược sự ñóng góp và giúp ñỡ hơn nữa của các thầy cô giáo và ñồng nghiệp ñể luận văn ñược kết quả tốt hơn

Sau cùng em xin chân thành cám ơn thầy giáo TS Bạch Thành Lê, người trực tiếp hướng dẫn và giúp ñỡ em hoàn thành luận văn này Em xin cám ơn các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ Thông tin ñã giúp ñỡ em trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình hoàn thành luận văn này

Tác giả

ðào Quang Anh

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Mục tiêu và nhiệm vụ của ựề tài

1.1.1 Mục tiêu của ựề tài

Nghiên cứu công nghệ WCDMA và quá trình nâng cấp mạng GSM(2G) lên WCDMA(3G) ựể ứng dụng cho phát triển mạng thông tin di ựộng Viettel

1.1.2 Nhiệm vụ của ựề tài

đánh giá tình hình phát triển công nghệ mạng 3G trên thế giới cũng như tại Việt Nam và nêu lên sự cần thiết phát triển 3G tại Việt Nam

Tổng quan công nghệ WCDMA và mạng UMTS phân tắch các quá trình phát triển ựể nâng cấp mạng GSM (2G) lên mạng WCDMA (3G)

đưa ra các phương án có thể thực hiện phát triển mạng GSM lên 3G cho Viettel, lựa chọn và ựề xuất phương án tối ưu, ựể ựảm bảo khi phát triển mạng là tốt nhất cả về mặt kỹ thuật và về mặt kinh tế cho việc ựầu tư là có hiệu quả nhất Tắnh toán sơ bộ các thông số kỹ thuật mạng vô tuyến dựa trên khả năng tăng trưởng thuê bao 3G Trên cơ sở ựó lựa chọn giải pháp công nghệ và xây dựng cấu trúc mạng cho cả phần truy nhập vô tuyến và phần mạng lõi

1.2 Tình hình phát triển công nghệ 3G trên thế giới và tại Việt Nam 1.2.1 Lịch sử và xu hướng phát triển

Hình 1.1 Các bước phát triển ñến mạng thế hệ thứ 3

Lịch sử ra ñời và sự phát triển của dịch vụ di ñộng từ thế hệ ñầu tiên 1G tới thế hệ 3G trải qua nhiều giai ñoạn khác nhau Bảng 1.1 cho thấy tóm lược quá trình tiến triển của công nghệ thông tin di ñộng

Bảng 1.1 tóm lược quá trình tiến triển của công nghệ thông tin di ñộng Quá trình bắt ñầu với các thiết kế ñầu tiên ñược biết ñến như là 1G trong những năm 70 của thế kỷ trước Các hệ thống ra ñời sớm nhất ñược thực hiện dựa trên công nghệ tương tự và cấu trúc tế bào cơ bản của thông tin di ñộng Nhiều vấn ñề có tính nguyên tắc cơ bản ñã ñược giải quyết trong những hệ thống này Và có nhiều các hệ thống không tương thích ñã ñược ñưa ra cung cấp dịch vụ trong những năm 80, như: AMPS, TACS, NMT,…

Các hệ thống thế hệ thứ 2 (2G) ñược xây dựng trong những năm 80 vẫn ñược sử dụng chủ yếu cho thoại nhưng ñã ñược thực hiện trên cơ sở công nghệ số, bao gồm các kỹ thuật xử lý tín hiệu số Các hệ thống 2G này cung cấp các

dịch vụ thông tin dữ liệu chuyến mạch kênh ở tốc ñộ thấp Tính cạnh tranh lại một lần nữa dẫn tới việc thiết kế và thực hiện các hệ thống bị phân hoá thành các chuẩn khác nhau không tương thích như: GSM (hệ thống di ñộng toàn cầu) chủ yếu ở châu Âu, TDMA (ña truy nhập phân chia theo thời gian) IS-54/IS-136 ở Mỹ, PDC (hệ thống di ñộng tế bào số cá nhân) ở Nhật và CDMA (ña truy nhập phân chia theo mã) IS-95, một hệ thống khác tại Mỹ Các hệ thống này hoạt ñộng rộng khắp trên lãnh thổ quốc ra hoặc quốc tế và hiện nay chúng vẫn chiếm vai trò là các hệ thống chủ ñạo, mặc dù tốc ñộ dữ liệu của các thuê bao trong hệ thống bị giới hạn nhiều

Bước chuyển tiếp giữa 2G và 3G là 2.5G Thế hệ 2,5G ñược phát triển từ 2G với dịch vụ dữ liệu và các phương thức chuyển mạch gói, và nó cũng chú trọng tới các dịch vụ 3G cho các mạng 2G Về cơ bản nó là sự phát triển của công nghệ 2G ñể tăng dung lượng trên các kênh tần số vô tuyến của 2G và bước ñầu ñưa các dịch vụ dữ liệu dung lượng cao hơn vào, có thể nâng tới 384 Kbps Một khía cạnh rất quan trọng của 2.5G là các kênh dữ liệu ñược tối ưu hoá cho dữ liệu gói truy nhập vào Internet từ các thiết bị di ñộng như ñiện thoại, PDA hoặc máy tính xách tay Trên cùng một mạng lưới với 2G, thế hệ 2.5G ñã ñưa internet vào thế giới thông tin di ñộng cá nhân ðây thực sự ñã là một khái niệm mang tính cách mạng cho hệ thống viễn thông lai ghép hybrid

Trong thập kỷ 90, các nhà nghiên cứu ñã ñịnh nghĩa ra hệ thống di ñộng thế hệ kế tiếp, thế hệ thứ 3, ñã loại trừ ñược những sự không tương thích của các hệ thống trước ñây và thực sự trở thành hệ thống toàn cầu Hệ thống 3G có các kênh thoại chất lượng cao cũng như các khả năng về dữ liệu băng rộng, có thể ñạt tới 2Mbps

Các hệ thống 3G hứa hẹn cung cấp những dịch vụ viễn thông tốc ñộ cao hơn, bao gồm thoại, fax và internet ở bất cứ thời gian nào, bất cứ nơi ñâu với sự chuyển vùng roaming toàn cầu không gián ñoạn Chuẩn 3G toàn cầu của ITU ñã mở ñường cho các ứng dụng và dịch vụ sáng tạo (ví dụ loại hình giải trí ña phương tiện, các dịch vụ dựa trên vị trí,…) Mạng 3G ñầu tiên ñược thiết lập tại Nhật bản năm 2001 Các mạng 2.5G, như là GPRS (dịch vụ vô tuyến gói chung) ñã sẵn sàng ở Châu Âu Công nghệ 3G hỗ trợ băng thông 144 Kbps với tốc ñộ di chuyển lớn (trên xe hơi), 384 Kbps (trong một khu vực), và 2 Mb ps (ñối với trường hợp trong nhà) Hình 1.2 thể hiện các dịch vụ ñược tích hợp ở mang thế hệ thứ 3

Hình 1.2 Các dịch vụ ñược tích hợp ở mạng thế hệ thứ 3

Các dịch vụ dữ liệu (data) của WCDMA

WCDMA cung cấp các dịch vụ dữ liệu tốt ñộ cao hơn và sử dụng hiệu quả phổ băng tần hơn các công nghệ trước ñó như GSM, GPRS hoặc EDGE Phiên bản ñầu tiên của WCDMA là R99 và phiên bản mới nhất gần ñây là HSDPA (Release 5), HSUPA (Release 6) cung cấp tốt ñộ dữ liệu tốc ñộ cao cho ñường

TV Internet

SatelliteTV VOD

lên UL và ñường xuống riêng biệt DL Phiên bản trong tương lai sẽ là HSPA (Release 7) và LTE (Release 8), như trong hình 1.3

Hình 1.3 Các dịch vụ dữ liệu (data) của WCDMA

1.2.2 Tình hình phát triển 3G trên thế giới

Cho ñến tháng 1/2008, có 197 nhà khai thác kinh doanh thông tin di ñộng thế hệ thứ ba (3G) hoạt ñộng trên thế giới ñã có 87 nước và vùng lãnh thổ, phục vụ cho 180 triệu thuê bao Sau ñây là sơ ñồ các nước sử dụng dịch vụ 3G

Hình 1.4 Các nước triển khai dịch vụ 3G

Dịch vụ 3G ở Nhật Bản và Hàn Quốc phát triển rất cao Nhờ có sự thúc ựẩy của chắnh phủ và thái ựộ tắch cực của các nhà khai thác, ứng dụng công nghệ 3G ở hai nước này từ năm 2001; việc kắch thắch thị trường thời gian ựầu khá tốt, người dùng cũng tha thiết với dịch vụ mới Các nước đông Nam Á cũng phát triển mạnh mẽ trong những năm gần ựây, ựặc biệt là Singapore và Thái Lan

Mức ựộ phát triển chung thị trường thông tin di ựộng ở các nước Châu Âu rất cao, mức phổ cập dịch vụ di ựộng lên ựến khoảng 90%, nhưng các nhà khai

thác truyền thống triển khai dịch vụ 3G tương ñối thận trọng, nước ñầu tiên triển khai ở Châu Âu là Bỉ là vào 2002

Sự phát triển dịch vụ 3G ở Châu Mỹ tương ñối chậm chạp so với các vùng khác trên thế giới ðến năm 2005 ở Mỹ mới bắt ñầu triển khai 3G

Mức ñộ phát triển dịch vụ 3G của Nhật Bản và Hàn Quốc, hai nước Châu Á, là chiếm hàng ñầu của thế giới; biểu hiện thị trường 3G ở Châu Âu nói chung là bình bình, nhưng cũng có ñiểm sáng, chủ yếu là ở Italia và Anh; ở Châu Mỹ thì sự phát triển ở Mỹ là tương ñối nổi bật; còn Châu Phi là thị trường sẽ ñược khai phá trong tương lai

Cùng với ra ñời dịch vụ 3G của các nhà khai thác, các nhà cung cấp thiết bị ñầu cuối ñã nhanh chóng ñưa ra ña dạng chủng loại Hiện nay máy ñầu cuối WCDMA ñã có 26 nhãn hiệu, 186 loại sản phẩm; sản phẩm ñầu cuối EV-DO cũng lên ñến 156 loại

Trong các loại dịch vụ của 3G, ñóng góp lớn nhất vào thu nhập vẫn là dịch vụ ñiện thoại, chiếm hơn 90% tổng thu nhập, nhưng ñóng góp vào thu nhập của các dịch vụ phi thoại ñang tăng trưởng ñều Dịch vụ 3G ñược ñánh giá cao nhất trong tương lai bao gồm ña truyền thông, truyền hình thu qua máy cầm tay.v.v

Doanh thu từ các dịch vụ nội dung và video chiếm tỷ trọng lớn trong mạng 3G, và doanh thu trên một ñầu thuê bao ARPU cao hơn 2G 40% Hình 1.5 thể hiện kết cấu doanh thu các dịch vụ 3G

3G Worldwide Revenues Composition 2008

Simple Voice, 28%

Mobile Intranet/Extranet,

14%Customised

infotainment, 36%

Consumer MMS, 6%Rich Voice, 4%Location-Based

Services, 2%Businiess MMS,

7%Mobile Internet

Access, 3%

Hình 1.5 Kết cấu doanh thu các dịch vụ 3G

Do hoàn cảnh thị trường ở các nước có khác nhau, sách lược phát triển 3G mà các nhà khai thác lựa chọn cũng không hoàn toàn giống nhau Ở Nhật Bản các nhà khai thác, như DoCoMo, chủ yếu là thông qua sự tiến bộ của kỹ thuật và sáng tạo mới về dịch vụ ñể ñi ñến thành công Hiện nay mạng 3G ở Nhật ñã phủ sóng ñến 99,7% 94% thuê bao dùng 2G ñang quá ñộ sang 3G, tỷ lệ này là cao nhất trên toàn thế giới Các nhà khai thác và các nhà sản xuất máy cầm tay phối hợp với nhau thiết kế chế tạo máy ñầu cuối Giá cả của máy cầm tay 3G ñã tương ñương với máy cầm tay 2G, cho nên các thuê bao dùng muốn ñổi máy cầm tay Các nhà khai thác ñưa ra các dịch vụ mới rất hấp dẫn trên mạng, ví dụ như trích xuất âm nhạc, mua hàng qua máy cầm tay v.v…

Công ty 3G của Hutchison có trụ sở chính ñóng tại Hongkong cũng là một trong số các nhà khai thác ñi ñầu về dịch vụ 3G trên toàn cầu; nắm 10 giấy phép 3G ở các thị trường úc, áo, ðan Mạch, Hongkong, Italia, Ai Len, Israel, Na Uy, Anh, Thụy ðiển v.v ñến 175 triệu dân, chỉ chi cho giấy phép tổng cộng ñến 10,2

tỷ USD ðầu tư xây dựng mạng lưới 3G của công ty ñã vượt 27 tỷ USD Sách lược phát triển 3G của Công ty 3G Hutchison là cước phí linh hoạt Số thuê bao dùng 3G của công ty này chưa ñến 6 triệu, năm nay sẽ ñột phá 10 triệu

Sự phát triển dịch vụ 3G của ñại ña số các nhà khai thác Châu Âu là tương ñối chậm chạp Nguyên nhân chủ yếu, một là chi trả cho giấy phép quá cao, làm cho các nhà khai thác thiếu lực ñể phát triển; hai là nhu cầu thị trường ñối với 3G chưa nhiều, chỉ khoảng 6% thuê bao dùng di ñộng có nhu cầu 3G; thông thường tỷ lệ này phải ñạt ñến 33%, nhà khai thác mới có thể thực hiện cân bằng thu - chi

1.2.3 Xu hướng phát triển 3G tại Việt Nam

Các ứng dụng truyền thông hữu ích như ñiện thoại truyền hình, ñịnh vị và tìm kiếm thông tin, truy cập Internet, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe nhạc và xem video chất lượng cao cùng nhiều ứng dụng dịch vụ viễn thông tiên tiến khác có thể thực hiện ñược trên mạng di ñộng 3G Nhưng ở Việt Nam 3G mới chỉ ñang “bước” chập chững

Thế giới ñang có 2 hệ thống 3G ñược chuẩn hóa song song tồn tại, một dựa trên công nghệ CDMA còn gọi là CDMA-2000, chuẩn còn lại do dự án 3rd Generation Partnership Project (3GPP) thực hiện 3GPP ñang xem xét tiêu chuẩn UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access TS Tiêu chuẩn này có 2 sơ ñồ truy nhập vô tuyến Một trong số ñó ñược gọi là CDMA băng thông rộng (WCDMA) Căn cứ vào những thông tin nói trên thì Việt Nam ñã gia nhập vào nhóm các nước ñã triển khai dịch vụ ñiện thoại thế hệ thứ 3 (3G), ñó chính là dịch vụ ñiện thoại di ñộng CDMA của nhà khai thác mạng S-Fone

Tuy nhiên, công nghệ CDMA-2000 1X mà S-Fone triển khai cũng chỉ ñược coi là giai ñoạn khởi ñầu của một hệ thống 3G hoàn chỉnh, vì CDMA-2000

có ñến ba phiên bản: CDMA-2000 1X, CDMA-2000 1xEV-DO và CDMA-2000 1xEV-DV CDMA2000 1X dành cho thoại và dữ liệu, hoạt ñộng trên kênh CDMA 1,25MHz chuẩn, cho phép truyền dữ liệu ñạt 307Kbps CDMA2000 1xEV-DO là phiên bản cao hơn, tối ưu cho những dịch vụ dữ liệu dung lượng lớn và tốc ñộ cao dựa trên công nghệ CDMA High Data Rate (tốc ñộ tối ña vượt 2Mbps)

CDMA2000 1xEV-DO ñạt tốc ñộ truyền dữ liệu vượt 10Mbps Nghĩa là ñể triển khai loạt các ứng dụng có dung lượng lớn, ñược coi là thế mạnh của 3G ngày nay thì CDMA 2000 1X của S-Fone chưa ñủ tầm Trong khi ñó, vấn ñề hiện nhiều người quan tâm là bao giờ người sử dụng công nghệ GSM (chiếm 95% số người dùng ñiện thoại di ñộng tại Việt Nam) có thể sử dụng 3G

Nhà sản xuất “chạy” trước, một lần nữa các nhà sản xuất lại ñi trước các nhà khai thác dịch vụ ñiện thoại di ñộng, khi lần lượt Nokia, Sony Eircsson ñã bán ra thị trường Việt Nam vài model ñiện thoại di ñộng hỗ trợ công nghệ 3G như Nokia 6680, 6630; Sony Ericsson Z800i, K608i Trong khi ñó loạt sản phẩm 3G Nseries dù chưa ñược Nokia bán chính thức tại Việt Nam cũng ñang thu hút ñược sự chú ý của người tiêu dùng, nhất là những người ưa thích công nghệ

Về cơ bản, ñây chỉ là sự chứng minh của các hãng cho thị trường thấy họ ñã có những sản phẩm cao cấp và tích hợp các công nghệ ñón ñầu, chứ các nhà sản xuất cũng thừa hiểu giá trị sử dụng công nghệ 3G tại Việt Nam chưa có vì các nhà khai thác mạng chưa triển khai ứng dụng 3G Tất nhiên, trên thế giới không chỉ có Sony Ericsson hay Nokia mà còn có Samsung, Motorola, LG thậm chí là cả Huewei (Trung Quốc) cũng góp mặt vào nhóm các nhà sản xuất ñiện thoại di ñộng 3G với sản phẩm U626

Không chỉ có các hãng sản xuất ựiện thoại di ựộng mà ngay cả Qualcomm, nhà phát triển và phát minh hàng ựầu của công nghệ CDMA cũng ựã có nhiều kế hoạch khuếch trương 3G tại Việt Nam Cuối tháng 7/2005, Qualcomm loan báo sẽ mở Trung Tâm Nghiên Cứu Công Nghệ 3G ựầu tiên tại Việt Nam Thời gian ựầu, trung tâm sẽ tổ chức các khóa ựào tạo về phát triển 3G, giới thiệu công nghệ CDMA, WCDMA và cách lập trình trên môi trường BREW (Binary Runtime Environment of Wireless) của Qualcomm

Các khóa học ựược thiết kế cho người ựã có kinh nghiệm lập trình bằng ngôn ngữ C và C++ ựể thúc ựẩy việc ứng dụng rộng rãi công nghệ 3G tại Việt Nam và các nước trong khu vực đây cũng là một phần của dự án thúc ựẩy sử dụng 3G tại Châu á mà Qualcomm giới thiệu vào năm ngoái Chưa hết, giữa tháng 9 vừa qua, tại Hà Nội, Qualcomm ựã tổ chức thảo và ựào tạo về BREW, giới thiệu giải pháp tổng thể về dữ liệu và ứng dụng trên thiết bị di ựộng của Qualcomm BREW cũng chắnh là một trong những ựộng lực thúc ựẩy sự phát triển các ứng dụng và nội dung của hầu hết các hoạt ựộng 3G trên toàn thế giới

Khởi ựầu là việc Viettel phối hợp cùng Ericsson thực hiện thành công việc trình diễn các dịch vụ thông tin di ựộng 3G vào ựầu năm 2006 Nhiều ứng dụng thông tin di ựộng 3G thú vị như ựiện thoại truyền hình, ựịnh vị toàn cầu và tìm kiếm thông tin, truy cập Internet, video chất lượng cao ựã ựược thực hiện trong môi trường mạng di ựộng tốc ựộ cao

Theo các chuyên gia trong ngành viễn thông, ựường tới 3G của GSM là WCDMA Nhưng trên con ựường ựó, các nhà khai thác dịch vụ ựiện thoại di ựộng phải trải qua giai ựoạn 2,5 (2,5G) Thế hệ 2,5G bao gồm những gì? đó là: dữ liệu chuyển mạch gói tốc ựộ cao (HSCSD), dịch vụ vô tuyến gói chung

(GPRS - Viettel triển khai hơn 3 năm nay), và Enhanced Data Rates for Global Evolution (EDGE)

Nghe thì ñơn giản nhưng thực tế, ñể triển khai 3G, một trong những khó khăn của các nhà khai thác mạng GSM là vấn ñề ứng dụng Ngoài ra, họ cũng ñang phải tìm câu trả lời cho câu hỏi: “ðầu tư hạ tầng có ñáp ứng ñược nhu cầu của người dùng hay không?” Bởi triển khai 3G trên mạng ñiện thoại hiện hành sẽ theo hướng nâng cấp từ nền tảng cơ sở ñã có Song song với thử nghiệm còn phải xây dựng dự án ñầu tư, phải có thời gian ñể hoàn tất thủ tục dự án Một yếu tố nữa là khách hàng phải có máy ñầu cuối thích hợp khi sử dụng công nghệ 3G trong dịch vụ thông tin di ñộng

Bên phía CDMA, ngoài S-Fone như ñã nói ở trên, “ẩn số” lớn của ngành ñiện thoại di ñộng là Hanoi Telecom cũng ñã nhiều lần nhắc tới việc họ sẽ sử dụng ngay công nghệ CDMA2000 1xEV-DO khi bắt ñầu chính thức thương mại hoá các dịch vụ di ñộng Hẳn nhiên ai cũng biết CDMA2000 1xEV-DO ñang gặt hái nhiều thành công trong việc triển khai các dịch vụ liên quan ñến dữ liệu tại các nước ñang sử dụng công nghệ này mà Hàn Quốc là một ví dụ ñiển hình

Dù cái ñích 3G có thể còn cách xa nhưng hiện cả nhà sản xuất lẫn nhà khai thác dịch vụ ñều ñã có những bước ñi thích hợp ñể tiến tới 3G, vấn ñề còn lại là bao giờ? Một trong những yếu tố quyết ñịnh ñiều này là nhu cầu và số lượng người dùng

1.3 So sánh hệ thống WCDMA với các hệ thống 2G 1.3.1 So sánh WCDMA và GSM

Bảng 1.2 So sánh hai hệ thống GSM và WCDMA

D¶i tÇn 900 MHz vµ 1800 MHz D¶i tÇn xÊp xØ 2 GHz

Độ rộng băng tần kênh 200 KHz Độ rộng băng tần kênh 5 MHz

di động

+ Lên tới 2 Mbps với trạm cố định Phương pháp đa truy cập TDMA Phương pháp đa truy cập CDMA Qui hoạch vô tuyến có tính chất tĩnh với

Điều khiển công suất: các thuật toán điều khiển công suất đơn giản

Điều khiển công suất là vấn đề thiết yếu trong mạng

Chuyển giao: Chỉ có chuyển giao cứng Chuyển giao: có 3 loại chuyển giao: chuyển giao cứng, mềm và mềm hơn

1.3.2 So sỏnh WCDMA và IS-95

Cả WCDMA và IS-95 ủều sử dụng cụng nghệ CDMA trải phổ trực tiếp Tốc ủộ chip 3,84 Mcps, hệ thống WCDMA cho phộp tốc ủộ bit cao hơn Tốc ủộ chip cao hơn cũng giỳp khả năng phõn tập ủa ủường nhiều hơn so với tốc ủộ chip 1,2288 Mcps, ủặc biệt những cell nhỏ ở ủụ thị

1500 Hz, cả đường lên lẫn đường xuống

Đường lên: 800 Hz, đường xuống: điều khiển

công suất thấp Chuyển giao giữa các tần

số

định rõ phương pháp đo Các thuật toán quản lý

nguồn tài nguyên vô tuyến hiệu quả

Có, giúp cải thiện được chất lượng dịch vụ theo yêu cầu

Không cần thiết chỉ đối với các mạng thoại

Số liệu gói Lịch trình gói dựa theo tải Số liệu gói được truyền như đối với các cuộc gọi ngắn sử dụng chuyển mạch kênh

Phân tập truyền phát đường xuống

Hỗ trợ để cải thiện dung lượng đường xuống

Tiêu chuẩn không hỗ trợ

WCDMA cú khả năng ủiều khiển cụng suất vũng khộp kớn nhanh ở cả ủường lờn và ủường xuống, trong khi IS-95 sử dụng ủiều khiển cụng suất nhanh chỉ ở ủường lờn ðiều khiển cụng suất nhanh ở ủường xuống giỳp cải thiện chất lượng ủường truyền và tăng cường dung lượng ủường xuống ðiều này ủũi hỏi cỏc mỏy ủầu cuối phải cú cỏc tớnh năng mới như ủiều khiển cụng suất vũng ngoài mà cỏc mỏy ủầu cuối của IS-95 khụng cần

Hệ thống IS-95 nhằm mục ủớch chớnh ủể ứng dụng macro cell Cỏc trạm gốc macro cell ủược ủặt trờn mỏi nhà, ở ủú cú thể dễ dàng nhận ủược tớn hiệu GPS Trạm gốc IS-95 cần phải ủược ủồng bộ và quỏ trỡnh ủồng bộ thực hiện nhờ hệ thống GPS Sự cần thiết cú tớn hiệu GPS làm khả năng triển khai cell trong nhà và micro cell khú khăn hơn, bởi vỡ việc nhận tớn hiệu GPS mà khụng cú kết nối trong tầm nhỡn thẳng ủến cỏc vệ tinh GPS là khú khăn Vỡ vậy, người ta thiết kế hệ thống WCDMA với cỏc trạm gốc khụng ủồng bộ, tại ủú khụng cần tớn hiệu

ủồng bộ từ GPS Cỏc trạm gốc khụng ủồng bộ khiến cho việc chuyển giao của hệ thống WCDMA hơi khỏc so với IS-95

Chuyển giao giữa cỏc tần số ủược xem là quan trọng ủối với hệ thống WCDMA ủể tối ủa húa việc sử dụng một số súng mang ở mỗi trạm gốc ở hệ thống IS-95, phương phỏp ủo lường giữa cỏc tần số chưa ủược xỏc ủịnh rừ, khiến cho việc chuyển giao giữa cỏc tần số trở nờn khú khăn hơn

1.4 So sỏnh, ủỏnh giỏ 2 cụng nghệ W-CDMA và CDMA - 2000 1.4.1 ðiểm giống nhau

- ðều dựa trờn cụng nghệ trải phổ trực tiếp

- ðều ủỏp ứng ủầy ủủ cỏc yờu cầu của IMT-2000 + Duy trỡ hỗ trợ cỏc dịch vụ truyền thống

+ Hỗ trợ cỏc dịch vụ ủa phương tiện tốc ủộ cao, dữ liệu gúi và truy nhập IP

Không có chế độ đa sóng mang

hiệu 10, 20, 40, 80 ms đối với lớp truyền dẫn

20, 40, 80 đối với lớp vật lý

Mj hóa kênh Dùng mj có hệ số trải phổ biến thiên trực giao (OVSF), từ 4 - 256 bit

dùng mj Walsh, từ 4 - 128 bit

Mj nhận dạng đối với sector

Dùng 512 mj ngẫu nhiên hóa, mỗi mj nhận dạng một sector riêng biệt

dùng chung một mj PN ngắn, nh−ng sử dụng 512 giá trị PN offset khác nhau để nhận dạng các sector khác nhau

Mj nhận dạng MS Dùng mj ngẫu nhiên hóa, gắn bởi sector để nhận dạng MS

dùng chung một mj PN dài, nh−ng tạo ra các giá trị PN offset khác nhau theo số seri thiết bị của MS để nhận dạng các MS khác nhau

Về ủồng bộ, W-CDMA dựng dị bộ ở chế ủộ FDD, cũn ở chế ủộ TDD cỏc trạm gốc ủược phõn cấp ủồng bộ, nếu khụng cần roaming toàn cầu thỡ khụng cần ủồng bộ từ hệ thống ủịnh vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) ðiều này phần nào tạo cho hệ thống cú tớnh ủộc lập hơn Trong khi cdma-2000 bắt buộc cần GPS ủể ủồng bộ

Về tớnh tương thớch ngược với mạng lừi 2G, W-CDMA ủơược xõy dựng trờn cơ sỏ bỏo hiệu mạng lừi GSM-MAP cũn cdma-2000 trờn cơ sở IS-41 (mạng lừi của IS-95 CDMA) Như vậy, nhiều khả năng UTRA ủược chọn bởi cỏc nhà khai thỏc GSM, trong khi nhà khai thỏc CDMA IS-95 chọn CDMA- 2000

1.4.3 ðặc ñiểm băng tần

W-CDMA có phổ trong phần băng tần của IMT-2000 Tuy nhiên ở Châu Âu và Nhật ñã có hệ thống DECT và PHS chiếm một phần nhỏ phổ tần Phần phổ tần còn lại ñươợc sử dụng cho W-CDMA với băng thông chuẩn là 5MHz

cdma- 2000 ở Mỹ tần số cho 3G theo WRC-92 ñã ñược phân chia hết cho dịch vụ PCS Do ñó cdma-2000 ñươợc thiết kế ñể có thể hoạt ñộng chung với IS-95 CDMA dùng băng thông cơ sở 1,25MHz ðể cung cấp dịch vụ tốc ñộ cao, cdma2000 ghép 3 kênh 1,25MHz (CDMA ña sóng mang) hoặc cũng có thể trải phổ trực tiếp trên băng thông 3,75MHz (1,25MHz x 3)

1.4.4 Những phát triển tiếp

Tốc ñộ chip của UTRA ban ñầu là 4,096Mcps ñã ñược thống nhất giảm xuống 3,84Mcps gần với tốc ñộ chip của cdma- 2000 là 3,6864Mcps cho phép dễ dàng chế tạo máy ñầu cuối có 2 chế ñộ hơn

Người ta còn tiếp tục chuẩn hoá ñể W-CDMA và cdma-2000 ở pha tiếp theo có thể tương thích ngược với cả hai loại mạng lõi GSM-MAP và IS-41 Như vậy việc chọn UTRA hay cdma-2000 phụ thuộc chính vào mục tiêu roaming toàn cầu với thị trường lớn hơn và giải pháp làm cấu trúc ñầu cuối cũng như mạng lõi ñơn giản hơn

Tóm lại, có thể nói rằng không thể khẳng ñịnh công nghệ nào ưu việt hơn Bởi thế, tuỳ thuộc vào hạ tầng sẵn có mà việc dùng cdma-2000 hay W-CDMA sẽ thuận lợi hơn cho việc phát triển Mặc dù các tổ chức chuẩn hoá vẫn tiếp tục cố gắng ñạt ñược khả năng ñấu nối linh hoạt giữa các mạng lõi khác nhau, W-CDMA vẫn thuận lợi hơn ñối với các nhà khai thác GSM hiện có với giao thức mạng lõi GSM-MAP Ngược lại, CDMA- 2000 thuận tiện cho việc nâng cấp từ hệ thống cdmaOne (CDMA IS-95) hiện có với giao thức mạng lõi ANSI-41

CHƯƠNG 2

HỆ THỐNG WCDMA 2.1 Hệ thống thông tin trải phổ

Nếu có một tín hiệu với ñộ rộng băng tần là W, thời gian tồn tại là T thì không gian phổ của tín hiệu này xấp xỉ là 2WT ðể trải rộng phổ của tín hiệu này có 2 cách:

- Cách 1: Tăng giá trị W bằng trải phổ trong miền tần số (trải phổ dãy trực

tiếp và trải phổ nhảy tần )

- Cách 2: Tăng giá trị T bằng trải phổ trong miền thời gian (trải phổ nhảy

thời gian)

Như vậy có ba kiểu hệ thống trải phổ cơ bản: trải phổ dãy trực tiếp DSSS (Direct Sequence Spreading Spectrum), trải phổ nhảy tần FHSS (Frequency Hopping Spreading Spectrum) và trải phổ nhảy thời gian THSS (Time Hopping Spreading Spectrum) Ngoài ra cũng có thể tổng hợp các hệ thống trên thành hệ thống lai ghép

Hệ thống DSSS thực hiện trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc ñộ chip (RC = l/Tc, Tc là thời gian một chip) cao hơn nhiều tốc ñộ bit (Rb = l/Tb, Tb là thời gian một bit) của luồng số cần phát.

Tb = Tn TC

Ký hiệu:

Tn: Chu kỳ của mã giả ngẫu nhiên dùng cho trải phổ Tb: Thời gian một bit của luồng số cần phát

Tc: Thời gian một chip của mã trải phổ

Hệ thống FHSS thực hiện trải phổ bằng cách nhảy tần số mang trên một tập lớn các tần số Mẫu nhảy tần có dạng giả ngẫu nhiên Tần số mang trong khoảng thời gian của một chip Tc giữ nguyên không ñổi Tốc ñộ nhảy tần có thể nhanh hoặc chậm Trong hệ thống nhảy tần nhanh, nhảy tần ñược thực hiện ở tốc ñộ cao hơn tốc ñộ bit của bản tin, còn ở hệ thống nhảy tần chậm thì ngược lại

Trong hệ thống THSS, một khối các bit số liệu ñược nén và ñược phát ngắt quãng trong một hay nhiều khe thời gian trong một khung chứa một số lượng lớn các khe thời gian Một mẫu nhẩy thời gian sẽ xác ñịnh các khe thời gian nào ñược sử dụng ñể truyền dẫn trong mỗi khung ðộ rộng khe t = T1/M,

trong đĩ M là số khe thời gian trong một khung (trong t/h này M =

Hiện nay, điều đáng quan tâm về các hệ thống trải phổ là các ứng dụng đa truy nhập mà ở đĩ nhiều người sử dụng cùng chia sẻ một độ rộng băng tần truyền dẫn Trong hệ thống DSSS, tất cả các người sử dụng cùng dùng chung một băng tần và phát tín hiệu của họ đồng thời Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên chính xác để lấy ra tín hiệu mong muốn bằng cách nén phổ Các tín hiệu khác xuất hiện ở dạng các nhiễu phổ rộng cơng suất thấp tựa tạp âm Trong các hệ thống FHSS và THSS, mỗi người sử dụng được ấn định một mã giả ngẫu nhiên sao cho khơng cĩ cặp máy phát nào sử dụng cùng tần số hay cùng khe thời gian cho nên các máy phát sẽ tránh được xung đột Như vậy, FHSS và THSS là kiểu hệ thống tránh xung đột, trong khi đĩ DSSS là kiểu hệ thống lấy trung bình Hệ thống thơng tin di động sử dụng DSSS nên ta chỉ xét đến kỹ thuật trải phổ DSSS

2.2 Giới thiệu chung hệ thống UMTS

Nền tảng của mạng GSM hiện tại sẽ được mở rộng thành mạng lưới rất rộng lớn để cĩ thể phục vụ một số lượng thuê bao dự đốn trong tương lai Cấu trúc hệ thống UMTS hiện tại đang được nghiên cứu, về cơ bản cĩ thể chia ra những phần sau:

- Mạng truy cập UTRAN - Mạng lõi CN

- Thiết bị của người sử dụng UE

Và các phần trên ñược kết nối với nhau qua các giao diện mở Cấu trúc hệ thống UMTS

Ký hiệu:

- USIM (User Sim Card): Thẻ Sim Card của người sử dụng - MS (Mobile Station): Máy ñiện thoại di ñộng

- RNC (Radio Node Controller): Bộ ñiều khiển trạm gốc

- MSC (Mobile Services Switching Center): Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di ñộng

- VLR (Visitor Location Register): Bộ ghi ñịnh vị tạm trú Hình 2.4: Cấu trúc hệ thống UMTS

- SGSN (Servicing GPRS (General Packet Radio Service) Support Node): ðiểm hội trợ GPRS (Dịch vụ vô tuyến gói chung) ñang phục vụ

- GMSC (Gateway Mobile Services Switching Center): Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di ñộng cổng

- GGSN (Gateway GPRS Support Node): Nút hỗ trợ GPRS cổng - HLR (Home Location Register): Bộ ghi ñịnh vị thường trú

- UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network): Mạng truy nhập vô tuyến mặt ñất UMTS

- CN (Core Network): Mạng lõi

- Hiện tại tiến trình tiêu chuẩn hoá UMTS ñang ñược triển khai Phần mạng truy nhập của UMTS là UTRAN ñã ñược chuẩn hoá Tháng 01/1998, ETSI quyết ñịnh sử dụng UTRA FDD hay W-CDMA trên băng tần ñôi và UTRA TDD hay TD/CDMA trên băng tần ñơn

2.3 Mạng truy nhập UTRAN 2.3.1 ðặc tính mạng UTRAN

2.3.1.1 Phổ tần

Phổ tần hệ thống thông tin di ñộng mặt ñất UMTS gồm: - Băng tần kép (1929-1980 MHz ~ 2110-2170 MHz) - Băng tần ñơn (1910-1920 MHz ~ 2010-2025 MHz) Dải phổ trên ñã ñược lựa chọn ở cả Châu Âu và Nhật Bản

2.3.1.2 Hai chế ñộ kép

Trước hết ta phải phân biệt ñược các khái niệm UTRA-FDD hay CDMA và UTRA TDD hay TD/CDMA Từ hệ thống IMT-2000, ở Châu Âu ETSI ñã xây dựng nên hệ thống UMTS có giao diện vô tuyến là UTRAN có hai

W-chế ñộ hoạt ñộng là UTRAN FDD và UTRAN TDD ñều sử dụng công nghệ nền tảng là W-CDMA Trong khi ñó ở Nhật, ARIB cũng xây dựng nên một hệ thống 3G tương tự UMTS ở Châu Âu và giao diện vô tuyến cũng có hai chế ñộ là W-CDMA và TD/CDMA cũng sử dụng công nghệ W-CDMA làm nền tảng Như vậy ta có thể hiểu ñơn giản là UTRA FDD ở Châu Âu và W-CDMA ở Nhật là một, sử dụng băng tần kép có ñường lên và xuống ở hai dải tần số khác nhau phân chia theo tần số; còn UTRA TDD Châu Âu và TD/CDMA ở Nhật là một, sử dụng băng tần ñơn có ñường lên và xuống cùng băng tần nhưng ñược phân chia theo khe thời gian

Như vậy, hai chế ñộ ñược ñịnh nghĩa trong UTRA là FDD và TDD Cả hai chế ñộ ñều là CDMA băng rộng (W-CDMA) với ñộ rộng kênh vô tuyến là 5 MHz và ñã ñược phát triển nhằm sử dụng tối ña hiệu quả và lợi ích của CDMA ETSI ñang nỗ lực nhằm kết hợp hài hoà giữa hai chế ñộ này Hiện tại ETSI chỉ chú trọng ñến chế ñộ FDD và người ta chưa rõ là liệu TDD có ñược ñưa vào hệ thống UMTS pha 1 hay không

Tương tự, tổ chức tiêu chuẩn Nhật Bản (ARIB) cũng chưa coi TD/CDMA là một lựa chọn dự phòng TD/CDMA sẽ ñược sử dụng trên băng tần ñơn Lợi ích của TD/CDMA (cũng như UTRA TDD) là khả năng quản lý lưu lượng không song công (lưu lượng giữa ñường lên và ñường xuống khác nhau) Bởi TD/CDMA có ñường lên và ñường xuống ở trên cùng một băng tần chỉ phân cách về mặt thời gian, nên ñối với việc truyền số liệu không cân bằng giữa ñường lên và ñường xuống, hiệu quả phổ của chế ñộ TD/CDMA sẽ cao hơn so với chế ñộ W-CDMA (ấn ñịnh hai băng tần riêng cho ñường lên và ñường xuống) Lấy Internet là một ví dụ ñiển hình, rất nhiều thông tin ñược tải xuống từ các trang WEB mà rất ít thông tin ñược gửi ñi

Như vậy ta có thể thấy chế ñộ UTRA TDD ở Châu Âu (TD/CDMA ở Nhật) ưu ñiểm hơn chế ñộ UTRA-FDD (W-CDMA ở Nhật) tuy nhiên có thể chưa ñược triển khai ngay trong pha 1 vì lí do ñộ phức tạp của kỹ thuật

2.3.1.3 Dung lượng

UTRAN hỗ trợ cả tốc ñộ bit thấp và tốc ñộ bit cao Tốc ñộ 384kb/s khi chuyển ñộng và 2Mb/s khi cố ñịnh ñảm bảo ñáp ứng nhu cầu khác nhau của người sử dụng từ thoại tới ña dịch vụ multimedia Người sử dụng sẽ nhận thấy hiệu quả ứng dụng cao hơn so với các ứng dụng ngày nay ñang sử dụng trên mạng di ñộng ða dạng tốc ñộ truyền số liệu cũng thực hiện ñược bằng cách sử dụng các phương pháp trải phổ ñộng và tương thích năng lượng truyền sóng

2.3.1.4 Dữ liệu chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh

Các dịch vụ gói ñưa ra khả năng luôn luôn “trực tuyến - online” ñối với các ứng dụng mà không cần chiếm một kênh riêng biệt Các dịch vụ gói cũng cho phép người dùng trả tiền cước trên cơ sở tổng số byte số liệu trao ñổi qua mạng mà không phải trả tiền theo thời gian kết nối UTRAN có một chế ñộ tối ưu gói Nó hỗ trợ truyền nhanh các gói ñột xuất, truyền trên kênh riêng khi lưu lượng gói lớn và liên tục Các dịch vụ dữ liệu gói rất quan trọng ñối với việc xây dựng các ứng dụng kinh tế cho truy nhập mạng LAN và Internet

Các dịch vụ chuyển mạch kênh tốc ñộ cao là cần thiết ñối với các ứng dụng thời gian thực, ví dụ như hội nghị truyền hình

2.3.2 Cấu trúc hệ thống

Hệ thống UTRAN bao gồm một tập các phân hệ mạng vô tuyến RNS (Radio Network Subsystem) kết nối tới mạng lõi trên giao diện Iu và kết nối với nhau trên giao diện Iur Một phân hệ mạng vô tuyến RNS bao gồm một ñơn vị ñiều khiển mạng vô tuyến RNC (Radio Network Controller) và một hoặc nhiều

thực thể ñược gọi là nút B (Node B) Node B ñược nối với RNC trên giao diện Iub Mỗi RNS chịu trách nhiệm quản lý các ô vô tuyến của nó

Với mỗi kết nối giữa thiết bị người sử dụng UE với mạng UTRAN, sẽ có một RNS gọi là RNS phục vụ (Serving RNS) Khi cần thiết, các RNS kề cận (Drift RNS) hỗ trợ RNS phục vụ bằng cách cung cấp các kênh vô tuyến Vai trò của một RNS (phục vụ hay kề cận) là trên cơ sở từng kết nối giữa thiết bị người sử dụng và mạng UTRAN

RNS bao gồm chức năng tách/ghép kênh nhằm hỗ trợ sự phân tập giữa các Node B khác nhau

2.3.2.1 Cấu trúc RNC

Là phần tử mạng chịu trách nhiệm ñiều khiển các tài nguyên vô tuyến của UTRAN Nó giao diện với CN và kết cuối giao thức ñiều khiển tài nguyên vô

Hình 2.5: Cấu trúc mạng UTRAN

tuyến RRC (Radio Resource Control), giao thức này ñịnh nghĩa các bản tin và các thủ tục giữa MS và UTRAN Nó ñóng vai trò như BSC

RNC ñiều khiển nút B thông qua giao diện Iub ñược biểu thị như là RNC ñiều khiển CRNC (Control RNC) của nút B CRNC chịu trách nhiệm ñiều khiển tải và tránh nghẽn cho các ô của mình Khi một kết nối MS - UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên từ nhiều RNC, các RNC này sẽ có hai vai trò logic riêng biệt: - RNC phục vụ SRNC (Service RNC) ñối với một MS là RNC kết cuối cả

ñường Iu ñể truyền số liệu người sử dụng và cả báo hiệu RANAP (Radio Access Network Application Part) tương ứng từ / tới mạng lõi SRNC cũng kết cuối báo hiệu ñiều khiển tài nguyên vô tuyến: giao thức báo hiệu giữa UE và UTRAN Nó xử l í số liệu lớp 2 từ / tới giao diện vô tuyến SRNC cũng là CRNC của một nút B nào ñó ñược MS sử dụng ñể kết nối với UTRAN

- RNC kề cận DRNC (Drift RNC) là một RNC bất kỳ khác với SRNC ñể ñiều khiển các ô ñược MS sử dụng Khi cần nó thực hiện kết hợp, phân chia ở phân tập vĩ mô DRNC không thực hiện xử l í lớp 2 ñối với số liệu tới / từ giao diện vô tuyến mà chỉ ñịnh tuyến số liệu trong suốt giữa các giao diện Iub và Iur Một UE có thể có nhiều DRNC

2.3.2.2 Nút B (trạm gốc)

Thực hiện xử l í lớp 1 của giao diện vô tuyến (mã hoá kênh, ñan xen, thích ứng tốc ñộ trải phổ) Nó cũng thực hiện ñiều khiển công suất vòng trong Về chức năng nó giống như trạm gốc BTS ở GSM

2.4 Mạng lõi CN

- HLR là một cơ sở dữ liệu ñược ñặt tại hệ thống chủ nhà của người sử dụng ñể lưu giữ thông tin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng bao gồm: thông

tin về dịch vụ ñược phép, các vùng không ñược chuyển mạng và thông tin về các dịch vụ bổ sung như trạng thái và số lần chuyển hướng cuộc gọi

- MSC/VLR là tổng ñài MSC và cơ sở dữ liệu VLR ñể cung cấp dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí hiện thời của nó Chức năng của MSC là sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh CS (Channel Switch) Chức năng của VLR là lưu giữ bản sao về lý lịch của người sử dụng khách cũng như vị trí chính xác của UE trong hệ thống ñang phục vụ Phần mạng ñược truy nhập qua MSC/VLR gọi là vùng CS

- GMSC là chuyển mạch tại ñiểm kết nối UMTS PLMN với mạng CS bên ngoài

- SGSN có chức năng giống MSC/VLR nhưng sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói PS (Packet Switch) Phần mạng truy nhập qua SGSN gọi là vùng PS

- GGSN có chức năng giống GMSC nhưng liên quan ñến dịch vụ PS

2.5 Thiết bị người sử dụng UE (user Equipment)

- 2.6 Các giao diện mở

- Giao diện Cu: là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao diện này tuân theo một khuôn dạng tiêu chuẩn cho thẻ thông minh

- Giao diện Uu: là giao diện vô tuyến của W-CDMA Uu là giao diện mà qua ñó UE truy nhập các phần tử cố ñịnh của hệ thống nên là giao diện mở quan trọng nhất ở UMTS

- Giao diện Iu: nối UTRAN với CN Giống như các giao diện tương ứng ở GSM: A (chuyển mạch kênh) và Gb (chuyển mạch gói) Iu cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau

- Giao diện Iur: cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau

- Giao diện Iub: kết nối một nút B với một RNC Giao diện Iub cho phép hỗ trợ sự cạnh tranh giữa các nhà sản xuất

2.6 Mạng truyền dẫn

Truyền dẫn trên hệ thống UTRAN sẽ chắc chắn dựa trên ATM Người ta ñã thảo luận việc liệu tiêu chuẩn UTRAN có nên bao gồm cả lớp truyền dẫn hay là nên ñể mở Nghĩa là, tại thời ñiểm này một số nhà cung cấp thiết bị muốn nó phải mang tính chất mở ñể cho phép nhà khai thác tự do lựa chọn Thủ tục mạng lõi sẽ ñược ứng dụng cho truyền dẫn giữa các trạm thu phát vô tuyến và trung tâm chuyển mạch thông qua bộ ñiều khiển trạm gốc (Iu, Iub) Việc sử dụng ATM cho phép một số lượng khổng lồ các gói dữ liệu ñược truyền một cách hiệu quả với thời gian trễ thấp nhất Một thủ tục ATM cho phép khoảng 300 cuộc gọi ñược truyền ñồng thời trên một luồng E1/T1 ATM cũng thích hợp với các mạng có sự kết hợp của lưu lượng chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói

Lưu lượng gói sẽ tăng rất lớn trong tương lai và một mạng chuyển mạch gói là rất cần thiết ATM có xu hướng ñược chuẩn hoá và ñược sử dụng như một phương tiện chuyên chở dữ liệu và một lớp tương thích ATM mới - AAL2, ñược ñề xuất chuẩn hoá nhằm hỗ trợ các gói nhạy cảm với ñộ trễ (gói mang thông tin thoại)

Như ñã ñề cập, ñể sử dụng mạng hiện tại, một số nhà cung cấp tin rằng ATM là không cần thiết và dự ñịnh ñưa ra giải pháp thay thế là dùng trực tiếp IP trên mạng truyền dẫn SONET/SDH chứ không dùng IP trên nền ATM Việc này có thể ñưa ñến một mạng chi phí thấp hơn mà tận dụng ñược các kỹ thuật trải phổ Tuy nhiên, cho ñến thời ñiểm này IP vẫn chưa chứng tỏ ñược sẽ là một tiêu chuẩn sẵn sàng ñáp ứng một cách an toàn các thông tin ñòi hỏi thời gian thực và không có trễ Nó cũng chưa chứng tỏ rằng sẽ có khả năng quản lý lưu lượng của chuyển mạch kênh

Trong trường hợp chúng ta phải phụ thuộc hoàn toàn vào IP, nó sẽ ñược cải tiến hoặc lưu lượng chuyển mạch kênh sẽ không cần thiết ñối với UMTS Khi ñó tất cả các thông tin thoại và các ứng dụng thời gian thực sẽ ñược chuyên chở trên IP sử dụng thủ tục H.323 hiện ñang sử dụng cho Voice Over IP và Multimedia

CHƯƠNG 3

CÁC ðIỀU KIỆN VỀ KỸ THUẬT, CÔNG NGHỆ CHO QUÁ TRÌNH CHUYỂN ðỔI LÊN 3G 3.1 Khả năng chuyển ñổi 2G lên 3G

3.1.1 Phân tích các khả năng chuyển ñổi

Bốn công nghệ cellullar 2G chính hiện nay là:

- Hệ thống GSM: theo tên gọi có nghĩa là hệ thống toàn cầu cho ñiện thoại di ñộng, là hệ thống 2G xuất hiện ñầu tiên, ñược ñưa ra vào năm 1992 GSM dựa trên kỹ thuật chuyển mạch kênh Dịch vụ truyền dữ liệu tốc ñộ thấp (<9,6 kbps) ñã ñược cung cấp ngay từ ñầu khi triển khai hệ thống và chủ yếu ñược sử dụng ñể truyền e-mail từ các máy tính xách tay

- Hệ thống PDC: ñược sử dụng ở Nhật, sử dụng công nghệ TDMA

- cdmaOne (IS-95): dựa trên công nghệ CDMA băng hẹp Hệ thống ñã trở nên rất phổ biến ở Hàn Quốc và Bắc Mỹ

- Ngoài hệ thống PDC của Nhật với lo ngại không phát triển ñược thị trường ra ngoài nước nên không nâng cấp tiếp mà triển khai thẳng công nghệ 3G mới, các hệ thống khác ñều có kế hoạch chuyển ñổi tới 2,5G và 3G Tổng quan về các phương án chuyển ñổi ñược trình bày trong hình sau:

Hình 3.1 Quá trình chuyển ñổi từ hệ thống 2G lên 3G

- GSM sẽ vẫn là hệ thống chủ yếu của dịch vụ thông tin di ñộng ở Việt Nam - Dải phổ 1800 là cần thiết ñể tăng dung lượng

- Thiết kế và quy hoạch mạng sẽ ñóng vai trò chủ chốt nhằm nâng cao chất lượng mạng

- Tính cước cho GPRS là một vấn ñề nổi cộm Cho ñến thời ñiểm hiện tại vẫn chưa ñưa ra ñược tiêu chuẩn chung

- Tính cước các dịch vụ GPRS cần phải ñược xem xét kỹ lưỡng Có rất nhiều vấn ñề liên quan tới việc tính cước dựa trên lưu lượng

- EDGE là con ñường tiến hoá tới thế hệ thứ ba và cũng là một bổ trợ cho UMTS

- UMTS là ñề xuất của Châu Âu cho thông tin di ñộng thế hệ thứ ba Giao diện vô tuyến ñã ñược lựa chọn và sẽ dựa trên công nghệ CDMA băng rộng (W-CDMA)

- Người ta mong ñợi rằng các nước Châu á hiện ñang khai thác các hệ thống GSM sẽ ñi theo tiêu chuẩn 3G của Châu Âu

- ðối với mạng GSM hiện ñang hoạt ñộng ở 168 nước cung cấp dịch vụ cho 500 triệu thuê bao thì việc triển khai tiêu chuẩn UMTS trên nền hệ thống GSM là hoàn toàn phù hợp với quy luật tự nhiên

3.1.2 Các ñiều kiện và những vấn ñề ñặt ra cho các bước chuyển ñổi

Việc chuyển ñổi từ mạng GSM lên 3G sẽ phải kể ñến ba khía cạnh chính ñược thực hiện theo sơ ñồ:

3.1.2.1 Sự chuyển ñổi về kỹ thuật

Sự chuyển ñổi về kỹ thuật là con ñường phát triển chỉ rõ phương thức ñể triển khai các phần tử mạng và loại công nghệ ñể thực thi kỹ thuật ñó ðây chính là bước phát triển trực tiếp theo các xu hướng chung về mặt cho công nghệ

Bởi vì các phần tử mạng là yếu tố tạo lập nên mạng, nên về mặt lý thuyết sự chuyển ñổi về mặt kỹ thuật sẽ tương ứng với sự phát triển mạng Trong giai ñoạn một, do tính chất mở của các giao diện ñược ñịnh nghĩa trong chỉ tiêu kỹ thuật hệ

thống, mạng 3G có thể ựược kết hợp từ nhiều chủng loại thiết bị của nhiều hãng khác nhau Sự chuyển ựổi về kỹ thuật có thể xử lý ựược ựiều này tuy nhiên với sự khác nhau về tốc ựộ và bước triển khai cụ thể trong mối kết hợp của các thiết bị giữa các hãng khác nhau và yêu cầu thắch ứng với các thay ựổi của chỉ tiêu kỹ thuật 3G nên trong nhiều trường hợp nếu không xem xét thấu ựáo thì kết quả có thể không như mong muốn

3.1.2.2 Sự chuyển ựổi về dịch vụ

Khác với chuyển ựổi về mặt kỹ thuật, sự chuyển ựổi dịch vụ dựa trên nhu cầu của người sử dụng và nhu cầu này có thể là thực tế hoặc chỉ là tưởng tượng đôi khi các nhà khai thác mạng và chế tạo thiết bị cung cấp các dịch vụ vượt qua sự kỳ vọng của các thuê bao Rõ ràng nếu hai yếu tố này không tương ựồng thì việc kinh doanh các dịch vụ thông tin di ựộng sẽ khó khăn

3.1.2.3 Sự chuyển ựổi về mạng

Chỉ tiêu kỹ thuật của GSM ựảm bảo tắnh mở của các giao diện quyết ựịnh nên thành phần chuẩn của hệ thống GSM Bởi vì có giao diện mở này, nhà khai thác mạng có thể sử dụng các thiết bị mạng khác nhau từ các hãng cung cấp thiết bị mạng GSM khác nhau Tắnh mở của giao diện ựược thể hiện là nó xác ựịnh một cách nghiêm ngặt các chức năng hệ thống thực hiện tại giao diện này, ựồng thời xác ựịnh rõ các chức năng nào cho phép nhà khai thác có thể sử dụng trong nội bộ mạng tại hai phắa của giao diện này

3.2 Cấu trúc hệ thống GSM ựang tồn tại

Mạng lưới ựược chia ra về mặt ựịa lý thành 3 mạng nhỏ hơn, thao tác bởi các trung tâm khác nhau Mạng hiện tại sẽ là cơ sở khi chuyển ựổi sang mạng có tốc ựộ dữ liệu cao hơn Về cấu hình, ựể ựơn giản có thể chia một mạng tổng thể