ĐIỆN tử VIỄN THÔNG toi uu hoa mang UMTS khotailieu

Cùng với đó, mức sống chung của toàn xã hội ngày càngđược nâng cao đã khiến cho số lượng các thuê bao sử dụng dịch vụ di động tăng độtbiến trong các năm gần đây.Năm 2009 là năm thông tin

MỤC LỤC

TrangLỜI NÓI ĐẦU viii5.4 Kết luận chương 93KẾT LUẬN 95

DANH MỤC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT

Automatic Gain Control

Adaptive Multi-Rate codec

Advanced Mobile Phone System

Bộ điều khiển tăng ích tự động

Bộ mã hoá và giải mã đa tốc độ thích nghi

Hệ thống điện thoại di động tiên tiến (Mỹ)

Busy Hour Call Attempts

Bit Error Rate

Block Error Rate

Binary Phase Shift Keying

Base station identity code

Base Tranceiver Station

Số cuộc gọi trong giờ bận Tốc độ lỗi bit

Tốc độ lỗi Block Khoá dịch pha nhị phân

Mã nhận dạng trạm gốc Trạm gốc

The CDMA Development Group

Code Division Multiple Access

Core Network

Cylic Redundancy Check

Nhóm phát triển CDMA Truy nhập phân chia theo mã Mạng lõi

Mã vòng kiểm tra dư thừa

Enhanced Data Rates for Evolution

Equivalent Isotropic Radiated Power

European Telecommunication Standard

FER

Frequency Division Multiple Access

Frame Error Rate

Đa truy nhập phân chia theo tần số

Gateway GPRS Support Node

General Packet Radio Service

Gain Processer

Global Positioning System

Global System for Mobile

Telecommunication

Nút hỗ trợ cổng GPRS Dịch vụ vô tuyến gói chung

Home Location Registor

High Speed Downlink Packet Access

High Speed Uplink Packet Access

Handover

Bộ đăng ký thường trú Truy nhập gói đường xuống tốc

độ cao Truy nhập gói lên xuống tốc độ cao

International Telecommunication Union

Thông tin di động toàn cầu 2000

IMT đa sóng mang Giao thức Internet Liên hợp viễn thông quốc tế Giao diện giữa RNC và nút B Giao diện giữa 2 RNC

Multiprotocol Label Switching

Multi input multi output

Mobile Service Switching Centre

MSC server

Thiết bị di động Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện Nút cổng của Softswitch

Chuyển mạch nhãn đa giao thức

Đa phân tập Anten In/Out Trung tâm chuyển mạch dịch vụ

di động Nút chuyển mạch của Softswitch

O.

OMC

Orthogonal frequency-division

multiplexing

Operation Mainternance Center

Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

Trung tâm điều hành quản lý khai thác

Prepaid System - Interligent Network

Đơn vị điều khiển gói Giả tạp âm

Hệ thống điều khiển thuê bao trả trước IN

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 Point

Service 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 trong PPS-IN

Nút hỗ trợ GPRS phục vụ Chuyển giao mềm

Giao thức khởi tạo phiên

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu Dịch vụ nhắn tin ngắn

Tỷ số tín hiệu trên tạp âm Điểm chuyển tiếp báo hiệu

T.

TDD

TDMA

Time Division Duplex

Time Division Multiple Access

Phương thức song công phân chia theo thời gian

Đa truy nhập phân chia theo thời gian

TSC Trantsit/Gateway Center Trung tâm chuyển tiếp cuộc gọi

UMTS Subscriber Identify Module

UMTS Terrestrial Radio Access

Network

Thiết bị người sử dụng Đường xuống

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

Modul nhận dạng thuê bao UMTS

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

V.

VLR

VOIP

Visitor Location Registor

Voice Over Internet Protocol

Bộ đăng ký tạm trú Truyền thoại qua giao thức Internet

DANH MỤC BẢNG BIỂU

4.1 Tham số đánh giá năng lực mạng IP cho các loại dịch vụ khác

nhau

52

5.1 Bảng phân bố SITE VMS MOBIFONE khu vực III 74

5.4 Số liệu thống kê chất lượng mạng hiện tại ở TP Đà Nẵng 79

DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

1.2 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ

WCDMA

4

1.3 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA 2000 6

1.7 Mô hình cung cấp dịch vụ sử dụng giao thức SIP trên IMS 13

3.1 Các vị trí điển hình của các chức năng RRM trong mạng

WCDMA

28

3.2 Sự so sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm 33

3.3 Chuyển giao giữa các hệ thống GSM và WCDMA 34

3.5 Nhu cầu chuyển giao giữa các tần số sóng mang WCDMA 35

4.2 Phân loại các lớp KPI 53

4.6 Sơ đồ yêu cầu giải phóng kênh RAB từ RNC đến CN 59

4.8 Sơ đồ chuyển giao giữa các hệ thống trong RNC 61

4.9 Sơ đồ chuyển giao giữa các hệ thống của các RNC 62

4.12 Sơ đồ chuyển giao giữa các hệ thống khác nhau (GPRS ->

WCDMA)

67

5.2 Phân bố SITE tại khu vực trung tâm Thành phố Đà Nẵng 76

5.3 Sơ đồ tổng quan cấu trúc của hệ thống Nemo Outdoor 80

5.4 Sơ đồ tổng quan cấu trúc của hệ thống Nemo Outdoor với tùy

chọn đo kiểm chất lượng thoại

80

5.5 Các thành phần thiêt bị trong hệ thống Nemo Outdoor Multi 81

5.6 Cấu trúc hệ thống đo kiểm chất lượng thoại 82

5.7 Hệ thống đo kiểm chất lượng thoại Mobile tới Mobile 83

5.8 Giá trị MOS kiểm tra được cho 2 đường downlink của 2 MS 84

5.9 Hệ thống đo kiểm chất lượng thoại Mobile tới Fixed 85

5.11 Giá trị MOS kiểm tra được cho đường downlink của MS và

Server

87

5.12 Chuyến giao giữa các hệ thống ( từ drivetest) 88

5.13 Tín hiệu chuyển giao bị lỗi ở RNC Quảng Bình 89

5.14 Tín hiệu chuyển giao thành công sau khi khắc phục lỗi 89

5.18 Tín hiệu bị che lấp bởi công trình mới xây dựng và sau khi

khắc phục

93

LỜI NÓI ĐẦU

***

Trong cuộc sống hàng ngày thông tin liên lạc đóng một vai trò rất quan trọng vàkhông thể thiếu được Nó quyết định nhiều mặt hoạt động của xã hội, giúp conngười nắm bắt nhanh chóng các thông tin có giá trị văn hoá, kinh tế, khoa học kỹthuật rất đa dạng và phong phú

Ngày nay với những nhu cầu cả về số lượng và chất lượng của khách hàng sửdụng các dịch vụ viễn thông ngày càng cao, đòi hỏi phải có những phương tiệnthông tin hiện đại nhằm đáp ứng các nhu cầu đa dạng của khách hàng “mọi lúc, mọinơi” mà họ cần

Thông tin di động ngày nay đã trở thành một dịch vụ kinh doanh không thểthiếu được của tất cả các nhà khai thác viễn thông trên thế giới Đối với các kháchhàng viễn thông, nhất là các nhà doanh nghiệp thì thông tin di động trở thànhphương tiện liên lạc quen thuộc và không thể thiếu được Dịch vụ thông tin di độngngày nay không chỉ hạn chế cho các khách hàng giầu có nữa mà nó đang dần trởthành dịch vụ phổ cập cho mọi đối tượng viễn thông

Trong những năm gần đây, lĩnh vực thông tin di động trong nước đã có nhữngbước phát triển vượt bậc cả về cơ sở hạ tầng lẫn chất lượng phục vụ Với sự hình

thành nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông mới đã tạo ra sự cạnh tranh để thu hútthị phần thuê bao giữa các nhà cung cấp dịch vụ Các nhà cung cấp dịch vụ liên tụcđưa ra các chính sách khuyến mại, giảm giá và đã thu hút được rất nhiều kháchhàng sử dụng dịch vụ Cùng với đó, mức sống chung của toàn xã hội ngày càngđược nâng cao đã khiến cho số lượng các thuê bao sử dụng dịch vụ di động tăng độtbiến trong các năm gần đây.

Năm 2009 là năm thông tin di động thế hệ thứ 3 chính thức đưa vào phục vụ tạiViệt Nam Với công nghệ WCDMA có khả năng cung cấp dung lượng dữ liệu lớn,tốc độ cao đem đến cho người sử dụng những tiện ích đa phương tiện, cũng nhưnhững ứng dụng hoàn toàn mới mẻ mà công nghệ 2G chưa có được Mặt khác sự rađời của hệ thống thông tin di động thế hệ 3 ở Việt Nam cũng tạo ra sự cạnh tranhgiữa các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động, đặc biệt là ba nhà mạng viễn thônghàng đầu hiện nay : MobiFone, Vinaphone, Viettel Cạnh tranh không chỉ về cơ sở

hạ tầng, số lượng thuê bao, mà quan trọng còn là chất lượng dịch vụ Chính vì vậyviệc tối ưu hóa mạng di động 3G UMTS là việc làm rất cần thiết và mang một ýnghĩa thực tế cao

Trên cơ sở những kiến thức tích luỹ trong những năm học tập chuyên ngànhĐiện Tử - Viễn Thông tại trường đại học Quy Nhơn và sau thời gian thực tập tạiphòng Kỹ thuật_Khai thác thuộc Trung tâm di động KVIII công ty VMS-MobiFone

cùng với sự hướng dẫn của Cô Lê Thị Cẩm Hà, em đã tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Tối ưu hóa mạng UMTS”

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Cô Lê Thị Cẩm Hà và các thầy cô Khoa

Kỹ thuật và công nghệ đã nhiệt tình giảng dạy, quan tâm giúp đỡ em trong suốt 5năm em học tập tại trường, đặc biệt là trong quá trình thực tập và làm đồ án tốtnghiệp cuối khóa

Em xin chân thành cảm ơn Trưởng phòng Cao Văn Tuấn_ Phòng Kỹ thuật Khaithác, đồng thời cùng với tổ trưởng tổ tối ưu hóa anh Trần Việt Dũng và các cán bộphòng Kỹ thuật_Khai thác thuộc công ty thông tin di động VMS_MobiFone khuvực III đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Quy Nhơn, ngày 10 tháng 6 năm 2010

Sinh viên thực hiện

Phan Thị Hạnh Dung

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA

MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

1.1 Thông tin di động và sơ lược sự phát triển

Trong những năm gần đây, công nghệ không dây là chủ đề được nhiều chuyêngia quan tâm trong lĩnh vực máy tính và truyền thông Trong thời gian này côngnghệ này được rất nhiều người sử dụng và đã trải qua rất nhiều thay đổi Quá trìnhthay đổi thể hiện qua các thế hệ :

* Thế hệ thứ nhất (1G)

Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 chỉ hổ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sửdụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người, và sử dụngphương pháp đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) Với FDMA, khách hàngđược cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần số Sơ

đồ báo hiệu của hệ thống FDMA khá phức tạp, khi MS bật nguồn để hoạt động thì

nó dò sóng tìm đến kênh điều khiển dành riêng cho nó Nhờ kênh này, MS nhậnđược dữ liệu báo hiệu gồm các lệnh về kênh tần số dành riêng cho lưu lượng ngườidùng Trong trường hợp số thuê bao nhiều hơn số lượng kênh tần số có thể, thì một

số người bị chặn lại không được truy cập

Đặc điểm:

 Mỗi MS được cấp phát một đôi kênh liên lạc trong suốt thời gian thôngtuyến

 Nhiễu giao thoa do các kênh lân cận là đáng kể

 BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS

Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di động AMPS (AdvancedMobile Phone System) Hệ thống di động này sử dụng phương pháp đa truy cập đơngiản Tuy nhiên, hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng

về cả dung lượng và tốc độ Vì thế, hệ thống di động thứ 2 ra đời được cải thiện về

cả dung lượng và tốc độ

* Thế hệ thứ hai (2G)

Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế hệ 2được đưa ra để đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên côngnghệ số

Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng phương pháp điều chế số và

2 phương pháp đa truy cập :

Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA

Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA

Phổ quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dảitần liên lạc này được dùng cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thờigian trong chu kì một khung Các thuê bao khác nhau dùng chung kênh nhờ cài xenkhe thời gian, mỗi thuê bao được cấp phát một khe thời gian trong cấu trúc khung.Đặc điểm:

 Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số

 Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong

đó một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy di động

và một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ máy di động đến trạm gốc Việcphân chia tần số như vậy cho phép các máy thu và máy phát có thể hoạt động cùngmột lúc mà không có sự can nhiễu lẫn nhau

 Giảm số máy thu ở BTS

 Giảm nhiểu giao thoa

Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống di động toàn cầu GSM Máy di động kỹthuật số TDMA phức tạp hơn FDMA Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu trong MStương tự có khả năng xử lý không quá 106 lệnh trong 1 giây, còn trong MS sốTDMA phải có khả năng xử lý 50x106 lệnh trong 1 giây

Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

Trong thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người

sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi mà

không sợ gây nhiễu lẫn nhau Những người sử dụng nói trên được phân biệt vớinhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên PN, được cấp phát khác nhau cho mỗi người

* Thế hệ thứ ba (3G)

Để đáp ứng kịp thời các dịch vụ ngày càng phong phú và đa dạng của người sửdụng, từ đầu thập niên 90 người ta đưa ra hệ thống thông tin di động tổ ong thế hệthứ 3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 với tên gọi ITM-2000 đưa ra các muctiêu chính sau:

 Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như truy cậpInternet nhanh hoặc các dịch vụ đa phương tiện

 Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân và điện thoại

vệ tinh Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ sóng của các hệthống thông tin di động

 Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sựphát triển liên tục của thông tin di động

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

2 hệ thống WCDMA và cdma-2000 đã được ITU chấp thuận và đang được áp dụng

trong những năm gần đây Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA, điềunày cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện thông tin vô tuyến.

Hình 1.1 Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G

* Thế hệ thứ tư (4G)

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 Với cách nhìn nhận này, Liên minh Viễn thôngquốc tế (ITU) đã và đang làm việc để hướng tới một chuẩn cho mạng di động tế bàomới thế hệ thứ tư 4G ITU đã lên kế hoạch để có thể cho ra đời chuẩn này một vàinăm tới Công nghệ này sẽ cho phép thoại dựa trên IP, truyền số liệu và đa phươngtiện với tốc độ cao hơn rất nhiều so với các công nghệ của mạng di động hiện nay

Về lý thuyết, theo tính toán dự kiến tốc độ truyền dữ liệu có thể lên tới 288 Mb/s

1.2 Hệ thống thông tin di động 3G theo 2 nhánh công nghệ chính

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 phát triểnchủ yếu ở Châu Âu với mục đích cho phép các mạng cung cấp khả năng chuyểnvùng toàn cầu và để hỗ trợ nhiều dịch vụ thoại, dịch vụ đa phương tiện Các mạngWCDMA được xây dựng dựa trên cơ sở mạng GSM, tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn cócủa các nhà khai thác mạng GSM Quá trình phát triển từ GSM lên WCDMA quacác giai đoạn trung gian, có thể được tóm tắt như hình 1.2:

Hình 1.2 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA

GPRS: GPRS cung cấp các kết nối số liệu chuyển mạch gói với tốc độ

truyền lên tới 171,2Kbps (tốc độ số liệu đỉnh) và hỗ trợ giao thức Internet TCP/IP

và X25, nhờ vậy tăng 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 làmột 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 là

lý 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 mạch góitốc độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời các dịch vụ hỗn hợp với chế độ góihoạt động ở mức hiệu quả cao nhất Hơn nữa WCDMA có thể hỗ trợ các tốc độ sốliệu 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 khác nhau

để hỗ trợ các dịch vụ phụ được tăng cường Nói chung CDMA 2000 là một cách

tiếp cận đa sóng mang cho các sóng có độ rộng n lần 1,25MHz hoạt động ở chế độFDD Nhưng công việc chuẩn hoá tập trung vào giải pháp một sóng mang đơn1,25MHz (1x) với tốc độ chip gần giống IS-95 CDMA 2000 được phát triển từ cácmạng IS-95 của hệ thống thông tin di động 2G, có thể mô tả quá trình phát triển đónhư hình 1.3:

Hình 1.3 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 và

để 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 gọi vừa có thoại, vừa có số liệu trên cấu trúc “xếp chồng” này cần có các thiết bị hoạt

động ở 2 chế độ 1x và 1xEV-DO

CDMA 2000 1xEV-DV: Trong công nghệ 1xEV-DO có sự 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 2000

1,25MHz và tiếp tục duy trì sự tương thích ngược với 1xRTT Tốc độ số liệu cực đạicủa người sử dụng lên tới 3,1Mbps tương ứng với kích thước gói dữ liệu 3.940 bittrong khoảng thời gian 1,25ms.

CDMA 2000 3x(MC- CDMA): CDMA 2000 3x hay 3xRTT đề cập đến sự

lựa chọn đa sóng mang ban đầu trong cấu hình vô tuyến CDMA 2000 và được gọi

là 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 mạng 3G của MOBIFONE

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

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 Mobifone trong giai đoạn hơn

15 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 mạng Mobifone theo tiêu chuẩn châu Âu do 3GPP khuyến nghị vì:

Chuẩn ETSI cho thông tin di động GSM đồng nhất cho các nước châu Âu đã

có thể sử dụng để toàn cầu hóa thông tin di động định hướng 3G

Mạng MOBIFONE 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 Mobifone

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

ETSI là tổ chức tiêu chuẩn thông tin di động GSM trong những năm 1980 và

1990 ETSI còn xây dựng cấu trúc chuẩn hóa mạng GPRS Chuẩn cuối cùng 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 mạng lõi 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 lõi, 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 đầu tiên

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 R5

và 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

Những yêu cầu chính:

Tập trung vào sự đang hiện diện của mạng GSM, có 2 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 giải quyết.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 điểm cơbản:

 Chuyển đổi mã tín kiệu thoại trên Iu được mạng lõi đảm nhiệm thay choBTS trong GSM

 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

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 gọi

là 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 1.4 Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R99

Các điểm quan trọng của phần Core trong 3GPP R99, gồm:

 Các node core trong miền CS 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,nhưng chức năng SGSN thì rất khác Trong 2G, SGSN đảm nhiệm chức năng quản

lý di động (MM) cho nối mạch gói số liệu Trong 3G chức năng MM 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

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

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 dịch

vụ độc lập với hạ tầng mạng

Hình 1.5 Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R4

Điểm quan trọng nhất trong 3G R4 là: 3G R4 là động thái IP hóa toàn bộ miền

CS Truyền tải cũng IP/ATM, chuyển mạch cũng IP/ATM Công nghệSOFTSWITCH được đưa vào nhằm mục đích này Công nghệ SOFTSWITCH táchMSC 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 Dịch vụngười dùng là dịch vụ có trên miền chuyển mạch kênh CS truyền thống, nhưng lạidùng chuyển mạch IP/ATM

1.3.2.3 3GPP R5

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

cả các 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) IMS

sẽ 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

Cấu hình kỹ thuật:

Hình 1.6 Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R5

Những điểm chính tập trung vào:

 Vận chuyển IP trên toàn bộ hệ thống mạng từ BS đến network 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

HSDPA – tăng tốc độ số liệu downlink nhằm cung cấp hiệu quả các dịch vụ “khôngđối xứng” (tải số liệu downlink lớn hơn uplink nhiều).

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 phép triểnkhai cung cấp dịch vụ trên nhiều hạ tầng mạng khác nhau Một trong số đó là mạng3G UMTS

Hình 1.7 Mô hình cung cấp dịch vụ sử dụng giao thức SIP trên IMS

IMS cung cấp một cơ chế nối mạch nối các terminal sử dụng IP Hình 1.5, IMSdùng giao thức SIP trên miền PS điều khiển phiên cung cấp các dịch vụ multimedia.Qua IP và qua IMS , người dùng sử dụng terminal IP thiết lập các nối mạch với cácServer Dịch vụ khác nhau để nhận dịch vụ, và đặc biệt, dùng các dịch vụ IP giữacác máy đầu cuối

1.3.2.4 3GPP R6

3GPP R6 bổ xung những điểm thiếu trong IMS 3GPP R5 và đưa thêm vào một

số đặc điểm mới được định hình rõ ràng

Những nội dung khác chỉ là xu hướng Xu hướng phát triển các phiên bản3GPP cao hơn R5 bao gồm:

 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 hướnghội tụ

1.4 Kết luận chương

Mới thực sự phát triển trong vòng 20 năm, nhưng những bước tiến trong côngnghệ cũng như trong sự phát triển thị trường của mạng di động cho thấy thông tin diđộng là một nhu cầu thiết yếu và quan trọng đối với người dùng Đến nay, điệnthoại 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 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 khi thực 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 2.1 tín hiệu người sử dụng ban đầu được khôi phục hoàn toàn

2.1.2 Kỹ thuật đa truy nhập CDMA

Một mạng thông tin di động là một hệ thống nhiều người sử dụng, trong đó một

số lượng lớn người sử dụng chia sẻ nguồn tài nguyên vật lý chung để truyền vànhận 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 khác

nhau: TDMA, FDMA và CDMA Sự khác nhau giữa chúng được chỉ ra ở hình 2.2.

Hình 2.2 Các công nghệ đa truy nhập

Trong hệ thống CDMA, các tín hiệu cho người sử dụng khác nhau được truyền

đi trong cùng một băng tần tại cùng một thời điểm Mỗi tín hiệu người sử dụngđóng 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 nhập đồngthời 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 lại tínhiệu băng hẹp, chứ không phải tín hiệu của bất cứ người nào khác Bởi vì sự tươngquan chéo giữa mã của người sử dụng mong muốn và các mã của người sử dụngkhác 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, tất

cả những lợi ích đó yêu cầu việc sử dụng kỹ thuật điều khiển công suất một cách

nghiêm 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 trưng lớp vật lý trong mạng truy nhập WCDMA

2.2.1 Phương thức song công

Hai phương thức song công được sử dụng trong kiến trúc WCDMA: Song côngphân chia theo thời gian (TDD) và song công phân chia theo tần số (FDD) Phươngpháp FDD cần hai băng tần cho đường lên và đường xuống Phương thức TDD chỉcần một băng tần Thông thường phổ tần số được bán cho các nhà khai thác theo cácdải có thể bằng 2x10MHz hoặc 2x15MHz cho mỗi bộ điều khiển Mặc dù có một sốđặc điểm khác nhau nhưng cả hai phương thức đều có tổng hiệu suất gần giốngnhau Chế độ TDD không cho phép giữa máy di động và trạm gốc có trễ truyền lớn,bởi vì sẽ gây ra đụng độ giữa các khe thời gian thu và phát Vì vậy mà chế độ TDDphù hợp với các môi trường có trễ truyền thấp, cho nên chế độ TDD vận hành ở cácpico cell Một ưu điểm của TDD là tốc độ dữ liệu đường lên và đường xuống có thểrất khác nhau, vì vậy mà phù hợp cho các ứng dụng có đặc tính bất đối xứng giữađường lên và đường xuống, chẳng hạn như Web browsing Trong quá trình hoạchđịnh mạng, các ưu điểm và nhược điểm của hai phương pháp này có thể bù trừ Đồ

án này chỉ tập trung nghiên cứu chế độ FDD

Hình 2.4 chỉ ra sơ đồ phân bố phổ tần số của hệ thống UMTS Châu Âu

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 Hệ

thống 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 vào cáckênh chuyển vận, các kênh chuyển vận lại ánh xạ vào kênh vật lý Hình vẽ 2.5 chỉ

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 hơn đến

sự phân tập môi trường của người sử dụng Các môi trường nông thôn ngoài trời, đôthị ngoài trời, hay đô thị trong nhà được hỗ trợ bên cạnh các mô hình di động khácnhau gồm người sử dụng tĩnh, người đi bộ đến người sử dụng trong môi trường xe

cộ đang chuyển động với vận tốc rất cao Để yêu cầu một vùng phủ sóng rộng khắp

và khả năng roaming toàn cầu, UMTS đã phát triển cấu trúc lớp các miền phân cấpvới khả năng phủ sóng khác nhau Lớp cao nhất bao gồm các vệ tinh bao phủ toàn

bộ trái đất; Lớp thấp hơn hình thành nên mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN.Mỗi lớp được xây dựng từ các cell, các lớp càng thấp các vùng địa lý bao phủ bởicác cell càng nhỏ Vì vậy các cell nhỏ được xây dựng để hỗ trợ mật độ người sửdụng cao hơn Các cell macro đề nghị cho vùng phủ mặt đất rộng kết hợp với cácmicro cell để tăng dung lượng cho các vùng mật độ dân số cao Các cell pico đượcdùng cho các vùng được coi như là các “điểm nóng” yêu cầu dung lượng cao trongcác vùng hẹp (ví dụ như sân bay…) Những điều này tuân theo 2 nguyên lý thiết kế

đã biết trong việc triển khai các mạng tế bào: các cell nhỏ hơn có thể được sử dụng

để tăng dung lượng trên một vùng địa lý, các cell lớn hơn có thể mở rộng vùng phủsóng

Hình 2.6 Cấu trúc cell UMTS

2.3 Hệ thống vô tuyến UMTS

2.3.1 Dịch vụ của hệ thống UMTS

3 GPP đã xây dựng tiêu chuẩn cho các dịch vụ của hệ thống UMTS nhằm đápứng:

 Định nghĩa và các đặc điểm yêu cầu của dịch vụ

 Phát triển dung lượng và cấu trúc dịch vụ cho các ứng dụng mạng tổ ong,mạng cố định và mạng di động

 Thuê bao và tính cước

UMTS cung cấp các loại dịch vụ xa (teleservices) như thoại hoặc bản tin ngắn(SMS) và các loại dịch vụ mang (bearer services: một dịch vụ viễn thông cung cấpkhả năng truyền tín hiệu giữa hai giao diện người sử dụng–mạng) Các mạng có cáctham số Q0S (Quality of Service: chất lượng dịch vụ) khác nhau cho độ trễ truyềndẫn tối đa, độ trễ truyền biến thiên và tỉ lệ lỗi bit (BER) Những tốc độ dữ liệu đượcyêu cầu là :

 144 Kbps cho môi trường vệ tinh và nông thôn

 384 Kbps cho môi trường thành phố (ngoài trời)

 2084 Kbps cho môi trường trong nhà và ngoài trời với khoảng cách gần

Hệ thống UMTS có 4 loại QoS sau:

 Loại hội thoại (thoại, thoại thấy hình, trò chơi)

 Loại luồng (đa phương tiện, video theo yêu cầu…)

 Loại tương tác (duyệt web, trò chơi qua mạng, truy nhập cơ sở dữ liệu)

 Loại cơ bản (thư điện tử, SMS, tải dữ liệu xuống)

Yếu tố chủ yếu để phân biệt các loại này là độ nhạy cảm với trễ, ví dụ như hộithoại rất nhạy với trễ còn loại cơ bản thì ít nhạy cảm với trễ nhất

Bảng 1.1 Các loại Q0S của hệ thống UMTS

Loại lưu

lượng Loại hội thoại Loại luồng

Loại tương tác Loại cơ bản

Dành trước quan hệ thời gian giữa các thực thể thông tin của luồng

Yêu cầu mẫu trả lời trước Dành trước

số liệu toàn vẹn

Nơi nhận không đợi số liệu trong khoảng thời gian nhất định

Dành trước số liệu toàn vẹn

- Duyệt Web

- Các trò chơiqua mạng

- Tải dữ liệu xuống

- Email

2.3.2 Cấu trúc của hệ thống UMTS

Một hệ thống UMTS sau khi được nâng cấp và mở rộng từ hệ thống GSM hiện

có thì cấu trúc hệ thống có thể được mô tả tổng quan như hình 2.7:

Hình 2.7 Cấu trúc tổng thể hệ thống UMTS/GSM

Networks UE

GMSC

HLR

EIR

AUC SCF

IWMSC

IWMSC

SMS-D

MSC

E, G

GMSC

GMSC

SMS-MSC BSC

BTS

Um

ISDN PSTN PSPDN CSPDN PDN: -Intranet -Extranet -Internet

SGSN

SGSN

Gb Gf

Gn +

H

RNC BS

Uu

Iu r

Iu b

Iu Cu

Trong đó UTRAN bao gồm một hay nhiều phân hệ mạng vô tuyến (RNS), mộtRNS 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:

Hình 2.8 Cấu trúc của UTRAN

 Tính hỗ trợ của UTRAN và các chức năng liên quan: Yêu cầu tác độngđến thiết kế của UTRAN là các yêu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm (một thiết bị đầucuối kết nối tới mạng thông qua 2 hay nhiều cell đang hoạt động) và các thuật toánquản lý nguồn tài nguyên vô tuyến đặc biệt của WCDMA

 Làm tăng sự tương đồng trong việc điều khiển dữ liệu chuyển mạch gói

và chuyển mạch kênh với một ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến duy nhất vàvới việc sử dụng cùng một giao diện cho các kết nối từ UTRAN đến miền chuyểnmạch gói và chuyển mạch kênh của mạng lõi

 Làm tăng tính tương đồng với GSM

 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 hợp

lý cho việc mở rộng dung lượng trong tương lai Hệ thống UTRAN có khả năngnâng cấp lên phiên bản phần mềm cao hơn mà chỉ gây ra tác động rất nhỏ tới hoạtđộng thông thường của hệ thống

2.3.2.1 Node-B

Node-B là một thuật ngữ sử dụng trong UMTS để biểu thị BTS (trạm thu phátgốc) và sử dụng công nghệ WCDMA trên đường vô tuyến Cũng như trong tất cảcác hệ thống tổ ong UMTS và GSM, Node B thực hiện việc thu phát tần số vô tuyến

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 phát

vô 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).Chức năng chính của Node B là thực hiện xử lý L1 của giao diện vô tuyến (mãhoá kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ,…) Nó cũng thực hiện một phần khaithác quản lý tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòng trong Về phầnchức năng nó giống như trạm gốc ở GSM Lúc đầu Node B được sử dụng như làmột thuật ngữ tạm thời trong quá trình chuẩn hoá nhưng sau đó nó không bị thayđổi

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

2.3.2.2 RNC (Radio Network Control)

RNC là một thành phần trong mạng truy nhập vô tuyến UTMS RNC về cơ bản

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 tuyếnvới một hoặc nhiều cell

RNC là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển các tài nguyên vô tuyến củaUTRAN Nó giao diện với CN (thông thường với một MSC và một SGSN) và kết

cuối giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC (Radio Resource Control), giao thức này định nghĩa các bản tin và các thủ tục giữa MS và UTRAN Nó đóng vai

trò như BSC

Các chức năng chính của RNC :

 Điều khiển tài nguyên vô tuyến

 Cấp phát kênh

 Thiết lập điều khiển công suất

 Điều khiển chuyển giao

 Phân tập Macro

 Mật mã hóa

 Báo hiệu quảng bá

 Điều khiển công suất vòng hở

 Một số RNC lân cận qua giao tiếp Iur

2.3.3 Mạng lõi CN (Core Network)

Những chức năng chính của việc nghiên cứu mạng lõi UMTS là:

 Quản lí, điều khiển báo hiệu thiết lập cuộc gọi giữa UE và mạng lõi

 Báo hiệu giữa các nút trong mạng lõi

 Định nghĩa các chức năng giữa mạng lõi và các mạng bên ngoài

 Những vấn đề liên quan đến truy nhập gói

 Giao diện Iu và các yêu cầu quản lí và điều hành mạng

Mạng lõi UMTS gồm 2 thành phần: chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói

 Thành phần chuyển mạch kênh gồm: MSC, VLR và cổng MSC

 Thành phần chuyển mạch gói gồm nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN:Serving GPRS Support Node) và cổng nút hỗ trợ GPRS (GGSN: Gateway GPRS

Support Node) Một số thành phần của mạng như HLR và AUC được chia sẽ cho cả

hai phần Cấu trúc của mạng lõi có thể được thay đổi khi các dịch vụ mới và các đặcđiểm mới của hệ thống được đưa ra

Các phần tử chính của mạng lõi như sau :

 HLR (Home Location Register) : Thanh ghi định vị thường trú) là một cơ

sở dữ liệu được đặt tại hệ thống chủ nhà của người sử dụng để lưu trữ thông tinchính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng, bao gồm thông tin về các dịch vụ bổsung như trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi

 MSC/VLR (Mobile Service Switching Center: Trung tâm chuyển mạch

dịch vụ di động) là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụchuyển mạch kênh cho UE tại vị trí hiện thời của nó Nhiệm vụ của MSC là sử dụngcác giao dịch chuyển mạch kênh VLR làm nhiệm vụ giữ bản sao về lý lịch củangười sử dụng cũng như vị trí chính xác hơn của UE trong hệ thống đang phục vụ

CS là phần mạng đựơc truy nhập qua MSC/VLR

 GMSC (Gateway MSC) :là chuyển mạch tại điểm kết nối UMTS PLMN

với mạng CS bên ngoài

 SGSN (Serving GPRS) : General Packet Radio Network Service Node) có

chức năng giống như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạchgói PS (Packet Switch) Vùng PS là phần mạng được truy nhập qua SGSN

 GGSN (Gateway GPRS Support Node) : có chức năng giống như các dịch

vụ điện thoại, ví dụ như ISDN hoặc PSTN

 Các mạng PS đảm bảo các kết nối cho những dịch vụ chuyển mạch gói, ví

dụ như Internet

2.3.4 Các giao diện mở cơ bản của UMTS

 Giao diện Cu: Đây là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao

diện này tuân theo tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh

 Giao diện Uu: Đây là giao diện vô tuyến WCDMA Uu là giao diện mà

UE truy cập được với phần cố định của hệ thống và đây là phần giao diện mở quantrọng nhất trong UMTS

 Giao diện Iu: Giao diện này kết nối UTRAN tới mạng lõi Tương tự như

các giao diện tương thích trong GSM như là giao diện A (đối với chuyển mạchkênh) và Gb (đối với chuyển mạch gói) Giao diện Iu đem lại cho các bộ điều khiểnUMTS khả năng xây dựng được UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau

 Giao diện Iur: Giao diện mở Iur hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC

từ các nhà sản xuất khác nhau và vì thế bổ sung cho giao diện mở Iu

 Giao diện Iub: Iub kết nối một Node B và một RNC UMTS là một hệ

thống điện thoại di động mang tính thương mại đầu tiên mà giao diện giữa bộ điềukhiển và trạm gốc được chuẩn hoá như là một giao diện mở hoàn thiện Giống nhưcác giao diện mở khác, Iub thúc đẩy hơn nữa tính cạnh tranh giữa các nhà sản xuấttrong lĩnh vực này

2.3.5 Thiết bị người sử dụng UE (User Equipment)

UE là sự kết hợp giữa thiết bị di động và module nhận dạng thuê bao USIM(UMTS subscriber identity) Giống như SIM trong mạng GSM/GPRS, USIM là thẻ

có thể gắn vào máy di động và nhận dạng thuê bao trong mạng lõi

 Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment) là đầu cuối vô tuyến được sửdụng cho thông tin vô tuyến giao diện Uu

 Modun nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity

Modulo) là một thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng thuê bao, thực hiện các

thuật toán nhận thực và lưu giữ các khoá nhận thực cùng một số thông tin thuê baocần thiết cho đầu cuối

2.4 Kết luận chương

Hệ thống truy nhập vô tuyến UMTS 3G dựa trên công nghệ truy nhập băngrộng phân chia theo mã WCDMA và đến nay hệ thống này đã được chuẩn hóa và sửdụng rộng rãi trên thế giới Trong đó kiến trúc hệ thống truy nhập vô tuyến 3G(UTRAN) gồm một hay nhiều phân hệ mạng vô tuyến (RNS), một RNS là mộtmạng con trong UTRAN và bao gồm một bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và

một hay nhiều Node-B

Quản lý tài nguyên vô tuyến là bài toán quan trọng khi thiết kế bất kỳ hệ thốngthông tin di động, đặc biệt là trong hệ thống tế bào sử dụng công nghệ đa truy nhậpphân chia theo mã CDMA Chương này đã trình bày các chức năng cơ bản của quản

lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thống WCDMA, trong đó điều khiển công suất vàđiều khiển chuyển giao là các chức năng đặc biệt quan trọng so với các hệ thống

CHƯƠNG 3 QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN MẠNG UMTS

3.1 Các chức năng trong quản lý tài nguyên vô tuyến

3.1.1 Mục đích chung của quản lý tài nguyên vô tuyến

Việc quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) trong mạng di động 3G có nhiệm vụcải thiện việc sử dụng nguồn tài nguyên vô tuyến Các mục đích của công việc quản

lý tài nguyên vô tuyến RRM có thể tóm tắt như sau :

 Đảm bảo QoS cho các dịch vụ khác nhau

 Duy trì vùng phủ sóng đã được hoạch định

 Tối ưu dung lượng hệ thống

Trong các mạng 3G, việc phân bố tài nguyên và định cỡ quá tải của mạngkhông còn khả thi nữa do các nhu cầu không dự đoán trước và các yêu cầu khácnhau của các dịch vụ khác nhau Vì thế, quản lý tài nguyên bao gồm 2 phần : Đặtcấu hình và đặt lại cấu hình tài nguyên vô tuyến

 Việc đặt cấu hình tài nguyên vô tuyến có nhiệm vụ phân phát nguồn tàinguyên một cách hợp lý cho các yêu cầu mới đang đưa đến hệ thống để cho mạngkhông bị quá tải và duy trì tính ổn định Tuy nhiên, nghẽn có thể xuất hiện trongmạng 3G vì sự di chuyển của người sử dụng

 Việc đặt lại cấu hình có nhiệm vụ cấp phát lại nguồn tài nguyên trongphạm vi của mạng khi hiện tượng nghẽn bắt đầu xuất hiện Chức năng này có nhiệm

vụ đưa hệ thống bị quá tải trở về lưu lượng tải mục tiêu một cách nhanh chóng và

có thể điều khiển được

3.1.2 Các chức năng của quản lý tài nguyên vô tuyến RRM

Quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến có thể chia thành các chức năng: điều khiểncông suất, chuyển giao, điều khiển thu nhận, điều khiển tải và lập lịch cho gói tin.Hình 3.1 chỉ ra các vị trí điển hình của các chức năng RRM trong phạm vi của

Trong các hệ thống GSM, chỉ áp dụng điều khiển công suất chậm (tần số xấp xỉ2Hz) Trong IS-95, điều khiển công suất nhanh với tần số 800Khz được hỗ trợ ởđường lên, nhưng trên đường xuống, một vòng điều khiển công suất tương đốichậm (xấp xỉ 50Hz) điều khiển công suất truyền Trong WCDMA, điều khiển côngsuất nhanh với tần số 1,5KHz được sử dụng trên cả đường lên và đường xuống.Điều khiển công suất nhanh khép kín là một vấn đề quan trọng của hệ thốngWCDMA.

Điều khiển chuyển giao

Chuyển giao là một phần quan trọng của hệ thống thông ti di động tế bào Sự dichuyển gây ra sự biến đổi chất lượng liên kết và các mức nhiễu trong các hệ thống

tế bào, yêu cầu khi một người sử dụng cụ thể thay đổi trạm gốc phục vụ nó Sự thayđổi này được gọi là chuyển giao

Điều khiển thu nạp

Nếu tải giao diện vô tuyến được cho phép tăng lên một cách liên tục, vùng phủsóng của cell bị giảm đi dưới giá trị đã hoạch định (gọi là “cell breathing”), và QoS

breathing” là vì đặc điểm giới hạn nhiễu của các hệ thống CDMA Vì thế, trước khithu nhận một kết nối mới, điều khiển thu nạp cần kiểm tra xem việc nhận kết nốimới sẽ không ảnh hưởng đến vùng phủ sóng hoặc QoS của các kết nối đang hoạtđộng Điều khiển thu nạp chấp nhận hay từ chối yêu cầu thiết lập một bộ mang truynhập vô tuyến trong mạng truy nhập vô tuyến Chức năng điều khiển thu nạp đượcđặt trong bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC, nơi mà lưu giữ thông tin vể tải củamột số cell

Thuật toán điều khiển thu nạp tính toán việc tải tăng lên mà do sự thiết lập thêmvật mang sẽ gây ra trong mạng truy nhập vô tuyến Việc tính toán tải được áp dụngcho cả đường lên và đường xuống Bộ mang yêu cầu có thể được chấp nhận chỉ khiđiều khiển thu nạp trong cả 2 chiều chấp nhận, nếu không thì nó bị từ chối bởi vìnhiễu quá mức có thể tăng thêm trong mạng

Chú ý rằng việc điều khiển thu nạp được áp dụng một cách tách biệt trên cảđường lên và đường xuống, và ở mỗi hướng có thể sử dụng các chiến lược điềukhiển thu nạp khác nhau

Điều khiển tải (điểu khiển nghẽn)

Một công cụ quan trọng của chức năng quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến làđảm bảo cho hệ thống không bị quá tải và duy trì tính ổn định Nếu hệ thống đượcquy hoạch một cách hợp lý, và công việc điều khiển thu nạp hoạt động tốt, các tìnhhuống quá tải sẽ bị loại trừ Tuy nhiên, trong mạng di động, sự quá tải ở một nơinào đó là không thể tránh khỏi vì các tài nguyên vô tuyến được ấn định trước trongmạng Khi quá tải được xử lý bởi điều khiển tải, hay còn gọi là điều khiển nghẽn,hoạt động điều khiển này sẽ trả lại cho hệ thống tải mục tiêu, được vạch ra trongquá trình quy hoạch mạng một cách nhanh chóng và có khả năng điều khiển được.Các hoạt động điều khiển tải để làm giảm hay cân bằng tải được liệt kê như sau:

Từ chối các lệnh công suất tới trên đường xuống nhận từ MS

Giảm chỉ tiêu Eb/I0 đường lên sử dụng bởi điều khiển công suất nhanh đườnglên

Thay đổi kích cỡ của miền chuyển giao mềm để phục vụ nhiều người sửdụng hơn

Chuyển giao tới sóng mang WCDMA khác (mạng UMTS khác hay mạngGSM).

Giảm thông lượng của lưu lượng dữ liệu gói (các dữ liệu phi thời gian thực)

Ngắt các cuộc gọi trên một đường điều khiển

Hai hoạt động đầu tiên là các hoạt động nhanh được thực hiện bên trong BS.Các hoạt động này có thể diễn ra trong một khe thời gian, nghĩa là với một tần số1,5KHz, cung cấp một quyền ưu tiên cho các dịch vụ khác nhau Hoạt động thứ 3thay đổi kích cỡ của miền chuyển giao mềm có một lợi ích đặc biệt đối với mạnggiới hạn đường xuống

Các phương pháp điều khiển tải khác thì chậm hơn Chuyển giao bên trongbăng tần và chuyển giao bên trong hệ thống có thể khắc phục được hiện tượng quátải bằng cách cân bằng tải Hoạt động cuối cùng là ngắt các người sử dụng dịch vụthời gian thực (thoại hay dữ liệu chuyển mạch kênh) để giảm tải Hoạt động này chỉđược sử dụng chỉ khi tải của toàn bộ mạng vẫn rất lớn thậm chí sau khi các hoạtđộng điều khiển tải khác vừa có tác dụng để giảm quá tải Giao diện vô tuyếnWCDMA và yêu cầu tăng của lưu lượng phi thời gian thực trong mạng 3G đem lạinhiều sự lựa chọn các hoạt động khả thi để điều khiển tình huống quá tải, vì thế nhucầu cắt những người sử dụng dịch vụ thời gian thực để giảm quá tải rất hiếm xảy ra

3.1.3 Điều khiển công suất

Các mục tiêu của điều khiển công suất có thể tóm tắt như sau :

 Khắc phục hiệu ứng gần-xa trên đường lên.

 Tối ưu dung lượng hệ thống bằng việc điều khiển nhiễu

 Làm tăng tối đa tuổi thọ pin của đầu cuối di động

Mục tiêu của việc sử dụng điều khiển công suất là khác nhau trên đường lên vàđường xuống Các mục tiêu của điều khiển công suất có thể tóm tắt như sau :

 Khắc phục hiệu ứng gần-xa trên đường lên.

 Tối ưu dung lượng hệ thống bằng việc điều khiển nhiễu

 Làm tăng tối đa tuổi thọ pin của đầu cuối di động

Có 3 kiểu điều khiển công suất trong các hệ thống WCDMA: Điều khiển công