HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG 1

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài: “ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HSPA VÀ ỨNG DỤNG
CÔNG NGHỆ HSPA TRÊN MẠNG DI ĐỘNG 3G VMS” Giảng viên hướng dẫn : Ths. NGUYỄN VIỆT THẮNG
Sinh viên thực hiện: TRẦN VĂN HIẾU
Lớp : D07VT2
Khoá : 2007 (2007-2012)
Hệ : CHÍNH QUY
Hà Nội, tháng 12 /2011
NHẬN XÉT
(Của giảng viên phản biện)
KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
LỜI MỞ ĐẦU
LỜI CẢM ƠN
Chương I 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1
1.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) 1
1.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G) 2
1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) 4
1.4. Công nghệ tiền 4G 6
1.5. Tổng quan về HSPA 7
1.5.1. Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA) 9
1.5.2. Truy nhập gói tốc độ cao đường lên (HSUPA) 10
1.6. Kết luận chương I 12
Chương II 13
CÔNG NGHỆ HSPA 13
2.1. Kiến trúc mạng 13
2.1.1. Kiến trúc WCDMA/UMTS R3 13
2.1.2. Kiến trúc WCDMA/UMTS R4 14
2.1.3. Kiến trúc HSPA/WCDMA R5 và R6 15
2.1.4. Kiến trúc HSPA/WCDMA R7 17
2.2. Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA) 18 2.2.1. Nguyên lý hoạt động của HSDPA 18
2.2.2. Giao diện vô tuyến của HSDPA 24
2.2.2.1. Kiến trúc giao thức của HSDPA 24
2.2.2.2. Cấu trúc kênh HSDPA 29

3.2.1. Cấu trúc mạng thông tin di động VMS-MobiFone 81
3.2.2. Phương án triển khai HSPA áp dụng công nghệ HSDPA tại VMS-
MobiFone 83
3.2.3. Cơ sở triển khai mạng HSDPA tại MobiFone 84
3.2.4. Quá trình áp dụng công nghệ HSPA tại VMS 85
3.2.4.1. Giai đoạn thử nghiệm ban đầu 85
3.2.4.2. Tình hình triển khai HSPA sau thử nghiệm tại VMS 90
3.2.4.2.1. Thiết bị 90
3.2.4.2.2. Các dịch vụ 91
3.3. Kết luận chương III 93
KẾT LUẬN CHUNG 94
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Tiến trình phát triển của hệ thống thông tin di động 1
Hình 1.2 Lộ trình phát triển của HSPA theo 3GPP 8
Hình 1.3 Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) hoặc chung sóng mang với
WCDMA (f1) 9
Hình 1.4 Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện khác nhau 9
Hình 1.5 Kiến trúc HSDPA. 10
Hình 1.6 Kiến trúc HSUPA được lập cấu hình E-DCH 12
Hình 2.1 Kiến trúc WCDMA/UMTS R3 13
Hình 2.2 Kiến trúc WCDMA/UMTS R4 15

Hình 2.28 Điều khiển luồng giữa RNC và Node B 52
Hình 2.29 Cơ chế Stop And Wait của HSDPA 53
Hình 2.30 Kết hợp kiểu Chase 54
Hình 2.31 Kết hợp kiểu tăng phần dư 55
Hình 2.32 So sánh quá trình xử lý kênh truyền tải của HSUPA và R3DCH 56
Hình 2.33 Cấu trúc khung E-DPDCH 58
Hình 2.34 Cấu trúc khung E-DPCCH 59
Hình 2.35 Mã hóa E-DPCCH 60
Hình 2.36 Cấu trúc khung E-HICH/E-RGCH 61
Hình 2.37 Ghép các kênh E-HICH và E-RGCH 63
Hình 2.38 Cấu trúc mã hóa E-AGCH 64
Hình 2.38 Cấu trúc khung vô tuyến E-AGCH 64
Hình 2.39 MAC-e và xử lý lớp vật lý 66

Hình 2.40 Chương trình khung lập biểu 68
Hình 2.41 Tổng quan hoạt động lập biểu 70
Hình 2.42 Quan hệ giữa cho phép tuyệt đối , cho phép tương đối và cho phép phục vụ 71
Hình 2.43 Mô tả sử dụng cho phép tương đối 72
Hình 2.44 HARQ đồng bộ và HARQ không đồng bộ 75
Hình 2.45 Nhiều xử lý HARQ cho HSUPA 76
Hình 2.46 Ví dụ về các phát lại trong chuyển giao mềm 77

Bảng 3.4 Các thông số tiêu chuẩn cho thử nghiệm cho chuẩn giao tiếp WCDMA TDD . 86
Bảng 3.5 So sánh giải pháp mà Alcatel và Ericsson đưa ra 87
Bảng 3.6 Cấu hình hệ thống cho 5 trung tâm chính 90
KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
2G Second Generation Thế hệ thứ 2
3G Third Generation Thế hệ thứ ba
3GPP 3rd Genaration Partnership Project Đề án các đối tác thế hệ thứ ba
3GPP2 3rd Generation Patnership Project 2

Đề án đối tác thế hệ thứ ba 2
ACK Acknowledge Báo nhận
AICH Acquisition Indication Channel Kênh chỉ thị bắt
AMC Adaptive Modulation and Coding Mã hóa và điều chế thích ứng
AMPS Analog Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động analog
AMR Adaptive MultiRate Đa tốc độ thích ứng
AP-
AICH
Access Preamble Acquisition

DL Downlink Đường xuống
DPCCH Dedicated Physycal Control
Channel
Kênh điều khiển vật lý riêng
DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng
DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý riêng
DTX Discontinuous Transmission Phát không liên tục
DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống
DSSS Direct-Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp
E-AGCH Enhanced Absolute Grant Channel Kênh cho phép tuyệt đối tăng cường
E-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng tăng cường
EDGE Enhanced Data rates for GPRS
Evolution
Tốc độ số liệu tăng cường để phát
triển GPRS E-
DPCCH
Enhanced Dedicated Control
Channel
Kênh điều khiển riêng tăng cường
E-
DPDCH
Enhanced Dedicated Data Channel Kênh số liệu riêng tăng cường
EIR Equipment Identity Register
Bộ ghi nhận dạng thiết bị

PDSCH
High-Speed Physical Dedicated
Shared Channel
Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc độ cao HSS Home Subsscriber Server Server thuê bao nhà
HS-
SCCH
High-Speed Shared Control
Channel
Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao
HSUPA High-Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ cao
IEEE Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Viện kỹ nghệ Điện và Điện Tử
IMS International Mobile
Telecommunications 2000
Thông tin di động quốc tế 2000
IP Internet Protocol Giao thức Internet
IPv4 IP version 4 Phiên bản IP bốn
IPv6 IP version 6 Phiên bản IP sáu
IR Incremental Redundancy Phần dư tăng
Iu
Giao diện được sử dụng để thông tin giữa RNC và mạng lõi
Iub
Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và RNC

QPSK Quatrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha vuông góc
RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên
RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến
RF Radio Frequency Tần số vô tuyến
RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến
RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến
RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến
R-SGW Roaming Signalling Gateway Cổng báo hiệu chuyển mạng
RTP Real Time Protocol Giao thức thời gian thực
SCH Synchronization channel Kênh đồng bộ
SDU Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ SF Spreading Factor Hệ số trải phổ
SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ
SHO Soft Handover Chuyển giao mềm
SIM Subscriber Identity Module Mođun nhận dạng thuê bao
SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên
SMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin
SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
SS Subscriber Station Người sử dụng
SS7 Signaling System # 7 Hệ thống báo hiệu số 7
TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời
gian
TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời gian
TDMA Time Division Mulptiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời
gian

WiFi Wireless Fidelitity Chất lượng không dây cao
WiMAX Worldwide Interoperability for
Microwave Access
Tương hợp truy nhập vi ba toàn cầu
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển
nhanh nhất và phục vụ con người hữu hiệu nhất. Khởi nguồn từ dịch vụ thoại đắt tiền cho
một số ít người đi xe, đến nay với sự ứng dụng ngày càng rộng rãi các thiết bị thông tin di
động thể hệ ba, thông tin di động có thể cung cấp nhiều hình loại dịch vụ đòi hỏi tốc độ
số liệu cao cho người sử dụng kể cả các chức năng camera, MP3 và PDA. Với các dịch
vụ đòi hỏi tốc độ cao ngày các trở nên phổ biến này, nhu cầu 3G cũng như phát triển nó
lên 4G ngày càng trở nên cấp thiết.

được gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cô giáo trong trường Học viên Công nghệ Bưu chính
Viễn thông đã tạo mọi điều kiện học tập và nghiên cứu cho em trong suốt hơn 4 năm học
vừa qua. Xin cảm ơn các bạn học và những người thân đã luôn giúp đỡ, động viên và
chia sẻ những lúc tôi khó khăn trong thời gian thực hiện đồ án này.
Do thời gian hạn hẹp và cũng chịu nhiều yếu tố tác động nên đồ án sẽ không tránh
khỏi sai sót. Em rất mong sẽ nhận được những ý kiến đóng góp xây dựng của Thầy, Cô
và các bạn để có thể tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu của mình. Đồ án tốt nghiệp Chương I Tổng quan về các hệ thống thông tin di động

Trần Văn Hiếu – D07VT2 1

Chương I
TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G)
Công nghệ di động đầu tiên là công nghệ tương tự, là hệ thống truyền tín hiệu tương
tự, là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại, được khơi mào ở Nhật vào năm
1979. Những công nghệ thế hệ thứ nhất này có thể kể đến là:
- NMT (Nordic Mobile Telephone – Điện thoại di động Bắc Âu) được sử dụng ở
các nước Bắc Âu, Tây Âu và Nga.
- AMPS (Advanced Mobile Phone Sytem – Hệ thống điện thoại di động tiên tiến)
được sử dụng ở Mỹ và Úc.
- TACS (Total Access Communication Sytem – Hệ thống truyền thông truy
nhập toàn phần) được sử dụng ở Anh.

Hình 1.1 Tiến trình phát triển của hệ thống thông tin di động

Băng tần gồm 124 sóng mang được chia làm 2 băng, mỗi băng rộng 25MHz, khoảng
cách giữa 2 sóng mang kề nhau là 200KHz. Mỗi kênh sử dụng 2 tần số riêng biệt cho 2
đường lên và xuống gọi là kênh song công. Khoảng cách giữa 2 tần số là không đổi bằng
45MHz. Mỗi kênh vô tuyến mang 8 khe thời gian TDMA và mỗi khe thời gian là một
kênh vật lý trao đổi thông tin giữa MS và mạng GSM. Tốc độ từ 6.5 – 13 Kbps.
Công suất phát của máy điện thoại được giới hạn tối đa là 2 watts đối với băng GSM
850/900 Mhz và tối đa là 1 watts đối với băng GSM 1800/1900 Mhz.
Mạng GSM sử dụng hai kiểu mã hóa âm thanh để nén tín hiệu âm thanh 3,1 Khz đó là
mã hóa 6 và 13 Kbps gọi là Full rate (13Kbps) và Haft rate (6Kbps). Để nén họ sử dụng
hệ thống có tên là Linear predictive coding (LPC). Vào năm 1997 thì họ cải tiến thêm cho
mạng GSM là bộ mã hóa GSM-EFR sử dụng full rate 12,2 Kbps.
Đồ án tốt nghiệp Chương I Tổng quan về các hệ thống thông tin di động

Trần Văn Hiếu – D07VT2 3

Có tất cả bốn kích thước cell trong mạng GSM đó là macro, micro, pico và umbrella.
Vùng phủ sóng của mỗi cell phụ thuộc nhiều vào môi trường. Macro cell được lắp trên
cột cao hoặc trên các tòa nhà cao tầng, micro cell lại được lắp ở các khu thành thị, khu
dân cư, pico cell thì có tầm phủ sóng chỉ khoảng vài chục mét trở lại nên nó thường được
lắp để tiếp sóng trong nhà. Umbrella cell lắp bổ sung vào các vùng bị che khuất hay các
vùng trống giữa các cell.
Bán kính phủ sóng của một cell tùy thuộc vào độ cao của anten, độ lợi anten thường
thì nó có thể từ vài trăm mét đến vài chục km, trong thực tế thì khả năng phủ sóng xa
nhất của một trạm GSM là 32km (22 dặm). Một số khu vực trong nhà mà các anten ngoài
trời không thể phủ sóng tới như nhà ga, sân bay, siêu thị… thì người ta sẽ dùng các trạm
Pico để chuyển tiếp sóng từ anten ngoài trời vào.
GSM mới chỉ cung cấp các dịch vụ thoại và nhắn tin ngắn, trong khi nhu cầu truy
nhập Internet và các dịch vụ từ người sử dụng là rất lớn nên GSM phát triển lên 2,5G:

GPRS (General Packet Radio Service- Dịch vụ vô tuyến gói chung ): GPRS là
một hệ thống vô tuyến thuộc giai đoạn trung gian, nhưng vẫn là hệ thống 3G nếu xét về
mạng lõi. 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 đang tồn tại là một quá trình đơn giản. Một phần các khe trên giao diện vô tuyến
dành cho GPRS, cho phép ghép kênh số liệu gói được lập lịch trình trước đối với một số
trạm di động. Phân hệ trạm gốc chỉ cần nâng cấp một phần nhỏ liên quan đến khối điều
khiển gói (PCU- Packet Control Unit) để cung cấp khả năng định tuyến gói giữa các đầu
cuối di động các nút cổng (gateway). Một nâng cấp nhỏ về phần mềm cũng cần thiết để
hỗ trợ các hệ thống mã hoá kênh khác nhau. Mạng lõi GSM được tạo thành từ các kết nối
chuyển mạch kênh được mở rộng bằng cách thêm vào các nút chuyển mạch số liệu và
gateway mới, được gọi là GGSN (Gateway GPRS Support Node) và SGSN (Serving
GPRS Support Node). GPRS là một giải pháp đã được chuẩn hoá hoàn toàn với các giao
diện mở rộng và có thể chuyển thẳng lên 3G về cấu trúc mạng lõi.
EDGE ( Enhanced Data Rates for GSM Evolution- Tốc độ số liệu tăng cường để
phát triển GSM): EDGE có thể phát nhiều bit gấp 3 lần GPRS trong một chu kỳ. Đây là
lý do chính cho tốc độ bit EDGE cao hơn. ITU đã định nghĩa 384kbps là giới hạn
tốc độ dữ liệu cho dịch vụ để thực hiện chuẩn IMT-2000 trong môi trường không lý
tưởng. 384kbps tương ứng với 48kbps trên mỗi khe thời gian, giả sử một đầu cuối có 8
khe thời gian. EDGE là một kỹ thuật truyền dẫn 3G đã được chấp nhận và có thể triển
khai trong phổ tần hiện có của các nhà khai thác TDMA và GSM. EDGE tái sử dụng
băng tần sóng mang và cấu trúc khe thời gian của GSM, và được thiết kế nhằm tăng tốc
độ số liệu của người sử dụng trong mạng GPRS hoặc HSCSD bằng cách sử dụng
các hệ thống cao cấp và công nghệ tiên tiến khác. Vì vậy, cơ sở hạ tầng và thiết bị đầu
cuối hoàn toàn phù hợp với EDGE hoàn toàn tương thích với GSM và GRPS.
1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G)
Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-2000 (International Mobile
Telecommunication -2000) cho hệ thống 3G với các ưu điểm chính được mong đợi đem

là tầng điều khiển, giúp cho việc nâng cấp các quy trình và cho phép mạng lưới có
thể được phân chia linh hoạt. Cuối cùng là tầng kết nối, bất kỳ công nghệ truyền
dữ liệu nào cũng có thể được sử dụng và dữ liệu âm thanh sẽ được chuyển qua
ATM/AAL2 hoặc IP/RTP.
- Tần số: hiện tại có 6 băng sử dụng cho UMTS/WCDMA, tập trung vào
UMTS tần số cấp phát trong 2 băng đường lên (1885 MHz– 2025 MHz) và đường
xuống (2110 MHz – 2200 MHz).
Sự phát triển của WCDMA lên 3.5G là HsxPA
 CDMA2000
Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, chuẩn này là sự tiếp nối đối với các
hệ thống đang sử dụng công nghệ CDMA trong thế hệ 2. CDMA2000 được quản
lý bởi 3GPP2, một tổ chức độc lập và tách rời khỏi 3GPP của UMTS.
CDMA2000 có tốc độ truyền dữ liệu từ 144Kbps đến 3Mbps.
 TD-SCDMA
Chuẩn được ít biết đến hơn là TD-SCDMA đang được phát triển tại Trung Quốc
bởi các công ty Datang và Siemens. Hiện tại có nhiều chuẩn công nghệ cho 2G nên sẽ có
nhiều chuẩn công nghệ 3G đi theo, tuy nhiên trên thực tế chỉ có 2 tiêu chuẩn quan trọng
nhất đã có sản phẩm thương mại và có khả năng đợc triển khai rộng rãi trên toàn thế
giới là WCDMA (FDD) và CDMA 2000. WCDMA được phát triển trên cơ sở tương
Đồ án tốt nghiệp Chương I Tổng quan về các hệ thống thông tin di động

Trần Văn Hiếu – D07VT2 6

thích với giao thức của mạng lõi GSM (GSM MAP), một hệ thống chiếm tới 65% thị
trường thế giới. Còn CDMA 2000 nhằm tuơng thích với mạng lõi IS-41, hiện chiếm 15%
thị trường.
1.4. Công nghệ tiền 4G
Công nghệ tiền 4G tiêu biểu có thể kể đến: LTE và WiMax. Điểm chung cho cả 2
công nghệ này là đều sử dụng đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (Orthogonal
Frequency-Division Multiplexing Access).

Đồ án tốt nghiệp Chương I Tổng quan về các hệ thống thông tin di động

Trần Văn Hiếu – D07VT2 7

Chuẩn WiMAX đầu tiên ra đời vào tháng 10 năm 2001. Khác với WiFi chỉ sử dụng
một băng tần, WiMAX có thể hoạt động trong nhiều băng tần khác nhau từ 2-66 Ghz.
Các ứng dụng khác nhau sẽ dùng những băng tần khác nhau để tránh sự giao thoa.
Các chuẩn khác nhau của WiMAX [3]:
- Chuẩn cơ bản 802.16: Chuẩn 802.16 ban đầu được tạo ra với mục đích là tạo ra
những giao diện (interface) không dây dựa trên một nghi thức MAC (Media
Access Control) chung. Kiến trúc mạng cơ bản của 802.16 bao gồm một trạm phát
(BS) và người sử dụng (SS). Trong một vùng phủ sóng, trạm BS sẽ điều khiển
toàn bộ sự truyền dữ liệu. Điều đó có nghĩa là sẽ không có sự trao đổi trực tiếp
giữa hai SS với nhau. Nối kết giữa BS và SS sẽ gồm một kênh đường lên và
đường xuống. Kênh đường lên sẽ chia sẻ cho nhiều SS trong khi kênh đường
xuống có đặc điểm broadcast. Trong trường hợp không có vật cản giữa SS và BS,
thông tin sẽ được trao đổi trên băng tầng cao. Ngược lại, thông tin sẽ được truyền
trên băng tầng thấp để chống nhiễu.
- 802.16a: Chuẩn này sử dụng băng tầng có bản quyền từ 2 – 11Ghz. Đây là băng
tầng thu hút được nhiều quan tâm nhất vì tín hiệu truyền có thể vượt được các
chướng ngại trên đường truyền. 802.16a còn thích ứng cho việc triển khai mạng
Mesh mà trong đó một SS thể liên lạc với BS thông qua một SS khác. Với đặc tính
này, vùng phủ sóng của 802.16a BS sẽ được nới rộng.
- 802.16b: Chuẩn này hoạt động trên băng tầng từ 5 – 6 Ghz với mục đích cung ứng
dịnh vụ với chất lượng cao (QoS). Cụ thể chuẩn ưu tiên truyền thông tin của
những ứng dụng video, thoại, real-time thông qua những lớp dịch vụ khác. Chuẩn
này sau đó đã được kết hợp vào chuẩn 802.16a.
- 802.16c: Chuẩn này định nghĩa thêm các profile mới cho dải băng tầng từ 10-
66GHz với mục đích cải tiến khả năng hoạt động tương hỗ.
- 802.16d: Có một số cải tiển nhỏ so với chuẩn 802.16a. Chuẩn này được chuẩn hóa