BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

.......................................
Phạm Công Thuấn

Nghiên cứu về tái lựa chọn cell và chuyển giao liên hệ
thống UMTS-GSM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS. Đỗ Trọng Tuấn

HÀ NỘI – 2010


l

MỤC LỤC

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ...................................................................................................3
DANH MỤC HÌNH VẼ.......................................................................................................9
DANH MỤC CÁC BẢNG.................................................................................................11
LỜI GIỚI THIỆU..............................................................................................................12
CHƯƠNG I.........................................................................................................................15
CẤU TRÚC MẠNG CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN ..................................................15
DI ĐỘNG GSM.................................................................................................................15
1.1 Giới thiệu chương ......................................................................................................15
1.2 Cấu trúc mạng GSM ..................................................................................................16
1.2.1Trạm di động........................................................................................................17
1.2.2 Phân hệ trạm gốc (BSS)......................................................................................17

TRONG UMTS .................................................................................................................66
3.1 Lựa chọn lại cell giữa UMTS và GSM......................................................................66
3.2 Phân loại lựa chọn lại cell..........................................................................................67
3.3. Thủ tục các phép đo ..................................................................................................67

1


3.3 Quy tắc S – Dành cho lựa chọn cell...........................................................................68
3.4 Quy tắc R – Dành cho tái lựa chọn cell .....................................................................69
3.5 Các giá trị được định nghĩa như sau ..........................................................................69
3.6 Lựa chọn cell .............................................................................................................70
3.7 Tái lựa chọn cell ........................................................................................................71
3.8 Tái lựa chọn Intra Frequency.....................................................................................72
3.9 Tái lựa chọn Inter-RAT cell từ 3G sang 2G ..............................................................73
3.10 Tái lựa chọn Inter-Rat Cell từ 2G sang 3G..............................................................74
3.11 Bảng giá trị các tham số...........................................................................................76
3.12 Các trường hợp Reselection thường gặp..................................................................76
CHƯƠNG IV......................................................................................................................80
CHUYỂN GIAO LIÊN HỆ THỐNG UMTS-GSM ........................................................80
4.1.Tổng quan về chuyển giao .........................................................................................80
4.2 Chuyển giao cùng một tần số.....................................................................................81
4.2.1 Thuật toán của các sự kiện trong chuyển giao cùng tần số.................................83
4.2.2 Trường hợp có nhiều hơn 32 cell liền kề ............................................................85
4.3 Chuyển giao khác tần số ............................................................................................87
4.3.1 Sự kiện 2A ..........................................................................................................89
4.3.2 Sự kiện 2B ..........................................................................................................90
4.3.3 Sự kiện 2C ..........................................................................................................91
4.3.4 Sự kiện 2D ..........................................................................................................91
4.3.5 Sự kiện 2E...........................................................................................................92


AAL5

ATM Adaption Layer 5

Thích ứng ATM lớp 5

AGCH

Access Grant Channel

Kênh cho phép truy nhập

AICH

Acquisiton Indicator Channel

Kênh chỉ thị thu được

ATM

Asynchronous Tranfer Mode

Chế độ truyền không đồng bộ

AuC

Authentication Center

Trung tâm nhận thực


BTS

Base Tranceiver Station

Trạm vô tuyến gốc

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Khóa dịch pha nhị phân

CCCH

Common Control Channel

Kênh điều khiển chung

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập chia theo mã

CEPT

Conference of European Post
and Telecommunication


Nghiên cứu về tái lựa chọn cell và chuyển giao liên hệ thống UMTS-GSM

DCCH

Dedicated Control Channel

Kênh điều khiển dành riêng

DCS

Digital Communication System

Hệ thống truyền thông số

DPCCH

Dedicated Physical Common
Channel

Kênh vật lý ấn định chung

DPDCH

Dedicated Physical Data
Channel

Kênh dữ liệu vật lý ấn định

DS-SS



Bộ ghi nhận dạng thiết bị

E

F
FACCH

Fast Associated Control
Channel

Kênh điều khiển liên kết nhanh

FCCH

Frequency Common Channel

Kênh hiệu chỉnh tần số

FDD

Frequency Division Duplex

Ghép song công phân chia theo tần
số

FHSS

Frequency Hopping Spread
Spectrum


T-PDU + GTP Header

Các nhãn

GPRS

General Packet Radio Service

Dịch vụ vô tuyến gói chung

G

4


Nghiên cứu về tái lựa chọn cell và chuyển giao liên hệ thống UMTS-GSM

Global System For Mobile
Telecommunications

Hệ thống thông tin di động toàn
cầu

HLR

Home Location Register

Bộ đăng kí định vị thường trú



Tiêu chuẩn thông tin di động toàn
cầu

IMEI

International Mobile Subscriber
Identity

Số nhận dạng thiết bị di động quốc
tế

IMSI

International Mobile Subscriber
Identity

Số nhận dạng thuê bao di động
quốc tế

ISDN

Integrated Services Digital
Network

Mạng số tích hợp

LAC

Link Access Control


Giao diện truy nhập di động

MoU

Memorandum of Understanding Tổng cục đo lường chất lượng

MNC

Mobile Network Code

Mã mạng

MS

Mobile Station

Trạm di động

GSM

H

HSDPA

I

ITU

L


Không trong tầm nhìn thẳng

Operation and Support
Subsystem

Phân hệ khai thác và hỗ trợ

N

O
OSS
OVSF

Orthogonal Variable Spreading
Factor

Hệ số trải phổ thích ứng

PCH

Paging Channel

Kênh tìm gọi

PCCH

Paging Control Channel

Kênh điều khiển tìm gọi


PIN

Personal Identification Number

Mã số nhận dạng cá nhân

PN

Pseudo Noise

Mã giả ngẫu nhiên

PRACH

Physical Random Access
Channel

Kênh truy nhập ngẫu nhiên

PSC

Primary Screambling Code

Mã kiểm tra chính

P-SCH

Primary Synchronization
Channel


RANAP

Radio Access Network
Application Part

Phần ứng dụng truy cập mạng

RLA_C

Receiving Level Average
Combination

Giá trị trung bình các tín hiệu thu

RNC

Radio Network Controller

Điều khiển mạng vô tuyến

RNS

Radio Network Subsystem

Mạng con vô tuyến

RRC

Radio Resource Control

Slow Associated Control
Channel

Kênh điều khiển liên kết chậm

SC

Screambling Code

Mã kiểm tra

SCCP

Signaling Connection Control
Part

Phần điều khiển kết nối báo hiệu

SCH

Synhchronization Channel

Kênh đồng bộ

SCTP

Simple Control Transmission
Protocol

Giao thức truyền đơn giản


Hệ thống báo hiệu số 7

SSC

Second Screambling Code

Mã kiểm tra phụ

SDCCH

Stand alone Dedicated Control
Channel

Kênh điều khiển dành riêng

SGSN

Serving GPRS Support Node

Node hỗ trợ GPRS

S

T

7


Nghiên cứu về tái lựa chọn cell và chuyển giao liên hệ thống UMTS-GSM


Hệ thống thông tin di động toàn
cầu

UTRAN

UMTS Terrestrial Radio Access
Mạng truy nhập mặt đất của UMTS
Network

U

V
VLR

Visitor Location Register

Thanh ghi định vị tạm trú

Wideband Code Division
Multiplex Access

Đa truy nhập phân chia theo mã
băng rộng

W
WCDMA

8


Hình 2.16 Chuyển giao mềm[4]……………………………………………………...57
Hình 2.17 Sơ đồ điều khiển tải……………………………………………………………60

9


Nghiên cứu về tái lựa chọn cell và chuyển giao liên hệ thống UMTS-GSM

Hình 2.18 Cell Breathing………………………………………………………..….…..…62
Hình 2.19 OVSF code[4]……………………………………………………..…..….62
Hình 2.20 OVSF code[4]……………………………………………………..….…..62
Hình 2.21 Mã gốc và mã con[4]……………………………………………..…….....63
Hình 2.22 Mã PN[4]……………………………………………………….….….….63
Hình 2.23 Quy hoạch mã PN theo đường xuống[4]………………………….….…….64
Hình 2.24 Sơ đồ hình cây của mã kênh[4]………………………………….….……..65
Hình 2.25 Ví dụ về việc ấn định mã[4]………………………………………...….….65

Hình 3.1 Tái lựa chọn cell[3]…………………………………………………..…..72
Hình 3.2 Sơ đồ lựa chọn cell từ 3G sang 2G[4]…………………………………………..73
Hình 3.3 : Sơ đồ lựa chọn lại cell từ 2G sang 3G[4]…………………………..…………..74

Hình 3.4 Minh họa trước khi tối ưu………………………………………………..78
Hình 3.5. Minh họa sau khi tối ưu………………………………………...……….78
Hình 4.1.Các bước thực hiện Handover…………………………………………....80
Hình 4.2.Kết quả đo neighbour…………………………………………………………....81

Hình 4.3 Minh họa về chuyển giao một tần số[3]………………………………….82
Hình 4.4 Thứ tự ưu tiên các cell liền kề……………………………………………86
Hình 4.5 Cách cấu hình độ ưu tiên của cell[4]…………………………..…………87
Hình 4.6 Sự kiện 2A……………………………………………………………………….90

Bảng 4.7 Các tham số…………………………………………………….………..89
Bảng 4.8 Các sự kiện của Inter-RAT………………………………………………95
Bảng 4.9 Các tham số của Inter-RAT…………………………………….………..96

11


Nghiên cứu về tái lựa chọn cell và chuyển giao liên hệ thống UMTS-GSM

LỜI GIỚI THIỆU
Cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ như điện tử, tin học,công
nghệ thông tin di động trong những năm qua đã phát triển rất mạnh mẽ cung cấp các
loại hình dịch vụ đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng. Kể từ
khi ra đời vào cuối năm 1940 cho đến nay thông tin di động đã phát triển qua nhiều
thế hệ và đã tiến một bước dài trên con đường công nghệ.
Trong thế kỷ 21, thế giới đã chứng kiến sự bùng nổ về nhu cầu truyền thông
không dây cả về số lượng, chất lượng và các loại hình dịch vụ. Tuy nhiên, theo
đánh giá thì công nghệ truyền thông không dây hiện thời vẫn còn quá chậm và
không đáp ứng được các yêu cầu về dịch vụ mới đặc biệt là các dịch vụ truyền số
liệu đa phương tiện. Điều này đòi hỏi các nhà khai thác phải có được công nghệ
truyền thông không dây nhanh hơn và tốt hơn. Để đáp ứng yêu cầu đó, ngay từ
những năm đầu của thập kỷ 90 người ta đã tiến hành nghiên cứu, hoạch định hệ
thống thông tin di động thế hệ ba. ITU-R đang tiến hành công tác tiêu chuẩn hóa
cho hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000, còn ở châu Âu ETSI đang tiến
hành tiêu chuẩn hóa phiên bản này với tên gọi là UMTS (Universal Mobile
Telecommunnication System). Mục tiêu trước mắt là tăng tốc độ bit truyền từ
9.5Kbps lên 2Mbps. Công nghệ này sẽ nâng cao chất lượng thoại, và dịch vụ dữ
liệu sẽ hỗ trợ truyền thông đa phương tiện đến các thiết bị không dây.
Có nhiều chuẩn thông tin di động thế hệ ba được đề xuất, trong đó chuẩn WCDMA đã được ITU chấp thuận và hiện nay đang được triển khai ở một số khu
vực. Hệ thống UMTS là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di động

Chương 4: Chuyển giao trong UMTS
Chương này trình bày các thuật toán áp dụng trong chuyển giao đồng thời đưa
ra một số giá trị tham số khuyến nghị có thể giải quyết các vấn đề gặp phải trong
chuyển giao đặt biệt là trong chuyển giao giữa hệ thống UMTS và hệ thống GSM.
Trong quá trình làm luận văn, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức hạn
chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự phê bình,
hướng dẫn và sự giúp đỡ của Thầy cô, bạn bè.

13


Nghiên cứu về tái lựa chọn cell và chuyển giao liên hệ thống UMTS-GSM

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của Thầy giáo Tiến sĩ Đỗ Trọng
Tuấn cùng các Thầy cô trong khoa để em hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
Hà Nội, ngày......tháng......năm 2010

Học Viên Phạm Công Thuấn

14


Nghiên cứu về tái lựa chọn cell và chuyển giao liên hệ thống UMTS-GSM

CHƯƠNG I
CẤU TRÚC MẠNG CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN
DI ĐỘNG GSM
1.1 Giới thiệu chương
Chương này sẽ giới thiệu về sự hình thành và phát triển của hệ thống thông tin
di động GSM, kiến trúc mạng GSM , phương pháp đa truy cập trong GSM , các thủ

• Khả năng hỗ trợ thiết bị đầu cuối trao tay.
• Hỗ trợ các phương tiện thuận lợi và dịch vụ mới.
• Khả năng tương thích ISDN.
Tiêu chuẩn được ban hành vào tháng giêng năm 1990 và những hệ thống thương
mại đầu tiên được khởi đầu vào giữa năm 1992. Tổ chức MoU (Memorandum of
Understanding) thành lập bởi nhà điều hành và quản lý GSM được cấp phép đầu
tiên, lúc đó có 13 hiệp định được ký kết và đến nay đã có 191 thành viên ở khắp thế
giới. Tổ chức MoU có quyền tối đa, được quyền định chuẩn GSM.

1.2 Cấu trúc mạng GSM

Hình 1.1 Mô hình hệ thống thông tin di động GSM[5]
Mạng thông tin di động theo chuẩn GSM được chia thành 4 phân hệ chính sau:
• Trạm di động
• Phân hệ trạm gốc BSS
• Phân hệ chuyển mạch SS
• Phân hệ khai thác và bảo dưỡng

16


Nghiên cứu về tái lựa chọn cell và chuyển giao liên hệ thống UMTS-GSM

1.2.1Trạm di động
Trạm di động bao gồm thiết bị trạm di động và một khối nhỏ gọi là mođun
nhận dạng thuê bao. Đó là một khối vật lý tách riêng, chẳng hạn là một IC Card
hoặc còn gọi là SIM. SIM cung cấp khả năng di động cá nhân, vì thế người sử dụng
có thể lắp SIM vào bất cứ máy điện thoại di động GSM nào truy nhập vào dịch vụ
đã đăng ký. Mỗi điện thoại di động được phân biệt bởi một số nhận dạng điện thoại
di động IMEI. Card SIM chứa một số nhận dạng thuê bao di động IMSI để hệ thống

phận mã hóa và giải mã giao tiếp với BSC. BTS là thiết bị trung gian giữa mạng
GSM và thiết bị thuê bao MS, trao đổi thông tin với MS qua giao diện vô tuyến.
Mỗi BTS tạo ra một hay một số khu vực vùng phủ sóng nhất định gọi là tế bào
(cell).
1.2.2.2 Khối chuyển đổi mã và phối hợp tốc độ (TRAU)
Khối thích ứng và chuyển đổi mã thực hiện chuyển đổi mã thông tin từ các
kênh vô tuyến (16 Kb/s) theo tiêu chuẩn GSM thành các kênh thoại chuẩn (64 Kb/s)
trước khi chuyển đến tổng đài. TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải
mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, tại đây cũng thực hiện thích ứng
tốc độ trong trường hợp truyền số liệu. TRAU thường được đặt gần MSC
1.2.2.3 Khối điều khiển trạm gốc BSC
BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều
khiển từ xa. Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và
chuyển giao. Một phía BSC được nối với BTS, còn phía kia nối với MSC của phân
hệ chuyển mạch SS. Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa
BTS và BSC là giao diện A.bis.
Các chức năng chính của BSC:
• Quản lý mạng vô tuyến: Việc quản lý vô tuyến chính là quản lý các cell và
các kênh logic của chúng. Các số liệu quản lý đều được đưa về BSC để đo
đạc và xử lý, chẳng hạn như lưu lượng thông tin ở một cell, môi trường vô
tuyến, số lượng cuộc gọi bị mất, các lần chuyển giao thành công và thất
bại...
• Quản lý trạm vô tuyến gốc BTS: Trước khi đưa vào khai thác, BSC lập cấu
hình của BTS ( số máy thu/phát TRX, tần số cho mỗi trạm... ). Nhờ đó mà
BSC có sẵn một tập các kênh vô tuyến dành cho điều khiển và kết nối cuộc
gọi.

18



19


Nghiên cứu về tái lựa chọn cell và chuyển giao liên hệ thống UMTS-GSM

1.2.3.1 Trung tâm chuyển mạch di động MSC
Tổng đài di động MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một
số các bộ điều khiển trạm gốc BSC. MSC thực hiện các chức năng chuyển mạch
chính, nhiệm vụ chính của MSC là tạo kết nối và xử lý cuộc gọi đến những thuê bao
của GSM, một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS và mặt khác giao tiếp với mạng
ngoài qua tổng đài cổng GMSC (Gateway MSC).
Chức năng chính của tổng đài MSC:
• Xử lý cuộc gọi
• Điều khiển chuyển giao
• Quản lý di động
• Tương tác mạng qua GMSC
1.2.3.2 Bộ ghi định vị thường trú (HLR - Home Location Register)
HLR là cơ sở dữ liệu tham chiếu lưu giữ lâu dài các thông tin về thuê bao,
các thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thông. HLR không phụ
thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về vị trí hiện thời của
thuê bao.
HLR bao gồm:
• Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN.
• Các thông tin về thuê bao
• Danh sách các dịch vụ mà MS được sử dụng và bị hạn chế
• Số hiệu VLR đang phục vụ MS
1.2.3.3 Bộ ghi định vị tạm trú (VLR)
VLR là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng
phục vụ của MSC. Mỗi MSC có một VLR, thường thiết kế VLR ngay trong MSC.
Ngay cả khi MS lưu động vào một vùng MSC mới. VLR liên kết với MSC sẽ yêu

nhập vào hệ thống, những ME đã thông báo mất máy.
1.2.3.5 Khối trung tâm nhận thực AuC
AuC được nối đến HLR, chức năng của AuC là cung cấp cho HLR các tần số
nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật. Đường vô tuyến cũng được
AuC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã này được thay đổi riêng biệt cho
từng thuê bao. Cơ sở dữ liệu của AuC còn ghi nhiều thông tin cần thiết khác khi

21


Nghiên cứu về tái lựa chọn cell và chuyển giao liên hệ thống UMTS-GSM

thuê bao đăng ký nhập mạng và được sử dụng để kiểm tra khi thuê bao yêu cầu
cung cấp dịch vụ, tránh việc truy nhập mạng một cách trái phép.

1.2.4 Phân hệ khai thác và bảo dưỡng (OSS)
OSS thực hiện 3 chức năng chính:
• Khai thác và bảo dưỡng mạng.
• Quản lý thuê bao và tính cước.
• Quản lý thiết bị di động.
1.2.4.1 Khai thác và bảo dưỡng mạng
• Khai thác
Là hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng như
tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao giữa hai cell.v.v.. Nhờ vậy nhà
khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng dịch vụ mà họ cung cấp cho
khách hàng và kịp thời nâng cấp. Khai thác còn bao gồm việc thay đổi cấu hình để
giảm những vẫn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lưu lượng
trong tương lai và mở rộng vùng phủ sóng. Ở hệ thống viễn thông hiện đại, khai
thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung ở một trạm.
• Bảo dưỡng

1.2.5 Cấu trúc kênh trong GSM
1.2.5.1 Kênh vật lý
Kênh vật lý được tổ chức theo quan niệm truyền dẫn. Mỗi một sóng mang
GSM có thể hỗ trợ lên đến 8 thuê bao di động. Mỗi kênh chiếm một phần tám độ
dài thời gian của sóng mang. Đó được gọi là kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo
thời gian (TDMA). Khoảng thời gian đó được chia thành các chu kỳ riêng biệt gọi
là khe thời gian. Các khe thời gian sắp xếp liên tiếp được đánh số từ 0 đến 7 (Hình
1.3). Mỗi một khung như thế được gọi là khung TDMA.
Mỗi một cuộc gọi chiếm một khe thời gian (0-7) trong một khung cho đến khi
cuộc gọi đó kết thúc hoặc là chuyển giao. Các khung TDMA có thể tạo ra nhiều cấu
trúc khung tùy theo các loại kênh. Để cho hệ thống hoạt động chính xác thì việc
đồng bộ trong truyền dẫn từ và đến MS là rất quan trọng. MS và BS phải được
truyền thông tin chính xác liên quan đến một cuộc gọi nếu không thì khe thời gian
đó sẽ bị mất. Thông tin mang trên một khe thời gian gọi là cụm.

23


Nghiên cứu về tái lựa chọn cell và chuyển giao liên hệ thống UMTS-GSM

Hình 1.2 Minh họa cho TDMA [5]
1.2.5.2 Kênh logic
Kênh logic được tổ chức theo quan điểm nội dung tin tức, các kênh này được
đặt vào các kênh vật lý. Các kênh logic được đặc trưng bởi thông tin truyền giữa
BTS và MS. Có thể chia kênh logic thành hai loại tổng quát: các kênh báo hiệu điều
khiển CCH và các kênh lưu lượng TCH
a.Kênh lưu lượng TCH: Có hai loại kênh lưu lượng:
Kênh lưu lượng toàn tốc (TCH/F), kênh này mang thông tin thoại hay số liệu ở
tốc độ 22,8 kbit/s.
Kênh lưu lượng bán tốc (TCH/H), kênh này mang thông tin ở tốc độ 11,4 kbit/s