1

LỜI NÓI ĐẦU
Thông tin di động ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940. Ngày nay thông tin di
động là ngành viễn thông có sự phát triển nhanh nhất. Bắt đầu là hệ thống thông
tin di động tương tự, đến nay khi các hệ thống di động thế hệ thứ ba được đưa vào
hoạt động và ứng dụng rộng rãi, có thể cung cấp được nhiều dịch vụ băng rộng và
các dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao.
Tổ chức ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hóa hệ thống thông tin di động thứ
ba với tên gọi là IMT-2000 nhằm đáp ứng các mục tiêu chính như:
 Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như các dịch vụ
đa phương tiện và truy nhập Internet nhanh.
 Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và
điện thoại vệ tinh.
 Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự
phát triển liên tục của thông tin di động.
Có nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba IMT-2000
đã được đề xuất, trong đó có hai hệ thống là WCDMA UMTS và cdma-2000 đã
được ITU chấp thuận và sẽ được đưa vào hoạt động trong những năm 2000.
WCDMA UMTS sẽ là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di động
thế hệ thứ hai sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, PDC, IS-136.
Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA: High Speed Down Link
Packet Access) được 3GPP chuẩn hóa trong phát hành R5 với phiên bản tiêu chuẩn
đầu tiên vào năm 2002. Truy nhập gói tốc độ cao đường lên (HSUPA: High Speed
Up Link Packet Access) trong 3GPP được chuẩn hóa trong R6 vào tháng 12 năm
2004. Cả hai HSDPA và HSUPA được gọi chung là HSPA. Đây là công nghệ tiếp

SVTH: Phạm Đức Việt

Lớp: KTVT B - K46


Trang

TỜ BÌA.........................................................................................................................1
NHIỆM VỤ THIẾT KẾT TỐT NGHIỆP.......................................................................2
LỜI NÓI ĐẦU..............................................................................................................4
MỤC LỤC.................................................................................................................... 6
CÁC TỪ VIẾT TẮT......................................................................................................9
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ......................................................................................14
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ
BA WCDMA...............................................................................................................17
1.1 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG LÊN THẾ HỆ
4G.............................................................................................................17
1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất................................17
1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai..................................18
1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba...................................18
1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư....................................19
1.2 KIẾN TRÚC CHUNG MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
3G.............................................................................................................20
1.2.1 Công nghệ WCDMA...................................................................20
1.2.2 Tổng quan hệ thống UMTS........................................................21
1.2.3 Kiến trúc chung của một mạng WCDMA...................................23
1.2.4 Các loại lưu lượng và dịch vụ được mạng 3G WCDMA hỗ trợ
............................................................................................................24
1.3 CÁC KIẾN TRÚC CHO CÔNG NGHỆ WCDMA THEO 3GPP.........25
SVTH: Phạm Đức Việt

Lớp: KTVT B - K46


4

3.4 KÊNH VẬT LÝ....................................................................................71
3.4.1 Các kênh vật lý...........................................................................71
3.4.2 Các kênh đường lên....................................................................73

SVTH: Phạm Đức Việt

Lớp: KTVT B - K46


5
3.4.3 Trải phổ và điều chế đường lên..................................................77
3.4.4 Các kênh đường xuống...............................................................80
3.4.5 Trải phổ và điều chế cho đường xuống......................................87
3.5 CÁC KÊNH TRUYỀN TẢI..................................................................89
3.5.1 Các kênh truyền tải....................................................................89
3.5.2 Chuyển đổi và ghép các kênh truyền tải lên các kênh vật lý.......91
3.6 KÊNH LOGIC...................................................................................92
3.6.1 Các kênh điều khiển...................................................................92
3.6.2 Các kênh lưu lượng....................................................................93
3.7 THIẾT LẬP CUỘC GỌI TRONG WCDMA UMTS............................94
3.8 PHÂN TẬP PHÁT...............................................................................97
3.8.1. Phân tập vòng hở......................................................................97
3.8.2. Chế độ vòng kín.........................................................................98
CHƯƠNG 4 - CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO HSPA....................100
4.1 GIỚI THIỆU CHUNG......................................................................100
4.2 KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN
HSPA......................................................................................................101
4.3 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG XUỐNG.......................102
4.3.2 Lập biểu phụ thuộc kênh..........................................................104
4.3.3 Điều khiển tốc độ và điều chế bậc cao.....................................105


3GPP

3ird Genaration Partnership Project

Đề án các đối tác thế hệ thứ ba

3GPP2

3ird Generation Patnership Project 2

Đề án đối tác thế hệ thứ ba hai

AICH

Acquisition Indication Channel

Kênh chỉ thị bắt

AMC

Adaptive Modulation and Coding

Mã hóa và điều chế thích ứng

AMR

Adaptive MultiRate

Đa tốc độ thích ứng

Tỷ số lỗi bit

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Khóa chuyển pha hai trạng thái

BS

Base Station

Trạm gốc

BTS

Base Tranceiver Station

Trạm thu phát gốc

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

CD/CAICH

CPCH Collision Detection/
Channel Assignment Indicator


CPCH Status Indicator Channel

Kênh chỉ thị trạng thái CPCH

DCCH

Dedicated Control Channel

Kênh điều khiển riêng

SVTH: Phạm Đức Việt

Lớp: KTVT B - K46


7

DCH

Dedicated Channel

Kênh điều khiển

DPCCH

Dedicated Physycal Control
Channel

Kênh điều khiển vật lý riêng

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

EIR

Equipment Identity Register

Bộ ghi nhận dạng thiết bị

FACH

Forward Access Channel

Kênh truy nhập đường xuống

FDD


Hệ thống thông tin di động toàn
cầu

GPS

Global Position System

Hệ thống định vị toàn cầu

HARQ

Hybrid Automatic Repeat request

Yêu cầu phát lại tự động lai
ghép

HHO

Hard Handover

Chuyển giao cứng

HLR

Home Location Register

Bộ ghi định vị thường trú

HSDPA



High Speed Packet Access

Truy nhập gói tốc độ cao

HSPDSCH

High-Speed Physical Dedicated
Shared Channel

Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc độ
cao

HSSCCH

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

IMT2000



Medium Access Control

Điều khiển truy nhập môi
trường

MMS

Multimedia Messenging Service

Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện

MSC

Mobile Services Switching Center

Trung tâm chuyển mạch các
dịch vụ di động

Node B

Là nút logic kết cuối giao diện IuB với RNC

PCCPCH

Primary Common Control Physical
Channel

Kênh vật lý điều khiển chung sơ
cấp

9
lý
PHY

Physical Layer

Lớp vật lý

PICH

Page Indication Channel

Kênh chỉ thị tìm gọi

PS

Packet Switch

Chuyển mạch gói

PSTN

Public Switched Telephone
Network

Mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng

QAM


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

SCCPCH

Secondary Common Control
Physical Channel

Kênh vật lý điều khiển chung sơ
cấp

SCH

Synchronization channel

Kênh đồng bộ


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

SVTH: Phạm Đức Việt

Lớp: KTVT B - K46


10
TFC

Transport Format Combination

UTRAN

UMTS Terrestrial Radio Access
Network

Mạng truy nhập vô tuyến mặt
đất UMTS

WCDMA Wideband Code Division Multiple
Access

Đa truy nhập phân chia theo mã
băng rộng

Wifi

Wireless FIdelitity

Chất lượng không dây cao

WiMAX

Worldwide interoperability for
Microwave Access

Tương hỗ truy nhập vi ba toàn
cầu

VoIP


người sử dụng............................................................................................................51
Hình 2.8. Sơ đồ khối của máy phát DSSS BPSK........................................................52
Hình 2.9. Sơ đồ máy thu của hệ thống DSSS-BPSK...................................................53
Hình 2.10. Sơ đồ trải phổ DSSS-QPSK......................................................................54
Hình 2.11. Sơ đồ khối máy thu DSSS-QPSK...............................................................55
Hình 2.12. Hệ thống DSCDMA: Máy phát và máy thu tương quan...........................58
Hình 2.13. Quan hệ giữa trải phổ và ngẫu nhiên hóa................................................59
Hình 2.14. Cây mã định kênh.....................................................................................60
Hình 2.15. Truyền sóng đa đường..............................................................................61
Hình: 2.16. Máy thu RAKE........................................................................................62
Hình 2.17. Chuyển giao mềm (a) và mềm hơn (b)......................................................66

SVTH: Phạm Đức Việt

Lớp: KTVT B - K46


12
Hình 3.1. Kiến trúc giao thức của giao diện vô tuyến WCDMA.................................69
Hình 3.2. Các kênh của lớp vật lý..............................................................................71
Hình 3.3. Cấu trúc khung vô tuyến cho DPDCH/DPCCH đường lên........................74
Hình 3.4. Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH.....................................................75
Hình 3.5. Cấu trúc phát truy nhập ngẫu nhiên...........................................................76
Hình 3.6. Cấu trúc khung vô tuyến phần bản tin của RACH......................................76
Hình 3.7. Thủ tục truy nhập gói CPCH......................................................................77
Hình 3.8. Trải phổ và điều chế DPDCH và DPCCH đường lên.................................78
Hình 3.9. Chúm tín hiệu đối với ghép mã I/Q sử dụng ngẫu nhiên hóa phức.............79
Hình 3.10. Trải phổ và điều chế phần bản tin PRACH...............................................80
Hình 3.11. Cấu trúc khung cho DPCH đường xuống.................................................81
Hình 3.12. Cấu trúc khung cho kênh hoa tiêu chung..................................................82

Hình 4.12. Kiến trúc mạng được lập cấu hình E-DCH (và HS-DSCH)....................121

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG THẾ HỆ BA WCDMA
1.1 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG LÊN THẾ HỆ 4G
Trong quá trình phát triển của mình, các công nghệ thông tin di động được
chia thành các thế hệ: Thứ nhất, thứ hai, thứ ba và thứ tư; được viết tắt là 1G, 2G,
3G và 4G.
1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất
Hệ thống thông tin di động thế hệ một (1G) sử dụng phương pháp đa truy
nhập phân chia theo tần số (FDMA) và chỉ hỗ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử
dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người sử dụng. Đa
truy nhập phân chia theo tấn số là phương thức truy nhập mà trong đó mỗi kênh
dành cho người sử dụng được cấp phát một tần số cố định, không trùng với các
kênh người dùng khác nhờ phân chia phổ tần số thành nhiều đoạn riêng biệt.
Một số hệ thống FDMA điển hình là:

SVTH: Phạm Đức Việt

Lớp: KTVT B - K46


14
 Hệ thống AMPS (Advanced Mobile Phone Servise – Dịch vụ điện thoại
di động tiên tiến) được sử dụng trên toàn nước Mỹ.
 NMT (Nordic Mobile Telephone System – Hệ thống điện thoại di động
Bắc Âu)
 TACS (Total Access Communication System – Hệ thống thông tin truy
nhập toàn bộ)
Tuy nhiên, thông thường các công nghệ 1G thường được triển khai tại một


Hoạt động trong một trong số các tần số được ấn định cho các dịch
vụ 3G.

-

Phải cung cấp các dịch vụ số liệu mới cho người sử dụng bao gồm cả
các dịch vụ đa phương tiện, độc lập với các công nghệ ở giao diện vô
tuyến.

-

Phải hỗ trợ truyền dẫn số liệu di động tại 144 kbps cho người sử
dụng di động tốc độ cao và truyền dẫn số liệu lên đến 2 Mbps cho
người sử dụng cố định hoặc tốc độ thấp.

-

Phải cung cấp các dịch vụ số liệu gói.

-

Đảm bảo tính độc lập của mạng lõi với giao diện vô tuyến.

Một số hệ thống 3G: UMTS (WCDMA), CDMA2000&1xEV-DO, iS865,
TD-SCDMA; 3,5G: UMTS (HSPA).
1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư
Việc triển khai tại một số nước đã chỉ ra một vài vấn đề mà 3G chưa giải
quyết được hoặc mới chỉ giải quyết được một phần là:
 Sự khó khăn trong việc tăng liên tục băng thông và tốc độ dữ liệu để


2005

HSPA
1xEVDO

Cao
GSM
cdma One

2G
1G
Thấp

2010

LTE
UMB

Thời gian

4G

E3G

WCDMA
cdma 20001x
WiMax

AMPS

WCDMA (Wideband CDMA) là một công nghệ phát triển của GSM để
tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu bằng cách sử dụng kỹ thuật CDMA hoạt động ở
băng rộng thay thế cho TDMA. Trong các công nghệ thông tin di động thế hệ thứ
ba thì WCDMA nhận được sự ủng hộ lớn nhất nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật
lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là dịch vụ tốc độ bít thấp
và trung bình.
Một số đặc điểm của WCDMA:
 Là hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã trải phổ trực tiếp, có tốc độ
bit cao (lên đến 2 Mbps)
 Tốc độ chip 3,84 Mcps với độ rộng sóng mang 5 Mhz, do đó hỗ trợ tốc
độ dữ liệu cao đem lại nhiều lợi ích như độ lợi đa phân tập.
 Hỗ trợ tốc độ người sử dụng thay đổi liên tục. Mỗi người sử dụng được
cung cấp một khung, trong khung đó tốc độ dữ liệu giữ cố định nhưng
tốc độ có thể thay đổi từ khung này đến khung khác.
 Hỗ trợ hai mô hình vô tuyến FDD và TDD. Trong mô hình FDD sóng
mang 5 Mhz sử dụng cho đường lên và đường xuống, còn trong mô hình
TDD sóng mang 5 Mhz chia sẻ theo thời gian giữa đường lên và đường
xuống.
 WCDMA hỗ trợ hoạt động không đồng bộ của các trạm gốc, do đó dễ
dàng phát triển các trạm gốc vừa và nhỏ.
 WCDMA sử dụng tách sóng có tham chiếu đến sóng mang dựa trên
kênh hoa tiêu, do đó có thể nâng cao dung lượng và vùng phủ.
 WCDMA được thiết kế tương thích với GSM để mở rộng vùng phủ
sóng và dung lượng của mạng.

SVTH: Phạm Đức Việt

Lớp: KTVT B - K46





19
 1900 ÷ 1920 MHz và 2010 ÷ 2025 MHz dành cho các ứng dụng TDD
(Time Division Duplex: Ghép kênh theo tần số), khoảng cách kênh là
5MHZ.
 1980 ÷ 2010 MHz và 2170 ÷ 2200 MHz: Đường xuống và đường lên vệ
tinh.
1900

20

1920

1980

60

2010

30

2025

15

UMTS TDD

2110



SVTH: Phạm Đức Việt

Lớp: KTVT B - K46


20

Điều khiển dịch vụ

Thông tin vị trí

Mạng báo hiệu

TE
Node
B

RNC

BTS

BSC

Internet

Thiết
bị
cổng


chức năng chuyển mạch kênh CS (MGC/GMSC) và chức năng chuyển mạch gói
(SGSN/GGSN) trong một nút duy nhất để được một hệ thống tích hợp cho phép

SVTH: Phạm Đức Việt

Lớp: KTVT B - K46


21
chuyển mạch và truyền dẫn các kiểu phương tiện khác nhau từ lưu lượng tiếng đến
lưu lượng số liệu dung lượng lớn.
1.2.4 Các loại lưu lượng và dịch vụ được mạng 3G WCDMA hỗ trợ
WCDMA UMTS cung cấp các loại dịch vụ xa (teleservices) như dịch vụ
điện thoại hoặc bản tin ngắn (SMS) và các loại dịch vụ mang (bearer service: Một
dịch vụ viễn thông cung cấp khả năng truyền tín hiệu giữa hai giao diện người sử
dụng - mạng).Vì thế, nói chung mạng 3G hỗ trợ các dịch vụ truyền thông đa
phương tiện. Do đó với mỗi kiểu lưu lượng cần đảm bảo một mức QoS nhất định
tùy theo ứng dụng của dịch vụ. QoS ở hệ thống WCDMA UMTS được phân loại
như sau:
 Loại hội thoại (Thoại, thoại thấy hình): Thông tin tương tác yêu cầu trễ
nhỏ.
 Loại luồng (đa phương tiện, video theo yêu cầu): Thông tin một chiều
đòi hỏi dịch vụ luồng với trễ nhỏ.
 Loại tương tác (duyệt web, trò chơi qua mạng, truy nhập cơ sở dữ
liệu..): Đòi hỏi trả lời trong một thời gian nhất định và tỉ lệ lỗi thấp.
 Loại cơ bản (thư điện tử, SMS, tải dữ liệu xuống): Đòi hỏi các dịch vụ
nỗ lực nhất được thực hiện trên nền cơ sở.
Vùng phủ sóng của mạng WCDMA UMTS được chia thành bốn vùng với các
tốc độ bít Rb phục vụ như sau:
-

triển hơn R3 ở chỗ CS chuyển sang chuyển mạch mềm, vì thế toàn bộ mạng truyền
tải giữa các nút chuyển mạch đều trên IP.
Lịch trình nghiên cứu trong 3GPP:
-

Phát hành 1999 (R3) tháng 12/1999

-

Phát hành 4 (R4) tháng 03/2001

-

Phát hành 5 (R5) tháng 02/2001

-

Phát hành 6 (R6) tháng 12/2004

1.1.3 Kiến trúc WCDMA UMTS R3
Đây là kiến trúc mạng 3G sử dụng công nghệ WCDMA trong 3GPP năm
1999, tập tiêu chuẩn đầu tiên cho hệ thống UMTS.

SVTH: Phạm Đức Việt

Lớp: KTVT B - K46


23


HLR/AuC

Gr

Gf
RNC

USIM

GMSC
C

F

ME
Cu

PSTN
ISDN

E

Gc

SGSN

Node B

Internet


số liệu cần để nhận dạng, nhận thực thuê bao và có thể giữ các khóa nhận thực
cùng một số thông tin thuê bao cần thiết cho thiết bị đầu cuối. Người sử dụng phải
tự mình nhận thực đối với USIM bằng cách nhập mã PIN. Điều này đảm bảo rằng
chỉ người sử dụng đích thực mới được truy nhạp UMTS, và mạng cũng chỉ cung
cấp dịch vụ cho người nào sử dụng đầu cuối dựa trên nhận dạng USIM được đăng
ký.
1.3.1.2 Mạng truy nhập vô tuyến UMTS
Mạng truy nhập vô tuyến UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access
Netwok): Là mạng liên kết giữa người sử dụng và mạng lõi. Nó bao gồm một hay
nhiều hệ thống con mạng vô tuyến RNS (Radio Network Subsystem), trong một
RNS gồm một RNC và gồm một hay nhiều nút B (node B).
UTRAN được định nghĩa giữa hai giao diện: Giao diện Iu giữa UTRAN
và mạng lõi (CN) gồm hai phần là IuPS cho miền chuyển mạch gói và IuCS cho
miền chuyển mạch kênh và giao diện Uu giữa UTRAN và thiết bị người dùng
(UE).
Các đặc tính chính của UTRAN:
-

Hỗ trợ UTRAN và tất cả các chức năng liên quan. Đặc biệt là các ảnh
hưởng chính lên việc thiết kế là yêu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm (một
đầu cuối kết nối qua hai hay nhiều ô tích cực) và các thuật toán quản lý
tài nguyên đặc thù WCDMA.

-

Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh và
chuyển mạch gói bằng một ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến duy
nhất và bằng cách sử dụng một giao diện để kết nối từ UTRAN đến cả
hai vùng PS và CS của mạng lõi.



-

Thiết lập điều khiển công suất

-

Điều khiển công suất vòng hở

-

Điều khiển chuyển giao

-

Phân tập Macro

-

Mật mã hóa

-

Báo hiệu quảng bá

Node B
Trong hệ thống UMTS, trạm gốc được gọi là node B và nhiệm vụ của nó là
thực hiện kết nối vô tuyến vật lý giữa đầu cuối với nó. Nó nhận tín hiệu trên giao
diện Iub từ RNC và chuyển nó vào tín hiệu vô tuyến trên giao diện Uu. Nó cũng
thực hiện một số thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như “điều khiển công