bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội

---------------------------------------
O QUANG ANH
luận văn thạc sĩ khoa học

ngành : X Lí THễNG TIN V TRUYN THễNG NGHIấN CU CễNG NGH WCDMA NG DNG
CHO NNG CP MNG GSM CA
VIETTEL LấN 3G X Lí THễNG TIN V
TRUYN THễNG
O QUANG ANH

HỌC VIÊN

ðÀO QUANG ANH

MỤC LỤC TRANG 1 …………………………………………………………………………….. 1
LỜI CAM ðOAN ………………………………………………………………..…....2
MỤC LỤC …………………………………………………………………….……….3
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT...............................................................................4
MỞ ðẦU .........................................................................................................................6
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG ............................................................................8
1.1 Mục tiêu và nhiệm vụ của ñề tài.............................................................................8
1.2 Tình hình phát triển công nghệ 3G trên thế giới và tại Việt Nam..........................8
1.3 So sánh hệ thống WCDMA với các hệ thống 2G ...............................................19
1.4. So sánh, ñánh giá 2 công nghệ W-CDMA và CDMA - 2000.............................22
CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG WCDMA ..........................................................................25
2.1. Hệ thống thông tin trải phổ..................................................................................25
2.2. Giới thiệu chung hệ thống UMTS .......................................................................27
2.3. Mạng truy nhập UTRAN.....................................................................................29
2.4. Mạng lõi CN ........................................................................................................33
2.5. Thiết bị người sử dụng UE (user Equipment) .....................................................34
2.6. Mạng truyền dẫn..................................................................................................35
CHƯƠNG 3 CÁC ðIỀU KIỆN VỀ KỸ THUẬT, CÔNG NGHỆ CHO QUÁ
TRÌNH CHUYỂN ðỔI LÊN 3G ................................................................................37
3.1. Khả năng chuyển ñổi 2G lên 3G .........................................................................37

GSM Global System for Mobile Communications – Hệ thống GSM
HLR Home Location Register – Bộ ñăng ký vị trí thường trú
HSCSD High Speed Circuit Switched Data – Dữ liệu chuyển mạch kênh
tốc ñộ cao
IP Internet Protocol – Giao thức Internet
ITU International Telecommunications Union – Liên minh viễn thông
quốc tế
IPv6 IP version 6 – IP phiên bản 6
IWF Internetworking Functions – Khối chức năng liên mạng
MAP Mobile Application Protocol – Giao thức ứng dụng di ñộng
MS Mobile Staion – Máy di ñộng
MSC Mobile Switching Center – Trung tâm chuyển mạch di ñộng

5
PLMN Public Land Mobile Network – Mạng di ñộng mặt ñất công cộng
PSTN Public Switched Telephone Network – Mạng ñiện thoại chuyển
mạch gói công cộng
RAN Radio Access Network – Mạng truy nhập vô tuyến
SGSN Serving GPRS Support Node – Nút hỗ trợ phục vụ GPRS
SMS Short Message Service – Dịch vụ nhắn tin ngắn
TCP Trasmission Control Protocol – Giao thức ñiều khiển truyền
TDD Time Division Duplex – Song công phân thời
TDMA Time Division Multiple Access – ða truy nhập phân chia theo
thời gian
UMTS Universal Mobile Telecommunications System – Hệ thống thông
tin di ñộng UMTS
UTRA Universal Terrestrial Radio Access – Truy nhập vô tuyến mặt ñất
của UMTS
VLR Visitor Location Register – Bộ ñăng ký vị trí tạm trú
VPN Virtual Private Network – Mạng riêng ảo

tính toán dụng lượng mạng trên cơ sở ñó xây dựng cấu trúc 3G, phù hợp với xu
hướng phát triển mạng thông tin di ñộng Viettel.
Luận văn ñược chia làm 4 chương:
Chương 1: Giới thiệu chung về tình hình phát triển di ñộng 3G tên thế giới
và tại Việt nam.

7
Chương 2: Hệ thống WCDMA: Giới thiệu tổng quan về công nghệ và hệ
thống WCDMA
Chương 3: Phân tích quá trình phát triển lên mạng 3G.
Chương 4: Ứng dụng mạng 3G cho phát triển mạng Viettel.
Mặc dù ñã hết sức cố gắng và ñã nhận ñược nhiều ý kiến ñóng góp quí báu
từ các thầy cô giáo, nhưng do thời gian có hạn, luận văn chưa thể ñi sâu vào
nhiều khía cạnh kỹ thuật khác. Song những vấn ñề mà luận văn ñề cập tới là
những yếu tố quan trọng ñã và ñang ñưa vào sử dụng cũng như những ứng dụng
của nó trong phát triển mạng thông tin di ñộng 3G. Rất mong ñược sự ñóng góp
và giúp ñỡ hơn nữa của các thầy cô giáo và ñồng nghiệp ñể luận văn ñược kết
quả tốt hơn.
Sau cùng em xin chân thành cám ơn thầy giáo TS Bạch Thành Lê, người
trực tiếp hướng dẫn và giúp ñỡ em hoàn thành luận văn này. Em xin cám ơn các
thầy cô giáo trong khoa Công nghệ Thông tin ñã giúp ñỡ em trong suốt quá trình
học tập cũng như trong quá trình hoàn thành luận văn này.
Tác giả
ðào Quang Anh

8
CHƯƠNG 1

dựa trên công nghệ tương tự và cấu trúc tế bào cơ bản của thông tin di ñộng.
Nhiều vấn ñề có tính nguyên tắc cơ bản ñã ñược giải quyết trong những hệ thống
này. Và có nhiều các hệ thống không tương thích ñã ñược ñưa ra cung cấp dịch
vụ trong những năm 80, như: AMPS, TACS, NMT,…
Các hệ thống thế hệ thứ 2 (2G) ñược xây dựng trong những năm 80 vẫn
ñược sử dụng chủ yếu cho thoại nhưng ñã ñược thực hiện trên cơ sở công nghệ
số, bao gồm các kỹ thuật xử lý tín hiệu số. Các hệ thống 2G này cung cấp các

10
dịch vụ thông tin dữ liệu chuyến mạch kênh ở tốc ñộ thấp. Tính cạnh tranh lại
một lần nữa dẫn tới việc thiết kế và thực hiện các hệ thống bị phân hoá thành các
chuẩn khác nhau không tương thích như: GSM (hệ thống di ñộng toàn cầu) chủ
yếu ở châu Âu, TDMA (ña truy nhập phân chia theo thời gian) IS-54/IS-136 ở
Mỹ, PDC (hệ thống di ñộng tế bào số cá nhân) ở Nhật và CDMA (ña truy nhập
phân chia theo mã) IS-95, một hệ thống khác tại Mỹ. Các hệ thống này hoạt
ñộng rộng khắp trên lãnh thổ quốc ra hoặc quốc tế và hiện nay chúng vẫn chiếm
vai trò là các hệ thống chủ ñạo, mặc dù tốc ñộ dữ liệu của các thuê bao trong hệ
thống bị giới hạn nhiều.
Bước chuyển tiếp giữa 2G và 3G là 2.5G. Thế hệ 2,5G ñược phát triển từ
2G với dịch vụ dữ liệu và các phương thức chuyển mạch gói, và nó cũng chú
trọng tới các dịch vụ 3G cho các mạng 2G. Về cơ bản nó là sự phát triển của
công nghệ 2G ñể tăng dung lượng trên các kênh tần số vô tuyến của 2G và bước
ñầu ñưa các dịch vụ dữ liệu dung lượng cao hơn vào, có thể nâng tới 384 Kbps.
Một khía cạnh rất quan trọng của 2.5G là các kênh dữ liệu ñược tối ưu hoá cho
dữ liệu gói truy nhập vào Internet từ các thiết bị di ñộng như ñiện thoại, PDA
hoặc máy tính xách tay. Trên cùng một mạng lưới với 2G, thế hệ 2.5G ñã ñưa
internet vào thế giới thông tin di ñộng cá nhân. ðây thực sự ñã là một khái niệm
mang tính cách mạng cho hệ thống viễn thông lai ghép hybrid.
Trong thập kỷ 90, các nhà nghiên cứu ñã ñịnh nghĩa ra hệ thống di ñộng
thế hệ kế tiếp, thế hệ thứ 3, ñã loại trừ ñược những sự không tương thích của các

Broadcasting
Cable

TV
IP-TV
M
M
o
o
b
b
i
i
l
l
e
es
s
e
e
r
r
v
v
i
i
c

ñẩy của chính phủ và thái ñộ tích cực của các nhà khai thác, ứng dụng công nghệ
3G ở hai nước này từ năm 2001; việc kích thích thị trường thời gian ñầu khá tốt,
người dùng cũng tha thiết với dịch vụ mới. Các nước ðông Nam Á cũng phát
triển mạnh mẽ trong những năm gần ñây, ñặc biệt là Singapore và Thái Lan.
Mức ñộ phát triển chung thị trường thông tin di ñộng ở các nước Châu Âu
rất cao, mức phổ cập dịch vụ di ñộng lên ñến khoảng 90%, nhưng các nhà khai

14
thác truyền thống triển khai dịch vụ 3G tương ñối thận trọng, nước ñầu tiên triển
khai ở Châu Âu là Bỉ là vào 2002.
Sự phát triển dịch vụ 3G ở Châu Mỹ tương ñối chậm chạp so với các vùng
khác trên thế giới. ðến năm 2005 ở Mỹ mới bắt ñầu triển khai 3G.
Mức ñộ phát triển dịch vụ 3G của Nhật Bản và Hàn Quốc, hai nước Châu
Á, là chiếm hàng ñầu của thế giới; biểu hiện thị trường 3G ở Châu Âu nói chung
là bình bình, nhưng cũng có ñiểm sáng, chủ yếu là ở Italia và Anh; ở Châu Mỹ
thì sự phát triển ở Mỹ là tương ñối nổi bật; còn Châu Phi là thị trường sẽ ñược
khai phá trong tương lai.
Cùng với ra ñời dịch vụ 3G của các nhà khai thác, các nhà cung cấp thiết
bị ñầu cuối ñã nhanh chóng ñưa ra ña dạng chủng loại. Hiện nay máy ñầu cuối
WCDMA ñã có 26 nhãn hiệu, 186 loại sản phẩm; sản phẩm ñầu cuối EV-DO
cũng lên ñến 156 loại.
Trong các loại dịch vụ của 3G, ñóng góp lớn nhất vào thu nhập vẫn là dịch
vụ ñiện thoại, chiếm hơn 90% tổng thu nhập, nhưng ñóng góp vào thu nhập của
các dịch vụ phi thoại ñang tăng trưởng ñều. Dịch vụ 3G ñược ñánh giá cao nhất
trong tương lai bao gồm ña truyền thông, truyền hình thu qua máy cầm tay.v.v
Doanh thu từ các dịch vụ nội dung và video chiếm tỷ trọng lớn trong mạng
3G, và doanh thu trên một ñầu thuê bao ARPU cao hơn 2G 40%. Hình 1.5 thể
hiện kết cấu doanh thu các dịch vụ 3G.

15

3G ở các thị trường úc, áo, ðan Mạch, Hongkong, Italia, Ai Len, Israel, Na Uy,
Anh, Thụy ðiển v.v ñến 175 triệu dân, chỉ chi cho giấy phép tổng cộng ñến 10,2

16
tỷ USD. ðầu tư xây dựng mạng lưới 3G của công ty ñã vượt 27 tỷ USD. Sách
lược phát triển 3G của Công ty 3G Hutchison là cước phí linh hoạt. Số thuê bao
dùng 3G của công ty này chưa ñến 6 triệu, năm nay sẽ ñột phá 10 triệu.
Sự phát triển dịch vụ 3G của ñại ña số các nhà khai thác Châu Âu là
tương ñối chậm chạp. Nguyên nhân chủ yếu, một là chi trả cho giấy phép quá
cao, làm cho các nhà khai thác thiếu lực ñể phát triển; hai là nhu cầu thị trường
ñối với 3G chưa nhiều, chỉ khoảng 6% thuê bao dùng di ñộng có nhu cầu 3G;
thông thường tỷ lệ này phải ñạt ñến 33%, nhà khai thác mới có thể thực hiện cân
bằng thu - chi.
1.2.3 Xu hướng phát triển 3G tại Việt Nam
Các ứng dụng truyền thông hữu ích như ñiện thoại truyền hình, ñịnh vị và
tìm kiếm thông tin, truy cập Internet, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe
nhạc và xem video chất lượng cao... cùng nhiều ứng dụng dịch vụ viễn thông
tiên tiến khác có thể thực hiện ñược trên mạng di ñộng 3G. Nhưng ở Việt Nam
3G mới chỉ ñang “bước” chập chững.
Thế giới ñang có 2 hệ thống 3G ñược chuẩn hóa song song tồn tại, một
dựa trên công nghệ CDMA còn gọi là CDMA-2000, chuẩn còn lại do dự án 3rd
Generation Partnership Project (3GPP) thực hiện. 3GPP ñang xem xét tiêu chuẩn
UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access TS. Tiêu chuẩn này có 2 sơ ñồ truy
nhập vô tuyến. Một trong số ñó ñược gọi là CDMA băng thông rộng (WCDMA).
Căn cứ vào những thông tin nói trên thì Việt Nam ñã gia nhập vào nhóm các
nước ñã triển khai dịch vụ ñiện thoại thế hệ thứ 3 (3G), ñó chính là dịch vụ ñiện
thoại di ñộng CDMA của nhà khai thác mạng S-Fone.
Tuy nhiên, công nghệ CDMA-2000 1X mà S-Fone triển khai cũng chỉ
ñược coi là giai ñoạn khởi ñầu của một hệ thống 3G hoàn chỉnh, vì CDMA-2000


hoạch khuếch trương 3G tại Việt Nam. Cuối tháng 7/2005, Qualcomm loan báo
sẽ mở Trung Tâm Nghiên Cứu Công Nghệ 3G ñầu tiên tại Việt Nam. Thời gian
ñầu, trung tâm sẽ tổ chức các khóa ñào tạo về phát triển 3G, giới thiệu công nghệ
CDMA, WCDMA và cách lập trình trên môi trường BREW (Binary Runtime
Environment of Wireless) của Qualcomm.
Các khóa học ñược thiết kế cho người ñã có kinh nghiệm lập trình bằng
ngôn ngữ C và C++ ñể thúc ñẩy việc ứng dụng rộng rãi công nghệ 3G tại Việt
Nam và các nước trong khu vực. ðây cũng là một phần của dự án thúc ñẩy sử
dụng 3G tại Châu á mà Qualcomm giới thiệu vào năm ngoái. Chưa hết, giữa
tháng 9 vừa qua, tại Hà Nội, Qualcomm ñã tổ chức thảo và ñào tạo về BREW,
giới thiệu giải pháp tổng thể về dữ liệu và ứng dụng trên thiết bị di ñộng của
Qualcomm. BREW cũng chính là một trong những ñộng lực thúc ñẩy sự phát
triển các ứng dụng và nội dung của hầu hết các hoạt ñộng 3G trên toàn thế giới.
Khởi ñầu là việc Viettel phối hợp cùng Ericsson thực hiện thành công việc
trình diễn các dịch vụ thông tin di ñộng 3G vào ñầu năm 2006. Nhiều ứng dụng
thông tin di ñộng 3G thú vị như ñiện thoại truyền hình, ñịnh vị toàn cầu và tìm
kiếm thông tin, truy cập Internet, video chất lượng cao... ñã ñược thực hiện trong
môi trường mạng di ñộng tốc ñộ cao.
Theo các chuyên gia trong ngành viễn thông, ñường tới 3G của GSM là
WCDMA. Nhưng trên con ñường ñó, các nhà khai thác dịch vụ ñiện thoại di
ñộng phải trải qua giai ñoạn 2,5 (2,5G). Thế hệ 2,5G bao gồm những gì? ðó là:
dữ liệu chuyển mạch gói tốc ñộ cao (HSCSD), dịch vụ vô tuyến gói chung

19
(GPRS - Viettel trin khai hn 3 nm nay), v Enhanced Data Rates for Global
Evolution (EDGE).
Nghe thỡ ủn gin nhng thc t, ủ trin khai 3G, mt trong nhng khú
khn ca cỏc nh khai thỏc mng GSM l vn ủ ng dng. Ngoi ra, h cng
ủang phi tỡm cõu tr li cho cõu hi: u t h tng cú ủỏp ng ủc nhu cu
ca ngi dựng hay khụng? Bi trin khai 3G trờn mng ủin thoi hin hnh s

Dung lợng: dung lợng tĩnh đợc cho bởi
một cấu hình phần cứng nào đó.
Dung lợng tùy thuộc vào mức độ
nhiễu, do vậy rất nhạy cảm với cấu
hình mạng.
Điều khiển công suất: các thuật toán điều
khiển công suất đơn giản.
Điều khiển công suất là vấn đề thiết
yếu trong mạng.
Chuyển giao: Chỉ có chuyển giao cứng. Chuyển giao: có 3 loại chuyển giao:
chuyển giao cứng, mềm và mềm hơn.

1.3.2. So sỏnh WCDMA v IS-95
C WCDMA v IS-95 ủu s dng cụng ngh CDMA tri ph trc tip. Tc ủ
chip 3,84 Mcps, h thng WCDMA cho phộp tc ủ bit cao hn. Tc ủ chip
cao hn cng giỳp kh nng phõn tp ủa ủng nhiu hn so vi tc ủ chip
1,2288 Mcps, ủc bit nhng cell nh ủụ th.
Bng 1.3: So sỏnh hai h thng WCDMA v IS - 95
Các thông số WCDMA IS-95
Độ rộng băng tần 5 MHz 1,25 MHz
Tốc độ chip 3,84 Mcps 1,2288 Mcps
Tần số điều khiển công
suất
1500 Hz, cả đờng lên lẫn
đờng xuống
Đờng lên: 800 Hz,
đờng xuống: điều khiển

21
công suất thấp

h thng GPS. S cn thit cú tớn hiu GPS lm kh nng trin khai cell trong
nh v micro cell khú khn hn, bi vỡ vic nhn tớn hiu GPS m khụng cú kt
ni trong tm nhỡn thng ủn cỏc v tinh GPS l khú khn. Vỡ vy, ngi ta thit
k h thng WCDMA vi cỏc trm gc khụng ủng b, ti ủú khụng cn tớn hiu

22
ủng b t GPS. Cỏc trm gc khụng ủng b khin cho vic chuyn giao ca h
thng WCDMA hi khỏc so vi IS-95.
Chuyn giao gia cỏc tn s ủc xem l quan trng ủi vi h thng
WCDMA ủ ti ủa húa vic s dng mt s súng mang mi trm gc. h
thng IS-95, phng phỏp ủo lng gia cỏc tn s cha ủc xỏc ủnh rừ, khin
cho vic chuyn giao gia cỏc tn s tr nờn khú khn hn.
1.4. So sỏnh, ủỏnh giỏ 2 cụng ngh W-CDMA v CDMA - 2000
1.4.1. im ging nhau
- u da trờn cụng ngh tri ph trc tip.
- u ủỏp ng ủy ủ cỏc yờu cu ca IMT-2000.
+ Duy trỡ h tr cỏc dch v truyn thng.
+ H tr cỏc dch v ủa phng tin tc ủ cao, d liu gúi v truy nhp IP.
1.4.2. Nhng khỏc bit chớnh
Cỏc khỏc bit chớnh v k thut gia hai cụng ngh WCDMA v 2000 ủc cho
trong bng sau:
Bng 1.4 So sỏnh s khỏc nhau gia WCDMA v CDMA2000
Các thông số WCDMA 2000
Phơng thức truy
nhập và ghép kênh
Không có chế độ đa sóng
mang
Có chế độ đa sóng mang
Băng thông 5 MHz, 10MHz Nx1,25 MHz (N=1,3,6,9,12)
Tốc độ chip 3,84 Mcps Nx1,2288 Mcps

thiết bị của MS để nhận
dạng các MS khác nhau

V ủng b, W-CDMA dựng d b ch ủ FDD, cũn ch ủ TDD cỏc
trm gc ủc phõn cp ủng b, nu khụng cn roaming ton cu thỡ khụng cn
ủng b t h thng ủnh v ton cu GPS (Global Positioning System). iu ny
phn no to cho h thng cú tớnh ủc lp hn. Trong khi cdma-2000 bt buc
cn GPS ủ ủng b.
V tớnh tng thớch ngc vi mng lừi 2G, W-CDMA ủc xõy dng trờn
c s bỏo hiu mng lừi GSM-MAP cũn cdma-2000 trờn c s IS-41 (mng lừi
ca IS-95 CDMA). Nh vy, nhiu kh nng UTRA ủc chn bi cỏc nh khai
thỏc GSM, trong khi nh khai thỏc CDMA IS-95 chn CDMA- 2000.

24
1.4.3. ðặc ñiểm băng tần
W-CDMA có phổ trong phần băng tần của IMT-2000. Tuy nhiên ở Châu Âu
và Nhật ñã có hệ thống DECT và PHS chiếm một phần nhỏ phổ tần. Phần phổ
tần còn lại ñươợc sử dụng cho W-CDMA với băng thông chuẩn là 5MHz.
cdma- 2000 ở Mỹ tần số cho 3G theo WRC-92 ñã ñược phân chia hết cho
dịch vụ PCS. Do ñó cdma-2000 ñươợc thiết kế ñể có thể hoạt ñộng chung với IS-
95 CDMA dùng băng thông cơ sở 1,25MHz. ðể cung cấp dịch vụ tốc ñộ cao,
cdma2000 ghép 3 kênh 1,25MHz (CDMA ña sóng mang) hoặc cũng có thể trải
phổ trực tiếp trên băng thông 3,75MHz (1,25MHz x 3).
1.4.4. Những phát triển tiếp
Tốc ñộ chip của UTRA ban ñầu là 4,096Mcps ñã ñược thống nhất giảm
xuống 3,84Mcps gần với tốc ñộ chip của cdma- 2000 là 3,6864Mcps cho phép
dễ dàng chế tạo máy ñầu cuối có 2 chế ñộ hơn.
Người ta còn tiếp tục chuẩn hoá ñể W-CDMA và cdma-2000 ở pha tiếp theo
có thể tương thích ngược với cả hai loại mạng lõi GSM-MAP và IS-41. Như vậy
việc chọn UTRA hay cdma-2000 phụ thuộc chính vào mục tiêu roaming toàn cầu

T
b
= T
n
T
C
T
b
= T
n
t
Hình 2.1 Trải phổ dãy trực tiếp
(DSSS)
Biªn
®é

Trích đoạn Giới thiệu chung hệ thống UMTS

---