LỜI NÓI ĐẦU
Ngày này thông tin di động là ngành công nghiệp viễn thông phát triển
nhanh nhất với con số thuê bao đã đạt đến 3,6 tỷ tính đến cuối năm 2008. 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.
ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế hệ ba
với tên gọi IMT-2000 để đạt được các mục tiêu chính sau đây:
√Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như truy nhập
internet nhanh hoặc các ứng dụng đa phương tiện, do yêu cầu ngày càng
tăng về các dịch vụ này.
√Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và
điện thoại vệ tinh. Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm
phủ của các hệ thống thông tin di động.
√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 .
Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba IMT-2000 đã
được đề xuất, trong đó hai hệ thống WCDMA UMTS và cdma-2000 đã được
ITU chấp thuận và đã được đưa vào hoạt động. Các hệ thống này đều sử dụng
công nghệ CDMA điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao
diện vô tuyến của hệ thống thông tin động thế hệ ba.
HSDPA (High Speech Downlink Packet Access: truy nhập gói đường
xuống tốc độ cao) là một mở rộng của các hệ thống 3G WCDMA UMTS đã có
thể cung cấp tốc độ lên đến 10 Mbps trên đường xuống. HSDPA là một chuẩn
tăng cường của 3GPP-3G nhằm tăng dung lượng đường xuống bằng cách thay
thế điều chế QPSK trong 3G UMTS bằng 16QAM trong HSDPA. HSDPA hoạt
động trên cơ sở kết hợp ghép kênh theo thời gian (TDM) với ghép kênh theo mã
và sử dụng thích ứng đường truyền. Nó cũng đưa ra một kênh điều khiển riêng
để đảm bảo tốc độ truyền dẫn số liệu. Các kỹ thuật tương tự cũng được áp dụng
cho đường lên trong chuẩn HSUPA (High Speech Uplink Packet Access). Hai
công nghệ truy nhập HSDPA và HSUPA được gọi chung là HSPA (High Speed
Packet Data). Để làm cho công nghệ 3GPP UTRA/UTRAN mang tính cạnh
tranh hơn nữa (chủ yếu là để cạnh tranh với các công nghệ mới của 3GPP2 và
WiMAX), 3GPP quyết định phát triển E-UTRA và E-UTRAN (E: Elvolved ký
hiệu cho phát triển) còn được gọi là siêu 3G (Super-3G) hay LTE (Long Term
Evolution) mà thực chất là giai đoạn đầu 4G. Công việc phát triển sẽ tiến hành
trong 10 năm và sau đó như là sự phát triển dài hạn (LTE: Long Term
Evolution) của công nghệ truy nhập vô tuyến 3GPP. Trong giai đoạn này tốc độ
số liệu đạt được 30-100Mbps với băng thông 20MHz. Tiếp sau LTE, IMT-Adv
TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng
1
(IMT tiên tiến) sẽ được phát triển, đây sẽ là thời kỳ phát triển của 4G với tốc độ
từ 100 đến 1000 Mbps và băng thông 100MHz. Hình L.1 cho thấy viễn cảnh của
thông tin di động 4G về khả năng đáp ứng tốc độ chuyển động và và tốc độ
truyền số liệu.
B3G: Broad Band 3G: 3G băng rộng
WLAN: Wirless Local Area Network: Mạng nội vùng không dây
BWA: Broad Band Wirless Access: truy nhập không dây băng rộng
Hình L.1. Viễn cảnh thông tin di động 4G theo khả năng hỗ trợ tốc độ chuyển
động và tốc độ truyền số liệu
Hiện nay tai Việt Nam băng tần I dành cho WCDMA đã được chia là bốn
khe và được cấp phát cho bốn nhà khai thác: Viettel, VMS, GPC, EVN+HT.
Trong các năm tới 3GWCDMA UMTS sẽ được triển khai trên băng tần này.
Bài giảng “Giới thiệu công nghệ 3G WCDMA UMTS” nhằm cung cấp
các khái niệm cơ bản về công nghệ 3G WCDMA UMTS cho các cán bộ Tổng
Công ty Viễn Thông Quân Đội (Viettel).
Bài giảng bao gồm bốn chương. Chương đầu trình bày khái quát chung về
sự phát triển của các hệ thống thông tin di động lên 4G, kiến trúc chung của một
mạng 3G; các kiến trúc R3, R4, R5 và R6 của mạng thông tin di động 3G
WCDMA UMTS. Chương hai trình bầy đa truy nhập CDMA và các kỹ thuật
liên quan được áp dụng cho WCDMA. Chương ba giới thiệu giao diện vô tuyến
cả WCDMA. Chương bốn giới thiêu công nghệ đa truy nhập tốc độ cao HSPA
Các chương của tài liệu này đều được kết cấu theo modul để học viên dễ
học học. Mỗi chương đều có phần giới thiệu chung, nội dung và tổng kết.
Hà Đông ngày 12 tháng 6 năm 2009
TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng
2
Tác giả
TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng
3
MỤC LỤC
Chương 1 ................................................................................... 6
TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA UMTS ........................................ 6
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG .......................................................... 6
1.2. LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG LÊN 4G ........ 6
1.3. KIẾN TRÚC CHUNG CỦA MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG 3G ................................................................................ 8
1.4. CHUYỂN MẠCH KÊNH (CS), CHUYỂN MẠCH GÓI (PS), DỊCH
VỤ CHUYỂN MẠCH KÊNH VÀ DỊCH VỤ CHUYỂN MẠCH GÓI. ..... 9
1.5. CÁC LOẠI LƯU LƯỢNG VÀ DỊCH VỤ ĐƯỢC 3GWCDMA
UMTS HỖ TRỢ ...................................................................... 12
1.6. KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R3 ................................... 14
1.7. KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R4 .................................... 22
1.8. KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R5 và R6 .......................... 23
1.9. CHIẾN LƯỢC DỊCH CHUYỂN TỪ GSM SANG UMTS .......... 26
1.10. CẤU HÌNH ĐỊA LÝ CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
3G ......................................................................................... 29
1.11. TỔNG KẾT .................................................................... 32
Chương 2 ................................................................................. 33
CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP CỦA WCDMA ............................... 33
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG ........................................................ 33
2.2. TRẢI PHỔ VÀ ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ ........ 34
2.3. ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT ................................................. 37
2.4. CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG CDMA ........................ 38
2.5. MÁY THU PHÂN TẬP ĐA ĐƯỜNG HAY MÁY THU RAKE .... 40
2.6. CÁC MÃ TRẢI PHỔ SỬ DỤNG TRONG WCDMA ................. 41
2.7. TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ ĐƯỜNG LÊN .............................. 43
2.8. TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ ĐƯỜNG XUỐNG ........................ 46
2.9. TỔNG KẾT ...................................................................... 49
Chương 3 ................................................................................. 50
GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA WCDMA UMTS ................................ 50
3.1. GIỚI THIỆU CHUNG ........................................................ 50
3.2. MỞ ĐẦU ......................................................................... 50
3.3. KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC CỦA GIAO DIỆN VÔ
TUYẾN WCDMA/FDD .............................................................. 52
3.4. CÁC THÔNG SỐ LỚP VẬT LÝ VÀ QUY HOẠCH TẦN SỐ ..... 53
3.5. CÁC KÊNH CỦA WCDMA ................................................. 57
3.6. CẤU TRÚC KÊNH VẬT LÝ RIÊNG ...................................... 66
3.7. SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT MÁY PHÁT VÀ MÁY THU WCDMA ..... 67
3.8. PHÂN TẬP PHÁT ............................................................ 69
3.9. ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG WCDMA ....................... 71
3.10. CÁC KIỂU CHUYỂN GIAO VÀ CÁC SỰ KIỆN BÁO CÁO
TRONG WCDMA ..................................................................... 73
TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng
4
3.11. CÁC THÔNG SỐ MÁY THU VÀ MÁY PHÁT VÔ TUYẾN CỦA
UE ......................................................................................... 75
3.12. AMR CODEC CHO W-CDMA .......................................... 76
3.13. TỔNG KẾT .................................................................... 76
Chương 4 ................................................................................. 78
TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO (HSPA) ....................................... 78
4.1. GIỚI THIỆU CHUNG ........................................................ 78
4.2. TỔNG QUAN TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO (HSPA) ......... 78
4.3. KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN
HSPA CHO SỐ LIỆU NGƯỜI SỬ DỤNG ................................... 79
4.4. TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG XUỐNG (HSDPA) 81
4.5. TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG LÊN (HSUPA) ...... 92
4.6. CHUYỂN GIAO TRONG HSDPA ..................................... 100
4.7. TỔNG KẾT .................................................................... 103
Thuật ngữ và viết tắt .............................................................. 104
Tài liệu tham
khảo…………………………………………………………………..100
TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng
5