QUY HOẠCH VÀ TỐI ƯU HÓA MẠNG TRUYỀN DẪN 3G pptx

http://www.ebook.edu.vn 1 Bé gi¸o dôc vμ ®μo t¹o HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ cÊn thÞ thanh h¹ KHÓA 2 HỆ ĐÀO TẠO KỸ SƯ DÂN SỰ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyªn ngμnh: ®iÖn tö viÔn th«ng qui ho¹ch vμ tèi −u ho¸ m¹ng truyÒn dÉn 3g Gi¸o viªn h−íng dÉn: thÇy gi¸o, §¹i t¸ PGS – TS Vâ Kim NĂM 2008 http://www.ebook.edu.vn 2 Mục lục Trang Mục lục 1 Ký hiệu, chữ viết tắt 3 Lời mở đầu 6 Chơng 1: giới thiệu chung về hệ thống thông tin 8 di động thế hệ 3 1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động v một số yêu cầu 8 đối với hệ thống 3G 1.1.1 Lịch sử phát triển 8 1.1.2 Những yêu cầu đối với hệ thống 3G 10 1.2 Tiến trình nâng cấp chung từ 2G lên 3G 13 1.2.1 GSM nâng cấp lên UMTS 13 1.2.2 CDMA IS-95 nâng cấp lên 3G 26 Chơng 2: Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 umts 30 2.1 Cấu trúc mạng 30 2.1.1 Giới thiệu chung về cấu trúc mạng 3G 30 2.1.2 Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 35 2.1.3 Cấu trúc mạng lõi 39 2.2 Cấu trúc kênh 47 2.2.1 Mô hình phân lớp 47 2.2.2 Cấu trúc kênh 48 2.2.3 Trải phổ v điều chế 62 2.2.4 Mã hoá 64 Chơng 3: Quy hoạch v tối u hoá mạng truyền dẫn 3G 67 3.1 Cơ sở của qui hoạch mạng truyền dẫn 67 3.1.1 Phạm vi của quy hoạch mạng truyền dẫn 67 3.1.2 Các nhân tố trong các mạng truyền 3G 67 3.2 Qúa trình lập kế hoạch mạng truyền 70 3.3 Mô thức truyền di bộ (ATM) 70 3.3.1 Cấu trúc tế bo 71 3.3.2 Lớp giao thức ATM 72 3.3.3 Sự kết nối v chuyển mạch trong ATM 76 3.4 Định cỡ 77 3.4.1 Ngăn xếp giao thức 77 3.4.2 Mo đầu 78 3.5 Qui hoạch kết nối vi ba 80 3.5.1 Tỉ lệ lỗi v chất lợng ATM 80 3.5.2 Cấu hình 81 3.6 Kế hoạch chi tiết 82 http://www.ebook.edu.vn 3 3.6.1 Qui hoạch tham số 82 3.6.2 Quản lý lu lợng trên ATM 82 3.6.3 Phần tử mạng v các tham số cấu hình giao diện 86 3.6.4 Tóm tắt các đặc điểm qui hoạch ATM 88 3.6.5 Kế hoạch đồng bộ 89 3.6.6 Kế hoạch quản lý mạng 90 3.7 Tối u hoá truyền dẫn 90 3.7.1 Cơ sở tối u hoá truyền dẫn 90 3.7.2 Xác định quá trình 91 3.7.3 Phân tích mạng 91 3.7.4 Sự phân tích tâng ATM 92 3.7.5 Tham số điều chỉnh 94 Kết luận 95 Tài liệu tham khảo 96 http://www.ebook.edu.vn 4 bảng chữ viết tắt Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt 3GPP Third Genẻation Partnership Dự án hợp tác thông tin di động Protocol thế hệ 3 AuC Authentication Centre Trung tâm nhận thực BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit B-ISDN Broadband ISDN ISDN băng rộng BS Base Station Trạm gốc BSS Base Station System Phân hệ trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung CCPCH Common Control Physical Kênh vật lý điều khiển chung Channel CDMA2000 A CDMA System in North Một hệ thống CDMA ở Bắc Mỹ America CM Communication Management Quản lý thông tin CN Core Network Mạng lõi CPCCH Communication Power Kênh điều khiển công suất Control Channel chung CPCH Communication Paket Chennel Kênh gói chung CRC Cyclic Redundancy Check Mã kiểm tra d thừa CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dnh riêng DPCCH Dedicated Physical Control Kênh vật lý điều khiển dnh Channel riêng DPDCH Dedicated Physical Data Kênh vật lý dữ liệu dnh riêng Channel ETS ETSI Telecommunication Tiêu chuẩn viễn thông http://www.ebook.edu.vn 5 Standard của ETSI FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đờng xuống GPS Global Positioning System Hệ thống định vị ton cầu GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động Communications ton cầu IMSI International Mobile Chỉ thị thuê bao di động quốc tế Subscriber Identity IMT-2000 International Mobile Tiêu chuẩn viễn thông di động Telecommunications 2000 quốc tế 2000 IN Intelligent Network Mạng thông minh IPv4 Internet Protocol Version 4 Thủ tục internet phiên bản thứ 4 IPv6 Internet Protocol Version 6 Thủ tục internet phiên bản thứ 6 IS-95 North American Version of Một phiên bản CDMA Bắc Mỹ The CDMA Standard ITU International Hiệp hội viễn thông quốc tế Telecommunication Union ITU-T ITU Telecommunication Bộ phận tiêu chuẩn hoá về Standardisation Sector viễn thông của ITU Iub UMTS Interface Between Giao diện UMTS giữa RNC với RNC and BS BS Iur UMTS Interface Between Giao diện UMTS giữa các RNC RNCs MS Mobile Station Máy di động MSC Mobile Subscriber Number Số thuê bao di động NNI Network-to-Network Interface Giao diện liên mạng O&M Operations and Maintenance Vận hnh v bảo dỡng PCH Paging Channel Kênh tìm gọi http://www.ebook.edu.vn 6 PDH Plesiochronous Digital Hệ thống phân cấp cận đồng bộ Hierarch PN Pseudo Noise Nhiễu ngẫu nhiên giả QoS Quality of Service Chất lợng dịch vụ R99 Release 1999 of 3GPP UMTS Phiên bản 1999 của tiêu chuẩn Standard 3GPP UMTS RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến TE Terminal Format Thiết bị đầu cuối TRX Transceiver Bộ thu phát UMTS Universal Mobile Hệ thống viễn thông di động Telecommunications System ton cầu UTRAN Universal Terrestrial Radio Mạng truy nhập vô tuyến Access Network mặt đất ton cầu VCI Virtual Circuit Identifier Bộ chỉ thị mạng ảo VPI Virtual Path Identifier Bộ chỉ thị đờng ảo X.25 An ITU-T Protocol for Packet Một thủ tục ITU-T sử dụng cho Switched Networks mạng chuyển mạch gói http://www.ebook.edu.vn 7 Lời nói đầu Nhu cầu trao đổi thông tin l nhu cầu cần thiết yêu cầu trong xã hội hiện đại. Các hệ thống thông tin di động ra đời tạo cho con ngời khả năng thông tin mọi lúc mọi nơi. Phát triển từ hệ thống thông tin di động tơng tự, các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G) ra đời với mục tiêu chủ yếu l hỗ trợ dịch vụ thoại v truyền số liệu tốc độ thấp. Hệ thống thông tin di động 2G đánh dấu sự thnh công của công nghệ GSM với hơn 70% thị phần thông tin di động trên ton cầu hiện nay. Trong tơng lai, nhu cầu các dịch vụ số liệu sẽ ngy cng tăng v có khả năng vợt quá nhu cầu thoại. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) ra đời nhằm thoả mãn nhu cầu của con ngời về các dịch vụ số liệu tốc độ cao nh: điện thoại thấy hình, video streamming, hội nghị truyền hình, nhắn tin đa phơng tiện Hiện nay hệ thống thông tin di động 3G đang phát triển nhằm thoả mãn nhu cầu của con ngời. Đồ án của tôi tìm hiểu về qui hoạch v tối u mạng truyền dẫn 3G. Đồ án tốt nghiệp của tôi chia lm 3 chơng với nội dung cụ thể sau: Chơng 1: Giới thiệu chung về hệ thống thông tin di động thế hệ 3 Giới thiệu chung về hệ thống thông tin di động v một số yêu cầu đối với hệ thống 3G. Chơng 2: Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 UMTS Trong chơng ny tôi xin giới thiệu về cấu trúc mạng 3G v cấu trúc kênh của mạng 3G. Chơng 3: Qui hoạch v tối u hoá mạng truyền dẫn 3G. Chơng 3 l chơng cuối cùng của đồ án. Tôi xin giới thiệu về cơ sở qui hoạch của mạng truyền dẫn. Cuối cùng tôi xin chân thnh cảm ơn thầy giáo, Đại tá, PGS Tiến sĩ Võ Kim, ngời đã hớng dẫn tôi tận tình, cùng với các thầy cô giáo trong bộ môn thông tin đã tạo mọi điều kiện tốt nhất giúp tôi ho n thnh đồ án tốt nghiệp đúng tiến độ. http://www.ebook.edu.vn 8 Chơng 1 Giới thiệu chung về hệ thống thông tin di động thế hệ 3 1.1. lịch sử phát triển của thông tin di động v một số yêu cầu đối với hệ thống 3G 1.1.1. Lịch sử phát triển. Nh chúng ta đã biết, tính đến nay, thông tin di động đã phát triển qua các thế hệ khác nhau. Thế hệ thứ nhất 1G l thế hệ thông tin di động tơng tự hoặc bán tơng tự. Hệ thống ny đợc xây dựng vo những năm 80, ví dụ nh NMT (Nordic Mobile Telephone) v AMPS (Adranced Mobile Phone System). Những hệ thống thông tin di động 1G cung cấp dịch vụ chủ yếu l thoại cũng nh các dịch vụ liên quan đến thoại. Các hệ thống di động thế hệ thứ nhất đợc phát triển trong phạm vi quôc gia, những yêu cầu kỹ thuật của các hệ thống ny chủ yếu đợc xây dựng trên cơ sở thoả thuận giữa các nh điều hnh viễn thông của chính phủ với các công ty cung cấp dịch vụ viễn thông m không có hệ tiêu chuẩn phổ biến rộng rãi. Do vậy, các hệ thống thông tin di động 1G không có khả năng tơng thích lẫn nhau. Do yêu cầu thông tin di động ngy cng tăng, đặc biệt l nhu cầu cần có một hệ thống thông tin di động ton cầu. Các tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế bắt đầu xây dựng hệ thống thông tin di động thứ hai 2G. Mục tiêu chủ yếu của hệ thống 2G l khả năng tơng thích v đồng nhất trong môi trờng quốc tế. Hệ thống phải có khẳ năng phục vụ trong một khu vực (ví dụ khu vc châu Âu), mọi ngời sử dụng phải có khả năng truy nhập hệ thống ở bất kỳ nơi no trong khu vực. Theo quan điểm ngời sử dụng, hệ thống 2G hấp dẫn hơn hệ thống 1G bởi vì ngoi dịch vụ thoại truyền thống, hệ thống ny còn có khả năng cung cấp một số dịch vụ truyền dữ liệu v các dịch vụ bổ xung khác. Do các tiêu chuẩn chỉ thực hiện đ ợc trong phạm vi khu vực, nên khái niệm thông tin di động ton cầu không thực hiện đợc v trên thị trờng tồn tại một số hệ thống di động 2G, tiêu biểu nh: GSM, IS 95 v PDC. Trong đó, hệ thống GSM đợc phổ biến rộng rãi nhất. http://www.ebook.edu.vn 9 Hệ thống thông tin di động thứ ba 3G ra đời với mục tiêu l hình thnh một hệ thống thông tin di động trên ton thế giới. Khác với các dịch vụ đợc cung cấp bởi những hệ thống thông tin di động hiện nay chủ yếu l thoại (công nghệ tơng tự l đặc trng hệ thống thế hệ thứ nhất, công nghệ số l đặc trng hệ thống thế hệ thứ 2), hệ thống 3G nhằm vo các dịch vụ băng rộng nh truy nhập Internet tốc độ cao, truyền hình v ảnh chất lợng cao tơng đơng mạng hữu tuyến. Có thể nói rằng, khái niệm ITM-2000 (trớc đây gọi l FPMLTS) đợc ITU đa ra theo mô hình từ trên xuống. Trớc tiên, các yêu cầu về dịch vụ v chất lợng đợc đa ra, sau đó các tổ chức chuẩn hoá v các nh công nghiệp, khai thác sẽ tiến tới thiết kế mạng đáp ứng yêu cầu ny. 1.1.2. Những yêu cầu đối với hệ thống 3G. Một số yêu cầu chính về ITM-2000 đợc ITU đề ra nh sau: Tốc độ truyền dữ liệu cao 144kbps hoặc 384kbps cho vùng phủ rộng ngoi trời v 2Mbps cho vùng phủ hẹp trong nh. Chất lợng thoại tơng đơng mạng hữu tuyến. Hỗ trợ cả dịch vụ chuyển mạch kênh v gói, truyền dữ liệu không đối xứng. Có thể cung cấp cả dịch vụ di động v cố định. Có khả năng chuyển vùng quốc gia v quốc tế, hỗ trợ cấu trúc cell nhiều lớp. Cơ cấu tính cớc mới theo dung lợng truyền thay cho thời gian nh hiện nay. ITU-R đã phát triển bộ chỉ tiêu kỹ thuật ITM-2000, ITM-2000 đợc tạo ra nhằm thoả mãn việc phát triển các tiêu chuẩn cho phép thiết lập một cơ sở hạ tầng thông tin vô tuyến ton cầu bao gồm các hệ thống mặt đất v vệ tinh, các truy nhập cố định v di động cho các mạng công cộng v cá nhân. 1.1.2.1. Tiêu chuẩn WCDMA của UTMS/IMT2000. UMTS l thuật ngữ đợc ETSI nhóm SMG về hệ thống thông tin di động vô tuyến 3G ở châu Âu đa ra. Các hoạt động nghiên cứu về UMTS trong EMTS đợc hỗ trợ bởi các chơng trình có ti trợ của EU, nh RACE v ACTS. Chơng trình RACE, gồm hai giai đoạn, bắt đầu vo năm 1988, v kết thúc vo năm 1995. Đối tợng của chơng trình ny l khám phá v phát triển http://www.ebook.edu.vn 10 testbeb cho các công nghệ giao diện vô tuyến đề cử. Trong dự án FRAMES của ACTS, hai kiểu (chế độ) đa truy nhập đã đợc chọn để nghiên cứu tiếp lm đề xuất cho truy nhập vô tuyến mặt đất của UMTS (UTRA). Chúng dựa trên TDMA có v không có trải phổ, v dựa trên W-CDMA. Đến tháng 1/1997, ARIB đã quyết định chấp nhận W-CDMA lm công nghệ truy nhập vô tuyến mặt đất cho đề xuất IMT-2000 của mình v nỗ lực cụ thể hoá các chỉ tiêu kỹ thuật chi tiết của công nghệ ny. Dới ảnh hởng của sự hỗ trợ manh mẽ cho W-CDMA trên ton cầu v quyết định sớm từ ARIB, một thoả thuận nhất trí của ETSI đã đạt đợc vo tháng 1/1998 về việc chấp nhận W-CDMA lm công nghệ truy nhập vô tuyến mặt đất cho UMTS.Sau đó, ARIB v ETSI đã phối hợp hai chuẩn của họ để có một công nghệ W-CDMA thống nhất. Phần ny sẽ đề cập các đặc tính chính của RTT mặt đất trong các đề xuất của ETSI v ARIB, m có thể áp dụng cho cả UTRA v IMT-2000. 1.1.2.2. Đặc tính của UTRA/IMT-2000. Phần phổ tần đợc đề xuất cho UTRA v IMT-2000 đợc minh hoạ trong hình 1-1 v hình 1-2. Có thể thấy, UTRA v IMT-2000 không thể sử dụng ton bộ phổ tần cho hệ thống vô tuyến di động 3G do các băng tần đă đợc phân bốn phần cho DECT v PHS. Cụ thể, tín hiệu đờng lên v đờng xuống đợc hình thnh trên hai tần số sóng mang khác nhau f 1 v f 2 , phân cách nhau ở khoảng dãn băng ở chế độ FDD. Trái lại, chế độ TDD dùng chung một kênh tần số f c , nhng khác khe thời gian. Nh thấy ở hình 1-1 v hình 1-2, cặp băng 1920-1980 MHz v 2110-2170 MHz đợc phân định cho chế độ FDD ở đờng xuống v đờng lên tơng ứng, còn chế độ TDD hoạt động trong băng tần còn lại. Tuy nhiên với các dịch vụ không đối xứng chỉ yêu cầu các băng FDD v do đó các băng TDD linh động hơn có thể tăng gấp đôi dung lợng của tuyến bằng cách phân định mọi khe thời gian cho một hớng truyền. W-CDMA Uplink(FDD) MSS W-CDMA W-CDMA Uplink(FDD) MSS 1990 1920 1980 2010 2025 2010 2170 2200 Hình 1-1. Phần phổ đề xuất của UTRA [...]... độ triển khai 3G từ CDMA One CDMA One 3G 2 Mbps 3g3 x 144 kbps 3g1 x 64 kbps is- 95b 14.4 kbps is- 95a 2000 2001 Hình 1-12 Kế hoạch triển khai 3G từ CDMA One 1.2.2.1 CDMA IS-95B Mặc dù CDMA One không phải đợc thiết kế từ đầu cho truy nhập dữ liệu nhng mạng ny đợc thiết kế đồng bộ cho dịch vụ dữ liệu Mạng CDMA One quản lý truyền thoại v dữ liệu theo phơng thức giống nhau Khả năng truyền dẫn tốc độ thay... hiệp l trong mạng 3G một số phần tử mạng nhất định sử dụng các địa chỉ IPv4 cố định, còn các lu lợng thuê bao còn lại sử dụng các địa chỉ IPv6 đợc phân bổ động Trong trờng hợp ny, để thích ứng mạng 3G với các mạng khác, mạng lõi IP 3G http://www.ebook.edu.vn 21 phải có thiết bị chuyển đổi giữa các địa chỉ IPv4 v IPV6 bởi các mạng khác có thể không hỗ trợ IPv6 Về mặt kỹ thuật, các nút mạng lõi cần phải... Công nghệ CAMEL có thể truyền thông tin dịch vụ giữa các mạng v vai trò của công nghệ ny sẽ tăng lên khi triển khai 3G đều ít nhiều có sự tham gia của CAMEL Các kết nối truyền dẫn trong mạng truy nhập vô tuyến WCDMA đợc sử dụng bằng cách dùng ATM (3GPP R99) ( xem hình 1-9) Dự án tiêu chuẩn hoá FRAMES đã thảo luận rất nhiều về việc có sử dụng ATM cho mạng 3G hay không, v cuối cùng đã quy t định sử dụng... ngời sử dụng Mạng truyền tải l phần mạng lõi thực hiện kết nối thông tin giữa mạng phục vụ với mạng bên ngoi 2.1.1.2 Mô hình cấu trúc Hệ thống UMTS đợc xây dựng dựa trên cơ sở GSM Do vậy, hệ thống ny có xu hớng tận dụng tối đa cơ sở hạ tầng GSM Cấu trúc mạng 3G đợc thể hiện trên hình 2-2 http://www.ebook.edu.vn 31 utran Uu cn Iu Vùng CN CS Rnc ue 1 2 4 7 3 5 8 * 6 0 9 # 3G MRC/VLR bs 3G GMSC Rnc ue... khác so với trong mạng 2G Trong mạng 2G chức năng chính của các SGSN l quản lý di động cho các kết nối gói Sang mạng 3G, chức năng quản lý di động đợc phân chia giữa RNC v SGSN Điều ny có nghĩa l khi thuê bao trong mạng 3G chuyển cell thì các phần tử chuyển mạch gói không nhất thiết can thiệp còn RNC thì phải quản lý quá trình ny Quản lý mạng (NMS) Um A ms CN CS Domain e- ran bsc 3g 3g gmsc isdn pspdn... rnc sgsn ggsn Mạng dữ liệu khác Internet Iu Hình 1-9 Mạng 3G triển khai theo chỉ tiêu kỹ thuật của 3GPP R99 http://www.ebook.edu.vn 22 Mạng 3G triển khai theo 3GPP R99 cung cấp các loại dịch vụ giống với mạng 2,5G Trong giai đoạn hiện nay hầu hết các dịch vụ đợc chuyển đổi sang dạng gói khi ứng dụng có yêu cầu WAP l một trong các ứng cử viên thuộc loại ny, bời vì về bản chất thông tin truyền đi thì... sở hạ tầng mạng 3G rất phức tạp, có hai vấn đề kỹ thuật trong mạng cần đợc sử lý kỹ lỡng: vấn đề quản lý v an ninh mạng Đứng trên quan điểm cấu trúc dịch vụ, mạng 3G v các phần tử của nó có thể đợc chia thnh bốn lớp khác nhau Lớp thấp nhất l nền tảng cho tất cả các lớp còn lại, còn lại l lớp truyền tải vật lý Các nút sử dụng phơng tiện truyền tải vật lý hình thnh một lớp gọi l lớp phần tử mạng Lớp thứ... xây dựng hệ thống 3G theo định hớng dịch vụ nhiều hơn so với mạng thông tin di động truyền thống Nói cách khác, các hệ thống 1G v 2G l những hệ thống bị giới hạn cộng nghệ chỉ cho phép ngời sử dụng sử dụng một số các dich vụ công nghệ đặc thù Theo quan điểm dịch vụ, mô hình mạng 3G có dạng nh hình 2-4 lớp dịch vụ Quản lớp tạo dịch vụ lý lớp phần tử mạng mạng Chức năng bảo mật Lớp truyền tải vật lý... diện l phơng tiện để các khối chức năng giao tiếp với nhau http://www.ebook.edu.vn 30 Mạng thờng trú Tầng không truy nhập Miền CS Thiết bị di động usim Mạng truy nhập Mạng Mạng phục vụ truyền dẫn Tầng truy nhập Cu Uu Iu Miền PS Yu Hình 2-1 Mô hình khái niệm Dựa trên các cấu trúc thủ tục v nhiệm vụ của chúng, mô hình mạng 3G có thể chia thnh hai tầng: tâng truy nhập v tầng không truy nhập Khái niệm tầng... trên cùng trong mô hình dịch vụ tạo ra ngữ cảnh cho các dịch vụ phức tạp Có hai quy tắc đợc áp dụng cho mô hình bốn lớp nói trên: Quy tắc A: các lớp cng thấp thì các khoản đầu t cho các phần tử mạng của lớp đó cng lớn Nói cách khác các phần tử truyền dẫn v các phần tử mạng tốn nhiều tiền đầu t nhất trong hệ thống 3G Quy tắc B: lớp cng cao thì cng phải đầu t nhiều cho ý tởng Đối với các lớp cao, các . Chơng 3: Quy hoạch v tối u hoá mạng truyền dẫn 3G 67 3.1 Cơ sở của qui hoạch mạng truyền dẫn 67 3.1.1 Phạm vi của quy hoạch mạng truyền dẫn 67 . Chơng 3: Qui hoạch v tối u hoá mạng truyền dẫn 3G. Chơng 3 l chơng cuối cùng của đồ án. Tôi xin giới thiệu về cơ sở qui hoạch của mạng truyền dẫn. Cuối