Công nghệ GSM và quá trình phát triển GSM lên 3g

Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM I Giới thiệu chung GSM .5 Giới thiệu GSM .5 Lịch sử mạng GSM Các tiêu kỹ thuật mạng GSM Băng tần sử dụng mạng GSM Phương pháp truy nhập mạng GSM II Cấu trúc hệ thống thông tin di động GSM Cấu trúc hệ thống Chức phần tử hệ thống 2.1 Hệ thống chuyển mạch SS 2.2 Hệ thống trạm gốc BSS 10 2.3 Hệ thống khai thác OSS .11 2.4 Trạm di động MS 12 III Q trình xử lý tín hiệu số biến đổi vào sóng vơ tuyến 12 Chuyển đổi A/D 13 Mã hóa tiếng 13 Mã hóa kênh 13 Ghép xen 14 Mật mã hóa 14 Điều chế .15 Cân Viterbi 15 Chuyển đổi D/A 16 IV Giao diện vô tuyến Um 16 Kênh vật lý 16 Kênh logic 19 2.1 Kênh lưu lượng TCH 19 2.2 Kênh báo hiệu điều khiển 19 V Các trường hợp thông tin 20 Các trạng thái máy di động MS .20 Thủ tục nhập mạng 20 Lưu động cập nhật vị trí 20 Thủ tục rời mạng 21 Hoàng Thị Huệ 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Các trường hợp gọi 21 5.1 Trạm di động MS thực gọi 21 5.2 Trạm di động MS nhận gọi 23 Các trường hợp chuyển giao (Handover) 25 VI Các dịch vụ GSM .25 VII Bảo mật GSM 26 Đánh số nhận dạng thuê bao vùng mạng 26 Nhận thực thuê bao 27 CHƯƠNG LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ GSM LÊN 3G 28 I Giới thiệu 28 II Lộ trình phát triển từ GSM lên 3G .28 Công nghệ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD 29 Dịch vụ vơ tuyến gói chung GPRS 31 2.1 Giới thiệu GPRS 31 2.2 Các đặc điểm mạng GPRS 31 2.3 Cấu trúc mạng GPRS 33 2.4 Giao thức mạng GPRS .36 2.5 Giao diện vô tuyến 37 a Lớp vật lý GPRS 37 b RLC/MAC GPRS .38 c Lớp điều khiển đường truyền logic LLC 38 2.6 Các chức GPRS 39 2.7 Nhập mạng GPRS .47 2.8 Khả phát triển GPRS lên 3G 48 Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM (EDGE) .49 3.1 Kỹ thuật điều chế EDGE 49 3.2 Giao tiếp vô tuyến .50 CHƯƠNG CÔNG NGHỆ W-CDMA 52 I Giới thiệu 52 II Các đặc điểm W-CDMA 52 III Các đặc tính W-CDMA 53 IV Cấu trúc mạng W-CDMA 54 V Các dịch vụ mạng W-CDMA .58 VI Giao diện vô tuyến 58 Các kênh logic .60 Các kênh truyền tải 60 Các kênh vật lý 61 3.1 Các kênh vật lý đường lên 61 3.2 Các kênh vật lý đường xuống .62 Hoàng Thị Huệ 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp VII Các giải pháp kỹ thuật W-CDMA 63 Thiết bị thu phát vô tuyến hệ thống TTDĐ hệ 63 a Máy phát 63 b Máy thu 63 Mã hóa đan xen .64 2.1 Mã vòng 64 2.2 Mã xoắn .65 2.3 Mã Turbo .66 2.4 Đan xen W-CDMA 66 Điều chế BPSK QPSK 67 3.1 Điều chế BPSK 67 3.2 Điều chế QPSK 68 Điều khiển công suất chuyển giao 69 4.1 Điều khiển công suất 69 a Điều khiển công suất vòng hở OLPC .70 b Điều khiển cơng suất vịng kín CLPC 70 4.2 Chuyển giao 71 a Chuyển giao mềm .71 b Chuyển giao mềm 72 c Chuyển giao cứng .72 VIII Kỹ thuật trải phổ W-CDMA 72 Giới thiệu .72 Nguyên lý trải phổ DSSS .74 Mã trải phổ 74 Các hệ thống DSSS – BPSK 76 4.1 Máy phát DSSS – BPSK .76 4.2 Máy thu DSSS – BPSK .77 Các hệ thống DSSS – QPSK .79 5.1 Máy phát DSSS – QPSK .79 5.2 Máy thu DSSS – QPSK .80 IX Thiết lập gọi W-CDMA UMTS .81 KẾT LUẬN .85 BẢNG TRA CỨU CÁC TỪ VIẾT TẮT 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO .92 Hoàng Thị Huệ 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp LỜI NĨI ĐẦU Từ xưa tới nay, thơng tin liên lạc lĩnh vực quan trọng đời sống xã hội Đặc biệt ngày mà mạng thông tin di động ngày phát triển mạnh mẽ nhu cầu người khơng dừng lại Cơng nghệ GSM có đặc tính bật dung lượng lớn, tính bảo mật cao,…Tuy nhiên hệ thống băng thơng hẹp, sử dụng công nghệ chuyển mạch kênh nên GSM hỗ trợ truyền số liệu với tốc độ tối đa 9,6 kbit/s, không đáp ứng nhu cầu ngày cao người sử dụng dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao, điện thoại có hình, truy cập Internet tốc độ cao từ máy di động dịch vụ truyền thơng đa phương tiện khác Vì lí trên, nhà khai thác GSM bước nâng cấp mạng GSM Tuy nhiên việc loại bỏ hẳn công nghệ dùng để tiếp cận mạng 3G tốn mặt kinh tế Vì họ phải chọn giải pháp nâng cấp mạng GSM qua bước trung gian 2,5G để tạm thời đáp ứng nhu cầu người sử dụng chuẩn bị sở hạ tầng kỹ thuật sau tiến lên 3G Để nắm vững kỹ thuật sử dụng trình nâng cấp GSM lên 3G tìm hiểu công nghệ W-CDMA, em chọn đề tài “ Cơng nghệ GSM q trình phát triển GSM lên 3G ” Nội dung trình bày đồ án: Chương 1: Mạng thông tin di động GSM Chương 2: Lộ trình phát triển từ GSM lên 3G Chương 3: Công nghệ W-CDMA Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Nguyễn Quốc Trung tận tình hướng dẫn em suốt trình làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Công Nghệ trường Đại Học Vinh bảo cho em suốt thời gian qua Vinh, ngày 03 tháng 05 năm 2009 Sinh viên thực Hoàng Thị Huệ Hoàng Thị Huệ 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG I MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ GSM Giới thiệu GSM GSM (Global System for Mobile Communication) - hệ thống viễn thơng tồn cầu, sử dụng tần số 900 MHz 1800 MHz Châu Âu 1900 MHz Bắc Mỹ GSM hỗ trợ truyền thoại với tốc độ 13 kbit/s truyền số liệu với tốc độ 9,6 kbit/s Mạng GSM sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA kết hợp đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA Lịch sử mạng GSM Vào đầu thập niên 1980, Châu Âu người ta phát triển mạng điện thoại di động sử dụng vài khu vực Sau vào năm 1982 chuẩn hóa CEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) tạo Groupe Spéccial Mobile (GSM) với mục đích sử dụng chung cho tồn Châu Âu Mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM xây dựng đưa vào sử dụng Radiolinja Phần Lan Vào năm 1989 công việc quản lý tiêu chuẩn phát triển mạng GSM chuyển cho viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (European Telecommunications Standards Institute - ETSI) tiêu chuẩn, đặc tính phase công nghệ GSM công bố vào năm 1990 Vào cuối năm 1993 có triệu thuê bao sử dụng mạng GSM 70 nhà cung cấp dịch vụ 48 quốc gia Các tiêu kỹ thuật mạng GSM Hệ thống thông tin di động GSM cho phép chuyển vùng tự thuê bao châu Âu, có nghĩa thuê bao thâm nhập sang mạng nước khác di chuyển qua biên giới Trạm di động GSM – MS (GSM Mobile Station) phải có khả trao đổi thông tin nơi vùng phủ sóng quốc tế * Về khả phục vụ: - Hệ thống thiết kế cho MS dùng tất nước có mạng - Cùng với phục vụ thoại, hệ thống phải cho phép linh hoạt lớn cho loại dịch vụ khác liên quan tới mạng số liên kết đa dịch vụ (ISDN) Hoàng Thị Huệ 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp - Tạo hệ thống phục vụ cho MS tàu viễn dương mạng mở rộng cho dịch vụ di động mặt đất * Về chất lượng phục vụ an toàn bảo mật: - Chất lượng thoại GSM phải có chất lượng hệ thống di động tương tự trước điều kiện vận hành thực tế - Hệ thống có khả mật mã hố thơng tin người dùng mà khơng ảnh hưởng đến hệ thống không ảnh hưởng đến thuê bao khác không dùng đến khả * Về sử dụng tần số: - Hệ thống cho phép mức độ cao hiệu dải tần mà phục vụ vùng thành thị nông thôn dịch vụ phát triển - Dải tần số hoạt động 890-915 935-960 Mhz - Hệ thống GSM 900Mhz phải tồn với hệ thống dùng 900Mhz trước * Về mạng: - Kế hoạch nhận dạng dựa khuyến nghị CCITT - Kế hoạch đánh số dựa khuyến nghị CCITT - Hệ thống phải cho phép cấu trúc tỷ lệ tính cước khác dùng mạng khác - Trung tâm chuyển mạch ghi định vị phải dùng hệ thống báo hiệu tiêu chuẩn hoá quốc tế - Chức bảo vệ thông tin báo hiệu thông tin điều khiển mạng phải cung cấp hệ thống Băng tần sử dụng mạng GSM Hệ thống GSM làm việc băng tần 890 – 960 MHz, chia làm phần: - Băng tần lên (Uplink band) từ 890 – 915 MHz cho kênh vô tuyến từ MS đến BTS - Băng tần xuống (Downlink band) từ 935 – 960 MHz cho kênh vô tuyến từ BTS đến MS Mỗi băng rộng 25MHz, chia làm 124 sóng mang tương đương với 124 kênh vơ tuyến Các sóng mang cạnh cách 200KHz Mỗi kênh sử dụng tần số riêng Hoàng Thị Huệ 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp biệt cho đường lên cho đường xuống Các kênh gọi kênh song công Khoảng cách tần số không đổi 45MHz Kênh vô tuyến có khe thời gian, khe thời gian kênh vật lý để trao đổi BTS MS Ngồi băng tần sở cịn có băng tần GSM mở rộng băng tần DCS: - Băng tần GSM mở rộng: 882 – 915MHz 927 – 960 MHz - Băng tần DCS: 1710 – 1785 MHz 1805 – 1880 MHz Phương pháp truy nhập mạng GSM Mạng GSM sử dụng phương pháp TDMA (Time Division Multiple Access) kết hợp FDMA (Frequency Division Multiple Access) - Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA: Khi có u cầu gọi kênh vô tuyến ấn định Các thuê bao khác dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian Mỗi thuê bao cấp khe thời gian cấu trúc khung tuần hoàn khe - Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA: Phục vụ gọi theo kênh tần số khác Người dùng cấp phát kênh tập hợp kênh lĩnh vực tần số Phổ tần số chia thành 2N dải tần số kế tiếp, cách khoảng bảo vệ Mỗi dải tần gán cho kênh liên lạc, N dải dành cho liên lạc hướng lên, N dải lại cho liên lạc hướng xuống Các kênh tần số sử dụng GSM nằm dải tần quy định 900 MHz xác định theo công thức: FL = 890,2+0,2(n-1) MHz FU = FL(n) + 45 MHz ≤ n ≤ 124 Trong đó: FL: Tần số nửa băng thấp FU: Tần số nửa băng cao 0,2 MHz: Khoảng cách kênh lân cận 45 MHz: Khoảng cách thu phát n: Số kênh tần vơ tuyến Hồng Thị Huệ 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Để cho kênh lân cận không gây nhiễu cho BTS phủ ô mạng phải sử dụng tần số cách xa ô sử dụng tần số giống gần phải xa Truyền dẫn GSM chia thành cụm (Burst) chứa hàng trăm bit điều chế Mỗi cụm phát khe thời gian 577 µs kênh tần số có độ rộng 200KHz Mỗi kênh tần số cho phép tổ chức khung thâm nhập theo thời gian, khung bao gồm khe thời gian từ TS0 đến TS7 II CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM Cấu trúc hệ thống Một hệ thống GSM chia thành hệ thống sau đây: - Hệ thống chuyển mạch (SS – Switching Subsystem ) - Hệ thống trạm gốc (BSS – Base Station Subsystem) - Hệ thống khai thác (OSS – Opration Subsystem) - Trạm di động (MS – Mobile Station) * Hệ thống chuyển mạch SS bao gồm khối chức sau: - Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động (MSC – Mobile Services Switching Center) - Bộ ghi định vị thường trú ( HLR – Home Location Register) - Bộ ghi định vị tạm trú ( VLR – Visitor Location Registor) - Trung tâm nhận thực ( AUC – Authentication Center) - Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR – Equipment Identification Register) - Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động cổng (GMSC – Gateway MSC) * Hệ thống trạm gốc BSC gồm khối chức sau: - Bộ điều khiển trạm gốc ( BSC – Base Station Controller) - Trạm thu phát gốc ( BTS – Base Transceiver Station) * Hệ thống khai thác OSS gồm khối chức sau: - Trung tâm quản lý mạng ( NMC – Network Management Center) - Trung tâm quản lý bảo dưỡng ( OMC – Operation & Maintenance Center) * Trạm di động MS gồm: - Thiết bị di động (ME – Mobile Equipment) Hoàng Thị Huệ 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp - Modul nhận dạng thuê bao (SIM – Subscriber Identity Module) SS PST N VLR ISD N AUC HLR EIR MSC OSS PSPDN CSPDN BSS BSC PLMN BTS Truyền báo hiệu MS Truyền lưu lượng Hình 1.1 Mơ hình hệ thống GSM Chức phần tử hệ thống 2.1 Hệ thống chuyển mạch SS Hệ thống chuyển mạch bao gồm chức chuyển mạch GSM sở liệu cần thiết cho số liệu thuê bao quản lí di động thuê bao Chức SS quản lí thơng tin người sử dụng mạng GSM với với mạng khác - Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động MSC Tổng đài di động MSC thực chức chuyển mạch cho thuê bao di động thông qua trường chuyển mạch MSC quản lí việc thiết lập gọi, điều khiển cập nhật vị trí thủ tục chuyển giao MSC Việc cập nhật vị trí thuê bao cho phép tổng đài di động MSC nhận biết vị trí thuê bao di động q trình tìm gọi trạm di động MS MSC có tất chức tổng đài cố định tìm đường, định tuyến, báo hiệu,… Điều khác biệt tổng đài mạng cố định ( PSTN, ISDN, …) MSC MSC thực xử lý cho thuê bao di động, thực chuyển vùng cell Hoàng Thị Huệ 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Chức tổng đài MSC việc kết nối với phần tử mạng di động cịn kết nối với phần tử mạng khác PSTN, ISDN, PSPDN, CSPDN, PLMN MSC thực chức gọi MSC cổng (GMSC) Việc giao tiếp với mạng để đảm bảo thông tin cho người sử dụng mạng GSM địi hỏi cổng thích ứng ( Các chức tương tác IWF – Interworking Function) IWF cổng giao tiếp người dùng mạng GSM với mạng ngồi Nó thực chức MSC hay thiết bị riêng - Bộ ghi định vị thường trú HLR HLR chứa đầy đủ thông tin liên quan đến việc đăng ký dịch vụ vị trí thuê bao Thường HLR máy tính đứng riêng khơng có khả chuyển mạch có khả quản lý hàng trăm ngàn thuê bao Khi mạng có thêm thuê bao thơng tin th bao đăng ký HLR - Bộ ghi định vị tạm trú VLR Là sở liệu thứ hai mạng GSM, chứa thơng tin vị trí thời thuê bao di động vùng phục vụ MSC tương ứng đồng thời lưu giữ số liệu vị trí th bao nói để cập nhật cho MSC với mức độ xác HLR - Trung tâm nhận thực AUC Được nối đến HLR, chức AUC cung cấp cho HLR tần số nhận thực khóa mật mã để sử dụng cho bảo mật Đường vô tuyến AUC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã thay đổi riêng biệt cho thuê bao - Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR EIR có chức kiểm tra tính hợp lệ thiết bị di động ME thông qua số liệu nhận dạng di động quốc tế (IMEI – International Mobile Equipment Identity) chứa số liệu phần cứng thiết bị 2.2 Hệ thống trạm gốc BSS Là hệ thống thiết bị đặc thù riêng cho tính chất tổ ong vơ tuyến GSM BSS thực đấu nối MS với tổng đài nhờ đấu nối người sử dụng trạm di động với người sử dụng viễn thông khác BSS bao gồm loại thiết bị: BTS giao diện với MS BSC giao diện với MSC - Trạm thu phát gốc BTS Hoàng Thị Huệ 10 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Ebr: lượng trung bình sóng mang bit n(t): tạp âm kênh đầu vào máy thu Để giải thích q trình khơi phục lại tin ta giả thiết khơng có tạp âm.Trước hết tín hiệu thu trải phổ để giảm băng tần rộng vào băng tần hẹp Sau giải điều chế để nhận tín hiệu băng gốc Để giải trải phổ, phổ tín hiệu thu nhân với tín hiệu đồng PN c(t-τ) tạo máy thu, ta được: 2E T w(t ) = br b d (t − τ ) c (t − τ ) cos( 2π f c t + θ ') = 2E T b br d (t − τ ) cos( 2π f c t + θ ') (Vì c(t) = ± 1) Trong đó: θ’ = θ - 2πfcτ Tín hiệu nhận tín hiệu băng hẹp với độ rộng băng tần theo Nyquist 1/Tb Để giải điều chế ta giả thiết máy thu biết pha θ’ điểm khởi đầu bit Một giải điều chế BPSK bao gồm tương quan, hai lọc phối hợp, sau thiết bị đánh giá ngưỡng Để tách bit số liệu thứ i, tương quan tính tốn: z i = t i +T b ∫ w(t ) ti = E T b b T cos( 2π f b c t + θ ' )dt t i +T b A ∫ d (t − τ ) cos ( 2π ti [ t i +T b = E br ∫ d (t − τ ) + cos( 4π ti = E br d (t − τ ) = ± E br f f c c t + θ ' )dt ] t + 2θ ' ) dt (*) Trong đó: ti = iTb + τ thời điểm đầu bit thứ i Vì d(t - τ) +1 -1 thời gian bit nên thành phần thứ tích phân cho ta Tb –Tb Thành phần thứ hai thành phần nhân đôi tần số nên sau tích phân gần Vậy kết thu (*) Cho kết qua thiết bị đánh giá ngưỡng (hay so sánh) với ngưỡng ta đầu số hai hay -1 Ngồi thành phần tín hiệu ± E br , đầu tích phân có thành phần tạp âm gây lỗi Tín hiệu PN đóng vai trò mã biết trước máy phát lẫn máy thu chủ định Vì máy thu chủ định biết trước mã nên giải trải phổ tín hiệu SS để Hồng Thị Huệ 78 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp nhận tin Nếu máy thu chủ định mã khơng thể giải mã tin, nhìn thấy tín hiệu ngẫu nhiên ±1 Để máy thu khơi phục tin máy thu phải đồng với tín hiệu thu Máy thu phải nhận thông số τ, ti, θ’ từ tín hiệu thu Quá trình nhận τ gọi trình đồng bộ, thường thực hai bước bắt bám Q trình nhận ti gọi q trình khơi phục đồng hồ kí hiệu Cịn q trình nhận θ’ (cũng fc) gọi q trình khơi phục sóng mang Các hệ thống DSSS – QPSK 5.1 Máy phát DSSS – QPSK Sơ đồ khối chức máy phát DSSS – QPSK: d(t)c1(t) c1(t) Bộ điều chế BPSK s1(t) -Asin(2πfct+θ) Bộ tạo PN Dịch π/2 d(t) Acos(2πfct+θ) Bộ tạo PN c2(t) d(t)c2(t) Tín hiệu DSSS-QPSK Bộ điều chế BPSK s2(t) Sơ đồ bao gồm hai nhánh: - Một nhánh đồng pha - Một nhánh pha vng góc Ở sơ đồ trên, đầu vào số liệu d(t) điều chế tín hiệu PN c 1(t) c2(t) hai nhánh Tín hiệu DSSS – QPSK có dạng: s(t) = s1(t) + s2(t) =− E T b b d (t ) c1 (t ) sin( 2π f c t +θ) + E T b b d (t ) c2 (t ) cos( 2π f c t +θ) Trong đó: (t ) d (t )  −1   γ (t ) = tan  c1  (t ) d (t )   c2  Hoàng Thị Huệ 79 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp c1(t)d(t) = 1, c2(t)d(t) = c1(t)d(t) = 1, c2(t)d(t) = -1 c1(t)d(t) = -1, c2(t)d(t) = -1 c1(t)d(t) = -1, c2(t)d(t) = π / 3π /  = 5π / 7π / Vậy tín hiệu s(t) nhận bốn trạng thái pha khác nhau: θ + π/4, θ+ 3π/4, + 5π/4, θ + 7π/4 θ 5.2 Máy thu DSSS – QPSK Sơ đồ khối máy thu DSSS – QPSK: W1(t) s(t-τ) u1(t) c1(t-τ) -Bsin(2πfct+θ’) c2(t-τ) Bcos(2πfct+θ’) u(t) t i +T b ∫ (.)dt ti Z Bộ ước tính + hay -1 - u2(t) W2(t) Ở sơ đồ trên, thành phần đồng pha vng góc nén phổ độc lập với c1(t) c2(t); B = T b Giả thiết trễ τ, tín hiệu vào (Nếu bỏ qua tạp âm): E T s (t − τ ) = − br b d (t − τ ) c1 (t − τ ) sin( 2π f c E T t + θ ') + br b d (t − τ ) c2 (t − τ ) cos( 2π f c t + θ ') Trong đó: Ebr: lượng bit thu θ’ = θ - 2πfcτ Các tín hiệu trước cộng là: 2E T u (t ) = − 2E T b Hoàng Thị Huệ b br br d (t − τ ) [ 1 − cos( 4π f c t + 2θ ' ) d (t − τ ) c1 (t − τ ) c2 (t − τ ) sin( 4π 80 f ] c t + 2θ ' ) 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp u + 2E T (t ) = − d (t − τ ) c1 (t − τ ) c2 (t − τ ) sin( 4π br b 2E T br d (t − τ ) b [ 1 + cos( 4π f c t + 2θ ' ) f c t + 2θ ' ) ] Lấy tích phân cho tổng hai tín hiệu (tất thành phần tần số 2f c có giá trị trung bình 0) ta được: zi = Tb ∫ [u (t ) + u ] (t ) dt = 2E br d (t − τ ) = ± 2E b Vì đầu định ngưỡng ta +1 bit tin +1 -1 bit tin -1 Hai tín hiệu PN c1(t) c2(t) hai tín hiệu PN độc lập hay chúng lấy từ tín hiệu PN, chẳng hạn c(t) Ưu điểm nhược điểm hệ thống DSSS – QPSK so với DSSS – BPSK - Ưu điểm: Nếu số liệu phát hệ thống DSSS – QPSK có độ rộng băng tần độ lợi xử lý Gp hệ thống DSSS – BPSK hệ thống DSSS – QPSK có ưu việt SNR (tỷ số tín hiệu tạp âm) dẫn đến xác suất lỗi thấp Mặt khác hệ thống DSSS – QPSK phát gấp hai lần số liệu so với DSSS – BPSK sử dụng độ rộng băng tần có Gp SNR Các hệ thống DSSS – QPSK có ưu điểm so với hệ thống DSSS – BPSK nhờ tính trực giao sóng mang sin(2πfct+θ) cos(2πfc+θ) nhánh đồng pha vng góc - Nhược điểm: Nhược điểm hệ thống DSSS – QPSK phức tạp hệ thống DSSS – BPSK Ngồi ra, sóng mang sử dụng để giải điều chế máy thu không thực trực giao xảy xuyên âm hai nhánh gây thêm giảm chất lượng hệ thống Hoàng Thị Huệ 81 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp IX THIẾT LẬP MỘT CUỘC GỌI TRONG W-CDMA UMTS UE MSC/ VLR RNC CCCH: Yêu cầu kết nối RRC CCCH: Thiết lập kết nối RRC DCCH:Kết nối RRC hoàn thành DCCH: Truyền trực tiếp khởi đầu RANAP: Bản tin UE khởi đầu (Yêu cầu dịch vụ CM) DCCH: Truyền trực tiếp (Yêu cầu nhận thực) RANAP: Truyền trực tiếp (Yêu cầu nhận thực) DCCH: Truyền trực tiếp (Trả lờì nhận thực) RANAP: Truyền trực tiếp (Trả lời nhận thực) DCCH: Lệnh chế độ bảo mật RANAP: Lệnh chế độ bảo mật DCCH: Hoàn thành chế độ bảo mật RANAP:Hoàn thành chế độ bảo mật DCCH: Truyền trực tiếp (Thiết lập) DCCH: Truyền trực tiếp (Tiếp tục gọi) RANAP: Truyền trực tiếp (Thiết lập) RANAP: Truyền trực tiếp (Tiếp tục gọi) RANAP: Yêu cầu ấn định RAB DCCH:Thiết lập vật mang hay lặp lại cấu hình vật mang vơ tuyến DCCH: Thiết lập vật mang vơ tuyến hồn thành hay lặp lại cấu hình hồn thành DCCH: Truyền trực tiếp (Báo chng) RANAP: Hồn thành ấn định RAB RANAP: Truyền trực tiếp (Báo chuông) DCCH:Truyền trực tiếp (Kết nối) RANAP: Truyền trực tiếp (Kết nối) DCCH:Truyền trực tiếp (Công nhận kết nối) RANAP: Truyền trực tiếp công nhận kết nối Hình 3.14 Thủ tục thiết lập gọi W-CDMA Quá trình bắt đầu yêu cầu truy nhập từ UE Yêu cầu truy nhập phát kênh truyền tải FACH kênh truyền tải CPCH Bản tin phát yêu cầu để thiết lập kết nối RRC trước thực giao dịch báo hiệu hay thiết lập vật mang Yêu cầu kết nối RRC bao gồm lý yêu cầu kết nối Hoàng Thị Huệ 82 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp RNC trả lời tin thiết lập kết nối RRC Bản tin phát kênh logic CCCH (thường truyền kênh truyền tải FACH) Nếu kênh truyền tải DCH cấp phát tin thiết lập kết nối RRC mã ngẫu nhiên để UE sử dụng đường lên UE trả lời RNC tin kết nối RRC hoàn thành Bản tin mang kênh logic DCCH đường lên Sau UE phát tin cho mạng lõi Bản tin phát tin truyền trực tiếp khởi đầu lúc chưa có thiết lập quan hệ báo hiệu trực tiếp UE mạng lõi Bản tin thị cho RNC mạng lõi cần thiết lập quan hệ báo hiệu nối UE mạng lõi RNC đặt tin truyền trực tiếp khởi đầu vào tin UE khởi đầu RANAP (Radio Access Network Applocation Part phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến), RANAP giao thức báo hiệu Iu , gửi tin đến mạng lõi Trong trường hợp tin gửi đến MSC Việc chọn MSC hay SGSN phụ thuộc vào thông tin tiêu đề tin truyền khởi đầu phát từ UE Tiếp theo MSC khởi đầu thủ tục bảo an Thủ tục bắt đầu nhận thực nguyên tắc hiệu lệnh - trả lời giống GSM Ở có điểm khác UE mạng nhận thực lẫn Nghĩa mạng không phát số ngẫu nhiên đến UE để nhận trả lời mà phát thẻ nhận dạng mạng AUTN (Authentication Token Network) tính tốn độc lập mạng HLR để so sánh với AUTN tính tốn độc lập UE SIM UE phát yêu cầu nhận thực cách phát tin truyền trực tiếp RANAP giao thức RRC Nếu nhận thực thành công, UE phát trả lời tin trả lời nhận thực để MSC kiểm tra Bản tin mang cách sử dụng khả truyền trực tiếp RANAP RRC Sau mạng lõi khởi đầu thủ tục mã hóa MSC gửi tin lệnh chế độ bảo mật RRC đến UE UE trả lời MSC tin RANAP Hoàn thành chế độ bảo mật Tại thời điểm này, thông tin thiết lập gọi thực số điện thoại bị gọi gửi tin thiết lập từ UE đến MSC cách sử dụng báo hiệu truyền trực tiếp Nếu xử lý gọi này, MSC trả lời tin tiến hành gọi Sau RNC cần thiết lập vật mang truy nhập vô tuyến B để truyền tải luồng tiếng thực người sử dụng B vật mang UE mạng lõi để truyền tải số liệu người sử dụng Tiếng số liệu gói B đặt hay nhiều vật mang vơ tuyến giao diện vơ tuyến Mỗi B có số nhận dạng riêng để sử dụng trình báo hiệu UE mạng Mạng lõi phát yêu cầu thiết lập B thông qua tin yêu cầu ấn định B RANAP Hoàng Thị Huệ 83 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Trên sở thông tin yêu cầu ấn định B, RNC thiết lập vật mang vơ tuyến cho UE lập lại cấu hình vật mang UE hoạt động RNC sử dụng tin RRC thiết lập vật mang vô tuyến lập lại cấu hình vật mang vơ tuyến để hướng dẫn UE sử dụng vật mang lập lại cấu hình UE trả lời tin thiết lập vật mang vơ tuyến hồn thành tin lập lại cấu hình vật mang vơ tuyến hoàn thành RNC trả lời MSC tin RANAP hồn thành ấn định B Lúc có đường dẫn vật mang từ UE đến MSC Phần cịn lại q trình thiết lập gọi hồn toàn giống thiết lập gọi GSM bao gồm: Các tin báo chuông, kết nối xác nhận kết nối truyền báo hiệu truyền trực tiếp Hoàng Thị Huệ 84 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp KẾT LUẬN Sau thời gian học tập, nghiên cứu, hướng dẫn tận tình thầy giáo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, trực tiếp PGS.TS Nguyễn Quốc Trung thầy cô giáo Khoa Công nghệ trường Đại học Vinh đến em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên khả có hạn nên khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận bảo, góp ý thầy giáo bạn để em nắm vững thêm kiến thức trường Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Hoàng Thị Huệ Hoàng Thị Huệ 85 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp BẢNG TRA CỨU CÁC TỪ VIẾT TẮT A AB A/D AUC AUTN AGC AGCH AMR ATM AWGN Access Burst Analog/Digital Authentication Centre Authentication Token Network Automatic Gain Control Access Grant Channel Adaptive Multi Rate Asynchronous Tnsfer Mode Addition White Gaussian Noise Cụm thâm nhập Bộ chuyển đổi tương tự sang số Trung tâm nhận thực Thẻ nhận dạng mạng Mạch điều khiển khuếch đại tự động Kênh cho phép thâm nhập Mã hóa nhiều tốc độ thích ứng Chế độ truyền không đồng Tạp âm Gauss trắng cộng sinh B BTS BSS BSC BSIC BCCH BG BPSK BER BS Base Transceiver Station Base Station Subsystem Base Station Controller Base Transceiver Station Identity Code Broadcast Control Channel Border Gateway Binary Phase Shift Keying Bit Error Rate Base Station Trạm thu phát gốc Hệ thống trạm gốc Bộ điều khiển trạm gốc Mã nhận dạng trạm thu phát gốc Kênh điều khiển quảng bá Cổng đường biên Điều chế pha nhị phân Tỷ lệ lỗi bit Trạm gốc C CEPT CCITT CSPDN CCH CCCH CGI CI CDMA CDRs CN CS CTCH CPCH Hoàng Thị Huệ European Conference of Postal and Telecommunications Administtions Committee International Telephone and Telegph Circuit Switch Public Data Network Control Channel Common Control Channel Cell Global Identity Cell Identity Code Division Multiple Access Charging Data Records Core Network Circuit Switching Common Traffic Channel Common Packet Channel 86 Mạng số liệu công cộng chuyển mạch theo mạch Kênh điều khiển Kênh điều khiển chung Số nhận dạng ô Số nhận dạng tế bào Đa truy nhập phân chia theo mã Bản ghi liệu cước Mạng lõi Chuyển mạch kênh Kênh lưu lượng chung Kênh gói chung 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp CPICH CCPCH CLPC CC CRC Common Pilot Channel Common Control Physical Channel Closed loop Power Control Convolutional Code Cyclic Redundance Check Kênh hoa tiêu chung Kênh vật lý điều khiển chung Điều khiển cơng suất vịng kín Mã xoắn Kiểm tra độ dư vòng D DPCH DCCH DTCH DPDCH DPCCH DSSS Deticated Physical Channel Deticated Control Channel Deticated Traffic Channel Deticated Physical Data Channel Deticated Physical Control Channel Direct Sequence Spread Spectrum Kênh vật lý dành riêng Kênh điều khiển dành riêng Kênh lưu lượng dành riêng Kênh số liệu vật lý dành riêng Kênh điều khiển vật lý dành riêng Trải phổ chuỗi trực tiếp E ETSI EIR EDGE ECSD European Telecommunications Standards Institute Equipment Identification Register Enhanced Data tes for GSM Evolution Enhanced Circuit Switched Data Viện tiêu chuẩn viễn thông Chân Âu Bộ ghi nhận dạng thiết bị Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM Tăng cường liệu chuyển mạch kênh F FDMA FSK FB FCCH FN FACCH FSCCH FDD FER FHSS Frequency Division Multiple Access Frequency Shift Keying Frequency Correction Burst Frequency Correction Channel Frame Number Fast Associated Control Channel Forward Supplemental Code Channel Frequency Division Duplex Frame Error Rate Frequency Hopping Spreading Spectrum Đa truy nhập phân chia theo thời gian Điều chế số theo tần số tín hiệu Cụm hiệu chỉnh tần số Kênh hiệu chỉnh tần số Số khung Kênh điều khiển liên kết nhanh Song công phân chia theo tần số Tỷ lệ lỗi khung Trải phổ nhảy tần G GSM GMSC Hoàng Thị Huệ Global System for Mobile Communication Gateway MSC Hệ thống viễn thơng tồn cầu Trung tâm chuyển mạch nghiệp 87 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GMSK Gaussian Minimum Shift Keying GPRS GGSN GTP GSN 3GPP General Packet Radio Service GPRS Support Node GPRS Tunnelling Protocol GPRS Support Node Third Generation Partnership Pecject vụ di động cổng Điều chế khóa dịch pha cực tiểu Gauss Dịch vụ vơ tuyến gói chung Nút hỗ trợ cổng GPRS Giao thức đường hầm GPRS Nút hỗ trợ GPRS Tổ chức chuẩn hóa công nghệ mạng thông tin di động tế bào H HLR HSCSD HPLMN HPSK Home Location Register High Speed Circuit Switched Data Home Public Land Mobile Network Hybrid Phase Shift Keying Bô ghi định vị trường trú Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao Mạng di động mặt đất công cộng thường trú Điều chế pha hỗn hợp I ISDN IWF IMEI IMSI IP IF Integrated Service Digital Network Interworking Function International Mobile Equipment Identity International Mobile Subciber Identity Internet Protocol Intermediate Frequency Mạng số liên kết đa dịch vụ Các chức tương tác Số nhận dạng di động quốc tế Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế Giao thức Internet Trung tần L LA LAI LAC LLC LFSR Location Area Location Area Identity Location Area Code Logical Link Control Linear Feedback Shift Register Vùng định vị Số nhận dạng vùng định vị Mã vùng định vị Điều khiển kênh logic Bộ ghi dịch có mạch hồi tiếp tuyến tính M MS MSC Mobile Station Mobile Service Switching Center ME MSK MCC MNC Mobile Equipment Minimum Shift Keying Mobile Country Code Mobile Network Code Hoàng Thị Huệ 88 Trạm di động Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động Thiết bị di động Điều chế khóa pha cực tiểu Mã quốc gia mạng di động Mã mạng thông tinn di động 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp MSIN MSRN MT MMS MAC MM Mobile Station Identification Number Mobile Station Roaming Number Mobile Terminal Multimedia Messaging Service Medium Access Control Mobile Management Số nhận dạng trạm di động Số lưu động thuê bao di động Máy di động đầu cuối Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện Điều khiển truy nhập môi trường Quản lý di động N NMC NB NRZ NSS Network Management Center Normal Burst Non Return ti Zero Network Subsystem Trung tâm quản lý mạng Cụm bình thường Mã không trở không Phân hệ mạng O OSS OMC OLPC Opration Subsystem Operation & Maintenance Center Open Loop Power Control Hệ thống khai thác Trung tâm quản lý bảo dưỡng Điều khiển cơng suất vịng hở P PSTN Public Switch Telephone Network PSPDN Packet Switched Public Data Network Public Land Mobile Network Pulse Code Modulation Paging Channel Packet Control Unit Packet Data Protocol Physical Link Layer Point to Point Point to Multi point Pseudo Noise Packet Associated Control Channel Packet Common Control Channel Physical Common Packet Channel Physical Downlink Shared Channel Physical Random Access Channel Phase Shift Keying Packet Data Convergence Packet Switch Parallel Concatenated Convolutional Code PLMN PCM PCH PCU PDP PLL PTP PTM PN PACCH PCCCH PCPCH PDSCH PRACH PSK PDCP PS PCCC Hồng Thị Huệ 89 Mạng điện thoại chuyển mạch cơng cộng Mạng số liệu cơng cộng chuyển mạch gói Mạng di động mặt đất công cộng Điều chế xung mã Kênh tìm gọi Đơn vị điều khiển gói Giao thức liệu gói Lớp đường truyền vật lý Điểm - điểm Điểm – đa điểm Mã giả tạp âm Kênh điều khiển liên kết gói Kênh điều khiển gói chung Kênh gói chung vật lý Kênh chia sẻ đường xuống vật lý Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý Khóa dịch pha Giao thức hội tụ số liệu gói Chuyển mạch gói Mã xoắn móc nối song song 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp R RACH RLC RF RA RNC RNS RANAP Random Access Channel Radio Link Control Radio Frequency Routing Area Radio Network Controller Radio Network Subsystem Radio Access Network Application Part Kênh truy nhập ngẫu nhiên Điều khiển liên kết vơ tuyến Tần số sóng mang Vùng định tuyến Bộ điều khiển mạng vô tuyến Hệ thống mạng vô tuyến Phần ứng dụng truy nhập mạng vô tuyến S SS SIM SB SCH SDCCH SACCH SAMB SMS SN SGSN SAPI SNR SDU SF SCPCH SHCCH Switching Subsystem Subscriber Identity Module Synchronization Burst Synchoronization Channel Stand alone Dedicated Control Channel Slow Associated Control Channel Set Asynchronous Balance Mode Short Message Service Subcriber Number Serving GPRS Support Node Service Access Point Identifier Signal to Noise Ratio Service Data Unit Secondary Common Control Physical Channel Shared Channel Control Channel Hệ thống chuyển mạch Modul nhận dạng thuê bao Cụm đồng Kênh đồng Kênh điều khiển dành riêng đứng Kênh điều khiển liên kết chậm Kiểu cân không đồng tổ hợp Dịch vụ tin ngắn Số thuê bao Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS Nhận dạng điểm truy nhập dịch vụ Tỷ lệ tín hiệu tạp âm Khối đữ liệu dịch vụ Hệ số trải phổ Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp Kênh điều khiển phân chia kênh T TDMA TRAU TCH TE TAF TCP TLLI TDD TS TPC TFCI Hoàng Thị Huệ Time Division Multiple Access Transcoder/Rate Adapter Unit Đa truy nhập phân chia theo thời gian Khối chuyển đổi mã thích ứng tốc độ Traffic Channel Kênh lưu lượng Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối Terminal Adaptation Function Chức thích ứng đầu cuối Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn Temporary Logical Link Identifier Nhận dạng kênh logic tạm thời Time Division Duplex Song công phân chia theo thời gian Time Slot Khe thời gian Transmit Power Control Điều khiển công suất truyền dẫn Transport Format Combination Bộ thị kết hợp định dạng truyền Indicator dẫn 90 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp THSS Time Hopping Spreading Spectrum Trải phổ nhảy thời gian U UMTS UTRAN UE USIM Universal Mobile Telecommunication System UMTS Terrestrial Radio Access Network User Equipment UMTS Subscriber Identity Module Hệ thống viễn thông di động tồn cầu Mạng truy nhập vơ tuyến mặt đất UMTS Thiết bị người sử dụng Modul nhận dạng thuê bao UMTS V VLR VTS VPLMN Visistor Location Register Video Streaming Visited Public Land Mobile Network Bộ ghi định vị tạm trú Dịch vụ truyến ảnh động Mạng di động mặt đất công cộng tạm trú W WAP W-CDMA Wireless Application Protocol Giao thức ứng dụng không dây Wideband Code Division Multiple Đa truy cập phân mã băng rộng Access TÀI LIỆU THAM KHẢO Hoàng Thị Huệ 91 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Thông tin di động GSM – TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Học viện Cơng nghệ Bưu - Viễn thơng, Nhà xuất Bưu điện 1999 Hệ thống thông tin di động W-CDMA – KS Nguyễn Văn Thuận, Học viện Cơng nghệ Bưu - Viễn thơng Thơng tin di động hệ (tập 1,2) – TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Nhà xuất Bưu điện Lý thuyết trải phổ đa truy nhập vô tuyến – TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Học viện Công nghệ Bưu - Viễn thơng, Nhà xuất Bưu điện 2004 Các Website: www.google.com.vn www.diendandientu.com www.picvietnam.net www.vntelecom.org.vn www.quantrimang.com www.dientuvietnam.net số trang web khác Hoàng Thị Huệ 92 45K2 ĐT - VT Khoa Công Nghệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... thuật sau tiến lên 3G Để nắm vững kỹ thuật sử dụng trình nâng cấp GSM lên 3G tìm hiểu cơng nghệ W-CDMA, em chọn đề tài “ Công nghệ GSM trình phát triển GSM lên 3G ” Nội dung trình bày đồ án:... thơng tin di động GSM Chương 2: Lộ trình phát triển từ GSM lên 3G Chương 3: Công nghệ W-CDMA Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Nguyễn Quốc Trung tận tình hướng dẫn em suốt trình làm đồ án... 2.8 Khả phát triển GPRS lên 3G 48 Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM (EDGE) .49 3.1 Kỹ thuật điều chế EDGE 49 3.2 Giao tiếp vô tuyến .50 CHƯƠNG CÔNG NGHỆ W-CDMA