Mạng di động thế hệ thứ 3 và thiết bị đầu cuối 3g

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG - - BÀI BÁO CÁO Đề tài: Mạng di động hệ thứ thiết bị đầu cuối 3G Giảng viên giảng dạy: Ths Trương Tấn Quang Sinh viên thực hiện: Nguyễn Xuân Nguyên Bùi Thanh Phương Nguyễn Đức Anh 0620047 0620052 0620001 MỤC LỤC PHẦN 1: TỔNG QUAN MẠNG THẾ HỆ BA 1.1/Mở đầu 1.2/Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động hệ hai GSM lên mạng thông tin di động hệ W-CDMA .3 1.2.1/ HSCSD: Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao 1.2.2/ Dịch vụ vơ tuyến gói chung GPRS .3 1.2.3/ EDGE 1.3/ Yêu cầu hệ thống thông tin di động hệ 1.4/ Tổng quan công nghệ W-CDMA hệ thống UMTS 1.4.1/Nguyên lý CDMA .3 1.4.2/ Một số đặc trưng lớp vật lý hệ thống WCDMA 1.5/ Kiến trúc mạng thông tin di động 3G 1.5.1/ Kiến trúc chung mạng thông tin di động 3G 1.5.2/ Cấu trúc mạng 3G –WCDMA 1.5.3/ Mơ hình tham khảo mạng W-CDMA 1.6/ Các kênh W-CDMA 1.6.1/ Kênh logic 1.6.2/ Kênh truyền tải 1.6.3/ Kênh vật lý 1.7/ Điều khiển công suất 1.7.1/ Giới thiệu chung 1.7.2/ Điều khiển cơng suất vịng mở (Open-loop power control) .3 1.7.2/ Điều khiển cơng suất vịng kín 1.7.3/ Điều khiển cơng suất vịng bên ngồi PHẦN 2: THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI 3G 2.1/ Sơ đồ tổng quát máy phát máy thu WCDMA .3 2.2/ Phân tập phát:3 2.2.1/ Phân tập vòng hở 2.2.2/ Phân tập vịng kín .3 2.3/ Các thông số máy thu máy phát vô tuyến UE 2.4/ Mã hoá tiếng hệ thống thông tin di động cdma 2.4.1/ Bộ mã hoá tốc độ biến đổi nâng cao EVRC .3 2.4.2/ Bộ mã hoá giải mã đa tốc độ thích ứng AMR .3 2.4.3/ Codec đa tốc độ thích ứng băng rộng AMR WB22 2.5/ Bộ triệt nhiễu .3 2.5.1/ Bộ triệt nhiễu đa tầng 2.5.2/ Bộ triệt nhiễu đa tầng ước tính kênh lặp .3 2.6/ Ăng ten thông minh 2.6.1/ Phân tập dàn ăng ten thích ứng 2.6.2/ Cấu hình khối thu CAAAD 3 MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1 Dãy tần hoạt động FDD TDD Hình 1.2 Chế độ hoạt động FDD TDD .3 Hình 1.3 Lộ trình phát triển từ GSM lên mạng 3G W-CDMA Hình 1.4 Hệ thống HSCSD Hình 1.5 Mạng GPRS Hình 1.6 Dịch vụ EDGE .3 Hình 1.7 Quá trình trải phổ giải trải phổ Hình Các cơng nghệ đa truy nhập Hình 1.9 Các cơng nghệ đa truy nhập Hình 1.10 Quá trình trải phổ trộn Hình 1.11 Phân bố phổ tần cho UMTS châu Âu Hình 1.12 Truyền sóng đa đường Hình 1.13 Phương pháp chọn đường truyền để kết hợp máy thu RAKE .3 Hình 1.14 Cấu hình máy thu RAKE Hình 1.15 Sơ đồ ánh xạ kênh khác Hình 1.16 Các chế độ UE trạng thái điều khiển tài ngun vơ tuyến Hình 1.17 Cấu trúc cell UMTS .3 Hình 1.18 Kiến trúc chung mạng thơng tin di động 3G Hình 1.19 Cấu trúc UMTS Hình 1.20 Mơ hình mạng 3G phát hành 1999 Hình 1.21 Kiến trúc mạng 3G phát hành Hình 1.22 Kiến trúc mạng 3G phát hành Hình 1.23 Kiến trúc mạng 3G tồn IP Hình 1.24 Cấu trúc kênh W-CDMA Hình 1.25 Cấu trúc kênh logic Hình 1.26 Tốc độ truyền WCDMA đường lên .3 Hình 1.27 Cấu trúc kênh dành riêng Hình 1.28 Cấu trúc kênh CCPCH Hình 1.29 Cấu trúc kênh đồng SCH Hình 1.30 Chất lượng khe thời gian truy cập kênh RACH Hình 1.31 Hiệu ứng gần-xa (điều khiển công suất đường lên) .3 Hình 1.32 Bù nhiễu bên cell (điều khiển công suất đường xuống) Hình 2.1 Sơ đồ máy phát máy thu WCDMA Hình 2.2 Phân tập phát vịng hở WCDMA Hình 2.3 Bộ điều chế STTD sử dụng mã khối không gian thời gian trực giao (OSTBC) 2x2 Hình 2.4 Phân tập phát vịng kín WCDMA Hình 2.5 Sơ đồ khối chức EVRC Hình 2.6 Lưu đồ thông tin giao diện Hình 2.7 Các loại triệt nhiễu Hình 2.8 Cấu hinh triệt nhiễu đa tầng kiểu nối tiếp Hình 2.9 Cấu hình triệt nhiễu đa tâng kiểu song song Hình 2.10 Cấu hình CEIGU để ước tính lặp Hình 2.11 Ăng ten thông minh .3 Hình 2.12 Cấu hình tổng quát phân tập ăng ten dàn thích ứng Hình 2.13 Cấu hình khối thu CAAAD PHẦN 1: TỔNG QUAN MẠNG THẾ HỆ BA 1.1/Mở đầu Ngày nay, thông tin di động trở thành ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh phục vụ người hữu hiệu Để đáp ứng yêu cầu chất lượng dịch vụ ngày nâng cao, thông tin di động không ngừng cải tiến Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động hệ IMT-2000 đề xuất, có hai hệ thống W-CDMA CDMA 2000 ITU chấp thuận đưa vào hoạt động năm đầu kỷ XXI với ưu điểm :  Tốc độ truy nhập cao  Linh hoạt  Tương thích với hệ thống thơng tin di động có CDMA2000 phát triển hệ thống thông tin di động hệ hai sử dụng công nghệ CDMA: IS-95 W-CDMA phát triển hệ thống di động hệ sử dụng cơng nghệ TDMA như: GSM, PDC, IS-136 Nó phát triển GSM để cung cấp khả cho hệ W-CDMA sử dụng công nghệ DS-CDMA băng rộng mạng lõi phát triển phát triển từ GSM GPRS W-CDMA có hai giải pháp cho giao diện vô tuyến:  Ghép song công phân chia theo tần số FDD  Ghép song công phân chia theo thời gian TDD Cả hai giải pháp sử dụng phương pháp trải phổ chuổi trực tiếp ( DS-CDMA) Giải pháp thứ triển khai rộng rãi hơn, giải pháp thứ triển khai ô nhỏ ( micro cell pico cell) Giải pháp FDD sử dụng hai băng tần MHz với hai sóng mang phân cách 190 MHz: Đường lên có băng tần nằm dãy phổ từ 1920 MHz đến 1980 MHz Đường xuống có băng tần nằm dãy phổ từ 2110 MHz đến 2170 MHz Giải pháp TDD sử dụng băng tần nằm dãy từ 1900 MHz đến 1920 MHz từ 2010 đến 2020 MHz Trong TDD, đường lên đường xuống sử dụng chung dãy tần Hình 1.1 Dãy tần hoạt động FDD TDD Hình 1.2 Chế độ hoạt động FDD TDD Giao diện W-CDMA chia thành hai loại: Mạng đồng mạng dị  Trong mạng đồng bộ, tất trạm gốc đồng thời gian với Điều tạo giao diện vô tuyến hiệu hơn, địi hỏi nhiều thiết bị phần cứng đắt tiền trạm gốc  Trong mạng dị bộ, trạm gốc khơng đồng thời gian với Đặc tính vượt trội loại mạng điều khiển công suất nhanh đường hướng lên hướng xuống Nó có khả thay đổi tốc độ truyền theo bit tham số dịch vụ khung cách thay đổi lan truyền W-CDMA sử dụng nhiều kiến trúc mạng GSM GPRS cho mạng Kiến trúc mạng lõi 3GPP phát hành 1999 dựa mạng lõi GSM/GPRS Do không cần phải xây dựng kiến trúc mạng hoàn toàn mới, cần nâng cấp phần tử mạng có như: MSC, HLR, GGSN, SGSN…để hổ trợ đồng thời W-CDMA GSM 1.2/Lộ trình phát triển từ hệ thống thơng tin di động hệ hai GSM lên mạng thông tin di động hệ W-CDMA Giai đoạn đầu trình phát triển GSM phải đảm bảo dịch vụ số liệu tốt Tồn hai chế độ dịch vụ số liệu:  Chuyển mạch kênh CS  Chuyển mạch gói PS Các dịch vụ số liệu chế độ chuyển mạch kênh đảm bảo:  Dịch vụ tin ngắn SMS  Số liệu dị đo tốc độ 14,4 Kbit/s  Fax băng tiếng cho tốc độ 14,4 kbit/s Các dịch vụ số liệu chuyển mạch gói đảm bảo:  Chứa chế độ dịch vụ kênh  Dịch vụ Internet, e-mail… Để thực kết nối vào mạng IP, giai đoạn sử dụng giao thức ứng dụng vô tuyến WAP Giai đoạn để tăng tốc độ số liệu sử dụng công nghệ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao ( HSCSD), dịch vụ gói vơ tuyến chung ( GPRS) tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM ( EDGE) Bước trung gian gọi hệ 2,5 G Để đáp ứng dịch vụ đồng thời đảm bảo tính kinh tế, hệ thống thông tin di động hệ bước chuyển sang hệ thống thông tin di động hệ ba Lộ trình phát triển tóm tắt sơ đồ đây: Hình 1.3 Lộ trình phát triển từ GSM lên mạng 3G W-CDMA Trong đó:  HSCSD: Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao  GPRS: Dịch vụ vơ tuyến gói chung  EDGE: Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM 1.2.1/ HSCSD: Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao Hình 1.4 Hệ thống HSCSD Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao ( HSCSD ) dịch vụ cho phép tăng tốc độ dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh 9,6 kbit/s ( hay cải tiến 14,4 kbit/s) GSM Để tăng tốc độ số liệu, người sử dụng cấp phát nhiều khe thời gian Có thể kết hợp linh hoạt từ đến khe thời gian để đạt tốc độ số liệu cực đại 64 Kbit/s cho người sử dụng Giao diện vô tuyến HSCSD chí cịn hỗ trợ tốc độ lên đến 8x14,4 kbit/s Hầu hết chức dịch vụ số liệu đặt IWF tồng đài MSC chức thích ứng đầu cuối TAF MS Dịch vụ HSCSD sử dụng tính Kênh tốc độ cao chứa số kênh giao diện vô tuyến Các kênh kết hợp lại thành luồng số IWF TAF 1.2.2/ Dịch vụ vơ tuyến gói chung GPRS Hình 1.5 Mạng GPRS Là dịch vụ giá trị gia tăng mạng GSM GPRS dùng cơng nghệ chuyển mạch gói để truy cập mạng số liệu bên (như LAN, Internet ) giao thức IP (Internet Protocol) với tốc độ cao Đây coi công nghệ mạng hệ 2,5 (2,5G) bước chuyển tiếp từ GSM lên 3G Dịch vụ số liệu truyền thống mạng GSM có tốc độ tối đa 9,6Kbps, GPRS R98 R99 có tốc độ tối đa lên 10