Lộ Trình Phát Triển Thông Tin Di Động Từ Gsm Lên G.docx

PHẦN I MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 1 Lé tr×nh ph¸t triÓn th«ng tin di ®éng tõ GSM lªn 3G MỤC LỤC PHẦN I MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG GSM 4 1 1 Lịch sử phát triển mạng thông t[.]

Lộ trình phát triển thông tin di động từ GSM lªn 3G MỤC LỤC PHẦN I: MẠNG THƠNG TIN DI ĐỘNG GSM .1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG GSM 1.1 Lịch sử phát triển mạng thông tin di động .4 1.2 Các đặc tính mạng thơng tin di động GSM .5 1.3 Các dịch vụ mạng thông tin di động GSM 1.3.1 Dịch vụ thoại .5 1.3.2 Các dịch vụ số liệu 1.4 Sử dụng tần số CHƯƠNG II: CẤU TRÚC VÀ CÁC THÀNH PHẦN CỦA MẠNG GSM .8 2.1 Cấu trúc mạng thông tin di động GSM 2.2 Các thành phần mạng 2.2.1 Trạm di động MS 2.2.2 Phân hệ vô tuyến BSS .9 2.2.2.1 Thiết bị điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller) 10 2.2.2.2 Trạm thu phát gốc BTS (Base Tranceiver System) 11 2.3 Phân hệ chuyển mạch NSS 11 2.3.1 Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động MSC 11 2.3.2 Bộ ghi dịch thường trú HLR 12 2.3.3 Bộ ghi định vị tạm thời VLR 12 2.3.4 Trung tâm nhận thực AUC 12 2.3.5 Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR 12 2.4 Trung tâm vận hành bảo dưỡng OMC 12 2.5 Cấu trúc địa lý mạng GSM 14 CHƯƠNG III: SỬ DỤNG LẠI TẦN SỐ VÀ QUY HOẠCH TẦN SỐ 15 3.1 Các thông số đánh giá 15 3.2 Tái sử dụng tần số 17 3.2.1 Mẫu tái sử dụng lại tần số 3/9 18 3.2.2 Mẫu tái sử dụng lại tần số 4/12 .19 3.2.3 Mẫu sử dụng lại tần số 7/21 20 PHẦN II: SỰ PHÁT TRIỂN CỦA WAP 22 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ WAP .22 1.1 Mobile Internet đời Wap 22 1.2 WAP – Giao thức ứng dụng không dây : .23 CHƯƠNG II: CẤU TẠO HỆ THỐNG WAP 24 2.1 Cấu hình WAP .24 PHẦN III: DỊCH VỤ VƠ TUYẾN GĨI GPRS 27 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ DỊCH VỤ VƠ TUYẾN GĨI GPRS .27 1.1 Tại phải có GPRS, nhu cầu phát triển dịch vụ 27 1.2 Các đặc tính kỹ thuật dịch vụ vơ tuyến gói chung GPRS .28 1.2.1 Các đặc tính kỹ thuật GPRS .28 Lé trình phát triển thông tin di động từ GSM lên 3G 1.2.2 Các giao diện bên GPRS 28 CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC HỆ THỐNG GPRS 29 2.1.Kiến trúc hệ thống 29 2.2 Các thành phần mạng 30 2.2.1 Trạm di động (MS – Mobile Station) 30 2.2.2 Phân hệ trạm gốc (BSS – Base Station Subsystem) 31 2.2.3 Đơn vị điều khiển gói 32 2.2.4 Phần Radio – OMC – R 32 2.3 Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC 32 2.4 Bộ ghi định vị tạm trú VLR SGSN MSC .32 2.5 Bộ ghi định vị thường trú (HLR) 33 2.6 Cổng trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động (GMSC) .33 2.7 Các nút hỗ trợ GPRS (GSN) 33 2.7.1 Nút hỗ trợ GPRS dịch vụ SGSN .33 2.7.2 Nút hỗ trợ GPRS cổng GGSN 35 2.7.3 Khối kiểm tra gói PCU 36 2.8 Các đặc điểm GPRS 36 2.8.1 Đặc điểm dịch vụ 36 2.8.2 Đặc điểm người sử dụng .37 2.8.3 Đặc điểm mạng lưới 38 2.8.4 Đặc điểm hạn chế GPRS 38 2.9 Các yêu cầu đổi với hệ thống GSM – GPRS .39 2.9.1 Các yêu cầu người sử dụng 39 2.9.2 Các yêu cầu người cung cấp dịch vụ 40 2.10 Thị trường ứng dụng 40 PHẦN IV: PHÁT TRIỂN LÊN 3G 43 CHƯƠNG I: XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG TỒN CẦU 43 1.1 Xu hướng phát triển hệ thống thông tin di động giới 43 1.2 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA 44 1.2.1 GPRS 45 1.2.2 EDGE 45 1.2.3 WCDMA hay UMTS/FDD .45 1.3 Kiến trúc hệ thống UMTS .46 1.4 Yêu cầu hệ thống thông tin di động hệ thứ ba (3G) 47 1.5 Ưu điểm hệ thống 3G (W-CDMA) 47 1.6 Tổng kết công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA hệ thống UMTS 48 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WCDMA TRONG HỆ THỐNG UMTS 50 2.1 Nguyên lý CDMA 50 2.1.1 Nguyên lý trải phổ CDMA 50 2.1.2 Kỹ thuật trải phổ giải trải phổ .51 Lộ trình phát triển thông tin di ®éng tõ GSM lªn 3G 2.1.3 Kỹ thuật đa truy nhập CDMA 51 2.2 Một số đặc trưng lớp vật lý .53 2.2.1 Các mã trải phổ 53 2.2.2 Phương thức song công 54 2.2.3 Dung lượng mạng 54 2.2.4 Phân tập đa đường- thu Rake .55 2.2.5 Các kênh giao diện vô tuyến UTRA FDD 56 2.2.6 Trạng thái Cell 56 2.3 Cấu trúc Cell 57 2.4 Kiến trúc mạng 58 2.4.1 Kiến trúc hệ thống UMTS .58 2.4.2 Kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 62 2.5 Các dịch vụ ứng dụng UMTS 64 2.5.1 Giới thiệu 64 2.5.2 Các lớp QoS UMTS 64 2.5.2.1 Lớp hội thoại 64 2.5.2.2 Lớp luồng 65 2.5.2.3 Lớp tương tác 66 2.5.2.4 Lớp .66 2.5.3 Khả hỗ trợ dịch vụ lớp đầu cuối 66 2.6 Tổng kết công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA hệ thống UMTS 67 CHƯƠNG III: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT VÀ CHUYỂN GIAO TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN 70 3.1 Giới thiệu chung quản lý tài nguyên vô tuyến hệ thống WCDMA 70 3.1.1 Mục đích chung quản lý tài nguyên vô tuyến 70 3.1.2 Các chức quản lý tài nguyên vô tuyến RRM 70 3.2 Điều khiển công suất .73 3.2.1 Giới thiệu chung 73 3.2.2 Điều khiển công suất nhanh 75 3.2.3 Điều khiển cơng suất vịng ngồi 81 3.3 Chuyển giao 86 3.3.1 Khái quát chuyển giao hệ thống thông tin di động .86 3.3.2 Chuyển giao tần số 90 3.3.3 Chuyển giao hệ thống WCDMA GSM 103 3.3.4 Chuyển giao tần số WCDMA 105 3.3.5 Tổng kết chuyển giao 106 3.4 Tổng kết .107 Lộ trình phát triển thông tin di động từ GSM lên 3G PHN I: MNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG GSM 1.1 Lịch sử phát triển mạng thông tin di động Với yêu cầu số lượng chất lượng khách hàng sử dụng dịch vụ viễn thơng ngày tăng, địi hỏi phải có phương tiện thơng tin đại nhằm đáp ứng nhu cầu đa dạng khách hàng “mọi lúc, nơi” mà họ cần Nhu cầu nói đáp ứng sau kỹ thuật “thông tin di động” đời Do phát triển ngày cao công nghệ điện tử thông tin, mạng thông tin di động ngày phổ biến, giá ngày hạ, chất lượng độ tin cậy mạng ngày nâng cao Trong q trình phát triển, mạng thơng tin di động trải qua giai đoạn sau: o Giai đoạn 1: Xuất năm 1946 khả phục vụ nhỏ, chất lượng, độ tin cậy mạng thấp, giá đắt không phù hợp với khách hàng o Giai đoạn 2: Phát triển vào năm 1970 đến 1979 với phát triển kỹ thuật vi xử lý mở hệ thống phức tạp Do vùng phủ sóng anten phát máy di động bị hạn chế, nên hệ thống chia thành trạm phát dùng nhiều trạm thu cho trạm phát o Giai đoạn 3: Bắt đầu xuất khái niệm mạng tế bào (tổ ong) Đây mạng tổ ong tương tự, trạm thu phát xếp theo hình tổ ong, gọi cell Mạng có khả sử dụng lại tần số, cho phép chuyển giao cell gọi Hệ thống sử dụng tần số 450÷900 MHz với mạng điển hình là: AMPS (Advanced Mobile Phone Service- Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến) hệ thống điện thoại di động tổ ong AT&T Motorola – Hoa Kỳ đề xuất sử dụng vào năm 1982 AMPS sử dụng khoảng 70 nước khác giới tiêu chuẩn sử dụng rộng rãi NMT (Nordic Mobile Telephone – Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu) hệ thống di động sử dụng rộng rãi nước Bắc Âu NMT sử dụng tần số 450÷900 MHz, dùng cho hệ thống nhỏ trung bình TACS (Total Access Communication Service – Dịch vụ truyền thơng hồn tồn truy nhập), tiêu chuẩn sử dụng Châu Âu nhiều nước khác TACS mạng thiết kế cho số lượng thuê bao lớn, sử dụng tần số 900 MHz vận hành vào năm 1985 Lé tr×nh phát triển thông tin di động từ GSM lên 3G Tất mạng nói dựa mạng truyền thoại tương tự phương pháp điều tần Vùng phủ sóng mức quốc gia, khơng có khả chuyển vùng nước với o Giai đoạn thứ tư: Là hệ dựa truyền dẫn số - GSM (Global System for Mobile Communication- Hệ thống thơng tin di động tồn cầu) sử dụng dải tần 900 MHz, bắt đầu hoạt động vào năm 1992, Châu Âu nhiều nước giới - DCS (Digital Cellular System- Dịch vụ điện thoại tổ ong số) mở rộng GSM sử dụng dải tần 1800 MHz - CDMA (Code Divíion Multiple Access- Đa truy nhập phân chia theo mã) 1.2 Các đặc tính mạng thơng tin di động GSM Từ khuyến nghị GSM, ta tổng hợp lên đặc tính chủ yếu mạng thơng tin di động số mặt đất theo tiêu chuẩn GSM sau: o Số lượng lớn dịch vụ tiện ích cho thuê bao thông tin thoại truyền dẫn số liệu o Sự tương thích dịch vụ GSM với dịch vụ mạng sẵn có (PSTN-ISDN) giao diện theo tiêu chuẩn chung o Một hệ thống GSM quốc gia cho truy nhập quản lý máy thuê bao di động tiêu chuẩn GSM o Tự động định vị cập nhật vị trí cho thuê bao di động o Độ linh hoạt cao nhờ sử dụng loại máy đầu cuối thông tin di động khác máy xách tay, máy cầm tay hay máy đặt ôtô o Sử dụng băng tần 900 MHz với hiệu cao kết hợp hai phương pháp TDMA, FDMA o Giải hạn chế dung lượng, thực chất dung lượng tăng lên nhờ việc sử dụng tần số tốt kỹ thuật ô nhỏ số thuê bao phục vụ tăng lên 1.3 Các dịch vụ mạng thông tin di động GSM GSM hệ thống đa dịch vụ với hình thức khác nhau, phân biệt:  Dịch vụ số liệu  Dịch vụ thoại 1.3.1 Dịch vụ thoại Dịch vụ thoại dịch vụ quan trọng GSM Dịch vụ cho phép nối gọi thoại hai hướng thuê bao GSM với thuê Lé tr×nh phát triển thông tin di động từ GSM lên 3G bao thoại khác qua mạng Với phát triển mạng đa dịch vụ ISDN, dịch vụ thoại phần quan triọng GSM Các dịch vụ thoại: - Giữ gọi - Chuyển hướng gọi vô điều kiện, thuê bao di động bận, không trả lời, không đến trạm di động, ứ nghẽn vô tuyến - Cấm tất gọi ra, gọi quốc tế, gọi đến - Cấm tất gọi đến lưu động nước ngồi có PLMN - Đợi gọi - Chuyển giao gọi - Hoàn thành gọi đến thuê bao bận - Nhóm người sử dụng trái phép - Dịch vụ phía - Thơng báo cước phí, dịch vụ điện thoại khơng trả cước - Nhận dạng số chủ gọi, nhận dạng gọi hiểm thù - Voicemail 1.3.2 Các dịch vụ số liệu - Truyền dẫn số liệu - Dịch vụ thông báo ngắn - Phát quảng bá ô 1.4 Sử dụng tần số Hệ thống vô tuyến GSM làm việc băng tần hẹp, giải tần tiêu chuẩn GSM từ 890÷960 MHz Băng tần chia làm phần: o Băng tần lên (Uplink Band) với dải tần 890÷915 MHz cho kênh vơ tuyến từ trạm di động đến hệ thống trạm gốc o Băng tần xuống (Downlink Band) với dải tần 935÷960 MHz cho kênh vô tuyến từ trạm thu phát gốc đến trạm di động Hai băng tần băng tần có độ rộng 25 MHz Trong GSM 25 MHz chia thành 124 sóng mang, sóng mang gần cách 200 KHz Mỗi kênh sử dụng hai tần số riêng biệt, dùng cho tuyến lên dùng cho tuyến xuống, kênh gọi kênh song công Khoảng cách hai tần số nói khơng đổi 45 MHz gọi khoảng cách song công Mỗi kênh vô tuyến mang khe thời gian TDMA khe thời gian kênh vật lý trao đổi thông tin mạng trạm di động TX CU 15 MHz RX TX: m¸y ph¸t RX: m¸y thu CU: khối điều Lộ trình phát triển thông tin di động tõ GSM lªn 3G Hình 1.1 Băng tần gọi băng tần sở Ngồi cịn có băng tần GSM mở rộng băng tần DCS (Digital Cellular System) Độ rộng băng tần lên, băng tần xuống, dải tần sóng mang minh họa hình 1.2 Bng tn xung (Downlink Band) 960MHZ Băng tần GSM 960MHZ 1880MHZ Băng GSM mở Băng rộng DCS (2*25 MHz – 124 sãng mang) 200 MHz 935Mhz 927Mhz 1805Mhz Bng tn lờn (Uplink Band) 915MHZ Băng tần GSM 915MHZ 1785MHZ Băng GSM mở Băng rộng DCS (2*25 MHz – 124 sãng mang) 200 MHz 890Mhz 882Mhz 1710Mhz Hình 1.2 Vùng mạng PLMN (Public Land Mobile Network - Mạng di động công cộng mặt đất) chia thành nhiều vơ tuyến nhỏ có bán kính từ 350m đến 35 Km Kích thước phụ thuộc vào cấu tạo địa hình lưu lượng thơng tin, ô vô tuyến tương ứng trạm thu phát sở tùy theo cấu tạo Anten có loại BTS  BTS Omnidirectional với anten vơ hướng xạ tồn khơng gian với góc định hướng 3600  BTS sector có trạm định hướng 180 1200 600 Để sử dụng triệt để băng tần GSM đưa khái niệm sử dụng lại tần số Băng tần sẵn có chia thành 124 tần số song công, tần số chia thành nhóm tần số ấn định cho mt vựng no ú bao gm Lộ trình phát triển thông tin di động từ GSM lên 3G nhiu trạm BTS Các mẫu tần số đem cho vùng bên cạnh mà không gây tượng nhiễu giao thoa đồng kênh khoảng cách trạm BTS sử dụng chung tần số đủ lớn Do tùy thuộc vào anten vô hướng hay sector mà ta có mẫu sử dụng lại tần số khác CHƯƠNG II: CẤU TRÚC VÀ CÁC THÀNH PHẦN CỦA MẠNG GSM 2.1 Cấu trúc mạng thông tin di động GSM GSM loại hình đa dịch vụ có cấu trúc tổ ong tương đối phức tạp Mơ hình sau: ISDN SS CSPDN OMC-N AUC PSPDN VLR PSTN HLR EIR MSC PLMN BSS BSC OMC-R BTS TruyÒn dÉn tin tøc KÕt nèi cc gäi MS vµ trun dÉn tin tức00000000000000 Các ký hiệu: NSS MSC HLR VLR AUC EIR BSS BTS Hình 2.1 Cấu trúc mạng GSM Network Switching Subsystem Hệ thống chuyển mạch Mobile Service Switching Centre – Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động Home Location Regíter – Bộ ghi định vị tạm trú Víitor Location Register – Bộ định vị tạm trú Authentication Centre – Trung tâm nhận thực Equipment Indentification Register – Thanh ghi nhận dạng thiết bị Base Station Controller – Đài điều khiển trạm gốc Base Tranceiver Station – Trạm thu phát gc Lộ trình phát triển thông tin di động tõ GSM lªn 3G OSS NMC OMC PLMN PSTN Operation&Support System – Hệ thống khai thác, bảo dưỡng Network Management Centre – Trung tâm quản lý mạng Operation & Maintenace Centre – Trung tâm vận hành, bảo dưỡng Public Land Mobile Network – Mạng di động mặt đất công cộng Public Switched Telephone Network – Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng ISDN Intergrated Switched Digital Network – Mạng số liệu kết nối đa dịch vụ MS Mobile Station – Trạm di động 2.2 Các thành phần mạng Một mạng GSM gồm ba phân hệ chính:  Phân hệ vô tuyến BSS (Base Station System)  Phân hệ mạng NSS (Network Substem)  Hệ thống khai thác bảo dưỡng OSS (Operation and Support System) Mặc dù không thuộc thành phần mạng GSM, song có liên quan chặt chẽ với mạng trạm di động MS (Mobile Station) thuộc người sử dụng 2.2.1 Trạm di động MS Là máy di động hay Mobiphone Về hình thức máy có nhiều dạng khác nhau: Máy cầm tay, xách tay hay đặt ôtô Trạm di động không hoàn toàn lệ thuộc chặt chẽ vào người sử dụng mà phụ thuộc thông qua thẻ vi mạch cá nhân SIM (Subcriber Identity Module) gắn máy di động Sự nhận thực kiểm tra mạng, xem xét liệu thuê bao có hợp pháp sử dụng dịch vụ mạng khơng, sau nhập vào hệ thống Một mã nhận dạng cá nhân dùng kèm theo SIM – PIN (Personal Identity Number Code) để chống sử dụng trái phép thẻ SIM Trạm di động có số nhận dạng riêng số nhận dạng thiết bị trạm di động quốc tế (International Mobile Equipment Identity) IMEI bao gồm mã công nhận kiểu TAC (Type Appraval Code) theo tiêu chuẩn GSM số thứ tự sản phẩm nhà sản xuất đặt Khi nhận thực, mạng thăm dò IMEI, so sánh với IMEI ghi sở liệu mạng từ đăng ký thuê bao không chấp nhận thuê bao so sánh không tương ứng Mã hóa giải mã tiếng thực trạm di động tức trình truyền dẫn mạng MS truyền dẫn số Ý nghĩa lớn vấn đề đảm bảo chất lượng truyền dẫn cao đường vô tuyến không tốt nhờ sử dụng loại mã chống lỗi bảo mật đường truyền Ngoài trạm di động cịn có kỹ Lộ trình phát triển thông tin di động từ GSM lªn 3G thuật để tiết kiệm cơng suất sử dụng chế độ nghỉ truyền dẫn không liên tục để kéo dài thời gian sử dụng nguồc cung cấp trạm di động 2.2.2 Phân hệ vô tuyến BSS BSS thực nhiệm vụ giám sát đường ghép nối vô tuyến, liên kết kênh vô tuyến với máy phát quản lý cấu hình kênh Cụ thể là:  Điều khiển tần số vô tuyến đường ghép nối thay đổi công suất phát vơ tuyến  Thực việc mã hóa kênh, tín hiệu thoại số phối hợp tốc độ truyền thông tin  Quản lý trình chuyển giao (Handover)  Thực bảo mật kênh vô tuyến Phân hệ gồm phần: o Khối điều khiển vô tuyến số BSC (Base Station Controller) o Các trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station) 2.2.2.1 Thiết bị điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller) BSC làm việc thiết bị chuyển mạch cho phân hệ BSS BSS bao gồm khối giao diện A với MSC (Mobile Service Switching Center), khối chức điều khiển BTS, khối giao diện với OMC (Operation & Maintenace Center) khối chuyển mạch Chức BSC: a Quản lý mạng vô tuyến Việc quản lý mạng vơ tuyến quản lý ô kênh logic chúng Các số liệu quản đưa BSC để đo đạc, xử lý Chẳng hạn lưu lượng thông tin ô, môi trường vô tuyến, số lượng gọi bị mất, lần chuyển giao thành công thất bại Với số thuê bao ngày tăng, BSC phải thiết kế cho dễ dàng tổ chức lại cấu hình để quản lý số kênh vô tuyến ngày tăng hiệu sử dụng lượng vô tuyến cho phép b Quản lý trạm thu phát gốc Trước đưa vào khai thác, BSC lập cấu hình cho trạm thu phát tần số cho trạm BTS Nhờ việc quản lý mà BSC có tập hợp kênh sẵn có dành cho điều khiển nối thơng gọi c Điều khiển nối thông máy di động BSC chịu trách nhiệm thiết lập giải phóng đấu nối tới MS Trong trình gọi đấu nối BSC quan sát Cường độ tín hiệu chất lượng tiếng đo MS BTS gửi đến BSC Nhờ thuật toán BSC định