Nghiên cứu giải pháp nâng cấp hệ thống gsm lên wcdma

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ MẠNG GSM 1.1 Giới thiệu chương 1: 1.2 Giới thiệu hệ thống thông tin di động: 1.2.1 Hệ thống thông tin di động thứ 1: 1.2.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ 2: 1.2.3 Hệ thống thông tin di động hệ thứ 3: 1.3 Tổng quan mạng thông tin di động GSM 10 1.3.1 Kiến trúc hệ thống GSM 10 1.3.2 Kỹ thuật vô tuyến số GSM 17 1.3.3 Phương pháp đa truy cập GSM 22 1.3.4 Giao diện vô tuyến GSM .25 1.3.5 Các thủ tục thông tin .26 1.4 Kết luận chương 1: 29 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ BA W-CDMA .30 2.1 Giới thiệu chương 30 2.2 Cấu trúc mạng W-CDMA 31 2.3 Các giải pháp kỹ thuật W- CDMA 36 2.4 Trải phổ W- CDMA 41 2.5 Truy cập gói .45 2.5.1 Tổng quan truy nhập gói W-CDMA 45 2.5.2 Lưu lượng số liệu gói 45 2.5.3 Các phương pháp lập biểu gói .46 2.6 Quy hoạch mạng WCDMA 47 2.6.1 Suy hao đường truyền trình truyền lan tín hiệu 48 2.6.2 Tạp âm can nhiễu .48 2.6.3 Mơ hình suy hao đường truyền .48 2.6.4 Dung lượng kết nối vô tuyến 54 2.6.5 Suy hao đường truyền lớn cho phép .56 2.7 Kết luận chương 57 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP NÂNG CẤP HỆ THỐNG GSM LÊN WCDMA 58 3.1 Giới thiệu chương 58 3.2 Sự cần thiết giải pháp nâng cấp hệ thống GSM lên WCDMA .58 3.3 Giải pháp GPRS mạng GSM .60 3.3.1.Kiến trúc mạng GPRS 60 3.3.2.Mạng Backbone 63 3.3.3.Cấu trúc BSC GPRS 64 3.4 Cấu trúc liệu GPRS .65 3.5.EDGE (Enhanced Data rate for GSM Evolution) .66 3.5.1.Tổng quan .66 3.5.2.Kỹ thuật điều chế EDGE 66 3.5.3.Giao tiếp vô tuyến 67 3.6 Kết luận chương 71 KẾT LUẬN .72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 LỜI NÓI ĐẦU Thông tin động dịch vụ kinh doanh thiếu hầu hết nhà khai thác viễn thông giới Thông tin di động phương tiện liên lạc thiếu thời đại kinh tế thị trường động (mọi lúc nơi) Ngày dịch vụ phát triển với chất lượng ngày cải thiện loại hình dịch vụ lúc đa dạng Hiện số mạng thơng tin di động Việt Nam, ngồi nhà cung cấp dịch vụ sử dụng công nghệ GSM - đưa vào khai thác từ sớm phát triển lớn mạnh, có thêm nhiều nhà cung cấp sử dụng công nghệ WCDMA với nhiều ưu điểm, cạnh tranh mạng diễn gay gắt Đối với công nghệ GSM, cạnh tranh với mạnh công nghệ WDMA việc khơng dễ, địi hỏi nhà cung cấp phải nỗ lực mặt Bà Karine Dussert, Giám đốc Marketing di động hãng Orange Pháp, người trực tiếp triển khai 3G Pháp năm 2004 chia sẻ số kinh nghiệm: Thành công từ mắt: Cần phải làm hài lòng khách hàng chất lượng dịch vụ tốt nhất, có tới 70% khách hàng sau dùng thử 3G lần không quay trở lại sử dụng tiếp dịch vụ cũ họ cảm thấy không hài lịng Chọn dịch vụ thiết thực: Có nhiều dịch vụ nội dung sử dụng tảng 3G, quan trọng phải biết dịch vụ Xuất phát từ điều đó, sở nghiên cứu lý thuyết chung hệ thống thông tin di động em chọn đề tài : “Nghiên cứu giải pháp nâng cấp hệ thống GSM lên WCDMA” làm đề tài tốt nghiệp Nội dung đề tài bao gờm chương: Chương : Tổng quan hệ thống thông tin di động mạng GSM Chương 2: Công nghệ thông tin di động hệ ba WCDMA Chương 3: Giải pháp nâng cấp hệ thống GSM lên WCDMA Do hạn chế thời gian, ng̀n tài liệu tham khảo cịn khan hiếm, kiến thức cịn chưa có nhiều kinh nghiệm nên em cố gắng khó tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận hướng dẫn giúp đỡ thầy cơ, bạn bè để tập hồn thiện áp dụng nhiều thực tế Em xin bày tỏ lòng biết ơn thầy giáo Mai Quốc Khánh, thầy cô Khoa Vô tuyến Điện Tử - Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự, người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện cho em hồn thành đờ án Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ MẠNG GSM 1.1 Giới thiệu chương 1: 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 hoá CEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) tạo Groupe Spécial 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 vá phát triển mạng GSM chuyển cho viện 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 GSM chuẩn phổ biến cho điện thoại di động (ĐTDĐ) giới Khả phú sóng rộng khắp nơi chuẩn GSM làm cho trở nên phổ biến giới, cho phép người sử dụng sử dụng ĐTDĐ họ nhiều vùng giới GSM khác với chuẩn tiền thân tín hiệu tốc độ, chất lượng gọi Nó xem hệ thống ĐTDĐ hệ thứ hai (second generation, 2G) GSM chuẩn mở, phát triển 3rd Generation Partnership Project (3GPP) Đứng phía quan điểm khách hàng, lợi GSM chất lượng gọi tốt hơn, giá thành thấp dịch vụ tin nhắn Thuận lợi nhà điều hành mạng khả triển khai thiết bị từ nhiều người cung ứng GSM cho phép nhà điều hành mạng sẵn sàng dịch vụ khắp nơi, người sử dụng sử dụng điện thoại họ khắp nơi giới Trong chương trình bày khái qt đặc tính chung hệ thống thơng tin di động đặc điểm, cấu trúc mạng GSM dùng dùng 1.2 Giới thiệu hệ thống thông tin di động: 1.2.1 Hệ thống thông tin di động thứ 1: Là mạng thông tin di động không dây giới Nó hệ thống giao tiếp thơng tin qua kết nối tín hiệu analog giới thiệu lần vào năm đầu thập niên 80 Nó sử dụng ăng-ten thu phát sóng gắn ngồi, kết nối theo tín hiệu analog tới trạm thu phát sóng nhận tín hiệu xử lý thoại thông qua module gắn máy di động Chính mà hệ máy di động giới có kích thước to cờng kềnh tích hợp lúc module thu tín phát tín hiệu Mặc dù hệ mạng di động với tần số từ 150MHz mạng 1G phân nhiều chuẩn kết nối theo phân vùng riêng giới: NMT (Nordic Mobile Telephone) chuẩn dành cho nước Bắc Âu Nga; AMPS (Advanced Mobile Phone System) Hoa Kỳ; TACS (Total Access Communications System) Anh; JTAGS Nhật; C-Netz Tây Đức; Radiocom 2000 Pháp; RTMI Ý Hệ thống di động hệ hổ trợ dịch vụ thoại tương tự sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang liệu thoại người, sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) Hình 1.1 mơ tả phương pháp đa truy cập FDMA với người dùng Hình 1.1(a) phổ hệ thống FDMA Ở đây, băng thông hệ thống chia thành băng có độ rộng W ch Giữa kênh kề có khoảng bảo vệ để tránh chờng phổ khơng ổn định tần số sóng mang Khi người dùng gởi yêu cầu tới BS, BS ấn định kênh chưa sử dụng giành riêng cho người dùng suốt gọi Tuy nhiên, gọi kết thúc, kênh ấn định lại cho người khác Khi có năm người dùng xác định trì gọi hình 1.1(b), ấn định kênh hình 1.1(c) Đặc điểm: - Mỗi MS cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến - Nhiễu giao thoa tần số kênh lân cận đáng kể - BTS phải có thu phát riêng làm việc với MS Hệ thống FDMA điển hình hệ thống điện thoại di dộng tiên tiến (Advanced Mobile phone System - AMPS) Hệ thống di động hệ sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản Tuy nhiên hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày tăng người dùng dung lượng tốc độ Vì khuyết điểm mà nguời ta đưa hệ thống di dộng hệ ưa điểm hệ dung lượng dịch vụ cung cấp Băng tần Thời gian Tần số Kênh Người dùng Kênh Người dùng 2,5 Kênh Người dùng 1,4 Thời gian Hình 1.1 Khái niệm hệ thống FDMA: (a) Phổ tần hệ thống FDMA; (b) Mơ hình khởi đầu trì gọi với người dùng; (c) Phân bố kênh 1.2.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ 2: Là hệ kết nối thơng tin di động mang tính cải cách khác hoàn toàn so với hệ Nó sử dụng tín hiệu kỹ thuật số thay cho tín hiệu analog hệ 1G áp dụng lần Phần Lan Radiolinja (hiện nhà cung cấp mạng tập đoàn Elisa Oyj) năm 1991 Mạng 2G mang tới cho người sử dụng di động lợi ích tiến suốt thời gian dài: mã hoá liệu theo dạng kỹ thuật số, phạm vi kết nối rộng 1G đặc biệt xuất tin nhắn dạng văn đơn giản – SMS Theo đó, tin hiệu thoại thu nhận đuợc mã hố thành tín hiệu kỹ thuật số nhiều dạng mã hiệu (codecs), cho phép nhiều gói mã thoại lưu chuyển băng thông, tiết kiệm thời gian chi phí Song song đó, tín hiệu kỹ thuật số truyền nhận hệ 2G tạo ng̀n lượng sóng nhẹ sử dụng chip thu phát nhỏ hơn, tiết kiệm diện tích bên thiết bị hơn… Tất hệ thống thông tin di động hệ sử dụng điều chế số Và chúng sử dụng phương pháp đa truy cập: - Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) - Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA) a) Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA Phổ quy định cho liên lạc di động chia thành dải tần liên lạc, dải tần liên lạc dùng chung cho N kênh liên lạc, kênh liên lạc khe thời gian chu kỳ khung Các thuê bao khác dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian, thuê bao cấp phát cho khe thời gian cấu trúc khung Đặc điểm : - Tín hiệu thuê bao truyền dẫn số - Liên lạc song công hướng thuộc dải tần liên lạc khác nhau, băng tần sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến máy di động băng tần sử dụng để truyền tuyến hiệu từ máy di động đến trạm gốc Việc phân chia tần cho phép máy thu máy phát hoạt động lúc mà không sợ can nhiễu - Giảm số máy thu phát BTS - Giảm nhiễu giao thoa Hệ thống TDMA điển hình hệ thống thơng tin di động toàn cầu (Global System for Mobile - GSM) Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA phức tạp kỹ thuật FDMA Hệ thống xử lý số tín hiệu MS tương tự có khả xử lý khơng q 106 lệnh giây, cịn MS số TDMA phải có khả xử lý 50x106 lệnh giây b) Đa truy cập phân chia theo mã CDMA: Thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ nhiều người sử dụng chiếm kênh vơ tuyến đờng thời tiến hành gọi, mà không sợ gây nhiễu lẫn Những người sử dụng nói phân biệt với nhờ dùng mã đặc trưng không trùng với Kênh vô tuyến CDMA dùng lại (cell) tồn mạng, kênh phân biệt nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên (Pseudo Noise - PN) Đặc điểm: - Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz - Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp - Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vơ tuyến sử dụng có cường độ trường hiệu FDMA, TDMA - Việc thuê bao MS ô dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số khơng cịn vấn đề, chuyển giao trở thành mềm, điều khiển dung lượng ô linh hoạt 1.2.3 Hệ thống thông tin di động hệ thứ 3: Hệ thống thông tin di động chuyển từ hệ sang hệ qua giai đoạn trung gian hệ 2,5 sử dụng cơng nghệ TDMA kết hợp nhiều khe nhiều tần số sử dụng công nghệ CDMA chờng lên phổ tần hệ hai không sử dụng phổ tần mới, bao gồm mạng đưa vào sử dụng như: GPRS, EDGE CDMA2000-1x Ở hệ thứ hệ thống thơng tin di động có xu hoà nhập thành tiêu chuẩn có khả phục vụ tốc độ bit lên đến Mbit/s Để phân biệt với hệ thống thông tin di động băng hẹp nay, hệ thống thông tin di động hệ gọi hệ thống thông tin di động băng rộng Công nghệ 3G nhắc đến chuẩn IMT-2000 Tổ chức Viễn thông Thế giới (ITU) Ban đầu 3G dự kiến chuẩn thống giới, thực tế, giới 3G bị chia thành phần riêng biệt: UMTS (W-CDMA):  UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), dựa công nghệ truy cập vơ tuyến W-CDMA, giải pháp nói chung thích hợp với nhà khai thác dịch vụ di động (Mobile network operator) sử dung GSM, tập trung chủ yếu châu Âu phần châu Á (trong có Việt Nam) UMTS tiêu chuẩn hóa tổ chức 3GPP, tổ chức chịu trách nhiệm định nghĩa chuẩn cho GSM, GPRS EDGE  FOMA, thực công ty viễn thông NTT DoCoMo Nhật Bản năm 2001, coi dịch vụ thương mại 3G Tuy dựa công nghệ W-CDMA, công nghệ không tương thích với UMTS (mặc dù có bước tiếp thời để thay đổi lại tình này) CDMA 2000  Là hệ chuẩn 2G CDMA IS-95 Các đề xuất CDMA2000 đưa bàn thảo áp dụng bên ngồi khn khổ GSM Mỹ, Nhật Bản Hàn Quốc CDMA2000 quản lý 3GPP2 – tổ chức độc lập với 3GPP Và có nhiều cơng nghệ truyền thông khác sử dụng CDMA2000 bao gồm 1xRTT, CDMA2000-1xEV-DO 1xEV-DV  CDMA 2000 cung cấp tốc độ liêu từ 144 kbit/s tới Mbit/s Chuẩn chấp nhận ITU TD-SCDMA Chuẩn biết đến TD-SCDMA, phát triển riêng Trung Quốc công ty Datang Siemens Wideband CDMA Hỗ trợ tốc độ 384 kbit/s Mbit/s Giao thức dùng mạng diện rộng WAN, tốc độ tối đa 384 kbit/s Khi dùng mạng cục LAN, tốc độ tối đa 1,8 Mbit/s Chuẩn cơng nhận ITU Hình 1.2 trình bày lộ trình phát triển hệ thống thơng tin di động từ 2G đến 3G Hình 1.2 Lộ trình phát triển từ 2G đến 3G