giải pháp nâng cấp mạng gsm lên thành wcdma (3g)

Đồ Án Chuyên Nghành MỤC LỤC Trang Lời nói đầu Các từ viết tắt KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 1 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 PHỤ LỤC 1 Chương 1 7 TỔNG QUAN MẠNG GSM 7 Chương 3 32 NÂNG CẤP MẠNG GSM LÊN WCDMA 32 Chương 4 43 QUY HOẠCH MẠNG GSM 43 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 1 Đồ Án Chuyên Nghành KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 1 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 PHỤ LỤC 1 Chương 1 7 TỔNG QUAN MẠNG GSM 7 1.1 Giới thiệu chương 7 1.2 Thành phần của mạng GSM 7 Hình 1-1 Mô hình hệ thống thông tin di động GSM 7 1.3 Kiến trúc địa mạng GSM 12 Hình 1-2 Kiến trúc địa lí trong GSM 12 Error: Reference source not found Hình 1-3 Phân bố cell trong GSM 13 1.4 Kỹ thuật vô tuyến số trong GSM 13 Hình 1-4 Phân loại kênh logic 16 1.5 Quá trình xử lý tín hiệu thoại trong mạng GSM 17 Hình 1-5 Quá trình phát và thu tín hiệu tại MS và BTS 17 Bộ mã hoá kênh thêm 3 bits parity vào mỗi 50 bít rất quan trọng (mã hoá khối) tạo thành 53 bít , 53 bít này cộng thêm 132 bít quan trọng và 4 bít đuôi tiếp tục được mã hoá chập thành 378 bít (bộ mã chập với tỷ lệ 1/2 ). Sau đó 378 bit này cộng với 78 bit còn lại thành khung tiếng nói 456 bit mỗi 20ms tương ứng 22.8kbps.Khung tiếng nói 456 bit này tiếp tục được đan xen.Error: Reference source not found Hình 1-6 Mã hóa tín hiệu thoại 17 1.6 Kết luận chương 1 20 2.1 Giới thiệu chương 21 2.2 Giới thiệu về công nghệ WCDMA 21 2.3 Cấu trúc mạng W-CDMA 22 Hình 2-1 cấu trúc mạng UMTS/WCDMA 23 2.4 Các giao diện vô tuyến 25 2.5 Các kỹ thuật sử dụng trong WCDMA 26 Hình 2-3 Dạng sóng tín hiệu DS/SS 29 Hình 2-4 Kĩ thuật trải phổ DS/SS trong miền tấn số 30 Hình 2-5a Sơ đồ trải phổ DS/SS 31 Hình 2-5b Quá trình giải trải phổ và lọc tín hiệu của người sử dụng k từ K tín hiệu 31 Chương 3 32 NÂNG CẤP MẠNG GSM LÊN WCDMA 32 3.1 Giới thiệu chương 32 3.2 Lộ trình nâng cấp GSM lên WCDMA 32 Hình 3-1 các giai đoạn nâng cấp GSM lên WCDMA 32 3.3 Mạng GPRS 33 Hình 3-4 Cấu trúc dữ liệu GPRS 37 3.4 EDGE (Enhanced Data rate for GSM Evolution) 38 3.5 Kết luận chương 3: 41 Chương 4 43 QUY HOẠCH MẠNG GSM 43 4.1 Giới thiệu chương 43 4.2 Khái niêm lưu lượng trong mạng GSM 43 SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 2 Đồ Án Chuyên Nghành Hình 4-2 Lưu lượng: cần truyền, được truyền, nghẽn 44 Hình 4-3 Xác suất nghẽn GoS 45 4.3 Mô hình truyền sóng vô tuyến 46 Hình 4-3 Các đại lượng trong mô hình Walfish–Ikegami 48 Hình 4-4 Orientation angle 49 Hình 4-5: Lori vesus orientation angle 49 Hình 4-6 Additional rays 50 4.4 Quy hoạch Cell 51 Hình 4-7 Omni (3600) Cell site 52 Hình 4-8 Sector hóa 1200 53 Hình 4-9 Phân chia Cell 53 Hình 4-10 Các Omni (3600) Cells ban đầu 54 Hình 4-11 Giai đoạn 1 :Sector hóa 55 Hình 4-12 Tách chia 1:3 thêm lần nữa 55 Hình 4-13 Tách chia 1:4 (sau lần đầu chia 3) 56 4.5 Quy hoạch tần số 56 Hình 4-14 Nhi•u đồng kênh với cell lục giác 57 Hình 4-15 Sơ đồ tính C/I 57 4.6 Kết luận chương 58 SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 3 Đồ Án Chuyên Nghành LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay ,trong mạng vi•n thông quốc tế nói chung và mạng vi•n thông Việt Nam nói riêng ngày càng phát triển ,cùng với sự phát triền của xã hội thì mạng thông tin di động có những đóng góp quan trọng không thể thiếu vào hệ thống thông tin liên lạc toàn cầu ,kết nối con người với con người… đáp ứng mọi nhu cầu thông tin ,dịch vụ phong phú da dạng của xã hội . Thông tin di động là ngành công nghiệp vi•n thông phát triển nhanh nhất với con số thuê bao đã đạt đến 3,6 tỷ tính đến cuối năm 2008. Trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện tại. Các hệ thống thông tin di động ra đời tạo cho con người khả năng thông tin mọi lúc, mọi nơi. Phát triển từ hệ thống thông tin di động tương tự, các hệ thống thông tin di động số thế hệ 2 (2G) ra đời với mục tiêu chủ yếu là hổ trợ dịch vụ thoại và truyền số liệu tốc độ thấp. Hệ thống thông tin di động động 2G đánh dấu sự thành công của công nghệ GSM . Trong tương lai, nhu cầu các dịch vụ số liệu sẻ ngày càng tăng và có khả năng vượt quá nhu cầu thông tin thoại. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) ra đời nhằm đáp ứng các nhu cầu các dịch vụ số liệu tốc độ cao như: điện thoại thấy hình, video streamming, hội nghị truyền hình, nhắn tin đa phương tiện (MMS)… Đến nay, mạng thông tin di động không ngừng vươn lên và mở rộng hơn nữa để đáp ứng mọi nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng cao ,cũng như chất lượng dịch vụ cũng đòi hỏi ngày càng tốt hơn… với sự ứng dụng ngày càng rộng rãi các thiết bị thông tin di động thể hệ ba, thông tin di động có thể cung cấp nhiều hình loại dịch vụ đòi hỏi tốc độ số liệu cao cho người sử dụng kể cả các chức năng camera, MP3 và PDA….nên em quyết định chọn đề tài này . Nội dung đồ án gồm 4 chương : Chương 1 trình bày tổng quan về mạng GSM , các thành phần mạng GSM ,kiến trúc mạng ,kỹ thuật vô tuyến số , quá trình xử lí tín hiệu thoại… SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 4 Đồ Án Chuyên Nghành Chương 2 trình bày tổng quan mạng UMTS/WCDMA , giới thiệu công nghệ , cấu trúc mạng , giao diện vô tuyến ,các kĩ thuật sử dụng trong WCDMA Chương 3 lộ trình nâng câp GSM lên WCDMA , tổng quan mạng GPRS , EDGE Chương 4 trình bày quy hoạch mạng GSM , mô hình truyền sóng vô tuyến , quy hoạch cell , tần số . Mặc dù đã cố gắng trong quá trình tìm hiểu và làm đồ án ,nhưng do thời gian có hạn , đồ án chưa thể đi sâu vào nhiều khía cạnh kĩ thuật khác , còn có nhiều thiếu sót , mong các thầy cô chỉ bảo , giúp đỡ . Qua đây em xin chân thành cảm ơn đến thầy giáo TS. Nguyễn Văn Cường đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đồ án chuyên ngành vi•n thông này . Sinh viên thực hiện Võ Thanh Sơn SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 5 Đồ Án Chuyên Nghành BẢNG TRA TỪ VIẾT TẮT 3G Third Generation – Thếhệthứba ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệtrạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập theo phân mã EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution Tốc độ dữ liệu cao GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợcổng GPRS GPRS General Packet Radio Service Dịch vụvô tuyến gói chung GSM Global System for Mobile Communications Hệthống GSM HLR Home Location Register Bộ đăng ký vị trí thường trú IP Internet Protocol Giao thức Internet MS Mobile Staion Máy di động MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch gói công cộng RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗtrợphục vụGPRS SMS Short Message Service Dịch vụnhắn tin ngắn TCP Trasmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền TDD Time Division Duplex Song công phân thời TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệthống thông tin di động UMTS VLR Visitor Location Register Bộ đăng ký vị trí tạm trú WAP Wireless Application Protocol Giao thức ứng dụng vô tuyến WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân mã băng rộng SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 6 Đồ Án Chuyên Nghành Chương 1 TỔNG QUAN MẠNG GSM 1.1 Giới thiệu chương Mạng thông tin di động toàn cầu GSM mặc dầu đã được ứng dụng nhiều tuy nhiên để hiểu rõ thật không đơn giản . Ở một chừng mực nào đó ta phải hiểu chức năng của ba hệ thống cơ bản thuộc phần cứng mạng gồm: Hệ thống chuyển mạch , hệ thống trạm gốc , trung tâm vận hành và bảo dưởng , sau đó là cấu trúc địa lý mạng gồm cell, nhóm cell, vùng dịch vụ MSC/VLR… tiếp theo là các liên kết vô tuyến và các quá trình xử lý tín hiệu thoại và cuối cùng là các thủ tục đăng nhập mạng. 1.2 Thành phần của mạng GSM Sơ đồ mô hình của hệ thống GSM được mô ta như hình 1.1 dưới đây Hình 1-1 Mô hình hệ thống thông tin di động GSM Mạng thông tin di động công cộng mặt đất PLMN theo chuẩn GSM được chia thành 4 phân hệ chính sau: SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 7 Đồ Án Chuyên Nghành • Trạm di động MS • Phân hệ trạm gốc BSS • Phân hệ chuyển mạch SS • Phân hệ khai thác và bảo dưỡng 1. Trạm di động MS Trạm di động MS bao gồm thiết bị trạm di động ME và một khối nhỏ gọi là mođun nhận dạng thuê bao SIM. Đó là một khối vật lý tách riêng, chẳng hạn là một IC Card hoặc còn gọi là card thông minh. SIM cùng với thiết bị trạm ME hợp thành trạm di động MS. Card SIM có thể chống việc sử dụng trái phép bằng mật khẩu hoặc số nhận dạng cá nhân PIN. 2. Phân hệ trạm gốc BSS BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS bằng thiết bị BTS thông qua giao diện vô tuyến. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài ở phân hệ chuyển mạch SS . Tóm lại, BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờ vậy đấu nối những người sử dụng các trạm di động với những người sử dụng vi•n thông khác . BSS cũng phải được điều khiển, do đó nó được đấu nối với phân hệ vận hành và bảo dưỡng OSS. Phân hệ trạm gốc BSS bao gồm : • Trạm vô tuyến gốc BTS • Khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU • Khối điều khiển trạm gốc BSC 1.2.1.2 Trạm vô tuyến gốc BTS Một BTS bao gồm các thiết bị thu /phát tín hiệu sóng vô tuyến, anten và bộ phận mã hóa và giải mã giao tiếp với BSC. BTS là thiết bị trung gian giữa mạng GSM và thiết bị thuê bao MS, trao đổi thông tin với MS qua giao diện vô tuyến. Mỗi BTS tạo ra một hay một số khu vực vùng phủ sóng nhất định gọi là tế bào. SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 8 Đồ Án Chuyên Nghành 1.2.1.3 Khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU Khối thích ứng và chuyển đổi mã thực hiện chuyển đổi mã thông tin từ các kênh vô tuyến (16 Kb/s) theo tiêu chuẩn GSM thành các kênh thoại chuẩn (64 Kb/s) trước khi chuyển đến tổng đài. TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, tại đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu. TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể được đặt cách xa BTS và thậm chí còn đặt trong BSC và MSC. 1.2.1.4 Khối điều khiển trạm gốc BSC BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa . Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và chuyển giao. Một phía BSC được nối với BTS , còn phía kia nối với MSC của phân hệ chuyển mạch SS . Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa BTS và BSC là giao diện Abis . 1. Phân hệ chuyển mạch NSS NSS trong GSM là một mạng thông minh. NSS quản lý giao diện giữa người sử dụng mạng GSM với người sử dụng mạng vi•n thông khác, nó bao gồm : 1.2.1.5 Trung tâm chuyển mạch di động MSC Tổng đài di động MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC. MSC thực hiện các chức năng chuyển mạch chính, nhiệm vụ chính của MSC là tạo kết nối và xử lý cuộc gọi đến những thuê bao của GSM, một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS và mặt khác giao tiếp với mạng ngoài qua tổng đài cổng GMSC . Chức năng chính của tổng đài MSC • Xử lý cuộc gọi • Điều khiển chuyển giao • Quản lý di động SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 9 Đồ Án Chuyên Nghành • Tương tác mạng IWF : qua GMSC 1.2.1.6 Bộ ghi định vị thường trú HLR HLR là cơ sở dữ liệu tham chiếu lưu giữ lâu dài các thông tin về thuê bao, các thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ vi•n thông. HLR không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về vị trí hiện thời của thuê bao. HLR bao gồm : • Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN • Các thông tin về thuê bao • Danh sách các dịch vụ mà MS được sử dụng và bị hạn chế • Số hiệu VLR đang phục vụ MS 1.2.1.7 Bộ ghi định vị tạm trú VLR VLR là cơ sở dữ liệu trung gian lưu trữ tạm thời thông tin về thuê bao trong vùng phục vụ MSC/VLR được tham chiếu từ cơ sở dữ liệu HLR. VLR bao gồm: • Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN, TMSI. • Số hiệu nhận dạng vùng định vị đang phục vụ MS . • Danh sách các dịch vụ mà MS được và bị hạn chế sử dụng . • Trạng thái của MS :bận, rỗi . 1.2.1.8 Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR EIR có chức năng kiểm tra tính hợp lệ của ME thông qua số liệu nhận dạng di động quốc tế IMEI và chứa các số liệu về phần cứng của thiết bị. Một ME sẽ có số IMEI thuộc một trong ba danh sách sau: • Nếu ME thuộc danh sách trắng thì nó được quyền truy nhập và sử dụng các dịch vụ đã đăng ký. SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 10 [...]... thực hiện khi áp dụng EDGE trên mạng GSM 3.2 Lộ trình nâng cấp GSM lên WCDMA Hình 3-1 các giai đoạn nâng cấp GSM lên WCDMA Giai đoạn đầu của quá trình nâng cấp mạng GSM là phải đảm bảo dịch vụ số liệu tốt hơn, có thể hỗ trợ hai chế độ dịch vụ số liệu là chế độ chuyển mạch kênh (CS : Circuit Switched) và chế độ chuyển mạch gói (PS : Packet Switched) Để thực hiện kết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể... nay sẽ thực hiện nâng cấp EDGE lên W-CDMA và hoàn tất việc nâng cấp GSM lên 3 3.3 Mạng GPRS 1 Kiến trúc mạng GPRS GPRS được phát triển trên cơ sở mạng GSM sẵn có Các phần tử của mạng GSM chỉ cần nâng cấp về phần mềm, ngoại trừ BSC phải nâng cấp phần cứng GSM lúc đầu được thiết kế cho chuyển mạch kênh nên việc đưa dịch vụ chuyển mạch gói vào mạng đòi hỏi phải bổ sung thêm thiết bị mới Hai node được thêm... của tín hiệu này sau giải trải phổ tại máy thu k Hình 2-5a Sơ đồ trải phổ DS/SS Hình 2-5b Quá trình giải trải phổ và lọc tín hiệu của người sử dụng k từ K tín hiệu SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 31 Đồ Án Chuyên Nghành Chương 3 NÂNG CẤP MẠNG GSM LÊN WCDMA 3.1 Giới thiệu chương Chương này trình bày các kiến trúc,cấu trúc dữ liệu GPRS và giải pháp nâng cấp lên GPRS cho mạng GSM. Sau đó là EDGE và... 9.6kbps Và mạng mới chỉ dừng lại ở mức đáp ứng nhu cầu về thông tin thoại.Cho nên Việc nâng cấp mạng GSM lên 3G là điều tất yếu Nhưng có nhiều con đường để tiến tới 3G Đối với Việt Nam chúng ta có thể lựa chọn con đường thích hợp đó là nâng cấp từng bước GSM/ GPRS/EDGE /WCDMA Không phủ nhận hoàn toàn cở sở hạ tầng sẵn có , từ đó tiết kiệm chi phí khá lớn, và còn vì chúng ta không thể tiến thẳng lên 3G ngay... trong Về phần chức năng nó giống như trạm gốc của GSM 1 Mạng lõi CN Sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứng của mạng GSM/ GPRS 2 Các mạng ngoài - Mạng CS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh - Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói 2.4 Các giao diện vô tuyến Cấu trúc UMTS không định nghĩa chi tiết chức năng bên trong của phần tử mạng mà chỉ định nghĩa giao diện giữa các phần tử... vụ đa phương tiện khác 2.3 Cấu trúc mạng W-CDMA Hệ thống W-CDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS Về mặt chức năng có thể chia cấu trúc mạng W-CDMA ra làm hai phần : mạng lõi (CN) và mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN), trong đó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứng của mạng GPRS còn mạng UTRAN là phần nâng cấp của W-CDMA Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống, trong W-CDMA còn có thiết bị người sử dụng... biên BG SVTH: Võ Thanh Sơn Lớp 08DT2 Trang 35 Đồ Án Chuyên Nghành Hình 3.2 Mạng Backbone 2 Cấu trúc BSC trong GPRS Để nâng cấp mạng GSM lên GPRS, ngoài việc nâng cấp phần mềm ta cần bổ sung vào trong BSC một phần cứng gọi là khối kiểm soát gói (PCU) PCU có nhiệm vụ xữ lý việc truyền dữ liệu gói giữa máy đầu cuối và SGSN trong mạng GPRS GMSC GGSN MSC SGSN Gb BSC PCU Hình 3.3 Giao diện Gb mở kết nối PCU... Khi thuê bao bật lên, thiết bị dò tần số GSM để tìm kênh điều khiển Sau đó, thiết bị đo cường độ của tín hiệu từ các kênh và ghi lại Cuối cùng chuyển sang kết nối với kênh có tín hiệu mạnh nhất 1.6 Kết luận chương 1 Chương 1 đã tìm hiểu một cách tổng thể về mạng GSM như :cấu trúc mạng , các kỹ thuật vô tuyến số trong GSM, về các thủ tục đăng nhập hệ thống Từ đó nhận ra rằng Mạng GSM ngoài những ưu... đợi 1 Mạng Backbone Mạng Backbone kết hợp một số giao diện chuẩn dữ liệu chuẩn dùng để kết nối các giữa node SGSN, GGSN và các mạng dữ liệu bên ngoài Có hai loại mạng backbone : - Mạng intra-backbone : Kết nối các phần tử trong cùng một PLMN như các node SGSN, GGSN - Mạng inter-backbone : Dùng để kết nối giữa các mạng intra-backbone của hai PLMN khác nhau thông qua cổng BG (Border Gateway) Như vậy mạng. .. vậy mạng Backbone giải quyết vấn đề tương tác giữa các mạng GPRS Lý do chính mà hệ thống hỗ trợ vấn đề tương tác giữa các mạng GPRS là để cho phép roaming giữa các thuê bao GPRS Các thuê bao roaming sẽ có một địa chỉ PDP được cấp phát bởi mạng PLMN chủ, một router chuyển tiếp giữa mạng PLMN chủ và mạng PLMN mà thuê bao di chuyển đến Định tuyến này được dùng cho cả thuê bao đã hoàn thành hay bắt đầu . 2-5b Quá trình giải trải phổ và lọc tín hiệu của người sử dụng k từ K tín hiệu 31 Chương 3 32 NÂNG CẤP MẠNG GSM LÊN WCDMA 32 3.1 Giới thiệu chương 32 3.2 Lộ trình nâng cấp GSM lên WCDMA 32 Hình. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 PHỤ LỤC 1 Chương 1 7 TỔNG QUAN MẠNG GSM 7 Chương 3 32 NÂNG CẤP MẠNG GSM LÊN WCDMA 32 Chương 4 43 QUY HOẠCH MẠNG GSM 43 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI TÀI LIỆU THAM. TỔNG QUAN MẠNG GSM 7 1.1 Giới thiệu chương 7 1.2 Thành phần của mạng GSM 7 Hình 1-1 Mô hình hệ thống thông tin di động GSM 7 1.3 Kiến trúc địa mạng GSM 12 Hình 1-2 Kiến trúc địa lí trong GSM 12