nghiên cứu công nghệ thông tin di động 3g wcdma và phát triển lên thế hệ 3,5g hspa

1 SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 TỜ BÌA 2 SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 NHIỆM VỤ THIẾT KẾT TỐT NGHIỆP 3 SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 4 SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 LỜI NÓI ĐẦU Thông tin di động ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940. Ngày nay thông tin di động là ngành viễn thông có sự phát triển nhanh nhất. Bắt đầu là hệ thống thông tin di động tương tự, đến nay khi các hệ thống di động thế hệ thứ ba được đưa vào hoạt động và ứng dụng rộng rãi, có thể cung cấp được nhiều dịch vụ băng rộng và các dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao. Tổ chức ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hóa hệ thống thông tin di động thứ ba với tên gọi là IMT-2000 nhằm đáp ứng các mục tiêu chính như:  Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như các dịch vụ đa phương tiện và truy nhập Internet nhanh.  Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và điện thoại vệ tinh.  Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động. Có nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba IMT-2000 đã được đề xuất, trong đó có hai hệ thống là WCDMA UMTS và cdma-2000 đã được ITU chấp thuận và sẽ được đưa vào hoạt động trong những năm 2000. WCDMA UMTS sẽ là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, PDC, IS-136. Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA: High Speed Down Link Packet Access) được 3GPP chuẩn hóa trong phát hành R5 với phiên bản tiêu chuẩn đầu tiên vào năm 2002. Truy nhập gói tốc độ cao đường lên (HSUPA: High Speed Up Link Packet Access) trong 3GPP được chuẩn hóa trong R6 vào tháng 12 năm 2004. Cả hai HSDPA và HSUPA được gọi chung là HSPA. Đây là công nghệ tiếp sau WCDMA trong quá trình tiến lên các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư, nâng cao tốc độ truyền dữ liệu và cung cấp các dịch vụ mới. 5 SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 Trong bối cảnh Việt Nam và các nước trên thế giới đang triển khai rộng rãi hai công nghệ WCDMA và HSPA. Xuất phát từ mong muốn tìm hiểu hai công nghệ trên nên em đã thực hiện đồ án: “NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G WCDMA VÀ PHÁT TRIỂN LÊN THẾ HỆ 3,5G HSPA” Nội dung đồ án được trình bày trong 4 chương với nội dung chính sau:  Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ ba WCDMA  Chương 2: Các kỹ thuật sử dụng trong hệ thống WCDMA  Chương 3: Giao diện vô tuyến của mạng WCDMA UMTS  Chương 4: Công nghệ truy nhập gói tốc độ cao HSPA Trong quá trình hoàn thành đồ án không tránh khỏi có nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được những góp ý quý báu của thầy cô và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn. Để hoàn thành đồ án này, em xin chân thành cảm ơn cô giáo, th.s Đàm Mỹ Hạnh, các thầy cô giáo trong bộ môn Kỹ thuật Viễn thông, gia đình và bạn bè đã giúp em trong suốt thời gian qua. Hà Nội, ngày tháng 5 năm 2010 Người thực hiện 6 SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 MỤC LỤC Trang TỜ BÌA 1 NHIỆM VỤ THIẾT KẾT TỐT NGHIỆP 2 LỜI NÓI ĐẦU 4 MỤC LỤC 6 CÁC TỪ VIẾT TẮT 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 13 CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ BA WCDMA 16 1.1 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG LÊN THẾ HỆ 4G 16 1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất 16 1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai 17 1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba 17 1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tƣ 18 1.2 KIẾN TRÚC CHUNG MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 19 1.2.1 Công nghệ WCDMA 19 1.2.2 Tổng quan hệ thống UMTS 20 1.2.3 Kiến trúc chung của một mạng WCDMA 22 1.2.4 Các loại lƣu lƣợng và dịch vụ đƣợc mạng 3G WCDMA hỗ trợ 23 1.3 CÁC KIẾN TRÚC CHO CÔNG NGHỆ WCDMA THEO 3GPP 24 1.1.3 Kiến trúc WCDMA UMTS R3 25 1.3.2 Kiến trúc mạng WCDMA UMTS R4 31 1.3.3 Kiến trúc mạng WCDMA UMTS R5 và R6 34 1.4 KIẾN TRÚC MẠNG DỊCH CHUYỂN TỪ GMS SANG UMTS 37 CHƢƠNG 2 - CÁC KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG WCDMA 40 2.1 SƠ ĐỒ MÁY THU – PHÁT VÔ TUYẾN TRONG HỆ THỐNG WCDMA 40 2.2 MÃ HÓA KIỂM SOÁT LỖI 42 2.2.1 Mã vòng 43 7 SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 2.2.2 Mã xoắn 44 2.2.3 Mã hóa turbo 45 2.3 PHỐI HỢP TỐC ĐỘ VÀ ĐAN XEN 46 2.3.1 Phối hợp tốc độ 46 2.3.2 Đan xen 47 2.4 CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP CỦA WCDMA 47 2.4.1 Các hệ thống thông tin trải phổ 48 2.4.2 Nguyên lý chung của DSSS và áp dụng DSSS vào CDMA 48 2.4.3 Hệ thống DSSS-BPSK 52 2.4.4 Hệ thống DSSS-QPSK 54 2.4.5 Mô hình hệ thống DS CDMA 56 2.5 NGẪU NHIÊN HÓA 59 2.6 CÁC MÃ TRẢI PHỔ DÙNG TRONG WCDMA 59 2.7 MÁY THU PHÂN TẬP ĐA ĐƢỜNG – MÁY THU RAKE 61 2.8 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 63 2.9 CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG WCDMA 64 CHƢƠNG 3 - GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA MẠNG WCDMA UMTS 66 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 66 3.2 KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC CỦA GIAO DIỆN VÔ TUYẾN 68 3.3 CÁC KÊNH CỦA WCDMA 69 3.4 KÊNH VẬT LÝ 70 3.4.1 Các kênh vật lý 70 3.4.2 Các kênh đƣờng lên 73 3.4.3 Trải phổ và điều chế đƣờng lên 77 3.4.4 Các kênh đƣờng xuống 80 3.4.5 Trải phổ và điều chế cho đƣờng xuống 86 3.5 CÁC KÊNH TRUYỀN TẢI 88 3.5.1 Các kênh truyền tải 89 3.5.2 Chuyển đổi và ghép các kênh truyền tải lên các kênh vật lý 90 3.6 KÊNH LOGIC 92 3.6.1 Các kênh điều khiển 92 3.6.2 Các kênh lƣu lƣợng 92 8 SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 3.7 THIẾT LẬP CUỘC GỌI TRONG WCDMA UMTS 93 3.8 PHÂN TẬP PHÁT 97 3.8.1. Phân tập vòng hở 97 3.8.2. Chế độ vòng kín 98 CHƢƠNG 4 - CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO HSPA 99 4.1 GIỚI THIỆU CHUNG 99 4.2 KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN HSPA 100 4.3 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƢỜNG XUỐNG 102 4.3.2 Lập biểu phụ thuộc kênh 103 4.3.3 Điều khiển tốc độ và điều chế bậc cao 105 4.3.4 HARQ với kết hợp mềm 107 4.3.5 Kiến trúc 108 4.4 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƢỜNG LÊN 112 4.4.1 Lập biểu 113 4.4.2 HARQ với kết hợp mềm 116 4.4.3. Kiến trúc 117 KẾT LUẬN 121 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN 122 LỜI CẢM ƠN 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO 124 CÁC TỪ VIẾT TẮT 2G Second Generation Thế hệ thứ 2 3G Third Generation Thế hệ thứ ba 3GPP 3 ird Genaration Partnership Project Đề án các đối tác thế hệ thứ ba 3GPP2 3 ird Generation Patnership Project 2 Đề án đối tác thế hệ thứ ba hai AICH Acquisition Indication Channel Kênh chỉ thị bắt 9 SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 AMC Adaptive Modulation and Coding Mã hóa và điều chế thích ứng AMR Adaptive MultiRate Đa tốc độ thích ứng AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên tiến ARQ Automatic Repeat-reQuest Yêu cầu phát lại tự động BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa chuyển pha hai trạng thái BS Base Station Trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CD/CA- ICH CPCH Collision Detection/ Channel Assignment Indicator Channel Kênh chỉ thị phát hiện va chạm CPCH/ ấn định kênh CN Core Network Mạng lõi CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra vòng dư CSICH CPCH Status Indicator Channel Kênh chỉ thị trạng thái CPCH DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng DCH Dedicated Channel Kênh điều khiển DPCCH Dedicated Physycal Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý riêng DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống 10 SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 DSSS Direct-Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp E-AGCH Enhanced Absolute Grant Channel Kênh cho phép tuyệt đối tăng cường E-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng tăng cường EDGE Enhanced Data rates for GPRS Evolution Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GPRS EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian GERAN GSM EDGE Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GSM Global System For Mobile Communications Hệ thống thông tin di động toàn cầu GPS Global Position System Hệ thống định vị toàn cầu HARQ Hybrid Automatic Repeat request Yêu cầu phát lại tự động lai ghép HHO Hard Handover Chuyển giao cứng HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập hói đường xuống tốc độ cao HS- DPCCH High-Speed Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng tốc độ cao HS- DSCH High-Speed Dedicated Shared Channel Kênh chia sẻ riêng tốc độ cao HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao HS- PDSCH High-Speed Physical Dedicated Shared Channel Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc độ cao [...]... TIN DI ĐỘNG LÊN THẾ HỆ 4G Trong quá trình phát triển của mình, các công nghệ thông tin di động được chia thành các thế hệ: Thứ nhất, thứ hai, thứ ba và thứ tư; được viết tắt là 1G, 2G, 3G và 4G 1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất Hệ thống thông tin di động thế hệ một (1G) sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) và chỉ hỗ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng kỹ... di động 1985 1995 2000 2005 HSPA 1xEVDO Cao GSM cdma One 2G 1G Thấp 2010 3G+ Thời gian LTE UMB 4G E3G 3G WCDMA cdma 20001x WiMax AMPS TASC < 10 kbps 2015 Tốc độ số liệu WiFi < 200 kbps 300kbps – 10Mbps < 100 Mbps 100Mbps – 1Gbps Hình 1.1 Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G 1.2 KIẾN TRÚC CHUNG MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 1.2.1 Công nghệ WCDMA WCDMA (Wideband CDMA) là một công. .. Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G 19 Hình 1.2 Các phổ tần dùng trong UMTS 21 Hình 1.3 Kiến trúc tổng quát của một mạng 3G sử dụng công nghệ WCDMA 22 Hình 1.4 Vùng phủ sóng của UMTS 24 Hình 1.5 Kiến trúc mạng 3G trong 3GPP phát hành năm 1999 25 Hình 1.6 Kiến trúc mạng WCDMA UMTS phát hành 4 32 Hình 1.7 Kiến trúc mạng WCDMA UMTS R5 và R6 ... thống thông tin truy nhập toàn bộ) Tuy nhiên, thông thường các công nghệ 1G thường được triển khai tại một số nước, không được tiêu chuẩn hóa bởi các cơ quan tiêu chuẩn quốc tế Không thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về dung lượng và tốc độ Chính vì vậy, hệ thống thông tin di động thế hệ hai được đưa ra giới thiệu SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 17 1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế. .. một công nghệ phát triển của GSM để tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu bằng cách sử dụng kỹ thuật CDMA hoạt động ở băng rộng thay thế cho TDMA Trong các công nghệ thông tin di động thế hệ thứ ba thì WCDMA nhận được sự ủng hộ lớn nhất nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là dịch vụ tốc độ bít thấp và trung bình Một số đặc điểm của WCDMA:  Là hệ thống... (CDMA) Một số hệ thống trong mạng 2G điển hình là: GSM (Global for System Mobile Communications - Hệ thống thông tin di động toàn cầu), cdma One, ngoài ra còn một số hệ thống khác đó là: iDEN, D-AMPS, GPRS (2,5G), HSCSD và WiDEN 1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba Để đáp ứng yêu cầu phát triển dung lượng mạng, tốc độ (tốc độ dịch chuyển dữ liệu) và những ứng dụng đa phương tiện, chuẩn 3G bắt đầu... lý phát lại của node B 108 Hình 4.8 Kiến trúc HSDPA 110 Hình 4.9 Cấu trúc kênh HSDPA kết hợp WCDMA 110 Hình 4.11 Chƣơng trình khung lập biểu của HSUPA 115 Hình 4.12 Kiến trúc mạng đƣợc lập cấu hình E-DCH (và HS-DSCH) 118 SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 16 CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ BA WCDMA 1.1 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG... lượng và vùng phủ  WCDMA được thiết kế tương thích với GSM để mở rộng vùng phủ sóng và dung lượng của mạng  Lớp vật lý mềm dẻo dễ tích hợp được tất cả thông tin trên một sóng mang  Hệ số tái sử dụng bằng 1  Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến 1.2.2 Tổng quan hệ thống UMTS Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba được xây dựng với mục đích cung cấp cho một mạng di động toàn cầu với... TD-SCDMA; 3,5G: UMTS (HSPA) 1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tƣ Việc triển khai tại một số nước đã chỉ ra một vài vấn đề mà 3G chưa giải quyết được hoặc mới chỉ giải quyết được một phần là:  Sự khó khăn trong việc tăng liên tục băng thông và tốc độ dữ liệu để thỏa mãn nhu cầu ngày càng đa dạng các dịch vụ đa phương tiện, các dịch vụ khác nhau với nhu cầu về chất lượng dịch vụ (QoS) và băng thông. .. Kiến trúc chung của một mạng WCDMA Mạng thông tin di động thế hệ ba ban đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh để truyền dữ liệu gói và tiếng Các trung tâm chuyển mạch gói là các chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM Trong quá trình phát triển đến sử dụng toàn mạng IP, chuyển mạch kênh dần được thay thế bằng chuyển mạch gói Các dịch vụ số liệu và thời gian thực cuối cùng . HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ BA WCDMA 16 1.1 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG LÊN THẾ HỆ 4G 16 1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất 16 1.1.2 Hệ thống thông tin di động. động thế hệ thứ hai 17 1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba 17 1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tƣ 18 1.2 KIẾN TRÚC CHUNG MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 19 1.2.1 Công. Xuất phát từ mong muốn tìm hiểu hai công nghệ trên nên em đã thực hiện đồ án: “NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G WCDMA VÀ PHÁT TRIỂN LÊN THẾ HỆ 3,5G HSPA Nội dung đồ án được trình