mạng gsm và giải pháp nâng cấp lên 3g

MỤC LỤC Trang MỤC LỤC 1 DANH MỤC HÌNH VẼ 2 PHỤ LỤC A. CÁC TỪ VIẾT TẮT 3 LỜI NÓI ĐẦU 8 9 CHƯƠNG 1 9 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 9 1.1. Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1 10 1.2.1. Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA 11 1.2.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA 12 1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 14 1.4. Hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo (4G) 16 1.5 Kết luận 17 CHƯƠNG 2 18 MẠNG GSM VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CẤP LÊN 3G 18 Giới thiệu 18 2.1. MẠNG GSM 18 2.1.1. Đặc điểm chung 18 2.1.2. Kiến trúc của hệ thống GSM 19 2.1.2.1 . Kiến trúc mạng 19 2.1.2.2. Kiến trúc địa lý 23 2.1.3. Phương pháp đa truy cập trong GSM 25 2.1.4. Các thủ tục thông tin 26 2.2 . GIẢI PHÁP NÂNG CẤP GSM lên 3G 29 2.2.1. Sự cần thiết nâng cấp mạng GSM lên 3G 29 2.2.2.Giải pháp nâng cấp 30 2.2.2.1 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA 31 2.2.2.2 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ CDMA 2000 32 2.3. LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ GSM LÊN 3G SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ WCDMA 34 2.3.1. Công nghệ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD 35 2.3.2. Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS 37 2.3.2.1 . Giới thiệu 37 2.3.2.2. Kiến trúc mạng GPRS 38 2.3.2.3. Các đặc điểm của mạng GPRS 45 2.3.3. EDGE (Enhanced Data rate for GSM Evolution) 46 2.3.3.1 Tổng quan 46 2.3.3.2. Giao tiếp vô tuyến 48 2.3.3.3. Các kế hoạch cần thực hiện khi áp dụng EDGE trên mạng GSM 49 2.3.4. KẾT LUẬN 51 CHƯƠNG 3 53 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDMA 53 Giới thiệu 53 3.1. CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA W-CDMA 53 3.2. CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA W-CDMA 55 3.3. CẤU TRÚC MẠNG W-CDMA 56 3.4. CÁC DỊCH VỤ TRONG MẠNG W-CDMA 61 3.5. GIAO DIỆN VÔ TUYẾN 61 3.5.1. Các kênh logic 63 3.5.2. Các kênh truyền tải 63 3.5.3. Các kênh vật lý 64 3.5.3.1. Các kênh vật lý đường lên 65 3.5.3.2. Các kênh vật lý đường xuống 66 3.6. THIẾT LẬP MỘT CUỘC GỌI TRONG W-CDMA UMTS 67 3.7. KẾT LUẬN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1. Khái niệm về hệ thống TDMA 12 Hình 1.2. Khái niệm về hệ thống CDMA: 13 Hình 1.3. Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động 16 Hình 2.1- Mô hình hệ thống GSM 21 Hình 2.2. Phân vùng một vùng phục vụ MSC thành các vùng định vị và các ô 25 Hình 2.3. Gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định 27 Hình 2.4 . Gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động 29 Hình 2.5 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA 31 Hình 2.6. Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA 2000 32 Hình 2.7 Cấu trúc hệ thống HSCSD 35 39 Hình 2.8. Cấu trúc mạng GPRS 39 Hình 2.9. Mạng Backbone 43 Hình 2.10. Giao diện Gb mở kết nối PCU với SGSN 44 Hình 2.11. Giản đồ tín hiệu hai loại điều chế 47 Hình 3.1. Cấu trúc của UMTS 56 Hình 3.2 . Cấu trúc của UTRAN 58 Hình 3.3.Sắp xếp giữa các kênh vật lý chính, các kênh truyền tải 62 và các kênh logic 62 Hình 3.4. Thủ tục thiết lập cuộc gọi ở WCDMA 68 PHỤ LỤC A. CÁC TỪ VIẾT TẮT 1xEV- DO 3G 3GPP 3GPP2 1x Evolution – Data Optimized Third Generation Third Generation Global Partnership Project Third Generation Global Partnership Project 2 Pha 1- Tối ưu dữ liệu Thế hệ 3 Dự án hội nhập toàn cầu thế hệ 3 A. ACELP AGC AMR AMPS ARIB Algebraic Code Excited Linear Prediction Coder Automatic Gain Control Adaptive Multi-Rate codec Advanced Mobile Phone System Association of Radio Industry Board Bộ mã hoá đoán tuyến tính được kích thích bởi mã đại số. Bộ điều khiển tăng ích tự động Bộ mã hoá và giải mã đa tốc độ thích nghi Hệ thống điện thoại di động tiên tiến (Mỹ) Hiệp hội công nghiệp vô tuyến của Nhật Bản B. BER BLER BoD BPSK BSIC Bit Error Rate Block Error Rate Bandwidth on Demand Binary Phase Shift Keying Base station identity code Tốc độ lỗi bit. Tốc độ lỗi Block Băng thông theo yêu cầu Khoá dịch pha nhị phân. Mã nhận dạng trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm gốc C CDG CDMA CN CRC CRNC The CDMA Development Group Code Division Multiple Access Core Network Cylic Redundancy Check Controlling RNC Nhóm phát triển Truy nhập phân chia theo mã Mạng lõi Mã vòng kiểm tra dư thừa Bộ RNC đang phụ trách điều khiển D. DL DRNC DSSS Downlink Drift RNC Direct Sequence Spread Spectrum Đường xuống Bộ RNC điều khiển trôi Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp E. EDGE EIRP ETSI Enhanced Data Rates for Evolution Equivalent Isotropic Radiated Power European Telecommunication Standard Institute Các tốc độ dữ liệu tăng cường cho sự tiến hoá Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương Viện chuẩn hoá viễn thông Châu Âu F. FDD FDMA FER Frequency Division Duplex Frequency Division Multiple Access Frame Error Rate Phương thức song công phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia theo tần số Tỷ số lỗi khung G. GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ cổng GPRS GPRS GPS GSM General Packet Radio Service Global Positioning System Global System for Mobile Telecommunication Dịch vụ vô tuyến gói chung. Hệ thống định vị toàn cầu. Hệ thống viễn thông di động toàn cầu H. HCM HLR HSDPA HO Handover Completion Message Home Location Registor High Speed Downlink Packet Access Handover Thông điệp hoàn thành chuyển giao động toàn cầu Bộ đăng ký thường trú Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao Chuyển giao I. IMT-2000 IMT- MC IMT- DS IMT- TC IMT-SC IP ITU Iub Iur International Mobile Telecommunication 2000 IMT- Multicarrier IMT- Direct Sequence IMT- Time Code IMT – Single Carrier Internet Protocol International Telecommunication Union Thông tin di động toàn cầu 2000 IMT đa sóng mang. IMT trải phổ chuỗi trực tiếp IMT mã thời gian IMT đơn sóng mang. Giao thức Internet Liên hợp viễn thông quốc tế. Giao diện giữa RNC và nút B Giao diện giữa 2 RNC. L. LOS Line of sight Tầm nhìn thẳng ME Mobile Equipment Thiết bị di động MMS MRC MSC Multimedia Messaging Service Maximum Ratio Cobining Mobile Service Switching Centre Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện Kết hợp theo tỷ số lớn nhất Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động. O. OVSF Orthogonal Variable Spreading Factor Hệ số trải phổ biến đổi trực giao. P. PCU PN PSMM Packet Control Unit Pseudo Noise Pilot Strength Measurement Message Đơn vị điều khiển gói Giả tạp âm Thông điệp đo đạc cường độ kênh hoa tiêu Q. QPSK Quardrature Phase Phase Shift Keying Khoá dịch pha cầu phương. R. RAM RAT RNC RNS RRC RRM Radio Access Mode Radio Access Technology Radio Network Controller Radio Network subsystem Radio Resoure Control protocol Radio Resouse Management Chế độ truy nhập vô tuyến. Công nghệ truy nhập vô tuyến. Bộ điều khiển mạng vô tuyến. Phân hệ mạng vô tuyến Giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến Thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến. S. SFN SGSN System Frame Number Serving GPRS Support Node. Số hiệu khung hệ thống. Nút hỗ trợ GPRS phục vụ SHO SIP SIR SMS SNR SSDT SSMA Soft Handover Session Initiation Protocol Signal to Interference Ratio Short Messaging Service Signal to Noise Ratio Site Selection Diversity Transmission Spread Spectrum Multiple Access Chuyển giao mềm. Giao thức khởi tạo phiên Tỷ số tín hiệu trên nhiễu Dịch vụ nhắn tin ngắn. Tỷ số tín hiệu trên tạp âm Phát phân tập lựa chọn site Đa truy nhập trải phổ. T. TDD TDMA TPC TRHO Time Division Duplex Time Division Multiple Access Transmission Power Control Traffic Reason Handover Phương thức song công phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia theo thời gian Điều khiển công suất phát Chuyển giao với lý do lưu lượng U. UE UL UMTS USIM UTRAN User Equipment Uplink Universal Mobile Telecommunication System UMTS Subscriber Identify Module UMTS Terrestrial Radio Access Network Thiết bị người sử dụng Đường xuống Hệ thống viễn thông di động toàn cầu. Modul nhận dạng thuê bao UMTS Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS V. VLR VoIP Visitor Location Registor Voice Over Internet Protocol Bộ đăng ký tạm trú Truyền thoại qua giao thức Internet. W. WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng LỜI NÓI ĐẦU Thông tin liên lạc là một nhu cầu của bất kỳ một xã hội phát triển nào. Để đáp ứng nhu cầu liên lạc ngày càng cao của xã hội. Bắt đầu với các hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ analog, cho đến nay các mạng di động sử dụng công nghệ số đang được ứng dụng rộng rãi và phát triển vô cùng mạnh mẽ. Một xu hướng rõ nét trong lĩnh vực thông tin di động hiện nay là các nhà cung cấp dịch vụ ngoài việc mở rộng dung lượng khai thác hiện có thì việc áp dụng nghiên cứu cũng như xác định lộ trình phát triển công nghệ để tăng cường khả năng cung cấp đa dịch vụ tốt hơn đến khách hàng ngày càng được quan tâm nhiều hơn. Trong đó 3G - Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 chính là giải pháp công nghệ tiên tiến đang được các nhà khai thác mạng triển khai. Tại Việt Nam, trải qua hơn hai thập kỷ phát triển, cho đến nay cả nước đã có 7 nhà khai thác dịch vụ thông tin di động sử dụng công nghệ GSM và CDMA. Điều đó minh chứng cho sự phát triển không ngừng của hạ tầng mạng thông tin di động trong nước trong xu thể hội nhập Xuất phát từ định hướng này mà nhóm chọn đề tài nghiên cứu về “Mạng GSM và giải pháp nâng cấp lên 3G” gồm có 3 chương: Chương 1 : Lịch sử triển của hệ thống thông tin di động Chương 2 : Mạng GSM và giải pháp nâng cấp lên mạng 3G Chương 3 : Hệ thống thông tin di động WCDMA Chúng em xin chân thành cám ơn Giáo Viên Hướng Dẫn Phùng Thị Thanh đã giúp đỡ chúng em trong quá trình hoàn thành đồ án này. Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng trong việc hoàn thành đồ án nhưng với thời gian và trình độ có hạn nên đồ án còn có nhiều thiếu sót, chúng em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp và chỉ dẫn thêm từ các thầy cô và các bạn. Vinh , tháng 11 năm 2012 CHƯƠNG 1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Trong những năm gần đây, công nghệ không dây là chủ đề được nhiều chuyên gia quan tâm trong lĩnh vực máy tính và truyền thông. Trong thời gian này công nghệ này được rất nhiều người sử dụng và đã trải qua rất nhiều thay đổi. Quá trình thay đổi thể hiện qua các thế hệ:  Thế hệ không dây thứ nhất là thế hệ thông tin tương tự sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA).  Thế hệ thứ 2 sử dụng kỹ thuật số với công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo mã (CDMA).  Thế hệ thứ 3 ra đời đánh giá sự nhãy vọt nhanh chóng về cả dung lượng và ứng dụng so với các thế hệ trước đó, và có khả năng cung cấp các dịch vụ đa phương tiện gói. 1.1. Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1 - Hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ đa truy nhập theo tần số (FDMA : Frenquency Division Multiple Access) là hệ thống tế bào tương tự dung lượng thấp và chỉ có dịch vụ thoại, tồn tại là các hệ thống NMT ( Bắc Âu), TACS ( Anh ), AMPS ( Mỹ ). * Đặc điểm: - Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến. - Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể. - BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS. - Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản. Tuy nhiên hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ. Lúc này các nhà phát triển công nghệ di động trên thế giới nhận định cần phải xây dựng một hệ thống tế bào thế hệ 2 mà hoàn toàn sử dụng công nghệ số. 1.2. Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 - Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động [...]... tin di động 2.2.2 .Giải pháp nâng cấp Có hai giải pháp nâng cấp GSM lên thế hệ ba : một là bỏ hẳn hệ thống cũ, thay thế bằng hệ thống thông tin di động thế hệ ba; hai là nâng cấp GSM lên GPRS và tiếp đến là EDGE nhằm tận dụng được cơ sở mạng GSM và có thời gian chuẩn bị để tiến lên hệ thống 3G W-CDMA Giải pháp thứ hai là một giải pháp có tính khả thi và tính kinh tế cao nên đây là giải pháp được ưa chuộng... chương này sẽ đề cập đến đặc điểm ,cấu trúc mạng GSM và giải pháp nâng cấp lên 3G 2.1 MẠNG GSM * Khái niệm : GSM (Global System for Mobile Communication) - hệ thống viễn thông toàn cầu, sử dụng tần số 900 MHz cũng như 1800 MHz ở Châu Âu và 1900 MHz ở Bắc Mỹ GSM hỗ trợ truyền thoại với tốc độ 13 kbit/s và truyền số liệu với tốc độ 9,6 kbit/s Mạng GSM sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian... khác điểm giao tiếp với mạng PSTN của điện thoại cố định sẽ được thay thế bằng MSC/VLR khác ► Kết thúc cuộc gọi Khi MS tắt máy phát, một tín hiệu đặc biệt (tín hiệu đơn tone) được phát đến các trạm gốc và hai bên cùng giải phóng cuộc gọi MS tiếp tục kiểm tra tìm gọi thông qua kênh thiết lập mạnh nhất 2.2 GIẢI PHÁP NÂNG CẤP GSM lên 3G 2.2.1 Sự cần thiết nâng cấp mạng GSM lên 3G Để đáp ứng được các dịch... 100 km/h và tốc độ bit từ 1÷10 Mbit/s - Thế hệ thứ tư có tốc độ lên tới 34 Mbit/s đang được nghiên cứu để đưa vào sử dụng CHƯƠNG 2 MẠNG GSM VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CẤP LÊN 3G Giới thiệu Năm 1982, CEPT (Hiệp hội bưu chính viễn thông châu Âu) bắt đầu đưa ra chuẩn viễn thông kỹ thuật số châu Âu tại băng tần 900MHz, hỗ trợ truyền thoại với tốc độ 13 Kbit/s và truyền số liệu với tốc độ 9,6 kbit/s tên là GSM (Global... số liệu Gateway mới, được gọi là GGSN và SGSN GPRS là một giải pháp đã được chuẩn hoá hoàn toàn với các giao diện mở rộng và có thể chuyển thẳng lên 3G về cấu trúc mạng lõi - EDGE: Hệ thống 2,5G tiếp theo đối với GSM là EDGE EDGE áp dụng phương pháp điều chế 8PSK, điều này làm tăng tốc độ của GSM lên 3 lần EDGE là lý tưởng đối với phát triển GSM, nó chỉ cần nâng cấp phần mềm ở trạm gốc Nếu EDGE được... từ máy di động và các dịch vụ truyền thông đa phương tiện khác => các nhà khai thác GSM đang từng bước nâng cấp mạng GSM lên một hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 Con đường tiến tới 3G duy nhất của GSM là CDMA băng thông rộng Trong cấu trúc dịch vụ 3G cần có băng thông rất lớn và như thế cần nhiều phổ tần hơn Tuy nhiên việc loại bỏ hẳn công nghệ đang dùng để tiếp cận ngay mạng 3G là rất tốn kém... chọn giải pháp nâng cấp mạng GSM qua bước trung gian 2,5G để tạm thời đáp ứng nhu cầu của người sử dụng cũng như chuẩn bị cơ sở hạ tầng kỹ thuật sau đó mới tiến lên 3G Nói chung 2,5G bao gồm một hoặc tất cả các công nghệ sau: - Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD) - Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS) - Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GMS (EDGE) Lộ trình nâng cấp GSM lên W-CDMA như sau: GSM. .. cầu đồng thời đảm bảo tính kinh tế, hệ thống GSM sẽ được nâng cấp từng bước lên thế hệ ba Thông tin di động thế hệ ba có khả năng cung cấp dịch vụ truyền thông multimedia băng rộng trên phạm vi toàn cầu với tốc độ cao đồng thời cho phép người dùng sử dụng nhiều loại dịch vụ đa dạng Việc nâng cấp GSM lên 3G thực hiện theo các tiêu chí sau : ► Là mạng băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện... dựng dựa trên cơ sở mạng GSM, tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của các nhà khai thác mạng GSM Quá trình phát triển từ GSM lên WCDMA qua các giai đoạn trung gian, có thể được tóm tắt trong sơ đồ sau đây: Hình 2.5 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA - GPRS: GPRS cung cấp các kết nối số liệu chuyển mạch gói với tốc độ truyền lên tới 171,2Kbps (tốc độ số liệu đỉnh) và hỗ trợ giao thức... được vị trí của thuê bao ► Vùng mạng : Tổng đài vô tuyến cổng (Gateway - MSC) Các đường truyền giữa mạng GSM/ PLMN và mạng PSTN/ISDN khác hay các mạng PLMN khác sẽ ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế Tất cả các cuộc gọi vào mạng GSM/ PLMN sẽ được định tuyến đến một hay nhiều tổng đài gọi là tổng đài vô tuyến cổng (GMSC) GMSC làm việc như một tổng đài trung kế vào cho GSM/ PLMN Đây là nơi thực hiện . 23 2.1.3. Phương pháp đa truy cập trong GSM 25 2.1.4. Các thủ tục thông tin 26 2.2 . GIẢI PHÁP NÂNG CẤP GSM lên 3G 29 2.2.1. Sự cần thiết nâng cấp mạng GSM lên 3G 29 2.2.2 .Giải pháp nâng cấp 30 2.2.2.1. luận 17 CHƯƠNG 2 18 MẠNG GSM VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CẤP LÊN 3G 18 Giới thiệu 18 2.1. MẠNG GSM 18 2.1.1. Đặc điểm chung 18 2.1.2. Kiến trúc của hệ thống GSM 19 2.1.2.1 . Kiến trúc mạng 19 2.1.2.2. Kiến. ngừng của hạ tầng mạng thông tin di động trong nước trong xu thể hội nhập Xuất phát từ định hướng này mà nhóm chọn đề tài nghiên cứu về Mạng GSM và giải pháp nâng cấp lên 3G gồm có 3 chương: Chương