Khảo sát và lắp đặt trạm BTS 3G

Để đáp ứng nhucầu liên lạc ngày càng cao của xã hội, thông tin di động đã được nghiên cứu và phát triển từrất sớm, bắt đầu với các hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ analog, ch

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

THIẾT BỊ NOKIA SIEMENS

TP Hồ Chí Minh Ngày tháng năm 2012

NHẬN XÉT CỦA CƠ QUAN THỰC TẬP

Sinh viên thực hiện : MAI THANH MINH

Đơn vị thực tập : Chi nhánh Công Công ty Cổ phần Viễn thông Tin học Bưu điện

Cán bộ hướng dẫn : Trương Quang Thành

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

TP.Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2012

Ký tên

LỜI CÁM ƠN

Bài báo cáo thực tập này là kết quả của 8 tuần làm việc tại Chi nhánh Công ty Cổ phần Viễn thông Tin học Bưu điện Để có được kết quả này em xin gửi lời cám ơn chân thành đến cán bộ giảng viên trường ĐH Công Nghiệp TP.HCM đã truyền đạt cho em nhưng kiến thức quý báu Đồng thời em cũng xin gửi lời cám ơn đến ban lãnh đạo Chi nhánh Công ty Cổ phần Viễn thông Tin học Bưu điện đã tạo điều kiện cho em được thực tập tại công ty trong suất thời gian qua Đặc biệt em xin cán ơn kỹ sư Trương Quan Thành và các cán bộ kỹ sư tại chi nhánh công ty đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện

để em được có cơ hội đi thực tế công trường thi công và tiếp xúc các tài liệu liên quan để

em hoàn thành tốt cuốn thực tập này Một lần nữa em xin chân thành cám ơn

Sinh viên thực hiện:

MAI THANH MINH

LỜI MỞ ĐẦUThông tin liên lạc là một nhu cầu của bất kỳ một xã hội phát triển nào Để đáp ứng nhucầu liên lạc ngày càng cao của xã hội, thông tin di động đã được nghiên cứu và phát triển từrất sớm, bắt đầu với các hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ analog, cho đến naycác mạng di động sử dụng công nghệ số đang được ứng dụng rộng rãi và phát triển vô cùngmạnh mẽ Một xu hướng rõ nét trong lĩnh vực thông tin di động hiện nay là các nhà cung cấpdịch vụ ngoài việc mở rộng dung lượng khai thác hiện có thì việc áp dụng nghiên cứu cũngnhư xác định lộ trình phát triển công nghệ để tăng cường khả năng cung cấp đa dịch vụ tốthơn 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 mạng triển khai

Tại Việt Nam, trải qua hơn hai thập kỷ phát triển, cho đến nay cả nước đã có 7 nhàkhai thác dịch vụ thông tin di động sử dụng công nghệ GSM và CDMA Điều đó minh chứngcho cho sự phát triển không ngừng của hạ tầng mạng thông tin di động trong xu thể hội nhập.Thực tế trên thị trường tại Việt Nam cho thấy, đến nay các mạng di động sử dụng công nghệGSM đang chiếm ưu thế tuyệt đối về số lượng thuê bao di động Với số lượng thuê bao pháttriển lớn mạnh như vậy trong thời gian qua cùng với việc cạnh tranh khóc liệt giữa các nhàkhai thác dịch vụ thông tin di động thì hạ tầng mạng thông tin di động 2G & 2,5G đã đượckhai thác tối đa cho các dịch vụ truyền thống

Cùng hòa chung với sự tăng trưởng mạnh không ngừng của phát triển kinh tế xã hộiViệt Nam nói chung và thị trường viễn thông nói riêng, trong những năm qua với nhiều bướcphát triển vượt bậc về số lượng thuê bao và các dịch vụ đa phương tiện, đã đưa nhà mạngphải tính đến chuyện không ngừng phát triển mạng thông tin di động hiện tại và phải thiếtlập một thế hệ thông tin di động mới dựa trên cơ sơ hạ tầng của mạng hiện tại Mạng thôngtin di động thế hệ thứ 3 ra đời (3G) đáp ứng đáp ứng như cầu sử dụng dịch vụ ngày càng khótính của người dùng

Tìm hiểu về hệ thống 3G là một đề tài rộng lớn và đang rất được quan tâm hiện nay.Tuy nhiên, do quá trình thời gian và phạm vi thực tập có hạn nên bài báo cáo này chỉ tậptrung tìm hiểu về một phần hệ thống vô tuyến 3G của Mobifone (NodeB) Với những hạn chế

đó, bài báo cáo không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được những góp ý quý báucủa các Thầy và các bạn để bài báo cáo được hoàn thiện hơn Quyển thực tập gồm 5 chương:

Chương I : Giới thiệu về Công ty Cổ phần Viễn thông – Tin học Bưu điện ( CT-IN)Chương II : Tổng quan về mạng 3G WCDMA

Chương III: Công nghệ đa truy nhập của WCDMA

Chương IV: Giao diện vô tuyến của WCDMA UMTS

Chương V : Khảo sát và lắp đặt trạm Node B

PHỤ LỤC

MỤC LỤC HÌNH VẼ

GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY CỔ PHẦN VIỄN THÔNG – TIN HỌC BƯU ĐIỆN ( VIẾT TẮT: CT-IN)

1.1 Giới thiệu chung

CT-IN là đơn vị đầu ngành của tập đoàn Bưu chính Viễn Thông Việt Nam trong lĩnhvực cung cấp sản phẩm, dịch vụ và giải pháp viễn tin thông tin học

Kể từ ngày thành lập 1972 sự phát triển mạnh mẽ của CT-IN đạt được là nhờ vào chấtlượng sản phẩm và dịch vụ cung cấp cho khánh hàng Chúng tôi luôn suy nghĩ và hành độngnhằm giải quyết các vấn đề của khách hàng đặt ra một cách hiệu quả nhất Điều đó thể hiệnniềm tin từ các bưu điện tỉnh thành, các nhà khai thác cung cấp dịch vụ trong và ngoài ngành

Để xây dựng uy tính của CT-IN chúng tôi luôn coi trong công tác quản lý doanhnghiệp, mọi hoạt động điều hướng tới thực hiện tốt, năng động và hiệu quả các dự án vớikhách hàng

CT-IN đặc biệt coi trọng việc đầu tư cho kỹ thuật, đổi mới công nghệ, với môi trường

và làm việc tốt nhất, phục vụ nghiêng cứu ứng dụng, lắp đặt, bảo dưỡng các thiết bị viễnthông và tin học

Yếu tố quan trọng dẫn đến thành công trong kinh doanh của CT-IN là sự chủ đôngquan hệ hợp tác với các đối tác trong và ngoài nước Các mối quan hệ cởi mở chân thành đã

hỗ trợ cho CT-IN nắm bắt được các công nghệ mới, đáp ứng tốt nhất cho mọi nhu cầu củakhách hàng

CT-IN đã được biết đến rất nhiều trong lĩnh vực viễn thông tin học, điều đó khẳngđịnh sự thành công của CT-IN trong hiện tại và tương lai

1.2 Lĩnh vực sản suất kinh doanh của CT-IN

1.2.1 Cung cấp thiết bị viễn thông, công nghệ thông tin

Kinh doanh xuất nhập khẩu thiết vị viễn thông, công nghệ thông tin bao gồm thiết bịtruyền dẫn quang, truyền dẫn viba, thiết bị truy nhập đa dịch vụ, đa phương tiện, thiết bị đầucuối, máy trạm, máy chủ, các thiết bị mạng ( định tuyến, chuyển mạch, tường lửa…) và cácthiết bị phục vụ mạng thông tin di động Wimax, NGN…

Kinh doanh xuất nhập khẩu các phần mền bao gồm các hệ điều hành, phần mềm ứngdụng BCCS ( billing Customer Care System)

Kinh doanh xuất nhập khẩu các vật tư khác phục vụ mạng viễn thông và công nghệthông tin như cáp các loại, vật tư, nguồn…

1.2.2 Sản xuất thiết bị phục vụ mạng viễn thông, công nghệ thông tin, phần mềm ứng dụng

người, bộ gá ăng ten, tử rack, cầu cáp…

Sản xuất các phần mền ứng dụng trong các lĩnh vực quản lý khai thác và các và dịch

vụ giá trị gia tăng trên mạng viễn thông, internet…

Gia công phần mềm ứng dụng

1.2.3 Cho thuê cơ sở hạ tầng, thiết bị viễn thông, công nghệ thông tin

Cho thuê nhà trạm cho các mạng di động

Cho thuê hoạt động các thiết bị viễn thông, công nghệ thông tin như: Truyền dẫnquang, truyền dẫn viba, truy nhập đa dịch vụ, router, Data center

Cho thuê cở sở hạ tầng hệ thống phủ sóng trong các tòa nhà cao tầng, nhà ga, hầm…

1.2.4 Cung cấp dịch vụ trong lĩnh vực viễn thông, công nghệ thông tin

Lắp đặt từng phần, hạng mực hoặc các dự án chìa khóa trao tay các dự án viễn thông,công nghệ thông tin: Như lắp đặt thiết bị viba, truyền dẫn quang, tổng đài, truy nhập, thiết bịmạng di động( BTS, BSC, MSC, Node B, RNC) các thiết bị mạng như router, switch

Bảo trì bảo dưỡng thiết bị viễn thông: truyền dẫn quang, truyền dẫn viba, tổng đài, truynhập đa dịch vụ như DSLAM, BRAS, server…

1.2.5 Thực hiện tư vấn trong lĩnh vực viễn thông, tin học

Lập dự án, thiết kế, tư vấn mạng viễn thông, công nghệ thông tin

Tích hợp hệ thống theo yêu cầu

1.3 Sơ đồ tổ chức của Công ty Cổ phần Viễn thông Tin học Bưu điện

Thành phần chính gồm: Đại hội cổ đông, Hội đồng quản trị, Tổng giám đốc, Phó tổnggiám đốc, ban kiểm soát

Các phòng ban gồm: Trung tâm công nghệ NGN, trung tâm tích hợp mạng di động,trung tâm công nghệ viễn thông, trung tâm tin học, xưởng lắp ráp cơ khí điện tử, phòng kinhdoanh, phòng tài chính, phòng viễn thông tin học, phòng hành chính quản trị, chi nhánh công

ty tại Thành phố Hồ Chí minh

Hình I 1 Sơ đồ tổ chức Công ty Cổ phần Viễn thông Tin học Bưu điện

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC

MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2.1 Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động

2.1.1 Hệ thống thông tin thế hệ đầu tiên

Hệ thống thông tin di động thế hệ đầu tiên đã sử dụng phương thức truyền dẫn tương

tự với các dịch vụ thoại Năm 1979 hệ thống thông tin di động đầu tiên trên thế giới đã đượcđưa vào hoạt động bởi Nippon Telephone and Telegraph ở Tokyo, Japan Hệ thống đã sửdụng 600 kênh hai chiều trên phổ rộng 30 MHz ở băng tần 800 Mhz, với khoảng cách cáckênh là 25 KHz Hai năm sau kỷ nguyên di động tế bào đã hướng tới châu Âu Hai đại diệncho hệ thống tương tự này là Noric Mobile Telephone( NMT) và Total AccessCommunication System( TACS) Năm 1981, hệ thống NMT-450 đã được thương mại hoá bởiNMT ở Scandinavia Hệ thống hoạt động ở dải tần 450 MHz và 900 MHz với băng thôngtổng cộng là 10 MHz TACS, được ra mắt tại Anh vào năm 1982, hoạt động tại tần số 900MHz với băng tần dành cho mỗi đường là 25 MHz và băng thông mỗi kênh là 25 kHz TACSđược mở rộng triển khai vào năm 1985 Ngoài NMT và TACS, một số hệ thống tương tựkhác cũng đã được giới thiệu vào năm 1980 trên toàn Châu Âu Tất cả các hệ thống này cungcấp khả năng chuyển vùng và chuyển giao nhưng mạng di động tế bào lại không cho phépliên kết nối giữa các quốc gia Đây là một trong những khó khăn không thể tránh khỏi củamạng di động thế hệ đầu tiên Tại Hoa Kỳ, mạng điện thoại di động AMPS (AdvancedMobile Phone System) được đưa ra vào năm 1982 Hệ thống được phân bổ một băng thông

40 MHz trong dải tần từ 800 đến 900 MHz Đến những năm 1980 các hệ thống thông tin diđộng ngày trở nên quá tải do số lượng người dùng ngày càng tăng

2.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2

Hệ thống di động thế hệ thứ 2 được giới thiệu vào cuối những năm 1980 Các hệ thốngthông tin di động thế hệ thứ 2 gồm: GSM (Global System for Mobile Communication) đượctriển khai ở châu Âu Tại Hoa Kỳ, đã có 3 dòng phát triển của hệ thống di động tế bào số Hệthống đầu tiên, được giới thiệu vào năm 1991, đó là IS-54 (North America TDMA DigitalCellular), trong đó có một phiên bản mới hỗ trợ các dịch vụ bổ sung (IS 136) được giới thiệuvào năm 1996 Trong đó, IS-95 đã được triển khai vào năm 1993 Sự uỷ nhiệm truyền thôngliên bang Mỹ Federal Communications Commision (FCC) cũng bán đấu giá một khối phổmới trong dải tần 1900 MHz (PCS), cho phép GSM 1900 nhập vào thị trường Mỹ Ở NhậtBản, hệ thống Personal Digital Celluar (PDC), ban đầu được biết đến như là JDC (JapaneseDigital Cellular) bước đầu được định nghĩa vào năm 1990 Dịch vụ thương mại đã được bắtđầu bởi NTT vào năm 1993 ở băng tần 800 MHz và năm 1994 ở băng tần 1,5 GHz

Ngày nay, hệ thống di động tế bào số thế hệ thứ hai vẫn chiếm ưu thế trong ngày côngnghiệp di động trên toàn thế giới Tuy nhiên, họ đang tiến triển theo hướng hệ thống thế hệthứ ba (3G) vì những nhu cầu về lưu lượng di động và sự xuất hiện của các loại hình dịch vụmới Các hệ thống mới, chẳng hạn như là HSCSD (High Speed Circuit Switched Data),GPRS (General Packet Radio Service), và IS 95B, thường được gọi chung là thế hệ 2,5(2,5G) HSCSD, GPRS và EDGE tất cả đều dựa trên nền tảng của hệ thống GSM ban đầu.HSCSD là sự cải tiến đầu tiên của giao tiếp vô tuyến GSM: Nó bó các khe thời gian GSM đểcho ra một tốc độ dữ liệu tối đa về mặt lý thuyết là 57,6 Kbit/s ( 4 x 14.4 bit/s) HSCSD cungcấp cả 2 loại hình dịch vụ đối xứng và bất đối xứng và nó được triển khai tương đối dễ dàng.Tuy nhiên, HSCSD không dễ dàng về mặt giá cả cạnh tranh Sau HSCSD, GPRS là bước pháttriển tiếp theo của giao tiếp vô tuyến GSM Ngoài bó các khe thời gian, thì 4 sơ đồ mã hoákênh mới được đề xuất GPRS cung cấp “always on” các gói dữ liệu chuyển mạch gói vớibăng thông chỉ được sử dụng khi cần thiết Vì vậy, GPRS cho phép GSM truy xuất Internetvới hiệu suất phổ cao bằng cách sử dụng các khe thời gian khác nhau giữa các User Về mặt

lý thuyết, GPRS có thể hỗ trợ tốc độ dữ liệu lên tới 160 Kbit/s (hiện tại GPRS cung cấp 40Kbit/s) Triển khai GPRS không dễ dàng như là HSCSD vì mạng lõi cần phải được nâng cấptốt

EDGE sử dụng cấu trúc vô tuyến GSM và khung TDMA nhưng với một sơ đồ điềuchế mới, 8QPSK, thay vì GMSK, qua đó tăng gấp 3 lần so với GSM thông qua việc sử dụngcùng một băng thông EDGE kết hợp với GPRS sẽ cung cấp tốc độ dữ liệu cho mỗi User lên

Hình II 1 Sự phát triển của các mạng di động

2.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3

Hệ thống thông tin di động chuyển từ thế hệ 2 sang thế hệ 3 qua một giai đoạn trunggian là thế hệ 2,5 sử dụng công nghệ TDMA trong đó kết hợp nhiều khe hoặc nhiều tần sốhoặc sử dụng công nghệ CDMA trong đó có thể chồng lên phổ tần của thế hệ hai nếu không

sử dụng phổ tần mới, bao gồm các mạng đã được đưa vào sử dụng như: GPRS, EDGE vàCDMA2000-1x Ở thế hệ thứ 3 này các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thànhmột tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s Để phân biệtvới các hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay, các hệ thống thông tin di động thế hệ 3gọi là các hệ thống thông tin di động băng rộng

- W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là sự nâng cấp của các hệ

thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, IS-136

- CDMA2000 là sự nâng cấp của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng côngnghệ CDMA: IS-95

Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3:

Thông tin di động thế hệ thứ 3 xây dựng trên cơ sở IMT-2000 được đưa vào phục vụ

từ năm 2001 Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng cũng đồng thờibảo đảm sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ 2

 Tốc độ của thế hệ thứ ba được xác định như sau:

- 384 Kb/s đối với vùng phủ sóng rộng

- 2 Mb/s đối với vùng phủ sóng địa phương

 Các tiêu chí chung để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba (3G):

- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau:

+ Đường lên : 1885-2025 MHz

+ Đường xuống : 2110-2200 MHz

- Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến:

+ Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến

+ Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông

- Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau: Trong công sở, ngoài đườngtrên xe, vệ tinh

- Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:

+Môi trường thông tin nhà ảo (VHE: Virtual Home Environment) trên

cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu.

+Đảm bảo chuyển mạng quốc tế

+Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệuchuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói

- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

a) Cấu trúc mạng thông tin di động thế hệ thứ 3 UMTS

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 vôtuyến (UTRAN ), trong đó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứng của mạng GPRS cònmạng truy nhập vô tuyến là phần nâng cấp của W-CDMA Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống,trong W-CDMA còn có thiết bị người sử dụng (UE) thực hiện giao diện người sử dụng với hệthống Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đều bao gồm những giao thức mới đượcthiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến WCDMA, trái lại mạng lõi được định nghĩa hoàn toàndựa trên GSM Điều này cho phép hệ thống W-CDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ

sở công nghệ GSM

• UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)

Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truynhập vô tuyến UTRAN gồm hai phần tử :

- Nút B : Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu Nó cũngtham gia quản lý tài nguyên vô tuyến

- Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC : Có chức năng sở hữu và điều khiển các tàinguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B được kết nối với nó) RNC còn là điểm truy cập tất

cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN

• CN (Core Network)

- HLR (Home Location Register) : Là thanh ghi định vị thường trú lưu giữ thông tinchính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng Các thông tin này bao gồm : Thông tin về cácdịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và các thông tin về dịch vụ bổ sungnhư : trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi

Hình II 3 Cấu trúc của mạng UMTS

- MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register) : Là tổngđài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vịtrí của nó MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh VLR có chức nănglưu giữ bản sao về lý lịch người sử dụng cũng như vị trí chính xác của UE trong hệ thốngđang phục vụ.

- GMSC (Gateway MSC) : Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài

- SGSN (Serving GPRS) : Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho cácdịch vụ chuyển mạch gói (PS)

- GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Có chức năng như GMSC nhưng chỉ phục

vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói

• 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

• Các giao diện vô tuyến

- Giao diện CU : Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao diện này tuântheo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh

- Giao diện UU : Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệthống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS

- Giao diện IU : Giao diện này nối UTRAN với CN , nó cung cấp cho các nhà khaithác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau

- Giao diện IUr : Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khácnhau

- Giao diện IUb : Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC IUb được tiêuchuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn

b) Hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo:

Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 sang thế hệ 4 qua giai đoạn trung gian làthế hệ 3,5 có tên là mạng truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA Thế hệ 4 là côngnghệ truyền thông không dây thứ tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điềukiện lý tưởng lên tới 1 cho đến 1.5 Gb/giây Công nghệ 4G được hiểu là chuẩn tương lai củacác thiết bị không dây Các nghiên cứu đầu tiên của NTT DoCoMo cho biết, điện thoại 4G cóthể nhận dữ liệu với tốc độ 100 Mb/giây khi di chuyển và tới 1 Gb/giây khi đứng yên, chophép người sử dụng có thể tải và truyền lên hình ảnh động chất lượng cao Chuẩn 4G chophép truyền các ứng dụng phương tiện truyền thông phổ biến nhất, góp phần tạo nên cácnhững ứng dụng mạnh mẽ cho các mạng không dây nội bộ (WLAN ) và các ứng dụng khác.Thế hệ 4 dùng kỹ thuật truyền tải truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM, là kỹ thuậtnhiều tín hiệu được gởi đi cùng một lúc nhưng trên những tần số khác nhau Trong kỹ thuật

OFDM, chỉ có một thiết bị truyền tín hiệu trên nhiều tần số độc lập (từ vài chục cho đến vàingàn tần số) Thiết bị 4G sử dụng máy thu vô tuyến xác nhận bởi phần mềm SDR (Software -Defined Radio) cho phép sử dụng băng thông hiệu quả hơn bằng cách dùng đa kênh đồngthời Tổng đài chuyển mạch mạng 4G chỉ dùng chuyển mạch gói, do đó, giảm trễ thời giantruyền và nhận dữ liệu.

CHƯƠNG III:

CÁC CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP CỦA WCDMA UMTS 3.1 Tổng quan về công nghệ đa truy nhập

3.1.1 Nguyên lý trải phổ (CDMA)

Hệ thống truyền thông số được thiết kế để tối đa hóa dung lượng sử dụng Từ nguyêntắc dung lượng kênh của shannon được biểu diễn ở (hình II.1), hiển nhiên rằng dung lượngkênh có thể tăng lên bằng cách tăng băng thông kênh

(3.1)Trong đó B là băng thông (Hz), C là dung lượng kênh (bit/s), S là công suất tính hiệu

và N là công suất nhiễu Do đó, đối với một tỉ số S/N cụ thể ( Signal to Noise ratio:SNR),dung lượng sẽ tăng lên nếu băng thông sử dụng để truyền thông tin được tăng lên CDMA làmột công nghệ trải phổ của tín hiệu băng hẹp thành tín hiệu băng rộng trước khi truyền.CDMA thường được gọi là Spreed - Spectrum Multip Access (SSMA)

Tỉ số của băng thông truyền và băng thông dữ liệu được gọi là độ lợi xử lý (cũng đượcgọi là hệ số trải phổ) hoặc (3.2)

Trong đó là băng thông truyền thực tế , là băng thông của tín hiệu mang thông tin, B

là băng thông RF và R là tốc độ thông tin dữ liệu Tỷ số S/N liên quan đến tỷ số , trong đó lànăng lượng của một bit và là mật độ phổ công suất nhiễu điều này dẫn đến:

(3.3)

Do vậy, đối với yêu cầu cố định, độ lợi xử lý cao thì tỉ số S/N phải nhỏ Trong hệ thống CDMA đầu tiên IS 95, băng thông truyền là 1,25 MHz Trong hệ thống WCDMA băngthông truyền là 5 MHz

Trong CDMA, mỗi user được gán một chuỗi mã duy nhất( mã trải phổ) được sử dụng

để trải tín hiệu băng hẹp thành tín hiệu băng rộng trước khi được truyền đi Đối với máy thu,

do biết được chuỗi mã đối với mỗi User nên nó có thể giải mã phục hồi lại dữ liệu ban đầu

3.1.2 Trải phổ và giải trải phổ

Trải phổ và giải trải phổ là những hoạt động cơ bản nhất của hệ thống DS-CDMA,được đưa ra ở (hình III.1) Dữ liệu người dùng ở đây được giả sử là điều chế BPSK với tốc độchuỗi bit là R Nguyên lý trải phổ là nhân mỗi bit dữ liệu người dùng với một chuỗi mã chu

kỳ n bit, được gọi là chips.Ở đây, n=8, do đó hệ số trải phổ là 8 Dữ liệu sau khi trải phổ cótốc độ là 8 × R và nó có cùng dạng ngẫu nhiên giống như là mã trải phổ Sự gia tăng tốc độ

dữ liệu bằng hệ số 8 tương ứng với sự mở rộng phổ đang sử dụng của tín hiệu dữ liệu ngườidùng Tín hiệu băng rộng sau đó sẽ được truyền đi thông qua một kênh vô tuyến đến đầu cuốinhận

Trong giải trải phổ, tín hiệu cao tần nhận được từ máy thu sẽ được nhân trở lại với

một chuỗi mã giống hệt như trong quá trình trải phổ.Như được hiển thị trên hình, dữ liệungười dùng ban đầu đã được phục hồi hoàn toàn.

3.1.3 Đa truy xuất

Mạng truyền thông di động là một hệ thống đa người dùng, trong đó một số lượng lớnngười sử dụng cùng chia sẻ chung một tài nguyên vật lý để truyền và nhận thông tin Khảnăng đa truy xuất là một trong những thành phần cơ bản Việc trải phổ tín hiệu được truyềncho một tính khả thi về đa truy xuất của hệ thống CDMA (Hình III.2) đưa ra ba công nghệ đatruy xuất khác nhau đó là : CDMA, TDMA, FDMA

Trong FDMA (Fequency Devision Multiple Access), các tín hiệu của các User khácnhau được truyền trong mỗi kênh khác nhau với một tần số điều chế khác nhau Trong

Hình III 1 Trải phổ và giải trải phổ

Hình III 2 Các công nghệ đa truy nhập

TDMA (Time Division Multiple Access), tín hiệu của các User khác nhau được truyền trongcác khe thời gian khác nhau Với hai công nghệ trên, số User tối đa có thể chia sẻ các kênhvật lý đồng thời là cố định Tuy nhiên, trong CDMA, tín hiệu của các User khác nhau đượctruyền trên cùng một băng tần tại cùng một thời gian Mỗi tín hiệu của User này như là nhiễuđối với tín hiệu của User khác và do đó dung lượng của hệ thống CDMA có mối liên quanchặt chẽ đến cấp độ nhiễu: không có số lượng tối đa cố định, do đó, dung lượng giới hạnmềm được đưa vào sử dụng Hình III.3 đưa ra một ví dụ về cách 3 User có thể truy xuất đồngthời trong một hệ thống CDMA Tại đầu thu, User 2 thực hiện giải trải phổ tín hiệu thông tincủa nó trở lại dạng tín hiệu băng hẹp, nhưng các User khác không làm được Điều này là bởimối tương quan chéo giữa mã của User chủ định và mã của các User khác là rất nhỏ: mạch dòchỉ đặt công suất của tín hiệu chủ định và một phần nhỏ tín hiệu từ các User khác vào trongbăng thông thông tin Độ lợi xử lý, cùng với bản chất băng rộng của quá trình xử lý đã đưa ranhững lợi ích của hệ thống CDMA, như là dung lượng mềm và hiệu suất phổ cao Tuy nhiên,tất cả những lợi ích này đòi hỏi việc sử dụng chuyển giao mềm và điều khiển công suất chặtchẽ để tránh tín hiệu của một User che khuất tín hiệu của User khác

3.1.4 Các đặc điểm chính của công nghệ WCDMA

WCDMA (Wideband CDMA) là công nghệ thông tin di động thế hệ ba giúp tăng tốc

độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách dùng kỹ thuật CDMA hoạt động ở băngtần rộng thay thế cho TDMA Trong các công nghệ thông tin di động thế hệ ba thì WCDMA

Hình III 3 Nguyên lý đa truy xuất trải phổ

nhận được sự ủng hộ lớn nhất nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểudịch vụ khác nhau đặc biệt là dịch vụ tốc độ bit thấp và trung bình.

WCDMA có các đặc điểm cơ bản sau :

- Là hệ thống đa truy cập phân chia theo mã trải phổ trực tiếp, có tốc độ bit lêncao (lên đến 2 Mbps)

- Tốc độ chip 3,84 Mcps với độ rộng sóng mang 5 MHz, do đó hỗ trợ tốc độ dữliệu cao đem lại nhiều lợi ích như độ lợi đa phân tập

- Hỗ trợ tốc độ người sử dụng thay đổi liên tục Mỗi người sử dụng cung cấpmột khung, trong khung đó tốc độ dữ liệu giữ cố định nhưng tốc độ có thể thay đổi từ khungnày đến khung khác

- Hỗ trợ hai mô hình vô tuyến FDD và TDD Trong mô hình FDDsóng mang 5 MHz sử dụng cho đường lên và đường xuống, còn trong mô hình TDD sóngmang 5 MHz chia xẻ theo thời gian giữa đường lên và đường xuống

- WCDMA hỗ trợ hoạt động không đồng bộ của các trạm gốc, do đó dễ dàngphát triển các trạm gốc vừa và nhỏ

- WCDMA sử dụng tách sóng có tham chiếu đến sóng mang dựa trên kênh hoatiêu, do đó có thể nâng cao dung lượng và vùng phủ

- WCDMA được thiết kế dễ dàng nâng cấp hơn các hệ thống CDMAnhư tách sóng đa người sử dụng, sử dụng ăng ten thông minh để nâng cao dung lượng vàvùng phủ

- WCDMA được thiết kế tương thích với GSM để mở rộng vùng phủ sóng vàdung lượng của mạng

- Lớp vật lý mềm dẻo dễ thích hợp được tất cả thông tin trên một sóng mang

- Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1

- Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến

Nhược điểm chính của W_CDMA là hệ thống không cho phép trong băng TDD phátliên tục cũng như không tạo điều kiện cho các kỹ thuật chống nhiễu các môi trường làm việckhác nhau Hệ thống thông tin di động thế hệ ba WCDMA có thể cung cấp các dịch vụ vớitốc độ bit lên đến 2 Mbps Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn đối xứng và khôngđối xứng, thông tin điểm đến điểm và thông tin đa điểm Với khả năng đó, các hệ thống thôngtin di động thế hệ ba có thể cung cấp dễ dàng các dịch vụ mới như: điện thoại thấy hình, tải

dữ liệu nhanh, ngoài ra nó còn cung cấp các dịch vụ đa phương tiện khác

CHƯƠNG IV:

GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA WCDMA UMTS

4.1 Tổng quan về giao diện vô tuyến WCDMA UMTS

WCDMA UMTS là một trong các tiêu chuẩn của IMT-2000 nhằm phát triển của GSM

để cung cấp các khả năng cho thế hệ ba WCDMA UMTS sử dụng mạng đa truy nhập vôtuyến trên cơ sở W-CDMA và mạng lõi được phát triển từ GSM/GPRS W-CDMA có thể cóhai giải pháp cho giao diện vô tuyến: ghép song công phân chia theo tần số (FDD: FrequencyDivision Duplex) và ghép song công phân chia theo thời gian (TDD: Time Division Duplex)

Cả hai giao diện này đều sử dụng trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-CDMA) Giải pháp thứ nhất sẽđược triển khai rộng rãi còn giải pháp thứ hai chủ yếu sẽ được triển khai cho các ô nhỏ(Micro và Pico) Hiện nay mới chỉ có WCDMA/FDD được triển khai vì thế trong phần này

Giải pháp TDD sử dụng các tần số nằm trong dải 1900 đến 1920 MHz và từ 2010MHz đến 2025 MHz; ở đây đường lên và đường xuống sử dụng chung một băng tần

Giao diện vô tuyến của CDMA/FDD hoàn toàn khác với GSM và GPRS, CDMA sử dụng phương thức trải phổ chuỗi trực tiếp với tốc độ chip là 3,84 Mcps TrongWCDMA mạng truy nhập vô tuyến được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio AccessNetwork) Các phần tử của UTRAN rất khác với các phần tử ở mạng truy nhập vô tuyến củaGSM Vì thế khả năng sử dụng lại các BTS và BSC của GSM là rất hạn chế Một số nhà sảnxuất cũng đã có kế hoạch nâng cấp các GSM BTS cho WCDMA Đối với các nhà sản suấtnày có thể chỉ tháo ra một số bộ thu phát GSM từ BTS và thay vào đó các bộ thu phát mớicho WCDMA Một số rất ít nhà sản suất còn lập kế hoạch xa hơn Họ chế tạo các BSC đồngthời cho cả GSM và WCDMA Tuy nhiên đa phần các nhà sản suất phải thay thế GSM BSCbằng RNC mới cho WCDMA

W-W-CDMA sử dụng rất nhiều kiến trúc của mạng GSM, GPRS hiện có cho mạng củamình Các phần tử như MSC, HLR, SGSN, GGSN có thể được nâng cấp từ mạng hiện có để

hỗ trợ đồng thời WCDMA và GSM

Giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD được xây dựng trên ba kiểu kênh: kênh logic,kênh truyền tải và kênh vật lý Kênh logic được hình thành trên cơ sở đóng gói các thông tin

từ lớp cao trước khi sắp xếp vào kênh truyền tải Nhiều kênh truyền tải được ghép chúng vàokênh vật lý Kênh vật lý được xây dựng trên công nghệ đa truy nhập CDMA kết hợp vớiFDMA/FDD Mỗi kênh vật lý được đặc trưng bởi một cặp tần số và một mã trải phổ

4.1.1 Kiến trúc ngăn xếp giao thức của giao diện vô tuyến WCDMA/FDD

Ngăn xếp giao thức của giao diện vô tuyến bao gồm 3 lớp giao thức:

•Lớp vật lý (L1) Đặc tả các vấn đề liên quan đến giao diện vô tuyến như điều chế và

Hình IV 1 Kiến trúc giao thức vô tuyến cho UTRA FDD

Lớp 3 và RLC được chia thành hai mặt phẳng: mặt phẳng điều khiển (C-Plane) và mặtphẳng người sử dụng (U-Plane) PDCP và BMC chỉ có ở mặt phẳng U.

Trong mặt phẳng C lớp 3 bao gồm RRC (Radio Resource Control: điều khiển tàinguyên vô tuyến) kết cuối tại RAN và các lớp con cao hơn: MM (Mobility Management) và

CC (Connection Management), GMM (GPRS Mobility Management), SM (SessionManagement) kết cuối tại mạng lõi (CN)

Lớp vật lý là lớp thấp nhất ở giao diện vô tuyến Lớp vật lý được sử dụng để truyềndẫn ở giao diện vô tuyến Mỗi kênh vật lý ở lớp này được xác định bằng một tổ hợp tần số,

mã ngẫu nhiên hoá (mã định kênh) và pha (chỉ cho đường lên) Các kênh được sử dụng vật lý

để truyền thông tin của các lớp cao trên giao diện vô tuyến, tuy nhiên cũng có một số kênhvật lý chỉ được dành cho hoạt động của lớp vật lý

Để truyền thông tin ở giao diện vô tuyến, các lớp cao phải chuyển các thông tin nàyqua lớp MAC đến lớp vật lý bằng cách sử dụng các kênh logic MAC sắp xếp các kênh nàylên các kênh truyền tải trước khi đưa đến lớp vật lý để lớp này sắp xếp chúng lên các kênh vậtlý

DL: Downlink: đường xuống; UL: Uplink: đường lên

OCQPSK (HPSK): Orthogonal Complex Quadrature Phase Shift Keying (Hybrid PSK) =khóa chuyển pha vuông góc trực giao

CS-ACELP: Conjugate Structure-Algebraic Code Excited Linear Prediction = Dự báo tuyếntính kích thích theo mã lđại số cấu trúc phức hợp

3GPP: Third Generation Parnership Project: Đề án của các đối tác thế hệ ba

ETSI: European Telecommunications Standards Institute: Viện tiêu chuẩn viễn thông ChâuÂu

ARIB: Association of Radio Industries and Business: Liên hiệp công nghiệp và kinh doanh

vô tuyến

4.1.3 Quy hoạch tần số cho WCDMA

Các băng tần sử dụng cho WCDMA FDD trên toàn cầu được cho trên hình 3.2a.WCDMA sử dụng phân bố tần số quy định cho IMT-2000 (International MobileTelecommunications-2000) (hình 3.2b) như sau Ở châu Âu và hầu hết các nước châu Á băngtần IMT-2000 là 2×60 MHz (1920-1980 MHz cộng với 2110-2170 MHz) có thể sử dụng choWCDMA/ FDD Băng tần sử dụng cho TDD ở châu Âu thay đổi, băng tần được cấp theo giấyphép có thể là 25 MHz cho sử dụng TDD ở 1900-1920 (TDD1) và 2020-2025 MHz (TDD2).Băng tần cho các ứng dụng TDD không cần xin phép (SPA= Self Provided Application: ứngdụng tự cấp) có thể là 2010-2020 MHz Các hệ thống FDD sử dụng các băng tần khác nhaucho đường lên và đường xuống với phân cách là khoảng cách song công, còn các hệ thốngTDD sử dụng cùng tần số cho cả đường lên và đường xuống

UMTS quy định khai thác song công phân chia theo tần số là chế độ tiêu chuẩn chothông tin thoại và số liệu Hoạt động đồng thời và liên tục của các mạch điện phát và thu làcác thay đổi đáng kể nhất so với họat động của GSM

Hình IV 2 Phân bố tần số cho WCDMA/FDD a) Các băng có thể dùng cho WCDMA

FDD toàn cầu; b) Băng tần IMT-2000.

Băng tần cho họat động FDD cho các băng I, II và III được cho trên hình 3.3 Băng I(B1) là ấn định băng chính ở Châu Âu Quy định dành hai cấp phát 60MHz với khoảng cáchsong công chuẩn 190MHz, tuy nhiên quy định cũng cho phép song công khả biến, trong đókhoảng cách phát thu nằm trong khoảng 130 đến 250MHz Hệ thống song công khả biến đặt

ra các yêu cầu bổ sung đối với thiết kế máy phát thu vì các bộ tổ tần số máy phát và máy thuphải hoạt động độc lập với nhau Băng II (B2) tái sử dụng băng hiện có của hệ thống thôngtin di động cá nhân và dự định để sử dụng ở Mỹ để đảm bảo đồng tồn tại UMTS và GSM.Khoảng cách song công chỉ bằng 80MHz đối với băng II vì thế đặt ra các yêu cầu khó khănhơn đối với phần cứng của máy thu phát

Hình IV 3 Cấp phát băng tần WCDMA/FDD

Hình 3.4 cho thấy cấp phát băng thông theo đầu thầu tại Vương Quốc Anh Phổ tầnđược chia cho năm nhà khai thác như sau:

√ Cấp phép A (Hutchison) nhận cấp phát băng kép 14,6 MHz (tương đương 3×5MHz vớibăng bảo vệ nhỏ hơn)

√ Cấp phép B Vodafon) nhận cấp phát băng kép 14,8MHz (tương đương 3×5MHz với băngbảo vệ nhỏ hơn)

√ Cấp phép C (BT3G) nhận cấp phát băng kép 10MHz (2×5MHz) và băng đơn 5MHz tại