Tìm hiểu giải pháp tối ưu chuyển giao trong mạng thông tin di động 3G

Với việc sử dụng các dịch vụ có tốc độ cao khi thuê bao di chuyển nhanh, vấn đề chuyển giao trong 3G trở nên hết sức quan trọng để đảm bảo tính liên tục và chất lượng của dịch vụ. Và làm thế nào để quá trình chuyển giao diễn ra nhanh nhất, tiêu tốn ít tài nguyên nhất mà vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ, dung lượng, vùng phủ ở mức tốt nhất. Nội dung đồ án gồm 4 chương: Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin di động 3G Chương 2: Chuyển giao trong hệ thống 3G WCDMA Chương 3: Một số giải pháp tối ưu chuyển giao mềm Chương 4: Mô phỏng chuyển giao mềm

[Type the document title] Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục MỤC LỤC [Type text] Page 1 Trần Phương Mai – Lớp D08VT2 1 Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Trần Phương Mai – Lớp D08VT2 2 Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục bảng biểu DANH MỤC BẢNG BIỂU Trần Phương Mai – Lớp D08VT2 3 Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 3G Third Generation Technology Công nghệ truyền thông thế hệ thứ ba 3GPP Third Generation Partnership Project Đề án các đối tác thế hệ thứ ba AuC Mobile Service Switching Center Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động BER Bit Error Rate Tỉ số bit lỗi BG Border Gateway Cổng biên giới BS Base Station Trạm gốc BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc CDF Cumulative Distribution Function Hàm phân phối tích lũy CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CN Core Network Mạng lõi CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung CRNC Controlling RNC RNC điều khiển CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh DL Downlink Đường xuống DRNC Drift RNC RNC trôi DS-CDMA Direct- Sequence Code Division Đa truy nhập phân chia theo mã Multiple Access chuỗi trực tiếp DSSS Direct-Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số GGSN Gateway GPRS Support Node Gateway hỗ trợ GPRS GMSC Gateway MSC Gateway MSC Trần Phương Mai – Lớp D08VT2 4 Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động Communication toàn cầu HE Home Envỉonment Môi trường nhà HHO Hard Handover Chuyển giao cứng HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú HO Handover Chuyển giao IMEI International Mobile Equipment Nhận dạng thiết bị di động quốc tế Identifier IMSI International Mobile Subscriber Nhận dạng thuê bao di động toàn Identìier cầu ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số liệu liên kết đa dịch vụ ITU International Telecommunication Union Tổ chức viễn thông quốc tế ME Mobile Equipment Thiết bị di động MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động MSISDN Mobile Station ISDN Số máy di động trong danh bạ OVSF Orthogonal variable spreading factor Hệ số trải phổ khả biến trực giao P-CPICH Primary CPICH CPICH sơ cấp P-SCH Primary SCH SCH sơ cấp PDP Packet Data Protocol Giao thức số liệu gói PLMN Public Land Mobite Network Mạng di động mặt đất công cộng PS Packet Switched Chuyển mạch gói PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha vuông góc RAM Radio Access Mode Chế độ truy nhập vô tuyến RAT Radio Access Technology Kỹ thuật truy nhập vô tuyến RL Radio Link Liên kết vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến Trần Phương Mai – Lớp D08VT2 5 Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt RNS Radio Network System Hệ thống mạng vô tuyến RRM Radio Resource Management Quản lí tài nguyên vô tuyến RSCP Received Signal Code Power Công suất của mã tín hiệu thu RSSI Received Signal Strength Indicator Chỉ thị cường độ tín hiệu thu S-SCH Secondary SCH SCH thứ cấp SCH Synchrronization Channel Kênh đồng bộ SGSN Serving GPRS Support Node Node hỗ trợ dịch vụ GPRS SHO Soft Handover Chuyển giao mềm SIR Signal to Interference Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu SRNC Serving RNC RNC đang phục vụ TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối TMSI Temporary Mobile Subscriber Identity Nhận dạng thuê bao di động tạm thời UE User Equipment Thiết bị người dùng UL Uplink Đường lên UMTS Universal Mobile Telecommunication Dịch vụ truyền thông di động Services toàn cầu USIM UMTS Subscriber Identity Module Modun xác định thuê bao UMTS UTRA UMTS Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu UTRAN UMTS Terrestrial RAN Mạng truy nhập vô tuyến UMTS VLR Vistor Location Register Bộ ghi định vị thường trú WCDMA Wideband Code Division Multiple Đa truy cập phân chia theo mã Access băng rộng Trần Phương Mai – Lớp D08VT2 6 Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Các hệ thống thông tin di động với khả năng giúp con người trao đổi thông tin mọi lúc, mọi nơi đã phát triển rất nhanh và không thể thiếu được trong xã hội thông tin ngày nay. Bắt đầu từ các hệ thống thông tin di động thế hệ đầu tiên ra đời vào năm 1946, thông tin di động đã liên tục phát triển và đến nay các hệ thống thông tin di động thế hệ ba (3G) đã được đưa vào khai thác thương mại ở nhiều nước trên thế giới. Ở Việt Nam, các hệ thống thông tin di động thế hệ ba cũng đã được phê duyệt và bắt đầu triển khai từ năm 2009. Hệ thống WCDMA đã được Việt Nam lựa chọn cho việc triển khai 3G, đã mở ra một bước tiến lớn của Việt Nam trong việc bắt kịp khoa học kỹ thuật hiện đại của thế giới, đặc biệt là viễn thông. Với việc sử dụng các dịch vụ có tốc độ cao khi thuê bao di chuyển nhanh, vấn đề chuyển giao trong 3G trở nên hết sức quan trọng để đảm bảo tính liên tục và chất lượng của dịch vụ. Và làm thế nào để quá trình chuyển giao diễn ra nhanh nhất, tiêu tốn ít tài nguyên nhất mà vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ, dung lượng, vùng phủ ở mức tốt nhất. Do đó, em lựa chọn đề tài “Tìm hiểu giải pháp tối ưu chuyển giao trong mạng thông tin di động 3G” Nội dung đồ án gồm 4 chương: Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin di động 3G Chương 2: Chuyển giao trong hệ thống 3G WCDMA Chương 3: Một số giải pháp tối ưu chuyển giao mềm Chương 4: Mô phỏng chuyển giao mềm Em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới thầy Nguyễn Chiến Trinh đã nhiệt tình hướng dẫn, góp ý giúp em hoàn thành đồ án này. Em cũng xin cảm ơn toàn thể các thầy cô tại Học viện Công nghệ bưu chính viễn thông đã giảng dạy và truyền đạt các kiến thức quý báu trong thời gian em theo học tại trường. Do thời gian nghiên cứu có hạn và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô cùng toàn thể các bạn. Hà Nội, tháng 11 năm 2012 Sinh viên Trần Phương Mai – Lớp D08VT2 Trần Phương Mai – Lớp D08VT2 7 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương I: Tổng quan hệ thống thông tin di động 3G CHƯƠNG I TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 1.1. Tổng quan hệ thống 3G Hệ thống thông tin di động thế hệ ba được xây dựng với mục đích cung cấp một mạng di động toàn cầu với các dịch vụ phong phú bao gồm thoại, nhắn tin, Internet và dữ liệu băng rộng. ITU (International Telecommunication Union) đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế hệ ba với tên gọi IMT-2000 để đạt được các mục tiêu chính sau đây: • Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như truy nhập internet nhanh hoặc các ứng dụng đa phương tiện, do yêu cầu ngày càng tăng về các dịch vụ này. • Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và điện thoại vệ tinh. Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ của các hệ thống thông tin di động. • 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. Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba đã được IMT-2000 đề xuất, trong đó hai hệ thống WCDMA UMTS và CDMA-2000 đã được ITU chấp thuận và đã được đưa vào hoạt động. Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin động thế hệ ba. WCDMA UMTS là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di động thế hệ hai sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, PDC, IS-136. CDMA-2000 là sự phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động thế hệ hai sử dụng công nghệ CDMA như: IS-95. Hệ thống di động viễn thông toàn cầu UMTS được phát triển bởi 3GPP (Third Generation Partnership Project) là dự án phát triển chung của nhiều cơ quan tiêu chuẩn hoá (SDO) như: ETSI (Châu Âu), ARIB/TCC (Nhật Bản), ANSI (Mỹ), TTA (Hàn Quốc) và CWTS (Trung Quốc). UMTS đáp ứng các yêu cầu phát triển của các dịch vụ di động và ứng dụng Internet với tốc độ truyền dẫn lên tới 2Mbps và cung cấp một tiêu chuẩn chuyển vùng toàn cầu. Trần Phương Mai – Lớp D08VT2 8 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương I: Tổng quan hệ thống thông tin di động 3G Hình 1.1. Băng tần cấp phát cho hệ thống 3G ở các nước khác nhau Hội nghị vô tuyến thế giới năm 1992 đã đưa ra các phổ tần số dùng cho hệ thống UMTS: • 1920 MHz ÷ 1980 MHz và 2110 MHz ÷ 2170 MHz dành cho các ứng dụng FDD (Frequency Division Duplex: ghép song công phân chia theo tần số) đường lên và đường xuống, khoảng cách kênh là 5 MHz. • 1900 MHz ÷ 1920 MHz và 2010 MHz ÷ 2025 MHz dành cho các ứng dụng TDD – TD/CDMA, khoảng cách kênh là 5 MHz. Dịch vụ của hệ thống UMTS 3GPP đã xây dựng tiêu chuẩn cho các dịch vụ của hệ thống UMTS nhằm đáp ứng: • Định nghĩa và các đặc điểm yêu cầu của dịch vụ • Phát triển dung lượng và cấu trúc dịch vụ cho các ứng dụng mạng tổ ong, mạng cố định và mạng di động • Thuê bao và tính cước UMTS cung cấp các loại dịch vụ xa (teleservices) như thoại hoặc bản tin ngắn (SMS) và các loại dịch vụ mang (bearer services: một dịch vụ viễn thông cung cấp khả năng truyền tín hiệu giữa hai giao diện người sử dụng - mạng). Các mạng có các tham số QoS (Quality of Service: chất lượng dịch vụ) khác nhau cho độ trễ truyền dẫn tối đa, độ trễ truyền biến thiên và tỉ số lỗi bit (BER). Những tốc độ dữ liệu được yêu cầu là: • 144 Kbps cho môi trường vệ tinh và nông thôn • 384 Kbps cho môi trường thành phố (ngoài trời) • 2084 Kbps cho môi trường trong nhà và ngoài trời với khoảng cách gần Trần Phương Mai – Lớp D08VT2 9 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương I: Tổng quan hệ thống thông tin di động 3G Bảng 1.1. Phân loại các dịch vụ ở 3GWDCMA UMTS Kiểu Phân loại Dịch vụ chi tiết Dịch vụ di động Dịch vụ di động Di động đầu cuối/di động cá nhân/di động dịch vụ Dịch vụ thông tin định vị - Theo dõi di động/ theo dõi di động thông minh Dịch vụ âm thanh - Dịch vụ âm thanh chất lượng cao (16-64kbps) - Dịch vụ truyền thanh AM (32-64 kbps) - Dịch vụ truyền thanh FM (64-384 kbps) Dịch vụ viễn thông Dịch vụ số liệu - Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64-144kbps) - Dịch vụ số liệu tốc độ tương đối cao (144kbps - 2Mbps) - Dịch vụ số liệu tốc độ cao (≥ 2Mbps) Dịch vụ đa phương tiện - Dịch vụ Video (384 kbps) - Dịch vụ hình chuyển động (384kbps - 2Mbps) - Dịch vụ hình chuyển động thời gian thực (≥ 2 Mbps) Dịch vụ Internet Dịch vụ Internet đơn giản Dịch vụ truy nhập Web (384 kbps - 2Mbps) Dịch vụ Internet thời gian thực Dịch vụ Internet (384 kbps - 2Mbps) Dịch vụ internet đa phương tiện Dịch vụ Website đa phương tiện thời gian thực (≥ 2Mbps) 1.2. Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3 3G UMTS được xây dựng theo ba phát hành chính được gọi là R3, R4, R5. Trong đó mạng lõi R3 và R4 bao gồm hai miền: miền CS (Circuit Switch: chuyển mạch kênh) và miền PS (Packet Switch: chuyển mạch gói). Việc kết hợp này phù hợp cho giai đoạn đầu khi PS chưa đáp ứng tốt các dịch vụ thời gian thực như thoại và hình ảnh. Khi này miền CS sẽ đảm nhiệm các dịch vụ thoại còn số liệu được truyền trên miền PS. R4 phát triển hơn R3 ở chỗ miền CS chuyển sang chuyển mạch mềm vì thế toàn bộ mạng truyền tải giữa các nút chuyển mạch đều trên IP. Mạng truy nhập của UMTS có thể là TDMA hoặc CDMA. Tuy nhiên chương này chỉ xét mạng truy nhập CDMA cho UMTS và kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3. Trần Phương Mai – Lớp D08VT2 10 [...]... quá trình chuyển giao, đó là chuyển giao mềm và đây là công việc trọng tâm trong đồ án Trần Phương Mai – Lớp D08VT2 27 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương II: Chuyển giao trong hệ thống 3G WCDMA 2.1.1 Các loại chuyển giao trong hệ thống 3G WCDMA Chuyển giao cùng tần số Chuyển giao trong UMTS Chuyển giao mềm cùng tần số Chuyển giao cứng cùng tần số Chuyển giao khác tần số đảm bảo vùng phủ Chuyển giao khác... tuyến Trong chương tiếp theo sẽ đi sâu tìm hiểu về các loại chuyển giao trong WCDMA và tập trung tìm hiểu chuyển giao mềm Trần Phương Mai – Lớp D08VT2 25 Đồ án tốt nghiệp Đại học Trần Phương Mai – Lớp D08VT2 Chương I: Tổng quan hệ thống thông tin di động 3G 26 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương II: Chuyển giao trong hệ thống 3G WCDMA CHƯƠNG II CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG 3G WCDMA 2.1 Tổng quan về chuyển giao. .. trong hệ thống 3G WCDMA 2.2.1 Chuyển giao mềm 2.2.1.1 Nguyên lý chuyển giao mềm Hình 2.4 So sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm Hình 2.4 đưa ra quá trình cơ bản của chuyển giao cứng và chuyển giao mềm (trường hợp 2 đường) Một thiết bị đầu cuối di động bên trong xe di chuyển từ cell 1 đến cell 2, là BS phục vụ ban đầu của máy di động Trong khi di chuyển, máy di động đo đồng thời cường độ tín hiệu... dụ: chuyển giao giữa 2 chế độ UTRA FDD và UTRA TDD - Chuyển giao cứng: là các thủ tục chuyển giao mà liên kết vô tuyến sẽ giải phóng trước khi UE thiết lập 1 liên kết vô tuyến mới Chuyển giao cứng di n ra như là chuyển giao trong cùng tần số và chuyển giao khác tần số - Chuyển giao mềm (SHO) và chuyển giao mềm hơn (softer HO): là các thủ tục chuyển giao mà UE luôn giữ ít nhất 1 liên kết với UTRAN Trong. .. hoạt động sẽ được cập nhật và công suất của mỗi kênh liên quan đến quá trình chuyển giao mềm được điều chỉnh 2.2 Chuyển giao cùng tần số Chuyển giao cùng tần số có thể là chuyển giao cứng hoặc chuyển giao mềm, chuyển giao mềm hơn Trong đồ án chủ yếu tập trung vào chuyển giao mềm và mềm hơn Trần Phương Mai – Lớp D08VT2 32 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương II: Chuyển giao trong hệ thống 3G WCDMA 2.2.1 Chuyển. .. nối đến các mạng điện thoại 1.2.5 Các giao di n Vai trò các nút khác nhau của mạng chỉ được định nghĩa thông qua các giao di n khác nhau Các giao di n này được định nghĩa chặt chẽ để các nhà sản xuất có thể kết nối các phần cứng khác nhau của họ Trần Phương Mai – Lớp D08VT2 17 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương I: Tổng quan hệ thống thông tin di động 3G • Giao di n Cu: Giao di n Cu là giao di n chuẩn cho... chưa nằm trong tập tích cực hay tập láng giềng Trần Phương Mai – Lớp D08VT2 29 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương II: Chuyển giao trong hệ thống 3G WCDMA Hình 2.2 Các viễn cảnh của các kiểu chuyển giao khác nhau 2.1.2 Mục tiêu của chuyển giao Chuyển giao có thể được được khởi tạo từ 3 cách khác nhau: máy di động khởi xướng, mạng khởi xướng và hỗ trợ máy di động • Máy di động khởi xướng: Máy di động thực... giao di n chuẩn cho các card thông minh Trong UE đây là nơi kết nối giữa USIM và UE • Giao di n Uu: Giao di n Uu là giao di n vô tuyến của WCDMA trong UMTS Đây là giao di n mà qua đó UE truy nhập vào phần cố định của mạng Giao di n này nằm giữa nút B và đầu cuối • Giao di n Iu: Giao di n Iu kết nối UTRAN và CN Nó gồm hai phần, IuPS cho miền chuyển mạch gói, IuCS cho miền chuyển mạch kênh CN có thể kết... giao khác tần số Chuyển giao khác tần số đảm bảo QoS Chuyển giao khác tần số đảm bảo tải Chuyển giao khác tần số đảm bảo tốc độ Chế độ nén (dựa trên dung lượng UE) Chuyển giao từ UMTS tới GSM đảm bảo vùng Chuyển giao từ UMTS tới GSM đảm bảo QoS Chuyển giao từ UMTS tới GSM Chuyển giao từ UMTS tới GSM đảm bảo dịch vụ Chuyển giao từ UMTS tới GSM đảm bảo tải Chuyển giao giữa các RAT Chuyển giao từ UMTS tới... THỐNG 3G WCDMA 2.1 Tổng quan về chuyển giao trong mạng di động Các mạng di động cho phép người sử dụng có thể truy nhập các dịch vụ trong khi di chuyển nên có thuật ngữ “tự do” cho các thiết bị đầu cuối Tuy nhiên, sự di chuyển tự do này mang đến tính không ổn định trong hệ thống di động Tính di động của các thuê bao là nguyên nhân dẫn đến những biến động trong cả chất lượng đường dẫn và mức độ nhiễu, . chuyển giao trong mạng thông tin di động 3G Nội dung đồ án gồm 4 chương: Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin di động 3G Chương 2: Chuyển giao trong hệ thống 3G WCDMA Chương 3: Một số giải pháp. hệ thống thông tin di động 3G • Giao di n Cu: Giao di n Cu là giao di n chuẩn cho các card thông minh. Trong UE đây là nơi kết nối giữa USIM và UE • Giao di n Uu: Giao di n Uu là giao di n vô. thống thông tin di động 3G CHƯƠNG I TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 1.1. Tổng quan hệ thống 3G Hệ thống thông tin di động thế hệ ba được xây dựng với mục đích cung cấp một mạng di động