Giải pháp nâng cao chất lượng phủ sóng trong nhà cho mạng di động 3G

Nội dung đề tài gồm bốn chương: Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Chương 2: VẤN ĐỀ PHỦ SÓNG TRONG NHÀ KHI TRIỂN KHAI MẠNG DI ĐỘNG 3G Chương 3: GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG PHỦ SÓNG TRONG NHÀ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ FEMTOCELL Chương 4: TRIỂN KHAI DỊCH VỤ FEMTOCELL TẠI VNPT.

Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… GVHD chấm điểm Bằng số: ……………… Bằng chữ: ……………… Hà Nội, ngày …… tháng …… năm 2012 Giảng viên hướng dẫn Vũ Trường Thành Hồ Hải Yến – D08VT4 i Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày …… tháng …… năm 2012 Cán bộ phản biện (Ký, ghi rõ họ tên) Hồ Hải Yến – D08VT4 ii Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU THUẬT NGỮ VIẾT TẮT LỜI MỞ ĐẦU 1 1.1. Lịch sử phát triền của mạng thông tin di động 3 1.1.1 Giới thiệu sự phát triển của mạng thông n di động từ 2G lên 4G 3 1.1.2. Sơ đồ kiến trúc tổng quan của mạng thông n di động từ 2G lên 4G 5 1.2. Các đặc tính cơ bản của hệ thống thông tin di động 6 1.3. Cấu trúc chung của một hệ thống thông tin di động 6 1.3.1. Mô hình tham khảo hệ thống thông n di động 2G GSM 6 1.3.2. Mô hình tham khảo hệ thống thông n di động 3G UMTS 7 2.1. Các vấn đề về phủ sóng trong nhà khi triển khai mạng di động 3G 10 2.1.1. Tế bào ngoài trời (Outdoor Cells) 10 2.1.2. Outdoor Microcell 11 2.2. Một số giải pháp nâng cao chất lượng phủ sóng trong nhà 12 2.2.1. Lặp (Repeaters) 12 2.2.2. Hệ thống anten phân tán (DAS – Distributed Antenna System) 15 2.2.3. Phần tử bức xạ hoặc cáp rò 19 2.2.4. Các trạm cơ sở trong nhà 23 2.3. So sánh các công nghệ phủ sóng trong nhà 26 2.4. Kết luận chương 2 28 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG PHỦ SÓNG TRONG NHÀ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ FEMTOCELL 29 3.1. Tổng quan về Femtocell 29 3.1.1. Khái niệm Femtocell 29 3.2.2. Giao diện và giao thức Femtocell 32 Hồ Hải Yến – D08VT4 iii Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông 3.3. Các giải pháp kết nối Femtocell tới mạng lõi 3G 33 3.3.1. Kiến trúc dựa trên UMTS 33 3.3.2. Kiến trúc dựa trên giải pháp UMA/GAN 37 3.3.3 Kiến trúc dựa trên IMS 38 3.4. Hoạt động của Femtocell 40 3.4.1. Hoạt động của femtocell 40 3.4.2. Quá trình thiết lập của Femtocell 41 3.5. Các vấn đề về nhiễu và biện pháp khắc phục 41 3.5.1. Các loại nhiễu 41 3.5.2. Các vấn đề do nhiễu đồng lớp Femtocell gây ra 42 3.5.3. Các giải pháp khắc phục nhiễu đồng lớp femtocell 44 3.5.4. Nhiễu xuyên lớp (cross-layer) 47 3.5.5. Các biện pháp khắc phục nhiễu xuyên lớp 48 3.6. Chuyển giao 51 3.7. Bảo mật 52 3.8. Kết luận chương 3 53 4.1. Tình hình triển khai dịch vụ Femtocell tại VNPT 54 4.1.1. Triển khai Femtocell tại Mobiphone 54 4.1.2. Triển khai Femtocell tại Vinaphone 55 4.2. Đo kiểm chất lượng ban đầu 57 4.2.1. Kết quả đo kiểm của Mobifone 57 4.3. Một số vấn đề cần khắc phục 61 4.4. Kết luận chương 4 62 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN CHUNG 63 PHỤ LỤC 64 1.Phụ lục 1: Sản phẩm ePico3801 của Huawei 64 2.Phụ lục 2: Thủ tục lắp đặt Femtocell 68 Phụ lục 3. Danh sách các vị trí lắp đặt thử nghiệm Femtocell 3G của MobiFon 71 Hồ Hải Yến – D08VT4 iv Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 Hồ Hải Yến – D08VT4 v Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sự phát triển của thông tin di động từ 2G-4G 3 Hình 1.2. Sơ đồ tổng quan mạng từ 2G-4G 5 Hình 1.3. Kiến trúc mạng GSM 6 Hình 1.4. Kiến trúc UMTS R3 7 Hình 1.5. Tái sử dụng tần số trong một mạng tế bào lý tưởng hoá 9 Hình 2.1. Vùng phủ cho tòa nhà ba tầng được cung cấp từ outdoor cell 10 Hình 2.2. Vùng phủ trong nhà được cung cấp bởi kỹ thuật lặp 13 Hình 2.3. Kỹ thuật lặp 15 Hình 2.4. Vùng phủ trong nhà sử dụng DAS 17 Hình 2.5. Vùng phủ trong nhà được cung cấp bằng cáp rò 20 Hình 2.6. Mặt cắt ngang của một cáp rò 20 Hình 2.7. Cáp bức xạ bằng các BAD nối tiếp 21 Hình 2.8. Hệ thống cáp rò T-fed 22 Hình 2.9. Sự suy giảm dọc cáp cho hệ thống BDA nối tiếp và T-fed 22 Hình 2.10. Vùng phủ trong nhà sử dụng trạm cơ sở trong nhà (Indoor Base Station) 23 Hình 2.11. So sánh kích thước tế bào cho các công nghệ khác nhau 24 Hình 3.1. Kiến trúc Femtocell 31 Hình 3.2. Giao diện hệ thống Femtocell 32 Hình 3.3. Các giải pháp kết nối Femtocell tới mạng lõi di động (CN) 33 Hình 3.4. Kiến trúc giải pháp Iub-trên-IP 34 Hình 3.5. Bộ giao thức của giải pháp « Iub trên IP » 34 Hình 3.6. Kiến trúc giải pháp Iu trên IP 36 Hình 3.7. Bộ giao thức của giải pháp « Iu trên IP » 36 Hình 3.8. Bộ giao thức của giải pháp dựa trên UMA/GAN 37 Hình 3.9. Kiến trúc giải pháp dựa trên IMS/SIP 39 39 Hình 3.10. Bộ giao thức của giải pháp dựa trên IMS/SIP 39 Hình 3.11. Mô hình mạng hai lớp macrocell và femtocell điển hình 42 Hình 3.12. Các vấn đề chính gây ra bởi nhiễn đồng lớp femtocell 43 Hồ Hải Yến – D08VT4 vi Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Hình 3.13. Các giải pháp chống nhiễu đồng lớp 44 Hình 3.14. Các vấn đề chính gây ra bởi nhiễu xuyên lớp 47 Hình 3.15. Các biện pháp khắc phục nhiễu xuyên lớp 48 Hình 4.1. Sơ đồ hệ thống thử nghiệm Femtocell của Mobifone 54 Hình 4.2. Sơ đồ cụ thể của một VMS1 55 Hình 4.3. Sơ đồ thử nghiệm Femtocell của Vinaphone 56 Hình 4.4. Kết quả test dịch vụ dữ liệu của Mobifone 58 Hình 4.5. Tỷ số Eb/I0 trong vùng phủ Femtocell thử nghiệm của Mobifone 59 Hình 4.6. RSCP trong vùng phủ Femtocell thử nghiệm của MobiFone 59 Hình 4.7. RSCP trong vùng phủ Femtocell thử nghiệm của Vinaphone 61 Hình i. Vị trí của ePico3801 trong mạng WCDMA 64 Hình ii. Sản phẩm ePico3801 của Huawei 65 Hồ Hải Yến – D08VT4 vii Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông DANH MỤC BẢNG BIỀU Bảng 1.1. Sự phát triển từ GSM lên LTE 4 Bảng 1.2 Sự phát triển từ CDMA lên LTE 4 Bảng 2.1. So sánh giữa Picocell và Femtocell 26 Bảng 2.2. Sự khác nhau giữa các công nghệ phủ sóng trong nhà 27 Bảng 3.1. Mức quan trọng của từng quá trình chuyển giao 51 Bảng 4.1. Test các tham số cơ bản của cell 57 Bảng 4.2. Test dịch vụ thoại và SMS 57 Bảng 4.3. Test dịch vụ số liệu 58 Bảng i. Danh sách vị trí lắp đặt Femtocell 3G thử nghiệm của MobiFone 72 Hồ Hải Yến – D08VT4 viii Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng anh Tiếng việt 3GPP 3G Partnership Project 3GPP AAA Authentication, Authorization and Accounting Nhận thực, trao quyền và thanh toán ACIR Adjacent Channel Interference Rejection Loại bỏ nhiễu kênh lân cận ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số bất đối xứng BPSK Binary Phase-Shift Keying Khóa chuyển pha hai trạng thái BS Base Station Trạm cơ sở BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem Hệ thống con trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc CN Core Network Mạng lõi CSG Closed Subscriber Group Nhóm thuê bao đóng DAS Distributed Antenna System Hệ thống anten phân tán DL DownLink Đường xuống EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị FDD Frequency Division Duplexing Ghép kênh song công phân chia theo tần số FGW Femto Gateway Femtocell cổng GAN Generic Access Network Mạng truy nhập chung GANC Generic Access Network Controller Bộ điều khiển mạng truy nhập chung GSM Global System for Mobile communication Hệ thống thông tin di động toàn cầu HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao Hồ Hải Yến – D08VT4 ix Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông HSS Home Subscriber Server Server thuê bao nhà. IMS IP Multimedia Subsystem Hệ thống con đa phương tiện IP IP Internet Protocol Giao thức Internet IPsec Internet Protocol Security Giao thức Internet bảo mật Iub UMTS Interface between RNC and Node B Giao diện giữa RNC và NodeB của mạng UMTS ME Mobile Equipment Thiết bị di động MGW Media Gateway Cổng đa phương tiện MIMO Multiple Input – Multiple Output Hệ thống nhiều đầu vào nhiều đầu ra MM Mobility Management Quản lý di động MME Mobility Management Entity Thực thể quản lý di động MMS Multimedia Messaging Server Dịch vụ truyền bản tin đa phương tiện MS Mobile Station Trạm di động RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến SGSN Serving GPRS Support Node Node hỗ trợ GPRS dịch vụ SIM Subscriber Identity Module Module nhận dạng thuê bao 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 UE User Equipment Thiết bị người sử dụng UL UpLink Đường lên UMTS Universal Mobile Telecommunication System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu USIM Universal Subscriber Identity Module Module nhận dạng thuê bao của mạng UMTS UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị thường trú Hồ Hải Yến – D08VT4 x [...]... bốn chương: Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Chương 2: VẤN ĐỀ PHỦ SÓNG TRONG NHÀ KHI TRIỂN KHAI MẠNG DI ĐỘNG 3G Chương 3: GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG PHỦ SÓNG TRONG NHÀ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ FEMTOCELL Chương 4: TRIỂN KHAI DỊCH VỤ FEMTOCELL TẠI VNPT Để hoàn thành đề tài Giải pháp nâng cao chất lượng phủ sóng trong nhà cho mạng di động 3G , trước tiên, em xin cảm ơn chân thành sâu sắc tới... tải trong mạng Femtocell nên có thể cung cấp các dịch vụ ở vùng tối Macrocell với chi phí cơ sở hạ tầng cho các thiết bị ở tòa nhà và backhaul được giảm đáng kể, kéo theo việc giảm chi phí hoạt động và đầu tư Vì vậy, nghiên cứu về Giải pháp nâng cao chất lượng phủ sóng trong nhà cho mạng di động 3G , cũng như giải pháp nâng cao chất lượng bằng công nghệ Femtocell được chọn là đề tài nghiên cứu cho. .. triển khai trong những dịp đặc biệt như các sự kiện thể thao Thêm microcells trong môi trường đô thị cho phép các nhà điều hành chia nhỏ các tế bào, dẫn đến một tối ưu hóa việc sử dụng của phổ tần và đảm bảo công suất tốt hơn 2.2 Một số giải pháp nâng cao chất lượng phủ sóng trong nhà Trong thời gian gần đây, việc nâng cao chất lượng phủ sóng trong nhà ngày càng được quan tâm và đã có nhiều giải pháp khác... di động thường xuyên thay đổi vị trí vì thế mỗi vị trí cần được đánh số để mạng có thể dàng tìm gọi máy di động Phân chia vùng địa lý giúp cho việc đánh số các vị trí trong mạng được thuận tiện Hồ Hải Yến – D08VT4 9 Đồ án tốt nghiệp Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông CHƯƠNG 2: VẤN ĐỀ PHỦ SÓNG TRONG NHÀ KHI TRIỂN KHAI MẠNG DI ĐỘNG 3G 2.1 Các vấn đề về phủ sóng trong nhà khi triển khai mạng di động. .. kia, vùng phủ sóng trong nhà chỉ được cung cấp bởi một anten ngoài trời Khi đó, để nâng cao chất lượng phủ sóng trong nhà bắt buộc phải tăng công suất hoặc thêm nhiều tế bào hơn Điều này dẫn đến việc tạo các tế bào nhỏ ngoài trời (microcell) để cung cấp năng lượng cho mạng Trong phương pháp này, các nhà khai thác phải lắp đặt BS tại nhiều vị trí hơn, làm tăng đáng kể chi phí cho thiết bị và cho bảo trì... hoặc trong các khu vực đô thị với bán kính tế bào vài trăm mét Phần chính của mạng lưới cung cấp dịch vụ thoại nên không cần tốc độ cao Hầu hết các vùng phủ sóng trong nhà chỉ được cung cấp bởi các trạm cơ sở ngoài trời Thực tế này vẫn còn được áp dụng, các giải pháp phát sóng trong nhà (sẽ được mô tả trong phần tiếp theo) chỉ bắt đầu được triển khai trong vòng mười năm qua Hình 2.1 Vùng phủ cho tòa nhà. .. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Lịch sử phát triền của mạng thông tin di động 1.1.1 Giới thiệu sự phát triển của mạng thông tin di động từ 2G lên 4G Thông tin di động ra đời với thế hệ đầu tiên là thông tin di động sử dụng kỹ thuật tương tự, chưa sử dụng kỹ thuật số (1G) Sang thế hệ thứ 2, thông tin di động chuyển sang sử dụng kỹ thuật số Hiện nay, công nghệ di động đã phát triển sang thế hệ... dẫn TDM, chỉ trong miền truyền dữ liệu mới sử dụng truyền IP - Mạng 3G: mạng 2G phát triển lên 3G bổ sung thêm toàn bộ lớp mạng truy nhập riêng cho 3G Lớp truy nhập của 3G kết nối với lõi CS bằng ATM và kết nối mạng lõi PS bằng IP Một phát triển lớn của 3G so với 2G nữa là sự tách biệt MSC thành MSC server và MGW, tách phần điều khiển và truyền tải trong MSC - Mạng 4G LTE: so với mạng 3G, 4G phát triển... gốc nhỏ trong nhà: Picocell hoặc Femtocell 2.2.1 Lặp (Repeaters) Để khắc phục sự suy giảm tín hiệu khi gặp sự cản trở bởi các bức tường của các tòa nhà có thể thực hiện theo ý tưởng sử dụng một thành phần khuếch đại tín hiệu ngoài trời và gửi nó vào bên trong tòa nhà Biện pháp này có thể nâng cao chất lượng phủ sóng trong nhà Xét hình 2.2, lặp có thể sử dụng để truyền lại tín hiệu ngoài trời bên trong. .. vi vùng phủ bằng các trạm cơ sở bên trong một tòa nhà bằng cách sử dụng cáp bức xạ hoặc các hệ thống anten phân tán Một đề nghị mới để tăng phạm vi vùng phủ và hiệu năng mạng bằng cách triển khai các trạm gốc nhỏ trực tiếp bên trong các tòa nhà như biểu di n trong hình 2.10 Do đó đề xuất hai phương pháp chính: sử dụng picocell và femtocell Hình 2.10 Vùng phủ trong nhà sử dụng trạm cơ sở trong nhà (Indoor . TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Chương 2: VẤN ĐỀ PHỦ SÓNG TRONG NHÀ KHI TRIỂN KHAI MẠNG DI ĐỘNG 3G Chương 3: GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG PHỦ SÓNG TRONG NHÀ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ FEMTOCELL Chương. đề về phủ sóng trong nhà khi triển khai mạng di động 3G 10 2.1.1. Tế bào ngoài trời (Outdoor Cells) 10 2.1.2. Outdoor Microcell 11 2.2. Một số giải pháp nâng cao chất lượng phủ sóng trong nhà 12 2.2.1 cho các thiết bị ở tòa nhà và backhaul được giảm đáng kể, kéo theo việc giảm chi phí hoạt động và đầu tư. Vì vậy, nghiên cứu về Giải pháp nâng cao chất lượng phủ sóng trong nhà cho mạng di động