tìm hiểu mạng 2g 3g 4g

Các ngành công nghiệp viễn thông di động đã đạt đến một giao lộ quan trọng trong sự phát triển của mạng di đôÂng: đường dẫn đến trưởng thành 2G tiếng nói trung tâm ngành công nghiệp vi

CAO ĐẲNG CÔNG NGHÊÊ HÀ NÔÊI

————o0o————-BÀI TÂÂP LỚN MẠNG MÁY TÍNH

GIÁO VIÊN : NGUYỄN THỊ LOAN TÀI LIÊÊU : -BÁCH KHOA TOÀN THƯ WIKIPEDIA

-ADVANCEDCELLULAR NETWORK PLANNING AND OPTIMISATION 2G to 4G SINH VIÊN THỰC HIÊÊN : ĐÀO DUY HƯNG

NGUYỄN VĂN KHANG PHẠM VĂN LING

Mục lục

Phần I : mạng 2G

Phần II : mạng 3G

Phần III : mạng 4G

- WiMAXII

LỜI NÓI ĐẦU

Vào đầu thập niên 1980 tại châu Âu người ta phát triển một mạng điện thoại

di động chỉ sử dụng trong một vài khu vực Sau đó vào năm 1982 nó được chuẩn hoá bởi CEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) và tạo ra Groupe Spécial Mobile (GSM) với mục đích sử dụng chung cho toàn Châu Âu

Mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM được xây dựng và đưa vào sử dụng đầu tiên bởi Radiolinja ở Phần Lan

Vào năm 1989 công việc quản lý tiêu chuẩn vá phát triển mạng 2G GSM

được chuyển cho viện viễn thông châu Âu (European Telecommunications

Standards Institute - ETSI), và các tiêu chuẩn, đặc tính phase 1 của công nghệ

GSM được công bố vào năm 1990 Vào cuối năm 1993 đã có hơn 1 triệu thuê bao sử dụng mạng GSM của 70 nhà cung cấp dịch vụ trên 48 quốc gia

Các ngành công nghiệp viễn thông di động đã đạt đến một giao lộ quan trọng trong sự phát triển của mạng di đôÂng:

đường dẫn đến trưởng thành 2G tiếng nói trung tâm ngành công nghiệp viễn thông và sau đó năm 2001 cung cấp khả năng đáng kinh ngạc cho người dùng cuối để thưởng thức một loạt các dịch vụ trung tâm dữ liệu có 3G trên đầu của các dịch vụ thoại thông thường

Và sau đó năm 2008/2009 nhâÂt bản đã chiển khai thử nghiêÂm sử dụng mạng 4G và nó đang phát triển đến ngày nay

Phần I : mạng 2G

Xuất hiện các điện thoại kỹ thuật số, dùng công nghệ 2G, với sóng Digital Thế hệ thứ hai 2G của mạng di động chính thức ra mắt trên chuẩn GSM của

Hà Lan, do công ty Radiolinja (Nay là một bộ phận của Elisa) triển khai vào năm 1991

Theo nhiều tài liệu nghiên cứu thì mạng 2G (Second-Generation wireless telephone technology) là mạng điện thoại di động thế hệ thứ 2 Đặc điểm khác biệt nổi bật giữa mạng điện thoại thế hệ đầu tiên (1G) và mạng 2G là

sự chuyển đổi từ điện thoại dùng tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Tùy theo kỹ thuật đa truy cập

Những công nghệ 2G được chia làm hai dòng chuẩn : TDMA (Time –

Divison Mutiple Access : Đa truy cập phân chia theo thời gian), và CDMA ( Code Divison Multple Access : Đa truy cập phân chia theo mã), tùy thuộc vào hình thức ghép kênh được sử dụng

 công nghệ chủ yếu của 2G bao gồm: GSM và GPRS ,EDGE

- GSM

Cấu trúc mạng GSM

Hệ thống GSM (Global System Mobile Communication )làm việc trong một băng tần hẹp, dải tần cơ bảntừ (890-960MHz) Băng tầnđược chia làm

2 phần:

Uplink band từ (890 – 915) MHz

Downlink ban từ (935 960)MHz – 960)MHz

Một mạng GSM để cung cấp đầy đủ các dịch vụ cho khách hang cho nên nó khá phức tạp vì vậy sau đây sẽ chia ra thành các phần như sau: chia theo phân hệ :

Phân hệ chuyển mạch NSS: (Network switching SubSystem)

+Hệ thống chuyển mạch NSS gồm những phần sau:

-Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động MSC

-Bộ ghi dịch tam trú VLR

-Trung tâm nhận thức AC

-Bộ ghi dịch thường trú HLR

-Bộ nhận dạng thiết bị EIR

+chức năng chính của NSS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM

với những người sử dụng mạng khác

- Phân hệ vô tuyến RSS = BSS + MS : (Radio SubSystem)

- Phân hệ vận hành và bảo dưỡng OMS : (Operation and Maintenance

SubSystem)

(thuộc TDMA) có nguồn gốc từ châu Âu, nhưng đã được sử dụng trên tất cả các quốc gia ở 6 lục địa Ngày nay, công nghệ GSM vẫn còn được sử dụng

với 80% điện thoại di động trên thế giới.

- GPRS

Thông thường, dữ liệu GPRS được tính theo kilobyte thông tin truyền nhận, trong khi kết nối dữ liệu theo dạng chuyển mạch được tính theo giây Cách tính sau không phù hợp vì ngay cả khi không có dữ liệu truyền dẫn, những người dùng tiềm năng khác vẫn không thể tận dụng được băng thông

Phương pháp đa truy cập dùng trong GSM kết hợp GPRS dựa trên song công chia theo tần số (FDD) và đa truy cập theo phân chia thời

gian (TDMA) Trong suốt một phiên kết nối, người dùng được gán cho một cặp kênh tần số tải lên và tải xuống Cái này sẽ phối hợp với ghép kênh thống kê theo miền thời gian, có nghĩa là liên lạc theo chế độ gói tin, điều này sẽ giúp cho vài người dùng có thể chia sẻ cùng một kênh tần số Các gói này có độ dài cố định, tùy theo khoảng thời gian GSM Tải xuống sử dụng định thời gói theo cơ chế tới trước làm trước (FIFO), trong khi tải lên

sử dụng mô hình rất giống với reservation ALOHA Điều này có nghĩa

là slotted Aloha (S-ALOHA) được dùng để tham vấn chỗ trống trong bước tranh chấp, và sau đó dữ liệu thật sự được truyền bằng cách sử dụng TDMA động với định thời đến trước làm trước

GPRS ban đầu hỗ trợ (theo lý thuyết) Giao thức Internet (IP), Giao thức điểm-điểm (PPP) và kết nối X.25 Cái cuối cùng đã được dùng cho các ứng dụng như thiết bị đầu cuối để thanh toán không giây, mặc dù nó đã bị bỏ ra khỏi tiêu chuẩn X.25 vẫn có thể được hỗ trợ trên PPP, hay thậm trí IP, nhưng để làm điều này cần phải có một bộ định tuyến (router) để thực hiện việc kết hợp hoặc cơ chế thông tin được tích hợp vào thiết bị đầu cuối như UE(User Equipment) Trên thực tế, khi điện thoại di động có tích hợph trình duyệt được sử dụng, IPv4 đã được tận dụng Trong chế độ này PPP thường

không được nhà sản xuất điện thoại di động hỗ trợ, trong khi IPv6 còn chưa phổ biến Nhưng nếu điện thoại di động được dùng làm modem kết nối với máy tính, PPP được dùng để gắn IP vào điện thoại Điều này cho

phép DHCP gán một địa chỉ IP và sau đó sử dụng IPv4 vì địa chỉ IP do thiết

bị di động sử dụng thường là địa chỉ động

Loại A

Có thể kết nối vào dịch vụ GPRS và dịch vụ GSM (thoại, SMS), cùng lúc cả hai Những thiết bị như vậy đã có mặt trên thị trường

Loại B

Có thể kết nối vào dịch vụ GPRS và dịch vụ GSM (thoại, SMS), nhưng chỉ dùng một trong hai dịch vụ vào một thời điểm Trong khi dùng dịch vụ GSM,

dịch vụ GPRS bị nguenh, bsg sau đó sẽ tự động được tiếp tục sau khi dịch GSM kết thúc Phần lớn thiết bị di động GPRS thuộc Loại B

Loại C

Được kết nối với hoặc dịch vụ GPRS hoặc dịch vụ GSM (thoại, SMS) Phải được chuyển bằng tay giữa hai dịch vụ

Một thiết bị Loại A đúng nghĩa có thể cần phải truyền tải trên hai tấn số khác nhau cùng một lúc, và do đó sẽ cần hai sóng vô tuyến Để tránh yêu cầu quá tốn kém này, một thiết bị di động GPRS có thể hiện thực tính năng chế độ truyền tải kép (DTM) Một điện thoại tương thích DTM có thể dùng đồng thời thoại và dữ liệu dạng gói, cùng với sự hỗ trợ từ mạng để đảm bảo rằng

không nhất thiết phải truyền tải trên hai tần số khác nhau cùng một lúc

Những điện thoại như vậy được xem là Loại A "giả", đôi khi còn được gọi là

"loại A đơn giản"

Bộ giao thức TCP/IP Tầng ứng dụng

BGP · DHCP · DNS · FTP · GTP ·HTTP · IMAP · IRC · Megaco · MG

CP ·NNTP · NTP · POP · RIP · RPC · RTP ·RTSP · SDP · SIP · SM

TP · SNMP ·SOAP · SSH · Telnet · TLS/SSL · XMPP

Tầng giao vận

TCP · UDP · DCCP · SCTP · RSVP ·ECN

Tầng mạng

IP (IPv4, IPv6) · ICMP · ICMPv6 · IGMP ·IPsec

Tầng truy nhập mạng

ARP · RARP · NDP · OSPF ·Tunnels (L2TP) · PPP · Media Access Control (Ethernet, MPLS, DSL, ISDN,FDDI) · Device Drivers

Hộp này: xem • thảo luận • sửa GPRS là một công nghệ mới mà tốc độ của nó phụ thuộc trực tiếp vào số khoảng thời gian TDMA được cung cấp, nó sẽ nhỏ dần tùy vào (a) điện thoại

đó hỗ trợ đến đâu và (b) khả năng tối đa của điện thoại di động, được gọi

là GPRS Multislot Class.

[sửa]Bảng mã

Dạng mã

Tốc độ (kbit/s)

Tốc độ truyền tải cũng phụ thuộc vào kênh mã hóa đang dùng Bộ mã ít mạnh nhất, nhưng nhanh nhất (CS-4) được sử dụng gần một trạm truyền nhận cơ

sở (BTS), trong khi bộ mã mạnh nhất (CS-1) được dùng khi trạm di động cách quá xa BTS

Sử dụng CS-4 có thể đạt được tốc độ người dùng là 20,0 kbit/s trên một khoản thời gian Tuy nhiên, sử dụng bộ mã này độ bao phủ di động chỉ bằng 25% bình thường CS-1 có thể đạt được tốc độ người dùng chỉ 8,0 kbit/s trên một khoản thời gian, nhưng có 98% độ bao phủ thông thường Thiết bị mạng mới hơn có thể tự động thay đổi tốc độ truyền dẫn tùy vào vị trí của điện thoại

Giống như CSD, HSCSD cũng hình thành mạch và thường được tính theo phút Đối với một ứng dụng như tải xuống, HSCSD có thể được ưa thích hơn, vì dữ liệu chuyển mạch thường được ưu tiên hơn là dữ liệu chuyển mạch gói trên mạng di động, và có chỉ có khoảng vài giây là không có dữ liệu nào được truyền tải

Công nghệ Tải xuống (kbit/s) Tải lên (kbit/s) Cấu hình

GPRS 80,0 20,0 (Loại 8 & 10và CS-4) 4+1

EGPRS (EDGE) 236.8 59.2 (Loại 8, 10và MCS-9) 4+1

EGPRS (EDGE) 177.6 118.4 (Loại 10 vàMCS-9) 3+2

GPRS dựa theo gói Khi TCP/IP được dùng, mỗi điện thoại có thể có một hoặc nhiều địa chỉ IP được thiết lập GPRS sẽ lưu trữ và chuyển các gói IP đến điện thoại khi đổi điện thoại (khi bạn chuyển sang sử dụng điện thoại khác) Thời gian ngưng do nhiễu vô tuyến có thể được TCP diễn dịch thành mất mát gói tin, và gây ra tình trạng thắt cổ chai tạm thời đối với tốc độ

truyền tải

-EDGE

(Enhanced Data Rates for GSM Evolution), đôi khi còn gọi là Enhanced

GPRS (EGPRS), là một công nghệ di động được nâng cấp từ GPRS cho

phép truyền dữ liệu với tốc độ có thể lên đến 384 kbit/s cho người dùng cố định hoặc di chuyển chậm và 144kbit/s cho người dùng di chuyển tốc độ cao Trên đường tiến đến 3G, EDGE được biết đến như một công nghệ 2.75G Thực tế bên cạnh điều chế GMSK, EDGE dùng phương thức điều chế 8-PSK để tăng tốc độ dữ liệu truyền Chính vì thế, để triển khai EDGE, các nhà cung cấp mạng phải thay đổi trạm phát sóng BTS cũng như là thiết

bị di động so với mạng GPRS

+ĐăÂc điểm

EDGE cung cấp cho chúng ta một dung lượng dữ liệu gấp 3 lần GPRS Khi

sử dụng EDGE nhà điều hành có thể quản lý được hơn gấp 3 lần số thuê bao đối với GPRS, và gấp 3 lần giá trị dữ liệu trên một thuê bao, thêm một dung lượng đáng kể cho truyền thông thoại EDGE sử dụng cấu trúc khung

dữ liệu, kênh lô-gic,và băng thông sóng mang 200kHz giống như TDMA (Xử-lý-nhân-chia-thời-gian) dùng trong mạng GSM hiện nay, cho phép nó phủ sóng trực tiếp trên nền GSM hiện có Đối với một số mạng GSM/GPRS hiện nay, EDGE thực chất chỉ là một sự nâng cấp phần mềm

EDGE cho phép truyền tải các dịch vụ di động tiên tiến như tải video, clip nhạc, tin nhắn đa phương tiện hoàn hảo, truy cập internet, e-mail di động tốc

độ cao

Phần II : mạng 3G

-UMTS

Kết hợp giao diện vô tuyến WCDMA, TD-CDMA, hay TD-SCDMA, lõi Phía ứng dụng di động của GSM (MAP), và các chuẩn mã hóa thoại của GSM UMTS (W-CDMA) dùng các cặp kênh 5 MHz trong kỹ thuật truyền dẫn

UTRA/FDD Ban đầu, băng tần ấn định cho UMTS là 1885–2025 MHz với đường lên (uplink) và 2110–2200 MHz cho đường xuống (downlink) Ở Mỹ, băng tần thay thế là 1710–1755 MHz (uplink) và 2110–2155 MHz (downlink),

do băng tần 1900 MHz đã dùng

UMTS là một mạng RAN (mạng truy nhập vô tuyến) thay vì GERAN như của GSM/EGDE UMTS và GERAN có thể dùng chung mạng lõi CN, và cho phép chuyển mạch thông suốt giữa các RAN nếu cần Mạng lõi CN có thể kết nối đến nhiều mạng đường trục khác nhau như của Internet và ISDN UMTS (cũng như GERAN) gồm 3 lớp thấp nhất của mô hình truyền thông OSI Lớp mạng (OSI 3) gồm giao thức Quản lý tài nguyên vô tuyến RRM, quản lý các kênh sóng mang (bearer channels) giữa máy di động và mạng

Kiến trúc mạng UMTF

Như hình vẽ thể hiện, Mạng UMTS bao gồm 2 phần, phần truy nhập vô tuyến (UMTS Terrestrial Radio Access Network – UTRAN) và phần mạng lõi

(core) Phần truy nhập vô tuyến bao gồm Node B và RNC Còn phần core thì có core cho data bao gồm SGSN, GGSN; Phần core cho voice thì có MCS và GMSC

W-CDMA

Tiêu chuẩn W-CDMA là nền tảng của chuẩn UMTS (Universal Mobile

Telecommunication System), dựa trên kỹ thuật CDMA trải phổ dãy trực tiếp,

trước đây gọi là UTRA FDD, được xem như là giải pháp thích hợp với các

nhà khai thác dịch vụ di động (Mobile network operator) sử dụng GSM, tập trung chủ yếu ở châu Âu và một phần châu Á (trong đó có Việt Nam) UMTS được tiêu chuẩn hóa bởi tổ chức 3GPP, cũng là tổ chức chịu trách nhiệm định nghĩa chuẩn cho GSM, GPRS và EDGE

FOMA, thực hiện bởi công ty viễn thông NTT DoCoMo Nhật Bản năm 2001, được coi như là một dịch vụ thương mại 3G đầu tiên Tuy nhiên, tuy là dựa trên công nghệ W-CDMA, công nghệ này vẫn không tương thích với UMTS (mặc dù có các bước tiếp hiện thời để thay đổi lại tình thế này)

Phần kiến trúc mạng UMTS khá dài, mời các bạn xem thêm tại:

-HSDPA

Ý tưởng ban đầu của HSDPA xem tại hình B Trước hết, tại phiên bản 4 của

UMTS, lưu lượng dữ liệu có thể được xử lý theo CCH (Common Channels: kênh chung), DCH( Dedicated Channel: kênh dành riêng) và DSCH Cụ thể

là những dịch vụ data-centric, DSCH sử dụng dữ liệu tốc độ thấp có thể được xử lý tốt hơn theo FACH (Forward Access Channel: kênh truy nhập đường xuống) và DCH Với DCH, tốc độ kênh bit có thể thay đổi dựa

trên SF sử dụng cho những mã đã được cấp, sao cho phù hợp HSDPA chủ yếu đơn giản sử dụng phương pháp ghép theo kênh thời gian để truyền gói

dữ liệu theo một kênh riêng trong khi nó

Nguyên lý cơ bản của HSDPA

sử dụng một multicode( đa mã) với một SF( Spreading factor: hệ số trải phổ)

cố định Hoạt động này dường như đơn giản, tuy nhiên nó được xem như là một chức năng chính và tập hợp các phương thức để làm cho nó thực tế hơn bằng air interface: dữ liệu đã được ghép kênh sẽ được ghi lại, điều chế,

mã hoá, chuyển qua air interface và liên kết vô tuyến được thích ứng, sao cho phù hợp Kết quả là những cải tiến trong phần đầu của phiên bản

4 UTRAN là không thể thiếu

minh hoạ cho những chức năng cơ bản và những phần tử chức năng cụ thể trong phiên bản 5 để thấy hoạt động cơ bản của HSDPA như đã nêu ở trên Những phần tử chức năng chính của HSDPA gồm: AMC, Fast Packet

Scheduling( FPS), HARQ và chuyển vùng cell

-UMTS-TDD

Nó lá sự kết hợp của 2 chuẩn

+TD-CDMA

Chuẩn TD-CDMA, viết tắt từ Time-division-CDMA, trước đây gọi là UTRA TDD,

là một chuẩn dựa trên kỹ thuật song công phân chia theo thời gian

(Time-division duplex) Đây là một chuẩn thương mại áp dụng hỗn hợp của TDMA

và CDMA nhằm cung cấp chất lượng dịch vụ tốt hơn cho truyền thông đa phương tiện trong cả truyền dữ liệu lẫn âm thanh, hình ảnh

Chuẩn TD-CDMA và W-CMDA đều là những nền tảng của UMTS, tiêu chuẩn hóa bởi 3GPP, vì vậy chúng có thể cung cấp cùng loại của các kênh khi có thể Các giao thức của UMTS là HSDPA/HSUPA cải tiến cũng được thực hiện theo chuẩn TD-CDMA

+TD-SCDMA

Chuẩn được ít biết đến hơn ,TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code

Division Multiple Access) đang được phát triển tại Trung Quốc bởi các công

ty Datang và Siemens, nhằm mục đích như là một giải pháp thay thế cho W-CDMA Nó thường xuyên bị nhầm lẫn với chuẩn TD-W-CDMA Cũng giống như TD-CDMA, chuẩn này dựa trên nền tảng UMTS-TDD hoặc IMT 2000 Time-Division (IMT-TD) Tuy nhiên, nếu như TD-CDMA hình thành từ giao thức mang cũng mang tên TD-CDMA, thì TD-SCDMA phát triển dựa trên giao thức của S-CDMA

Phần III : mạng 4G