Hệ thống truy nhập vô tuyến trong mạng thông tin di động w cdma

Bộ giáo dục v đo tạo Trờng đại học bách khoa h nội *** luận văn thạc sĩ khoa học Hệ thống truy nhập vô tuyến mạng thông tin di động W-CDMA ngành : Điện tử viễn thông m số : đặng khánh hòa Ngời hớng dẫn khoa học: ts đỗ HONG TIếN Hà nội 2005 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205135931000000 ii LỜI CAM ĐOAN Với lựa chọn đề tài: “Hệ thống truy nhập vô tuyến mạng thông tin di động W-CDMA” với mong muốn hoàn thành luận văn cách tốt đẹp Dưới hướng dẫn thầy giáo: TS Đỗ Hoàng Tiến em xin cam đoan nhũng nội dung luận văn hoàn toàn thật thân tìm tịi nghiên cứu tham khảo tài liệu khoa học ngồi nước Học viên ĐẶNG KHÁNH HỊA iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .vi DANH MỤC CÁC BẢNG xiii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xiv LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG – TỔNG QUAN HỆ THỐNG W-CDMA .2 1.1 Những yêu cầu hệ thống 1.2 Đặc tính W-CDMA thông số hệ thống 1.2.1 Đặc tính W-CDMA .3 1.2.2 Các thông số W-CDMA CHƯƠNG – THIẾT BỊ MẠNG TRUY NHẬP 2.1 BTS 2.1.1 Cấu hình chức .8 2.1.2 Các đặc điểm kĩ thuật BTS 2.1.3 Những công nghệ quan trọng khối chức 11 2.2 RNC 13 2.3 MPE 15 2.4 Anten BS 17 2.4.1 Anten BS cho chuẩn IMT-2000 17 2.4.2 Sự phân chia tần số 19 CHƯƠNG – GIAO DIỆN TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 22 3.1 Cấu trúc mạng truy cập vô tuyến (RAN) 22 3.2 Lớp vật lý 24 3.2.1 Kênh truyền tải 24 3.2.2 Kênh vật lý 25 3.2.3 Ánh xạ kênh truyền tải vào kênh vật lý 32 3.2.4 Ghép kênh truyền tải 32 3.2.5 FEC (mã hoá kênh) 34 3.2.6 Q trình thích ứng tốc độ 35 3.2.7 Bộ cài xen 35 3.2.8 Quá trình điều chế trải phổ 36 3.2.9 TPC 38 3.2.10 Điều khiển công suất phát phân tập lựa chọn site (SSDT) 39 3.2.11 Điều khiển truy nhập ngẫu nhiên 40 3.2.12 Sự phân tập phát 43 3.2.13 Chế độ nén .45 3.3 Tầng phụ điều khiển truy nhập phương tiện (MAC) 46 iv 3.3.1 Kênh logic 46 3.3.2 Ánh xạ kênh logic hỗ trợ kênh truyền tải .47 3.3.3 Tổng quan chức MAC 47 3.3.4 Định dạng liệu 48 3.3.5 Sự chọn lựa kết hợp định dạng truyền tải 49 3.4 Tầng phụ điều khiển kết nối vô tuyến (RLC) 51 3.4.1 Tổng quan chức RLC 51 3.4.2 Chế độ suốt .51 3.4.3 Chế độ không báo nhận .52 3.4.4 Chế độ báo nhận 53 3.4.5 Định dạng liệu 55 3.4.6 Chức loại bỏ 57 3.4.7 Mật mã hoá 57 3.5 Tầng phụ giao thức hội tụ gói liệu (PDCP) .60 3.5.1 Tổng quan chức 60 3.5.2 Định dạng liệu 60 3.5.3 Gán số cho PDCP 61 3.5.4 Tái định vị SRNS .62 3.6 Lớp điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC) 62 3.6.1 Tổng quan chức RRC 62 3.6.2 Các thủ tục .64 3.6.3 Tin nhắn 64 CHƯƠNG - THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÔ TUYẾN 65 4.1 Thiết kế hệ thống vô tuyến WCDMA 65 4.2 Khái niệm dung lượng W-CDMA 66 4.2.1 Đường lên 66 4.2.2 Đường xuống 68 4.2.3 Điều khiển giám sát 71 4.3 Thiết kế kết nối vô tuyến 72 4.3.1 Thiết kế đường lên 72 4.3.2 Thiết kế đường xuống .72 4.3.3 Ví dụ quỹ kết nối 75 4.4 Cấu hình cell/sector 78 4.4.1 Tác động vị trí BS 78 4.4.2 Cấu hình sector 78 4.4.3 Sự thở cell 79 4.4.4 Cấu hình cell theo lớp 79 CHƯƠNG - CÁC KỸ THUẬT MẠNG 80 5.1 Giới thiệu 80 5.2 Kĩ thuật ATM 81 5.2.1 Cơ chế chuyển mạch 81 5.2.2 Cấu hình ATM 82 5.2.3 Lớp tương thích ATM (AAL) 82 5.2.3.1 AAL2 83 5.2.3.2 AAL5 84 5.2.4 Chất lượng dịch vụ (QoS) quản lí lưu lượng ATM 84 5.2.4.1 Các lớp QoS theo chuẩn 3GPP 84 5.2.4.2 Lớp dịch vụ ATM .85 5.2.4.3 Điều khiển chấp nhận kết nối (CAC) 86 5.2.4.4 Điều khiển tham số sử dụng (UPC) 86 5.3 Cơ chế báo hiệu điều khiển mạng 87 v 5.3.1 Hệ thống báo hiệu mạng lõi ITM-2000 87 5.3.1.1 Giao diện UE MSC/SGSN 87 5.3.1.2 Giao diện RNC MSC/SGSN 88 5.3.1.3 Giao diện MSC/SGSN GMSC/GGSN 88 5.3.1.4 Giao diện HLR/GLR MSC/VLR SGSN/GGSN .89 5.3.2 Cơ chế điều khiển 89 5.3.2.1 Thủ tục 89 5.3.2.2 Các kĩ thuật mạng mới: 92 5.4 Cơ chế truyền thơng gói 97 5.4.1.Tổng quan truyền thơng gói di động 97 5.4.2 Mục đích dịch vụ .98 5.4.3.Cấu trúc mạng 98 5.4.4 Kĩ thuật truyền thơng gói di động 100 5.4.4.1 Tốc độ truyền việc điều khiển QoS .100 5.4.4.2 Điều khiển kỹ thuật xuyên hầm 101 5.4.5 Cơ chế kết nối 103 5.4.5.1 Thủ tục khởi tạo gọi 103 5.4.5.2 Thủ tục kết cuối gọi 104 5.4.5.3 Thủ tục tái định vị 105 5.5 Cơ chế mạng thông minh (IN) 106 5.5.1 Tổng quan chế IN 106 5.5.2 So sánh với hệ thống thông thuờng 107 5.5.3 Ưu điểm chế IN 109 5.5.4 Xu hướng chuẩn hoá 109 5.6 Cơ chế cổng 110 5.6.1Cổng chuyển đổi giao thức .110 5.6.1.1 Cấu hình hệ thống 110 5.6.1.2 Điều khiển gọi chức .111 5.6.2 Cổng TCP 112 5.6.2.1 Cấu hình hệ thống 112 5.6.2.2 Các chức 113 5.6.2.3 W-TCP 113 5.6.3 Cổng đường hầm ‘Tunneling gateway’ 114 5.6.3.1 Cấu hình hệ thống 114 5.6.3.2 Các chức 114 KẾT LUẬN 116 PHỤ LỤC A .117 PHỤ LỤC B .120 PHỤ LỤC C .124 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 3GPP 3GPP2 AAL AC ACCH ACELP 3rd Generation Partnership Project (WCDMA) 3rd Generation Partnership Project (CDMA2000) ATM Adaptation Layer Authentication Center Associated Control Channel Algebraic Code Excited Linear Prediction ACIR Adjacent Channel Interference Ratio ADPCM Adaptive Differential Pulse Code Modulation AICH Acquisition Indication Channel ALCAP Access Link Control Application Part AMR Adaptive Multi Rate APAccess Preamble Acquisition AICH Indicator Channel APC Auxiliary Pilot Channel ARIB Association of Radio Industries and Business ARQ Automatic Repeat Request ASC Access Service Class BCCH Broadcast Control Channel BCH Broadcast Channel; BCS Block Check Sequence BFSK Binary Frequency Shift Keying BHCA Busy Hour Call Attempts B-ISDN Broadband ISDN BLER Block Error Rate BMC Broadcast/Multicast Control BPSK Binary Phase Shift Keying BS Base Station BSC Base Station Controller BSS Base Station Subsystem BSSGP Base Station System GPRS Protocol BSSMAP Base Station System Mobile Application Part BTS Base Transceiver Station CBR Constant Bit Rate CC Call Control CC Call Controls Dự án phát triển mạng hệ cho WCDMA Dự án phát triển mạng hệ cho CDMA 2000 Lớp tương thích ATM Trung tâm nhận thực Kênh điều khiển liên kết Dự đốn tuyến tính kích thích mã đại số Tỷ số nhiễu kênh lân cận Điều chế xung mã vi sai thích nghi Kênh thị bắt Phần ứng dụng điều khiển kết nối truy nhập Biến đổi tốc độ tương thích Kênh thị chiếm giữ truy nhập Preamble Kênh hoa tiêu phụ Hiệp hội công nghệp vô tuyến kinh doanh Yêu cầu lặp lại tự động Lớp dịch vụ truy nhập Kênh điều khiển quảng bá Kênh quảng bá Chuỗi kiểm tra khối Khoá dịch tần nhị phân Giờ gọi cao điểm ISDN băng rộng Tỉ lệ lỗi khối Điều khiển quảng bá Khoá dịch pha nhị phân Trạm gốc Bộ điều khiển trạm gốc Phân hệ trạm gốc Giao thức GPRS hệ thống trạm gố Phần ứng dụng di động hệ thống trạm gốc Trạm thu phát gốc Tốc độ bit không đổi Điều khiển gọi Điều khiển gọi vii CCCH CCH CCPCH CCTrCH CD/CAICH CDMA CFN CN CNR CPCH CPFSK CPICH CRC CRNC CS CSCF CSICH CTCH DCA DCCH DCH DHO DPCCH DPCH DPDCH DQPSK DSCDMA DSCH DSSS DTCH DTX EDGE EIA EIR ETSI FACCH FACH Common Control Channel Control Channel Common Control Physical Channel Coded Composite Transport Channel Collision Detection/Channel Assignment Indicator Channel Code Division Multiple Access Connection Frame Number Core Network Carrier-to-Noise Ratio Common Packet Channel Continuous Phase Frequency Shift Keying Common Pilot Channel Cyclic Redundancy Check Controlling Radio Network Controller Circuit Switched Call State Control Function CPCH Status Indicator Channel Common Traffic Channel Dynamic Channel Allocation Dedicated Control Channel Dedicated Channel Diversity HandOver Dedicated Physical Control Channel Dedicated Physical Channel Dedicated Physical Data Channel Differential Quadrature Phase Shift Keying Direct-Sequence Code Division Multiple Access Downlink Shared Channel Direct-Sequence Spread Spectrum Dedicated Traffic Channel Discontinuous Transmission Enhanced Data Rates for GSM Evolution Electronic Industry Association Equipment Identity Register European Telecommunication Fast Associated Control Channel Forward Access Channel Kênh điều khiển dùng chung Kênh điều khiển Kênh vật lí điều khiển dùng chung Kênh ghép mã hoá truyền tải Kênh thị gán kênh/phát va chạm Đa truy cập phân chia theo mã Số khung kết nối Mạng lõi Tỉ số sóng mang nhiễu Kênh gói dùng chung Khố dịch tần pha liên tục Kênh pilot dùng chung Kiểm tra độ dư mã vịng Điều khiển điều khiển mạng vơ tuyến Chuyển mạch kênh Chức điều khiển trạng thái gọi Kênh thị trạng thái CPCH Kênh lưu lượng dùng chung Sự định kênh động Kênh điều khiển dành riêng Kênh riêng Chuyển giao phân tập Kênh điều khiển vật lí dành riêng Kênh vật lí dành riêng Kênh liệu vật lí dành riêng Khố dịch pha cầu phương vi sai Đa truy nhập phân chia theo mã trải phổ trực tiếp Kênh chia sẻ hướng xuống Trải phổ trực tiếp Kênh lưu lượng dành riêng Phát không liên tục Tăng cường tốc độ liệu cho GSM cải tiến Hiệp hội công nghiệp điện tử Thanh ghi nhận dạng thiết bị Viện tiêu chuẩn truyền thông châu Âu Kênh điều khiển liên kết nhanh Kênh truy nhập đường xuống viii FCCH FCS FDD FEC FER FN GGSN GMS GMSK GP GPRS GSM GTP GTP-U HLR HSS ICMP IETF IMEI IMSI IMT2000 IS-136 ITU-T IWF LAC LAI LLC LPC LSA LSN LTP M3UA MAC MAP MER Frequency Correction Channel Frame Check Sequence Frequency Division Duplex Forward Error Correction Frame Error Rate Frame Number Gateway GPRS Support Node Global System for Mobile Communications Gaussian Minimum Shift Keying Guard Period General Packet Radio System Global System for Mobile Communication GPRS Tunneling Protocol GPRS Tunneling Protocol – User Plane Kênh sửa sai tần số Chuỗi kiểm tra khung Chế độ song công phân chia theo tần số Sửa lỗi trước Tỉ lệ lỗi khung Số hiệu khung Nút hỗ trợ GPRS cổng Hệ thống thơng tin di động tồn cầu Home Location Register Home Subscriber Server Internet Control Message Protocol Internet Engineering Task Force International Mobile Station Equipment Identifier International Mobile Subscriber Identity International Mobile Telecommunication 2000 Interim Standard 136 for U.S Digital Cellular with Digital Control Channels ITU — Telecommunications Standardization Interworking Function Link Access Control Location Area Identity Logical Link Control Linear Predictive Coding Local Service Area Last Sequence Number Long Term Predictor Message Transfer Part — User Adaptation layer Medium Access Control Mobile Application Part Message Error Rate Thanh ghi định vị thường trú Máy chủ thuê bao thường trú Giao thức tin điều khiển Internet Khoá dịch tối thiểu Gaussian Khoảng thời gian bảo vệ Hệ thống vơ tuyến gói đa Hệ thống thơng tin di động toàn cầu Giao thức đường hầm GPRS Giao thức xuyên hầm mặt phẳng người sử dụng Tổ chức kỹ sư mạng Internet Số nhận dạng thiết bị trạm di động quốc tế Thực thể thuê bao di động quốc tế Tổ chức truyền thông di động quốc tế 2000 Tiêu chuẩn viễn thông Liên minh truyền thông đa quốc gia Chức liên mạng Điều khiển truy nhập liên kết Nhận dạng vùng định vị Điều khiển liên kết logic Mã hoá dự đoán tuyến tính Vùng dịch vụ địa phương Số hiệu cuối Dự đốn dài kì Lớp tương thích người dùng - Phần trao đổi tin Điều khiển truy nhập mềm Phần ứng dụng di động Tỉ lệ lỗi tin ix MGCF Media Gateway Control Function MGW MIP-LR MM MPE Media Gateway Mobile IP with Location Register Mobility Managerment Multimedia Processing Equipment Mobility-services Switching Center Minimum Shift Keying Message Transfer Part Multiuser Detection Mobile User Identifier Negative ACK Non Access Stratum Node-B Application Services Network (layer) Service Access Point Identifier Network Subsystem Operations, Administration, and Maintenance Operations and Management Center Offset QPSK Orthogonal Variable Spreading Factor Packet Associated Control Channel Packet Assembler and Disassembler Packet Access Grant Channel Packet Broadcast Channel Paging Control Channel Primary Common Control Physical Channel Paging Channel Physical Common Packet Channel Personal Communication Services Packet Control Unit Packet Data Channel Packet Data Convergence Protocol Packet Data Protocol (IP, X.25, etc.) Physical Downlink Shared Channel Packet Data Transfer Channel MSC MSK MTP MUD MUI NACK NAS NBAP NSAPI NSS OA&M OMC OQPSK OVSF PACCH PAD PAGCH PBCH PCCH PCCPCH PCH PCPCH PCS PCU PDCH PDCP PDP PDSCH PDTCH Chức điều khiển Gateway phương tiện Gateway phương tiện IP di động với ghi định vị Quản lý tính di động Thiết bị xử lí đa phương tiện Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động Khoá dịch tối thiểu Phần tin truyền Phát đa người dùng Nhận dạng người dùng di động ACK phủ định Tầng không truy nhập Phần ứng dụng Node B Nhận dạng điểm truy nhập dịch vụ mạng Phân hệ mạng Vận hành giám sát bảo dưỡng Trung tâm quản lí khai thác Kố dịch pha cầu phương sai lệch Nhân tố trải phổ trực giao thay đổi Kênh điều khiển liên kết gói Đóng mở gói Kênh quảng bá gói Kênh điều khiển tìm gọi Kênh vật lý điều khiển dùng chung sơ cấp Kênh tìm gọi Kênh gói chung vật lý Các dịch vụ thơng tin cá nhân Khối điều khiển gói Kênh liệu gói Giao thức hội tụ liệu gói Giao thức liệu gói Kênh chia sẻ hướng xuống vật lí Kênh truyền liệu gói x PDU PI PICH PLMN PLP PNCH PPCH PRACH PS PSCH PSPDN PSTN PTM PTP PVC QPSK RA RAB RACH RAN RANAP RB RL RLCP RLP RNC RNS RNSAP RNTI RR RRC RRM RSM RSSI RSVP RTP SAP SAPI SAR SCCH Protocol Data Unit Paging Indicator Page Indication Channel Public Land Mobile Network Packet Loss Probability Packet Notification Channel Packet Paging Channel Packet Random Access Channel; Physical Random Access Channel Packet Switched Physical Shared Channel Packet Switched Public Data Network Public Switched Telephone Network Point-to-Multipoint Point-to-Point Permanent Virtual Circuit Quadrature Phase Shift Keying Routing Area Radio Access Bearer Random Access Channel Radio Access Network RAN Application Part Radio Bearer Radio Link Radio Link Control Protocol Radio Link Protocol Radio Network Controller Radio Network Sub-System RNS Application Part Radio Network Temporary Identity Radio Resources, Resource Reservation Radio Resource Control Radio Resource Managerment Radio Subsystem Management Received Signal Strength Indicator Resource Reservation Protocol Real-time Transport Protocol Service Access Point Service Access Point Identifier Segmentation and Reassembly Synchronization Control Channel Đơn vị giao thức liệu Chỉ thị nhắn tin Kênh thị tìm gọi Mạng di động công cộng mặt đất Khả gói Kênh thơng báo gói Kênh tìm gọi gói Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lí/gói Chuyển mạch gói Kênh chia sẻ vật lí Mạng liệu cơng cộng chuyển mạch gói Mạng điện thoại chuyển mạch cơng cộng Điểm - Đa điểm Điểm - Điểm Mạch ảo cố định Khoá dịch pha cầu phương Vùng định tuyến Mạng truy nhập vô tuyến Kênh truy nhập ngẫu nhiên Mạng truy nhập vơ tuyến Phần ứng dụng RAN Tín hiệu mang vô tuyến Đường liên kết vô tuyến Giao thức điều khiển kết nối vô tuyến Giao thức kết nối vô tuyến Khối điều khiển mạng vô tuyến Phân lớp mạng vô tuyến Phần ứng dụng RNS Thực thể vô tuyến tạm thời Tài nguyên vô tuyến Điều khiển tài nguyên vơ tuyến Quản lý tài ngun vơ tuyến Quản lí phân hệ vô tuyến Giao thức dành trước tài nguyên Giao thức truyền tải thời gian thực Điểm truy cập dịch vụ Số nhận dạng điểm truy cập dịch vụ Ghép đoạn phân đoạn Kênh điều khiển đồng