Đồ Án Tốt Nghiệp - Mạng Truy Nhập Vô Tuyến - Điện Tử - Truyền Thông

Đồ án báo cáo Đề tài : mạng truy nhập vô tuyến .Đây là đồ án chi tiết được đánh giá chất lượng rất cao,được biên soạn nghiên cứu từ các tài liệu chuyên ngành,...được chắt lọc từ các tài liệu công nghệ mới nhất.Đây là tài liệu thực sự bổ ích cho các bạn trẻ giúp các bạn sinh viên đạt kết quả cao khi bảo vệ đồ án của mình,trinh phục tương lai của mình.....Chúc các bạn thành công

02/2014 MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG I Giới thiệu về mạng di động Viettel 4

1 Sơ đồ cấu trúc mạng di động Viettel 4

2 Chức năng của các thành phần trong mạng di động Viettel 5

2.1 Lớp người dùng 5

2.2 Lớp truy nhập …6

2.3 Lớp lõi 7

2.4 Lớp ứng dụng ….8

CHƯƠNG II Truy nhập vô tuyến trong mạng di động Viettel 9

I Mạng truy nhập vô tuyến cho 2G……….9

1 Phương thức đa truy nhập TDMA……… 9

1.1 BTS………10

1.2 BSC………12

2 Thiết bị trong mạng truy nhập vô tuyến Viettel………13

II Mạng truy nhập vô tuyến cho 3G………18

1 Phương thức đa truy nhập WCDMA……….18

2 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN……… 19

2.1 NodeB……….20

2.2 RNC………23

3 So sánh mạng truy nhập Viettel và 1 mạng truy nhập của các nhà mạng khác……….28

LỜI NÓI ĐẦU

Tại Việt Nam, cả nước đã có 7 nhà khai thác dịch vụ thông tin di động sử dụng công nghệ GSM và CDMA Điều đó minh chứng cho cho sự phát triển không ngừng của hạ tầng mạng thông tin di động trong nước trong xu thể hội nhập và thể hiện sự cạnh tranh khốc liệt trong lĩnh vực này Thực tế phát triển thị trường tại Việt Nam cho thấy, đến nay các mạng di động sử dụng công nghệ GSM đang

chiếm ưu thế tuyệt đối về số lượng khách hàng với 56,5 triệu thuê bao trên tổng số 63,5 triệu thuê bao di động (số liệu của Tạp chí Khoa học kỹ thuật và kinh tế Bưu điện) Với số lượng thuê bao phát triển lớn mạnh như vậy trong thời gian qua cùng với việc cạnh tranh khốc liệt giữa các nhà khai thác dịch vụ thông tin di động thì hạ tầng mạng thông tin di động 2G & 2,5G đã được khai thác tối đa cho các dịch vụ truyền thống Do vậy để có hạ tầng mạng thích hợp cung cấp các dịch vụ trên nền IP/Internet, các dịch vụ truyền thông đa phương tiện multimedia, các dịch vụ gia tăng mới, các dịch vụ hội tụ Di động-Cố định , nhất là dịch vụ truyền tiếng nói dưới dạng gói VoIP và đủ điều kiện cho phép hạ giá thành cung cấp các dịch vụ này nhằm tăng tính cạnh tranh với các doanh nghiệp viễn thông khác thì bắt buộc cần phải có những bước chuyển đổi, phát triển, nâng cấp hạ tầng đối với mạng di động hiện tại là điều tất yếu và hết sức cấp thiết

Cùng hòa chung với sự tăng trưởng mạnh không ngừng của phát triển kinh tế xã hội Việt Nam nói chung và thị trường viễn thông nói riêng, trong những năm qua với nhiều bước phát triển vượt bậc đã đưa mạng Viettel trở thành các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động lớn tại Việt Nam về quy mô phát triển thuê bao cũng như

hạ tầng mạng Với xu thế chung phát triển thuê bao di động tại Việt Nam và nhu cầu tăng cao về các dịch vụ di động Multimedia của khách hàng trong thời gian đến, mạng vô tuyến trên toàn quốc nói chung và khu vực cụ thể nói riêng cần phải gấp rút thực hiện nâng cấp và xây dựng hạ tầng mạng 3G theo định hướng NGN - Mobile Để có được 1 cơ sở hạ tầng như trên thì điều không thể thiếu đó là nâng cấp mang trụy nhập vô tuyến Vì vậy nhóm 3 xin trình bày về đề tài

Mạng truy nhập trong mạng di động của Viettel

Trong đề tài này sẽ bao gồm 2 chương:

Chương 1: Giới thiệu về mạng di động Viettel

Chương 2: Truy nhập vô tuyến trong mạng di động Viettet

CHƯƠNG I Mạng di động Viettel

I. Mạng di động Viettel

1 Sơ đồ cấu trúc mạng di động Viettel

Mạng di động của Viettel có thể chia làm 4 lớp sau:

- Lớp người dùng: Gồm thiết bị đầu cuối người dùng, thiết bị di động…

2 Chức năng của các thành phần trong mạng di động Viettel

Trong phần này trình bày chức năng của một số thành phần chính trong mạng diđộng Viettel:

2.1 Lớp người dùng

Thiết bị di động và đầu cuối người dùng

- ME (mạng 2G): Đây là máy điện thoại di động, kết nối với BTS qua giao diện Um

Giao diện Um:

Đây là giao diện giữa MS và BTS (air interface) Giao diện này sử dụng giao thức LAPDm cho báo hiệu, có chức năng dẫn đường cuộc gọi, đo lường báo cáo,

chuyển giao (handover), xác thực, cấp phép, cập nhật khu vực Lưu lượng (thoại)

và báo hiệu được truyền trong từng bursts 0.577 ms tại mỗi khoảng 4.615 ms, tạo thành từng khối dữ liệu 20 ms

- UE (mạng 3G): Đây không chỉ là điện thoại di động mà còn có thể là các thiết bịđầu cuối truy nhập internet như modem (Dcom 3G, homegateway), kết nối vớiNodeB qua giao diện Uu

- Giao diện Uu

Đây là giao diện không dây (duy nhất) của mạng UMTS Tất cả giao diện khác đều

có dây dẫn hết Liên lạc trên giao diện này dựa vào kỹ thuật FDD/TDD WCDMA Thật ra, nếu nhìn trên tổng thể kiến trúc mạng UMTS ta sẽ thấy là "nút cổ chai" của mạng UMTS chính là ở capacity của giao diện Uu này Nó sẽ giới hạn tốc độ truyền thông tin của mạng UMTS Nếu ta có thể tăng tốc độ data rate của giao diện này thì ta có thể tăng tốc độ của mạng UMTS Thế hệ tiếp theo của UMTS đã sử dụng OFDMA kết hợp MIMO thay vì WCDMA để tăng tốc độ

- Quản lý mạng vô tuyến: Xử lý các bản tin báo hiệu, điều khiển….

- Quản lý kênh vô tuyến: Ấn định, khởi tạo, giải phóng kênh vô tuyến

- Quản lý chuyển giao

- Tập trung lưu lượng

- Kết nối với MSC qua giao diện A, sử dụng giao thức BSSAP cho dịch vụ thoại.BTS kết nối đến SGSN qua giao diện Gb cho dịch vụ data

RNC thực hiện một số các chức năng sau:

- Quản lý một số NodeB và điều khiển các tài nguyên của chúng như: Cấp phát, giải

phóng kênh, cấp phát tài nguyên

- Một nhiệm vụ quan trọng nữa của RNC là bảo vệ sự bí mật và toàn vẹn Sau thủtục nhận thực và thỏa thuận khóa, các khóa bảo mật và toàn vẹn được đặt vàoRNC

- RNC kết nối với nhau qua giao diện Iub RNC được nối đến lớp lõi bằng hai kếtnối, một kết nối tới MGW – MSC Server bằng giao diện Iu-CS (luồng thoại) vàmột kết nối đến SGSN bằng giao diện Iu-PS (luồng data)

- Tương tác mạng (IWF – Internet Working Functions): G-MSC

Các MSC có giao diện kết nối với các BSC, RNC qua các luồng STM1 hoặc cácluồng GE (IP), Giao diện báo hiệu của MSC với BSC sử dụng giao thức BSSAP Giao diện kết nối MSC với các thành phần mạng core khác như MSC khác, STP, HLR, GMSC bằng các giao diện IP trên mạng MPBN, các giao thức sử dụng gồm SCCP, ISUP, MAP, CAP của báo hiệu số 7

2.3.2 SGSN

Là nút chính trong miền chuyển mạch gói, chịu trách nhiệm cho tất cả các kết nối

PS của tất cả các thuê bao SGSN chứa thông tin đăng ký thuê bao và thông tin vị trí thuê bao Kết nối đến BSC qua giao diện Iu-CS dành cho thoại, kết nối đến RNC qua giao diện Iu-PS, kết nối với HLR/Auc qua giao diện Gr (sử dụng báo hiệu MAP) và kết nối vớiGGSN qua giao diện Gn+

2.3.3 GGSN

Là một nút cổng dữ liệu giữa mạng PS kết nối với mạng internet, các dữ liệu

truyền từ thuê bao ra mạng ngoài đều qua GGSN GGSN cũng chứa thông tin đăng

ký và thông tin vị trí thuê bao Giao diện kết nối đến mạng internet qua router P của mạng Internet

2.3.4 GMSC

Là MSC có chức năng cổng để nối ra các mạng ngoài như PSTN

Tổng đài GMSC có giao diện kết nối với ngoại mạng cho cả di động và cố địnhqua giao diện kết nối là các STM1 Các giao diện này sử dụng ISUP báo hiệu số 7.GMSC kết nối tới MSC sử dụng giao thức báo hiệu như: MAP, ISUP, kết nối đếnHLR/Auc sử dụng giao thức báo hiệu MAP, kết nối tới tổng đài quốc tế IGW

2.3.5 HLR/AuC

Là cơ sở dữ liệu thông tin về thuê bao và nhận thực thuê bao HLR/AuC kết nốiđến GMSC qua giao diện C (dùng báo hiện MAP) Ngoài ra, HLR còn kết nối đến VLR (Vistor Location Register – Bộ ghi định vị khách) qua giao diện D (sử dụng báo hiệu MAP) HLR/AuC lưu giữ các thông tin như:

- Các số nhận dạng IMSI, MSISDN

- Các mã khóa các nhân Ki

- Các thông tin về thuê bao

- Danh sách các dịch vụ mà MS được/hạn chế sử dụng

- Số hiệu VLR đang phục vụ MS

2.3.6 STP (Signaling Tranfer Point – Điểm trung chuyển báo hiệu)

Chức năng chính của STP là chuyển tiếp các bản tin báo hiệu (hay chức năng địnhtuyến báo hiệu) STP là một bộ chuyển mạch gói hoạt động như một hub gửi các bản tin báo hiệu tới các STP, SCP hay SSP khác STP định tuyến các bản tin thông qua việc kiểm tra thông tin định tuyến được gắn kèm với mỗi bản tin báo hiệu và gửi chúng tới điểm báo hiệu cần thiết Thay vì các node mạng lõi đấu nối báo hiệu trực tiếp với nhau tạo ra một mạng mesh phức tạp, STP sẽ đóng vai trò node trung tâm trong mạng báo hiệu, quản lý mạng báo hiệu trong sáng hơn

*) Mạng CS cho các cuộc gọi về thoại:

UE NodeB  RNC  MSC server 

*) Mạng PS cho các cuộc gọi về data:

UE NodeB  RNC  SGSN  GGSN Mạng internet

CHƯƠNG II Truy nhập vô tuyến trong mạng di động Viettel

I Mạng truy nhập vô tuyến cho 2G

1 phương thức đa truy nhập TDMA

Hiện nay thì Viettel đang sử dụng phương thức đa truy nhập TDMA

Phương thức đa truy nhập TDMA là với mỗi bước sóng mang vô tuyến, một cách tiêu biểu thì trục thời gian được chia thành các khung TDMA đều nhau, mỗi khung

gồm 8 khe thời gian, mỗi thuê bao truy nhập mạng trên tần số sóng mang đó sẽ phân biệt nhau về các khe thời gian mà chúng sử dụng.

Đặc điểm :

- Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số

- Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong đó một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy di động và một băng tần được sử dụng để truyền tuyến hiệu từ máy di động đến trạm gốc Việc phân chia tần như vậy cho phép các máy thu và máy phát có thể hoạt động cùng một lúc mà không sợ can nhiễu nhau

- Giảm số máy thu phát ở BTS.

- Giảm nhiễu giao thoa.

Hiện nay với phương thức truy nhập băng tần của mạng GSM Viettel sử dụng là

Hệ thống được thực hiện như là một mạng gồm nhiều ô vô tuyến cạnh nhau để đảm bảo toàn bộ vùng phủ của vùng phục vụ Mỗi ô có một trạm vô tuyến gốc (BTS) làm việc ở tập hợp các kênh vô tuyến Các kênh này khác với các kênh làm việc của ô kế cận để tránh nhiễu giao thoa.

BTS được điều khiển bởi bộ điều khiển trạm gốc BSC Các BSC được phục vụ bởi trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động (MSC) Một BSC điều khiển nhiều BTS

Giao diện Abis Đây là giao diện giữa BTS và BSC, thường được truyền

trên đường DS-1, ES-1 hay E1 của mạch vòng TDM Sử dụng kênh con

(subchannel)TDM cho lưu lượng (TCH), giao thức LAPD cho giám sát BTS và báo hiệu vô tuyến, và truyền tín hiệu đồng bộ từ BSC tới BTS và MS

- BTS nối với MS thông qua giao diện Um

-Giao diện Um:

Đây là giao diện giữa MS và BTS (air interface) Giao diện này sử dụng giao thức LAPDm cho báo hiệu, có chức năng dẫn đường cuộc gọi, đo lường báo cáo,

chuyển giao (handover), xác thực, cấp phép, cập nhật khu vực Lưu lượng (thoại)

và báo hiệu được truyền trong từng bursts 0.577 ms tại mỗi khoảng 4.615 ms, tạo thành từng khối dữ liệu 20 ms

-BSC và cũng nối đến MSC Một bộ phận TRAU (Transcoder/Rate Adaption Unit) thực hiện mã hoá và giải mã đồng thời điều chỉnh tốc độ cho việc truyền số liệu qua giao diện A

-Qua giao diện A

Cũng như giao diện Abis thì giao diện A dựa trên trên các luồng E1 ( tức là tốc

độ 2.048 Mbps, gồm 30 kênh 64kbps cho thoại/ dữ liệu và 2 kênh cho đồng bộ khung và báo hiệu liên đài) Nhưng điểm khác giao diện A thì mỗi 1 khe thời gian tải 1 kênh thoại 64kbps

- Chức năng: BTS thực hiện nhiều chức năng như: Thu phát vô tuyến, ánh xạ kênhlogic vào kênh vật lý, mã hóa/giải mã…

- Quản lý mạng vô tuyến: Xử lý các bản tin báo hiệu, điều khiển…

- Quản lý kênh vô tuyến: Ấn định, khởi tạo, giải phóng kênh vô tuyến

- Quản lý chuyển giao

- Tập trung lưu lượng

- Kết nối với MSC qua giao diện A, sử dụng giao thức BSSAP cho dịch vụ thoại.BTS kết nối đến SGSN qua giao diện Gb cho dịch vụ data

2 Thiết bị trong mạng truy nhập vô tuyến Viettel

Hiện nay thì Viettel đang sử dụng loại BTS Ericsson - RBS2206

2.2 Đặc điểm vô tuyến GSM 900 của tủ RBS 2206

Khoảng cách giữa 2 tần 45 MHz

2.2 Cấu trúc tủ RBS 2206

1 tủ RBS 2206 bao gồm các khối sau:

- Đơn vị cấp nguồn PSU (power supply unit)

- Đơn vị chuyển mạch phân phối DXU (Distribution switch unit)

- Mô đun phân phối trong (Internal distribution module)

- Bộ thu phát kép dTRU (double transceiver unit)

- Bộ phận hoán chuyển cấu hình CXU (Configuration switch unit)

- Bộ phận phân phối và kết hợp CDU (Combiner and Distribution unit)

- Đơn vị đấu nối điện xoay chiều và một chiều ACCU/DCCU (AC or DC connection unit)

- Khối điều khiển quạt FCU (Fan control unit)

- Bộ lọc điện một chiều (DC Filter

khung đỡ

2.3.3 Các yêu cầu về nguồn điện

Các nguồn cung cấp đảm bảo yêu cầu

- (48/60) VDC

+24 VDC

120-250 VAC

2.3.4 Công suất tiêu thụ

Điện năng tiêu thụ tối đa của RBS2206 là 3855 W (đối với nguồn cung cấp là 120 - 250 VAC)

Trạm điều khiển (BSC) FlexWave

Thường kiểm soát cho thiết bị trong nhà ngoài trời hiệu quả

Các FlexWave trạm điều khiển (BSC) cung cấp điều khiển chung cho cả hai trong nhà FlexWavenanoBTS và FlexWave microBTS ngoài trời Được xây

dựng với kiến trúc mô đun trên nền IP và linh hoạt,các BSC FlexWave sử

dụng IP kết nối để liên lạc với các trạm BTS FlexWave đơn vị, trong khi cung cấp một mạch dựa trên tiêu chuẩn A -giao diện với MSC và một mạch dựa trên tiêu

chuẩn giao diện Gb tới SGSN.Ngoài ra còn có một tùy chọn để kết nối vào các kiến trúc mạng lõi có sử dụng một MSC chuyển mạch mềm.

Các BSC FlexWave cung cấp chức năng phân bổ kênh, GPRS / EDGE hỗ

trợ và cũng điều khiển các thuật toán mức điện năng và các thủ tục bàn

giao cho các đơn vị BTS Các BSC được thiết kế để có một mức độ cao về sẵn

có bằng cách kết hợp dư thừa có chọn lọc với khả năng nhanh chóng khởi động lại

Các tính năng:

• Compact PCI nền tảng

• hỗ trợ kiến trúc linh hoạt

• Tuân theo thông số kỹ thuật GSM

• Tích hợp vào MSC di sản

II Mạng truy nhập vô tuyến cho 3G

1 Phương thức đa truy nhập WCDMA

Hiện nay thì Viettel đang sử dụng nâng cấp từ GSM chuẩn hóa TDMA lên

1935-1959MHz cho đường lên

Với việc nâng cấp từ GSM chuẩn hóa TDMA lên WCDMA đòi hỏi các nhà mạng

di động cần nâng cấp mạng truy nhập vô tuyến của mình Mà ở đây Viettel đưa ra mạng truy nhập vô tuyến sử dụng RNC và Node B Được gọi UTRAN

2 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN

UTRAN là mạng truy nhập vô tuyến được thiết kế mới cho UMTS, nó có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan tới truy nhập mạng qua giao diện vô tuyến

diện của hệ thống mạng UMTS Sở dĩ như vậy là do tất cả các lưu lượng thoại và

số liệu đều được truyền tải qua giao diện này, cho nên giao diện này trở thành nhân

tố ràng buộc bậc nhất đối với nhà cung cấp thiết bị đồng thời việc định cỡ giao diện này mang ý nghĩa rất quan trọng Đặc điểm của giao diện vật lý đối với BTS dẫn đến dung lượng Iub với BTS có một giá trị quy định Thông thường để kết nối với BTS ta có thể sử dụng luồng E1, E3 hoặc STM1 nếu không có thể sử dụng luồng T1, DS-3 hoặc OC-3 Như vậy, dung lượng của các đường truyền dẫn nối đến RNC có thể cao hơn tổng tải của giao diện Iub tại RNC.Chẳng hạn nếu ta cần đấu nối 100BTS với dung lượng Iub của mỗiBTS là 2,5 Mbps, biết rằng cấu hình cho mỗi BTS hai luồng 2 Mbps và tổng dung lượng khả dụng của giao diện Iub sẽ

là 100 x 2 x 2 = 400 Mbps Tuy nhiên tổng tải của giao diện Iub tại RNC vẫn là

250 Mbps chứ không phải là 400 Mbps

- Giao diện Iur

của mạng UMTS Giao diện Iur mang thông tin của các thuê bao thực hiện chuyển giao mềm giữa hai Node B ở các RNC khác nhau Tương tự như giao diện Iub, độ rộng băng của giao diện Iur gần bằng hai lần lưu lượng do việc chuyển giao mềm giữa hai RNC gây ra

nhập vô tuyến UTRAN Giao diện này gồm hai thành phần chính là:

giữa RNC và MSC/VLR Việc định cỡ giao diện Iu-CS phụ thuộc vào lưu lượng dữ liệu chuyển mạch kênh mà chủ yếu là lượng tiếng

diện này phụ thuộc vào lưu lượng dữ liệu chuyển mạch gói Việc định cỡ giao diện này phức tạp hơn nhiều so với giao diện Iub vì có nhiều dịch vụ dữ liệu gói với tốc

độ khác nhau truyền trên giao diện này

có dây dẫn hết Liên lạc trên giao diện này dựa vào kỹ thuật FDD/TDD WCDMA Thật ra, nếu nhìn trên tổng thể kiến trúc mạng UMTS ta sẽ thấy là "nút cổ chai" của mạng UMTS chính là ở capacity của giao diện Uu này Nó sẽ giới hạn tốc độ truyền thông tin của mạng UMTS Nếu ta có thể tăng tốc độ data rate của giao diện này thì ta có thể tăng tốc độ của mạng UMTS Thế hệ tiếp theo của UMTS đã sử dụng OFDMA kết hợp MIMO thay vì WCDMA để tăng tốc độ UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network: Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS) là liên kết giữa người sử dụng và CN Nó gồm các phần tử đảm bảo các cuộc truyền thông UMTS trên vô tuyến và điều khiển chúng

Đặc điểm của UTRAN

UTRAN và CN, gồm hai phần: IuPS cho miền chuyển mạch gói và IuCS cho miền chuyển mạch kênh; giao diện Uu giữa UTRAN và thiết bị người sử dụng Giữa hai giao diện này là hai nút, RNC và nút B

RNS là một mạng con trong UTRAN và bao gồm một bộ điều khiển mạng vô