đồ án kỹ thuật viễn thông Công nghệ trải phổ và ứng dụng cho WCDMA -Quá trình tiến lên thế hệ 3G

LỜI MỞ ĐẦU Thông tin di động ra đời từ những năm 40 của thế kỷ xx, tuy ra đời sau so với các nghành khác những có tốc độ phát triển rất nhanh trên phạm vi toàn cầu. Mạng lưới thông tin ngày càng được mở rộng về số lượng, chất lượng và các sản phẩm dịch vụ khác nhằm đáp ứng nhu cầu của xã hội. Tại Việt Nam tuy thông tin di động xuất hiện muộn nhưng có những bước phát triển rất nhanh và mạnh mẽ. Ba mạng thông tin di động cellular hiÖn ®¹i theo tiªu chuÈn GSM là MOBIPONE , VINAPHONE, VIETEL đang được khai thác rất hiệu quả. Gần đấy nhất là HTMOBILE đang chuyển đổi từ công nghệ CDMA sang sử dụng công nghệ GSM. Ngoài ra bộ bưu chính viễn thông còn cấp phép cho hai mạng khác sử dụng công nghệ CDMA là SPHONE và EVNtelecom. GSM (global system for mobile communication) là hệ thống thông tin di động toàn cầu thế hệ thứ hai . Hệ thống thông tin di động GSM đang được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới và cả Việt Nam. Tuy vậy, hệ thống GSM cũng có nhiều hạn chế trong việc giải quyết các nhu cầu ngày càng tăng từ phía khách hàng như:số lượng thuê bao tăng, tăng thêm các dịch vụ mới, tăng chất lương thoại. Trước những nhu cầu trên hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) đã được nghiên cứu và phát triển. Hiện nay trên thế giới đang phổ biến hai nhánh công nghệ chủ yếu là W-CDMA và CDMA2000. Công nghệ WCDMA được phát triển dựa trên cơ sở hệ thống thông tin di động GSM chiếm khoảng 70% thị phần di động của Việt Nam. Vì vậy, em đã chọn đề tài:công nghệ trải phổ và ứng dụng cho WCDMA -Quá trình tiến lên thế hệ 3G. đề tài của em gồm 4 chương: Chương 1:Giới thiệu chung 1 Chương 2:trải phổ trong thông tin di động 3G Chương 3:cấu trúc chung hệ thống UMTS sử dụng công nghệ W-CDMA Chương 4:cơ sở hạ tầng mạng di động Việt Nam hiện nay và các bước tiến lên 3G Vì thời gian có hạn, kiến thức còn hạn chế cũng như công nghệ mới nên đồ án của em khó tránh khỏi thiếu sót. Em mong nhận được đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn. Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Tiến Quyết đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội,ngày 7 tháng 4 năm 2008 Sinh viên:Tạ Ngọc Ninh 2 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA THÔNG TIN DI ĐéNG TRÊN THẾ GIỚI Sự phát triển của hệ thống điên thoại di động tổ ong CMTS (cellular mobile telephone system) tiến tới một hệ thống chung toàn cầu tương lai để đại diện cho các hệ thống thông tin di động. Quá trình và xu thế phát triển của các hệ thông tin di động trên thế giới được thể hiện như sau: 1.1.1.Các hệ thống thông tin di động tổ ong thế hệ thứ nhất. * AMPS (Advaned Mobile Phone Service):dich vụ điện thoại di động tiên tiến * NAMPS(Narrow AMPS):AMPS băng hẹp * TACS(Total Access communication system):hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ. * ETACS(Extended TACS):TACS mở rộng * NMT 450(Nordic Mobile Telephone 450):hệ thống điện thoại di động bắc âu băng tần 450Mhz * NMT 900(Nordic Mobile Telephone 900):hệ thống điện thoại di động bắc âu băng tần 900Mhz * NMT 900(Nippon Telegraph and Telephone):hệ thống do NTT Phát triển * JTACS(japanish TACS):TACS Nhật Bản. * NTACS(Narrow TACS):TACS băng hẹp. 3 Đăc điểm của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất là tương tự,sử dụng công nghệ FDMA.chính vì vậy nó có nhiều nhược điểm như:chống nhiễu kém, cồng kềnh. 1.1.2. các hệ thống thông tin di động tổ ong số thế hệ thứ hai * IS-54B TDMA * IS-136 TDMA * IS-95 CDMA * GSM (Global system for Mobile Communication):hệ thống thông tin di động toàn cầu * PCN(Personal Communication Network):mạng thông tin cá nhân. * CT-2(Cordless phone-2): điện thoại không dây. * DECT(Digital Enhanced Cordles Telecommuication):Viễn thông không dây số tiên tiến * PDC(Personal Digital cellular):hệ thống tổ ong số cá nhân. * PCS(Personal Communication system):Hệ thống thông tin cá nhân. Các hệ thống thông tin di động số hiên nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam đang ở giai đoạn chuyển từ thế hệ hai cộng sang thế hệ 3G một số ưu điểm mà thế hệ hai cộng (GSM) đạt được: * Thêm các dich vụ mạng mới và cải thiện các dich vụ liên quan đến truyền số liệu như lén số liệu người sử dụng, số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD (High Speed Circuit Switched data), dịch vụ vô tuyến gói đa năng GPRS (General Packet Radio Service) 4 * Các công việc liên quan đến dịch vụ thoại như:Code tiếng toàn tốc cải tiến EFC (Enhanced Full Rate Codec ), Code đa tốc độ thích ứng và khai thác tự do đầu cuối các Codec tiếng * Các dịch vụ bổ xung như :chuyển hướng cuộc gọi,hiển thị tên chủ gọi,chuyển giao cuộc gọi và các dich vụ cấm gọi mới . * Cải thiện liên quan tới dịch vụ bản tin ngắn SMS (Short Message Service ) như móc nối các SMS, mở rộng bẳng chữ cái, mở rộng tương tác giữa các SMS * Các công việc liên quan đến tính cước như:các dịch vụ trả tiền trước, tính cước nóng và hổ trợ cho ưu tiên vùng gia đình. * Tăng cường công nghệ SIM. * Dịch vụ mạng thông minh như CAMEL(Customised Application for Mobile Network Enhance Logic). * Các cải thiên chung như:chuyển mạch GSM-AMPS,các dịch vụ định vị,tương tác với các hệ thống thông tin vệ tinh và hỗ trợ định tuyến tối ưu. 1.1.3.hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba 3G Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về các dịch vụ thông tin di động. Ngay từ những năm đầu của thập niên 90 người ta đã tiến hành nghiên cứu, hoạch định hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba-3G. ITU-R (International Telecommunication Union Radio Sector-bộ phận vô tuyếncủa lien minh viễn thông quốc tế) đang tiến hành tiêu chuẩn hoá cho các hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000 và UMTS đều thống nhất sử dụng công nghệ W- CDMAcho truy nhập giao diện vô tuyến.các hệ thống mới này sẽ sử dụng dải tần 2Ghz. Nó sẽ cung cấp rất nhiều dịch vụ bao gồm từ các dịch vụ thoại và số liệu tốc độ thấp như hiện nay cho đến các loại dịch vụ số liệu tốc độ cao như video , truyền thanh.tốc độ cực đại lên đến 2 Mbps .tốc độ cực đại này sẽ chỉ có ở các pico trong nhà, còn các dịch vụ với tốc độ 144kbps sẽ được đảm bảo cho di động thông thường ở các ô macro. 5 Động lưc chính cho 3G là yêu cầu ngày càng cao đối với các dịch vụ di động, chủ yếu ở Nhật Bản và châu âu.Những ứng dụng dữ liệu không dây như dịch vụ dữ liệu ngân hàng không dây đang dần trở thành hiện thực. Cả thế giới hiện nay đang ở giai đoạn thế hệ di động thứ hai, và đang tồn tại rất nhiều chuẩn không thống nhất với nhau. Tuy nhiên có 3 chuẩn không dây thế hệ thứ hai phổ biến nhất hiên nay là:CDMA,TDMA và GSM. Để đi lên 3G tất nhiên không thể vứt bỏ toàn bộ nền tảng hệ thống Thông tin di động thế hệ thứ hai mà phải xây dựng trên nó. Có rất nhiều công nghệ đề xuất cho 3G như W-CDMA, W-TDMA, TDMA/CDMA, OFDMA, ODMA tuy nhiên có hai chuẩn 3G đang trong giai đoạn thực hiện , đó là W-CDMA và CDMA2000 được xây dựng dựa trên nền tảng của GSM và CDMA. Và hai chuẩn này đều đáp ứng được những yêu cầu của hệ thống 3G theo tiêu chuẩn IMT-2000, đó là: * Sử dụng dải tần theo quy định quốc tế 2Ghz như sau: - Đường lên:1885-2025 Mhz - Đường xuống:2110-2200Mhz * Mạng phải là băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện. Nghĩa là mạng phải đảm bảo được tốc độ bit Rb của người sử dụng phải là 2Mbps. Môi trường được chia thành 4 vùng: - vùng 1: trong nhà, ô pico có Rb<=2Mbps - vùng 2: thành phố, ô macro có Rb<=384kbps - vùng 3: ngoại ô, ô macro có Rb<=144kbps - vùng 4: toàn cầu, có Rb<=9,6 kbps * Mạng phải có khả năng cung cấp độ rông băng tần (dung lượng) theo yều cầu. Điều này xuất phát từ việc thay đổi tốc độ bit của các dịch vụ khác nhau . Ngoài 6 ra , cần đảm bảo đưêng truyền vô tuyến không đối xứng chẳng hạn với: tốc độ bit cao ở đường truyền xuống Và tốc độ thấp hơn ở đương lên hoặc ngược lại. * Mạng phải cung cấp thới gian truyền dẫn theo yêu cầu. Nghĩa là đảm bảo các kết nối chuyển mạch cho thoại ,các dịch vụ cho thoại , các dịch vụ video, các khả năng số liệu gói cho các dịch vụ số liệu. * Chất lượng dich vụ phải không thua kém chất lương dịch vụ cố định, nhất là với dịch vụ thoại * Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là phải bao gồm cả thông tin vệ tinh. TDMA CDPD GSM PDC PDC-P Cdma One IS-95 GPRS EDGE WCDMA Cdma2000 IX Cdma2000 1XEV(3X) 2G Khởi đầu 3G 3G 3G giai đoạn 1 64 Kbps 64Kbps-144Kbps 384 Kbps-8Mbps384Kbps-2 Mbps 2000/2001 2001/2002 2003+ Thời gian 7 Lộ trình phát triển của hệ thống mạng điện thoại di động GPRS(General Packet Radio Service) là công nghệ truyền thống không dây dạng gói tin có tốc độ truyền dữ liệu cao, kết nối internet liên tục, được sử dụng cho mạng di động và máy tính. Công nghệ GPRS có khả năng tăng tốc độ truyền dữ liệu lên 10 lần, từ 9,6kbps đối với mạng di động GSM hiện nay lên 115kbps (cao nhất là 171,2 kbps). Lưu lượng dữ liệu trao đổi đang gia tăng nhanh chóng do nhu cầu về dịch vụ và truy nhập internet cũng như sự bùng nổ của truyền thông di động đã tạo điều kiện cho thị trường GPRS. Với khẳ năng kiểm soát lượng thông tin gửi nhận, khách hàng chỉ phải trả tiền cho những gì họ dùng. GPRS dựa trên công nghệ truyền thông GSM cho phép giảm chi phí đối với người sử dụng đầu cuối so với phương pháp chuyển mạch điện tử vì nó hoạt động trên cơ sở truyền những gói tin, kênh truyền thông được chia sẻ cho nhiều người dùng thay vì dành riêng cho một người tại một thời điểm. Các mạng truyền thông di động hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam đang sử dụng thế hệ thứ hai, bao gồm GSM, CDMA, TDMA….mà mục tiêu nhắm tới là 3G-truyền thông không dây thế hệ thứ ba. Như vậy GPRS chỉ là một trong những bước chuyển tiếp từ thế hệ thứ hai sang thế hệ thứ ba và có thể coi GPRS là thế hệ 2,5. EDGE(Enhance Data rates for GSM Evolution) nâng cao khả năng xử lý dữ liệu của mạng GSM nhằm đáp ứng yêu cầu dịch vụ tải phim, nhạc, tin nhắn đa truyền thông đầy đủ, truy nhập internet tốc độ cao và email. Không lên nói EDGE như là một công nghệ cạnh tranh với GPRS và W-CDMA Mà là một công nghệ bổ sung. Về cơ bản EDGE nâng cấp chất lượng của giao diện vô tuyến để mở rộng “đường ống” và cho phép băng tầng số liệu cao hơn. EDGE dưa vào sự hiện diện của công nghệ số liệu gói cho cơ chế truyền tải trong mạng thông tin di động. Để triển khai EDGE trong một mạng GSM –GPRS không cần đòi hỏi các phần tử mạng mới mặc dù nó yêu cầu sự thay đổi nhỏ để 8 một vài phần tử hiện tại đạt được chất lượng tối ưu. EDGE đã bị che mờ bưởi GPRS và W-CDMA. Ở một vài điểm, sự hỗ trợ của công nghiệp đã thay đổi quan điểm này từ năm 1999. EDGE là một công nghệ bao trùm phức tạp, nó sử dụng tổ hợp lược đồ điêu chế GMSK và 8-PSK trong tần số sóng mang GSM. W-CDMA (Wideband CDMA) là công nghệ 3G giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách dùng kỹ thuật CDMA thay cho TDMA. Trong đặc tả IMT-2000 của ITU, W-CDMA còn được gọi là chế độ direct sequence (DS). CDMA2000 1XEV hay còn gọi là CDMA2000 3X là công nghệ 3G được phát triển theo hướng thứ hai, tức là phát triển trực tiếp từ cdma one (IS-95) WARC-92(The world Administrative Radio Conference held in 1992) đã dành các băng tầng 1885-2025 Mhz cho IMT-2000, hiện nay, châu âu và các quốc gia sử dụng GSM cùng với Nhật Bản đang phát triển W-CDMA trên cơ sở hệ thống UMTS,còn Mỹ thì tập trung phát triển CDMA2000 1XEV). Như vậy ta thấy các tiêu chuẩn băng rộng mới hoàn toàn được xây dựng trên cơ sở CDMA hoặc CDMA kết hợp TDMA. 1.2. SỰ TIẾN LÊN CÔNG NGHỆ 3G Ở MỘT SỐ NƯỚC Hiện nay trên thế giới có khoảng gần 2tỷ thuê bao di động.GSM chiếm thị phần mhiều nhất khoảng 65%.tiếp đến là cdma chiếm khoảng15% và IS-136 TDMA chiếm 11%.đứng cuối là PDC chiếm 9% chủ yếu ở Nhật bản , tuy nhiên Nhật bản đã quyết định không nâng cấp PDC tới 3G mà sẽ triển khai mới công nghệ UMTS-IMT-2000. 9 Hình 1- Thống kê sự tăng trưởng thị trường di động phân loại theo công nghệ 1.2.1. Nhật Bản Ở Nhật Bản hệ thống di động cellular PDC đã được xây dựng từ năm 1991. hệ thống PDC dựa trên công nghệ TDMA có 3 khe thời gian cho mỗi sóng mang, giống như IS-S4. Độ rộng kênh là 23khz với độ rộng khoảng cách đủ để thoả mãn việc chuyển đổi từ tương tự sang số. Tốc độ báo hiệu RF là 42kbps và dùng điều chế DQPSK. Đặc điểm chính của PDC là chuyển cell có sự hỗ trợ của máy di động để sử dụng hiệu quả phổ tần trong các cell nhỏ. Bộ mã thoại VSELP toàn tốc ở 6,7kbps (11,2 kbps có mã sửa lỗi ). Bộ mã thoại bán tốc độ CELD 5,6kbps đã được chuẩn hoá và đưa ra. PDC được phân bố tổng số 80Mhz phổ tần. Băng tần cho đường lên là 810Mhz- 826Mhz và 940 Mhz-956Mhz, đường xuống là 1429Mhz-1453Mhz và 1477Mhz-1501Mhz. Nhờ phân tập anten nên tỷ số S/I yêu cầu được giảm đi, cho phép dùng hệ số tái sử dụng tần số là 4. Hệ thống hỗ trợ fax nhóm 10 [...]... Mỹ và Canada 11 Mỹ và Canada cũng giống Châu Âu có hai nhà khai thác 3G Tuy nhiên với chính sách cho tự do cạnh tranh, do vậy có nhiều công nghệ được triển khai tại khu vực này Một số nhà khai thác sử dụng công nghệ TDMA/IS-136 và GSM và cho đến nay, họ vẫn chưa có con đường chuyển đổi cụ thể tới 3G Còn những nhà khai thác sử dụng công nghệ CDMA/IS-95 đã đề ra con đường chuyển đổi tới công nghệ 3G. .. Trung Quốc năm nay đã triển khai 3G thử nghiệm thành công tại Bắc Kinh nơi sẽ tổ chức thế vận hội 1.3 ƯU ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ W-CDMA SO VỚI GSM Lý thuyết CDMA( Code Division Mutiple Access) được xây dựng từ những năm 1950 và áp dụng trong quân sự vào khoảng những năm 1960 Công nghệ CDMA là cốt lõi để xây dựng công nghệ W-CDMA dùng cho 3G CDMA và GSM cùng phát triển từ công nghệ tương tự cũ AMP cũ, đặc điểm... Quốc, ARIB và TTC của Nhật Bản,T1P1 của Mỹ * 3GPP (3rd Generation Partnership Project2- Đề án của các đôi tác thế hệ ba thứ hai ) xây dựng nên tiêu chuẩn CDMA 2000 gồm các thành viên TTA của Hàn Quốc, ARIB và TTC của Nhật Bản,T1P1 và TTA của Mỹ 15 CHƯƠNG 2:TRẢI PHỔ TRONG THÔNG TIN ĐỘNG 3G Thông tin trải phổ là một hệ thống thông tin để truyền các tín hiệu nhờ trải phổ của các tín hiệu số liệu thông tin... thác 3G, mỗi nước có trung bình khoảng 3 đến 4 nhà khai thác với giá hàng tỷ đô la tùy theo thị trường Với truyền thống chỉ thống nhất một công nghệ sử dụng chung cho toàn Châu Âu Công nghệ W-CDMA của hệ thống UMTS (IMT-2000) đã được nghiên cứu triển khai Nhờ đó Châu Âu có được thuận lợi cho việc kết nối mạng lõi, tận dụng hạ tầng thông tin hiện có cũng như tiện lợi cho việc quản lý và khai thác 3G giữa... tiếp) là hệ thống được biết đến nhiều nhất trong các hệ thống thông tin trải phổ Chúng có dạng tương đối đơn giản vì chúng không yêu cầu tính ổn định nhanh hoặc tốc độ tổng hợp tần số cao Hệ thống DS đã được áp dụng đối với cosmetic space đa dạng như đo khoảng cách JPL bởi Golomb (Thông tin số với ứng dụng khoảng cách), Ngày nay kỹ thuật này được áp dụng cho các thiết bị đo có nhiều sự lựa chọn và nhiều... cần sử dụng hệ thống tổ hợp giữa hệ thống này với hệ thống FH để loại trừ giao thoa có khả năng gây nên suy giảm lớn đối với tần số đơn Hình 2.9: Hệ thống TH đơn giản 2.4 HỆ THỐNG LAI (HYBRID) Bên cạnh các hệ thống đã miêu tả ở trên, điều chế hybrid của hệ thống DS và FH được sử dụng để cung cấp thêm các ưu điểm cho đặc tính tiện lợi của mỗi hệ thống Thông thường đa số các trường hợp sử dụng hệ thống... tần số tối thiểu áp dụng được cho hệ thống FH được xác định nhờ một vài tham số như sau: (1) Loại thông tin truyền đi và tốc độ truyền dẫn thông tin (2) Tổng số độ dư được áp dụng (3) Khoảng cách tới nguồn giao thoa gần nhất Việc truyền thông tin qua hệ thống FH có thể sử dụng các phương pháp khác nhau trong các hệ thống khác nhau Dạng tín hiệu số được sử dụng thậm chí với các thông tin bình thường... không đáp ứng các yêu cầu giao diện đường truyền khi sử dụng hệ thống DS thì hệ thống TH được sử dụng thay thế để cung cấp một hệ thống TDM cho khả năng điều khiển tín hiệu Yêu cầu sự đồng bộ nhanh đối với sự tương quan mã giữa các đầu cuối của hệ thống DS, hệ thống TH được giải quyết cho trường hợp này Nghĩa là, đầu cuối thu của hệ thống DS nên có một thời gian chính xác để kích hoạt TDM, để đồng bộ... không được đồng bộ với tần số liên quan của đầu thu thì được cộng với băng tần liên quan và sau đó trải ra Hình 2.2: Dạng sóng và cấu hình của hệ thống DS Bộ lọc băng thông có thể giới hạn hầu hết các công suất tín hiệu giả vì tín hiệu đầu vào không đồng bộ sẽ trải ra băng tần liên quan của bộ thu 2.1.2 Độ rộng băng RF của hệ thống DS Độ rộng băng RF của hệ thống DS ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống... các tần số có thể chọn được được xác định phụ thuộc vào các yêu cầu vị trí đối với việc lắp đặt cho mục đích đặc biệt 2.2.1 Đặc tính của tín hiệu dịch tần Hệ thống FM cơ bản gồm có bộ tạo mã và bộ tổ hợp tần số sao cho có thể đáp ứng được cho đầu ra mã hoá của bộ tạo mã Dạng của bộ tổ hợp tần số có các đáp ứng nhanh được sử dụng cho hệ thống trải phổ Nếu lý tưởng thì tần số ra từ bộ dịch tần cố định . trên cơ sở hệ thống thông tin di động GSM chiếm khoảng 70% thị phần di động của Việt Nam. Vì vậy, em đã chọn đề tài :công nghệ trải phổ và ứng dụng cho WCDMA -Quá trình tiến lên thế hệ 3G. đề tài. cầu trên hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) đã được nghiên cứu và phát triển. Hiện nay trên thế giới đang phổ biến hai nhánh công nghệ chủ yếu là W-CDMA và CDMA2000. Công nghệ WCDMA được phát. HTMOBILE đang chuyển đổi từ công nghệ CDMA sang sử dụng công nghệ GSM. Ngoài ra bộ bưu chính viễn thông còn cấp phép cho hai mạng khác sử dụng công nghệ CDMA là SPHONE và EVNtelecom. GSM (global