Công nghệ WCDMA và ứng dụng tại việt nam

MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT i DANH MỤC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ v LỜI MỞ ĐẦU 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3 Chương 1 1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động 3 1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất 3 1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai 3 1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba 4 1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư 5 1.2 Truyền sóng trong thông tin di động 6 1.2.1 Đặc tính truyền sóng trong thông tin di động 6 1.2.2 Tổn hao đường truyền 6 1.2.3 Ảnh hưởng của hiệu ứng Dopler 7 1.2.4 Hiện tượng fading 7 1.2.5 Hiện tượng trải trễ 9 1.3 Kỹ thuật đa truy nhập trong thông tin di động 9 1.3.1 Đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) 10 1.3.2 Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) 10 1.3.3 Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA) 11 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MẠNG WCDMA 13 Chương 2 2.1 Cấu trúc hệ thống của WCDMA 13 2.2 Các kiểu kênh của mạng WCDMA 16 2.2.1 Các kiểu kênh vật lý 16 2.2.2 Các kiểu kênh truyền tải 18 2.2.3 Các kiểu kênh logic 21 2.3 Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS-UTRAN 23 2.3.1 Cấu trúc UTRAN 23 2.3.2 Mô hình giao thức đối với các giao diện mặt đất của UTRAN 26 2.4 Các giao diện trong UTRAN 29 2.4.1 Giao diện RNC-RNC và báo hiệu RNSNAP 29 2.4.2 Giao diện RNC-nút B và báo hiệu NBAP 31 2.4.3 Giao diện vô tuyến (Uu) 33 2.5 Giao diện UTRAN-CN, Iu 36 2.5.1 Cấu trúc cho giao thức Iu CS 36 2.5.2 Cấu trúc giao thức cho Iu PS 38 2.5.3 Giao thức RANAP 39 2.5.4 Giao thức mặt người sử dụng Iu 41 2.5.5 Thiết lập một cuộc gọi WCDMA/UMTS 42 2.5.6 Các phiên số liệu gói ở WCDMA 46 QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN TRONG WCDMA 49 Chương 3 3.1 Tính toán vùng phủ WCDMA 49 3.1.1 Tính toán quỹ đường truyền vô tuyến 50 3.1.2 Tính toán vùng phủ của ô 58 3.2 Tính toán dung lượng trong WCDMA 62 3.2.1 Tính toán dung lượng hướng lên 62 3.2.2 Tính toán dung lượng hướng xuống 64 3.3 Tính toán quy hoạch mạng đối với trường hợp cụ thế 67 MÔ PHỎNG QUY HOẠCH MẠNG WCDMA 74 Chương 4 4.1 Các thông số đầu vào mô phỏng 75 4.2 Kết quả mô phỏng 77 Kết luận 80 Danh mục tài liệu tham khảo 81 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình luận văn nào trước đây. Tác giả luận văn Đào Văn Việt i DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 2G 2nd Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai 3G 3rd Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba 3GPP 3rd Generation Partnership Project Dự án hợp tác thế hệ thứ ba 3GPP2 3rd Generation Partnership Project 2 Dự án thứ hai hợp tác thế hệ thứ ba ACCH Associated Control Channels Kênh điều khiển liên kết AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên tiến BCCH Broadcast Control Channel Kênh quảng bá điều khiển BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BER Bit Error Ratio Tỷ số bit lỗi BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân BSC Base Station Controler Bộ điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm vô tuyến thu phát gốc C/I Carrier to Interference ratio Tỷ số sóng mang trên nhiễu CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung CCPCH Common Control Physical Chanel Kênh vật lý điều khiển chung CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập chia theo mã CPCC Common Power Control Chanel Kênh điều khiển công suất chung CPCH Common Packet Chanel. Kênh gói chung CPICH Common Pilot Chanel Kênh hoa tiêu chung CR Chip Rate Tốc độ chip CS Circuit Switch Chuyển mạch kênh DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng DPCCH Dedicated Physical Control Chanel Kênh điều khiển vật lý riêng DPCH Dedicated Physical Chanel Kênh vật lý riêng ii DPDCH Dedicated Physical Data Chanel Kênh số liệu vật lý riêng DSCH Downlink Shared Chanel Kênh dùng chung đường xuống DTCH Dedicated Traffic Chanel Kênh lưu lượng riêng FACCH Fast Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết nhanh FACH Forward Access Chanel Kênh truy nhập đường xuống FAUSCH Fast Uplink Signalling Chanel Kênh báo hiệu đường lên nhanh FCCCH Forward Common Control Chanel Kênh điều khiển chung đường xuống FCCH Frequency Correction Channel Kênh hiệu chỉnh tần số FDCCH Forward Dedicated Control Chanel Kênh điều khiển riêng đường xuống FDD Frequency Division Duplex Ghép kênh song công phân chia theo tần số FDMA Frequence Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số GPRS General Packet Radio Services Dịch vụ vô tuyến gói chung GSM Global System for Mobile Communication Thông tin di động toàn cầu HO HandOver Chuyển giao IMSI International Mobile Subscriber Identity Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMT-2000 International Mobile Telecommunication Tiêu chuẩn thông tin di động toàn cầu IP Internet Protocol Giao thức Internet IS-95A Interim Standard 95A Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến của Mỹ (Qualcomm) ISDN Integrated Servive Digital Network Mạng số đa dịch vụ ITU International Mobile Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế LLC Logical Link Control Điều khiển liên kết logic ME Mobile Equipment Thiết bị di động MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Service Switching Tổng đài di động iii Center Node B WCDMA BS Là nút logic kết cuối giao diện IuB với RNC NSS Network and Switching Subsystem Hệ thống chuyển mạch PAGCH Paging and Access Kênh chấp nhận truy cập và nhắn tin PCCH Paging Contrlo Chanel Kênh điều khiển tìm gọi PCH Paging Channel Kênh nhắn tin PCPCH Physical Common Packet Chanel Kênh gói chung vật lý PCS Personal Communication Services Dịch vụ thông tin cá nhân PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PSTN Public Switched Telephone Network Mạng chuyển mạch thoại công cộng RACH Random Access Channel Kênh truy cập ngẫu nhiên RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến SCH Synchronization Channel Kênh đồng bộ SDCCH Stand alone Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng TCH Traffic Channel Kênh lưu lượng TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo thời gian UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu WCDMA Wideband Code Division Multiplex Access Đa truy cập phân chia theo mã băng rộng iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1 Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý 21 Bảng 3-1 Các lớp công suất của UE 51 Bảng 3-2 Giá trị Eb/No yêu cầu trong môi trường đường truyền tĩnh 53 Bảng 3-3 Giá trị Eb/No yêu cầu trong điều kiện truyền dẫn đa đường 53 Bảng 3-4 Các tham số tính toán quỹ đường truyền 57 Bảng 3-5 Các hằng số A và B trong mô hình Okumura – Hata 59 Bảng 3-6 Các giả thiết hướng lên 68 Bảng 3-7 Các giả thiết hướng xuống 68 Bảng 3-8 Các tham số tính toán quỹ đường truyền hướng lên 68 Bảng 3-9 Bán kính phủ sóng tương ứng với từng dịch vụ 69 Bảng 3-10 Mật độ dịch vụ tương đương 70 Bảng 3-11 Lưu lượng trung bình của dịch vụ 71 Bảng 3-12 So sánh số lượng kênh yêu cầu tùy theo số lượng BS 72 Bảng 4-1 Một số độ phân giải bản đồ thường dùng 76 v DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1-1 Lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động lên 3G 5 Hình 1-2 Mô hình truyền sóng trong thông tin di động 6 Hình 1-3 Fading nhanh và Fading chậm 8 Hình 1-4 Đa truy nhập phân chia theo tần số 10 Hình 1-5 Đa truy nhập phân chia theo thời gian 11 Hình 1-6 Đa truy nhập phân chia theo mã 12 Hình 2-1 Các phần tử của mạng UMTS 14 Hình 2-2 Các kênh của lớp vật lý 17 Hình 2-3 Cách sắp xếp hai kênh truyền tải trên một kênh vật lý 19 Hình 2-4 Sắp xếp giữa các kênh logic và các kênh truyền tải 23 Hình 2-5 Cấu trúc UTRAN 24 Hình 2-6 Chức năng logic của RNC đối với một kết nối UTRAN của UE 26 Hình 2-7 Mô hình giao thức tổng quát cho các giao diện mặt đất UTRAN 27 Hình 2-8 Ngăn xếp giao thức cho giao diện Iur 30 Hình 2-9 Ngăn xếp giao thức của giao diện Iub 31 Hình 2-10 Kênh logic của nút B cho FDD 32 Hình 2-11 Cấu trúc phân lớp của giao diện vô tuyến 33 Hình 2-12 Cấu trúc giao thức Iu CS 37 Hình 2-13 Cấu trúc giao thức Iu PS 38 Hình 2-14 Thủ tục thiết lập cuộc gọi ở WCDMA 43 Hình 2-15 Các ngăn xếp giao thức mặt điều khiển WCDMA GPRS 46 Hình 2-16 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người sử dụng WCDMA GPRS 47 Hình 3-1 Quỹ đường truyền vô tuyến trong WCDMA 50 vi Hình 3-2 Tăng ích xử lý đối với cách dịch vụ khác nhau 52 Hình 3-3 Sự phụ thuộc của dự trữ nhiễu với tải của ô 54 Hình 3-4 Mô hình Walfisch/Ikegami 61 Hình 3-5 Mối quan hệ giữa số lượng thuê bao và sự tăng tạp âm 64 Hình 3-6 Mối quan hệ giữa công suất phát và số lượng người dùng cho phép 67 Hình 4-1 Các bước thực hiện mô phỏng quy hoạch mạng 75 [...]... chọn đề tài luận văn là Công nghệ WCDMA và ứng dụng tại Việt Nam Kết cấu của luận văn bao gồm 4 chương: Chương 1: Giới thiệu chung về quá trình phát triển của các thế hệ mạng di động mặt đất và các đặc tính cơ bản của các công nghệ hiện đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới cũng như tại Việt Nam Chương 2: Trình bày về các đặc tính cơ bản trong mạng di động sử dụng công nghệ WCDMA Chương 3: Tập trung... rộng thế hệ thứ ba, và hệ thống thông tin di động đa phương tiện thế hệ thứ tư đã được triển khai tại một số quốc gia Dịch vụ chủ yếu của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất và thứ hai là thoại còn dịch vụ thế hệ ba và thứ tư phát triển dữ liệu, video và đa phương tiện Hiện tại, ở Việt Nam đang có tất cả 6 nhà khai thác mạng thông tin di động mặt đất sử dụng công nghệ GSM Vào tháng 4/2009 bộ... Hình 2-4 Sắp xếp giữa các kênh logic và các kênh truyền tải Giữa các kênh logic và các kênh truyền tải tồn tại các kết nối sau đây: - PCCH kết nối đến PCH - BCCH được kết nối đến BCH và cũng có thể được kết nối đến FACH - DCCH và DTCH có thể được kết nối đến hoặc RACH và FACH, CPCH và FACCH, RACH và DSCH, DCH và DSCH hoặc DCH và DCH - CCCH được kết nối đến RACH và FACH - CTCH được kết nối đến FACH... chuẩn hoá, cả UE và UTRAN đều bao gồm những giao thức mới, việc thiết kế các giao thức này dựa trên các nhu cầu của công nghệ vô tuyến WCDMA, trong khi việc định nghĩa mạng lõi vẫn dựa trên GSM Điều này cho phép hệ thống với công nghệ vô tuyến mới mang tính toàn cầu dựa trên công nghệ mạng lõi CN đã phát triển Đào Văn Việt 14 Luận văn thạc sỹ Trong cấu trúc mạng UMTS, thiết bị người sử dụng UE bao gồm... TT&TT đã cấp phép triển khai mạng 3G UMTS theo công nghệ WCDMA cho 4 nhà khai thác Thị trường mạng viễn thông tại Việt Nam đang phát triển rất nhanh, từng bước tiến tới khả năng cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng tốc độ cao Trên cơ sở thực tiễn đó và sau thời gian học tập và nghiên cứu trong khuôn khổ chương trình đào tạo thạc sỹ Điện tử Viễn thông tại trường đại học Bách Khoa Hà Nội, được sự hướng... bởi công suất Vì vậy, việc sử dụng năng lượng cần phải được kiểm soát chặt chẽ Đặc điểm của tín hiệu CDMA là sử dụng tín hiệu cao tần, dải tần rộng hàng MHz, sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp Kỹ thuật trãi phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ rất nhỏ và chống fading hiệu quả hơn FDMA và TDMA Đào Văn Việt 12 Luận văn thạc sỹ Chương 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MẠNG WCDMA Hệ thống viễn thông di... là 1 trong các công nghệ di động 3G UMTS dựa trên nền tảng CDMA băng rộng (WCDMA) , được chuẩn hóa bởi Tổ chức các đối tác phát triển 3G (3GPP), và là chuẩn của Châu Âu cho yêu cầu phát triển 3G đối với hệ thống di động tổ ong của tổ chức ITU IMT2000 UMTS đôi khi còn được gọi là 3GSM, để chỉ sự kết hợp về bản chất công nghệ 3G của UMTS và chuẩn GSM truyền thống 2.1 Cấu trúc hệ thống của WCDMA Hệ thống... W-CDMA và CDMA2000 đã được ITU chấp thuận và đưa vào hoạt động trong những năm đầu của những thập kỷ 2000 Trên thế giới hiện có hai xu hướng phát triển lên 3G chính là hướng phát triển đi từ CDMA IS-95 lên CDMA 2000 3G-1x rồi đến CDMA 2000 1xEV-DO, 1x EVDV, hướng phát triển còn lại xuất phát từ mạng GSM, có thể đi qua giai đoạn EDGE, sau đó phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA Đào Văn Việt 4 Luận... chung áp dụng cho một người sử Đào Văn Việt 19 Luận văn thạc sỹ dụng đặc thù, thì cần phát nhận dạng người sử dụng trong băng (ví dụ: kênh tìm gọi PCH được sử dụng để tìm gọi một UE đặc thù sẽ chứa thông tin nhận dạng người sử dụng bên trong bản tin phát) Mạng WCDMA định nghĩa một số kiểu kênh truyền tải chung cần thiết cho việc hoạt động cơ bản của mạng sau: - Kênh quảng bá BCH: được sử dụng để phát... khiển lớp cao và số liệu của người sử dụng được xử lý như nhau Các thông số lớp vật lý do UTRAN thiết lập có thể thay đổi giữa số liệu và điều khiển Kênh truyền tải riêng mang cả số liệu dịch vụ (ví dụ: các khung tiếng) và thông tin điều khiển lớp cao hơn như các lệnh chuyển giao và các báo cáo đo đạc từ UE Đào Văn Việt 20 Luận văn thạc sỹ Nhờ việc hỗ trợ tốc độ bit thay đổi và ghép kênh nên ở WCDMA không . sử dụng công nghệ GSM. Vào tháng 4/2009 bộ TT&TT đã cấp phép triển khai mạng 3G UMTS theo công nghệ WCDMA cho 4 nhà khai thác. Thị trường mạng viễn thông tại Việt. đại học, tôi đã lựa chọn đề tài luận văn là Công nghệ WCDMA và ứng dụng tại Việt Nam . Kết cấu của luận văn bao gồm 4 chương: Chương 1: Giới thiệu. sử dụng công nghệ WCDMA. Chương 3: Tập trung nghiên cứu về phương pháp tính toán dung lượng cũng như vùng phủ của hệ thống mạng sử dụng công nghệ WCDMA,