Giải pháp nâng cấp mạng thông tin di động GSM lên 3g luận văn tốt nghiệp đại học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ========== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Người hướng dẫn: KS TẠ HÙNG CƯỜNG Sinh viên thực hiện: TRẦN THANH PHÚC Lớp: 47K - ĐTVT VINH, 5/2011 GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G LỜI NÓI ĐẦU Trao đổi thông tin nhu cầu thiết yếu người xã hội ngày Bắt đầu từ hệ thống thông tin di động hệ đời vào năm 1946 phục vụ dịch vụ thông tin thoại Sau hệ thống thông tin di động số hệ (2G) đời với mục tiêu chủ yếu hỗ trợ dịch vụ thoại truyền số liệu tốc độ thấp Hệ thống thông tin di động hệ (3G) đời nhằm thỏa mãn nhu cầu người dịch vụ số liệu tốc độ cao như: Điện thoại thấy hình, video streaming, hội nghị truyền hình, nhắn tin đa phương tiện (MMS)… Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động hệ thứ ba triển khai vào cuối năm 2009 3G thực đạt nhiều thành công nhờ công nghệ CDMA băng rộng (W-CDMA) theo chuẩn IMT-2000 Xuất phát từ đóng góp quan trọng mạng 3G mà em chọn đề tài nghiên cứu 3G Đề tài “Giải pháp nâng cấp mạng thông tin di động GSM lên 3G” gồm có chương: Chương 1: Tổng quan thông tin di động 3G Chương 2: Hệ thống thông tin di động GSM giải pháp nâng cấp lên 3G Chương 3: Mạng W-CDMA, kỹ thuật trải phổ giao diện vô tuyến Trong trình thực đồ án em nhận giúp đỡ tận tình KS Tạ Hùng Cường Mặc dù có nhiều cố gắng việc hoàn thành đồ án với thời gian trình độ có hạn nên đồ án có nhiều thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp dẫn thêm từ thầy cô bạn Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy Tạ Hùng Cường giúp em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Trần Thanh Phúc TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án tìm hiểu giải pháp nâng cấp mạng GSM lên 3G Nội dung đồ án gồm phần Phần nêu tổng quan mạng 3G bao gồm lịch sử phát triển mạng thông tin di động, cần thiết phải nâng cấp mạng thông tin di động lên 3G tiêu chuẩn để nâng cấp mạng Phần phần đồ án, nêu lên giải pháp thực nâng cấp mạng GSM lên 3G Phần nêu lên cấu trúc hệ thống 3G W-CDMA, kỹ thuật trải phổ giao diện vô tuyến Solution blueprints to learn a GSM network upgrade to 3G Contents scheme includes three parts Part summarizes the 3G network covers the historical development of mobile communication networks, the need for network upgrades to 3G mobile communication standards and to upgrade the network Part is part of the scheme, setting out measures to implement GSM network upgrade to 3G Section raised structure 3G W-CDMA system, spread spectrum technology and its wireless interface NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT ĐỒ ÁN MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT Chương TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 17 1.1 Quá trình phát triển hệ thống thông tin di động 3G .17 1.1.1 Lịch sử phát triển 17 1.1.2 Các hướng phát triển mạng thông tin di động lên 3G 21 1.2 Hệ thống thông tin di động hệ 3G .25 1.2.1 Tiêu chuẩn IMT-2000 26 1.2.2 Phân bố tần số cho IMT-2000 32 1.2.3 Mô hình tổng quát cho mạng IMT-2000 33 1.2.4 Các dịch vụ ứng dụng thông tin di động hệ ba 35 2.1 Giới thiệu chung 39 2.2 Cấu trúc mạng GSM 40 2.2.1 Trạm di động 40 2.2.2 Phân hệ trạm gốc 41 2.2.3 Phân hệ chuyển mạch 42 2.2.4 Đa truy nhập GSM 43 2.3 Sự phát triển mạng GSM lên 3G 44 2.3.1 Hệ thống GSM nâng cấp bước lên hệ ba 44 2.3.2 Giải pháp nâng cấp .45 2.4 Giới thiệu chung tầng trung gian 47 2.4.1 Số liệu chuyển mạch tốc độ cao - HSCSD 47 2.4.2 Dịch vụ vô tuyến gói chung - GPRS .49 2.4.3 Tốc độ liệu nâng cao cải tiến cho GSM - EDGE 52 2.4.4 Hệ thống thông tin di động hệ W-CDMA 53 3.1 Cấu trúc hệ thống WCDMA 57 3.1.1 Thiết bị người sử dụng UE 58 3.1.2 Mạng lõi - CN 59 3.1.3 Mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) 60 3.1.4 Các mạng giao diện .62 3.1.5 Cấu trúc phân lớp W-CDMA 64 3.2 Các giải pháp kỹ thuật W-CDMA 67 3.2.1 Sơ đồ khối chung thiết bị thu phát vô tuyến số .67 3.2.2 Điều chế .69 3.3 Trải phổ W-CDMA 73 NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G 3.3.1 Khái quát kỹ thuật trải phổ .73 3.3.2 Khái niệm hệ thống thông tin trải phổ 74 3.3.3 Mã PN 77 3.3.4 Các phương thức trải phổ .79 3.3.5 Nguyên lí kĩ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS .80 3.4 Công nghệ CDMA băng rộng 84 3.5 Giao diện vô tuyến 87 3.5.1 Các kênh truyền tải xếp chúng lên kênh vật lý 88 KẾT LUẬN 94 NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Quá trình phát triển lên 3G theo hướng sử công nghệ WCDMA [1] 22 Hình 1.2 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA2000 [1] 22 Hình 1.3 Lộ trình phát triển hệ thông tin di động 24 Hình 1.4 Lịch trình nghiên cứu đưa vào khai thác mạng W-CDMA 26 Hình 1.5 Phân bố tần số cho IMT-2000 số nước 32 Hình 1.6 Mô hình tổng quát cho mạng IMT-2000 [3] 34 Hình 1.7 Các đề xuất mạng truy cập vô tuyến 35 Hình 2.1 Cấu trúc mạng GSM .40 Hình 2.2 Các giai đoạn phát triển từ hệ thống GSM sang WCDMA 47 Hình 2.3 Cấu trúc mạng GSM cung cấp HSCSD .48 Hình 2.4 Cấu trúc hệ thống GPRS 50 Hình 2.5 Cấu trúc hệ thống GPRS có sử dụng EDGE .53 Hình 2.6 Cấu trúc hệ thống W-CDMA theo 3GPP phiên 99 .55 Hình 2.7 Cấu trúc hệ thống W-CDMA theo 3GPP phiên 56 Hình 3.1 Cấu trúc chi tiết hệ thống W-CDMA 57 Hình 3.2 Cấu trúc UE 58 Hình 3.3 Cấu trúc mạng lõi CN 59 Hình 3.4 Cấu trúc mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) 61 Hình 3.5 Sơ đồ khối cấu trúc tổng quan mạng UMTS phát triển từ GSM 64 Hình 3.6 Cấu trúc phân lớp W-CDMA 65 Hình 3.7 Sơ đồ khối tổng quát thiết bị vô tuyến số hệ thống thông tin di động số 68 Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý điều chế BPSK 70 Hình 3.9 Khoảng cách hai tín hiệu BPSK 71 Hình 3.10 Mô hình hệ thống thông tin trải phổ 75 Hình 3.11 Khả loại trừ nhiễu .77 Hình 3.12 Bộ tạo chuỗi PN chiều dài cực đại (M=5, N=31) .78 Hình 3.13 Hàm tự tương quan liên tục .78 NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Hình 3.14 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) [3] 80 Hình 3.15 Các chức phần phát hệ thống DS-CDMA .83 Hình 3.16 Các chức phần thu hệ thống DS-CDMA 83 Hình 3.17 Hệ thống búp hướng anten 86 Hình 3.18 Sắp xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý 92 NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT A ACCH Associated control channel Kênh điều khiển liên kết AICH Acquisition indicator channel Kênh thị bắt ACIR Adjacent channel interference ration Tỷ số nhiễu kênh lân cận AS Access stratum Tầng truy nhập ARQ Automatic repeat request Yêu cầu phát lại tự động ATM Asynchronous transfer mode Chế độ truyền dị ALOHA VSAT Random Acess Scheme AuC Authentication Centre Kỹ thuật truy nhập ngẫu nhiên mạng VSAT Trung tâm nhận thực BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Chanel Kênh quảng bá BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying Khoá dịch pha nhị phân BS Base Station Trạm gốc BSS Base Station System Phân hệ trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc (trong GSM) B NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G C CACH Common Assignment Chanel Kênh ấn định chung CAICH Kênh thị gán kênh CPCH CCCH CPCH Chanel Assignment Indicator chanel Common Control Chanel CCPCH Common Control Physical Chanel Kênh vật lý điều khiển chung CN Core Network Mạng lõi CPICH Common Pilot Chanel Kênh hoa tiêu chung CPCH Common Packet Chanel Kênh gói chung CRC Cyclic Redundancy Check Mã kiểm tra dư thừa CRNC Controlling RNC CS Circuit Switched Bộ RNC phụ trách điều khiển Chuyển mạch kênh CSMACD D Carrier Sense Multiple Access with Phương thức truy nhập đa sóng Collision Detection mang kết hợp phát va chạm DCH Dedicated Channel Kênh dành riêng DPCH Dedicated Physical Chanel Kênh vật lý dành riêng DPCCH Dedicated Physical Control Chanel DPDCH Dedicated Physical Data Chanel Kênh vật lý điều khiển dành riêng Kênh vật lý liệu dành riêng DTCH Dedicated Traffic Chanel Kênh lưu lượng dành riêng DHO Diversity Handover Chuyển giao phân tập NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC Kênh điều khiển chung SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G E EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution Equipment Identity Register Tốc độ bit tăng cường sử dụng cho nhánh tiến hóa GSM Thanh ghi nhận dạng thiết bị Equivalent Isotropic Radiated Power European Telecommunications Standards Instutute Công suất xạ đẳng hướng tương đương Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống FBI Feedback Information Thông tin phản hồi FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần số FDMA FEC Frequency Division Multiple Access Forward Error Correction Đa truy nhập phân chia theo tần số Mã sửa sai đường xuống FER Frame Error Rate Tỷ lệ lỗi khung GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GMSC Gateway MSC MSC cổng GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GSM Global System for Mobile Communications Hệ thống thông tin di động toàn cầu EIR EIRP ETSI F G H NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G bị trễ tín hiệu cần thu (tức thành phần sóng hiệu ứng nhiều tia), trình trộn sóng trải phổ máy thu không làm giảm độ rộng băng tần tín hiệu hàm tương quan dạng sóng trải phổ có thuộc tính mong muốn định thỏa mãn bới chuỗi giả ngẫu nhiên Như vậy, hệ thống trải phổ DS thu độ lợi xử lý chống nhiễu tượng nhiều tia từ tín hiệu cần thu chống tượng jamming nhiễu tia từ thuê bao khác Khả hệ thống trải phổ DS để tách tín hiệu cần thu khử nhiễu tượng nhiều tia khai thác kỹ thuật thu gọi “rake”, kỹ thuật thu tia sóng đến máy thu qua nhiều đường khác (multipath) sử dụng mạch phát chuỗi PN có thời gian trễ khác nhau, xếp lại tia sóng theo thời gian sau kết hợp chúng để thu độ lợi phân tập Cấu hình chức máy phát thu vô tuyến: - Các chức phần phát Các chức phần phát mô tả Sau mã hóa, gắn mã sửa lỗi xử lý đan xen, tín hiệu thoại số liệu đựợc điều chế phần trải phổ Sau tín hiệu điều chế trực giao gửi sóng mang phát đến máy phát NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC 82 SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Hình 3.15 Các chức phần phát hệ thống DS-CDMA - Các chức phần thu Tín hiệu thu giải điều chế trực giao sau biến đổi tần số loại bỏ tạp âm Tiếp theo, tín hiệu thu đưa đến phần xử lý tổng hợp quét (rake synthesizing), sửa lỗi giả xen kẽ, sau đến phần giải mã kênh để thu lại tín hiệu ban đầu Hình 3.16 Các chức phần thu hệ thống DS-CDMA * Các đặc tính DS-CDMA - Đa truy nhập: Nếu nhiều người sử dụng kênh thời điểm có nhiều tín hiệu DS chùm lên thời gian tần số Máy thu giải điều chế quán để giải điều chế mã Thao tác tập trung công suất tín hiệu người sử dụng quan tâm băng tần thông tin Nếu tương quan mã người sử dụng quan tâm mã người sử dụng khác nhỏ việc giải điều chế đưa phần nhỏ công suất tín hiệu nhiễu băng tần thông tin - Nhiễu đa đường: Nếu dãy mã có hàm tự tương quan lý tưởng hàm tương quan khoảng [0,T c] vơi Tc thời gian tồn chip Nghĩa nhận hai tín hiệu: tín hiệu mong muốn tín hiệu trễ khoảng lớn 2T c việc giải điều chế quán xem tín hiệu nhiễu mang phần công suất nhỏ nhiễu vào băng tần thông tin NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC 83 SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G - Nhiễu băng hẹp: Niệc nhân nhiễu băng hẹp có tín hiệu thu với mã băng rộng làm trải phổ nhiễu băng hẹp Vì vậy, công suất nhiễu băng hẹp băng tần thông tin giảm với hệ số độ tăng ích Gp - Xác suất phát thấp: Do tín hiệu dãy mã trực tiếp sử dụng toàn phổ tín hiệu thời điểm nên mật độ công suất nhiễu truyền dẫn (W/hz) thấp Vì khó phát * Ưu nhược điểm DS-CDMA + Ưu điểm DS-CDMA: - Việc mã hoá liệu đơn giản thực nhân - Bộ tạo sóng mang đơn giản có sóng mang phát - Có thể thực việc giải điều chế quán tín hiệu trải phổ + Nhược điểm DS-CDMA: - Khó đồng tín hiệu mã nội tín hiệu thu - Do nhược điểm kết hợp với đặc điểm băng tần liên tục không lớn sẵn có nên băng tần trải phổ bị hạn chế 10-20 Mhz - Người sử dụng gần BS phát mức công suất lớn nhiều so với người sử dụng xa Vì thuê bao truyền dẫn toàn băng tần cách liên tục nên người sử dụng gần BS gây nhiễu lớn cho người sử dụng xa BS Hiệu ứng gần - xa khắc phụ cách cách áp dụng thuật toán điều khiển công suất mức công suất trung bình mà BS nhận từ MS giống 3.4 Công nghệ CDMA băng rộng Công nghệ CDMA hoạt động dải băng tần rộng 1,25Mhz (đã trình bày phần trên) gọi công nghệ N-CDMA Tuy nhiên, công nghệ nhiều vấn đề tồn tại: điều khiển công suất, rớt goi, dung lượng, virut phần mềm, khó cung cấp dịch vụ số liệu tốc độ cao… Hệ thống thông tin hệ ba yêu cầu thông tin số liệu tốc độ cao thông tin đa phương tiện băng rộng, truyền hình ảnh, cung cấp dịch vụ điện thoại thấy hình… Nên công nghệ NCDMA không đáp ứng Do vậy, nhà nghiên cứu cho đời công nghệ W-CDMA sở N-CDMA NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC 84 SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Công nghệ W-CDMA chọn công nghệ truy cập vô tuyến cho hệ thống viễn thông di động toàn cầu UMTS/ IMT-2000 châu Âu Nhật Bản W-CDMA công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng việc tách riêng thông tin thoại số liệu người sử dụng cách ghép thông tin với bit giả ngẫu nhiên gọi chip Chuỗi bit giả ngẫu nhiên có tốc độ 3.84 Mcps (hàng triệu bit giây), kết bit thông tin băng hẹp người sử dụng trải thành độ rộng băng tần MHz Trong trình trải phổ, kí tự thông tin có độ rộng băng tần tương đối hẹp ghép với mã trải phổ tương đối cao chứa chíp Tín hiệu trải phổ tạo có băng tần rộng phụ thuộc vào số chíp cho kí tự Trong trình giải trải phổ hay gọi trình nén phổ, mã trải phổ ghép với tín hiệu bị trải phổ để phục hồi lại kí tự liệu ban đầu Quá trình nén chuyển tín hiệu băng rộng trở lại thành tín hiệu băng hẹp ban đầu kí tự liệu Các mã trải phổ đặc biệt thiết kế phép kí tự từ nhiều người sử dụng chiếm giữ phổ tần thời điểm cho phép phục hồi thông tin gốc W-CDMA hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã trực tiếp băng rộng với tính sơ như: - Hoạt động CDMA băng rộng với băng tần 5Mhz - Miền thời gian có cấu trúc khung gồm khung 10ms, khung lại chia thành 16 khe thời gian 0,635ms - Tốc độ chíp 3,84Mcps - Lớp vật lý mềm dẻo để tích hợp tất tốc độ sóng mang - Hệ số tái sử dụng tần số - W-CDMA cung cấp hai kiểu vận hành bản: Ghép kênh song công phân chia theo tần số (FDD) ghép song công theo thời gian (TDD) * Ngoài công nghệ tăng cường tính sau: NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC 85 SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G - Anten linh hoạt: Không cho phép đạt độ tăng ích M lần mà đảm bảo độ lợi phân tập M lần Khi công suất phát không đổi anten tăng vùng phủ cách tăng hệ số tăng ích anten Hình 3.17 Hệ thống búp hướng anten - Phân tập phát: Cho phép giảm công suất phát yêu cầu kênh tăng dung lưọng hệ thống - Hỗ trợ cấu trúc tiến * Do vậy, W-CDMA có ưu điểm: - Cung cấp dịch vụ băng rộng (5-15Mhz), tốc độ cao (tới 2Mbps) cần cho dịch vụ tương lai - Khả chống Fading tốt - Điều khiển công suất hoàn hảo - Kết hợp đa đường cân nhiễu - Cung cấp độ rộng băng tần (dung lượng) theo yêu cầu Điều xuất phát từ khả thay đổi tốc độ bit dịch vụ khác - Hệ thống không cần sử dụng hệ thống định vi toàn cầu GPS để đồng cho phép sử dụng lại sơ sở hạ tầng GSM sẵn có, trước hết MSC BS Với khả cung cấp dịch vụ bit cao, hệ thống cung cấp dễ dàng số dịch vụ mới: Điện thoại thấy hình, tải liệu nhanh đường xuống NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC 86 SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G 3.5 Giao diện vô tuyến Giao diện vô tuyến phần quan trọng hệ thống thông tin di động nói chung hệ thống 3G-UMTS nói riêng Các thông số giao diện vô tuyến mạng 3G-UMTS: Bảng Các tham số UTRAN/IMT-2000 Công nghệ truy nhập vô FDD: DS-CDMA tuyến TDD: TMDA/CDMA Môi trường hoạt động Trong nhà/ngoài trời đến nhà/trên xe Tốc độ chíp (Mcps) 3,840 (UTRAN cũ:4,096/8,192/16,384) Độ rộng kênh (Mhz) UTRAN:5/10/20 IMT-2000:1,25/5/10/20 Hệ số uốn Nyquist 0,22 Chế độ song công FDD TDD Tốc độ bit kênh (kbps) FDD(UL):16/32/64/128/256/512/1024 FDD(DL):32/64/128/256/512/1024/2048 TDD(UL/DL):512/1024/2048/4096) Độ dài khung 10ms Hệ số trải phổ FDD: khả biến, đến 256 TDD: khả biến, đến 16 Cơ cấu tách Tương quan với kí tự hoa tiêu ghép kênh theo thời gian Hoạt động liên cell FDD: dị TDD: đồng Điều khiển công suất Vòng mở vòng kín Dải động công suất phát 80dB (UL),30dB (DL) Chuyển cell Chuyển cell mềm, chuyển cell liên tần Trong giao diện vô tuyến, lớp vật lý ảnh hưởng lớn đến phức tạp thiết bị mặt đảm bảo khả xử lý băng tần sở cần thiết trạm gốc trạm đầu cuối Trên quan điểm dịch vụ hệ thống 3G hệ thống băng NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC 87 SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G rộng, thiết kế lớp vật lý cho dịch vụ thoại mà cần đảm bảo tính linh hoạt cho dịch vụ tương lai 3.5.1 Các kênh truyền tải xếp chúng lên kênh vật lý Trong UTRAN số liệu tạo lớp cao truyền tải đường vô tuyến kênh truyền tải cách xếp kênh lên kênh vật lý khác Lớp vật lý yêu cầu để hỗ trợ kênh truyền tải với tốc độ bit thay đổi nhằm cung cấp dịch vụ với độ rộng băng tần theo yêu cầu để ghép nhiều dịch vụ kết nối Mỗi kênh truyền tải kèm với thị khuôn dạng truyền tải (TFI) thời điểm kênh truyền tải nhận số liệu từ mức cao Lớp vật lý kết hợp thông tin TFI từ kênh truyền tải khác vào thị kết hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI) TFCI phát kênh điều khiển để thông báo cho máy thu biết kênh tích cực khung thời Thông báo không cần thiết sử dụng chế phát khuôn dạng kênh tải mù (BTFD) thực kết nối với kênh riêng đường xuống Máy thu giải mã TFCI, chuyển đến lớp cao cho kênh tất truyền tải tích cực kết nối Các kênh truyền tải phân thành hai nhóm: Kênh truyền tải riêng kênh truyền tải riêng * Kênh truyền tải riêng Kênh truyền tải riêng kênh riêng (DCH) Kênh mang thông tin từ lớp lớp vật lý riêng cho người sử dụng, bao gồm số liệu cho dịch vụ thời thông tin điều khiển lớp cao Kênh đặc trưng tính như: điều khiển công suất nhanh, thay đổi tốc độ số liệu nhanh theo khung khả phát đến phần đoạn ô cách thay đổi hướng anten hệ thống anten thích ứng Các kênh riêng hỗ trợ chuyển giao mềm * Các kênh truyền tải chung UTRAN định nghĩa kênh truyền tải chung: NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC 88 SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G - Kênh quảng bá Kênh quảng bá (BCH) kênh truyền tải sử dụng để phát thông tin đặc thù UTRAN ô Trong mạng, thông thường số liệu quan trọng mã truy nhập ngẫu nhiên khe thời gian cấp phát hay kiểu phân tập phát sử dụng kênh khác ô cho trước Vì UE đăng ký đến ô giải mã kênh quảng bá, nên cần phát kênh công suất cao để mạng đạt đến tất ngưòi sử dụng vùng bao phủ yêu cầu Từ quan điểm thực tiễn, tốc độ thông tin kênh quảng bá bị giới hạn khả giải mã tốc độ kênh quảng bá UE tốc độ thấp Điều dẫn đến việc sử dụng tốc độ số liệu thấp cố định cho kênh quảng bá - Kênh truy nhập đường xuống Kênh truy nhập đường xuống (FACH) kênh truyền tải đường xuống mang thông tin điều khiển đến UE nằm ô cho trước Các số liệu gói phát kênh FACH Trong ô có nhiều FACH Một FACH phải có tốc độ bit đủ thấp để tất UE thu Khi có nhiều FACH, kênh bổ sung có tốc độ bit cao FACH không sử dụng điều khiển công suất nhanh để thu tin phát phải chứa thông tin nhận dạng băng - Kênh tìm gọi Kênh tìm gọi (PCH) kênh truyền tải đường xuống mang số liệu liên quan đến thủ tục tìm gọi Chẳng hạn mạng muốn khởi đầu thông tin với UE, xét ví dụ đơn giản gọi đến UE: Mạng phát tin tìm gọi đến tất ô thuộc vùng định vị nơi có UE cần tìm Tuỳ theo cấu hình hệ thống, tin tìm gọi phát ô hàng trăm ô UE phải có khả thu thông tin tìm gọi toàn vùng phủ ô Việc thiết kế kênh tìm gọi ảnh hưởng đến công suất tiêu thụ UE chế độ chờ UE điều NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC 89 SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G chỉnh máy thu để thu tin tìm gọi pin chế độ chờ lâu - Kênh truy nhập ngẫu nhiên Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH) kênh truyền tải đường lên sử dụng để mang thông tin điều khiển từ UE Cũng sử dụng kênh để phát cụm nhỏ số liệu gói từ UE Để hoạt động đúng, hệ thống phải thu kênh truy nhập ngẫu nhiên từ toàn vùng phủ ô Điều có nghĩa tốc độ số liệu thực tế phải đủ thấp, truy nhập hệ thống lần đầu thủ tục điều khiển khác - Kênh gói chung đường lên Kênh gói chung đường lên (CPCH) kênh mở rộng kênh RACH để mang số liệu người dùng phát theo gói đường lên FACH đường xuống với kênh tạo nên cặp kênh để truyền số liệu Trong lớp vật lý, điểm khác kênh với RACH việc sử dụng điều khiển công suất nhanh, chế phát tranh chấp sở vật lý thủ tục giám sát trạng thái CPCH So với hai khung tin RACH, truyền dẫn CPCH đường lên kéo dài nhiều khung - Kênh đường xuống dùng chung Kênh đường xuống dùng chung (DSCH) kênh truyền tải để mang thông tin người sử dụng và/hoặc thông tin điều khiển Nhiều người sử dụng chung kênh Không thiết phải thu kênh toàn vùng phủ sóng ô Kênh liên kết với kênh DCH → Các kênh truyền tải cần thiết: Các kênh truyền tải chung cấn thiết cho việc hoạt động mạng RACH, FACH PCH * Sắp xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý - Cấu trúc khung kênh truyền tải NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC 90 SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Các kênh UTRA sử dụng cấu trúc khung 10ms Chu kỳ dài sử dụng chu kỳ khung hệ thống Số khung hệ thống (SFN) số 12 bit số thủ tục sử dụng có thời gian dài khung Các thủ tục lớp vật lý như: Thủ tục tìm gọi, thủ tục truy nhập ngẫu nhiên thủ tục cần chu kỳ dài 10ms - Sự xếp Các kênh truyền tải xếp lên kênh vật lý khác hình 3.18, số kênh truyền tải mang kênh giống (hay chí kênh vật lý) Ngoài kênh truyền tải có kênh truyền tải mang thông tin liên quan đến thủ tục lớp vật lý Kênh đồng (SCH), kênh hoa tiêu chung (CPICH) kênh thị bắt (AICH), kênh nhìn thấy trực tiếp từ lớp cao kênh bắt buộc phát từ BS xuất phát từ quan điểm hoạt động hệ thống Kênh thị trạng thái cho CPCH (CSICH) kênh thị phát tranh chấp/ấn định kênh (CD/CA-ICH) cần có CPCH sử dụng NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC 91 SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Hình 3.18 Sắp xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý Kênh DCH xếp lên hai kênh vật lý Do đó, có kênh số liệu vật lý riêng (DPDCH) mang thông tin bao gồm số liệu người sử dụng, kênh điều khiển vật lý riêng (DPCCH) mang thông tin lớp vật lý cần thiết Tốc độ bit kênh DPCCH không đổi tốc độ bit kênh DPDCH thay đổi theo khung Như vậy, chương cho thấy cấu trúc tổng quát mạng WCDMA Hiểu thành phần, chức khối từ thấy rõ thay đổi mặt công nghệ so với hệ thống 2G Điều quan trọng qua chương nghiên cứu kỹ thuật trải phổ đa truy nhập phân chia theo mã ứng dụng 3G - WCDMA Những ưu điểm kỹ thuật trải phổ trực NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC 92 SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G tiếp ứng dụng Đồng thời nghiên cứu cấu trúc phân lớp mang W-CDMA kênh truyền tải kênh vật lý NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC 93 SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G KẾT LUẬN Việc nâng cấp mạng GSM lên W-CDMA thực mang lại hiệu to lớn Không đạt mục tiêu nâng cấp lên 3G mà tái sử dụng hiệu tài nguyên thiết bị mạng hệ mạng 2G Mạng thông tin di động 3G ngày đáp ứng hầu hết nhu cầu người sử dụng Chúng ta nhận thấy việc sử dụng hệ thống chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD) nâng tốc độ liệu mạng GSM lên đến 57.6KBps, nhiên công nghệ chưa đáp ứng thích đáng yêu cầu mặt kỹ thuật Giải pháp GPRS, EDGE mạng GSM sau nâng cấp lên W-CDMA giải pháp khả thi thích hợp với nước phát triển nước ta tận dụng sở hạ tầng mạng GSM đồng thời có quỹ đầu tư để tiến lên 3G Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS tạo tốc độ cao chủ yếu nhờ vào kết hợp khe thời gian, nhiên kỹ thuật dựa phương thức điều chế GMSK nên hạn chế tốc độ truyền Giải pháp dịch vụ vô tuyến gói chung nâng cao EDGE khắc phục hạn chế cách thay phương thức điều chế GMSK 8PSK, điều giúp nâng cao tốc độ mạng GPRS lên đến lần Khó khăn chủ yếu liên quan đến kỹ thuật vô tuyến máy đầu cuối việc thay đổi kỹ thuật điều chế Tuy nhiên EDGE hoạt động dựa trên sở chuyển mạch kênh chuyển mạch gói hạn chế tốc độ 384KBps nên khó khăn việc ứng dụng dịch vụ đòi hỏi việc chuyển mạch linh động tốc độ truyền liệu lớn Lúc giải pháp đưa nâng cấp lên hệ thống WCDMA Việc nâng cấp hệ thống thông tin di động lên hệ ba đáp ứng yêu cầu Trong tương lai, mà công nghệ 3G không đáp ứng yêu cầu công nghệ thông tin di động hệ tư giải pháp với tốc độ lên tới 34Mbps NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC 94 SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Trong khuôn khổ đề tài em tìm hiểu tổng quát giải pháp nâng cấp mạng GSM lên W-CDMA Do có nhiều chuẩn nâng cấp nhiều giải pháp nâng cấp tập đoàn viễn thông khác nên đề tài đưa bước lộ trình nâng cấp kiến trúc hệ thống kỹ thuật vô tuyến số sở lý thuyết mà sâu vào giải pháp chi tiết Cuối em xin chân thành cảm ơn KS Tạ Hùng Cường thầy cô giáo khoa Điện tử Viễn thông - Trường ĐH Vinh nhiệt tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn! NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC 95 SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Giáo trình “Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G”, Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông, 12/2008 [2] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Bài giảng “Thông tin di động” cho đào tạo từ xa, Học Viện Công nghệ Bưu Viễn thông 2007 [3] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Bài giảng “Giới thiệu công nghệ 3G WCDMA UMTS”, năm 2009 [4] Các Website: http://www.dientuvienthong.net http://www.dientuvietnam.net http://www.vntelecom.org NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC 96 SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT [...]... GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Thông tin di động thế hệ ba là hệ thống thông tin di động cho các dịch vụ di động truyền thông cá nhân đa phương tiện Hộp thư thoại sẽ được thay thế bằng bưu thiếp điện tử được lồng ghép với hình ảnh và các cuộc thoại thông thường trước đây sẽ được bổ sung các hình ảnh để trở thành thoại có hình Dưới đây là một số đặc điểm chung của hệ thống thông tin. .. GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Hình 1.3 Lộ trình phát triển các thế hệ thông tin di động Bảng tổng kết các thế hệ thông tin di động đến thế hệ 3 Thế hệ thống tin di Hệ thống Dịch vụ chung Chú thích Thế hệ 1 AMPS, Tiếng thoại FDMA, tương tự (1G) TACS, động NMT Thế hệ 2 GSM, IS- Chủ yếu cho thoại TDMA hoặc CDMA, số, (2G) 136, IS-95 kết hợp với dịch băng hẹp (8-13Kbit/s) vụ bản tin. .. triển từ các mạng IS-95 của hệ thống thông tin di động 2G, có thể mô tả quá trình phát triển trong hình vẽ sau: IS-95A IS-95B 1999 CDMA2000 1x 2000 CDMA2000 Mx 2002 Hình 1.2 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA2000 [1] NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC 22 SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Ta có thể tóm tắt sự phát triển hệ thông thông tin di động theo... WCDMA Wideband Code Division Multiple Access World Administrative Radio Conference Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng Hội nghị vô tuyến quản lý toàn cầu W WARC NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC 16 SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 1.1 Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động 3G 1.1.1 Lịch sử phát... không thua kém chất lượng dịch vụ mạng cố định, nhất là đối với thoại + Mạng có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả thông tin vệ tinh 1.1.2 Các hướng phát triển mạng thông tin di động lên 3G * Hướng phát triển lên 3G sử dụng WCDMA WCDMA là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G của IMT-2000 được phát triển chủ yếu ở châu Âu với mục đích cho phép các mạng cung cấp khả năng chuyển vùng toàn cầu... Các mạng WCDMA được xây dựng dựa trên cở sở mạng GSM, tận dụng cở sở hạ tầng sẵn có của các nhà khai thác mạng GSM Quá trình phát triển từ GSM NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC 21 SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G lên CDMA qua các giai đoạn trung gian, có thể được tóm tắt trong sơ đồ sau đây: GSM GPRS EDGE WCDMA 1999 2000 2002 Hình 1.1 Quá trình phát triển lên. .. thác mạng cũng như khi truy nhập - Có khả năng chuyển giao mềm giữa UMTS và mạng di động thế hệ thứ 2 (GSM) Về khai thác mạng NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC 28 SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Khả năng - Dịch vụ chuyển mạch ATM tương thích - Các loại hình dịch vụ trong GSM với các mạng hiện tại - Các loại hình dịch vụ IP cơ sở - Kết nối với các mạng B-ISDN... hiện ở 3GPP Lịch trình như sau: NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC 25 SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Kết thúc quá trình IMT-2000 Mạng 1998 Tiêu chuẩn 1999 Thử mạng 3GPP phát hành tiếp Phát hành 3GPP 99-12/99 2000 2001 2002 Châu Âu Châu Á Hình 1.4 Lịch trình nghiên cứu và đưa vào khai thác mạng W-CDMA Sau khi ITU đưa ra định hướng về một hệ thống di động mới... của thế hệ ba 1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3G Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba - 3G ra đời với mục tiêu là hình thành một hệ thống di động duy nhất trên toàn thế giới Khác với các dịch vụ được cung cấp bởi những hệ thống thông tin di động hiện nay chủ yếu là thoại (công nghệ tương tự là đặc trưng của hệ thống 1G, công nghệ số là đặc trưng của 2G), hệ thống 3G nhằm vào các dịch vụ băng... TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G + TACS ( Total Access Communications System - Hệ thống truyền thông truy cập toàn phần) triển khai ở Anh năm 1985 và một số hệ thống TACS-900 vẫn còn được sử dụng ở châu Âu Vào cuối thập niên 1980, khi số lượng các thuê bao trong mạng tăng lên, người ta thấy cần phải có biện pháp nâng cao dung lượng mạng, chất lượng các cuộc ... triển mạng thông tin di động, cần thiết phải nâng cấp mạng thông tin di động lên 3G tiêu chuẩn để nâng cấp mạng Phần phần đồ án, nêu lên giải pháp thực nâng cấp mạng GSM lên 3G Phần nêu lên cấu... mạng 3G mà em chọn đề tài nghiên cứu 3G Đề tài Giải pháp nâng cấp mạng thông tin di động GSM lên 3G gồm có chương: Chương 1: Tổng quan thông tin di động 3G Chương 2: Hệ thống thông tin di động. .. phải nâng cấp hệ thống di động lên 3G NHD: KS TẠ HÙNG CƯỜNG PHÚC 20 SVTH: TRẦN THANH LỚP : 47K-ĐTVT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G Thông tin di động hệ ba hệ thống thông tin