Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ pon để quy hoạch, nâng cấp, tối ưu hóa việc phân bổ vị trí và tần số mạng truyền dẫn 3g wcdma tại khu vực thành phố bắc giang

ðẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ðẠI HỌC ðộc lập - Tự - Hạnh phúc KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : Nguyễn Thị Chung Ngày tháng năm sinh : Ngày 18 tháng năm 1980 Nơi sinh : Bắc Giang Nơi công tác : Trường Cao ðẳng Nghề Bắc Giang Cơ sở ñào tạo : Trường ðại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Chuyên ngành : Kỹ thuật ñiện tử Khóa học : K13- KTðT TÊN ðỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PON ðỂ QUY HOẠCH, NÂNG CẤP, TỐI ƯU HOÁ VIỆC PHÂN BỔ VỊ TRÍ VÀ TẦN SỐ MẠNG TRUYỀN DẪN 3G-WCDMA TẠI KHU VỰC TP BẮC GIANG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN THANH HÀ Trường ðại học Thái Nguyên Ngày giao ñề tài: / / Ngày hoàn thành: ./ / GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN PGS.TS Nguyễn Thanh Hà Nguyễn Thị Chung Trang BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ðẠI HỌC LỜI CAM ðOAN Tên là: Nguyễn Thị Chung Học viên lớp Cao học khoá 13- Kỹ thuật ñiện tử - Trường ðHKTCN Thái Nguyên Xin cam ñoan: ðề tài: “Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ PON ñể quy hoạch, nâng cấp tối ưu hóa việc phân bổ vị trí tần số mạng truyền dẫn 3G” thầy giáo PGS TS Nguyễn Thanh Hà hướng dẫn công trình tổng hợp nghiên cứu riêng Tất nội dung luận văn ñúng ñề cương yêu cầu thầy giáo hướng dẫn Các tài liệu tham khảo ñều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Bắc Giang, ngày tháng năm 2012 Học viên Nguyễn Thị Chung Trang MỤC LỤC LỜI CAM ðOAN……………………………………………………… … I LỜI CẢM ƠN………………………………………………………………II MỤC LỤC………………………………………………………………….III DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT………………………………………V LỜI NÓI ðẦU………………………………………………………….… CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ DI ðỘNG THẾ HỆ BA W-CDMA……….…5 1.1 Giới thiệu chương………………………………………………………5 1.2 Cấu trúc mạng W-CDMA………………………………………………6 1.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN……………………………9 1.2.2 Giao diên vô tuyến………………………………………… 10 1.3 Kết luận chương……………………………………………………… 13 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ PON VÀ CÁC CHUẨN HOÁ PON……… 15 2.1 Mạng quang tích cực AON mạng quang thụ ñộng PON………… 15 2.1.1 AON………………………… ……………………………….…15 2.1.2 Mạng PON……………………… …………………………… 16 2.1.3 Các chuẩn mạng PON………… ………………………….20 2.1.4 Bộ tách /ghép quang topo mạng PON……… …………27 2.1.5 PON MAC layer…………………………………… ………… 35 2.2 Kết luận chương……………………………………………………… 43 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PON ðỂ QUY HOẠCH TỐI ƯU HOÁ VỊ TRÍ VÀ TẦN SỐ MẠNG TRUYỀN DẪN 3G-WCDMA TẠI KHU VỰC TP BẮC GIANG………………………………………….44 3.1 Giới thiệu………………………………………………………………44 3.2 Nhu cầu tối ưu hoá mạng backhaul……………………………………45 3.3.Quy hoạch vị trí……………………………………………………… 47 Trang 3.4 Sự xếp nhiều ONU: Thuật toán Tham lam Greedy……………….49 3.5 Thuật toán ñể tối ưu hoá toàn cục…………………………………… 50 3.5.1 Mô thuật toán luyện kim simulated Annealing (SA)…….51 3.5.2 Áp dụng vấn ñề bố trí nhiều ONU theo SA…………………… 51 3.5.3 Hiệu suất học…………………………………………………….53 3.5.4 Thuật toán leo ñồi(Hill-Climbing Algorithm (Steepest Descent))… 55 3.6 Kết luận chương……………………………… ……………………………57 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ðỀ TÀI……………… ………58 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… 59 Trang Lời nói ñầu @ -Cùng với phát triển ngành công nghệ ñiện tử, tin học công nghệ thông tin di ñộng năm qua ñã phát triển mạnh mẽ cung cấp loại hình dịch vụ ña dạng ñáp ứng nhu cầu ngày cao người sử dụng Kể từ ñời vào cuối năm 1940 cho ñến thông tin di ñộng ñã phát triển qua nhiều hệ ñã tiến bước dài ñường công nghệ Trong kỷ 21, giới ñã chứng kiến bùng nổ nhu cầu truyền thông không dây số lượng, chất lượng loại hình dịch vụ Tuy nhiên, theo ñánh giá công nghệ truyền thông không dây thời chậm không ñáp ứng ñược yêu cầu dịch vụ ñặc biệt dịch vụ truyền số liệu ña phương tiện ðiều ñòi hỏi nhà khai thác phải có ñược công nghệ truyền thông không dây nhanh tốt ðể ñáp ứng yêu cầu ñó, từ năm ñầu thập kỷ 90 người ta ñã tiến hành nghiên cứu, hoạch ñịnh hệ thống thông tin di ñộng hệ ba ITU-R ñang tiến hành công tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông tin di ñộng toàn cầu IMT-2000, châu Âu ETSI ñang tiến hành tiêu chuẩn hóa phiên với tên gọi UMTS (Universal Mobile Telecommunnication System) Mục tiêu trước mắt tăng tốc ñộ bit truyền từ 9.5Kbps lên 2Mbps Công nghệ nâng cao chất lượng thoại, dịch vụ liệu hỗ trợ truyền thông ña phương tiện ñến thiết bị không dây Có nhiều chuẩn thông tin di ñộng hệ ba ñược ñề xuất, ñó chuẩn W-CDMA ñã ñược ITU chấp thuận ñang ñược triển khai số khu vực Hệ thống W-CDMA phát triển hệ thống thông tin di ñộng hệ hai sử dụng công nghệ TDMA GSM, PDC, IS-136 W-CDMA sử dụng công nghệ CDMA ñang mục tiêu hướng tới hệ thống thông tin di ñộng toàn giới, ñiều cho phép thực tiêu chuẩn hóa giao diện vô tuyến công nghệ truyền thông không dây toàn cầu Hiện nay, mạng thông tin di ñộng Việt Nam ñang sử dụng công nghệ GSM, nhiên mạng GSM không ñáp ứng ñược yêu cầu dịch vụ ñòi hỏi chất lượng dịch vụ ngày cao người sử dụng 3G bước ñột phá ngành di ñộng, cung cấp băng thông rộng cho người sử dụng ðiều ñó có nghĩa có dịch vụ nhiều Trang thuận tiện dịch vụ thoại sử dụng ứng dụng liệu truyền thông hữu ích ñiện thoại truyền hình, ñịnh vị tìm kiếm thông tin, truy cập Internet,truyền tải liệu dung lượng lớn, nghe nhạc xem video chất lượng cao, Truyền thông di ñộng ngày ñã ñang ñóng góp vai trò quan trọng sống Việc giữ liên lạc với người di chuyển ñã làm thay ñổi sống riêng tư công việc Tuy nhiên, thị trường viễn thông mở rộng thể rõ hạn chế dung lượng băng thông hệ thống thông tin di ñộng thứ hai Sự ñời hệ thống di ñộng hệ thứ ba với công nghệ tiêu biểu WCDMA hay HSPA tất yếu ñể ñáp ứng ñược nhu cầu truy cập liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc ñộ cao, băng thông rộng người sử dụng Trong lộ trình phát triển, mạng GPRS/EDGE UMTS ñược triển khai mạng GSM truyền thống nhằm ñem lại thêm tài nguyên vô tuyến ñể cung cấp dịch vụ liệu tốc ñộ cao, tăng chất lượng dịch vụ thoại Quá trình phát triển ñòi hỏi dung lượng mạng truyền dẫn (backhaul) phải ñược mở rộng ñể truyền tải lưu lượng lớn từ trạm gốc (BS) ñến trạm trung tâm chuyển mạch (MSC) Tuy nhiên, hệ thống truyền dẫn UMTS dựa công nghệ truyền dẫn IP ATM, mạng GSM truyền thống dựa công nghệ TDM Vậy yêu cầu ñặt cần phải nâng cấp mạng TDM GSM Việc xây dựng hai mạng riêng biệt cho GSM UMTS không hiệu quả, ñặc biệt nhà khai thác di ñộng hy vọng UMTS dần thay GSM, mạng truyền dẫn GSM bị xóa bỏ Trong hệ thống PON, kết nối mạng quang (ONT) có khả hỗ trợ kết nối dịch vụ ñiện thoại truyền thống qua giao diện POTS (Plain Old Telephone Service) giao tiếp truyền liệu tốc ñộ cao Ethernet DSL ðầu cuối ñường dây quang (OLT) bao gồm khối giao tiếp PON, kết cấu chuyển mạch liệu phần tử ñiều khiển NE (Network Element) Tại hướng xuống, ODL phát quảng bá liệu tới tất ONU Tín hiệu hướng xuống bao gồm liệu cho ONT, từ mào ñầu Khai thác Quản lý Bảo dưỡng (Operations Administration and Maintenance –OAM) tín hiệu ñồng cho ONT gửi liệu hướng lên Dựa vào thông tin khe thời gian (kênh), ñịa gói/tế bào, bước sóng, mã Trang CDMA mà ONT tách liệu tương ứng với thuê bao khách hàng Trong hướng lên, ONU cần có giao thức ñiều khiển truy nhập môi trường MAC (Medium Access Control) ñể chia sẻ PON Giao thức MAC thường ñược sử dụng PON ña truy nhập phân chia theo thời gian TDMA (Time Division Multiple Access), ñó ONT ñược cấp khe thời gian (kênh) ñể gửi liệu tới OLT Ngoài hướng lên cần phải có khoảng thời gian bảo vệ nhóm gói liệu ONT, khoảng thời gian ñảm bảo cho thu OLT liệu không bị trùm phủ lên Thông thường hệ thống TDMA PON gán trước tỷ lệ phân chia cố ñịnh băng thông hướng lên cho ONT mà không quan tâm có liệu ñược gửi ñi Một giải pháp ñể phân bổ băng thông cho ONT sử dụng giao thức phân bổ băng thông ñộng (Dynamic Bandwidth Allocation – DBA) DBA giao thức cho phép ONT gửi yêu cầu băng thông tới OLT nhằm sử dụng hiệu băng thông hướng lên Các thông tin yêu cầu mức ñầy hàng ñợi ñầu vào cho lớp dịch vụ khác OLT ñánh giá yêu cầu từ ONT gán băng thông gửi cho liệu hướng lên lần theo OLT tích hợp chức thỏa thuận mức dịch vụ SLA (Service Level Agreement) ñể kết hợp với DBA việc phân bổ băng thông Thông thường hệ thống PON truyền liệu hướng xuống hướng lên sợi quang Trên sợi nối ñịnh hướng cho phép sử dụng bước sóng cho hai hướng, nhiên ñối với hệ thống truyền tải tốc ñộ cao ñể ñảm bảo chất lượng thông thường hướng sử dụng bước sống riêng Trong mạng PON bước sóng ñược sử dụng 1490nm 1550nm cho hướng xuống 1310nm cho tín hiệu hướng lên Luận văn mô tả công nghệ PON, 3G phát triển mạng truyền dẫn GSM/UMTS ñể hỗ trợ EDGE UMTS, nghiên cứu cấu trúc tối ưu với trọng tâm kỹ thuật công nghệ PON nhằm làm giảm lãng phí tài nguyên dải thông mạng truyền dẫn 3G ñể tiết kiệm ñường dải thông, tối ưu mạng truyền dẫn di ñộng 3G Xuất phát từ ý tưởng muốn tìm hiểu công nghệ W-CDMA, mạng W-CDMA công nghệ PON ñã thực luận văn: “Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ PON ñể quy hoạch, nâng cấp tối ưu hóa việc phân bổ vị trí tần số mạng truyền dẫn 3G” Luận văn trình bày chương, với nội dung chương 2, chương 3, gồm có: Chương 1: Hệ thống thông tin di ñộng hệ thứ W-CDMA Chương 2: Công nghệ PON chuẩn hóa PON Trang Chương 3: Ứng dụng PON ñể phân bổ vị trí quy hoạch tần số mang 3G khu vực TP Bắc Giang Chương 4: Kết luận hướng mở luận văn Trong trình làm luận văn khó tránh khỏi sai sót, em mong ñược dẫn thầy cô giáo góp ý bạn ñể luận văn ñược hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS, TS Nguyễn Thanh Hà thầy cô giáo ñã giúp em hoàn thiện luận văn này! Thái Nguyên, ngày tháng Học viên Trang năm DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT AP Access Point ACCH Associated Control Channels ADSL Asymmetric Digital Subcriber Line A-F Amplify-and-Forward AGC Auto-gain Control AI Acquisition Indicator AMPS Advanced Mobile Phone System AON Active Optical Network APC Auto Power Control APD Avalanche Photodiode ARQ Automatic Repeat Request AS Access Stratum ATC Automatic Threshold Control ATM Automated Teller Machine AWG Array Waveguide Grating AWGN Additive White Gaussian Noise BAN Broadband Access Networks BCCH Broadcast Control Channel BCH Broadcast Channel BER Bit Error Ratio BLD Bottom Level Detector BM-CDR Burst-mode Clock Data Recovery BM-LDD Burst-mode Laser Diode Driver BOSA Bidirectional Optical Sub-Assembly BPON Broadband Passive Optical Network BPSK Binary Phase Shift Keying BS Base Staysion Trang BSC Base Staysion Controler BSS Base Staysion Subsystem BTS Base Tranceiver Station BWA Wroadband Wireless Access C/I CAPEX CarriertoInterferenceratio Captical Expenditure CATV Cable Television CCCH Common Control Channel CCPCH Common Control Physical Channel CDMA Code Division Multiple Access CDMA-PON Code Division Multiple Access Passive Optical Network CDR Clock Data Rercovery C-F Compress-and-Forward CMRP Caspacity Maximization with RS Placement CO Central Office CP Candidate Position CPCC Common Power Control Channel CPCH Common Packet Channel CPICH Common Pilot Channel CR Chip Rate CR Cooperative Relaying CRC Cyclic Redundancy Check CS Circuit Switch CT Cooperative Transmissions DBA Dynamic Bandwidth Allocation DCA Dynamic Chanel Allocation DCCH Dedicated Control Channel D-F Decode-and-Forward DFB Distributed Feedback Bragg DLP Dimensioning and Location Plainning DPCCH Dedicated Physical Control Chanel Trang 10 DPCH Dedicated Physical Chanel DPDCH Dedicated Physical Data Chanel DSCH Downlink Shared Chanel DSL Digital Subscriber Line DSP Dimensioning and Site Planning DTCH Dedicated Traffic Chanel DTE Data Terminal Equipment EDGE Enhanced Data Rate for GSM Evolution EFM Ethernet in First Mile EPON Ethernet Passsive Optical Network ETSI European Telecomunications Tandards Indtitute FACCH Fast Associated Control Channel FACH Forward Access Chanel FAUSCH Fast Uplink Signalling Chanel FCCCH Forward Common Control Chanel FCCH Frequency Correction Channel FDCCH Forward Delicated Control Chanel FDD Frequency Division Duplex FDMA FrequencyDivision Multiple Access FMC Fixed Mobile Convergence F-P Fabry Perot FRS Feasible-Relay-Sequence FSAN Full Service Access Network FSK Frequency Shift Keying FTP File Transfer Protocol FTTC Fiber-to-the-Curb FTTH Fiber-to-the-Home GA Genetic Algorithm GEM GPON Encapsulation Method GOS Grade Of Service Trang 11 [...]... Shared Chanel DSL Digital Subscriber Line DSP Dimensioning and Site Planning DTCH Dedicated Traffic Chanel DTE Data Terminal Equipment EDGE Enhanced Data Rate for GSM Evolution EFM Ethernet in First Mile EPON Ethernet Passsive Optical Network ETSI European Telecomunications Tandards Indtitute FACCH Fast Associated Control Channel FACH Forward Access Chanel FAUSCH Fast Uplink Signalling Chanel FCCCH Forward... F-P Fabry Perot FRS Feasible-Relay-Sequence FSAN Full Service Access Network FSK Frequency Shift Keying FTP File Transfer Protocol FTTC Fiber-to-the-Curb FTTH Fiber-to-the-Home GA Genetic Algorithm GEM GPON Encapsulation Method GOS Grade Of Service Trang 11