Các biện pháp kỹ thuật hỗ trợ mạng GSM theo chuẩn 3G (GSM→WCDMA)

MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU Chương I TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 1.1 Giới thiệu tổng quan hệ thống thông tin di động GSM 1.1.1 Lịch sử phát triển mạng GSM 1.1.2 Đặc điểm truyền sóng mạng GSM 1.2 Cấu trúc mạng chức thành phần mạng GSM 1.2.1 Sơ đồ cấu trúc mạng GSM 1.2.2 Chức thành phần mạng 1.2.3 Mạng báo hiệu kênh chung số (CCSN7) 10 1.3 Các kỹ thuật sử dụng mạng GSM 15 1.3.1 Mã hóa tiếng nói 15 1.3.2 Mã hóa kênh ghép xen 15 1.3.3 Điều chế 17 1.3.4 San 18 1.3.5 Nhảy tần 19 1.3.6 Điều khiển công suất 19 1.4 Cấu trúc kênh cấu trúc khung tin mạng GSM 20 1.4.1 Cấu trúc kênh 20 1.4.2 Cấu trúc khung tin 24 1.4.3 Cấu trúc cụm (Burst) 26 1.5 Hoạt động mạng GSM trình thiết lập gọi 26 1.5.1 Trạm di động MS thực gọi 26 1.5.2 Trạm di động MS nhận gọi 28 1.6 Xu hướng phát triển mạng GSM 29 Chương II HỆ THỐNG GPRS HỖ TRỢ MẠNG GSM 31 2.1 Giới thiệu chung mạng GPRS 31 2.2 Cấu trúc mạng chức thành phần hệ thống GPRS 32 2.2.1 Cấu trúc mạng GPRS 32 2.2.2 Chức phần tử mạng GPRS 33 2.2.3 Mặt phẳng truyền dẫn mặt phẳng báo hiệu mạng GPRS 37 2.3 Cấu trúc kênh logic mạng GPRS 42 2.3.1 Kênh điều khiển phát quảng bá kiểu gói PBCCH 43 2.3.2 Các kênh điều khiển chung kiểu gói PCCCHs 43 2.3.3 Các kênh điều khiển riêng biệt kiểu gói PDCCHs 44 2.3.4 Kênh lưu lượng liệu gói PDTCH 44 2.4 Các kỹ thuật sử dụng mạng GPRS hỗ trợ mạng GSM 44 3.4.1 Kỹ thuật mã hóa liệu (CS1→CS4) 45 3.4.2 Kỹ thuật chuyển mạch gói 47 3.4.3 Kỹ thuật xe đường truyền 48 2.5 Giải pháp thiết bị mạng lõi GPRS hai nhà cung cấp lớn giới 50 2.5.1 Thiết bị mạng lõi GPRS Ericsson 51 2.5.2 Thiết bị mạng lõi GPRS Alcatel 52 2.6 Xu hướng phát triển mạng GPRS 52 Chương III HỆ THỐNG EDGE HỖ TRỢ MẠNG GSM 54 3.1 Giới thiệu chung mạng EDGE 54 3.2 Cấu trúc mạng chức thành phần mạng EDGE 55 3.3 Các kỹ thuật sử dụng mạng EDGE hỗ trợ mạng GSM 56 3.3.1 Điều chế 8-PSK 56 3.3.2 Các phương pháp mã hóa điều chế 59 3.4 Một số giải pháp kỹ thuật cho mạng EDGE Nokia 60 3.4.1 Vùng phủ sóng cho 8-PSK 61 3.4.2 Hỗ trợ phương thức truyền lặp tiên tiến IR cho đường lên/xuống 62 3.4.3 Abis động 63 3.5 Xu hướng phát triển mạng EDGE 64 KẾT LUẬN 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 68 LỜI MỞ ĐẦU Ngày thời đại công nghiệp hóa đại hóa đất nước, thời kỳ kinh tế hàng hóa mở cửa thông tin nhanh xác nhu cầu cấp bách cần thiết người Do nhu cầu sử dụng điện thoại tăng lên nhanh Đặc biệt nhu cầu sử dụng điện thoại di động, phương tiện thiếu thời đại kinh tế động Để đảm bảo chất lượng dịch vụ nhu cầu xã hội nhà cung cấp dịch vụ viễn thông không ngừng nâng cấp mạng Do để tiến tới công nghệ thông tin di động thứ ba (3G) nhà khai thác GSM Việt Nam giới mong muốn giữ lại mạng lõi tiến hành nâng cấp mạng, trì dịch vụ cung cấp thời Vấn đề cân nhắc khía cạnh kinh tế kỹ thuật cho việc nâng cấp, điều buộc nhà khai thác GSM phải suy tính lựa chọn Chính nhà khai thác GSM lựa chọn tiến hành nâng cấp mạng theo đường GSM → GPRS → EDGE → WCDMA Thực tế nhà khai thác GSM giới tiến hành nâng cấp thành công theo đường Còn Việt Nam mạng GSM chờ định Chính Phủ cấp giấy phép nâng cấp lên mạng thông tin di động hệ thứ (3G) Dựa vào tình hình thực tế Em chọn đề tài tốt nghiệp là: “Các biện pháp kỹ thuật hỗ trợ mạng GSM theo chuẩn 3G (GSM→WCDMA)” Đề tài gồm có chương sau: - Chương I Tổng quan hệ thống thông tin di động GSM - Chương II Hệ thống GPRS hỗ trợ mạng GSM - Chương III Hệ thống EDGE hỗ trợ mạng GSM Sau thời gian nung nấu nghiên cứu luận văn Em chọn đề tài hoàn thành Do nhiều yếu tố khó khăn hợp thành lên đề tài không khỏi không tránh thiếu sót, Em mong đóng góp thầy bạn để Em rút học, bổ sung vào kinh nghiệm công việc sống Em xin chân thành cảm ơn Thầy Giáo Th.S Bùi Đình Thịnh nhiệt tình hướng dẫn Em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp, Thầy Cô môn, Anh Th.S Nguyễn Như Thông, Anh Chị Công Ty Viettel Telecom bạn lớp giúp đỡ Em hoàn thành đề tài Em xin chân thành cảm ơn! Chương I TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 1.1.1 Lịch sử phát triển mạng GSM Vào cuối kỷ 19, thí nghiệm nhà bác học người ITALYA Marconi Guglielmo (1874-1937, đạt giải Nobel Vật Lý năm 1909) cho ta thấy thông tin vô tuyến thực liên lạc máy thu phát di động xa Loại mã sử dụng thời mã Morse đến năm 1928 hệ thống vô tuyến truyền thiết lập lần cho cảnh sát Đến năm 1933 sở cảnh sát Bayone New Jersy thiết lập hệ thống điện thoại di động tương đối hoàn chỉnh giới Các thiết bị thời sử dụng cồng kềnh, nặng, đầy tạp âm tốn nguồn sử dụng đèn điện tử, chất lượng mạng di động Tần số sóng vô tuyến sử dụng dải thấp băng VHF lên liên lạc khoảng cách vài chục dặm Tuy thời quân đội ứng dụng cách hiệu trình triển khai chiến đấu đời sống như: Cảnh sát, cứu thương, cứu hỏa, hàng hải, hàng không Đến năm 1947 Bell Laboratories có thai nghén ý đồ mạng di động tế bào Nhưng công nghệ điện tử thời chưa phát triển lên đến năm 1981 hệ thống vô tuyến di động tế bào Châu Âu lắp đặt khu vực bán đảo Scan-đi-na-vơ, đầu dùng cho vài chục ngàn thuê bao Hệ thống đời nhờ phát triển mạch tổ hợp tích hợp như: Các vi xử lý, mạch tổng hợp tần số, chuyển mạch nhanh dung lượng lớn thường gọi mạng vô tuyến di động mặt đất công cộng PLMRN (Public Land Mobile Radio Network), làm việc dải tần UHF Do năm 1982 Hội Nghị Bưu Chính Viễn Thông Châu Âu CEPT (Conference of Post ang Telecommunications) thành lập nhóm chuyên môn thông tin di động GSM (Groupe Speciale Mobile) Nhóm có nhiệm vụ xác định hệ thống thông tin di động công cộng tiêu chuẩn cho toàn Châu Âu hoạt động băng tần 900MHz Nhóm định xây dựng hệ thống toàn cầu cho thông tin di động GSM (Global System for Mobile Communications - hệ thống toàn cầu cho thông tin di động) Các thí nghiệm mô tiến hành nhiều nước Châu Âu nhiều hệ thống với nhiều nguyên tắc chuẩn khác Tới năm 1986 có đề nghị chuẩn cho hệ thống GSM toàn Châu Âu thử nghiệm hội nghị diễn Pari Hội nghị tiến hành bỏ phiếu với 15 nước Châu Âu để chọn cấu hình chuẩn hệ thống GSM theo yêu cầu sau: Hiệu phổ, chất lượng âm thanh, giá thành máy di động, giá trạm cố định, tính tiện lợi, khả phục vụ với dịch vụ khả hoạt động với mạng hành Cho đến năm 1992 toàn Châu Âu có mạng tế bào khác 16 nước phục vụ cho 1,2 triệu thuê bao Lúc thuê bao di động mạng không tương thích nhau, dẫn đến giá thành thiết bị giá sử dụng dịch vụ cao dẫn đến số lượng thuê bao Hệ thống GSM cho phép trạm di động (MS) mạng liên lạc với mà liên lạc với thuê bao nối tới mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN (Public Switched Telephone Network), mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN (Intergrated Services Digital Network) Các dịch vụ chủ yếu mạng GSM đời là: Truyền thoại, truyền số liệu, truyền fax, truyền tin ngắn SMS… 1.1.2 Đặc điểm truyền sóng mạng GSM Đặc tính truyền sóng thông tin vô tuyến di động tín hiệu thu máy thu bị thay đổi so với tín hiệu phát máy phát tần số, biên độ, pha thời gian giữ chậm Các thay đổi có tính chất phức tạp tác động chúng ảnh hưởng tới chất lượng liên lạc hay truyền liệu Nó phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố như: Địa hình, khoảng cách liên lạc, dải tần, khí quyển, mật độ thuê bao…Tuy ta chia ảnh hưởng chúng thành: Ảnh hưởng hiệu ứng Dopler, tổn hao đường truyền, hiệu ứng pha-đinh tượng trải trễ Tổn hao đường truyền: Là lượng suy giảm mức điện thu so với mức điện phát Mức điện trung bình tín hiệu thu giảm dần theo khoảng cách, công suất tín hiệu diện tích mặt cầu sóng tới giảm dần theo khoảng cách anten phát anten thu, hấp thụ môi trường truyền sóng…Tổn hao đường truyền phụ thuộc vào: Tần số xạ, địa hình, mật độ thuê bao, mức độ di động chướng ngại vật, loại anten sử dụng…Trong mạng tế bào tổn hao tăng tỷ lệ với lũy thừa khoảng cách, tuân theo luật mũ Tổn hao đường truyền hạn chế kích thước tế bào cự ly thông tin, ta lợi dụng để phân chia hiệu tế bào, cho phép tái sử dụng tần số cách hữu, làm tăng hiệu sử dụng tần số Ảnh hưởng hiệu ứng Dopler: Là thay đổi tần số tín hiệu thu so với tần số tín hiệu phát gây chuyển động tương đối máy thu phát trình truyền sóng Giả sử tần số thu máy thu là: f = fc + fm*cosαi → f = fc*(1+(v/c) * cosαi) (1.1) Trong đó: f tần số tín hiệu thu đầu vào máy thu fc tần số sóng mang phát không bị điều chế fm lượng dịch tần Dopler αi góc tia sóng tới thứ i so với hướng chuyển động máy thu c vận tốc ánh sáng mà fm= v *fc/c Khi máy thu đứng yên so với máy phát (v = 0) máy thu chuyển động vuông góc với góc tới tín hiệu phát (αi = 900) tần số tín hiệu thu không bị thay đổi Ngược lại bị thay đổi hiệu ứng xảy mạnh máy thu chuyển động theo phương tia sóng tới (αi = 00; 1800) như: Anten phát bố trí dọc theo quốc lộ máy thu đặt xe chuyển động xa lộ đó… Hiện tượng pha-đinh: Ở khoảng cách ngắn mức tín hiệu thu trung bình không đổi, mức điện tức thời tín hiệu thu anten thay đổi nhanh chậm (pha-đinh nhanh pha-đinh chậm), khoảng cách MS BTS tăng mức điện thu trung bình giảm Nguyên nhân gây pha đinh là: Sự truyền lan theo nhiều tia sóng vô tuyến môi trường di động như: Nhiễu xạ, tán xạ phản xạ từ chướng ngại vật hay người ta gọi pha đinh đa đường Pha đinh gọi phẳng mức tín hiệu thu trung bình xảy với tần số làm việc kênh suốt dải tần Pha đinh tần số pha đinh xảy tất tần số suốt dải tần Khi pha-đinh sâu xảy tín hiệu thu giảm tới không, tỷ số tín hiệu/tạp âm nhỏ không (S/N