Nghiên cứu công nghệ truy cập gói tốc độ cao và ứng dụng vào mạng viettel

Bộ giáo dục Và đào tạo TrƯờng đại học bách khoa hà nội Luận văn thạc sỹ khoa học NGHIấN CU CễNG NGH TRUY NHP TC CAO V NG DNG VO MNG VIETTEL Ngời hớng dẫn khoa học: TS NGUYN THUí ANH học viên : V HUY TUYN Hà nội - 2010 LI CM N Trong hai nm cao hc tụi ó c hc hi nhng kin thc quớ bỏu t cỏc thy, cụ giỏo ca i hc Bỏch Khoa H Ni Tụi vụ cựng bit n s dy d, ch bo tn tỡnh ca cỏc thy, cỏc cụ thi gian hc v hon thnh bn lun ny Tụi xin by t lũng bit n ca mỡnh ti TS Nguyn Thỳy Anh, ngi ó nh hng cho nhng nghiờn cu ca tụi, ngi trc tip hng dn tụi hon thin bn lun ny Hc viờn V Huy Tuyn i LI CAM OAN Tụi xin cam oan bn lun ny l kt qu nghiờn cu ca bn thõn di s hng dn ca TS Nguyn Thỳy Anh Ni dung lun khụng chộp ca bt k bn lun no Nu cú gỡ sai phm tụi s chu hon ton trỏch nhim Hc viờn V Huy Tuyn ii MC LC LI CM N i LI CAM OAN ii MC LC.iii DANH MC CC Kí HIU, CC CH VIT TT vii DANH MC CC BNG xii DANH MC CC HèNH V, TH.xiii M U.1 Chng TNG QUAN MNG 3G WCDMA UMTS 1.1 Gii thiu chung 1.2 L trỡnh phỏt trin thụng tin di ng lờn 4G 1.3 Kin trỳc chung ca mt h thng thụng tin di ng 3G 1.4 Cỏc loi chuyn mch mng 3G 1.5 Cỏc loi lu lng v dch v c 3G WCDMA UMTS h tr 10 1.6 Kin trỳc 3G WCDMA UMTS R3 13 1.6.1 Thit b ngi s dng (UE) 14 1.6.2 Mng truy nhp vụ tuyn UMTS 16 1.6.3 Mng lừi 17 1.6.4 Cỏc mng ngoi 21 1.6.5 Cỏc giao din 22 1.7 Kin trỳc 3G WCDMA UMTS R4 22 1.8 Kin trỳc 3G WCDMA UMTS R5 v R6 25 1.9 Chin lc dch chuyn t GSM sang UMTS 28 1.9.1 3GR1 : Kin trỳc mng UMTS chng ln 28 iii 1.9.2 3GR2 : Tớch hp cỏc mng UMTS v GSM 29 1.9.3 GR3 : Kin trỳc RAN thng nht 30 1.10 Tng kt 31 Chng GIAO DIN Vễ TUYN CA WCDMA UMTS 32 2.1 Gii thiu chung 32 2.2 Kin trỳc ngn xp giao thc ca giao din vụ tuyn WCDMA/FDD 33 2.3 Cỏc kờnh ca WCDMA 35 2.3.1 Cỏc kờnh logic, LoCH 36 2.3.2 Cỏc kờnh truyn ti, TrCH 37 2.3.3 Cỏc kờnh vt lý 39 2.3.4 Quỏ trỡnh truy nhp ngu nhiờn RACH v truy nhp gúi CPCH 45 2.3.5 Thớ d v bỏo hiu thit lp cuc gi s dng cỏc kờnh logic v truyn ti 46 2.4 Chuyn giao WCDMA 48 2.4.1 Chuyn giao cng 48 2.4.2 Chuyn giao mm/ mm hn 48 2.5 Tng kt 50 Chng TRUY NHP GểI TC CAO (HSPA) 52 3.1 Gii thiu chung 52 3.2 Kin trỳc ngn xp giao thc giao din vụ tuyn HSPA cho s liu ngi s dng 53 3.3 Truy nhp gúi tc cao ng xung ( HSDPA ) 55 3.3.1 Truyn dn kờnh chia s 55 3.3.2 Lp biu ph thuc kờnh 57 iv 3.3.3 iu khin tc v iu ch bc cao 59 3.3.4 HARQ vi kt hp mm 61 3.3.5 Kin trỳc 64 3.3.6 HSDPA MIMO 67 3.3.7 Tng tc nh bng vic s dng MIMO v iu ch bc cao 16QAM/64QAM 69 3.4 Truy cp gúi tc cao ng lờn ( HSUPA ) 69 3.4.1 Lp biu 71 3.4.2 HARQ vi kt hp mm 74 3.4.3 Kin trỳc 74 3.4.4 Cỏc loi u cui HSUPA 79 3.5 Chuyn giao HSDPA 80 3.5.1 Xỏc nh ụ tt nht v chuyn giao 80 3.5.2 Chuyn giao HS-DSCH gia cỏc ụ (hay on ụ) cựng mt RNC 81 3.5.3 Chuyn giao HS-DSCH gia hai cỏc ụ (on ụ) thuc hai RNC khỏc 82 3.5.4 Chuyn giao HS-DSCH sang ụ ch cú DCH 82 3.6 Tng kt 83 Chng NG DNG HSPA TRONG MNG VIETTEL 85 4.1 Gii thiu chung 85 4.2 Cu trỳc mng 3G ca Viettel 85 4.3 Mng truy nhp vụ tuyn 88 4.3.1 RNC 89 4.3.2 Node B 90 v 4.3.3 Chc nng ca RNC 90 4.3.4 Giao din v giao thc ca RNC 91 4.4 Trin khai ti mng Viettel 95 4.4.1 Mng truy nhp vụ tuyn ca Ericsson 95 4.4.2 Mng chuyn mch gúi ( PS Core ) 99 4.5 Cu hỡnh h thng ỏp ng yờu cu truy nhp HSPA .101 KT LUN V KIN NGH104 TI LIU THAM KHO 105 vi DANH MC CC Kí HIU, CC CH VIT TT 2G Second Generation Th h th 3G Third Generation Th h th ba 3GPP ird Genaration Partnership Project ỏn cỏc i tỏc th h th ba ird 3GPP2 Generation Patnership Project ỏn i tỏc th h th ba AICH Acquisition Indication Channel Kờnh ch th bt AMC Adaptive Modulation and Coding Mó húa v iu ch thớch ng AMR Adaptive MultiRate a tc thớch ng ATM Asynchronous Transfer Mode Ch truyn d b BCCH Broadcast Control Channel Kờnh iu khin qung bỏ BCH Broadcast Channel Kờnh qung bỏ BTS Base Tranceiver Station Trm thu phỏt gc CC Convolutional Code Mó xon CDMA Code Division Multiple Access a truy nhp phõn chia theo mó CD/CAICH: CPCH Collision Detection/ Channel Kờnh ch th phỏt hin va chm Assignment Indicator Channel CPCH/n nh kờnh CN Core Network Mng lừi CPCH Common Packet Channel Kờnh gúi chung CPICH Common Pilot Channel Kờnh hoa tiờu chung CQI Channel Quality Indicator Ch th cht lng kờnh CRC Cyclic Redundancy Check Kim tra vũng d CS Circuit Switch Chuyn mch kờnh CSICH CPCH Status Indicator Channel Kờnh ch th trng thỏi CPCH DCCH Dedicated Control Channel Kờnh iu khin riờng DCH Dedicated Channel Kờnh iu khin DL Downlink ng xung DPCCH Dedicated Physycal Control ChannelKờnh iu khin vt lý riờng DPCH Dedicated Physical Channel Kờnh vt lý riờng DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kờnh s liu vt lý riờng vii DSCH Downlink Shared Channel Kờnh chia s ng xung Kờnh cho phộp tuyt i tng E-AGCH Enhanced Absolute Grant Channel cng E-DCH Enhanced Dedicated Channel Kờnh riờng tng cng EDGE Enhanced Data rates for GPRS Evolution Tc s liu tng cng phỏt trin GPRS EIR Equipment Identity Register B ghi nhn dng thit b E-DPCCH Enhanced Dedicated Control Channel Kờnh iu khin riờng tng cng E-DPDCH Enhanced Dedicated Data Channel Kờnh s liu riờng tng cng E-RGCH Enhanced Relative Grant Channel Kờnh cho phộp tng i tng cng FACH Forward Access Channel Kờnh truy nhp ng xung FDD Frequency Division Duplex Ghộp song cụng phõn chia theo thi gian F-DPCH Fractional DPCH DPCH mt phn (phõn on) GERAN GSM EDGE Radio Access Network Mng truy nhp vụ tuyn GSM EDGE GGSN Gateway GPRS Support Node Nỳt h tr GPRS cng GPRS General Packet Radio Service Dch v vụ tuyn gúi chung GSM Global System For Mobile Communications H thng thụng tin di ng tũan cu HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest Yờu cu phỏt li t ng linh hot HHO Hard Handover Chuyờn giao cng HLR Home Location Register B ghi nh v thng trỳ HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhp húi ng xung tc cao HSDPCCH High-Speed Dedicated Physical Control Channel Kờnh iu khin vt lý riờng tc cao HS-DSCH High-Speed Dedicated Shared Channel Kờnh chia s riờng tc cao HSPA High Speed Packet Access Truy nhp gúi tc cao HS- High-Speed Physical Dedicated Kờnh chia s riờng vt lý tc viii PDSCH Shared Channel cao HSS Home Subsscriber Server Server thuờ bao nh HS-SCCH High-Speed Shared Control Channel Kờnh iu khin chia s tc cao HSUPA IMS High-Speed Uplink Packet Access Truy nhp gúi ng lờn tc cao IP Multimedia Subsystem Phõn h a phng tin IP IMT-2000 International Mobile Telecommunications 2000 Thụng tin di ng quc t 2000 IP Internet Protocol Giao thc Internet IR Incremental Redundancy Phn d tng Iu Giao din c s dng thụng tin gia RNC v mng lừi Iub Giao din c s dng thụng tin gia RNC v nỳt B Iur Giao din c s dng thụng tin gia cỏc RNC LTE Long Term Evolution Phỏt trin di hn MAC Medium Access Control iu khin truy nhp mụi trng MIMO Multi-Input Multi-Output Nhiu u vo nhiu u MMS Multimedia Messaging Service Dch v nhn tin a phng tin MSC Mobile Services Switching Center Trung tõm chuyn mch cỏc dch v di ng P-CCPCH Primary Common Control Physical Kờnh vt lý iu khin chung s Channel cp PCH Paging Channel Kờnh tỡm gi PCPCH Physical Common Packet Channel Kờnh vt lý gúi chung PDCP Packet-Data Convergence Protocol Giao thc hi t s liu gúi PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kờnh chia s ng xung vt lý PHY Physical Layer Lp vt lý PICH Page Indication Channel Kờnh ch th tỡm gi PRACH PS Physical Random Access Channel Kờnh vt lý truy nhp ngu nhiờn) Packet Switch Chuyn mch gúi ix RRM n nh v s dng ti nguyờn trờn giao din khụng khớ (Air interface) , bo m QoS ca h thng , trỡ vựng ph súng v tng dung lng h thng RRM bao gm: Radio measurement, Admission Control, Load Control, Power Control, Packet Schedule, Handover Control, v Dynamic Radio Bearer Control Truyn d liu ngi s dng: Truyn d liu ngi s dng bao gm truyn d liu bỏo hiu v d liu ngi s dng (õm thanh, hỡnh nh, video) Bao gm cỏc chc nng mó húa d liu, iu khin c ch Mac-C v Mac-hs Cung cp kh nng truyn d liu end-to-end cho nhng ngi s dng 4.3.4 Giao din v giao thc ca RNC Hỡnh 4.5 Cỏc giao din ca RNC RNC kt ni ti CN qua giao din Iu Giao din Iu chia thnh hai phn: IuCS kt ni RNC ti mng chuyn mch kờnh (MSC Server v MGW) v IuPS kt ni 91 RNC ti mng chuyn mch gúi (SGSN) RNC kt ni ti RNC khỏc thụng qua giao din Iur, v gia RNC vi NodeB kt ni thụng qua giao din Iub Hỡnh 4.6 Mụ hỡnh giao thc tng quỏt UTRAN Cỏc lp ngang Kin trỳc giao thc gm cú hai lp chớnh: lp mng vụ tuyn (Radio Network Layer) v lp truyn ti (Transport Network Layer) Tt c cỏc liờn quan n UTRAN ch cú th nhỡn thy lp mng vụ tuyn , cũn lp truyn ti cú nhim v mụ t tiờu chun k thut truyn ti c chn s dng UTRAN m khụng gõy bt k thay i c thự UTRAN no Cỏc mt ng Mt phng iu khin :Phớa iu khin c s dng cho mi bỏo hiu c thự UMTS Nú gm giao thc ng dng (Application protocol) nh: RANAP (Radio Access Application Part: phn ng dng mng truy cp) Iu, RNSAP ( Radio Network Subsystem Application Part: phn ng dng h thng 92 mng vụ tuyn) Iur v NBAP (Node B Application Part: phn ng dng NodeB) Iub v vt mang bỏo hiu truyn ti cỏc bn tin ca giao thc ng dng.Mt cỏc nhim v ca giao thc bỏo hiu l thit lp cỏc vt mang cho UE (chng hn cỏc vt mang truy nhp vụ tuyn Iu v kt ni vụ tuyn Iur v Iub) Trong cu trỳc ba mt, cỏc thụng s ca vt mang giao thc ng dng khụng gn kt trc tip n cụng ngh phớa ngi s dng nhng l cỏc thụng s mng chung.Vt mang bỏo hiu i vi giao thc ng dng cú th hoc khụng th cựng kiu nh vt mang bỏo hiu cho ALCAP Nú luụn luụn c thit lp bi cỏc hot ng khai thỏc v bo dng Mt phng ngi s dng :Mi thụng tin c ngi s dng phỏt v thu nh: thoi c mó húa cuc gi hay gúi cỏc kt ni Internet c truyn n phớa ngi s dng Phớa ngi s dng gm cỏc lung s liu v cỏc vt mang s liu cho cỏc lung ny Mi lung s liu c c trng bi mt hay nhiu cỏc giao thc khung c nh ngha cho giao din ny Mt phng iu khin mng truyn ti : Phớa iu khin mng s liu c s dng cho tt c cỏc bỏo hiu lp truyn ti Nú khụng cha bt kỡ thụng tin no ca lp mng vụ tuyn Nú bao gm giao thc ALCAP (Access Link Control Application Part: phn ng dng iu khin kt ni truy nhp) thit lp cỏc vt mang truyn ti (cỏc vt mang s liu) cho phớa ngi s dng Nú cng cha vt mang bỏo hiu cn cho ALCAP.Phớa iu khin mng truyn ti l mt mt hot ng gia phớa iu khin v phớa ngi s dng Vic a phớa iu khin mng truyn ti lm cho giao thc ng dng phớa iu khin mng vụ tuyn hon ton c lp vi cụng ngh c chn la cho vt mang s liu phớa ngi s dng.Khi phớa iu khin mng truyn ti c s dng, cỏc vt mang truyn ti mang s liu phớa ngi s dng c thit lp nh sau: Trc ht l mt giao dch ca giao thc ng dng phớa iu khin, giao dch ny to thit lp vt mang s liu bi giao thc ALCAP c thự cho cụng ngh mt phng ngi s dng.Tớnh c lp ca phớa iu 93 khin v phớa ngi s dng da trờn gi thit rng xy mt giao dch ALCAP Cn lu ý rng cú th khụng s dng ALCAP cho tt c cỏc kiu vt mang s liu Nu khụng cú giao dch ALCAP thỡ hon ton khụng cn thit phớa iu khin mng truyn ti õy l trng hp xy cỏc vt mang s liu c lp li cu hỡnh Cng cn lu ý rng giao thc ALCAP phớa iu khin mng truyn ti khụng c s dng thit lp vt mang bỏo hiu cho giao thc ng dng hay ALCAP khai thỏc thi gian thc Mt phng ngi s dng mng truyn ti :Cỏc vt mang s liu phớa ngi s dng v cỏc vt mang bỏo hiu cho giao thc ng dng u thuc phớa ngi s dng truyn ti c iu khin trc tip bi phớa iu khin mng truyn ti khai thỏc thi gian thc, nhiờn cỏc hnh ng iu khin thit lp cỏc vt mang bỏo hiu cho giao thc ng dng c coi l cỏc hnh ng khai thỏc v bo dng Cu trỳc giao thc trờn RNC : Cỏc giao thc trờn cỏc giao din v cỏc cu trỳc giao thc c cho hỡnh bờn di : 94 Hỡnh 4.7 Cu trỳc giao thc ca RNC 4.4 Trin khai ti mng Viettel 4.4.1 Mng truy nhp vụ tuyn ca Ericsson 4.4.1.1 RNC 3820 Hin ti Viettel ang s dng RNC 3820 ca Ericsson Nng lc x lớ ca RNC : 95 Dung lng Iub : 2Gbps S user ng thi : 27500 Sụ nỳt B : 768 S cell : 2304 Hỡnh sau mụ t cỏc v trớ phn cng ca t cú cha subrack chớnh v subrack m rng Hỡnh 4.8 V trớ phn cng t cha RNC 3820 RNC bao gm mt t cha ba subrack, tớch hp sn v c kt ni theo mt mụ hỡnh dng hỡnh Mt RNC cú mt subrack chớnh hay cũn gi l main subrack MS c t phớa di ca t Dung lng ca RNC c gia tng bi 96 s kt ni cỏc subrack m rng hay cũn gi l cỏc external subrack - ES ti subrack chớnh Subrack chớnh cú cha tt c cỏc chc nng ca RNC Cỏc subrack m rng c thờm vo t vi mc ớch lm gia tng dung lng ng truyn v kh nng kt ni Cỏc ES c kt ni ti MS nh s dng liờn kt v luụn cú mt liờn kt d phũng Quỏ trỡnh x lý dung lng ca RNC l cõn bng mi liờn h vi s lng cỏc ES Hỡnh di mụ t v kin trỳc phn cng ca RNC 3820 : Hỡnh 4.9 Kin trỳc phn cng RNC 3820 97 4.4.1.2 Nỳt B 3206 Mt t RBS 3206 cú cỏc loi subrack sau: Digital Subrack (DS): x lý iu khin chớnh v x lý bng tn c s Digital subrack da trờn Cello Platform Tựy thuc vo chiu rng ca subrack m DS cú th cha n 24 board Radio Subrack: x lý vụ tuyn, cha Radio Units Ch cha board khụng chun CPP (non-standard CPP board) Filter subrack: khuch i cụng sut, lc, cha Filter Units Ch cha board khụng chun CPP (non-standard CPP board) Hỡnh 4.10 Cu trỳc phn cng RBS 3206 Trong hỡnh tip theo s trỡnh by v s chc nng ca RBS 3206 98 Hỡnh 4.11 S chc nng c bn ca RBS 3206 4.4.2 Mng chuyn mch gúi ( PS Core ) Hin nay, mng Viettel ang s dng mng PS core ca Huwei cú th ỏp ng lu lng data n 20Gbps Hỡnh sau s gii thiu v cu trỳc tng quỏt v cỏc giao din s dng mng PS Core 99 Hỡnh 4.12 Cỏc giao din ca h thng PS core 100 Hỡnh 4.13 S lu lng ca dch v mobile internet 4.5 Cu hỡnh h thng ỏp ng yờu cu truy nhp HSPA Tip theo chỳng ta s tỡm hiu mt s cu hỡnh chớnh trờn h thng m bo cho truy cp HSPA c ỏp ng 101 Trờn Nỳt B ca Ericsson, chỳng ta cn kớch hot cỏc tớnh nng cn thit nh : 16QAM HsdpaFlexiblesScheduler HsdpaDynamicCodeAllocation Hỡnh 4.14 Cu hỡnh kớch hot mt s tớnh nng phc v HSPA 102 Tip theo chỳng ta cu hỡnh cỏc thụng s m bo cht lng v tc cho cỏc user HSPA : NumEulUsers NumHsdpaUsers NumHsPdschCodes Hỡnh 4.15 Cu hỡnh cỏc thụng s trờn Nỳt B 103 KT LUN V KIN NGH Túm li, thụng qua lun chỳng ta cú mt cỏi nhỡn khỏi quỏt v mng 3G UMTS WCDMA núi chung v cụng ngh truy cp gúi tc cao núi riờng Lun ó cp n ba chớnh sau : Gii thiu chung v mng 3G WCDMA UMTS v xu hng cụng ngh cỏc nm tip theo Lun ó trung vo nghiờn cu cụng ngh truy nhp gúi tc cao cao ( HSPA ), cỏc k thut chớnh c s dng nhm m bo yờu cu truy cp tc cao cho c ng xung v ng lờn ng dng ca nhng k thut ú mng Viettel cng ó c cp khỏ chi tit thụng qua lun Cụng ngh truy cp gúi tc cao ( HSPA ) l cụng ngh tng cng cho 3G WCDMA cũn c gi l 3G+ HSPA l cụng ngh truyn dn gúi phự hp cho truyn thụng a phng tin IP bng rng Hin nay, cỏc mng ln ti Vit Nam( Viettel, VinaPhone, MobiFone ) ó u trin khai cụng ngh truy cp gúi tc cao Mi õy, B Thụng tin v Truyn thụng ó ng ý cho VNPT, Viettel, FPT Telecom, CMC v VTC c th nghim mng di ng LTE (Long Term Evolution ) Do ú vic nghiờn cu cỏc gii phỏp tip theo ca HSPA nh LTE hay 4G l vic ht sc cn thit, nú giỳp cho vic la chn cụng ngh ca cỏc nh cung cp dch v mt cỏch ỳng n nht v hiu qu cao nht 104 TI LIU THAM KHO Ericsson (2003), Ericsson WCDMA System Overview Harri Holma and Antti Toskala (2004), WCDMA for UMITS, John Wiley & Sons Ltd, England Harri Holma and Antti Toskala (2006), HSDPA/HSUPA for UMITS, John Wiley & Sons Ltd, England Harri Holma and Antti Toskala (2007), WCDMA for UMITS HSPA evolution and LTE, John Wiley & Sons Ltd, England Qualcomm (2008), WCDMA ( UMITS) HSDPA: Protocols and Physical Layer, U.S.A TS Nguyn Phm Anh Dng, Giỏo trỡnh L trỡnh phỏt trin thụng tin di ng 3G lờn 4G, Hc vin Cụng ngh Bu chớnh Vin thụng, 12/2008 105 ... hướng công nghệ năm • Tập trung vào nghiên cứu công nghệ truy nhập gói tốc độ cao cao ( HSPA ), kĩ thuật sử dụng nhằm đảm bảo yêu cầu truy cập tốc độ cao cho đường xuống đường lên • Ứng dụng kĩ... thuật mạng Viettel Nội dung luận văn bao gồm : Mở đầu: Giới thiệu chung công nghệ truy cập gói tốc độ cao, vấn đề nghiên cứu luận văn Chương 1: Nghiên cứu tổng quan trình phát triển thông tin di động... đưa vào hoạt động lần vào năm 2005, tính đến cuối năm 2006 có 19 nhà cung cấp 66 sản phẩm ứng dụng công nghệ HSDPA, có 32 sản phẩm điện thoại di động.Với cải tiến mang tính đột phá, HSDPA công nghệ