Quy hoạch mạng viễn thông 3G Quy hoạch mạng viễn thông 3G Quy hoạch mạng viễn thông 3G luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐẶNG LAM SƠN QUY HOẠCH MẠNG VIỄN THÔNG 3G LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Hà Nội, 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐẶNG LAM SƠN QUY HOẠCH MẠNG VIỄN THÔNG 3G LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.NGUYỄN HỒNG HẢI Hà Nội, 2011 Quy hoạch mạng viễn thông 3G LỜI NĨI ĐẦU Ngày thơng tin di động ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh với số thuê bao đạt đến 3,6 tỷ tính đến cuối năm 2008 Khởi nguồn từ dịch vụ thoại đắt tiền cho số người xe, đến với ứng dụng ngày rộng rãi thiết bị thông tin di động thể hệ ba, thông tin di động cung cấp nhiều hình loại dịch vụ đòi hỏi tốc độ số liệu cao cho người sử dụng kể chức camera, MP3 PDA Với dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao ngày trở nên phổ biến này, nhu cầu 3G phát triển lên 4G ngày trở nên cấp thiết ITU đưa đề án tiêu chuẩn hố hệ thống thơng tin di động hệ ba với tên gọi IMT-2000 để đạt mục tiêu sau đây: √ Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo dịch vụ băng rộng truy nhập internet nhanh ứng dụng đa phương tiện, yêu cầu ngày tăng dịch vụ √ Linh hoạt để đảm bảo dịch vụ đánh số cá nhân toàn cầu điện thoại vệ tinh Các tính cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ hệ thống thơng tin di động √ Tương thích với hệ thống thơng tin di động có để đảm bảo phát triển liên tục thông tin di động Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động hệ ba IMT-2000 đề xuất, hai hệ thống WCDMA UMTS cdma-2000 ITU chấp thuận đưa vào hoạt động Các hệ thống sử dụng công nghệ CDMA điều cho phép thực tiêu chuẩn toàn giới cho giao diện vô tuyến hệ thống thông tin động hệ ba HSDPA (High Speech Downlink Packet Access: truy nhập gói đường xuống tốc độ cao) mở rộng hệ thống 3G WCDMA UMTS cung cấp tốc độ lên đến 10 Mbps đường xuống HSDPA chuẩn tăng cường 3GPP-3G nhằm tăng dung lượng đường xuống cách thay điều chế QPSK 3G UMTS 16QAM HSDPA HSDPA hoạt động sở kết hợp ghép kênh theo thời gian (TDM) với ghép kênh theo mã sử dụng thích ứng đường truyền Nó đưa kênh điều khiển riêng để đảm bảo tốc độ truyền dẫn số liệu Các kỹ thuật tương tự áp dụng cho đường lên chuẩn HSUPA (High Speech Uplink Packet Access) Hai công nghệ truy nhập HSDPA HSUPA gọi chung HSPA (High Speed Packet Data) Để làm cho công nghệ 3GPP UTRA/UTRAN mang tính cạnh tranh (chủ yếu để cạnh tranh với công nghệ 3GPP2 WiMAX), 3GPP định phát triển E-UTRA E-UTRAN (E: Elvolved ký hiệu cho phát triển) gọi siêu 3G (Super-3G) hay LTE (Long Term Evolution) mà thực chất giai đoạn đầu 4G Công việc phát triển tiến hành 10 năm sau phát triển dài hạn (LTE: Long Term Evolution) công nghệ truy nhập vô tuyến 3GPP Trong giai đoạn tốc độ số liệu đạt 30-100Mbps với băng thông 20MHz Tiếp sau LTE, IMT-Adv Đặng Lam Sơn CH09 Đại học Bách Khoa Hà Nội Quy hoạch mạng viễn thông 3G (IMT tiên tiến) phát triển, thời kỳ phát triển 4G với tốc độ từ 100 đến 1000 Mbps băng thơng 100MHz Hình L.1 cho thấy viễn cảnh thông tin di động 4G khả đáp ứng tốc độ chuyển động và tốc độ truyền số liệu B3G: Broad Band 3G: 3G băng rộng WLAN: Wirless Local Area Network: Mạng nội vùng không dây BWA: Broad Band Wirless Access: truy nhập khơng dây băng rộng Hình L.1 Viễn cảnh thông tin di động 4G theo khả hỗ trợ tốc độ chuyển động tốc độ truyền số liệu Hiện tai Việt Nam băng tần I dành cho WCDMA chia bốn khe cấp phát cho bốn nhà khai thác: Viettel, VMS, GPC, EVN+HT Trong năm tới 3GWCDMA UMTS triển khai băng tần Luận văn bao gồm bốn chương Chương đầu trình bày khái quát chung phát triển hệ thống thông tin di động lên 4G, kiến trúc chung mạng 3G; kiến trúc R3, R4, R5 R6 mạng thông tin di động 3G WCDMA UMTS Chương hai trình bầy đa truy nhập CDMA kỹ thuật liên quan áp dụng cho WCDMA Chương ba giới thiệu giao diện vô tuyến WCDMA Chương bốn giới thiêu công nghệ đa truy nhập tốc độ cao HSPA Xin gửi lời biết ơn trân trọng tới TS.Nguyễn Hồng Hải, thầy tạo điều kiện tận tình hướng dẫn suốt thời gian thực luận văn Đặng Lam Sơn CH09 Đại học Bách Khoa Hà Nội Quy hoạch mạng viễn thông 3G MỤC LỤC Chương TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA UMTS 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.2 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THƠNG TIN DI ĐỘNG LÊN 4G 1.3 KIẾN TRÚC CHUNG CỦA MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 1.4 CHUYỂN MẠCH KÊNH (CS), CHUYỂN MẠCH GÓI (PS), DỊCH VỤ CHUYỂN MẠCH KÊNH VÀ DỊCH VỤ CHUYỂN MẠCH GÓI 1.5 CÁC LOẠI LƯU LƯỢNG VÀ DỊCH VỤ ĐƯỢC 3GWCDMA UMTS HỖ TRỢ 11 1.6 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R3 13 1.7 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R4 21 1.8 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R5 R6 23 1.9 CHIẾN LƯỢC DỊCH CHUYỂN TỪ GSM SANG UMTS 25 1.10 CẤU HÌNH ĐỊA LÝ CỦA HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG 3G 28 1.11 TỔNG KẾT 32 Chương CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP CỦA WCDMA 33 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 33 2.2 TRẢI PHỔ VÀ ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ 34 2.3 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 37 2.4 CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG CDMA 38 2.5 MÁY THU PHÂN TẬP ĐA ĐƯỜNG HAY MÁY THU RAKE 40 2.6 CÁC MÃ TRẢI PHỔ SỬ DỤNG TRONG WCDMA 42 2.7 TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ ĐƯỜNG LÊN 43 2.8 TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ ĐƯỜNG XUỐNG 46 2.9 TỔNG KẾT 49 Chương GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA WCDMA UMTS 50 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 50 3.2 MỞ ĐẦU 50 3.3 KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC CỦA GIAO DIỆN VÔ TUYẾN WCDMA/FDD 51 3.4 CÁC THÔNG SỐ LỚP VẬT LÝ VÀ QUY HOẠCH TẦN SỐ 53 3.5 CÁC KÊNH CỦA WCDMA 57 3.6 CẤU TRÚC KÊNH VẬT LÝ RIÊNG 66 3.7 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT MÁY PHÁT VÀ MÁY THU WCDMA 67 3.8 PHÂN TẬP PHÁT 69 3.9 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG WCDMA 71 3.10 CÁC KIỂU CHUYỂN GIAO VÀ CÁC SỰ KIỆN BÁO CÁO TRONG WCDMA 73 3.11 CÁC THÔNG SỐ MÁY THU VÀ PHÁT VÔ TUYẾN CỦA UE 75 T T T T T T 24T T T T 24T T T T T T T T T T T T 24T T T T T T T T T T T T T T T T T T T 24T T T T T 24T T 24T T T T T T T T T T 24T T T T 24T T Đặng Lam Sơn CH09 Đại học Bách Khoa Hà Nội T Quy hoạch mạng viễn thông 3G 3.12 AMR CODEC CHO W-CDMA 76 3.13 TỔNG KẾT 76 Chương TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO (HSPA) 78 4.1 GIỚI THIỆU CHUNG 78 4.2 TỔNG QUAN TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO (HSPA) 78 4.3 KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN HSPA CHO SỐ LIỆU NGƯỜI SỬ DỤNG 79 4.4 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG XUỐNG (HSDPA) 81 4.5 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG LÊN (HSUPA) 92 4.6 CHUYỂN GIAO TRONG HSDPA 100 4.7 TỔNG KẾT 103 Thuật ngữ viết tắt 105 Tài liệu tham khảo……………………………………… ………………… 100 T T T 24T T T T T T T T T T T T T T T T 24T 24T Đặng Lam Sơn CH09 Đại học Bách Khoa Hà Nội Quy hoạch mạng viễn thông 3G Chương TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA UMTS 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.1 Mục đích chương • Hiểu lộ trình phát triển thơng tin di động lên 4G • Hiểu kiến trúc tổng quát mạng thông tin di động 3G • Hiểu kiến trúc mạng 3G WCDMA UMTS: R3, R4 R5 chiến lược chuyển dịch GSM lên 3G UMTS 1.1.2 Các chủ đề trình bầy chương • Lộ trình phát triển cơng nghệ thơng tin di động lên 4G • Kiến trúc chung mạng thông tin di động 3G • Các khái niệm dịch vụ chuyển mạch kênh dịch vụ chuyển mạch gói • Các loại lưu lượng loại dịch vù mà 3G WCDMA UMTS hỗ trợ • Kiến trúc 3G WCDMA UMTS qua phát hành khác nhau: R3, R4, R5 R6 • Chiến lược chuyển dịch GSM lên 3G UMTS Đặng Lam Sơn CH09 Đại học Bách Khoa Hà Nội Quy hoạch mạng viễn thông 3G 1.2 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THƠNG TIN DI ĐỘNG LÊN 4G Lộ trình phát triển cơng nghệ thơng tin di động lên 4G cho hình 1.1 lộ trình nghiên cứu phát triển 3GPP cho hình 1.2 AMPS: Advanced Mobile Phone System TACS: Total Access Communication System GSM: Global System for Mobile Telecommucations WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access EVDO: Evolution Data Only IMT: International Mobile Telecommnications IEEE: Institute of Electrical and Electtronics Engineers WiFi: Wireless Fidelitity WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access LTE: Long Term Evolution UMB: Untra Mobile Broadband Hình 1.1 Lộ trình phát triển cơng nghệ thơng tin di động lên 4G Đặng Lam Sơn CH09 Đại học Bách Khoa Hà Nội Quy hoạch mạng viễn thơng 3G Hình 1.2 Lịch trình nghiên cứu phát triển 3GPP Hình 1.3 cho thấy lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu phát hành 3GPP Hình 1.3 Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu phát hành 3GPP 1.3 KIẾN TRÚC CHUNG CỦA MỘT HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG 3G Mạng thơng tin di động (TTDĐ) 3G lúc đầu mạng kết hợp vùng chuyển mạch gói (PS) chuyển mạch kênh (CS) để truyền số liệu gói tiếng Các trung tâm chuyển mạch gói chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM Trên đường phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh dần thay chuyển mạch gói Các dịch vụ kể số liệu lẫn thời gian thực (như tiếng video) cuối truyền môi trường IP chuyển mạch gói Hình 1.4 cho thấy thí dụ kiến trúc tổng quát TTDĐ 3G kết hợp CS PS mạng lõi Đặng Lam Sơn CH09 Đại học Bách Khoa Hà Nội Quy hoạch mạng viễn thông 3G RAN: Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến BTS: Base Transceiver Station: trạm thu phát gốc BSC: Base Station Controller: điều khiển trạm gốc RNC: Rado Network Controller: điều khiển trạm gốc CS: Circuit Switch: chuyển mạch kênh PS: Packet Switch: chuyển mạch gói SMS: Short Message Servive: dịch vụ nhắn tin Server: máy chủ PSTN: Public Switched Telephone Network: mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PLMN: Public Land Mobile Network: mang di động công cộng mặt đất Hình 1.4 Kiến trúc tổng quát mạng di động kết hợp CS PS Các miền chuyển mạch kênh (CS) chuyển mạch gói (PS) thể nhóm đơn vị chức lôgic: thực thực tế miền chức đặt vào thiết bị nút vật lý Chẳng hạn thực chức chuyển mạch kênh CS (MSC/GMSC) chức chuyển mạch gói (SGSN/GGSN) nút để hệ thống tích hợp cho phép chuyển mạch truyền dẫn kiểu phương tiện khác nhau: từ lưu lượng tiếng đến lưu lượng số liệu dung lượng lớn 3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications System: Hệ thống thông tin di động tồn cầu) sử dụng hai kiểu RAN Kiểu thứ sử dụng công nghệ đa truy nhập WCDMA (Wide Band Code Devision Multiple Acces: đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng) gọi UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Network: mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS) Kiểu thứ hai sử dụng công nghệ đa truy cho phép tuyệt đối E-DCH) E-RGCH (E-DCH Relative Grant Channel: kênh cho phép tương đối E-DCH) kênh hỗ trợ cho điều khiển lập biểu Kênh E-HICH (E-DCH HARQ Indicator Channel: kênh thị HARQ E-DCH) kênh hỗ trợ cho phát lại sử dụng chế HARQ Hình 4.18 Các kênh cần thiết cho UE có khả HSUPA Khơng HSDPA, HSUPA khơng hỗ trợ điều chế thích ứng khơng hỗ trợ sơ đồ điều chế bậc cao Lý sơ đồ điều chế bậc cao phức tạp đòi hỏi phát nhiều lượng bit hơn, thể để đơn Đặng Lam Sơn CH09 Đại học Bách Khoa Hà Nội 97 ... ĐẶNG LAM SƠN QUY HOẠCH MẠNG VIỄN THÔNG 3G LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.NGUYỄN HOÀNG HẢI Hà Nội, 2011 Quy hoạch mạng viễn thơng 3G LỜI NĨI ĐẦU Ngày thông tin di... CH09 Đại học Bách Khoa Hà Nội Quy hoạch mạng viễn thông 3G MỤC LỤC Chương TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA UMTS 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.2 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG LÊN 4G 1.3... Nội Quy hoạch mạng viễn thông 3G Chương TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA UMTS 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.1 Mục đích chương • Hiểu lộ trình phát triển thơng tin di động lên 4G • Hiểu kiến trúc tổng quát mạng