Con đường phát triển lên 3g của CDMA nghiên cứu 1xEVDO

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGUYỄN KIM THỦY ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG KHĨA 2009 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Họ tên tác giả luận văn NGUYỄN KIM THỦY TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN CON ĐƯỜNG PHÁT TRIỂN LÊN 3G CỦA CDMA: NGHIÊN CỨU 1xEVDO LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Hà Nội – Năm 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Họ tên tác giả luận văn NGUYỄN KIM THỦY TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN CON ĐƯỜNG PHÁT TRIỂN LÊN 3G CỦA CDMA: NGHIÊN CỨU 1xEVDO LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRƯƠNG THU HƯƠNG Hà Nội – Năm 2011 Luận văn tốt nghiệp MỤC LỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT iii T 34T DANH MỤC BẢNG BIỂU vi T 34T DANH MỤC HÌNH VẼ vii T 34T LỜI MỞ ĐẦU T 34T CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG T T 1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM T 34T 34T T 1.2 LỊCH SỬ VÀ XU THẾ PHÁT TRIỂN T 34T 1.3 TRUYỀN SÓNG TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG T 34T 34T T 1.4 CÁC PHƯƠNG THỨC ĐA TRUY NHẬP TẠI GIAO DIỆN VÔ TUYẾN T 34T 34T 34T 1.4.1 FDMA (Frequency Division Multipe Access) – Đa truy nhập phân chia theo tần số T 34T 34T 34T 1.4.2 TDMA (Time Division Multipe Access) – Đa truy nhập phân chia theo thời gian 10 T 34T 34T 34T 1.4.3 CDMA (Code Division Multipe Access) – Đa truy nhập phân chia theo mã 11 T 34T 34T 34T 1.4.4 So sánh phương pháp đa truy nhập 12 T 34T 34T T 1.5 CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN VỚI HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ BA 15 T 34T 34T 34T 1.5.1 Những hạn chế hệ thống thông tin di động hệ hai 15 T 34T 34T T 1.5.2 Các yêu cầu hệ thống thông tin di động hệ thứ ba 16 T 34T 34T T 1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 18 T 34T 34T T CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC MẠNG SFONE VÀ TRẠM THU PHÁT SÓNG SMART-BTS 19 T 34T 2.1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG SFONE 19 T 34T 34T T 2.1.1 Giới thiệu mạng SFONE 19 T 34T 34T T 2.1.2 Cấu trúc mạng SFONE 20 T 34T 34T T 2.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SMART-BTS 25 T 34T 34T T 2.2.1 Các đặc trưng hệ thống 25 T 34T 34T T 2.2.2 Các thông số kỹ thuật 26 T 34T 34T T 2.2.3 Cấu trúc phần cứng 30 T 34T 34T T 2.2.4 Các khối phần cứng 32 T 34T 34T Nguyễn Kim thuỷ T i Luận văn tốt nghiệp 2.2.5 Cấu trúc phần mềm 44 T 34T 34T T 2.2.6 Các khối phần mềm 46 T 34T 34T T 2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 52 T 34T 34T T CHƯƠNG 3: CHU TRÌNH XỬ LÝ MỘT CUỘC GỌI 53 T T 3.1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ CUỘC GỌI 53 T 34T 34T T 3.2 QUÁ TRÌNH XỬ LÝ CUỘC GỌI TRONG MẠNG CDMA 1X 54 T 34T 34T T 3.2.1 Xử lý gọi thoại 54 T 34T 34T 3.2.2 T Xử lý gọi liệu…………………………………………… 62 3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 65 T 34T 34T T CHƯƠNG 4:CÁC BÀI ĐO CỦA MỘT TRẠM BTS SMART (MẠNG SFONECDMA2000) 66 T 34T 4.1 SỰ PHÂN BỔ TẦN SỐ CỦA CÁC MẠNG DI ĐỘNG TẠI VIỆT NAM ……………………………………………………………………….….66 T 34T 34T T 4.2 CÁC BÀI ĐO 1X CỦA TRẠM BTS SMART CDMA2000 67 T 34T 34T T 4.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM CÁC BÀI ĐO (SỬ DỤNG MÁY PHÂN TÍCH PHỔ VÀ MÁY PHÁT) 69 T 34T 34T T 4.4 CÁC BÀI ĐO VỀ EVDO 79 T 34T 34T T 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 84 T T KẾT LUẬN 85 T 34T TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 T Nguyễn Kim thuỷ 34T ii Luận văn tốt nghiệp THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt 3GPP Tiếng Anh Tiếng Việt Advanced audio coding Mã hoá âm bậc cao Third Dự án hợp tác hệ thứ neration Partnership Project ba AC Alternating Current Dòng điện xoay chiều AP Access Point Điểm truy cập AuC AuthenticationCenter Trung tâm nhận thực BSC Base station controller Bộ điều khiển trạm gốc BSC Base Station Controller Điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BTGB BTS Timing Generation Block Khối tín hiệu đồng thời gian cho BTS BTS Base transceiver station Trạm thu phát gốc CBTB Calibration & Base station Test Khối đo kiêm tra công Block suất CCN Circuit Core Network Mạng lõi kênh thoại CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CM Connection Management Quản lý kết nối DBMS Database Management System Hệ thống quản lý sở liệu Digital Baseband Processing Khối xử lý tín hiệu số băng Block tần DC Direct Current Dòng điện chiều DCLB DU Control and Link interface Khối điều khiển giao Block diện kết nối DBPB Nguyễn Kim Thủy iii Luận văn tốt nghiệp DL Downlink Đường xuống FDMA Frequency Division Multiple Đa truy nhập phân chia Access theo tần số General packet radio service Dịch vụ vơ tuyến gói GPRS chung GPRS General packet radio service Dịch vụ vơ tuyến gói chung GSM Global System for Mobile Thơng tin di động tồn cầu Communication HLR Home location register Bộ ghi định vị thường trú IP Internet protocol Giao thức internet MPUB Multi carrier Power amplifier Khối khuếch đại công suất Unit Block MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile switching center Trung tâm chuyển mạch di động OAM Operation And Maintanance Vận hành bảo dưỡng PCN Packet Core Network Mạng lõi liệu PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PSDN Public Switched Data Network Mạng liệu chuyển mạch công cộng PSTN Public Switched Telephone Mạng viễn thông chuyển Network mạch công cộng RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RCTB RFU CDM I/F and Transceiver Khối chuyển đổi tín hiệu Block tương tự số xử lý tín hiệu thu phát SMS Dịch vụ tin ngắn short message service Nguyễn Kim Thủy iv Luận văn tốt nghiệp SMSC Short Message Service Center Trung tâm dịch vụ tin nhắn TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian UL Uplink Đường lên VLR Visitor location register Bộ ghi định vị tạm trú VSWR Voltage Stand Wave Ratio Hệ số sóng đứng WAP Wireless application protocol Giao thức ứng dụng không dây WCDMA Wideband code division theo mã băng rộng multiple access Nguyễn Kim Thủy Đa truy nhập phân chia v Luận văn tốt nghiệp DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Dung lượng hệ thống 26 T T Bảng 2.2: Thông số nhận 27 T 34T Bảng 2.3: Thông số truyền 28 T 34T Bảng 2.4: Miêu tả bo mạch DCLB 34 T T Bảng 2.5: Miêu tả bo mạch DBPB 36 T T Bảng 2.6: Miêu tả bo mạch RCTB 38 T T Bảng 2.7: miêu tả bo mạch BTGB 40 T T Bảng 2.8: Miêu tả bo mạch CBTB 41 T T Bảng 2.9: Miêu tả bo mạch MPUB 42 T T Bảng 2.10: Miêu tả bo mạch CFEB 44 T T Bảng 2.11: Miêu tả khối phần mềm 46 T T Bảng 2.12: Khối phần mềm 50 T 34T Bảng 4.1: Dải tần mạng di động Việt Nam 66 T T Bảng 4.2: Các đo trạm BTS Smart 68 T Nguyễn Kim Thủy T vi Luận văn tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hệ thống thơng tin di động tế bào T T Hình 1.2: Q trình phát triển thơng tin di động từ hệ thứ đến hệ thứ ba T 34T Hình 1.3: Sự phát triển hệ thống thông tin di động từ 2G đến 3G T T Hình 1.4 Phương thức truyền song cơng phân chia theo tần số T T Hình 1.5: Phương thức truyền song công phân chia theo thời gian T T Hình 1.6: Mơ hình truyền sóng vơ tuyến T T Hình 1.7: Đa truy nhập giao diện vơ tuyến T T Hình 1.8: Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) T T Hình 1.9: Đa truy nhập phân chia theo tần số với hệ thống GSM 10 T T Hình 1.10: Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) 11 T T Hình 1.11: Đa truy nhập phân chia theo thời gian hệ thống GSM 11 T T Hình 1.12: Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) 12 T T Hình 2.1: Cấu trúc mạng CDMA 2000 20 T T Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc mạng SFONE 21 T T Hình 2.3: Mạng truy nhập vơ tuyến (Radio Access Network) 22 T T Hình 2.4: Mạng lõi thoại (Circuit Core Network) 23 T T Hình 2.5: Mạng lõi liệu 24 T 34T Hình 2.6: Sơ đồ cấu hình BTS 31 T T Hình 2.7: Cấu trúc phần cứng 32 T 34T Hình 2.8: Sơ đồ DCLB 33 T 34T Hình 2.9 Sơ đồ DBPB (chỉ cho CDMA2000 1X) 35 T T Hình 2.10: Sơ đồ DBPB (chỉ cho 1xEV-DO) 36 T T Hình 2.11: Sơ đồ DBPB (Cho CDMA2000 1X + 1xEV-DO) 36 T T Hình 2.12: Sơ đồ RCTB 37 T 34T Hình 2.13: Timing Path 39 T 34T Hình 2.14: Sơ đồ BTGB 40 T 34T Hình 2.15: Sơ đồ CBTB 41 T 34T Hình 2.16: Sơ đồ MPUB 42 T 34T Hình 2.17: Sơ đồ CFEB 44 T 34T Hình 2.18 Kiến trúc phần mềm 45 T Nguyễn Kim Thủy T vii Luận văn tốt nghiệp Hình 2.19: Sơ đồ CSP 46 T 34T Hình 2.20: Sơ đồ DBP 50 T 34T Hình 3.1: Mô tả giao diện 53 T 34T Hình 3.2: Sơ đồ khối chức S/W trình xử lý gọi 53 T T Hình 3.3: Tiến trình xử lý gọi 54 T T Hình 3.4: Xử lý gọi gốc 56 T 34T Hình 3.5: Xử lý gọi cuối 57 T 34T Hình 3.6: Giải phóng gọi MS 59 T T Hình 3.7: Giải phóng gọi Selector 60 T T Hình 3.8: Giải phóng gọi BTS 61 T T Hình 3.9: Thiết lập gọi liệu gốc 613 T T Hình 3.10: Tiến trình gọi liệu gói cuối 64 T T Hình 3.11: Tiến trình giải phóng gọi liệu gói cuối .646 T T Hình 4.1: Kết đo hệ số song đứng 69 T T Hình 4.2: Kết đo tần số trung tâm 70 T T Hình 4.3: Kết đo độ lệch tần số phát 71 T T Hình 4.4: Kết đo độ trễ kênh hoa tiêu 72 T T Hình 4.5: Kết đo độ lệch kênh hoa tiêu kênh khác 72 T T Hình 4.6: Kết đo độ lệch kênh hoa tiêu kênh khác 73 T T Hình 4.7: Kết đo chất lượng sóng 74 T T Hình 4.8: Kết đo Tổng công suất phát 75 T T Hình 4.9: Kết đo chất lượng xung 76 T T Hình 4.10: Kết đo độ dự trữ công suất thu 77 T T Hình 4.11: Kết đo độ dự trữ công suất phát 78 T T Hình 4.12: Kết đo độ phẳng xung 79 T T Hình 4.13: Kết đo độ lệch tần số trung tâm 80 T T Hình 4.14: Kết đo độ trễ kênh hoa tiêu 80 T T Hình 4.15: Kết đo chất lượng dạng sóng 81 T T Hình 4.16: Kết đo tổng công suất phát 82 T T Hình 4.17a: Kết đo độ nhiễu băng sườn trái 83 T T Hình 4.17b: Kết đo độ nhiễu băng sườn phải 83 T Nguyễn Kim Thủy T viii Luận văn tốt nghiệp Hình 4.4: Kết đo độ trễ kênh hoa tiêu Đây đo độ trễ kênh sóng chủ (kên hoa tiêu) Độ trễ cho phép lớn µs Như kết hình vẽ bên độ trễ Time offset = -0.379 µs  Bài 5: Time Error between Pilot channel and Code channel (±50ns within) Hình 4.5: Kết đo độ lệch kênh hoa tiêu kênh khác Độ lệch thời gian kênh sóng chủ với kênh mã hóa.Sai số cho phép khơng vượt 50ns.Với kết hình vẽ bên -2.82ns Nguyễn Kim Thủy 72 Luận văn tốt nghiệp  Bài 6: Phase error between Pilot channel and Code channel (±0.15rad within) Độ lệch pha kênh sóng chủ với kênh mã hóa Sai số cho phép khơng vượt 0.15rad Với kết hình vẽ bên 0.012rad Hình 4.6: Kết đo độ lệch kênh hoa tiêu kênh khác  Bài 7: Wave Form quanlity (Rho: 0.912 over) Mục đích: Đây đo chất lượng dạng sóng sau điều chế Yêu cầu chất lượng sóng Rho >0.912, kết đo khơng đạt thiết bị lỗi phần điều chế cần thay thiết bị lỗi để đảm bảo chất lượng gọi Nguyễn Kim Thủy 73 Luận văn tốt nghiệp Hình 4.7: Kết đo chất lượng sóng Với kết đo hình vẽ bên ta thấy Rh0= 0.9978 đạt tiêu kỹ thuật  Bài Total Power Mục đích:Đây đo độ dự trữ công suất phát trạm để đảm bảo trạm phát cơng suất mà nhà cung cấp dịch vụ muốn, ví dụ muốn tăng vùng phủ sóng trạm Bài yêu cầu tạo gọi tests Và công suất tổng đo từ 39dBm đến 45dBm Nguyễn Kim Thủy 74 Luận văn tốt nghiệp Hình 4.8: Kết đo Tổng cơng suất phát Với kết hình vẽ bên công suất phát trạm tạo gọi test 42.25dBm đạt tiêu kỹ thuật đề  Bài 9: Conductivity Spurious emission test Mục đích: kiểm tra chất lượng xung sau trình điều chế Kiểm tra độ lệch sườn xung tín hiệu sau điều chế Ở ta kiểm tra vị trí khác kiểm tra sườn xung (trái phải) - Vị trí 1: cách tần số trung tâm 750KHz - Vị trí 2: cách tần số trung tâm 1.98MHz - Vị trí 1: cách tần số trung tâm 4MHz Nguyễn Kim Thủy 75 Luận văn tốt nghiệp Hình 4.9: Kết đo chất lượng xung  Bài 10: BTS transmission Power measurement Mục đích: Bài đo công suất phát thực tế trạm đảm bảo công suất phát thực tế trạm phải giống với công suất mà hiển thị phần mềm để đảm bảo độ tin cậy trình vận hành tối ưu mạng, vùn phủ sóng Cách thực hiện: Sử dụng máy phân tích phổ (PSA) đo cơng suất đầu trạm (cổng nối với feeder) Sử dụng máy tính với phần mềm terminal để đọc cơng suất trạm hiển thị máy tính Điều chỉnh cơng suất hiển thị máy tính (dùng lệnh Paca setting) cho trùng với công suất đo máy phân tích phổ  Bài 11: Rx Gain Budget Mục đích: Bài đo độ dự trữ cơng suất thu trạm BTS (đo chất lượng khuếch đại tạp âm thấp LNA: Low Noise Amplifier) Nếu đo khơng đạt cần thay khuếch đại tạp âm LNA khác Nguyễn Kim Thủy 76 Luận văn tốt nghiệp Bài đo sử dụng máy phát (Signal Generator) để phát tần số tần số Mobile (831.66MHz) với cơng suất -80dBm sau ta mức thu tín hiệu đầu trạm BTS Ở ta đầu tín hiệu vị trí: - Vị trí 1: đầu sau CFEU khối thu phát - Vị trí 2: đầu sau khối khuếch đại trung tần DTRA-D Hình 4.10: Kết đo độ dự trữ công suất thu  Bài 12: Tx Gain Budget Mục đích: Bài kiểm tra đầu khối khuếch đại trung tần cao tần trạm BTS.Bài ta cài đặt độ khuếch đại khối khuêch đại trung tần (DTRA-D) thấp nhất.Sau ta đo cơng suất đầu tín hiệu sau khối khuếch đại trung tần cao tần Cụ thể kết hình vẽ dưới: - Công suất đầu khối khuếch đại trung tần (DTRA-D) là: -25.44dBm - Công suất đầu khối khuếch đại cao tần (PABB-D) : 33.77dBm Nguyễn Kim Thủy 77 Luận văn tốt nghiệp Hình 4.11: Kết đo độ dự trữ công suất phát  Bài 13: Tx ripple (Difference max Peak position and Peak position 2dB under) Mục đích: Bài đo kiểm tra độ phẳng (độ gợn sóng) xung sau điều chế Sự sai khác đỉnh cao thấp không vượt 2dB Nguyễn Kim Thủy 78 Luận văn tốt nghiệp Hình 4.12: Kết đo độ phẳng xung Như kết đo hình bên sai khác ∆ = 0.481 dB 4.4 CÁC BÀI ĐO VỀ EVDO  Có đo EVDO: - Bài 1: Đo sai lệch tần số trung tâm (Frequency Tolerance) - Bài 2: Đo độ trễ kênh hoa tiêu (Pilot Time Tolerance) - Bài 3: Đo chất lượng dạng sóng (Waveform Quality) - Bài 4: Đo tổng công suất phát (Total Power) - Bài 5: Đo độ nhiễu băng (Conducted Spurious Emission)  Bài 1: Đo độ lệch tần số trung tâm (within ±0.05 ppm) Với mạng Sfone, tần số sử dụng cho dịch vụ liệu kênh 181: - Tần số phát 875.43 MHz - Tần số thu: 830.43 MHz Như hình 4.13 ta thấy kết đo độ sai lệch tần số trung tâm là: Freq Error = 18.95 Hz nằm khoảng sai số cho phép 0.05 x 10-9x 875.43 x 106 =43.77 Hz P P Nguyễn Kim Thủy P P 79 Luận văn tốt nghiệp Như sai số cho phép là: -43.77 ÷ 43.77 Hz Hình 4.13: Kết đo độ lệch tần số trung tâm  Bài 2: Đo độ trễ kênh hoa tiêu (Pilot Time Tolerance) Đo độ trễ kênh hoa tiêu (kênh Pilot), độ trễ cho phép ±3µs Hình 4.14: Kết đo độ trễ kênh hoa tiêu Như kết hình 4.14 ta thấy: Nguyễn Kim Thủy 80 Luận văn tốt nghiệp Độ trễ kênh hoa tiêu đo là: Pilot offset = -0.43µs nằm khoảng cho phép (±3µs)  Bài 3: Đo chất lượng dạng sóng (Waveform Quality) Với đo kiểm tra dạng song kênh dịch vụ liệu đặc trưng thông số: Rho, yêu cầu Rho ≥0.97 Hình 4.15: Kết đo chất lượng dạng sóng Như kết đo hình 4.15 ta thấy Rh0 = 0.99158 > 0.97 đạt yêu cầu  Bài 4: Đo tổng công suất phát (Total Power) Bài đo cơng suất phát có 13 gọi liệu, yêu cầu công suất phát từ 39 đến 45 dBm Nguyễn Kim Thủy 81 Luận văn tốt nghiệp Hình 4.16: Kết đo tổng cơng suất phát Kết hình 4.16, Total Power = 43.35 dBm  Bài 5: Đo độ nhiễu băng (Conducted Spurious Emission) Ở ta đo nhiễu băng sườn trái sườn phải xung Tại độ lệch: ±750 KHz so với tần số trung tâm: