Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3g và giải pháp triển khai

Bộ giáo dục đào tạo Tr-ờng đại học bách khoa hà nội Hà Nội, 10-2004 Công nghệ CDMA thông tin di động 3G giải pháp triển khai Mục lục Hình vẽ I Bảng II THUậT NGữ VIếT TắT III Mở đầu IV Ch-ơng I Lý thuyết trải phổ công nghệ CDMA 1.1 Mở đầu 1.2 Kü tht tr¶i phỉ 1.2.1 Giíi thiƯu chung 1.2.2 Nguyên lý trải phổ 1.2.3 Chuỗi giả ngẫu nhiên 1.2.4 Các chuỗi ghi dịch tuyễn tính độ dài cực đại MLSR 1.2.5 Chuỗi Gold 1.3 Công nghệ CDMA 11 1.3.1 Tổng quan CDMA 11 1.3.2 Các hệ thống CDMA 11 1.3.3 Các phần tử hệ thống DS-CDMA 18 1.4 KÕt luËn 23 Ch-ơng II Tiêu chuẩn CDMA IS-95 2.1 Mở đầu 24 2.2 Cấu trúc kênh đ-ờng xuống (forward channel) 25 2.2.1 Các kênh tiêu đề 26 2.2.2 Kênh l-u l-ợng 27 2.3 Kªnh ®-êng lªn (reverse channel) 28 2.3.1 Kªnh truy nhËp 28 2.3.2 Kênh l-u l-ợng 29 2.4 KÕt luËn 30 Ch-ơng III Công nghệ CDMA thông tin di động hệ 3.1 Giới thiệu chung 31 3.2 Tiªu chuÈn CDMA2000 34 3.2.1 Giíi thiÖu cdma2000 34 3.2.2 CÊu tróc kªnh logic 35 Lê Vũ C-ờng Cao học ĐTVT 2002 i Công nghệ CDMA thông tin di động 3G giải pháp triển khai 3.2.3 Cấu trúc kênh vật lý 35 3.2.4 Quản lý tài nguyên vô tuyến 46 3.2.5 C«ng nghƯ TDD cho cdma2000 48 3.3 Tiªu ChuÈn WCDMA 49 3.3.1 Giíi ThiƯu vÒ WCDMA 49 3.3.2 CÊu tróc kªnh logic 51 3.3.3 CÊu tróc kªnh vËt lý 53 3.3.4 Qu¶n lý tài nguyên vô tuyến 63 3.3.5 Truy cËp gãi WCDMA 67 3.3.6 C«ng nghÖ TDD cho WCDMA 68 3.4 KÕt luËn 69 Ch-ơng IV Triển khai thông tin di động hệ thứ ba giới việt nam 4.1 Đặt vấn đề 70 4.2 Các mô hình triển khai thông tin di động hệ thứ ba giới 70 4.2.1 Phát triển cdma2000 tõ cdmaOne 70 4.2.2 Phát triển WCDMA từ GSM IS136 71 4.3 C¸c hƯ thống trung gian đ-ờng phát triển lên WCDMA 72 4.3.1 GSM 72 4.3.2 HSCSD - High Speed Circuit Switch Data 75 4.3.3 GPRS 76 4.3.4 EDGE 80 Ch-ơng V Giải pháp Ericsson Seamless Network - triển khai 3G sở hạ tầng GSM sẵn có 5.1 Nguyên tắc thực 82 5.1 Giíi thiƯu chung 82 5.2 Bối cảnh đời 83 5.3 Cuộc cách mạng lªn 3G 83 5.4 Giải pháp mạng liên tục 85 5.5 Cuộc cách mạng GSM WCDMA 86 5.6 Tích hợp mạng v« tuyÕn 87 5.7 Các sở hạ tầng dùng chung 89 5.8 Từ 2G lên 3G mô hình nhà khai thác dịch vụ 91 5.9 Kết luận chung: Khả triển khai hệ thèng di ®éng thÕ hƯ thø 3…96 KÕt lN CHUNG Lê Vũ C-ờng Cao học ĐTVT 2002 ii Công nghệ CDMA thông tin di động 3G giải pháp triển khai Hình vẽ Hỡnh 1.1 Nguyờn lý tri phổ Hình 1.2 Bộ tạo dãy ghi dịch tuyến tính Hình 1.3 Sơ đồ tạo chuỗi Gold 10 Hình 1.4 Phân loại hệ thống CDMA 12 Hình 1.5 Sơ đồ khối phát DS-SS 12 Hình 1.6 Sơ đồ khối thu – phát hệ thống FH – CDMA 14 Hình 1.7 Sơ đồ khối thu – phát hệ thống TH-CDMA 17 Hình 1.8 Mơ thu đa đường 19 Hình 1.9 So sánh Soft handover hard handover 21 Hình 1.10 MS thùc hiƯn chun giao mỊm víi tr¹m gèc 21 H×nh 2.1 CÊu tróc kênh đ-ờng xuống cho RS1 26 Hình 2.2 trải phổ vuông góc đ-ờng xuèng 27 H×nh 2.3 Cấu trúc kênh truy nhập đ-ờng lên IS-95 29 H×nh 2.4 CÊu tróc kênh sở đ-ờng lên IS-95 cho RS1 30 Hình 2.5 Cấu trúc kênh phụ trợ đ-ờng lên IS-95 cho RS1 30 Hình 3.1 Cấu trúc kênh Pilot, kênh F-SYNC, kênh F-PCH cdma2000 38 Hình 3.2 Cấu trúc kênh F-CCCH cdma2000 38 Hình 3.3 Cấu trúc kênh F-FCH cdma2000 với N=3, RS2 39 H×nh 3.4 CÊu tróc kªnh F-SCH cdma2000 víi N=3, RS2 39 Hình 3.5 Cấu trúc kênh F-DCCH cdma2000 với N=3 40 H×nh 3.6 CÊu tróc kênh đ-ờng xuống đa sóng mang cdma2000 41 Hình 3.7 Trải phổ phức hợp đa sóng mang cdma2000 41 Hình 3.8 Gán kênh I, Q điều chế Walsh cho trải phổ trực tiếp 42 Hình 3.9 Trải phổ PN điều chế tần số cho trải phổ trực tiÕp 42 H×nh 3.10 CÊu tróc kênh pilot đ-ờng lên cdma2000 45 Hình 3.11 Cấu trúc kênh R-FCH cho RS2 cdma2000 45 H×nh 3.12 CÊu trúc kênh R-SCH tốc độ cao với 3,6864 Mcps 46 Hình 3.13 Cấu trúc kênh R-DCCH cdma2000 46 H×nh 3.14 CÊu tróc khung 5ms vµ 20ms TDD cđa cdma2000 49 Hình 3.15 Cấu trúc kênh đ-ờng xuống 52 H×nh 3.16 Cấu trúc kênh đ-ờng lên 53 H×nh 3.17 CÊu tróc khung kênh dành riêng đ-ờng xuống 54 Hình 3.18 Trải phổ điều chế cho kênh dành riêng đ-ờng xuống 55 Hình 3.19 Cấu trúc khung kênh dành riêng đ-ờng lên 56 Hình 3.20 Trải phổ điều chế cho kênh dành riêng đ-ờng lên 57 Hình 3.21 Cấu trúc kênh CCPCD đ-ờng xuèng 58 H×nh 3.22 Cấu trúc kênh đồng SCH 59 Hình 3.23 Dồn kênh SCH với kênh đ-ờng xuống 59 H×nh 3.24 cÊu tróc burst truy nhËp 59 H×nh 3.25 CÊu trúc phần liệu burst truy nhập 60 Lª Vị C-êng – Cao häc §TVT 2002 iii C«ng nghƯ CDMA th«ng tin di động 3G giải pháp triển khai Hình 3.26 Các ph-ơng pháp mà hoá FEC cho WCDMA 60 Hình 3.27 Dồn kênh dịch vụ WCDMA 61 H×nh 3.28 Mà hoá kênh ghép xen cho dịch vụ mang 8kbps 62 Hình 3.29 Mà hoá kênh ghép xen cho dịch vụ mang 144kbps 62 Hình 3.30 Mà hoá kênh ghép xen cho dÞch vơ mang 384kbps 63 Hình 3.31 Mà hoá kênh ghép xen cho dịch vơ mang 480kbps 63 H×nh 3.32 M· hoá kênh ghép xen cho dịch vụ mang 2,4Mbps 63 Hình 3.33 TDD phân tách khối thu – ph¸t 69 Hình 4.1 Sự phát triển từ GSM lên UMTS/IMT2000 72 H×nh 4.2 CÊu tróc hƯ thèng GSM 73 Hình 4.3 Cấu trúc chung mạng GPRS 77 H×nh 4.4 Cấu trúc mặt phẳng truyền dẫn GPRS 78 Hình 4.5 Hiệu ®iÒu chÕ EDGE 81 Hình 5.1 Con đ-ờng phát triển chuẩn 2G 84 H×nh 5.2 Mạng liên tục Ericsson 86 Hình 5.3 Điều khiển l-u l-ợng 87 H×nh 5.4 HƯ thèng tù cÊu h×nh 89 H×nh 5.5 Các pha chuyển tiếp GSM WCDMA lên 3G 92 Lª Vị C-êng – Cao học ĐTVT 2002 iv Công nghệ CDMA thông tin di động 3G giải pháp triển khai bảng Bảng 2.1 Các tham số giao diện vô tuyến IS-95 24 Bảng 3.1 So sánh tham số hệ thống 2G 3G 33 Bảng 3.2 Các tham số giao diƯn v« tun cđa cdma2000 35 Bảng 3.3 Dải tần tín hiệu đ-ờng xuống ®iỊu chÕ ®a sãng mang cdma2000 41 B¶ng 3.4 D¶i tần tín hiệu đ-ờng xuống điều chế trải phổ trực tiÕp cdma2000 43 B¶ng 3.5 tham sè giao diƯn v« tuyÕn WCDMA 50 Bảng 3.6 Các tham số mà hoá xoắn 61 Lª Vị C-ờng Cao học ĐTVT 2002 v Công nghệ CDMA thông tin di động 3G giải pháp triển khai thuật ngữ viết tắt A ATM Asynchronous Trasmission Mode B BCCH BPSK BSS Broadcast Channel Binary Phase Shift Keying Base Station Subsystem C CCPCH CDMA CPHCH Common Control Physical Channel Code Division Multiple Access Common Physical Channel D DCCH DPCCH DPDCH DPHCH DSCDMA DTCH DTX Dedicated Control Channel Dedicated Physical Control Channel Dedicated Physical Data Channel Dedicated Physical Channel Direct Sequence CDMA E EDGE ETSI Enhanced Data rate for GSM Evolution European Telecommunication Standards Institute F FACH FCAPICH F-CCCH F-DCCH FDD FDMA FHCDMA F-PCH F-PICH F-SCH F-SYNC Forward Access Channel Forward Common Auxilary Pilot Channel GDG GGSN GMSK GPRS GSM CDMA Development Group Gateway GPRS Support Group Gaussian Minimum Shifted Keying General Packet Radio Service Global System for Mobile Telecommunication G Dedicated Traffic Channel Discontinuous Transmission Forward Common Control Channel Forward Dedicated Control Channel Frequency Division Multiplex Frequency Division Multiplex Accesss Frequency Hopping CDMA Forward Paging Channel Forward Pilot Channel Forward Supplementary Channel Forward Synchronization Channel Lª Vị C-êng Cao học ĐTVT 2002 vi Công nghệ CDMA thông tin di động 3G giải pháp triển khai H HLR HSCSD Home Location Register High Speed Circuit Switch Data I IMSI IMT2000 ITU International Mobile Subscriber Indentity International Mobile Telecom Standard 2000 International Telecommunication Union L LLC Logical Link Control M MAC MCCDMA MLSR MS MSC MSK MTCDMA MUD Media Access Control Multi Carrier CDMA P PAGCH PCCCH PCCPCH PCH PCU PDP PLMN PMP PRACH Packet Access Grant Channel Packet Common Control Channel Primary Common Control Physical Channel Packet Channel Packet Control Unit Packet Data Control Public Land Mobile Network Point to Multipoint Packet Random Access Channel Q QPSK Quarature Phase Shift Keying R RACH R-ACH R-CCCH R-DCCH R-FCH R-PICH RS1 RS2 R-SCH Random Access Channel Reverse Access Channel Reverse Common Control Channel Reverse Dedicated Control Channel Reverse Fundamental Channel Reverse Pilot Channel Rate set Rate set Reverse Supplement Channel S SCCPCH SCH Secondary Common Control Channel Synchronization Channel Maximum Length Shift Register Mobile Station Mobile Service Center Minimum Shift Keying Multi Tone CDMA Multi User Detection Lê Vũ C-ờng Cao học ĐTVT 2002 vii Công nghệ CDMA thông tin di động 3G giải pháp triển khai SGSN SIR SMS SS7 Serving GPRS Support Node Signal to Interference Ratio Short Message Service Signalling System No T TCH TCP TDD TDMA THCDMA Traffic Channel Transmission Control Protocol Time Division Multiplex Time Division Multiplex Access Time Hopping CDMA U UMTS UTRA Universal Mobile Telecommunication System UMTS Terresstrial Access V VLR Visitor Location Register W WCDMA Wide Band CDMA Lª Vị C-êng – Cao häc §TVT 2002 viii C«ng nghƯ CDMA th«ng tin di động 3G giải pháp triển khai Lời nói đầu Trong năm gần đây, với phát triển công nghệ thông tin viễn thông, nhu cầu việc triển khai hệ thống băng rộng ngày lớn Để đáp ứng nhu cầu truyền tải thông tin, đặc biệt truy nhập Internet ng-ời sử dụng, hàng loạt giải pháp đà đ-ợc triển khai nh- ISDN, ATM, ADSL nhằm phát triển công nghệ băng rộng sở hạ tâng viễn thông Việc phát triển công nghệ băng rộng xu h-ớng tất yếu trình hội tụ công nghệ thông tin viễn thông Sự phát triển nhanh chóng dịch vụ số liệu IP đà đặt yêu cầu công nghiệp viễn thông di động Thông tin di động hệ thứ hai sử dụng công nghệ số nh-ng hệ thống băng hẹp xây dựng chế chuyển mạch kênh nên tốc độ bị giới hạn d-ới mức 14,4 kbps, đáp ứng đ-ợc dịch vụ Bên cạnh tồn song song nhiều tiêu chuẩn thông tin di ®éng dÉn ®Õn sù tån t¹i cđa nhiỊu lo¹i thiÕt bị đầu cuối khác nhau, gây khó khăn cho nhà cung cấp thiết bị đầu cuối nh- thuê bao di động, thuê bao sử dụng thiết bị đầu cuối để truy nhập dịch vụ khác mạng di động sử dụng chuẩn khác cung cấp Tr-ớc tình hình đó, Uỷ ban viễn thông quốc tế ITU đà đề mục tiêu phát triển tiêu chuẩn cho thông tin di động đ-ợc gọi IMT-2000 Mục đích IMT-2000 xây dựng tiêu chuẩn băng rộng chung cho thông tin di động, có khả t-ơng thích cao với hệ thống nhằm cung cấp cho khách hàng vùng phủ sóng lớn nhất, khả roaming cao suốt dịch vụ đ-ợc cung cấp IMT-2000 đ-ợc đề cập đến nh- tiêu chuẩn hệ thống thông tin di động hệ thứ ba ITU đề nghị tổ chức tiêu chuẩn khu vực đề xuất giải pháp băng rộng để lựa chọn tiêu chuẩn tối -u cho IMT-2000 Tuy nhiên, yêu cầu phải t-ơng thích với hệ thống lợi ích th-ơng mại tổ chức ủng hộ tiêu chuẩn này, tổ chức tiêu chuẩn khu vực đà đ-a giải pháp khác nh-ng có chung đặc điểm sử dụng công nghệ CDMA để triển khai hệ thống CDMA có đặc điểm -u việt mà công nghệ khác nhTDMA, FDMA Do thời gian hạn hẹp, luận văn xin trình bày phần giao diện vô tuyến hệ thống di động, không đề cập phân hệ mạng Các chuẩn Lê Vũ C-ờng Cao häc §TVT 2002 ix ... W WCDMA Wide Band CDMA Lª Vị C-êng Cao học ĐTVT 2002 viii Công nghệ CDMA thông tin di động 3G giải pháp triển khai Lời nói đầu Trong năm gần đây, với phát triển công nghệ thông tin viễn thông, ... ĐTVT 2002 10 Công nghệ CDMA thông tin di động 3G giải pháp triển khai Ch-ơng I Lý thuyết trải phổ công nghệ CDMA 1.1 Mở đầu Thông tin di động đ-ợc xây dựng vào năm 1980 thực phát triển mạnh mẽ... 18 Công nghệ CDMA thông tin di động 3G giải pháp triĨn khai 1.3 Cơng nghệ CDMA 1.3.1 Tổng quan CDMA CDMA phương thức điều chế mã đa truy cập dựa tảng thông tin trải phổ Công nghệ áp dụng cho thông