Giới thiệu hệ thống thông tin di động và xu thế phát triển truy nhập vô tuyến hệ thống UMTS truy nhập mạng UMTS và triển khai hệ thống UMTS

Mẫu bìa luận văn có in chữ nhũ Khổ 210 x 297 mm vị kh¸nh c­êng Bé gi¸o dơc đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội - LuËn văn thạc sĩ khoa học Điện tử viễn thông hệ thống thông tin di động hệ thứ ba Umts Vũ khánh cường 2003 2005 Hà Nội 2005 Hà néi 2005 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ BA UMTS Chuyên ngành: Điện tử – Viễn thông Mã số: Vũ Khánh Cường Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Đức Thuận Hà nội 2005 -1- Mục lục Mục lục Danh mục hình vẽ Thuật ngữ viết tắt Lời nói đầu 13 Chương Hệ thống thông tin di động xu phát triển 15 1.1 Sự phát triển hệ thống thông tin di động 15 1.2 Hệ thống thông tin di động GSM 19 1.3 Hệ thống thông tin di động 3G phát triển từ GSM 22 1.4 Kết luận 24 Chương Truy nhập vô tuyến hệ thống UMTS 25 2.1 Kỹ thuật đa truy nhập 26 2.1.1 Kỹ thuật đa truy nhập băng hẹp 26 2.1.2 Kỹ thuật đa truy nhập băng rộng 27 2.1.2.1 Kỹ thuật trải phổ điều chế 30 2.1.2.2 Tác động nhiễu băng hẹp 32 2.1.2.3 Mã định kênh 34 2.1.2.4 Mã giả ngẫu nhiên 35 2.2 Các hệ thống trải phổ 36 2.3 Dung lượng mạng WCDMA 40 2.3.1 Dung lượng đường lên 41 2.3.2 Dung lượng đường xuống 43 2.4 Giao diện vô tuyến 44 2.4.1 Kênh truyền tải 45 2.4.1.1 Kênh riêng 45 2.4.1.2 Kênh chung 46 2.4.2 Kênh vật lý 48 2.4.2.1 Kênh Primary CCPCH 50 2.4.2.2 Kênh Second CCPCH 51 Hệ thông thông tin di động UMTS -2- 2.4.2.2 Kênh SCH 54 2.4.2.3 Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý PRACH 55 2.4.2.4 Kênh PCHCH 58 2.4.2.5 Kênh DPDCH 60 2.4.2.6 Kênh CPICH 61 2.4.2.6 Kênh AICH 62 2.4.2.7 Kênh PICH 63 2.5 Kết luận 63 Chương Truy nhập mạng UMTS 65 3.1 Sự phát triển từ GSM đến UMTS 65 3.2 Cấu trúc mạng UMTS 68 3.2.1 UTRAN - UMTS Terrestrial Radio Access network 71 3.2.1.1 Cấu trúc UTRAN 71 3.2.1.2 Giao thức vô tuyếndùng UTRAN 74 3.2.2 CN - Core Network 77 3.2.2.1 Thành phần chuyển mạch kênh 79 3.2.2.2 Thành phần chuyển mạch gói 82 3.3 Kết luận 84 Chương Triển khai hệ thống UMTS 85 4.1 Nguyên lý 87 4.1.1 Quy hoạch mạng vô tuyến 90 4.1.2 Quy hoạch mạng lõi 97 4.2 Đề xuất triển khai UMTS mạng VinaPhone 98 4.2.1 Hiện trạng mạng VinaPhone 99 4.2.2 Lộ trình triển khai nâng cấp mạng VinaPhone lên 3G 103 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO 113 Hệ thông thơng tin di động UMTS -3- Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Các thành phần GSM 19 Hình 1.2 Con đường phát triển từ GSM lên UMTS 23 Hình 2.1 TDMA, FDMA CDMA 27 Hình 2.2.Nguyên tắc chung trải phổ điều chế 30 Hình 2.3 Sơ đồ khối khối trải phổ giả trải phổ 32 Hình 2.4 Tác động trình giải trải phổ đến nhiễu băng hẹp 34 Hình 2.5 Cấu trúc mã định kênh 35 Hình 2.6 Nguyên lý hoạt động FDD TDD 38 Hình 2.7 Dải tần số GSM, UMTS 39 Hình 2.8 Tốc độ bit Rb thay đổi theo khung 10ms 50 Hình 2.9 Điều khiển cơng suất phát thay đổi theo khe thời gian 50 Hình 2.10 Cấu trúc khung kênh CCPCH sơ cấp 51 Hình 2.11 Cấu trúc kênh CCPCH thứ cấp 52 Hình 2.12 Cấu trúc kênh đồng SCH 54 Hình 2.13 Các khe truy nhập ngẫu nhiên 55 Hinh 2.14 Cấu trúc RACH 56 Hình 2.15 Cấu trúc phần tin truy nhập ngẫu nhiên 56 Hình 2.16 Cấu trúc CPCH truyền 59 Hình 2.17 Cấu trúc tin CPCH 59 Hình 2.18 Cấu trúc khung kênh đường xuống DPCH 60 Hình 2.19 Cấu truck kênh hoa tiêu 62 Hình 2.20 Cấu trúc kênh AICH 62 Hình 2.21Cấu trúc kênh thị tìm gọi 63 Hình 3.1 Cấu trúc hệ thống thông tin di động hệ GSM 66 Hình 3.2 Cấu trúc hệ thống mạng lõi UMTS 69 Hình 3.3 Cấu trúc giao thức vơ tuyến UTRAN 75 Hệ thơng thơng tin di động UMTS -4- Hình 3.4 Thành phần UMTS phân chia theo lớp 78 Hình 3.5 Cấu trúc thành phần chuyển mạch kênh GSM UMTS 79 Hình 3.6 Quá trình chuyển giao GSM 81 Hình 3.7 Chuyển giao UMTS 82 Hình 4.1 Lưu lượng mềm WCDMA 88 Hình 4.2 Quan hệ th bao bán kính 89 Hình 4.3 Sự thay đổi kích thước, dung lượng theo tốc độ dịch vụ 89 Hình 4.4 Quy hoạch mạng UMTS 91 Hình 4.5 Số tin MMS cao điểm 101 Hình 4.6 Số phiên truy nhập Internet cao điểm 102 Hình 4.7 Dự đốn số lượng th bao đến năm 2007 103 Hình 4.8 Lộ trình phát triển từ GSM đến WCDMA 104 Hình 4.9 Lộ trình phát triển VinaPhone 107 Hình 4.10 Giải pháp UMTS cho mạng VinaPhone 109 Hệ thông thông tin di động UMTS -5- Thuật ngữ viết tắt 2G 3G AC ACCH ACK AI AICH AM AMR AP ARQ AS ATM BCCH BCH BER BMC 2th Generation 3Th Generation Admission Control associated Control Channel ACKnoledgement Acquisition Indicator Acquisition Indication Channel Acknowledged Mode Adaptive Multi Rate Access Preamble Automatic Repeat Request Access Stratum Asynchronous Transfer Mode Broadcast Control Channel Broadcast Channel Bite Error Rate Broadcast/Multicast Control Hệ thông thông tin di động UMTS Thông tin di động hệ thứ Thông tin di động hệ thứ Điều khiển cho phép Kênh điều khiển liên kết Chế độ phúc đáp Chỉ thị bắt Kênh thị bắt Chế độ phúc đáp Đa tốc độ thích hợp Tiền tố truy nhập Yêu cầu phát tự động Tầng truy nhập Chế độ truyền tải không đồng Kênh điều khiển quảng bá Kênh quảng bá Tỷ lệ lỗi bít Điều khiển quảng bá/đa quảng bá -6- BPSK BS CA-ICH CBS CC CCCH CCH CCPCH CCTrCH CD-ICH CDMA CN CP CPCH CPICH CRC CRNC CS Binnary phase ship Key Base station Channel asigví dụ Internet, Giai đoạn sau việc thêm vào mạng GSM công nghệ GPRS GPRS khác với HSCSD chỗ nhiều người sử dụng truy nhập chung tài nguyên vô tuyến Tại thời điểm thiết bị di động dành tài nguyên cần phát thời điểm khác, thiết bị khác sử dụng chung tài nguyên Nhờ việc sử dụng băng tần hiệu dịch vụ số liệu thường không liên tục Một thuê bao sử dụng GPRS đạt tốc độ tối đa khoảng x 14,4 kbps Tuy nhiên tốc độ đỉnh, nhiều người sử dụng tốc độ giảm Do có phần chuyển mạch gói nên GSM cần thêm thành phần mạng SGSN GGSN Quá trình nâng cấp có bước: • Triển khai thành phần GPRS: SGSN, GGSN, PCU • Nâng cấp HLR • Triển khai thành phần OMC-G tham gia quản lý thành phần Hệ thông thông tin di động UMTS - 105 - Trên thực tế trình bày trên, mạng VinaPhone thức cung cấp dịch vụ GPRS vào đầu năm 2004 Chính mọt thuận lợi đường nâng cấp lên 3G Tiếp theo việc triển khai GPRS, có thêm lựa chọn cho trình nâng cấp mạng EDGE (Enhanced Data Rate for Global Evolution) nhằm tăng khả truyền số liệu lên 384 kbps để cung cấp dịch vụ điện tử, dịch vụ đinh vị đồ, dịch vụ truy cập thông tin liệu, giải trí… Thuận lợi việc triển khai EDGE là: - Trước hết, EDGE không cần phải sử dụng băng tần - Dựa sở hạ tầng sẵn có triển khai GPRS, việc phát triển lên giai đoạn EDGE tiết kiệm chi phí đầu tư Do thay đổi kỹ thuật điều chế vô tuyến 8-PSK nên EDGE giữ nguyên cấu trúc mạng cũ mà cần nâng cấp phần mềm TRX có khả EDGE EDGE đường tiến hố tới hệ thứ ba bổ trợ cho WCDMA EDGE tăng cường khả truyền sô liệu mạng GSM/GPRS, hỗ trợ tốc độ số liệu lên tới 384kbps – tốc độ số liệu mạng hệ Do EDGE tạo bước đệm tiến tới mạng WCDMA Hiện tại, mạng VinaPhone triển khai công nghệ HSCSD công nghệ GPRS vào năm 2004 Vấn đề đạt việc có thực bước đệm EDGE khơng hay trực tiếp đưa thẳng mạng lên hệ thống 3G Hiện mạng lưới VinaPhone, số thiết bị vô tuyến sẵn sàng đáp ứng EDGE Tuy nhiên, phản ứng khách hàng dịch vụ số liệu cơng nghệ chuyển mạch gói GPRS (truy nhập Internet, Intranet, MMS, WAP, Game online ) yếu tố định đường phát triển hệ thống Việc triển khai EDGE bước đệm để tới 3G đáp ứng yêu cầu người sử dụng nhà cung cấp Hoặc EDGE Hệ thông thông tin di động UMTS - 106 - bước cản đường đến 3G nhu cầu thị trường đạt đến độ cần thiết Tuy nhiên theo nhu cầu thực mạng việc nâng cấp lên EDGE có lẽ khả thi Một điều đáng ý là, hầu hết nhà cung cấp dịch vụ di động nước sử dụng cơng nghệ vơ tuyến chuyển mạch gói GPRS để đáp ứng yêu cầu khách hàng Nhưng công nghệ GPRS công nghệ vô tuyến chuyển mạch gói dựa cơng nghệ GSM, nên mang tính GSM, dùng khe thời gian cho dịch vụ chuyển mạng gói nên để đạt tốc độ truy cập cao phải sử dụng nhiều khe thời gian cho dịch vụ, gây nghẽn mạng Giải pháp thực thụ công nghệ 3G Do chuyển đổi từ 2G sang 3G điều tất yếu mạng điện thoại di động nước 3G cung cấp dịch vụ tới khách hàng, chủ yếu truyền số liệu tốc độ cao, sử dụng internet băng thông rộng, nghe video, xem video Đánh giá từ góc độ thị trường tiến trình độ từ mạng 2.5 G nước sang 3G thực sớm chiều sở hạ tầng Internet, sở hạ tầng truyền liệu nhiều yếu tố khác phải triển khai đồng với để đáp ứng yêu cầu 3G Với tài nguyên tần số 3G sẵn có, việc triển khai WCDMA hệ thống GSM hoàn toàn phù hợp Trên sở mạng lõi GPRS phát triển, xây dựng hệ thống WCDMA xây dựng phần cứng cho mạng truy nhập vô tuyến UTRAN gồm RNC Node B Một điều chắn WCDMA chưa thể triển khai tới tận vùng xa, mà trước mắt tập trung phát triển số thành phố lớn Hà Nội, Hải Phịng, Đà Nẵng TP Hồ Chí Minh Khi đó, máy đầu cuối khách hàng có khả tương thích hai hệ thống GSM WCDMA Từ lý luận đây, lộ trình phát triển mạng MobiFone từ GSM tiến lên hệ thứ ba WCDMA hồn tồn hợp lý có sở: Hệ thông thông tin di động UMTS ... Chương Hệ thống thông tin di động xu phát triển 15 1.1 Sự phát triển hệ thống thông tin di động 15 1.2 Hệ thống thông tin di động GSM 19 1.3 Hệ thống thông tin di động 3G phát triển. .. bày vấn đề thông tin di động, giới thiệu đặc điểm thông tin di động, lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động, hệ thống thông tin di động hành dự báo xu phát triển thông tin di động tương... cứu thông số bản, tiêu chuẩn, thành phần hệ thống thông tin di động hệ thứ UMTS đánh giá so sánh với hệ thống hệ trước Từ tìm khả giải pháp để triển khai hệ thống thông tin di động hệ thứ UMTS