Công nghệ và quy hoạch mạng WCDMA

Lời nói đầu Lời nói đầu Thông tin di động số đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới với những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong cuộc sống hằng ngày. Công nghệ điện thoại di động GSM đã bị thay thế bằng những công nghệ tiên tiến hơn, hỗ trợ tối đa các dịch vụ như Internet, truyền hình . Để tận dụng được tính năng của hệ thống 2G khi chuyển hướng sang 3G cần thiết có một giải pháp trung chuyển. Các nhà khai thác mạng GSM có thể bắt đầu chuyển từ GSM sang 3G bằng cách nâng cấp hệ thống mạng lên GPRS, tiếp theo là EDGE ( tiêu chuẩn 3G trên băng tần GSM và hỗ trợ dữ liệu lên tới 384kbit) và UMTS (công nghệ băng thông hẹp GSM sử dụng truyền dẫn CDMA), và WCDMA. 3G là một bước đột phá của ngành di động, bởi vì nó cung cấp băng thông rộng hơn cho người sử dụng. Điều đó có nghĩa sẽ có các dịch vụ mới và nhiều thuận tiện hơn trong dịch vụ thoại và sử dụng các ứng dụng dữ liệu như truyền thông hữu ích như điện thoại truyền hình, truy cập Internet, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe nhạc và xem video chất lượng cao… Đồ án này em trình bày 5 chương như sau : Chương 1 Tổng quan về thông tin di động Chương này chúng ta sẽ tìm hiểu về tổng quan của quá trình phát triển thông tin di động , của các thế hệ và đặc điểm của các thế hệ. Chương 2 Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM Chương này sẽ giới thiệu về sự hình thành và phát triển của hệ thống GSM, kiến trúc mạng , phương pháp đa truy cập và các thủ tục thông tin cũng như sự cần thiết phải nâng cấp từ GSM lên 3G. Chương 3 Công nghệ W-CDMA Chương này giới thiệu về công nghệ WCDMA, cấu trúc mạng và các giao diện vô tuyến cũng như các đặc trưng của 3G. Chương 4 Các giải pháp kỷ thuật trong W-CDMA Chương này chúng ta tìm hiểu về các kỹ thuật trong WCDMA Chương 5 Quy hoạch mạng W-CDMA. 1 Chương này chúng ta sẽ trình bày quá trình quy hoạch mạng WCDMA Trong quá trình làm đồ án khó tránh khỏi sai sót, em rất mong sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và sự góp ý của các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn TS.Nguyễn Thị Quỳnh Hoa và các thầy cô giáo đã giúp em hoàn thành đồ án này ! Vinh , ngày 10 tháng 5 năm 2010 Sinh viên thực hiện Trần Văn Thành 2 TÓM TẮT ĐỒ ÁN Chúng ta sẽ tìm hiểu về tổng quan của quá trình phát triển thông tin di động , của các thế hệ và đặc điểm của các thế hệ. Tiếp theo sẽ giới thiệu về sự hình thành và phát triển của hệ thống GSM, kiến trúc mạng, phương pháp đa truy cập và các thủ tục thông tin cũng như sự cần thiết phải nâng cấp từ GSM lên 3G. Sau đó sẽ giới thiệu về công nghệ WCDMA, cấu trúc mạng và các giao diện vô tuyến cũng như các đặc trưng của 3G và tìm hiểu về các kỹ thuật trong WCDMA và cuối cùng chúng ta sẽ trình bày quá trình quy hoạch mạng WCDMA. We'll learn about overall development of mobile communication, the generation and characteristics of the generations. Next we introduce the formation and development of the GSM system, network architecture, multiple access methods and procedures as well as information necessary to upgrade from GSM to 3G. It then introduces WCDMA technology, network architecture and radio interface as well as the characteristics of 3G and learn about the techniques in WCDMA and finally we will present WCDMA network planning process. 3 MỤC LỤC Mở đầu . 1 Tóm tắt đồ án . 3 Mục lục . 4 Danh sách hình vẽ 7 Danh sách biểu bảng 9 Các từ viết tắt . 10 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ 1.1 Giới thiệu .16 1.2 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1 16 1.3 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 .17 1.3.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA 18 1.3.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA 19 1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ ba 19 1.5 Kết luận chương .20 Chương 2 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 2.1 Giới thiệu lịch sử phát triển .22 2.2 Cấu trúc mạng GSM .23 2.2.1 Trạm di động .24 2.2.2 Hệ thống con trạm gốc .25 2.2.3 Hệ thống mạng con 25 2.2.4 Đa truy cập trong GSM 26 2.2.5 Các thủ tục thông tin 27 2.2.5.1 Đăng nhập thiết bị vào mạng 27 2.2.5.2 Chuyển vùng .27 2.2.5.3 Thực hiện cuộc gọi .27 2.3 Sự phát triển mạng GSM lên 3G .30 2.3.1 Hệ thống GSM sẽ được nâng cấp từng bước lên thế hệ ba 30 4 2.3.2 Các giải pháp nâng cấp 31 2.4 Kết luận chương 34 Chương 3 CÔNG NGHỆ W-CDMA 3.1 Giới thiệu công nghệ W-CDMA .35 3.2 Cấu trúc mạng W-CDMA .37 3.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến 39 3.2.1.1 Đặc trưng của UTRAN 40 3.2.1.2 Bộ điều khiển mạng vô tuyến UTRAN 40 3.2.1.3 Node B .41 3.2.2 Giao diện vô tuyến .41 3.2.2.1 Giao diện UTRAN – CN, I U 42 3.2.2.2 Giao diện RNC – RNC, I Ur 43 3.2.2.3 Giao diện RNC – Node B, I Ub .44 3.3 Kết luận chương .44 Chương 4 CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT TRONG W-CDMA 4.1 Giới thiệu .45 4.2 Mã hóa .45 4.2.1 Mã vòng 45 4.2.2 Mã xoắn .46 4.2.3 Mã Turbo .47 4.3 Điều chế BIT/SK và QPSK 47 4.3.1 Điều chế BIT/SK .47 4.3.2 Điều chế QPSK 48 4.4 Trải phổ trong W-CDMA 50 4.4.1 Giới thiệu .50 4.4.2 Nguyên lý trải phổ DSSS .51 4.4.3 Mã trải phổ 52 4.4.4 Các hàm trực giao .54 4.5 Cấu trúc phân kênh của WCDMA 55 4.5.1 Kênh vật lý .55 5 4.5.1.1 Kênh vật lý riêng đường lên 55 4.5.1.2 Kênh vật lý chung đường lên 57 4.5.1.3 Kênh vật lý riêng đường xuống (DPCH) 61 4.5.1.4 Kênh vật lý chung đường xuống .62 4.5.2 Kênh truyền tải 66 4.5.2.1 Kênh truyền tải riêng 66 4.5.2.2 Kênh truyền tải chung .67 4.5.2.3 Sắp xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý 68 4.6 Truy nhập gói trong W-CDMA .69 4.6.1 Tổng quan về truy nhập gói trong W-CDMA 69 4.6.2 Lưu lượng số liệu gói 69 4.6.3 Các phương pháp lập biểu gói 70 4.6.3.1 Lập biểu phân chia theo thời gian .70 4.6.3.2 Lập biểu phân chia theo mã 71 4.7 Kết luận chương .71 Chương 5 QUY HOẠCH MẠNG W-CDMA. 5.1 Giới thiệu 72 5.2 Tính suy hao đường truyền cho phép .73 5.3 Xác định kích thước ô .73 5.3.1 Mô hình Hata – Okumura .74 5.3.2 Mô hình Walfsch – Ikegami 75 5.4 Tính toán dung lượng và vùng phủ .77 5.5 Chương trình tính toán mô phỏng .79 5.6 Kết luận chương 83 Kết luận .84 Tài liệu tham khảo 85 Phụ lục 86 6 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Hệ thống điện thoại di động .16 Hình 2.1 Mô hình hệ thống thông tin di động tế bào 24 Hình 2.2 Gọi từ thiết bị di động đến điện thoại cố định .28 Hình 2.3 Gọi từ điện thoại cố định đến điện thoại di động .30 Hình 2.4 Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G .32 Hình 2.5 Quá trình nâng cấp từ GSM lên WCDMA .33 Hình 3.1 Các dịch vụ đa phương tiện trong hệ thống WCDMA 36 Hình 3.2 Cấu trúc của UMTS .37 Hình 3.3 Cấu trúc UTRAN .40 HÌnh 3.4 Mô hình tổng quát các giao diện vô tuyến của UTRAN 42 Hình 4.1 Sơ đồ mạch mã hoá vòng 46 Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý điều chế BPSK .48 Hình 4.3 khoảng cách giữa hai tín hiệu BPSK .48 Hình 4.4 Sơ đồ trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) .52 Hình 4.5 Sơ đồ mạch thanh ghi dịch tạo chuỗi PN .53 Hình 4.6 Sơ đồ mạch thanh ghi dịch tạo chuỗi PN tốc độ cao .54 Hình 4.7 Cấu trúc khung vô tuyến của DPDCH/DPCCH đường lên .56 Hình 4.8 Số thứ tự các khe truy nhập RACH và khoảng cách giữa chúng .58 Hình 4.9 Cấu trúc phát truy nhập ngẫu nhiên .58 Hình 4.10 Cấu trúc khung vô tuyến phần bản tin RACH .59 Hình 4.11 Cấu trúc phát đa truy nhập ngẫu nhiên CPCH .61 Hình 4.12 Cấu trúc khung của DPCH đường xuống 62 Hình 4.13 Cấu trúc khung của DPCH đường xuống 62 Hình 4.14 Cấu trúc khung của kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp 63 Hình 4.15 Cấu trúc khung của S-CCPCH .64 Hình 4.16 Cấu trúc khung kênh đồng bộ 64 Hình 4.17 Cấu trúc khung của PDSCH .65 Hình 4.18 Cấu trúc kênh chỉ thị bắt AICH .66 7 Hình 4.19 Cấu trúc kênh chỉ thị tìm gọi 66 Hình 4.20 Sắp xếp các kênh truyền tải lên kênh vật lý .68 Hình 4.21 Đặc trưng của một phiên dịch vụ gói .70 Hình 5.1 Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến cho hệ thống WCDMA 72 8 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 4.1 Quan hệ và toạ độ của các điểm tín hiệu điều chế QPSK .50 Bảng 4.2 Cấu trúc các trường của DPDCH 57 Bảng 4.3 Các trường số liệu của phần bản tin RACH 60 Bảng 4.4 Trường điều khiển phần bản tin RACH 60 9 BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT ACCH Associated Control Channels Kênh điều khiển liên kết. AI Acquisition Indicator Chỉ thị bắt. AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên tiến. ARQ Automatic Repeat Request Yêu cầu lặp lại tự động. AS Access Stratum Tầng truy nhập. BCCH Broadcast Control Channel Kênh quảng bá điều khiển. BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá. BER Bit Error Ratio Tỷ số bit lỗi. BSC Base Station Controler Bộ điều khiển trạm gốc. BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc. BTS Base Tranceiver Station Trạm vô tuyến thu phát gốc. BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân. CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung. CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập chia theo mã. C/I Carrier to Interference ratio 10 . hiểu về các kỹ thuật trong WCDMA Chương 5 Quy hoạch mạng W-CDMA. 1 Chương này chúng ta sẽ trình bày quá trình quy hoạch mạng WCDMA Trong quá trình làm. giới thiệu về công nghệ WCDMA, cấu trúc mạng và các giao diện vô tuyến cũng như các đặc trưng của 3G và tìm hiểu về các kỹ thuật trong WCDMA và cuối cùng