Công nghệ w CDMA và quy hoạch mạng w CDMA luận văn tốt nghiệp đại học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ®å ¸n tèt nghiÖp §Ò Tµi: CÔNG NGHỆ W- CDMA VÀ QUY HOẠCH MẠNG W- CDMA Người hướng dẫn : ThS. NGUYỄN ANH QUỲNH Sinh viên thực hiện : Lª TiÕn TRƯỜNG Lớp : 47K – ĐTVT VINH - 2011 1 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. Các kĩ thuật không ngừng được hoàn thiện đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng. Công nghệ điện thoại di động phổ biến nhất thế giới GSM đang gặp nhiều cản trở và sẽ sớm bị thay thế bằng những công nghệ tiên tiến hơn, hỗ trợ tối đa các dịch vụ như Internet, truyền hình . Hệ thống viễn thông di động thế hệ hai là GSM và IS 95. Những công nghệ này ban đầu được thiết kế để truyền tải giọng nói và nhắn tin. 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 (Dịch vụ vô tuyến chuyển mạch gói), 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, định vị và tìm kiếm thông tin, truy cập Internet, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe nhạc và xem video chất lượng cao,… Truyền thông di động ngày nay đã và đang đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống. Việc vẫn có thể giữ liên lạc với mọi người trong khi di chuyển đã làm thay đổi cuộc sống riêng tư và công việc của chúng ta. Thế giới đang có 2 hệ thống 3G được chuẩn hóa song song tồn tại, một dựa trên công nghệ CDMA còn gọi là CDMA 2000, chuẩn còn lại do dự án 3rd Generation Partnership Project (3GPP) thực hiện. 3GPP đang xem xét tiêu chuẩn UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access TS. Tiêu chuẩn này có 2 sơ đồ truy nhập vô tuyến. Một trong số đó được gọi là CDMA băng thông rộng (WCDMA). 2 “Ngày 10/3/2005, Bộ BCVT đã tiến hành nghiệm thu đề tài xây dựng tiêu chuẩn thiết bị đầu cuối thông tin di động WCDMA (UTRA-FDD) mã số 49-04-KTKT-TC dành cho công nghệ 3G. Theo đánh giá của các thành viên phản biện, việc xây dựng và hoàn thành công trình là một việc làm cần thiết, có ý nghĩa và đặc biệt là độ khả thi trong giai đoạn hiện nay, khi nhu cầu phát triển lên 3G là một xu hướng tất yếu ở Việt Nam, nhất là các nhà di động mạng GSM” (Theo báo điện tử VietNamNet). Xuất phát từ ý tưởng muốn tìm hiểu công nghệ W-CDMA và mạng W- CDMA em đã thực hiện đồ án: “Công nghệ W-CDMA và qui hoạch mạng W- CDMA”. Đồ án này em trình bày 5 chương, với nội dung chính là chương3, chương 4, chương 5, gồm có : Chương 1: Tổng quan về thông tin di động Chương 2: Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM Chương 3: Công nghệ di động thế hệ ba W-CDMA Chương 4: Các giải pháp kỷ thuật trong W_CDMA Chương 5: Quy hoạch mạng W-CDMA 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 thầy giáo Thạc Sỹ NGUYỄN ANH QUỲNH và các thầy cô giáo đã giúp em hoàn thành đồ án này ! Vinh, ngày 20 tháng 4 năm 2011. Người thực hiện LÊ TIẾN TRƯỜNG 3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ 1.1. Giới thiệu Ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940, đến nay thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ. Thế hệ không dây thứ 1 là thế hệ thông tin tương tự sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia phân chia theo tần số (FDMA). Thế hệ thứ 2 sử dụng kỹ thuật số với công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo mã (CDMA). Thế hệ thứ 3 ra đời đánh giá sự nhảy vọt nhanh chóng về cả dung lượng và ứng dụng so với các thế hệ trước đó, và có khả năng cung cấp các dịch vụ đa phương tiện gói là thế hệ đang được triển khai ở một số quốc gia trên thế giới. Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động trên thế giới được thể hiện sự phát triển của hệ thống điện thoại tổ ong (CMTS: Cellular Mobile Telephone System) và nhắn tin (PS: Paging System) tiến tới một hệ thống chung toàn cầu trong tương lai. Hình 1.1 thể hiện một mạng điện thoại di động tổ ong bao gồm các trạm gốc(BTS). Hình 1.1: Hệ thống điện thoại di động 3 1.2. Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1 Phương pháp đơn giản nhất về truy nhập kênh là đa truy nhập phân chia tần số. Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) và chỉ hổ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người sử dụng. Với FDMA, khách hàng được cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần số. Sơ đồ báo hiệu của hệ thống FDMA khá phức tạp, khi MS bật nguồn để hoạt động thì nó dò sóng tìm đến kênh điều khiển dành riêng cho nó. Nhờ kênh này, MS nhận được dữ liệu báo hiệu gồm các lệnh về kênh tần số dành riêng cho lưu lượng người dùng. Trong trường hợp nếu số thuê bao nhiều hơn so với các kênh tần số có thể, thì một số người bị chặn lại không được truy cập. Đa truy nhập phân chia theo tần số nghĩa là nhiều khách hàng có thể sử dụng được dãi tần đã gán cho họ mà không bị trùng nhờ việc chia phổ tần ra thành nhiều đoạn. Phổ tần số quy định cho liên lạc di dộng được chia thành 2N dải tần số kế tiếp, và được cách nhau bằng một dải tần phòng vệ. Mỗi dải tần số được gán cho một kênh liên lạc. N dải kế tiếp dành cho liên lạc hướng lên, sau một dải tần phân cách là N dải kế tiếp dành riêng cho liên lạc hướng xuống . Đặc điểm: -Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến -Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể . -BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS . Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di dộng tiên tiến (Advanced Mobile phone System - AMPS). Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản. Tuy nhiên hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ. Vì các khuyết điểm trên mà nguời ta 4 đưa ra hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 ưu điểm hơn thế hệ 1 về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp. 1.3. Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 Cùng với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao cả về số lượng và chất lượng, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 được đưa ra để đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số . Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng điều chế số . Và chúng sử dụng 2 phương pháp đa truy cập: - Đa truy cập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access -TDMA). - Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access -CDMA). 1.3.1. Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA Với phương pháp truy cập TDMA thì nhiều người sử dụng một sóng mang và trục thời gian được chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để dành cho nhiều người sử dụng sao cho không có sự chồng chéo. Phổ quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ một khung. Các thuê bao khác dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian, mỗi thuê bao được cấp phát cho một khe thời gian trong cấu trúc khung. Đặc điểm: -Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số. -Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong đó một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy di động và một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ máy di động đến trạm gốc. Việc phân chia tần như vậy cho phép các máy thu và máy phát có thể hoạt động cùng một lúc mà không sợ can nhiễu nhau. -Giảm số máy thu phát ở BTS. -Giảm nhiễu giao thoa. 5 Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile Communications - GSM). Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn kỹ thuật FDMA. Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng xử lý không quá 106 lệnh trong 01 giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử lý hơn 50x106 lệnh trên giây. 1.3.2. Đa truy cập phân chia theo mã CDMA Với phương pháp đa truy cập CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau. Những người sử dụng nói trên được phân biệt với nhau nhờ dùng một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai. Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại mỗi cell trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên (Pseudo Noise - PN). Đặc điểm của CDMA: -Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz. -Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp. -Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường rất nhỏ và chống fading hiệu quả hơn FDMA, TDMA -Việc các thuê bao MS trong cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn vấn đề, chuyển giao trở thành mềm, điều khiển dung lượng cell rất linh hoạt. 1.4. Hệ thống thông tin di động thế hệ ba Công nghệ thông tin di động số thế hệ ba. Công nghệ này liên quan đến những cải tiến đang được thực hiện trong lĩnh vực truyền thông không dây cho điện thoại và dữ liệu thông qua bất kỳ chuẩn nào trong những chuẩn hiện nay. Đầu tiên là tăng tốc độ bit truyền từ 9.5Kbps lên 2Mbps. Khi số lượng thiết bị cầm tay được thiết kế để truy cập Internet gia tăng, yêu cầu đặt ra là phải có được công nghệ truyền thông không dây nhanh hơn và chất lượng 6 hơn. Công nghệ này sẽ nâng cao chất lượng thoại, và dịch vụ dữ liệu sẽ hỗ trợ việc gửi nội dung video và multimedia đến các thiết bị cầm tay và điện thoại di động. Các hệ thống thông tin di động số hiện nay đang ở giai đoạn chuyển từ thế hệ 2.5G sang thế hệ 3 (3 - Generation). Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng và các dịch vụ thông tin di động, ngay từ đầu những năm đầu của thập kỷ 90 người ta đã tiến hành nghiên cứu hoạch định hệ thống thông tin di động thế hệ ba. ITU-R đang tiến hành công tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000. Ở châu Âu ETSI đang tiến hành tiêu chuẩn hóa phiên bản này với tên gọi là UMTS (Universal Mobile Telecommunnication System). Hệ thống mới này sẽ làm việc ở dải tần 2GHz. Nó sẽ cung cấp nhiều loại hình dịch vụ bao gồm các dịch vụ thoại và số liệu tốc độ cao, video và truyền thanh. Tốc độ cực đại của người sử dụng có thể lên đến 2Mbps. Người ta cũng đang tiến hành nghiên cứu các hệ thống vô tuyến thế hệ thứ tư có tốc độ lên đến 32Mbps. Hệ thống thông tin di động thế hệ ba được xây dựng trên cơ sở IMT – 2000 với các tiêu chí sau: - Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz với đường lên có dải tần 1885- 2025MHz và đường xuống có dải tần 2110-2200MHz. - Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến, tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến, đồng thời tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông. - Hệ thống thông tin di động 3G sử dụng các môi trường khai thác khác nhau. - Có thể hỗ trợ các dịch vụ như: Môi trường thông tin nhà ảo (VHE – Vitual Home Environment) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạch toàn cầu; Đảm bảo chuyển mạng quốc tế; Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói. - Dể dàng hỗ trợ các dich vụ mới xuất hiện. 7 Các hệ thống thông tin di động thế hệ hai phát triển thông dụng nhất hiện nay là: GSM, cdmaOne (IS-95), TDMA (IS-136), PDC. Trong quá trình thiết kế hệ thống thông tin di động thế hệ ba, các hệ thống thế hệ hai được cơ quan chuẩn hóa của từng vùng xem xét để đưa ra các đề xuất tương ứng thích hợp với mỗi vùng. 1.5. Kết luận chương Chương này đã giới thiệu tổng quan về quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động. Với nhu cầu không ngừng tăng lên của người sử dụng cả về chất lượng và số lượng, nhu cầu trao đổi thông tin ở trình độ cao và đa dạng sự phát triển ấy là tất yếu. Hiện nay công nghệ 3G đang được ứng dụng một cách mạnh mẽ ở các nước trên thế giới với các dịch vụ tiện ích như điện thoại truyền hình, truy nhập internet, … 8 Chương 2 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 2.1. Giới thiệu chương Chương này sẽ giới thiệu về sự hình thành và phát triển của hệ thống thông tin di động GSM, kiến trúc mạng GSM, phương pháp đa truy cập trong GSM, các thủ tục thông tin của thuê bao sử dụng trong mạng và sự cần thiết phải nâng cấp mạng GSM lên thế hệ 3G. Lịch sử hình thành GSM bắt đầu từ một đề xuất vào năm 1982 của Nordic Telecom và Netherlands tại CEPT (Conference of European Post and Telecommunication) để phát triển một chuẩn tế bào số mới đáp ứng với nhu cầu ngày càng tăng của mạng di động Châu Âu. Ủy ban Châu Âu (EC) đưa ra lời hướng dẫn yêu cầu các quốc gia thành viên sử dụng GSM cho phép liên lạc di động trong băng tần 900MHz. Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) định nghĩa GSM khi quốc tế chấp nhận tiêu chuẩn hệ thống điện thoại tế bào số. Lời đề xuất có kết quả vào tháng 9 năm 1987, khi 13 nhà điều hành và quản lý của nhóm cố vấn CEPT GSM thỏa thuận ký hiệp định GSM MoU “Club”, với ngày khởi đầu là 1 tháng 7 năm 1991. GSM là từ viết tắt của Global System for Mobile Communications (hệ thống thông tin di động toàn cầu), trước đây có tên là Groupe Spécial Mobile. Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM là hệ thống thông tin tế bào số tích hợp và toàn diện, được phát triển đầu tiên ở Châu Âu và đã nhanh chóng phát triển trên toàn thế giới, mạng được thiết kế phù hợp với hệ thống ISDN và các dịch vụ mà GSM cung cấp là một hệ thống con của dịch vụ ISDN chuẩn. 9 . mạng GSM” (Theo báo điện tử VietNamNet). Xuất phát từ ý tưởng muốn tìm hiểu công nghệ W- CDMA và mạng W- CDMA em đã thực hiện đồ án: Công nghệ W- CDMA và. TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ®å ¸n tèt nghiÖp §Ò Tµi: CÔNG NGHỆ W- CDMA VÀ QUY HOẠCH MẠNG W- CDMA Người hướng dẫn : ThS.