Tổng quan về mạng thông tin di động 3g wcdma

LỜI CẢM ƠN Suốt thời gian học tập vừa qua, đƣợc quan tâm, giúp đỡ trƣờng Đại học Vinh, khoa Điện Tử Viễn Thông, em hồn thành khố học Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: - Quý thầy cô khoa Điện Tử Viễn Thơng tận tình bảo em suốt trình học tập - Quý thầy khoa có liên quan cung cấp cho em kiến thức cần thiết cho sinh viên - Trƣờng Đại học Vinh tạo điều kiện cho em học tập suốt thời gian qua Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy LƢU TIẾN HƢNG tận tình hƣớng dẫn giúp đỡ em suốt thời gian thực đồ án tốt nghiệp Cảm ơn tất bạn bè giúp đỡ chia khó khăn q trình thực đồ án Vinh, tháng 05/2011 Sinh viên Hồ Việt Anh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC TÓM TẮT ĐỒ ÁN THUẬT NGỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 12 LỜI MỞ ĐẦU 13 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ THƠNG TIN DI ĐỘNG 3G……………15 1.1 Q trình phát triển hệ thống thông tin di động 3G 15 1.2 Hệ thống thông tin di động hệ 3G 21 1.2.1 Tiêu chuẩn IMT-2000 22 1.2.2 Phân bố tần số cho IMT-2000 24 1.2.3 Mơ hình tổng qt cho mạng IMT-2000 25 1.2.4 Các dịch vụ ứng dụng thông tin di động hệ ba 27 1.3 Kết luận chƣơng 29 CHƢƠNG GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 30 2.1 Giới thiệu chƣơng 30 2.2 Cấu trúc mạng GSM 31 2.2.1 Trạm di động 32 2.2.2.Hệ thống trạm gốc 33 2.2.3.Hệ thống mạng 33 2.2.4 Đa truy cập GSM 34 2.2.5 Các thủ tục thông tin 35 2.2.5.1 Đăng nhập thiết bị vào mạng 35 2.2.5.2 Chuyển vùng 36 2.2.5.3 Thực gọi 36 2.2.5.3.1 Cuộc gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định 36 2.2.5.3.2 Cuộc gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động 37 2.2.5.3.3 Cuộc gọi từ thiết bị di động đến thiết bị di động 38 2.2.5.3.4 Kết thúc gọi 38 2.3 Sự phát triển mạng GSM lên 3G 39 2.3.1 Hệ thống GSM đƣợc nâng cấp bƣớc lên hệ ba 39 2.3.2 Các giải pháp nâng cấp 40 2.4 Kết luận chƣơng 42 CHƢƠNG CẤU TRÚC HỆ THỐNG W - CDMA VÀ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ…………………………………………………………………43 3.1 Cấu trúc hệ thống WCDMA………………………………………… 43 3.1.1 Thiết bị ngƣời sử dụng UE 43 3.1.2 Mạng lõi CN 44 3.1.3 Mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) 45 3.1.3.1 Các thành phần UTRAN 46 3.1.3.2 Các đặc tính UTRAN 47 3.2 Trải phổ W-CDMA 47 3.2.1 Khái quát kỹ thuật trải phổ 47 3.2.2 Khái niệm hệ thống thông tin trải phổ 49 3.2.3 Các phƣơng thức trải phổ 51 3.2.4 Nguyên lí kĩ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS 52 3.2.4.1 Các đặc tính DS-CDMA 54 3.2.4.2 Ƣu nhƣợc điểm DS-CDMA 55 3.3 Công nghệ CDMA băng rộng 56 3.4 Kết luận chƣơng 58 CHƢƠNG GIAO DIỆN VÔ TUYẾN VÀ KỸ THUẬT VÔ TUYẾN 59 4.1 Giao diện vô tuyến 59 4.1.1 Các kênh truyền tải xếp chúng lên kênh vật lý 60 4.1.1.1 Kênh truyền tải riêng 61 4.1.1.2 Các kênh truyền tải chung 61 4.1.1.3 Sắp xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý 62 4.2 Kỹ thuật vô tuyến 64 4.2.1 Vấn để điều khiển công suất 64 4.2.2 Vấn đề chuyển giao 71 4.3 Kết luận chƣơng……………………………………………………… 77 KẾT LUẬN……………………………………………………………… 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………….80 TÓM TẮT ĐỒ ÁN Sự phát triển nhanh chóng dịch vụ số liệu mà IP đặt yêu công nghệ viễn thông di động Thông tin di động hệ sử dụng công nghệ số nhƣng hệ thống băng hẹp đƣợc xây dựng chế chuyển mạch kênh nên đáp ứng đƣợc dịch vụ 3G (thirdgeneration) công nghệ truyền thông hệ thứ ba giai đoạn tiến hóa ngành viễn thông di động Nếu 1G (the first gerneration) điện thoại di động thiết bị analog, có khả truyền thoại 2G (the second generation) ĐTDĐ gồm hai công truyền thoại liệu giới hạn dựa kỹ thuật số Trong bối cảnh ITU đƣa đề án tiêu chuẩn hóa hệ thống thông tin di động hệ thứ với tên gọi IMT – 2000 IMT – 2000 mở rộng đáng kể khả cung cấp dịch vụ cho phép sử dụng nhiều phƣơng tiện thơng tin Mục đích IMT – 2000 đƣa nhiều khả nhƣng đồng thời đảm bảo phát triển liên tục hệ thống thông tin di động hệ thứ hai (2G) vào năm 2000 3G mang lại cho ngƣời dùng dịch vụ giá trị gia tăng cao cấp, giúp thực truyền thông thoại liệu (nhƣ e-mail tin nhắn dạng văn bản), download âm h.nh ảnh với băng tần cao Các ứng dụng 3G thông dụng gồm hội nghị video di động; chụp gửi ảnh kỹ thuật số nhờ điện thoại máy ảnh; gửi nhận e-mail file đính kèm dung lƣợng lớn; tải tệp tin video MP3; thay cho modem để kết nối đến máy tính xách tay hay PDA nhắn tin dạng chữ với chất lƣợng cao… DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ACCH Associated control channel Kênh điều khiển liên kết AICH Acquisition indicator channel Kênh thị bắt ACIR Adjacent channel interference ration Tỷ số nhiễu kênh lân cận AS Access stratum Tầng truy nhập AuC Authentication Centre Trung tâm nhận thực BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Chanel Kênh quảng bá BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BS Base Station Trạm gốc BSS Base Station System Phân hệ trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc (trong GSM) CACH Common Assignment Chanel Kênh ấn định chung CAICH Kênh thị gán kênh CPCH CCCH CPCH Chanel Assignment Indicator chanel Common Control Chanel CCPCH Common Control Physical Chanel Kênh vật lý điều khiển chung CN Core Network Mạng lõi CPCH Common Packet Chanel Kênh gói chung CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh CSMACD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Phƣơng thức truy nhập đa sóng mang kết hợp phát va chạm Kênh điều khiển chung DCH Dedicated Channel Kênh dành riêng DPCH Dedicated Physical Chanel Kênh vật lý dành riêng DPCCH Dedicated Physical Control Chanel DPDCH Dedicated Physical Data Chanel Kênh vật lý điều khiển dành riêng Kênh vật lý liệu dành riêng DTCH Dedicated Traffic Chanel Kênh lƣu lƣợng dành riêng DHO Diversity Handover Chuyển giao phân tập EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution Equipment Identity Register Tốc độ bit tăng cƣờng sử dụng cho nhánh tiến hóa GSM Thanh ghi nhận dạng thiết bị FACH Equivalent Isotropic Radiated Power European Telecommunications Standards Instutute Forward Access Channel Công suất xạ đẳng hƣớng tƣơng đƣơng Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu Kênh truy nhập đƣờng xuống FBI Feedback Information Thông tin phản hồi FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần số FDMA FEC Frequency Division Multiple Access Forward Error Correction Đa truy nhập phân chia theo tần số Mã sửa sai đƣờng xuống FER Frame Error Rate Tỷ lệ lỗi khung GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GMSC Gateway MSC MSC cổng GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vơ tuyến gói chung GSM Global System for Mobile Communications Header Hệ thống thông tin di động toàn cầu Mào đầu EIR EIRP ETSI HDR HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thƣờng trú HSDPA High Speed Downling Packet Access High Speed Uploading Packet Access Handover Truy nhập gói đƣờng xuống tốc độ cao Truy nhập gói đƣờng lên tốc độ cao Chuyển giao HSUPA HO International Electrotechnical Commission IMT-2000 International Mobile Telecommunications 2000 IN Intelligent Network Ủy ban kỹ thuật điện tử quốc tế IS-95 Một phiên CDMA Bắc Mỹ Iur North American Version of the CDMA Standard International telecommunication union ITU Recommendation Working Group 8F UMTS Interface Between 3G MSC/SGSN and RNC UMTS Interface Between RNC and BS UMTS Interface Between RNCs MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập trung gian MAC Message Authentication Code Mã nhận thực tin MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động ME Mobile Equipment Thiết bị di động MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Swithching Center Trung tâm chuyển mạch di động NMS Network Management Subsystem Phân hệ quản lý mạng NMT Nordic Mobile Telephone Mạng điện thoại di động Nauy IEC ITU ITU-R WP8F Iu Iub Tiêu chuẩn viễn thông di động quốc tế 2000 Mạng thông minh Hiệp hội viễn thơng quốc tế Nhóm làm việc 8F tổ chức ITU Giao diện UMTS 3G MSC/SGSN với RNC Giao diện UMTS RNC với BS Giao diện UMTS RNC OSI Open System Interconnection Kết nối hệ thống mở PCCH Paging Control Chanel Kênh điều khiển tìm gọi P-CCPCH Primary Common Control Physical Chanel PCH Paging Chanel Kênh vật lý điều khiển chung sở Kênh tìm gọi PN Pseudo Noise Nhiễu giả ngẫu nhiên PS Packet Switched Chuyển mạch gói P-SCH Physical Shared Chanel Kênh vật lý dùng chung RC Radio Configuration Cấu hình vơ tuyến RANAP RLC Radio Access Network Application Part Radio Link Control Phần ứng dụng mạng truy cập vô tuyến Điều khiển liên kết vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNSAP RNS Radio Network Subsystem Application Part Radio Network Subsystem Phần ứng dụng phân hệ mạng vô tuyến Phân hệ mạng vô tuyến RRC Radio Resource Control RACH Random Access Channel Điều khiển tài nguyên vô tuyến Kênh truy cập ngẫu nhiên SF Spreading Factor Hệ số trải phổ SIR Signal to Interference Ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu SMS Short Message Service Dịch vụ tin ngắn SSC Secondary Synchronization Protocol Site Selection Diversity Transmission Space Time Transmit Diversity Mã đồng thứ cấp SSDT STTD Truyền dẫn phân tậplựa chọn trạm Phân tập truyền dẫn theo thời gian không gian SGSN Serving GPRS Support Node Nút cung cấp GPRS phục vụ SS Spreading spectrum Kỹ thuật trải phổ SCCH Synchronisation Control Chanel Kênh đồng Signalling Connection Control Part S-CCPCH Secondary Common Control Physical Chanel SCH Synchronisation Chanel Phần điều khiển kết nối báo hiệu Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp Kênh đồng SGSN Serving GPRS Support Node Nút phục vụ hỗ trợ GPRS SHCCH Shared Chanel Control Chanel SIM GSM Subcriber Identity Module Kênh điều khiển phân chia kênh Modun thị thuê bao GSM SOH Soft Handover Chuyển giao mềm SRNC Serving Radio Network Controller Serving RNS Bộ điều khiển mạng vô tuyến phục vụ RNS phục vụ Kênh đồng thứ cấp TCP Secondary Synchronisation Chanel Transmission Control Protocol TDD Time Division Duplex TFC Transport Format Combination TFCI Transport Format Combination Indicator Time Hopping CDMA SCCP SRNS S- SCH THCDMA TPC Giao thức điều khiển truyền dẫn Song công phân chia theo thời gian Kết hợp khuôn dạng truyền dẫn Bộ thị kết hợp khuôn dạng truyền dẫn CDMA nhảy thời gian TRAU Transcoder Rate Adaptor Điều khiển công suất truyền dẫn Khối thích ứng tốc độ TAF Terminal Adaptation Function Chức thích ứng đầu cuối Transmit Power Control 10 kênh lƣu lƣợng bắt đầu thông tin với trạm gốc, q trình điều chỉnh cơng suất theo vịng khép kín hoạt động với q trình điều chỉnh cơng suất theo vịng mở Trong q trình điều chỉnh cơng suất theo vịng kín, trạm gốc liên tục giám sát đƣờng truyền đo chất lƣợng đƣờng truyền Nếu chất lƣợng đƣờng truyền nhận đƣợc xấu trạm gốc lệnh cho máy di động, qua đƣờng truyền đi, để tăng công suất Nếu chất lƣợng đƣờng truyền q tốt có nghĩa cơng suất đƣờng truyền vƣợt mức, trƣờng hợp này, trạm gốc lệnh cho máy di động giảm công suất Về mặt nguyên lý, tỷ lệ lỗi khung (FER) dùng để thị chất lƣợng đƣờng truyền Nhƣng cần thời gian dài cho trạm gốc tích lũy đủ bit để tính tốn FER nên Eb/N0 (hoặc SIR) đƣợc sử dụng làm thông tin để thị chất lƣợng đƣờng truyền Ở hệ thống W-CDMA, điều khiển cơng suất vịng kín bao gồm: điều khiển cơng suất vịng điều khiển cơng suất vịng ngồi - Điều khiển cơng suất vịng trong: chế điều khiển công suất nhanh hệ thống W-CDMA Cơ chế điều khiển công suất cịn đƣợc gọi điều khiển cơng suất nhanh - Điều khiển cơng suất vịng ngồi: mục đích giữ cho mức ngƣỡng SIR cho q trình điều khiển cơng suất vòng đƣờng lên tƣơng ứng với mức chất lƣợng dịch vụ phù hợp Trong trình điều khiển cơng suất này, RNC thực vai trị kiểm sốt chất lƣợng kết nối vơ tuyến Do vậy, RNC có khản xác định mức cơng suất cho phép cell mức ngƣỡng SIR BS Để trì chất lƣợng dịch vụ kết nối vơ tuyến, RNC sử dụng chế điều khiển công suất để thay đổi mức ngƣỡng SIR BS đảm bảo thay đổi chất lƣợng dịch vụ nằm tầm kiểm sốt Khi đó, mạng có khản bù thay đổi điều kiện truyền dẫn vô tuyến đạt đƣợc chất lƣợng dịch vụ yêu cầu Cơ chế điều khiển công suất cho tuyến lên nhƣ sau: 67 BTS MS Đo cường độ tín hiệu dẫn đường Mức phát ~ Cường độ dẫn đường BTS MS Hình 4.3 Điều khiển cơng suất vịng hở cho tuyến lên Đầu tiên, MS thâm nhập vào hệ thống điều khiển cơng suất vịng kín chƣa đƣợc khởi tạo Lúc này, MS điều khiển cơng suất theo chế vịng hở, nghĩa MS đo cƣờng độ tín hiệu kênh truyền dẫn thu đƣợc từ BS, sau ƣớc tính cơng suất phát kênh truy nhập Mức công suất phát tỉ lệ nghịch với cƣờng độ tín hiệu dẫn đƣờng thu đƣợc Cụ thể công suất phát trung bình MS là: P[dBm] = - Pmean + NOM_PWR + INIT_PWR – 73 Trong đó: Pmean: cơng suất trung bình thu đƣợc đầu vào máy thu MS NOM_PWR: hệ số sửa đổi chuẩn hố cơng suất BS INIT_PWR: hệ số sửa đổi cho công suất BS Giá trị cụ thể thông số MS đƣợc truyền tin thông số truy nhập truyền kênh nhắn tin Lúc hệ thống khởi tạo vịng điều khiển cơng suất khép kín 68 Nếu MS truy nhập khơng thành cơng, MS tăng công suất phát lên bƣớc gián đoạn, giá trị bƣớc ký hiệu PWR_STEP, vừa thực tổng tích luỹ thay đổi thực hiện, ký hiệu SUMI1 Quá trình nhƣ tiếp diễn truy nhập thành công MS bắt đầu truyền kênh lƣu lƣợng tuyến lên với cơng suất ƣớc tính là: P[dBm] = - Pmean + NOM_PWR + INIT_PWR – 73 + (tổng tích luỹ thay đổi để truy nhập) = - Pmean + NOM_PWR + INIT_PWR – 73 + SUMI1 Một thông tin từ MS tới BS, BS vào tỷ lệ lỗi đƣợc thông báo MS gửi thông tin điều khiển cơng suất vịng kín tới MS Thơng tin đƣợc thực bit điều khiển công suất Nếu bit nghĩa yêu cầu MS tăng công suất lên 1dB, nghĩa yêu cầu MS giảm công suất 1dB BS truyền bit điều khiển công suất cho MS riêng biệt với tốc độ 1,25ms lần (800bps) Điều có nghĩa việc đo cƣờng độ tín hiệu thu đƣợc từ MS BS gần 1,25ms Khi nhận bit điều khiển công suất, công suất đầu MS là: P[dBm] = -Pmean + NOM_PWR + INIT_PWR – 73 + SUMI2 Trong đó: SUMI2(dB) tổng tích luỹ tất hiệu chỉnh cơng suất vịng kín Việc ƣớc tính cơng suất MS 500μs Phạm vi thay đổi tổng cộng ƣớc tính cơng suất vòng hở ±24dB Phạm vi thay đổi điều khiển cơng suất vịng kín ±32dB 69 BTS MS Giám sát chất lượng tín hiệu So sánh với chuẩn Chuẩn Liên hệ với người sử dụng khác Phát lệnh điều khiển công suất BTS MS Nhận lệnh Tăng/giảm cơng suất Hình 4.4 Điều khiển cơng suất vịng kín tuyến lên Q trình điều chỉnh cơng suất theo vịng kín đƣờng truyền lên nhƣ sau: - Trạm gốc liên tục giám sát Eb/N0 đƣờng truyền - Nếu Eb/N0 cao (tức vƣợt q ngƣỡng định) trạm gốc lệnh cho máy di động giảm công suất phát - Nếu Eb/N0 thấp ((tức vƣợt rớt xuống dƣới ngƣỡng định) trạm gốc lệnh cho máy di động tăng công suất phát Trạm gốc gửi lệnh điều chỉnh công suất tới máy di động qua đƣờng truyền Các lệnh điều chỉnh công suất đƣợc đặt dạng bit điều chỉnh công suất (PCBs) Lƣợng công suất máy di động tăng giảm PBC thƣờng +1dB -1dB Vì q trình điều chỉnh cơng suất theo vịng kín để chống lại phađinh Rayleigh nhanh nên đáp ứng máy di động với lệnh điều chỉnh công suất cần phải nhanh Vì lý này, PCB đƣợc gửi trực tiếp kênh lƣu lƣợng Thực tế bit đƣợc rút trộm (Robbed) khỏi kênh lƣu lƣợng để gửi PCB Cơ chế điều khiển công suất cho tuyến xuống nhƣ sau: Cơ chế điều khiển công suất vịng kín cho tuyến xuống tƣơng tự nhƣ tuyến lên BS nhận thông tin MS cung cấp chất lƣợng tín hiệu Thơng tin 70 dạng tốc độ lỗi khung, mà MS đo kênh lƣu lƣợng tuyến xuống đƣợc MS thông báo cách có chu kỳ MS thơng báo tốc độ lỗi vƣợt qua ngƣỡng định Thông tin chất lƣợng tín hiệu đƣợc truyền kênh lƣu lƣợng tuyến lên BTS MS Giám sát chất lượng Thông báo chất lượng thông tin MS BTS Nhận thông báo So sánh với chuẩn Chuẩn Liên hệ với người sử dụng khác Điều chỉnh cơng suất Hình 4.5 Điều khiển cơng suất vịng kín tuyến xuống Phạm vi thay đổi công suất BS ±4dB nhỏ nhiều so với phạm vi thay đổi công suất tuyến lên phụ thuộc vào tốc độ lỗi khung 4.2.2 Vấn đề chuyển giao Đây phƣơng thức cần thiết để thuê bao di động mạng Khi thuê bao di chuyển từ cell sang cell khác kết nối với cell phải 71 đƣợc thiết lập huỷ bỏ kết nối với cell cũ Có nhiều lí phải thực chuyển giao Lí kết nối vô tuyến không thoả mãn tiêu chuẩn định UE UTRAN thực công việc để cải thiện kết nối Hệ thống WCDMA sử dụng chuyển giao on-the-fly thực gọi chuyển mạch kênh Khi thực kết nối chuyển mạch gói, chuyển giao đƣợc thực UE mạng thực truyền gói khơng thành cơng Các điều kiện chuyển giao không phụ thuộc vào loại chuyển giao mà tuỳ thuộc vào chiến lƣợc thực chuyển giao mạng Các điều kiện chuyển giao thƣờng gặp là: điều kiện chất lƣợng tín hiệu, tính chất di chuyển thuê bao, băng tần, điều kiện phân bố lƣu lƣợng Điều kiện chất lƣợng tín hiệu điều kiện chất lƣợng hay cƣờng độ tín hiệu vơ tuyến bị suy giảm dƣới ngƣỡng định đƣợc định nghĩa RNC, suy giảm tín hiệu đƣợc nhận biết cách đo mức tín hiệu Việc đo tín hiệu đƣợc thực UE RNC Chuyển giao phụ thuộc vào chất lƣợng tín hiệu đƣợc thực cho hƣớng lên hƣớng xuống đƣờng truyền dẫn vô tuyến.[1] Chuyển giao nguyên nhân lƣu lƣợng xảy dung lƣợng lƣu lƣợng cell đạt tới giới hạn tối đa cho phép vƣợt ngƣỡng giới hạn Khi đó, thuê bao ngồi rìa cell (có mật độ tải cao) đƣợc chuyển giao sang cell bên cạnh (có mật độ tải thấp) Bằng cách thực chuyển giao nhƣ vậy, tải hệ thống đƣợc phân bố nhu cầu dung lƣợng vùng phủ sóng đƣợc điều chỉnh cách có hiệu để đáp ứng nhu cầu lƣu lƣợng mạng Số lƣợng chuyển giao phụ thuộc vào tốc độ di chuyển thuê bao Khi UE di chuyển theo hƣớng định không thay đổi, tốc độ di chuyển UE cao có nhiều chuyển giao thực UTRAN Để tránh chuyển giao không cần thiết, thuê bao chuyển động với tốc độ cao đƣợc thực chuyển giao từ cell vi mô (micro cell) 72 Tuỳ theo hình thức sử dụng chế chuyển giao, phân chia chuyển giao thành nhóm nhƣ sau: Cùng tần số Chuyển giao cứng Chuyển giao Khác tần số Chuyển giao mềm Chuyển giao mềm - Chuyển giao cứng: dựa nguyên tắc “cắt - trƣớc - nối” xuất node B (BS) không đƣợc đồng với (chẳng hạn thuộc hai hệ thống khác nhau) 2BS sử dụng hai băng tần khác Quá trình chuyển giao diễn trạm gốc sector với sóng mang CDMA khác chuyển vùng từ hệ thống Analog sang CDMA ngƣợc lại Iur RNC BS RNC f1 BS BS f1 f1 BS f2 Hình 4.6 Chuyển giao cứng tần số khác tần số.[1] - Chuyển giao mềm: dựa nguyên tắc “ nối - trƣớc - cắt”, xuất BS mớ bắt đầu thông tin với MS MS tiếp tục thông tin với BS cũ MS thông tin với 2BS tức liên lạc MS BS xảy đồng thời hai kênh giao diện vô tuyến từ hai BS khác 73 Cùng tín hiệu phát từ BS đến MS trừ lệnh điều khiển cơng suất BS1 RNC BS2 Hình 4.7 Chuyển giao mềm.[1] - Chuyển vùng mềm hơn: chuyển vùng MS vùng chồng lấn hai vùng phủ sóng hai sector BS Liên lạc MS BS xảy đồng thời hai kênh giao diện vơ tuyến hai sector Vì cần sử dụng hai mã đƣờng xuống khác để MS phân biệt đƣợc hai tín hiệu Cùng tín hiệu phát từ hai đoạn đến MS Đoạn MS RNC Đoạn BS Hình 4.8 Chuyển giao mềm Số lƣợng chuyển giao phụ thuộc vào tốc độ di chuyển thuê bao Khi UE di chuyển theo hƣớng định không thay đổi, tốc độ di chuyển UE cao có nhiều chuyển giao thực UTRAN Để tránh chuyển giao không cần thiết, thuê bao chuyển động với tốc độ cao đƣợc thực từ cell vi mô đến cá cell vĩ mô Trong trƣờng hợp ngƣợc lại, thuê bao di chuyển chậm, chuyển giao đƣợc thự từ cell vĩ mô sang cell vi mô nhằm cải thiện chất lƣợng tín hiệu 74 Quyết định chuyển giao thông thƣờng đƣợc thực RNC phục vụ thuê bao đó, loại trừ trƣờng hợp chuyển giao lƣu lƣợng (sẽ đƣợc thực MSC) Trình tự chuyển giao gồm có ba phần: pha đo lƣờng, pha định pha thực Đo lƣờng: -Đo tham số -Báo cáo tham số đo đƣợc Quyết định: Các tham số thuật tốn Các đặt tính chuyển giao Thực hiện: -Tính hiệu chuyển giao -Phân bổ tài ngun vơ tuyến Hình 4.9 Trình tự thực chuyển giao Đo lƣờng nhiệm vụ quan trọng q trình chuyển giao, vì: - Mức tính hiệu đƣờng truyền dẫn vô tuyến thay đổi lớn tuỳ thuộc vào fadinh tổn hao đƣờng truyền Những thay đổi phụ thuộc vào môi trƣờng cell tốc độ di chuyển thuê bao - Số lƣợng cá báo cáo đo lƣờng nhiều ảnh hƣởng đến tải hệ thống Để thực chuyển giao, suốt trình liên lạc UE liên tục đo cƣờng độ tín hiệu cell lân cận thông báo kết tới mạng Dựa vào báo cáo từ UE gửi tới mạng, định chuyển giao đƣợc đƣa - Pha định chuyển giao bao gồm đánh giá tổng quan QoS kết nối so sánh với thuộc tính QoS u cầu ƣớc lƣợng từ cell lân cận Tuỳ theo kết so sánh mà mạng có định chuyển giao hay không SRNC kiểm tra giá trị báo cáo đo đạc để kích hoạt điều kiện chuyển giao 75 - Thực chuyển giao: Các bƣớc thực chuyển giao đƣợc thể hình vẽ sau: Giưới hạn chuyển giao Tín hiệu tổng Cường độ tín hiệu Ngưỡng Ngưỡng Tín hiệu B Tín hiệu A Thời gian Hình 4.10 Ngun tắc chung thuật tốn chuyển giao Giả sử thuê bao UE cell chuyển động phía cell B, tín hiệu hoa tiêu cell A (tại UE thực kết nối) bị suy giảm đến mức ngƣỡng giới hạn dƣới (nhƣ hình vẽ) Khi đạt tới mức ngƣỡng giới hạn dƣới, xuất kích thích chuyển giao theo bƣớc sau: Bƣớc 1: Cƣờng độ tín hiệu A với ngƣỡng giới hạn dƣới Mặt khác, tuỳ theo tín hiệu đo UE, RNC phát có tín hiệu cell bên cạnh ( tín hiệu B), tín hiệu có cƣờng độ đủ để cải thiện chất lƣợng kết nối Do đó, RNC nhập tín hiệu B vào tập tích cực Khi đó, UE có hai kết nối đồng thời tới UTRAN UE thu tín hiệu tổng từ hai kết nối Bƣớc 2: Tại vị trí này, chất lƣợng tín hiệu B tốt tín hiệu A Do đó, RNC coi vị trí điểm bắt đầu tính tốn giới hạn chuyển giao Bƣớc 3: Cƣờng độ tín hiệu B tốt ngƣỡng giới hạn dƣới Do mức tín hiệu đủ để thoả mãn yêu cầu chất lƣợng dịch vụ QoS kết nối Bên cạnh tín hiệu tổng UE lại vƣợt ngƣỡng giới hạn có khả gây nhiễu cho hệ thống Do đó, RNC xố tín hiệu A khỏi tập tích cực 76 Do hƣớng di chuyển UE ngẫu nhiên, UE quay trở lại cell A sau thực chuyển giao lần thứ nhất, gây hiệu ứng ping-pong Hiệu ứng làm ảnh hƣởng khơng tốt tới lƣu lƣợng hệ thống nhƣ tồn hoạt động hệ thống 4.3 Kết luận chƣơng Trên quan điểm dịch vụ hệ thống hệ ba hệ thống băng rộng, khơng thể thiết kế lớp vật lý cho dịch vụ thoại mà cần đảm bảo tính linh hoạt cho dịch vụ tƣơng lai Ngoài đề cập đến giao diện vô tuyến bao gồm chuyển giao điều khiển công suất Chuyển giao đƣợc khởi đầu thực mà ngƣời sử dụng khơng có ý định thông tin kênh lƣu lƣợng đồng thời với hai BS Trong 3G sử dụng công nghệ WCDMA, điều khiển công suất quan trọng nhằm đạt đƣợc mức chất lƣợng định Song song với trình điều khiển cơng suất cần có chuyển giao mềm để tránh hiệu ứng gần xa giảm nhiễu giao thoa hệ thống Để điều khiển công suất hoạt động UE ln thử kết nối với BS mà từ BS đó, UE thu đƣợc tín hiệu mạnh Chuyển giao mềm đảm bảo đƣợc UE thời điểm đƣợc kết nối đến tín hiệu mạnh nhất, chuyển giao cứng khơng đảm bảo đƣợc điều 77 KẾT LUẬN Trƣớc bùng nổ nhu cầu truyền thông không dây số lƣợng, chất lƣợng loại hình dịch vụ, cơng nghệ GSM đƣợc phát triển để hỗ trợ đáp ứng Tuy nhiên, tốc độ mạng GSM thời chậm khơng đáp ứng đƣợc, điều địi hỏi nhà khai thác phải có đƣợc cơng nghệ truyền thơng khơng dây nhanh tốt Việc sử dụng hệ thống chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD) nâng đƣợc tốc độ liệu mạng GSM lên đến 57.6KBps, nhiên công nghệ chƣa đáp ứng thích đáng yêu cầu mặt kỹ thuật Giải pháp GPRS, EDGE mạng GSM sau nâng cấp lên W-CDMA giải pháp khả thi thích hợp với nƣớc phát triển nhƣ nƣớc ta tận dụng đƣợc sở hạ tầng mạng GSM đồng thời có quỹ đầu tƣ để tiến lên 3G Dịch vụ vơ tuyến gói chung GPRS tạo tốc độ cao chủ yếu nhờ vào kết hợp khe thời gian, nhiên kỹ thuật dựa phƣơng thức điều chế GMSK nên hạn chế tốc độ truyền Giải pháp dịch vụ vô tuyến gói chung nâng cao EDGE khắc phục đƣợc hạn chế cách thay phƣơng thức điều chế GMSK 8PSK, điều giúp nâng cao tốc độ mạng GPRS lên đến lần Khó khăn chủ yếu liên quan đến kỹ thuật vô tuyến máy đầu cuối việc thay đổi kỹ thuật điều chế Tuy nhiên EDGE hoạt động dựa trên sở chuyển mạch kênh chuyển mạch gói hạn chế tốc độ 384KBps nên khó khăn việc ứng dụng dịch vụ đòi hỏi việc chuyển mạch linh động tốc độ truyền liệu lớn Lúc giải pháp đƣa nâng cấp lên hệ thống WCDMA Việc nâng cấp hệ thống thông tin di động lên hệ ba đáp ứng đƣợc yêu cầu Trong tƣơng lai, mà công nghệ 3G không đáp ứng đƣợc u cầu cơng nghệ thơng tin di động hệ tƣ giải pháp với tốc độ lên tới 34Mbps Trong khuôn khổ đề tài em tìm hiểu tổng quát giải pháp nâng cấp mạng 78 GSM lên W-CDMA Do có nhiều chuẩn nâng cấp nhƣ nhiều giải pháp nâng cấp tập đồn viễn thơng khác nên đề tài đƣa đƣợc bƣớc lộ trình nâng cấp kiến trúc hệ thống kỹ thuật vô tuyến số sở lý thuyết mà sâu vào giải pháp chi tiết Cuối em xin chân thành cảm ơn TS Lƣu Tiến Hƣng thầy cô giáo khoa Điện tử viễn thơng - Trƣờng ĐH Vinh nhiệt tình hƣớng dẫn em hoàn thành đồ án Một lần em xin chân thành cảm ơn! Vinh, tháng 05/2011 Sinh viên Hồ Việt Anh 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] LGIC - Tổng cục bƣu điện, “Thông tin di động (2 tập),” Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 1997 [2] Minh ngọc – Phú Thành, “Mạng viễn thông chuyển giao dịch vụ mạng,” Nhà xuất thống kê, 2002 [3] Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động hệ (2 tập),” Nhà xuất bƣu điện, 2001 [4] Tổng cục bƣu điện, “Thông tin di động số,” Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 1993 [5] Vũ Đức Thọ, “Thông tin di động số Cellular,” Nhà xuất giáo dục, 1997 [6] KS Nguyễn Văn Thuận, “Hệ thống thông tin di động W-CDMA”, Học viện bƣu viễn thơng, 2004 [7] Đinh Thị Thái Mai, “Hệ thống thông tin đại”, ĐH Công Nghệ Hà Nội [8] Clint Smith, Daniel Collins, “3G Wireless networks,” McGraw-Hill Telecom, 2002 [9] M.R.Karim and M.Sarrap, “W-CDMA and CDMA 2000 for 3G Mobile Networks,” McGraw-Hill Telecom professional, 2002 [10] Hedberg, Tetal, “Evolving WCDMA,” Ericsson White Paper, March 2001 [11] Một số trang web chuyên ngành nhƣ : www.WebProForum.com, www.iec.org, www.xdsl.com, www.tuketu.com, www.dslforum.org 80 [12] Tham khảo nhiều Website của:http://www.google.com.vn Và số Websites:http:// www.thongtincongnghe.com, http:// www wimaxpro.org, http://www.tapchibcvt.gov.vn 81 ... mặt, thông tin di động tiếp tục phát triển sang hệ Hiện hệ thống thông tin di động số giai đoạn chuyển từ hệ + sang hệ Thông tin di động hệ ba phải hệ thống thông tin di động cho dịch vụ di động. .. Dịch vụ di động: + Dịch vụ di động: Dịch vụ di động đầu cuối / di động cá nhân / di động dịch vụ + Dịch vụ thông tin định vị: Theo dõi di động/ theo dõi di động thông minh - Dịch vụ viễn thông. .. MỞ ĐẦU 13 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ THƠNG TIN DI ĐỘNG 3G? ??…………15 1.1 Q trình phát triển hệ thống thông tin di động 3G 15 1.2 Hệ thống thông tin di động hệ 3G 21 1.2.1 Tiêu chuẩn