giải pháp nâng cấp mạng thông tin di động GSM theo công nghệ WCDMA

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG ---------- ----------       ---------- ---------- - Đề tài : Đề tài : GIẢI PHÁP NÂNG CẤP HỆ GIẢI PHÁP NÂNG CẤP HỆ THỐNG THÔNG TIN DIÐĐỘNG GSM THỐNG THÔNG TIN DIÐĐỘNG GSM THEO CẤU TRÚC WCDMA THEO CẤU TRÚC WCDMA T ĐÀ NẴNG - 2005 NGƯỜI HƯỚNG DẪN : Th.S DƯ QUANG BÌNH NGƯỜI THỰC HIỆN : CAO HÀ HẢI ÂU LỚP : 00ĐT3 LỜI CAM ĐOAN LỜI CAM ĐOAN     Đề tài tốt nghiệp “GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM THEO CẤU TRÚC WCDMA”được nghiên cứu và tổng hợp rút ra từ các tài liệu tham khảo [Ở Phần cuối đồ án này] theo em thông tin trong các tài liệu tham khảo trên có độ tin cậy cao và đã được chọn lọc kỹ. Nội dung đề cập trong đồ án không liên quan đến các đồ án tốt nghiệp đã có từ trước. Đây là những hiểu biết trong quá trình làm đề tài của em đã nghiên cứu được. Đà Nẵng, ngày 25 tháng 05 năm 2005 Sinh viên thực hiện Cao Hà Hải Âu. MỤC LỤC MỤC LỤC   LỜI CAM ĐOAN LỜI CAM ĐOAN . . 2 2 MỤC LỤC MỤC LỤC 3 3 BẢNG TRA CỨU TỪ VIẾT TẮT BẢNG TRA CỨU TỪ VIẾT TẮT 6 6 LỜI MỞ ĐẦU LỜI MỞ ĐẦU . . 9 9 CHƯƠNG 1. CẤU TRÚC MẠNG GSM CHƯƠNG 1. CẤU TRÚC MẠNG GSM 1 1 1.1 Giới thiệu chương. 1.1 Giới thiệu chương. . . 1 1 1.2 Đặc điểm chung. 1.2 Đặc điểm chung. . . 1 1 1.3 Kiến trúc mạng của hệ thống GSM. 1.3 Kiến trúc mạng của hệ thống GSM. . . 2 2 1.3.1 Phân hệ trạm gốc (BSS) 3 1.3.2 Hệ thống con chuyển mạch SS .3 1.3.3 Hệ thống con khai thác OSS .4 1.4 Kỹ thuật vô tuyến số trong GSM. 1.4 Kỹ thuật vô tuyến số trong GSM. . . 4 4 1.4.1 Mã hóa kênh .4 1.4.2 Phương pháp đa truy cập trong GSM 5 1.4.3 Giao tiếp vô tuyến .5 1.4.3.1 Kênh vật lý .6 1.4.3.2 Kênh logic 6 1.5 Kết luận chương. 1.5 Kết luận chương. 7 7 CHƯƠNG 2. CẤU TRÚC MẠNG WCDMA CHƯƠNG 2. CẤU TRÚC MẠNG WCDMA . . 8 8 2.1 Giới thiệu chương. 2.1 Giới thiệu chương. . . 8 8 2.2 Sự khác nhau cơ bản giữa giao diện vô tuyến của WCDMA và giao diện 2.2 Sự khác nhau cơ bản giữa giao diện vô tuyến của WCDMA và giao diện vô tuyến thế hệ thứ 2. vô tuyến thế hệ thứ 2. 8 8 2.3 Các thông số chính của WCDMA. 2.3 Các thông số chính của WCDMA. 10 10 2.4 Cấu trúc mạng WCDMA. 2.4 Cấu trúc mạng WCDMA. . . 11 11 2.4.1 Cấu trúc của UTRAN .13 2.4.1.1 Đặc trưng .14 2.4.1.2 Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) .14 2.4.1.3 Node B .15 2.4.1.4 Các chức năng điều khiển của UTRAN .15 2.4.2 Giao diện vô tuyến 16 2.4.2.1 Giao diện UTRAN - CN, Iu .16 2.4.2.2 Giao diện RNC - RNC, Iur 16 2.4.2.3 Giao diện RNC - Node B, Iub 16 2.5 Kết luận chương. 2.5 Kết luận chương. 16 16 CHƯƠNG 3. PHÁT TRIỂN MẠNG WCDMA TRÊN NỀN MẠNG GSM CHƯƠNG 3. PHÁT TRIỂN MẠNG WCDMA TRÊN NỀN MẠNG GSM . . 17 17 3.1 Giới thiệu chương. 3.1 Giới thiệu chương. . . 17 17 3.2 Hoạt động của các hệ thống băng hẹp và WCDMA trong dải tần kế cận. 3.2 Hoạt động của các hệ thống băng hẹp và WCDMA trong dải tần kế cận. . . 17 17 3.3 Các vấn đề đồng quy hoạch mạng vô tuyến. 3.3 Các vấn đề đồng quy hoạch mạng vô tuyến. 19 19 3.3.1 Quá trình đồng quy hoạch .20 3.2.1.1 Tái sử dụng site 21 3.2.1.2 Các giải pháp site .22 3.3.2 Chuyển giao giữa WCDMA và GSM .23 3.2.2.1 Chuyển giao từ WCDMA sang GSM 24 3.2.2.2 Chuyển giao từ GSM sang WCDMA 25 3.3.3 Phân phối lưu lượng và dịch vụ giữa các hệ thống .26 3.3.4 Vùng phủ và dung lượng .27 3.4 Kết luận chương. 3.4 Kết luận chương. 28 28 CHƯƠNG 4. GIẢI PHÁP TRIỂN KHAI CELL WCDMA CHƯƠNG 4. GIẢI PHÁP TRIỂN KHAI CELL WCDMA . . 30 30 4.1 Mở đầu chương. 4.1 Mở đầu chương. . . 30 30 4.2 Triển khai cell. 4.2 Triển khai cell. . . 30 30 4.3 Vấn đề vùng phủ khi phát triển chồng lấn WCDMA lên GSM. 4.3 Vấn đề vùng phủ khi phát triển chồng lấn WCDMA lên GSM. 31 31 4.4 Các vấn đề dung lượng. 4.4 Các vấn đề dung lượng. . . 34 34 4.5 Các cấu trúc cell phân cấp trong mạng WCDMA. 4.5 Các cấu trúc cell phân cấp trong mạng WCDMA. 35 35 4.5.1 Các vấn đề liên quan đến hoạt động của mạng .36 4.5.1.1 Nhiễu .36 4.5.1.2 Điều chỉnh công suất kênh hoa tiêu .37 4.5.2 Một số cấu hình mạng .38 4.6 Tối ưu hóa tài nguyên trong hệ thống sử dụng cấu trúc cell phân cấp. 4.6 Tối ưu hóa tài nguyên trong hệ thống sử dụng cấu trúc cell phân cấp. . . 39 39 4.6.1 Quy trình tổng quan 39 4.6.2 Quy trình áp dụng đối với một lớp cell .41 4.7 Kết luận chương. 4.7 Kết luận chương. 42 42 CHƯƠNG 5. CÁC GIẢI PHÁP ANTEN CHƯƠNG 5. CÁC GIẢI PHÁP ANTEN . . 43 43 5.1 Mở đầu chương. 5.1 Mở đầu chương. . . 43 43 5.2 Các yêu cầu về tần số vô tuyến. 5.2 Các yêu cầu về tần số vô tuyến. . . 43 43 5.2.1 Phát xạ tạp âm và phát xạ giả 43 5.2.2 Nghẽn máy thu 45 5.2.2.1 Nghẽn máy thu giữa GSM900 và GSM1800 .45 5.2.2.2 Nghẽn máy thu giữa GSM900 và UMTS .46 5.2.2.3 Nghẽn máy thu giữa GSM1800 và UMTS .46 5.2.3 Liên điều chế .47 5.2.4 Tổng hợp về vấn đề độ cách ly yêu cầu 50 5.3 Các giải pháp anten. 5.3 Các giải pháp anten. 50 50 5.3.1 Các site song băng 51 5.3.1.1 GSM900 và GSM1800 51 5.3.1.2 GSM900 và UMTS 51 5.3.1.3 GSM1800 và UMTS 51 5.3.2 Các site 3 băng 55 5.3.2.1 Anten song băng 55 5.3.2.2 Anten ba băng 56 5.4 Kỹ thuật chia sẻ phi-đơ. 5.4 Kỹ thuật chia sẻ phi-đơ. 57 57 5.4.1 Các site song băng 57 5.4.2 Site ba băng 58 5.4.3 Các tổn hao phụ 59 5.5 Quy trình thiết kế. 5.5 Quy trình thiết kế. 60 60 5.6 Kết luận chương. 5.6 Kết luận chương. 62 62 CHƯƠNG 6. QUY HOẠCH MẠNG WCDMA CHƯƠNG 6. QUY HOẠCH MẠNG WCDMA 63 63 6.1 Giới thiệu chương. 6.1 Giới thiệu chương. . . 63 63 6.2 Định cỡ mạng. 6.2 Định cỡ mạng. 63 63 6.3 Phân tích quỹ năng lượng đường truyền vô tuyến 6.3 Phân tích quỹ năng lượng đường truyền vô tuyến 65 65 6.3.1 Quỹ năng lượng đường lên .65 6.3.2 Quỹ năng lượng đường xuống 67 6.4 Xác định kích thước cell. 6.4 Xác định kích thước cell. . . 67 67 6.4.1 Mô hình Hata - Okumura 67 6.4.2 Mô hình Walfsch - Ikegami 69 6.5 Tính toán dung lượng và vùng phủ. 6.5 Tính toán dung lượng và vùng phủ. . . 71 71 6.6 Tổng kết chương. 6.6 Tổng kết chương. . . 74 74 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 76 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 77 PHẦN PHỤ LỤC PHẦN PHỤ LỤC . . 78 78 BẢNG TRA CỨU TỪ VIẾT TẮT BẢNG TRA CỨU TỪ VIẾT TẮT   AMPS Advanced Mobile Phone System - Hệ thống điện thoại di động tiên tiến. AUC Authentication Center - Trung tâm nhận thực B B BSS Base Station Subsystem - Hệ thống trạm gốc BER Bit Error Ratio - Tỷ số bit lỗi. BSC Base Station Controler - Bộ điều khiển trạm gốc. BTS Base Tranceiver Station - Trạm vô tuyến gốc. BPSK Binary Phase Shift Keying - Khóa dịch pha nhị phân. C C CDMA Code Division Multiple Access - Đa truy cập chia theo mã. CR Chip Rate - Tốc độ chip. CS Circuit Switch - Chuyển mạch kênh. CN Core Network - Mạng lõi D D DTE Data Terminal Equipment - Thiết bị đầu cuối số liệu. DSSS Direct Sequence Spreading Spectrum - Trải phổ dãy trực tiếp E E ETSI European Telecommunications Standards Institute - Viện Tiêu chuẩn viễn thông châu Âu. EIR Equipment Identity Register - Thanh ghi nhận dạng thiết bị F F FDD Frequency Division Duplex - Ghép kênh song công phân chia theo tần số. FDMA Frequence Division Multiple Access - Đa truy cập phân chia theo tần số FSK Frequency Shift Keying - Khoá điều chế dịch tần. G G GOS Grade Of Service - Cấp độ phục vụ. GSM Global System for Mobile Communication - Thông tin di động toàn cầu GPS Global Position System - Hệ thống định vị toàn cầu. GPRS General Packet Radio Services - Dịch vụ vô tuyến gói chung. GMSC Gateway MSC - Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài. A A GGSN Gateway GPRS Support Node H H Handover Chuyển giao HH Hard Handoff - Chuyển giao cứng. HSCSD Hight Speed Circuit Switched Data - Hệ thống chuyển mạch kênh tốc độ cao. HLR Home Location Register - thanh ghi định vị thường trú I I IMT-2000 International Mobile Telecommunication - Tiêu chuẩn thông tin di động toàn cầu. IMSI International Mobile Subscriber Identity - Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế. ITU-R International Mobile Telecommunication Union Radio Sector - Liên minh viễn thông quốc tế - bộ phận vô tuyến. IWF InterWorking Function - Chức năng tương tác mạng Iu CS Iu Circuit Switched - Iu chuyển mạch kênh Iu PS Iu Packet Switched - Iu chuyển mạch gói L L LAI Location Area Indentify - Nhận dạng vùng vị trí. LLC Logical Link Control - Điều khiển liên kết logic. LR Location Registration - Đăng ký vị trí. M M ME Mobile Equipment - Thiết bị di động. MS Mobile Station - Trạm di động. MSC Mobile Service Switching Center - Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động. N N Node B Là nút logic kết cuối giao diện IuB với RNC. NSS Network and Switching Subsystem - Hệ thống chuyển mạch O O ODMA Opportunity Driven Multiplex Access - Đa truy cập theo cơ hội. OM Operation and Management - Khai thác và bảo dưỡng. P P PLMN Public Land Mobile Network - Mạng di động mặt đất công cộng. PSTN Public Switched Telephone Network - Mạng chuyển mạch thoại công cộng. Q Q QPSK Khóa dịch pha vuông góc. QoS Quality of service - Chất lượng dịch vụ R R RRC Radio Resource Control - Điều khiển tài nguyên vô tuyến. RNC Radio Network Control - Điều khiển mạng vô tuyến RNS Radio Network Subsystem - Hệ thống mạng con vô tuyến S S SIM Subscribe Identity Module - Module nhận dạng thuê bao SDMA Space Division Multiple Access - Đa truy cập phân chia theo không gian SGSN Serving GPRS - General Packet Radio Network Service Node SS Spread Spectrum - Trải phổ T T TACH Traffic and Associated Channel - Lênh lưu lượng và liên kết. TDMA Time Division Multiple Access - Đa truy cập phân chia theo thời gian TDD Time Division Duplex - Ghép song công phân chia thời gian. U U UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network - Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu. UMTS Universal Mobile Telecommunnication System UE User Equipment - Thiết bị người sử dụng USIM UMTS Subscriber Identity - Module nhận dạng thuê bao UMTS V V VLR Visitor Location Register - Thanh ghi định vị tạm trú W W WCDMA Wideband Code Division Multiplex Access - Đa truy cập phân chia theo mã băng rộng. LỜI MỞ ĐẦU LỜI MỞ ĐẦU   Công nghệ viễn thông đang có những bước phát triển tuyệt vời. Cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ khác như đện tử, tin học, quang học, công nghệ viễn thông đã và đang mang đến cho con người những ứng dụng trong tất cả các lĩnh vực: kinh tế , giáo dục, văn hoá, y học, thông tin quãng bá .các quốc gia đều coi viễn thông là một trong những ngành mũi nhọn và đầu tư thích đáng để có những thành tựu những vị trí xứng đáng trong công nghệ ứng dụng công nghệ thông tin, làm đòn bẩy để kích thích sự phát triển của các ngành kinh tế quốc dân khác. Hệ thống thông tin di động trong những năm qua đã phát triển rất nhanh chóng, cung cấp các loại hình dịch vụ đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng. Hiện nay, mạng thông tin di động của Việt Nam đang sử dụng công nghệ GSM, tuy nhiên mạng GSM không đáp ứng được các yêu cầu về dịch vụ mới cũng như đòi hỏi chất lượng dịch vụ ngày càng cao của người sử dụng. Do đó việc nghiên cứu và triển khai mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA là một điều tất yếu. Xuất phát từ những suy nghĩ như vậy nên em đã quyết định chọn đề tài: ” GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM THEO CÔNG NGHỆ WCDMA” Nội dung đồ án gồm 6 chương:  Chương 1: CẤU TRÚC MẠNG GSM Chương này trình bày tổng quan về cấu trúc, kiến trúc mạng và các kỹ thuật vô tuyến của hệ thống thông tin di động GSM và sự cần thiết của việc xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba.  Chương 2: CẤU TRÚC MẠNG WCDMA Giới thiệu công nghệ thông tin di động thế hệ 3 WCDMA và cấu trúc mạng WCDMA.  Chương 3: PHÁT TRIỂN MẠNG WCDMA TRÊN NỀN MẠNG GSM Chương này trình bày các vấn đề ảnh hưởng tương tác giữa hai hệ thống WCDMA - GSM và các giải pháp khắc phục.  Chương 4: GIẢI PHÁP TRIỂN KHAI CELL WCDMA Chương này trình bày các vấn đề về triển khai cell, vùng phủ, tiến trình phát triển của hệ thống tích hợp.  Chương 5: CÁC GIẢI PHÁP ANTEN Chương này trình bày các giải pháp anten dùng trong đồng quy hoạch mạng trên thực tế.  Chương 6: QUY HOẠCH MẠNG WCDMA Chương này trình bày một số bước chính trong quá trình quy hoạch mạng WCDMA. Trong quá trình làm đề tài, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự phê bình, hướng dẫn và sự giúp đỡ của Thầy , Cô, bạn bè. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của Thầy Dư Quang Bình cùng các Thầy cô trong khoa để em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này. Đà Nẵng, ngày 25 tháng 05 năm 2005 Sinh viên thực hiện Cao Hà Hải Âu