Tiến trình phát triển từ gsm lên wcdma

Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA LỜI NÓI ĐẦU Liên lạc nhu cầu người nên thơng tin di động đóng vai trị khơng thể thiếu Trong GSM công nghệ dùng phổ biến giới GSM hệ thống có tiêu chuẩn rõ ràng, dễ dàng triển khai lắp đặt, đồng thời áp dụng cấu trúc mở nên GSM có tính lưu động cao đem lại nhiều dịch vụ cho khách hàng Với ưu điểm mình, hệ thống GSM khẳng định vị mạnh mẽ, trội giới thông tin di động năm qua Tuy nhiên, với phát triển xã hội, GSM ngày lộ nhiều yếu điểm : đáp ứng nhu cầu thông tin thoại, dịch vụ tin ngắn với tốc độ thấp, hạn chế dung lượng phục vụ v.v Trong lưu lượng thuê bao không ngừng tăng lên ,cũng nhu cầu truy cập thông tin với tốc độ cao đặc biệt nhu cầu sử dụng ứng dụng đa phương tiện như: Điện hoại thấy hình, Video trực tuyến, E-mail, World wide web v.v đòi hỏi tốc độ truyền số liệu phải cao băng thông lớn Lúc hệ thống GSM khơng cịn khả đáp ứng mà địi hỏi cơng nghệ phù hợp hệ thống thơng tin di động hệ hay (3G) cụ thể đường GSM tiến tới CDMA băng thơng rộng (WCDMA) Trước tình hình đó, hiệp hội GSM giới nghiên cứu đưa giải pháp để tiến lên xây dựng hệ thống thông tin di động hệ sở tận dụng tối đa hạ tầng mạng GSM sẵn có việc xây dựng qua tiêu chuẩn chuyển tiếp GPRS, EDGE Trong GPRS giải pháp khuyến nghị cho nhà cung cấp dịch vụ giới có Việt Nam Ở Việt Nam nay, mạng di động lớn Mobiphone, Vinaphone, Viettel, liên doanh EVN Telecom Vietnammobile…đã dành quyền cấp phát 3G thực triển khai công nghệ với mong muốn đưa đến cho người sử dụng thời gian sớm Dưới hướng dẫn thầy Nguyễn Phúc Ngọc,trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em tìm hiều Tiến trình phát triển Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA từ GSM lên WCDMA với mục đích tìm hiểu giải pháp kĩ thuật mà nhà cung cấp dịch vụ viễn thông sử dụng trình tiến lên 3G Nội dung đồ án kết cấu làm chương với nội dung sau: Chƣơng 1: Lịch sử phát triển hệ thống thơng tin di động Tìm hiểu phát triển hệ thống thông tin di động phát triển phương pháp đa truy nhập hệ thống thơng tin di động Chƣơng 2: Lộ trình phát triển từ GSM 2G lên WCDMA hệ Tìm hiểu trình tiến lên 3G GSM cấu trúc hệ thống 2,5G sơ kế thừa từ GSM Chƣơng 3:Hệ thống thông tin di động hệ WCDMA Tìm hiểu hệ thống thông tin di động hệ 3WCDMA sở kế thừa từ hệ thống GSM Em xin trân trọng cảm ơn! Vinh, tháng năm 2010 Sinh viên Hồ Văn Chiến Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .8 CHƢƠNG LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG .15 1.1 Sự đời phát triển hệ thống thông tin di động .15 1.2 Sự phát triển phƣơng pháp đa truy nhập 18 1.2.1.FDMA: .19 1.2.2.TDMA: .19 1.2.3.CDMA: .20 CHƢƠNG LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ GSM 2G LÊN WCDMA THẾ HỆ 21 2.1 Lộ trình phát triển lên 3G 21 2.2 Các yếu tố cần chuyển đổi từ 2G lên 3G 23 2.3 Hệ thống thông tin di động GSM 24 2.3.1.Tổng quan 24 2.3.2 Các đặc điểm mạng thông tin di động GSM 25 2.3.3 Cấu trúc mạng GSM 27 2.3.3.1 Phân hệ trạm gốc (BSS) 28 2.3.3.2 Phân hệ chuyển mạch (SS .29 2.3.3.3 Phân hệ khai thác hỗ trợ (OSS) 30 2.3.4 Kiến trúc địa lý 30 2.3.4.1 Vùng mạng : Tổng đài vô tuyến cổng (Gateway - MSC) .30 2.3.4.2 Vùng phục vụ MSC/VLR 31 2.3.4.3 Vùng định vị LA (Location Area) 31 2.4 Công nghệ HSCSD .31 2.5 Công nghệ GPRS 34 2.5.1 Cấu trúc mạng GPRS 36 2.5.1.1 Những điểm cấu trúc mạng GPRS so với GSM 36 2.5.1.2 Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS .37 2.5.1.3 Nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN) .39 2.5.1.4 Hệ thống trạm gốc BSS 39 2.5.1.5 Phần chuyển mạch 40 2.5.1.6 Thiết bị đầu cuối GPRS 41 2.5.2 Cấu trúc đa khung giao diện vô tuyến GPRS 41 2.5.3 Các kênh logic GPRS 42 2.6 Công nghệ EDGE 43 2.6.1 Kiến trúc mạng EDGE .44 2.6.2 Điều chế 44 Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA 2.6.3 Các kênh logic giao diện vô tuyến 45 2.6.4 Giao thức ứng dụng vô tuyến (WAP) 46 CHƢƠNG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ .48 3.1.Giới thiệu chung công nghệ WCDMA thay đổi hạ tầng mạng nâng cấp lên mạng hệ .48 3.2 Công nghệ CDMA sử dụng hệ thống 3G 52 3.2.1 Nguyên lý trải phổ CDMA 52 3.2.2 Kỹ thuật trải phổ giải trải phổ 53 3.2.3 Kỹ thuật đa truy nhập CDMA .54 3.3 Hệ thống WCDMA 56 3.3.1 Các mã trải phổ 56 3.3.2 Phƣơng thức song công 59 3.3.3 Dung lƣợng mạng 59 3.3.4 Phân tập đa đƣờng – Bộ thu RAKE 60 3.3.5 Trạng thái cell 61 3.3.6 Cấu trúc Cell 62 3.4 Giới thiệu kiến trúc mạng 3G 63 3.4.1 Giới thiệu chung .63 3.4.2 Cấu trúc hệ thống UMTS 67 3.4.2.1 Thiết bị đầu cuối mạng UE 67 3.4.2.2 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 69 3.4.2.3 Mạng lõi (CN) 74 3.4.3 Các giao diện hệ thống UMTS .76 3.4.4 Cấu trúc kênh 79 3.4.4.1 Các kênh logic 79 3.4.4.2 Các kênh truyền dẫn .80 3.4.4.3 Cấu trúc kênh vật lý 80 3.4.5 Vấn đề chuyển giao 81 3.4.5.1 Mục đích chuyển giao 81 3.4.5.2 Trình tự chuyển giao .82 3.4.5.3 Các loại chuyển giao .85 3.4.6 Điều khiển công suất 89 3.4.6.1 Điều khiển công suất vòng mở .90 3.4.6.2 Điều khiển công suất vòng kín .91 3.4.6.3 Các trƣờng hợp điều khiển công suất đặc biệt .92 KẾT LUẬN 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Lộ trình phát triển hệ thống thơng tin di động 18 Hình 1.2: Các công nghệ đa truy nhập 19 Hình 2.1: Lộ trình phát triển từ 2G lên 3G 21 Hình 2.2: Qúa trình phát triển từ GSM lên 3G 22 Hình 2.3: Các yếu tố cần chuyển đổi từ 2G lên 3G 23 Hình 2.4: Cấu trúc mạng GSM 27 Hình 2.5: Các luồng số liệu kết hợp IWF 32 Hình 2.6: Cấu trúc hệ thống HSCSD 33 Hình 2.7: Cấu trúc mạng GSM/GPRS 35 Hình 2.8: Cấu trúc mạng GPRS 36 Hình 2.9: Cấu trúc EDGE GSM/GPRS 44 Hình 2.10 : Cấu hình hệ thống WAP 46 Hình 3.1: Phương án chung mạng lõi 49 Hình 3.2: Phương án thêm mạng lõi 50 Hình 3.3: Phương án tích hợp chung 50 Hình 3.4: Sự phát triển liền mạch 51 Hình 3.5: Quá trình trải phổ giải trải phổ 53 Hình 3.6: Trải phổ CDMA 54 Hình 3.7: Công nghệ đa truy nhập CDMA 54 Hình 3.8: Nguyên lý đa truy nhập trải phổ 55 Hình 3.9: Quá trình trải phổ trộn 56 Hình 3.10: Cây mã định kênh 57 Hình 3.11: Truyền sóng đa đường 60 Hình 3.12: Các chế độ UE trạng thái điều khiển 61 Hình 3.13: Cấu trúc cell UMTS 63 Hình 3.14: Kiến trúc hệ thống UMTS 64 Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA Hình 3.15: Cấu trúc quản lý tài nguyên 65 Hình 3.16: Cấu trúc dịch vụ 66 Hình 3.17: Kiến trúc UTRAN 69 Hình 3.18: Cấu trúc logic nút B 70 Hình 3.19: Cấu trúc RNC 71 Hình 3.20: Cấu trúc mạng lõi 74 Hình 3.21: Giao diện Iu kết nối UTRAN với CN 78 Hình 3.24: Tiến trình thực chuyển giao 83 Hình 3.25: Nguyên tắc chung thuật toán chuyển giao 85 Hình 3.26 Chuyển giao cứng tần số 86 Hình 3.27: Chuyển giao cứng khác tần số 87 Hình 3.28: Chuyển giao mềm tần số 88 Hình 3.29: Chuyển giao mềm tần số 89 Hình 3.30: Các chế điều khiển cơng suất WCDMA 90 Hình 3.31: OLPC đường lên 91 Hình 3.32: Cơ chế điều khiển cơng suất CLPC 92 Hình 3.33: Điều khiển công suất kết hợp với chuyển giao mềm 94 Hình 3.34: Phân tập lựa ch n trạm 95 Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Tiến trình phát triển hệ thống thơng tin di động 18 Bảng 2.1: Những điểm cấu trúc mạng GPRS so với GSM 38 Bảng 3.1: Các mã UMTS 59 Bảng 3.2: So sánh giao diện vô tuyến hệ thống WCDMA GSM 78 Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 2G 2nd Generation Hệ thống thống tin di động hệ 3G 3rd Generation Hệ thống thống tin di động hệ thứ 3GPP Third Generation Partnership Dự án hội nhập hệ Project GPP2 Third Generation Partnership Project2 Dự án hội nhập hệ thứ hai ACIF Australian Communications Industry Forum Acquisition Indicator Channel Diễn đàn công nghiệp thông tin Úc Advanced Mobile Phone Service Association of Radio Industry Business Asynchronous Transfer Mode Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến Liên hiệp kinh doanh công nghệ vô tuyến Phương thức truyền không đồng CCCH Authentication Center Broadcast Control Channel Bit Error Rate Binary Phase Shift Keying Base Station Base Station Controller Broadcast Channel Customized Application for Mobile network Enhanced Logic Common Control Channel Trung tâm nhận thực Kênh điều khiển quảng Tỷ lệ lỗi bit Điều chế dịch pha nhị phân Trạm gốc Bộ điều khiển trạm gốc Kênh quảng bá Ứng dụng tùy chọn cho logic nâng cao mạng di động Kênh điều khiển chung CDG CDMA CLPC CM CN CDMA Development Group Code Division Multi Access Closed loop Power Control Communication Management Core Network Nhóm phát triển cơng nghệ CDMA Đa truy nhập phân chia theo mã Điều khiển cơng suất vịng kín Quản lý thông tin Mạng lõi AICH AMPS ARIB ATM AuC BCCH BER BPSK BS BSC BCH CAMEL Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT Kênh thị bắt Đồ án tốt nghiệp đại học COMO CRNC CS CSCF CWTS Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA Communication Control Controlling RNC Điều khiển thông tin Bộ điều khiển mạng truy nhập vô Circuit-Switched Call Server Control Function tuyến điều khiển Chuyển mạch kênh Chức điều khiển phục vụ China Wireless gọi Nhóm tiêu chuẩn viễn thơng vơ Telecommunications Standard Group tuyến Trung Quốc CPCH CPICH CTCH Common Packet Channel Common Pilot Channel Common Traffic Channel Kênh gói chung Kênh hoa tiêu chung Kênh lưu lượng chung CSICH CD/CAICH DCH DRNC DSCH CPCH Status Indication Channel Collision Detection/Channel Assignment Indication Channel Dedicated Transport Channel Drift RNC Downlink Shared Channel Kênh thị trạng thái kênh CPCH Kênh thị gán kênh/phát va chạm Kênh truyền tải dùng chung RNC trôi Kênh dùng chung đường xuống DS Direct Sequence Chuỗi trải phổ trực tiếp DPDCH DPCCH Dedicated Physical Data Channel Dedicated Physical Control Channel Downlink Shared Channel Dedicated Control Channel Dedicated Traffic Channel Enhanced Circuit-switched Data Enhanced Data Rates for GSM Evolution Equipment Identify Register Kênh số liệu vật lý dùng chung Kênh điều khiển vật lý dùng chung European Telecommunications Standard Institute Frequency Division Duplex Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu Ghép song công phân chia theo tần số DSCH DCCH DTCH ECSD EDGE EIR ETSI FDD Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT Kênh chia sẻ đường xuống Kênh điều khiển dùng chung Kênh lưu lượng dùng chung Dữ liệu chuyển mạch nâng cao Cải thiện tốc độ số liệu cho phát triển GSM Bộ ghi nhận dạng thiết bị Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia tần số FER FACH GGSN Frame Error Rate Forward Access Channel Gateway GPRS Support Node Tỷ lệ lỗi khung Kênh truy nhập đường xuống Nút mạng hỗ trợ GPRS cổng GMSC GMSK Gateway MSC Gaussian Minimum Shift Keying MSC cổng Điều chế dịch pha cực tiểu GTP GPRS Tunneling Protocol Gaussian Giao thức xuyên đường hầm GPRS GPRS GPS GSA General Packet Radio Services Global Position System Global Mobile Suppliers Dịch vụ vơ tuyến gói chung Hệ thống định vị toàn cầu Hiệp hội nhà cung cấp thiết Acsociation Global System for Mobile Communications Hierarchical Cell Structure High Data Rate High Speed Switched Data bị di động giới Hệ thống thơng tin di động tồn cầu Cấu trúc cell phân cấp Tốc độ số liệu cao Kỹ thuật truyền liệu chuyển GSM HCS HDR HSCSD mạch kênh tốc độ cao HTML ID IETF IMS IMSI IMT-2000 IP IS-95 ITU-T IWF Hyper Text Markup Language Identifier Internet Engineering Task Forum IP Multimedia Subsystem International Mobile Subcriber Identity International Mobile Telecommunications-2000 Internet Protocol Interim Standard-95 ITU Telecommunication Standardisation Sector InterWorking Function Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn Bộ thị Diễn đàn nhiệm vụ công nghệ Internet Phân hệ đa phương tiện IP Chỉ thị thuê bao di động quốc tế Viễn thông di dộng quốc tế 2000 Giao thức Internet Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA Mỹ Bộ phận tiêu chuẩn hóa viễn thơng ITU Chức kết nối mạng 10 Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA - Số lượng báo cáo đo lường nhiều làm ảnh hưởng đến tải hệ thống Pha định chuyển giao bao gồm đánh giá tổng thể QoS kết nối so sánh với thuộc tính QoS yêu cầu ước lượng từ Cell lân cận Tùy theo kết so sánh mà ta định thực hay không thực chuyển giao SRNC kiểm tra giá trị báo cáo đo đạc để kích hoạt điều kiện chuyển giao Nếu điều kiện bị kích hoạt, RNC phục vụ cho phép thực chuyển giao Căn vào định chuyển giao phân chia chuyển giao làm loại: + Chuyển giao định mạng (NEHO) + Chuyển giao định thuê bao di động (MEHO) Trong trường hợp chuyển giao thực mạng (NEHO), SRNC thực định chuyển giao Trong trường hợp MEHO, UE thực định chuyển giao Trong trường hợp kết hợp hai loại chuyển giao NEHO MEHO, định chuyển giao thực phối hợp SRNC UE Ngay trường hợp chuyển giao MEHO, định cuối việc thực chuyển giao SRNC RNC có trách nhiệm quản lý tài ngun vơ tuyến (RRM) tồn hệ thống đó, RNC phải biết tải toàn hệ thống thông tin cần thiết khác phục vụ cho việc thực chuyển giao Quyết định chuyển giao dựa thông tin đo đạc UE BS điều kiện để thực thuật toán chuyển giao Các thuật tốn chuyển giao khơng tiêu chuẩn hóa, chúng độc lập với trình xây dựng hệ thống Do thuật tốn chuyển giao tiên tiến sử dụng tự dựa tham số sẵn có kết hợp với khả đo đạc phần tử mạng, phân bố lưu lượng, quy hoạch mạng, cấu trúc hạ tầng mạng chiến lược lưu lượng toàn hệ thống sử dụng nhà cung cấp dịch vụ Nguyên tắc thực chuyển giao thể hình 3.25 Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT 83 Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA Tín hiệu tổng Giới hạn chuyển giao Ngưỡng Ngưỡng Tín hiệu A Tín hiệu B Hình 3.25: Ngun tắc chung thuật toán chuyển giao Điều kiện đầu điều kiện thực định thuật toán dựa mức hoa tiêu UE thông báo Giả sử UE Cell A chuyển động phía Cell B, tín hiệu hoa tiêu Cell A (tại UE thực kết nối) bị suy giảm đến mức ngưỡng giới hạn hình 3.25 Khi đạt tới mức giới hạn dưới, xuất kích thích chuyển giao theo bước sau đây: Cường độ tín hiệu A với mức ngưỡng giới hạn Mặt khác tùy theo giá trị đo UE, RNC phát hiệc có tín hiệu cell bên cạnh (tín hiệu B) tín hiệu có cường độ đủ để cải thiện chất lượng kết nối Do RNC nhập tín hiệu B vào tập tích cực, UE có hai kết nối đồng thời đến UTRAN UE thu tín hiệu tổng hợp kết nối Tại vị trí này, chất lượng tín hiệu B tốt tín hiệu A Do RNC coi vị trí điểm khởi đầu tính tốn giới hạn chuyển giao Cường độ tín hiệu B tốt ngưỡng tới hạn Do mức tín hiệu đủ để thỏa mãn yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS kết nối Bên cạnh Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT 84 Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA đó, tổng tín hiệu UE vượt ngưỡng giới hạn có khả gây nhiễu cho hệ thống Do RNC xóa tín hiệu A tập tích cực Kích cỡ tập tích cực có khả thay đổi được, thường có từ đến tín hiệu Do hướng chuyển động UE thay đổi ngẫu nhiên, UE quay trở lại Cell A sau lần thực chuyển giao thứ Điều làm xảy hiệu ứng gọi ping-pong Hiệu ứng ảnh hướng xấu tới lưu lượng hệ thống toàn hệ thống Việc sử dụng giới hạn chuyển giao tránh số chuyển giao không cần thiết 3.4.5.3 Các loại chuyển giao Tùy theo hình thức sử dụng chế chuyển giao, phân chia chuyển giao thành nhóm như: chuyển giao cứng, chuyển giao mềm chuyển giao mềm Chuyển giao cứng chia thành chuyển giao cứng tần số chuyến giao cứng khác tần số Trong trình chuyển giao cứng, kết nối cũ giải phóng trước thực kết nối mới, tín hiệu bị ngắt khoảng thời gian thực chuyển giao, nhiên th bao khơng có khả nhận biết khoảng ngừng Trong trường hợp chuyển giao cứng khác tần số, tần số sóng mang kênh truy nhập vơ tuyến khác với tần số sóng mang Hình 3.26 Chuyển giao cứng tần số Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT 85 Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA Trên hình 3.26, kế hoạch quy hoạch mạng, RNC bên cạnh khơng kết nối với giao diện Iur chuyển giao mềm RNC không thực Trong tình vậy, chuyển giao cứng tần số loại chuyển giao hỗ trợ kết nối vô tuyến thuê bao di động từ BS sang BS Trên thực tế, điều làm xuất kiện chuyển giao RNC, MSC liên quan đến q trình chuyển giao Thông thường, hệ số tái sử dụng tần số WCDMA một, điều có nghĩa BS sử dụng chung tần số tất UE dùng chung tần số toàn mạng di động Điều khơng có nghĩa việc sử dụng lại tần số không thực hệ thống WCDMA Do đó, sóng mang khác phân bố cho Cell, chuyển giao khác tần số sử dụng để đảm bảo đường chuyển giao từ cell sang Cell khác mẫu cell Chuyển giao liên tần số sử dụng mạng tế bào có cấu trúc (HCS) lớp Cell riêng rẽ, chẳng hạn Cell vi mô Cell vĩ mô, Cell sử dụng tần số sóng mang khác vùng phủ sóng Chuyển giao khác tần số thực khơng để trì kết nối (nếu khơng thực chuyển giao kết nối ngắt) mà để đảm bảo yêu cầu QoS Chuyển giao cứng liên tần thông thường NEHO Chuyển giao liên tần số xảy hai mạng truy nhập vơ tuyến khác nhau, ví dụ: mạng GSM WCDMA Khi đó, loại chuyển giao gọi chuyển giao liên hệ thống Chuyển giao liên hệ thống chuyển giao liên tần tần số khác thuộc hệ thống khác Hình 3.27: Chuyển giao cứng khác tần số Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT 86 Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA Chức chuyển giao liên hệ thống WCDMA thực chế độ làm việc đặc biệt: chế độ nén Khi UE chế độ nén, giảm hệ số trải phổ kênh Do vậy, kết nối giao diện vô tuyến sử dụng phần nhỏ khung WCDMA Các khe cịn lại sử dụng cho mục đích khác, ví dụ đo mức tín hiệu can nhiễu từ Cell GSM bên cạnh Chế độ nén đạt cách giảm tốc độ số liệu lớp cao giảm tốc độ ký hiệu ghép kênh lớp vật lý Khi UE sử dụng giao diện Uu chế độ này, nội dung khung WCDMA nén bit để tạo cửa sổ mà qua UE nhận giải mã thông tin từ kênh điều khiển quảng bá (BCCH) hệ thống GSM Ngoài ra, RAN UMTS phân hệ trạm gốc BSS GSM phải có khả gửi thơng tin thị khác kênh BCCH để UE có khả thực việc giải mã xác Chuyển giao liên hệ thống WCDMA GSM thực khu vực hai hệ thống tồn Chuyển giao liên hệ thống yêu cầu để bổ sung vùng phủ hai hệ thống nhằm đảm bảo phục vụ liên tục Chuyển giao liên hệ thống sử dụng để điều chỉnh tải hệ thống GSM WCDMA, vùng phủ hai hệ thống lấn lên Ngoài ra, chuyển giao thực theo yêu cầu người sử dụng Khác với chuyển giao cứng, chuyển giao mềm thực theo nguyên lý: thiết lập kết nối trước giải phóng kết nối cũ Trong hệ thống WCDMA, hầu hết chuyển giao chuyển giao mềm tần số Hình 3.28: Chuyển giao mềm tần số Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT 87 Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA Chuyển giao mềm thực Cell thuộc BS khác không thiết phải thuộc RNC Trong trường hợp RNC có liên quan đến chuyển giao mềm, RNC phải thực việc điều khiển chuyển giao qua giao diện Iur Trong trường hợp chuyển giao mềm, Cell nguồn Cell đích có tần số Trong trường hợp gọi chuyển mạch kênh, máy di động thực tế thực chuyển giao mềm liên tục vùng phủ sóng có cấu trúc Cell nhỏ Có nhiều loại chuyển giao mềm hơn, chuyển giao mềm – mềm Tín hiệu đa đƣờng qua Sector Tín hiệu đa đƣờng qua Sector Hình 3.29: Chuyển giao mềm tần số Chuyển giao mềm loại chuyển giao tín hiệu thêm vào xóa khỏi tập tích cực, thay tín hiệu mạnh sector khác BS Trong trường hợp chuyển giao mềm hơn, BS phát sector thu từ nhiều sector khác Trong trường hợp, UE có kết nối vơ tuyến tích cực đường lên tới mạng qua nhiều sector BS Khi chuyển giao mềm chuyển giao mềm thực đồng thời, chuyển giao trường hợp gọi chuyển giao mềm- mềm Chuyển giao mềm-mềm kết hợp với chuyển giao RNC Khi tín hiệu liên sector thêm vào tập tích cực UE với việc thêm tín hiệu từ cell thuộc RNC khác Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT 88 Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA 3.4.6 Điều khiển công suất Về bản, điều khiển cơng suất đường xuống có mục đích nhằm tối thiểu nhiễu đến cell khác bù nhiễu cell khác gây nhằm đạt mức SNR yêu cầu Trong WCDMA, điều khiển công suất thực cho đường lên lẫn đường xuống Tuy nhiên, điều khiển công suất cho đường xuống không thực cần thiết điều khiển công suất cho đường lên Hệ thống WCDMA sử dụng điều khiển công suất đường xuống để nhằm cải thiện tính hệ thống cách kiểm sốt nhiễu từ cell khác Mục đích điều khiển cơng suất đường lên nhằm khắc phục hiệu ứng xa-gần cách trì mức cơng suất truyền dẫn máy di động cell máy trạm thu gốc với QoS Do vậy, việc điều khiển công suất đường lên thực tinh chỉnh công suất truyền dẫn máy di động Cơ chế điều khiển công suất WCDMA chế điều khiển phân bố Việc điều khiển công suất phân bố bên mạng truy nhập vô tuyến Hệ thống WCDMA sử dụng hai phương điều khiển công suất khác nhau: Điều khiển cơng suất vịng mở (OLPC) Điều khiển cơng suất vịng kín Điều khiển cơng suất vịng Điều khiển cơng suất vịng ngồi Hình 3.30: Các chế điều khiển công suất WCDMA Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT 89 Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA 3.4.6.1 Điều khiển công suất vòng mở OLPC sử dụng chủ yếu để điều khiển công suất cho đường lên, UE chỉnh mức cơng suất phát dựa mức tín hiệu thu từ BS CPIH, UE trạng thái nghỉ trước truyền kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên (PRACH) Ngoài ra, chế độ chờ, UE cịn nhận thơng tin điều khiển cơng suất từ kênh BCCH Cell UE tự đánh giá tổn hao đường truyền so sánh tổn hao với thông tin thu từ kênh BCCH để xác định mức công suất phát phù hợp cho việc khởi tạo kết nối Hình 3.31 thể trình điều khiển cơng suất vịng mở (OLPC) đường lên Trong q trình điều khiển cơng suất, UE xác định cường độ tín hiệu truyền dẫn cách đo đạc mức công suất thu tín hiệu hoa tiêu từ BS đường xuống Sau đó, UE điều chỉnh mức cơng suất truyền dẫn theo hướng tỉ lệ nghịch với mức công suất tín hiệu hoa tiêu thu Do vậy, mức cơng suất tín hiệu hoa tiêu lớn mức cơng suất phát UE nhỏ Ước tính cường độ hoa tiêu P_trx=1/cường độ hoa tiêu Hình 3.31: OLPC đường lên Đối với hệ thống FDD-CDMA, OLPC không thực việc điều khiển công suất đặc tính suy hao kênh truyền dẫn thay đổi nhanh độc lập đường lên đường xuống Do vậy, để phù hợp với biến đổi nhanh cường độ tín hiệu phải sử dụng thêm chế điều khiển công suất Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT 90 Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA vịng kín (CLPC) Tuy nhiên, việc điều khiển cơng suất vòng mở (OPCL) cần thiết để xác định mức công suất phát ban đầu (khi khởi tạo kết nối) 3.4.6.2 Điều khiển cơng suất vòng kín CLPC sử dụng để điều khiển công suất kết nối thiết lập Mục đích để bù ảnh hưởng biến đổi nhanh mức tín hiệu vơ tuyến Do đó, chu kỳ điều khiển phải đủ nhanh để phản ứng lại thay đổi nhanh mức tín hiệu vơ tuyến Hình 3.32: Cơ chế điều khiển cơng suất CLPC Hình 3.32 thể chế CLPC đường lên WCDMA Trong CLPC, BS điều khiển UE tăng giảm công suất phát với tần số 1.5kHz (1500 lần giây) Bước tăng, giảm công suất 1, 2, 3dB Quyết định tăng hay giảm cơng suất phụ thuộc vào mức tín thu SNR BS Khi BS thu tín hiệu từ UE, so sánh mức tín hiệu thu với mức ngưỡng cho trước Nếu mức tín hiệu thu vượt mức ngưỡng cho phép, BS gửi lệnh điều khiển công suất phát (TPC) tới UE để giảm mức cơng suất phát UE Trong trường hợp mức tín hiệu thu nhỏ mức ngưỡng, BS gửi lệnh điều khiển đến UE để tăng mức công suất phát Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT 91 Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA Một số tham số sử dụng để đánh giá chất lượng công suất thu để thực định điều khiển công suất như: SIR, tỉ lệ lỗi khung – FER tỉ lệ lỗi bit BER CLPC sử dụng cho việc điều khiển công suất đường xuống Trong trường hợp đó, vai trị UE BS đổi lẫn cho UE so sánh mức tín hiệu thu từ BS với mức ngưỡng cho trước gửi lệnh điều khiển công suất TPC đến BS để điều chỉnh mức công suất phát BS Ở hệ thống WCDMA, CLPC bao gồm: điều khiển cơng suất vịng điều khiển cơng suất vịng ngồi Cơ chế CLPC nói chế điều khiển cơng suất vịng chế điều khiển công suất nhanh hệ thống WCDMA Cơ chế điều khiển cơng suất cịn gọi điều khiển công suất nhanh Một loại điều khiển cơng suất vịng kín khác điều khiển cơng suất vịng ngồi (OLPC) Mục đích điều khiển cơng suất vịng ngồi giữ cho mức ngưỡng SIR cho q trình điều khiển cơng suất vịng đường lên tương ứng với mức chất lượng dịch vụ phù hợp Trong q trình điều khiển cơng suất này, RNC thực vai trị kiểm sốt chất lượng kết nối vơ tuyến Do vậy, RNC có khả xác định mức công suất cho phép cell mức ngưỡng SIR BS Để trì chất lượng dịch vụ kết nối vô tuyến, RNC sử dụng chế điều khiển công suất để thay đổi mức ngưỡng SIR BS đảm bảo thay đổi chất lượng dịch vụ nằm tầm kiểm sốt Khi đó, mạng có khả bù thay đổi điều kiện truyền dẫn vô tuyến đạt chất lượng dịch vụ yêu cầu 3.4.6.3 Các trƣờng hợp điều khiển cơng suất đặc biệt Ngồi chế điều khiển cơng suất thơng thường, WCDMA cịn có trường hợp điều khiển cơng suất đặc biệt Các trường hợp điều khiển công suất đặc biệt như: điều khiển công suất kết hợp với chuyển giao mềm, kết hợp với phân tập vị trí trạm (SSDT), điều khiển công suất chế độ nén Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT 92 Đồ án tốt nghiệp đại học  Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA Ở trạng thái chuyển giao mềm, công suất phát UE điều chỉnh dựa việc lựa chọn lệnh điều khiển công suất (TPC) phù hợp từ lệnh điều khiển cơng suất mà nhận từ BS có kết nối đến UE (hình 3.33) Trong trường hợp đó, UE nhận lệnh điều khiển cơng suất có nội dung khác Các lệnh khác lỗi truyền dẫn tình trạng mạng u cầu Do vậy, UE phải xử lý tình có mâu thuẫn lệnh điều khiển công suất Để giải mâu thuẫn đó, UE thực lệnh điều khiển công suất theo nguyên tắc: lệnh điều khiển công suất yêu cầu giảm công suất UE giảm cơng suất phát Ngồi ra, UE sử dụng mức ngưỡng để xác định lệnh điều khiển tin cậy, dựa vào mức ngưỡng đó, UE tăng giảm cơng suất Hình 3.33: Điều khiển cơng suất kết hợp với chuyển giao mềm  SSDT trường hợp điều khiển công suất đặc biệt Nguyên tắc SSDT là: BS có mức tín hiệu mạnh lựa chọn BS truyền dẫn Sau đó, BS khác có kết nối đồng thời tới UE khóa kênh vật lý số liệu dành riêng Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT 93 Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA (DPDCH) Do vậy, công suất phát UE điều chỉnh dựa lệnh điều khiển cơng suất BS có mức tín hiệu mạnh Phương pháp điều khiển cơng suất giảm can nhiễu đường xuống UE trạng thái chuyển giao mềm Tất ô thuộc tập tích cực ứng cử tốt nằm lệnh TPC Hình 3.34: Phân tập lựa chọn trạm  Trường hợp lại chế độ nén Hoạt động thu, phát BS UE bị ngắt theo chu kỳ định trước để có thời gian thực đo lường tần số vô tuyến hệ thống khác trường hợp chuyển giao hệ thống Do vậy, q trình điều khiển cơng suất bị ngắt Trong trường hợp này, UE thực việc tăng giảm công suất với bước điều chỉnh lớn bình thường để đảm bảo mức SIR phù hợp Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT 94 Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Với bùng nổ nhu cầu truyền thông không dây số lượng, chất lượng loại hình dịch vụ, cơng nghệ GSM phát triển để hỗ trợ đáp ứng Tuy nhiên, tốc độ mạng GSM thời cịn q chậm khơng đáp ứng được, điều địi hỏi nhà khai thác phải có cơng nghệ truyền thông không dây nhanh tốt Việc sử dụng hệ thống chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD) nâng tốc độ liệu mạng GSM lên đến 57.6KBps, nhiên công nghệ chưa 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 nước phát triển nước ta tận dụng sở hạ tầng mạng GSM đồng thời có quỹ đầu tư 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 phương thức điều chế GMSK nên hạn chế tốc độ truyền Giải pháp dịch vụ vơ tuyến gói chung nâng cao EDGE khắc phục hạn chế cách thay phương 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 đưa nâng cấp lên hệ thống WCDMA Việc nâng cấp hệ thống thông tin di động lên hệ ba đáp ứng yêu cầu Trong tương lai, mà công nghệ 3G khơng đáp ứng u cầu cơng nghệ thông tin di động hệ tư giải pháp với tốc độ lên tới 34Mbps Điểm mấu chốt thông tin di động hệ tư thay đổi phương pháp đa truy cập kinh điển phương pháp đa truy cập cho hiệu Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT 95 Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA suất cao phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA), đa truy cập phân chia theo hội (ODMA) Với kiến thức thu nhận nhà trường trình tìm hiểu, nghiên cứu em hồn thành đồ án tốt nghiệp nắm bắt cách tổng quan hệ thống GSM tiến trình phát triển lên WCDMA Mặc dù thân cố gắng giúp đỡ tận tình giản viên KS Nguyễn Phúc Ngọc thời gian làm tốt nghiệp trình độ hiểu biết thân nhiều hạn chế, thời gian chuẩn bị ngắn nên đồ án tránh thiếu sót Em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn để em hồn thiện thêm kiến thức Một lần em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến KS Nguyễn Phúc Ngọc tận tình hướng dẫn em hoàn thành Đồ án tốt nghiệp Vinh 5/2010 Sinh viên: Hồ Văn Chiến Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT 96 Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA TÀI LIỆU THAM KHẢO Khoa điện tử viễn thơng “ Giáo trình thơng tin di động” Nxb Khoa học kỹ thuật, 2007 Thầy Vũ Đức Thọ, “Tính tốn mạng thơng tin di động Cellular”, Nxb Giáo Dục, 2001 TS Đặng Đình Lâm, “Hệ thống thơng tin di động 3G xu hướng phát triển”, Nxb Khoa học kỹ thuật, 2004 TS Nguyễn Phương Loan, KS Bùi Thanh Sơn “ Hành trình từ GSM lên 3G, Giải pháp GPRS’ Nxb Bưu điện, năm 2002 Nguyễn Phạm Anh Dũng, “ Lý thuyết trải phổ đa truy cập vô tuyến”, Học viện cơng nghệ bưu viễn thơng, Nxb Bưu điện, năm 2004 Dr.Ing Wolfgang Granzow, “ 3rd Generation Mobile Communications Systems” Internet “Google.com.vn” “Tudiencongnghe.com” Và nhiều tài liệu khác Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT 97 ... Lộ trình phát triển từ 2G lên 3G Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT 21 Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA Trong tiến trình phát triển lên cơng nghệ không dây hệ thứ (3G) lên. .. Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA CHƢƠNG LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ GSM 2G LÊN WCDMA THẾ HỆ Hệ thống thông tin di động hệ GSM cung cấp dịch vụ tiếng số liệu sở chuyển... HSCSD GSM 1997 UMTS/ Thế hệ Lộ trình GSM 1999/2000 2001/2002 Hình 2.2: Qúa trình phát triển từ GSM lên 3G Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT 22 Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA