Công nghệ wcdma và giải pháp nâng cấp gsm lên wcdma

Đồ án Tốt nghiệp Đại học Lời giới thiệu - LỜI GIỚI THIỆU T rong năm qua với phát triển nghành công nghệ thông tin, điện tử tin học…thông tin di động có bƣớc phát triển mạnh mẽ, cung cấp loại hình dịch vụ đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày cao ngƣời sử dụng Sau đời vào cuối năm 1940, đến mạng thông tin di động phát triển qua nhiều hệ tiến bƣớc dài đƣờng chiếm lĩnh công nghệ Trong thời đại hôm nay, chứng kiến bùng nổ nhu cầu truyền thông không dây số lƣợng, chất lƣợng loại hình dịch vụ Tuy nhiên, cơng nghệ truyền thơng khơng dây thời cịn chậm không đáp ứng đƣợc yêu cầu dịch vụ mới, đặc biệt dịch vụ truyền số liệu đa phƣơng tiện Điều thúc nhà khai thác tìm kiếm cơng nghệ truyền thông không dây nhanh tốt Để đáp ứng yêu cầu đó, từ năm đầu thập kỷ 90 ngƣời ta tiến hành nghiên cứu, hoạch định hệ thống thông tin di động hệ ba ITU-R tiến hành cơng tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thơng tin di động tồn cầu IMT-2000, châu Âu ETSI tiến hành tiêu chuẩn hóa phiên với tên gọi UMTS (Universal Mobile Telecommunnication System) Mục tiêu trƣớc mắt tăng tốc độ bits truyền từ 9.6Kbps lên 2Mbps Công nghệ nâng cao chất lƣợng thoại, dịch vụ liệu hỗ trợ truyền thông đa phƣơng tiện đến thiết bị khơng dây Có nhiều chuẩn thơng tin di động hệ ba đƣợc đề xuất, chuẩn W – CDMA đƣợc ITU chấp thuận đƣợc triển khai số khu vực Hệ thống W-CDMA phát triển hệ thống thông tin di động hệ hai sử dụng công nghệ TDMA nhƣ GSM, PDC, IS-136 W-CDMA sử dụng công nghệ CDMA mục tiêu hƣớng tới hệ thống thông tin di động toàn giới, điều cho phép thực tiêu chuẩn hóa giao diện vơ tuyến cơng nghệ truyền thơng khơng dây tồn cầu Hiện nay, mạng thơng tin di động Việt Nam sử dụng công nghệ GSM, nhiên mạng GSM không đáp ứng đƣợc yêu cầu dịch vụ nhƣ đòi hỏi chất lƣợng dịch vụ ngày cao ngƣời sử dụng Do việc - SVTH: Nguyễn Trọng Sửu Lớp 46K – Điện Tử Viễn Thông Đồ án Tốt nghiệp Đại học Lời giới thiệu - nghiên cứu triển khai mạng thông tin di động hệ ba W-CDMA điều tất yếu Xuất phát từ thực tế nên em định chọn đề tài: " Công nghệ WCDMA giải pháp nâng cấp mạng GSM lên W-CDMA" Nội dung đề tài gồm chƣơng: Chƣơng 1: Lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động Chƣơng trình bày tổng quan lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động cần thiết việc xây dựng hệ thống thông tin di động hệ ba Chƣơng 2: Mạng GSM giải pháp nâng cấp mạng GSM lên W – CDMA (3G) Chƣơng trình bày kiến trúc mạng GSM lọai hình dịch vụ đƣợc dùng mạng GSM Đề xuất giải pháp nâng cấp hệ thống thông tin di động hệ lên hệ khái quát lộ trình nâng cấp, phát triển mạng GSM lên W – CDMA Chƣơng 3: Dịch vụ HSCSD, GPRS & EDGE Chƣơng giới thiệu dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD, dịch vụ vơ tuyến gói chung GPRS dịch vụ vơ tuyến gói chung nâng cao EDGE Các giải pháp kỹ thuật bƣớc tiến triển từ GSM sang HSCSD, GPRS, EDGE hiệu đạt đƣợc Chƣơng 4: Công nghệ di động hệ thứ W – CDMA Chƣơng giới thiệu công nghệ di động hệ thứ W – CDMA Các giải pháp kỹ thuật nâng cấp mạng HSCSD, GPRS & EDGE lên W – CDMA Mặc dù cố gắng nhiều nhƣng kiến thức hạn chế nên q trình làm đề tài khơng thể tránh khỏi thiếu sót, sai lầm Em mong nhận đƣợc góp ý phê bình, nhận xét, hƣớng dẫn giúp đỡ quý Thầy cô bạn nghành để đề tài em đƣợc hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ bảo tận tình Cơ Nguyễn Thị Minh, Thầy cô khoa Công nghệ Trƣờng Đại học Vinh giúp em hoàn thành đƣợc đề tài tốt nghiệp Vinh, ngày … tháng … năm 2010 Sinh viên : Nguyễn Trọng Sửu - SVTH: Nguyễn Trọng Sửu Lớp 46K – Điện Tử Viễn Thông Đồ án Tốt nghiệp Đại học Mục lục - MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU…………………………………………………………………1 BẢNG TRA CỨU CÁC TỪ VIẾT TẮT…………………………………………7 CHƢƠNG 1: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ………………………………………………………………………… 16 Giới thiệu chƣơng 1…………………………………………………………… 16 1.1 Hệ thống thông tin di động hệ (1G)……………………………… 16 1.2 Hệ thống di động thứ (2G)…………………………………………… 18 1.2.1 Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA…………………………18 1.2.2 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA……………………………….19 1.3 Thông tin di động hệ (3G)………………………………………….20 1.4 Hệ thống thông tin di động tiếp theo…………………………………… 22 CHƢƠNG 2: MẠNG GSM VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CẤP GSM LÊN W – CDMA (3G)………………………………………………………………………………24 Giới thiệu chƣơng 2…………………………………………………………… 24 2.1 Đặc điểm chung ………………………………………………………….24 2.2 Hệ thống GSM ………………………………………………………… 26 2.2.1 Kiến trúc hệ thống GSM……………………………………………26 2.2.1.1 Kiến trúc mạng…………………………………………………….26 2.2.1.1.1 Phân hệ trạm gốc (BSS)………………………………………….26 2.2.1.1.2 Phân hệ chuyển mạch (SS)……………………………………….27 2.2.1.1.3 Phân hệ khai thác hỗ trợ (OSS)……………………………….29 2.2.1.2 Kiến trúc địa lý…………………………………………………….29 2.2.1.2.1 Vùng mạng: Tổng đài vô tuyến cổng (Gateway - MSC)……… 29 2.2.1.2.2 Vùng phục vụ MSC/VLR……………………………………… 29 2.2.1.2.3 Vùng định vị LA (Location Area)……………………………….30 2.2.1.2.4 Cell………………………………………………………………30 2.2.2 Quản lý tài nguyên vô tuyến RRM (Radio Resource Management)……30 2.2.2.1 Quản lý di động MM(Mobility Management)………………… 31 2.2.2.2 Quản lý cập nhật vị trí…………………………………………… 31 - SVTH: Nguyễn Trọng Sửu Lớp 46K – Điện Tử Viễn Thông Đồ án Tốt nghiệp Đại học Mục lục - 2.2.2.3 Quản lý chuyển giao(Handover)……………………………………31 2.2.3 Vô tuyến số tổng quát…………………………………………………….32 2.2.3.1 Suy hao đƣờng truyền pha đinh………………………………….32 2.2.3.2 Phân tán thời gian………………………………………………… 33 2.2.3.3 Các phƣơng pháp phòng ngừa suy hao truyền dẫn pha đinh…….35 2.2.3.4 Phƣơng pháp chống phân tán thời gian…………………………… 38 2.2.4 Các dịch vụ GSM………………………………………………………39 2.2.4.1 Dịch vụ thoại……………………………………………………… 39 2.2.4.2 Dịch vụ số liệu………………………………………………………39 2.2.4.3 Dịch vụ tin nhắn ngắn SMS…………………………………………39 2.2.4.4 Dịch vụ WAP……………………………………………………… 39 2.2.4.5 Các dịch vụ GSM 2,5G…………………………………….40 2.3 Nâng cấp GSM lên W – CDMA……………………………………………40 2.3.1 Sự cần thiết việc nâng cấp GSM lên 3G…………………………… 40 2.3.2 Giải pháp nâng cấp……………………………………………………… 41 CHƢƠNG 3: DỊCH VỤ HSCSD, GPRS, VÀ EDGE…………………………… 45 Giới thiệu chƣơng 3……………………………………………………………… 45 3.1 Dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD……………………45 3.1.1 Mở đầu……………………………………………………………………45 3.1.2 Cấu trúc hệ thống HSCSD……………………………………………… 47 3.1.2.1 Chức thích ứng đầu cuối TAF…………………………………47 3.1.2.2 Máy di động đầu cuối giao diện vô tuyến……………………… 47 3.1.2.3 Trạm thu phát gốc BTS…………………………………………… 47 3.1.2.4 Giao diện Abis………………………………………………………48 3.1.2.5 Khối chuyển đổi mã thích ứng tốc độ TRAU……………………48 3.1.2.6 Giao diện A………………………………………………………….48 3.1.2.7 Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động MSC khối chức phối hợp IWF………………………………………………….48 3.2 Dịch vụ vơ tuyến gói chung GPRS…………………………………………48 3.2.1 Mở đầu……………………………………………………………………48 3.2.2 Cấu trúc mạng GPRS…………………………………………………… 49 - SVTH: Nguyễn Trọng Sửu Lớp 46K – Điện Tử Viễn Thông Đồ án Tốt nghiệp Đại học Mục lục - 3.2.3 Giao diện giao thức mạng GPRS……………………………….54 3.2.3.1 Mặt phẳng truyền dẫn………………………………………………54 3.2.3.2 Mặt phẳng báo hiệu……………………………………………… 55 3.2.4 Cấu trúc đa khung giao diện vô tuyến GPRS……………………… 55 3.2.5 Các kênh logic GPRS…………………………………………… 56 3.2.6 Các kịch lƣu lƣợng GPRS………………………………………… 57 3.2.7 Thiết lập PDP Context (Phiên số liệu gói)……………………………….62 3.3 Dịch vụ vơ tuyến gói chung nâng cao EDGE…………………………… 62 3.3.1 Mở đầu………………………………………………………………… 62 3.3.2 Kiến trúc mạng EDGE………………………………………………… 63 3.3.2.1 Điều chế…………………………………………………………….63 3.3.2.2 Các kênh logic giao diện vô tuyến……………………………… 64 3.3.2.3 Giao diện vô tuyến………………………………………………….65 3.3.3 Kế hạch cần thực áp dụng EDGE mạng GSM…………… 66 3.3.3.1 Kế hoạch phủ sóng………………………………………………….67 3.3.3.2 Kế hoạc tần số………………………………………………………67 3.3.3.3 Điều khiển công suất……………………………………………… 68 3.3.3.4 Quản lý kênh……………………………………………………… 68 CHƢƠNG 4: CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ W-CDMA…………… 69 Giới thiệu chƣơng 4……………………………………………………………… 69 4.1 Cấu trúc mạng W-CDMA………………………………………………… 72 4.1.1 Giao diện vô tuyến……………………………………………………… 75 4.1.1.1 Giao diện IU UTRAN – CN……………………………………76 4.1.1.2 Giao diện IUr RNC – RNC…………………………………… 77 4.1.1.3 Giao diện IUb NRC – Node B………………………………… 77 4.2 Giải pháp kỹ thuật W-CDMA……………………………………… 77 4.2.1 Mã hóa……………………………………………………………………77 4.2.1.1 Mã vòng…………………………………………………………….77 4.2.1.2 Mã xoắn…………………………………………………………….79 4.2.1.3 Mã Turbo………………………………………………………… 79 4.2.2 Điều chế BPSK QPSK……………………………………………… 79 - SVTH: Nguyễn Trọng Sửu Lớp 46K – Điện Tử Viễn Thông Đồ án Tốt nghiệp Đại học Mục lục - 4.2.2.1 Điều chế BPSK…………………………………………………….79 4.2.2.2 Điều chế QPSK…………………………………………………….80 4.2.3 Điều khiển công suất…………………………………………………….82 4.3 Trải phổ W – CDMA……………………………………………… 82 4.3.1 Giới thiệu……………………………………………………………… 82 4.3.2 Nguyên lý trải phổ DSSS……………………………………………… 84 4.3.3 Mã trải phổ……………………………………………………………….84 4.4 Truy nhập gói………………………………………………………………86 4.4.1 Tổng quan truy nhập gói W – CDMA………………………….86 4.4.2 Lƣu lƣợng số liệu gói…………………………………………………….87 4.4.3 Các phƣơng pháp lập biểu gói……………………………………………87 4.4.3.1 Lập biểu phân chia theo thời gian………………………………… 88 4.4.3.2 Lập biểu phân chia theo mã……………………………………… 88 4.5 Quy hoạch mạng W – CDMA…………………………………………… 89 4.5.1 Suy hao đƣờng truyền q trình lan truyền tín hiệu……………….89 4.5.2 Một số khái niệm cần quan tâm………………………………………….89 4.5.3 Dung lƣợng kết nối vô tuyến…………………………………………….91 4.5.4 Suy hao đƣờng truyền lớn cho phép……………………………… 92 4.5.5 Tối ƣu mạng…………………………………………………………… 93 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI………………………………93 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… 95 - SVTH: Nguyễn Trọng Sửu Lớp 46K – Điện Tử Viễn Thông Đồ án Tốt nghiệp Đại học Bảng tra cứu từ viết tắt - BẢNG TRA CỨU CÁC TỪ VIẾT TẮT A ACCH Associated Control Channels Kênh điều khiển liên kết AI Acquisition Indicator Chỉ thị viết tắt AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại tiên tiến ARQ Automatic Repeat Request Yêu cầu tự động truyền lặp AS Access Stratum Tầng truy nhập ATM Asynchronous Transfer Mode Mođun truyền không đồng B BCCH Broadcast Control Channel Kênh quảng bá điều khiển BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BER Bit Error Ratio Tỷ số lỗi bit BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc - SVTH: Nguyễn Trọng Sửu Lớp 46K – Điện Tử Viễn Thông Đồ án Tốt nghiệp Đại học Bảng tra cứu từ viết tắt - BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân C CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã C/I Carrier to Interference ratio Tỷ số sóng mang nhiễu CCPCH Common Control Physical Channel Kênh vật lý điều khiển chung CN Core Network Mạng lõi CPCC Common Power Control Channel Kênh điều khiển công suất chung CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung CR Chip Rate Tốc độ chip (tƣơng đƣơng với tốc độ trải phổ kênh) CS Circuit Switch Chuyển mạch kênh D DCA Dynamic Channel Allocation - SVTH: Nguyễn Trọng Sửu Lớp 46K – Điện Tử Viễn Thông Đồ án Tốt nghiệp Đại học Bảng tra cứu từ viết tắt - Phân bổ kênh động DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng DPCCH Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý dành riêng DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý dành riêng DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý dành riêng DTCH Dedicated Traffic Channel Kênh lƣu lƣợng riêng DTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối số liệu DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đƣờng xuống E EDGE Enhanced Data rate for GSM Evolution Tăng tốc độ truyền dẫn … ETSI European Telecommunications Standard Institute Viện tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu F FACCH Fast Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết nhanh FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đƣờng xuống FAUSCH Fast Uplink Signalling Channel Kênh báo hiệu đƣờng lên nhanh - SVTH: Nguyễn Trọng Sửu Lớp 46K – Điện Tử Viễn Thông Đồ án Tốt nghiệp Đại học Bảng tra cứu từ viết tắt - FCCCH Forward Common Control Channel Kênh điều khiển chung đƣờng xuống FCCH Frequency Correction Channel Kênh hiệu chỉnh tần số FDD Frequency Division Duplex Ghép kênh song công phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số FDCCH Forward Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng đƣờng xuống FM Frequency Modulation Điều chế tần số FSK Frequency Shift Keying Khóa dịch tần số G GoS Grade of Server Cấp độ phục vụ GSM Global System for Mobile Communication Thơng tin di động tồn cầu GPS Global Position System Hệ thống định vị toàn cầu GPRS General Packet Radio Services Dịch vụ vơ tuyến gói chung GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ cổng GPRS GMSC Gateway MSC Cổng MSC - 10 SVTH: Nguyễn Trọng Sửu Lớp 46K – Điện Tử Viễn Thông ... Tốt nghiệp Đại học Chương 2: GSM giải pháp nâng cấp GSM lên 3G - CHƢƠNG MẠNG GSM VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CẤP GSM LÊN WCDMA (3G) ... Mạng GSM giải pháp nâng cấp mạng GSM lên W – CDMA (3G) Chƣơng trình bày kiến trúc mạng GSM lọai hình dịch vụ đƣợc dùng mạng GSM Đề xuất giải pháp nâng cấp hệ thống thông tin di động hệ lên hệ... 2.2.4.5 Các dịch vụ GSM 2,5G…………………………………….40 2.3 Nâng cấp GSM lên W – CDMA……………………………………………40 2.3.1 Sự cần thiết việc nâng cấp GSM lên 3G…………………………… 40 2.3.2 Giải pháp nâng cấp? ??……………………………………………………