Lộ trình phát triển của thông tin di động từ gsm lên 3g

LỜI NÓI ĐẦU Ra đời vào năm 40 kỷ XX, thông tin di động ngày góp cơng vào phát triển mạnh mẽ giới nói chung ngành viễn thơng nói riêng Thành cơng ngƣời lĩnh vực thông tin di động không dừng lại việc mở rộng vùng phủ sóng phục vụ thuê bao khắp nơi toàn giới, nhà cung dịch vụ, tổ chức nghiên cứu phát triển công nghệ di động nỗ lực hƣớng tới hệ thống thơng tin di động hồn hảo, dịch vụ đa dạng, chất lƣợng dịch vụ cao 3G - Hệ thống thơng tin di động hệ đích trƣớc mắt mà giới hƣớng tới Tại Việt Nam, thị trƣờng di động năm gần phát triển với tốc độ tƣơng đối nhanh Cùng với ba nhà cung cấp dịch vụ di động lớn Vinaphone, Mobifone Công Ty Viễn thông Quân đội (Viettel), S-fone, Công ty cổ phần Viễn thông Hà Nội Viễn Thông Điện Lực Vietnamobile (chuyển mạng từ HT-Mobile), tƣơng lai có Đơng Dƣơng Mobile tham gia vào thị trƣờng di động hẳn tạo cạnh tranh lớn nhà cung cấp dịch vụ, đem lại lựa chọn phong phú cho ngƣời sử dụng Vì vậy, nhà cung cấp dịch vụ di động Việt Nam không sử dụng biện pháp cạnh tranh phải nỗ lực tăng cƣờng số lƣợng dịch vụ nâng cao chất lƣợng dịch vụ để chiếm lĩnh thị phần nƣớc Điều có nghĩa hƣớng tới 3G tƣơng lai xa Việt Nam Trong số nhà cung cấp dịch vụ di động Việt Nam, hai nhà cung cấp dịch vụ di động lớn Vinaphone Mobifone, cịn có Vietel áp dụng cơng nghệ GSM cung cấp dịch vụ di động cho phần lớn thuê bao di động Việt Nam Vì tiến lên 3G, chắn hƣớng áp dụng công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA từ công nghệ sẵn có để xây dựng hệ thống thơng tin di động hệ phải đƣợc xem xét nghiên cứu Với cách nhìn nhƣ mạng thơng tin động sinh viên ngành điện từ viễn thông em chọn đề tài đồ án tốt nghiệp: "Lộ trình phát triển thơng tin di động từ GSM lên 3G" Nội dung đồ án gồm chƣơng: Chương 1: Tổng quan thông tin di động số Tìm hiểu phát triển thơng tin di động phƣơng pháp đa truy nhập thông tin di động Chương 2: Hệ thống thông tin di động GSM Chƣơng giới thiệu hình thành phát triển hệ thống thông tin di động GSM, kiến trúc mạng GSM, phƣơng pháp đa truy cập GSM, thủ tục thông tin thuê bao sử dụng mạng cần thiết phải nâng cấp mạng GSM lên hệ 3G Chương 3: Lộ trình phát triển từ GSM lên 3G Tìm hiểu phát triển mạng GSM lên 3G cấu trúc hệ thống sở từ GSM Chương 4: Công nghệ di động hệ thứ – WCDMA Tìm hiểu cơng nghệ di động hệ thứ WCDMA phát triển cho tƣơng lai Nội dung đồ án nằm hai chƣơng Em xin chân thành cám ơn T.S Nguyễn Thị Quỳnh Hoa tận tình hƣớng dẫn em trình làm đồ án Em xin chân thành cám ơn thầy cô giáo khoa công nghệ Trường ĐH VINH tạo điều kiện tốt bảo thời gian qua Vinh, ngày 25 tháng 02 năm 2010 SINH VIÊN THỰC HIỆN Nguyễn Hữu Hải MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC TÓM TẮT ĐỒ ÁN……………………… DANH SÁCH HÌNH VẼ KÝ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT…………………………………………………… CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ…………………………… 15 1.1 Giới thiệu 15 1.2 Lộ trình phát triển hệ di động 15 1.2.1 thống thông tin di dộng hệ 1……………………………………………… 16 1.2.2 thống thông tin di dộng hệ 2……………………………………………… 17 1.2.3 thống thông tin di động hệ ba………………………………………………19 1.3 Kết luận 20 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 21 2.1 Giới thiệu 21 2.2 Cấu trúc mạng GSM 22 2.3 Các thủ tục thông tin 26 2.3.1 Đăng nhập thiết bị vào mạng 26 2.3.2 Chuyển vùng 26 2.3.3 Thực gọi 26 2.4 Sự phát triển mạng GSM lên 3G 29 2.4.1 Hệ thống GSM đƣợc nâng cấp bƣớc lên hệ ba 29 2.4.2 Các giải pháp nâng cấp 29 2.5 Kết luận 31 CHƯƠNG 3: LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ GSM LÊN 3G 32 3.1 Giới thiệu 32 3.2 Công nghệ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD 33 3.3 Dịch vụ vơ tuyến gói chung GPRS 35 3.3.1 Giới thiệu GPRS 35 3.3.2 Các đặc điểm mạng GPRS 36 3.3.3 Cấu trúc mạng GPRS 37 3.3.4 Giao thức mạng GPRS 42 3.3.5 Giao diện vô tuyến 43 3.3.6 Các chức GPRS 44 3.3.7 Nhập mạng GPRS 53 3.3.8 Khả phát triển GPRS lên 3G 55 3.4 Tốc độ số liệu tăng cƣờng để phát triển GSM (EDGE) 55 3.4.1 Kỹ thuật điều chế EDGE 56 3.4.2 Giao tiếp vô tuyến 57 CHƯƠNG 4: CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ – WCDMA 59 4.1 Giới thiệu 59 4.2 Khái niệm chuẩn công nghệ WCDMA 59 4.2.1 Khái niệm công nghệ WCDMA 59 4.2.2 Các chuẩn di động thuộc 3G 61 4.2.3 Các nhà cung cấp dịch vụ 3G giới 63 4.3 Các dịch vụ W-CDMA 65 4.4 Cấu trúc mạng W-CDMA 66 4.4.1 UE (User Equipment) 67 4.4.2 UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network) 67 4.4.3 CN (Core Network) 68 4.4.4 Các mạng 68 4.4.5 Các giao diện vô tuyến 68 4.5 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 69 4.5.1 Đặc trƣng UTRAN 69 4.5.2 Node B 70 4.5.3 Giao diện vô tuyến 71 4.5.4 Cấu trúc IU CS 71 4.5.5 Cấu trúc IU PS 72 4.6 Các loại kênh UTRAN 73 4.6.1 Các kênh lôgic 73 4.6.2 Các kênh vật lý 74 4.6.3 Các kênh truyền tải 75 4.7 Trải phổ thông tin di động hệ 78 4.8 Chuyển giao 79 4.8.1 Mục đích chuyển giao 79 4.8.2 Trình tự chuyển giao 80 4.8.3 Các loại chuyển giao 83 4.9 Điều khiển công suất 85 4.9.1 Điều khiển cơng suất vịng hở (OLPC) 86 4.9.2 Điều khiển công suất vịng kín (CLPC) 87 4.9.3 Các trƣờng hợp điều khiển công suất đặc biệt 88 4.10 Kết luận chƣơng 90 KẾT LUẬN CHUNG 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 TÓM TẮT ĐỒ ÁN Với đề tài ”lộ trình phát triển cua thơng tin di động từ GSM lên 3G”.Đồ án đá nêu lên đƣợc phát triển mạnh mẽ thông tin di động giới nói chung ngành viễn thơng nói riêng với đột phá nhanh chóng Đề tài đá nêu lên trình phát triển từ GSM với dich vụ thoại kênh tần số dành riêng cho ngƣời sử dụng…Khơng dừng nhà nghiên cứu đá không ngừng phát triển công nghệ di động nỗ lực hƣớng tới hệ thống tin di động hồn hảo lúc cơng nghệ 3G đƣợc đời đánh giá nhảy vót nhanh chóng ứng dụng dung lƣợng so với hệ trƣớc với tính ƣu việt,cung cấp nhiều tính vƣợt trội,phong phú phú Kiến trúc mạng WCDMA phần quan trọng tiền đề lúc hiểu đƣợc chuẩn 3G từ lợi ích WCDMA mang lại.Hi vọng với công nghệ 3G động lực hƣớng tới tƣơng lai xa With the theme "the evolution of information from GSM to 3G mobile." Project raised the strong development of mobile communications around the world in general and in particular the telecommunications industry with breakthrough Quick chong.De this and raised the development process with the service from a GSM phone and the frequency channels for users Not only that the researchers did not stop developing mobile technology are working towards a system more perfect mobile 3G technology at this time was born assess quickly jump on both applications and storage than the previous generation with the advantages Vietnamese , provides superior features, more extensive variety WCDMA network architecture is an important part of one of the premises at which we can understand the standard of the benefits of 3G WCDMA bring lai.Hi expectation that 3G technology is the driving force toward a further future DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Lộ trình phát triển hệ di động 15 Hình 2.1 Mơ hình hệ thống thơng tin di động tế bào 22 Hình 2.2 Mơ hình hệ thống GSM 22 Hình 2.3 Gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định 27 Hình 2.4 Gọi từ diện thoại cố định đến thiết bị di động 27 Hình 2.5 Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G 30 Hình 2.6 Quá trình nâng cấp GSM lên WCDMA 31 Hình 3.1 Cấu trúc hệ thống HSCSD 34 Hình 3.2 Cấu trúc mạng GPRS 38 Hình 3.3 Mạng đƣờng trục GPRS 41 Hình 3.4 Nhập mạng GPRS 54 Hình 3.5 Điều chế 8PSK 56 Hinh 4.1 Các dịch vụ đa phƣơng tiện hệ thống thông tin di động thứ ba 65 Hinh 4.2 Cấu trúc UMTS 66 Hình 4.3 Cấu trúc UTRAN 69 Hình 4.4 Mơ hình tổng qt giao diện vơ tuyến UTRAN 71 Hình 4.5 Các laoij kênh UTRAN 73 Hình 4.6 Các kênh vật lý đƣờng lên 74 Hình 4.7 Các kênh vật lý đƣờng xuống 75 Hình 4.8 Kênh truyền tải đƣờng lên đƣờng xuống 77 Hình 4.9 Tín hiệu trải phổ 78 Hình 4.10 Tiến trình thực chuyển giao 81 Hình 4.11 Ngun tắc chung thuật tốn chuyển giao 82 Hình 4.12 Chuyển giao mềm 84 Hình 4.13 Chuyển giao mềm mềm 84 Hình 4.14 Các chế điều khiển công suất WCMA 86 Hình 4.15 OLPC đƣờng lên 86 Hình 4.16 Cơ chế điều khiển cơng suất OPLC 87 Hình 4.17 Điều khiển công suất kết hợp với chuyển giao mềm 88 KÝ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT A ACCH AI AMPS ARQ AS AB AUC AUTN AGCH AMR ATM AWGN Associated Control Channels Kênh điều khiển liên kết Acquisition Indicator Chỉ thị bắt Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên tiến Automatic Repeat Request Yêu cầu lặp lại tự động Access Stratum Tầng truy nhập Access Burst Cụm thâm nhập Authentication Centre Trung tâm nhận thực Authentication Token Network Thẻ nhận dạng mạng Access Grant Channel Kênh cho phép thâm nhập Adaptive Multi Rate Mã hóa nhiều tốc độ thích ứng Asynchronous Tnsfer Mode Chế độ truyền khơng đồng Addition White Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng sinh B BCCH BCH BER BSC BSS BTS BPSK Broadcast Control Channel Kênh quảng bá điều khiển Broadcast Channel Kênh quảng bá Bit Error Ratio Tỷ số bit lỗi Base Station Controler Bộ điều khiển trạm gốc Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc Base Tranceiver Station Trạm vô tuyến gốc Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân BSIC BG Base Transceiver Station Identity Code Mã nhận dạng trạm thu phát gốc Border Gateway Cổng đƣờng biên C CSPDN CCCH CDMA C/I CCH CCPCH CPCC CPCH CPICH CR CS CGI CDRs CTCH CLPC CC CRC Circuit Switch Public Data Network Mạng số liệu công cộng chuyển mạch theo mạch Common Control Channel Kênh điều khiển chung Code Division Multiple Access Đa truy cập chia theo mã Carrier to Interference ratio Tỷ số sóng mang nhiễu Control Chanel Kênh điều khiển Common Control Physical Chanel Kênh vật lý điều khiển chung Common Power Control Chanel Kênh điều khiển cơng suất chung Common Packet Chanel Kênh gói chung Common Pilot Chanel Kênh hoa tiêu chung Chip Rate Tốc độ chip (tƣơng đƣơng với tốc độ trải phổ kênh) Circuit Switch Chuyển mạch kênh Cell Global Identity Số nhận dạng ô Charging Data Records Bản ghi liệu cƣớc Common Traffic Channel Kênh lƣu lƣợng chung Closed loop Power Control Điều khiển cơng suất vịng kín Convolutional Code Mã xoắn Cyclic Redundance Check Kiểm tra độ dƣ vòng D DCA DCCH DPCCH DPCH DPDCH DTCH DTE DSCH DSSS Dynamic Chanel Allocation Phân bổ kênh động Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng Dedicated Physical Control Chanel Kênh điều khiển vật lý riêng Dedicated Physical Chanel Kênh vật lý riêng Dedicated Physical Data Chanel Kênh số liệu vật lý riêng Dedicated Traffic Chanel Kênh lƣu lƣợng riêng Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối số liệu Downlink Shared Chanel Kênh dùng chung đƣờng xuống Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp E EDGE ETSI EIR ECSD Enhanced Data rate for GSM Evolution Tăng tốc độ truyền dẫn… European Telecommunications Standards Institute Viện Tiêu chuẩn viễn thông châu Âu Equipment Identification Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị Enhanced Circuit Switched Data Tăng cƣờng liệu chuyển mạch kênh F FACCH FACH FAUSCH FCCCH FCCH Fast Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết nhanh Forward Access Chanel Kênh truy nhập đƣờng xuống Fast Uplink Signalling Chanel Kênh báo hiệu đƣờng lên nhanh Forward Common Control Chanel Kênh điều khiển chung đƣờng xuống Frequency Correction Channel Kênh hiệu chỉnh tần số FDD FDMA FDCCH FSK FHSS FACCH FER Frequency Division Duplex Ghép kênh song công phân chia theo tần số Frequence Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số Forward Dedicated Control Chanel Kênh điều khiển riêng đƣờng xuống Frequency Shift Keying Khoá điều chế dịch tần Frequency Hopping Spreading Spectrum Trải phổ nhảy tần Fast Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết nhanh Frame Error Rate Tỷ lệ lỗi khung G GOS GSM GPS GPRS GMSC GMSK GGSN GTP GSN 3GPP Grade Of Service Cấp độ phục vụ Global System for Mobile Communication Thơng tin di động tồn cầu Global Position System Hệ thống định vị toàn cầu General Packet Radio Services Dịch vụ vơ tuyến gói chung Gateway MSC Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động cổng Gaussian Minimum Shift Keying Điều chế khóa dịch pha cực tiểu Gauss GPRS Support Node Nút hỗ trợ cổng GPRS GPRS Tunnelling Protocol Giao thức đƣờng hầm GPRS GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS Third Generation Partnership Pecject Tổ chức chuẩn hóa cơng nghệ mạng thơng tin di động tế bào H Handover HH HSCSD Chuyển giao Hard Handoff Chuyển giao cứng Hight Speed Circuit Switched Data Hệ thống chuyển mạch kênh tốc độ cao 10 Các kênh truyền tải chung cần thiết cho việc hoạt động mạng là: RACH, FACH PCH, việc sử dụng DSCH CPCH lựa chọn đƣợc định mạng 4.7 Trải phổ thông tin di động hệ [3] Trong WCDMA với băng tần 5MHz tồn phƣơng thức trải phổ chuỗi trực tiếp DS với tốc độ chip 3,84 Mcps Trong WCDMA để tăng tốc độ truyền liệu, phƣơng pháp đa truy cập kết hợp TDMA FDMA GSM đƣợc thay phƣơng pháp đa truy cập CDMA hoạt động băng tần rộng (5MHz) gọi hệ thống thông tin trải phổ Trong hệ thống thông tin thông thƣờng, độ rộng băng tần vấn đề quan tâm hệ thống đƣợc thiết kế để sử dụng độ rộng băng tần tốt Tuy nhiên, hệ thống thông tin trải phổ (SS: Spread Spectrum), độ rộng băng tần tín hiệu đƣợc mở rộng, thông thƣờng hàng trăm lần trƣớc đƣợc phát Khi có ngƣời sử dụng băng tần SS, sử dụng băng tần nhƣ khơng có hiệu Nhƣng môi trƣờng nhiều ngƣời sử dụng, ngƣời sử dụng dùng chung băng tần SS hệ thống sử dụng băng tần có hiệu mà Mật độ công suất W/Hz trì đƣợc ƣu điểm trải phổ Tín hiệu băng hẹp chƣa trải phổ Tín hiệu băng rộng đƣợc trải phổ R Tần số W Hình 4.9 Tín hiệu trải phổ [3] Một hệ thống thông tin số đƣợc coi trải phổ nếu: - Tín hiệu đƣợc phát chiếm độ rộng băng tần lớn độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết để phát thông tin 78 - Trải phổ đƣợc thực mã độc lập với số liệu Có ba kiểu hệ thống trải phổ bản: - Trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS: Direct Sequence Spreading Spectrum) - Trải phổ kiểu nhảy tần (FH/SS: Frequency Hopping Spreading Spectrum) - Trải phổ nhảy thời gian (TH/SS: Time Hopping Spreading Spectrum) Ngoài tổng hợp hệ thống thành hệ thống lai ghép Ở máy phát, tin đƣợc trải phổ mã giả ngẫu nhiên Mã giả ngẫu nhiên phải đƣợc thiết kế để có độ rộng băng lớn nhiều so với độ rộng băng tin Ở phía thu, máy thu khơi phục tín hiệu gốc cách nén phổ ngƣợc với trình trải phổ bên máy phát Trong hệ thống DS/SS tất ngƣời sử dụng dùng chung băng tần phát tín hiệu họ đồng thời Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên xác để lấy tín hiệu mong muốn cách nén phổ Trong hệ thống FH/SS TH/SS ngƣời sử dụng đƣợc ấn định mã giả ngẫu nhiên cho khơng có cặp máy phát sử dụng tần số hay khe thời gian, nhƣ máy phát tránh đƣợc xung đột Nhƣ vậy, FH TH kiểu hệ thống tránh xung đột, DS kiểu hệ thống lấy trung bình 4.8 Chuyển giao [3] Chuyển giao phƣơng tiện cần thiết để thuê bao di động mạng Khi thuê bao chuyển động từ vùng phủ sóng cell sang cell khác kết nối với cell phải đƣợc thiết lập kết nối với cell cũ phải đƣợc hủy bỏ 4.8.1 Mục đích chuyển giao Lý việc chuyển giao kết nối vô tuyến không thỏa mãn tiêu chuẩn định UE UTRAN thực công việc để cải thiện kết nối Khi thực kết nối chuyển mạch gói, chuyển giao đƣợc thực UE mạng thực truyền gói khơng thành công Các điều 79 kiện chuyển giao thƣờng gặp là: điều kiện chất lƣợng tín hiệu, tính chất di chuyển thuê bao, phân bố lƣu lƣợng, băng tần… Điều kiện chất lƣợng tín hiệu điều kiện chất lƣợng hay cƣờng độ tín hiệu vơ tuyến bị suy giảm dƣới ngƣỡng định Chuyển giao phụ thuộc vào chất lƣợng tín hiệu đƣợc thực cho hƣớng lên lẫn hƣớng xuống đƣờng truyễn dẫn vô tuyến 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 thuê bao ngồi rìa cell (có mật độ tải cao) đƣợc chuyển giao sang cell bên cạnh (có mật độ tải thấp) 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 Quyết định thực chuyển giao thông thƣờng đƣợc thực RNC phục vụ thuê bao đó, loại trừ trƣờng hợp chuyển giao lý lƣu lƣợng Chuyển giao nguyên nhân lƣu lƣợng đƣợc thực trung tâm chuyển mạch di động (MSC) 4.8.2 Trình tự chuyển giao Trình tự chuyển giao gồm có ba pha nhƣ hình 4.10, bao gồm: pha đo lƣờng, pha định pha thực Đo lƣờng nhiệm vụ quan trọng trình chuyển giao hai lý sau:  Mức tín hiệu đƣờng truyền dẫn vô tuyến thay đổi lớn tùy thuộc vào fađinh tổn hao đƣờng truyền Những thay đổi phụ thuộc vào môi trƣờng cell tốc độ di chuyển thuê bao  Số lƣợng báo cáo đo lƣờng nhiều làm ảnh hƣởng đến tải hệ thống Để thực chuyển giao, suốt trình kết nối, UE liên tục đo cƣờng độ tín hiệu cell lân cận thơng báo kết tới mạng ,tới điều khiển truy nhập0 80 Vô tuyến RNC Đo lường: - Đo tham số - Báo cáo tham số đo đƣợc Quyết định: - Các tham số thuật toán - Các đặc tính chuyển giao Thực hiện: - Tín hiệu chuyển giao - Phân bổ tài ngun vơ tuyến Hình 4.10 Tiến trình thực chuyển giao [3] Pha định chuyển giao bao gồm đánh giá tổng thể QoS kết nối so sánh với thuộc tính QoS yêu cầu ƣớc lƣợng 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 thành hai loại nhƣ sau:  Chuyển giao định mạng (NEHO)  Chuyển giao định thuê bao di động (MEHO) Trong trƣờng hợp chuyển giao thực mạng (NEHO), SRNC thực định chuyển giao Trong trƣờng hợp MEHO, UE thực định chuyển giao Trong trƣờng hợp kết hợp hai loại chuyển giao NEHO MEHO, định chuyển giao đƣợc thực phối hợp SRNC với UE Ngay trƣờng 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 81 Quyết định chuyển giao dựa thông tin đo đạc UE BS nhƣ điều kiện để thực thuật toán chuyển giao Nguyên tắc chung thực thuật toán chuyển giao đƣợc thể hình 4.11 Điều kiện đầu điều kiện thực định thuật toán dựa mức tín hiệu hoa tiêu UE thơng báo Các thuật ngữ tham số sau đƣợc sử dụng thuật toán chuyển giao: - Ngưỡng giới hạn trên: mức tín hiệu kết nối đạt giá trị cực đại cho phép thỏa mãn chất lƣợng dịch vụ QoS yêu cầu - Ngưỡng giới hạn dưới: mức tín hiệu kết nối đạt giá trị cực tiểu cho phép thỏa mãn chất lƣợng dịch vụ QoS u cầu Do mức tín hiệu nối kết khơng đƣợc nằm dƣới ngƣỡng - Giới hạn chuyển giao: tham số đƣợc định nghĩa trƣớc đƣợc thiết lập điểm mà cƣờng độ tín hiệu cell bên cạnh (cell B) vƣợt cƣờng độ tín hiệu Cƣờng độ tín hiệu cell (cell A) lƣợng định Giới hạn chuyển giao Tín hiệu tổng Ngƣỡng Ngƣỡng dƣới Tín hiệu B Tín hiệu A (1) (2) (3) Cell A Cell B Thời gian Hình 4.11 Ngun tắc chung thuật tốn chuyển giao [3] - Tập tích cực: danh sách nhánh tín hiệu (các cell) mà UE thực kết nối đồng thời tới mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN) Giả sử thuê bao UE cell A chuyển động phía cell B, tín hiệu hoa tiêu cell A bị suy giảm đến 82 mức ngƣỡng giới hạn dƣới Khi đạt tới mức này, xuất bƣớc chuyển giao theo bƣớc sau đây: + Cƣờng độ tín hiệu A với mức ngƣỡng giới hạn dƣới Cịn tín hiệu B đƣợc RNC nhập vào tập tích cực Khi UE thu tín hiệu tổng hợp hai kết nối đồng thời đến UTRAN + Tại vị trí này, chất lƣợng tín hiệu B tốt tín hiệu A nên đƣợc coi điểm khởi đầu tính tốn giới hạn chuyển giao + Cƣờng độ tín hiệu B tốt ngƣỡng giới hạn dƣới Tín hiệu A bị xóa khỏi tập tích cực RNC Kích cỡ tập tích cực thay đổi đƣợc thơng thƣờng khoảng từ đến tín hiệu 4.8.3 Các loại chuyển giao Tùy theo hình thức sử dụng chế chuyển giao, phân chia chuyển giao thành nhóm nhƣ: chuyển giao cứng, chuyển giao mềm chuyển giao mềm ● Chuyển giao mềm mềm Chuyển giao mềm mềm dựa nguyên tắc kết nối “nối trƣớc cắt“ (“Make before break”) - Chuyển giao mềm hay chuyển giao cell chuyển giao đƣợc thực cell khác nhau, trạm di động bắt đầu thông tin với trạm gốc mà chƣa cắt thông tin với trạm gốc cũ Chuyển giao mềm đƣợc thực trạm gốc cũ lẫn trạm gốc làm việc tần số MS thông tin với sector cell khác (chuyển giao đƣờng) với sector cell khác (chuyển giao đƣờng) - Chuyển giao mềm - mềm hơn: MS thông tin với hai sector cell sector cell khác Các tài nguyên mạng cần cho kiểu chuyển giao gồm tài nguyên cho chuyển giao mềm hai đƣờng cell A B cộng với tài nguyên cho chuyển giao mềm cell B (hình 4.13) 83 Cell B Cell A   Cell A Cell B         Cell A      Cell C Cell B Chuyển giao hai đường Chuyển giao ba đường Hình 4.12 Chuyển giao mềm [3]       Cell A Cell B Hình 4.13 Chuyển giao mềm - mềm [3] - Chuyển giao mềm : Là chuyển giao đƣợc thực UE chuyển giao sector cell chuyển giao cell BS quản lý Đây loại chuyển giao tín hiệu đƣợc thêm vào xóa khỏi tập tích cực, thay tín hiệu mạnh sector khác BS Trong trƣờng hợp chuyển giao mềm hơn, BS phát sector nhƣng thu từ nhiều sector khác Khi chuyển giao mềm chuyển giao mềm đƣợc thực đồng thời, trƣờng hợp gọi chuyển giao mềm - mềm hơn(hình 4.12) ● Chuyển giao cứng Chuyển giao cứng đƣợc thực cần chuyển kênh lƣu lƣợng sang kênh tần số Các hệ thống thông tin di động tổ ong FDMA TDMA sử dụng phƣơng thức chuyển giao 84 Chuyển giao cứng dựa nguyên tắc “cắt trƣớc nối” (Break Before Make) đƣợc chia thành: chuyển giao cứng tần số chuyển giao cứng khác tần số Trong trình chuyển giao cứng, kết nối cũ đƣợc giải phóng trƣớc thực kết nối Do vậy, tín hiệu bị ngắt khoảng thời gian chuyển giao Tuy nhiên, th bao khơng có khả nhận biết đƣợc khoảng ngừng Trong trƣờng hợp chuyển giao cứng khác tần số, tần số sóng mang kênh truy cập vơ tuyến khác so với tần số sóng mang Nhƣợc điểm chuyển giao cứng xảy rớt gọi chất lƣợng kênh chuyển đến trở nên xấu kênh cũ bị cắt 4.9 Điều khiển công suất [3] Trong WCDMA, điều khiển công suất đƣợc thực cho đƣờng lên lẫn đƣờng xuống Về bản, điều khiển cơng suất đƣờng xuống có mục đích nhằm tối thiểu nhiễu đến cell khác bù nhiễu cell khác gây nhƣ nhằm đạt đƣợc mức SNR yêu cầu Tuy nhiên, điều khiển công suất cho đƣờng xuống không thực cần thiết nhƣ điều khiển công suất cho đƣờng lên Hệ thống WCDMA sử dụng công suất đƣờng xuống nhằm cải thiện tính hệ thống cách kiểm sốt nhiễu từ cell khác Điều khiển công suất đƣờng lên tác động lên kênh truy nhập lƣu lƣợng Nó đƣợc sử dụng để thiết lập đƣờng truyền khởi tạo gọi phản ứng lên thăng giáng tổn hao đƣờng truyền lớn Mục đích điều khiển công suất đƣờng lên nhằm khắc phục hiệu ứng xa-gần cách trì mức cơng suất truyền dẫn máy di động cell nhƣ máy thu trạm gốc với QoS Do việc điều khiển công suất đƣờng lên thực tinh chỉnh công suất truyền dẫn máy di động Hệ thống WCDMA sử dụng hai phƣơng pháp điều khiển cơng suất khác (xem hình 4.14): * Điều khiển cơng suất vịng hở (OLPC) * Điều khiển cơng suất (nhanh) vịng kín (CLPC) - Điều khiển cơng suất vịng - Điều khiển cơng suất vịng ngồi 85 RNC BS UE Điều khiển cơng suất vịng hở Điều khiển cơng suất vịng kín Điều khiển cơng suất (nhanh) vịng Điều khiển cơng suất vịng ngồi Hình 4.14 Các chế điều khiển công suất WCDMA [3] 4.9.1 Điều khiển cơng suất vịng hở (OLPC) [3] Một phƣơng pháp điều khiển công suất đo điều khuếch (AGC-Automatic Gain Control) máy thu di động Trƣớc phát, trạm di động giám sát tổng công suất thu đƣợc từ trạm gốc Công suất đo đƣợc cho thấy tổn hao đƣờng truyền ngƣời sử dụng Trạm di động điều chỉnh cơng suất phát tỷ lệ nghịch với tổng cơng suất mà thu đƣợc Có thể phải điều chỉnh cơng suất dải động lên tới 80 dB Phƣơng pháp đƣợc gọi điều chỉnh cơng suất vịng hở, phƣơng pháp trạm gốc không tham gia vào thủ tục điều khiển công suất OLPC sử dụng chủ yếu để điều khiển công suất cho đƣờng lên Trong trình điều khiển cơng suất, UE xác định cƣờng độ tín hiệu truyền dẫn cách đo đạc mức cơng suất thu tín hiệu hoa tiêu từ BS đƣờng xuống Sau đó, UE điều chỉnh mức cơng suất truyền dẫn theo hƣớng tỷ lệ nghịch với mức công suất tín hiệu hoa tiêu thu đƣợc Do vậy, mức cơng suất tín hiệu hoa tiêu lớn mức công suất phát UE (P_trx) nhỏ BS Ƣớc tính cƣờng độ hoa tiêu UE P_trx = 1/cƣờng độ hoa tiêu Hình 4.15 OLPC đường lên[3] 86 Việc điều khiển cơng suất vịng hở cần thiết để xác định mức công suất phát ban đầu (khi khởi tạo kết nối) 4.9.2 Điều khiển cơng suất vịng kín (CLPC) [3] CLPC đƣợc sử dụng để điều khiển công suất kết nối đƣợc thiết lập Mục đích để bù ảnh hƣởng 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 Trong CLPC, BS điều khiển UE tăng giảm công suất phát Quyết định tăng giảm công suất phụ thuộc vào mức tín hiệu thu SNR BS Khi BS thu tín hiệu từ UE, so sánh mức tín hiệu thu với mức ngƣỡng cho trƣớc Nếu mức tín hiệu thu đƣợc vƣợt mức ngƣỡng cho phép, BS gửi lệnh điều khiển công suất phát (TPC) tới UE để giảm mức công suất phát UE Nếu mức tín hiệu thu đƣợc nhỏ mức ngƣỡng, BS gửi lệnh điều khiển đến UE để tăng mức công suất phát Quyết định điều khiển công suất BS Lệnh TPC UE Điều chỉnh P_trx UE theo lệnh TPC Lệnh TPC UE Điều chỉnh P_trx UE theo lệnh TPC TPC: Transmit Power Control: Điều khiển cơng suất truyền dẫn Hình 4.16 Cơ chế điều khiển công suất CLPC [3] Các tham số đƣợc sử dụng để đánh giá chất lƣợng công suất thu nhằm thực định điều khiển công suất nhƣ: SIR, tỷ lệ lỗi khung-FER, tỷ lệ lỗi bit BER Cơ chế CLPC nói chế điều khiển cơng suất vịng chế điều khiển cơng suất nhanh hệ thống WCDMA 87 4.9.3 Các trường hợp điều khiển cơng suất đặc biệt [3] Ngồi chế điều khiển công suất thông thƣờng, WCDMA cịn có trƣờng hợp điều khiển cơng suất đặc biệt nhƣ: - Điều khiển công suất kết hợp với chuyển giao mềm - Điều khiển công suất kết hợp với phân tập vị trí trạm (SSDT) - Điều khiển công suất chế độ nén BS BS TCP: ”Giảm công suất” UE TCP: ”Tăng công suất” TCP: ”Tăng công suất”  Mức công suất giảm BS BS BS TCP: ”Tăng công suất” UE  Kiểm tra độ tin cậy TCP  Mức công suất giảm TCP: ”Tăng công suất” TCP: ”Tăng cơng suất” BS Hình 4.17 Điều khiển cơng suất kết hợp với chuyển giao mềm [3] Ở trạng thái chuyển giao mềm, công suất phát UE đƣợc điều chỉnh dựa việc lựa chọn lệnh điều khiển công suất (TPC) phù hợp từ lệnh điều khiển cơng suất mà nhận đƣợc từ BS có kết nối đến UE UE thực lệnh điều khiển công suất theo nguyên tắc: lệnh điều khiển công suất yêu cầu giảm cơng suất UE giảm cơng suất phát Ngồi ra, sử dụng mức ngƣỡng để xác định lệnh điều khiển tin cậy để dựa vào tăng giảm cơng suất Đối với SSTD dựa nguyên tắc: BS có mức tín hiệu mạnh đƣợc lựa chọn BS truyền dẫn Sau đó, BS khác có kết nối đồng thời tới UE khóa kênh vật lý số liệu dành riêng (DPDCH) Do vậy, công suất phát UE đƣợc điều chỉnh dựa lệnh điều khiển cơng suất BS có mức tín hiệu mạnh 88 Phƣơng pháp giảm can nhiễu đƣờng xuống UE trạng thái chuyển giao mềm Với chế độ nén, hoạt động thu, phát BS UE bị ngắt theo chu kỳ định trƣớc để có thời gian thực đo lƣờng tần số vô tuyến hệ thống khác trƣờng hợp chuyển giao hệ thống Do vậy, trình điều khiển cơng suất bị ngắt Khi đó, UE thực việc tăng giảm công suất với bƣớc điều chỉnh lớn bình thƣờng để đảm bảo mức SIR phù hợp 89 4.10 Kết luận Trong chƣơng này, vào việc phân tích cấu trúc mạng WCDMA, bao gồm phần tử mạng truy cập vô tuyến, mạng lõi; chức phần tử, giao diện mạng, mơ hình giao thức phân lớp hệ thống UMTS - sở cấu trúc hệ thống cho WCDMA Từ việc hiểu cấu trúc mạng, cần phải quan tâm đến vấn đề xếp kênh UTRAN phƣơng thức điều chế, trải phổ đƣợc sử dụng mạng Lớp vật lý ảnh hƣởng lớn đến phức tạp thiết bị mặt đảm bảo khả xử lý băng tần sở cần thiết trạm gốc trạm đầu cuối 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 Ngồi đề cập đến giao diện vơ tuyến bao gồm chuyển giao điều khiển công suất Chuyển giao đƣợc khởi đầu thực mà ngƣời sử dụng khơng có ý định thơng 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 q 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 cơng 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 không đảm bảo đƣợc điều Các bƣớc để quy hoạch mạng thông tin di động WCDMA, công thức đƣợc lựa chọn để đƣa vào cơng thức mang tính chất lý thuyết, thực tế tính tốn cần có nhiều cần thông số đƣợc thực nghiệm giới chƣa đƣợc đƣa vào, đặc biệt với môi trƣờng tự nhiên, xã hội Việt Nam cần có thời gian thử nghiệm để thơng số tính toán phù hợp để đƣa vào 90 KẾT LUẬN CHUNG 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 thông không 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 vơ 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 khơng đáp ứng đƣợc u cầu cơng nghệ thông tin di động hệ tƣ giải pháp với tốc độ lên tới 34Mbps Điểm mấu chốt thông tin di động hệ tƣ thay đổi phƣơng pháp đa truy cập kinh điển phƣơng pháp đa truy cập cho hiệu suất cao nhƣ phƣơng pháp đa truy cập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA), đa truy cập phân chia theo hội (ODMA) 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] LGIC - Tổng cục bƣu điện, “Thông tin di động (2 tập),” Nhà xuất KHKT, 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 KHKT, 1993 [5]Vũ Đức Thọ, “Thông tin di động số Cellular”, Nhà xuất giáo dục, 1997 92 ... Tổng quan thông tin di động số Tìm hiểu phát triển thơng tin di động phƣơng pháp đa truy nhập thông tin di động Chương 2: Hệ thống thông tin di động GSM Chƣơng giới thiệu hình thành phát triển hệ... thống thông tin di động GSM, kiến trúc mạng GSM, phƣơng pháp đa truy cập GSM, thủ tục thông tin thuê bao sử dụng mạng cần thiết phải nâng cấp mạng GSM lên hệ 3G Chương 3: Lộ trình phát triển từ GSM. .. 92 TĨM TẮT ĐỒ ÁN Với đề tài ? ?lộ trình phát triển cua thông tin di động từ GSM lên 3G? ??.Đồ án đá nêu lên đƣợc phát triển mạnh mẽ thơng tin di động giới nói chung ngành viễn thơng nói