Hệ thống thông tin di động 3G công nghệ WCDMA: Nguyên lý hoạt động và triển khai của Viettel
MỤC LỤC
Giới thiệu chung 1. Mở đầu
Giới thiệu về công nghệ 3G
Mặc dù các hệ thống thông tin di động thử nghiệm đầu tiên được sử dụng vào những năm 1930-1940 trong các sở cảnh sát Hoa Kỳ nhưng các hệ thống điện thoại di động thương mại thực sự chỉ ra đời vào khoảng cuối những năm 1970 đầu những năm 1980. Khi số lượng các thuê bao trong mạng tăng lên, người ta thấy cần phải có biện pháp nâng cao dung lượng của mạng, chất lượng các cuộc đàm thoại cũng như cung cấp thêm một số dịch vụ bổ sung cho mạng. Để giải quyết vấn đề này người ta đã nghĩ đến việc số hóa các hệ thống điện thoại di động, và điều này dẫn tới sự ra đời của các hệ thống điện thoại di động thế hệ 2.
Khởi nguồn từ dịch vụ thoại đắt tiền cho một số ít người đi xe, đến nay với sự ứng dụng ngày càng rộng rãi các thiết bị thông tin di động thế hệ ba, thông tin di động có thể cung cấp nhiều loại hình dịch vụ đòi hỏi tốc độ số liệu cao cho người sử dụng kể cả các chức năng camera, MP3 và PDA. Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba IMT-2000 đã được đề xuất, trong đó hai hệ thống WCDMA UMTS và cdma-2000 đã được ITU chấp thuận và đã được đưa vào hoạt động.
Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động 3G WCDMA 1. Lịch trình nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin di động thế hệ ba
Sơ lược quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động đến thế hệ ba
Trong phần này ta tổng kết nền tảng công nghệ chính của thông tin di động từ thế hệ một đến thế hệ ba và quá trình phát triển của các nền tảng này đến nền tảng của thế hệ ba. Để tiến tới thế hệ ba có thể thế hệ hai phải trải qua một giai đoạn trung gian, giai đoạn này gọi là thế hệ 2,5.
Cơ sở xây dựng hệ thống 3G WCDMA 1 Các tiêu chuẩn
Các phiên bản của 3G WCDMA
Mỗi tiêu chuẩn trong 6 tiêu chuẩn nêu trên đều được các công ty lớn và một số quốc gia có nền công nghiệp điện tử, viễn thông phát triển ủng hộ và ra sức vận động. Các tiêu chuẩn này cạnh tranh gay gắt với nhau trong việc chiếm lĩnh thị trường thông tin di động. Mặc dù một số nước trên thế giới cấp phép băng tần 3G theo tiêu chí độc lập về công nghệ (không gắn việc cấp băng tần với bất kỳ công nghệ nào) nhưng thực tế triển khai ở nhiều nước cho thấy trong băng tần 1900-2200 MHz, công nghệ WCDMA/HSPA vẫn là công nghệ chủ đạo, được đa số các nhà khai thác lựa chọn.
Quy mô thị trường lớn của công nghệ này cũng đảm bảo rằng nó sẽ được tiếp tục phát triển trong tương lai.
Lộ trình phát triển hệ thống thông tin di động từ 3G lên 4G 1. Giới thiệu về hệ thống thông tin di động 4G
Các thiết bị đa chế độ: Thiết bị đa chế độ có nhiều chế độ hoạt động khác nhau, ví dụ như đa truy nhập phân chia theo mã, thông tin di động toàn cầu GSM, chế độ truy nhập vệ tinh,… Do đó, khi thiết bị nằm ngoài vùng phủ của mạng mình thì nó vẫn có thể truy nhập được vào hệ thống thông qua các mạng khác. Chẳng hạn có thể thực hiện chức năng chuyển mạch kênh (MSC/GMSC) và chức năng chuyển mạch gói (SGSN/GGSN) trong một nút duy nhất để được một hệ thống tích hợp cho phép chuyển mạch và truyền dẫn các kiểu phương tiện khác nhau: từ lưu lượng tiếng đến lưu lượng số liệu dung lượng lớn. Thiết bị chuyển mạch sử dụng cho CS trong các tổng đài của thông tin di động 2G thực hiện chuyển mạch kênh trên trên cơ sở ghép kênh theo thời gian trong đó mỗi kênh có tốc độ 64 kbps và vì thế phù hợp cho việc truyền các ứng dụng làm việc tại tốc độ cố định 64 kbps (chẳng hạn tiếng được mã hoá PCM).
Thông thường VP được thiết lập trên cơ sở số liệu của hệ thống tại thời điểm xõy dựng mạng.Việc sử dụng ATM trong mạng lừi cho ta nhiều lợi ích: có thể quản lý lưu lượng kết hợp với RAN, cho phép thực hiện các chức năng CS và PS trong cùng một kiến trúc và thực hiện khai thác cũng như điều khiển chất lượng liên kết. Ô vô hướng ngang (hình 2.8a) nhận được từ phát xạ của một anten có búp sóng tròn trong mặt ngang (mặt phẳng song song với mặt đất) và búp sóng có hướng chúc xuống mặt đất trong mặt đứng (mặt phẳng vuông góc với mặt đất). Các anten này có búp sóng dạng nửa số 8 trong mặt ngang và trong mặt đứng búp sóng của chúng chúc xuống mặt đất. Trong một số trường hợp ô phân đoạn có thể được tạo ra từ phát xạ của nhiều hơn ba anten. Trong thực tế mẫu ô có thể rất đa dạng tùy vào địa hình cần phủ sóng. Tuy nhiên các mẫu ô như trên hình 2.8 thường được sử dụng để thiết kế cho sơ đồ phủ sóng chuẩn. Tổng kết phân chia vùng địa lý trong các hệ thống thông tin di động 3G. Trong các kiến trúc mạng bao gồm cả miền chuyển mạch kênh và miền chuyển mạch gói, vùng phục vụ mạng không chỉ được phân chia thành các vùng định vị mà còn được phân chia thành các vùng định tuyến. Các vùng định vị là khái niệm quản lý di động của miền CS kế thừa từ mạng GSM. Các vùng định tuyến là các thực thể của miền PS. a) Phân chia vùng các vùng định vị thành các ô. b) Phân chia vùng các vùng định vị tuyến thành các ô.
Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 1. Trạm gốc (Node B)
Khối điều khiển mạng vô tuyến RNC
Khối điều khiển mạng vô tuyến là một khối phối hợp tự động (điều khiển) trong hệ thống WCDMA cho phép một hay nhiều trạm thu phát gốc liên lạc với một trung tâm chuyển mạch di động hoặc một hệ thống thông tin gói dữ liệu. RNC bao gồm nhiều đặc trưng điều khiển hơn một trạm điều khiển gốc BSC thông thường.
Mạng trục
Cơ sở dữ liệu thuê bao được tối ưu hoá, chúng thường xuyên được sao lưu bằng băng từ hoặc đĩa CDRom để phục hồi thông tin nếu hệ thống xảy ra sự cố. VLR chứa một thiết lập con của một thông tin HLR thuê bao, được dùng khi một điện thoại di động được tích cực trên một MSC riêng biệt khác. Thông tin HLR của người dùng được lưu giữ tạm thời trong bộ nhớ VLR, và được xóa đi khi thiết bị di động đăng ký với một MSC khác hoặc một hệ thống khác.
EIR là một cơ sở dữ liệu chứa sự nhận dạng của thiết bị di động và trạng thái của những thiết bị đó trong mạng (được uỷ quyền/cho phép hoặc không được uỷ quyền cho phép). Tiêu biểu là giá thiết bị thấp hơn do phần lớn được rao bán nhiều và tuỳ chọn, giảm giá cả thực hiện bảo dưỡng, và cho phép sử dụng một phần mềm chuẩn bảo dưỡng và giám sát chất lượng.
Các kỹ thuật cơ bản trong mạng 3G WCDMA 1. Kỹ thuật trải phổ và đa truy nhập theo mã
Giao diện vô tuyến của 3G WCDMA
WCDMA có thể có hai giải pháp cho giao diện vô tuyến: ghép song công phân chia theo tần số (FDD: Frequency Division Duplex) và ghép song công phân chia theo thời gian (TDD:. Time Division Duplex). Giải pháp thứ nhất sẽ được triển khai rộng rãi còn giải pháp thứ hai chủ yếu sẽ được triển khai cho các ô nhỏ (Micro và Pico). c) Phổ của tín hiệu thu sau giải trải phổ XK. b) Phổ của đầu vào máy thu k của các tín hiệu trải phổ được. phátđi từK máy phát. d) Phổ của tín hiệu giải trải phổ sau bộ lọc B=Rb. Tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) bằng X(f) (diện tích chữ nhật tô đậm trên hình b) chia cho MAI (diện tích chữ nhật trắng trên hình c). Lọc thông thấp B=Rc. a) Sơ đồ giải trải phổ DSSS.
Việc chọn độ rộng băng đúng đắn cho phép ta tránh được nhiễu giao thoa nhất là khi khối 5 MHz tiếp theo thuộc nhà khai thác khác. Giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD (để đơn giản ta sẽ bỏ qua ký hiệu FDD nếu không xét đến TDD) hoàn toàn khác với GSM và GPRS, WCDMA sử dung phương thức trải phổ chuỗi trực tiếp với tốc độ chip là 3,84 Mcps. Trong phần dưới đây trước hết ta xét kiến trúc giao thức của giao diện vô tuyến sau đó ta sẽ xét giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD, sau đó sẽ xét các kênh này.
Kiến trúc ngăn xếp giao thức của giao diện vô tuyến WCDMA/FDD Kiến trúc giao diện vô tuyến của WCDMA được cho trên hình 3.3. 9 Lớp liên kết nối số liệu (L2): lập khuôn số liệu vào các khối số liệu và đảm bảo truyền dẫn tin cậy giữa các nút lân cận hay các thực thể đồng cấp. Trong mặt phẳng điều khiển lớp 3 bao gồm RRC kết cuối tại RAN và các lớp con cao hơn: MM (Mobility Management) và CC (Connection Management), GMM (GPRS Mobility Management), SM (Session Management) kết cuối tại mạng lừi (CN).
Mỗi kênh vật lý ở lớp này được xác định bằng một tổ hợp tần số, mã ngẫu nhiên hoá (mã định kênh) và pha (chỉ cho đường lên). Các kênh được sử dụng vật lý để truyền thông tin cuả các lớp cao trên giao diện vô tuyến, tuy nhiên cũng có một số kênh vật lý chỉ được dành cho hoạt động của lớp vật lý. Để truyền thông tin ở giao diện vô tuyến, các lớp cao phải chuyển các thông tin này qua lớp MAC đến lớp vật lý bằng cách sử dụng các kênh logic.
