Wcdma công nghệ và ứng dụng đồ án tốt nghiệp wcdma công nghệ và ứng dụng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.03 MB, 111 trang )
Đồ án tốt nghiệp
WCDMA - Công nghệ và ứng dụng
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
-------------------
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:......................................Số hiệu sinh viên:...................................
Khóa: ...............................Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành:.................................
1. Đầu đề đồ án:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
4. Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ):
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
5. Họ tên giảng viên hướng dẫn:.................................................................................
.....................................................................................................................................
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:......................................................................................
7. Ngày hồn thành đồ án:..........................................................................................
Ngày.........tháng..........năm.........
Chủ nhiệm bộ mơn
Giảng viên hướng dẫn
Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày.........tháng..........năm...........
Cán bộ phản biện
SV: Nguyễn Văn Nam Sơn
Lớp: Điện tử 7 - K50
Đồ án tốt nghiệp
WCDMA - Công nghệ và ứng dụng
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------------
BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:......................................Số hiệu sinh viên:...................................
Ngành: .........................................................Khóa:......................................................
Giảng viên hướng dẫn: ...............................................................................................
Cán bộ phản biện:........................................................................................................
1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
2. Nhận xét của cán bộ phản biện:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Ngày........... tháng.......... năm...........
Cán bộ phản biện
(Ký, ghi rõ họ tên)
SV: Nguyễn Văn Nam Sơn
Lớp: Điện tử 7 - K50
Đồ án tốt nghiệp
WCDMA - Công nghệ và ứng dụng
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.........................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN THƠNG TIN DI ĐỘNG..3
1.1. Lịch sử phát triển của thơng tin di động....................................................3
1.1.1. Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất.................................3
1.1.2. Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai...................................4
1.1.3. Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba....................................5
1.2. Các yêu cầu cho thơng tin di động 3G (hay MUTS)..................................6
1.2.1. UMTS là gì?...........................................................................................6
1.2.2. Các yêu cầu cho 3G...............................................................................7
1.3. Ưu điểm của công nghệ WCDMA so với GSM........................................10
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ TRẢI PHỔ.............................................................12
2.1 Nguyên lý trải phổ.......................................................................................12
2.2. Các phương pháp trải phổ.........................................................................13
2.2.1. Hệ thống trải phổ dãy trực tiếp DSSS..................................................14
2.2.2. Hệ thống trải phổ nhảy tần FHSS......................................................18
2.2.3. Hệ thống trải phổ nhảy thời gian THSS............................................19
2.2.4. Các hệ thống lai...................................................................................20
2.3. Dãy mã giả tạp âm (giả ngẫu nhiên).........................................................21
2.3.1. Các chỉ tiêu ngẫu nhiên.......................................................................21
2.3.2. Bộ ghi dich hồi tiếp tuyến tính...........................................................21
2.4. Mã tạo từ hàm trực giao............................................................................22
2.5. Đặc điểm thông tin di động CDMA...........................................................23
2.5.1. Khả năng đa truy nhập.......................................................................23
2.5.2. Khả năng chống nhiễu đa đường.......................................................23
2.5.3. Khả năng bảo mật...............................................................................24
2.5.4. Khả năng loại trừ nhiễu......................................................................24
2.5.5. Xác suất phát hiện thấp......................................................................24
CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ WCDMA................................................................25
3.1. Giới thiệu về hệ thống WCDMA:..............................................................25
3.2. Quá trình phát triển từ GSM lên UMTS WCDMA.................................26
SV: Nguyễn Văn Nam Sơn
Lớp: Điện tử 7 - K50
Đồ án tốt nghiệp
WCDMA - Công nghệ và ứng dụng
3.3. Cấu trúc hệ thống WCDMA......................................................................30
3.3.1. Cấu trúc tổng quát hệ thống UMTS..................................................30
3.3.2. Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN....................................................32
3.3.2.1. Các khuyến nghị...........................................................................32
3.3.2.2. Tổng quát......................................................................................32
3.3.2.3. Cấu trúc truy nhập UTRAN.........................................................34
3.3.3. Mạng lõi CN.........................................................................................35
3.3.4. Thiết bị người sử dụng UE.................................................................36
3.3.5. Giao diện mở.......................................................................................36
3.3.6. Mạng truyền dẫn.................................................................................37
3.4. Nguyên tắc phân lớp trong hệ thống WCDMA........................................38
3.4.1. Nguyên tắc phân lớp trong hệ thống WCDMA................................38
3.4.2. Lớp vật lý trong WCDMA..................................................................39
3.5. Các kênh trong WCDMA..........................................................................40
3.5.1. Các kênh truyền tải.............................................................................40
3.5.1.1. Kênh truyền tải riêng...................................................................40
3.5.1.2. Kênh truyền tải ch ung................................................................41
3.5.1.3. Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý........................42
3.5.2. Các kênh vật lý....................................................................................44
3.5.2.1. Các kênh vật lý đường lên............................................................44
3.5.2.2. Các kênh vật lý đường xuống.......................................................50
3.5.3. Các kênh logic......................................................................................55
3.6. Điều chế và ngẫu nhiên hóa trong WCDMA............................................57
3.6.1. Điều chế và ngẫu nhiên hoá các kênh vật lý......................................57
3.6.1.1. Các mã định kênh.........................................................................58
3.6.1.2. Mã ngẫu nhiên hoá.......................................................................59
3.6.2. Định kênh và trải phổ kênh vật lý đường lên....................................59
3.6.2.1. Các kênh vật lý riêng đường lên (DPCCH/DPDCH)...................59
3.6.2.2. Kênh PCPCH................................................................................61
3.6.2.3. Kênh PRACH................................................................................62
3.6.3. Ngẫu nhiên hoá kênh vật lý đường lên..............................................63
SV: Nguyễn Văn Nam Sơn
Lớp: Điện tử 7 - K50
Đồ án tốt nghiệp
WCDMA - Công nghệ và ứng dụng
3.6.3.1 Mã ngẫu nhiên hoá cho DPCCH/DPDCH...................................65
3.6.3.2. Mã ngẫu nhiên hoá PRACH........................................................65
3.6.3.3. Mã ngẫu nhiên hoá cho PCPCH..................................................65
3.6.4. Điều chế đường lên..............................................................................66
3.6.5. Định kênh và trải phổ kênh vật lý đường xuống..............................66
3.6.5.1. Định kênh và trải phổ kênh vật lý đường xuống..........................66
3.6.5.2. Định kênh và trải phổ cho kênh SCH..........................................68
3.6.6. Ngẫu nhiên hoá kênh vật lý đường xuống.........................................68
3.6.7. Sơ đồ khối tổng quát trải phổ và điều chế kênh vật lý đường xuống...69
3.6.8. Mã hoá kênh và dồn kênh dịch vụ.....................................................70
3.6.8.1. Mã hoá kênh và ghép xen cho các dịch vụ và người sử dụng.....70
3.6.8.2. Dồn kênh dịch vụ..........................................................................71
3.6.8.3. Biến đổi tốc độ bit........................................................................72
3.7. Điều khiển công suất và chuyển giao trong WCDMA.............................73
3.7.1. Bắt đồng bộ mạng...............................................................................73
3.7.2. Điều khiển công suất...........................................................................73
3.7.3. Chuyển giao.........................................................................................75
3.7.3.1. Chuyển giao cùng một tần số (Intra- frequency Handover).....76
3.7.3.2. Chuyển giao giữa hai tần số........................................................77
3.8. Thiết lập cuộc gọi trong hệ thống WCDMA.............................................78
3.9. Giải pháp chuyển giao giữa mạng 3G và 2G............................................80
3.9.1. Chuyển giao trên kết nối chuyển mạch kênh (CS)............................81
3.9.1.1. Ưu điểm........................................................................................81
3.9.1.2. Chuyển giao từ mạng WCDMA sang GSM...............................81
3.9.1.3. Chuyển giao từ mạng GSM sang WCDMA...............................83
3.9.2. Chuyển giao trên kết nối chuyển mạch gói (PS)...............................84
3.9.2.1. Ưu điểm........................................................................................84
3.9.2.2. Lựa chọn lại ceell giữa mạng WCDMA, máy đầu cuối thực hiện
việc lựa chọn lại cell:.................................................................................84
3.9.2.3. Yêu cầu thay đổi cell từ cell WCDMA sang cell GSM..............86
CHƯƠNG 4: HƯỚNG TRIỂN KHAI 3G TẠI VIỆT NAM..............................87
SV: Nguyễn Văn Nam Sơn
Lớp: Điện tử 7 - K50
Đồ án tốt nghiệp
WCDMA - Công nghệ và ứng dụng
4.1. Cơ sở hạ tầng hiện có.................................................................................87
4.1.1. Phân hệ điều khiển trạm gốc BSS......................................................88
4.1.2. Phân hệ điều khiển chuyển mạch NSS...............................................88
4.1.3. Phân hệ khai thác và bảo dưỡng mạng NMS....................................89
4.1.4. Phân hệ máy con MS...........................................................................89
4.2. Phương án khả thi chuyển đổi lên 3G.......................................................89
4.2.1. Phân tích các phương án chuyển đổi.................................................89
4.2.2. Phương án khả thi: chuyển đổi từ GSM............................................90
4.2.2.1. Sự chuyển đổi về kỹ thuật...........................................................90
4.2.2.2. Sự chuyển đổi về dịch vụ.............................................................90
4.2.2.3. Sự chuyển đổi về mạng................................................................91
4.2.3. Lộ trình cơng nghệ và các bước triển khai cụ thể theo mỗi giai đoạn. . .91
4.2.3.1. Phát triển GPRS và chuẩn bị mạng lõi IP của MobiFone........91
4.2.3.2. Mạng WCDMA............................................................................93
KẾT LUẬN............................................................................................................96
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................97
SV: Nguyễn Văn Nam Sơn
Lớp: Điện tử 7 - K50
Đồ án tốt nghiệp
WCDMA - Công nghệ và ứng dụng
THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT
ACI
Adjacent Channel Interference
AICH
Acquistion Indicator Channel
AMPS
Advanced Mobile Phone Service
ARIB
Association for Radio
AUC
Authentication Center
BCH
Broadcast Channel
BER
Bit rate Error rate
BMC
Broadcast Multicast Control
BPSK
Binary Phase Shift Keying
BS
Base Station
BSC
Base Station Controller
BSS
Base Station Subsystem
BTS
Base Transceiver Station
CCI
Co-Channel Interference
CCTrCh
Coded Composite Transport Channel
CDMA
Code Division Multiple Access
CN
Core Network
CP-2
Coreless Phone – 2
CPCH
Common Packet Channel
CS
Digital Enhanced Coreless Telecommunication
DPCCH
Dedicated Physical Control Channel
DPCH
Dedicated Physical Channel
DPDCH
Dedicated Physical Data Channel
DSCH
Dedicated Shared Channel
DSSS
Direct Sequence Spreading Spectrum
DTCH
Digital Traffic Channel
EDGE
Enhanced Data Rates for GSM Evolution
ETACS
Extended Total Access Communication System
ETSI
European Telecommunications Standards Institute
SV: Nguyễn Văn Nam Sơn
Lớp: Điện tử 7 - K50
Đồ án tốt nghiệp
WCDMA - Công nghệ và ứng dụng
FACH
Forward Access Channel
FBI
Feedback Information
FDD
Frequency Division Duplexing
FHSS
Frequency Hopping Spreading Spectrum
GGSN
Gateway GPRS Support Node
GMSC
Gateway MSC
GMSK
Gaussian Minimum Shift Keying
GPRS
General Packet Radio Service
GSM
Global System for Mobile Communication
HLR
Home Location Register
HSCSD
High Speed Circuit Switched Data
IMT-2000
International Mobile Telecommunications in the year 2000
IP
Internet Protocol
ISDN
Integrated Services Digital Network
ISI
Inter Symbol Interference
ITU
International Telecommunication Union
ITU-R
International Telecommunication Union Radio Sector
IWF
Internet Working Function
MAC
Medium Access Control
MS
Mobile Station
MSC
Mobile Server Switching Center
NAMPS
Narrow AMPS
NMT-450
Nordic Mobile Telephone 450
NMT-900
Nordic Mobile Telephone 900
NTACS
Narrow TACS
NTT
Nippon Telegraph and Telephone
PCCPCH
Primary Common Control Physical Channel
PCH
Paging Channel
PCN
Personal Communication Network
PCPCH
Physical CPCH
PCS
Personal Communication System
SV: Nguyễn Văn Nam Sơn
Lớp: Điện tử 7 - K50
Đồ án tốt nghiệp
WCDMA - Công nghệ và ứng dụng
PDC
Personal Digital Cellular
PDN
Packet Data Network
PDP
Packet Data Protocol
PDSCH
Physical Dedicated Shared Channel
PG
Processing Gain
PLMN
Public Land Mobile Network
PN
Pseudo Noise
PRACH
Physical RACH
PS
Packet Switched
PSTN
Quadrature Phase Shift Keying
RACH
Random Access Channel
RANAP
Radio Access Network Application
RLC
Radio Link Control
RNC
Radio Network Controller
SCCPCH
Secondary Common Control Physical Channel
SCH
Synchronization Channel
SGSN
Servicing GPRS Support Node
SIR
Signal to Interference Ratio
SMS
Short Massage Service
SNR
Signal to Noise Ratio
SONET/SDH
Synchronous Optical Network/Synchronous Digital Hierarchy
SRNC
Service RNC
SS
Spread Spectrum
TACS
Total Access Communication System
TAF
Terminal Adaption Function
TDD
Time Division Duplexing
TE
Terminal Equipment
THSS
Time Hopping Spreading Spectrum
TPC
Transmit Power Control
TRAU
Transcoder and Rate Adaptor Unit
TRX
Transceiver
SV: Nguyễn Văn Nam Sơn
Lớp: Điện tử 7 - K50
Đồ án tốt nghiệp
WCDMA - Công nghệ và ứng dụng
TTA
Telecommunication Technology Assocaiation
UMTS
Universal Mobile Telecommunication System
USIM
User Sim Card
UTRAN
UMTS Terestrial Radio Access Network
VLR
Visiting Location Register
WAP
Wireless Application Protocol
WCDMA
Wideband Code Division Multiple Access
SV: Nguyễn Văn Nam Sơn
Lớp: Điện tử 7 - K50
Đồ án tốt nghiệp
WCDMA - Công nghệ và ứng dụng
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Q trình phát triển từ hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất
sang hệ thống thơng tin di động thế hệ thứ ba.................................................11
Hình 2.2. Phân loại các hệ thống CDMA.........................................................13
Hình 2.4. Sơ đồ khơi bộ phát DSSS..................................................................14
Hình 2.5. Sơ đồ khối bộ thu DSSS....................................................................15
Hình 2.6. Sơ đồ khối bộ phát sử dụng điều chế BPSK.....................................15
Hình 2.7. Tín hiệu trải phổ điều chế BPSK......................................................16
Hình 2.8. Sơ đồ khối máy thu DSSS-BPSK......................................................16
Hình 2.9. Sơ đồ khối bộ phát DSSS sử dụng điều chế QPSK...........................17
Hình 2.10. Các dạng sóng ở hệ thống DSSS-QPSK..........................................17
Hình 2.11. Trải phổ nhảy tần FHSS................................................................18
Hình 2.12. Sơ đồ khối thu – phát hệ thống trải phổ FHSS...............................19
Hình 2.15. Sơ đồ bộ ghi dịch hồi tiếp tuyến tính..............................................21
Hình 3.1. Lộ trình phát triển từ GSM lên WCDMA........................................26
Hình 3.2. Cấu trúc hệ thống HSCSD...............................................................27
Hình 3.4. Các phần tử của mạng UMTS..........................................................30
Hình 3.5. Cấu trúc hệ thống WCDMA............................................................31
Hình 3.6. Phân lớn hệ thống CDMA tổng quát................................................38
Hình 3.8. Giao diện giữa các lớp cao và lớp vật lý...........................................43
Hình 3.11. Cấu trúc phát truy nhập ngẫu nhiên..............................................47
Hình 3.12. Cấu trúc khung vơ tuyến phần bản tin của RACH........................47
Hình 3.13. Cấu trúc phát truy nhập ngẫu nhiên CPCH...................................49
Hình 3.14. Cấu trúc khung vơ tuyến cho kênh DPCH đường xuống...............50
Hình 3.15. Cấu trúc khung vơ tuyến của CPICH.............................................51
Hình 3.16. Cấu trúc khung cho kênh P-CCPCH.............................................51
Hình 3.17. Cấu trúc khung vơ tuyến cho kênh S-CCPCH...............................52
Hình 3.18. Cấu trúc kênh đồng bộ...................................................................53
Hình 3.19. Cấu trúc khung vơ tuyến của PDSCH............................................54
Hình 3.20. Cấu trúc khung vô tuyến cho AICH...............................................54
SV: Nguyễn Văn Nam Sơn
Lớp: Điện tử 7 - K50
Đồ án tốt nghiệp
WCDMA - Cơng nghệ và ứng dụng
Hình 3.22. Quan hệ giữa trải phổ đều chế và ngẫu nhiên................................57
Hình 3.23.Cấu trúc cây của mã định kênh.......................................................58
Hình 3.24. Ghép kênh mã I-Q cùng với ngẫu nhiên hố phức.........................60
Hình 3.25. Sơ đồ tổng quát trải phổ và ghép kênh vật lý.................................62
Hình 3.26. Phần bản tin của PCPCH...............................................................63
Hình 3.27. Sơ đồ phần bản tin của PRACH.....................................................64
Hình 3.28. Sơ đồ bộ tạo chuỗi ngẫu nhiên đường dài.......................................65
Hình 3.29. Sơ đồ bộ tạo chuỗi ngẫu nhiên ngắn đường lên cho chuỗi 255.......65
Hình 3.30. Điều chế kênh vật lý đường lên......................................................67
Hình 3.31. Cấu hình của bộ tạo mã ngẫu nhiên đường xuống.........................69
Hình 3.32. Sơ đồ khối trải phổ kênh vật lý đường xuống trừ SCH..................70
Hình 3.33. Sơ đồ khối ghép kênh vật lý đường xuống......................................71
Hình 3.34. Các phương pháp mã hố FEC cơ bản cho WCDMA....................71
Hình 3.35. Dồn kênh dịch vụ trong WCDMA..................................................72
Hình 3.36. Dồn kênh dịch vụ tách biệt trong WCDMA...................................73
Hình 3.37. Thủ tục thiết lập một cuộc gọi trong WCDMA..............................81
Hình 3.38. Các thủ tục chuyển giao từ WCDMA sang GSM...........................83
Hình 3.39. Các thủ tục chuyển giao từ GSM sang WCDMA...........................84
Hình 3.40. Thủ tục lựa chọn lại cell từ cell WCDMA sang cell GSM...............87
Hình 4.1. Mạng GSM cơ bản với các phân hệ..................................................88
Hình 4.2. Lộ trình triển khai 3G từ GSM........................................................92
SV: Nguyễn Văn Nam Sơn
Lớp: Điện tử 7 - K50
Đồ án tốt nghiệp
WCDMA - Công nghệ và ứng dụng
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Phân loại các dịch vụ ở IMT-2000.......................................................9
Bảng 3.1. Các thông số giao diện vô tuyến của WCDMA................................25
Bảng 3.2. Đa thức tạo mã trong WCDMA.......................................................71
Bảng 3.3. Các tham số cần thiết trong quá trình chuyển giao..........................75
Bảng 4.1. Năng lực mạng lõi hiện tại của mạng MobiFone như sau:...............93
Hình 4.3. Cấu trúc mạng WCDMA tồn IP.....................................................94
SV: Nguyễn Văn Nam Sơn
Lớp: Điện tử 7 - K50
Đồ án tốt nghiệp
WCDMA - Công nghệ và ứng dụng
LỜI NĨI ĐẦU
. Thơng tin di động thế hệ thứ hai được xây dựng theo chuẩn của GSM là hệ
thống thông tin băng hẹp với tốc độ bit thông tin là 8 – 13 kbps có sử dụng kỹ thuật
số với các hệ thống phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo
mã(CDMA).Các yêu cầu về dịch vụ mới của các hệ thống thông tin di động, nhất là
các dịch vụ truyền số liệu đòi hỏi các nhà khai thác phải đưa ra các hệ thống thông
tin di động mới: hệ thống thông tin di động thứ 3 IMT-2000 với tốc độ lên tới 2
Mbps nhằm mục tiêu sau đây:
Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như truy nhập
internet nhanh hoặc các dịch vụ đa phương tiện.
Linh hoạt đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và điện
thoại vệ tinh.
Tương thích với các hệ thống thơng tin di động hiện có.
Có nhiều tiêu chuẩn hệ thống thông tin di động IMT-2000 song do khuôn khổ
thời gian hạn hẹp nên đồ án này chỉ tập trung nghiên cứu hệ thống W-CDMA trong
thơng tin di động 3G.
Mục đích của đồ án là tìm hiểu rõ hơn về hệ thống thông tin di động
WCDMA.Với mong muốn được tiếp cận với hệ thống thông tin di động thế hệ thứ
ba này.Trong đồ án tốt nghiệp này, em xin được tìm hiểu các vấn đề liên quan
đến“WCDMA – công nghệ và ứng dụng” .
Nội dung đồ án gồm bốn phần:
Chương 1 : Tổng quan về các hệ thống thông tin di động
Chương 2 : Công nghệ trải phổ
Chương 3 : Công nghệ WCDMA
Chương 4 : Hướng triển khai WCDMA tại Việt Nam
Do nội dung kiến thức tương đối rộng, sự hiểu biết cịn hạn chế nên trong
q trình thực hiện đề tài sẽ khơng tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được
sự góp ý và giúp đỡ của quý thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn
PGS.TS.Nguyễn Quốc Trung đã tận tình giúp đỡ và trực tiếp hướng dẫn em trong
suốt quá trình thực hiện đề tài. Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa
SV: Nguyễn Văn Nam Sơn
Lớp: Điện tử 7 - K50
Đồ án tốt nghiệp
WCDMA - Công nghệ và ứng dụng
Điện tử – Viễn thông và các bạn đã giúp đỡ em rất nhiều trong việc hoàn thành đề
tài tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, tháng 6 năm 2008
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Nam Sơn
SV: Nguyễn Văn Nam Sơn
Lớp: Điện tử 7 - K50
Đồ án tốt nghiệp
WCDMA - Công nghệ và ứng dụng
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN
THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động
Ra đời vào những năm 40 của thế kỉ XX thông tin di động được coi như là
một thành tựu tiên tiến trong lĩnh vực thông tin viễn thông với đặc điểm các thiết bị
đầu cuối có thể truy cập dịch vụ ngay khi đang di động trong phạm vi phủ sóng
Quan niệm về cellular bắt đầu từ cuối những năm 40 với Bell thay thế cho
mơ hình quảng bá với máy phát công suất lớn từ Anten đặt cao, là những cell có
diện tích bé có máy phát BTS cơng suất nhỏ, khi các cell ở cách nhau đủ xa thì có
thể sử dụng lại tần số. Tháng 12/1971 đưa ra hệ thống cellular kỹ thuật tương ứng,
sử dụng phương pháp điều tần FM, dải tần 850 M
Hz. Tương ứng là sản phẩm thương nghiệp AMPS với tiêu chuẩn do AT & T
và MOTOROLAR của Mỹ đề xuất sử dụng được ra đời vào năm 1983.
Đầu những năm 90 thế hệ đầu tiên của thông tin di động tế bào đã bao gồm
hàng loạt các hệ thống ở các nước khác nhau. Cụ thể là:
1.1.1. Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất
-
AMPS (Advance Mobile Phone Service) : Dịch vụ điện thoại di
động tiên tiến
-
NAMPS (Narrow AMPS): AMPS băng hẹp.
-
TACS (Total Access Communication System): Hệ thống thông tin
truy nhập toàn bộ.
-
ETACS (Extended TACS): TACS mở rộng.
-
NMT 450 (Nordic Mobile Telephone 450): Hệ thống điện thoại di
động Bắc Âu băng tần 450 MHz.
-
NMT 900 (Nordic Mobile Telephone 900): Hệ thống điện thoại di
động Bắc Âu băng tần 900 MHz.
-
NTT (Nippon Telegraph and Telẹphone): Hệ thống do NTT phát
triển.
-
JTACS (Japenish TACS) :TACS Nhật Bản.
SV: Nguyễn Văn Nam Sơn
Lớp: Điện tử 7 - K50
Đồ án tốt nghiệp
WCDMA - Công nghệ và ứng dụng
NTACS (Narow TACS) :TACS băng hẹp.
-
Đặc điểm của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất là tương tự, sử dụng
công nghệ FDMA. Tuy nhiên, các hệ thống này không thoả mãn được nhu cầu sử
dụng ngày càng tăng mà trước hết là về dung lượng. Mặt khác các tiêu chuẩn hệ
thống khơng tương thích nhau làm cho sự chuyển giao không đủ rộng như mong
muốn (việc liên lạc ngồi biên giới là khơng thể). Những vấn đề trên đặt ra cho thế
hệ thông tin di động tế bào thứ hai phải lựa chọn giải pháp kĩ thuật: kĩ thuật số hay
kĩ thuật tương tự. Các tổ chức tiêu chuẩn hoá đa số đều lựa chọn kĩ thuật số do nó
đảm bảo chất lượng cao hơn trong mơi trường nhiễu mạnh và khả năng tiềm tàng về
một dung lượng lớn hơn.
1.1.2. Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai
Hệ thống thông tin di động tế bào thứ hai ba tiêu chuẩn chính:
GSM, IS_54 (Bao gồm cả tiêu chuẩn AMPS) và JDC. Các hệ thống thông tin di
động thế hệ hai bao gồm:
- IS_54B TDMA.
- IS_136 TDMA
- IS_95 CDMA
- GSM (Global System for Mobile Communication): Hệ thống thơng tin di động
tồn cầu.
- PCN (Personal Communication Network): Mạng thông tin cá nhân.
- CP-2 (Coreless Phone-2): Điên thoại không dây.
- DETC (Digital Enhanced Coreless Telecommuni cation): Viễn thông không
dây số tiên tiến.
- PDC (Personal Digital Cellular): Hệ thống tổ ong số cá nhân.
- PCS (Personal Communication System): Hệ thống thông tin cá nhân.
*) Thông tin di động thế hệ hai có những ưu điểm sau:
Sử dụng kỹ thuật số có ưu điểm sau:
Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu suất sử dụng phổ tần cao hơn.
Mã hố tín hiệu thoại với tốc độ ngày càng thấp cho phép ghép nhiều kênh
thoại hơn và dòng bit tốc độ chuẩn.
Giảm tỷ lệ tin tức báo hiệu danh tỷ lệ tin tức lớn hơn cho người sử dụng.
SV: Nguyễn Văn Nam Sơn
Lớp: Điện tử 7 - K50
Đồ án tốt nghiệp
WCDMA - Công nghệ và ứng dụng
áp dụng kỹ thuật mã hoá kênh và mã hoá nguồn của kỹ thuật truyền dẫn số.
Hệ thống số chống nhiễu kênh chung CCI (Cochannel Interference) và chống
nhiễu kênh về ACI (Adjacent-Channel Interference) hiệu quả hơn. Điều này cuối
cùng làm tăng dung lượng của hệ thống.
Điều khiển động cho cấp phát kênh liên lạc làm cho việc sử dụng tần số hiệu
quả hơn.
Có nhiều dịch vụ mới nhận thực, số liệu, mật mã hoá kết nối với ISDN.
Điều khiển truy nhập và chuyển giao hoàn hảo hơn, dung lượng tăng, báo hiệu
liên tục đều dễ dàng xử lý bằng phương pháp số.
Tuy nhiên các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai cũng tồn tại một số
nhược điểm như sau: Độ rộng dải thông băng tần của hệ thống là bị hạn chế nên
việc ứng dụng các dịch vụ dữ liệu bị hạn chế, không thể đáp ứng được các yêu cầu
phát triển cho các dịch vụ thông tin di động đa phương tiện cho tương lại, đồng thời
tiêu chuẩn cho các hệ thống thế hệ thứ hai là không thống nhất do Mỹ và Nhật sử
dụng TDMA băng hẹp còn Châu Âu sử dụng TDMA băng rộng nhưng cả 2 hệ
thống này đều có thể được coi như là sự tổ hợp của FDMA và TDMA vì người sử
dụng thực tế dùng các kênh được ấn định cả về tần số và các khe thời gian trong
băng tần. Do đó việc thực hiện chuyển mạng tồn cầu gặp phải nhiều khó khăn.
Vì vậy mà yêu cầu một hệ thống thông tin di động thứ 3 (3G) ra đời là một
điều tất yếu.
1.1.3. Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba
Bắt đầu từ những năm cuối của thập niên 90 hệ thống thông tin di động thế
hệ thứ ba ra đời bằng kỹ thuật đa truy cập CDMA và TDMA cải tiến. Để đáp ứng
nhu cầu ngày càng tăng về dịch vụ thông tin di động người ta đã tiến hành nghiên
cứu, hoạch định hệ thống thông tin di động thế hệ ba – 3G.
ITU-R (International Telecommunication Union Radio Sector – Bộ phận vô
tuyến của hiệp hội viễn thông quốc tế) đã tiến hành cơng tác tiêu chuẩn hố cho các
hệ thống thơng tin di động tồn cầu IMT 2000 (trước đây là FPLMTS). Ở Châu Âu,
ETSI đã tiến hành tiêu chuẩn hoá phiên bản của hệ thống này với tên gọi UMTS
(Universal Mobile Telecommunication System – Hệ thống viễn thông di động toàn
SV: Nguyễn Văn Nam Sơn
Lớp: Điện tử 7 - K50
Đồ án tốt nghiệp
WCDMA - Công nghệ và ứng dụng
cầu). Cả IMT-2000 và UMTS đều thống nhất sử dụng công nghệ W-CDMA cho
truy cập giao diện vơ tuyến của mình.
So với hai hệ thống thông tin di động thứ nhất và thứ hai thì hệ thống thơng
tin di động thế hệ thứ ba là hệ thống đa dịch vụ và đa phương tiện được phủ khắp
toàn cầu. Một trong những đặc điểm của nó là có thể chuyển mạng, hoạt động mọi
lúc, mọi nơi là đều thực hiện được. Điều đó có nghĩa là mỗi thuê bao di động đều
được gán một mã số về nhận dạng thông tin cá nhân, khi máy ở bất cứ nơi nào, quốc
gia nào trên thế giởi đều có thể định vụ được vị trí chính xác của th bao. Ngồi ra
hệ thống thơng tin di động thế hệ thứ ba là một hệ thống đa dịch vụ, thuê bao có thể
thực hiện các dịch vụ thông tin dữ liệu cao và thông tin da phương tiện băng rộng
như: hộp thư thoại, truyền Fax, truyền dữ liệu, chuyển vùng quốc tế, Wap (giao thức
ứng dụng không dây)... để truy cập vào mạng Internet, đọc báo chí, tra cứu thơng
tin, hình ảnh... Do đặc điểm băng tần rộng nên hệ thống thông tin di động thế hệ thứ
ba cịn có thể cung cấp các dịch vụ truyền hình ảnh, âm thanh, cung cấp các dịch vụ
điện thoại thấy hình...
1.2 Các u cầu cho thơng tin di động 3G (hay MUTS)
1.2.1. UMTS là gì?
UMTS là viết tất của cụm từ Universal Mobile Telecommunication System,
tức là Hệ Thống Viễn Thơng di động tồn cầu. Thực chất do chính là hệ thống
thơng tin di động thế hệ thứ 3 (thường gọi là 3G). Hệ thống mới này sẽ hoạt động ở
dải tần 2GHz. Nó sẽ cung cấp một loạt các dịch vụ băng rộng cho hệ thống thông
tin di động bao gồm từ các dịch vụ thoại và số liệu tốc độ thấp hiện nay cho đến các
tốc độ dữ liệu cho thơng tin di động có thể lên tới 2 Mbps. Hệ thống thông tin di
động bao gồm từ các các dịch vụ thoại và số liệu tốc độ thấp hiện nay cho đến các
dịch vụ số liệu tộc cao, video và truyền thanh. UMTS sẽ mang tới chi phí thấp và
tốc độ dữ liệu cho thơng tin di động có thể lên tới 2Mbps. Hệ thống thơng tin di
động thế hệ 3 vẫn duy trì những tính năng tồn cầu của mạng. GSM/GPRS thế hệ
thứ 2 đồng thời cung cấp thêm những tính năng tiên tiến. UMTS được thiết kế để
truyền hình ảnh, đồ họa, thơng tin video và các loại thông tin đa phương tiện khác
cũng như là thoại và số liệu cho các thuê bao di động.
SV: Nguyễn Văn Nam Sơn
Lớp: Điện tử 7 - K50
Đồ án tốt nghiệp
WCDMA - Công nghệ và ứng dụng
Hệ thống UMTS sử dụng công nghệ CDMA băng rộng (WCDMA). Khả
năng chuyển giao giữa UMTS và GSM cũng được hỗ trợ. Trong đó dịch vụ vơ
truyến gói chung GPRS (General Packet Radio Service) được coi là điểm hội tụ
giữa các cơng nghệ 2G với bộ phận chuyển mạch gói của mạng UMTS.
1.2.2. Các yêu cầu cho 3G
Hiệp hội Viễn thông quốc tế ITU (International Telecommunication Union)
– nơi đưa ra những tiêu chuẩn sử dụng trong phạm vi công nghệ viễn thơng đã giới
thiệu một nhóm gọi là IMT-2000 (International Mobile Telecommunication) được
giao nhiệm vụ là xác định rõ thế hệ tiếp theo của hệ thống thơng tin di động. Nhóm
này đã định nghĩa một cách chính xác những yêu cầu cho một hệ thống thông tin di
động thế hệ 3 (3G) dựa trên các mục tiêu chính sau:
-
Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng thông như truy
nhập Internet nhanh.
-
Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới nhu đánh số cá nhân toàn
cầu và điện thoại vệ tinh. Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ
sóng của các hệ thống thơng tin di động.
-
Tương thích với các hệ thống thơng tin di động hiện có để đảm
bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động.
Với những mục tiêu chính như trên thì có thể thấy thơng tin di động thế hệ
thứ 3 sẽ phải là thế hệ thông tin di động cho các dịch vụ truyền thông cá nhân đa
phương tiện. Hộp thư thoại sẽ được thay thế bằng bưu thiếp điện tử được lồng ghép
với hình ảnh và các cuộc thoại thông thường trước đây sẽ được bổ sung các hình
ảnh để trở thành thoại có hình... Dưới đây là một số yêu cầu chung đối với hệ thống
thông tin di động thế hệ 3:
Sử dụng dải tần qui định quốc tế 2GHz như sau
- Đường lên: 1885 MHz – 2025 MHz.
- Đường xuống: 2110 MHz – 2200 MHz.
Mạng phải là băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện.
SV: Nguyễn Văn Nam Sơn
Lớp: Điện tử 7 - K50
