Giải pháp nâng cấp mạng thông tin di động GSM lên 3g luận văn tốt nghiệp đại học
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (731.76 KB, 97 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
==========
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
Người hướng dẫn:
KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
Sinh viên thực hiện:
TRẦN THANH PHÚC
Lớp:
47K - ĐTVT
VINH, 5/2011
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
LỜI NÓI ĐẦU
Trao đổi thông tin là một nhu cầu thiết yếu của con người trong xã hội
ngày nay. Bắt đầu từ các hệ thống thông tin di động thế hệ đầu tiên ra đời vào
năm 1946 chỉ phục vụ dịch vụ thông tin thoại. Sau đó các hệ thống thông tin di
động số thế hệ 2 (2G) ra đời với mục tiêu chủ yếu là hỗ trợ dịch vụ thoại và
truyền số liệu tốc độ thấp. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) đã ra đời
nhằm thỏa mãn nhu cầu của con người về các dịch vụ số liệu tốc độ cao như:
Điện thoại thấy hình, video streaming, hội nghị truyền hình, nhắn tin đa phương
tiện (MMS)… Ở Việt Nam, các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba đã
được triển khai vào cuối năm 2009. 3G thực sự đã đạt được rất nhiều thành công
nhờ công nghệ CDMA băng rộng (W-CDMA) theo chuẩn IMT-2000. Xuất phát
từ những đóng góp quan trọng của mạng 3G mà em chọn đề tài nghiên cứu về
3G. Đề tài “Giải pháp nâng cấp mạng thông tin di động GSM lên 3G” gồm
có 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về thông tin di động 3G
Chương 2: Hệ thống thông tin di động GSM và giải pháp nâng cấp lên 3G
Chương 3: Mạng W-CDMA, kỹ thuật trải phổ và giao diện vô tuyến
Trong quá trình thực hiện đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của
KS. Tạ Hùng Cường. Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng trong việc hoàn thành đồ
án nhưng với thời gian và trình độ có hạn nên đồ án còn có nhiều thiếu sót, em
rất mong nhận được các ý kiến đóng góp và chỉ dẫn thêm từ các thầy cô và các
bạn.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy Tạ Hùng Cường đã giúp em
hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
NHD: KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
PHÚC
1
SVTH: TRẦN THANH
LỚP : 47K-ĐTVT
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
Trần Thanh Phúc
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Đồ án tìm hiểu giải pháp nâng cấp mạng GSM lên 3G. Nội dung đồ án
gồm 3 phần. Phần 1 nêu tổng quan về mạng 3G bao gồm lịch sử phát triển của
mạng thông tin di động, sự cần thiết phải nâng cấp mạng thông tin di động lên
3G và các tiêu chuẩn để nâng cấp mạng. Phần 2 là phần chính của đồ án, nêu lên
giải pháp thực hiện nâng cấp mạng GSM lên 3G. Phần 3 nêu lên cấu trúc hệ
thống 3G W-CDMA, kỹ thuật trải phổ và giao diện vô tuyến của nó.
Solution blueprints to learn a GSM network upgrade to 3G. Contents
scheme includes three parts. Part 1 summarizes the 3G network covers the
historical development of mobile communication networks, the need for network
upgrades to 3G mobile communication standards and to upgrade the network.
Part 2 is part of the scheme, setting out measures to implement GSM network
upgrade to 3G. Section 3 raised structure 3G W-CDMA system, spread spectrum
technology and its wireless interface.
NHD: KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
PHÚC
2
SVTH: TRẦN THANH
LỚP : 47K-ĐTVT
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU..........................................................................................................1
TÓM TẮT ĐỒ ÁN....................................................................................................2
MỤC LỤC................................................................................................................3
DANH SÁCH HÌNH VẼ..........................................................................................5
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT..........................................................................7
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G..................................17
1.1 Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động 3G.................................................17
1.1.1 Lịch sử phát triển............................................................................................................................17
1.1.2 Các hướng phát triển mạng thông tin di động lên 3G....................................................................21
1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3G...............................................................................25
1.2.1 Tiêu chuẩn IMT-2000....................................................................................................................26
1.2.2 Phân bố tần số cho IMT-2000........................................................................................................32
1.2.3 Mô hình tổng quát cho mạng IMT-2000........................................................................................33
1.2.4 Các dịch vụ và ứng dụng trong thông tin di động thế hệ ba..........................................................35
2.1 Giới thiệu chung................................................................................................................39
2.2 Cấu trúc mạng GSM..........................................................................................................40
2.2.1 Trạm di động..................................................................................................................................40
2.2.2 Phân hệ trạm gốc............................................................................................................................41
2.2.3 Phân hệ chuyển mạch.....................................................................................................................42
2.2.4 Đa truy nhập trong GSM................................................................................................................43
2.3 Sự phát triển của mạng GSM lên 3G................................................................................44
2.3.1 Hệ thống GSM sẽ được nâng cấp từng bước lên thế hệ ba...........................................................44
2.3.2 Giải pháp nâng cấp.........................................................................................................................45
2.4 Giới thiệu chung về các tầng trung gian...........................................................................47
2.4.1 Số liệu chuyển mạch tốc độ cao - HSCSD.....................................................................................47
2.4.2 Dịch vụ vô tuyến gói chung - GPRS .............................................................................................49
2.4.3 Tốc độ dữ liệu nâng cao cải tiến cho GSM - EDGE......................................................................52
2.4.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 W-CDMA.............................................................................53
3.1 Cấu trúc hệ thống WCDMA.............................................................................................57
3.1.1 Thiết bị người sử dụng UE.............................................................................................................58
3.1.2 Mạng lõi - CN................................................................................................................................59
3.1.3 Mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN)......................................................................60
3.1.4 Các mạng ngoài và giao diện.........................................................................................................62
3.1.5 Cấu trúc phân lớp của W-CDMA...................................................................................................64
3.2 Các giải pháp kỹ thuật trong W-CDMA..........................................................................67
3.2.1 Sơ đồ khối chung của một thiết bị thu phát vô tuyến số...............................................................67
3.2.2 Điều chế.........................................................................................................................................69
3.3 Trải phổ trong W-CDMA..................................................................................................73
NHD: KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
PHÚC
3
SVTH: TRẦN THANH
LỚP : 47K-ĐTVT
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
3.3.1 Khái quát về kỹ thuật trải phổ.......................................................................................................73
3.3.2 Khái niệm hệ thống thông tin trải phổ...........................................................................................74
3.3.3 Mã PN...........................................................................................................................................77
3.3.4 Các phương thức trải phổ...............................................................................................................79
3.3.5 Nguyên lí cơ bản của kĩ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS.......................................................80
3.4 Công nghệ CDMA băng rộng............................................................................................84
3.5 Giao diện vô tuyến.............................................................................................................87
3.5.1 Các kênh truyền tải và sắp xếp chúng lên các kênh vật lý.............................................................88
KẾT LUẬN.............................................................................................................94
NHD: KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
PHÚC
4
SVTH: TRẦN THANH
LỚP : 47K-ĐTVT
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1 Quá trình phát triển lên 3G theo hướng sử công nghệ WCDMA [1]....22
Hình 1.2 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA2000 [1]......................22
Hình 1.3 Lộ trình phát triển các thế hệ thông tin di động....................................24
Hình 1.4 Lịch trình nghiên cứu và đưa vào khai thác mạng W-CDMA..............26
Hình 1.5 Phân bố tần số cho IMT-2000 ở một số nước........................................32
Hình 1.6 Mô hình tổng quát cho mạng IMT-2000 [3]..........................................34
Hình 1.7 Các đề xuất đối với mạng truy cập vô tuyến...........................................35
Hình 2.1 Cấu trúc mạng GSM...............................................................................40
Hình 2.2 Các giai đoạn phát triển từ hệ thống GSM sang WCDMA...................47
Hình 2.3 Cấu trúc mạng GSM cung cấp HSCSD.................................................48
Hình 2.4 Cấu trúc hệ thống GPRS........................................................................50
Hình 2.5 Cấu trúc hệ thống GPRS có sử dụng EDGE.........................................53
Hình 2.6 Cấu trúc hệ thống W-CDMA theo 3GPP phiên bản 99.........................55
Hình 2.7 Cấu trúc hệ thống W-CDMA theo 3GPP phiên bản 4...........................56
Hình 3.1 Cấu trúc chi tiết hệ thống W-CDMA......................................................57
Hình 3.2 Cấu trúc UE............................................................................................58
Hình 3.3 Cấu trúc mạng lõi CN.............................................................................59
Hình 3.4 Cấu trúc mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN)..................61
Hình 3.5 Sơ đồ khối cấu trúc tổng quan của mạng UMTS phát triển từ GSM....64
Hình 3.6 Cấu trúc phân lớp của W-CDMA...........................................................65
Hình 3.7 Sơ đồ khối tổng quát của thiết bị vô tuyến số ở hệ thống thông tin di
động số....................................................................................................................68
Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý điều chế BPSK.............................................................70
Hình 3.9 Khoảng cách giữa hai tín hiệu BPSK....................................................71
Hình 3.10 Mô hình hệ thống thông tin trải phổ....................................................75
Hình 3.11 Khả năng loại trừ nhiễu.......................................................................77
Hình 3.12 Bộ tạo chuỗi PN chiều dài cực đại (M=5, N=31).................................78
Hình 3.13 Hàm tự tương quan liên tục.................................................................78
NHD: KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
PHÚC
5
SVTH: TRẦN THANH
LỚP : 47K-ĐTVT
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
Hình 3.14 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) [3].....................................................80
Hình 3.15 Các chức năng phần phát trong hệ thống DS-CDMA.........................83
Hình 3.16 Các chức năng phần thu trong hệ thống DS-CDMA...........................83
Hình 3.17 Hệ thống búp hướng anten...................................................................86
Hình 3.18 Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý..................................92
NHD: KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
PHÚC
6
SVTH: TRẦN THANH
LỚP : 47K-ĐTVT
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
A
ACCH
Associated control channel
Kênh điều khiển liên kết
AICH
Acquisition indicator channel
Kênh chỉ thị bắt
ACIR
Adjacent channel interference ration Tỷ số nhiễu kênh lân cận
AS
Access stratum
Tầng truy nhập
ARQ
Automatic repeat request
Yêu cầu phát lại tự động
ATM
Asynchronous transfer mode
Chế độ truyền dị bộ
ALOHA
VSAT Random Acess Scheme
AuC
Authentication Centre
Kỹ thuật truy nhập ngẫu nhiên
trong mạng VSAT
Trung tâm nhận thực
BCCH
Broadcast Control Channel
Kênh điều khiển quảng bá
BCH
Broadcast Chanel
Kênh quảng bá
BER
Bit Error Rate
Tỷ lệ lỗi bit
BPSK
Binary Phase Shift Keying
Khoá dịch pha nhị phân
BS
Base Station
Trạm gốc
BSS
Base Station System
Phân hệ trạm gốc
BTS
Base Transceiver Station
Trạm thu phát gốc (trong GSM)
B
NHD: KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
PHÚC
7
SVTH: TRẦN THANH
LỚP : 47K-ĐTVT
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
C
CACH
Common Assignment Chanel
Kênh ấn định chung
CAICH
Kênh chỉ thị gán kênh CPCH
CCCH
CPCH Chanel Assignment
Indicator chanel
Common Control Chanel
CCPCH
Common Control Physical Chanel
Kênh vật lý điều khiển chung
CN
Core Network
Mạng lõi
CPICH
Common Pilot Chanel
Kênh hoa tiêu chung
CPCH
Common Packet Chanel
Kênh gói chung
CRC
Cyclic Redundancy Check
Mã kiểm tra dư thừa
CRNC
Controlling RNC
CS
Circuit Switched
Bộ RNC đang phụ trách điều
khiển
Chuyển mạch kênh
CSMACD
D
Carrier Sense Multiple Access with Phương thức truy nhập đa sóng
Collision Detection
mang kết hợp phát hiện va chạm
DCH
Dedicated Channel
Kênh dành riêng
DPCH
Dedicated Physical Chanel
Kênh vật lý dành riêng
DPCCH
Dedicated Physical Control Chanel
DPDCH
Dedicated Physical Data Chanel
Kênh vật lý điều khiển dành
riêng
Kênh vật lý dữ liệu dành riêng
DTCH
Dedicated Traffic Chanel
Kênh lưu lượng dành riêng
DHO
Diversity Handover
Chuyển giao phân tập
NHD: KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
PHÚC
8
Kênh điều khiển chung
SVTH: TRẦN THANH
LỚP : 47K-ĐTVT
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
E
EDGE
Enhanced Data Rates for GSM
Evolution
Equipment Identity Register
Tốc độ bit tăng cường sử dụng
cho nhánh tiến hóa GSM
Thanh ghi nhận dạng thiết bị
Equivalent Isotropic Radiated
Power
European Telecommunications
Standards Instutute
Công suất bức xạ đẳng hướng
tương đương
Viện tiêu chuẩn viễn thông
Châu Âu
FACH
Forward Access Channel
Kênh truy nhập đường xuống
FBI
Feedback Information
Thông tin phản hồi
FDD
Frequency Division Duplex
Song công phân chia theo tần số
FDMA
FEC
Frequency Division Multiple
Access
Forward Error Correction
Đa truy nhập phân chia theo
tần số
Mã sửa sai đường xuống
FER
Frame Error Rate
Tỷ lệ lỗi khung
GGSN
Gateway GPRS Support Node
Nút hỗ trợ GPRS
GPS
Global Positioning System
Hệ thống định vị toàn cầu
GMSC
Gateway MSC
MSC cổng
GPRS
General Packet Radio Service
Dịch vụ vô tuyến gói chung
GSM
Global System for Mobile
Communications
Hệ thống thông tin di động toàn
cầu
EIR
EIRP
ETSI
F
G
H
NHD: KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
PHÚC
9
SVTH: TRẦN THANH
LỚP : 47K-ĐTVT
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
HDR
Header
Mào đầu
HLR
Home Location Register
Thanh ghi định vị thường trú
HSDPA
High Speed Downling Packet
Access
HSUPA
High Speed Uploading Packet
Access
Handover
Truy nhập gói đường xuống
tốc độ cao
Truy nhập gói đường lên tốc
độ cao
Chuyển giao
HO
I
IEC
International Electrotechnical
Commission
IMT-2000 International Mobile
Telecommunications 2000
IN
Intelligent Network
Ủy ban kỹ thuật điện tử quốc tế
IS-95
North American Version of the
CDMA Standard
International telecommunication
union
ITU Recommendation Working
Group 8F
UMTS Interface Between 3G MSC/SGSN and RNC
UMTS Interface Between RNC and
BS
UMTS Interface Between RNCs
Một phiên bản CDMA Bắc Mỹ
L1
Layer 1 - Radio Physical Layer
Lớp vật lý
L2
Layer 2 - Radio Data Link Layer
Lớp liên kết dữ liệu
ITU
ITU-R
WP8F
Iu
Iub
Iur
Tiêu chuẩn viễn thông di động
quốc tế 2000
Mạng thông minh
Hiệp hội viễn thông quốc tế
Nhóm làm việc 8F của tổ chức
ITU
Giao diện UMTS giữa 3G MSC/SGSN với RNC
Giao diện UMTS giữa RNC với
BS
Giao diện UMTS giữa các RNC
L
NHD: KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
PHÚC
10
SVTH: TRẦN THANH
LỚP : 47K-ĐTVT
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
L3
Layer 3 - Radio Network Layer
Lớp mạng
LAC
Link Access Control
Điều khiển truy nhập kết nối
LLC
Logical Link Control
Điều khiển liên kết logic
MAC
Medium Access Control
Điều khiển truy nhập trung gian
MAC
Message Authentication Code
Mã nhận thực bản tin
MAP
Mobile Application Part
Phần ứng dụng di động
ME
Mobile Equipment
Thiết bị di động
MS
Mobile Station
Trạm di động
MSC
Mobile Swithching Center
Trung tâm chuyển mạch di động
NMS
Network Management Subsystem
Phân hệ quản lý mạng
NMT
Nordic Mobile Telephone
Mạng điện thoại di động của
Nauy
OCCCH
ODMA Common Control Chanel
ODCCH
ODMA Dedicated Control Chanel
ODMA
ODTCH
Opportunity Driven Multiple
Access
ODMA Dedicated Traffic Chanel
Kênh điều khiển chung cho
ODMA
Kênh điều khiển riêng cho
ODMA
Đa truy nhập theo cơ hội
OSI
Open System Interconnection
M
N
O
NHD: KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
PHÚC
11
Kênh lưu lượng dành riêng cho
ODMA
Kết nối các hệ thống mở
SVTH: TRẦN THANH
LỚP : 47K-ĐTVT
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
OVFS
Orthogonal Variable Spreading
Factor
Hệ số trải phổ biến trực giao
PAN
Personal Area Network
Mạng khu vực cá nhân
PCCH
Paging Control Chanel
Kênh điều khiển tìm gọi
P
P-CCPCH Primary Common Control Physical Kênh vật lý điều khiển chung cơ
Chanel
sở
PCH
Paging Chanel
Kênh tìm gọi
PCPCH
Physical Common Packet Chanel
Kênh gói chung vật lý
PDSCH
Physical Downlink Shared Chanel
PN
Pseudo Noise
Kênh vật lý dùng chung đường
xuống
Nhiễu giả ngẫu nhiên
PRACH
Physical Random Access Chanel
PS
Packet Switched
Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật
lý
Chuyển mạch gói
PSC
Primary synchronization code
Mã đồng bộ cơ sở
P-SCH
Physical Shared Chanel
Kênh vật lý dùng chung
QPCH
Quick Paging Chanel
Kênh nhắn tin nhanh
QPSK
Quadrature Phase Shift Keying
Khóa dịch pha cầu phương
RC
Radio Configuration
Cấu hình vô tuyến
RANAP
Radio Access Network
Application Part
Phần ứng dụng mạng truy cập
vô tuyến
Q
R
NHD: KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
PHÚC
12
SVTH: TRẦN THANH
LỚP : 47K-ĐTVT
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
RLC
Radio Link Control
Điều khiển liên kết vô tuyến
RNC
Radio Network Controller
Bộ điều khiển mạng vô tuyến
RNSAP
RNS
Radio Network Subsystem
Application Part
Radio Network Subsystem
Phần ứng dụng phân hệ mạng
vô tuyến
Phân hệ mạng vô tuyến
RRC
Radio Resource Control
RACH
Random Access Channel
Điều khiển tài nguyên vô
tuyến
Kênh truy cập ngẫu nhiên
SAP
Service Access Point
Điểm truy nhập dịch vụ
SDU
Service Data Unit
Đơn vị số liệu dịch vụ
SF
Spreading Factor
Hệ số trải phổ
SIR
Signal to Interference Ratio
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
SMS
Short Message Service
Dịch vụ bản tin ngắn
SSC
Mã đồng bộ thứ cấp
STTD
Secondary Synchronization
Protocol
Site Selection Diversity
Transmission
Space Time Transmit Diversity
SGSN
Serving GPRS Support Node
Truyền dẫn phân tậplựa chọn
trạm
Phân tập truyền dẫn theo thời
gian không gian
Nút cung cấp GPRS phục vụ
SS
Spreading spectrum
Kỹ thuật trải phổ
SCCH
Synchronisation Control Chanel
Kênh đồng bộ
SCCP
Signalling Connection Control
Part
Phần điều khiển kết nối báo
hiệu
S
SSDT
NHD: KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
PHÚC
13
SVTH: TRẦN THANH
LỚP : 47K-ĐTVT
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
S-CCPCH Secondary Common Control
Physical Chanel
SCH
Synchronisation Chanel
Kênh vật lý điều khiển chung
thứ cấp
Kênh đồng bộ
SGSN
Serving GPRS Support Node
Nút phục vụ hỗ trợ GPRS
SHCCH
Shared Chanel Control Chanel
SIM
GSM Subcriber Identity Module
Kênh điều khiển phân chia
kênh
Modun chỉ thị thuê bao GSM
SOH
Soft Handover
Chuyển giao mềm
SRNC
Serving Radio Network
Controller
Serving RNS
Bộ điều khiển mạng vô tuyến
phục vụ
RNS phục vụ
Secondary Synchronisation
Chanel
Kênh đồng bộ thứ cấp
TCP
Transmission Control Protocol
TDD
Time Division Duplex
TFC
Transport Format Combination
TFCI
Transport Format Combination
Indicator
Transport Format Indication
Giao thức điều khiển truyền
dẫn
Song công phân chia theo thời
gian
Kết hợp khuôn dạng truyền
dẫn
Bộ chỉ thị kết hợp khuôn dạng
truyền dẫn
Bộ chỉ thị khuôn dạng truyền
dẫn
CDMA nhảy thời gian
SRNS
S- SCH
T
TFI
THCDMA
TPC
Time Hopping CDMA
TRAU
Transcoder Rate Adaptor
Điều khiển công suất truyền
dẫn
Khối thích ứng tốc độ
TAF
Terminal Adaptation Function
Chức năng thích ứng đầu cuối
Transmit Power Control
NHD: KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
PHÚC
14
SVTH: TRẦN THANH
LỚP : 47K-ĐTVT
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
U
UBR
Unspecified Bit Rate Service
UDP
User Datagram Protocol
UE
User Equipment
Dịch vụ không xác định tốc
độ bit
Giao thức gói dữ liệu người
sử dụng
Thiết bị người sử dụng
UL
Uplink
Đường lên
Um
Radio Interface for GSM BSS
UM
Unacknowledged Mode in RLC
UMTS
Universal Mobile
Telecommunication System
UTRAN Registration Area
Giao diện vô tuyến cho GSM
BSS
Chế độ không phúc đáp trong
RLC
Hệ thống viễn thông di động
toàn cầu
Khu vực đăng ký UTRAN
UTRAN Radio Network
Temporary Identity
Uplink Shared Chanel
Chỉ thị tạm thời của mạng vô
tuyến UTRAN
Kênh chia sẻ đường lên
Universal Terrestrial Radio
Access
Radio interface for UTRA
Truy nhập vô tuyến mặt đất
toàn cầu
Giao diện vô tuyến dùng cho
UTRA
Mạng truy nhập vô tuyến mặt
đất toàn cầu
URA
U-RNTI
USCH
UTRA
Uu
UTRAN
Universal Terrestrial Radio
Access Network
V
VAN
Vehicle Area Network
VBR
Variable Bit Rate Service
VAS
Value Added Service Platform
VCI
Virtual Circuit Identifier
NHD: KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
PHÚC
15
Mạng khu vực ở trong các
phương tiện giao thông (ô
tô...) vụ tốc độ bit thay đổi
Dịch
Nền tảng dịch vụ giá trị gia
tăng
Bộ chỉ thị mạng ảo
SVTH: TRẦN THANH
LỚP : 47K-ĐTVT
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
VHE
Virtual Home Environment
Môi trường thường trú ảo
VLR
Visitor Location Register
Thanh ghi định vị tạm trú
VMS
Voice Mail System
Hệ thống thư thoại
VoD
Video On Demand
Truyền hình theo yêu cầu
WAP
Wireless Application Protocol
Thủ tục ứng dụng không dây
WCDMA
Wideband Code Division
Multiple Access
World Administrative Radio
Conference
Đa truy nhập phân chia theo
mã băng rộng
Hội nghị vô tuyến quản lý
toàn cầu
W
WARC
NHD: KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
PHÚC
16
SVTH: TRẦN THANH
LỚP : 47K-ĐTVT
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G
1.1 Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động 3G
1.1.1 Lịch sử phát triển
Trong những năm gần đây, thông tin di động đã phát triển rất mạnh mẽ và
đạt được rất nhiều thành tựu to lớn góp phần không nhỏ trong sự phát triển kinh
tế đất nước. Hệ thống thông tin di động ngày càng đáp ứng nhiều hơn nhu cầu sử
dụng của con người, nhờ việc nâng cấp phát triển công nghệ mới với tốc độ
truyền dẫn cao và ổn định. Trước sự bùng nổ của công nghệ ngày nay, từ mạng
di động chỉ đơn thuần phục vụ dịch vụ thoại và số liệu đơn giản ở thế hệ 1G và
2G, thì ngày nay đã cung cấp nhiều dịch vụ băng rộng như truyền tải video, truy
cập internet…Trước nhu cầu ngày càng tăng của người sử dụng, thông tin di
động sẽ phát triển như thế nào. Để hiểu rõ cũng như có cái nhìn chính xác về xu
hướng phát triển tiếp theo của thông tin di động, trước hết cần phải nhìn lại lịch
sử phát triển của nó từ khi ra đời đến nay.
Điện thoại vô tuyến di động đầu tiên ra đời vào những năm 1920, chúng
chỉ mới được sử dụng là phương tiện thông tin giữa các đơn vị cảnh sát ở Mỹ.
+ NMT (Nordic Mobile Telephony - Điện thoại di động Bắc Âu) triển
khai ở Thụy Điển, Nauy, Đan Mạch và Phần Lan từ năm 1981 nhưng nay phần
lớn không còn được sử dụng.
+ AMPS (Advanced Mobile Phone Service - Dịch vụ điện thoại di động
cấp cao): Triển khai ở Nhật (1979) và Mỹ (1983), băng tần 800MHz và vẫn còn
được sử dụng rỗng rãi ở Mỹ và nhiều phần khác trên thế giới.
NHD: KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
PHÚC
17
SVTH: TRẦN THANH
LỚP : 47K-ĐTVT
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
+ TACS ( Total Access Communications System - Hệ thống truyền thông
truy cập toàn phần) triển khai ở Anh năm 1985 và một số hệ thống TACS-900
vẫn còn được sử dụng ở châu Âu.
Vào cuối thập niên 1980, khi số lượng các thuê bao trong mạng tăng lên,
người ta thấy cần phải có biện pháp nâng cao dung lượng 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 thông thống điện
thoại di động. Điều này đã dẫn đến sự ra đời của hệ thống thông tin di động thế
hệ thứ hai (2G). Đây là các hệ thống di động số sử dụng các công nghệ đòn bẩy
để tăng dung lượng (nén thoại, xử lí tín hiệu số), thực thi và mở rộng khái niệm
“mạng thông minh”, tăng cường khả năng chống lỗi và thêm một số dịch vụ mới
nhưng chỉ giới hạn trong thoại và dữ liệu tốc độ thấp. Cho đến thời điểm hiện
nay trên thế giới tồn tại nhiều hệ thống thông tin di động thế hệ 2 nhưng nhìn
chung có thể phân thành 2 loại hệ thống. Loại thứ nhất ra đời trước là các hệ
thống 2G sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA. Loại
thứ hai ra đời muộn hơn vào giữa thập kỷ 1990 sử dụng công nghệ đa truy nhập
phân chia theo mã CDMA, nay gọi là cdmaOne. Một số hệ thống trong thế hệ
này là:
+ D-AMPS/ TDMA & PDC: Hệ thống này sử dụng phương pháp TDMA,
có thể tiến hành 3 cuộc gọi trên một khe thời gian, triển khai năm 1993 (PDC
1994) có định hướng chuyển sang GSM và sau này là W-CDMA. Hiện nay, PDC
là hệ thống tổ ong nội địa ở Nhật Bản với mạng lưới rộng nhất của NTT
DoCoMo.
+ IDEN: Hệ thống này sử dụng công nghệ TDMA về cơ bản vẫn dựa
trên thiết kế GSM và cung cấp giao thức đặc biệt cho “Nhấn-để-nói” một
NHD: KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
PHÚC
18
SVTH: TRẦN THANH
LỚP : 47K-ĐTVT
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
cách nhanh chóng. Đây là hệ thống độc quyền của Motorola với băng tần
800 MHz.
+ DECT and PHS: Đây là các hệ thống thông tin di động hạn chế cho
mạng nội hạt sử dụng máy cầm tay không dây số. Các hệ thống này cơ bản vẫn
dựa trên công nghệ TDMA, chủ yếu tập trung vào lĩnh vực thương mại như PBX
không dây. Với băng tần rộng (các kênh 32 Kbps), thoại và số liệu ISDN chất
lượng cao, phục vụ cho các tế bào nhỏ và trong các toà nhà, hệ thống PSH được
sử dụng ở các thành phố có mật độ dân số cao ở Nhật Bản và hiện này mới được
triển khai ở Trung Quốc.
+ GSM: Hệ thống này sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời
gian TDMA. Hệ thống này ban đầu có tên là “Groupe Special Mobile” về sau
đổi thành “Global System for Mobile - Hệ thống thông tin di động toàn cầu”.
GSM được phát triển từ năm 1982 khi các nước Bắc Âu gửi đề nghị đến CEPT
để quy định một dịch vụ viễn thông chung châu Âu ở băng tần 900 MHz. Năm
1991, hệ thống chính thức được thử nghiệm với 8 người sử dụng cho 200Khz và
GSM đã đạt được nhiều thành công trên thị trường châu Âu (hiện nay chiếm
59% thuê bao) và châu Á (33%), trở thành một tiêu chuẩn chiếm ưu thế vượt trội
trên thế giới. Sau này hệ thống mở rộng đến băng tần 1800 MHz. Ở Việt Nam,
hệ thống thông tin di động GSM được đưa vào từ năm 1993, hiện nay đang được
công ty VMS và GPC khai thác rất hiệu quả. Hiện nay trên thế giới 70% thuê
bao sử dụng hệ thống này và thực hiện roaming quốc tế trên 140 nước với 400
mạng.
+ North American CDMA (cdmaOne): Hệ thống này sử dụng kỹ thuật đa
truy nhập phân chia theo mã CDMA. Vào đầu những năm 70, CDMA được phát
triển cho lĩnh vực quân đội vì nó có tính bảo mật cao. Đến năm 1989, Qualcom
NHD: KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
PHÚC
19
SVTH: TRẦN THANH
LỚP : 47K-ĐTVT
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
chính thức đưa hệ thống ra thử nghiệm và tuyên bố sẽ nâng cao dung lượng cũng
như đơn giản hoá việc quy hoạch mạng.
+ CdmaOne - IS-95: Hệ thống CDMA thương mại được thử nghiệm ở Mỹ
với tiêu chuẩn nội địa của người Mỹ gọi là IS-95. IS-95 triển khai ở băng tần 800
MHz. Ngoài truyền thoại có thể truyền số liệu. Phiên bản IS-95 A cung cấp tốc
độ dữ liệu là 14.4 kbps.
Ngoài các hệ thống thông tin di động mặt đất còn có các hệ thống thông
tin di động vệ tinh: Global Star và Iridium cũng được đưa vào thương mại trong
năm 1998.
Mặc dù thông tin di động thế hệ 2 đã đạt được những thành công vượt bậc
cả về mặt công nghệ cũng như là thương mại nhưng các hệ thống này vẫn tồn tại
một số nhược điểm sau:
+ Thứ nhất, vẫn xảy ra nghẽn mạng do có hơn 300 triệu thuê bao trên khắp
thế giới, do đó cần phải tăng dung lượng hệ thống.
+ Thứ hai, do tồn tại nhiều hệ thống di động cũng như nhiều mạng di động
nên nó giới hạn phạm vi di động của các thuê bao trên khắp thế giới, do đó cần
phải một chuẩn quốc tế.
+ Thứ ba, các hệ thống này còn cung cấp ít các dịch vụ mà trong đó nhu
cầu về các dịch vụ mới nhất là Internet ngày càng tăng với hơn 200 triệu thuê
bao, do đó cần phải có thêm nhiều dịch vụ và ứng dụng đa phương tiện mới.
Để giải quyết các hạn chế của các hệ thống thông tin di động thế hệ hai mà
ở phần trên đã đề cập đến, cần thiết phải nâng cấp hệ thống di động lên 3G.
NHD: KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
PHÚC
20
SVTH: TRẦN THANH
LỚP : 47K-ĐTVT
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
Thông tin di động thế hệ ba là hệ thống thông tin di động cho các dịch vụ
di động 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 đặc điểm chung của hệ thống thông tin di động thứ ba này:
+ Là mạng băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện. Nghĩa
là mạng đảm bảo được tốc độ bit của người sử dụng đến 2 Mb/s.
+ Mạng có khả năng cung cấp độ rộng băng tần (dung lượng) theo yêu
cầu. Ngoài ra cần đảm bảo đường truyền vô tuyến không đối xứng chẳng hạn với
tốc độ bit cao ở đường xuống và tốc độ bit thấp ở đường lên hoặc ngược lại.
+ Mạng cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu. Nghĩa là đảm bảo các
kêt nối chuyển mạch cho thoại, các dịch vụ video và các khả năng số liệu gói cho
các dịch vụ số liệu.
+ Chất lượng dịch vụ phải không thua kém chất lượng dịch vụ mạng cố
định, nhất là đối với thoại.
+ Mạng có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả thông tin vệ
tinh.
1.1.2 Các hướng phát triển mạng thông tin di động lên 3G
* Hướng phát triển lên 3G sử dụng WCDMA
WCDMA là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G của IMT-2000 được phát
triển chủ yếu ở châu Âu với mục đích cho phép các mạng cung cấp khả năng
chuyển vùng toàn cầu và để hỗ trợ nhiều dịch vụ thoại, dịch vụ đa phương tiện.
Các mạng WCDMA được xây dựng dựa trên cở sở mạng GSM, tận dụng cở sở
hạ tầng sẵn có của các nhà khai thác mạng GSM. Quá trình phát triển từ GSM
NHD: KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
PHÚC
21
SVTH: TRẦN THANH
LỚP : 47K-ĐTVT
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
lên CDMA qua các giai đoạn trung gian, có thể được tóm tắt trong sơ đồ sau
đây:
GSM
GPRS
EDGE
WCDMA
1999
2000
2002
Hình 1.1 Quá trình phát triển lên 3G theo hướng sử công nghệ WCDMA [1].
* Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ CDMA2000
Hệ thống CDMA2000 gồm một số nhánh hoặc giai đoạn phát triển khác
nhau để hỗ trợ các dịch vụ phụ được tăng cường. Nói chung, CDMA2000 là một
cách tiếp cận đa sóng mang cho các sóng có độ rộng n lần 1,25MHz hoạt động ở
chế độ FDD. Nhưng công việc chuẩn hoá tập trung vào giải pháp một sóng mang
đơn 1,25MHz (1x) với tốc độ chip gần giống IS-95. CDMA2000 được phát triển
từ các mạng IS-95 của hệ thống thông tin di động 2G, có thể mô tả quá trình phát
triển trong hình vẽ sau:
IS-95A
IS-95B
1999
CDMA2000
1x
2000
CDMA2000
Mx
2002
Hình 1.2 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA2000 [1].
NHD: KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
PHÚC
22
SVTH: TRẦN THANH
LỚP : 47K-ĐTVT
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
Ta có thể tóm tắt sự phát triển hệ thông thông tin di động theo hai hướng
trên theo sơ đồ sau:
NHD: KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
PHÚC
23
SVTH: TRẦN THANH
LỚP : 47K-ĐTVT
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM LÊN 3G
Hình 1.3 Lộ trình phát triển các thế hệ thông tin di động.
Bảng tổng kết các thế hệ thông tin di động đến thế hệ 3.
Thế hệ
thống tin di
Hệ thống
Dịch vụ chung
Chú thích
Thế hệ 1
AMPS,
Tiếng thoại
FDMA, tương tự
(1G)
TACS,
động
NMT
Thế hệ 2
GSM, IS-
Chủ yếu cho thoại
TDMA hoặc CDMA, số,
(2G)
136, IS-95
kết hợp với dịch
băng hẹp (8-13Kbit/s)
vụ bản tin ngắn
Thế hệ trung
GPRS,
Trước hết là tiếng
TDMA (kết hợp nhiều khe
gian (2,5G)
EDGE,
thoại có đưa thêm
hoặc nhiều tần số), CDMA,
cdma200-1x các dịch vụ số liệu
sử dụng chồng lên phổ tần
gói
của thế hệ hai nếu không sử
dụng phổ tần mới, tăng
cường truyền số liệu gói
cho thế hệ hai
Thế hệ 3
Cdma2000,
Các dịch vụ tiếng
(3G)
W-CDMA
và số liệu gói được TDMA, băng rộng (tới
NHD: KS. TẠ HÙNG CƯỜNG
PHÚC
24
CDMA, CDMA kết hợp
SVTH: TRẦN THANH
LỚP : 47K-ĐTVT
