Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ pon để quy hoạch, nâng cấp, tối ưu hóa việc phân bổ vị trí và tần số mạng truyền dẫn 3g wcdma tại khu vực thành phố bắc giang

ðẠI HỌC THÁI NGUYÊN

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ðẠI HỌC

ðộc lập - Tự do - Hạnh phúc

KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
-----------

------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên

: Nguyễn Thị Chung

Ngày tháng năm sinh

: Ngày 18 tháng 9 năm 1980

Nơi sinh

: Bắc Giang

Nơi công tác

: Trường Cao ðẳng Nghề Bắc Giang

Cơ sở ñào tạo

: Trường ðại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Chuyên ngành

: Kỹ thuật ñiện tử

Khóa học

: K13- KTðT

TÊN ðỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PON ðỂ QUY HOẠCH, NÂNG CẤP, TỐI
ƯU HOÁ VIỆC PHÂN BỔ VỊ TRÍ VÀ TẦN SỐ MẠNG TRUYỀN DẪN 3G-WCDMA
TẠI KHU VỰC TP BẮC GIANG
Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS NGUYỄN THANH HÀ
Trường ðại học Thái Nguyên

Ngày giao ñề tài: ........./....../.........
Ngày hoàn thành: ......./....../.........

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

HỌC VIÊN

PGS.TS Nguyễn Thanh Hà

Nguyễn Thị Chung

Trang 1


BAN GIÁM HIỆU

KHOA SAU ðẠI HỌC

LỜI CAM ðOAN

Tên tôi là: Nguyễn Thị Chung
Học viên lớp Cao học khoá 13- Kỹ thuật ñiện tử - Trường ðHKTCN Thái Nguyên
Xin cam ñoan: ðề tài: “Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ PON ñể quy hoạch, nâng
cấp và tối ưu hóa việc phân bổ vị trí và tần số mạng truyền dẫn 3G” do thầy giáo PGS. TS.
Nguyễn Thanh Hà hướng dẫn là công trình tổng hợp và nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả
những nội dung trong luận văn ñúng như trong ñề cương và yêu cầu của thầy giáo hướng dẫn.
Các tài liệu tham khảo ñều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng.
Bắc Giang, ngày

tháng

năm 2012

Học viên

Nguyễn Thị Chung

Trang 2

MỤC LỤC
LỜI CAM ðOAN………………………………………………………..…..I
LỜI CẢM ƠN………………………………………………………………II
MỤC LỤC………………………………………………………………….III
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT………………………………………V
LỜI NÓI ðẦU………………………………………………………….…...1
CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ DI ðỘNG THẾ HỆ BA W-CDMA……….…5
1.1 Giới thiệu chương………………………………………………………5
1.2 Cấu trúc mạng W-CDMA………………………………………………6
1.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN……………………………9
1.2.2 Giao diên vô tuyến…………………………………………...10
1.3 Kết luận chương………………………………………………………..13

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ PON VÀ CÁC CHUẨN HOÁ PON………..15
2.1. Mạng quang tích cực AON và mạng quang thụ ñộng PON…………..15
2.1.1. AON…………………………..……………………………….…15
2.1.2. Mạng PON………………………..……………………………....16
2.1.3. Các chuẩn trong mạng PON…………..………………………….20
2.1.4. Bộ tách /ghép quang và topo trong mạng PON………..…………27
2.1.5. PON MAC layer……………………………………..…………...35
2.2 Kết luận chương………………………………………………………..43
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PON ðỂ QUY HOẠCH TỐI ƯU
HOÁ VỊ TRÍ VÀ TẦN SỐ MẠNG TRUYỀN DẪN 3G-WCDMA TẠI KHU
VỰC TP BẮC GIANG………………………………………….44
3.1. Giới thiệu………………………………………………………………44
3.2. Nhu cầu tối ưu hoá mạng backhaul……………………………………45
3.3.Quy hoạch vị trí………………………………………………………..47

Trang 3

3.4. Sự sắp xếp nhiều ONU: Thuật toán Tham lam Greedy……………….49
3.5. Thuật toán ñể tối ưu hoá toàn cục……………………………………..50
3.5.1. Mô phỏng thuật toán luyện kim simulated Annealing (SA)…….51
3.5.2. Áp dụng vấn ñề bố trí nhiều ONU theo SA……………………..51
3.5.3. Hiệu suất học…………………………………………………….53
3.5.4. Thuật toán leo ñồi(Hill-Climbing Algorithm (Steepest Descent))…..55
3.6. Kết luận chương………………………………...……………………………57
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ðỀ TÀI………………...………58
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………..59

Trang 4


Lời nói ñầu
----------@---------Cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ như ñiện tử, tin học... công nghệ thông
tin di ñộng trong những năm qua ñã phát triển rất mạnh mẽ cung cấp các loại hình dịch vụ ña
dạng ñáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng. Kể từ khi ra ñời vào cuối năm 1940
cho ñến nay thông tin di ñộng ñã phát triển qua nhiều thế hệ và ñã tiến một bước dài trên con
ñường công nghệ.
Trong thế kỷ 21, thế giới ñã chứng kiến sự bùng nổ về nhu cầu truyền thông không dây cả
về số lượng, chất lượng và các loại hình dịch vụ. Tuy nhiên, theo ñánh giá thì công nghệ truyền
thông không dây hiện thời vẫn còn quá chậm và không ñáp ứng ñược các yêu cầu về dịch vụ
mới ñặc biệt là các dịch vụ truyền số liệu ña phương tiện. ðiều này ñòi hỏi các nhà khai thác
phải có ñược công nghệ truyền thông không dây nhanh hơn và tốt hơn. ðể ñáp ứng yêu cầu ñó,
ngay từ những năm ñầu của thập kỷ 90 người ta ñã tiến hành nghiên cứu, hoạch ñịnh hệ thống
thông tin di ñộng thế hệ ba. ITU-R ñang tiến hành công tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông
tin di ñộng toàn cầu IMT-2000, còn ở châu Âu ETSI ñang tiến hành tiêu chuẩn hóa phiên bản
này với tên gọi là UMTS (Universal Mobile Telecommunnication System). Mục tiêu trước mắt
là tăng tốc ñộ bit truyền từ 9.5Kbps lên 2Mbps. Công nghệ này sẽ nâng cao chất lượng thoại,

và dịch vụ dữ liệu sẽ hỗ trợ truyền thông ña phương tiện ñến các thiết bị không dây.
Có nhiều chuẩn thông tin di ñộng thế hệ ba ñược ñề xuất, trong ñó chuẩn W-CDMA ñã
ñược ITU chấp thuận và hiện nay ñang ñược triển khai ở một số khu vực. Hệ thống W-CDMA
là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di ñộng thế hệ hai sử dụng công nghệ
TDMA như GSM, PDC, IS-136...W-CDMA sử dụng công nghệ CDMA ñang là mục tiêu
hướng tới của các hệ thống thông tin di ñộng trên toàn thế giới, ñiều này cho phép thực hiện
tiêu chuẩn hóa giao diện vô tuyến công nghệ truyền thông không dây trên toàn cầu.
Hiện nay, mạng thông tin di ñộng của Việt Nam ñang sử dụng công nghệ GSM, tuy nhiên
mạng GSM không ñáp ứng ñược các yêu cầu về dịch vụ mới cũng như ñòi hỏi chất lượng dịch
vụ ngày càng cao của người sử dụng 3G là một bước ñột phá của ngành di ñộng, bởi vì nó cung
cấp băng thông rộng hơn cho người sử dụng. ðiều ñó có nghĩa sẽ có các dịch vụ mới và nhiều

Trang 5


thuận tiện hơn trong dịch vụ thoại và sử dụng các ứng dụng dữ liệu như truyền thông hữu ích
như ñiện thoại truyền hình, ñịnh vị và tìm kiếm thông tin, truy cập Internet,truyền tải dữ liệu
dung lượng lớn, nghe nhạc và xem video chất lượng cao,... Truyền thông di ñộng ngày nay ñã
và ñang ñóng góp một vai trò quan trọng trong cuộc sống. Việc vẫn có thể giữ liên lạc với mọi
người trong khi di chuyển ñã làm thay ñổi cuộc sống riêng tư và công việc của chúng ta.
Tuy nhiên, thị trường viễn thông càng mở rộng càng thể hiện rõ những hạn chế về dung
lượng và băng thông của các hệ thống thông tin di ñộng thứ hai. Sự ra ñời của hệ thống di ñộng
hệ thứ ba với các công nghệ tiêu biểu như WCDMA hay HSPA là một tất yếu ñể có thể ñáp
ứng ñược nhu cầu truy cập dữ liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc ñộ cao, băng thông rộng của
người sử dụng.
Trong lộ trình phát triển, các mạng GPRS/EDGE và tiếp theo là UMTS ñược triển khai
trên nền mạng GSM truyền thống nhằm ñem lại thêm tài nguyên vô tuyến ñể cung cấp các dịch
vụ dữ liệu tốc ñộ cao, và tăng chất lượng dịch vụ thoại. Quá trình phát triển này ñòi hỏi dung
lượng mạng truyền dẫn (backhaul) phải ñược mở rộng ñể truyền tải lưu lượng lớn hơn từ trạm
gốc (BS) ñến trạm trung tâm chuyển mạch (MSC). Tuy nhiên, hệ thống truyền dẫn của UMTS

dựa trên công nghệ truyền dẫn IP hoặc ATM, trong khi của mạng GSM truyền thống dựa trên
công nghệ TDM. Vậy yêu cầu ñặt ra là cần phải nâng cấp mạng TDM của GSM. Việc xây
dựng hai mạng riêng biệt cho GSM và UMTS là không hiệu quả, ñặc biệt khi các nhà khai thác
di ñộng hy vọng UMTS sẽ dần thay thế GSM, và như vậy mạng truyền dẫn GSM dần dần sẽ bị
xóa bỏ.
Trong hệ thống PON, kết nối mạng quang (ONT) có khả năng hỗ trợ kết nối dịch vụ ñiện
thoại truyền thống qua giao diện POTS (Plain Old Telephone Service) và các giao tiếp truyền
dữ liệu tốc ñộ cao như Ethernet và DSL. ðầu cuối ñường dây quang (OLT) bao gồm các khối
giao tiếp PON, một kết cấu chuyển mạch dữ liệu và các phần tử ñiều khiển NE (Network
Element). Tại hướng xuống, ODL phát quảng bá dữ liệu tới tất cả các ONU. Tín hiệu hướng
xuống bao gồm dữ liệu cho các ONT, từ mào ñầu Khai thác Quản lý và Bảo dưỡng (Operations
Administration and Maintenance –OAM) và các tín hiệu ñồng bộ cho các ONT gửi dữ liệu
hướng lên. Dựa vào các thông tin về khe thời gian (kênh), ñịa chỉ gói/tế bào, bước sóng, mã

Trang 6


CDMA mà các ONT tách dữ liệu tương ứng với thuê bao của khách hàng. Trong hướng lên,
mỗi một ONU cần có giao thức ñiều khiển truy nhập môi trường MAC (Medium Access
Control) ñể chia sẻ PON. Giao thức MAC thường ñược sử dụng trong PON là ña truy nhập
phân chia theo thời gian TDMA (Time Division Multiple Access), khi ñó mỗi ONT ñược cấp
một khe thời gian (kênh) ñể gửi dữ liệu của mình tới OLT. Ngoài ra trong hướng lên cần phải
có khoảng thời gian bảo vệ giữa các nhóm gói dữ liệu của các ONT, khoảng thời gian này ñảm
bảo sao cho tại bộ thu OLT dữ liệu không bị trùm phủ lên nhau.
Thông thường các hệ thống TDMA PON gán trước một tỷ lệ phân chia cố ñịnh băng
thông hướng lên cho các ONT mà không quan tâm có bao nhiêu dữ liệu ñược gửi ñi.
Một giải pháp ñể phân bổ băng thông cho các ONT là sử dụng giao thức phân bổ băng
thông ñộng (Dynamic Bandwidth Allocation – DBA). DBA là giao thức cho phép các ONT gửi
yêu cầu về băng thông tới OLT nhằm sử dụng hiệu quả băng thông hướng lên. Các thông tin
yêu cầu có thể là các mức ñầy hàng ñợi ñầu vào cho các lớp dịch vụ khác nhau. OLT ñánh giá

các yêu cầu từ các ONT và gán băng thông gửi cho dữ liệu hướng lên ở lần kế tiếp theo. OLT
cũng có thể tích hợp chức năng thỏa thuận mức dịch vụ SLA (Service Level Agreement) ñể
kết hợp với DBA trong việc phân bổ băng thông. Thông thường các hệ thống PON truyền dữ
liệu cả hướng xuống và hướng lên trong cùng một sợi quang. Trên mỗi sợi mặc dù các bộ nối
ñịnh hướng cho phép sử dụng cùng một bước sóng cho cả hai hướng, tuy nhiên ñối với các hệ
thống truyền tải tốc ñộ cao ñể ñảm bảo chất lượng thì thông thường mỗi hướng sử dụng một
bước sống riêng. Trong các mạng PON các bước sóng ñược sử dụng là 1490nm hoặc 1550nm
cho hướng xuống và 1310nm cho tín hiệu hướng lên.
Luận văn này mô tả công nghệ PON, 3G và phát triển của mạng truyền dẫn
GSM/UMTS ñể hỗ trợ EDGE và UMTS, nghiên cứu một cấu trúc tối ưu với trọng tâm là các
kỹ thuật công nghệ PON nhằm làm giảm sự lãng phí tài nguyên dải thông trên mạng truyền dẫn
3G ñể tiết kiệm ñường dải thông, tối ưu mạng truyền dẫn di ñộng 3G.
Xuất phát từ ý tưởng muốn tìm hiểu công nghệ W-CDMA, mạng W-CDMA và công
nghệ PON tôi ñã thực hiện luận văn: “Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ PON ñể quy hoạch,
nâng cấp và tối ưu hóa việc phân bổ vị trí và tần số mạng truyền dẫn 3G”.
Luận văn này tôi trình bày 3 chương, với nội dung chính là chương 2, chương 3, gồm có:
Chương 1: Hệ thống thông tin di ñộng thế hệ thứ 3 W-CDMA.
Chương 2: Công nghệ PON và các chuẩn hóa PON.

Trang 7


Chương 3: Ứng dụng PON ñể phân bổ vị trí và quy hoạch tần số trong mang 3G tại khu vực TP
Bắc Giang.
Chương 4: Kết luận và hướng mở của luận văn.
Trong quá trình làm luận văn khó tránh khỏi những sai sót, em rất mong ñược sự chỉ dẫn
của các thầy cô giáo và sự góp ý của các bạn ñể luận văn ñược hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS, TS. Nguyễn Thanh Hà và các thầy cô giáo ñã giúp
em hoàn thiện luận văn này!
Thái Nguyên, ngày tháng

Học viên

Trang 8

năm


DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT
AP

Access Point

ACCH

Associated Control Channels

ADSL

Asymmetric Digital Subcriber Line

A-F

Amplify-and-Forward

AGC

Auto-gain Control

AI

Acquisition Indicator

AMPS

Advanced Mobile Phone System

AON

Active Optical Network

APC

Auto Power Control

APD

Avalanche Photodiode

ARQ

Automatic Repeat Request

AS

Access Stratum

ATC

Automatic Threshold Control

ATM

Automated Teller Machine

AWG

Array Waveguide Grating

AWGN

Additive White Gaussian Noise

BAN

Broadband Access Networks

BCCH

Broadcast Control Channel

BCH

Broadcast Channel

BER

Bit Error Ratio

BLD

Bottom Level Detector

BM-CDR

Burst-mode Clock Data Recovery

BM-LDD

Burst-mode Laser Diode Driver

BOSA

Bidirectional Optical Sub-Assembly

BPON

Broadband Passive Optical Network

BPSK

Binary Phase Shift Keying

BS

Base Staysion

Trang 9


BSC

Base Staysion Controler

BSS

Base Staysion Subsystem

BTS

Base Tranceiver Station

BWA

Wroadband Wireless Access

C/I
CAPEX

CarriertoInterferenceratio
Captical Expenditure

CATV

Cable Television

CCCH

Common Control Channel

CCPCH

Common Control Physical Channel

CDMA

Code Division Multiple Access

CDMA-PON Code Division Multiple Access Passive Optical Network
CDR

Clock Data Rercovery

C-F

Compress-and-Forward

CMRP

Caspacity Maximization with RS Placement

CO

Central Office

CP

Candidate Position

CPCC

Common Power Control Channel

CPCH

Common Packet Channel

CPICH

Common Pilot Channel

CR

Chip Rate

CR

Cooperative Relaying

CRC

Cyclic Redundancy Check

CS

Circuit Switch

CT

Cooperative Transmissions

DBA

Dynamic Bandwidth Allocation

DCA

Dynamic Chanel Allocation

DCCH

Dedicated Control Channel

D-F

Decode-and-Forward

DFB

Distributed Feedback Bragg

DLP

Dimensioning and Location Plainning

DPCCH

Dedicated Physical Control Chanel

Trang 10

DPCH

Dedicated Physical Chanel

DPDCH

Dedicated Physical Data Chanel

DSCH

Downlink Shared Chanel

DSL

Digital Subscriber Line

DSP

Dimensioning and Site Planning

DTCH

Dedicated Traffic Chanel

DTE

Data Terminal Equipment

EDGE

Enhanced Data Rate for GSM Evolution

EFM

Ethernet in First Mile

EPON

Ethernet Passsive Optical Network

ETSI

European Telecomunications Tandards Indtitute

FACCH

Fast Associated Control Channel

FACH

Forward Access Chanel

FAUSCH

Fast Uplink Signalling Chanel

FCCCH

Forward Common Control Chanel

FCCH

Frequency Correction Channel

FDCCH

Forward Delicated Control Chanel

FDD

Frequency Division Duplex

FDMA

FrequencyDivision Multiple Access

FMC

Fixed Mobile Convergence

F-P

Fabry Perot

FRS

Feasible-Relay-Sequence

FSAN

Full Service Access Network

FSK

Frequency Shift Keying

FTP

File Transfer Protocol

FTTC

Fiber-to-the-Curb

FTTH

Fiber-to-the-Home

GA

Genetic Algorithm

GEM GPON Encapsulation Method
GOS

Grade Of Service

Trang 11