Nghiên cứu mạng 3G và khả năng triển khai tại Việt Nam
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (813.58 KB, 27 trang )
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
........................................
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU MẠNG 3G VÀ KHẢ NĂNG
TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM
Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
Mã số: 60 52 70
Học viên: Đinh Trung Tiến
Người hướng dẫn Khoa học: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung
THÁI NGUYÊN, 2010
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
........................................
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU MẠNG 3G VÀ KHẢ NĂNG
TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM
Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
Mã số: 60 52 70
Học viên: Đinh Trung Tiến
Người hướng dẫn Khoa học: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung
Ngày giao đề tài: 20 - 01 - 2010
Ngày hoàn thành đề tài: 26 - 8 - 2010
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
HỌC VIÊN
PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung
Đinh Trung Tiến
BAN GIÁM HIỆU
KHOA SAU ĐẠI HỌC
Thái Nguyên, năm 2010
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................1
CHƯƠNG 1. HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN.... 3
1.1 Giới thiệu chung………………………………………………......................................... 3
1.2 Xu hướng phát triển hệ thống thông tin di động trên thế giới………………………...3
1.3 Các tổ chức chuẩn hoá 2.5 G và 3G trên thế giới ...........................................................5
1.3.1 Giới thiệu chung về các tổ chức chuẩn hoá. ............................................................. 5
1.3.2 3GPP............................................................................................................................ 7
1.3.3 3GPP2........................................................................................................................ 10
1.3.4 Mối quan hệ giữa 3GPP và 3GPP2 và ITU ............................................................. 11
1.4 Tình hình chuẩn hoá 2,5G và 3G................................................................................... 13
1.4.1 Mở đầu ....................................................................................................................... 13
1.4.2 Chuẩn hoá công nghệ truy nhập vô tuyến................................................................ 13
1.4.3 Phân tích hai nhánh công nghệ chính tiến lên 3G .................................................. 15
1.4.3.1 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA....................................... 15
1.4.3.2 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ cdma2000..................................... 17
1.4.4 Tổng kết...................................................................................................................... 19
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WCDMA TRONG HỆ THỐNG UMTS... 20
2.1 Nguyên lý CDMA............................................................................................................. 20
2.1.1 Nguyên lý trải phổ CDMA ....................................................................................... 20
2.1.2 Kỹ thuật trải phổ và giải trải phổ............................................................................ 21
2.1.3. Kỹ thuật đa truy nhập CDMA ............................................................................... 21
2.2. Một số đặc trưng của lớp vật lý trong hệ thống WCDMA. ........................................ 23
2.2.1. Các mã trải phổ ........................................................................................................ 23
2.2.2. Phương thức song công............................................................................................ 24
2.2. 4. Phân tập đa đường- Bộ thu RAKE. ........................................................................ 25
2.2.5. Các kênh giao diện vô tuyến UTRA FDD. .............................................................. 26
2.2.6. Trạng thái cell. .......................................................................................................... 26
2.2.7. Cấu trúc Cell. ............................................................................................................ 28
2.3. Kiến trúc mạng ............................................................................................................... 29
2.3.1 Kiến trúc hệ thống UMTS ......................................................................................... 29
2.3.2. Kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN. ..........................................................32
a. Bộ điều khiển mạng vô tuyến ..................................................................................... ...33
b. Nút B (Trạm gốc) ........................................................................................................…33
2.4. Tổng kết về công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA trong hệ thống UMTS .......... 37
CHƯƠNG 3. ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT VÀ CHUYỂN GIAO TRONG QUẢN LÝ
TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN. ...................................................................................... 40
3.1 Giới thiệu chung quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thốngWCDMA. ................... 40
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3.1.1 Mục đích chung của quản lý tài nguyên vô tuyến ....................................................... 40
3.1.2. Các chức năng của quản lý tài nguyên vô tuyến RRM......................................... 40
a. Điều khiển công suất. .................................................................................................. 41
b. Điều khiển chuyển giao. ...............................................................................................41
c. Điều khiển thu nạp. .......................................................................................................41
d. Điều khiển tải (điểu khiển nghẽn)...............................................................................43
3.2 Điều khiển công suất....................................................................................................... 44
3.2.1 Giới thiệu chung ....................................................................................................... 44
3.2.2 Điều khiển công suất nhanh ..................................................................................... 46
3.2.2.1 Độ lợi của điều khiển công suất nhanh ............................................................... 46
3.2.2.2 Phân tập và điều khiển công suất. ...................................................................... 47
3.2.2.3 Điều khiển công suất trong chuyển giao mềm. .................................................... 49
3.2.3 Điều khiển công suất vòng ngoài.................................................................................. 52
3.2.3.2 Tính toán chất lượng thu. .................................................................................... 53
3.2.3.3 Thuật toán điều khiển công suất vòng ngoài. ...................................................... 54
3.2.3.4 Các dịch vụ chất lượng cao ............................................................................... 54
3.2.3.5 .Giới hạn biến động điều khiển công suất . ......................................................... 55
3.2.3.6 Đa dịch vụ........................................................................................................ 55
3.3 Chuyển giao ...................................................................................................................... 56
3.3.1 Khái quát về chuyển giao trong các hệ thống thông tin di động. ........................... 56
3.3.1.1 Các kiểu chuyển giao trong các hệ thống WCDMA 3G. ..................................... 57
3.3.1.2 Các mục đích của chuyển giao. ........................................................................... 58
3.3.1.3 Các thủ tục và phép đo đạc chuyển giao. ............................................................ 59
3.3.2 Chuyển giao trong cùng tần số. ................................................................................ 60
3.3.2.1 Chuyển giao mềm ................................................................................................60
a. Nguyên lý chuyển giao mềm. ....................................................................................60
b. Các thuật toán của chuyển giao mềm .....................................................................63
c. Các đặc điểm của chuyển giao mềm........................................................................65
3.3.2.2 Đo đạc chuyển giao. ............................................................................................ 66
3.3.2.3 Lợi ích liên kết chuyển giao mềm. ....................................................................... 69
3.3.2.4 Tổng phí của chuyển giao mềm ........................................................................... 71
3.3.2.5 Độ lợi dung lượng mạng của chuyển giao mềm. ................................................. 73
3.3.3 Chuyển giao giữa các hệ thống WCDMA và GSM. ................................................. 74
3.3.4 Chuyển giao giữa các tần số trong WCDMA. .......................................................... 76
3.3.5 Tổng kết chuyển giao................................................................................................. 77
3.4 Tổng kết. ........................................................................................................................... 78
CHƯƠNG 4. QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA VÀ ỨNG DỤNG QUY
HOẠCH MẠNG WCDMA CỦA VINAPHONE CHO THÁI NGUYÊN ....................... 80
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
4.1 Giới thiệu chung............................................................................................................... 80
4.2 Định cỡ mạng. ................................................................................................................. 81
4.2.1 Phân tích vùng phủ. .................................................................................................. 82
4.2.1.1 Tính toán quỹ đường truyền vô tuyến................................................................ 83
4.2.2 Phân tích dung lượng. ............................................................................................. 91
4.2.2.1 Tính toán hệ số tải ..............................................................................................91
a. Hệ số tải đường lên......................................................................................................91
b. Hệ số tải đường xuống. .............................................................................................. ...94
4.2.2.2 Hiệu suất phổ. ..................................................................................................... 98
4.2.2.3 Dung lượng mềm. ...............................................................................................99
a. Dung lượng Erlang. ..................................................................................................…99
b. Các ví dụ về dung lượng mềm đường lên. ................................................................. 100
4.3 Quy hoạch vùng phủ và dung lượng chi tiết. ............................................................. 102
4.3.1 Dự đoán vùng phủ và dung lượng lặp. ................................................................... 102
4.3.2 Công cụ hoạch định................................................................................................. 103
4.3.2.1 Sự lặp lại trên đường lên và đường xuống. ...................................................... 104
4.3.2.2 Mô hình hoá các chỉ tiêu mức liên kết. ............................................................. 104
4.4 Hướng triển khai công nghệ mạng 3G tại Việt Nam. Quy hoạch mạng 3G của
Vinaphone tại Thái Nguyên .................................................................................... ………..105
4.5 Tối ưu mạng. .................................................................................................................. 111
4.6 Tổng kết. ......................................................................................................................... 113
KẾT LUẬN............................................................................................................. 114
PHỤ LỤC A. CÁC TỪ VIẾT TẮT.......................................................................... 116
PHỤ LỤC B. CÁC KÊNH UTRA .......................................................................... 120
PHỤ LỤC C. CÁC MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG. ..................................................... 122
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................126
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1- 1 Thống kê sự tăng trưởng thị trường di động phân loại theo công nghệ .................... 5
Hình 1- 2 Cấu trúc chức năng của PCG và TSG trong 3GPP ................................................... 9
Hình 1- 3 Các họ công nghệ được ITU-R chấp nhận .............................................................. 14
Hình 1- 4 Quá trình phát triển lên 3G của 2 nhánh công nghệ chính ...................................... 15
Hình 1- 5 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA ................... 16
Hình 1- 6 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh cdma2000. ................................................ 17
Hình 2- 1 Quá trình trải phổ và giải trải phổ ........................................................................... 21
Hình 2- 2 Các công nghệ đa truy nhập .................................................................................... 22
Hình 2- 3 Nguyên lý của đa truy nhập trải phổ ....................................................................... 22
Hình 2- 4 Quá trình trải phổ và trộn ........................................................................................ 23
Hình 2- 5 Phân bố phổ tần cho UMTS châu Âu. ..................................................................... 24
Hình 2- 6 Truyền sóng đa đường ............................................................................................. 25
Hình 2- 7 Sơ đồ ánh xạ giữa các kênh khác nhau.................................................................... 26
Hình 2- 8 Các chế độ của UE và các trạng thái điều khiển tài nguyên vô tuyến..................... 27
Hình 2- 9 Cấu trúc cell UMTS. ............................................................................................... 28
Hình 2- 10 Kiến trúc hệ thống UMTS ở mức cao ................................................................... 29
Hình 2- 11 Các thành phần của mạng trong PLMN ................................................................ 30
Hình 2- 12 Kiến trúc UTRAN. ................................................................................................ 32
Hình 3- 1 Các vị trí điển hình của các chức năng RRM trong mạng WCDMA...................... 41
Hình 3- 2 Đường cong tải ........................................................................................................ 42
Hình 3- 3 Hiệu ứng gần-xa (điều khiển công suất trên đường lên) ......................................... 44
Hình 3- 4 Bù nhiễu bên trong cell (điều khiển công suất ở đường xuống) ............................. 44
Hình 3- 5 Công suất phát và thu trong 2 nhánh ....................................................................... 47
Hình 3- 6 Công suất phát và thu trên 3 nhánh (công suất khoảng hở như nhau) .................... 48
Hình 3- 7 Công suất tăng trong kênh phadinh với điều khiển công suất nhanh ...................... 48
Hình 3- 8 Trôi công suất đường xuống trong chuyển giao mềm............................................. 50
Hình 3- 9 Kiểm tra độ tin cậy của điều khiển công suất đường lên tại UE trong chuyển giao
mềm ................................................................................................................................. 50
Hình 3- 10 Tính toán chất lượng trong vòng ngoài tại RNC ................................................... 53
Hình 3- 11 Eb/N0 mục tiêu trong kênh ITU Pedestrian A, bộ mã hoá/giải mã thoại AMR.... 54
Hình 3- 12 Điều khiển công suất vòng ngoài đường lên cho nhiều dịch vụ trên một kết nối
vật lý ................................................................................................................................ 56
Hình 3- 13 Các kiểu chuyển giao khác nhau ........................................................................... 58
Hình 3- 14 Các thủ tục chuyển giao ........................................................................................ 59
Hình 3- 15 Sự so sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm. ..................................... 61
Hình 3- 16 Nguyên lý của chuyển giao mềm .......................................................................... 63
Hình 3- 17 Thuật toán chuyển giao mềm IS-95A.................................................................... 63
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Hình 3- 18 Thuật toán chuyển giao mềm trong WCDMA ..................................................... 64
Hình 3- 19 Sự suy giảm nhiễu do có chuyển giao mềm trong UL .......................................... 66
Hình 3- 20 Thủ tục đo đạc chuyển giao trong cùng tần số. ..................................................... 67
Hình 3- 21 Mô hình đo đạc chuyển giao trong cùng tần số..................................................... 68
Hình 3- 22 Sơ đồ lọc và báo cáo đo đạc chuyển giao mềm..................................................... 69
Hình 3- 23 Độ lợi chuyển giao mềm của công suất phát đường lên ....................................... 70
Hình 3- 24 Độ lợi chuyển giao mềm trong công suất phát đường xuống................................ 71
Hình 3- 25 Tổng phí chuyển giao mềm ................................................................................... 72
Hình 3- 26 Tổng phí chuyển giao mềm và thông số Window_add. ........................................ 73
Hình 3- 27 Chuyển giao giữa các hệ thống GSM và WCDMA. ............................................. 75
Hình 3- 28 Thủ tục chuyển giao giữa các hệ thống. ................................................................ 75
Hình 3- 29 Nhu cầu chuyển giao giữa các tần số sóng mang WCDMA ................................. 76
Hình 3- 30 Thủ tục chuyển giao giữa các tần số. .................................................................... 77
Hình 3- 31 Một ví dụ về mô hình chuyển giao........................................................................ 78
Hình 4- 1 Quá trình quy hoạch mạng WCDMA...................................................................... 81
Hình 4- 2 Tính toán bán kính cell ............................................................................................ 90
Hình 4- 3 Một ví dụ về mối quan hệ giữa vùng phủ và dung lượng trên đường lên và đường
xuống ............................................................................................................................... 97
Hình 4- 4 Ảnh hưởng của công suất phát trạm gốc tới dung lượng và vùng phủ trên đường
xuống ............................................................................................................................... 98
Hình 4- 5 Chia sẻ nhiễu giữa các cell trong WCDMA. ........................................................... 99
Hình 4- 6 Dung lượng mềm là một hàm số của tốc độ bit cho các kết nối thời gian thực. ... 101
Hình 4- 7 Quá trình tính toán vùng phủ và dung lượng lặp................................................... 102
Hình 4- 8 Toàn cảnh mạng 3G của Vinaphone tại thành phố Thái Nguyên ..........................108
Hình 4- 9 Quá trình tối ưu mạng. .......................................................................................... 110
Hình 4- 10 Đo đạc hiệu năng của mạng ................................................................................ 111
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian tiến hành học tập, nghiên cứu và tìm hiểu các tài liệu chuyên môn có liên
quan cùng với sự hướng dẫn chỉ bảo nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn, tôi đã lựa chọn đề
tài “Nghiên cứu mạng 3G và khả năng triển khai tại Việt Nam” và hoàn thành luận văn
90
tốt nghiệp theo đúng mục tiêu
80 đề ra. Các kết quả đạt được của luận văn bao gồm các nội
dung sau:
70
60
50
40
30
20
10
0
East
West và cấu trúc mạng thông tin
1. Tìm hiểu về hệ thống thông tin di động 3G nói chung
North
di động thế hệ ba W-CDMA nói riêng đã được thử nghiệm triển khai trên thế giới và Việt
Nam. Nó đã cho thấy được ưu điểm nổi trội hơn hẳn so với hệ thống 2G như: tốc độ truyền
1st Qtr 2nd Qtr 3rd Qtr 4th Qtr
số liệu cao hơn hẳn, dung lượng cao hơn, ít bị ảnh hưởng của nhiễu...
2. Tìm hiểu về kỹ thuật trải phổ trong W-CDMA, các công nghệ WCDMA, điều
khiển công suất, để thoả mãn các yêu về chất lượng của hệ thống 3G.
3. Dựa trên cơ sở lý thuyết và các mô hình của 3GPP đó đã đưa ra định hướng phát
triển cho hệ thống thông tin di động ở Việt Nam đi lên 3G cụ thể đối với mạng 2G GSM lên
3G W-CDMA. Tuy đó chỉ là những vấn đề mang tính lý thuyết nhưng hi vọng đó sẽ là một
ý kiến của em góp phần vào sự phát triển chung của hệ thống thông tin di động ở Việt Nam.
Qua đây, một lần nữa em xin được cảm ơn thầy giáo, PGS,TS Nguyễn Quốc Trung Khoa Điện tử Viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã nhiệt tình giúp đỡ em
hoàn thành luận văn này. Vì thời gian có hạn, phương tiện tìm hiểu còn thiếu thốn, cộng với
kinh nghiệm và kiến thức bản thân còn nhiều hạn chế nên luận văn không thể tránh khỏi
những thiếu sót. Em xin trân trọng tiếp thu những ý kiến đóng góp quí báu của các thầy cô
giáo và các bạn cùng quan tâm tới vấn đề này.
Học viên
[Type text]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Đinh Trung Tiến
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, công trình luận văn này là kết quả nghiên cứu của riêng cá nhân
tôi dựa trên việc nghiên cứu các tài liệu có liên quan. Các số liệu và kết quả trình bày
trong luận văn là trung thực và luận văn này không giống hoàn toàn bất cứ luận văn
hoặc các công trình đã có trước.
Thái Nguyên, ngày 26 tháng 8 năm 2010
Tác giả luận văn
Đinh Trung Tiến
[Type text]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ra đời vào những năm 40 của thế kỷ 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 vùng phủ sóng.
Thành công của con người trong lĩnh vực thông tin di động không chỉ dừng lại trong
việc mở rộng vùng phủ sóng phục vụ thuê bao ở khắp nơi trên toàn thế giới, các nhà
cung cấp dịch vụ, các tổ chức nghiên cứu phát triển công nghệ di động đang nỗ lực
hướng tới một hệ thống thông tin di động hoàn hảo, các dịch vụ đa dạng, chất lượng
dịch vụ cao. 3G - Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 là cái đích trước mắt mà thế
giới đang hướng tới.
Từ thập niên 1990, Liên minh Viễn thông Quốc tế đã bắt tay vào việc phát triển
một nền tảng chung cho các hệ thống viễn thông di động. Kết quả là một sản phẩm
được gọi là Thông tin di động toàn cầu 2000 (IMT-2000). IMT-2000 không chỉ là một
bộ dịch vụ, nó đáp ứng ước mơ liên lạc từ bất cứ nơi đâu và vào bất cứ lúc nào. Để
được như vậy, IMT-2000 tạo điều kiện tích hợp các mạng mặt đất và/hoặc vệ tinh.
Hơn thế nữa, IMT-2000 cũng đề cập đến Internet không dây, hội tụ các mạng cố định
và di động, quản lý di động (chuyển vùng), các tính năng đa phương tiện di động, hoạt
động xuyên mạng và liên mạng…
Các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 được xây dựng theo tiêu chuẩn GSM, IS95, PDC, IS-38 phát triển rất nhanh vào những năm 1990. Trong hơn một tỷ thuê bao
điện thoại di động trên thế giới, khoảng 863,6 triệu thuê bao sử dụng công nghệ GSM,
120 triệu dùng CDMA và 290 triệu còn lại dùng FDMA hoặc TDMA. Khi chúng ta
tiến tới 3G, các hệ thống GSM và CDMA sẽ tiếp tục phát triển trong khi TDMA và
FDMA sẽ chìm dần vào quên lãng. Con đường GSM sẽ tới là CDMA băng thông rộng
(WCDMA) trong khi CDMA sẽ là cdma2000.
Tại Việt Nam, thị trường di động trong những năm gần đây cũng đang phát triển
với tốc độ tương đối nhanh. Cùng với ba nhà cung cấp dịch vụ di động lớn nhất là
Vinaphone, Công Ty Viễn thông Quân đội (Vietel) và Mobifone, S-fone, Công ty cổ
phần Viễn thông Hà Nội,Viễn Thông Điện Lực và mới nhất là Tổng công ty Viễn thông
Di động Toàn cầu (Beeline) tham gia vào thị trường di động chắc hẳn sẽ tạo ra một sự
cạnh tranh lớn giữa các nhà cung cấp dịch vụ, đem lại một sự lựa chọn phong phú cho
người sử dụng. Vì vậy, các nhà cung cấp dịch vụ di động Việt Nam không chỉ sử dụng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
