Nghiên cứu triển khai GSM lên 3g của mạng di động thuộc tổng công ty bưu chính viễn thông việt nam VNPT
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.36 MB, 133 trang )
NGUYỄN MINH TUẤN
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI GSM LÊN 3G
CỦA MẠNG DI ĐỘNG THUỘC TỔNG CÔNG TY
BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM- VNPT
NGUYỄN MINH TUẤN
2003- 2005
HÀ NỘI 2005
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------
NGUYỄN MINH TUẤN
NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI GSM LÊN 3G CỦA MẠNG DI ĐỘNG
THUỘC TỔNG CÔNG TY BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT
NAM- VNPT
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
Người hướng dẫn khoa học: TS. PHẠM CÔNG HÙNG
HÀ NỘI 2005
CÁC TỪ VIẾT TẮT
1xEV- DO 1x Evolution – Data Optimized
3G
Third Generation
3GPP
Third Generation Global
Pha 1- Tối ưu dữ liệu
Thế hệ 3
Dự án hội nhập toàn cầu thế hệ 3
Partnership Project
3GPP2
Third Generation Global
Partnership Project 2
A.
ACELP
Bộ mã hoá đoán tuyến tính được kích
thích bởi mã đại số.
Bộ điều khiển tăng ích tự động
Bộ mã hoá và giải mã đa tốc độ thích
nghi
Hệ thống điện thoại di động tiên tiến
AGC
AMR
Algebraic Code Excited Linear
Prediction Coder
Automatic Gain Control
Adaptive Multi-Rate codec
AMPS
Advanced Mobile Phone System
ARIB
Association of Radio Industry
Board
(Mỹ)
Hiệp hội công nghiệp vô tuyến của
Nhật Bản
Bit Error Rate
Block Error Rate
Bandwidth on Demand
Binary Phase Shift Keying
Tốc độ lỗi bit.
Tốc độ lỗi Block
Băng thông theo yêu cầu
Khoá dịch pha nhị phân.
Base station identity code
Base Tranceiver Station
Mã nhận dạng trạm gốc
Trạm gốc
The CDMA Development Group
Code Division Multiple Access
Core Network
Cylic Redundancy Check
Nhóm phát triển CDMA
Truy nhập phân chia theo mã
Mạng lõi
Mã vòng kiểm tra dư thừa
B.
BER
BLER
BoD
BPSK
BSIC
BTS
C.
CDG
CDMA
CN
CRC
121
CRNC
Controlling RNC
Bộ RNC đang phụ trách điều khiển
D.
DL
DRNC
Downlink
Drift RNC
Đường xuống
Bộ RNC điều khiển trôi
DSSS
Direct Sequence Spread
Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp
Spectrum
E.
EDGE
Enhanced Data Rates for
Các tốc độ dữ liệu tăng cường cho sự
Evolution
tiến hoá
Công suất bức xạ đẳng hướng tương
đương
Viện chuẩn hoá viễn thông Châu Âu
EIRP
ETSI
Equivalent Isotropic Radiated
Power
European Telecommunication
Standard Institute
F.
FDD
Frequency Division Duplex
FDMA
Frequency Division Multiple
Phương thức song công phân chia
theo tần số
Đa truy nhập phân chia theo tần số
Access
Frame Error Rate
Tỷ số lỗi khung
Gateway GPRS Support Node
General Packet Radio Service
Nút hỗ trợ cổng GPRS
Dịch vụ vô tuyến gói chung.
Global Positioning System
Global System for Mobile
Telecommunication
Hệ thống định vị toàn cầu.
Hệ thống viễn thông di động toàn cầu
H.
HCM
Handover Completion Message
HLR
Home Location Registor
Thông điệp hoàn thành chuyển giao
động toàn cầu
Bộ đăng ký thường trú
FER
G.
GGSN
GPRS
GPS
GSM
122
HSDPA
High Speed Downlink Packet
Truy nhập gói đường xuống tốc độ
cao
HO
Access
Handover
Chuyển giao
I.
IMT-2000 International Mobile
Thông tin di động toàn cầu 2000
Telecommunication 2000
IMT- MC IMT- Multicarrier
IMT đa sóng mang.
IMT- DS
IMT- TC
IMT-SC
IP
ITU
IMT trải phổ chuỗi trực tiếp
IMT mã thời gian
IMT đơn sóng mang.
Giao thức Internet
Liên hợp viễn thông quốc tế.
IMT- Direct Sequence
IMT- Time Code
IMT – Single Carrier
Internet Protocol
International Telecommunication
Union
Giao diện giữa RNC và nút B
Giao diện giữa 2 RNC.
Iub
Iur
K.
KPI
L.
Key performace Indicator
Bộ chỉ thị hiệu năng chính.
LOS
M.
ME
MMS
MRC
Line of sight
Tầm nhìn thẳng
Mobile Equipment
Multimedia Messaging Service
Maximum Ratio Cobining
Thiết bị di động
Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện
Kết hợp theo tỷ số lớn nhất
MSC
Mobile Service Switching Centre Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di
động.
N.
O.
OVSF
Orthogonal Variable Spreading
Factor
Hệ số trải phổ biến đổi trực giao.
P.
123
PCU
Packet Control Unit
Đơn vị điều khiển gói
PN
PSMM
Pseudo Noise
Pilot Strength Measurement
Message
Giả tạp âm
Thông điệp đo đạc cường độ kênh
hoa tiêu
Quardrature Phase Phase Shift
Khoá dịch pha cầu phương.
Q.
QPSK
Keying
R.
RAM
RAT
RNC
RNS
RRC
Radio Access Mode
Radio Access Technology
Radio Network Controller
Radio Network subsystem
Radio Resoure Control protocol
Chế độ truy nhập vô tuyến.
Công nghệ truy nhập vô tuyến.
Bộ điều khiển mạng vô tuyến.
Phân hệ mạng vô tuyến
Giao thức điều khiển tài nguyên vô
tuyến
RRM
Radio Resouse Management
Thuật toán quản lý tài nguyên vô
tuyến.
S.
SFN
SGSN
System Frame Number
Serving GPRS Support Node.
Số hiệu khung hệ thống.
Nút hỗ trợ GPRS phục vụ
SHO
SIP
SIR
SMS
SNR
Soft Handover
Session Initiation Protocol
Signal to Interference Ratio
Short Messaging Service
Signal to Noise Ratio
Chuyển giao mềm.
Giao thức khởi tạo phiên
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
Dịch vụ nhắn tin ngắn.
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
SSDT
Site Selection Diversity
Transmission
Spread Spectrum Multiple
Access
Phát phân tập lựa chọn site
Time Division Duplex
Phương thức song công phân chia
theo thời gian
SSMA
T.
TDD
Đa truy nhập trải phổ.
124
TDMA
Time Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo thời
TPC
TRHO
Transmission Power Control
Traffic Reason Handover
gian
Điều khiển công suất phát
Chuyển giao với lý do lưu lượng
UE
User Equipment
Thiết bị người sử dụng
UL
Uplink
Đường xuống
UMTS
Universal Mobile
Hệ thống viễn thông di động toàn
Telecommunication System
UMTS Subscriber Identify
Module
UMTS Terrestrial Radio Access
Network
cầu.
Visitor Location Registor
Voice Over Internet Protocol
Bộ đăng ký tạm trú
Truyền thoại qua giao thức Internet.
U.
USIM
UTRAN
Modul nhận dạng thuê bao UMTS
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
UMTS
V.
VLR
VoIP
W.
WCDMA Wideband Code Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã băng
rộng
125
DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU
Bảng 1- 1 Phân loại các dịch vụ ở IMT - 2000 ............................................................ 12
Bảng 2- 1 Quan hệ giữa S/N và số chip bị cắt bớt ..................................................... 19
Bảng 2- 2 Tóm tắt các thông số chính của WCDMA ................................................. 36
Bảng 2- 3 Các điểm khác nhau cơ bản của W-CDMA và cdma2000 ........................ 37
Bảng 3- 1 Tốc độ bit ( kbps) ....................................................................................... 43
Bảng 3- 2 Từ GSM phát triển lên GPRS...................................................................... 46
Bảng 3- 2 Từ GPRS phát triển lên EDGE.................................................................... 47
Bảng 3- 4 Từ 2,5 ( GPRS/EDGE) phát triển lên UMTS.............................................. 50
Bảng 3- 5 So sánh cdmaOne và cdma2000 1x ........................................................... 58
Bảng 3- 6 So sánh hai tiêu chuẩn WCDMA và GSM ................................................. 62
Bảng 3- 7 So sánh hai tiêu chuẩn WCDMA và IS-95 ................................................ 63
Bảng 3- 8 So sánh hai tiêu chuẩn WCDMA và cdma2000 ......................................... 65
Bảng 4- 1 Năng lực hiện tại của mạng MobiFone ...................................................... 67
Bảng 4- 2 So sánh giải pháp thử nghiệm của Alcatel và Ericsson ............................. 80
Bảng 5- 1 Các giá trị cửa sổ ...................................................................................... 104
Bảng 5- 2 Tổng kết chuyển giao ............................................................................... 112
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1- 1 Phân bố thuê bao di động trên thế giới .......................................................... 7
Hình 1- 2 Sự tăng trưởng thị trường di động phân loại theo công nghệ ....................... 8
Hình 1- 3 Mô hình mạng IMT- 2000 .......................................................................... 13
Hình 2- 1 Quá trình trải phổ và giải trải phổ ................................................................ 16
Hình 2- 2 Các công nghệ đa truy nhập......................................................................... 17
Hình 2- 3 Nguyên lý của đa truy nhập trải phổ ............................................................ 18
Hình 2- 4 Quá trình trải phổ và trộn............................................................................. 19
Hình 2- 5 Phân bố phổ tần cho UMTS châu Âu. ......................................................... 20
Hình 2- 6 Truyền sóng đa đường ................................................................................. 21
Hình 2- 7 Sơ đồ ánh xạ giữa các kênh khác nhau. ....................................................... 22
Hình 2- 8 Các chế độ của UE và các trạng thái điều khiển tài nguyên vô tuyến ......... 23
Hình 2- 9 Cấu trúc cell UMTS. .................................................................................... 25
Hình 2- 10 Kiến trúc hệ thống UMTS ở mức cao........................................................ 26
Hình 2- 11 Các thành phần của mạng trong PLMN .................................................... 26
Hình 2- 12 Kiến trúc UTRAN. ..................................................................................... 29
Hình 3- 1 Lộ trình phát triển từ GSM lên WCDMA ................................................... 41
Hình 3- 2 Cấu trúc mạng GSM .................................................................................... 41
Hình 3- 3 Cấu hình hệ thống WAP .............................................................................. 42
Hình 3- 4 Cấu trúc hệ thống GPRS .............................................................................. 45
Hình 3- 5 Cấu trúc mạng EDGE .................................................................................. 47
Hình 3- 6 Sử dụng phổ ÚMT ...................................................................................... 49
Hình 3- 7 Kiến trúc 3G Release 99 .............................................................................. 51
Hình 3- 8 Kiến trúc 3G Release 4 ............................................................................... 52
Hình 3- 9 Kiến trúc 3G Release 5 ............................................................................... 53
Hình 3- 10 Lộ trình phát triển từ cdma One lên cdma 2000 thế hệ 3. ........................ 55
Hình 3- 11 Hệ thống cdmaOne + IS41 ....................................................................... 56
Hình 3- 12 Hệ thống cdma2000 1 X ........................................................................... 56
Hình 3- 13 Hệ thống cdma2000 1x- EV-DO-IP Data Only......................................... 59
Hình 3- 14 Hệ thống cdma2000 1x- EV-DO-IP Data and Voice ................................ 59
Hình 3- 15 Mạng lõi IP thống nhất .............................................................................. 61
Hình 4- 1 Lộ trình triển khai nâng cấp mạng VMS-VNPT lên 3G ............................. 71
Hình 4- 2 Mạng lõi GPRS ............................................................................................ 73
Hình 4- 3 Cấu hình hệ thống thử nghiệm 3G thiết bị Alcatel ...................................... 78
Hình 4- 4 Cấu hình hệ thống thử nghiệm 3G thiết bị Ericsson .................................... 79
Hình 4- 5 So sánh về tốc độ của 3G với các thế hệ thông tin di động trước . ............. 80
Hình 5- 1 Các kiểu chuyển giao khác nhau ................................................................ 88
Hình 5- 2 Các thủ tục chuyển giao .............................................................................. 90
Hình 5- 3 Sự so sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm. ........................... 92
Hình 5- 4 Nguyên lý của chuyển giao mềm................................................................. 94
Hình 5- 5 Thuật toán chuyển giao mềm IS-95A .......................................................... 95
Hình 5- 6 Thuật toán chuyển giao mềm trong WCDMA ........................................... 96
Hình 5- 7 Sự suy giảm nhiễu do có chuyển giao mềm trong UL ................................ 98
Hình 5- 8 Thủ tục đo đạc chuyển giao trong cùng tần số. ......................................... 100
Hình 5- 9 Mô hình đo đạc chuyển giao trong cùng tần số. ........................................ 101
Hình 5- 10 Sơ đồ lọc và báo cáo đo đạc chuyển giao mềm. ...................................... 102
Hình 5- 11 Độ lợi chuyển giao mềm của công suất phát đường lên .......................... 103
Hình 5- 12 Độ lợi chuyển giao mềm trong công suất phát đường xuống .................. 104
Hình 5- 13 Tổng phí chuyển giao mềm ..................................................................... 106
Hình 5- 14 Tổng phí chuyển giao mềm và thông số Window_add. .......................... 107
Hình 5- 15 Chuyển giao giữa các hệ thống GSM và WCDMA. ............................... 109
Hình 5- 16 Thủ tục chuyển giao giữa các hệ thống. .................................................. 109
Hình 5- 17 Nhu cầu chuyển giao giữa các tần số sóng mang WCDMA ................... 111
Hình 5- 18 Thủ tục chuyển giao giữa các tần số. ....................................................... 111
Hình 5- 19 Một ví dụ về mô hình chuyển giao .......................................................... 112
Hình 5- 20 Kết hợp giữa mạng 3G với mạng 2G hiện tại ......................................... 114
Hình 5- 21 Sơ đồ chuyển giao chuyển mạch kênh .................................................... 116
Hình 5- 22 Sơ đồ chuyển giao chuyển mạch gói giữa 3G và GSM/ GPRS............... 117
MỤC LỤC
MỤC LỤC ………………………………………………………………………………… …1
LỜI NÓI ĐẦU . .............................................................................................................. 4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỘNG 3G ...................... 7
1.1 Tình hình thị trường thông tin di động trên thế giới. .............................................. 7
1.1.1 Sự tăng trưởng của thị trường hiện nay ............................................................ 7
1.1.2 Thị trường mới tiềm năng ................................................................................ 8
1.2 Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3 .............................................. 10
1.2.1 Các yêu cầu chung .......................................................................................... 10
1.2.2 Các tiêu chuẩn xây dựng IMT-2000............................................................... 11
CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ WCDMA TRONG HỆ THỐNG UMTS. ....................... 15
2.1 Nguyên lý CDMA ................................................................................................... 15
2.1.1 Nguyên lý trải phổ CDMA .............................................................................. 15
2.1.2 Kỹ thuật trải phổ và giải trải phổ ..................................................................... 16
2.1.3. Kỹ thuật đa truy nhập CDMA ........................................................................ 16
2.2. Một số đặc trưng của lớp vật lý trong hệ thống WCDMA. ................................... 18
2.2.1. Các mã trải phổ . ............................................................................................. 18
2.2.2. Phương thức song công. ................................................................................. 20
2.2.3. Dung lượng mạng .......................................................................................... 20
2.2. 4. Phân tập đa đường- Bộ thu RAKE. ............................................................... 21
2.2.5. Các kênh giao diện vô tuyến UTRA FDD. .................................................... 22
2.2.6. Trạng thái cell. ................................................................................................ 22
2.2.7. Cấu trúc Cell. .................................................................................................. 24
2.3. Kiến trúc mạng ...................................................................................................... 25
2.3.1 Kiến trúc hệ thống UMTS ............................................................................... 25
2.3.2. Kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN. ................................................ 28
a. Bộ điều khiển mạng vô tuyến ........................................................................... 29
a. Nút B ( Trạm gốc) ............................................................................................. 30
2.4. Các dịch vụ và ứng dụng UMTS ........................................................................... 31
2.4.1 Giới thiệu ......................................................................................................... 31
1
2.4.2 Các lớp QoS UMTS ........................................................................................ 31
2.4.3 Khả năng hỗ trợ dịch vụ của các lớp đầu cuối ............................................... 34
2.4.4 Tổng kết về công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA trong hệ thống UMTS 34
CHƯƠNG 3. LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ CÁC HỆ THỐNG 2G LÊN 3G ........... 38
3.1 Lộ trình phát triển các hệ thống di động từ 2G lên 3G ........................................ 38
3.1.1 Tổng quan ........................................................................................................... 38
3.1.2. Lộ trình phát triển từ hệ thống di động GSM 2G lên WCDMA 3G ................. 39
a. Mở đầu. ............................................................................................................. 39
b. Hệ thống thông tin di động 2G GSM................................................................ 41
c.Hệ thống thông tin di động 2,5G. ...................................................................... 42
d. Hệ thống thông tin di động 3G- UMTS. ........................................................... 48
3.1.3. Lộ trình phát triển từ hệ thống cdmaOne lên cdma2000 thế hệ 3..................... 55
a. Hệ thống cdmaOne. .......................................................................................... 56
b. Hệ thống cdma2000 1 x. ................................................................................... 56
3.1.4. Xu thế phát triển ................................................................................................. 56
3.1.5. Kết luận .............................................................................................................. 57
3.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ ba WCDMA .................................................... 62
3.2.1 So sánh hệ thống thông tin 3G WCDMA với hệ thống di động thế hệ 2 ...... 62
3.2.2 So sánh hai tiêu chuẩn WCDMA và cdma2000 ............................................ 65
CHƯƠNG 4. LỘ TRÌNH LÊN 3G VÀ HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM 3G TRÊN MẠNG
VMS . ........................................................................................................................... 67
4.1 Lộ trình lên 3G của mạng VMS ............................................................................. 67
4.1.1 Đặt vấn đề ......................................................................................................... 67
4.1.2. Cơ sở hạ tầng mạng VMS .................................................................................. 67
a. Mạng chuyển mạch ........................................................................................... 67
b. Mạng truyền dẫn ............................................................................................... 68
c. Mạng truy nhập vô tuyến . ................................................................................ 68
4.1.3. Lộ trình triển khai nâng cấp mạng VMS lên 3G ............................................... 69
4.2 Triển khai thử nghiệm hệ thống thông tin di động 3G .......................................... 74
4.2.1 Mục đích thử nghiệm ....................................................................................... 74
2
4.2.2 Lựa chọn tiêu chuẩn và công nghệ .................................................................... 75
4.1.3 Phương án triển khai ......................................................................................... 77
4.1.4 Triển khai thử nghiệm các dịch vụ 3G trên mạng VMS ................................... 79
4.3 Đánh giá kết quá triển khai thử nghiệm 3G trên mạng VMS ............................. 80
4.3.1 So sánh giải pháp thử nghiệm 3G của Alcatel và Ericsson .............................. 80
4.3.2 Đánh giá kết quả triển khai ............................................................................... 84
CHƯƠNG 5. CHUYỂN GIAO TỪ 2G LÊN 3G MẠNG VMS . .................................. 86
5.1 Chuyển giao trong các hệ thống thông tin di động ................................................ 86
5.1.1 Khái quát về chuyển giao trong các hệ thống thông tin di động. ................... 86
a. Các kiểu chuyển giao trong các hệ thống WCDMA 3G................................... 88
b. Các mục đích của chuyển giao. ........................................................................ 88
c. Các thủ tục và phép đo đạc chuyển giao. .......................................................... 89
5.1.2 Chuyển giao trong cùng tần số. ....................................................................... 91
a. Chuyển giao mềm ............................................................................................. 91
b. Đo đạc chuyển giao. ......................................................................................... 99
c. Tổng phí của chuyển giao mềm ...................................................................... 104
5.1.3 Chuyển giao giữa các hệ thống WCDMA và GSM. ..................................... 108
5.1.4 Chuyển giao giữa các tần số trong WCDMA................................................ 110
5.1.5 Tổng kết chuyển giao. ................................................................................... 111
5.2 Giải pháp chuyển giao đối với mạng VMS -. ...................................................... 114
5.2.1 Mở đầu . ........................................................................................................ 114
5.2.2 Chuyển giao đối với ứng dụng chuyển mạch kênh ...................................... 115
5.2.3 Chuyển giao đối với ứng dụng chuyển mạch gói ........................................ 116
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 119
TỪ NGỮ VIẾT TẮT ............................................................................................... 121
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 126
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ............................................................................................
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................
3
4
LỜI MỞ ĐẦU
Sự ra đời của hệ thống thông tin di động GSM là một bước nhảy vọt của lĩnh vực
thông tin, mang lại cho người sử dụng nhiều lợi ích khó có thể phủ nhận. Cùng với sự
phát triển của kỹ thuật hiện đại, sự đổi mới công nghệ, thông tin di động cũng ngày
càng đổi mới theo chiều hướng tích cực. Trong tiến trình của sự phát triển không
ngừng đó, xu hướng triển khai 3G là một xu hướng tất yếu đang dần được triển khai tại
nhiều nước trên thế giới. Những nhà khai thác đã có mạng GSM muốn lợi dụng đầu tư
của mình khi chuyển sang công nghệ WCDMA. Thiết bị đầu cuối di động thế hệ ba
được tích hợp cả hai công nghệ WCDMA và GSM sẽ giúp khách hàng sử dụng các
dịch vụ một cách mềm dẻo, linh hoạt khi di chuyển giữa các vùng phủ sóng của GSM
và WCDMA. Tuy nhiên, với những đầu cuối di động loại hai chế độ WCDMA - GSM
như vậy lại đòi hỏi một cơ chế chuyển giao giữa hai công nghệ. Đây cũng là vấn đề
được đặc biệt chú trọng bởi các nhà sản xuất, các nhà khai thác trong việc triển khai
mạng di động tiến lên 3G.
Tại Việt Nam, thị trường di động trong những năm gần đây cũng đang phát triển
với tốc độ tương đối nhanh. Cùng với hai nhà cung cấp dịch vụ di động lớn nhất là
Vinaphone và Mobifone, Công Ty Viễn thông Quân đội (Vietel), S-fone và mới nhất là
Công ty cổ phần Viễn thông Hà Nội và Viễn Thông Điện Lực 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 các biện pháp cạnh tranh về giá cả mà còn phải nỗ
lực tăng cường số lượng dịch vụ và nâng cao chất lượng dịch vụ, tiếp cận các công
nghệ mới và nâng cao uy tín, nâng cao khả năng cạnh tranh của nhà khai thác nhằm để
chiếm lĩnh thị phần trong nước. nhằm. Vì vậy khi tiến lên 3G, chắc chắn hướng áp
dụng công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA để xây dựng hệ thống thông tin di động
thế hệ 3 phải được xem xét nghiên cứu. Việc gấp rút nghiên cứu thành công và đề xuất
phương án thử nghiệm để triển khai nâng cấp phát triển mạng di động lên 3G sẽ là một
thắng lợi tuyệt đối của nhà khai thác trong việc tối ưu hiệu quả đầu tư và cạnh tranh
trên thị trường sôi động hiện nay.
4
Đề tài có tên “Nghiên cứu triển khai GSM lên 3G của mạng di động thuộc
VNPT” nhằm đề xuất phương án nâng cấp phát triển mạng thông tin di động lên thế hệ
thứ ba thuộc VNPT trong thời gian tới.
Đồ án gồm có 5 chương:
Chương 1. Tổng quan về hệ thống thông tin di động 3G:
Chương này trình bày về tình hình thị trường và xu hướng phát triển lên 3G trên thế
giới và yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3.
Chương 2. Công nghệ truy nhập WCDMA trong hệ thống UMTS:
Chương này nghiên cứu các vấn đề lý thuyết liên quan đến công nghệ WCDMA, đặc
trưng của công nghệ WCDMA, kiến trúc hệ thống UMTS.
Chương 3. Lộ trình phát triển từ các hệ thống 2G lên 3G:
Chương này nghiên cứu lộ trình phát triển các hệ thống 2G lên 3G, So sánh hệ thống
thông tin di động thế hệ 3 WCDMA với các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 và so
sánh hai tiêu chuẩn WCDMA với cdma2000.
Chương 4. Lộ trình lên 3G và hệ thống thử nghiệm 3G trên mạng VMS:
Chương này với nội dung chính là lộ trình lên 3G của VMS trên cơ sở hạ tầng hiện có
của mạng MobiFone- VMS, đảm bảo hiệu quả đầu tư và không lạc hậu về công nghệ
ngoài ra trong chương này còn đề cập đến kết quả thử nghiệm hệ thống 3G trên mạng
VMS thuộc VNPT.
Chương 5. Chuyển giao từ 2G lên 3G mạng VMS:
Chương này trình bày một số vấn đề lý thuyết chuyển giao trong các hệ thống thông tin
di động và giải pháp nâng cấp mạng VMS thuộc VNPT lên 3G đảm bảo hệ thống 3G
kết hợp chặt chẽ với mạng GSM 2G hiện có.
5
Do nội dung của đề tài tương đối rộng, điều kiện thời gian cũng như kiến thức
có hạn, nên chắc chắn đồ án sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong
nhận được sự chỉ bảo của thầy cô giáo và ý kiến đóng góp của các bạn đọc để đề tài
được chính xác đầy đủ và phong phú hơn.
Để hoàn thành bản đồ án này, ngoài sự nỗ lực của bản thân còn phải kể đến sự
đóng góp của nhiều người. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trường Đại học
Bách Khoa Hà nội, các thầy cô giáo trong khoa Điện Tử Viễn Thông, những người đã
dạy dỗ em trong suốt thời gian học tập tại trường. Em xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới
Thầy giáo TS. Phạm Công Hùng, đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình học tập và
làm đồ án tốt nghiệp. Xin cảm ơn các đồng nghiệp Ban Viễn thông, TS. Đỗ Vũ Anh và
các cán bộ phòng Kỹ thuật Khai thác của Công ty VMS đã giúp đỡ tôi trong quá trình
làm đồ án.
Hà nội, ngày
tháng 10 năm 2005.
Người thực hiện
Nguyễn Minh Tuấn
6
Chương 1 – Tổng quan về hệ thống thông tin di động 3G.
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G:
1.1 Tình hình thị trường thông tin di động trên thế giới:
1.1.1 Sự tăng trưởng của thị trường hiện nay:
Ngày nay có tới hơn 574 mạng GSM đang hoạt động tại 190 nước/vùng lãnh thổ
trên thế giới. Thêm vào đó là số lượng lớn người sử dụng hệ thống PDC của Nhật, các
chuẩn D-AMPS và CDMA.
Cho đến nay có khoảng hơn 1,5 tỉ thuê bao di động trên toàn cầu, khoảng hơn 1 tỉ
trong số đó là thuê bao sử dụng công nghệ GSM.1 Rất nhiều trong số họ sẽ bắt đầu sử
dụng truy nhập vô tuyến cho các ứng dụng số liệu ví dụ như nhắn tin, truy nhập mạng
LAN, truy nhập Internet, Intranet, hội nghị truyền hình, gửi và nhận ảnh chất lượng
cao...
Hình 1-1 Phân bố thuê bao di động trên thế giới
Mạng thông tin di động 2G đã rất thành công trong việc cung cấp dịch vụ tới
người sử dụng trên toàn thế giới, nhưng số lượng người sử dụng tăng nhanh hơn nhiều
so với dự kiến ban đầu. Có thể đưa ra các thống kê về sự tăng trưởng của thị trường di
động phân đoạn theo công nghệ như hình 1- 2.
1
Nguån: T¹p chÝ Cellular online
7
Chương 1 – Tổng quan về hệ thống thông tin di động 3G.
Hình 1- 2 Sự tăng trưởng thị trường di động phân loại theo công nghệ
Đối với các nước phát triển, tỷ lệ người sử dụng điện thoại di động được dự đoán sẽ
rất cao trong những năm tới, một người sử dụng nhiều máy di động phục vụ cho các
mục đích khác nhau. Tất cả kết quả và dự báo này gợi ý một tiềm năng rất lớn cho các
thuê bao di động ở Việt Nam.
1.1.2 Thị trường mới tiềm năng
Bên cạnh những thuê bao di động truyền thống hiện nay, có thể tin tưởng rằng rất
nhiều máy di động có thể được thiết kế đặc biệt phục vụ các mục đích khác như giao
dịch, thông tin chỉ dẫn điểm tới điểm, điểm tới trung tâm. Như vậy tiềm năng thị
trường sẽ trở nên rất lớn.
Về nhu cầu truyền số liệu trên mạng cố định toàn cầu, tỷ lệ lưu lượng thông tin số
liệu tăng trưởng nhanh hơn thông tin thoại và được dự báo sẽ chiếm tới 50% tổng lưu
lượng trên một số mạng cố định. Tại các khu vực như vậy, Internet đã trở thành yếu tố
chủ đạo. Internet đã mở ra một hướng mới trong việc sử dụng sức mạnh của máy tính
trên các lĩnh vực thương mại và giải trí.
Thị trường số liệu trên mạng di động được dự báo sẽ chiếm khoảng 50% tổng lưu
lượng trong vòng 10 năm tới.
8
Chương 1 – Tổng quan về hệ thống thông tin di động 3G.
Một điểm đáng chú ý là Internet và mạng điện thoại số có cùng một hình mẫu phát
triển, bởi vậy có thể tiên đoán rằng Internet qua mạng vô tuyến cũng sẽ là một tiềm
năng và có cùng một hình mẫu như vậy nếu cung cấp được các dịch vụ và ứng dụng
hợp lý.
Mặt khác, khi các hệ thống thông tin di động ngày càng phát triển, không chỉ số
lượng người sử dụng điện thoại di động tăng lên, mở rộng thị trường, mà người sử
dụng còn đòi hỏi các dịch vụ tiên tiến hơn không chỉ là các dịch vụ cuộc gọi thoại và
dịch vụ số liệu tốc độ thấp hiện có trong mạng 2G. Nhu cầu của thị trường có thể phân
loại thành các lĩnh vực sau:
➢ Dịch vụ dữ liệu máy tính(Computer Data):
✓ Số liệu máy tính (Computer Data)
✓ Truyền hình ảnh thời gian thực (Real time image transfer)
✓ Đa phương tiện (Multimedia)
✓ Tính toán di động (Computing)
➢ Dịch vụ viễn thông (Telecommunication)
✓ Di động (Mobility)
✓ Hội nghị truyền hình (Video conferencing)
✓ Điện thoại hình (Video Telephony)
✓ Các dịch vụ số liệu băng rộng (Wide band data services)
➢ Dich vụ nội dung âm thanh hình ảnh (Audio - video content)
✓ Hình ảnh theo yêu cầu (Video on demand)
✓ Các dịch vụ tương tác hình ảnh (Interactive video services)
✓ Báo điện tử (Electronic newspaper)
✓ Mua bán từ xa (Teleshopping)
✓ Các dịch vụ internet giá trị gia tăng (Value added internet
services
✓ Dịch vụ phát thanh và truyền hình (TV& Radio contributions)
9
Chương 1 – Tổng quan về hệ thống thông tin di động 3G.
1.2 Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ ba
1.2.1 Các yêu cầu chung:
Thông tin di động thế hệ ba phải 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 yêu cầu
chung đối với hệ thống thông tin di động thế hệ ba này:
• Mạng phải là băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện, nghĩa là mạng
phải đảm bảo được tốc độ bit lên tới 2 Mbps phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của
máy đầu cuối: 2 Mbps dự kiến cho các dịch vụ cố định, 384 kbps khi đi bộ và 144
kbps khi đang di chuyển tốc độ cao.
• Mạng phải có khả năng cung cấp độ rộng băng tần (dung lượng) theo yêu cầu. Điều
này xuất phát từ việc thay đổi tốc độ bit của các dịch vụ khác nhau. 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 phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu, nghĩa là đảm bảo các kết 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 phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả thông tin vệ tinh.
Bộ phận tiêu chuẩn của ITU-R đã xây dựng các tiêu chuẩn cho IMT-2000. IMT2000 đã mở rộng đáng kể khả năng cung cấp dịch vụ và bao phủ một vùng rộng lớn các
môi trường thông tin. Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng
cũng đồng thời đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ thứ hai (2G)
vào những năm 2000. Thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) xây dựng trên cơ sở IMT2000 đã được đưa vào hoạt động từ năm 2001. Các hệ thống 3G cung cấp rất nhiều
dịch vụ viễn thông bao gồm: thoại, số liệu tốc độ bit thấp và bit cao, đa phương tiên,
video cho người sử dụng làm việc cả ở môi trường công cộng lẫn tư nhân (vùng công
sở, vùng dân cư, phương tiện vận tải…).
10
Chương 1 – Tổng quan về hệ thống thông tin di động 3G.
1.2.2 Các tiêu chuẩn xây dựng IMT-2000:
• Sử dụng dải tần qui định quốc tế 2GHz:
-
Đường lên: (1885 - 2025) MHz.
-
Đường xuống: (2110 - 2200) MHz.
• Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến:
-
Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến.
-
Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông.
• Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau:
-
Trong công sở.
-
Ngoài đường.
-
Trên xe.
-
Vệ tinh.
• Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:
-
Môi trường thường trú ảo (VHE) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân
và chuyển mạng toàn cầu.
-
Đảm bảo chuyển mạng quốc tế.
-
Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch
theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói.
• Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện.
Môi trường hoạt động của IMT-2000 được chia thành bốn vùng với các tốc độ bit
Rb phục vụ như sau:
-
Vùng 1: trong nhà, picocell, Rb 2 ≤ Mbps.
-
Vùng 2: thành phố, microcell, Rb ≤ 384 kbps.
-
Vùng 3: ngoại ô, macrocell, Rb ≤ 144 kbps.
-
Vùng 4: toàn cầu, Rb = 9,6 kbps.
Có thể tổng kết các dịch vụ do IMT-2000 cung cấp ở Bảng 1.1 dưới đây:
11
Chương 1 – Tổng quan về hệ thống thông tin di động 3G.
Kiểu
Dịch vụ
di động
Phân loại
Dịch vụ di động
Dịch vụ thông
tin định vị
Dịch vụ âm
thanh
Dịch vụ
viễn
thông
Di động đầu cuối/ di động cá nhân/ di động dịch vụ.
- Theo dõi di động/ theo dõi di động thông minh.
- Dịch vụ âm thanh chất lượng cao (16 - 64 kbps)
- Dịch vụ truyền thanh AM (32 - 64 kbps)
- Dịch vụ truyền thanh FM (64 - 144 kbps)
- Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64 - 144 kbps)
Dịch vụ số liệu
- Dịch vụ số liệu tốc độ tương đối cao (144kbps- 2Mbps)
- Dịch vụ số liệu tốc độ cao ( ≥ 2 Mbps)
Dịch vụ đa
phương tiện
Dịch vụ Internet
đơn giản
Dịch vụ
Internet
Dịch vụ chi tiết
- Dịch vụ video (384 kbps)
- Dịch vụ ảnh động (384 kbps - 2 Mbps)
- Dịch vụ ảnh động thời gian thực ( 2 Mbps)
Dịch vụ truy nhập Web (384 kbps - 2 Mbps)
Dịch vụ Internet
thời gian thực
Dịch vụ Internet (384 kbps - 2 Mbps)
Dịch vụ Internet
đa phương tiện
Dịch vụ Website đa phương tiện thời gian thực ( 2 Mbps)
Bảng 1.1 - Phân loại các dịch vụ ở IMT-2000
Để xây dựng tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3, các tổ chức quốc tế
sau đây được hình thành dưới sự điều hành chung của ITU:
• 3GPP: bao gồm các thành viên sau:
TSI: Châu Âu; TTA: Hàn Quốc; ARIB, TTC: Nhật; T1P1: Mỹ.
• 3GPP2: bao gồm các thành viên sau:
TIA, T1P1: Mỹ; TTA: Hàn Quốc; ARIB, TTC: Nhật.
12
Chng 1 Tng quan v h thng thụng tin di ng 3G.
Hin nay hai tiờu chun ó c chp thun cho IMT-2000 l:
WCDMA c xõy dng t 3GPP.
cdma2000 c xõy dng t 3GPP2.
Hai h thng u s dng cụng ngh CDMA bt u c a vo hot ng trong
nhng nm u ca thp k 2000, iu ny cho phộp thc hin tiờu chun ton th gii
cho giao din vụ tuyn ca h thng thụng tin di ng th h th ba.
WCDMA l s phỏt trin tip theo ca cỏc h thng thụng tin di ng th h th hai
s dng cụng ngh TDMA nh GSM, PDC, IS-136. cdma2000 l s phỏt trin tip
theo ca h thng thụng tin di ng th h hai s dng cụng ngh CDMA: IS-95.
Mụ hỡnh mng IMT 2000 nh sau:
Vùng thiết bị đầu cuối
TE di
động
UIM
Vùng mạng lõi
Mạng lõi
Mạng truy
nhập
- Điều khiển
cuộc gọi
- Điều khiển
chuyển mạch
dịch vụ
- Điều khiển
tài nguyên quy
định
- Quản lý dịch
vụ
- Quản lý vị trí
- Quản lý nhận
TE di
động
TE di
động
UIM
Vùng mạng truy nhập
TE di
động
- Phát quảng
bá thông tin
truy nhập hệ
thống
- Phát và thu
vô tuyến
- Điều khiển
truy nhập vô
tuyến
Vùng các dịch vụ ứng dụng
Các dịch vụ ứng dụng
Hỡnh 1.3 - Mụ hỡnh mng IMT-2000
Ký hiu: - TE (Terminal Equipment): Thit b u cui
UI (User Interface): Giao din ngi s dng.
13
Chương 1 – Tổng quan về hệ thống thông tin di động 3G.
Châu Âu sử dụng hệ thống thế hệ hai là là DCS 1800 ở băng tần (1710-1755) MHz
cho đường lên và (1805-1850) MHz cho đường xuống. ở châu Âu và hầu hết các nước
châu á băng tần IMT-2000 là 2x60 MHz (1920-1980 MHz cộng với 2110-2170 MHz)
có thể sử dụng cho WCDMA FDD. Băng tần sử dụng cho TDD ở châu Âu thay đổi,
băng tần được cấp theo giấy phép có thể là 25 MHz cho sử dụng TDD ở (1900-1920)
và (2020-2025) MHz. Băng tần cho các ứng dụng TDD không cần xin phép (SPA Self Provided Application: ứng dụng tự cấp) có thể là (2010-2020) MHz. Các hệ thống
FDD sử dụng các băng tần khác nhau cho đường lên và đường xuống với phân cách là
khoảng cách song công, còn các hệ thống TDD sử dụng cùng tần số cho cả đường lên
và đường xuống.
Nhật sử dụng hệ thống thế hệ hai là PDC, còn Hàn Quốc sử dụng hệ thống thế hệ
hai là IS-95 cho cả khai thác tổ ong lẫn PCS. ấn định phổ PCS ở Hàn Quốc khác với ấn
định phổ PCS ở Mỹ, vì thế Hàn Quốc có thể sử dụng toàn bộ phổ tần quy định của
IMT-2000. ở Nhật một phần phổ của IMT-2000 TDD đã được sử dụng cho PHS (hệ
thống điện thoại cầm tay cá nhân).
Ở Mỹ không còn phổ mới cho các hệ thống thông tin di động thế hệ ba. Các dịch vụ
của thế hệ ba sẽ được thực hiện trên cơ sở thay thế phổ tần của hệ thống thông tin thế
hệ ba bằng phổ tần của hệ thống PCS thế hệ hai hiện tại.
Ở Trung Quốc phổ tần dành trước cho PCS và WLL sử dụng một phần phổ tần của
IMT-2000 mặc dù chúng chưa được ấn định cho hãng khai thác nào. Theo quyết định
về phân định tần số, sẽ có đến 2x60 MHz được sử dụng cho WCDMA ở Trung Quốc.
Phổ tần cho TDD cũng sẽ được sử dụng ở Trung Quốc.
Các nước đã bắt đầu xin giấy phép cho sử dụng phổ tần của IMT-2000. Giấy phép
đầu tiên được cấp cho Phần Lan vào 03/1999, sau đó là Tây Ban Nha. Một số nước
cũng có thể đi theo quan điểm cấp phép giống như GSM được cấp phép ở châu Âu.
Tuy nhiên, một số nước bán đấu giá phổ tần cho IMT-2000 giống như Mỹ bán đấu giá
phổ tần cho PCS (nước Anh chẳng hạn).
14
