Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA LỜI NÓI ĐẦU Liên lạc nhu cầu người nên thơng tin di động đóng vai trị khơng thể thiếu Trong GSM công nghệ dùng phổ biến giới GSM hệ thống có tiêu chuẩn rõ ràng, dễ dàng triển khai lắp đặt, đồng thời áp dụng cấu trúc mở nên GSM có tính lưu động cao đem lại nhiều dịch vụ cho khách hàng Với ưu điểm mình, hệ thống GSM khẳng định vị mạnh mẽ, trội giới thông tin di động năm qua Tuy nhiên, với phát triển xã hội, GSM ngày lộ nhiều yếu điểm : đáp ứng nhu cầu thông tin thoại, dịch vụ tin ngắn với tốc độ thấp, hạn chế dung lượng phục vụ v.v Trong lưu lượng thuê bao không ngừng tăng lên ,cũng nhu cầu truy cập thông tin với tốc độ cao đặc biệt nhu cầu sử dụng ứng dụng đa phương tiện như: Điện hoại thấy hình, Video trực tuyến, E-mail, World wide web v.v đòi hỏi tốc độ truyền số liệu phải cao băng thông lớn Lúc hệ thống GSM khơng cịn khả đáp ứng mà địi hỏi cơng nghệ phù hợp hệ thống thơng tin di động hệ hay (3G) cụ thể đường GSM tiến tới CDMA băng thơng rộng (WCDMA) Trước tình hình đó, hiệp hội GSM giới nghiên cứu đưa giải pháp để tiến lên xây dựng hệ thống thông tin di động hệ sở tận dụng tối đa hạ tầng mạng GSM sẵn có việc xây dựng qua tiêu chuẩn chuyển tiếp GPRS, EDGE Trong GPRS giải pháp khuyến nghị cho nhà cung cấp dịch vụ giới có Việt Nam Ở Việt Nam nay, mạng di động lớn Mobiphone, Vinaphone, Viettel, liên doanh EVN Telecom Vietnammobile…đã dành quyền cấp phát 3G thực triển khai công nghệ với mong muốn đưa đến cho người sử dụng thời gian sớm Dưới hướng dẫn thầy Nguyễn Phúc Ngọc,trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em tìm hiều Tiến trình phát triển Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA từ GSM lên WCDMA với mục đích tìm hiểu giải pháp kĩ thuật mà nhà cung cấp dịch vụ viễn thông sử dụng trình tiến lên 3G Nội dung đồ án kết cấu làm chương với nội dung sau: Chương 1: Lịch sử phát triển hệ thống thơng tin di động Tìm hiểu phát triển hệ thống thông tin di động phát triển phương pháp đa truy nhập hệ thống thơng tin di động Chương 2: Lộ trình phát triển từ GSM 2G lên WCDMA hệ Tìm hiểu trình tiến lên 3G GSM cấu trúc hệ thống 2,5G sơ kế thừa từ GSM Chương 3:Hệ thống thông tin di động hệ WCDMA Tìm hiểu hệ thống thông tin di động hệ 3WCDMA sở kế thừa từ hệ thống GSM Em xin trân trọng cảm ơn! Vinh, tháng năm 2010 Sinh viên Hồ Văn Chiến Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .1 MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ .5 DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT CHƯƠNG LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 16 1.1 Sự đời phát triển hệ thống thông tin di động 16 1.2 Sự phát triển phương pháp đa truy nhập 19 1.2.1.FDMA: 20 1.2.2.TDMA: 20 1.2.3.CDMA: 21 CHƯƠNG LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ GSM 2G LÊN WCDMA THẾ HỆ 22 2.1 Lộ trình phát triển lên 3G 22 2.2 Các yếu tố cần chuyển đổi từ 2G lên 3G 24 2.3 Hệ thống thông tin di động GSM .25 2.3.1.Tổng quan 25 2.3.2 Các đặc điểm mạng thông tin di động GSM 26 2.3.3 Cấu trúc mạng GSM 28 2.3.3.1 Phân hệ trạm gốc (BSS) 29 2.3.3.2 Phân hệ chuyển mạch (SS 30 2.3.3.3 Phân hệ khai thác hỗ trợ (OSS) 31 2.3.4 Kiến trúc địa lý 31 2.3.4.1 Vùng mạng : Tổng đài vô tuyến cổng (Gateway - MSC) 31 2.3.4.2 Vùng phục vụ MSC/VLR .32 2.3.4.3 Vùng định vị LA (Location Area) 32 2.4 Công nghệ HSCSD 32 2.5 Công nghệ GPRS 35 2.5.1 Cấu trúc mạng GPRS 37 2.5.1.1 Những điểm cấu trúc mạng GPRS so với GSM .37 2.5.1.2 Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS 38 2.5.1.3 Nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN) 40 2.5.1.4 Hệ thống trạm gốc BSS .40 2.5.1.5 Phần chuyển mạch .41 2.5.1.6 Thiết bị đầu cuối GPRS .42 2.5.2 Cấu trúc đa khung giao diện vô tuyến GPRS 42 2.5.3 Các kênh logic GPRS .43 2.6 Công nghệ EDGE 44 2.6.1 Kiến trúc mạng EDGE .45 2.6.2 Điều chế .45 Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA 2.6.3 Các kênh logic giao diện vô tuyến 46 2.6.4 Giao thức ứng dụng vô tuyến (WAP) 47 CHƯƠNG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 49 3.1.Giới thiệu chung công nghệ WCDMA thay đổi hạ tầng mạng nâng cấp lên mạng hệ .49 3.2 Công nghệ CDMA sử dụng hệ thống 3G .53 3.2.1 Nguyên lý trải phổ CDMA 53 3.2.2 Kỹ thuật trải phổ giải trải phổ .54 3.2.3 Kỹ thuật đa truy nhập CDMA 55 3.3 Hệ thống WCDMA 57 3.3.1 Các mã trải phổ 57 3.3.2 Phương thức song công 60 3.3.3 Dung lượng mạng .60 3.3.4 Phân tập đa đường – Bộ thu RAKE 61 3.3.5 Trạng thái cell .62 3.3.6 Cấu trúc Cell .63 3.4 Giới thiệu kiến trúc mạng 3G 64 3.4.1 Giới thiệu chung 64 3.4.2 Cấu trúc hệ thống UMTS 68 3.4.2.1 Thiết bị đầu cuối mạng UE 68 3.4.2.2 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN .70 3.4.2.3 Mạng lõi (CN) .75 3.4.3 Các giao diện hệ thống UMTS 77 3.4.4 Cấu trúc kênh .80 3.4.4.1 Các kênh logic 80 3.4.4.2 Các kênh truyền dẫn 81 3.4.4.3 Cấu trúc kênh vật lý 81 3.4.5 Vấn đề chuyển giao 82 3.4.5.1 Mục đích chuyển giao 82 3.4.5.2 Trình tự chuyển giao 83 3.4.5.3 Các loại chuyển giao 86 3.4.6 Điều khiển công suất 90 3.4.6.1 Điều khiển công suất vòng mở 91 3.4.6.2 Điều khiển công suất vòng kín 92 3.4.6.3 Các trường hợp điều khiển công suất đặc biệt 93 KẾT LUẬN 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Lộ trình phát triển hệ thống thơng tin di động 18 Hình 1.2: Các công nghệ đa truy nhập 19 Hình 2.1: Lộ trình phát triển từ 2G lên 3G 21 Hình 2.2: Qúa trình phát triển từ GSM lên 3G 22 Hình 2.3: Các yếu tố cần chuyển đổi từ 2G lên 3G 23 Hình 2.4: Cấu trúc mạng GSM 27 Hình 2.5: Các luồng số liệu kết hợp IWF .32 Hình 2.6: Cấu trúc hệ thống HSCSD 33 Hình 2.7: Cấu trúc mạng GSM/GPRS 35 Hình 2.8: Cấu trúc mạng GPRS 36 Hình 2.9: Cấu trúc EDGE GSM/GPRS 44 Hình 2.10 : Cấu hình hệ thống WAP .46 Hình 3.1: Phương án chung mạng lõi 49 Hình 3.2: Phương án thêm mạng lõi 50 Hình 3.3: Phương án tích hợp chung 50 Hình 3.4: Sự phát triển liền mạch 51 Hình 3.5: Quá trình trải phổ giải trải phổ 53 Hình 3.6: Trải phổ CDMA 54 Hình 3.7: Cơng nghệ đa truy nhập CDMA .54 Hình 3.8: Nguyên lý đa truy nhập trải phổ 55 Hình 3.9: Quá trình trải phổ trộn 56 Hình 3.10: Cây mã định kênh 57 Hình 3.11: Truyền sóng đa đường .60 Hình 3.12: Các chế độ UE trạng thái điều khiển .61 Hình 3.13: Cấu trúc cell UMTS 63 Hình 3.14: Kiến trúc hệ thống UMTS 64 Hình 3.15: Cấu trúc quản lý tài nguyên 65 Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA Hình 3.16: Cấu trúc dịch vụ 66 Hình 3.17: Kiến trúc UTRAN 69 Hình 3.18: Cấu trúc logic nút B 70 Hình 3.19: Cấu trúc RNC 71 Hình 3.20: Cấu trúc mạng lõi 74 Hình 3.21: Giao diện Iu kết nối UTRAN với CN 78 Hình 3.24: Tiến trình thực chuyển giao .83 Hình 3.25: Nguyên tắc chung thuật toán chuyển giao 85 Hình 3.26 Chuyển giao cứng tần số 86 Hình 3.27: Chuyển giao cứng khác tần số 87 Hình 3.28: Chuyển giao mềm tần số 88 Hình 3.29: Chuyển giao mềm tần số 89 Hình 3.30: Các chế điều khiển công suất WCDMA 90 Hình 3.31: OLPC đường lên 91 Hình 3.32: Cơ chế điều khiển công suất CLPC 92 Hình 3.33: Điều khiển cơng suất kết hợp với chuyển giao mềm 94 Hình 3.34: Phân tập lựa chọn trạm 95 DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA Bảng 1.1: Tiến trình phát triển hệ thống thơng tin di động 18 Bảng 2.1: Những điểm cấu trúc mạng GPRS so với GSM 38 Bảng 3.1: Các mã UMTS 59 Bảng 3.2: So sánh giao diện vô tuyến hệ thống WCDMA GSM 78 CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT Đồ án tốt nghiệp đại học Viết tắt Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA Tiếng Anh Tiếng Việt 2G 2nd Generation Hệ thống thống tin di động hệ 3G 3rd Generation 3GPP Third Generation Partnership Project Third Generation Partnership Project2 Australian Communications Industry Forum Acquisition Indicator Channel Advanced Mobile Phone Service Association of Radio Industry Business Asynchronous Transfer Mode Authentication Center Broadcast Control Channel Bit Error Rate Binary Phase Shift Keying Base Station Base Station Controller Broadcast Channel Customized Application for Mobile network Enhanced Logic Common Control Channel CDMA Development Group Code Division Multi Access Closed loop Power Control Communication Management Core Network Communication Control Hệ thống thống tin di động hệ thứ Dự án hội nhập hệ GPP2 ACIF AICH AMPS ARIB ATM AuC BCCH BER BPSK BS BSC BCH CAMEL CCCH CDG CDMA CLPC CM CN COMO Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT Dự án hội nhập hệ thứ hai Diễn đàn công nghiệp thông tin Úc Kênh thị bắt Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến Liên hiệp kinh doanh công nghệ vô tuyến Phương thức truyền không đồng Trung tâm nhận thực Kênh điều khiển quảng Tỷ lệ lỗi bit Điều chế dịch pha nhị phân Trạm gốc Bộ điều khiển trạm gốc Kênh quảng bá Ứng dụng tùy chọn cho logic nâng cao mạng di động Kênh điều khiển chung Nhóm phát triển cơng nghệ CDMA Đa truy nhập phân chia theo mã Điều khiển cơng suất vịng kín Quản lý thơng tin Mạng lõi Điều khiển thông tin Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA CRNC Controlling RNC CS CSCF Circuit-Switched Call Server Control Function CWTS China Wireless Telecommunications Standard Group Common Packet Channel Common Pilot Channel Common Traffic Channel CPCH Status Indication Channel Collision Detection/Channel Assignment Indication Channel Dedicated Transport Channel Drift RNC Downlink Shared Channel Direct Sequence Dedicated Physical Data Channel Dedicated Physical Control Channel Downlink Shared Channel Dedicated Control Channel Dedicated Traffic Channel Enhanced Circuit-switched Data Enhanced Data Rates for GSM Evolution Equipment Identify Register European Telecommunications Standard Institute Frequency Division Duplex CPCH CPICH CTCH CSICH CD/CAICH DCH DRNC DSCH DS DPDCH DPCCH DSCH DCCH DTCH ECSD EDGE EIR ETSI FDD FDMA Frequency Division Multiple Access Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT Bộ điều khiển mạng truy nhập vô tuyến điều khiển Chuyển mạch kênh Chức điều khiển phục vụ gọi Nhóm tiêu chuẩn viễn thơng vơ tuyến Trung Quốc Kênh gói chung Kênh hoa tiêu chung Kênh lưu lượng chung Kênh thị trạng thái kênh CPCH Kênh thị gán kênh/phát va chạm Kênh truyền tải dùng chung RNC trôi Kênh dùng chung đường xuống Chuỗi trải phổ trực tiếp Kênh số liệu vật lý dùng chung Kênh điều khiển vật lý dùng chung Kênh chia sẻ đường xuống Kênh điều khiển dùng chung Kênh lưu lượng dùng chung Dữ liệu chuyển mạch nâng cao Cải thiện tốc độ số liệu cho phát triển GSM Bộ ghi nhận dạng thiết bị Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu Ghép song công phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia tần số Đồ án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA FER FACH GGSN GMSC GMSK Frame Error Rate Forward Access Channel Gateway GPRS Support Node Gateway MSC Gaussian Minimum Shift Keying GTP GPRS GPS GSA GPRS Tunneling Protocol General Packet Radio Services Global Position System Global Mobile Suppliers Acsociation Global System for Mobile Communications Hierarchical Cell Structure High Data Rate High Speed Switched Data GSM HCS HDR HSCSD HTML ID IETF IMS IMSI IMT-2000 IP IS-95 ITU-T IWF MAC MAP MC- Hyper Text Markup Language Identifier Internet Engineering Task Forum IP Multimedia Subsystem International Mobile Subcriber Identity International Mobile Telecommunications-2000 Internet Protocol Interim Standard-95 ITU Telecommunication Standardisation Sector InterWorking Function Medium Access Control Mobile Application Part Multi-Carrier CDMA Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT Tỷ lệ lỗi khung Kênh truy nhập đường xuống Nút mạng hỗ trợ GPRS cổng MSC cổng Điều chế dịch pha cực tiểu Gaussian Giao thức xun đường hầm GPRS Dịch vụ vơ tuyến gói chung Hệ thống định vị toàn cầu Hiệp hội nhà cung cấp thiết bị di động giới Hệ thống thơng tin di động tồn cầu Cấu trúc cell phân cấp Tốc độ số liệu cao Kỹ thuật truyền liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn Bộ thị Diễn đàn nhiệm vụ công nghệ Internet Phân hệ đa phương tiện IP Chỉ thị thuê bao di động quốc tế Viễn thông di dộng quốc tế 2000 Giao thức Internet Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA Mỹ Bộ phận tiêu chuẩn hóa viễn thơng ITU Chức kết nối mạng Điều khiển truy nhập môi trường Phần ứng dụng di động CDMA đa sóng mang 10 ... án tốt nghiệp đại học Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA từ GSM lên WCDMA với mục đích tìm hiểu giải pháp kĩ thuật mà nhà cung cấp dịch vụ viễn thông sử dụng trình tiến lên 3G Nội dung đồ án... LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ GSM 2G LÊN WCDMA THẾ HỆ 22 2.1 Lộ trình phát triển lên 3G 22 2.2 Các yếu tố cần chuyển đổi từ 2G lên 3G 24 2.3 Hệ thống thông tin di động GSM. .. truyền tiếng số liệu đa phương tiện Bảng 1.1: Tiến trình phát triển hệ thống thơng tin di động Hồ Văn Chiến Lớp 46K-ĐTVT 17 Đồ án tốt nghiệp đại học TACS Tiến trình phát triển từ GSM lên WCDMA GSM