Quá trình phát triển lên 3G và hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 WCDMA LỜI MỞ ĐẦU Mặc dù so với các loại hình dịch vụ viễn thông khác thì thông tin di động ra đời khá muộn, chỉ mới xuất hiện trong vài chục năm qua. Nhưng do mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho người sử dụng nên dịch vụ này đã tăng trưởng một cách bùng nổ. Phát triển từ hệ thống thông tin di động tương tự, hệ thống thông tin di động 2G đánh dấu sự thành công của công nghệ GSM với 70% thị phần thông tin di động trên toàn cầu hiện nay. Nhưng khi vấn đề internet toàn cầu và các mạng riêng khác phát triển cả về quy mô và mức độ tiện ích đã xuất hiện nhu cầu về dịch vụ truyền số liệu mọi lúc mọi nơi. Người sử dụng có nhu cầu về các dịch vụ mới như: truyền số liệu tốc độ cao, điện thoại có hình, truy cập internet tốc độ cao từ máy điện thoại di động và các dịch vụ truyền thông đa phương tiện khác. Điều đó khiến cho các hệ thống di động 2G bộc lộ những nhược điểm, điều này tạo điều kiện xuất hiện hệ thống thông tin di động 3G đáp ứng các nhu cầu truyền số liệu tốc độ cao và khắc phục những nhược điểm khác của hệ thống 2G. Ở Việt Nam hiện nay, các mạng di động lớn như Mobiphone, Vinaphone, Viettel, liên doanh EVN Telecom và Vietnammobile…đã dành được quyền cấp phát 3G và đang thực hiện triển khai công nghệ này với mong muốn đưa đến cho người sử dụng trong thời gian sớm nhất. Với mục đích là tìm hiểu về các giải pháp kĩ thuật mà các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đã sử dụng trong quá trình tiến lên 3G khảo sát và nghiên cứu nên em chọn đề tài “ Quá trình phát triển lên 3G và hệ thống thông tin di động thế hệ 3 WCDMA” làm đồ án tốt nghiệp của mình. Nội dung đồ án của em gồm 3 chương: Chương 1: Lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động Tìm hiểu phát triển của hệ thống thông tin di động và sự phát triển của các phương pháp đa truy nhập trong hệ thống thông tin di động Chương 2: Quá trình phát triển từ GSM 2G lên UTMS 3G. Tìm hiểu quá trình tiến lên 3G của GSM và cấu trúc cơ bản của các hệ thống 2,5G trên cơ sơ kế thừa từ GSM. Chương 3: Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 WCDMA Tìm hiểu về hệ thống thông tin di động thế hệ 3WCDMA trên cơ sở kế thừa Thái Phúc Hữu Trang 1 Quá trình phát triển lên 3G và hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 WCDMA từ hệ thống GSM và xu hướng phát triển trong tương lai. Dù đã rất cố gắng tìm tòi và học hỏi nhưng vẫn không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của thầy cô. Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy KS.Nguyễn Anh Quỳnh đã giúp em hoàn thành bản báo cáo này. Em xin trân trọng cảm ơn! Vinh, tháng 5 năm 2010 Sinh viên Thái Phúc Hữu Thái Phúc Hữu Trang 2 Quá trình phát triển lên 3G và hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 WCDMA Mục Lục 3.1.1. Những tiêu chuẩn chung 35 3.1.2. Các tiêu chuẩn xây dựng IMT-2000 35 3.2.1. Nguyên lý trải phổ CDMA 37 3.2.2. Kỹ thuật trải phổ và giải trải phổ 38 3.3. Hệ thống WCDMA .40 3.3.1. Các mã trải phổ .40 3.3.2. Phương thức song công .42 3.3.3. Dung lượng mạng 44 3.3.4. Phân tập đa đường – Bộ thu RAKE 44 3.3.5. Trạng thái cell 45 3.3.6. Cấu trúc Cell 47 3.4. Giới thiệu về kiến trúc mạng 3G .47 3.4.6. Vấn đề chuyển giao 62 Thái Phúc Hữu Trang 3 Quá trình phát triển lên 3G và hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 WCDMA Danh sách các hình vẽ LỜI MỞ ĐẦU 1 Hình 2.1: Quá trình phát triển từ 2G lên 3G .15 Hình 2.4: Cấu trúc mạng GSM .20 Hình 2.6: Cấu trúc hệ thống HSCSD .22 Hình 2.7: Cấu trúc mạng GPRS .25 Hình 2.6: Cấu hình hệ thống WAP 34 Hình 3.2: Công nghệ đa truy nhập CDMA .39 Trong hệ thống CDMA, các tín hiệu cho người sử dụng khác nhau được truyền đi trong cùng một băng tần tại cùng một thời điểm. Mỗi tín hiệu người sử dụng đóng vai trò như là nhiễu đối với tín hiệu của người sử dụng khác. Do đó dung lượng của hệ thống CDMA gần như là mức nhiễu và không có con số lớn nhất cố định nên dung lượng của hệ thống CDMA được gọi là dung lượng mềm 39 Hình 3.3: Nguyên lý đa truy nhập trải phổ 40 Hình 3.4: Quá trình trải phổ và trộn 41 Hình 3.5: Phổ tần số cho hệ thống 3G 43 Hình 3.6: Truyền sóng đa đường 45 Hình 3.8: Kiến trúc cơ bản hệ thống UMTS .48 3.4.4. Phân loại dịch vụ và ứng dụng 54 Hình 3.11: Kiến trúc các dịch vụ mang UMTS .58 Hình 3.12: Sơ đồ ánh xạ giữa các kênh 62 Hình 3.13: Tiến trình thực hiện chuyển giao .64 Hình 3.14: Nguyên tắc chung của thuật toán chuyển giao .65 Hình 3.15: Chuyển giao cứng cùng tần số .66 Hình 3.16: Chuyển giao cứng khác tần số .67 Hình 3.17: Chuyển giao mềm cùng tần số .69 Hình 3.18: Chuyển giao mềm hơn cùng tần số 69 Hình 3.19: Các cơ chế điều khiển công suất của WCDMA 70 Hình 3.19: Các cơ chế điều khiển công suất của WCDMA 70 3.4.7.1. Điều khiển công suất vòng mở 70 Hình 3.21: Cơ chế điều khiển công suất CLPC .72 Thái Phúc Hữu Trang 4 Quá trình phát triển lên 3G và hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 WCDMA Hình 3.22: Mạng lõi IP thống nhất .77 Thái Phúc Hữu Trang 5 Quá trình phát triển lên 3G và hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 WCDMA Danh sách các bảng Bảng 3.1: Tổng kết các dịch vụ ở IMT-2000 36 Bảng 3.2: Các mã UMTS chính 42 Bảng 3.3: Trình bày các yêu cầu về chất lượng dịch vụ tương ứng với các lớp56 dịch vụ của 3G .56 Bảng 3.4: So sánh giao diện vô tuyến giữa hệ thống WCDMA và GSM .73 Bảng 3.5: So sánh giao diện vô tuyến giữa hệ thống WCDMA và cdma2000 .74 CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Thái Phúc Hữu Trang 6 Quá trình phát triển lên 3G và hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 WCDMA Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Thái Phúc Hữu Trang 7 Quá trình phát triển lên 3G và hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 WCDMA 2G 3G AICH AMPS ATM AuC BCCH BER BPSK BS BSC BCH CAMEL CCCH CDG CDMA CLPC CM CN COMO CRNC CS CSCF CPCH CPICH CTCH CSICH 2nd Generation 3rd Generation Acquisition Indicator Channel Advanced Mobile Phone Service 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 Controlling RNC Circuit-Switched Call Server Control Function Common Packet Channel Common Pilot Channel Common Traffic Channel CPCH Status Indication Channel Hệ thống thống tin di động thế hệ 2 Hệ thống thống tin di động thế hệ thứ 3 Kênh chỉ thị bắt Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến Phương thức truyền không đồng bộ 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 của mạng di động Kênh điều khiển chung Nhóm phát triển công nghệ CDMA Đa truy nhập phân chia theo mã Điều khiển công suất vòng kín Quản lý thông tin Mạng lõi Điều khiển thông tin Bộ điều khiển mạng truy nhập vô tuyến điều khiển Chuyển mạch kênh Chức năng điều khiển phục vụ cuộc gọi Kênh gói chung Kênh hoa tiêu chung Kênh lưu lượng chung Kênh chỉ thị trạng thái kênh CPCH Thái Phúc Hữu Trang 8 Quá trình phát triển lên 3G và hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 WCDMA Thái Phúc Hữu Trang 9 Quá trình phát triển lên 3G và hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 WCDMA CHƯƠNG 1: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1. Sự ra đời và phát triển của các hệ thống thông tin di động Thông tin di động là một lĩnh vực rất quan trọng trong đời sống xã hội, nhu cầu về thông tin di động của con người càng tăng lên và thông tin di động càng khẳng định được sự cần và tính tiện dụng của nó. Cho đến nay, hệ thống thông tin di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ thế hệ di động thế hệ 1 đến thế hệ 3 và thế hệ đang phát triển trên thế giới - thế hệ 4. Thế hệ thông tin di động Hệ thống Các dịch vụ Chú thích Thế hệ 1(1G) AMPS,TACS,NM T Thoại FDMA, Tương tự Thế hệ 2(2G) GSM,IS-36,IS-95 Thoại, SMS TDMA, CDMA số băng hẹp (8 -13kbps) Thế hệ 2,5G GPRS,EDGE, CDMA 1x Thoại, dịch vụ số liệu gói TDMA,CDMA tốc độ mã cao hơn Thế hệ 3G CDMA 2000, W-CDMA Thoại và số liệu gói được thiết kế để truyền tiếng và số liệu đa phương tiện Sử dụng CDMA đa phương tiện Bảng 1.1: Tiến trình phát triển các hệ thống thông tin di động Thái Phúc Hữu Trang 10 . Quá trình phát triển lên 3G và hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 WCDMA Thái Phúc Hữu Trang 9 Quá trình phát triển lên 3G và hệ thống thông tin di. trình phát triển các hệ thống thông tin di động Thái Phúc Hữu Trang 10 Quá trình phát triển lên 3G và hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 WCDMA Hình