Đang tải... (xem toàn văn)
LỜI MỞ ĐẦU ---o00o--- hông tin di động đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới với những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong cuộc sống hằng ngày. Máy di động ngày nay đã trở thành một vật dụng không thể thiếu với mỗi người, nó đáp ứng những nhu cầu liên lạc của người dùng. Tuy nhiên nhu cầu con người luôn luôn được nâng cao và công nghệ di động phổ biến nhất hiện giờ là GSM không đáp ứng được những nhu cầu mới như nhu cầu truy cập thông tin với tốc độ cao và đặc biệt nhu cầu sử dụng các ứng dụng đa phương tiện như: Điện hoại thấy hình, Video trực tuyến, E-mail, World wide web... đòi hỏi tốc độ truyền số liệu phải cao và băng thông lớn. Vì thế công nghệ 3G ra đời như một bước đột phá công nghệ di dộng, nó cung cấp băng thông rộng hơn cho mỗi người sử dụng qua đó đáp ứng được những nhu cầu mới của người sử dụng. Hiện nay công nghệ 3G đang được ứng dụng một cách mạnh mẽ ở các nước trên thế giới và đặc biệt cũng đang được triển khai và ứng dụng ở nước ta. Các công ty viễn thông sẽ đươc triển khai công nghệ 3G trên băng tần 1900-2100 MHz dựa trên công nghệ WCDMA. Công nghệ WCDMA tuy nâng cao được tốc độ cũng như dung lượng đường truyền nhưng nó vẫn còn một số hạn chế không tận dụng các ưu thế của dữ liệu gói vốn rất phổ biến đối với đường trục hữu tuyến. Thiết kế dịch vụ 2Mbps hiện nay là không hiệu quả và cũng chưa đáp ứng được nhu cầu sử dụng dịch vụ số liệu vì thế công nghệ HSDPA đã ra đời dựa trên nền tảng là công nghệ WCDMA nâng lên 14.4 Mbps. Xuất phát từ ý tưởng tìm hiểu về các công nghệ sử dụng trong WCDMA và HSDPA và đặc biệt được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của cô Đặng Thị Từ Mỹ em đã hoàn thành đồ án với đề tài : “Các giải pháp kỹ thuật sử dụng trong WCDMA –HSDPA” Đồ án này em xin trình bày 5 chương : • Chương 1 : Sự phát triển của các hệ thống thông tin di động • Chương 2: Công nghệ di động thế hệ 3 WCDMA • Chương 3: Các giải pháp kỹ thuật trong WCDMA • Chương 4: Mô phỏng quá trình chuyển giao và thủ tục thực hiện cuộc gọi trong WCDMA • Chương 5: Công nghệ HSDPA Trong đồ án này em có viết một phần mềm được viết bằng ngôn ngữ Visual Basic 6.0 , được em trình bày ở chương 4. Phần mềm này sẽ mô phỏng cấu trúc mạng, quá trình chuyển giao mềm và quá trình thực hiện cuộc gọi được sử dụng trong WCDMA đồng thời đưa ra con đường tiến lên 3G. Trong quá trình làm đồ án khó tránh khỏi sai sót, em rất mong sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và sự góp ý của các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ những người đã giúp đỡ em trong thời gian qua. Xin cảm ơn cô Đặng Thị Từ Mỹ đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Em xin chân thành cảm ơn! Quy Nhơn, ngày…tháng…năm 2010 Sinh viên thực hiện
• Đồ án tốt nghiệp Mục Lục MỤC LỤC Mục lục .I Danh sánh hình vẽ .V Danh sánh bảng biểu VIII Tóm tắt đồ án tốt nghiệp(tiếng Việt) IX Tóm tắt đồ án tốt nghiệp(tiếng Anh) . XI Thuật ngữ viết tắt .XIII Lời mở đầu .1 Chương 1: Sự phát triển của các hệ thống thông tin di động 3 1.1 Giới thiệu chung 3 1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ I .4 1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ II 6 1.3.1 Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA 6 1.3.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA 8 1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ III .10 1.5 Kết luận chương 1 14 Chương2:Công nghệ di động thế hệ 3 WCDMA 15 2.1 Giới thiệu công nghệ WCDMA .15 2.2 Cấu trúc mạng WCDMA .18 2.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 21 2.2.1.1 Đặc trưng của UTRAN 22 2.2.1.2 Bộ điều khiển mạng vô tuyến UTRAN .22 2.2.1.3 NodeB .23 2.2.2 Giao diện vô tuyến 23 2.2.2.1 Giao diện UTRAN-CN, I u 24 2.2.2.2 Giao diện RNC – RNC, I Ur 25 2.2.2.3 Giao diện RNC – Node B, I Ub .26 2.3 Kết luận chương 2: 26 Chương 3: Các giải pháp kỹ thuật trong WCDMA 27 SVTH : Nguyễn Hải Quân –ĐTVT28 GVHD :Th.S Đặng Thị Từ Mỹ I • Đồ án tốt nghiệp Mục Lục 3.1 Giới thiệu .27 3.2 Mã hóa .27 3.2.1 Mã vòng hay mã phát hiện lỗi .27 3.2.2 Mã xoắn 29 3.2.3 Mã Turbo 30 3.3 Kỹ thuật trải phổ 30 3.3.1 Giới thiệu .30 3.3.2 Nguyên lý trải phổ trực tiếp DSSS 31 3.3.3 Mã trải phổ và quá trình đồng bộ mã trải phổ .33 3.3.3.1 Trải phổ và ngẫu nhiên hóa .33 3.3.3.2 Đồng bộ mã trải phổ 39 3.4 Truy nhập gói trong WCDMA .41 3.4.1 Tổng quan về truy nhập gói trong W-CDMA .41 3.4.2 Các phương pháp lập biểu gói 42 3.4.2.1 Lập biểu phân chia theo thời gian .42 3.4.2.2 Lập biểu phân chia theo mã .43 3.5 Tìm nhận ô .43 3.5.1 Phương pháp tìm nhận ô theo ba bước .45 3.5.2 Tìm nhận ô lân cận trong thời gian thông tin ở chế độ tích cực .45 3.5.3 Tìm nhận ô lân cận trong chế độ rỗi .46 3.6 Phân tập đa đường .47 3.6.1 Kỹ thuật thu RAKE .50 3.7 Cấu trúc phân kênh của WCDMA .51 3.7.1 Kênh vật lý 52 3.7.1.1 Kênh vật lý riêng đường lên .52 3.7.1.2 Kênh vật lý chung đường lên 55 3.7.1.3 Kênh vật lý riêng đường xuống (DPCH) .59 3.7.2 Kênh truyền tải 64 3.7.2.1 Kênh truyền tải riêng .64 SVTH : Nguyễn Hải Quân –ĐTVT28 GVHD :Th.S Đặng Thị Từ Mỹ II • Đồ án tốt nghiệp Mục Lục 3.7.2.2 Kênh truyền tải chung .64 3.7.2.3 Sắp xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý 66 3.8 Kỹ thuật chuyển giao 67 3.8.1 Mục đích của chuyển giao 67 3.8.2 Chuyển giao mềm 67 3.8.3 Chuyển giao mềm hơn 69 3.8.4 Chuyển giao mềm-mềm hơn .70 3.8.5 Chuyển giao cứng .71 3.8.6 Trình tự của chuyển giao .73 3.9 Điều khiển công suất 75 3.9.1 Điều chỉnh công suất đường lên .75 3.9.1.1.Thăm dò truy nhập .75 3.9.1.2 Vòng điều khiển mở 76 3.9.1.3 Vòng điều khiển khép kín .77 3.9.1.4 Quá trình thực hiện vòng điều khiển mở và vòng điều khiển khép kín 80 3.9.2 Điều chỉnh công suất trên đường truyền xuống 82 3.9.3 Phương pháp điều khiển công suất theo bước động DSSPC 82 3.9.3.1 Khái niệm và lợi ích của Độ dự trữ, cửa sổ công suất 82 3.9.3.2 Sự hoạt động của mạng 85 3.9.3.3 Sự hoạt động của UE 86 3.9.4Phương pháp điều khiển công suất phân tán DPC .89 3.9.4.1 Mô hình hệ thống 89 3.9.4.2 Thuật toán điều khiển công suất phân tán 90 3.10 Kết luận chương3 91 Chương 4: Mô phỏng quá trình chuyển giao và thủ tục thực hiện cuộc gọi trong WCDMA 92 4.1 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình VB 6.0 92 4.2 Các module 92 SVTH : Nguyễn Hải Quân –ĐTVT28 GVHD :Th.S Đặng Thị Từ Mỹ III • Đồ án tốt nghiệp Mục Lục 4.3 Kết luận chương 4 97 Chương 5: Công nghệ HSDPA .98 5.1 Giới thiệu về HSDPA 98 5.2 Những cải tiến quan trọng của HSDPA so với WCDMA 100 5.3 Nguyên lý hoạt động của HSDPA .102 5.4 Cấu trúc HSDPA 104 5.4.1 Mô hình giao thức HSDPA .104 5.4.2 Cấu trúc kênh 105 5.4.2.1 Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao: HS-PDSCH .105 5.4.2.2 Kênh điều khiển vật lý tốc độ cao: HS-DPCCH .109 5.5 Các kỹ thuật sử dụng trong HSDPA 111 5.5.1 Điều chế và Mã hoá thích ứng-Kỹ thuật truyền dẫn đa mã 111 5.5.2 Kỹ thuật H- ARQ 113 5.6 Kết luận chương 5 : .116 Kết luận 117 Tài liệu tham khảo 119 Phụ lục SVTH : Nguyễn Hải Quân –ĐTVT28 GVHD :Th.S Đặng Thị Từ Mỹ IV • Đồ án tốt nghiệp Danh sách hình vẽ DANH SÁCH HÌNH VẼ ----o00o---- Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1 Hệ thống điện thoại di động 3 1.2 Khái niệm về hệ thống FDMA 5 1.3 Khái niệm về hệ thống TDMA 7 1.4 Khái niệm về hệ thống CDMA 9 1.5 Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động lên 3G 10 2.1 Cấu trúc mạng WCDMA 18 2.2 Cấu trúc của UMTS 22 2.3 Mô hình tổng quát các giao diện vô tuyến của UTRAN 24 3.1 Mạch mã hóa vòng với đa thức sinh g(x) = 1 + g 1 x + g 2 x 2 + .+ g n-k-1 x n-k-1 + x n-k 28 3.2 Quá trình trải phổ và giải trải phổ 32 3.3 Mã OVSF 33 3.4 Mạch thanh ghi dịch tạo chuỗi PN 36 3.5 Đặc trưng của một phiên dịch vụ gói 42 3.6 Lưu đồ tìm nhận ô theo 3 bước 45 3.7 Thuật toán tìm nhận ô tốc độ cao theo chế độ rỗi 47 3.8 Các loại phân tận trong WCDMA 49 3.9 Máy thu quét (Rake receiver) 51 3.10 Cấu trúc khung vô tuyến của DPDCH/DPCCH đường lên 53 3.11 Số thứ tự các khe truy nhập RACH và khoảng cách giữa chúng 56 3.12 Cấu trúc phát truy nhập ngẫu nhiên 56 3.13 Cấu trúc khung vô tuyến phần bản tin RACH 57 3.14 Cấu trúc phát đa truy nhập ngẫu nhiên CPCH 58 3.15 Cấu trúc khung của DPCH đường xuống 59 3.16 Cấu trúc khung của kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp 60 3.17 Cấu trúc khung của S-CCPCH 61 3.18 Cấu trúc khung kênh đồng bộ 62 3.19 Cấu trúc khung của PDSCH 63 3.20 Cấu trúc kênh chỉ thị bắt AICH 63 3.21 Cấu trúc kênh chỉ thị tìm gọi 64 3.22 Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý 66 3.23 Chuyển giao mềm 2 đường 68 3.24 Chuyển giao mềm 3 đường 69 3.25 Chuyển giao mềm hơn 70 3.26 Chuyển giao mềm –mềm hơn 71 SVTH : Nguyễn Hải Quân –ĐTVT28 GVHD :Th.S Đặng Thị Từ Mỹ V • Đồ án tốt nghiệp Danh sách hình vẽ 3.27 Chuyển giao cứng cùng tần số 72 3.28 Chuyển giao cứng khác tần số 73 3.29 Quá trình chuyển giao 75 3.30 Vòng điều khiển trong và vòng điều khiển ngoài 79 3.31 Điều chỉnh công suất đường truyền lên được thực hiện bởi trạm gốc 81 3.32 Điều chỉnh công suất đường truyền lên được thực hiện bởi máy di động 82 3.33 Dự trữ SIR đối với các chất lượng dịch vụ khác nhau 83 3.34 Thuật toán tạo lập TPC trong DSSPC 85 3.35 Mô hình chung của DSSPC đối với điều khiển công suất đường lên 87 4.1 Module Các giải pháp kỹ thuật sử dụng trong WCDMA- HSDPA 92 4.2 Module Cấu trúc mạng WCDMA 93 4.3 Module Road to 3G 94 4.4 Module Thủ tục thực hiện cuộc gọi 95 4.5 Module Quá trình chuyển giao mềm 96 5.1 Biểu đồ cột so sánh thời gian download của các công nghệ 99 5.2 Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDMA 100 5.3 Nguyên lý hoạt động cơ bản của HSDPA 102 5.4 Kiến trúc giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS- DSCH 104 5.5 Giao diện vô tuyến của HSDPA 105 5.6 Thời gian và bộ mã được chia sẻ trong HS-DSCH 106 5.7 Trạng thái kênh của các user 107 5.8 Hệ thống trong trường hợp 1 kênh HS-SCCH và phân chia đa thời gian 109 5.9 Cấu trúc kênh HS-DPCCH 109 5.10 Hoạt động của giao thức SAW 4 kênh 114 5.11 Quá trình truyền lại khối dữ liệu IR 115 SVTH : Nguyễn Hải Quân –ĐTVT28 GVHD :Th.S Đặng Thị Từ Mỹ VI • Đồ án tốt nghiệp Danh sách bảng biểu DANH SÁCH BẢNG BIỂU ----o0 0o---- Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Từ GSM lên 3G 11 1.2 Từ CDMAOne lên 3G 12 1.3 Bảng so sánh các công nghệ di động và tốc độ truyền dữ liệu 13 2.1 Các thông số chính của WCDMA 17 3.1 Bảng tạo ra mã ngẫu nhiên với đa thức tạo mã G(x) = 5 4 3 1x x x x+ + + + 38 3.2 Bảng tra cứu ứng dụng DSSPC 54 3.3 Cấu trúc các trường của DPDCH 55 3.4 Các trường số liệu của phần bản tin RACH 57 3.5 Trường điều khiển phần bản tin RACH 57 3.6 Bảng tra cứu ứng dụng DSSPC 87 5.1 Lược đồ mã hoá điều chế của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng với mỗi mã 113 SVTH : Nguyễn Hải Quân –ĐTVT28 GVHD :Th.S Đặng Thị Từ Mỹ VIII • Đồ án tốt nghiệp Tóm tắt đồ án(tiếng việt) TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Tiếng Việt) ----o00o---- Đồ án gồm có 5 chương: Chương 1 : Sự phát triển của các hệ thống thông tin di động Chương này em trình bày quá trình phát triển của các hệ thống di động: Hệ thống thông tin di động ra đời vào cuối năm 1940, đến nay thì trải qua nhiều thế hệ. Thế hệ di động thứ I là hệ thống thông tin tương tự sử dụng - Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA Thế hệ di động thứ II ra đời đáp ứng kịp thời số lượng thuê bao di động dựa trên công nghệ điều chế số với việc sử dụng 2 phương pháp đa truy nhập: - Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA - Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA Thế hệ di động thứ III là bước đột phá trong công nghệ di động nó nâng tốc độ bit từ 9.5 Kbps lên 2Mbps dựa trên nền tảng là công nghệ trải phổ trực tiếp Chương 2: Công nghệ di động WCDMA Nội dung chương này em sẽ trình bày khái quát về công nghệ WCDMA cũng như thay đổi cơ bản về cấu trúc mạng so với GSM. Hệ thống WCDMA được xây dựng dựa trên cơ sở mang GPRS với cách thêm mạng truy nhập vô tuyến UTRAN. Chúng ta sẽ tìm hiểu các thành phần trong cấu trúc mang WCDMA đồng thời cũng trình bày một cách khái quát về các giao diện vô tuyến cơ bản trong WCDMA. Chương 3: Các giải pháp kỹ thuật trong WCDMA Chương này em sẽ đền cập đến các giải pháp kĩ thuật được sử dụng để mang tới cho WCDM những ưu điểm so với thế hệ di động trước đây. Đó là các kỹ thuật mã hóa , truy nhập gói, tìm nhận ô và đặc biệt các kỹ thuật trải phổ, chuyển giao và điều khiển công suất. Chương 4: Mô phỏng quá trình chuyển giao và thủ tục thực hiện cuộc gọi trong WCDMA SVTH : Nguyễn Hải Quân –ĐTVT28 GVHD :Th.S Đặng Thị Từ Mỹ IX • Đồ án tốt nghiệp Tóm tắt đồ án(tiếng việt) Trình bày chương trình mô phỏng quá trình chuyển giao mềm và quá trình thực hiện cuộc gọi được sử dụng trong WCDMA… Chương 5 : Công nghệ HSDPA Nội dung chương này em trình bày khái quát về HSDPA cũng như những thay đổi của công nghệ HSDPA so với WCDMA. Công nghệ HSDPA là công nghệ dựa trên nền tảng WCDMA nhưng được tối ưu hóa cho các ứng dụng dữ liệu chuyển mạch gói. Công nghệ HSDPA nâng tốc độ truyền dữ liệu lên 14.4Mbps. Để làm được những thay đổi đó thì các công nghệ chuyển giao mềm, điều khiển công suất, truyền với tốc độ thay đổi được thay bằng các công nghệ như điều chế mà mã hóa thích ứng, khe thời gian giảm xuống còn 2ms, Truyền dẫn đa mã, yêu cầu gửi tự động phối hợp HARQ. SVTH : Nguyễn Hải Quân –ĐTVT28 GVHD :Th.S Đặng Thị Từ Mỹ X • Đồ án tốt nghiệp Tóm tắt đồ án(tiếng anh) Abstract Graduation Project (English) ----o00o---- The project includes 5 chapters: Chapter 1: The development process of mobile communications system The content of 1 st chapter about The development process of mobile communications system The mobile communications system was born in 1940 and now it has gone through many generations. The first Generation is analog communitions system and it uses: - Frequency division multiple access FDMA The second Generation adapts for increase of subscriber based on digital modulation technique with using two multiple access solutions - Time division multiple access TDMA - Code division multiple access CDMA The third Generation breaks through about mobile technology ,it increases bit rate from 9.5 Kbps to 2Mbps based on Direct Sequence Spreading Spectrum technique. Chapter 2: WCDMA mobile technology The content of 2 nd chapter about basic problem of third generation mobile communications system :w-cdma and the basic change about network architecture compared with GSM WCDMA system have been constructed on basis GPRS network with adding UMTS Terrestrial Radio Acces Network(UTRAN) Let’s learn about components of WCDMA network architecture and presented about radio interface and layers in WCDMA Chapter 3 : Technical Solutions in WCDMA The content of this chapter studies about Technical Solutions in WCDMA with unique advantages compared with previous mobile generations: coding SVTH : Nguyễn Hải Quân –ĐTVT28 GVHD :Th.S Đặng Thị Từ Mỹ XI . dụng trong WCDMA- HSDPA 92 4. 2 Module Cấu trúc mạng WCDMA 93 4. 3 Module Road to 3G 94 4 .4 Module Thủ tục thực hiện cuộc gọi 95 4. 5 Module Quá trình chuyển. W-CDMA .41 3 .4. 2 Các phương pháp lập biểu gói . .42 3 .4. 2.1 Lập biểu phân chia
