Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu công nghệ WCDMA ứng dụng cho nâng cấp mạng GSM của Viettel lên 3G
bộ giáo dục và đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội --------------------------------------- O QUANG ANH luận văn thạc sĩ khoa học ngành : X Lí THễNG TIN V TRUYN THễNG NGHIấN CU CễNG NGH WCDMA NG DNG CHO NNG CP MNG GSM CA VIETTEL LấN 3G X Lí THễNG TIN V TRUYN THễNG O QUANG ANH 2006 - 2008 Hà Nội 2008 Hà Nội 2008 BẢN CAM ĐOAN Tôi là ðào Quang Anh, học viên cao học lớp XLTT&TT khóa 2006 - 2008. Thầy giáo hướng dẫn là TS. Bạch Thành Lê. Tôi xin cam ñoan toàn bộ nội dung ñược trình bày trong bản luận văn nay là kết quả tìm hiểu và nghiên cứu của riêng tôi, trong quá trình nghiên cứu ñề tài “Nghiên cứu công nghệ CDMA ứng dụng cho nâng cấp mạng GSM của Viettel lên 3G”. Các kết quả và dữ liệu ñược nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và rõ ràng. Mọi thông tin trích dẫn ñều ñược tuân theo luật sở hữu trí tuệ, liệt kê rõ ràng các tài liệu tham khảo. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với những nội dung ñược viết trong luận văn này. Hà nội, ngày 06 tháng 11 năm 2008. HỌC VIÊN ðÀO QUANG ANH MỤC LỤC TRANG 1 …………………………………………………………………………… 1 LỜI CAM ðOAN ……………………………………………………………… … 2 MỤC LỤC …………………………………………………………………….……….3 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .4 MỞ ðẦU .6 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 8 1.1 Mục tiêu và nhiệm vụ của ñề tài .8 1.2 Tình hình phát triển công nghệ 3G trên thế giới và tại Việt Nam 8 1.3 So sánh hệ thống WCDMA với các hệ thống 2G .19 1.4. So sánh, ñánh giá 2 công nghệ W-CDMA và CDMA - 2000 .22 CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG WCDMA 25 2.1. Hệ thống thông tin trải phổ 25 2.2. Giới thiệu chung hệ thống UMTS .27 2.3. Mạng truy nhập UTRAN .29 2.4. Mạng lõi CN 33 2.5. Thiết bị người sử dụng UE (user Equipment) .34 2.6. Mạng truyền dẫn 35 CHƯƠNG 3 CÁC ðIỀU KIỆN VỀ KỸ THUẬT, CÔNG NGHỆ CHO QUÁ TRÌNH CHUYỂN ðỔI LÊN 3G 37 3.1. Khả năng chuyển ñổi 2G lên 3G .37 3.2. Cấu trúc hệ thống GSM ñang tồn tại .40 3.3. Giai ñoạn HSCSD 44 3.4. Giai ñoạn GPRS 46 3.5. Giai ñoạn EDGE 49 3.6. Giai ñoạn UMTS .52 CHƯƠNG 4 CÁC PHƯƠNG ÁN CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI PHÁP PHÁT TRIỂN MẠNG 3G CHO VIETTEL 54 4.1 Giới thiệu về công ty Viettel Telecom .54 4.2. ðánh giá về cơ sở hạ tầng mạng hiện có .54 4.3 Phân tích các phương án và lựa chọn giải pháp .63 4.4. Tính toán các thông số và xây dựng cấu trúc mạng 73 4.5. Một số thiết bị mạng 3G của Siemens .90 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TRIỂN KHAI 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO .102 4 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 3G Third Generation – Thế hệ thứ ba 3GPP Third Generation Partnership Project – Dự án ñối tác 3G ATM Asynchronous Transfer Mode – Chế ñộ truyền không ñồng bộ BSC Base Station Controller – Bộ ñiều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem – Phân hệ trạm gốc BTS Base Transceiver Station – Trạm thu phát gốc CDMA Code Division Multiple Access – ða truy nhập theo phân mã EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution – Tốc ñộ dữ liệu cao FDD Frequency Division Duplex – Song công phân tần GGSN Gateway GPRS Support Node – Nút hỗ trợ cổng GPRS GPRS General Packet Radio Service – Dịch vụ vô tuyến gói chung GSM Global System for Mobile Communications – Hệ thống GSM HLR Home Location Register – Bộ ñăng ký vị trí thường trú HSCSD High Speed Circuit Switched Data – Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc ñộ cao IP Internet Protocol – Giao thức Internet ITU International Telecommunications Union – Liên minh viễn thông quốc tế IPv6 IP version 6 – IP phiên bản 6 IWF Internetworking Functions – Khối chức năng liên mạng MAP Mobile Application Protocol – Giao thức ứng dụng di ñộng MS Mobile Staion – Máy di ñộng MSC Mobile Switching Center – Trung tâm chuyển mạch di ñộng 5 PLMN Public Land Mobile Network – Mạng di ñộng mặt ñất công cộng PSTN Public Switched Telephone Network – Mạng ñiện thoại chuyển mạch gói công cộng RAN Radio Access Network – Mạng truy nhập vô tuyến SGSN Serving GPRS Support Node – Nút hỗ trợ phục vụ GPRS SMS Short Message Service – Dịch vụ nhắn tin ngắn TCP Trasmission Control Protocol – Giao thức ñiều khiển truyền TDD Time Division Duplex – Song công phân thời TDMA Time Division Multiple Access – ða truy nhập phân chia theo thời gian UMTS Universal Mobile Telecommunications System – Hệ thống thông tin di ñộng UMTS UTRA Universal Terrestrial Radio Access – Truy nhập vô tuyến mặt ñất của UMTS VLR Visitor Location Register – Bộ ñăng ký vị trí tạm trú VPN Virtual Private Network – Mạng riêng ảo WAP Wireless Application Protocol – Giao thức ứng dụng vô tuyến WCDMA Wideband Code Division Multiple Access – ða truy nhập phân mã băng rộng 6 MỞ ðẦU Nhu cầu trao ñổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện ñại. Sự ra ñời của thông tin di ñộng là một bước ngoặt lịch sử trong ngành viễn thông cũng như bước phát triển quan trọng của loài người. Qua quá trình phát triển và cho ñến ngày nay ñó là mạng di ñộng 3G. Cùng với việc cho phép kết nối mọi nơi, mọi lúc, là một trong những khả năng của mạng 3G. 3G mang tới nhiều tiện ích, ứng dụng hơn là khả năng di ñộng cho Internet. Các dịch vụ mới sẽ xuất hiện như nhắn tin ña phương tiện, các dịch vụ ñịnh vị, các dịch vụ thụng tin cá nhân, vui chơi giải trí, các dịch vụ ngân hàng, thanh toán ñiện tử . sẽ phát triển mạnh. ở Việt Nam, các hệ thống thông tin di ñộng thế hệ thứ ba cũng ñã và sẽ ñược nhanh chóng triển khai. ðể theo kịp xu thế chung của thế giới là tiến tới mạng thế hệ sau 3G và cung cấp các dịch vụ mới, việc nghiên cứu ñể triển khai, chuyển ñổi sang mạng 3G tại Việt Nam là cần thiết. ðối với các nhà khai thác mạng di ñộng GSM thì cái ñích 3G là các hệ thống thông tin di ñộng CDMA băng rộng (W-CDMA) theo chuẩn IMT-2000. Xuất phát từ ñịnh hướng này, luận văn ñề cập ñến (Nghiên cứu công nghệ CDMA ứng dụng cho nâng cấp mạng GSM của Viettel lên 3G) nghiên cứu tổng quan về công nghệ W-CDMA và hệ thống thông tin di ñộng W-CDMA nói chung, phân tích các quá trình phát triển lên 3G từ ñó ứng dụng lựa chọn, tính toán dụng lượng mạng trên cơ sở ñó xây dựng cấu trúc 3G, phù hợp với xu hướng phát triển mạng thông tin di ñộng Viettel. Luận văn ñược chia làm 4 chương: Chương 1: Giới thiệu chung về tình hình phát triển di ñộng 3G tên thế giới và tại Việt nam. 7 Chương 2: Hệ thống WCDMA: Giới thiệu tổng quan về công nghệ và hệ thống WCDMA Chương 3: Phân tích quá trình phát triển lên mạng 3G. Chương 4: Ứng dụng mạng 3G cho phát triển mạng Viettel. Mặc dù ñã hết sức cố gắng và ñã nhận ñược nhiều ý kiến ñóng góp quí báu từ các thầy cô giáo, nhưng do thời gian có hạn, luận văn chưa thể ñi sâu vào nhiều khía cạnh kỹ thuật khác. Song những vấn ñề mà luận văn ñề cập tới là những yếu tố quan trọng ñã và ñang ñưa vào sử dụng cũng như những ứng dụng của nó trong phát triển mạng thông tin di ñộng 3G. Rất mong ñược sự ñóng góp và giúp ñỡ hơn nữa của các thầy cô giáo và ñồng nghiệp ñể luận văn ñược kết quả tốt hơn. Sau cùng em xin chân thành cám ơn thầy giáo TS Bạch Thành Lê, người trực tiếp hướng dẫn và giúp ñỡ em hoàn thành luận văn này. Em xin cám ơn các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ Thông tin ñã giúp ñỡ em trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình hoàn thành luận văn này. Tác giả ðào Quang Anh 8 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Mục tiêu và nhiệm vụ của ñề tài 1.1.1 Mục tiêu của ñề tài Nghiên cứu công nghệ WCDMA và quá trình nâng cấp mạng GSM(2G) lên WCDMA(3G) ñể ứng dụng cho phát triển mạng thông tin di ñộng Viettel. 1.1.2 Nhiệm vụ của ñề tài ðánh giá tình hình phát triển công nghệ mạng 3G trên thế giới cũng như tại Việt Nam và nêu lên sự cần thiết phát triển 3G tại Việt Nam. Tổng quan công nghệ WCDMA và mạng UMTS phân tích các quá trình phát triển ñể nâng cấp mạng GSM (2G) lên mạng WCDMA (3G). ðưa ra các phương án có thể thực hiện phát triển mạng GSM lên 3G cho Viettel, lựa chọn và ñề xuất phương án tối ưu, ñể ñảm bảo khi phát triển mạng là tốt nhất cả về mặt kỹ thuật và về mặt kinh tế cho việc ñầu tư là có hiệu quả nhất. Tính toán sơ bộ các thông số kỹ thuật mạng vô tuyến dựa trên khả năng tăng trưởng thuê bao 3G. Trên cơ sở ñó lựa chọn giải pháp công nghệ và xây dựng cấu trúc mạng cho cả phần truy nhập vô tuyến và phần mạng lõi. 1.2 Tình hình phát triển công nghệ 3G trên thế giới và tại Việt Nam 1.2.1 Lịch sử và xu hướng phát triển 9 Hình 1.1. Các bước phát triển ñến mạng thế hệ thứ 3 Lịch sử ra ñời và sự phát triển của dịch vụ di ñộng từ thế hệ ñầu tiên 1G tới thế hệ 3G trải qua nhiều giai ñoạn khác nhau. Bảng 1.1 cho thấy tóm lược quá trình tiến triển của công nghệ thông tin di ñộng. Bảng 1.1 tóm lược quá trình tiến triển của công nghệ thông tin di ñộng Quá trình bắt ñầu với các thiết kế ñầu tiên ñược biết ñến như là 1G trong những năm 70 của thế kỷ trước. Các hệ thống ra ñời sớm nhất ñược thực hiện dựa trên công nghệ tương tự và cấu trúc tế bào cơ bản của thông tin di ñộng. Nhiều vấn ñề có tính nguyên tắc cơ bản ñã ñược giải quyết trong những hệ thống này. Và có nhiều các hệ thống không tương thích ñã ñược ñưa ra cung cấp dịch vụ trong những năm 80, như: AMPS, TACS, NMT,… Các hệ thống thế hệ thứ 2 (2G) ñược xây dựng trong những năm 80 vẫn ñược sử dụng chủ yếu cho thoại nhưng ñã ñược thực hiện trên cơ sở công nghệ số, bao gồm các kỹ thuật xử lý tín hiệu số. Các hệ thống 2G này cung cấp các 10dịch vụ thông tin dữ liệu chuyến mạch kênh ở tốc ñộ thấp. Tính cạnh tranh lại một lần nữa dẫn tới việc thiết kế và thực hiện các hệ thống bị phân hoá thành các chuẩn khác nhau không tương thích như: GSM (hệ thống di ñộng toàn cầu) chủ yếu ở châu Âu, TDMA (ña truy nhập phân chia theo thời gian) IS-54/IS-136 ở Mỹ, PDC (hệ thống di ñộng tế bào số cá nhân) ở Nhật và CDMA (ña truy nhập phân chia theo mã) IS-95, một hệ thống khác tại Mỹ. Các hệ thống này hoạt ñộng rộng khắp trên lãnh thổ quốc ra hoặc quốc tế và hiện nay chúng vẫn chiếm vai trò là các hệ thống chủ ñạo, mặc dù tốc ñộ dữ liệu của các thuê bao trong hệ thống bị giới hạn nhiều. Bước chuyển tiếp giữa 2G và 3G là 2.5G. Thế hệ 2,5G ñược phát triển từ 2G với dịch vụ dữ liệu và các phương thức chuyển mạch gói, và nó cũng chú trọng tới các dịch vụ 3G cho các mạng 2G. Về cơ bản nó là sự phát triển của công nghệ 2G ñể tăng dung lượng trên các kênh tần số vô tuyến của 2G và bước ñầu ñưa các dịch vụ dữ liệu dung lượng cao hơn vào, có thể nâng tới 384 Kbps. Một khía cạnh rất quan trọng của 2.5G là các kênh dữ liệu ñược tối ưu hoá cho dữ liệu gói truy nhập vào Internet từ các thiết bị di ñộng như ñiện thoại, PDA hoặc máy tính xách tay. Trên cùng một mạng lưới với 2G, thế hệ 2.5G ñã ñưa internet vào thế giới thông tin di ñộng cá nhân. ðây thực sự ñã là một khái niệm mang tính cách mạng cho hệ thống viễn thông lai ghép hybrid. Trong thập kỷ 90, các nhà nghiên cứu ñã ñịnh nghĩa ra hệ thống di ñộng thế hệ kế tiếp, thế hệ thứ 3, ñã loại trừ ñược những sự không tương thích của các hệ thống trước ñây và thực sự trở thành hệ thống toàn cầu. Hệ thống 3G có các kênh thoại chất lượng cao cũng như các khả năng về dữ liệu băng rộng, có thể ñạt tới 2Mbps. [...]... Qu c l m t vớ d ủi n hỡnh Dự cỏi ủớch 3G cú th cũn cỏch xa nhng hi n c nh s n xu t l n nh khai thỏc d ch v ủ u ủó cú nh ng b c ủi thớch h p ủ ti n t i 3G, v n ủ cũn l i l bao gi ? M t trong nh ng y u t quy t ủ nh ủi u ny l nhu c u v s l ng ng i dựng 1.3 So sỏnh h th ng WCDMA v i cỏc h th ng 2G 1.3.1 So sỏnh WCDMA v GSM B ng 1.2 So sỏnh hai h th ng GSM v WCDMA GSM WCDMA Dải tần 900 MHz v 1800 MHz Dải... mạng Điều khiển công suất: các thuật toán điều Điều khiển công suất l vấn đề thiết khiển công suất đơn giản yếu trong mạng Chuyển giao: Chỉ có chuyển giao cứng Chuyển giao: có 3 loại chuyển giao: chuyển giao cứng, mềm v mềm hơn 1.3.2 So sỏnh WCDMA v IS-95 C WCDMA v IS-95 ủ u s d ng cụng ngh CDMA tr i ph tr c ti p T c ủ chip 3,84 Mcps, h th ng WCDMA cho phộp t c ủ bit cao hn T c ủ chip cao hn cng giỳp kh... hỡnh 1.3 Hỡnh 1.3 Cỏc d ch v d li u (data) c a WCDMA 1.2.2 Tỡnh hỡnh phỏt tri n 3G trờn th gi i Cho ủ n thỏng 1/2008, cú 197 nh khai thỏc kinh doanh thụng tin di ủ ng th h th ba (3G) ho t ủ ng trờn th gi i ủó cú 87 n c v vựng lónh th , ph c v cho 180 tri u thuờ bao Sau ủõy l s ủ cỏc n c s d ng d ch v 3G 13 Hỡnh 1.4 Cỏc n c tri n khai d ch v 3G D ch v 3G Nh t B n v Hn Qu c phỏt tri n r t cao Nh cú... dõn, ch chi cho gi y phộp t ng c ng ủ n 10,2 16 t USD u t xõy d ng m ng l i 3G c a cụng ty ủó v t 27 t USD Sỏch l c phỏt tri n 3G c a Cụng ty 3G Hutchison l c c phớ linh ho t S thuờ bao dựng 3G c a cụng ty ny cha ủ n 6 tri u, nm nay s ủ t phỏ 10 tri u S phỏt tri n d ch v 3G c a ủ i ủa s cỏc nh khai thỏc Chõu u l tng ủ i ch m ch p Nguyờn nhõn ch y u, m t l chi tr cho gi y phộp quỏ cao, lm cho cỏc nh... GSM - 13,4 kbps + 8 kbps đến 384 kbps đối với trạm di động + Lên tới 2 Mbps với trạm cố định Phơng pháp đa truy cập TDMA Phơng pháp đa truy cập CDMA Qui hoạch vô tuyến có tính chất tĩnh với Qui hoạch vô tuyến có tính chất việc tăng lu lợng động Dung lợng: dung lợng tĩnh đợc cho bởi Dung lợng tùy thuộc v o mức độ một cấu hình phần cứng n o đó nhiễu, do vậy rất nhạy cảm với cấu hình mạng Điều khiển công. .. di ủ ng 3G Nhng Vi t Nam 3G m i ch ủang b c ch p ch ng Th gi i ủang cú 2 h th ng 3G ủ c chu n húa song song t n t i, m t d a trờn cụng ngh CDMA cũn g i l CDMA-2000, chu n cũn l i do d ỏn 3rd Generation Partnership Project (3GPP) th c hi n 3GPP ủang xem xột tiờu chu n UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access TS Tiờu chu n ny cú 2 s ủ truy nh p vụ tuy n M t trong s ủú ủ c g i l CDMA bng thụng r ng (WCDMA) ... hn so v i t c ủ chip 1,2288 Mcps, ủ c bi t nh ng cell nh ủụ th B ng 1.3: So sỏnh hai h th ng WCDMA v IS - 95 Các thông số WCDMA IS-95 Độ rộng băng tần 5 MHz 1,25 MHz Tốc độ chip 3,84 Mcps 1,2288 Mcps Tần số điều khiển công 1500 Hz, cả đờng lên lẫn Đờng suất đờng xuống lên: 800 Hz, đờng xuống: điều khiển 21 công suất thấp Chuyển giao giữa các tần Có Có thể, nhng cha xác số định rõ phơng pháp đo Các... W-CDMA s thu n l i hn cho vi c phỏt tri n M c dự cỏc t ch c chu n hoỏ v n ti p t c c g ng ủ t ủ c kh nng ủ u n i linh ho t gi a cỏc m ng lừi khỏc nhau, WCDMA v n thu n l i hn ủ i v i cỏc nh khai thỏc GSM hi n cú v i giao th c m ng lừi GSM- MAP Ng c l i, CDMA- 2000 thu n ti n cho vi c nõng c p t h th ng cdmaOne (CDMA IS-95) hi n cú v i giao th c m ng lừi ANSI-41 25 CHNG 2 H TH NG WCDMA 2.1 H th ng thụng... ủ u cu i Giỏ c c a mỏy c m tay 3G ủó tng ủng v i mỏy c m tay 2G, cho nờn cỏc thuờ bao dựng mu n ủ i mỏy c m tay Cỏc nh khai thỏc ủa ra cỏc d ch v m i r t h p d n trờn m ng, vớ d nh trớch xu t õm nh c, mua hng qua mỏy c m tay v.v Cụng ty 3G c a Hutchison cú tr s chớnh ủúng t i Hongkong cng l m t trong s cỏc nh khai thỏc ủi ủ u v d ch v 3G trờn ton c u; n m 10 gi y phộp 3G cỏc th tr ng ỳc, ỏo, an M ch,... CDMA cng ủó cú nhi u k ho ch khu ch trng 3G t i Vi t Nam Cu i thỏng 7/2005, Qualcomm loan bỏo s m Trung Tõm Nghiờn C u Cụng Ngh 3G ủ u tiờn t i Vi t Nam Th i gian ủ u, trung tõm s t ch c cỏc khúa ủo t o v phỏt tri n 3G, gi i thi u cụng ngh CDMA, WCDMA v cỏch l p trỡnh trờn mụi tr ng BREW (Binary Runtime Environment of Wireless) c a Qualcomm Cỏc khúa h c ủ c thi t k cho ng i ủó cú kinh nghi m l p trỡnh . hiểu và nghiên cứu của riêng tôi, trong quá trình nghiên cứu ñề tài Nghiên cứu công nghệ CDMA ứng dụng cho nâng cấp mạng GSM của Viettel lên 3G . Các. này, luận văn ñề cập ñến (Nghiên cứu công nghệ CDMA ứng dụng cho nâng cấp mạng GSM của Viettel lên 3G) nghiên cứu tổng quan về công nghệ W-CDMA và hệ thống
