1 Trờng đại học vinh Khoa điện tử viễn thông đồ án tốt nghiệp đại học Đề tài: Trải phổ và đa truy nhập trong hệ thống thông tin di động Ngời hớng dẫn : ths. Nguyễn thị minh Sinh viên thực hiện : nguyễn hữu đồng Lớp : 47K - ĐTVT vinh - 05/ 2011 LỜI MỞ ĐẦU LỜI MỞ ĐẦU *** *** Thông tin di động số 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. Các kĩ thuật không ngừng được hoàn thiện đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng. Công nghệ điện thoại di động phổ biến nhất thế giới GSM đang gặp nhiều cản trở và sẽ sớm bị thay thế bằng những công nghệ tiên tiến hơn, hỗ trợ tối đa các dịch vụ như Internet, truyền hình . Hệ thống viễn thông di động thế hệ hai là GSM và IS 95. Những công nghệ này ban đầu được thiết kế để truyền tải giọng nói và nhắn tin. Để tận dụng được tính năng của hệ thống 2G khi chuyển hướng sang 3G cần thiết có một giải pháp trung chuyển. Các nhà khai thác mạng GSM có thể bắt đầu chuyển từ GSM sang 3G bằng cách nâng cấp hệ thống mạng lên GPRS (Dịch vụ vô tuyến chuyển mạch gói), tiếp theo là EDGE (tiêu chuẩn 3G trên băng tần GSM và hỗ trợ dữ liệu lên tới 384kbit) và UMTS (công nghệ băng thông hẹp GSM sử dụng truyền dẫn CDMA), và WCDMA. 3G là một bước đột phá của ngành di động, bởi vì nó cung cấp băng thông rộng hơn cho người sử dụng. Điều đó có nghĩa sẽ có các dịch vụ mới và nhiều thuận tiện hơn trong dịch vụ thoại và sử dụng các ứng dụng dữ liệu như truyền thông hữu ích như điện thoại truyền hình, định vị và tìm kiếm thông tin, truy cập Internet, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe nhạc và xem video chất lượng cao,… Truyền thông di động ngày nay đã và đang đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống. Việc vẫn có thể giữ liên lạc với mọi người trong khi di chuyển đã làm thay đổi cuộc sống riêng tư và công việc của chúng ta. “Ngày 10/3/2005, Bộ BCVT đã tiến hành nghiệm thu đề tài xây dựng tiêu chuẩn thiết bị đầu cuối thông tin di động W-CDMA (UTRA-FDD) mã số 49-04-KTKT-TC dành cho công nghệ 3G. Theo đánh giá của các thành viên 2 phản biện, việc xây dựng và hoàn thành công trình là một việc làm cần thiết, có ý nghĩa và đặc biệt là độ khả thi trong giai đoạn hiện nay, khi nhu cầu phát triển lên 3G là một xu hướng tất yếu ở Việt Nam, nhất là các nhà di động mạng GSM” (Theo báo điện tử VietNamNet). Các công nghệ đa truy nhập là nền tảng của các hệ thống thông tin vô tuyến nói chung và thông tin di động nói riêng. Các hệ thống này cho phép các hệ thống đa truy nhập vô tuyến và phân bổ tài nguyên vô tuyến để phân bổ cho người sử dụng mà các công nghệ này phân chia thành: Đa truy nhập phân chia theo tần số(FDMA), đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) ngoài ra còn có đa truy nhập theo không gian (SDMA). Trên cở sở tích lũy của nhưng năm học tập chuyên nghành Điên tử - Viễn thông của trường Đại Học Vinh và sau thời gian thực tập tại phòng kỹ thuật “Công Ty Điện toán và Truyền số liêu VDC”. Với mong muốn tìm hiểu sâu hơn về các phương pháp đa truy nhập và ứng dụng của nó trong thông tin di động em đã chọn đề tài “ Trải phổ và đa truy nhập trong hệ thống thông tin di động” làm đồ án tốt nghiệp của mình. Hiện nay GMS và công nghệ di động thế hệ thứ 3 WCDMA là hai hệ thống đang được ứng dụng rộng rãi ở trên thế giới cũng như ở Việt Nam vì vậy mà trong phần nội dung của mình em sẽ đi sâu nghiên cứu hai hệ thống này. Nội dung đồ án gồm có 3 chương: Chương1. Tổng quan về thông tin di động Chương 2. Giới thiệu hệ thống di động GMS Chương 3. Công nghệ di động thế hệ ba W-CDMA. Trải phổ và đa truy nhập trong W-CDMA Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp này khó tránh khỏi những 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. 3 Để có thể hoàn thành được đồ án này, trước tiên em xin gửi đến cô giáo Th.s Nguyễn Thị Minh lời cảm ơn chân thành nhất về sự chỉ bảo giúp đỡ tận tình của cô trong suốt thời gian qua. Em xin gửi đến quý thầy cô, gia đình và bạn bè lời cảm ơn chân thành nhất và biết ơn sâu sắc về sự giúp đỡ trong suốt thời gian em học tập tại trường. Vinh ngày 10 / 05 / 2011. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hữu Đồng MỤC LỤC 4 Trêng ®¹i häc vinh .1 Khoa ®iÖn tö – viÔn th«ng 1 Chương 1. Tổng quan về hệ thống thông tin di động 15 1.1. Giới thiệu 15 1.4 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 .20 Ra đời vào đầu năm 1990: Chuẩn GMS của Châu Âu và IS-54 của Mỹ và ngay sau đó là chuẩn IS-95 cho phương pháp đa truy nhập CDMA. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai theo chuẩn IS-95 được phát triển ở Mỹ. Hệ thống này sử dụng băng tần 824MHz – 849MHz cho tuyến lên và 869MHz – 915MHz cho tuyến xuống, dùng 20 kênh có đọ rộng mỗi kênh là 1.25MHz .20 2.2.4.5. Giao tiếp vô tuyến .41 2.3. Quản lý tài nguyên vô tuyến RRM (Radio Resoucre Management) .41 2.3.1. Quản lý di động MM (Mobility Manegement) 42 2.3.2 Quản lý cập nhật vị trí .42 2.3.3 Quản lý chuyển giao (Handover) 42 2.4 . Sự phát triển của mạng GSM lên 3G 45 2.4.1. Hệ thống GSM sẽ được nâng cấp từng bước lên thế hệ ba .45 3.5. Kết luận chương 81 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Hệ thống điện thoại di động 17 Hình 1.2. Khái niệm về hệ thống FDMA 20 Hinh c: Phân bố kênh 20 Hình 1.3. Khái niện về hệ thống TDMA .22 Hình 1.4. Khái niệm về hệ thống CDMA 24 5 Hình 1.5. Lộ trình phát triển từ 2G lên 3G [3] 26 Hình 2.1. Mạng tế bào vô tuyến .30 Hinh 2.2. Mô hình cấu trúc hệ thống thông tin di động GMS [2] .31 Hình 2.3. Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC 36 Hình 2.4. Gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định45 Hình 2.5. Gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động46 Hình 2.6. Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên .48 Hình 2.7. Quá trình nâng cấp GSM lên W-CDMA .48 Hình 3.1. Các dịch vui đa phương tiện trong hệ thống thông tin di động thứ ba .52 Hình 3.4. Mạch mã hóa vòng ( g(x) = 1 + g1x + g2x2 + . + gn-k-1xn-k-1 + xn-k) 59 Hình 3.7. Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) 65 Hinh 3.8. Sơ đồ khối của máy phát DSSS – BPSK .66 Hình 3.9. Sơ đồ máy thu DSSS - BPSK 69 Hinh 3.10. Sơ đồ trải phổ DS/SS - QPSK .70 Hình 3.11. Các dạng sóng của hệ thống DS/SS - QPSK71 Hình 3.12. Sơ đồ khối giải trải phổ DS/SS – QPSK .72 Hình 3.13. Cây mã định kênh 75 6 Hình 3.14. Trải phổ và điều chế DPDCH và DPCCH đường lên .76 Hình 3.15. Truyền dẫn kênh điều khiển vật lý riêng đường lên và kênh số liệu vật lý riêng đường lên khi có/ không có (DTX) số liệu của người sử dụng 77 Hình 3.18. Sơ đồ trải phổ và điều chế cho tất cả các kênh vật lý đường xuống 79 Hình 3.19. Các mã ngẫu nhiên hóa sơ cấp và thứ cấp.81 Hình 3.20. Truyền dẫn đa mã cho đường xuống .82 7 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT VIẾT TẮT TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT ACCH AI AMPS ARQ AS AuC ATM BCCH BCH BER BSC BSS BTS BPSK BS CCCH Associated Control Channels Acquisition Indicator Advanced Mobile Phone System Automatic Repeat Request Access Stratum Authentication Center Asynchoronous Tranfer Mode Broadcast Control Channel Broadcast Channel . Bit Error Ratio Base Station Controler Base Station Subsystem Base Tranceiver Station Binary Phase Shift Keying Base station Common Control Channel Kênh điều khiển liên kết Chỉ thị bắt Hệ thống điện thoại di động tiên tiến Yêu cầu lặp lại tự động Tầng truy nhập Trung tâm nhật thực Phương thức truyền không đồng bộ Kênh quảng bá điều khiển. Kênh quảng bá Tỷ số bit lỗi Bộ điều khiển trạm gốc Phân hệ trạm gốc Trạm vô tuyến thu phát gốc Khóa dịch pha nhị phân Trạm gốc Kênh điều khiển chung 8 CDMA C/I CCPCH CPCC CPCH CPICH CR CS CGI CM CN DCA DCCH DPCCH DPCH DPDCH DTCH DTE DSCH EDGE ETSI Code Division Multiple Access Carrier to Interference ratio Common Control Physical Channel Common Power Control Chanel Common Packet Chanel. Common Pilot Chanel Chip Rate Circuit Switch Cell Global Identify CommunicationManagement Core Network Dynamic Chanel Allocation Dedicated Control Channel Dedicated Physical Control Chanel Dedicated Physical Chanel Dedicated Physical Data Chanel Dedicated Traffic Chanel Data Terminal Equipmen Downlink Shared Chanel Enhanced Data rate for GSM Evolution European Đa truy nhập phân chia theo mã Tỷ số nóng mang trên nhiễu Kênh vật lý điều khiển chung Kênh điều khiển công suất chung Kênh gói chung Kênh hoa tiêu chung Tốc độ chip (tương đương với tốc độ trải phổ của kênh) Chuyển mạch kênh Nhận dạng ô toàn cầu Điều khiển thông tin Mạng lõi Phân bổ kênh động Kênh điều khiển dành riêng Kênh điều khiển vật lý riêng Kênh vật lý riêng Kênh số liệu vật lý riêng Kênh lưu lượng riêng Thiết bị đầu cuối số liệu Kênh dùng chung đường xuống Cải thiện tốc độ số liệu cho phát triển GMS Viện Tiêu chuẩn viễn thông 9 EIR ECSD FACCH FACH FAUSCH FCCH FCCCH FDD FDMA FDCCH FSK FER GOS GSM GPS GPRS GSA Telecommunications Standards Institute Equipment Identify Register Enhanced Cricuit-switched Data Fast Associated Control Channel Forward Access Chanel Fast Uplink Signalling Chanel Frequency Correction Channel Forward Common Control Chanel Frequency Division Duplex Frequence Division Multiple Access Forward Dedicated Control Chanel Frequency Shift Keying Frame Error Rate Grade Of Service Global System for Mobile Communication Global Position System General Packet Radio Services Global Mobile Suppliers châu Âu Xác định thiết bị đăng ký Dữ liệu chuyển mạch nâng cao Kênh điều khiển liên kết nhanh Kênh truy nhập đường xuống Kênh báo hiệu đường lên nhanh Kênh hiệu chỉnh tần số Kênh điều khiển chung đường xuống Ghép kênh song công phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia theo tần số Kênh điều khiển riêng đường xuống Khoá điều chế dịch tần Bộ ghi nhận dạng thiết bị Cấp độ phục vụ Thông tin di động toàn cầu Hệ thống định vị toàn cầu Dịch vụ vô tuyến gói chung Hiệp hội những nhà cung cấp 10