Đang tải... (xem toàn văn)
Mạng di động thế hệ thứ 3 và thiết bị đầu cuối 3G
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHTRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNKHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG----------BÀI BÁO CÁOĐề tài: Mạng di động thế hệ thứ 3 và thiết bị đầu cuối 3G Giảng viên giảng dạy: Ths Trương Tấn QuangSinh viên thực hiện:1. Nguyễn Xuân Nguyên 06200472. Bùi Thanh Phương 06200523. Nguyễn Đức Anh 06200011 MỤC LỤCMỤC LỤC HÌNH2 PHẦN 1: TỔNG QUAN MẠNG THẾ HỆ BA1.1/Mở đầuNgày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh nhất và phục vụ con người hữu hiệu nhất. Để đáp ứng các yêu cầu về chất lượng và dịch vụ ngày càng nâng cao, thông tin di động càng không ngừng được cải tiến. Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000 được đề xuất, trong đó có hai hệ thống W-CDMA và CDMA 2000 đã được ITU chấp thuận và sẽ được đưa vào hoạt động trong những năm đầu của thế kỷ XXI với các ưu điểm :• Tốc độ truy nhập cao.• Linh hoạt• Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có.CDMA2000 sẽ là sự phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động thế hệ hai sử dụng công nghệ CDMA: IS-95.W-CDMA sẽ là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, PDC, IS-136. Nó là sự phát triển của GSM để cung cấp các khả năng cho thế hệ 3. W-CDMA sử dụng công nghệ DS-CDMA băng rộng và mạng lõi được phát triển được phát triển từ GSM và GPRS. W-CDMA có hai giải pháp cho giao diện vô tuyến: • Ghép song công phân chia theo tần số FDD.• Ghép song công phân chia theo thời gian TDD.Cả hai giải pháp này đều sử dụng phương pháp trải phổ chuổi trực tiếp ( DS-CDMA). Giải pháp thứ nhất được triển khai rộng rãi hơn, còn giải pháp thứ 2 được triển khai ở các ô nhỏ ( micro cell và pico cell).Giải pháp FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz với hai sóng mang phân cách nhau 190 MHz: Đường lên có băng tần nằm trong dãy phổ từ 1920 MHz đến 1980 MHz. Đường xuống có băng tần nằm trong dãy phổ từ 2110 MHz đến 2170 MHz. 3 Giải pháp TDD sử dụng băng tần nằm trong dãy từ 1900 MHz đến 1920 MHz và từ 2010 đến 2020 MHz. Trong TDD, đường lên và đường xuống sử dụng chung một dãy tần. Hình 1. Dãy tần hoạt động của FDD và TDDHình 1. Chế độ hoạt động của FDD và TDDGiao diện W-CDMA được chia thành hai loại: Mạng đồng bộ và mạng dị bộ. • Trong mạng đồng bộ, tất cả các trạm gốc đồng bộ thời gian với nhau. Điều này tạo ra một giao diện vô tuyến hiệu quả hơn, nhưng nó đòi hỏi nhiều thiết bị phần cứng đắt tiền trong trạm gốc. • Trong mạng dị bộ, các trạm gốc không đồng bộ thời gian với nhau. Đặc tính vượt trội của loại mạng này là điều khiển công suất nhanh trong cả đường 4 hướng lên và hướng xuống. Nó có khả năng thay đổi tốc độ truyền theo bit và những tham số dịch vụ trên một khung cơ bản bằng cách thay đổi sự lan truyền.W-CDMA sử dụng rất nhiều kiến trúc của mạng GSM và GPRS cho mạng của mình. Kiến trúc mạng lõi 3GPP phát hành 1999 dựa trên mạng lõi của GSM/GPRS. Do vậy không cần phải xây dựng một kiến trúc mạng hoàn toàn mới, chỉ cần nâng cấp các phần tử của mạng hiện có như: MSC, HLR, GGSN, SGSN…để có thể hổ trợ đồng thời W-CDMA và GSM.1.2/Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động thế hệ hai GSM lên mạng thông tin di động thế hệ 3 W-CDMAGiai đoạn đầu của quá trình phát triển GSM là phải đảm bảo dịch vụ số liệu tốt hơn. Tồn tại hai chế độ dịch vụ số liệu: − Chuyển mạch kênh CS.− Chuyển mạch gói PS. Các dịch vụ số liệu chế độ chuyển mạch kênh đảm bảo:− Dịch vụ bản tin ngắn SMS.− Số liệu dị bộ đo tốc độ 14,4 Kbit/s.− Fax băng tiếng cho tốc độ 14,4 kbit/s.Các dịch vụ số liệu chuyển mạch gói đảm bảo:− Chứa cả chế độ dịch vụ kênh.− Dịch vụ Internet, e-mail… Để thực hiện kết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể sử dụng giao thức ứng dụng vô tuyến WAP.Giai đoạn tiếp theo để tăng tốc độ số liệu có thể sử dụng công nghệ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao ( HSCSD), dịch vụ gói vô tuyến chung ( GPRS) và tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM ( EDGE). Bước trung gian này được gọi là thế hệ 2,5 G.5 Để đáp ứng được các dịch vụ mới đồng thời đảm bảo được tính kinh tế, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sẽ từng bước được chuyển sang hệ thống thông tin di động thế hệ ba. Lộ trình phát triển được tóm tắt như sơ đồ dưới đây: Hình 1. Lộ trình phát triển từ GSM lên mạng 3G W-CDMATrong đó:− HSCSD: Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao.− GPRS: Dịch vụ vô tuyến gói chung.− EDGE: Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM.1.2.1/ HSCSD: Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao.Hình 1. Hệ thống HSCSDSố liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao ( HSCSD ) là một dịch vụ cho phép tăng tốc độ dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh hiện nay 9,6 kbit/s ( hay cải tiến 14,4 kbit/s) của 6 GSM. Để tăng tốc độ số liệu, người sử dụng có thể được cấp phát nhiều khe thời gian hơn. Có thể kết hợp linh hoạt từ 1 đến 8 khe thời gian để đạt được tốc độ số liệu cực đại là 64 Kbit/s cho một người sử dụng. Giao diện vô tuyến của HSCSD thậm chí còn hỗ trợ tốc độ lên đến 8x14,4 kbit/s.Hầu hết các chức năng của dịch vụ số liệu hiện nay được đặt ở IWF của tồng đài MSC và ở chức năng thích ứng đầu cuối TAF của MS. Dịch vụ HSCSD sử dụng tính năng này. Kênh tốc độ cao chứa một số kênh con ở giao diện vô tuyến. Các kênh con này được kết hợp lại thành một luồng số ở IWF và TAF. 1.2.2/ Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS Hình 1. Mạng GPRSLà dịch vụ giá trị gia tăng của mạng GSM. GPRS dùng công nghệ chuyển mạch gói để truy cập các mạng số liệu bên ngoài (như LAN, Internet .) bằng giao thức IP (Internet Protocol) với tốc độ cao. Đây được coi là công nghệ mạng thế hệ 2,5 (2,5G) - một bước chuyển tiếp từ GSM lên 3G. Dịch vụ số liệu truyền thống của mạng GSM chỉ có tốc độ tối đa là 9,6Kbps, trong khi đó GPRS R98 và R99 có tốc độ tối đa lên đến 171,2Kbps 7 (theo lý thuyết), cao hơn gần 20 lần so với dịch vụ số liệu của mạng GSM. Theo R97, GPRS có tốc độ 40Kbps (downlink) và 14Kbps (uplink). Với tốc độ khá cao này, thuê bao mạng GSM có thể tiếp cận thêm các dịch vụ giá trị gia tăng như: WAP, MMS (Multimedia Messaging Service - dịch vụ tin nhắn đa phương tiện), duyệt web, xem video, nghe nhạc . GPRS cho phép 8 thuê bao có thể sử dụng một kênh vô tuyến và một thuê bao có thể sử dụng đồng thời 8 kênh vô tuyến. Công nghệ này sử dụng phương thức điều chế GMSK.1.2.3/ EDGEHình 1. Dịch vụ EDGELà công nghệ nâng cao tốc độ truyền dữ liệu trong mạng GSM. EDGE không phải là mạng 3G mà nó chỉ ở tầm 2,75G. EDGE, đôi khi còn gọi là EGPRS, là một công nghệ di động được nâng cấp từ GPRS cho phép truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 384Kbps cho người dùng cố định hoặc di chuyển chậm và 144Kbps cho người dùng di chuyển tốc độ cao. Theo R98, EDGE có tốc độ downlink là 1,3Mbps và uplink là 653Kbps. 8 Công nghệ này làm tiền đề cho các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động khi chuyển sang 3G dùng công nghệ HSPA - một bước chuyển tiếp GSM 2,5G lên 3G. EDGE cũng là dịch vụ giá trị gia tăng của mạng GSM nhưng có tốc độ cao hơn, thời gian trễ thấp hơn GPRS. EDGE hỗ trợ chuyển mạch gói EGPRS (Enhanced General Packet Radio Service) và chuyển mạch kênh ESCD (Enhanced Circuit Switched Data). Với tốc độ truyền dữ liệu cao, EDGE cho phép các nhà cung cấp triển khai các dịch vụ di động tiên tiến như tải video, clip nhạc, tin nhắn đa phương tiện, truy cập Internet, email . EDGE sử dụng phương thức điều chế, mã hóa và cơ chế thích ứng đường truyền mới để đạt được tốc độ truyền dữ liệu tối đa (gấp 3 lần tốc độ tối đa của GPRS). 1.3/ Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3Thông tin di động thế hệ ba phải là hệ thống thông tin di động cho các dịch vụ di động truyền thông cá nhân đa phương tiện. Hộp thư thoại sẽ đựợc thay thế bằng bưu thiếp điện tử được lồng ghép với hình ảnh và các cuộc thoại thông thường trước đây sẽ được bổ sung các hình ảnh để trở thành thoại có hình.Yêu cầu đối với thông tin di động thế hệ thứ ba:• Mạng phải là băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện, nghĩa là mạng phải đảm bảo tốc độ bit lên tới 2Mbs phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của máy đầu cuối, 2Mbps dự kiến cho các dịch vụ cố định, 384kbps khi đi bộ và 144kbps khi đang di chuyển tốc độ cao.• Mạng phải có khả năng cung cấp độ rộng băng tần, dung lựợng theo yêu cầu. Điều này xuất phát từ việc thay đổi tốc độ bit của các dịch vụ khác nhau. Ngoài ra cần đảm bảo đường truyền vô tuyến không đối xứng, chẳng hạn với tốc độ bit cao ở đường xuống và tốc độ bit thấp ở đường lên hoặc ngược lại.• Mạng phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu, nghĩa là phải đảm bảo các kết nối chuyển mạch cho thoại, các dịch vụ Video và các khả năng số liệu gói cho các dịch vụ số liệu.• Chất lượng dịch vụ phải không thua kém chất lượng dịch vụ cố định, nhất là đối với thoại.• Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả thông tin vệ tinh.Bộ phận tiêu chuẩn của ITU-R đã xây dựng các tiêu chuẩn cho IMT-2000.Thông tin di động thế hệ thứ ba xây dựng trên cơ sở IMT-2000 đã được đưa vào hoạt động từ năm 2001. Các hệ thống 3G cung cấp rất nhiều dịch vụ viễn thông bao gồm: thoại, số liệu tốc độ 9 bit thấp và bit cao, đa phương tiện, video cho người sử dụng làm việc cả ở môi trường công cộng lẫn tư nhân, vùng cơ sở, vùng dân cư, phương tiện vận tải…1.4/ Tổng quan công nghệ W-CDMA trong hệ thống UMTS1.4.1/Nguyên lý CDMA1.4.1.1/ Nguyên lý trải phổ CDMACác hệ thống số được thiết kế để tận dụng dung lượng một cách tối đa. Theo nguyên lý dung lượng kênh truyền của Shannon, dung lượng kênh truyền có thể được tăng lên bằng cách tăng băng tần kênh truyền.C = B. log2(1+S/N) Trong đó :− B là băng thông (Hz).− C là dung lượng kênh (bit/s).− S là công suất tín hiệu.− N là công suất tạp âm.Vì vậy, đối với một tỉ số S/N cụ thể (SNR), dung lượng tăng lên nếu băng thông sử dụng để truyền tăng. CDMA là công nghệ thực hiện trải tín hiệu gốc thành tín hiệu băng rộng trước khi truyền đi. Tỷ số độ rộng băng tần truyền thực với độ rộng băng tần của thông tin cần truyền được gọi là độ lợi xử lý (GP) hoặc là hệ số trải phổ. GP = Bt / Bi hoặc GP = B/R Trong đó Bt :là độ rộng băng tần truyền thực tế Bi : độ rộng băng tần của tín hiệu mang tin B : là độ rộng băng tần RF R : là tốc độ thông tinMối quan hệ giữa tỷ số S/N và tỷ số Eb/I0, trong đó Eb là năng lượng trên một bit, và I0 là mật độ phổ năng lượng tạp âm, thể hiện trong công thức sau :pbbGIEBIRENS 100×=××= (2.3)10 [...]... 2 nguyên lý thiết kế đã biết trong việc triển khai các mạng tế bào: • Các cell nhỏ hơn có thể được sử dụng để tăng dung lượng trên một vùng địa lý • Các cell lớn hơn có thể mở rộng vùng phủ sóng 1.5/ Kiến trúc của mạng thông tin di động 3G 1.5.1/ Kiến trúc chung của mạng thông tin di động 3G Hình 1 Kiến trúc chung của mạng thông tin di động 3G 22 Mạng thông tin di động 3G lúc đầu sẽ là mạng kết hợp... • Phạm vi và định nghĩa đang tiếp tục được tiêu chuẩn hóa 1.5 .3. 5/ Mô hình mạng 3G toàn IP 30 Hình 1 Kiến trúc mạng 3G toàn IP Tiếp theo thế hệ 2.5G và 3G, mạng lõi toàn IP đang xuất hiện với nhiều khả năng ứng dụng cao, các dịch vụ thoại và số liệu được hỗ trợ qua mạng lõi toàn IP Các mạng đa phương tiện toàn IP được thiết kế cho công nghệ bưu chính như CDMA2000, UMTS Trong cấu trúc mạng 3G toàn IP,... được thiết lập để mang các gói IP giữa các sever kết nối mạng và các thiết bị đầu cuối Mạng sử dụng các “Tunnel” để hỗ trợ việc lưu chuyển Trong UMTS, Tunnel từ sever truy nhập mạng được định tuyến thông qua một hệ chuyển mạch tunnel Thiết bị đầu cuối có thể di chuyển giữa các trạm thu phát và trạm điều khiển mà không cần di chuyển các chuyển mạch tunnel, chỉ cần một nhánh của tunnel Thiết bị đầu cuối. .. khiển và phần dịch vụ, đồng thời chuyển đổi mạng theo hướng hoàn toàn trên cơ sở IP 1.5 .3. 2/ Mô hình mạng 3G phát hành 4: 27 Hình 1 Kiến trúc mạng 3G phát hành 4 Điểm khác biệt chính của phát hành 4 và phát hành 99 là mạng lõi phân bố MSC được chia thành MSC sever và MGW 3GPP phát hành 4 tách phần kết nối, điều khiển và dịch vụ cho chuyển mạch kênh mạng lõi • MSC sever có chức năng quản lý di động và. .. nhanh chóng − Chỉ tiêu các phần tử mạng rất ổn định • Cung cấp cả dịch vụ 2G và 3G, dịch vụ chuyển mạch kênh và gói • Bảo đảm an toàn đầu tư: − Thiết bị nâng cấp dần dần tới mạng lõi 3G Nhược điểm: • Phức tạp do cả hai thành phần CS và PS • Phần CS phức tạp do phải phục vụ cả 2G và 3G, khó mở rộng • Việc quản lý hệ thống sẽ phức tạp Khắc phục: Bước phát triển tiếp theo sau 3GPP R99 chỉ ra các xu hướng chung... MGW Phân hệ đa phương tiện IP(IMS) được thêm vào đáp ứng các dịch vụ đa phương tiện trên IP và VoIP Nhược điểm: • Làm thay đổi căn bản phần CS nhưng vẫn còn cả hai thành phần CS và PS • Vai trò của CAMEL sẽ thay đổi, phải lập kết nối với phần PS và sẽ trở thành yếu tố đấu nối giữa hạ tầng dịch vụ và mạng 1.5 .3. 3/ Mô hình mạng 3G phát hành 5 Hình 1 Kiến trúc mạng 3G phát hành 5 Đặc điểm của mạng 3G phát... dụng hiệu quả và dễ dàng quản lý toàn bộ lưu lượng trên mạng 3G vì đều là IP • Công nghệ truy nhập vô tuyến sẽ giảm dần tỷ trọng Trong tương lai, các lõi 3G sẽ có nhiều công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau 1.5 .3. 4/ Mô hình mạng 3G phát hành 6 Mục đích chuẩn hóa của 3GPP Relesae 6 là: • Cung cấp các dịch vụ đa phương tiện IP, pha 2: Nhắn tin IMS và quản lý nhóm • Hoạt động phối hợp với mạng LAN vô tuyến... giao di n vô tuyến Giao di n CU : Là giao di n giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao di n này tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh − Giao di n UU : Là giao di n mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệ thống và vì thế mà nó là giao di n mở quan trọng nhất của UMTS − Giao di n IU : Giao di n này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN... xuất khác nhau − Giao di n IUr : Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau − Giao di n IUb : Giao di n cho phép kết nối một nút B với một RNC I Ub được tiêu chuẩn hóa như là một giao di n mở hoàn toàn 1.5 .3/ Mô hình tham khảo các mạng W-CDMA 25 1.5 .3. 1/ Mô hình mạng 3G phát hành 1999 Hình 1 Mô hình mạng 3G phát hành 1999 Về giao di n vô tuyến: • Phần mạng truy nhập vô tuyến... gian thực ( như tiếng và video ) cuối cùng sẽ được truyền trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch gói 1.5.2/ Cấu trúc mạng 3G –WCDMA Hệ thống W-CDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS Về mặt chức năng có thể chia cấu trúc mạng W-CDMA ra làm hai phần :Mạng lõi (CN) và mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN) Trong đó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứng của mạng GPRS còn mạng truy nhập vô tuyến . (gấp 3 lần tốc độ tối đa của GPRS). 1 .3/ Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3Thông tin di động thế hệ ba phải là hệ thống thông tin di động. ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG----------BÀI BÁO CÁOĐề tài: Mạng di động thế hệ thứ 3 và thiết bị đầu cuối 3G Giảng viên giảng dạy: Ths Trương Tấn QuangSinh
