Đồ Án công nghệ EDGE trong mạng vinaphone va mobilphone

LỜI NÓI ĐẦUHệ thống thông tin di động đã phát triển rất nhanh trong những năm gần đây. Từ thế hệ thứ nhất chỉ hỗ trợ truyền thoại, cho đến bây giờ các hệ thống di động đã cung cấp được rất nhiều dịch vụ như là: Audio-Video, truy nhập Internet, nhắn tin, nhắn tin đa phương tiện,.v.v
Công nghệ GSM ra đời, là bước phát triển nhảy vọt so với hệ thống di động thế hệ thứ nhất. Hệ thống thông tin thế hệ thứ hai sử dụng các kỹ thuật điều chế số và sử dụng các phương pháp xử lý cuộc gọi là số hóa. Một trong những hệ thống này là sự kết hợp của hai kỹ thuật TDMA và FDMA để tăng số lượng kênh. Các hệ thống này cung cấp chất lượng dịch vụ tốt hơn các hệ thống của thế hệ thứ nhất và việc sử dụng băng thông hiệu quả hơn. Các hệ thống thuộc thế hệ thứ hai hỗ trợ cả truyền tín hiệu thoại, truyền số liệu, text, và có cơ chế mã hóa để bảo vệ dữ liệu và thoại. Tuy nhiên, trước yêu cầu tăng nhanh của việc truyền dữ liệu tốc độ cao, mạng GSM đã bộc lộ rõ những nhược điểm của mình. Đó là việc truyền dữ liệu với tốc độ và chất lượng dịch vụ dữ liệu chưa đáp ứng được nhu cầu. Trong tình hình hạ tầng cơ sở của hệ thống GSM hiện tại đang chiếm đa số, và việc phát triển ngay lên mạng thông tin di động thế hệ 3 đòi hỏi hạ tầng thiết bị phải thay đổi rất lớn và điều này khó có thể thực hiện được. Trong tiến trình phát triển của thông tin di động thì việc thông qua một số bước trung gian là điều tất yếu.
Dịch vụ vô tuyến gói vô tuyến chung GPRS đã được sử dụng để cung cấp băng thông cho các dịch vụ Internet di động trong mạng GSM. Tuy nhiên, các ứng dụng số liệu thời gian thực đòi hỏi băng thông rộng hơn với chất lượng dịch vụ cao hơn mà GPRS hiện nay không đáp ứng được.
Việc chuyển từ GPRS sang EGPRS hay EDGE có thể xoá đi sự khác biệt về mặt dung lượng này. EDGE – Enhanced Data rates for GSM Evolution là tiêu chuẩn giao diện vô tuyến mới với sự kết hợp của phương thức điều chế 8PSK. EDGE tạo điều kiện cho các nhà khai thác mạng GSM có thể chuyển sang cung cấp các dịch vụ số liệu di động và các dịch vụ đa phương tiện bằng việc tăng tốc độ dung lượng lên gấp 3 lần với cùng phổ GSM hiện tại mà không có bất kỳ ảnh hưởng lớn nào đối với việc quy hoạch tần số. EDGE là giải pháp bổ sung cho hệ thống UMTS, nó cho phép các nhà khai thác mạng có thể sử dụng EDGE để cung cấp các dịch vụ tương đương 3G trên diện rộng và UMTS ở các khu vực có mật độ thuê bao lớn.
Trên cơ sở những kiến thức đã tích luỹ được qua 5 năm học tập chuyên ngành Điện Tử - Viễn Thông tại trường đại học Bách Khoa Hà Nội và sau thời gian thực tập tại công ty VMS-Mobifone, tôi đã hoàn thành đề tài “ EDGE – Giải pháp cho các dịch vụ số liệu tốc độ cao trên mạng GSM”.
Nội dung đề tài bao gồm 5 chương:
Ø Chương 1: Tổng quan về EDGE
Ø Chương 2: Kiến trúc mạng thông tin di động EDGE
Ø Chương 3: Các dịch vụ phát triển trên EDGE
Ø Chương 4: Các chức năng yêu cầu hệ thống EDGE
Ø Chương 5: Ứng dụng EDGE trên mạng thông tin di động VMS
Qua đây, tôi xin trân trọng cảm ơn cô giáo TS Trần Ngọc Lan, TS Đỗ Vũ Anh - Trưởng phòng và các cán bộ phòng Kỹ Thuật - Khai Thác của công ty thông tin di động VMS-Mobifone đã nhiệt tình giúp đỡ tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Hà Nội, tháng 5 năm 2006 Trần Hiếu Hạnh










LỜI NÓI ĐẦU i
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ EDGE 1
I. Giới thiệu tổng quan. 1
II. Nhu cầu phát triển EDGE 2
III. Các đặc điểm của EDGE 2
1. Về phía người sử dụng dịch vụ. 2
2. Về phía nhà cung cấp dịch vụ. 3
IV. Khái niệm về EDGE 4
V. Các dịch vụ EDGE có thể cung cấp. 4
1. Chat 4
2. Thông tin văn bản và hình ảnh. 4
3. Hình ảnh tĩnh. 5
4. Ảnh động. 5
5. Duyệt Web. 5
6. Làm việc trong môi trường cộng tác, tư liệu dùng chung. 6
7. Âm thanh. 6
8. Phân công công việc. 6
9. E-mail nội bộ. 7
10. Internet E-mail 7
11. Định vị phương tiện giao thông. 8
12. Truy cập LAN từ xa. 8
13. Chuyển file. 8
14. Tự động điều khiển thiết bị gia đình. 9
15. Push to talk. 9
16. Streaming. 9
VI. Các con đường để phát triển lên EDGE 10
CHƯƠNG 2 KIẾN TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG EDGE 11
I. Kiến trúc của hệ thống GSM . 11
1. Các thành phần cơ bản của hệ thống. 11
1.1 Trạm di động MS. 12
1.2 Hệ thống con trạm gốc BSS. 12
1.2.1 Trạm thu phát gốc BTS. 13
1.2.2 Bộ điều khiển trạm gốc BSC 13
1.2.3 Bộ đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU 13
1.3 Hệ thống con chuyển mạch NSS. 13
1.3.1 Trung tâm chuyển mạch di động MSC 14
1.3.2 Thanh ghi định vị thường trú HLR 14
1.3.3 Thanh ghi định vị tạm trú VLR 14
1.3.4 Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR 15
1.3.5 Trung tâm nhận thực AUC 15
1.4 Hệ thống con khai thác OSS. 15
2. Các giao diện của GSM . 15
2.1 Giao diện giữa MSC và các phần tử trong hệ thống 15
2.2 Giao diện A 16
2.3 Giao diện Abis. 17
2.4 Giao diện vô tuyến Um 17
II. Kiến trúc của hệ thống vô tuyến gói chung GPRS. 17
1. Các thành phần cơ bản của mạng. 18
1.1 Các nút hỗ trợ GPRS. 18
1.1.1 GGSN 18
1.1.2 SGSN 19
1.2 Các phần tử khác của mạng GPRS. 20
1.2.1 Đơn vị điều khiển gói PCU 20
1.2.2 Bộ ghi định vị thường trú HLR 20
1.2.3 Tổng đài di động MSC và bộ ghi định vị tạm trú VLR 20
1.2.4 SMS - GMSC và SMS –IWMSC 20
1.2.5 Thiết bị đầu cuối GPRS. 20
2. Các giao diện và giao thức trong mạng GPRS. 21
2.1 Mặt phẳng truyền dẫn. 21
2.2 Mặt phẳng báo hiệu. 23
2.2.1 Giao diện Gb. 24
2.2.2 Giao diện Gr. 25
2.2.3 Giao diện Gs. 25
2.2.4 Giao diện Gf. 25
2.2.5 Giao diện Gd. 26
2.2.6 Giao diện Gn. 26
2.2.7 Giao diện Gi 27
2.2.8 Giao diện Gc. 27
2.3 Giao diện vô tuyến. 28
2.3.1 Lớp RF vật lý. 28
2.3.2 Lớp kết nối vật lý. 28
2.3.3 Lớp RLC/MAC 29
2.3.1 Lớp LLC 31
III. Hệ thống EDGE 32
1. Kiến trúc hệ thống EDGE 32
2. Các phương thức điều chế. 33
2.1 Giới thiệu. 33
2.2 Điều chế khóa dịch chuyển pha – PSK 34
2.3 Điều chế khóa dịch pha M trạng thái – M-PSK 34
2.4 Điều chế khóa dịch pha bốn trạng thái – QPSK. 37
2.5 Điều chế khóa dịch pha cầu phương vuông góc–OQPSK 38
2.6 Điều chế khóa dịch pha tối thiểu – MSK 39
2.7 Điều chế khóa dịch pha tối thiểu Gaussian – GMSK 40
2.8 Điều chế khóa dịch pha 8 trạng thái – 8-PSK 45
3. Sự lựa chọn phương thức điều chế trong EDGE 46
4. Các kiểu kênh và các sơ đồ mã hoá kênh ở giao diện vô tuyến. 47
5. Mã hóa kênh. 49
6. Cách tính tốc độ số liệu trong EDGE 56
CHƯƠNG 3 CÁC DỊCH VỤ PHÁT TRIỂN TRÊN EDGE 58
I. Phương thức truyền. 58
1. Điểm tới điểm PTP. 58
2. Điểm tới đa điểm PTM . 58
II. Các loại dịch vụ. 58
1. Trình duyệt WAP. 59
1.1 Cấu hình hệ thống. 59
1.2 Những ưu điểm của WAP sử dụng EDGE 60
2. Nhắn tin đa phương tiện MMS. 61
2.1 Các bước truyền một MMS sử dụng WAP. 61
2.2 Ưu điểm của MMS sử dụng EDGE 63
3. Gaming. 63
4. Audio và Video Streaming. 65
III. Chất lượng dịch vụ QoS. 66
1. Mức độ ưu tiên dịch vụ. 66
2. Độ tin cậy - Reliability. 66
3. Trễ - Delay. 67
4. Thông lượng- Throughput 67
5. Giám sát – Monitor. 67
6. Bảng thông số cung cấp dịch vụ. 67
6.1 Đối với tất cả các dịch vụ. 67
6.2 Đối với dịch vụ thoại 68
6.3 Đối với dịch vụ số liệu. 68
CHƯƠNG 4 CÁC CHỨC NĂNG YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG EDGE 70
I. Quản lý di động EDGE/GPRS. 70
1. Các trạng thái quản lý di động. 70
2. Sự chuyển đổi giữa các trạng thái 71
3. Thủ tục nhập mạng. 72
3.1 Thủ tục truy nhập mạng chuẩn. 72
3.2 Thủ tục truy nhập mạng mở rộng. 72
3.3 Truy nhập EGPRS/IMSI kết hợp. 73
4. Thủ tục rời mạng. 75
4.1 Khởi tạo thủ tục rời mạng từ phía thuê bao. 75
4.2 Khởi tạo thủ tục từ phía mạng. 76
5. Quản trị vùng định vị 77
5.1 Cập nhật cell 77
5.2 Cập nhật vùng định tuyến. 77
5.2.1 Cập nhật vùng định tuyến trong cùng SGSN 77
5.2.2 Cập nhật cùng định tuyến thuộc các SGSN khác nhau. 78
5.3 Thủ tục cập nhật vùng định tuyến và vùng định vị kết hợp. 80
5.3.1 Cập nhật LA/RA thuộc cùng SGSN 80
5.3.2 Cập nhật LA/RA thuộc các SGSN khác nhau. 81
5.4 Thủ tục cập nhật LA/RA định kỳ. 82
II. Định tuyến và truyền tải dữ liệu. 83
1. Các trạng thái của PDP. 83
1.1 Trạng thái dừng. 83
1.2 Trạng thái hoạt động. 83
2. Khởi tạo, thay đổi và hủy bỏ PDP context 84
2.1 Thủ tục khởi tạo PDP context 84
2.1.1 Khởi tạo từ phía thuê bao. 84
2.1.2 Khởi tạo từ phía thuê mạng. 86
2.2 Thủ tục thay đổi PDP context 87
2.3 Thủ tục hủy bỏ PDP context 88
2.3.1 Thủ tục được khởi tạo từ máy di động. 88
2.3.2 Thủ tục được khởi tạo từ SGSN 89
2.3.3 Thủ tục được khởi tạo từ GGSN 89
3. Định tuyến và truyền tải số liệu. 90
CHƯƠNG 5 ỨNG DỤNG EDGE VÀO MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VMS – MOBIFONE 91
I. Yêu cầu về phần vô tuyến. 91
1. Khả năng đáp ứng. 91
1.1 Tốc độ. 91
1.2 Các thuộc tính cung cấp dịch vụ. 91
1.3 Chuyển giao và lựa chọn lại cell 92
1.4 Trạm di động. 92
1.5 Thích ứng liên kết 92
2. Những yêu cầu khi hoạt động. 92
2.1 Tương thích với các dịch vụ cung cấp bởi mạng hiện tại 92
2.2 Môi trường hoạt động. 92
2.3 Thiết kế mạng truy nhập vô tuyến. 92
2.4 Tổng đài 93
3. Sử dụng băng thông hiệu quả. 93
3.1 Hiệu quả phổ tần. 93
3.2 Tối ưu băng thông. 93
3.3 Vùng phủ và dung lượng. 93
3.4 Những nhu cầu phát triển. 93
4. Độ phức tạp. 94
4.1 Đối với thành phần di động. 94
4.2 Đối với mạng. 94
4.3 Các loại trạm di động và trạm gốc. 94
II. Cấu hình mạng VMS – Mobifone hiện tại 94
III. Giải pháp ứng dụng EDGE trên mạng VMS. 99
1. Giải pháp của các hãng. 99
1.1 Giải pháp của Alcatel 99
1.2 Giải pháp của Ericsson. 100
1.3 Nhận xét 101
2. Đề xuất phương án triển khai 101
2.1 Phạm vi thiết kế. 101
2.2 Nội dung thiết kế. 101
KẾT LUẬN 106
TÀI LIỆU THAM KHẢO xii
TỪ VIẾT TẮT xiii









Hình 1‑1 Các con đường tiến lên EDGE 10
Hình 2‑1 Kiến trúc hệ thống GSM . 11
Hình 2‑2 Các giao diện của GSM . 16
Hình 2‑3 Kiến trúc hệ thống GPRS. 18
Hình 2‑4 Mặt phẳng truyền dẫn. 21
Hình 2‑5 Giao diện báo hiệu trong GPRS. 23
Hình 2‑6 Giao diện Gb. 24
Hình 2‑7 Giao diện Gr. 25
Hình 2‑8 Giao diện Gs. 25
Hình 2‑9 Giao diện Gf. 26
Hình 2‑10 Giao diện Gd. 26
Hình 2‑11 Giao diện Gn. 27
Hình 2‑12 Giao diện Gi 27
Hình 2‑13 Giao diện Gc. 28
Hình 2‑14 Giao diện vô tuyến GPRS. 28
Hình 2‑15 Cấu trúc của khối RLC/MAC 31
Hình 2‑16 Cấu trúc lớp LLC 32
Hình 2‑17 Kiến trúc hệ thống EDGE 33
Hình 2‑18 Đồ thị hình sao của tín hiệu điều chế QPSK 37
Hình 2‑19 Tín hiệu QPSK 38
Hình 2‑20 Tín hiệu OQPSK 39
Hình 2‑21 Quá trình tạo tín hiệu MSK 40
Hình 2‑22 GMSK có bổ sung cầu phương băng cơ bản. 41
Hình 2‑23 GMSK có bổ sung điều chế dịch tần với FM – VCO 41
Hình 2‑24 Dạng của tín hiệu qua bộ lọc thông thấp Gaussian với B[SUB]N[/SUB]=0,5. 42
Hình 2‑25 Dòng số liệu vào. 42
Hình 2‑26 Tín hiệu sau khi qua bộ lọc Gaussian. 43
Hình 2‑27 Đồ thị hàm b(t). 43
Hình 2‑28 Đồ thị hàm c(t). 43
Hình 2‑29 I(t) = Cos( c(t) ). 44
Hình 2‑30 Q(t)=sin (c(t)). 44
Hình 2‑31 Tín hiệu GMSK 44
Hình 2‑32 Sơ đồ hình sao điều chế 8-PSK 45
Hình 2‑33 Bộ điều chế 8-PSK 45
Hình 2‑34 Bộ giải mã 8-PSK 46
Hình 2‑35 Các họ điều chế mã hóa sử dụng trong EDGE 50
Hình 2‑36 Sơ đồ mã hóa và chọc bỏ cho MSC-9;2 khối RLC/20ms. 51
Hình 2‑37 Sơ đồ mã hóa và chọc bỏ cho MSC-8; 2 khối RLC/20ms. 51
Hình 2‑38 Sơ đồ mã hóa và chọc bỏ cho MSC-7; 2 khối RLC/20ms. 52
Hình 2‑39 Sơ đồ mã hóa và chọc bỏ cho MSC-6; 1 khối RLC/20ms. 52
Hình 2‑40 Sơ đồ mã hóa và chọc bỏ cho MSC-5; 1 khối RLC/20ms. 53
Hình 2‑41 Sơ đồ mã hóa và chọc bỏ cho MSC-4; 1 khối RLC/20ms. 53
Hình 2‑42 Sơ đồ mã hóa và chọc bỏ cho MSC-3; 1 khối RLC/20ms. 54
Hình 2‑43 Sơ đồ mã hóa và chọc bỏ cho MSC-2; 1 khối RLC/20ms. 54
Hình 2‑44 Sơ đồ mã hóa và chọc bỏ cho MSC-1; 1 khối RLC/20ms. 55
Hình 2‑45 Đồ thị RF. 56
Hình 3‑1 Sơ đồ chuyển đổi khuôn dạng và font chữ của Covert Gateway. 60
Hình 3‑2 Sơ đồ hoạt động hệ thống với MMS. 62
Hình 3‑3 So sánh dung lượng vô tuyến GPRS và EDGE 63
Hình 3‑4 So sánh giá thành GPRS và EDGE 63
Hình 3‑5 Sơ đồ hoạt động của hệ thống với Game Server. 64
Hình 3‑6 Sơ đồ hoạt động của hệ thống với Game Peer to peer. 64
Hình 3‑7 Cấu hình hệ thống với Mobile TV 65
Hình 4‑1 Các trạng thái quản lý di động. 71
Hình 4‑2 Quá trình truy nhập EGPRS/IMSI kết hợp. 73
Hình 4‑3 Thủ tục rời mạng khởi tạo từ máy di động. 75
Hình 4‑4 Thủ tục rời mạng khởi tạo từ SGSN 76
Hình 4‑5 Thủ tục cập nhật vùng định tuyến trong cùng SGSN 78
Hình 4‑6 Thủ tục cập nhật vùng định tuyến thuộc SGSN khác nhau. 80
Hình 4‑7 Thủ tục cập nhật LA/RA trong cùng SGSN 81
Hình 4‑8 Thủ tục cập nhật LA/RA thuộc SGSN khác nhau. 82
Hình 4‑9 Trạng thái hoạt động. 83
Hình 4‑10 Thủ tục khởi tạo PDP context từ phía MS. 85
Hình 4‑11 Thủ tục khởi tạo từ phía mạng. 86
Hình 4‑12 Thủ tục thay đổi PDP context 87
Hình 4‑13 Thủ tục hủy bỏ PDP context khởi tạo từ máy di động. 88
Hình 4‑14 Thủ tục hủy bỏ PDP context khởi tạo từ SGSN 89
Hình 4‑15 Thủ tục hủy bỏ PDP context khởi tạo từ GGSN 89
Hình 5‑1 Sơ đồ kết nối mạng thông tin di động GSM-VMS. 95
Hình 5‑2 Cấu hình kết nối hệ thống GPRS hiện tại trên mạng Mobifone. 98
Hình 5‑3 Giải pháp thiết kế mạng lõi GSM/GPRS/EDGE của Alcatel 100
Hình 5‑4 Cấu hình mạng EDGE giải pháp Ericsson. 100
Hình 5‑5 Cấu hình PCU nâng cấp cho GPRS/EDGE 103
Hình 5‑6 Cấu hình mạng GPRS/EDGE VMS – Mobifone. 105