Luận Văn So sánh chất lượng mạng GSM và WCDMA thông qua mô phỏng BER

LỜI MỞ ĐẦU
Mặc dù so với các loại hình dịch vụ viễn thông khác thì thông tin di động ra đời khá muộn, chỉ mới xuất hiện trong vài chục năm qua. Nhưng do mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho người sử dụng nên dịch vụ này đã tăng trưởng một cách bùng nổ. Phát triển từ hệ thống thông tin di động tương tự, hệ thống thông tin di động 2G đánh dấu sự thành công của công nghệ GSM với 70% thị phần thông tin di động trên toàn cầu hiện nay. Nhưng khi vấn đề internet toàn cầu và các mạng riêng khác phát triển cả về quy mô và mức độ tiện ích đã xuất hiện nhu cầu về dịch vụ truyền số liệu mọi lúc mọi nơi. Người sử dụng có nhu cầu về các dịch vụ mới như: truyền số liệu tốc độ cao, điện thoại có hình, truy cập internet tốc độ cao từ máy điện thoại di động và các dịch vụ truyền thông đa phương tiện khác. Điều đó khiến cho các hệ thống 2G bộc lộ những nhược điểm, điều này tạo điều kiện xuất hiện hệ thống thông tin di động 3G đáp ứng các nhu cầu truyền số liệu tốc độ cao và khắc phục những nhược điểm khác của hệ thống 2G.
Ở Việt Nam hiện nay, các mạng di động lớn như Mobiphone, Vinaphone, Viettel, liên doanh EVN Telecom và Vietnammobile đã dành được quyền cấp phát 3G và đang thực hiện triển khai công nghệ này với mong muốn đưa đến cho người sử dụng trong thời gian sớm nhất. Dưới sự hướng dẫn của thầy Thái Vĩnh Hiển và thầy Đào Ngọc Chiến, trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã tìm hiều về chất lượng của tín hiệu 2G GSM so với 3G WCDMA với mục đích là tìm hiểu về các giải pháp kĩ thuật mà các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đã sử dụng để nâng cao chất lượng của tín hiệu truyền dẫn.
Dù đã rất cố gắng tìm tòi và học hỏi nhưng vẫn không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của thầy cô. Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Thái Vĩnh Hiển, thầy Đào Ngọc Chiến đã tạo mọi điều kiện về cơ sở vật chất cũng như kiến thức giúp em hoàn thành đồ án này.

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Mục đích của đồ án là so sánh chất lượng tín hiệu của hai hệ thống thông tin di động đang được sử dụng rộng rãi hiện nay là 2G GSM và 3G WCDMA. Để thực hiện điều đó, em sử dụng công cụ mô phỏng là phần mềm Matlab & Simulink. Với các công cụ mạnh mẽ được cung cấp trong phần mềm này, em xây dựng hai khối GSM và WCDMA với cách thức tạo ra tín hiệu như hệ thống thực tế. Để so sánh chất lượng tín hiệu, ta đưa vào đầu vào hai hệ thống những dữ liệu như nhau, sau đó trên cùng điều kiện kênh truyền như là truyền dẫn đa đường, pha-đing nhanh, các nhiễu Gauss trắng cộng sẽ tác động như nhau vào tín hiệu của hai hệ thống này. Ở đầu ra khối thu, ta thực hiện đo đạc tỉ số lỗi bit BER. Sau một quá trình lấy mẫu, với sự thay đổi các thông số khác nhau, ta rút ra được các số liệu về tỉ số lỗi bit của hai hệ thống này. Từ đó kết luận về chất lượng tín hiệu của WCDMA và GSM.

THESIS SUMMARY
My thesis motivates the purpose of comparing the signal quality in 2G GSM and 3G WCDMA system. We used the communication toolbox in Matlab & Simulink software to implement this. By using suitable tools, I configured GSM and WCDMA system. In the simulated, I used the encoder and modulator for being able to gain output signals that are similar with the real systems. In oder to compare the signal qualities, the input must be the same, these two signal will be impacted by multipath fading, fast fading channel, AWGN channel. Consequently I had to change factors (Doppler frequency, Eb/No .) and computed BER respectively. Finally, signal quality of WCDMA and GSM can be resulted.

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
Chương I: Mạng thông tin di động GSM 2
1.1.Giới thiệu 2
1.2.Cấu trúc của hệ thống GSM 2
1.2.1. Hệ thống trạm gốc BSS 3
1.2.2. Hệ thống chuyển mạch SS 3
1.2.3. Trạm di động (MS-mobile station) 4
1.2.4. Trung tâm vận hành và bảo dưỡng 5
1.3. Giao diện vô tuyến 5
1.3.1. Tổ chức các kênh vô tuyến 5
1.3.2. Các loại kênh logic 6
1.3.3. Mã hóa kênh và điều chế 8
1.3.4. Tổ chức khung trong GSM 9
1.3.5. Truyền các kênh logic trên các kênh vật lý 9
1.4. Trạm gốc (BTS- base tranceiver station) 10
1.4.1. Giới thiệu về BTS 10
1.4.2. Cấu trúc trạm BTS 11
1.4.3. Nguyên lý hoạt động của BTS 16
1.4.4. Thiết bị BTS thường dùng hiện nay ở Việt Nam 20
Chương II: Mạng thông tin di động W-CDMA 22
2.1. Cấu trúc mạng WCDMA 22
2.1.1. Cấu trúc tổng quát 22
2.1.2. Các phần tử cơ bản của mạng W-CDMA 23
2.2.Giao diện vô tuyến 25
2.2.1. Mở đầu 25
2.2.2. Kiến trúc ngăn xếp giao thức của giao diện vô tuyến WCDMA/FDD 26
2.2.3. Các thông số lớp vật lý và quy hoạch tần số 27
2.2.4. Các kênh của WCDMA 31
2.2.5. Cấu trúc kênh vật lý riêng 40
2.2.6. Sơ đồ tổng quát máy phát và máy thu WCDMA 41
2.2.7. Phân tập phát 42
2.3. Giới thiệu về nút B của Huawei 44
2.3.1. Giới thiệu chung 44
2.3.2. Cấu trúc nút B 45
2.3.3. Cấu hình nút B 48
Chương III: Mô phỏng BER của hệ thống GSM và WCDMA 50
3.1. Xây dựng mô hình GSM 50
3.1.1. Khối phát 50
3.1.2. Khối thu 55
3.2. Xây dựng mô hình WCDMA 56
3.2.1. Khối phát 57
3.2.2. Khối thu 59
3.3. Kênh truyền 60
3.3.1. Các loại nhiễu 60
3.3.2. Mô hình kênh truyền 66
3.4. Kết quả mô phỏng 71
3.5. Nhận xét kết quả mô phỏng 79
KẾT LUẬN 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO 82
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 83

MỞ ĐẦU
Đồ án chia thành 3 chương
- Chương 1: tìm hiểu về mạng thông tin di động GSM
Tìm hiểu về cấu trúc hệ thống: bao gồm các thành phần hạ tầng cấu tạo nên mạng GSM, nhiệm vụ của từng khối, phương thức hoạt động
Tìm hiểu về các giao diện vô tuyến, là môi trường mà các khối giao tiếp với nhau, các tiêu chuẩn giao tiếp, quy định về tốc độ Các loại kênh vô tuyến, cách mã hóa và điều chế tín hiệu, cách thức truyền tín hiệu
Tìm hiểu về trạm BTS về cấu trúc, về nguyên lý hoạt động
- Chương 2: tìm hiểu về mạng thông tin di động WCDMA
Tìm hiểu về cấu trúc tổng quát, các phần tử cơ bản trong mạng
Tìm hiểu về giao diện vô tuyến, những phần tử mới so với mạng GSM, các kỹ thuật mới được sử dụng như phân tập phát thu
Tìm hiểu về trạm gốc của WCDMA là nút B
- Chương 3: mô phỏng BER của hai hệ thống
Xây dựng mô hình mô phỏng GSM và WCDMA. Rút ra các bảng số liệu về BER của hai hệ thống. Từ đó, rút ra kết luận về khả năng chống nhiễu của tín hiệu 3G WCDMA so với 2G GSM.