Luận Văn WCDMA và giải pháp nâng cấp mạng GSM lên WCDMA

Lời giới thiệu
Cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ như điện tử, tin học Công nghệ thông tin di động trong những năm qua đã phát triển rất mạnh mẽ cung cấp các loại hình dịch vụ đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng. Kể từ khi ra đời vào cuối năm 1940 cho đến nay thông tin di động đã phát triển qua nhiều thế hệ và đã tiến một bước dài trên con đường công nghệ.
Trong thế kỷ 21, thế giới đã chứng kiến sự bùng nổ về nhu cầu truyền thông không dây cả về số lượng, chất lượng và các loại hình dịch vụ. Tuy nhiên, theo đánh giá thì công nghệ truyền thông không dây hiện thời vẫn còn quá chậm và không đáp ứng được các yêu cầu về dịch vụ mới đặc biệt là các dịch vụ truyền số liệu đa phương tiện. Điều này đòi hỏi các nhà khai thác phải có được công nghệ truyền thông không dây nhanh hơn và tốt hơn. Để đáp ứng yêu cầu đó, ngay từ những năm đầu của thập kỷ 90 người ta đã tiến hành nghiên cứu, hoạch định hệ thống thông tin di động thế hệ ba. ITU-R đang tiến hành công tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000, còn ở châu Âu ETSI đang tiến hành tiêu chuẩn hóa phiên bản này với tên gọi là UMTS (Universal Mobile Telecommunnication System). Mục tiêu trước mắt là tăng tốc độ bit truyền từ 9.5Kbps lên 2Mbps. Công nghệ này sẽ nâng cao chất lượng thoại, và dịch vụ dữ liệu sẽ hỗ trợ truyền thông đa phương tiện đến các thiết bị không dây.
Có nhiều chuẩn thông tin di động thế hệ ba được đề xuất, trong đó chuẩn W-CDMA đã được ITU chấp thuận và hiện nay đang được triển khai ở một số khu vực. Hệ thống W-CDMA là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di động thế hệ hai sử dụng công nghệ TDMA như GSM, PDC, IS-136 .W-CDMA sử dụng công nghệ CDMA đang là mục tiêu hướng tới của các hệ thống thông tin di động trên toàn thế giới, điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn hóa giao diện vô tuyến công nghệ truyền thông không dây trên toàn cầu.
Hiện nay, mạng thông tin di động của Việt Nam đang sử dụng công nghệ GSM, tuy nhiên mạng GSM không đáp ứng được các yêu cầu về dịch vụ mới cũng như đòi hỏi chất lượng dịch vụ ngày càng cao của người sử dụng. Do đó việc nghiên cứu và triển khai mạng thông tin di động thế hệ ba W-CDMA là một điều tất yếu. Xuất phát từ những suy nghĩ như vậy nên em đã quyết định chọn đề tài: "WCDMA và giải pháp nâng cấp mạng GSM lên WCDMA".
Nội dung đồ án gồm 4 chương :
Chương 1: Giới thiệu các hệ thống thông tin di động
Chương này trình bày tổng quan về quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động và sự cần thiết của việc xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba.
Chương 2: Mạng GSM và giải pháp nâng cấp lên 3G
Trình bày kiến trúc mạng GSM và các kỹ thuật vô tuyến số áp dụng trong mạng GSM. Đề xuất các giải pháp nâng cấp hệ thống thông tin di động thế hệ 2 lên thế hệ ba và khái quát lộ trình nâng cấp mạng GSM lên W-CDMA.
Chương 3 : Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS và EDGE
Giới thiệu về dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS) và dịch vụ vô tuyến gói chung nâng cao (EDGE). Các giải pháp kỹ thuật trong bước tiến triển từ GSM sang GPRS và hiệu quả đạt được. Giải pháp GPRS cho mạng GSM Việt Nam.
Chương 4 : Công nghệ W-CDMA
Giới thiệu Công nghệ thông tin di động thế hệ 3 W-CDMA. Các giải pháp kỹ thuật khi nâng cấp mạng GPRS & EDGE lên W-CDMA.
Trong quá trình làm đề tài, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, sai lầm. Em rất mong nhận được sự phê bình, hướng dẫn và sự giúp đỡ của Thầy cô, bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của cô giáo ThS Lê Thị Cẩm Hà cùng các Thầy cô trong khoa để em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này.
Quy Nhơn, ngày tháng 6 năm 2010
Sinh viên thực hiện


M ỤC L ỤC
Trang
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG1
1.1. Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1. 1
1.2. Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2. 2
1.2.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA3
1.2.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA4
1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3. 5
1.4. Hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo. 7
CHƯƠNG 2: MẠNG GSM VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CẤP LÊN 3G9
2.1. Đặc điểm chung. 9
2.2. kiến trúc của hệ thống GSM . 10
2.2.1. kiến trúc mạng. 10
2.2.1.1. Phân hệ trạm gốc (BSS). 11
2.2.1.2. Phân hệ chuyển mạch (SS). 12
2.2.1.3. Phân hệ khai thác và hỗ trợ (OSS). 13
2.2.2. kiến trúc địa lý. 14
2.2.2.1. Vùng mạng : Tổng đài vô tuyến cổng (Gateway - MSC). 14
2.3.2.2.Vùng phục vụ MSC/VLR14
2.3.2.3.Vùng định vị LA (Location Area). 14
2.3.2.4.Cell15
2.3. Kỹ thuật vô tuyến số trong GSM . 15
2.3.1. Mã hóa kênh. 15
2.3.1.1. Mã khối16
2.3.1.2. Mã xoắn. 17
2.4.2.Điều chế. 18
2.4.3.Phương pháp đa truy cập trong GSM . 21
2.4.4.Giao tiếp vô tuyến. 22
2.4. Quản lý tài nguyên vô tuyến RRM (Radio Resoucre Management). 23
2.5.1.Quản lý di động MM (Mobility Manegement). 23
2.5.2.Quản lý cập nhật vị trí23
2.5.3.Quản lý chuyển giao (Handover). 24
2.5. Các thủ tục thông tin. 24
2.5.1. Đăng nhập thiết bị vào mạng. 24
2.5.2. Chuyển vùng. 25
2.5.3. Thực hiện cuộc gọi25
2.5.3.1. Cuộc gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định. 25
2.5.3.2. Cuộc gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động. 26
2.5.3.3. Cuộc gọi từ thiết bị di động đến thiết bị di động. 27
2.5.4. Kết thúc cuộc gọi27
2.6. Nâng cấp GSM lên W-CDMA27
2.6.1. Sự cần thiết nâng cấp mạng GSM lên 3G27
2.6.2. Giải pháp nâng cấp. 28
CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP GPRS TRÊN MẠNG GSM . 31
3.1.Kiến trúc mạng GPRS. 31
3.1.1.Node GSN32
3.1.1.1.Cấu trúc. 32
3.1.1.2.Thuộc tính của node GSN33
3.1.1.3.Chức năng. 34
3.2.2.Mạng Backbone. 35
3.2.3.Cấu trúc BSC trong GPRS. 36
3.3.Cấu trúc dữ liệu GPRS. 37
3.4.Các giải pháp nâng cấp lên GPRS cho mạng GSM Việt Nam . 38
3.4.1.Giải pháp của hãng Alcatel (Pháp). 38
3.4.2.Giải pháp của hãng Ericson (Thụy Điển). 39
3.4.3.Giải pháp của hãng Motorola (Mỹ). 39
3.4.4.Giải pháp của hãng Siemen (Đức). 40
3.5.EDGE (Enhanced Data rate for GSM Evolution). 41
3.5.1.Tổng quan. 41
3.5.2.Kỹ thuật điều chế trong EDGE41
3.5.3.Giao tiếp vô tuyến. 42
3.5.3.1.Truyền dẫn chuyển mạch gói EDGE – EGPRS. 43
3.5.3.2.Truyền dẫn chuyển mạch kênh EDGE – ECSD43
3.5.4.Các kế hoạch cần thực hiện khi áp dụng EDGE trên mạng GSM . 44
3.5.4.1.Kế hoạch phủ sóng (Coverage Planning). 44
3.5.4.2.Kế hoạch tần số (Frequency Planning). 45
3.5.4.3.Điều khiển công suất. 45
3.5.4.4.Quản lý kênh. 45
CHƯƠNG 4: CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ BA W-CDMA47
4.1.Cấu trúc mạng W-CDMA48
4.1.1.Giao diện vô tuyến. 51
4.1.1.1.Giao diện UTRAN – CN, IU. 52
4.1.1.2.Giao diện RNC – RNC, IUr53
4.1.1.3.Giao diện RNC – Node B, IUb. 54
4.2.Các giải pháp kỹ thuật trong W-CDMA54
4.2.1.Mã hóa. 54
4.2.1.1.Mã vòng. 54
4.2.1.2.Mã xoắn. 56
4.2.1.3.Mã Turbo. 56
4.2.2.Điều chế BIT/SK và QPSK57
4.2.2.1.Điều chế BIT/SK57
4.2.2.2.Điều chế QPSK58
4.3.Trải phổ trong W-CDMA60
4.3.1.Giới thiệu. 60
4.3.2.Nguyên lý trải phổ DSSS. 61
4.3.3.Mã trải phổ. 62
4.4.Truy nhập gói64
4.4.1.Tổng quan về truy nhập gói trong W-CDMA64
4.4.2.Lưu lượng số liệu gói65
4.4.3.Các phương pháp lập biểu gói66
4.4.3.1.Lập biểu phân chia theo thời gian. 66
4.4.3.2.Lập biểu phân chia theo mã. 67
4.5.Quy hoạch mạng WCDMA67
4.5.1 Suy hao đường truyền trong quá trình truyền lan tín hiệu. 68
4.5.1.1. Tạp âm và can nhiễu. 68
4.5.2. Mô hình tính suy hao đường truyền. 68
4.5.2.1. Mô hình Hata - Okumura. 68
4.5.2.2 Mô hình Walfisch-Ikegami (hay COST 231). 70
4.5.2.3 quan hệ giữa suy hao đường truyền dẫn và vùng phủ sóng. 73
4.5.2.4. Một số khái niệm cần quan tâm . 74
4.5.3. Dung lượng kết nối vô tuyến. 75
4.5.4 Suy giảm đường truyền lớn nhất cho phép. 77
4.5.5.Tối ưu mạng. 78
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI79