Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA Tên đề tài: Tổng quan công nghệ W-CDMA Sinh viên: Nguyễn Trung Tuấn GVHD: Th.S Trần Thanh Hà Lớp: 09LTĐT GVHD: Th.S Trần Thanh Hà SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA LỜI NÓI ĐẦU Nhu cầu trao đổi thông tin nhu cầu thiết yếu xã hội đại Các hệ thống thông tin di động với khản giúp người trao đổi thông tin lúc, nơi phát triển nhanh trở thành thiếu xã hội thông tin ngày Bắt đầu từ hệ thống thông tin di động hệ đời vào năm 1946, hệ thống thông tin di động số hệ (2G) đời với mục tiêu chủ yếu hỗ trợ dịch vụ thoại truyền số lệu tốc độ thấp Hệ thống thông tin di động 2G đánh dấu thành công công nghệ GSM với 70% thị phần thông tin di động toàn cầu Trong tương lai, nhu cầu dịch vụ số liệu ngày tăng có khản vượt thông tin thoại Hệ thống thông tin di động hệ (3G) đời nhằm thỏa mãn nhu cầu người dịch vụ số liệu tốc độ cao như: điện thoại thấy hình, video streaming, hội nghị truyền hình, nhắn tin đa phương tiện (MMS)…Đến hệ thống thông tin di động hệ thứ (3G) đưa vào khai thác thương mại nhiều nước giới Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động hệ thứ ba triển khai cuối năm 2009 Đối với nhà khai thác mạng di động GSM đích 3G hệ thống thông tin di động CDMA băng rộng (W-CDMA) theo chuẩn IMT2000 Xuất phát từ định hướng mà em chọn đề tài nghiên cứu 3G Đề tài “Tổng quan công nghệ W-CDMA” gồm có chương: Chƣơng 1: Giới thiệu hệ thống thông tin di động Chƣơng 2: Mạng GSM giải pháp nâng cấp lên 3G Chƣơng 3: Công nghệ W-CDMA Trong trình thực đồ án em nhận giúp đỡ tận tình thầy giáo Th.S Trần Thanh Hà Mặc dù có nhiều cố gắng việc hoàn thành đồ án với thời gian trình độ có hạn nên đồ án có nhiều thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp dẫn thêm từ thầy cô bạn Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Trần Thanh Hà giúp em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực GVHD: Th.S Trần Thanh Hà SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA Nguyễn Trung Tuấn GVHD: Th.S Trần Thanh Hà SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA AUC AMR ATM BTS BSS BSC BSIC BCCH BPSK BER BS CSPDN CCH CCCH CGI CI CDMA CN CS CTCH CC CRC DTCH DSSS ETSI EIR EDGE ECSD BẢNG TRA CỨU CÁC TỪ VIẾT TẮT A Authentication Centre Trung tâm nhận thực Adaptive Multi Rate Mã hóa nhiều tốc độ thích ứng Asynchronous Tnsfer Mode Chế độ truyền không đồng B Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc Base Station Subsystem Hệ thống trạm gốc Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc Base Transceiver Station Mã nhận dạng trạm thu phát gốc Identity Code Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá Binary Phase Shift Keying Điều chế pha nhị phân Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit Base Station Trạm gốc C Circuit Switch Public Data Mạng số liệu công cộng chuyển Network mạch theo mạch Control Channel Kênh điều khiển Common Control Channel Kênh điều khiển chung Cell Global Identity Số nhận dạng ô Cell Identity Số nhận dạng tế bào Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã Core Network Mạng lõi Circuit Switching Chuyển mạch kênh Common Traffic Channel Kênh lưu lượng chung Convolutional Code Mã xoắn Cyclic Redundance Check Kiểm tra độ dư vòng D Deticated Traffic Channel Kênh lưu lượng dành riêng Direct Sequence Spread Trải phổ dãy trực tiếp Spectrum E European Telecommunications Viện tiêu chuẩn viễn thông Chân Âu Standards Institute Equipment Identification Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị Enhanced Data tes for GSM Tốc độ số liệu tăng cường để phát Evolution triển GSM Enhanced Circuit Switched Data Tăng cường liệu chuyển mạch kênh F GVHD: Th.S Trần Thanh Hà SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA FDMA FSK FB FCCH FACCH FDD FHSS GSM GMSC GMSK GPRS GGSN GSN 3GPP Frequency Division Multiple Access Frequency Shift Keying Frequency Correction Burst Frequency Correction Channel Fast Associated Control Channel Frequency Division Duplex Frequency Hopping Spreading Spectrum G Global System for Mobile Communication Gateway MSC Gaussian Minimum Shift Keying General Packet Radio Service GPRS Support Node GPRS Support Node Third Generation Partnership Pecject Đa truy nhập phân chia theo thời gian Điều chế số theo tần số tín hiệu Cụm hiệu chỉnh tần số Kênh hiệu chỉnh tần số Kênh điều khiển liên kết nhanh Song công phân chia theo tần số Trải phổ nhảy tần Hệ thống viễn thông toàn cầu Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động cổng Điều chế khóa dịch pha cực tiểu Gauss Dịch vụ vô tuyến gói chung Nút hỗ trợ cổng GPRS Nút hỗ trợ GPRS Tổ chức chuẩn hóa công nghệ mạng thông tin di động tế bào H HLR HSCSD HPSK ISDN IWF IMEI IMSI IP IF LA LAI LAC Bô ghi định vị trường trú Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao Điều chế pha hỗn hợp Home Location Register High Speed Circuit Switched Data Hybrid Phase Shift Keying I Integrated Service Digital Mạng số liên kết đa dịch vụ Network Interworking Function Các chức tương tác International Mobile Equipment Số nhận dạng di động quốc tế Identity International Mobile Subciber Số nhận dạng thuê bao di động quốc Identity tế Internet Protocol Giao thức Internet Intermediate Frequency Trung tần L Location Area Vùng định vị Location Area Identity Số nhận dạng vùng định vị Location Area Code Mã vùng định vị GVHD: Th.S Trần Thanh Hà SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA LLC MS MSC ME MSK MCC MNC MSIN MSRN MMS MAC NMC NSS OSS OMC PSTN PSPDN PLMN PCM PDP PN PACCH PCCCH PCPCH PSK PDCP PS PCCC Điều khiển kênh logic Logical Link Control M Mobile Station Mobile Service Switching Center Mobile Equipment Minimum Shift Keying Mobile Country Code Mobile Network Code Mobile Station Identification Number Mobile Station Roaming Number Multimedia Messaging Service Medium Access Control N Network Management Center Network Subsystem O Opration Subsystem Operation & Maintenance Center P Public Switch Telephone Network Packet Switched Public Data Network Public Land Mobile Network Pulse Code Modulation Packet Data Protocol Pseudo Noise Packet Associated Control Channel Packet Common Control Channel Physical Common Packet Channel Phase Shift Keying Packet Data Convergence Packet Switch Parallel Concatenated GVHD: Th.S Trần Thanh Hà Trạm di động Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động Thiết bị di động Điều chế khóa pha cực tiểu Mã quốc gia mạng di động Mã mạng thông tinn di động Số nhận dạng trạm di động Số lưu động thuê bao di động Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện Điều khiển truy nhập môi trường Trung tâm quản lý mạng Phân hệ mạng Hệ thống khai thác Trung tâm quản lý bảo dưỡng Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói Mạng di động mặt đất công cộng Điều chế xung mã Giao thức liệu gói Mã giả tạp âm Kênh điều khiển liên kết gói Kênh điều khiển gói chung Kênh gói chung vật lý Khóa dịch pha Giao thức hội tụ số liệu gói Chuyển mạch gói Mã xoắn móc nối song song SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA Convolutional Code R RACH RLC RF RNC RNS RANAP Kênh truy nhập ngẫu nhiên Điều khiển liên kết vô tuyến Tần số sóng mang Bộ điều khiển mạng vô tuyến Hệ thống mạng vô tuyến Phần ứng dụng truy nhập mạng vô tuyến Random Access Channel Radio Link Control Radio Frequency Radio Network Controller Radio Network Subsystem Radio Access Network Application Part S SS SIM SCH SMS SN SGSN SNR SF Hệ thống chuyển mạch Modul nhận dạng thuê bao Kênh đồng Dịch vụ tin ngắn Số thuê bao Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS Tỷ lệ tín hiệu tạp âm Hệ số trải phổ Switching Subsystem Subscriber Identity Module Synchoronization Channel Short Message Service Subcriber Number Serving GPRS Support Node Signal to Noise Ratio TDMA T Time Division Multiple Access TRAU Transcoder/Rate Adapter Unit TCH TAF TCP TDD Traffic Channel Terminal Adaptation Function Transmission Control Protocol Time Division Duplex TS THSS Time Slot Time Hopping Spreading Spectrum UMTS UTRAN UE USIM VLR Đa truy nhập phân chia theo thời gian Khối chuyển đổi mã thích ứng tốc độ Kênh lưu lượng Chức thích ứng đầu cuối Giao thức điều khiển truyền dẫn Song công phân chia theo thời gian Khe thời gian Trải phổ nhảy thời gian U Universal Mobile Hệ thống viễn thông di động toàn cầu Telecommunication System UMTS Terrestrial Radio Access Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất Network UMTS User Equipment Thiết bị người sử dụng UMTS Subscriber Identity Modul nhận dạng thuê bao UMTS Module V Visistor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú GVHD: Th.S Trần Thanh Hà SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA W Giao thức ứng dụng không dây Đa truy cập phân mã băng rộng WAP Wireless Application Protocol W-CDMA Wideband Code Division Multiple Access 1G First Generation 2G Second Generation 3G Third Generation GVHD: Th.S Trần Thanh Hà Thế hệ thứ Thế hệ thứ Thế hệ thứ SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA MỤC LỤC CHƢƠNG I GIỚI THIỆU CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Giới thiệu chương 1.2 Hệ thống thông tin di động hệ (1G) 1.3 Hệ thống thông tin di động hệ (2G) 1.4 Hệ thống thông tin di động hệ (3G) 1.4.1 Các mạng 3G 1.4.2 Các dịch vụ ứng dụng thông tin di động hệ thứ (3G) 1.5 Hệ thống thông tin di động hệ 1.6 Kết luận chương 10 CHƢƠNG II MẠNG GSM VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CẤP LÊN 3G 2.1 Giới thiệu chung GSM 11 2.1.1 Giới thiệu GSM 11 2.1.2 Lịch sử mạng 11 2.1.3 Các tiêu kĩ thuật mạng GSM 11 2.1.4 Phương pháp truy nhập mạng GSM 13 2.2 Cấu trúc hệ thống thông tin di động GSM 14 2.2.1 Cấu trúc hệ thống 14 2.2.2 Chức phần tử hệ thống 15 GVHD: Th.S Trần Thanh Hà SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA 2.3 Các trường hợp thông tin 17 2.3.1 Các trạng thái máy di động MS 17 2.3.2 Thủ tục nhập mạng 18 2.3.3 Lưu động cập nhật vị trí 18 2.3.4 Các trường hợp gọi 18 2.3.5 Thủ tục rời mạng 21 2.3.6 Các trường hợp chuyển giao 21 2.4 Dịch vụ bảo mật GSM 23 2.4.1 Các dịch vụ GSM 23 2.4.2 Bảo mật GSM 24 2.5 Kỹ thuật vô tuyến GSM 26 2.5.1 Mã hóa kênh 26 2.5.2 Điều chế 27 2.6 Nâng cấp lên 3G 29 2.6.1 Các tiêu chí nâng cấp GSM lên 3G 29 2.6.2 Giải pháp nâng cấp 30 2.7 Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM (EDGE) 31 2.7.1 Kỹ thuật điều chế EDGE 32 2.7.2 Giao tiếp vô tuyến 33 2.8 Kết luận chương 34 CHƢƠNG III CÔNG NGHỆ W-CDMA 3.1 Giới thiệu chương……… .…………………………………35 3.2 Cấu trúc mạng ……………………………………………………… 35 GVHD: Th.S Trần Thanh Hà 10 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA băng tần trải phổ, mà hệ thống sử dụng băng tần có hiệu đồng thời tận dụng ưu điểm trải phổ Ở phía thu, máy thu khôi phục tín hiệu gốc cách nén phổ ngược với trình trải phổ bên máy phát Có ba phương pháp trải phổ sau: - Trải phổ dãy trực tiếp (DSSS - Direct Sequence Spreading Spectrum): Thực trải phổ cách nhân tín hiệu nguồn với tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ chip cao nhiều so với tốc độ bit - Trải phổ nhảy tần (FHSS - Frequency Hopping Spreading Spectrum): Hệ thống FHSS thực trải phổ cách nhảy tần số mang tập tần số Mẫu nhảy tần có dạng mã ngẫu nhiên Tần số khoảng thời gian chip T c cố định không đổi Tốc độ nhảy tần thực nhanh chậm, hệ thống nhảy tần nhanh nhảy tần thực tốc độ cao tốc độ bit tin, hệ thống nhảy tần thấp ngược lại - Trải phổ nhảy thời gian (THSS - Time Hopping Spreading Spectrum): Thực trải phổ cách nén khối bit số liệu phát ngắt quãng hay nhiều khe thời gian Mẫu nhảy tần thời gian xác định khe thời gian sử dụng để truyền dẫn khung Trong hệ thống DSSS, tất người sử dụng dùng chung băng tần phát tín hiệu họ đồng thời Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên xác để lấy tín hiệu cách nén phổ Các tín hiệu khác xuất dạng nhiễu phổ rộng, công suất thấp giống tạp âm Trong hệ thống FHSS THSS người sử dụng ấn định mã ngẫu nhiên cho cặp máy phát dùng chung tần số khe thời gian, máy phát tránh bị xung đột Nói cách khác DSSS kiểu hệ thống lấy trung bình, FHSS THSS kiểu hệ thống tránh xung đột Hệ thống thông tin di động công nghệ CDMA sử dụng DSSS nên ta xét kỹ thuật trải phổ GVHD: Th.S Trần Thanh Hà 64 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA DSSS 3.5.2 Nguyên lý trải phổ DSSS Trải phổ dãy trực tiếp (DSSS - Direct Sequence Spreading Spectrum): Thực trải phổ cách nhân tín hiệu nguồn với tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ chip cao nhiều so với tốc độ bit Hiệu trình trải rộng độ rộng băng tức thời dạng sóng theo hệ số N với mức công suất tín hiệu làm cho mật độ phổ công suất tín hiệu trở nên thấp giống tạp âm Tốc độ chip tín hiệu giả ngẫu nhiên tốc độ bit tính theo công thức sau : Rc = 1/Tc Rb = 1/Tb Trong : Rc : tốc độ chip tín hiệu giả ngẫu nhiên Rb : tốc độ bit Tc : thời gian chip Tb : thời gian bit GVHD: Th.S Trần Thanh Hà 65 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA Tb = T n Tb = T n Tc Tb: Thời gian bit luồng số cần phát Tn: Chu kỳ mã giả ngẫu nhiên dùng cho trải phổ Hình 3.9 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) 3.5.3 Mã trải phổ Các tín hiệu trải phổ băng rộng tạo cách sử dụng chuỗi mã giả tạp âm PN (Pseudo Noise) Mã giả tập âm gọi mã giả ngẫu nhiên có tính chất thống kê tạp âm trắng AWGN (Additive White Gaussian Noise) có biểu ngẫu nhiên, bất xác định Tuy nhiên máy thu cần biết mã để tạo cách xác đồng với mã phát để giải mã tin Vì mã giả ngẫu nhiên phải hoàn toàn xác định Mã giả ngẫu nhiên tạo ghi dịch có mạch hồi tiếp tuyến tính (LFSR : Linear Feedback Shift Register) cổng XOR GVHD: Th.S Trần Thanh Hà 66 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA g1 gm-1 g2 ggg m1 ci ci-m Si(1) Si(2) Si(m) Si(j) : Là giá trị phần tử nhớ j ghi dịch xung đồng hồ i gi = : khóa mở, gi = : khóa đóng Hình 3.10 Mạch ghi dịch tạo chuỗi PN Đến điều chế Một chuỗi ghi dịch hồi tiếp tuyến tính xác định đa thức tạo mã tuyến tính g(x) bậc m (m > 0) : g(x) = gmxm + gm-1xm-1 + …+ g1x + g0 với gm = g0 = xm : Đơn vị trễ Giả sử ta nạp chuỗi giá trị khởi đầu cho ghi dịch : S0 = {S0(1), S0(1), …S0(m)} Giá trị đầu (m -1) xung đồng hồ : C0 = S0(m) C1 = S0(m-1) … Cm-1 = S0(1) Tại xung đồng hồ thứ i (i > m-1) ta có trạng thái ghi dịch : Si(m) = Si-1(m-1) = Si-2(m-2) = …= Si-m+1(1) Si-m+1(1) = g1Si-m(1) + g2Si-m(2) + …+ Si-m(m) (*) (gm = 1) => Si(m) = g1Si-m(1) + g2Si-m(2) + …+ Si-m(m) GVHD: Th.S Trần Thanh Hà 67 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA Áp dụng công thức (*), ta có : Si(m) = g1Si-1(m) + g2Si-2(m) + …+ Si-m(m) Giá trị đầu xung thứ i giá trị phần tử nhớ Si(m) ghi dịch: Ci = g1Ci-1 + g2Ci-2 + …+ Ci-m hay Ci+m = g1Ci+m-1 + g2Ci+m-2 + …+ Ci Tốc độ mạch bị hạn chế tốc độ tổng thời gian trễ độ mạch tạo mã ngẫu nhiên ta sử dụng sơ đồ mạch sau : g1 Si(1) g2 gm-1 Si(2) ci Si(m) Si(j) : Là giá trị phần tử nhớ j ghi dịch xung đồng hồ i gi = 0: khóa mở, gi = 1: khóa đóng Đến điều chế Hình 3.11 Mạch ghi dịch tạo chuỗi PN tốc độ cao 3.6 TRUY NHẬP GÓI 3.6.1 Tổng quan truy nhập gói W-CDMA Truy nhập gói W-CDMA cho phép vật mang thời gian thực sử dụng động kênh chung, riêng dùng chung Việc sử dụng kênh khác điều khiển lập biểu gói PS (Packet Scheduler) Bộ lập biểu gói thường đặt RNC việc lập biểu gói thực hiệu cho nhiều ô, xem xét kết nối chuyển giao mềm Bộ lập biểu gói có chức sau : - Phân chia dung lượng giao diện vô tuyến người sử dụng GVHD: Th.S Trần Thanh Hà 68 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA - Phân chia kênh truyền tải để sử dụng cho truyền dẫn số liệu người sử dụng - Giám sát phân bổ gói tải hệ thống 3.6.2 Lƣu lƣợng số liệu gói Truy nhập gói sử dụng cho dịch vụ không theo thời gian thực, nhìn từ quan điểm giao diện vô tuyến có thuộc tính điển hình sau : - Số liệu gói có dạng cụm, tốc độ bit yêu cầu biến đổi nhanh - Số liệu gói cho phép trễ lớn dịch vụ thời gian thực Vì số liệu gói lưu lượng điều khiển xét theo quan điểm mạng truy nhập vô tuyến - Các gói phát lại lớp điều khiển kết nối vô tuyến (RLC) Điều cho phép sử dụng chất lượng đường truyền vô tuyến tỷ số lỗi khung cao so với dịch vụ thời gian thực Lưu lượng gói đặc trưng thông số sau : - Quá trình đến phiên Phiên dịch vụ gói Cuộc gọi gói Thời gian đọc Thời gian Kích thước gói Hình 3.12 Đặc trưng phiên dịch vụ gói GVHD: Th.S Trần Thanh Hà 69 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA - Số gọi đến phiên - Thời gian đọc gọi - Số gói gọi gói - Khoãng thời gian hai gói gọi gói - Kích thước gói 3.6.3 Các phƣơng pháp lập biểu gói Chức lập biểu gói phân chia dung lượng giao diện vô tuyến khả dụng người sử dụng Bộ lập biểu gói định tốc độ bit phân bổ thời gian phân bổ Thuật toán lập biểu gói W-CDMA thực theo hai phương pháp : phân chia theo mã phân chia theo tần số Trong phương pháp phân chia theo mã, có nhu cầu tăng dung lượng tốc độ bit phân bổ cho người sử dụng giảm Trong phương pháp phân chia theo thời gian biểu dung lượng dành cho số người theo thời điểm, người sử dụng có tốc độ bit cao sử dụng thời gian ngắn Trong trường hợp số người sử dụng tăng phải đợi truyền dẫn lâu Thực tế trình lập biểu gói kết hợp hai phương pháp 3.6.3.1 Lập biểu phân chia theo thời gian Khi lập biểu phân chia thời gian phân bổ tốc độ gói, cần xét đến hiệu vô tuyến Thông thường dịch vụ tốc độ bit cao đòi hỏi lượng bit hơn, phân chia theo thời gian có ưu điểm Eb/No thấp Ngoài thời gian trễ trung bình phương pháp ngăn so với phương pháp phân chia theo mã Nhược điểm phương pháp phân chia thời gian : - Thời gian truyền dẫn ngắn việc thiết lập giải phóng kết nối đòi hỏi thời gian dài chí đến vài khung - Việc sử dụng phân bổ theo thời gian bị hạn chế dải tốc độ cao hạn chế công suất MS đường lên GVHD: Th.S Trần Thanh Hà 70 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA - Phương pháp sử dụng tốc độ bit cao tạo lưu lượng dạng cụm, điều dẫn đến thay đổi cao mức nhiễu so với lập biểu phân chia theo mã 3.6.3.2 Lập biểu phân chia theo mã Trong lập biểu phân chia theo mã tất người sử dụng ấn định kênh họ cần chúng Nếu nhiều người sử dụng gói yêu cầu lưu lượng tốc độ bit phải thấp lập biểu theo thời gian Các ưu điểm phương pháp : - Trong lập biểu phân chia theo mã, việc thiết lập giải phóng gây tổn thất dung lượng tốc độ bit thấp thời gian truyền dẫn lâu Do tốc độ bit thấp việc phân bổ tài nguyên lập biểu gói phân chia theo mã đòi hỏi nhiều thời gian lập biểu gói phân chia theo thời gian Điều cho phép dự báo mức nhiễu - Lập biểu phân chia theo mã tĩnh động Trong lập biểu tĩnh, tốc độ bit phân bổ trì cố định suốt thời gian kết nối Trong lập biểu độngs, tốc độ bit thay đổi để phù hợp với lưu lượng gói - Phương pháp lập biểu đòi hỏi khả MS thấp 3.7 THIẾT LẬP MỘT CUỘC GỌI TRONG W-CDMA UMTS GVHD: Th.S Trần Thanh Hà 71 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA UE MSC/ VLR RNC CCCH: Yêu cầu kết nối RRC CCCH: Thiết lập kết nối RRC DCCH:Kết nối RRC hoàn thành RANAP: Bản tin UE khởi đầu (Yêu cầu dịch vụ CM) DCCH: Truyền trực tiếp khởi đầu DCCH: Truyền trực tiếp (Yêu cầu nhận thực) RANAP: Truyền trực tiếp (Yêu cầu nhận thực) DCCH: Truyền trực tiếp (Trả lờì nhận thực) RANAP: Truyền trực tiếp (Trả lời nhận thực) DCCH: Lệnh chế độ bảo mật RANAP: Lệnh chế độ bảo mật DCCH: Hoàn thành chế độ bảo mật RANAP:Hoàn thành chế độ bảo mật DCCH: Truyền trực tiếp (Thiết lập) RANAP: Truyền trực tiếp (Thiết lập) RANAP: Truyền trực tiếp (Tiếp tục gọi) DCCH: Truyền trực tiếp (Tiếp tục gọi) RANAP: Yêu cầu ấn định RAB DCCH:Thiết lập vật mang hay lặp lại cấu hình vật mang vô tuyến DCCH: Thiết lập vật mang vô tuyến hoàn thành hay lặp lại cấu hình hoàn thành RANAP: Hoàn thành ấn định RAB DCCH: Truyền trực tiếp (Báo chuông) RANAP: Truyền trực tiếp (Báo chuông) DCCH:Truyền trực tiếp (Kết nối) RANAP: Truyền trực tiếp (Kết nối) DCCH:Truyền trực tiếp (Công nhận kết nối) RANAP: Truyền trực tiếp công nhận kết nối Hình 3.13 Thủ tục thiết lập gọi W-CDMA Quá trình bắt đầu yêu cầu truy nhập từ UE Yêu cầu truy nhập phát GVHD: Th.S Trần Thanh Hà 72 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA kênh truyền tải FACH kênh truyền tải CPCH Bản tin phát yêu cầu để thiết lập kết nối RRC trước thực giao dịch báo hiệu hay thiết lập vật mang Yêu cầu kết nối RRC bao gồm lý yêu cầu kết nối RNC trả lời tin thiết lập kết nối RRC Bản tin phát kênh logic CCCH (thường truyền kênh truyền tải FACH) Nếu kênh truyền tải DCH cấp phát tin thiết lập kết nối RRC mã ngẫu nhiên để UE sử dụng đường lên UE trả lời RNC tin kết nối RRC hoàn thành Bản tin mang kênh logic DCCH đường lên Sau UE phát tin cho mạng lõi Bản tin phát tin truyền trực tiếp khởi đầu lúc chưa có thiết lập quan hệ báo hiệu trực tiếp UE mạng lõi Bản tin thị cho RNC mạng lõi cần thiết lập quan hệ báo hiệu nối UE mạng lõi RNC đặt tin truyền trực tiếp khởi đầu vào tin UE khởi đầu RANAP (Radio Access Network Applocation Part phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến), RANAP giao thức báo hiệu Iu , gửi tin đến mạng lõi Trong trường hợp tin gửi đến MSC Việc chọn MSC hay SGSN phụ thuộc vào thông tin tiêu đề tin truyền khởi đầu phát từ UE Tiếp theo MSC khởi đầu thủ tục bảo an Thủ tục bắt đầu nhận thực nguyên tắc hiệu lệnh - trả lời giống GSM Ở có điểm khác UE mạng nhận thực lẫn Nghĩa mạng không phát số ngẫu nhiên đến UE để nhận trả lời mà phát thẻ nhận dạng mạng AUTN (Authentication Token Network) tính toán độc lập mạng HLR để so sánh với AUTN tính toán độc lập UE SIM UE phát yêu cầu nhận thực cách phát tin truyền trực tiếp RANAP giao thức RRC Nếu nhận thực thành công, UE phát trả lời tin trả lời nhận thực để MSC kiểm tra Bản tin mang cách sử dụng khả truyền trực tiếp RANAP RRC GVHD: Th.S Trần Thanh Hà 73 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA Sau mạng lõi khởi đầu thủ tục mã hóa MSC gửi tin lệnh chế độ bảo mật RRC đến UE UE trả lời MSC tin RANAP Hoàn thành chế độ bảo mật Tại thời điểm này, thông tin thiết lập gọi thực số điện thoại bị gọi gửi tin thiết lập từ UE đến MSC cách sử dụng báo hiệu truyền trực tiếp Nếu xử lý gọi này, MSC trả lời tin tiến hành gọi Sau RNC cần thiết lập vật mang truy nhập vô tuyến B để truyền tải luồng tiếng thực người sử dụng B vật mang UE mạng lõi để truyền tải số liệu người sử dụng Tiếng số liệu gói B đặt hay nhiều vật mang vô tuyến giao diện vô tuyến Mỗi B có số nhận dạng riêng để sử dụng trình báo hiệu UE mạng Mạng lõi phát yêu cầu thiết lập B thông qua tin yêu cầu ấn định B RANAP Trên sở thông tin yêu cầu ấn định B, RNC thiết lập vật mang vô tuyến cho UE lập lại cấu hình vật mang UE hoạt động RNC sử dụng tin RRC thiết lập vật mang vô tuyến lập lại cấu hình vật mang vô tuyến để hướng dẫn UE sử dụng vật mang lập lại cấu hình UE trả lời tin thiết lập vật mang vô tuyến hoàn thành tin lập lại cấu hình vật mang vô tuyến hoàn thành RNC trả lời MSC tin RANAP hoàn thành ấn định B Lúc có đường dẫn vật mang từ UE đến MSC Phần lại trình thiết lập gọi hoàn toàn giống thiết lập gọi GSM bao gồm: Các tin báo chuông, kết nối xác nhận kết nối truyền báo hiệu truyền trực tiếp 3.8 KẾT LUẬN CHƢƠNG: chương trình bày cách ngắn gọn đầy đủ công nghệ W-CDMA cấu trúc mạng W-CDM, giao diện vô tuyến, giải pháp kỹ thuật, kỹ thuật trải phổ, truy nhập gói Dựa kiến thức tổng quan để xây dựng mạng W-CDMA có chất lượng cao GVHD: Th.S Trần Thanh Hà 74 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Trước bùng nổ nhu cầu truyền thông không dây số lượng, chất lượng loại hình dịch vụ, công nghệ GSM phát triển để hỗ trợ đáp ứng Tuy nhiên, tốc độ mạng GSM thời chậm không đáp ứng được, điều đòi hỏi nhà khai thác phải có công nghệ truyền thông không dây nhanh tốt Việc sử dụng hệ thống chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD) nâng tốc độ liệu mạng GSM lên đến 57.6KBps, nhiên công nghệ chưa đáp ứng thích đáng yêu cầu mặt kỹ thuật Giải pháp GPRS, EDGE mạng GSM sau nâng cấp lên W-CDMA giải pháp khả thi thích hợp với nước phát triển nước ta tận dụng sở hạ tầng mạng GSM đồng thời có quỹ đầu tư để tiến lên 3G Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS tạo tốc độ cao chủ yếu nhờ vào kết hợp khe thời gian, nhiên kỹ thuật dựa phương thức điều chế GMSK nên hạn chế tốc độ truyền Giải pháp dịch vụ vô tuyến gói chung nâng cao EDGE khắc phục hạn chế cách thay phương thức điều chế GMSK 8PSK, điều giúp nâng cao tốc độ mạng GPRS lên đến lần Khó khăn chủ yếu liên quan đến kỹ thuật vô tuyến máy đầu cuối việc thay đổi kỹ thuật điều chế Tuy nhiên EDGE hoạt động dựa trên sở chuyển mạch kênh chuyển mạch gói hạn chế tốc độ 384KBps nên khó khăn việc ứng dụng dịch vụ đòi hỏi việc chuyển mạch linh động tốc độ truyền liệu lớn Lúc giải pháp đưa nâng cấp lên hệ thống WCDMA Việc nâng cấp hệ thống thông tin di động lên hệ ba đáp ứng yêu cầu Trong tương lai, mà công nghệ 3G không đáp ứng yêu cầu công nghệ thông tin di động hệ tư giải pháp với tốc độ lên tới 34Mbps Điểm mấu chốt thông tin di động hệ tư thay đổi phương pháp đa truy cập kinh điển phương pháp đa truy cập cho hiệu suất cao phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số trực giao GVHD: Th.S Trần Thanh Hà 75 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA (OFDMA), đa truy cập phân chia theo hội (ODMA) Trong khuôn khổ đề tài em tìm hiểu tổng quát giải pháp nâng cấp mạng GSM lên W-CDMA Do có nhiều chuẩn nâng cấp nhiều giải pháp nâng cấp tập đoàn viễn thông khác nên đề tài đưa bước lộ trình nâng cấp kiến trúc hệ thống kỹ thuật vô tuyến số sở lý thuyết mà sâu vào giải pháp chi tiết Đồng thời việc đưa giải pháp CDMA băng thông rộng tối ưu cho GSM Việt Nam chưa thực GVHD: Th.S Trần Thanh Hà 76 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA Hình DANH MỤC HÌNH VẼ Tên hình Trang Hình 1.1 Khái niệm hệ thống FDMA Hình 1.2 Khái niệm hệ thông TDMA Hình 1.3 Khái niệm hệ thống CDMA Hình 1.4 Lộ trình phát triển hệ thống thông tin di động 3G Hình 1.5 Các dịch vụ đa phương tiện hệ thống thông tin di động hệ ba Hình 2.1 Băng tần mở rộng GSM Hình 2.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian Hình 2.3 Đa truy nhập phân chia theo tần số Hình 2.4 Mô hình hệ thống GSM Hình 2.5 Các trường hợp cập nhật vị trí Hình 2.6 Gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định Hình 2.7 Gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động Hình 2.8 Chuyển giao gọi bên BSC Hình 2.9 Chuyển giao gọi BSC Hình 2.10 Chuyển giao gọi MSC Hình 2.11 Ví dụ mã hoá Hình 2.12 Cấu tạo nguyên lý FSK Hình 2.13 Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G Hình 3.1 Cấu trúc UMTS Hình 3.2 Cấu trúc UE Hình 3.3 Cấu trúc UTRAN Hình 3.4 Cấu trúc mạng lõi CN Hình 3.5 Mã hoá xoắn sử dụng đường truyền xuống hệ thống W-CDMA Hình 3.6 Mã hoá xoắn sử dụng đường truyền lên hệ thống W-CDMA Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý điều chế BPSK Hình 3.8 Khoảng cách hai tín hiệu BPSK Hình 3.9 Trải phổ chuổi trực tiếp Hình 3.10 Mạch ghi dịch tạo chuỗi PN Hình 3.11 Mạch ghi dịch tạo chuỗi PN tốc độ cao Hình 3.12 Đặc trưng phiên dịch vụ gói Hình 3.13 Thủ tục thiết lập gọi W-CDMA GVHD: Th.S Trần Thanh Hà 77 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn 12 13 13 14 18 19 20 22 22 23 26 28 31 38 39 39 41 46 47 48 49 53 54 55 57 59 Đồ Án Tổng Hợp Đề Tài: Tổng Quan Về Công Nghệ W-CDMA TÀI LIỆU THAM KHẢO Thông tin di động GSM – TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Học viện Công nghệ Bưu - Viễn thông, Nhà xuất Bưu điện 1999 Hệ thống thông tin di động W-CDMA – KS Nguyễn Văn Thuận, Học viện Công nghệ Bưu - Viễn thông Thông tin di động hệ (tập 1,2) – TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Nhà xuất Bưu điện Lý thuyết trải phổ đa truy nhập vô tuyến – TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Học viện Công nghệ Bưu - Viễn thông, Nhà xuất Bưu điện 2004 Các Website: www.google.com.vn www.diendandientu.com www.picvietnam.net www.vntelecom.org.vn www.quantrimang.com www.dientuvietnam.net số trang web khác GVHD: Th.S Trần Thanh Hà 78 SVTH: Nguyễn Trung Tuấn