Tài liệu Nghiên cứu mạng thông tin di động cdma vấn đề quy hoạch và ứng dụng mạng

PhÝ thÞ thu h»ng Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi -----o0o----- LuËn v¨n th¹c sü khoa häc ®iÖn tö viÔn th«ng Nghiªn cøu m¹ng th«ng tin di ®éng CDMA - vÊn ®Ò quy ho¹ch vµ øng dông m¹ng PhÝ thÞ thu h»ng 2003 – 2005 Hµ Néi – 11/2005 Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi -----o0o----- LuËn v¨n th¹c sü khoa häc Nghiªn cøu m¹ng th«ng tin di ®éng CDMA - vÊn ®Ò quy ho¹ch vµ øng dông m¹ng ngµnh : ®iÖn tö viÔn th«ng PhÝ thÞ thu h»ng Ng−êi h−íng dÉn khoa häc PGS Ph−¬ng xu©n nhµn Hµ Néi – 11/2005 LuËn v¨n tèt nghiÖp Môc lôc Trang Môc lôc Danh môc c¸c tõ viÕt t¾t Danh môc c¸c b¶ng biÓu Danh môc c¸c h×nh vÏ, ®å thÞ Lêi giíi thiÖu ................................................................................................ 1 Ch−¬ng 1 : Tæng quan vÒ kü thuËt tr¶i phæ vµ c«ng nghÖ CDMA ........................................................................... 3 1.1 Giíi thiÖu chung ................................................................................ 3 1.1.1 LÞch sö ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ CDMA ..................................... 6 1.1.2 ¦u ®iÓm cña c«ng nghÖ CDMA ................................................... 6 1.2 C«ng nghÖ CDMA .......................................................................... 12 1.2.1 Thu ph¸t tÝn hiÖu trong CDMA................................................... 12 1.2.2 §Æc ®iÓm cña hÖ thèng CDMA................................................... 13 1.3 Kü thuËt tr¶i phæ.............................................................................. 23 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 Giíi thiÖu chung vÒ hÖ thèng tr¶i phæ......................................... 23 Tr¶i phæ trùc tiÕp......................................................................... 23 Kh¸i niÖm hÖ thèng tr¶i phæ ....................................................... 24 §Æc tÝnh hÖ thèng tr¶i phæ trùc tiÕp ............................................ 26 Chuçi gi¶ ngÉu nhiªn .................................................................. 30 1.4 M· ho¸ tho¹i vµ m· ho¸ kªnh ....................................................... 32 1.4.1 M· ho¸ tho¹i ............................................................................... 32 1.4.2 M· ho¸ kªnh................................................................................ 37 Ch−¬ng 2 : C«ng nghÖ CDMA 2000 1x.............................. 39 2.1 Giíi thiÖu c«ng nghÖ CDMA2000 1x........................................... 39 2.1.1 Gi¶i ph¸p hiÖu qu¶ ®Ó sö dông tÇn sè ......................................... 39 2.1.2 Hç trî tho¹i vµ d÷ liÖu tèc ®é cao ............................................... 40 2.1.3 ChÊt l−îng cuéc gäi trong CDMA 2000 1x:............................... 41 2.2 KiÕn tróc m¹ng CDMA2000 1x ................................................... 41 2.2.1 S¬ ®å kiÕn tróc m¹ng CDMA2000 1x......................................... 41 PhÝ ThÞ Thu H»ng Khoa §iÖn Tö ViÔn Th«ng LuËn v¨n tèt nghiÖp 2.2.2 NhiÖm vô chøc n¨ng c¸c thµnh phÇn .......................................... 42 2.2.2.1 M¹ng lâi .............................................................................. 42 2.2.2.2 M¹ng truy cËp v« tuyÕn – RAN.......................................... 44 2.2.2.3 M¹ng d÷ liÖu gãi – PDN (Packet Data Network) ............... 45 2.2.2.4 Gi¶i ph¸p qu¶n lý m¹ng ...................................................... 46 2.2.3 CÊu tróc ®Þa lý hÖ thèng th«ng tin di ®éng CDMA2000 1x ....... 48 2.3 §−êng truyÒn v« tuyÕn vµ thiÕt kª quy m« m¹ng ....................... 49 2.3.1 ThiÕt kÕ ®−êng truyÒn v« tuyÕn .................................................. 49 2.3.2 TÝnh to¸n dung l−îng « ............................................................... 49 2.3.3 LËp kÕ ho¹ch phñ sãng................................................................ 51 2.3.4 C¸c m« h×nh truyÒn sãng ............................................................ 51 2.3.4.1 M« h×nh Hata – Okumura ................................................... 52 2.3.4.2 M« h×nh Walficsh_Ikegami (COST 231)............................ 53 2.4 C¸c dÞch vô cung cÊp ...................................................................... 55 2.4.1 C¸c dÞch vô c¬ b¶n ...................................................................... 55 2.4.2 C¸c dÞch vô gia t¨ng gi¸ trÞ kh¸c ................................................ 55 Ch−¬ng 3 : C«ng nghÖ CDMA 2000 1x EV-DO ...................57 3.1 H−íng ph¸t triÓn .............................................................................. 57 3.2 C¸c ®Æc ®iÓm míi cña CDMA2000 1xEV-DO ........................... 58 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.2.6 VÊn ®Ò t¨ng tèc côm d÷ liÖu ........................................................ 58 C¬ chÕ thÝch øng tèc ®é cña EV-DO ........................................... 59 M« h×nh ®iÒu chÕ vµ m· ho¸ tiªn tiÕn.......................................... 60 Ph©n cùc marco qua viÖc lùa chän v« tuyÕn ................................ 61 GhÐp kªnh hiÖu qu¶ khi sö dông ph©n cùc ®a ng−êi dïng .......... 61 C¸c tÝnh n¨ng kh¸c cña EV-DO................................................... 62 Ch−¬ng 4 : Ph−¬ng ph¸p quy ho¹ch m¹ng th«ng tin di ®éng thÕ hÖ 3 CDMA 2000 1x – øng dông t¹i ViÖt Nam.......................................................... 66 4.1 Më ®Çu ............................................................................................ 66 4.2 Quy ho¹ch dung l−îng m¹ng ......................................................... 67 4.2.1 MËt ®é l−u l−îng........................................................................ 68 PhÝ ThÞ Thu H»ng Khoa §iÖn Tö ViÔn Th«ng LuËn v¨n tèt nghiÖp 4.2.2 T¶i hÖ thèng ................................................................................ 68 4.2.3 CÊp dÞch vô.................................................................................. 68 4.2.3.1 M« h×nh Erlang-B ............................................................... 68 4.2.3.2 M« h×nh Erlang-C ............................................................... 70 4.2.4 Mét sè kh¸i niÖm kh¸c ............................................................... 71 4.2.4.1 NhgÏn mÒm trong hÖ thèng ................................................ 71 4.2.4.2 NghÏn cøng trong hÖ thèng................................................. 72 4.2.5 Dung l−îng hÖ thèng................................................................... 73 4.2.5.1 Dung l−îng tuyÕn lªn (MS -> BTS) .................................... 73 4.2.5.2 Dung l−îng tuyÕn xuèng (BTS -> MS)............................... 76 4.3 Quy ho¹ch vïng phñ sãng .............................................................. 77 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 Quü ®−êng truyÒn ....................................................................... 77 Vïng phñ sãng ®−êng lªn (Reverse Link, Up Link)................... 78 Vïng phñ sãng ®−êng xuèng (Forward Link, Down Link) ........ 79 C©n b»ng tuyÕn (Link Balance)................................................... 80 4.4 Quy ho¹ch ®é lÖch ®Þnh thêi .......................................................... 80 4.4.1 Chuçi PN ng¾n ............................................................................ 81 4.4.2 Cïng ®Ö lÖch ®Þnh thêi (Co-PN Offset)....................................... 83 4.4.3 §é lÖch PN cËn kÒ (Adjacent PN offset) .................................... 85 4.5 Tèi −u ho¸ hÖ thèng ...................................................................87 4.5.1 Kü thuËt tèi −u ho¸ m¹ng............................................................ 87 4.5.2 Kü thuËt gi¸m s¸t kªnh ............................................................... 87 4.5.2.1 TuyÕn xuèng ...................................................................... 87 4.5.2.2 TuyÕn lªn ........................................................................... 88 4.5.3 Tham sè ®iÒu khiÓn c«ng suÊt..................................................... 88 4.5.4 KÝch th−íc cöa sæ t×m kiÕm ........................................................ 90 4.5.4.1 Cöa sæ t×m kiÕm Cöa sæ t×m kiÕm A (SRCH_WIN_A) ...... 90 4.5.4.2 Cöa sæ t×m kiÕm N&R (SCRH_WIN_N & SCRH_WIN_R) .............................................................. 94 4.5.5 Tèi −u tr−êng............................................................................... 95 4.5.5.1 C−êng ®é lÖch pha .............................................................. 95 4.5.5.2 FER (Tû lÖ mÊt khung) ....................................................... 96 4.5.5.3 Vïng phñ sãng tuyÕn xuèng ............................................... 96 4.5.5.4 NhiÔu tuyÕn xuèng.............................................................. 96 PhÝ ThÞ Thu H»ng Khoa §iÖn Tö ViÔn Th«ng LuËn v¨n tèt nghiÖp 4.5.5.5 Vïng phñ sãng tuyÕn lªn .................................................... 97 4.5.5.6 NhiÔu tuyÕn lªn .................................................................. 97 4.6 M¹ng th«ng tin di ®éng CDMA triÓn khai t¹i ViÖt Nam............ 98 4.6.1 Giíi thiÖu m¹ng S-fone ............................................................... 98 4.6.2 S¬ ®å cÊu h×nh ............................................................................ 99 4.6.3 Ph©n hÖ m¹ng lâi......................................................................... 99 4.6.3.1 Trung t©m chuyÓn m¹ch MSC ............................................ 99 4.6.3.2 Khèi chøc n¨ng VMS........................................................ 102 4.6.3.3 Khèi chøc n¨ng nh¾n tin SMSC ........................................ 102 4.6.3.4 HÖ thèng tr¶ tiÒn tr−íc PPS............................................... 102 4.6.3.5 Khèi ®¨ng ký thuª bao th−êng tró VLR ........................... 103 4.6.3.6 Trung t©m tÝnh c−íc vµ ch¨m sãc kh¸ch hµng CSBS........ 103 4.6.3.7 PhÇn truyÒn b¸o hiÖu sè 7 ................................................. 103 4.6.4 Ph©n hÖ m¹ng truy nhËp............................................................ 103 4.6.5 Ph©n hÖ m¹ng truyÒn d÷ liÖu gãi............................................... 104 4.6.5.1 Nót chuyÓn m¹ch d÷ liÖu gãi PDSN ................................ 105 4.6.5.2 Trung t©m nhËn thùc d÷ liÖu AAA ................................... 105 4.6.5.3 M¹ng lâi d÷ liÖu DCN....................................................... 106 4.6.5.4 T¸c tö chÝnh HA................................................................ 106 4.6.6 C¸c dÞch vô cung cÊp ................................................................ 107 4.6.6.1 C¸c dÞch vô hÖ thèng......................................................... 107 4.6.6.2 Nhãm c¸c dÞch vô S-WAP ................................................ 108 4.6.6.3 C¸c dÞch vô kh¸c ............................................................... 109 4.6.7 Khu vùc phñ sãng...................................................................... 110 4.7 Mét sè kiÕn nghÞ vµ ®Ò xuÊt ......................................................... 110 KÕt luËn chung....................................................................................... 112 C¸c tµi liÖu tham kh¶o .......................................................................... 113 PhÝ ThÞ Thu H»ng Khoa §iÖn Tö ViÔn Th«ng LuËn v¨n tèt nghiÖp Danh môc c¸c tõ viÕt t¾t A Active Authentication, Authorization AAA & Accounting AC Authentication Center Adaptive Differential Pulse ADPCM Code Modulation ATM Asyschronous Transfer Mode ARQ Automatic Repeat Request Additive White Gaussian AWGN Noise BER Bit Error Rate BMS Base Management Station BPSK Binary Phase Shift Keying BSC Base Station Controller BSS Base Station Subsystem BTS Base Transceiver Station CAN CDMA CELP CRC CSBS CS DSSS EDGE EIP Central ATM Network Code Devision Multiple Access Code-Excited Linear Predictor Circle Redundency Check Customer Care Service & Billing System Control Subsystem Direct Sequence Spread Spectrum Enhanced Data Rates for GSM Evolution External Interface Procesor PhÝ ThÞ Thu H»ng Kªnh ho¹t ho¸ Trung t©m nhËn thùc thuª bao Trung t©m nhËn thùc thuª bao §iÒu xung m· vi sai thÝch øng KiÓu truyÒn dÉn kh«ng ®ång bé Yªu cÇu lÆp tù ®éng NhiÔu tr¾ng céng dõng Tû lÖ lçi bÝt Tr¹m qu¶n lý c¸c BSC §iÒu chÕ kho¸ dÞch pha nhÞ ph©n HÖ ®iÒu khiÓn tr¹m gèc Ph©n hÖ tr¹m gèc Tr¹m thu ph¸t gèc M¹ng chuyÓn m¹ch ATM trung t©m §a truy nhËp ph©n chia theo m· Dù ®o¸n tuyÕn tÝnh kÝch ho¹t theo m· KiÓm tra chÊt l−îng cña khung Trung t©m tÝnh c−íc vµ ch¨m sãc kh¸ch hµng Ph©n hÖ ®iÒu khiÓn Tr¶i phæ d·y trùc tiÕp N©ng cÊp tèc ®é d÷ liÖu cho sù ph¸t triÓn GSM Bé xö lý giao tiÕp bªn ngoµi Khoa §iÖn Tö ViÔn Th«ng LuËn v¨n tèt nghiÖp EVRC EV-DO EV-DV FA FAF FDMA FER FHSS GMSC GSM GPRS GoS HA HLR IP ISDN IS IMT2000 ITU-T LPC LSP MS MSC MIP NTS Enhanced Variable Rate Codec Evolution Data Only Evolution Data & Voice Frequency Allocation Floor Attennuation Factor Frequency Division Multiplex Access Frame Erase Rate Frequency Hopping Spread System Gateway MSC Global System for Mobile Communications General Packet Radio Service Grade of Service Home Agent Home Location Register Internet Protocal Intergrated Services Digital Network InterWorking Function International Mobile Communication 2000 International Telecommunication Union – Telecommunication Sector Linear Prediction Code Linear Spectrial Pairs Mobile Station Mobile Switching Center Moblie IP Network Terminal Server PhÝ ThÞ Thu H»ng M· ho¸ n©ng cao tèc ®é biÕn ®æi DÞch vô tèc ®é cao DÞch vô tèc ®é cao vµ tho¹i TÇn sè sö dông HÖ sè suy hao tÇng Truy nhËp ph©n kªnh theo tÇn sè Tû lÖ mÊt khung Tr¶i phæ nh¶y tÇn sè Cæng MSC HÖ thèng th«ng tin di ®éng toµn cÇu DÞch vô hç trî d÷ liÖu gãi Tæn thÊt dÞch vô T¸c tö chÝnh Khèi ®¨ng ký ®Þnh vÞ th−êng tró Giao thøc Internet M¹ng sè ®a dÞch vô Ph©n hÖ chuyÓn m¹ch m¹ng HÖ thèng th«ng tin di ®éng quèc tÕ n¨m 2000 HiÖp héi viÔn th«ng quèc tÕ M· dù ®o¸n tuyÕn tÝnh CÆp phæ tuyÕn tÝnh Tr¹m di ®éng, thuª bao Trung t©m chuyÓn m¹ch di ®éng Thuª bao dïng dÞch vô IP M¸y chñ ®Çu cuèi m¹ng Khoa §iÖn Tö ViÔn Th«ng LuËn v¨n tèt nghiÖp OA&M OMC PAM PCM PDN PDSN PN PPS PSK PSTN QCELP QoS QPSK RAN RELP RF SCP SMS SMSC SNR SS-F SS-ST SS-T SS-V SSP Operations, Administration & Maintenance Operation & Maintenance Center Pulse Amplitude Modulation Pulse Code Modulation Packet Data Network Packet Data Switch Node Pseudo Noise Prepaid Service Phase Shift Keying Public Switched Telephone Network Qualcomm Code-Excited Linear Predictor Quanlity of Service Quadrature Phase Shift Keying Radio Access Network Residual Excited Linear Prediction Radio Frequency Service Control Point Short Message Service Short Message Switching Center Signal to Noise Ratio Subsystem IWF Subsystem – Subscriber Trunk Subsystem Trunk Subsystem VMS Service Switched Point PhÝ ThÞ Thu H»ng VËn hµnh, qu¶n lý vµ b¶o d−ìng Trung t©m vËn hµnh vµ b¶o d−ìng §iÒu biªn xung §iÒu xung m· M¹ng d÷ liÖu gãi Nót chuyÓn m¹ch gãi M· gi¶ ngÉu nhiªn DÞch vô tr¶ tiÒn tr−íc §iÒu chÕ kho¸ dÞch pha M¹ng ®iÖn tho¹i c«ng céng Dù ®o¸n tuyÕn tÝnh kÝch ho¹t theo m· Qualcomm ChÊt l−îng dÞch vô §iÒu chÕ kho¸ dÞch pha cÇu ph−¬ng M¹ng truy cËp v« tuyÕn M· ho¸ dù ®o¸n tuyÕn tÝnh kÝch ho¹t phÇn d− TÇn sè v« tuyÕn §iÓm ®iÒu khiÓn dÞch vô DÞch vô tin nh¾n tin ng¾n Khèi chøc n¨ng nh¾n tin TØ sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu Ph©n hÖ giao tiÕp víi IWF Ph©n hÖ giao tiÕp trung kÕ vµ thuª bao Ph©n hÖ giao tiÕp trung kÕ Ph©n hÖ giao tiÕp víi VMS §iÓm chuyÓn m¹ch dÞch vô Khoa §iÖn Tö ViÔn Th«ng LuËn v¨n tèt nghiÖp TCH TDMA THSS VLR VMS WAP WCDMA WLL Traffic Channel Time Division Multiplex Access Time Hopped Spread Spectrum Visitor Location Register Voice Mail Service Wireless Application Protocal Bé ®¨ng ký ®Þnh vÞ t¹m tró DÞch vô hép th− tho¹i Giao thøc øng dông kh«ng d©y Wideband CDMA CDMA b¨ng réng Wireless Local Loop M¹ch vßng v« tuyÕn néi h¹t PhÝ ThÞ Thu H»ng Kªnh l−u l−îng Truy nhËp ph©n kªnh theo thêi gian Tr¶i phæ nh¶y thêi gian Khoa §iÖn Tö ViÔn Th«ng LuËn v¨n tèt nghiÖp Danh môc c¸c b¶ng biÓu B¶ng 1.1 : So s¸nh dung l−îng tho¹i gi÷a c¸c c«ng nghÖ ............................... 7 B¶ng 1.2 : So s¸nh tèc ®é d÷ liÖu gi÷a c¸c c«ng nghÖ. .................................... 7 B¶ng 1.3 : MÉu sö dông l¹i tÇn sè 4/12 ............................................................ 8 B¶ng 1.4 : B¶ng ph©n bæ tÇn sè cho mÉu 4/12 víi 40 tÇn sè. .......................... 8 B¶ng 1.5 : Gi¸ trÞ chuçi ra t¹i bé ghi dÞch håi tiÕp tuyÕn tÝnh ........................ 32 B¶ng 2.1 : B¶ng so s¸nh tèc ®é truyÒn d÷ liÖu cña c¸c hÖ thèng ................... 41 B¶ng 3.1 : So s¸nh th«ng l−îng gi÷a c¸c c«ng nghÖ. ..................................... 58 B¶ng 4.1: Tèc ®é sè liÖu cùc ®¹i 1x................................................................ 67 B¶ng 4.2: Tèc ®é sè liÖu cùc ®¹i 1xEV-DO................................................... 67 B¶ng 4.3: C¸c kiÓu chuyÓn giao vµ hÖ sè mµo ®Çu t−¬ng øng. ...................... 77 PhÝ ThÞ Thu H»ng Khoa §iÖn Tö ViÔn Th«ng LuËn v¨n tèt nghiÖp Danh môc c¸c h×nh vÏ, ®å thÞ Hình 1.1: C«ng nghÖ ph©n chia theo thêi gian vµ tÇn sè .......................... 4 Hình 1.2: Xu h−íng ph¸t triÓn cña th«ng tin di ®éng .............................. 5 Hình 1.3: S¬ ®å khèi thu / ph¸t CDMA.................................................. 13 Hình 1.4: C¸c qu¸ tr×nh ph©n tËp trong CDMA ..................................... 15 Hình 1.5: §iÒu khiÓn c«ng suÊt trong CDMA........................................ 16 Hình 1.6: ChuyÓn vïng mÒm gi÷a hai BTS ............................................ 19 Hình 1.7: Giao thoa tõ BTS bªn c¹nh ..................................................... 21 Hình 1.8: TÝn hiÖu tr¶i phæ trùc tiÕp DSSS ............................................. 24 Hình 1.9: Tr¶i phæ trùc tiÕp sö dông ®iÒu chÕ BPSK.............................. 27 Hình 1.10: Tr¶i phæ trùc tiÕp sö dông ®iÒu chÕ QPSK ............................. 29 Hình 1.11: Bé ghi dÞch håi tiÕp tuyÕn tÝnh .............................................. 31 Hình 1.12: M· ho¸ CELP cho LSP ........................................................... 34 Hình 1.13: M· ho¸ CELP cho c¸c gi¸ trÞ L, b, I, G.................................. 35 Hình 1.14: Gi¶i m· CELP cho tèc ®é 1, 1/2 vµ 1/4 ................................. 35 Hình 1.15: S¬ ®å chøc n¨ng m· ho¸ EVRC ............................................. 36 Hình 1.16: S¬ ®å khèi m· ho¸ cuén ......................................................... 37 Hình 2.1: M¹ng CDMA 2000 1X ........................................................... 39 Hình 2.2: S¬ ®å kiÕn tróc m¹ng CDMA 2000 1X................................... 42 Hình 2.3: S¬ ®å khèi m¹ng qu¶n lý ........................................................ 47 Hình 2.4: CÊu tróc ®Þa lý cña m¹ng CDMA 2000 1X............................. 48 Hình 3.1: S¬ ®å kiÕn tróc m¹ng CDMA 2000 1xEV-DO ....................... 59 Hình 3.2: S¬ ®å thÝch øng tèc ®é cña 1xEV-DO..................................... 60 Hình 3.3: Th«ng l−îng hÖ thèng trung b×nh t¨ng khi sö dông ph©n cùc ®a ng−êi dïng ............................................................................. 62 Hình 3.4: So s¸nh tèc ®é download gi÷a c¸c c«ng nghÖ......................... 65 Hình 4.1: Quan hÖ gi÷a sè kªnh vµ t¶i theo b¶ng Erlang-B .................... 69 Hình 4.2: Quan hÖ gi÷a sè kªnh vµ t¶i theo b¶ng Erlang-C .................... 70 PhÝ ThÞ Thu H»ng Khoa §iÖn Tö ViÔn Th«ng LuËn v¨n tèt nghiÖp Hình 4.3: M« pháng c¸c vïng chuyÓn giao mÒm.................................... 72 Hình 4.4 Sö dông anten sector ho¸ ®Ó gi¶m nhiÔu ................................. 75 Hình 4.5 Tr−êng hîp MS kh«ng thÓ ph©n biÖt ®−îc hai tr¹m gèc ......... 81 Hình 4.6 MS kh«ng nhËn d¹ng ®−îc tr¹m gèc ....................................... 82 Hình 4.7 M« pháng tr−êng hîp hai tr¹m gèc cã cïng PN offset ........... 84 Hình 4.8 Hai tr¹m gèc cã cïng PN Offset.............................................. 85 Hình 4.9 Tr−êng hîp hai tr¹m gèc cã PN cËn kÒ ................................... 85 Hình 4.10 Hai tr¹m gèc cã c¸c PN offset cËn kÒ trong miÒn thêi gian... 86 Hình 4.11 Cöa sæ A dïng ®Ó thu c¶ hai ®−êng A vµ B ............................ 91 Hình 4.12 SRCH_WIN_A vµ vïng chuyÓn giao mÒm lín h¬n ............... 92 Hình 4.13 SRCH_WIN_A vµ vïng chuyÓn giao mÒm nhá h¬n .............. 94 Hình 4.14 CÊu h×nh m¹ng CDMA cña S-fone ......................................... 99 Hình 4.15 CÊu h×nh ph©n hÖ m¹ng lâi ................................................... 100 Hình 4.16 CÊu h×nh trung t©m chuyÓn m¹ch MSC ................................ 100 Hình 4.17 VÞ trÝ cña SMSC trong m¹ng................................................. 102 Hình 4.18 S¬ ®å m¹ng truy nhËp ........................................................... 103 Hình 4.20 M¹ng d÷ liÖu gãi................................................................... 104 Hình 4.21 PhÇn cøng cña nót chuyÓn m¹ch m¹ng gãi PDSN................ 105 Hình 4.22 Trung t©m nhËt thùc thuª bao AAA ..................................... 106 Hình 4.23 VÞ trÝ cña HA trong m¹ng..................................................... 106 PhÝ ThÞ Thu H»ng Khoa §iÖn Tö ViÔn Th«ng LuËn v¨n tèt nghiÖp -1- Lêi nãi ®Çu Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, cïng víi sù ph¸t triÓn cña c¸c ngµnh c«ng nghÖ nh− ®iÖn tö, tin häc, c«ng nghÖ viÔn th«ng ®· ph¸t triÓn rÊt m¹nh mÏ vµ cung cÊp ngµy cµng nhiÒu c¸c dÞch vô míi ®a d¹ng, an toµn, chÊt l−îng cao ®¸p øng ngµy cµng tèt c¸c yªu cÇu cña kh¸ch hµng. ThÕ kû 21 lµ thÕ kû cña sù bïng næ th«ng tin v« tuyÕn, trong ®ã th«ng tin di ®éng ®ãng vai trß rÊt quan träng. Nhu cÇu vÒ th«ng tin di ®éng ngµy cµng t¨ng c¶ vÒ sè l−îng, chÊt l−îng vµ c¸c lo¹i h×nh dÞch vô. Nã ngµy cµng trë nªn rÊt phæ biÕn vµ kh«ng thÓ thiÕu trong x· héi hiÖn ®¹i. Nã kh«ng chØ ®ßi hái ®¸p øng ®−îc nh÷ng dÞch vô tho¹i truyÒn thèng th«ng th−êng mµ cßn phôc vô nhiÒu dÞch vô truyÒn t¶i th«ng tin kh¸c nhau nh− truyÒn sè liÖu, h×nh ¶nh, tæ hîp ®a dÞch vô … tèc ®é cao vµ b¨ng th«ng réng. ChÝnh ®iÒu nµy ®· ®ßi hái thÕ giíi lu«n ph¶i t×m kiÕm nh÷ng ph−¬ng thøc th«ng tin míi ngµy cµng −u viÖt h¬n. Vµ c«ng nghÖ CDMA ®· trë thµnh môc tiªu h−íng tíi cña lÜnh vùc th«ng tin di ®éng thÕ giíi. HiÖn nay t¹i ViÖt Nam ba m¹ng th«ng tin di ®éng GSM ( Mobifone, Vinaphone vµ Vietel ) ®ang sö dông c«ng nghÖ GPRS (General Packet Rate Service) truyÒn d÷ liÖu, nh−ng vÉn ch−a thÓ ®¸p øng ®−îc c¸c dÞch vô ®ßi hái b¨ng th«ng réng nh− truyÒn h×nh héi nghÞ. Trong bèi c¶nh ®ã th× viÖc ra ®êi m¹ng th«ng tin di ®éng øng dông c«ng nghÖ CDMA lµ gi¶i ph¸p h÷u hiÖu ®Ó gi¶i quyÕt nh÷ng vÊn ®Ò nµy. HiÖn t¹i ë ViÖt Nam cã 2 nhµ cung cÊp dÞch vô th«ng tin di ®éng øng dông c«ng nghÖ CDMA lµ Sµi Gßn Postel (S-fone) víi m¹ng CDMA2000 1x vµ VP Telecom víi m¹ng CDMA2000 1x EV-DO ®ang trong qu¸ tr×nh triÓn khai, thö nghiÖm vµ chuÈn bÞ ®−a vµo sö dông. Nh−ng ®Ó ®¶m b¶o duy tr× cho m¹ng ho¹t ®éng tèt l¹i lµ vÊn ®Ò kh«ng ®¬n gi¶n. §−îc sù h−íng dÉn nhiÖt t×nh cña PGS. Ph−¬ng Xu©n Nhµn, Tr−êng §¹i Häc B¸ch Khoa Hµ Néi, t¸c gi¶ ®· chän ®Ò tµi “Nghiªn cøu m¹ng th«ng tin di ®éng CDMA - VÊn ®Ò quy ho¹ch vµ øng dông m¹ng”. Ngoµi viÖc cung cÊp nh÷ng c¬ së lý thuyÕt vÒ c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng CDMA, luËn v¨n cßn nghiªn cøu vÊn ®Ò quy ho¹ch vµ tèi −u m¹ng ®Ó ®¶m b¶o cho m¹ng ho¹t ®éng hiÖu qu¶, an toµn vµ tèt nhÊt, ®ång thêi nã còng lµ c¬ së cho viÖc më réng m¹ng sau nµy. PhÝ ThÞ Thu H»ng Khoa §iÖn Tö ViÔn Th«ng LuËn v¨n tèt nghiÖp -2- Víi môc ®Ých ®ã luËn v¨n ®−îc chia thµnh 4 ch−¬ng nh− sau : Ch−¬ng 1 : Giíi thiÖu tæng quan vÒ kü thuËt tr¶i phæ vµ c«ng nghÖ CDMA. Ch−¬ng 2 : Giíi thiÖu C«ng nghÖ CDMA2000 1x víi kiÕn tróc m¹ng, thiÕt kÕ ®−êng truyÒn v« tuyÕn, thiÕt kÕ quy m« m¹ng. Ch−¬ng 3 : C«ng nghÖ CDMA2000 1x EV-DO vµ c¸c ®Æc ®iÓm míi. Ch−¬ng 4 : Ph−¬ng ph¸p quy ho¹ch m¹ng th«ng tin di ®éng CDMA2000 1x bao gåm quy ho¹ch dung l−îng m¹ng, quy ho¹ch vïng phñ sãng, quy ho¹ch ®é lÖch ®Þnh thêi, tèi −u ho¸ m¹ng vµ nghiªn cøu m¹ng CDMA ®−îc triÓn khai t¹i ViÖt Nam. Do giíi h¹n vÒ khu«n khæ còng nh− kh¶ n¨ng nghiªn cøu cña b¶n th©n cã h¹n nªn luËn v¨n kh«ng tr¸nh khái nh÷ng sai sãt. V× vËy rÊt mong nhËn ®−îc sù ®ãng gãp vµ phª b×nh cña c¸c thÇy c« gi¸o, còng nh− b¹n bÌ ®ång nghiÖp. T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n sù gióp ®ì nhiÖt t×nh cña PGS. Ph−¬ng Xu©n Nhµn, c¸c thÇy c« gi¸o vµ c¸c b¹n bÌ ®· gióp ®ì t«i hoµn thµnh bµi luËn v¨n tèt nghiÖp nµy. Hµ Néi, th¸ng 11/2005 Ng−êi thùc hiÖn PhÝ ThÞ Thu H»ng PhÝ ThÞ Thu H»ng Khoa §iÖn Tö ViÔn Th«ng LuËn v¨n tèt nghiÖp -3- Ch−¬ng 1 : Tæng quan vÒ kü thuËt tr¶i phæ vµ c«ng nghÖ CDMA 1.1 Giíi thiÖu chung 1.1.1 LÞch sö ph¸t triÓn cña CDMA ThÕ kû 21 ®−îc xem nh− kû nguyªn cña th«ng tin kü thuËt sè víi c¸c dßng bit dÞch chuyÓn toµn cÇu, hÕt nèi toµn thÕ giíi. Vµ con ng−êi ®· ph¶i thõa nhËn sù lÖ thuéc cña m×nh vµo thÕ giíi ®a truyÒn th«ng kü thuËt sè (Multimedia) kú diÖu nµy. TruyÒn th«ng di ®éng còng kh«ng n»m ngoµi vßng kÕt nèi ®ã víi hµng lo¹t c«ng nghÖ tiªn tiÕn tham gia phôc vô con ng−êi. HiÖn cã h¬n 50 quèc gia trªn thÕ giíi triÓn khai øng dông c«ng nghÖ CDMA víi trªn 100 m¹ng. LÞch sö ph¸t triÓn CDMA ®−îc b¾t ®Çu b»ng sù ra ®êi cña lý thuyÕt truyÒn th«ng tr¶i phæ trong thËp niªn 50. Víi hµng lo¹t c¸c −u ®iÓm ®i kÌm, truyÒn th«ng tr¶i phæ ®−îc øng dông trong th«ng tin qu©n sù Hoa Kú trong nh÷ng n¨m sau ®ã. §Õn thËp niªn 80, CDMA ®−îc phÐp th−¬ng m¹i ho¸ vµ chÝnh thøc ®−îc ®Ò xuÊt bëi Qualcomm, mét trong nh÷ng c«ng ty hµng ®Çu vÒ c«ng nghÖ truyÒn th«ng. CDMA ®−îc viÕt ®Çy ®ñ lµ Code Division Multiple Access, nghÜa lµ §a truy nhËp (§a ng−êi dïng) ph©n chia theo m·. GSM ph©n phèi tÇn sè thµnh nh÷ng kªnh nhá, råi chia xÎ thêi gian c¸c kªnh Êy cho ng−êi sö dông. Trong khi ®ã thuª bao cña m¹ng di ®éng CDMA chia sÎ cïng mét d¶i tÇn chung. Mäi kh¸ch hµng cã thÓ nãi ®ång thêi vµ tÝn hiÖu ®−îc ph¸t ®i trªn cïng 1 d¶i tÇn. C¸c kªnh thuª bao ®−îc t¸ch biÖt b»ng c¸ch sö dông m· ngÉu nhiªn. C¸c tÝn hiÖu cña nhiÒu thuª bao kh¸c nhau sÏ ®−îc m· ho¸ b»ng c¸c m· ngÉu nhiªn kh¸c nhau, sau ®ã ®−îc trén lÉn vµ ph¸t ®i trªn cïng mét d¶i tÇn chung vµ chØ ®−îc phôc håi duy nhÊt ë thiÕt bÞ thuª bao (m¸y ®iÖn tho¹i di ®éng) víi m· ngÉu nhiªn t−¬ng øng. ¸p dông lý thuyÕt truyÒn th«ng tr¶i phæ, CDMA ®−a ra hµng lo¹t c¸c −u ®iÓm mµ nhiÒu c«ng nghÖ kh¸c ch−a thÓ ®¹t ®−îc. PhÝ ThÞ Thu H»ng Khoa §iÖn Tö ViÔn Th«ng LuËn v¨n tèt nghiÖp -4- ViÖt Nam ®ang sö dông hÖ thèng th«ng tin di ®éng toµn cÇu GSM dùa trªn c«ng nghÖ TDMA. M¹ng sö dông chuÈn GSM ®ang chiÕm gÇn 50% thÞ phÇn trªn toµn cÇu, TDMA ngoµi chuÈn GSM cßn cã mét chuÈn kh¸c n÷a, hiÖn ®−îc sö dông chñ yÕu ë Mü Latinh, Canada, §«ng ¸, §«ng ¢u. Cßn c«ng nghÖ CDMA ®ang ®−îc sö dông nhiÒu ë Mü, Hµn Quèc … C«ng nghÖ ®a truy nhËp ph©n chia theo thêi gian TDMA lµ c«ng nghÖ truyÒn sãng kü thuËt sè, cho phÐp mét sè ng−êi dïng truy nhËp vµo cïng mét kªnh tÇn sè mµ kh«ng bÞ kÑt b»ng c¸ch ®Þnh vÞ nh÷ng r·nh thêi gian duy nhÊt cho mçi ng−êi dïng trong mçi kªnh. C«ng nghÖ nµy ®ßi hái vèn ®Çu t− ban ®Çu Ýt tèn kÐm h¬n CDMA. Cßn c«ng nghÖ ®a truy nhËp ph©n chia theo m· CDMA lµ c«ng nghÖ tr¶i phæ cho phÐp nhiÒu tÇn sè ®−îc sö dông ®ång thêi, m· ho¸ tõng gãi tÝn hiÖu sè b»ng mét m· kho¸ duy nhÊt vµ göi ®i. Bé nhËn CDMA chØ biÕt nhËn vµ gi¶i m·. C«ng nghÖ nµy cã tÝnh b¶o mËt tÝn hiÖu cao h¬n TDMA. Hình 1.1 C«ng nghÖ ph©n chia theo thêi gian vµ tÇn sè. Kh«ng chØ øng dông trong hÖ thèng th«ng tin di ®éng, CDMA cßn thÝch hîp sö dông trong viÖc cung cÊp dÞch vô ®iÖn tho¹i v« tuyÕn cè ®Þnh víi chÊt l−îng ngang b»ng hÖ thèng h÷u tuyÕn nhê ¸p dông kü thuËt m· ho¸ míi. §Æc biÖt c¸c hÖ thèng nµy cã thÓ triÓn khai vµ më réng nhanh vµ chi phÝ thÊp h¬n hÇu hÕt c¸c m¹ng h÷u tuyÕn kh¸c v× ®ßi hái Ýt tr¹m thu ph¸t. Trong tiÕn tr×nh ph¸t triÓn lªn c«ng nghÖ th«ng tin di ®éng thÕ hÖ thø 3 (3G) næi lªn hai h−íng ph¸t triÓn theo hai tiªu chuÈn chÝnh ®· ®−îc ITU-T c«ng nhËn lµ CDMA2000 vµ W-CDMA. Ch©u ¢u th× ph¸t triÓn theo xu h−íng: GSM -> GPRS -> EDGE -> WCDMA. PhÝ ThÞ Thu H»ng Khoa §iÖn Tö ViÔn Th«ng LuËn v¨n tèt nghiÖp -5- B¾c Mü, Hµn Quèc, Trung Quèc vµ mét sè n−íc kh¸c th× ph¸t triÓn theo xu h−íng: IS-95A -> IS-95B -> CDMA2000, CDMA ph¸t triÓn theo hai pha lµ CDMA 2000 1X vµ CDMA 2000 1xEV. Riªng NhËt B¶n th× ph¸t triÓn m¹ng PDC cña m×nh theo c¶ hai h−íng lµ W-CDMA (NTT Docomo, J-phone) vµ CDMA2000 (KDDI). Hình 1.2 Xu h−íng ph¸t triÓn cña th«ng tin di ®éng N¨m 1995, CDMA IS-95A lµ phiªn b¶n ®Çu tiªn ®−îc triÓn khai th−¬ng m¹i t¹i Hång K«ng qua Hutchison Telecom vµ phiªn b¶n cã tèc ®é truyÒn 14kbps nµy ®−îc thõa nhËn nh− mét trong nh÷ng hÖ thèng thuéc thÕ hÖ thø 2 (2G). N¨m 1996 CDMA b¾t ®Çu thèng trÞ trªn thÞ tr−êng B¾c Mü. N¨m 1997, IS-95B ®−îc ®−a ra víi nhiÒu c¶i tiÕn vÒ chÊt l−îng ®ång thêi tèc ®é truyÒn ®Õn 64kbps. §©y lµ thÕ hÖ di ®éng thø 2,5. Cïng n¨m nµy sè thuª bao CDMA trªn toµn thÕ giíi vµo xÊp xØ 8 triÖu thuª bao. N¨m 1998, CDMA2000 1x hç trî c¶ tho¹i vµ d÷ liÖu ®−îc ®−a vµo dù th¶o IMT 2000 (International Mobile Telecommunication 2000 - §Ò ¸n TruyÒn th«ng Di ®éng Quèc tÕ 2000) do ITU (International Telecommunication Union – Liªn minh viÔn th«ng quèc tÕ) so¹n th¶o ®Þnh nghÜa cho tiªu chuÈn truyÒn th«ng thÕ hÖ thø 3 (3G). Thuª bao CDMA lªn ®Õn 24 triÖu ng−êi trªn toµn thÕ giíi. PhÝ ThÞ Thu H»ng Khoa §iÖn Tö ViÔn Th«ng LuËn v¨n tèt nghiÖp -6- N¨m 1999, CDMA 2000 1x ®−îc c«ng nhËn lµ 3G vµ chÝnh thøc c«ng bè. Cuèi n¨m 1999, thÕ giíi ®· cã h¬n 50 triÖu thuª bao CDMA. N¨m 2000, hai nhµ khai th¸c hµng ®Çu t¹i Hµn Quèc lµ SK Telecom vµ LG Telecom triÓn khai th−¬ng m¹i hÖ thèng CDMA 2000 1x ®Çu tiªn trªn thÕ giíi. ThÕ giíi cã 80 triÖu thuª bao CDMA. N¨m 2001, CDMA2000 1xEV trë thµnh mét chuÈn cña 3G. Trong 3 th¸ng thõ 6 – 9/2002, tõ 127 triÖu thuª bao, CDMA ®· v−ît qua con sè 134 triÖu thuª bao CDMA. HÖ thèng CDMA 20001x thuéc 3G ®−îc c«ng bè ch−a ®Çy 2 n¨m ®· cã h¬n 20 nhµ khai th¸c víi sè thuª bao h¬n 24 triÖu. Trung b×nh mçi th¸ng t¨ng thªm 2 triÖu thuª bao. Kh«ng chØ truyÒn dÉn tho¹i, CDMA2000 1x cho phÐp truyÒn d÷ liÖu d¹ng gãi cung cÊp hµng lo¹t øng dông v« tuyÕn tèc ®é cao nh−: göi tin nh¾n trong m«i tr−êng ®a truyÒn th«ng, øng dông Internet cho c¸c thiÕt bÞ cÇm tay … 1.1.2 ¦u ®iÓm cña c«ng nghÖ CDMA C«ng nghÖ CDMA ®· thùc sù mang l¹i cho c¸c nhµ khai th¸c còng nh− ng−êi sö dông rÊt nhiÒu lîi Ých : - Dung l−îng hÖ thèng CDMA gÊp 8 - 10 lÇn hÖ thèng AMPS vµ 4 - 5 lÇn hÖ thèng GSM. - ChÊt l−îng cuéc gäi ®−îc n©ng cao. - ThiÕt kÕ hÖ thèng ®¬n gi¶n ho¸ do viÖc sö dông cïng mét d¶i tÇn sè ë mäi «. - N©ng cao sù b¶o mËt th«ng tin. - §Æc tÝnh phñ sãng ®−îc c¶i thiÖn, n©ng cao ph¹m vi phñ sãng. - T¨ng thêi gian ®µm tho¹i cho m¸y ®Çu cuèi. - D¶i th«ng ®−îc cung cÊp tuú theo yªu cÇu sö dông. • T¨ng dung l−îng hÖ thèng: Víi d¶i tÇn 10MHz th× W-CDMA chØ cã 2 sãng mang/ sector (mçi sãng mang 5MHz), cßn víi CDMA2000 th× cã tíi 7 sãng mang/sector (mçi sãng mang lµ 1,25MHz). Nh− vËy víi 62 kªnh l−u l−îng TCH/ sãng mang th× WCDMA cã tèi ®a 124 TCH/sector cßn CDMA2000 1X cã tíi 266 TCH/sector. PhÝ ThÞ Thu H»ng Khoa §iÖn Tö ViÔn Th«ng LuËn v¨n tèt nghiÖp -7- Víi c¸c gi¶ ®Þnh nh− trªn tõ b¶ng so s¸nh 1.1 ta thÊy dung l−îng tho¹i cña CDMA2000 1X lµ lín nhÊt trong c¸c c«ng nghÖ TDMA, GSM, WCDMA, do ®ã l−îng ng−êi sö dông cïng lóc lµ lín nhÊt. TDMA GSM GSM WCDMA CDMA 2000 1X Erl 37 21 ÷ 35 29 ÷ 47 111 ÷ 176 230.9 ÷ 328.7 User/Sector 48 29 ÷ 44 38 ÷ 58 124 ÷ 190 245 ÷ 343 7/21 4/12 3/9 1/1 1/1 Re-use B¶ng 1.1 : So s¸nh dung l−îng tho¹i gi÷a c¸c c«ng nghÖ GPRS EDGE WCDMA CDMA CDMA 2000 2000 1X 1xEV-DO Lưu lượng trung bình (Kbps) 256 768 1800 2450 11060 Mẫu tái sử dụng tần số 3/9 3/9 1/1 1/1 1/1 B¶ng 1.2 : So s¸nh tèc ®é d÷ liÖu gi÷a c¸c c«ng nghÖ. Qua b¶ng 1.2 ta thÊy tèc ®é sè liÖu cña CDMA2000 1x vµ 1xEV-DO lín h¬n rÊt nhiÒu so víi c¸c c«ng nghÖ dùa trªn nÒn GSM kh¸c nh− GPRS vµ EDGE, thËm chÝ h¬n c¶ W-CDMA. Nhê vµo kh¶ n¨ng truyÒn sè liÖu tèc ®é cao mµ CDMA2000 cã thÓ ®−a ra møc gi¸ dÞch vô truyÒn sè liÖu rÊt c¹nh tranh. 9 T¸i sö dông tÇn sè: Nguyªn t¾c c¬ b¶n cña th«ng tin di ®éng sè chia « lµ sö dông l¹i nhiÒu lÇn mét tÇn sè ë mçi vïng ®Þa lÝ nhÊt ®Þnh. Gi¶i ph¸p nµy cho phÐp n©ng dung l−îng m¹ng lín h¬n nhiÒu so víi c¸ch truyÒn thèng lµ phñ sãng mét vïng lín chØ víi mét site. Víi c«ng nghÖ GSM, viÖc sö dông l¹i tÇn sè lµ mét vÊn ®Ò hÕt søc quan träng, ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn dung l−îng còng nh− chÊt l−îng m¹ng, c¶ b¨ng tÇn ®−îc chia thµnh mét sè tÇn sè song c«ng nµo ®ã, c¸c tÇn sè nµy l¹i ®−îc chia thµnh c¸c nhãm tÇn sè, mçi nhãm ®−îc sö dông cho mét vïng gåm nhiÒu tr¹m BTS. Cïng nhãm tÇn sè nµy cã thÓ ®em sö dông cho vïng bªn c¹nh mµ kh«ng g©y hiÖn t−îng giao thoa ®ång kªnh, miÔn lµ kho¶ng PhÝ ThÞ Thu H»ng Khoa §iÖn Tö ViÔn Th«ng