Tài liệu Tối ưu hóa mạng 3 g

  • Số trang: 117 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 67 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 27127 tài liệu

Mô tả:

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ DUNG TỐI ƢU HÓA MẠNG 3 G 2013 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỤC LỤC CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG .......................... 10 1.1 Thông tin di động và sơ lƣợc phát triển ......................................................... 10 1.2.1. Hƣớng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA ..................... 14 1.2.2. Hƣớng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ CDMA 2000 ................ 15 1.3. Sự phát triển mạng UMTS 3G................................................................... 17 1.3.1 Định hƣớng công nghệ & dịch vụ theo tiêu chuẩn châu Âu do 3GPP qui định áp dụng cho mạng Vinaphone ........................................................ 17 1.3.2 Nội dung chủ yếu các phiên bản tiêu chuẩn 3GPP .............................. 17 1.4. Kết luận chƣơng ........................................................................................ 25 2.1. Cấu trúc hệ thống thông tin di động 3G .................................................... 26 2.1.1. Mô hình khái niệm .............................................................................. 26 2.1.2. Kiến trúc mạng thông tin di động 3G ................................................. 27 2.1.3. Cấu trúc quản lý tài nguyên ................................................................ 30 2.1.4. Cấu trúc dịch vụ UMTS ...................................................................... 31 2.1.5. Cấu trúc phân lớp của 3G ................................................................... 32 2.1.6. Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ ba ........................ 33 2.1.7. Đặc tính của hệ thống thông tin di động 3G ....................................... 35 2.1.8. Các loại thiết bị đầu cuối cho 3G........................................................ 36 2.1.8. Công nghệ 3G cho Việt Nam.............................................................. 37 2.2. Hệ thống truy nhập vô tuyến UMTS ........................................................ 38 2.2.1. Nguyên lý CDMA............................................................................... 38 2.2.2. Một số đặc trƣng lớp vật lý trong mạng truy nhập WCDMA ............ 41 2.2.3. Cấu trúc hệ thống vô tuyến UMTS ..................................................... 44 2.3. Quản lý tài nguyên mạng........................................................................... 47 2.3.1. Các chức năng trong quản lý tài nguyên vô tuyến ............................. 47 2.3.2. Các thủ tục lớp vật lý .......................................................................... 60 2.4. Kết luận chƣơng ........................................................................................ 64 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ CHƢƠNG 3: TỐI ƢU HÓA MẠNG UMTS...................................................... 67 3.1. Khái quát về lý thuyết tối ƣu hóa .............................................................. 67 3.1.1. Mục đích tối ƣu hóa ............................................................................ 67 3.1.2. Những điều cần biết trong việc tối ƣu hoá hệ thống........................... 67 3.1.3. Đo kiểm các chỉ số KPI trong mạng UMTS ....................................... 69 3.2. Các tham số đo kiểm năng lực KPI mạng lƣới ......................................... 73 3.2.1. Vùng phủ............................................................................................. 74 3.2.2. Chất lƣợng dịch vụ.............................................................................. 75 3.2.3. Di chuyển ............................................................................................ 81 3.2.4. Dung lƣợng ......................................................................................... 90 3.2.5. Sử dụng tài nguyên ............................................................................. 94 3.3. Kết luận chƣơng ........................................................................................ 96 CHƢƠNG 4: TỐI ƢU HÓA MẠNG UMTS CHO MẠNG VIETTEL KHU VỰC HÀ NỘI. ............................................................................................................... 97 4.1. Hiện trạng mạng Viettel ở khu vực Hà Nội. ............................................. 97 4.1.1. Tình hình phát triển kinh tế xã hội tại Hà Nội .................................... 97 4.1.2. Hiện trạng mạng Viettel khu vực Thành phố Hà Nội........................ 97 4.2 Tối ƣu tuyến đƣờng: ................................................................................... 98 4.2.1. Mục đích ............................................................................................. 98 4.2.2. Tổ chức thực hiện ............................................................................... 98 4.3. Kết luận chƣơng ...................................................................................... 115 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................ 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 117 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT 1xEVDO 1x evolution – Data Opitimized Pha 1 - Tối ưu dữ liệu 3G 3GPP Third Generation Third Generation Global Partnership Project Third Generation Global Partnership Project 2 Thế hệ 3 Dự án hội nhập toàn cầu thế hệ 3 Automatic Gain Control Adaptive Multi-Rate codec Advanced Mobile Phone System Asynchronous Transfer Mode Bộ điều khiển tăng ích tự động Bộ mã hoá và giải mã đa tốc độ thích nghi Hệ thống điện thoại di động tiên tiến (Mỹ) Chế độ truyền không đồng bộ Busy Hour Call Attempts Bit Error Rate Block Error Rate Binary Phase Shift Keying Base Station Controller Base Station Subsystem Base Station Identity Code Base Tranceiver Station Số cuộc gọi trong giờ bận Tốc độ lỗi bit. Tốc độ lỗi Block Khoá dịch pha nhị phân Bộ điều khiển trạm gốc Phân hệ trạm gốc Mã nhận dạng trạm gốc Trạm gốc The CDMA Development Group Code Division Multiple Access Core Netword Cylic Redundancy Check Nhóm phát triển CDMA Truy nhập phân chia theo mã Mạng lõi Mã vòng kiểm tra dư thừa 3GPP2 A. AGC AMR AMPS ATM B. BHCA BER BLER BPSK BSC BSS BSIC BTS C. CDG CDMA CN CRC D. DL DSSS DCCH E. EDGE EIRP ETSI F. FDD Đường xuống Downlink Direct Sequence Spread Spectrum Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp Kênh điều khiển số Digital Control Channel Enhanced Data Rates for Evolution Equivalent Isotropic Radiated Power European Telecommunication Standars Institute Các tốc độ dữ liệu tăng cường cho sự tiến hoá Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu Frequency Division Duplex Phương thức song công phân chia theo tần số 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA FER G. GGSN GPRS GP GPS GSM H. HLR HSCSD HSDPA HSUPA Frequency Division Multiple Access Frame Error Rate Tỷ số lỗi khung Gateway GPRS Support Node General Packet Radio Service Gain Processer Global Positioning System Global System for Mobile Telecommunication Nút hỗ trợ cổng GPRS Dịch vụ vô tuyến gói chung. Độ lợi xử lý Hệ thống định vị toàn cầu. Hệ thống viễn thông di động toàn cầu Home Location Registor High Speed Circuit Switched Data High Speed Downlink Packet Access High Speed Uplink Packet Access Handover Bộ đăng ký thường trú Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao Truy nhập gói lên xuống tốc độ cao HO I. International Mobile IMT – Telecommunication 2000 2000 IMT-DS Direct Sequence radio interface for IMT-2000 IMT-FT Frequency Time radio interface for IMT-2000 IMT- Multicarrier IMTInternet Protocol MC International Telecommunication IP Union ITU Chuyển giao Iub Iur K. KPI L. LOS LLC M. MAP ME MH MMS MGW MPLS Giao diện giữa RNC và nút B Giao diện giữa 2 RNC. Thông tin di động toàn cầu 2000 Giao diện vô tuyến trải trực tiếp cho IMT-2000 Giao diện vô tuyến theo thời gian IMT đa sóng mang. Giao thức Internet Liên hợp viễn thông quốc tế Key Performance Indicator Bộ chỉ thị hiệu năng chính. Line Of Sight Logical Link Control Tầm nhìn thẳng Điều khiển tuyến logic Mobile Application Protocol Mobile Equipment Mobile Host Multimedia Messaging Service Media Gateway Multiprotocol Label Switching Giao thức ứng dụng vô tuyến Thiết bị di động Máy chủ di động Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện Nút cổng của Softswitch 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MIMO MSC MSS O. OFDM OMC P. PCU PN PPS-IN PACCH PBCCH PCCCH PDCH PDN PLMN PSTN Q. QPSK R. RAM RAN RAT RNC RNS RRC RRM S. SFN SCP Multi Input Multi Output Mobile Service Switching Centre MSC Server Chuyển mạch nhãn đa giao thức Đa phân tập Anten In/Out Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động. Nút chuyển mạch của Softswitch Orthogonal Frequency Division Multiplexing Operation Mainternance Center Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Trung tâm điều hành quản lý khai thác Packet Control Unit Pseudo Noise Prepaid System – Interligent Netword Packet Associated Control Channel Packet Broadcast Control Channel Packet Common Control Channel Packet Data Channel Packet Data Network Public Land Mobile Network Đơn vị điều khiển gói Giả tạp âm Hệ thống điều khiển thuê bao trả trước IN Kênh điều khiển phối hợp gói Kênh điều khiển quảng bá gói Kênh điều khiển gói chung Kênh dữ liệu gói Mạng dữ liệu gói Mạng di động mặt đất công cộng Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch gói công cộng Quardrature Phase Shift Keying Khoá dịch pha cầu phương Radio Access Mode Radio Access Network Radio Access Technology Radio Network Controller Radio Network Subsystem Radio Resoure Control protocol Radio Resoure Management Chế độ truy nhập vô tuyến. Mạng truy nhập vô tuyến Công nghệ truy nhập vô tuyến. Bộ điều khiển mạng vô tuyến. Phân hệ mạng vô tuyến Giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến Thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến System Frame Number Service Control Point Số hiệu khung hệ thống. Nút hỗ trợ điều khiển dịch vụ trong PPSIN Nút hỗ trợ điều khiển dữ liệu trong PPSIN Nút hỗ trợ GPRS phục vụ Chuyển giao mềm. Giao thức khởi tạo phiên Tỷ số tín hiệu trên nhiễu Dịch vụ nhắn tin ngắn. SDP Service Data Point SGSN SHO SIP SIR SMS Serving GPRS Support Node Soft Handover Session Initiation Protocol Signal to Interference Ratio Short Messaging Service 6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Tỷ số tín hiệu trên tạp âm Điểm chuyển tiếp báo hiệu SNR Signal to Noise Ratio STP Signaling Transfer Point T. TDD Time Division Duplex TDMA TCH Time Division Multiple Access Traffic Channel TCP TDD TDMA TTA Trasmission Control Protocol Time Division Duplex Time Division Multiple Access Telecommunications Technology Association Giao thức điều khiển truyền Song công phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia theo thời gian Hiệp hội công nghệ viễn thông Universal Mobile Telecommunications System Universal Terrestrial Radio Access Hệ thống thông tin di động toàn cầu Visitor Location Register Virtual Private Network Bộ đăng ký tạm trú Mạng riêng ảo Wireless Application Protocol Wideband Code Division Multiple Access World Wide Web Giao thức ứng dụng vô tuyến Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng Trang Web U. UMTS UTRA V. VLR VPN W. WAP WCDMA WWW Phương thức song công phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia theo thời gian Kênh lưu lượng Truy nhập vô tuyến mặt đất của UMTS 7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G ........................................ 13 Hình 1.2: Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA 14 Hình 1.3: Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA 2000.......................... 15 Hình 1.4: Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R99..................................... 20 Hình 1.5: Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R4....................................... 21 Hình 1.6: Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R5 ....................................... 23 Hình 1.7: Mô hình cung cấp dịch vụ sử dụng giao thức SIP trên IMS ................ 24 Hình 2.1:Mô hình khái niệm mạng WCDMA ..................................................... 26 Hình 2.2: Kiến trúc tổng quát của một mạng di động .......................................... 27 Hình 2.3: Sơ đồ khối tổng quát của mạng thông tin di động thế hệ 3 ................. 28 Hình 2.4: Cấu trúc quản lý tài nguyên ................................................................. 31 Hình 2.5: Cấu trúc dịch vụ ................................................................................... 31 Hình 2.6:Cấu trúc phân lớp của mạng ................................................................. 32 Hình 2.7: Cấu trúc giao thức ở giao diện vô tuyến ............................................. 32 Hình 2.8: Môi trƣờng hoạt động IMT-2000......................................................... 34 Hình 2.9: Quá trình trải phổ và giải trải phổ ........................................................ 39 Hình 2.10: Các công nghệ đa truy nhập .............................................................. 40 Hình 2.11: Nguyên lý của đa truy nhập trải phổ .................................................. 41 Hình 2.12: Phân bố phổ tần cho UMTS châu Âu. ............................................... 42 Hình 2.13: Sơ đồ ánh xạ giữa các kênh khác nhau. ............................................. 43 Hình 2.14: Cấu trúc cell UMTS. .......................................................................... 44 Hình 2.15: Cấu trúc tổng thể hệ thống UMTS/GSM. .......................................... 45 Hình 2.16: Các vị trí điển hình của các chức năng RRM trong mạng WCDMA 49 Hình 2.17: Sự so sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm................... 54 Hình 2.18: Chuyển giao giữa các hệ thống GSM và WCDMA........................... 55 Hình 2.19: Thủ tục chuyển giao giữa các hệ thống ............................................. 56 Hình 2.20: Nhu cầu chuyển giao giữa các tần số sóng mang WCDMA.............. 57 Hình 2.21: Đƣờng cong tải ................................................................................... 58 8 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 2.22: Đo lƣờng trong mạng UMTS ............................................................. 61 Hình 2.23: Thiết lập cuộc gọi ............................................................................... 63 Hình 3.1: Quy trình quản lý chất lƣợng mạng ..................................................... 71 Hình 3.2: Phân loại các lớp KPI........................................................................... 74 Hình 3.3: Sơ đồ tín hiệu báo hiệu RRC ............................................................... 76 Hình 3.4: Sơ đồ tín hiệu kênh mang vô tuyến RAB ............................................ 77 Hình 3.5: Sơ đồ tín hiêu kết nối cuộc gọi ............................................................ 79 Hình 3.6: Sơ đồ yêu cầu giải phóng kênh RAB từ RNC đến CN ........................ 81 Hình 3.7: Sơ đồ tín hiệu yêu cầu chuyển giao ..................................................... 82 Hình 3.8: Sơ đồ chuyển giao giữa các hệ thống trong RNC ................................ 84 Hình 3.9: Sơ đồ chuyển giao giữa các hệ thống của các RNC ............................ 84 Hình 3.10: Sơ đồ chuyển giao giữa các hệ thống CS.......................................... 86 Hình 3.11: Sơ đồ chuyển giao giữa các hệ thống PS .......................................... 88 Hình 3.12: Sơ đồ chuyển giao giữa các hệ thống khác nhau (GPRS -> WCDMA) .............................................................................................................................. 90 Hình 3.13: Sơ đồ truy nhập dich vụ CS 12.2K .................................................... 91 Hình 3.14: Sơ đồ truy nhập dịch vụ CS 64K ..................................................... 92 9 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Thông tin di động và sơ lƣợc phát triển Trong những năm gần đây, công nghệ không dây là chủ đề đƣợc nhiều chuyên gia quan tâm trong lĩnh vực máy tính và truyền thông. Trong thời gian này các công nghệ đƣợc rất nhiều ngƣời sử dụng và đã trải qua rất nhiều thay đổi. Quá trình thay đổi thể hiện qua các thế hệ: Thế hệ thứ nhất (1G) Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 chỉ hỗ trợ các dịch vụ thoại tƣơng tự và sử dụng kỹ thuật điều chế tƣơng tự để mang dữ liệu thoại của mỗi ngƣời và sử dụng phƣơng pháp đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA). Với FDMA, khách hàng đƣợc cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần số. Sơ đồ báo hiệu của hệ thống FDMA khá phức tạp, khi MS bật nguồn để hoạt động thì nó dò sóng tìm đến kênh điều khiển dành riêng cho nó. Nhờ kênh này, MS nhận đƣợc dữ liệu báo hiệu gồm dữ liệu về kênh tần số dành riêng cho lƣu lƣợng ngƣời dùng. Trong trƣờng hợp số thuê bao nhiều hơn số lƣợng kênh tần số có thể thì một số ngƣời bị chặn lại không đƣợc truy cập. Đặc điểm: + Mỗi MS đƣợc cấp phát một đôi kênh liên lạc trong suốt thời gian thông tuyến. + Nhiễu giao thoa do các kênh lân cận là đáng kể. + BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS. Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện di động AMPS (Advanced Mobile Phone System). Hệ thống di động này sử dụng phƣơng pháp đa truy nhập đơn giản. Tuy nhiên, hệ thống không thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của ngƣời dùng cả về dung lƣợng và tốc độ. Vì thế, hệ thống di động thứ 2 ra đời đƣợc cải thiện về cả dung lƣợng và tốc độ. 10 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Thế hệ thứ hai (2G) Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 đƣợc đƣa ra để đáp ứng kịp thời số lƣợng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số. Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng phƣơng pháp điều chế số và hai phƣơng pháp đa truy nhập: + Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA + Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA Phổ quy định cho liên lạc di động đƣợc chia thành các dải tần liên tạc, mỗi dải tần liên lạc này đƣợc dùng cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kì một khung. Các thuê bao khác nhau dùng chung kênh nhờ cài xen khe thời gian, mỗi thuê bao đƣợc cấp phát một khe thời gian trong cấu trúc khung. Đặc điểm: + Tín hiệu của thuê bao đƣợc truyền dẫn số + Liên lạc song công mỗi hƣớng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong đó một băng tần đƣợc sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy di động và một băng tần đƣợc sử dụng để truyền tín hiệu từ máy di động đến trạm gốc. Việc phân chia tần số nhƣ vậy cho phép các máy thu và máy phát có thể hoạt động cùng một lúc mà không có sự can nhiễu lẫn nhau. + Giảm số máy thu ở BTS + Giảm nhiễu giao thoa Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống di động toàn cầu GSM. Máy di động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn FDMA. Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tƣơng tự có khả năng xử lý không quá 106 lệnh trong 1 giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử lý 50x 106 lệnh trong 1 giây. 11 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA Trong thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều ngƣời sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau. Những ngƣời sử dụng nói trên đƣợc phân biệt với nhau nhờ mã trải phổ ngẫu nhiên PN, đƣợc cấp phát khác nhau cho mỗi ngƣời sử dụng. Đặc điểm: + Dải tần tín hiệu rộng + Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp + Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cƣờng độ trƣờng rất nhỏ và chống fading hiệu quả hơn TDMA và FDMA. Việc các thuê bao trong cùng cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn đơn giản và việc thay đổi, chuyển giao, điều khiển dung lƣợng cell thực hiện rất linh hoạt. Thế hệ thứ 3 (3G) Để đáp ứng kịp thời các dịch vụ ngay càng phong phú và đa dạng của ngƣời sử dụng, từ đầu thập niên 90 ngƣời ta đƣa ra hệ thống thông tin di động tổ ong thế hệ thứ 3. Hệ thống thông tin di đông thế hệ thứ 3 với tên gọi ITM-2000 đƣa ra các mục tiêu chính sau: + Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng nhƣ truy cập Internet nhanh hoặc các dịch vụ đa phƣơng tiện. + Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới nhƣ đánh số cá nhân và điện thoại vệ tinh. Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ sóng của các hệ thống thông tin di động. + Tƣơng thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động. 12 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 3G hứa hẹn tốc độ truyền dẫn lên tới 2.05 Mbps cho ngƣời dùng tĩnh, 384 Kbps cho ngƣời dùng di chuyển chậm và 128 Kbps cho ngƣời dùng trên moto. Công nghệ 3G dùng sóng mang 5MHz chứ không phải là sóng mang 200KHz nhƣ của CDMA nên 3G nhanh hơn rất nhiều so với công nghệ 2G và 2,5G. Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 ITM-2000 đã đƣợc đề xuất trong đó 2 hệ thống là WCDMA và CDMA-2000 đã đƣợc ITU chấp thuận và đang đƣợc áp dụng trong những năm gần đây. Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA, điều này cho phép đƣợc thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện thông tin vô tuyến. Hình 1.1: Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G Thế hệ thứ tƣ (4G) Các nhà cung cấp dich vụ và ngƣời dùng đều luôn mong muốn và hƣớng tới các công nghệ không dây có thể cung cấp đƣợc nhiều loại hình dich vụ hơn với tính năng và chất lƣợng dịch vụ cao hơn. Với cách nhìn nhận này, Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) đã và đang làm việc để hƣớng tới một chuẩn cho mạng di động tế bào mới thế hệ thứ tƣ 4G. ITU đã lên kế hoạch để có thể cho ra đời chuẩn này một vài năm tới. Công nghệ này sẽ cho phép thoại dựa trên IP, truyền số liệu và đa phƣơng tiện với tốc độ cao hơn rất nhiều so với các công nghệ của 13 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ mạng di động hiện nay. Về lý thuyết, theo tính toán dự kiến tốc độ truyền dữ liệu có thể lên tới 288Mb/s. 1.2. Hệ thống thông tin di động 3G theo 2 nhánh công nghệ chính 1.2.1. Hƣớng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA WCDMA là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G của IMT-2000 đƣợc phát triển chủ yếu ở Châu Âu với mục đích cho phép các mạng cung cấp khả năng chuyển vùng toàn cầu và để hỗ trợ nhiều dịch vụ thoại, dịch vụ đa phƣơng tiện. Các mạng WCDMA đƣợc xây dựng trên cơ sở mạng GSM, tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của các nhà khai thác mạng GSM. Quá trình phát triển từ GSM lên WCDMA qua các giai đoạn trung gian, có thể tóm tắt nhƣ hình: Hình 1.2: Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA + GPRS: GPRS cung cấp các kết nối số liệu chuyển mạch gói với tốc độ truyền lên tới 171,2Kbps (tốc độ số liệu đỉnh) và hỗ trợ giao thức Internet TCP/IP và X25, nhờ vậy tăng cƣờng đáng kể các dịch vụ số liệu của GSM. Công việc tích hợp GPRS vào mạng GSM hiện tại là một quá trình đơn giản. Một phần các khe trên giao diện vô tuyến dành cho GPRS, cho phép ghép kênh số liệu gói đƣợc lập lịch trình trƣớc đối với một số trạm di động. Còn mạng lõi GSM đƣợc tạo thành từ các kết nối chuyển mạch kênh đƣợc mở rộng bằng cách thêm vào các nút chuyển mạch số liệu Gateway mới, đƣợc gọi là GGSN và SGSN. GPRS là một giải pháp đã đƣợc chuẩn hoá hoàn toàn với các giao diện mở rộng và có thể chuyển thẳng lên 3G về cấu trúc mạng lõi. + EDGE: Hệ thống 2,5G tiếp theo đối với GSM là EDGE. EDGE áp dụng phƣơng pháp điều chế 8PSK, điều này làm tăng tốc độ của GSM lên 3 lần. EDGE là lý tƣởng đối với phát triển GSM, nó chỉ cần nâng cấp phần mềm ở 14 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ trạm gốc. Nếu EDGE đƣợc kết hợp cùng với GPRS thì khi đó đƣợc gọi là EGPRS. Tốc độ tối đa đối với EGPRS khi sử dụng cả 8 khe thời gian là 384kbps. +WCDMA: WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là một công nghệ truy nhập vô tuyến đƣợc phát triển mạnh ở Châu Âu. Hệ thống này hoạt động ở chế độ FDD & TDD và dựa trên kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS- Direct Sequence Spectrum) sử dụng tốc độ chip 3,84Mcps bên trong băng tần 5MHz. WCDMA hỗ trợ trọn vẹn cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói tốc độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời các dịch vụ hỗn hợp với chế độ gói hoạt động ở mức hiệu quả cao nhất. Hơn nữa WCDMA có thể hỗ trợ các tốc độ số liệu khác nhau, dựa trên thủ tục điều chỉnh tốc độ. 1.2.2. Hƣớng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ CDMA 2000 Hệ thống CDMA 2000 gồm một số nhánh hoặc giai đoạn phát triển khác nhau để hỗ trợ các dịch vụ phụ đƣợc tăng cƣờng. Nói chung CDMA 2000 là một cách tiếp cận đa sóng mang cho các sóng có độ rộng n lần 1,25MHz hoạt động ở chế độ FDD. Nhƣng công việc chuẩn hoá tập trung vào giải pháp một sóng mang đơn 1,25MHz (1x) với tốc độ chip gần giống IS-95. CDMA 2000 đƣợc phát triển từ các mạng IS-95 của hệ thống thông tin di động 2G, có thể mô tả quá trình phát triển đó nhƣ hình sau: Hình 1.3: Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA 2000 + IS-95B: IS-95B hay CDMA One đƣợc coi là công nghệ thông tin di động 2,5G thuộc nhánh phát triển CDMA 2000, là một tiêu chuẩn khá linh hoạt cho phép cung cấp dịch vụ số liệu tốc độ lên đến 115Kbps. + CDMA 2000 1xRTT: Giai đoạn đầu của CDMA2000 đƣợc gọi là 1xRTT hay chỉ là 1xEV-DO, đƣợc thiết kế nhằm cải thiện dung lƣợng thoại của IS-95B và để hỗ trợ khả năng truyền số liệu ở tốc độ đỉnh lên tới 307,2Kbps. Tuy 15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ nhiên, các thiết bị đầu cuối thƣơng mại của 1x mới chỉ cho phép tốc độ số liệu đỉnh lên tới 153,6kbps. + CDMA 2000 1xEV-DO: 1xEV-DO đƣợc hình thành từ công nghệ HDR (High Data Rate) của Qualcomm và đƣợc chấp nhận với tên này nhƣ là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G vào tháng 8 năm 2001 và báo hiệu cho sự phát triển của giải pháp đơn sóng mang đối với truyền số liệu gói riêng biệt. + Nguyên lý cơ bản của hệ thống này là chia các dịch vụ thoại và dịch vụ số liệu tốc độ cao vào các sóng mang khác nhau. 1xEV-DO có thể đƣợc xem nhƣ một mạng số liệu “xếp chồng”, yêu cầu một sóng mang riêng. Để tiến hành các cuộc gọi vừa có thoại, vừa có số liệu trên cấu trúc “xếp chồng” này cần có các thiết bị hoạt động ở 2 chế độ 1x và 1xEV-DO. + CDMA 2000 1xEV-DV: Trong công nghệ 1xEV-DO có sự dƣ thừa về tài nguyên do sự phân biệt cố định tài nguyên dành cho thoại và tài nguyên dành cho số liệu. Do đó CDG (nhóm phát triển CDMA) khởi đầu pha thứ ba của CDMA 2000 bằng cách đƣa các dịch vụ thoại và số liệu quay về chỉ dùng một sóng mang 1,25MHz và tiếp tục duy trì sự tƣơng thích ngƣợc với 1xRTT. Tốc độ số liệu cực đại của ngƣời sử dụng lên tới 3,1Mbps tƣơng ứng với kích thƣớc gói dữ liệu 3.940 bit trong khoảng thời gian 1,25ms. + CDMA 2000 3x(MC- CDMA): CDMA 2000 3x hay 3xRTT đề cập đến sự lựa chọn đa sóng mang ban đầu trong cấu hình vô tuyến CDMA 2000 và đƣợc gọi là MC-CDMA (Multi carrier) thuộc IMT-MC trong IMT-2000. Công nghệ này liên quan đến việc sử dụng 3 sóng mang 1x để tăng tốc độ số liệu và đƣợc thiết kế cho dải tần 5MHz (gồm 3 kênh 1,25Mhz). Sự lựa chọn đa sóng mang này chỉ áp dụng đƣợc trong truyền dẫn đƣờng xuống. Đƣờng lên trải phổ trực tiếp, giống nhƣ WCDMA với tốc độ chip hơi thấp hơn một ít 3,6864Mcps (3 lần 1,2288Mcps). 16 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 1.3. Sự phát triển mạng UMTS 3G 1.3.1 Định hƣớng công nghệ & dịch vụ theo tiêu chuẩn châu Âu do 3GPP qui định áp dụng cho mạng Vinaphone Chuẩn 3GPP qui định phát triển công nghệ và cấu trúc mạng GSM 2G truyền thống phát triển lên UMTS 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA với xu hƣớng sử dụng truyền tải TDM tiến đến một mạng "All IP" theo trình tự phiên bản: 3GPP R99, 3GPP R4, 3GPP R5 và 3GPP R6. Mạng Vinaphone trong giai đoạn hơn 13 năm qua đã đầu tƣ trở thành mạng GSM 2,5G và là phần đầu trong quá trình chuẩn hoá 3 GPP. Vì vậy, lựa chọn định hƣớng phát triển thông tin di động lên 3G cho mạng Vinaphone theo tiêu chuẩn châu Âu do 3GPP khuyến nghị vì: - Chuẩn ETSI cho thông tin di động GSM đồng nhất cho các nƣớc châu Âu đã có thể sử dụng để toàn cầu hóa thông tin mobile định hƣớng 3G; - Mạng VINAPHONE đang theo chuẩn GSM/ETSI – châu Âu đó là GSM 900/1800. - UMTS thừa hƣởng nhiều phần tử chức năng từ GSM hiện tại. Nên việc tận dụng các thiết bị đang có trên mạng sẽ đem lại nhiều thuận lợi lớn cho Vinaphone . 1.3.2 Nội dung chủ yếu các phiên bản tiêu chuẩn 3GPP ETSI là tổ chức tiêu chuẩn thông tin di động GSM trong những năm 1980 và 1990. ETSI còn xây dựng cấu trúc chuẩn hóa mạng GPRS. Chuẩn cuối cùng ETSI xây dựng năm 1998. 3GPP thành lập năm 1998 là tổ chức kết hợp của các tổ chức tiêu chuẩn hóa: châu Âu, Nhật, Nam Triều tiên, Mỹ và Trung quốc. Mục đích chuẩn hóa hệ thống thông tin di động 3G theo định hƣớng: - Phần truy nhập vô tuyến sử dụng WCDMA và TD-CDMA; - Phần core: phát triển từ GSM, kế thừa những những tiêu chuẩn ETSI do SMG xây dựng. 17 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Đến năm 2001, sau khi hoàn thành phiên bản 3GPP R99, 3GPP chia thành hai tổ chức: - 3GPP: xây dựng các tiêu chuẩn phát triển mạng core, dịch vụ, cấu trúc hệ thống, truy cập radio WCDMA và TD-CDMA; - ETSI SMG: phát triển truy nhập radio GSM và EDGE. Trong đó 3GPP xây dựng các bộ tiêu chuẩn trên cơ sở năm. Phiên bản đầu tiên là 3GPP Release 99 (3GPP R99). Đến nay 3GPP đã có 04 phiên bản đã và đang đƣợc các nhà khai thác trên thế giới áp dụng: - 3GPP release 99 (3GPP R99): chính thức đƣợc áp dụng từ tháng 3/2001; - 3GPP release 4 (3GPP R4): chính thức đƣợc áp dụng từ tháng 9/2002; - 3GPP release 5 (3GPP R5): tháng 12/2003 đang đƣợc áp dụng; - 3GPP release 6 (3GPP R6): bổ sung những điểm thiếu trong IMS 3GPP R5 và đƣa thêm vào một số features mới; tiến tới một mạng truyền tải “All IP”. Nội dung cơ bản từng phiên bản 3GPP qui định nhƣ sau: 1.3.2.1. GPP R99 a) Những yêu cầu chính Tập trung vào sự đang hiện diện của mạng GSM, có 02 yêu cầu đặt ra là: - Mạng UMTS phải tƣơng thích với mạng GSM đang tồn tại; - Hai mạng UMTS và GSM phải có khả năng làm việc tƣơng tác. Truy nhập vô tuyến WCDMA là điểm mấu chốt nhất mà 3GPP R99 giải quyết. Thêm vào đó, UTRAN cũng đƣợc đƣa ra với giao diện Iu. So sánh với các giao diện A và Gb trong GSM, 3GPP R99 đạt đƣợc hai điểm cơ bản: - Transcoding cho speech trên Iu đƣợc core đảm nhiệm thay cho BTS trong GSM; 18 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ - Mã hóa số liệu di động ở mức cell trên giao diện Iu đƣợc RNC đảm nhận thay cho SGSN đối với GPRS. Vậy đơn giản, mạng 3G R99 là hệ thống mạng GSM-based. Đó là một mạng GSM có hai mạng truy cập và hai mạng truy cập cung cấp lƣu lƣợng có tốc độ khác nhau cho cả hai miền core CS và PS. b) Cấu hình kỹ thuật 3GPP đƣa ra một phƣơng pháp truy nhập vô tuyến mới WCDMA. Thiết bị vô tuyến WCDMA không tƣơng thích với thiết bị vô tuyến GSM nên phải đƣa bổ sung một hệ thống thiết bị mới đó là RNC và Node-B. Phần mạng vô tuyến WCDMA gọi là UTRAN. Một yêu cầu chính cho UMTS là hoạt động tƣơng tác GSM/UMTS. Ví dụ „handover‟ từ GERAN sang UTRAN và ngƣợc lại. Yêu cầu này đƣợc thực hiện bởi: - Thứ nhất: hƣớng downlink, giao diện air GSM đƣợc phát triển để có thể quảng bá thông tin sóng WCDMA. Cũng nhƣ vậy downlink của radio WCDMA quảng bá thông tin về sóng GSM; - Thứ hai: nhằm giảm thiểu đầu tƣ, các chuẩn 3GPP yêu cầu 2G MSC/VLR GSM phải làm việc đƣợc với UTRAN. 19 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 1.4: Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R99 Các điểm quan trọng của phần Core trong 3GPP R99, gồm: - Các node core trong miền CS nhƣ MSC/VLR và HLR/AuC/EIR phải thay đổi vì phải xử lý đồng thời cả thuê bao 2G và 3G. - Với miền PS: tên và số lƣợng các node mạng GPRS giống trong 2G, nhƣng chức năng SGSN thì rất khác. Trong 2G, SGSN đảm nhiệm chức năng quản lý di động (MM) cho nối mạch gói số liệu. Trong 3G chức năng MM đƣợc RNC và SGSN san sẻ. Nghĩa là miền PS không quản lý sự thay đổi cell của thuê bao trong UTRAN mà là RNC. 1.3.2.2. 3GPP R4 a) Những yêu cầu chính Chƣa có IMS, chỉ ấn định những thay đổi trong miền CS core UMTS – tách luồng dữ liệu ngƣời dùng ra khỏi các cơ chế điều khiển cùng một số khía cạnh khác, chủ yếu nhƣ sau: - Chức năng điều khiển sử dụng MSC Server. Chức năng chuyển mạch dữ liệu ngƣời sử dụng dùng MGW; - IP transport cho các giao thức mạng core; 20 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Xem thêm -