phương pháp truy cập thông tin di động 3g

Các dịch vụ được cung cấp cho thuê bao điện thoại diđộng thế hệ mới như truyền dữ liệu tốc độ cao, video và multimeadia cũng như dịch vụ thoại.Công nghệ thoả mãn được những yêu cầu này v

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

M c l c ục lục ục lục

I LỜI MỞ ĐẦU 3

II TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN SỐ LIỆU 4

III TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN SỐ LIỆU TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 6

1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất 6

2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai 7

3 Hệ Thống Thông Tin Di Động Thế Hệ Thứ Ba (3G) 8

4 Lộ trình phát triển từ 2G lên 3G :W-CDMA 8

IV Phương pháp đa truy nhập trong thông tin di động 3G 9

1 Công nghệ W-CDMA 9

2 Cấu trúc mạng W-CDMA 11

3 Giao diện vô tuyến 14

4 Các giải pháp kĩ thuật trong W-CDMA 17

5 Trải phổ trong W-CDMA 22

6 Truy nhập gói 26

V Mô phỏng thực hiện cuộc gọi trong đa truy nhập W-CDMA 29

VI KẾT LUẬN 30

I LỜI MỞ ĐẦU

Thời đại vô tuyến đã bắt đầu từ cách đây hơn 100 năm với sự phát minh ra máy điện báoradio của Gudlielmo Marconi và công nghệ không dây hiện nay đang được thiết lập với sựphát triển nhanh chóng đã đưa chúng ta vào một thế kỷ mới và một kỷ nguyên mới Sự tiến bộnhanh chóng trong kỹ thuật vô tuyến đang tạo ra nhiều dịch vụ mới và cải tiến với giá cả thấphơn, dẫn đến sự gia tăng trong việc sử dụng khoảng không gian thời gian và số lượng các thuêbao Các xu hướng này đang tiếp tục tăng trong những năm tới

Mục tiêu của hệ thống thông tin thế hệ mới là cung cấp nhiều loại hình dịch vụ thông tincho mọi người vào mọi lúc, mọi nơi Các dịch vụ được cung cấp cho thuê bao điện thoại diđộng thế hệ mới như truyền dữ liệu tốc độ cao, video và multimeadia cũng như dịch vụ thoại.Công nghệ thoả mãn được những yêu cầu này và làm cho các dịch vụ đó được sử dụng rộngrãi được gọi là hệ thống di động thế hệ thứ 3 (3G) Hệ thống thế hệ thứ 3 đáp ứng đáng kểphần thiếu hụt các tiêu chuẩn thế hệ 2 hiện có, cả về loại hình ứng dụng và dung lượng Hệthống di động số hiện tại được thiết kế tối ưu cho thông tin thoại, trong khi đó hệ thống 3Gchú trọng đến khả năng truyền thông đa phương tiện Hệ thống 3G điển hình hiện nay làcdma2000 và WCDMA WCDMA là phương thức đa truy cập phân chia theo mã băng rộng.Nhận thức được tầm quan trọng của Hệ thống di động thế hệ thứ 3 (3G) chúng em xin

nghiên cứu về đề tài “Phương pháp đa truy nhập trong thông tin di động 3G ” cụ thể là

phương pháp đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng W-CDMA.

Trong phần Báo cáo này cáo này vẫn còn nhiều sai sót, em mong các thầy cô chỉ dạytần tình để chúng em hiểu sâu hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện:

Lê Đình Thảo Phạm Trung Anh Đinh Thế Duy

II TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN SỐ LIỆU

Ngày nay với sự phát triển của kỹ thuật và công nghệ đã tạo ra một bước tiếndài trong lĩnh vực truyền số liệu Sự kết hợp giữa phần cứng, các giao thức truyềnthông các thuật toán đã tạo ra các hệ thống truyền số liệu hiện đại, những ký thuật cơ

sở vẫn được dùng nhưng chúng được xử lý tinh vi hơn Về cơ bản một hệ thống truyền

số liệu hiện đại mô tả như hình 1.2:

a) DTE ( Data Terminal Equipment – Thiết bị đầu cuối dữ liệu)

Đây là thiết bị lưu trữ và xử lý thông tin Trong hệ thống truyền số liệu hiện đạithi DTE thường là máy tính hoặc máy Fax hoặc là trạm cuối ( terminal) Như vậy tất

cả các ứng dụng của người sử dụng ( chương trình, dữ liệu ) đều nằm trong DTE Chức năng của DTE thường lưu trữ các phần mềm ứng dụng , đóng gói dữ liệu rồi gửi

ra DCE hoặc nhận gói dữ liệu từ DCE theo một giao thức ( protocol) xác định DTE trao đổi với DCE thông qua một chuẩn giao tiếp nào đó Như vậy mạng truyền số liệu chính là để nối các DTE lại cho phép chúng ta phân chia tài nguyên, trao đổi dữ liệu vàlưu trữ thông tin dùng chung.

b) DCE (Data Circuit terminal Equipment- Thiết bị cuối kênh dữ liệu )

Đây là thuật ngữ dùng để chỉ các thiết bị dùng để nối các DTE với các đường (mạng) truyền thông nó có thể là một Modem, Multiplexer, Card mạng hoặc một thiết

bị số nào đó như một máy tính nào đó trong trường hợp máy tính đó là một nút mạng

và DTE được nối với mạng qua nút mạng đó DCE có thể được cài đặt bên trong DTE hoặc đứng riêng như một thiết bị độc lập Trong thiết bị DCE thường có các phần mềmđược ghi vào bộ nhớ ROM phần mềm và phần cứng kết hợp với nhau để thực hiện nhiệm vụ của nó vẫn là chuyển đổi tín hiệu biểu diễn dữ liệu của người dùng thành dạng chấp nhận được bởi đường truyền Giữa 2 thiết bị DTE việc trao đổi dữ liệu phảituân thủ theo chuẩn, dữ liệu phải gửi theo một Format xác định Thí dụ như chuẩn traođổi dữ liệu tầng 2 của mô hình 7 lớp là HDLC ( High level Data Link Control) Trong máy Fax thì giao tiếp giữa DTE và DCE đã thiết kế và được tích hợp vào trong một thiết bị, phần mềm điều khiển được cài đặt trong ROM

c)Kênh truyền tin

Kênh truyền tin là môi trường mà trên đó 2 thiết bị DTE trao đổi dữ liệu với nhau trong phiên làm việc

Trong môi trường thực này 2 hệ thông được nối với nhau bằng một đoạn cáp đồng trục và một đoạn cáp sợi quang, modem C để chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệutương tự để truyền trong cáp đồng trục modem D lại chuyển tín hiệu đó thành tín hiệu

số và qua Tranducer E để chuyển đổi từ tín hiệu điện sang tín hiệu quang để truyền trên cáp sợi quang cuối cùng Tranducer F lại chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện

để tới DTE

III TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN SỐ LIỆU TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG

Trong những năm gần đây, công nghệ không dây là chủ đề được nhiều chuyên giaquan tâm trong lĩnh vực máy tính và truyền thông Trong thời gian này công nghệ nàyđược rất nhiều người sử dụng và đã trải qua rất nhiều thay đổi Quá trình thay đổi thểhiện qua các thế hệ:

truy cập phân chia theo tần số (FDMA)

gian (TDMA) và phân chia theo mã (CDMA)

dụng so với các thế hệ trước đó, và có khả năng cung cấp các dịch vụ đa phơng tiệngói

1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất

Hệ thống xuất hiện vào đầu năm 80, dùng kỹ thuật điều chế FM tương tự, trong

đó có hệ thống AMPS (Advanced Mobile Phone Service): Dịch vụ thoại tiên tiến.Bao gồm các hệ thống thông tin di động tổ ong tương tự:

AMPS: hệ thống thoại tiên tiến, ra đời năm 1983, do Mỹ sản xuất

NAMPS: Narrow AMPS băng thông hẹp, do hãng motorola đề xướng và thực hiện

TACS: (Total Access Communication System): hệ thống thông tin truy nhậptoàn bộ, kỹ tượng tự của Anh Chỉ tiêu ban đầu được mở rộng thành Extended TACS.

Hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ mở rộng

Hệ thống dùng kỹ thuật điều chế FM tương tự và đa truy nhập phân chia theo tần số(FDMA), tức là mỗi kênh được gán cho một băng tần duy nhất trong một nhóm cell.Thực hiên các loại hình dịch vụ: Sử dụng công nghệ điều chế FM để truyền dẫn thoại

và báo hiệu số cho thông tin điều khiển

Mạng chỉ có phạm vi cung cấp dịch vụ trong nước Băng tần hoạt đông trong khoảngtừ: 450 đến 900MHz

Tất cả các hệ thống cellular thuộc thế hệ này trên đều sử dụng kỹ thuật đa truycập phân chia theo tần số (FDMA), mỗi kênh được phân cho một tần số duy nhất trongmột nhóm cell

2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai

Sự phát triển nhanh về số lượng thuê bao, và nhiều nhu cầu dịch vụ mà thế hệthứ nhất không đáp ứng được đã thúc đẩy tiến trình phát triển của thế hệ di động thứhai (2G) Thế hệ thứ hai này ra đời nhằm cải tiến chất lượng thoại, khả năng phủ sóngđồng thời tăng dung lượng của hệ thống Hệ thống này chủ yếu sử dụng các kỹ thuậtnén và mã hoá phối hợp với kỹ thuật số Các tiêu chuẩn của hệ thống 2G được địnhnghĩa và thiết kế chỉ để hỗ trợ thoại và truyền dữ liệu tốc độ thấp, chương trình duyệtinternet (wap) Các kỹ thuật truy nhập như: TDMA, CDMA sử dụng cùng FDMAtrong hệ thống

Các hệ thống thông tin di động chủ yếu ở thế hệ 2G:

GSM: (Global System for Mobile Communication): Đây là hệ thống thông tin

di động toàn cầu, ra đời ở Châu Âu Sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thờigian (TDMA) Hệ thống GSM được phát triển năm 1982 khi các nước Bắc Âu gởikiến nghị đến CEPT để qui định một số dịch vụ viễn thông chung Châu Âu ở băng tần900Mhz

CDMA IS – 95: (Code Division Mutilple Access): Công nghệ sử dụng trải phổtrước đó đã áp dụng trong quân đội Đa truy nhập phân chia theo mã IS-95 Lý thuyếttrải phổ đã trở thành động lực cho sự phát triển nhiều ngành vô tuyến công nghiệpnhư: Thông tin cá nhân, thông tin đa thâm nhập làm cho công nghệ CDMA trở thànhcông nghệ hàng đầu trong việc giảm tắc nghẽn gây ra do sự bùng nổ của các máy điênthoại di động và cố định cũng như các đầu cuối số liệu vô tuyến.

TDMA IS – 136: đa truy nhập phân chia theo thời gian

Các Hệ thống thông tin di động trên hầu hết điều dùng kỹ thuật nén, mã hoáphối hợp với kỹ thuật số Các phương pháp đa truy nhập như: TDMA, FDMA,CDMA

Cung cấp các loại hình dịch vụ như: Nhận thức, số liệu, mật mã hoá, đặc biệtkết nối với mạng ISDN, đồng thời cung cấp các loại hình dịch vụ giải trí đa phươngtiện

Mạng có khả năng sử dụng trong và ngoài nước Tần số hoạt động trong khoảngtừ: 824 ÷ 960Mhz

3 Hệ Thống Thông Tin Di Động Thế Hệ Thứ Ba (3G)

Để đáp ứng kịp thời các dịch vụ ngày càng phong phú và đa dạng của người sử dụng,

từ đầu thập niên 90 người ta đưa ra hệ thống thông tin di động tổ ong thế hệ thứ 3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 với tên gọi ITM-2000 đưa ra các muc tiêu chính sau:

- Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như truy cập Internet nhanh hoặc các dịch vụ đa phương tiện

- Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như 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

- Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động

3G hứa hẹn tốc độ truyền dẫn lên tới 2.05 Mbps cho người dùng tĩnh , 384 Kbps chongười dùng di chuyển chậm và 128 Kbps cho người dùng trên moto Công nghệ 3Gdùng sóng mang 5MHz chứ không phải là sóng mang 200KHz như của CDMA nên3G 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 được đề xuất, trong đó 2 hệ thống WCDMA

và cdma-2000 đã được ITU chấp thuận và đang được áp dụng trong những năm gầnđây Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA, điều này cho phép thực hiệntiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện thông tin vô tuyến

4 Lộ trình phát triển từ 2G lên 3G :W-CDMA

Để đảm bảo ứng dụng được các dịch vụ mới về truyền thông máy tính và hình ảnh đồngthời đảm bảo tính kinh tế , hệ thống 2G sẽ được 3G

Lộ trình phát triển từ GSM lên WCDMA như sau:

 GSM: Global System for Mobile Communication: Hệ thống thông tin dd toàn cầu

 HSCSD: Hight Speed Circuit Switched Data: Số liệu chuyển mạch kênh tốc độcao

 GPRS: General Packet Radio Services: Dịch vụ gói vô tuyến chung

 WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access: Đa truy cập phân chia theo

mã băng rộng

Hình 1.2 GSM lên WCDMA

IV Phương pháp đa truy nhập trong thông tin di động 3G

1 Công nghệ W-CDMA.

Công nghệ EDGE là một bước cải tiến của chuẩn GPRS để đạt tốc độ truyền dữliệu theo yêu cầu của thông tin di động thế hệ ba Tuy nhiên EDGE vẫn dựa trên cấutrúc mạng GSM, chỉ thay đổi kỹ thuật điều chế vô tuyến kết hợp với dịch vụ chuyểnmạch vô tuyến gói chung (GPRS) nên tốc độ vẫn còn hạn chế Điều này gây khó khăncho việc ứng dụng các dịch vụ truyền thông đa phương tiện đòi hỏi việc chuyển mạchlinh động và tốc độ truyền dữ liệu lớn hơn Để giải quyết vấn đề này, giải pháp đưa ra

là nâng cấp EDGE lên chuẩn di động thế hệ ba W-CDMA

W-CDMA (Wideband CDMA) là công nghệ thông tin di động thế hệ ba (3G)giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách dùng kỹ thuậtCDMA hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA Trong các công nghệ thông tin

di động thế hệ ba thì W-CDMA nhận được sự ủng hộ lớn nhất nhờ vào tính linh hoạtcủa lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là dịch vụ tốc độbit thấp và trung bình

W-CDMA có các tính năng cơ sở sau :

- Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5MHz

- Lớp vật lý mềm dẻo để tích hợp được tất cả thông tin trên một sóng mang

- Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1

- Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến

Nhược điểm chính của W-CDMA là hệ thống không cấp phép trong băng TDDphát liên tục cũng như không tạo điều kiện cho các kỹ thuật chống nhiễu ở các môitrường làm việc khác nhau

Hệ thống thông tin di động thế hệ ba W-CDMA có thể cung cấp các dịch vụ với

tốc độ bit lên đến 2MBit/s Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn đối xứng vàkhông đối xứng, thông tin điểm đến điểm và thông tin đa điểm Với khả năng đó, các

hệ thống thông tin di động thế hệ ba có thể cung cấp dể dàng các dịch vụ mới như :điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nó còn cung cấp các dịch vụ đaphương tiện khác

Các nhà khai thác có thể cung cấp rất nhiều dịch vụ đối với khách hàng, từ các dịch vụđiện thoại khác nhau với nhiều dịch vụ bổ sung cũng như các dịch vụ không liên quan đến cuộc gọi như thư điện tử, FPT…

2 Cấu trúc mạng W-CDMA

Hệ thống W-CDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS Về mặt chức năng có thểchia cấu trúc mạng W-CDMA ra làm hai phần : mạng lõi (CN) và mạng truy nhập vôtuyến (UTRAN), trong đó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứng của mạng

KBit/s

Đa phương tiện di động Quảng bá

Truy n hình h i ền hình hội ội

Y tế từ xa

Thư tiếng

Truy nh p c s d li u ập cơ sở dữ liệu ơ sở dữ liệu ở dữ liệu ữ liệu ện thoại

Mua hàng theo Catalog Video

Video theo yêu cầu

Báo điện tử

Karaoke ISDN

Xuất bản điện tử

Thư điện tử FAX

Truyền hình di động

Truyền thanh di động

Tiếng

Số liệu H.ảnh

GPRS còn mạng truy nhập vô tuyến là phần nâng cấp của W-CDMA Ngoài ra đểhoàn thiện hệ thống, trong W-CDMA còn có thiết bị người sử dụng (UE) thực hiệngiao diện người sử dụng với hệ thống Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRANđều bao gồm những giao thức mới được thiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến W-CDMA, trái lại mạng lõi được định nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM Điều này cho phép

hệ thống W-CDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM

PLMN,PST NISDN

Internet

Các mạng ngoài

MSC/

GGSN SGSN

HLR

CN

RNC Node B

Node B

RNC Node B

 UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)

Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truynhập vô tuyến UTRAN gồm hai phần tử :

tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến

- Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC : Có chức năng sở hữu và điều khiển các tàinguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B được kết nối với nó) RNC còn là điểm truycập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN

 CN (Core Network)

- HLR (Home Location Register) : Là thanh ghi định vị thường trú lưu giữ thôngtin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng Các thông tin này bao gồm : Thông tin

về các dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và các thông tin về dịch

vụ bổ sung như : trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi

- MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register) : Làtổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênhcho UE tại vị trí của nó MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh.VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người sử dụng cũng như vị trí chính xáccủa UE trong hệ thống đang phục vụ

- GMSC (Gateway MSC) : Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài

- SGSN (Serving GPRS) : Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụng chocác dịch vụ chuyển mạch gói (PS)

- GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Có chức năng như GMSC nhưng chỉphục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói

 Các mạng ngoài

- Mạng CS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh

- Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói.

 Các giao diện vô tuyến

tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh

thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS

thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau

khác nhau

chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn

3 Giao diện vô tuyến.

Cấu trúc UMTS không định nghĩa chi tiết chức năng bên trong của phần tử mạng

mà chỉ định nghĩa giao diện giữa các phần tử logic Cấu trúc giao diện được xây dựngtrên nguyên tắc là các lớp và các phần cao độc lập logic với nhau, điều này cho phépthay đổi một phần của cấu trúc giao thức trong khi vẫn giữ nguyên các phần còn lại

Giao diện UTRAN – CN, I U

kiểu : Iu CS để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch kênh và Iu PS để kết nốiUTRAN với chuyển mạch gói

 Cấu trúc I U CS

cáp quang hay cáp đồng Có thể lựa chọn các công nghệ truyền dẫn khác nhau nhưSONET, STM-1 hay E1 để thực hiện lớp vật lý

- Ngăn xếp giao thức phía điều khiển : Gồm RANAP trên đỉnh giao diện SS7băng rộng và các lớp ứng dụng là phần điều khiển kết nối báo hiệu SCCP, phần truyềnbản tin MTP3-b, và lớp thích ứng báo hiệu ATM cho các giao diện mạng SAAL-NNI

- Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải : Gồm các giao thức báohiệu để thiết lập kết nối AAL2 (Q.2630) và lớp thích ứng Q.2150 ở đỉnh các giao thức

Giao thức ứng dụng

Mạng báo hiệu báo hiệu Mạng số liệu Mạng

ALCAP

Luồng

số liệu

Phía điều khiển mạng truyền tải

Phía người sử dụng mạng truyền tải

Phía người sử dụng mạng truyền tải