Đồ Án Tốt Nghiệp - Nghiên Cứu Về Truyền Dữ Liệu Trong Mạng 3G

Đây là tài liệu làm bởi mình và các bạn trong nhóm trong quá trình mình học Đại Học,được biên soạn làm sẵn trên PowerPoint và Word rất thuận tiện cho việc trình chiếu khi thảo luận.Mong nó sẽ giúp ích cho các bạn đỡ tốn nhiều thời gian mắc công phải tìm kiếm tài liệu rồi mất nhiều thời gian biên soạn.Chúc các bạn thành công

ĐỒ ÁN CUỐI KỲ

ĐỀ TÀI: TRUYỀN DỮ LIỆU TRONG MẠNG 3G

1

GVHD : LỚP : ĐH ĐT 3A KHOA : ĐI N TỬ-VIỄN THÔNG ỆN TỬ-VIỄN THÔNG SINH VIÊN :

1

Hà Nội –

05/2014 PHẦN 1: TRUYỀN DỮ LIỆU MẠNG 3G

A,CẤU TRÚC – SƠ ĐỒ TRUYỀN DỮ LIỆU MẠNG 3G

1.Máy thu – phát 3G

Sơ đồ các khối của máy phát – thu 3G cơ sở, nguyên lý làm việc được thể hiện trên

hình vẽ

Sơ đồ khối máy phát 3G

Sơ đồ khối Máy thu Rake

Trong các hệ thống di động, có hiện tượng đa đường do máy thu nhận được nhiều phiên bản của tín hiệu đến trên nhiều đường với thời gian khác nhau Những tín hiệu này thường có thể đến tại một máy thu, “đối pha” (180o) với nhau và có thể gây triệt tiêu nhiễu

Các hệ thống 3G sử dụng các máy thu để chống suy yếu đa đường Các máy thu này được thiết kế để nhận các tín hiệu đa đường đến tại một anten thu với những độ lệch thời gian khác nhau, tương quan với chúng, rồi tổng hợp chúng lại thành một tín hiệu đồng bộ đơn Điều này đã cải tiến chất lượng cuộc gọi và vùng phủ tốt hơn

2 Mạng thông tin di động (TTDĐ) 3G

Mạng thông tin di động (TTDĐ) 3G lúc đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển mạch gói (PS) và chuyển mạch kênh (CS) để truyền số liệu gói và tiếng Các trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM Trên đường phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh

sẽ dần được thay thế bằng chuyển mạch gói Các dịch vụ kể cả số liệu lẫn thời gian thực (như tiếng và video) cuối cùng sẽ được truyền trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch gói

RAN: Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến

BTS: Base Transceiver Station: trạm thu phát gốc

BSC: Base Station Controller: bộ điều khiển trạm gốc

RNC: Rado Network Controller: bộ điều khiển trạm gốc

CS: Circuit Switch: chuyển mạch kênh

PS: Packet Switch: chuyển mạch gói

SMS: Short Message Servive: dịch vụ nhắn tin

Server: máy chủ

PSTN: Public Switched Telephone Network: mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

PLMN: Public Land Mobile Network: mang di động công cộng mặt đất

Hình : Kiến trúc tổng quát của một mạng di động kết hợp cả CS và PS

Các miền chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS) được thể hiện bằng một nhóm các đơn vị chức năng lôgic: trong thực hiện thực tế các miền chức năng

này được đặt vào các thiết bị và các nút vật lý Chẳng hạn có thể thực hiện chức năn chuyển mạch kênh

CS (MSC/GMSC) và chức năng chuyển mạch gói (SGSN/GGSN) trong một nút duy nhất để được một

hệ thống tích hợp cho phép chuyển mạch và truyền dẫn các kiểu phương tiện khác nhau: từ lưu lượng tiếng đến lưu lượng số liệu dung lượng lớn 3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications System:

Hệ thống thông tin di động toàn cầu) có thể sử dụng hai kiểu RAN Kiểu thứ nhất sử dụng công nghệ đa truy nhập WCDMA (Wide Band Code Devision Multiple Acces: đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng) được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Network: mạng truy nhập vô tuyến mặt đất của UMTS) Kiểu thứ hai sử dụng công nghệ đa truy nhập TDMA được gọi là GERAN (GSM EDGE Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến dưa trên công nghệ EDGE của GSM) Tài liệu chỉ xét đề cập đến công nghệ duy nhất trong đó UMTS được gọi là 3G WCDMA UMTS

Hình 1.5 Chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS)

3G cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh như tiếng, video và các dịch vụ chuyển mạch gói chủ yếu để truy nhập internet.

Chuyển mạch kênh (CS: Circuit Switch) là sơ đồ chuyển mạch trong đó thiết

bị chuyển mạch thực hiện các cuộc truyền tin bằng cách thiết lập kết nối chiếm một tài nguyên mạng nhất định trong toàn bộ cuộc truyền tin Kết nối này là tạm thời, liên tục và dành riêng Tạm thời vì nó chỉ được duy trì trong thời gian cuộc gọi Liên tục vì nó được cung cấp liên tục một tài nguyên nhất định (băng thông hay dung lượng và công suất) trong suốt thời gian cuộc gọi Dành riêng vì kết nối này và tài nguyên chỉ dành riêng cho cuộc gọi này Thiết bị chuyển mạch sử dụng cho CS trong các tổng đài của TTDĐ 2G thực hiện chuyển mạch kênh trên trên cơ sở ghép kênh theo thời gian trong đó mỗi kênh có tốc

độ 64 kbps và vì thế phù hợp cho việc truyền các ứng dụng làm việc tại tốc độ cố định 64 kbps (chẳng hạn tiếng được mã hoá PCM)

Chuyển mạch gói (PS: Packet Switch) là sơ đồ chuyển mạch thực hiện phân

chia số liệu của một kết nối thành các gói có độ dài nhất định và chuyển mạch các gói này theo thông tin

về nơi nhận được gắn với từng gói và ở PS tài nguyên mạng chỉ bị chiếm dụng khi có gói cần truyền

Chuyển mạch gói cho phép nhóm tất cả các số liệu của nhiều kết nối khác nhau phụ thuộc vào nội dung, kiểu hay cấu trúc số liệu thành các gói có kích thước phù hợp và truyền chúng trên một kênh chia sẻ Việc nhóm các số liệu cần truyền được thực hiện bằng ghép kênh thống kê với ấn định tài nguyên động Các công nghệ sử dụng cho chuyển mạch gói có thể là Frame Relay, ATM hoặc IP

3 TỐC ĐỘ TRUYỀN DỮ LIỆU MẠNG 3G

a, Tốc độ dự kiến

Hình 1.2 Lịch trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP

Hình 1.3 Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP

b Tốc độ lưu lượng 3WCDMA UMTS( VIET NAM 3G- WCDMA)

Vì TTDĐ 3G cho phép truyền dẫn nhanh hơn, nên truy nhập Internet và lưu lượng thông tin số liệu khác sẽ phát triển nhanh Ngoài ra TTDĐ 3G cũng được sử

dụng cho các dịch vụ tiếng Nói chung TTDĐ 3G hỗ trợ các dịch vụ tryền thông đa

phương tiện Vì thế mỗi kiểu lưu lượng cần đảm bảo một mức QoS nhất định tuỳ theo ứng dụng của dịch

vụ QoS ở W-CDMA được phân loại như sau:

Loại hội thoại (Conversational, rt): Thông tin tương tác yêu cầu trễ nhỏ (thoại chẳng hạn).

Loại luồng (Streaming, rt): Thông tin một chiều đòi hỏi dịch vụ luồng với trễ nhỏ

(phân phối truyền hình thời gian thực chẳng hạn: Video Streaming)

Loại tương tác (Interactive, nrt): Đòi hỏi trả lời trong một thời gian nhất định và tỷ lệ lỗi thấp

(trình duyệt Web, truy nhập server chẳng hạn)

Loại nền (Background, nrt): Đòi hỏi các dịch vụ nỗ lực nhất được thực hiện trên nền cơ sở (e-mail,

tải xuống file: Video Download)

Môi trường hoạt động của 3G WCDMA UMTS được chia thành bốn vùng với

các tốc độ bit Rb phục vụ như sau:

• Vùng 1: trong nhà, ô pico, Rb≤ 2Mbps

• Vùng 2: thành phố, ô micro, Rb≤ 384 kbps

• Vùng 2: ngoại ô, ô macro, Rb≤ 144 kbps

• Vùng 4: Toàn cầu, Rb = 12,2 kbps

Có thể tổng kết các dịch vụ do 3G WCDMA UMTS cung cấp ở bảng :

Phân loại các dịch vụ ở 3G WDCMA UMTS

TIẾT

DỊCH VỤ CHI TIẾT

DỊCH

VỤ

DI

ĐỘNG

DỊCH VỤ DI ĐỘNG

Di động đầu cuối/di động cá nhân/di động dịch vụ

DỊCH VỤ THÔNG TIN ĐỊNH VỊ

- Theo dõi di động/ theo dõi di động thông Minh

DỊCH VỤ ÂM THANH

- Dịch vụ âm thanh chất lượng cao (16-64 kbps)

- Dịch vụ truyền thanh AM (32-64 kbps)

- Dịch vụ truyền thanh FM (64-384 kbps) DỊCH VỤ SỐ

LIỆU

- Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64-144 kbps)

- Dịch vụ số liệu tốc độ tương đối cao (144 kbps- 2Mbps)

- Dịch vụ số liệu tốc độ cao (≥ 2Mbps) DỊCH VỤ ĐA

PHƯƠNG

Dịch vụ Video (384 kbps)

- Dịch vụ hình chuyển động thời gian thực (≥ 2 Mbps)

Dịch vụ

Internet

Dịch vụ Internet

đơn giản

Dịch vụ truy nhập Web (384 kbps-2Mbps)

Dịch vụ

Internet

Dịch vụ Internet

thời gian thực

Dịch vụ Internet (384 kbps-2Mbps)

Dịch vụ

Internet

Dịch vụ internet

đa phương tiện

Dịch vụ Website đa phương tiện thời gian thực (≥ 2Mbps)

C, TỐC ĐỘ CAO HSPA (3G+)

Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA: High Speed Down Link Packet Access) được 3GPP chuẩn hóa ra trong 3GPP-R5 với phiên bản tiêu chuẩn đầu tiên vào năm 2002 Truy nhập gói đường lên tốc độ cao (HSUPA) được 3GPP chuẩn hóa trong R6 và tháng 12 năm 2004 Cả hai HSDPA và HSUPA được gọi chung là HSPA Các mạng HSDPA đầu tiên được đưa vào thương mại vào năm 2005

và HSUPA được đưa vào thương mại vào năm 2007 Các thông số tốc độ đỉnh của R6 HSPA được cho trong bảng

Tốc độ số liệu đỉnh của HSDPA lúc đầu là 1,8Mbps và tăng đến 3,6 Mbps và 7,2Mbps vào năm 2006 và 2007, tiềm năng có thể đạt đến trên 14,4Mbps năm 2008 Trong giai đoạn đầu tốc độ đỉnh HSUPA là 1-2Mbps trong giai đoạn hai tốc độ này có thể đạt đến 4-5,7 Mbps vào năm 2008

HSPA được triển khai trên WCDMA hoặc trên cùng một sóng mang hoặc sử dụng một sóng mang khác để đạt được dung lượng cao (xem hình)

HSPA chia sẻ chung hạ tầng mạng với WCDMA Để nâng cấp WCDMA lên HSPA chỉ cần bổ sung phần mềm và một vài phần cứng nút B và RNC

Lúc đầu HSPA được thiết kế cho các dịch vụ tốc độ cao phi thời gian thực, tuy

nhiên R6 và R7 cải thiện hiệu suất của HSPA cho VoIP và các ứng dụng tương tựkhác Khác với

WCDMA trong đó tốc độ số liệu trên các giao diện như nhau (384 kbps cho tốc độ cực đại chẳng hạn), tốc độ số liệu HSPA trên các giao diện khác nhau Hình 4.2 minh họa điều này cho HSDPA Tốc độ đỉnh (14,4Mbps trên 2 ms) tại đầu cuối chỉ xẩy ra trong thời điểm điều kiện kênh truyền tốt vì thế tốc độ trung bình có thể không quá 3Mbps Để đảm bảo truyền lưu lượng mang tính cụm này, nút cần có bộ đệm để lưu lại lưu lượng và bộ lập biểu để truyền lưu lượng này trên hạ tầng mạng

Hình Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện (trường hợp HSDPA)

4 Kiểm tra lỗi đường truyền (FEC-Mã xoắn -MãTurbo) trong 3G

FEC- phát hiện và sửa lỗi trước 3G : Dịch vụ đàm thoại thời gian thực

Lưu lượng ở lớp đàm thoại này là hai chiều đàm thoại và nhiều hơn hoặc ít hơn đối xứng Ví

dụ về các ứng dụng thuộc về lớp này bao gồm thoại, videophones, và các trò chơi tương tác Lớp dịch vụ đàm thoại thời gian là kỹ thuật là lớp khó khan nhất trì hoãn ngắn là chấp nhận được thường là vài trăm mili giây Giao thức truyền lại truyền thống (ARQ) không thể dễ dàng sử dụng để sửa chữa lỗi truyền Thay vào đó phương pháp sửa lỗi tiến (FEC) phải được sử dụng

FEC tăng số lượng nguyên dữ liệu truyền qua đường; nó thêm sự thừa để truyền dữ liệu mà nơi nhận cuối sử dụng để loại bỏ lỗi truyền Độ trễ biến thể phải giữ nhỏ trong việc chuyển giao toàn bộ

Trong kỹ thuật 3G việc xây dựng chương trình FPGA và hiệu năng DSP cao có thể đạt được nhờ việc xử lý song song Và tốc độ xử lý FEC cao còn tùy thuộc vào tốc độ xử lý băng tần Sự mềm dẻo và lập trình mở cũng yêu cầu việc tính toán tỷ lệ lỗi bit cho nhiều lược đồ khác nhau.Việc lập trình mở cho phép nhà phát triển download nhiều lược đồ FEC khác nhau trên cùng một platform phần cứng để kiểm tra và đánh giá hiệu năng của lược đồ FEC trên môi trường hệ thống Điều này cho phép tính toán IP trước khi thực thi hệ thống

Mã xoắn Turbo (TCC) cung cấp hiệu năng cao về độ tin cậy truyền dẫn thông qua môi trường nhiều tạp âm Mã TCC hoạt động tốt dưới điều kiện tỷ số tín trên tạp thấp và cng cấp hiệu năng gần như tối ưu theo định nghĩa giới hạn của Shannon Mã xoắn Turbo hỗ trợ thay đổi kích thước động, cho phép sự mềm dẻo, chỉnh sửa lỗi chuyển tiếp hiệu năng cao

Trong hệ thống 4G, xử lý MIMO tăng đáng kể băng tần truyền thông giữa máy phát và máy thu bằng sử dụng nhiều anten để tạo ra nhiều kênh vô tuyến song song

5 BĂNG TẦN LÊN XUỐNG

CẤP PHÁT BĂNG TẦN CÁC MẠNG Ở VIỆT NAM

* BSTx: máy phát trạm gốc

** BSRx: máy thu trạm gốc

Lý do cấp phát các kênh 5MHz khác nhau tại các nước khác nhau là ở chỗ cácnhà khai thác phải quy hoạch mã và phải tránh việc sử dụng các mã gây ra nhiễu kênh lân cận trong cùng một nước hoặc các nhà khai thác khác trong nước liền kề Vì thế cần phải nghiên cứu quan hệ giữa các tổ hợp mã trải phổ và hoạt động của các kênh lân cận

PHẦN 2 : ƯU ĐIỂM 3G – CÁC MẠNG KHÔNG DÂY

1.Kết nối internet

A, Tốc độ truyền tải dữ liệu

So với 2g va gprs(GSM): tốc độ kết nối internet cua 3G la cao hơn hẳn

3G: 144Kbps khi di chuyển nhanh, 384Kbps khi đi bộ (ngoài trời) và cao nhất là 2Mbps khi không di chuyển (trong nhà)

2G: tốc độ thông thường là 9,6 kbit/s

Gprs : tốc độ cao nhất la 171 kbit/s – thực tế là 50- 60 kbit/s

2 ưu điểm khác

a, Tính linh hoạt và tiện dụng

So với wifi thi khả năng linh hoạt cua 3g là trội hơn hẳn. Đối những người hay đi công tác

xa, thường xuyên phải di chuyển thì mang 1 D-com 3G là lý tưởng nhất

b, Dịch vụ thông tin di động

3G được thiết kế để cung cấp băng tần cao hơn, hỗ trợ cho cả hai dịch vụ thoại và dữ liệu multimedia, như audio và video

3G đảm bảo tốc độ và độ trễ vài trăm mili giây : để đáp ứng các dich vu thời gian thực

Các dich vụ này la ưu điểm lớn nhất và hấp dẫn giữa 3G với các thế hệ thống thông tin di đông cũ 2g; gprs…

NHƯỢC ĐIỂM CỦA TRUYỀN DỮ LIỆU MẠNG 3G VỚI CÁC MẠNG

KHÔNG DÂY KHÁC:

1,Giá cước và Thiết bị đầu cuối còn cao chưa thỏa mãn nhu cầu mọi lúc mọi nơi của người sử

dụng

2 Chất lượng chưa ổn định Mặt khác khi nhiều người cùng truy cập trên sóng của

một trạm BTS (Base Transceiver Station - Trạm thu phát sóng di động), thì tốc độ

truyền dẫn của 3G sẽ bị chia sẻ dẫn tới tốc độ truy cập giảm, đó là những khó khăn

mà các nhà mạng cần phải giải quyết

3 Tầm phủ sóng bị giới hạn – sử dụng cho cá nhân

3G được sử dụng hay ám chỉ cho các thiết bị cá nhân PDA và điện thoại di động

So với wifi thì tầm phủ sóng có thể là cả tòa nhà

PHẦN 4 : TƯƠNG LAI CỦA 3G (VIỆT NAM)

1 THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI – DỊCH VỤ VÀ ỨNG DỤNG 3G –THỊ TRƯỜNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM

2.6 Các loại thiết bị đầu cuối cho 3G:

+ Tiếng: 8/16/32 kbit/s

+ Số liệu (chẳng hạn PCM CIA)

- Truyền dẫn số liệu bằng mô đem tiếng cho các tốc độ:1,2 kbit/s, 2,4 kbit/s, 4,8 kbit/s, 9,6 kbit/s, 19,2 kbit/s, 28,8 kbit/s

- Truyền dẫn số liệu số chuyển mạch theo mạch cho các tốc độ: 64 kbit/s; 128 kbit/s; đầu cuối video thấp hơn 2 Mbit/s

+ Ảnh tĩnh (đầu cuối cho PSTN)

+ Hình ảnh di động: được phân loại theo các cấp bậc chất lượng (32/64/128 kbit/s)

+ Thoại có hình chất lượng cao với tốc độ không thấp hơn 128 kbit/s

Thiết bị đầu cuối giống máy thu hình

+ Đầu cuối kết hợp máy thu hình và máy vi tính

+ Máy thu hình cầm tay có khả năng thu được MPEG

Thiết bị đầu cuối số liệu gói:

+PC có cửa thông tin cho phép :

- Điện thoại có hình

- Văn bản, hình ảnh, truy nhập cơ sở dữ liệu, video

+ Đầu cuối PDA

- PDA tốc độ thấp

- PDA tốc độ cao hoặc trung bình

- PDA kết hợp với sách điện tử bỏ túi

+ Máy nhắn tin hai chiều

+ Sách điện tử bỏ túi có khả năng thông tin

2.7 Công nghệ 3G tại Việt Nam:

a Công nghệ 3G nào cho Việt Nam

Chuẩn 3G mà Bộ Thông tin và Truyền thông Việt Nam đã cấp phép là chính là WCDMA ở băng tần 2100 MHz Công nghệ này hoạt động dựa trên CDMA và có khả năng hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao như video, truy cập Internet, hội thảo có hình WCDMA nằm trong dải tần 1920 MHz -1980 MHz, 2110 MHz - 2170 MHz

Đây là sự lựa chọn đúng đắn bởi theo sự phân tích ở trên ta thấy rằng ở băng tần đã được cấp phép (1900-2200 MHz) cho mạng 3G ở Việt Nam hiện tại mới chỉ có công nghệ WCDMA là đã sẵn sàng Các công nghệ khác, kể cả CDMA2000-1x EV-DO là chưa sẵn sàng ở đoạn băng tần này vào thời điểm hiện nay Công nghệ EV-DO sớm nhất cũng chỉ có khả năng có mặt ở băng tần 1900-2200 MHz vào năm

2010 khi Rev C được thương mại hoá Mặc dù một số nước trên thế giới cấp phép băng tần 3G theo tiêu chí độc lập về công nghệ (không gắn việc cấp băng tần với bất kỳ công nghệ nào) nhưng thực tế triển khai

ở nhiều nước cho thấy trong băng tần 1900-2200 MHz, công nghệ WCDMA/HSPA vẫn là công nghệ chủ đạo, được đa số các nhà khai thác lựa chọn Quy mô thị trường lớn của công nghệ này cũng đảm bảo rằng

nó sẽ được tiếp tục phát triển trong tương lai

Công nghệ W-CDMA có các đặc tính năng cơ sở sau: