Trong đồ án của mình em trình bày một cái nhìn tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ ba sử dụng công nghệ WCDMA và tình hình triển khai tại Viettel, cụ thể gồm có 4 chương sau:
Trang 1THUYẾT MINH ĐỒ ÁN
Kính thưa các thầy cô trong hội đồng, thưa toàn thể các bạn
Em là Lê Minh Tuấn, sinh viên lớp Kỹ thuật viễn thông A – Khóa 50
Sau đây em xin trình bày đồ án
Thông tin di động là một nhu cầu thiết yếu, nó đóng vai trò rất quan trọng và quyết định nhiều mặt hoạt động của xã hội, giúp con người nắm bắt nhanh chóng các giá trị văn hóa, kinh tế, khoa học kỹ thuật rất đa dạng, phong phú Cùng với nhiều công nghệ khác, thông tin di động đang không ngừng phát triển đáp ứng nhu cầu thông tin ngày càng tăng cả về số lượng và chất lượng Các hệ thống di động ra đời
đã tạo cho con người khả năng thông tin mọi lúc, mọi nơi
Hệ thống thông tin di động thế hệ ba – WCDMA với nhiều ưu điểm vượt trội
về công nghệ và dịch vụ Nó là sự hội tụ của công nghệ, tích hợp của dịch vụ Do
vậy, việc “Nghiên cứu hệ thống thông tin di động thế hệ ba – WCDMA và tình hình triển khai 3G tại Viettel” là một công việc hết sức cần thiết Trong đồ án của
mình em trình bày một cái nhìn tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ ba sử dụng công nghệ WCDMA và tình hình triển khai tại Viettel, cụ thể gồm có 4 chương sau:
Chương 1 Tổng quan hệ thống thông tin di động thế hệ ba – WCDMA
Chương 2 Công nghệ thông tin di động thế hệ ba - WCDMA
Chương 3 Các giải pháp kỹ thuật trong WCDMA
Chương 4 Tình hình triển khai mạng 3G và phát triển dịch vụ di động 3G
tại Viettel
Trang 2CHƯƠNG 1: Tổng quan hệ thống thông tin di động
1 Năm 1980 hệ thống thông tin di động thế hệ 1 ra đời, hệ thống thông tin di
động thế hệ thứ nhất là hệ thống tương tự hoặc nửa tương tự, cung cấp các dịch
vụ cơ bản và không có tính tương thích giữa các hệ thống
2 Hệ thống 2G ra đời năm 1990, hệ thống 2g có các đặc điểm: là hệ thống số,
cung cấp nhiều dịch vụ hơn và tính tương thích gần như toàn cầu
3 Năm 2000 hệ thống 3G ra đời, hệ thống 3 g có các đặc điểm: roaming không
dây trực tiếp, xuất hiện khái niêm mô hình dịch vụ, truy nhập vô tuyến toàn cầu và có tính toàn cầu hóa (Công nghệ 3G là tiêu chuẩn di động băng thông rộng thế hệ thứ 3 Đây là bước phát triển tiếp theo của công nghệ di động 2G
và 2,5G Chuẩn 3G cho phép truyền tải không dây đồng thời dữ liệu thoại và phi thoại (Email, hình ảnh, âm thanh, video )
4 Đến năm 2010 hệ thống 4G ra đời, hệ thống 4g là hệ thống thông tin di động
trên cơ sở giao thức IP, tốc độ truyền số liệu rất cao, hợp nhất đầy đủ giữa thoại và số liệu
Việc nghiên cứu chuyển hướng sang các hệ thống thông tin di động thế hệ 4(4G) để giải quyết các vấn đề tồn tại trong hệ thống di động thế hệ 3 Đó là việc cung cấp các loại hình dịch vụ ngày càng đa dạng hơn, từ tín hiệu thoại chất lượng cao sang tín hiệu video độ phân giải cao, các kênh vô tuyến có tốc
độ dữ liệu cao
CHƯƠNG 2: Công nghệ thông tin di động thế hệ ba WCDMA
1 Cấu trúc mạng WCDMA
Một mạng WCDMA bao gồm ba phần: thiết bị di động (UE: User Equipment), mạng truy nhập vô tuyến mặt đất (UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Network), mạng lõi (CN: Core Network)
UE bao gồm ba thiết bị: thiết bị đầu cuối (TE ), thiết bị di động (ME) và module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity Module)
UTRAN gồm các hệ thống mạng vô tuyến (RNS: Radio Network System) và
mỗi RNS bao gồm bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC: Radio Network Controller)
và các nút B nối với nó
Mạng lõi CN bao gồm miền chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói và môi trường nhà (HE: Home Environment) HE bao gồm các cơ sở dữ liệu: Trung tâm nhận thực (AuC: Authentication Center), Bộ ghi định vị thường trú (HLR: Home Location
Trang 3Register) và Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR :Equipment Identity Register)
USIM
USIM
Node B Node B
Node B Node B
RNC
PLMN, PSTN, ISDN
Internet
I Ub I Ur
2 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN
UTRAN bao gồm nhiều hệ thống mạng con vô tuyến RNS (Radio Network Subsystem) Một RNS gồm một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC và các node B Các RNC được kết nối với nhau bằng giao diện Iur và kết nối với node
B bằng giao diện Iub
USIM
USIM
Node B Node B
RNC
Node B
MSC/VLR
GGSN
CU
U U
I U CS
I U PS
UE
UTRAN
RNS
RNS
CN
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 dựng trên nguyên tắc là các lớp và các phần cao độc lập logic với nhau, điều này cho phép thay đổi một phần của cấu trúc giao thức trong khi vẫn giữ nguyên các phần còn lại
Trang 4Giao thức ứng dụng
Luồng
số liệu
Mạng báo hiệu
Mạng số liệu Lớp vật lý
Mạng báo hiệu
ALCAP
Phía người sử dụng mạng truyền tải
Phía điều khiển mạng truyền tải
Phía người sử dụng mạng truyền tải
Lớp mạng
vô tuyến
Lớp mạng
truyền tải
CHƯƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT TRONG WCDMA
1 Các kênh của WCDMA
Các kênh của WCDMA được chia thành các loại kênh sau đây:
- Kênh vật lý (PhCH): kênh mang số liệu trên giao diện vô tuyến Mỗi
PhCH có một trải phổ mã định kênh duy nhất để phân biệt với kênh khác Một người sử dụng tích cực có thể sử dụng các PhCH riêng, chung hoặc cả hai Kênh riêng là kênh PhCH dành riêng cho một UE còn kênh chung được chia sẻ giữa các UE trong một ô
- Kênh truyền tải (TrCH): kênh do lớp vật lý cung cấp cho lớp 2 để truyền
số liệu Các kênh TrCH được sắp xếp lên các PhCH
- Kênh Logic (LoCH): kênh được lớp con MAC của lớp 2 cung cấp cho lớp
cao hơn Kênh LoCH được xác định bởi kiểu thông tin mà nó truyền Hình 3.7 cho thấy việc ghép hai kênh truyền tải lên một kênh vật lý và cung cấp chỉ thị lỗi cho từng khối truyền tải tại phía thu
Trang 5Khối truyền tải
Khối truyền tải
Khối truyền tải
và chỉ thị lỗi
Khối truyền tải
và chỉ thị lỗi
Khối truyền tải
Khối truyền tải
Khối truyền tải
và chỉ thị lỗi
Khối truyền tải
và chỉ thị lỗi
Mã hóa và ghép kênh
giải ghép kênh
Giải TFCI
Kênh truyền tải 1 Kênh truyền tải 2
Các lớp cao hơn Lớp vật lý
Kênh điều
khiển vật lý
Các kênh số liệu vật lý
Kênh điều khiển vật lý
Các kênh số liệu vật lý
TFI = Transport Format Indicator : chỉ thị khuôn dạng truyền tải
TFCI = Transport Format Combination Indicator : chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải
Cấu trúc kênh vật lý riêng
Cấu trúc kênh vật lý riêng được trình bày trên hình 3.8 Trong mô hình này mỗi cặp hai bit thể hiện một cặp I/Q (một ký hiệu) của điều chế QPSK Từ hình vẽ ta thấy, cấu trúc khung bao gồm một chuỗi các khung
vô tuyến, mỗi khung bao gồm 15 khe (dài 10ms, chứa 38400 chip) và mỗi khe chứa 2560 chip (dài 0,667ms) bằng một chu kỳ điều khiển công suất (tần số điều khiển công suất là 1500 lần trong một giây)
Số liệu TPC TFCI Số liệu Hoa tiêu
Số liệu
T khe = 2560 chip, 10 x 2 k bit (k=0,« ,6)
DPDCH DPCCH
Cấu trúc
đường lên
Cấu trúc
đường
xuống
Ghép kênh mã I/Q với ngẫu nhiên hóa phức
Ghép kênh thời gian với ngẫu nhiên hóa phức
Khung vô tuyến (10ms, 38400chip)
T khe = 2560 chip, 10 x 2 k bit (k=0,« ,7)
2 Truy nhập gói tốc độ cao HSPA
Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA) được 3GPP chuẩn hóa ra trong 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 HSDPA
Trang 6và 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 3.8
Bảng 3.8: Các thông số tốc độ đỉnh R6 HSPA
HSDPA (R6)
HSUPA (R6)
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
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
Khác với WCDMA trong đó tốc độ số liệu trên các giao diện như nhau (384Kbps 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 2ms) 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
Tốc độ HS-DSCH đỉnh
14,4Mbps trên 2ms
Tốc độ bit Iub
0 – 3Mbps
Thông số QoS: tốc độ bit cực đại: 3Mbps
UE
Iu-cs Iub
Số liệu từ GGSN
Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA)
HSDPA được thiết kế để tăng thông lượng số liệu gói đường xuống bằng cách kết hợp các công nghệ lớp vật lý: truyền dẫn kết hợp phát lại nhanh và thích ứng nhanh được truyền theo sự điều khiển của nút B
Đặc điểm chủ yếu của HSDPA là truyền dẫn kênh chia sẻ Truyền dẫn kênh chia
sẻ được thực hiện thông qua kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao (HS-DSCH: High-Speed Dowlink Shared Channel) HS-DSCH cho phép cấp phát nhanh một bộ phận tài nguyên đường xuống để truyền số liệu cho một người sử dụng đặc thù
Cấu trúc cơ sở thời gian và mã của HS-DSCH được cho trên hình 3.10 Tài nguyên mã cho HS-DSCH bao gồm một tập mã định kênh có hệ số trải phổ16 (xem phần trên của hình 3.10)
Trang 7Phần dưới của hình 3.10 mô tả ấn định tài nguyên mã HS-DSCH cho từng người
sử dụng trên cơ sở TTI=2ms (TTI: Transmit Time Interval: Khoảng thời gian truyền
dẫn) HSPDA sử dụng TTI ngắn để giảm trễ và cải thiện quá trình bám theo các thay
đổi của kênh cho mục đích điều khiển tốc độ và lập biểu phụ thuộc kênh
Các
mã
định
2 ms
Thời gian
Người sử dụng 1 Người sử dụng 2 Người sử dụng 3 Người sử dụng 4
HS-DSCH TTI
Các định mã kênh được sử dụng cho truyền dẫn HS-DSCH (trong 10 vd này)
SF=1
SF=2
SF=4
SF=8
Truy nhập gói tốc độ cao đường lên (HSUPA)
Cốt lõi của HSUPA cũng sử dụng hai công nghệ cơ sở như HSDPA: lập biểu nhanh và HARQ nhanh với kết hợp mềm Cũng giống như HSDPA, HSUPA sử dụng khoảng thời gian ngắn 2ms cho TTI đường lên Các tăng cường này được thực hiện trong WCDMA thông qua một kênh truyền tải mới, E-DCH (Enhanced Dedicated Channel: kênh riêng tăng cường)
3 Thiết lập cuộc gọi của mạng di động thế hệ ba WCDMA
Thủ tục thiết lập một cuộc gọi cơ sở ở W-CDMA UMTS được cho ở hình 3.13 Quá trình này bắt đầu bằng yêu cầy truy nhập từ UE Yêu cầu truy nhập này hoặc được phát trên kênh truyền tải RACH hoặc trên kênh truyền tải CPCH Bản tin được phát là một yêu cầu để thiết lập một kết nối RRC trước khi thực hiện các giao dịch báo hiệu hay thiết lập vật mang Yêu cầu kết nối RRC bao gồm cả lý do yêu cầu kết nối
Trang 8UE RNC MSC/VLR
CCCH: Yêu cầu kết nối RRC CCCH: Thiết lập kết nối RRC DCCH: Kết nối RRC hoàn thành
DCCH: Truyền trực tiếp khởi đầu RANAP: Bản tin UE khởi đầu
(yêu cầu dịch vụ CM) RANAP: Truyền trực tiếp (yêu cầu nhận thực)
DCCH: Truyền trực tiếp (yêu cầu nhận thực) DCCH: Truyền trực tiếp (trả lời nhận thực) RANAP: Truyền trực tiếp
(yêu cầu nhận thực)
RANAP: Lệnh chế độ bảo mật DCCH: Lệnh chế độ bảo mật
DCCH: Hoàn thành chế độ bảo mật
RANAP: Hoàn thành chế độ bảo mật DCCH: Truyền trực tiếp (thiết lập)
RANAP: Truyền trực tiếp (thiết lập) RANAP: Truyền trực tiếp (tiếp tục cuộc gọi)
DCCH: Truyền trực tiếp (tiếp tục cuộc gọi)
RANAP: Yêu cầu ấn định RAB DCCH: Thiết lập vật mang hay lập lại
cấu hình vật mang vô tuyến
DCCH: Thiết lập vật mang vô tuyến đã hoàn
thành hay lập lại cấu hình đã hoàn thành
RANAP: Hoàn thành ấn định RAB RANAP: Truyền trực tiếp (báo chuông) DCCH: Truyền trực tiếp (báo chuông)
RANAP: Truyền trực tiếp (kết nối) DCCH: Truyền trực tiếp (kết nối)
DCCH: Truyền trực tiếp công nhận kết nối
RANAP: Truyền trực tiếp công nhận kết nối
4 Chuyển giao của mạng di động thế hệ ba WCDMA
Có 4 kiểu chuyển giao trong các mạng di động WCDMA Đó là:
- Chuyển giao bên trong hệ thống (Intra-system HO): chuyển giao bên
trong hệ thống xuất hiện trong phạm vi một hệ thống
- Chuyển giao giữa các hệ thống (Inter-system HO): kiểu chuyển giao
này xuất hiện giữa các cell thuộc về2 công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau (RAT) hay các chế độ truy nhập vô tuyến khác nhau (RAM)
- Chuyển giao cứng (HHO- Hard Handover): HHO là một loại thủ tục
chuyển giao trong đó tất cả các liên kết vô tuyến cũ của một máy di động được giải phóng trước khi các liên kết vô tuyến mới được thiết lập
- Chuyển giao mềm (SHO) và chuyển giao mềm hơn (Softer HO):
Trong suốt quá trình chuyển giao mềm, một máy di động đồng thời giao tiếp với cả 2 hoặc nhiều cell ( đối với cả 2 loại chuyển giao mềm) thuộc
về các trạm gốc khác nhau của cùng một bộ điều khiển mạng vô tuyến (intra-RNC) hoặc các bộ điều khiển mạng vô tuyến khác nhau (inter-RNC)
Trang 9Chuyển giao mềm:
Chuyển giao mềm chỉ có trong công nghệ CDMA So với chuyển giao cứng thông thường, chuyển giao mềm có một số ưu điểm Tuy nhiên, nó cũng có một số các hạn chế về sự phức tạp và việc tiêu thụ tài nguyên tăng lên Việc quy hoạch chuyển giao mềm ban đầu là một trong các phần cơ bản của việc hoạch định và tối ưu mạng vô tuyến Trong phần này sẽ trình bày nguyên lý của chuyển giao mềm
Nguyên lý chuyển giao mềm
Chuyển giao mềm khác với quá trình chuyển giao cứng truyền thống Đối với chuyển giao cứng, một quyết định xác định là có thực hiện chuyển giao hay không và máy di động chỉ giao tiếp với một BS tại một thời điểm Đối với chuyển giao mềm, một quyết định có điều kiện được tạo ra là có thực hiện chuyên giao hay không Tuỳ thuộc vào sự thay đổi cường độ tín hiệu kênh hoa tiêu từ hai hay nhiều trạm gốc có liên quan, một quyết định cứng cuối cùng sẽ tạo ra để giao tiếp với duy nhất 1 BS Điều này thường diễn ra sau khi tín hiệu đến từ một BS chắc chắn sẽ mạnh hơn các tín hiệu đến từ BS khác Trong thời kỳ chuyển tiếp của chuyển giao mềm, MS giao tiếp đồng thời với các BS trong tập hợp tích cực (Tập hợp tích cực là danh sách các cell hiện đang có kết nối với MS)
Soft handover
Hard handover
BS 1
BS 1
BS 2
BS 2
MS recevied
pilot Ec/Io
pilot Ec/Io of cell 1 pilot Ec/Io of cell 2
(a)
(b)
Ngoài điểu khiển di động, còn có một lý do khác để thực hiện chuyển giao mềm trong WCDMA; cùng với điều khiển công suất, chuyển giao mềm cũng được sử dụng như là một cơ cấu giảm nhiễu Hình 3.20 chỉ ra 2 mô hình Trong hình (a), chỉ
sử dụng điều khiển công suất, trong hình (b) sử dụng cả điều khiển công suất và chuyển giao mềm
Trang 10BS 1 BS 2
Mobile transmit power
RNC
Mobile transmit power
(a) no SHO
(b) with SHO
Giả sử rằng MS di chuyển từ BS1 đến BS2 Tại vị trí hiện tại tín hiệu pilot nhận được từ BS2 đã mạnh hơn từ BS1 Điều này có nghĩa là BS2 “tốt hơn” BS1
Trong hình (a) vòng điều khiển công suất tăng năng lượng phát đến MS để đảm bảo QoS trên đường lên khi MS di chuyển ra xa khỏi BS phục vụ của nó, BS1 Trong hình (b), MS đang trong trạng thái chuyển giao mềm: cả BS1 và BS2 đều đồng thời lắng nghe MS Sau đó tín hiệu nhận được chuyển đến RNC để kết hợp Trên đường lên, sự kết hợp chọn lựa được sử dụng trong chuyển giao mềm Khung khỏe hơn được chọn lựa và khung yếu hơn bị loại bỏ Bởi vì BS2 “tốt hơn” BS1, để đáp ứng QoS mục tiêu, công suất phát được yêu cầu từ MS thấp hơn công suất cần thiết trong
mô hình (a) Vì thế, nhiễu được tạo ra bở MS này trên đường lên thấp hơn khi có chuyển giao mềm vì chuyển giao mềm luôn giữ cho MS được kết nối với BS tốt nhất Trên đường xuống, tình huống phức tạp hơn Mặc dù việc kết hợp theo hệ số lớn nhất đem lại độ lợi phân tập macro, vẫn yêu cầu các kênh đường xuống mở rộng để hỗ trợ chuyển giao mềm
5 Điều khiển công suất của mạng WCDMA
Điều khiển công suất trong WCDMA được chia thành:
1 Điều khiển công suất vòng hở: cho các kênh chung
2 Điều khiển công suất vòng kín: cho các kênh riêng DPDCH/DPCCH và chia
sẻ DSCH
Điều khiển công suất vòng kín đường lên
