AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BG Border Gateway Cổng kết nối mạng PLMN khác BSC Base Station Controller Bộ đ
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
ĐẶNG VIỆT HƯNG
Nghiên cứu công nghệ EDGE và ứng dụng trong mạng thông tin di động Mobifone
Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên nghành: Kỹ thuật điện tử
Mã số: 2.07.00
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Người hướng dẫn khoa học:
TS Trần Minh Tuấn
Hà Nội - 2009
MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 3
DANH MỤC CÁC BẢNG 7
DANH MỤC HÌNH VẼ 8
MỞ ĐẦU 9
Trang 2CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 11
1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động 11 1.2 Công nghệ của tương lai – 3G 14
CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG CÁC MẠNG DI ĐỘNG TẠI VIỆT NAM Error! Bookmark
not defined
2.1 Công nghệ GSM 2G và CDMA 1x Error! Bookmark not defined 2.1.1 Công nghệ GSM 2G Error! Bookmark not defined 2.1.2 Công nghệ CDMA Error! Bookmark not defined 2.2 Công nghệ GSM 2.5G-GPRS Error! Bookmark not defined 2.2.1 Giới thiệu chung Error! Bookmark not defined 2.2.2 Cấu trúc hệ thống Error! Bookmark not defined 2.2.3 Ngăn xếp giao thức Error! Bookmark not defined 2.3 Các ưu nhược điểm của công nghệ GPRS Error! Bookmark not defined 2.3.1 Ưu điểm Error! Bookmark not defined 2.3.2 Nhược điểm Error! Bookmark not defined
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ EDGE Error! Bookmark not defined
3.1 Tổng quan về công nghệ Error! Bookmark not defined 3.1.1 Lớp vật lý Error! Bookmark not defined 3.1.2 Các phần tử lưu lượng Error! Bookmark not defined 3.1.3 Các phần tử giao diện và đường truyền Error! Bookmark not defined 3.1.3.4 Một số ví dụ thiết lập cuộc gọi cho dịch vụ Error! Bookmark not defined 3.2 Thông lượng số liệu qua EDGE Error! Bookmark not defined 3.2.1 Khái niện thông lượng Error! Bookmark not defined 3.2.2 Vùng phủ và thông lượng Error! Bookmark not defined 3.2.3 Xây dựng một mạng GPRS/EDGE Error! Bookmark not defined 3.2.4 Một số kết quả ví dụ cho các Macrocell Error! Bookmark not defined 3.3 So sánh EDGE và GPRS Error! Bookmark not defined
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG MOBIFONE TẠI
VIỆT NAM Error! Bookmark not defined
4.1 Đo kiểm tại Hà Nội Error! Bookmark not defined
4.1.1 Truy nhập EDGE trên các loại TRX khác nhau ( TRX mang BCCH và TCH)
Error! Bookmark not defined 4.1.2 Hiệu năng EDGE, Extra TS=0 với số MAX_PDCH khác nhau.Error! Bookmark
not defined
4.1.3 Hiệu năng GPRS và EDGE (PING, WEB, FTP)Error! Bookmark not defined 4.2 Đo kiểm tại các khu vực khác Error! Bookmark not defined
4.3 Chất lượng mạng GPRS/EDGE Error! Bookmark not defined 4.3.1 Thiết lập TBF Error! Bookmark not defined 4.3.2 Giải phóng TBF Error! Bookmark not defined 4.3.3 Data Packet Traffic Error! Bookmark not defined 4.3.4 Data Transfer throughput Error! Bookmark not defined 4.4 So sánh với các mạng khác Error! Bookmark not defined 4.5 Các đề xuất và phương hướng nghiên cứu trong tương lai Error! Bookmark not
defined
KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined
TÀI LIỆU THAM KHẢO 15
Trang 3DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
A Interface between an MSC - BSC Giao tiÕp gi÷a MSC vµ BSC
AGCH Access Grant Channel Kênh cho phép thâm nhập
APN Access Point Name Tên điểm truy nhập
ARFCN Absolute Radio Frequency Chanel
Number Số kênh tần vô tuyến tuyệt đối
ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền không đồng bộ
Trang 4AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực
BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá
BG Border Gateway Cổng kết nối mạng PLMN khác
BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc
BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc
BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc
CBCH Cell Broadcasing Channel Kênh quảng bá
CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung
CG Charging Gateway Cổng ra tính cước
CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh thoại
CSPDN Circuit Switched Packet Data Network Mạng số liệu gói chuyển mạch
kênh
DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dùng riêng
DNS Domain Name System Hệ thống tên miền
DTE Data Terminal Equipment Thiết bị kết cuối số liệu
FCCH Frequency Correction Channel Kênh hiệu chỉnh tần số
Gb Interface between an SGSN- BSC Giao diện giữa SGSN và BSC
Gc Interface between an GGSN- HLR Giao diện giữa SGSN và HLR
Gd
Interface between an SMS-GMSC and
an SGSN, and between a SMS-IWMSC and an SGSN
Giao diÖn gi÷a SMS-GMSC, SMS-IWMSC vµ SGSN
Gf Interface between an SGSN and an EIR Giao diện giữa SGSN và EIR
GGSN Gateway GPRS Support Node Nốt hỗ trợ GPRS cổng
Gi Reference point between GPRS and an
external packet data network
§iÓm tham kh¶o gi÷a m¹ng GPRS vµ m¹ng sè liÖu ngoµi
GMM/SM GPRS Mobility Management and
Session Management
Quản lý di động và quản lý phiên GPRS
Gn Interface between two GSNs within the
same PLMN
Giao diện giữa hai GSN trong cùng một PLMN
Gp Interface between two GSNs in different
PLMNs
Giao diện giữa hai GSN trong hai PLMN
GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tin chung
Gs Interface between an SGSN and an
MSC/VLR
Giao diện giữa SGSN và MSC/VLR
GSM Group Special Mobile/Global System for
Mobile Communication Hệ thông thông tin di động toàn cầu
Trang 5GSN GPRS Support Node Nốt hỗ trợ GPRS
GTP GPRS Tunnelling Protocol Giao thức GPRS
HDLC High Level Data Link Control Điều khiển kết nối số liệu lớp cao
HLR Home Location Register Bộ ghi nhớ
ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức bản tin điều khiển
Internet
IMEI International Mobile Equipment Identity Nhận dạng thiết bị di động quốc tế
IMSI International Mobile Station Identity Nhận dạng trạm di động quốc tế
IP Internet Protocol Giao thức Internet
ISDN Integrated Servises Digital Network Mạng số đa dịch vụ tích hợp
ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet
LAC Location Area Code Mã vùng dịch vụ
LAI Location Area Identity Nhận dạng vùng dịch vụ
LAPD Link Access Procedures on D Channel Các thủ tục truy nhập trên kênh D
LCP Link Control Protocol Giao thức điều khiển liên kết
LLC Logical Link Control Giao thức liên kết logic
MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập trung bình
MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động
ME Mobile Equipment Thiết bị di động
MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch các dịch
vụ di động
MSIN Mobile Station Identity Number Số nhận dạng trạm di động
MSISDN Mobile Station ISDN Number Số ISDN trạm di động
MT Mobile Termination Kết cuối cho di động
MTP2 Message Transfer Part layer 2 Phần truyền bản tin lớp 2
MTP3 Message Transfer Part layer 3 Phần truyền bản tin lớp 2
MUP Mobile User Part Phần người sử dụng di động
NCP Network Control Protocol Giao thức điều khiển mạng
NMG Network Management Gateway Cổng quản lý mạng
Trang 6NMN Network Management Node Nốt quản lý mạng
NSS Network and Switching Subsystem Phân hệ chuyển mạch và mạng
OMC Operation and Maintenance Center Trung tâm khai thác và bảo dƣỡng
OMC-R Operation and Maintenance Center –
Radio
Trung tâm khai thác và bảo dƣỡng
vô tuyến
PCU Packet Control Unit Khối điều khiển gói
PDN Packet Data Network Mạng số liệu gói
PDP Packet Data Protocol, e.g., IP or X.25 Giao thức số liệu gói tin
PDU Protocol Data Unit Khối số liệu gói tin
PIN Personal Identity Number Số nhận dạng cá nhân
PLMN Public Land Mobile Network MMạng di động mắt đất công cộng
PPP Point-to-Point Protocol Giao thức điểm – điểm
PSPDN Packet Switched Public Data Network Mạng số liệu chuyển mạch gói
công cộng
PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công
cộng
QoS Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ
RAC Routing Area Code Mã vùng định tuyến
RACH Random Access Channel Kênh thâm nhập ngẫu nhiên
RAI Routeing Area Identity Nhận dạng vùng định tuyến
RCF Radio Control Function Chức năng điều khiển vô tuyến
RCP Radio Control Part Phần điều khiển vô tuyến
RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến
SACCH Slow Associated Cotrol Channel Kênh điều khiển liên kết chậm
SAP Service access point Diểm trunh nhập dịch vụ
SCH Synchronization Channel Kênh đồng bộ
SDCCH Stand alone Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng
SGSN Serving GPRS Support Node Nốt hỗ trợ dịch vụ GPRS
SIM Subscriber Identity Module Module nhận dạng thuê bao
Trang 7SM Short Message Bản tin ngắn
TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thwoif
gian
TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối
TLLI Temporate Logical Link Identity Nhận dạng liên kết logic tạm thời
TMSI Temporary Mobile Station Identity Nhận dạng trạm di động tạm thời
UDP User Datagram Protocol Giao thức số liệu người dùng
Um The interface between the MS and the
GPRS fixed network part Giao diện giữa MS và mạng GPRS
VLR Visiting Locaton Register Bộ ghi dịch tạm trú
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Phân loại các dịch vụ ở IMT-2000
Bảng 1.2 Các đề xuất IMT-2000
Bảng 2.1 Các thông số điều chế kênh truy nhập và kênh lưu lượng truy nhập và
kênh lưu lượng đường lên
Bảng 2.1 Các thông số điều chế kênh truy nhập và kênh lưu lượng truy nhập và
kênh lưu lượng đường lên
Bảng 2.3 Các thông số của kênh MAC
Bảng 2.4 Sơ đồ mã háo và tốc độ
Bảng 3.1 Phương thức mã hóa EDGE và GPRS
Bảng 3.2 Thông lượng của các phương thức mã hóa
Trang 8DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1 Cấu trúc đường xuống
Hình 2.2 Cấu trúc đường lên
Hình 2.3 Phân bố kênh RRI và hoa tiêu ở ghép kênh thời gian đối với kênh lưu lượng đường lên
Hình 2.4 Cấu trúc hệ thống GPRS
Hình 3.1 Mô tả thông lượng số liệu vùng Dense Urban
Hình 3.2 Mô tả thông lượng số liệu vùng Rural
Hình 3.3 Mô tả khả năng là một hàm của SINR
Hình 3.4 thông lượng số liệu của GPRS và EDGE phụ thuộc vào C/I
Hình 4.1 MeanBEP và CV BEP trên BCCH
Hình 4.2 MeanBEP và CV BEP trên TCH
Hình 4.3 Ping 32 byte GPRS và EDGE
Hình 4.4 Ping 512 byte GPRS và EDGE
Hình 4.5 Web GPRS và EDGE
Hình 4.6 FTP GPRS và EDGE
Hình 4.7 EDGE RLC và Application Throughput
Hình 4.8 Thiết lập UL TBF
Hình 4.9 Thiết lập DL TBF
Trang 9Hình 4.10 UL Data tranfer
Hình 4.11 DL Data tranfer
Hình 4.12 UL GPRS Traffic
Hình 4.13 UL GPRS Traffic
Hình 4.14 UL EDGE Traffic
Hình 4.15 UL EDGE Traffic
Hình 4.16 UL GPRS & EDGE Traffic
Hình 4.17 UL GPRS & EDGE Traffic
Hình 4.18 UL/DL GPRS Throughput
Hình 4.19 UL/DL EDGE Throughput
MỞ ĐẦU
Sự ra đời của hệ thống thông tin di động GSM là một bước nhảy vọt của lĩnh vực thông tin, mang lại cho người sử dụng nhiều lợi ích khó có thể phủ nhận Hệ thống thông tin thế hệ thứ hai sử dụng các kỹ thuật điều chế số và sử dụng các phương pháp xử lý cuộc gọi là số hóa Một trong những hệ thống này
là sự kết hợp của hai kỹ thuật TDMA và FDMA để tăng số lượng kênh Các hệ thống này cung cấp chất lượng dịch vụ tốt hơn các hệ thống của thế hệ thứ nhất
và việc sử dụng băng thông hiệu quả hơn Các hệ thống thuộc thế hệ thứ hai hỗ trợ cả truyền tín hiệu thoại, truyền số liệu, text… và có cơ chế mã hóa để bảo vệ
dữ liệu và thoại Tuy nhiên, trước yêu cầu tăng nhanh của việc truyền dữ liệu tốc
độ cao, mạng GSM đã bộc lộ rõ những nhược điểm của mình Đó là việc truyền
dữ liệu với tốc độ và chất lượng dịch vụ dữ liệu chưa đáp ứng được nhu cầu Trong tình hình hạ tầng cơ sở của hệ thống GSM hiện tại đang chiếm đa số và việc phát triển ngay lên mạng thông tin di động thế hệ 3 đòi hỏi hạ tầng thiết bị phải thay đổi rất lớn và điều này khó có thể thực hiện được Trong tiến trình phát triển của thông tin di động thì việc thông qua một số bước trung gian là điều tất yếu
Dịch vụ vô tuyến gói vô tuyến chung GPRS đã được sử dụng để cung cấp băng thông cho các dịch vụ Internet di động trong mạng GSM Tuy nhiên, các ứng dụng số liệu thời gian thực đòi hỏi băng thông rộng hơn với chất lượng dịch
vụ cao hơn mà GPRS hiện nay không đáp ứng được
Trang 10Việc chuyển từ GPRS sang EGPRS hay EDGE có thể xóa đi sự khác biệt
về mặt dung lượng này EDGE - Enhanced Data rates for GSM Evolution là tiêu
chuẩn giao diện vô tuyến mới với sự kết hợp của phương thức điều chế 8PSK EDGE tạo điều kiện cho các nhà khai thác mạng GSM có thể chuyển sang cung cấp các dịch vụ số liệu di động và các dịch vụ đa phương tiện bằng việc tăng tốc
độ dung lượng lên gấp 3 lần với cùng phổ GSM hiện tại mà không có bất kỳ ảnh hưởng lớn nào đối với việc quy hoạch tần số EDGE là giải pháp bổ sung cho hệ thống UMTS, nó cho phép các nhà khai thác mạng có thể sử dụng EDGE để cung cấp các dịch vụ tương đương 3G trên diện rộng và triển khai 3G ở các khu vực có mật độ thuê bao lớn
Ở Việt Nam, trong bối cảnh cạnh tranh của thị trường thông tin hiện nay, nhu cầu triển khai 3G là không thể phủ nhận nhằm mục đích tiếp cận các công nghệ mới và nâng cao uy tín, nâng cao khả năng cạnh tranh của nhà khai thác Việc gấp rút nghiên cứu thành công và đưa ra các bước cụ thể để triển khai nâng cấp phát triển mạng di động lên 3G sẽ là một thắng lợi tuyệt đối của nhà khai thác trong việc tối ưu hiệu quả đầu tư và cạnh tranh trên thị trường sôi động hiện nay Mạng GSM của Tổng Công ty đã chính thức đưa công nghệ GPRS vào khai thác từ tháng 09/2003 Do vậy, một trong những yêu cầu thiết yếu trước mắt đối với GSM của Tổng Công ty là nghiên cứu thử nghiệm công nghệ EDGE/2,5G -
lộ trình phát triển tiến tới mạng thông tin di động 3G
Luận văn “Nghiên cứu công nghệ EDGE và ứng dụng vào mạng thông
tin di động MobiFone” nhằm đề triển khai mạng EDGE trên nền mạng GSM
sẵn có của VMS/MobiFone và từ kết quả thực tế trong quá trình triển khai để có
hướng nghiên cứu tiếp theo nhằm cải thiện, năng cao chất lượng của dịch vụ
Trong thời gian qua, để hoàn thiện đề tài, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tạo điều kiện của các cấp lãnh đạo, các đơn vị bạn, đặc biệt dưới sự hướng dẫn của Tiến Sỹ Trần Minh Tuấn Tuy nhiên, do thời gian có hạn, đề tài khó tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của cấp trên cũng như các bạn đồng nghiệp để hoàn thiện hơn nữa Xin chân thành cảm ơn
Trang 11CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động
Vô tuyến di động đã được sử dụng hơn 80 năm Mặc dù các khái niệm tổ ong, các kỹ thuật trải phổ, điều chế số và các công nghệ vô tuyến hiện đại khác
đã được biết đến hơn 50 năm trước, dịch vụ điện thoại di động mãi đến đầu những năm 1960 mới xuất hiện ở - các dạng sử dụng được và khi đó nó chỉ là các sửa đổi thích ứng với các hệ thống điều vận Các hệ thống điện thoại di động đầu tiên này ít tiện lợi hơn và dung lượng rất thấp so với hệ thống hiện nay Cuối cùng các hệ thống điện thoại di động tổ ong điều tần song công sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo tần số (FDMA) đã xuất hiện vào những năm
1980 Cuối những năm 1980 người ta nhận thấy rằng các hệ thống tổ ong tương
tự không thể đáp ứng được các nhu cầu ngày càng tăng vào thế kỷ sau nếu như không loại bỏ được các hạn chế cố hữu của hệ thống này:
(1) Phân bổ tần số rất hạn chế, dung lượng thấp
(2) Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xảy ra khi máy di động chuyển dịch trong môi trường pha đinh đa tia
(3) Không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hàng
(4) Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạ tầng
(5) Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi
(6) Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt ở Châu Âu, làm cho thuê bao không sử dụng máy di động của mình ở các nước khác
Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng
kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với các kỹ thuật đa thâm nhập mới
Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo thời gian (TDMA) đầu tiên trên thế giới được ra đời ở Châu Âu và có tên gọi là GSM Ban đầu hệ thống này được gọi là: “ Nhóm đặc trách di động” (Groupe Spescial Mobile) theo tên gọi của một nhóm được CEPT (Conference of European Postal and Telecommunication Administrations - Hội nghị các cơ