Đồ án Tổng quan hệ thống thông tin di động 3G công nghệ WCDMA và triển khai mạng 3G WCDMA của Viettel

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Lời nói đầu GVHD: Th.S Võ Trường Sơn Trang 1 SVTH: Nguyễn Văn Sáu LỜI NÓI ĐẦU Nhu cầu trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống xã hội, trong xã hội hiện đại ngày nay đòi hỏi thông tin cần trao đổi về mọi lĩnh vực phải đảm bảo các yếu tố như tốc độ nhanh chóng, tiện lợi và độ chính xác cao. Với nhu cầu như vậy, ngày nay thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận nhất cho các nhà khai thác. Sự phát triển của thị trường viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu và triển khai các hệ thống thông tin di động mới trong tương lai. Hệ thống di động thế hệ hai, với GSM là những ví dụ điển hình đã phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia. Tuy nhiên, thị trường viễn thông càng mở rộng càng thể hiện rõ những hạn chế về dung lượng và băng thông của các hệ thống thông tin di động thế hệ hai. Sự ra đời của hệ thống di động thế hệ ba (3G) là một tất yếu, theo hướng cung cấp các dịch vụ đa phương tiện nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng và đa dạng của người sử dụng. Trong đề tài của mình, em xin giới thiệu về hệ thống thông tin di động thế hệ ba với công nghệ WCDMA. Công nghệ WCDMA là công nghệ CDMA băng rộng đa truy nhập phân chia theo maõ. Trong đồ án “Tổng quan hệ thống thông tin di động 3G công nghệ WCDMA & triển khai mạng 3G WCDMA của Viettel” của mình em trình bày một cái nhìn tổng quan về mạng 3G sử dụng công nghệ WCDMA và tiển khai tại mạng 3G tại Viettel, cụ thể gồm có 4 chương như sau: 9 Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin di động 3G công nghệ WCDMA. 9 Chương 2: Cấu trúc mạng 3G WCDMA. 9 Chương 3: Kỹ thuật cơ bản của mạng 3G WCDMA. 9 Chương 4: Triển khai mạng 3G WCDMA của Viettel. Trong đề tài của mình, em đã cố gắng trình bày thật cô đọng những vấn đề về công nghệ WCDMA. Tuy nhiên, do kiến thức cũng như tài liệu có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót, cũng như còn nhiều vấn đề chưa được giải quyết thỏa đáng. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo, sự góp ý và phê bình của các bạn. Trong thời gian hoàn thành đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của thầy Th.S Võ Trường Sơn, sự chỉ bảo ân cần của các thầy cô giáo trong khoa Điện – Điện tử. Em xin chân thành cảm ơn! TP.Hồ Chí Minh tháng 05/2010 Sinh viên Nguyễn Văn Sáu ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Mục lục  GVHD: Th.S Võ Trường Sơn Trang 2 SVTH: Nguyễn Văn Sáu MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................................... 1  MỤC LỤC ............................................................................................................................. 2  DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT ....................................................................... 5  DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ ......................................................................... 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G ..................... 13  1.1. Giới thiệu chung ................................................................................................... 13  1.1.1. Mở đầu ...................................................................................................... 13  1.1.2. Giới thiệu về công nghệ 3G ...................................................................... 14  1.2. Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động 3G WCDMA ......................... 15  1.2.1. Lịch trình nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin di động thế hệ ba. .... 15  1.2.2. Sơ lược quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động đến thế hệ 3 16  1.3. Cơ sở xây dựng hệ thống 3G WCDMA ............................................................... 17  1.3.1 Các tiêu chuẩn ............................................................................................ 17  1.3.2 Các phiên bản của 3G WCDMA ............................................................... 18  1.4. Lộ trình phát triển hệ thống thông tin di động từ 3G lên 4G ............................... 19  1.4.1. Giới thiệu về hệ thống thông tin di động 4G. ........................................... 19  1.4.2. Mô hình mạng 4G. .................................................................................... 19  1.4.3. Các yêu cầu đối với mạng 4G ................................................................... 21  1.4.4. Lộ trình phát triển lên 4G .......................................................................... 24  CHƯƠNG 2:CẤU TRÚC MẠNG WCDMA ...................................................................... 25  2.1. Kiến trúc tổng quát ............................................................................................... 25  2.1.1. Kiến trúc chung mạng 3G WCDMA ........................................................ 25  2.1.2. Cấu hình địa lý của mạng 3G WCDMA ................................................... 29  2.1.3. Các giao diện mở cơ bản của UMTS: ....................................................... 32  2.2. Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN ....................................................................... 33  2.2.1. Trạm gốc (Node B) ................................................................................... 33  2.2.2. Khối điều khiển mạng vô tuyến RNC ....................................................... 34  2.3. Mạng trục .............................................................................................................. 34  2.3.1. Trung tâm chuyển mạch di động MSC ..................................................... 34  2.3.2. MSC cổng (GMSC) .................................................................................. 34  2.3.3. Nốt hỗ trợ phục vụ GPRS (SGSN) ........................................................... 34  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Mục lục  GVHD: Th.S Võ Trường Sơn Trang 3 SVTH: Nguyễn Văn Sáu 2.3.4. Nốt hỗ trợ cổng GPRS (GGSN) ................................................................ 34  2.3.5. Bộ đang ký định vị thường trú HLR ......................................................... 34  2.3.6. Bộ đăng ký định vị tạm trú VLR .............................................................. 35  2.3.7. Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR ........................................................... 35  2.3.8. Trung tâm nhận thực AuC ........................................................................ 35  2.3.9. Mạng trục IP .............................................................................................. 35  CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT CỦA MẠNG 3G WCDMA ..................................................... 36  3.1. Các kỹ thuật cơ bản trong mạng 3G WCDMA .................................................... 36  3.1.1. Kỹ thuật trải phổ và đa truy nhập theo mã ................................................ 36  3.1.2. Giao diện vô tuyến của 3G WCDMA ....................................................... 39  3.1.3. Truy nhập gói tốc độ cao (HSPA) ............................................................. 52  3.2. Thiết lập cuộc gọi của 3G WCDMA .................................................................... 58  3.3. Chuyển giao của 3G WCDMA ............................................................................. 60  3.3.1. Khái quát về chuyển giao trong các hệ thống thông tin di động. ............. 60  3.3.2. Chuyển giao trong cùng tần số. ................................................................. 64  3.3.3. Chuyển giao giữa các hệ thống WCDMA và GSM. ................................. 78  3.3.4. Chuyển giao giữa các tần số trong WCDMA. .......................................... 80  3.4. Điều khiển công suất của mạng 3G WCDMA ..................................................... 81  3.4.1. Điều khiển công suất vòng kín đường lên ................................................ 82  3.4.2. Điều khiển công suất vòng kín đường xuống ........................................... 83  3.5. Dịch vụ và chất lượng dịch vụ mạng 3G WCDMA ............................................. 84  3.5.1. Phân loại dịch vụ ....................................................................................... 85  3.5.2. Các dịch vụ cơ sở ...................................................................................... 85  3.5.3. Các dịch vụ mạng UMTS.......................................................................... 88  3.5.4. Chất lượng dịch vụ (QoS) của UMTS ...................................................... 89  CHƯƠNG 4: TRIỂN KHAI MẠNG 3G WCDMA CỦA VIETTEL ................................. 90  4.1. Giới thiệu sơ lược về hệ thống GSM của Viettel ................................................. 90  4.2. Triển khai 3G của Viettel. .................................................................................... 95  4.2.1. Sự dịch chuyển từ GSM sang 3G. ............................................................. 95  4.2.2. Node B của Viettel. ................................................................................... 97  4.2.3. Một số dịch vụ 3G Viettel cung cấp. ........................................................ 99  KẾT LUẬN........................................................................................................................ 102  HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ............................................................................. 102  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Mục lục  GVHD: Th.S Võ Trường Sơn Trang 4 SVTH: Nguyễn Văn Sáu NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ............................................................... 103  NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT ................................................................ 104  DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 105  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thuật ngữ và viết tắt  GVHD: Th.S Võ Trường Sơn Trang 5 SVTH: Nguyễn Văn Sáu THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Giải thích 1G First Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 1 2G Second Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 3G Third Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 3GPP Third Generation Partnership Project Dự án hợp tác thông tin di động thế hệ thứ 3 A APICH Auxilialy Pilot Channel Kênh hoa tiêu phụ ATM Asynchronous Tranfer Mode Kiểu truyền dẫn bất đồng bộ AuC Authentication Centre Trung tâm nhận thực B BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi Bit BMC Broadcast/Multicast Control Điều khiển quảng bá BS Base Station Trạm gốc BSS Base Station System Phân hệ trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát vô tuyến C CCCH Common Cotrol Channel Kênh điều khiển chung CCPCH Common Control Physical Channel Kênh vật lý điều khiển chung CLPC Closed Loop Power Control Điều khiển công suất vòng kín CM Communication Managerment Quản lý thông tin CN Core Network Mạng lõi COMC Communication Control Điều khiển thông tin CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung CS CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung CRNC Controlling Radio Network Bộ điều khiển mạng truy nhập vô tuyến ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thuật ngữ và viết tắt  GVHD: Th.S Võ Trường Sơn Trang 6 SVTH: Nguyễn Văn Sáu Controller CTCH Common Traffic Channel Kênh lưu lượng chung D DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng DCH Dedicated Channel Kênh dành riêng DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý dành riêng đường xuống DPCCH Dedicated Phy Control Chanel Kênh vật lý điều khiển dành riêng DPDCH Dedicated Phy Data Channel Kênh vật lý dữ liệu dành riêng DRNC Drift Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến DTCH Dedicated Traffic Channel Kênh lưu lượng dành riêng E EACH Enhanced Access Channel Kênh truy nhập tăng cường EDGE Enhanced Data Rate For Tốc độ Bit tăng cường cho hệ thống GSM Evolution GSM EGPRS Enhanced GPRS GPRS mở rộng EIR Equipment Identity Centre Trung tâm nhận thực thiết bị F FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống FBI Feedback Information Thông tin phản hồi FCCH Frequency Correction Chanel Kênh hiệu chỉnh tần số FCH Fundamental Channel Kênh cơ sở FDD Frequency Division Duplex Đa truy nhập phân chia theo tần số FER Frame Error Rate Tỷ lệ lỗi khung G GGSN Gateway GPRS Support Mode Nút hổ trợ cổng GPRS GMSC Gateway MSC MSC cổng GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động toàn cầu Communications H HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thướng trú HSCSD Hight Speed Circuit Switched Chuyển mạch kênh dữ liệu tốc độ cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thuật ngữ và viết tắt  GVHD: Th.S Võ Trường Sơn Trang 7 SVTH: Nguyễn Văn Sáu Data I ID Identifier Nhận dạng IETF Internet Enginer Task Group Nhóm kỹ sư đặc trách về Internet IMT-2000 International Mobile Tiêu chuẩn viễn thông di động quốc tế Communication 2000 2000 ITU International Hiệp hội viễn thông quốc tế Telecommunication Union ISDN Intergated Services Digital Ne Mạng số liệu đa dịch vụ L L1 Radio Physical Layer Lớp vật lý L2 Radio Data Link Layer Lớp liên kết dữ liệu L3 Radio Network Layer Lớp mạng M MAC Medium Access Control Truy nhập môi trường vật lý MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động ME Mobile Equipment Thiết bị di động MEHO Mobile Evaluated Handover Chuyển giao quyết định bởi máy MGW Media Gateway Cổng phương tiện MM Mobility Management Quản lý di động MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động MTP Message Transfer Part Phần chuyển giao bản tin MTP3 Message Transfer Part Level3 Lớp 3 phần chuyển giao bản tin MUD Multi-User Detection Phát hiện nhiều người sử dụng N NBAP Node B Application Part Phần ứng dụng nút B NEHO Network Evaluated Handover Chuyển giao quyết định bởi mạng NMS Network Management System Phân hệ quản lý mạng O O&M Operation and Management Khai thác và bảo dưỡng OCCCH ODMA Common Control Kênh điều khiển chung cho ODMA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thuật ngữ và viết tắt  GVHD: Th.S Võ Trường Sơn Trang 8 SVTH: Nguyễn Văn Sáu Channel ODCCH ODMA Dedicated Control Kênh điều khiển riêng cho ODMA Channel ODMA Opportunity Driven Multiple Đa truy nhập theo cơ hội Access ODTCH ODMA Dedicated Traffic Kênh lưu lượng dành riêng cho ODMA Channel OLPC Open Loop Power Control Điều khiển công suất vòng hở P PC Power Control Điều khiển công suất PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển tìm gọi PCH Paging Channel Kênh tìm gọi PCPCH Physical Common Packet Kênh gói chung vật lý PDCP Packet Data Covergence Pro Giao thức hội tụ gói số liệu PDSCH Physical Downlink Shared Kênh chia xẻ đường xuống vật lý Channel PDU Packet Data Unit Đơn vị số liệu gói PICH Page Indicator Channel Kênh chỉ thị tìm gọi PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PPP Point to Point Protocal Thủ tục điểm - điểm PRACH Physical Random Access Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý Channel PS Packet Switched Chuyển mạch gói PSTN Public Switched Telephone Mạng điện thoại chuyển mạch công Network cộng Q QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ R RAB Radio Access Bearer Kênh mang truy nhập vô tuyến RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên RANAP Radio Access Network App.P Phần ứng dụng của mạng truy nhập RB Radio Bearer Kênh mang vô tuyến RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thuật ngữ và viết tắt  GVHD: Th.S Võ Trường Sơn Trang 9 SVTH: Nguyễn Văn Sáu RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNS Radio Network Subsystem Phân hệ mạng vô tuyến RNSAP Ra.Net.Sub.App.Part Phần ứng dụng phân hệ mạng vô tuyến RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến RRM Radio Resource Management Quản lý tài nguyên vô tuyến S SCCH Synchronous Control Channel Kênh đồng bộ SCH Synchronous Channel Kênh bổ sung SDU Service Data Unit Đơn vị số liệu dịch vụ SGSN Serving GPRS Support Mode Nút phục vụ GPRS SHCCH Shared Channel Control Kênh điều khiển phân chia SIR Signal to Interference Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu SM Short Message Bản tin ngắn SRNC Serving RNC RNC phục vụ SSCF Service Specific Chức năng phối hợp dịch vụ đặc thù Co-ordination Function T TDD Time Division Duplex Đa truy nhập phân chia theo thời gian TFCI Transport Format Bộ chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền Combination Indicator dẫn TPC Transmit Power Command Lệnh điều khiển công suất U UE User Equipment Thiết bị người dùng UL Uplink Đường lên UMTS Universal Mobile Hệ thống viễn thông di động toàn cầu Telecommunication System UTRAN Universal Terrestrial Radio Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn Access Network cầu V VLR Vistor Location Registor Thanh ghi định vị tạm trú W WCDMA Wideband Code Division Đa truy nhập theo mã băng rộng Multiple Access ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bảng biểu và hình vẽ  GVHD: Th.S Võ Trường Sơn Trang 10 SVTH: Nguyễn Văn Sáu BẢNG BIỂU Bảng 3.1. Thí dụ bộ tám mã trực giao ................................................................................. 37 Bảng 3.2. Thí dụ nhân hai mã giống nhau trong bảng 1 được một .................................... 38 Bảng 3.3. Thí dụ nhân hai mã khác nhau trong bảng 1 được một mã mới trong tập 8 mã 38 Bảng 3.4. Các thông số lớp vật lý W-CDMA ....................................................................... 42 Bảng 3.5: Phân bổ băng tần trên toàn cầu. ......................................................................... 43 Bảng 3.6. Cấp phát tần số 3G tại Việt Nam ....................................................................... 44 Bảng 3.7: Chuyển đổi giữa các kênh truyền tải và các kênh vật lý ..................................... 50 Bảng 3.8: Các thông số tốc độ đỉnh R6 HSPA .................................................................... 52 Bảng 3.9: Phân loại các dịch vụ .......................................................................................... 85 Bảng 3.10: Tổng kết các loại QoS ....................................................................................... 89 HÌNH VẼ Hình 1.1: Lịch trình nghiên cứu và đưa mạng WCDMA vào khai thác .............................. 15 Hình 1.2: Tổng kết quá trình phát triển của thông tin di động thế hệ 1 đến thế hệ 3 ......... 16 Hình 1.3: Mô hình cấu trúc mạng 4G ................................................................................. 20 Hình 1.4: Sự kết hợp các mạng khác nhau .......................................................................... 21 Hình 1.5: Người dùng ở các mạng khác nhau có thể truy nhập vào hệ thống ................... 22 Hình 1.6: Tính di động của mạng ....................................................................................... 23 Hình 1.7. Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G ............................... 24 Hình 2.1: Kiến trúc tổng quát của một mạng di động kết hợp cả CS và PS ....................... 25 Hình 2.2: Chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS). ............................................ 27 Hình 2.3: Đóng bao và tháo bao cho gói IP trong quá trình truyền tunnel ........................ 28 Hình 2.4: Thiết lập kết nối tunnel trong chuyển mạch tunnel ............................................. 29 Hình 2.5: Phân chia mạng thành các vùng phục vụ của MSC/VLR và SGSN .................... 30 Hình 2.6: Phân chia vùng phục vụ của MSC/VLR và SGSN thành LA và RA .................... 30 Hình 2.7: Phân chia LA và RA ............................................................................................ 31 Hình 2.8: Các kiểu mẫu ô .................................................................................................... 31 Hình 2.9: Các khái niệ