Đồ án tốt nghiệp
LỜI NÓI ĐẦU
Sự phát triển của các hệ thống viễn thông di động trên toàn thế giới đã trải
qua được ba thế hệ, với rất nhiều các kiểu hệ thống khác nhau. Từ các hệ thống
tương tự ở thế hệ thứ nhất đến các hệ thống số ở các thế hệ tiếp theo và hiện nay
còn đang được triển khai phát triển ở các hệ thống viễn thông di động thế hệ thứ tư.
Trong đó hệ thống viễn thông di động đa năng UMTS thuộc về thế hệ viễn
thông di động thứ ba đã được đề xuất bởi Tổ Chức Tiêu Chuẩn Viễn Thông Châu
Âu ETSI và Liên Đoàn Kinh Doanh Và Công Nghiệp Vô Tuyến ARIB của Nhật.
Hệ thống UMTS được xây dựng trên cơ sở của mạng GSM là mạng đã được sự
thừa nhận của hầu hết các quốc gia trên toàn thế giới. Nhiều nước hàng đầu trên thế
giới đã triển khai hệ thống 3G của mình theo UMTS như các nước ở Châu Âu, Nhật
Bản và trong đó có Viêt Nam. Mạng UMTS hiện đang được Viettel, Mobifone,
Vinaphone là ba nhà mạng chiếm thị phần chính ở Việt Nam triển khai và phát
triển.
Kỹ thuật điều khiển công suất là một trong những kỹ thuật được sử dụng
trong việc quản lý tài nguyên mạng vô tuyến trong UMTS. Nhằm mục đính giải
quyết hiện tượng gần xa tránh được sự can nhiễu giữa các tín hiệu thu được của
những người sử dụng khác nhau.
Trên những cơ sở đấy em đã quyết định trọn đề tài “Kỹ thuật điều khiển
công suất trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba UMTS”. Đề tài được thực
hiện với mục đính có thể nắm được một cách cơ bản về hệ thống cũng như các kỹ
thuật quản lý tài nguyên vô tuyến và hiểu rõ về các kỹ thuật điều khiển công suất
trong hệ thống UMTS.
Mặc dù bản thân đã rất cố gắng và được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo
hướng dẫn TS. Trần Mạnh Hoàng song do trình độ hiểu biết của bản thân còn nhiều
hạn chế, thời gian chuẩn bị ngắn, nguồn tài liệu không nhiều, nên không tránh khỏi
thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo thêm của thầy giáo hướng dẫn, sự góp
1
Đồ án tốt nghiệp
ý của các thầy cô giáo khoa Điện tử-Viễn thông cũng như của các bạn sinh viên, để
3.3.1 Điều khiển công suất phân tán và điều khiển công suất tập trung 70
3.3.1 Điều khiển công suất phân tán và điều khiển công suất tập trung 70
DANH SÁCH HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN
4
Đồ án tốt nghiệp
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
AGCH Access Grant Channel Kênh cho phép truy nhập
AICH
Acquisition Indication
Channel
Kênh chỉ thị bắt
AMPS
Advanced Mobile Phone
System
Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến
ARIB
Association of Radio
Industries and Businesses
Liên đoàn kinh doanh và công nghệ vô
tuyến
5
Đồ án tốt nghiệp
AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực
BCCH Broadcast Channel Kênh quảng bá
BG Border Gatway Cổng biên giới
CCH Control Channel Kênh điều khiển
CD/CA-
ICH
Mạng số liệu công cộng chuyển mạch
kênh
6
Đồ án tốt nghiệp
CTCH Common Traffic Channel Kênh lưu lượng chung
D/A Digital/Analog
Bộ chuyển đổi tín hiệu số thành tương
tự
DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng
DPCCH
Dedicated Physical Control
Channel
Kênh điều khiển vật lý riêng
DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng
DPCH Downlink Physical Channel Kênh vật lý đường xuống
DPDCH
Dedicated Physical Data
Channel
Kênh vật lý số liệu riêng
DRNC
Drift Radio Network
Controller
Bộ điều khiển mạng vô tuyến trôi
DSSS
Direct Sequence Spread
Spectrum
Trải phổ chuỗi trực tiếp
DS-CDMA Direct Sequence - Code
Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã trải
Communication
Hệ thống thông tin di động toàn cầu
HE Home Environment Môi trường nhà
HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú
HSCSD
High Speed Circuit Switched
Data
Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao
HSS Home Subscriber Server
Dịch vụ thuê bao thường trú (Đăng ký
thường trú)
IF Intermediate Frequency Trung tần
IMSI
International Mobile Station
Identity
Nhận dạng trạm di động quốc tế
IP Internet Protocol Giao thức Internet
ISDN
Integrated Service Digital
Network
Mạng số liên kết đa dịch vụ
IWF Internetworking Function Chức năng tương tác mạng
8
Đồ án tốt nghiệp
LAI Location Area Identity Nhận dạng vùng định vị
LoCH Logic Channel Các kênh logic
MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập trung gian
MCC Mobile Country Code Mã nước
ME Mobile Equipment Thiết bị di động
MGCF Media Gateway Control
9
Đồ án tốt nghiệp
PACCH
Packet Associated Control
Channel
Kênh điều khiển liên kết gói
PAGCH Packet Access Grant Channel Kênh cho phép truy nhập gói
PCCCH
Packet Common Control
Channel
Kênh điều khiển chung gói
P-CCPCH
Primary Common Control
Physical Channel
Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp
PCCH Paging Control Channel Kênh tìm điều khiển tìm gọi
PCPCH
Physical Common packet
Channel
Kênh vật lý gói chung
PDC Personal Digital Cellular Tế bào số cá nhân
PDN Packet Data Network Mạng dữ liệu gói
PDSCH
Physical Downlink Shared
Channel
Kênh vật lý chia sẻ đường xuống
PDP Packet Data Protocol Giao thức số liệu gói
PDTCH Packet Data Traffic Channel Các kênh lưu lượng số liệu gói
PICH Paging Indicator Channel Kênh chỉ thị tìm gọi
P-TMSI
Packet- Temporary Mobile
Subscriber Identity
Các số nhận dạng tạm thời gói
QPSK Quadrate Phase Shift Keying Khoá dịch pha vuông góc
QoS Quality Of Service Các loại lưu lượng và dịch vụ
RA Routing Area Vùng định tuyến thuê bao
RAB Radio Access Bearer Vật mang truy nhập vô tuyến
RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên
RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến
RF Radio Frequency Tần số vô tuyến (cao tần)
RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến
11
Đồ án tốt nghiệp
RNS Radio Network System hệ thống mạng vô tuyến
R-SGW Roaming Signaling Gateway Cổng báo hiệu chuyển mạng
S-CCPCH
Secondary Common Control
Physical Channel
Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp
SCH Synchronous Channel Kênh đồng bộ
SF Spreading Factor Hệ số trải phổ
SGSN Serving GPRS Support Note Điểm hỗ trợ GPRS phục vụ
SRNC
Serving Radio Network
Controller
Bộ điều khiển mạng vô tuyến phục vụ
TACS
Total Access Communication
System
UMTS Terrestrial Radio
Access Network
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
UMTS
VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú
VoIP Voice Over IP Thoại trên nền IP
W-CDMA
Wideband Code Division
Đa truy nhập vô tuyến phân chia theo
mã băng rộng
13
Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG VIỄN THÔNG DI ĐỘNG THẾ
HỆ THỨ BA UMTS
1.1 Giới thiệu chương
Mục đích của chương 1 cần đạt được là hiểu rõ về nguồn gốc của hệ thống
viễn thông thế hệ thứ ba UMTS thông qua chủ đề “Sự ra đời của hệ thống viễn
thông UMTS” cùng với việc đi vào tìm hiểu kỹ hơn về mạng UMTS thông qua hai
chủ đề tiếp theo là “Một số đặc điểm của hệ thống UMTS” và “Kiến trúc mạng
viễn thông UMTS”
1.2 Sự ra đời của hệ thông viễn thông UMTS
1.2.1 Lịch sử phát triển của các hệ thống viễn thông
Sự phát triển của các hệ thống viễn thông di động trên toàn thế giới đã trải
qua được ba thế hệ, với rất nhiều các kiểu hệ thống khác nhau. Từ các hệ thống
tương tự ở thế hệ thứ nhất đến các hệ thống số ở các thế hệ tiếp theo và hiện nay
còn đang được tiếp tục triển khai phát triển vào các hệ thống viễn thông di động ở
thế hệ thứ tư.
Các hệ thống viễn thông thế hệ thứ nhất
Các hệ thống viễn thông thế hệ thứ nhất là các hệ thống điện thoại di động
theo công nghệ tương tự được ra đời vào khoảng thời gian cuối những năm 1970
mobile, với khả năng có những tốc độ dữ liệu cao hơn so với các dịch vụ 2G thuần
túy.
15
Đồ án tốt nghiệp
+ Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD: Data Switched Circuit
Speed Hight) bằng cách tận dụng khả năng sẵn có của GSM với tối đa 8
kênh TCH trọn tốc thì HSCSD có thể đạt tới tốc độ tối thiểu là 76,8 kb/s
và còn có thể lên tới 115 kb/s nếu sử dụng thêm một số những kỹ thuật
giảm thủ tục rườm rà. HSCSD tận dụng cấu trúc mạng GSM và không
cần có những chỉnh sửa đối với cơ cấu hạ tầng của mạng chỉ trừ việc cập
nhật phần mềm.
+ Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS: Services Radio Packet General) là
dịch vụ chuyển mạch gói không giống với GSM và HSCSD là dịch vụ
chuyển mạch kênh. Đây là một bước quan trọng trong sự trưởng thành
của GSM mang lại sự hội tụ gần gũi hơn của IP và tính di động. GPRS
cho ra các dịch vụ phi thời gian với tốc độ dữ liệu lên tới 171 kb/s.
+ Những tốc độ dữ liệu nâng cao cho phát triển của mạng GSM (EDGE :
Enhance Data rate for GSM Evolution). Công nghệ EDGE ra đời đã
nâng được dung lượng và tốc độ truyền dữ liệu của cả hai mạng chuyển
mạch kênh HSCSD và chuyển mạch gói GPRS. Điều này thực hiện được
là nhờ việc thiết lập một giao diện sóng radio mới liên kết với khóa mã sử
dụng trong GSM (GMSK) là khóa dịch pha bát phần (8-PSK). Phương
pháp điều chế mới này cho phép các tốc độ dữ liệu của HSCSD và GPRS
có sẵn có thể mở rộng lên đến ba lần cho từng kênh. EDGE có thể đạt tới
400 kb/s đối với các dịch vụ chất lượng cao.
Các hệ thống viễn thông thế hệ thứ ba
Sự bức thiết về những hệ thống di động lại có thể truy cập vào được các dịch
vụ đa phương tiện băng rộng, tốc độ cao như những gì đã có ở các mạng cố định.
Mà các dịch vụ này nằm ngoài khả năng của các mạng 2G (cung cấp các dịch vụ có
tốc độ thấp). Đã dẫn tới sự phát triển của các hệ thống 3G với nền tảng là sự hội tụ
17
Đồ án tốt nghiệp
1.2.2 Hệ thống viễn thông di động quốc tế cho năm 2000 (IMT-2000)
Bộ phận tiêu chuẩn của ITU-R (Liên minh Viễn thông Quốc tế - bộ phận vô
tuyến) đã xây dựng các tiêu chuẩn cho IMT-2000. Mục đích của IMT-2000 là đưa
ra nhiều khả năng mới nhưng cũng đồng thời đảm bảo sự phát triển liên tục của
thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) vào những năm 2000. Thông tin di động thế hệ
thứ ba (3G) xây dựng trên cơ sở IMT-2000 sẽ được đưa vào phục vụ từ năm 2001.
Các hệ thống 3G sẽ cung cấp rất nhiều dịch vụ viễn thông bao gồm: thoại, số liệu
tốc độ bít thấp và bít cao, đa phương tiện, video cho người sử dụng làm việc cả ở
môi trường công cộng lẫn tư nhân (vùng công sở, vùng dân cư, phương tiện vận tải
…)
Các tiêu chí chung để xây dựng IMT-2000:
+ Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz :
- Đường lên : 1885-2025 MHz
- Đường xuống : 2110-2200 MHz
+ Là hệ thống thông tịn di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô
tuyến
- Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến
- Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông
+ Sử dụng trong các môi trường khai thác khác nhau:
- Trong công sở
- Ngoài đường
- Trên xe
- Vệ tinh
+ Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:
18
Đồ án tốt nghiệp
- Môi trường thông tin nhà ảo (VHF: Virtual Home Environment) trên cơ
sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu
minh
Dịch vụ
viễn
thông
Dịch vụ âm thanh
- Dịch vụ âm thanh chất lượng cao (16-64
kbit/s)
- Dịch vụ truyền thanh AM (32-64 kbit/s)
- Dịch vụ truyền thanh FM (64-384
kbit/s)
Dịch vụ số liệu
- Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64-
144 kbit/s)
- Dịch vụ số liệu tốc độ tương đối
cao(144 kbit/s – 2Mbit/s)
- Dịch vụ số liệu tốc độ cao ( ≥ 2Mbit/s)
Dịch vụ đa phương
tiện
- Dịch vụ Video (384 kbit/s)
- Dịch vụ ảnh động (384 kbit/s – 2Mbit/s)
- Dịch vụ ảnh động thời gian thực
(≥2Mbit/s)
Dịch vụ
Internet
Dịch vụ Internet đơn
giản
Dịch vụ truy nhập Wep ( 385 kbit/s -2
Mbit/s)
Dịch vụ Internet thời
gian thực
GS
M
HSCS
D
GPRS
SSS
EDG
EEE
UMTS
21
Đồ án tốt nghiệp
gian TDMA và phân chia theo mã CDMA. Và sau đó là WCDMA được xây dựng
dựa trên CDMA nhưng với băng tần rộng hơn.
Trong các hệ thống thông tin trải phổ (viết tắt là SS: Spread Spectrum) độ
rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng, thông thường hàng trăm lần trước khi
được phát. Có ba kiểu trải phổ cơ bản
+ Chuỗi trực tiếp (DSSS: Direct Sequence Spreading Spectrum)
+ Nhẩy tần (FHSS: Frequence Hopping Spreading Spectrung)
+ Nhẩy thời gian(THSS: Time Hopping Spreading Spectrum)
Phương pháp trải phổ được hệ thống WCDMA sử dụng là DSSS
Hình 1. 3: Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)
Trong hình 1.3 thì
+ Ký hiệu x, y và c ký hiệu tổng quát cho tín hiệu vào, ra và mã trải phổ
+ x(t), y(t) và c(t) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền
thời gian
22
Đồ án tốt nghiệp
+ X(f), Y(f) và C(f) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong
miền tần số
+ T
+ Đường lên có băng tần nằm trong dải phổ từ 1920 MHz đến 1980 MHz
+ Đường xuống có băng tần nằm trong dải phổ từ 2110 MHz đến 2170
MHz
Phương pháp ghép kênh TDD sử dụng các tần số nằm trong dải 1900 đến
1920 MHz và 2010 MHz đến 2025 MHz, ở đây đường lên đường xuống sử dụng
trung một băng tần
23
Đồ án tốt nghiệp
Hình 1. 4: Phổ tần cho ghép kênh FDD và TDD
1.3.3 Quy hoạch tần số
Hình 1. 5: Phân bố tần số cho WCDMA/FDD
1.3.4 Các loại lưu lượng và dịch vụ QoS (Quality Of Service) của mạng UMTS
24
Đồ án tốt nghiệp
Trong UMTS có bốn loại lưu lượng : Loại hội thoại, loại luồng, loại tương
tác và loại cơ bản.
Yếu tố phân biệt chủ yếu của các dịch vụ này là độ nhạy cảm trễ của lưu
lượng. Chẳng hạn loại hội thoại rất nhạy cảm với trễ, trong khi đó loại cơ bản ít
nhạy cảm với trễ nhất
Bảng 1. 2: Các loại lưu lượng trong UTMTS
Loại lưu
lượng
Loại hội thoại Loại luồng Loại tương tác Cơ bản
Các đặc
tính cơ
bản
Thông tin yêu
cầu trễ nhỏ
Thông tin
một chiều
Web
Truy nhập
server
Tải xuống e-mail,
tải xuống video
1.4 Kiến trúc hệ thống viễn thông UMTS
Hệ thống viễn thông UMTS được xây dựng theo ba mô thức chính là
R3,R4,R5.
1.4.1 Kiến trúc hệ thống UMTS theo mô thức R3
Một mạng UMTS bao gồm ba phần:
25
Copyright: Tài liệu đại học ©