Bộ giáo dục Và đào tạo
TrƯờng đại học bách khoa hà nội
Luận văn thạc sỹ khoa học
NGHIấN CU CễNG NGH TRUY NHP
TC CAO V NG DNG VO MNG VIETTEL
Ngời hớng dẫn khoa học: TS. NGUYN THUí ANH
học viên
: V HUY TUYN
Hà nội - 2010
LỜI CẢM ƠN
Trong hai năm cao học tôi đã được học hỏi những kiến thức quí báu từ các
thầy, cô giáo của Đại học Bách Khoa Hà Nội. Tôi vô cùng biết ơn sự dạy dỗ, chỉ
bảo tận tình của các thầy, các cô trong thời gian học tập và hoàn thành bản luận
văn này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn của mình tới TS. Nguyễn Thúy Anh, người đã
định hướng cho những nghiên cứu của tôi, người trực tiếp hướng dẫn tôi hoàn
thiện bản luận văn này.
Học viên
Vũ Huy Tuyển
i
LỜI CAM ĐOAN
1.6.3 Mạng lõi ........................................................................................... 17
1.6.4 Các mạng ngoài ................................................................................ 21
1.6.5 Các giao diện .................................................................................... 22
1.7 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R4............................................................ 22
1.8 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R5 và R6 .................................................. 25
1.9 Chiến lược dịch chuyển từ GSM sang UMTS............................................ 28
1.9.1 3GR1 : Kiến trúc mạng UMTS chồng lấn........................................... 28
iii
1.9.2 3GR2 : Tích hợp các mạng UMTS và GSM ....................................... 29
1.9.3 GR3 : Kiến trúc RAN thống nhất ....................................................... 30
1.10 Tổng kết ................................................................................................ 31
Chương 2. GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA WCDMA UMTS ................... 32
2.1 Giới thiệu chung ...................................................................................... 32
2.2 Kiến trúc ngăn xếp giao thức của giao diện vô tuyến WCDMA/FDD ......... 33
2.3 Các kênh của WCDMA ........................................................................... 35
2.3.1 Các kênh logic, LoCH. ...................................................................... 36
2.3.2 Các kênh truyền tải, TrCH. ................................................................ 37
2.3.3 Các kênh vật lý. ................................................................................ 39
2.3.4 Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH và truy nhập gói CPCH .......... 45
2.3.5 ... Thí dụ về báo hiệu thiết lập cuộc gọi sử dụng các kênh logic và truyền
tải……………………………………………………………………………..46
2.4 Chuyển giao trong WCDMA .................................................................... 48
2.4.1 Chuyển giao cứng. ............................................................................ 48
2.4.2 Chuyển giao mềm/ mềm hơn. ............................................................ 48
2.5 Tổng kết .................................................................................................. 50
Chương 4. ỨNG DỤNG HSPA TRONG MẠNG VIETTEL ..................... 85
4.1 Giới thiệu chung ...................................................................................... 85
4.2 Cấu trúc mạng 3G của Viettel................................................................... 85
4.3 Mạng truy nhập vô tuyến.......................................................................... 88
4.3.1 RNC ................................................................................................. 89
4.3.2 Node B ............................................................................................. 90
v
4.3.3 Chức năng của RNC.......................................................................... 90
4.3.4 Giao diện và giao thức của RNC ........................................................ 91
4.4 Triển khai tại mạng Viettel. ...................................................................... 95
4.4.1 Mạng truy nhập vô tuyến của Ericsson ............................................... 95
4.4.2 Mạng chuyển mạch gói ( PS Core ) .................................................... 99
4.5 Cấu hình hệ thống đáp ứng yêu cầu truy nhập HSPA ...............................101
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………………………………104
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………………..105
vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
2G
Second Generation
Thế hệ thứ 2
Mã hóa và điều chế thích ứng
AMR
Adaptive MultiRate
Đa tốc độ thích ứng
ATM
Asynchronous Transfer Mode
Chế độ truyền dị bộ
BCCH
Broadcast Control Channel
Kênh điều khiển quảng bá
BCH
Broadcast Channel
Kênh quảng bá
BTS
Base Tranceiver Station
Kênh gói chung
CPICH
Common Pilot Channel
Kênh hoa tiêu chung
CQI
Channel Quality Indicator
Chỉ thị chất lượng kênh
CRC
Cyclic Redundancy Check
Kiểm tra vòng dư
CS
Circuit Switch
Chuyển mạch kênh
CSICH
CPCH Status Indicator Channel
DPDCH
Dedicated Physical Data Channel
Kênh số liệu vật lý riêng
vii
DSCH
Downlink Shared Channel
Kênh chia sẻ đường xuống
Kênh cho phép tuyệt đối tăng
E-AGCH Enhanced Absolute Grant Channel cường
E-DCH
Enhanced Dedicated Channel
Kênh riêng tăng cường
EDGE
Enhanced Data rates for GPRS
Evolution
Tốc độ số liệu tăng cường để phát
triển GPRS
Ghép song công phân chia theo
thời gian
F-DPCH
Fractional DPCH
DPCH một phần (phân đoạn)
GERAN
GSM EDGE Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến GSM
EDGE
GGSN
Gateway GPRS Support Node
Nút hỗ trợ GPRS cổng
GPRS
General Packet Radio Service
Dịch vụ vô tuyến gói chung
GSM
Global System For Mobile
Communications
HSDPCCH
High-Speed Dedicated Physical
Control Channel
Kênh điều khiển vật lý riêng tốc độ
cao
HS-DSCH High-Speed Dedicated Shared
Channel
Kênh chia sẻ riêng tốc độ cao
HSPA
High Speed Packet Access
Truy nhập gói tốc độ cao
HS-
High-Speed Physical Dedicated
Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc độ
viii
PDSCH
Internet Protocol
Giao thức Internet
IR
Incremental Redundancy
Phần dư tăng
Iu
Giao diện được sử dụng để thông
tin giữa RNC và mạng lõi
Iub
Giao diện được sử dụng để thông
tin giữa RNC và nút B
Iur
Giao diện được sử dụng để thông
tin giữa các RNC
LTE
Long Term Evolution
Phát triển dài hạn
Paging Channel
Kênh tìm gọi
PCPCH
Physical Common Packet Channel
Kênh vật lý gói chung
PDCP
Packet-Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói
PDSCH
Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống vật lý
PHY
Physical Layer
Lớp vật lý
PICH
Page Indication Channel
Kênh chỉ thị tìm gọi
Khóa chuyển pha vuông góc
RACH
Random Access Channel
Kênh truy nhập ngẫu nhiên
RAN
Radio Access Network
Mạng truy nhập vô tuyến
RLC
Radio Link Control
Điều khiển liên kết vô tuyến
RNC
Radio Network Controller
Bộ điều khiển mạng vô tuyến
RRC
Radio Resource Control
Nút hỗ trợ GPRS phục vụ
SIM
Subscriber Identity Module
Mođun nhận dạng thuê bao
SMS
Short Message Service
Dịch vụ nhắn tin
SHO
Soft Handover
Chuyển giao mềm
TDD
Time Division Duplex
Ghép song công phân chia theo
thời gian
TDM
Time Division Multiplex
Transmission Time Interval
Khỏang thời gian phát
UE
User Equipment
Thiết bị người sử dụng
UL
Uplink
Đường lên
TDMA
x
UMB
Ultra Mobile Broadband
Băng thông di động siêu rộng
UMTS
WCDMA Wideband Code Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo mã
băng rộng
WiFi
Chất lượng không dây cao
Wireless Fidelitity
xi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Phân loại các dịch vụ ở 3GWDCMA UMTS ...........................................12
Bảng 2.1. Danh sách các kênh logic .........................................................................36
Bảng 2.2. Danh sách các kênh truyền tải ..................................................................38
Bảng 2.3. Danh sách các kênh vật lý ........................................................................40
Bảng 3.1. Các thông số tốc độ đỉnh R6 HSPA .........................................................52
Bảng 3.2. Các loại đầu cuối HSDPA khác nhau.......................................................69
Bảng 3.3. Các loại đầu cuối R6 HSUPA. ………………………………...……….79
xii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G................................. 4
Hình 1.2 Lịch trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP.......................................................... 5
Hình 3.5 Cấu trúc thời gian-mã của HS-DSCH................................................................... 56
Hình 3.6 Lập biểu phụ thuộc kênh cho HSDPA.................................................................. 58
Hình 3.7 Nguyên lý lập biểu HSDPA của nút B ................................................................. 59
Hình 3.8 Mã hóa turbo và đục lỗ ......................................................................................... 60
Hình 3.9 Chùm tín hiệu điều chế QPSK, 16-QAM và khoảng cách cực tiểu giữa hai điểm
tín hiệu ................................................................................................................................. 61
Hình 3.10 Nguyên lý xử lý phát lại của nút B ..................................................................... 63
Hình 3.11 HARQ kết hợp phần dư tăng sử dụng mã turbo ................................................. 64
Hình 3.12 Kiến trúc HSDPA ............................................................................................... 65
Hình 3.13 Cấu trúc kênh HSDPA kết hợp WCDMA .......................................................... 66
Hình 3.14 Sơ đồ MIMO 2x2................................................................................................ 68
Hình 3.15 Nguyên lý lập biểu HSUPA của nút B ............................................................... 72
Hình 3.16 Chương trình khung lập biểu của HSUPA ......................................................... 73
Hình 3.17 Kiến trúc mạng được lập cấu hình E-DCH (và HS-DSCH). .............................. 76
Hình 3.18 Các kênh cần thiết cho một UE có khả năng HSUPA ........................................ 77
Hình 3.19 Cấu trúc kênh tổng thể với HSDPA và HSUPA................................................. 77
Hình 3.20 Sự kiện đo và báo cáo ô (đoạn ô) phục vụ HS-DSCH tốt nhất........................... 80
Hình 3.21 Chuyển giao HS-DSCH giữa hai đoạn ô thuộc cùng một nút B......................... 81
Hình 3.22 Chuyển giao HS-DSCH giữa các đoạn ô thuộc hai RNC khác nhau ................. 82
Hình 3.23 Chuyển giao HS-DSCH từ nút B có HS-DSCH sang một nút B chỉ có DCH.... 83
Hình 4.1 Sơ đồ minh họa cấu trúc tổng thể mạng 3G của Viettel. ...................................... 86
Hình 4.2 Vị trí của RNC,Node B trong hệ thống 3G........................................................... 88
Hình 4.3 Cấu trúc UTRAN .................................................................................................. 89
Hình. 4.4 Vai trò logic của SNRC và DNRC ...................................................................... 90
Hình 4.5 Các giao diện của RNC......................................................................................... 91
Hình 4.6 Mô hình giao thức tổng quát UTRAN .................................................................. 92
Hình 4.7 Cấu trúc giao thức của RNC ................................................................................. 95
Hình 4.8 Vị trí phần cứng tủ chứa RNC 3820 ................................................................... 95
Hình 4.9 Kiến trúc phần cứng RNC 3820.......................................................................... 97
Trong giai đoạn này tốc độ số liệu đạt được 30-100Mbps với băng thông 20MHz.
Tiếp sau LTE, IMT-Adv (IMT tiên tiến) sẽ được phát triển, đây sẽ là thời kỳ phát
triển của 4G với tốc độ từ 100 đến 1000 Mbps và băng thông 100MHz.
Chính thức được đưa vào hoạt động lần đầu tiên vào năm 2005, tính đến cuối
năm 2006 đã có 19 nhà cung cấp 66 sản phẩm ứng dụng công nghệ HSDPA, trong
đó có 32 sản phẩm điện thoại di động.Với những cải tiến mang tính đột phá,
HSDPA là một công nghệ đang được chú trọng phát triển. Trên thực tế, thị trường
của HSDPA phát triển mạnh mẽ nhất, đặc biệt là ở giai đoạn khởi đầu, là ở những
nước phát triển, nơi có lượng khách hàng khổng lồ sử dụng điện thoại di động chất
lượng cao. Lý do là vì những chiếc điện thoại HSDPA sẽ có giá thành cao hơn hẳn
1
những chiếc điện thoại thông thường – được nhắm vào thị trường những nước phát
triển thấp hơn.
Mục đích của luận văn:
• Giới thiệu chung về mạng 3G WCDMA UMTS và xu hướng công nghệ
trong các năm tiếp theo.
• Tập trung vào nghiên cứu công nghệ truy nhập gói tốc độ cao cao ( HSPA ),
các kĩ thuật chính được sử dụng nhằm đảm bảo yêu cầu truy cập tốc độ cao
cho cả đường xuống và đường lên
• Ứng dụng của những kĩ thuật đó trong mạng Viettel.
Nội dung luận văn bao gồm :
Mở đầu: Giới thiệu chung về công nghệ truy cập gói tốc độ cao, các vấn đề sẽ
nghiên cứu trong luận văn.
Chương 1: Nghiên cứu tổng quan quá trình phát triển thông tin di động lên 4G.
Các phát hành đánh dấu các mốc quan trọng phát triển mạng 3G
WCDMA UMTS được xét: R3, R4, R5 và R6.. Ngoài ra IMS vẫn còn
chứa chuyển mạch mềm để hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch kênh (MGCF).
được .
Phần kết luận: Tóm tắt kết quả nghiên cứu và khuyến nghị.
3
Chương 1. TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA UMTS
1.1 Giới thiệu chung
Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba IMT-2000 đã
được đề xuất, trong đó hai hệ thống WCDMA UMTS và cdma-2000 đã được ITU
chấp thuận và đã được đưa vào hoạt động. Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ
CDMA điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến
của hệ thống thông tin động thế hệ ba.
Trong chương này sẽ trình bày khái quát chung về sự phát triển của các hệ
thống thông tin di động lên 4G, kiến trúc chung của một mạng 3G; các kiến trúc R3,
R4, R5 và R6 của mạng thông tin di động 3G WCDMA UMTS.
1.2 Lộ trình phát triển thông tin di động lên 4G
Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G được cho trên
hình 1.1 và lộ trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP được cho trên hình 1.2
Hình 1.1. Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G
4
Hình 1.2. Lịch trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP
Hình 1.3. cho thấy lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của
3GPP
chỉ xét đề cập đến công nghệ duy nhất trong đó UMTS được gọi là 3G WCDMA
UMTS
1.4 Các loại chuyển mạch trong mạng 3G
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.
6
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.
định tuyến trong tiêu đề gồm: đường dẫn ảo (VP) và kênh ảo (VC). Điều khiển kết
nối bằng VC (tương ứng với kênh của người sử dụng) và VP (là một bó các VC)
cho phép khai thác và quản lý có khả năng mở rộng và có độ linh hoạt cao. Thông
thường VP được thiết lập trên cơ sở số liệu của hệ thống tại thời điểm xây dựng
mạng. Việc sử dụng ATM trong mạng lõi cho ta nhiều cái lợi: có thể quản lý lưu
lượng kết hợp với RAN, cho phép thực hiện các chức năng CS và PS trong cùng
một kiến trúc và thực hiện khai thác cũng như điều khiển chất lượng liên kết.
Chuyển mạch hay Router IP (Internet Protocol) cũng là một công nghệ
thực hiện phân chia thông tin phát thành các gói được gọi là tải tin (Payload). Sau
đó mỗi gói được gán một tiêu đề chứa các thông tin địa chỉ cần thiết cho chuyển
mạch. Trong thông tin di động do vị trí của đầu cuối di động thay đổi nên cần phải
có thêm tiêu đề bổ sung để định tuyến theo vị trí hiện thời của máy di động. Quá
trình định tuyến này được gọi là truyền đường hầm (Tunnel). Có hai cơ chế để thực
hiện điều này: MIP (Mobile IP: IP di động) và GTP (GPRS Tunnel Protocol: giao
thức đường hầm GPRS). Tunnel là một đường truyền mà tại đầu vào của nó gói IP
được đóng bao vào một tiêu đề mang địa chỉ nơi nhận (trong trường hợp này là địa
chỉ hiện thời của máy di động) và tại đầu ra gói IP được tháo bao bằng cách loại bỏ
tiêu đề bọc ngoài (hình 1.6).
Hình 1.6. Đóng bao và tháo bao cho gói IP trong quá trình truyền tunnel
9
Copyright: Tài liệu đại học ©