Nghiên cứu công nghệ wcdma ứng dụng cho nâng cấp mạng gsm của viettel lên 3g

bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o

tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi

---------------------------------------

ðÀO QUANG ANH

luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc

ngµnh : XỬ LÝ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ WCDMA ỨNG DỤNG

CHO NÂNG CẤP MẠNG GSM CỦA

VIETTEL LÊN 3G

X

Ử

TRUY

LÝ THÔNG TIN VÀ

ỀN THÔNG

ðÀO QUANG ANH

2006 - 2008

Hµ Néi

2008 Hµ Néi 2008

BẢN CAM ĐOAN

Tôi là ðào Quang Anh, học viên cao học lớp XLTT&TT khóa 2006 - 2008.

Thầy giáo hướng dẫn là TS. Bạch Thành Lê.

Tôi xin cam ñoan toàn bộ nội dung ñược trình bày trong bản luận văn nay là

kết quả tìm hiểu và nghiên cứu của riêng tôi, trong quá trình nghiên cứu ñề tài

“Nghiên cứu công nghệ CDMA ứng dụng cho nâng cấp mạng GSM của Viettel

lên 3G”. Các kết quả và dữ liệu ñược nêu trong luận văn là hoàn toàn trung

thực và rõ ràng. Mọi thông tin trích dẫn ñều ñược tuân theo luật sở hữu trí tuệ,

liệt kê rõ ràng các tài liệu tham khảo. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với

những nội dung ñược viết trong luận văn này.

Hà nội, ngày 06 tháng 11 năm 2008.

HỌC VIÊN

ðÀO QUANG ANH

MỤC LỤC

TRANG 1 …………………………………………………………………………….. 1

LỜI CAM ðOAN ………………………………………………………………..…....2

MỤC LỤC …………………………………………………………………….……….3

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT...............................................................................4

MỞ ðẦU .........................................................................................................................6

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG ............................................................................8

1.1 Mục tiêu và nhiệm vụ của ñề tài.............................................................................8

1.2 Tình hình phát triển công nghệ 3G trên thế giới và tại Việt Nam..........................8

1.3 So sánh hệ thống WCDMA với các hệ thống 2G ...............................................19

1.4. So sánh, ñánh giá 2 công nghệ W-CDMA và CDMA - 2000.............................22

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG WCDMA ..........................................................................25

2.1. Hệ thống thông tin trải phổ..................................................................................25

2.2. Giới thiệu chung hệ thống UMTS .......................................................................27

2.3. Mạng truy nhập UTRAN.....................................................................................29

2.4. Mạng lõi CN ........................................................................................................33

2.5. Thiết bị người sử dụng UE (user Equipment) .....................................................34

2.6. Mạng truyền dẫn..................................................................................................35

CHƯƠNG 3 CÁC ðIỀU KIỆN VỀ KỸ THUẬT, CÔNG NGHỆ CHO QUÁ

TRÌNH CHUYỂN ðỔI LÊN 3G ................................................................................37

3.1. Khả năng chuyển ñổi 2G lên 3G .........................................................................37

3.2. Cấu trúc hệ thống GSM ñang tồn tại...................................................................40

3.3. Giai ñoạn HSCSD................................................................................................44

3.4. Giai ñoạn GPRS ..................................................................................................46

3.5. Giai ñoạn EDGE..................................................................................................49

3.6. Giai ñoạn UMTS .................................................................................................52

CHƯƠNG 4 CÁC PHƯƠNG ÁN CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI PHÁP PHÁT TRIỂN

MẠNG 3G CHO VIETTEL ........................................................................................54

4.1 Giới thiệu về công ty Viettel Telecom .................................................................54

4.2. ðánh giá về cơ sở hạ tầng mạng hiện có.............................................................54

4.3 Phân tích các phương án và lựa chọn giải pháp ...................................................63

4.4. Tính toán các thông số và xây dựng cấu trúc mạng ............................................73

4.5. Một số thiết bị mạng 3G của Siemens.................................................................90

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TRIỂN KHAI..........................................................100

TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................102

4

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

3G Third Generation – Thế hệ thứ ba

3GPP Third Generation Partnership Project – Dự án ñối tác 3G

ATM Asynchronous Transfer Mode – Chế ñộ truyền không ñồng bộ

BSC Base Station Controller – Bộ ñiều khiển trạm gốc

BSS Base Station Subsystem – Phân hệ trạm gốc

BTS Base Transceiver Station – Trạm thu phát gốc

CDMA Code Division Multiple Access – ða truy nhập theo phân mã

EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution – Tốc ñộ dữ liệu cao

FDD Frequency Division Duplex – Song công phân tần

GGSN Gateway GPRS Support Node – Nút hỗ trợ cổng GPRS

GPRS General Packet Radio Service – Dịch vụ vô tuyến gói chung

GSM Global System for Mobile Communications – Hệ thống GSM

HLR Home Location Register – Bộ ñăng ký vị trí thường trú

HSCSD High Speed Circuit Switched Data – Dữ liệu chuyển mạch kênh

tốc ñộ cao

IP Internet Protocol – Giao thức Internet

ITU International Telecommunications Union – Liên minh viễn thông

quốc tế

IPv6 IP version 6 – IP phiên bản 6

IWF Internetworking Functions – Khối chức năng liên mạng

MAP Mobile Application Protocol – Giao thức ứng dụng di ñộng

MS Mobile Staion – Máy di ñộng

MSC Mobile Switching Center – Trung tâm chuyển mạch di ñộng

5

PLMN Public Land Mobile Network – Mạng di ñộng mặt ñất công cộng

PSTN Public Switched Telephone Network – Mạng ñiện thoại chuyển

mạch gói công cộng

RAN Radio Access Network – Mạng truy nhập vô tuyến

SGSN Serving GPRS Support Node – Nút hỗ trợ phục vụ GPRS

SMS Short Message Service – Dịch vụ nhắn tin ngắn

TCP Trasmission Control Protocol – Giao thức ñiều khiển truyền

TDD Time Division Duplex – Song công phân thời

TDMA Time Division Multiple Access – ða truy nhập phân chia theo

thời gian

UMTS Universal Mobile Telecommunications System – Hệ thống thông

tin di ñộng UMTS

UTRA Universal Terrestrial Radio Access – Truy nhập vô tuyến mặt ñất

của UMTS

VLR Visitor Location Register – Bộ ñăng ký vị trí tạm trú

VPN Virtual Private Network – Mạng riêng ảo

WAP Wireless Application Protocol – Giao thức ứng dụng vô tuyến

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access – ða truy nhập phân

mã băng rộng

6

MỞ ðẦU

Nhu cầu trao ñổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện ñại. Sự ra

ñời của thông tin di ñộng là một bước ngoặt lịch sử trong ngành viễn thông cũng

như bước phát triển quan trọng của loài người. Qua quá trình phát triển và cho

ñến ngày nay ñó là mạng di ñộng 3G. Cùng với việc cho phép kết nối mọi nơi,

mọi lúc, là một trong những khả năng của mạng 3G. 3G mang tới nhiều tiện ích,

ứng dụng hơn là khả năng di ñộng cho Internet. Các dịch vụ mới sẽ xuất hiện

như nhắn tin ña phương tiện, các dịch vụ ñịnh vị, các dịch vụ thụng tin cá nhân,

vui chơi giải trí, các dịch vụ ngân hàng, thanh toán ñiện tử... sẽ phát triển mạnh.

ở Việt Nam, các hệ thống thông tin di ñộng thế hệ thứ ba cũng ñã và sẽ ñược

nhanh chóng triển khai.

ðể theo kịp xu thế chung của thế giới là tiến tới mạng thế hệ sau 3G và

cung cấp các dịch vụ mới, việc nghiên cứu ñể triển khai, chuyển ñổi sang mạng

3G tại Việt Nam là cần thiết. ðối với các nhà khai thác mạng di ñộng GSM thì

cái ñích 3G là các hệ thống thông tin di ñộng CDMA băng rộng (W-CDMA)

theo chuẩn IMT-2000. Xuất phát từ ñịnh hướng này, luận văn ñề cập ñến (Nghiên

cứu công nghệ CDMA ứng dụng cho nâng cấp mạng GSM của Viettel lên 3G) nghiên

cứu tổng quan về công nghệ W-CDMA và hệ thống thông tin di ñộng W-CDMA

nói chung, phân tích các quá trình phát triển lên 3G từ ñó ứng dụng lựa chọn,

tính toán dụng lượng mạng trên cơ sở ñó xây dựng cấu trúc 3G, phù hợp với xu

hướng phát triển mạng thông tin di ñộng Viettel.

Luận văn ñược chia làm 4 chương:

Chương 1: Giới thiệu chung về tình hình phát triển di ñộng 3G tên thế giới

và tại Việt nam.

7

Chương 2: Hệ thống WCDMA: Giới thiệu tổng quan về công nghệ và hệ

thống WCDMA

Chương 3: Phân tích quá trình phát triển lên mạng 3G.

Chương 4: Ứng dụng mạng 3G cho phát triển mạng Viettel.

Mặc dù ñã hết sức cố gắng và ñã nhận ñược nhiều ý kiến ñóng góp quí báu

từ các thầy cô giáo, nhưng do thời gian có hạn, luận văn chưa thể ñi sâu vào

nhiều khía cạnh kỹ thuật khác. Song những vấn ñề mà luận văn ñề cập tới là

những yếu tố quan trọng ñã và ñang ñưa vào sử dụng cũng như những ứng dụng

của nó trong phát triển mạng thông tin di ñộng 3G. Rất mong ñược sự ñóng góp

và giúp ñỡ hơn nữa của các thầy cô giáo và ñồng nghiệp ñể luận văn ñược kết

quả tốt hơn.

Sau cùng em xin chân thành cám ơn thầy giáo TS Bạch Thành Lê, người

trực tiếp hướng dẫn và giúp ñỡ em hoàn thành luận văn này. Em xin cám ơn các

thầy cô giáo trong khoa Công nghệ Thông tin ñã giúp ñỡ em trong suốt quá trình

học tập cũng như trong quá trình hoàn thành luận văn này.

Tác giả

ðào Quang Anh

8

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Mục tiêu và nhiệm vụ của ñề tài

1.1.1 Mục tiêu của ñề tài

Nghiên cứu công nghệ WCDMA và quá trình nâng cấp mạng GSM(2G)

lên WCDMA(3G) ñể ứng dụng cho phát triển mạng thông tin di ñộng Viettel.

1.1.2 Nhiệm vụ của ñề tài

ðánh giá tình hình phát triển công nghệ mạng 3G trên thế giới cũng như

tại Việt Nam và nêu lên sự cần thiết phát triển 3G tại Việt Nam.

Tổng quan công nghệ WCDMA và mạng UMTS phân tích các quá trình

phát triển ñể nâng cấp mạng GSM (2G) lên mạng WCDMA (3G).

ðưa ra các phương án có thể thực hiện phát triển mạng GSM lên 3G cho

Viettel, lựa chọn và ñề xuất phương án tối ưu, ñể ñảm bảo khi phát triển mạng là

tốt nhất cả về mặt kỹ thuật và về mặt kinh tế cho việc ñầu tư là có hiệu quả nhất.

Tính toán sơ bộ các thông số kỹ thuật mạng vô tuyến dựa trên khả năng tăng

trưởng thuê bao 3G. Trên cơ sở ñó lựa chọn giải pháp công nghệ và xây dựng

cấu trúc mạng cho cả phần truy nhập vô tuyến và phần mạng lõi.

1.2 Tình hình phát triển công nghệ 3G trên thế giới và tại Việt Nam

1.2.1 Lịch sử và xu hướng phát triển

9

Hình 1.1. Các bước phát triển ñến mạng thế hệ thứ 3

Lịch sử ra ñời và sự phát triển của dịch vụ di ñộng từ thế hệ ñầu tiên 1G tới thế

hệ 3G trải qua nhiều giai ñoạn khác nhau. Bảng 1.1 cho thấy tóm lược quá trình

tiến triển của công nghệ thông tin di ñộng.

Bảng 1.1 tóm lược quá trình tiến triển của công nghệ thông tin di ñộng

Quá trình bắt ñầu với các thiết kế ñầu tiên ñược biết ñến như là 1G trong

những năm 70 của thế kỷ trước. Các hệ thống ra ñời sớm nhất ñược thực hiện

dựa trên công nghệ tương tự và cấu trúc tế bào cơ bản của thông tin di ñộng.

Nhiều vấn ñề có tính nguyên tắc cơ bản ñã ñược giải quyết trong những hệ thống

này. Và có nhiều các hệ thống không tương thích ñã ñược ñưa ra cung cấp dịch

vụ trong những năm 80, như: AMPS, TACS, NMT,…

Các hệ thống thế hệ thứ 2 (2G) ñược xây dựng trong những năm 80 vẫn

ñược sử dụng chủ yếu cho thoại nhưng ñã ñược thực hiện trên cơ sở công nghệ

số, bao gồm các kỹ thuật xử lý tín hiệu số. Các hệ thống 2G này cung cấp các

10

dịch vụ thông tin dữ liệu chuyến mạch kênh ở tốc ñộ thấp. Tính cạnh tranh lại

một lần nữa dẫn tới việc thiết kế và thực hiện các hệ thống bị phân hoá thành các

chuẩn khác nhau không tương thích như: GSM (hệ thống di ñộng toàn cầu) chủ

yếu ở châu Âu, TDMA (ña truy nhập phân chia theo thời gian) IS-54/IS-136 ở

Mỹ, PDC (hệ thống di ñộng tế bào số cá nhân) ở Nhật và CDMA (ña truy nhập

phân chia theo mã) IS-95, một hệ thống khác tại Mỹ. Các hệ thống này hoạt

ñộng rộng khắp trên lãnh thổ quốc ra hoặc quốc tế và hiện nay chúng vẫn chiếm

vai trò là các hệ thống chủ ñạo, mặc dù tốc ñộ dữ liệu của các thuê bao trong hệ

thống bị giới hạn nhiều.

Bước chuyển tiếp giữa 2G và 3G là 2.5G. Thế hệ 2,5G ñược phát triển từ

2G với dịch vụ dữ liệu và các phương thức chuyển mạch gói, và nó cũng chú

trọng tới các dịch vụ 3G cho các mạng 2G. Về cơ bản nó là sự phát triển của

công nghệ 2G ñể tăng dung lượng trên các kênh tần số vô tuyến của 2G và bước

ñầu ñưa các dịch vụ dữ liệu dung lượng cao hơn vào, có thể nâng tới 384 Kbps.

Một khía cạnh rất quan trọng của 2.5G là các kênh dữ liệu ñược tối ưu hoá cho

dữ liệu gói truy nhập vào Internet từ các thiết bị di ñộng như ñiện thoại, PDA

hoặc máy tính xách tay. Trên cùng một mạng lưới với 2G, thế hệ 2.5G ñã ñưa

internet vào thế giới thông tin di ñộng cá nhân. ðây thực sự ñã là một khái niệm

mang tính cách mạng cho hệ thống viễn thông lai ghép hybrid.

Trong thập kỷ 90, các nhà nghiên cứu ñã ñịnh nghĩa ra hệ thống di ñộng

thế hệ kế tiếp, thế hệ thứ 3, ñã loại trừ ñược những sự không tương thích của các

hệ thống trước ñây và thực sự trở thành hệ thống toàn cầu. Hệ thống 3G có các

kênh thoại chất lượng cao cũng như các khả năng về dữ liệu băng rộng, có thể

ñạt tới 2Mbps.