Nghiên cứu, thiết kế và tối ưu giải pháp Femtocell hỗ trợ kết nối dữ liệu tốc độ cao trong mạng di động 3G

- ONG KHẮC QUẾ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ TỐI ƯU GIẢI PHÁP FEMTOCELL HỖ TRỢ KẾT NỐI DỮ LIỆU TỐC ĐỘ CAO TRONG MẠNG DI ĐỘNG 3G LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG HÀ NỘI – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI.
- ONG KHẮC QUẾ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ TỐI ƯU GIẢI PHÁP FEMTOCELL HỖ TRỢ KẾT NỐI DỮ LIỆU TỐC ĐỘ CAO TRONG MẠNG DI ĐỘNG 3G Chuyênngành : KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS.
- Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều đã chỉ rõ nguồn gốc.
- Tác giả Ong Khắc Quế Trang i Luận văn tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập, nghiên cứu, hoàn thành luận văn tốt nghiệp tôi tự nhận thấy đã được nâng cao một bước về nhận thức.
- Đặc biệt tôi vô cùng biết ơn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Hoàng Hải đã hết lòng giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình xây dựng đề cương, thu thập số liệu và phương pháp nghiên cứu để hoàn thành bản luận văn tốt nghiệp này.
- Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo, các phòng chức năng Viễn thông Hà Nội đã cung cấp tài liệu và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình làm việc, thu thập số liệu tại Viễn thông Hà Nội để tôi có thể hoàn thành luận văn.
- Xin trân trọng cảm ơn ! Hà Nội, ngày 16 tháng 6 năm 2015 Người thực hiện Ong Khắc Quế Trang ii Luận văn tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.
- Dự kiến bố cục của luận văn.
- 3 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ FEMTOCELL.
- 3 1.1 Hệ thống thông tin di động.
- 3 1.1.1 Mạng thông tin di động GSM thứ nhất và thứ hai(1G&2G.
- 3 1.1.2 Mạng thông tin di động thế hệ thứ 3-3G.
- 4 1.1.3 Mạng thông tin di động thế hệ thứ 4 LTE.
- 7 1.2 Hệ thống Femtocell.
- 20 MẠNG DI ĐỘNG VINAPHONE VÀ METRONET VNPTHÀ NỘI.
- 21 2.1.3 Hệ thống Metronet.
- 22 2.1.3.1 Sơ đồ hệ thống Metronet.
- 24 2.1.3.2 Các công nghệ mạng truy nhập quang.
- 31 2.1.4 Truyền tải dịch vụ của mạng di động trên Man-E.
- 32 Trang iii Luận văn tốt nghiệp 2.1.4.2 Mô hình truyền tải dịch vụ mạng di dộng VNP qua mạng MAN-E.
- 32 2.1.4.3 Mô hình truyền tải dịch vụ mạng di động VMS qua mạng MAN-E.
- 35 2.2.1 Cấu trúc, các thành phần chức năng hệ thống GSM.
- 35 2.2.1.1 Cấu trúc hệ thống chuyển mạch (SS.
- 36 2.2.1.2 Hệ thống trạm gốc.
- 38 2.2.1.3 Hệ thống hỗ trợ giám sát OSS.
- 39 2.2.2 Cấu trúc, các thành phần chức năng hệ thống GPRS/EDGE.
- 41 2.2.3 Cấu trúc, các thành phần chức năng hệ thống 3G.
- 49 3.1.2 Kết nối hệ thống femtocell.
- 52 3.1.3 Các tiêu chuẩn hệ thống femtocell.
- 75 3.6.1 Các giải pháp cho phép kết nối từ femtocell đến mạng lõi di động.
- 82 3.6.2 Triển khai Femtocell trên hệ thống Vinaphone.
- 93 Trang iv Luận văn tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Quá trình phát triển lên 3G của 2 nhánh công nghệ chính.
- 5 Hình 1.2 Định hướng phát triển công nghệ 4G.
- 6 Hình 1.3 Tiến hóa từ GSM lên W-CDMA.
- 8 Hình 1.5 Sơ đồ mô hình ứng dụng Femtocell.
- 15 Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống Metronet.
- 23 Hình 2.2 Sơ đồ mạng truy nhập quang chủ động.
- 25 Hình 2.3 Sơ đồ kiến trúc của mạng PON.
- 27 Hình 2.4 Sơ đồ tổng quát của GPON.
- 28 Hình 2.5 Mô hình mạng điển hình của một hệ thống GPON.
- 28 Hình 2.6 Truyền dữ liệu đường xuống theo phương thức quảng bá.
- 29 Hình 2.7 Nguyên lý ghép kênh phân chia theo thời gian(TDMA.
- 30 Hình 2.8 Kết nối tổng thể mạng G-PON-Giải pháp Triple – Play.
- 30 Hình 2.9 MetroNet Ethernet P2P thiết bị đầu cuối khách hàngL2.
- 31 Hình 2.11 MetroNet cung cấp KTR Ethernet điểm tới đa điểm.
- 32 Hình 2.12 Mô hình truyền tải dịch vụ mạng di dộng VNP.
- 33 Hình 2.13 Cấu hình dịch vụ 2G/3G VNP trên MAN-E.
- 33 Hình 2.14 Mô hình mạng di động VMS qua mạng VNPT Hà Nội.
- 34 Hình 2.15Mô hình truyền tải dịch vụ mạng di động VMS.
- 35 Hình 2.16 các thành phần chức năng hệ thống GSM.
- 36 Hình 2.17 các thành phần chức năng hệ thống OSS.
- 40 Hình 2.18 Sơ đồ các khối hệ thống GPRS kết hợp GSM.
- 42 Hình 3.1 Mô hình tham chiếu Femtocell.
- 49 Hình 3.2 Mô hình tham chiếu Femtocell.
- 52 Hình 3.4 Giao diện vô tuyến Femto/macrocell.
- 55 Hình 3.5 Qui trình tính toán bán kính vùng phủ sóng.
- 55 Hình 3.6 Mối quan hệ công suất phát Femtocell và cuờng độ tín hiệu Macrocell.
- 58 Hình 3.7 Mô hình mạng hai lớp macrocell và femtocell điển hình.
- 60 Hình 3.8 Các vấn đề chính gây ra bởi nhiễn đồng lớp femtocell.
- 61 Hình 3.9 Các vùng phủ đường xuống nếu CINR>10dB cho mỗi kênh con.
- 61 Hình 3.10 Các giải pháp chống nhiễu đồng lớp.
- 63 Hình 3.11 Can nhiễu đường lên đồng lớp trong một mạng femtocell OFDMA.
- 65 Hình 3.12 Can nhiễu đồng lớp đường xuống trong một mạng femtocell.
- 66 Hình 3.13 Điểm truy nhập Femtocell.
- 68 Hình 3.14 Nhiễu kênh lân cận của Femtocell.
- 69 Hình 3.15 Bảo mật điểm truy nhập Femtocell.
- 70 Hình 3.16.a Kiến trúc Femtocell với mạng 3G(UMTS/UTRAN.
- 76 Hình 3.16.b Kiến trúc Femtocell.
- 77 Hình 3.17 Kiến trúc giải pháp Iub-trên-IP.
- 77 Hình 3.18 Bộ giao thức của giải pháp Iub trên IP.
- 78 Hình 3.19 Kiến trúc giải pháp Iu trên IP.
- 79 Hình 3.20 Bộ giao thức của giải pháp Iu trên IP.
- 80 Trang v Luận văn tốt nghiệp Hình 3.21 Bộ giao thức của giải pháp dựa trên UMA/GAN.
- 81 Hình 3.22 Kiến trúc giải pháp dựa trên IMS/SIP.
- 82 Hình 3.23 Bộ giao thức của giải pháp dựa trên IMS/SIP.
- 83 Hình 3.24 Mô hình tổng quan hệ thống Femtocell.
- 85 Hình 3.25.1 Mô hình họat động của hệ thống Femtocell.
- 86 Hình 3.25.2 Mô hình của hệ thống Femtocell tại các điểm.
- 71 Trang vi Luận văn tốt nghiệp KÝ HIỆU Viết tắt Tên tiếng anh đầy đủ Tiếng việt đầy đủ 1G First Generation Thế hệ thứ nhất 2G Second Generation Thế hệ thứ hai 3G Third Generation Thế hệ thứ ba 3GPP 3rd Generation Partnership Project Dự án hợp tác thế hệ 3 3GPP2 3th Generation Partnership Project 2 Dự án hợp tác 2 thế hệ 3 AAA Authentication, Authorization, and Accounting Ủy quyền thẩm định và chức năng cung cấp quyền AGC Automatic Gain Control Điều khiển độ lợi tự động AICH Acquisition Indication Channel Kênh chỉ thị bắt AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên tiến AON Active Optical Network Mạng truy nhập quang chủ động AP Access Point Điểm truy nhập ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền dẫn bất AuC Authentication Center Trung tâm nhận thực BAM Back Administration Module Modul quản lý phía sau BBU Baseband Processing Unit Khối xử lý băng tần gốc BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BLU Black Cascading Unit Khối xếp tầng sau BMC Broadcast/Multicast Control Điều khiển quảng bá/đa phương BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc CC Connection Management Quản lý kết nối CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung CCH Control Channel Kênh điều khiển CD/CA- ICH CPCH Collision Detection/ Channel Assignment Indicator Channel Kênh chỉ thị phát hiện va chạm CPCH/ấn định kênh CDMA Công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CLK Network Clock Unit Khối đồng hồ mạng CLSU Clock System Unit Khối đồng hồ hệ thống CM Connection Management quản lý kết nối CMU Connection Maintenance Unit Khối bảo dưỡng kết nối CN Core Network Mạng lõi CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung CRC Cyclical Redundancy Check Một loại mã phát hiện lỗi tuyến tính tạo ra bit chẵn lẻ bằng cách tìm phần dư của chia đa thức CS Circuit Switching Chuyển mạch kênh Trang vii Luận văn tốt nghiệp CSCF Connection State Control Function Chức năng điều khiển trạng thái kết nối CSICH CPCH Status Indicator Channel Kênh chỉ thị trạng thái CPCH CTCH Common Traffic Channel Kênh lưu lượng chung DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng DCDU Direct Current Distribution Unit Khối phân bố dòng điện chính xác DCH Dedicated Channel Kênh dành riêng DPCCH Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý dành riêng DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý dành riêng DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh vật lý dữ liệu dành riêng DRFU Double Radio Filter Unit Khối lọc vô tuyến kép DSCH Dowlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống DSSS Direct Sequence Spectrum Chuỗi trải phổ trực tiếp DTCH Dedicated Traffic Channel Kênh lưu lượng riêng ECU Echo Canceller Unit Khối thoát tiếng vang EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution Hệ thống tốc độ cao hỗ trợ GSM ET Exchange Terminal Đầu cuối tổng đài FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống FAP Femtocell access point Điểm truy nhập Femtocell FAP-MS FAP management systems Hệ thống quản lý FAP FDD Frequency-division duplexing Ghép kênh phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số FGW Femtocell gateway Côngr truy nhập Femtocell FGW-MS FGW management systems Hệ thống quản lý FGW FLU Front Cascading Unit Khối xếp tầng trước FMS Femtocell management systems Hệ thống quản lý femto FTTH Fiber to Home Mạng quang đến hộ gia đình GATM GSM Antena and TMA Control Module Khối điều khiển TMA và anten GSM GERAN GSM EDGE Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE GGSN Gateway GPRS Support Node Nốt hỗ trợ GPRS cổng GMSC Gateway MSC MSC cổng GPON Gigabit Passive Optical Network Mạng cáp quang gigabit thụ động GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GSM Global System for Mobile Hệ thống di động toàn cầu HLR Home Location Register Khối đăng kí thuê bao nhà HRU High-speed Route Forward Unit Khối đẩy định tuyến tốc độ cao HSCSD High-Speed Circuit-Switched Data Hệ thống chuyển mạch kênh dữ liệu tốc độ cao Trang viii Luận văn tốt nghiệp HSDPA High Speed Downlink Packet Access HSPA High-Speed Packet Access Hệ thống truy nhập gói tốc độ cao HSS Home Subscriber Server Máy chủ thuê bao nhà IM Interface Module Khối giao diện IP Internet Protocol Giao thức Internet ISDN Integrated Services Digital Network Mạng tích hợp dịch vụ số ITU Liên minh Viễn thông quốc tế LAI Local Area Identify Số nhận dạng khu vực phục vụ LNA Low Noise Amplifies Bộ khuyếch đại tạp âm thấp LTE Long-Term Evolution MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MAP Mobile Application Part Giao thức phần ứng dụng di động MB Message Bus Truyền dẫn tin MCHU Marker and charging Unit Khối đánh dấu và nạp ME Mobile Equipment Thiết bị di động MGCF Media Gateway Control Function Chức năng điều khiển cổng các phương tiện MRF Multimedia Resource Function Chức năng tài nguyên đa phương tiện MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động MSS MSC server Nút chuyển mạch của Softswitch MTTR Mean time to repair Thời gian trung bình để sửa chữa NBAP NodeB Application Part Phần ứng dụng NodeB NMT Nordic Mobile Telephone Hệ thống điện thoại di động cầm tay NSS Network and Switching Subsystem Phân hệ mạng và chuyển mạch ODN Optical Distribution Network hệ thống phân phối mạng quang OLT Optical Line Terminal OMM Operation & Maintenance Moudule Khối vận hành và bảo dưỡng OMU Operation and Maintenance Unit Khối vận hành và bảo dưỡng ONT Optical Network Terminal thiết bị kết cuối mạng quang ONU Optical Network Unit thiết bị mạng cáp quang PAPU Packet Processing Unit Khối xử lý gói PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển tìm gọi PCH Physical Channel Kênh vật lý PCH Paging Channel: Kênh tìm gọi PDCP Packet Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói PE Provider Edge PLMN Public Land Mobile Network Mạng di dộng công cộng mặt đất PMU Power and Environment Monitoring Unit Khối giám sát môi trường và công suất Trang ix Luận văn tốt nghiệp PON Passive Optical Network Mạng truy nhập quang thụ động PPU Protocol Processing Unit Khối xử lý giao thức PRACH Physical Random Access Channel: Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên PS Packet Switching Chuyển mạch gói PSTN Public switched telephone network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha vuông góc RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RANAP Radio Access Network Application Part Phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến RBR RNC Bussiness Phiên bản RNC thương mại RLC Radio link Control điều khiển liên kết RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNSAP Radio Network Subsystem Application Part Phân ứng dụng phân hệ mạng vô tuyến RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến RRU Remote radio unit khối xử lý vô tuyến từ xa R-SGW Roaming-Signalling Gateway Cổng báo hiệu chuyển mạng RSS RNC Switch Rack Phiên bản RNC chuyển mạch SA Serving Area Vùng phục vụ SAPP Service Area Broadcast Protocol Giao thức quảng bá khu vực dịch vụ SeGW Cổng kết nối an ninh SF Spreading Factor Hệ số trải phổ SGSN Serving GPRS Support Node Nốt hỗ trợ GPRS phục vụ SMMU Signaling and Mobility Management Unit Khối quản lý di động và báo hiệu SPA Self Provided Application ứng dụng tự cấp SPA Self Provided Application ứng dụng tự cấp SPF Front Signaling Processing Unit Khối xử lý báo hiệu phía trước SPM Service Processing Module Khối xử lý dịch vụ SSM System Support Module Khối Hỗ trợ hệ thống TB Transport Block Khối truyền tải TCH Traffic Channel Kênh lưu lượng TDD Time Division Duplex TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TFCI Transport Format Combination Indicator Chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải Trang x Luận văn tốt nghiệp TFI Transport Format Indicator Chỉ thị khuôn dạng truyền tải TNU TDM Switching NET Unit Khối NET chuyển mạch ATM TPC Transmit Power Control Điều khiển công suất phát TrCH Transport Channel Kênh truyền tải T-SGW Transport-Signalling Gateway Cổng báo hiệu truyền tải UE User Equipment Thiết bị người sử dụng UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống viễn thông di động mặt đất USIM User Subscriber Identity Module Mô-đun nhận dạng thuê bao người sử dụng UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS VDC VDC Công ty điện toán và truyền số liệu Viettel Viettel Tập đoàn viễn thông quân đội VLR Visitor Location Register Khối đăng kí thuê bao khách VMS VMS Công ty thông tin di động Mobifone VMSC Visited Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động khách VNP VNP Công ty dịch vụ viễn thông Vinaphone VNPT VNPT Tập đoàn bưu chính viễn thông Việt Nam VNPT-Hà Nội VNPT-Hà Nội Viễn thông Hà nội VoIP Voice over IP Thoại trên IP VPU Voice Processing Unit Khối xử lý thoại WBBP WCDMA Baseband Processing Unit Đơn vị xử lý băng tần cơ sở WCDMA WBSG BroadBand Signal Gateway Cổng tin hiệu băng rộng W-CDMA Wideband CDMA CDMA băng rộng WMPT WCDMA Main Processing Transmission Unit Đơn vị truyền tải xử lý chính trong WCDMA WRFU Radio Friquency Unit khối xử lý tần số vô tuyến Trang xi Luận văn tốt nghiệp PHẦN MỞ ĐẦU 1.
- Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, tôi đã mạnh dạn chọn đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và tối ưu giải pháp Femtocell hỗ trợ kết nối dữ liệu tốc độ cao trong mạng di động 3G” làm đề tài luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ kỹ thuật truyền thông.
- Phương pháp khoa học Sử dụng phương pháp tổng hợp để nghiên cứu như duy vật biện chứng và trên cơ sở tính năng của hệ thống và thiết bị, tiếp cận hệ thống.
- Mục đích nghiên cứu đề tài Vận dụng các vấn đề lý luận và phương pháp luận về giải pháp trên cơ sở phân tích hệ thống, xác định điểm mạnh, điểm yếu, cơ hội, nguy cơ để từ đó đề xuất một số giải pháp đưa ra các hệ thống phục vụ sản xuất kinh doanh của VNPT nói chung và của VNPT Hà Nội nói riêng.
- Đối tượng nghiên cứu: Luận văn tập trung nghiên cứu hoạt động của hệ thống và tính năng của các thiết bị và các giải pháp phục vụ sự phát triển của VNPT - doanh nghiệp kinh doanh trong lĩnh vực viễn thông.
- Trang 1 Luận văn tốt nghiệp b.
- Thực trạng của hệ thống cung cấp dịch vụ của VNPT trong giai đoạn hiện nay.
- Những đóng góp thực tiễn Đề tài đã hệ thống hoá được những thiết bị về họat động, tính năng của hệ thống cung cấp các dịch vụ.
- Ứng dụng những vấn đề đó vào việc phân tích tình hình hoạt động của hệ thống tìm ra một số giải pháp giải pháp mang tính chất định hướng nhằm củng cố, nâng cao vị thế của VNPT.
- Dự kiến bố cục của luận văn Ngoài lời mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, luận văn được trình bày trong 3 chương: Chương 1: Hệ thống thông tin di động và Femtocell.
- Chương 2: Mạng di động và Metronet của VNPT Hà Nội.
- Chương 3: Một số giải pháp dùng hệ thống Femtocell hỗ trợ mạng 3G.
- Trang 2 Luận văn tốt nghiệp CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ FEMTOCELL 1.1 Hệ thống thông tin di động.
- 1.1.1 Mạng thông tin di động GSM thứ nhất và thứ hai(1G&2G).
- Hệ thống thông tin di động theo lộ trình phát triển đến nay có các thế hệ sau.
- Thế hệ thứ nhất – 1G: Hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ đa truy nhập theo tần số (FDMA) là hệ thống tế bào tương tự dung lượng thấp và chỉ có dịch vụ thoại, tồn tại là các hệ thống NMT(Bắc Âu), TACS(Anh), AMPS(Mỹ).
- Lúc này, các nhà phát triển công nghệ di động trên thế giới nhận định cần phải xây dựng một hệ thống tế bào thế hệ 2 mà hoàn toàn sử dụng công nghệ số.
- Đó phải là các hệ thống xử lý tín hiệu số cung cấp được dung dượng lớn, chất lượng thoại được cải thiện, có thể đáp ứng các dịch truyền số liệu tốc độ thấp.
- Thế hệ thứ hai–2G: Các hệ thống 2G gồm: GSM(Global System for Mobile Communication - Châu Âu), hệ thống D-AMPS(Mỹ) sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, IS-95 ở Mỹ và Hàn Quốc sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA băng hẹp.
- Một trong số này là sự thành công của hệ thống GSM và đây chính là một thành công lớn hơn mong đợi.
- Đến năm năm 1999, để tăng thông lượng truyền để phục vụ nhu cầu truyền thông tin trên mạng di động 2G, GPRS đã ra đời.
- Mặc dù hệ thống thông tin di động 2G được coi là những tiến bộ đáng kể nhưng vẫn gặp phải các hạn chế sau: Tốc độ thấp và tài Trang 3

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt