phần Mở đầu, Mục lục, Danh mục hình, Kết luận, Tài liệu tham khảo. Nội dung chính của luận văn đƣợc trình bày trong 03 chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan về mạng thông tin di động 3G. Chƣơng 2: Những giải pháp cần triển khai femtocell cho mạng 3G và nguyên tắc tổ chức hệ thống tế bào nhỏ. Chƣơng 3: Các kiến trúc mạng và nghiên cứu triển khai femtocell trong một tòa nhà.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 1. Quá trình phát triển của mạng thông tin Thông tin ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940, khi đó nó chỉ là hệ thống thông tin di động điều vận. Đến nay thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ .Thế hệ 1 là thế hệ thông tin di động tƣơng tự sử dụng công nghệ truy cập phân chia theo tân số ( FDMA - Frequency Division Multiple Access). Tiếp theo là thế hệ 2 và hiện nay là thế hệ 3 đang đƣợc triển khai nhiều quốc gia trên thế giới.
Hệ thống thông tin di động CDMA 1. Cấu trúc của hệ thống thông tin di động CDMA CDMA( Code Devision Multiple Access) là một hệ thống di động số sử dụng công nghệ đa truy cập theo mã có cấu trúc hệ thống gồm 4 phần chính sau: - Máy di động MS (Mobile Station) - Hệ thống trạm gốc BSS(Basic Station System) - Hệ thống chuyển mạch SS(Switching System) - Trung tâm vận hành, bảo dƣỡng OMC (Operation and Maintennance Center) Hình 1. Cấu trúc mạng thông tin di động Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www. Máy di động MS Một máy điện thoại di động gồm hai thành phần chính: Thiết bị di động hay đầu cuối là thiết bị tích hợp các khối mạch chức năng nhƣ: mã hóa, điều chế, khuyết đại.
dùng để thu tín hiệu vô tuyến và tái tạo lại dạng tín hiệu ban đầu; Module nhận thực thuê bao SIM là một Card thông minh dùng để nhận dạng ban đầu cuối, mỗi SIM Card có một mã nhận dạng cá nhân dùng để nhận thực thuê bao. Hệ thống trạm gốc BSS BSS kết nối máy di động với MSC (Mobile Servicer Switching Center). Chịu trách nhiệm về việc phát và thu sóng vô tuyến. BSS chia làm hai phần: + Trạm thu phát gốc, BTS (Basic Transceiver Station): gồm bộ thu phát và các anten sử dụng trong mỗi cell.
Một BTS thƣờng đƣợc đặt ở vị trí trung tâm của một cell. BTS đảm nhiệm chính về các chức năng vô tuyến trong hệ thống. + Bộ điều khiển trạm gốc, BSC (Basic Station Controller): điều khiển một nhóm BTS và quản lý tài nguyên vô tuyến. BSC chịu trách nhiệm điều khiển việc nhảy tần, các chức năng tổng đài và điều khiển các mức công suất tần số vô tuyến của BTS.
Hệ thống chuyển mạch SS Hệ thống chuyển mạch SS chịu trách nhiệm quản lý thông tin giữa ngƣời sử dụng di động đến các ngƣời sử dụng khác nhƣ ngƣời sử dụng di động, ngƣời sử dụng ISDN (Integrated Service Digital Network), ngƣời sử dụng điện thoại cố định. nó còn bao gồm các cơ sở dữ liệu cần thiết để lƣu trữ thông tin về thuê bao. Một số các đơn vị chức năng trong SS gồm: + Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động, MSC (Mobile service Switching Center): đây là thành phần trung tâm của khối SS, thực hiện các chức năng chuyển mạch của mạng và cung cấp kết nối đến các mạng khác. + Thanh ghi định vị thường trú, HLR (Home Location Register): HLR đƣợc xem là một rất cơ sở dữ liệu quan trọng lƣu trữ các thông tin về thuê bao thuộc vùng phủ sóng của MSC.
Nó còn lƣu trữ vị trí hiện tại của các thuê bao cũng nhƣ các dịch vụ thuê bao mà đang đƣợc sử dụng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 5 + Thanh ghi định vị tạm trú, HLR (Visitor Location Register): lƣu trữ các thông tin cần thiết để cung cấp dịch vụ thuê bao cho các máy di động từ xa đến. Khi một thuê bao nhập vào vùng phủ sóng của một MSC mới, VLR sẽ kết hợp với MSC yêu cầu các thông tin về thuê bao này từ HLR tƣơng ứng, lúc này VLR sẽ có đủ thông tin để đảm bảo cung cấp dịch vụ thuê bao mà không cần hỏi lại HLR mỗi lần thiết lập cuộc gọi. VLR luôn đi kèm với một MSC do đó vùng phục vụ dƣới sự điều khiển của MSC cũng là vùng dƣới sự điều khiển của VLR đó.
+ Trung tâm nhận thực: AuC(Authentication Center): Thanh ghi AuC đƣợc dùng cho mục đích bảo mật. Nó cung cấp các tham số cần thiết cho chức năng nhận thực và mã hóa. Các tham số này giúp xác minh sự nhận dạng thuê bao. + Thanh ghi nhận dạng thiết bị, EIR (Equipment Identity Register): EIR cũng đƣợc dùng cho mục đích bảo mật.
Nó là một thanh ghi lƣu trữ các thông tin về các thiết bị di động. + Cổng MSC, GMSC (Gate MSC): điểm kết nối giữa hai mạng. Cổng MSC là nơi giao tiếp giữa mạng di động và mạng cố định. Nó chịu trách nhiệm định tuyến cuộc gọi từ mạng cố định đến mạng di động và ngƣợc lại.
Trung tâm vận hành bảo dưỡng OMC OMC đƣợc kết nối đến các thành phần khác nhau của MSC và đến BSC để điều khiển và giám sát hệ thống MSC. Nó còn chịu trách nhiệm điều khiển lƣu lƣợng của BSS. Sự phát triển của mạng di động 3G W- CDMA W-CDMA(Wideband CDMA) là công nghệ thông tin di động hệ ba(3G) giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GMS. W-CDMA có thể cung cấp các dịch vụ với tốc độ bit lên đến 2,5 MBit /s( WCDMA và lên tới 13,5 đến 14.6 Mbit/s khi nâng cấp lên HSDPA + Với công nghệ HSDPA giúp cho tốc độ truy cập Internet tăng gấp 6 đến 7 lần so với EDGE và khoảng 10 lần với GPRS.
Hiện nay UMTS sử dụng mạng lõi của GSM/GPRS. Phần vô tuyến của UMTS hoàn toàn khác với GSM /GPRS nên phải triển khai các Node B và RNC. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 6 Angten UMTS (Node B) sẽ đƣợc lặp trùng với các Angten GSM có sẵn. Nhƣng vì bán kính phủ sóng của UMTS không giống GSM, nên nếu muốn có vùng phủ UMTS toàn diện phải thêm nhiều Node B hơn là số BTS cần cho GSM.
Một kiến trúc mạng 3G theo công nghệ WCDMA điển hình đƣợc thể hiện nhƣ hình dƣới đây. Kiến trúc hệ thống mạng 3G WCDMA 1. Ứng dụng của 4G LTE trong việc nâng cao chất lƣợng 1. Ứng dụng LTE LTE là thế hệ thứ tƣ tƣơng lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển.
UMTS thế hệ thứ ba dựa trên WCDMA đã đƣợc triển khai trên toàn thế giới. Để đảm bảo tính cạnh tranh cho hệ thống này trong tƣơng lai, tháng 11/2004 3GPP đã bắt đầu dự án nhằm xác định bƣớc phát triển về lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term Evolution (LTE). 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho mỗi bit thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có và băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng lƣợng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối. Hoạt động tối ƣu với tốc độ di chuyển của thuê bao là 0 - 15 km/h.
Vẫn hoạt động tốt với tốc độ từ 15 - 120 km/h. Vẫn duy trì đƣợc hoạt động khi thuê bao di chuyển với tốc độ từ 120 - 350 km/h (thậm chí 500 km/h tùy băng tần) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 7 Các chỉ tiêu trên phải đảm bảo trong bán kính vùng phủ sóng 5km, giảm chút ít trong phạm vi đến 30km. Từ 30 - 100 km thì không hạn chế. Kiến trúc của mạng LTE Độ dài băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với các băng 1.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz cả chiều lên và xuống.
Hỗ trợ cả 2 trƣờng hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không. Để đạt đƣợc mục tiêu này, sẽ có rất nhiều kỹ thuật mới đƣợc áp dụng, trong đó nổi bật là kỹ thuật vô tuyến OFDMA (đa truy cập phân chia theo tần số trực giao), kỹ thuật anten MIMO (Multiple Input Multiple Output - đa nhập đa xuất). Ngoài ra hệ thống này sẽ chạy hoàn toàn trên nền IP (all-IP network), và hỗ trợ cả 2 chế độ FDD và TDD. LTE đƣợc phát triển bởi 3GPP nhằm hƣớng tới một công nghệ thứ 4 với các thông số thực hiện cao hơn các công nghệ 3G hiện tại.
Đối tƣợng hƣớng tới của LTE là tăng dung lƣợng và thông lƣợng của mạng bằng cách tạo ra các tốc độ lớn hơn và độ chế gói thấp hơn. Điều này sẽ mở ra cơ hội phát triển cho các ứng dụng đa phƣơng tiện và các công nghệ băng rộng vô tuyến. LTE dựa trên một khái niện hoàn toàn mới trong mạng di động với kiến trúc đơn giản trong khi tăng khả năng kết nối. Một mạng LTE sẽ cho phép các nhà khai thác hoạt động hiệu quả hơn, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 8 mạng linh động hơn và dễ dàng trong triển khai và khai thác.
Nó cho phép thích ứng với cả các nhà khai thác GSM và CDMA, do đó nó đang đƣợc cho là bƣớc tiếp theo của các mạng 3G hiện nay nhƣ WCDMA, HSPA, HSPA+. LTE đƣợc nhiều nhà khai thác kỳ vọng sẽ trở thành tiêu chuẩn toàn cầu cho thông tin tế bào. Một lộ trình dự báo chung cho LTE đƣợc thể hiện nhƣ trong hình 1. Sự phát triển LTE đến năm 2014 LTE, viết tắt của cụm từ Long-Term Evolution, đƣợc thƣơng mại hoá trên thị trƣờng với cái tên phổ biến là 4G LTE, là công nghệ truyền thông không dây tốc độc cao dành cho các thiết bị di động và trạm dữ liệu.
Trên lý thuyết, LTE hoạt động dựa trên các công nghệ mạng GSM/EDGE và UMTS/HSPA - cho phép tăng cƣờng hiệu năng và tốc độ tải mạng nhờ vào việc sử dụng các phƣơng thức vô tuyến khác nhau, DSP mới (bộ xử lý tín hiệu), bộ điều chỉnh tần số, cùng với những cải tiến ở lõi mạng - đó cũng chính là mục tiêu trƣớc mắt mà LTE đang hƣớng đến. Còn mục tiêu về lâu về dài, những nhà phát triển muốn LTE phải có sứ mệnh thiết kế lại và đơn giản hoá kiến trục mạng thành một hệ thống dựa trên nền IP với độ trễ truyền tải dữ liệu giảm thấp hơn nhiều lần so với chuẩn mạng 3G. Về cơ bản thì mạng LTE không thể hoạt động chung với 2G và 3G, vì vậy nó phải đƣợc sử dụng trên một số phổ mạng nhất định. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.
