nghiên cứu công nghệ hsupa trong hệ thống thông tin di động tiên tiến

AMR Adaptive Multi-Rate Đa tốc độ thích nghiARQ Automatic Repeat reQuest Truy vấn tự động BPSK Binary Phase Shift Keying Khoá dịch pha nhị phân BSC Base Station Controller Điều khiển trạ

Mục lục

Trang phụ bìa

Nhiệm vụ luận văn

Mục lục

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

mở đầu 1

Chơng 1 Tổng quan về hệ thống thông tin di động 1.1 Lịch sử phát triển 3

1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất 3

1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai 3

1.1.3 Quá trình phát triển các hệ thống thông tin di động lên 3G 5

1.2 Quá trình tiêu chuẩn hoá WCDMA/HSPA trong 3GPP 8

1.2.1 3GPP 8

1.2.2 Chuẩn hoá HSDPA trong 3GPP 11

1.2.3 Chuẩn hoá HSUPA trong 3GPP 12

1.2.4 Phát triển tăng cờng của HSUPA và HSDPA 15

1.3 Kết luận chơng 1 16

Chơng 2 Cấu trúc hệ thống hsupa 2.1 Cấu trúc quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến 17

2.2 Kiến trúc giao thức phẳng ngời sử dụng HSUPA và HSDPA 18

2.3 Sự ảnh hởng của HSUPA và HSDPA trong giao diện UTRAN 22

2.4 Các trạng thái giao thức đối với HSDPA và HSUPA 25

2.5 HSUPA với DCH phiên bản R99 27

2.6 Kết luận chơng 2 28

Chơng 3 Một số kỹ thuật cơ bản của hsupa 3.1 E-DCH 29

3.1.1 E-DCH và các kênh báo hiệu 29

3.1.2 Cấp phát kênh vật lý 34

3.1.3 Điều khiển công suất 36

3.1.4 Điều khiển tài nguyên trong E-DCH 37

3.2 Lập biểu 38

3.2.1 Chơng trình khung lập biểu đối với HSUPA 42

3.2.2 Thông tin lập biểu 47

3.2.3 Chọn E-TFC 48

3.3 HARQ với kết hợp mềm 50

3.3.1 Tổng quan hoạt động HARQ của HSUPA 50

3.3.2 Quá trình xử lý HARQ tại lớp vật lý 56

3.3.3 Hoạt động giao thức của HARQ 60

3.3.4 Lý do sử dụng hai độ dài TTI 62

3.3.5 Chuyển theo thứ tự 63

3.4 Báo hiệu điều khiển 65

3.4.1 E-HICH 66

3.4.2 E-AGCH 70

3.4.3 E-RGCH 72

3.4.4 Định thời 73

3.4.5 Báo hiệu điều khiển đờng lên, E-DPCCH 77

3.5 Kết luận chơng 3 78

Kết luận và Kiến nghị 1 Kết luận 79

2 Kiến nghị 80

Tài liệu tham khảo 81

Phụ lục

Túm tắt luận văn:

- Tờn đề tài: Nghiờn cứu cụng nghệ HSUPA trong hệ thống thụng tin di động tiờn tiến

- Túm tắt: Nghiờn cứu cụng nghệ HSUPA trong hệ thống thụng tin di động tiờn tiến, bao gồm một số nội dung chớnh như nghiờn cứu về cấu trỳc của hệ thống HSUPA, một số kỹ thuật cơ bản của hệ thống HSUPA như lập biểu, HARQ với kết hợp mềm, bỏo hiệu điều khiển

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

3G Third Generation Hệ thống thông tin di động

thế hệ 33GPP 3rd Generation Partnership Project Dự án hợp tác thông tin di

động thế hệ 3

AGC Automatic Gain Control Điều khiển hệ số khuyếch đại

tự động

AMC Adaptive Modulation and Coding Điều chế và mã hoá thích

nghi

AMR Adaptive Multi-Rate Đa tốc độ thích nghi

ARQ Automatic Repeat reQuest Truy vấn tự động

BPSK Binary Phase Shift Keying Khoá dịch pha nhị phân

BSC Base Station Controller Điều khiển trạm cơ sở

BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo

mãCQI Channel Quality Information Thông tin chất lượng kênhCRC Cyclic Redundancy Check Mã kiểm tra dư thừa

DCCH Dedicated Control CHannel Kênh điều khiển riêng

DPCCH Dedicated Physical Control

CHannel

Kênh điều khiẻn vật lý riêng

DPCH Dedicated Physical CHannel Kênh vật lý riêng

DPDCH Dedicated Physical Data CHannel Kênh dữ liệu vật lý riêngDSCH Downlink Shared CHannel Kênh chia sẻ đường xuốngDTCH Dedicated Traffic CHannel Kênh lưu lượng riêng

E-AGCH E-DCH Absolute Grant CHannel Kênh cho phép tuyệt đối

riêng đường lên tăng cườngE-DCH Enhanced uplink Dedicated

E-HICH E-DCH Hybrid ARQ Indicator

CHannel

Kênh chỉ thị ARQ lai đường lên tăng cường

E-RGCH E-DCH Relative Grant CHannel Kênh cho phép tương đối

đường lên tăng cườngEDGE Enhanced Data rates for GSM

Evolution

Tốc độ tăng cường cho nhánh tiến hoá GSM

FACH Forward Access CHannel Kênh tuy nhập đường xuống

FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần

sốFDMA Frequency Division Multiple

Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh

FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền file

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chungGSM Global System for Mobile

Communications

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest Yêu cầu phát lại tự động lai

ITU International Telecommunication

Union

Hiệp hội viễn thông quốc tế

MAC Medium Access Control Điều khiển truy xuất môi

trường

trường dành riêngMAC-

es/s

trường kênh riêng tăng cườngMAC-hs high-speed MAC Điều khiển truy xuất môi

trường tốc độ cao

MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di

động

PDP Packet Data Protocol Giao thức dữ liệu gói

vật lý

RACH Random Access CHannel Kênh truy xuất ngẫu nhiênRAN Radio Access Network Mạng truy xuất vô tuyến

RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến

RNC Radio Network Controller Điều khiển mạng vô truyếnRRC Radio Resource Control Điều khiển nguồn tài nguyên

vô tuyếnRRM Radio Resource Management Quản lý nguồn tài nguyên vô

tuyến

SGSN Serving GPRS Support Node Nốt hỗ trợ phục vụ GPRS

SI Scheduling Information Thông tin lập biểu

SIR Signal to Interference Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễuTCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển phátTDD Time Division Duplex Song công phân chia theo

thời gianTPC Transmission Power Control Điều khiển công suất phát

TS Technical Specification Đặc tả công nghệ

TSG Technical Specification Group Nhóm đặc tả công nghệTTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian phát

Danh mục các bảng

Bảng 1.1 Các thông số cơ bản của các hệ thống thông tin tế bào số thế

hệ 2 4

Bảng 1.2 Các hệ thống thông tin di động từ GSM lên 3G……… 6

Bảng 1.3 Các hệ thống thông tin di động từ cdmaOne lên 3G 7

Bảng 3.1 Bảng so sánh HSUPA, HSDPA và DCH……… 29

Bảng 3.2 Các cấu hình kênh vật lý có thể có 36

Bảng 3.3 Chuyển đổi ACK/NAK vào giá trị kênh 67

Bảng 3.4.Chuyển đổi bản tin điều khiển công suất tơng đối vào giá trị

truyền dẫn E-RGCH 73

Bảng 3.5.Thời gian xử lý tối thiểu của UE và nút B 76

Bảng 3.6 Khuôn dạng khe của E-DPCCH 78

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Hình 1.1 Lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động trên thế

giới lên 3G……… 5

Hình 1.2.Lộ trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP……… 8

Hình 1.3 Cấu trúc 3GPP 9

Hình 1.4 Các kỹ thuật đợc xem xét nghiên cứu cho HSUPA 13

Hình 1.5 Các kỹ thuật đợc lựa chọn cho danh mục nghiên cứu HSUPA 14

Hình 1.6 Ví dụ về quá trình tiêu chuẩn hoá HSUPA trong 3GPP 15

Hình 2.1 Kiến trúc nghi thức giao diện vô tuyến phiên bản R99 18

Hình 2.2 Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA cho dữ liệu ngời sử dụng 20

Hình 2.3 Kién trúc giao thức mặt phẳng ngời sử dụng HSDPA 21

Hình 2.4 Kién trúc giao thức mặt phẳng ngời sử dụng HSUPA 21

Hình 2.5 Tốc độ dữ liệu HSDPA và phiên bản R99 với các giao diện khác 23 Hình 2.6 Điều khiển lu lợng HSDPA trong giao diện Iub 24

Hình 2.7 Chức năng mới trên các yếu tố khác đối với HSDPA 25

Hình 2.8 trạng thái RRC với HSDPA/HSUPA 26

Hình 2.9 Nguyên lý lập lịch node B HSUPA 27

Hình 3.1 Các kênh cần thiết cho một UE có khả năng HSUPA 30

Hình 3.2 Tách riêng xử lý E-DCH và DCH 31

Hình 3.3.Cấu trúc kênh tổng thể với HSDPA và HSUPA 32

Hình 3.4 Chia sẻ tài nguyên công suất E-DCH và DCH 34

Hình 3.5 Cấp phát mã trong trờng hợp khai thác đồng thời E-DCH và HS-DCCH (trờng hợp HS-DCCH không đợc lập cấu hình cấp phát mã sẽ hơi khác) 35

Hình 3.6 Minh hoạ chia sẻ tài nguyên giữa các kênh E-DCH và DCH 37

Hình 3.7 Tổng quan hoạt động lập biểu 43

Hình 3.8 Quan hệ giữa cho phép tuyệt đối, cho phép tơng đối và cho phép phục vụ 45

Hình 3.9 Mô tả sử dụng cho phép tơng đối 46

Hình 3.10 Minh hoạ quá trình chọn E-TFC 49

Hình 3.11 HARQ đồng bộ và HARQ không đồng bộ 52

Hình 3.12 Nhiều xử lý HARQ cho HSUPA 53

Hình 3.13 Các phát lại trong chuyển giao mềm 55

Hình 3.14 Phối hợp tốc độ E-DCH và các thông số r, s 57

Hình 3.15 Khối lợng đục lỗ phụ thuộc vào kích thớc khối truyền tải 58

Hình 3.16 Chuyển đổi RSN qua RV vào s, r 60

Hình 3.17 áp dụng 2ms TTI và 10ms TTI trong một ô 62

Hình 3.18 Cơ chế sắp đặt lại 63

Hình 3.19 Báo hiệu ngoài băng liên quan đến E-DCH 66

Hình 3.20 Cấu trúc E-HICH và E-RGCH (từ ô phục vụ) 67

Hình 3.21 Minh hoạ nhảy chữ ký 68

Hình 3.22 Cấu trúc khung vô tuyến E-HICH 70

Hình 3.23 Cấu trúc mã hoá E-AGCH 71

Hình 3.24 Cấu trúc khung vô tuyến của E-AGCH 72

Hình 3.25 Ghép các kênh E-HICH và E-RGCH 73

Hình 3.26 Tơng quan thời gian đối với các kênh đờng xuống, 10ms

TTI 75

Hình 3.27 Tơng quan định thời cho 2ms TTI 75

Hình 3.28 Mã hoá E-DPCCH 77

Hình 3.29 Cấu trúc khung vô tuyến E-DPCCH 78

Mở đầu

Thông tin di động là ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh nhất với con số thuê bao đã đạt tới xấp xỉ 4 tỷ Khởi nguồn từ dịch vụ thoại đắt tiền phục vụ một số ít ngời di chuyển, đến nay với sự ứng dụng ngày càng rộng rãi các thiết bị thông tin di động thế hệ ba, thông tin di động có thể cung cấp nhiều loại hình dịch vụ đòi hỏi tốc độ số liệu cao kể cả các chức năng camera, MP3 và PDA Với các dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao ngày càng trở nên phổ biến thì nhu cầu về 3G cũng nh pháy triển nó lên 4G đang càng trở nên cấp thiết

3G là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3

1

Mạng 3G là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ điện thoại di động, cho phéptruyền cả dũ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắnnhanh, hình ảnh ) 3G cung cấp cả hai hệ thống là chuyển mạch gói vàchuyển mạch kênh Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập vô tuyến hoàntoàn khác so với hệ thống 2G hiện nay Điểm mạnh của công nghệ này so vớicông nghệ 2G và 2.5G là cho phép truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, hình

ảnh chất lợng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở cáctốc độ khác nhau Với công nghệ 3G, các nhà cung cấp có thể mang đến chokhách hàng các dịch vụ đa phơng tiện, nh âm nhạc chất lợng cao; hình ảnhvideo chất lợng và truyền hình số; các dịch vụ định vị toàn cầu (GPS); E-mail;video streaming; High-ends games;

Luận văn đợc chia làm 3 chơng:

Chơng 1 giới thiệu tổng quan về quá trình phát triển của các hệ thóngthông tin di động, tổng quan kế hoạch nghên cứu phát triển 3G, LTE trong3GPP và lộ trình tiến lên 4G

Chơng 2 nghiên cứu cấu trúc của hệ thống HSUPA, bao gồm kiến trúcgiao thức của HSUPA, mối liên hệ giữa HSUPA với UNTRAN, các trạng tháigiao thức của HSUPA

Chơng 3 sẽ trình bày một số kỹ thuật cơ bản của HSUPA nh lập biểu,HARQ với kết hợp mềm

Do thời gian cũng nh khả năng tự nghiên cứu và tài liệu còn nhiều hạnchế cho nên luận văn không thể tránh khỏi những sai sót Kính mong bạn đọcquan tâm cho ý kiến đóng góp để luận văn đợc hoàn thiện hơn Em xin gửi lờicảm ơn đến các thầy cô giáo khoa vô tuyến điện tử, bộ môn thông tin đã giúp

đỡ em rất nhiều trong quá trình học tập và làm luận văn

2

Chơng 1 Tổng quan về hệ thống thông tin di động

+ Hệ thống TACS: Ban đầu đợc giành riêng cho Anh và cũng dựa trênAMPS Chỉ tiêu TACS ban đầu đã đợc mở rộng thành ETAC ETAC chủ yếu

đợc triển khai ở khu vực Châu á Thái Bình Dơng

+ Hệ thống thoại di động Bắc Âu (NMT-900): là hệ thống tơng tự xuấthiện đầu tiên, đợc đa vào Thuỵ Điển và Na Uy năm 1979

Tất cả các hệ thống Cellular thế hệ thứ nhất trên đều dùng đa truy nhậpphân chia theo tần số (FDMA), mỗi kênh đợc gán cho một băng tần số duynhất trong một nhóm cell Hạn chế của các hệ thống này là: phân bố tần sốhạn chế, dung lợng thấp, tiếng ồn khó chịu, không đáp ứng đợc các dịch vụmới hấp dẫn với khách hàng

1.1.2 Hệ thống di động thế hệ hai (2G)

Sự phát triển nhanh chóng về số lợng thuê bao và sự phát triển nhanhchóng của nhiều hệ thống thế hệ thứ nhất là nguyên nhân chính thúc đẩy tiếntrình phát triển tới hệ thống cellular thế hệ thứ 2 nhằm cải thiện chất lợng

3

thoại, vùng phủ sóng và dung lợng Các hệ thống thế hệ 2 có u điểm của các

kỹ thuật nén và mã hoá phối hợp với kỹ thuật số và đều dùng cơ cấu điều chế

số Các tiêu chuẩn hệ thống 2G đợc định nghĩa và thiết kế chỉ để hỗ trợ thoại

và truyền dữ liệu tốc độ thấp – Trình duyệt Internet vẫn còn sơ khai tronggiai đoạn này Các kỹ thuật đa truy nhập nh TDMA, CDMA đợc sử dụng cùngvới FDMA trong các hệ thống thế hệ 2 Bốn tiêu chuẩn 2G chính hiện đã đợctriển khai trên toàn thế giới là:

+ Celllular số của Mỹ (USDC) tiêu chuẩn IS-54 và IS-136: đợc coi làtiêu chuẩn TDMA của Bắc Mỹ, tuy nhiên, nó cũng đợc triển khai ở Châu Mỹ

La Tinh, Châu á Thái Bình Dơng và Đông Âu

+ Hệ thống GSM: theo tên gọi có nghĩa là hệ thống toàn cầu cho điệnthoại di động, là hệ thống 2G xuất hiện đầu tiên, đợc đa vào khai thác năm

1992 GSM dựa trên kỹ thuật chuyển mạch kênh Dịch vụ truyền dữ liệu tốc

độ thấp (<9,6 kbit/s) đã đợc cung cấp ngay từ đầu khi triển khai hệ thống vàchủ yếu đợc sử dụng để truyền e-mail từ các máy tính xách tay

+ Hệ thống PDC: đợc sử dụng ở Nhật, sử dụng công nghệ TDMA

+ cdmaOne (IS-95): dựa trên công nghệ CDMA băng hẹp Hệ thống đãtrở nên rất phổ dụng ở Hàn Quốc và Bắc Mỹ

Bảng 1.1 Các thông số cơ bản của các hệ thống thông tin tế bào số thế hệ 2

PDC (Nhật Bản)

50 kHz (xen 25 kHz)

1,25 MHz 400 kHz (xen

kẽ 200 kHz) Cơ chế truy

13 kbit/s VSELP

8,5 kbit/s QCELP tốc độ biến thiên 4 nấc

22,8 kbit/s RPE-LTP-LPC 11,4 kbit/s EVSI Phơng pháp

điều chế

Đờng lên: OQPSK

GMSK

* Chú thích: RPE: Mã hóa dự báo kích thích xung đều; LTP: Mã hóa

dự báo dài hạn; LPC: Mã dự báo tuyến tính; FDD: Song công chia tần số; PSI-CELP: Dự báo tuyến tính kích thích mã - Đổi đồng bộ âm.

5

Bảng 1.1 mô tả các thông số cơ bản của các tiêu chuẩn cho các hệ thốngthông tin tế bào số của Nhật Bản, Mỹ và Châu Âu Ngoài chuẩn IS-95 dựa trêncông nghệ CDMA, tất cả các chuẩn khác đều dựa trên công nghệ TDMA.

ở Việt Nam hệ thống thông tin di động thế hệ 2 - GSM đợc đa vào hoạt

động từ năm 1993, hiện đang đợc hai công ty VMS và GPC khai thác rất hiệuquả Hiện nay Viettel là công ty thứ ba đa vào khai thác hệ thống GSM trên thịtrờng thông tin di động Việt nam

1.1.3 Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động lên 3G

Hình 1.1 Lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động trên thế giới

lên 3G

Các hệ thống thông tin số hiện nay đang ở giai đoạn chuyển từ thế hệ 2,5 sangthế hệ ba - IMT 2000 Khác với các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất(tơng tự), thứ 2 và 2,5 (số), hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) có xuthế chuẩn hoá toàn cầu và khả năng cung cấp các dịch vụ với tốc độ bít lên tới

2 Mbit/s (có thể sử dụng truy cập Inbvfr45tgternet, truyền hình và thêm nhiềudịch vụ mới khác) Để phân biệt với hệ thống thông tin di động băng hẹp hiệnnay, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 còn đợc gọi là hệ thống thông tin

di động băng rộng Từ năm 2001, các hệ thống IMT 2000 sử dụng công nghệ

đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng (W-CDMA) bắt đầu đợc đa vàokhai thác Lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động lên 3G minhhoạ ở hình 1.1

Bảng 1.2 và 1.3 dới đây giới thiệu tổng quan về các hệ thống thế hệ 2,5Gtiến lên 3G và những đặc điểm khi phát triển lên 3G theo hai hớng chính trongIMT 2000: Từ GSM lên 3G và từ CDMAOne lên 3G.

Bảng 1.2 Các hệ thống thông tin di động từ GSM lên 3G Yêu cầu

thiết bị

truyền số

liệu gói

GSM CSD (GSM số liệu chuyển mạch kênh)

GPRS (Dịch vụ vô

tuyến gói chung)

EDGE (Các tốc độ

số liệu tăng cờng cho phát triển GSM)

IMT-2000 CDMA DS (W-CDMA)

Các máy di

động cầm tay

Các máy di động

đơn mode (một chế độ

hoạt động) không có khả

năng xử lý số liệu gói

Các máy di động cầm tay GPRS cho phép làm việc trên mạng GPRS và trên mạng GSM ở tốc

độ số liệu 9,6 Kbit/s, đây là các máy CSD hai chế

độ hoạt động.

Các máy cầm tay EDGE sẽ làm việc ở tốc độ lên tới 384 Kbit/s trên các mạng EDGE và GPRS và ở tốc độ 9,6 Kbit/s mạng GSM- đây là các máy CSD ba chế

độ hoạt động.

Các máy cầm tay CDMA

DS sẽ làm việc ở tốc độ lên tới 2Mbit/s trên các mạng 3G Các máy này

có bốn chế

độ hoạt động Cơ sở hạ

tầng thiết bị

Không có khả

năng xử lý số liệu gói

Cần thêm các môđun xử lý số liệu gói mới trên nền mạng chuyển mạch kênh

Cần thay đổi cơ sở hạ tầng mạng nhiều hơn

Cơ sở hạ tầng mới kết nối với mạng hiện có

Nền tảng

công nghệ

Công nghệ GSM TDMA hiện có

Nền GSM TDMA

bổ xung phần xử lý

số liệu gói.

Cần sửa đổi nền tảng GSM TDMA

Cơ sở hạ tầng CDMA mới

Với GPRS: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết là 171,2 Kbit/s, tuy nhiên,trên thực tế hiện nay cha đạt đợc tốc độ này mà điển hình chỉ đạt tốc độ trêndới 50Kbit/s

Với EDGE: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết là 384 Kbit/s, tuy nhiên, trênthực tế hiện nay chỉ đạt đợc tốc độ tối đa là 144 Kbit/s

Với W-CDMA: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết là 2Mbit/s, tuy nhiên, trên thực

tế hiện nay chỉ đạt đợc tốc độ tối đa là 384 Kbit/s

Bảng 1.3 Các hệ thống thông tin di động từ CDMAOne lên 3G

Yêu cầu thiết

bị truyền số

cdmaOne IS-95 A

cdmaOne IS-95 B

IMT-2000 CDMA đa sóng

IMT-2000 CDMA đa sóng

7

liệu gói mang 1X (MC 1X) mang 3X (MC

3X)

Các máy di

động cầm tay

Các máy di động cầm tay theo chuẩn IS-95A sẽ làm việc trên tất cả

các mạng tơng lai:

IS-95B, 1X và 3X

ở tốc độ 14,4 Kbit/s- đây là các máy một chế độ hoạt động.

Các máy di động cầm tay theo chuẩn IS-95B sẽ làm việc trên mạng IS-95A ở tốc độ 14,4Kbit/s và các mạng IS-95B, 1X và 3X ở tốc độ lên tới 114 kbit/s -

đây là các máy một chế độ hoạt động.

Các máy di động cầm tay 1X sẽ làm việc trên mạng IS-95A ở tốc độ 14,4Kbit/s, mạng IS- 95B ở tốc độ lên tới

114 Kbit/s, mạng 1X

và 3X ở tốc độ lên tới

307 kbit/s- đây là các máy một chế độ hoạt

động.

Các máy di động cầm tay 3X sẽ làm việc trên mạng IS-95A tốc

độ 14,4Kbit/s, mạng IS-95B tốc

độ lên tới 114 Kbit/s, mạng 1X tốc độ lên tới 307 kbit/s và mạng 3X tốc độ lên tới 2Mbit/s - đây là máy một chế độ hoạt động Cơ sở hạ tầng

thiết bị

Tiêu chuẩn Đa thêm phần mềm

mới vào BSC

1X yêu cầu phần mềm mới trong mạng chính

và các card kênh mới tại trạm gốc.

Cần sửa đổi cấu trúc mạng chính

và bổ xung các card kênh mới tại trạm gốc

Nền tảng công

nghệ

Với IS-95B: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết là 114 Kbit/s, tuy nhiên, trênthực tế hiện nay mới đạt tốc độ 64 Kbit/s

Với CDMA2000 1X: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết là 307 Kbit/s, tuynhiên, trên thực tế hiện nay chỉ đạt đợc tốc độ tối đa là 144 Kbit/s

CDMA2000 3X bao gồm CDMA2000 1xEV-DO và CDMA2000 1xEV-DV.Trong đó, CDMA2000 1xEV-DO có tốc độ cao nhất trên lý thuyết lên tới 2,4Mbit/s trên một sóng mang 1,25 MHz riêng biệt và cdma2000 1xEV-DV tíchhợp thoại và số liệu trên cùng một sóng mang 1,25 MHz có tốc độ cao nhấttrên lý thuyết lên tới 4,8 Mbit/s

1.2.Quá trình tiêu chuẩn hoá WCDMA/HSPA trong 3GPP

1.2.1 3GPP

3GPP đợc giao trách nhiệm tiến hành công tác tiêu chuẩn hoá HSPA.Trớc đó tổ chức quốc tế này đã đợc giao nhiệm vụ tiêu chuẩn hoá choWCDMA Hoạt động tiêu chuẩn hoá cho WCDMA/HSPA của tổ chức này từ

8

năm 1999 đến năm 2006 đợc tổng kết theo thời gian đa ra các phát hành trênhình 1.2.

Hình 1.2.Lộ trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP

Mốc phát hành đầu tiên cho WCDMA đã đạt đợcvào cuối năm 1999 khi pháthành 1999 (R3) đợc công bố chứa đựng các đặc tả WCDMA Phát hành R4 d-

ợc đa ra sau đó vào đầu năm 2001 Tiếp theo là phát hành R5 đợc đa ra vàonăm 2002 và R6 vào năm 2004 Phát hành R7 đợc đa ra vào nửa cuối năm

2006 3GPP lúc đầu có bốn nhóm đựac tả kỹ thuật khác nhau (TSG: TechnicalSpecìicatión Group) và sau đó là năm nhóm chuyển từ các hoạt độngGSM/EDGE vào 3GPP Sau khi cơ cấu lại vào năm 2005, quay lại còn bốnnhóm TSG (hình 1.3) sau đây:

-TSG RAN (Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến) TSGRAN tập trung lên giao diện vô tuyến và các giao diện bên trong giữa cáctrạm thu phát gốc (BTS)/các bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) cũng nhgiao diện giữa RNC và mạng lõi TSG RAN chịu trách nhiệm cho các tiêuchuẩn HSDPA và HSUPA

-TSG CT (lõi và các đầu cuối) TSG CT tập trung lên các vấn đề mạnglõi cũng nh báo hiệu giữa mạng lõi và các đầu cuối

-TSG SA (dịch vụ và kiến trúc hệ thống) TSG SA tập trung lên các dịch

vụ và kiến trúc hệ thống tổng thể

-TSG GERAN (GSM/EDGE RAN) TSG RAN tập trung lên các vấn đề

về RAN nhng cho giao diện vô tuyến dựa trên GSM/GPRS/EDGE

Các phát hành tiếp theo

9

Hình 1.3 Cấu trúc 3GPP

Dới TSG là các nhóm công tác (WG: Working Group), tại đây công tácnghiên cứu kỹ thuật thực sự đợc tiến hành Chẳng hạn dới TSG RAN, nơinghiên cứu HSDPA và HSUPA, có năm nhóm công tác sau đây:

-TS RAN WG1: chịu trách nhiệm cho các khía cạnh về lớp vật lý

-TS RAN WG2: chịu trách nhiệm cho các khía cạnh lớp 2 và lớp 3.-TSG RAN WG3: chịu trách nhiệm cho các giao diện bên trong RAN.-TSG RAN WG4: chịu trách nhiệm cho cá yêu cầu về hiệu năng và vôtuyến

-TSG RAN WG5: chịu trách nhiệm cho kiểm tra đầu cuối

Các thành viên của 3GPP gồm các đối tác có tổ chức Các hãng cá nhânphải là thành viên của một trong các đối tác có tổ chức và dựa trên tổ chức này

họ có quyền tham gia vào hoạt động của 3GPP Dới đây là cá đối tác có tổchức hiện nay:

-Liên minh các giải pháp công nghệ viễn thông (ATIS) từ Mỹ

-Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu (ETSI) từ châu Âu

-Liên hiệp các tiêu chuẩn thông tin Trung Quốc (CCSA) từ Trung Quốc.-Liên hiệp giới công nghiệp và kinh doanh vô tuyến (ARIB) từ NhậtBản

-Uỷ ban công nghệ viễn thông (TTC) từ Nhật Bản

-Liên hiệp công nghệ viễn thông (TTA) từ Hàn Quốc

3GPP tạo lập nội dung kỹ thuật của các đặc tả, nhng chính các đối tác

có tổ chức sẽ công bố công việc này Điều này cho phép có đợc các tập đặc tảgiống nhau tại tất cả các vùng trên thế giới và vì thế đảm bảo phổ biến trên tấtcả các lục địa Ngoài các đối tác có tổ chức, còn có các đối tác gọi là đại diệnthị trờng nh UMTS Forum, là bộ phận của 3GPP

10

Công tác trong 3GPP đợc xây dựng xung quanh các danh mục công tác(nghiên cứu), thông qua các thay đổi nhỏ đợc đa ra trực tiếp nh ’các yêu cầu’thay đổi đối với đặc tả Đối với các danh mục lớn hơn, thông thờng nghiên cứukhả thi đợc thực hiện trớc khi tiến đến các thay đổi thực tế đối với các đặc tả.

1.2.2 Chuẩn hoá HSDPA trong 3GPP

Khi phát hành R3 hoàn thành, HSDPA và HSUPA vẫn cha đợc đa vào kếhoạch nghiên cứu Trong năm 2000, khi thực hiện hiệu chỉnh WCDMA vànghiên cứu R4 kể cả TD-SCDMA, ngời ta nhận thấy rằng cần có một số cảithiện cho truy nhập gói Để cho phép phát triển này, nghiên cú khả thi (danhmục nghiên cứu) cho HSDPA đợc khởi đầu vào tháng 3 năm 2000 Nghiên cứunày dợc bắt đầu theo các nguyên tắc của 3GPP (phải có ít nhất 4 hãng ủnghộ) Các hãng ủng hộ khởi đầu nghiên cứu HSDPA gồm Motorola và Nokiathuộc phía các nhà bán máy và BT/Cellnet, T-Mobile và NTTDoCoMo thuộcphía các nhà khai thác

Nghiên cứu khả thi đã kết thúc tại phiên họp toàn thể TSG RAN và kếtluận rằng các giải pháp đợc nghiên cứu cho thấy có lợi Trong danh mụcnghiên cứu HSDPA này có các vấn đề đợc nghiên cứu để cải thiện truyền dẫn

số liệu gói đờng xuống so với các đặc tả R3 Các chuyên đề nh phát lại lớp vật

lý và lập biểu dựa trên BTS đã đợc nghiên cứu cùng với mã hoá và điều chếthích ứng Nghiên cứu cũng bao hàm cả một số nghiên cứu về công nghệ phátthu nhiều anten dới tiêu đề “nhiều đầu vào nhiều đầu ra“ (MIMO) cùng vớichọn ô nhanh (FCS: Fast Cell Selection)

Vì nghiên cứu khả thi cho thấy có thể đạt đợc cải thiện đáng kể với mức

độ phức tạp hợp lý, nên rõ ràng là cần tiếp tục danh mục nghiên cứu thực tế đểphát triển các đặc tả Sau khi danh mục công tác này đã đợc thiết lập, phạm vicông tác này vẫn tuân theo danh mục nghiên cứu nhng MIMO đợc lấy rathành một danh mục nghiên cứu riêng và nghiên cứu khả thi FCS cũng đợc bắt

đầu độc lập Danh mục nghiên cứu HSDPA đợc nhiều nhà bán máy ủng hộhơn và danh mục nghiên cứu thực tế này đã nhận đợc sự ủng hộ từ các nhà bánmáy lớn nh Motorola, Nokia và Ericsson Trong quá trình nghiên cứu, tấtnhiên con số đóng góp kỹ thuật cho quá trình này còn lớn hơn nhiều Một nămsau, đặc tả HSDPA R5 đợc phát hành Tất nhiên vẫn còn có các hiệu chỉnh choHSDPA, nhng những chức năng lõi đã có trong các đặc tả lớp vật lý Nghiêncứu một phần bị chậm lại do các hoạt động hiệu chỉnh song song cần thiết cho

11

TTI nngắn hơn cho đ ờng lên

HSUPA?

các đầu cuối và mạng R3 đang đợc triển khai Nhất là đối với các khía cạnhgiao thức, các kiểm tra kỹ lỡng đợc thực hiện để phát hiện các chi tiết cần hiệuchỉnh và làm rõ nghĩa các đặc tả và đây là trờng hợp đối với các thiết bị R3 tr-

ớc khi bắt đầu các hoạt động thơng mại tại châu Âu vào nửa cuối của năm

2002 Nghiên cứu các bộ phận của giao thức HSDPA chiếm nhiều thời giannhất, trong đó nghiên cứu tơng thích ngợc đợc bắt đầu vào tháng 3 năm 2004

Trong số các chuyên đề khác liên quan đến HSDPA , danh mục nghiêncứu MIMO không hoàn thành trong khung thời gian của R5 và R6 Ngời tavẫn tranh luận xem có xứng đáng đa nó vào hệ thống hay không và đây làchuyên đề nằm trong danh sách các chuyên đề của R7 Nghiên cứu khả thi đốicới CFS đã kết luận rằng lợ ích nhận đợc từ nó không đáng kể so với độ tăngthêm độ phức tạp vì thế sau khi nghiên cứu này khép lại không có danh mụcnghiên cứu nào đợc đa ra cho FCS Trong khi tập trung lên FĐ (ghép songcông phân chia theo tần số), TĐ (ghép song công phân chia theo thời gian)cũng đợc đa vào danh mục nghiên cứu HSDPA kể cả các giải pháp tơng tựtrong cả hai chế độ TDD (TDD băng hẹp và băng rộng)

1.2.3 Chuẩn hoá HSUPA trong 3GPP

Mặc dù HSUPA là thuật ngữ đợc sử dụng rộng rãi trên thị trờng, trongquá trình chuẩn hoá HSUPA thuật ngữ này đợc sử dụng dới cái tên “kênh riêng

đờng lên tăng cờng“ (E-DCH: Enhanced Uplink Đeicated Channel) Nghiêncứu đợc tiến hành trong giai đoạn hiệu chỉnh HSDPA và đợ bắt đầu bằng danhmục nghiên cứu về “tăng cờng đờng lên cho các kênh truyền tải“ vào tháng 9năm 2002 Từ phía các nhà bán máy, Motorola, Nokia và Eicsson là các hãngủng hộ khởi xớng nghiên cứu cho vấn đề này trong 3GPP

Các kỹ thuật đợc nghiên cứu cho HSUPA bao gồm:

-HARQ lớp vật lý nhanh cho đờng lên

-Lập biểu nhanh đòng lên dựa trên nút B

-Độ dài thời gian truyền dẫn (TTI) đờng lên ngắn hơn

-Thiết lập TTI nhanh

13

TTI nngắn hơn cho đ ờng lên

HARQ cho

đ ờng lên Lập biểu nhanh đ ờng lên dựa trên nút B

HSUPA?

Hình 1.4 Các kỹ thuật đợc xem xét nghiên cứu cho HSUPA

Sau một thời gian nghiên cứu dài và chi tiết, báo cáo kết quả nghiên cứu

đã làm sáng tỏ các lợi ích của các kỹ thuật đợc nghiên cứu Báo cáo cho thấy rằng không có lợi ích tiềm năng khi sử dụng điều chế bậc cao trên đờng lên vì thế điều chế thích ứng đã không đợc đa vào nghiên cứu thực tế

Danh mục nghiên cứu này đã đợc kết thúc vào tháng ba năm 2004 vớikhuyến nghị việc bắt đầu danh mục nghiên cứu trong 3GPP để đặc tả HARQlớp vật lý nhanh và cơ chế lập biểu dựa trên nút Bcho đờng lên cũng nh độ dàiTTI ngắn hơn Ngoài ra cơ chế thiết lập các kênh DCH nhanh hơn không đợc

đa vào khuyến nghị này, nhng các vấn đề này đã đợc đề cập trong các danhmục nghiên cứu khác đối với phát hành 3GPP R6 dựa trên các kết quả nhận đ-

ợc trong giai đoạn danh mục nghiên cứu này Hình 1.4 cho thấy các kỹ thuật

đợc chọn cho danh mục nghiên cứu HSUPA

3GPP bắt đầu danh mục nghiên cứu ’đờng lên tăng cờng FDD’ để đặc tảcác tính năng của HSUPA theo khuyến nghị của báo cáo Trong thời gian nàynghiên cứu TĐ cha đợc tiến hành, nhng nó sẽ đợc nghiên cứu trong kế hoạchR7

Hình 1.5 Các kỹ thuật đợc lựa chọn cho danh mục nghiên cứu HSUPA

14

Bắt đầu nghiên cứu khả thi

Phân tích ảnh h ởng và lợi ích nhóm kinh tế

Trình bày kết quả cho TSG

Tạo lập danh mục nghiên cứu

Nghiên cứu chi tiết và đ a ra các yêu cầu thay đổi

Chấp thuận yêu cầu thay đổi

Chấp thuận yêu cầu thay đổi

Các thực hiện để tiến vào thị tr ờng

Do nghiên cứu nền tảng chi tiết tốt đã đợc thực hiện trong thời giannghiên cứu 18 tháng, cũng nh không còn bận với công tác hiệu chỉnh các phát

hành trớc, các đặc tả đợc phát triển nhanh và phiên bản tính năng đầu tiên đã

đợc đa ra cho các đặc tả lõi vào tháng 12 năm 2004 Phiên bản này vẫn chaphải là phiên bản hoàn thiện cuối cùng, nhng nó chứa các chức năng then chốt

và trên cơ sở các chức năng này có thể tiếp tục tiến hành nghiên cứu hiệu

chỉnh và hoàn thiện chi tiết

Hình 1.6 Ví dụ về quá trình tiêu chuẩn hoá HSUPA trong 3GPP

Tháng 3 năm 2005, danh mục nghiên cứu này đã chính thức đợc hoànthiện cho các đặ tả chức năng, nghĩa là đã có thể chuyển sang hiệu chỉnh tính

năng này Trong các tháng còn lại của năm 2005 các vấn đề để mở, cũng nh

các yêu cầu hiệu năng đã đợc hoàn thiện Ví dụ về quá trình tiêu chuẩn hoá

cho HSUPA đợc minh hoạ trên hình 1.5 Bớc cuối cùng cho HSUPA là hoàn

thiện tơng thích ngợc cho giao thức Điều này sẽ cho phép thiết lập mẫu chuẩn

cho các thiết bị sẽ đợc đa vào thị trờng Theo kế hoạch, quá trình này đợc tiếnhành vào tháng 3 năm 2005, sau khi việc xem xét ASN.1 đã kết thúc (ASN.1

là ngôn ngữ mã hoá bản tin giao thức đợc sử dụng trong một số bản tin giaothức của 3GPP)

15

1.2.4 Phát triển tăng cờng của HSUPA và HSDPA

Các danh mục vẫn đang đợc nghiên cứu cho HSUPA gồm vấn đề vềgiảm trễ thiết lập cuộc gọi chuyển mạch gói (PS) và chuyển mạch kênh (CS)nhằm rút ngắn thời gian cần thiết để chuyển từ trạng thái rỗi vào trạng tháitích cực (Cell-DCH) Vì hầu hết các bớc trong WCDMA vẫn sẽ giữ nguyênkhông liên quan đến cuộc gọi CS hay PS, nên các cải thiện này mang lại lợiích cho cả HSDPA/HSUPA lẫn thiết lập cuộc gọi thoại bình thờng Đầu tiênnghiên cứu đã tập trung lên xác định cách thức cải thiện thiết lập cuộc gọithoại R3 ửà đồng thời tiến tới sử dụng các phơng pháp có thể áp dụng đợc chocác thiết bị hiện có Sau đó nghiên cứu chuyển sang các cải thiện lớn hơnkhông sử dụng đợc cho các thiết bị hiện có nhng tiềm năng hơn vì các đầucuối sẽ thay đổi Nghĩa là các thiết bị có khả năng R7 sẽ nhận đợc thêm cáccải thiện trong hầu hết các trờng hợp Phát triển HSPA trong R7 (còn gọi làHSPA+) đã đa đến tốc độ 28Mbit/s cực đại đối với đờng xuống và 11Mbit/scực đại đối với đờng lên

1.3.Kết luận chơng 1

Chơng 1 đã trình bày tổng quan về hệ thông thông tin di động, bao gồmlịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động qua các thế hệ thứ nhất, thứhai và quá trình phát triển các hệ thống thông tin di động lên 3G Ngoài ratrog chơng này cũng trình bày một cách tóm lợc quá trình tieu chuẩn hoáHSPA trong 3GPP bao gồm chuẩn hoá HSDPA và HSUPA

16

Chương 2

CẤU TRÚC HỆ THỐNG HSUPA

2.1 Cấu trúc quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến

Chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến với HSDPA và HSUPA đượcrút ra từ những chuyển đổi so với phiên bản 99 Trong phiên bản 99 việc điềukhiển kế hoạch đều dựa hoàn toàn vào bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC)trong khi trong trạm cơ sở hay node B trong công nghệ 3GPP đây chính làđiều khiển công suất liên kết chức năng Trong phiên bản 99 nếu như có đến 2RNC xung quanh mối nối thì sơ đồ đó đã được phân phối lại RNC cung cấpSRNC là cái đang được kết nối tới mạng lõi kết nối kia có thể điều khiển sơ

đồ đối với kênh dành riêng DCH và nó cũng được kết nối tới trạm thu nhận

cơ sở BTS cũng cho phép điều khiển kênh chung (giống như FACH)

Khi sự sắp xếp dịch chuyển tới BTS, ở đây có một sự thay đổi trên toàn

bộ kiến trúc của RRM SRNC vẫn sẽ giữ điều khiển chuyển giao và đây làmột điểm sẽ thích ứng với việc ánh xạ đối với tham số chất lượng dịch vụ(QoS) Với HSDPA, vấn đề này rất đơn giản vì ở đây không có chuyển giaomềm, do đó không cần đưa dữ liệu người sử dụng qua nhiều hành trình Iub vàgiao diện Iur và mặc dù HSDPA được truyền dẫn qua Iur trong quy trình kỹthuật, thì việc sử dụng của giao diện Iur có thể bị phá hủy bởi việc thực hiệnđịnh vị lại SRNC, khi mà việc cung cấp cell kênh chia sẻ đường xuống tốc độcao (HSDSCH) nằm dưới một điều khiển khác RNC (CRNC) Với phiên bản

99 điều này không bị phá hủy tại phần bao ngoài RNC khi chuyển giao mềmđược sử dụng giữa hai trạm cơ sở dưới các RNC khác nhau Cuối cùng thìchuỗi sự kiện của HSDPA điển hình có thể được đưa ra bởi một RNC đơn

2.2 Kiến trúc giao thức phẳng người sử dụng HSUPA và HSDPA

Chức năng cơ sở của các lớp giao thức khác nhau có hiệu lực vớiHSDPA và HSUPA giống với phiên bản 99 Kiến trúc có thể được xác địnhđối với từng phần mặt phẳng người sử dụng thực hiện dữ liệu người sử dụng

và mặt phẳng điều khiển Lớp RRC trong việc điều khiển từng phần mặtphẳng thực hiện tất cả các tín hiệu liên quan đến việc cấu hình các kênh, thiết

bị quản lý di động… điều này được ẩn từ đầu cuối sử dụng và được chỉ rathông qua kiến trúc giao thức trong hình 2.1

Hình 2.1 Kiến trúc nghi thức giao diện vô tuyến phiên bản 99

Giao thức hội tụ dữ liệu gói (PDCP) đã là bộ nén tiêu đề chức năngchính và nó không thích hợp đối với các dịch vụ chuyển mạch Điều quantrọng của việc nén tiêu đề là hiểu khi nào thì tiêu đề của giao thức Internetkhông được nén có thể là 2 hay 3 lần kích thước của chính trọng tải gói thoại

của nó.

Việc điều khiển kết nối vô tuyến (RLC) thực hiện phân đoạn và truyềndẫn lại đối với cả dữ liệu người sử dụng và dữ liệu điều khiển RLC có thểhoạt động trong ba chế độ khác nhau:

• Chế độ trong suốt, khi mà không có bit trên đầu được đưa vào lớpRLC, ví dụ như âm thanh AMR, và không được dùng khi mà các kênh truyềndẫn của HSDPA và HSUPA được sử dụng

• Chế độ không báo nhận, khi không có việc thực hiện truyền dẫn lạilớp RLC Điều này được sử dụng đối với các yêu cầu thời gian thực và có thểcho phép việc mất một vài gói, như trường hợp đối với VoIP, và không chophép sự thay đổi độ trễ theo mức độ truyền lại RLC

• Hoạt động theo chế độ báo nhận, khi mà việc phân phối dữ liệu đượcthực hiện được đảm bảo với việc những lần truyền lại lớp RLC với đầu vàoyêu cầu tất cả các gói đều được phân phối

Lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC) trong phiên bản 99 tậptrung vào ánh xạ giữa các kênh lôgic và thực hiện quyền ưu tiên giống nhưlựa chọn của tốc độ dữ liệu đang được sử dụng, ví dụ như việc lựa chọn củađịnh dạng truyền dẫn đang được đưa vào Chuyển mạch kênh truyền dẫn cũng

là một chức năng của lớp MAC

Cả HSDPA và HSUPA đều giới thiệu những thành phần mới trong kiếntrúc Các chức năng lớp MAC đối với HSDPA và HSUPA có thể hoạt độngđộc lập trong hoạt động của DCH phiên bản 99, nhưng lại chiếm một tàikhoản khắp cả giới hạn tài nguyên của giao diện Hình 2.2 mô tả toàn bộ kiếntrúc giao diện vô tuyến đối với HSDPA và dữ liệu người sử dụng HSUPA,làm rõ giao thức mới phân phối với dữ liệu người sử dụng Tín hiệu mặtphẳng điều khiển xuất hiện trong hình 2.2 có thể kết nối đơn giản đến RLC và

có thể mang dữ liệu qua DCH hay qua HSDPA/ HSUPA

Hình 2.2 Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA cho dữ liệu người

sử dụng

Đối với dữ liệu người sử dụng, PDCP thực hiện nén tiêu đề IP Ở đây

có một vài PDCP và RLC đầy đủ được chỉ ra trong hình để chỉ dẫn khả năngchạy các dịch vụ song song

Chức năng sắp xếp trạm BTS là một chức năng lớp MAC, và kết quảbây giờ đây là một giao thức mới đầy đủ, MAC-hs (hs đối với tốc độ cao)trong BTS Đây là một phần trong kiến trúc giao thức mặt phẳng người sửdụng trong hình 2.3, nó bao phủ HSDPA, và việc định vị của nó trong cácthành phần của mạng RNC giữ lại MAC-d (dành riêng) nhưng chỉ chức nănggiữ lại là chuyển mạch kênh truyền dẫn như các chức năng khác ví dụ nhưviệc sắp xếp và thực hiện ưu tiên, được dịch chuyển tới MAC-hs Chú ý rằnglớp trên của lớp MAC có tên là lớp RLC vẫn giữ không đổi, nhưng có một vàitối ưu hóa đối với các dịch vụ yêu cầu thời gian thực RT (Real time) như là

VoIP được giới thiệu trong chế độ báo không nhận (UM) trong phiên bản 99.

Hình 2.3 Kiến trúc giao thức mặt phẳng người sử dụng HSDPA

Như đã đề cập trong phần giới thiệu, ngoại trừ nếu như HSDPA sửdụng truyền dẫn lại lớp vật lý, thì lớp RLC vẫn thực hiện truyền lại có thểhoạt động lớp vật lý bị lỗi hoặc đặc biệt thì trong kết nối với các hoạt động diđộng khác giống như chuyển đổi cell HS- DSCH phục vụ Điều này đang giảthiết chế độ báo nhận RLC hoạt động Trong trường hợp của UM-RLC, việctruyền dẫn lại lớp vật lý chỉ có một khả năng duy nhất Một ví dụ có thể làcuộc gọi VoIP khi mà truyền lại lớp RLC từ RNC có thể quá chậm

Hình 2.4 Kiến trúc giao thức mặt phẳng người sử dụng HSUPA

Với HSUPA, đây giống như kiểu một lớp MAC mới đầy đủ được đưađến BTS, như chỉ ra trong hình 2.4 Tuy nhiên, đây không phải là nơi duy

nhất mà các đầu vào được làm thành kiến trúc giao thức Thiết bị đầu cuối cómột lớp MAC mới đầy đủ như thế, đây là một phần chức năng sắp xếp đượcchuyển tới nút B, mặc dù dựa trên thông tin điều khiển từ RNC và yêu cầudung lượng trực tiếp từ thiết bị người sử dụng UE tới nút B Đây là toàn bộgiao thức mới đối với RNC Điều này dẫn đến chuyển giao mềm HSUPA cóảnh hưởng đến sự định vị gói đầu ra Khi mà dữ liệu được nhận trên một vài

vị trí BTS, đây là một khả năng khi hoạt động trong chuyển giao mềm khi màcác gói từ các BTS khác nhau tới, như là sắp xếp của các gói không được giữ,

và để cho phép việc sắp xếp lại được thực hiện đối với dòng gói đơn, thì chứcnăng sắp xếp lại yêu cầu để được kết hợp với bộ kết hợp đa dạng macro trongMAC-es Do đó chức năng phân phối không theo thứ tự MAC-es mới đảmbảo rằng các lớp trên gói được cung cấp trong sắp xếp được phát đi từ thiết bịđầu cuối Cũng có thể việc sắp xếp được thực hiện tại BTS, và độ trễ khôngcần thiết có thể xuất hiện ở BTS có thể phải được chờ đối với các gói lỗi chođến khi chúng có thể được xác định là được thu chính xác bởi một BTS kháctrong chu trình hoạt động

Không giống như HSDPA, lớp RLC trong HSUPA thực hiện truyềndẫn lại các gói nếu như lớp vật lý lỗi để phân phối chính xác chúng sau sốlượng tối đa lần truyền lại bị vượt quá hay sự cố kết nối

2.3 Sự ảnh hưởng của HSDPA và HSUPA trong giao diện UTRAN

Sự ảnh hưởng của HSDPA và HSUPA trong giao diện thì thường tậptrung thảo luận về tốc độ dữ liệu thì các giao diện khác lại yêu cầu khác ví dụnhư an ten Đối với giao diện giữa trạm cơ sở và RNC, giao diện Iub, ở đâytốc độ dữ liệu bây giờ là lớn hơn so với đầu cuối phiên bản 99.23

Hình 2.5 Tốc độ dữ liệu HSDPA và phiên bản 99 với các giao diện khác

Trong khi đầu cuối của phiên bản 99 hầu hết là ở 384kbps, thì tốc độ

dữ liệu trên giao diện khác bao gồm giao diện Iups tới nút cung cấp GPRSdịch vụ (SGSN) mạng lõi gói, là bằng 384kbps để sử dụng đối với vô tuyến.Với HSDPA tình hình đã thay đổi, thông qua giao diện vô tuyến, nghĩa là Uutrong thuật ngữ 3GPP, nó có thể đạt đến tốc độ dữ liệu là 14.4Mbps qua cácchu kỳ ngắn 2ms Điều này không có nghĩa là tốc độ dữ liệu tương tự có thể

sử dụng trên giao diện Iub và Iu-ps đối với người sử dụng riêng lẻ Từ vị tríngười sử dụng đơn, tài nguyên là thời gian và mã được chia sẻ tới nhữngngười sử dụng khác nhau trong một cell Do đó tốc độ trung bình đối vớingười sử dụng trong một cell có tải rõ ràng là thấp hơn Hơn nữa tốc độ cựcđại đạt đến 10Mbps yêu cầu tình trạng vô tuyến cực tốt và nó không giống đó

là tất cả người sử dụng trong cell đều có thể đạt tốc độ dữ liệu cao Do đó, lưu

lượng trung bình trong giao diện Iub cũng giảm so với tốc độ đạt được đối với

vô tuyến Một ví dụ được miêu tả trong hình 2.6, nó chỉ ra một so sánh vớiphiên bản 99 384kbps đường xuống và HSDPA đối với trường hợp 7.2Mbps.Đường xuống 384kbps có tốc độ dữ liệu bằng nhau dự trữ trong tất cả cácgiao diện và nó không vượt quá giới hạn 384kbps Với HSDPA, tốc độ đỉnhcủa giao diện vô tuyến cung cấp bởi đầu cuối trong ví dụ là 7.2Mbps Tốc độ

dữ liệu cung cấp qua giao diện Iu-ps và Iub có thể bị giới hạn, ví dụ tới1Mbps Việc sử dụng các bộ đệm trong các BTS khiến cho nó có thể có tốc

độ đỉnh đối với các kết nối đầu cuối cao như thiết bị đầu cuối và dung lượngBTS cho phép, trong khi việc giữ tốc độ bit tối đa trên giao diện Iub và Iu-pstrên đường với tham số QoS thu nhận từ phần cốt lõi của gói

Hình 2.6 Điều khiển lưu lượng HSDPA trong giao diện Iub

Các bộ đệm trong BTS cùng với sự sắp xếp mà thời gian chia sẻ tàinguyên cho phép đạt tốc độ đỉnh cao hơn cho sóng vô tuyến so với tốc độtrung bình trong Iub/ hs Bộ đệm truyền dẫn trong BTS cũng yêu cầu dòngđiều khiển để được đưa vào để tránh tràn bộ đệm Trong cách này, dưới điềukiện kỹ thuật vô tuyến tốt hơn, người sử dụng có nhiều tài nguyên Iub hơn.Nguyên lý hoạt động điều khiển dòng được chỉ ra trong hình 2.7.

Hình 2.7 Chức năng mới trên các yếu tố khác đối với HSDPA

2.4 Các trạng thái giao thức đối với HSDPA và HSUPA

Các trạng thái RRC đối với HSDPA và HSUPA là giống so với trongphiên bản 99 Cell DCH là trạng thái mà được sử dụng khi mà truyền dẫn dữliệu hoạt động và từ các thiết bị đầu cuối trên DCH Từ trạng thái cell DCH,đầu cuối có thể được dịch chuyển tới cell FACH hay trạng thái xa hơn, cũngtrực tiếp từ trạng thái cell DCH hay thông qua trạng thái cell FACH nếu nó

không có dữ liệu trong bộ đệm Điều này xảy ra phụ thuộc vào sự điều chỉnh

bộ định thời mạng sau một vài giây Điều này cần thiết để là một cân bằngtrước với thời gian đáp ứng mạng đối với truyền dẫn gói đầu tiên không đổisau chu kỳ không hoạt động và đặt vào khóa bộ định thời Sự chuyển tiếp lấythời gian theo yêu cầu quá trình thiết lập hay cấu hình lại Việc giữ một tàinguyên dự trữ người sử dụng HSDPA/ HSUPA khi đây không có dữ liệu đểtruyền là không hiệu quả từ dung lượng hệ thống hay từ điểm sử dụng tàinguyên BTS

Dữ liệu có thể được phát đi trong tình trạng cell FACH, nhưng khôngchỉ sử dụng kênh truy nhập chuyển tiếp đối với đường xuống và kênh truynhập ngẫu nhiên đối với đường lên, nó giới hạn tốc độ dữ liệu như các kênhkhông mong muốn bất cứ cấu hình nâng cao nào của HSUPA và HSDPA.Thiết bị đầu cuối trong trạng thái cell FACH tiếp tục giải mã các kênh FACH

và sau đó kích hoạt dữ liệu đáp ứng đường xuống trong RACH Dựa trênlượng dữ liệu, thiết bị đầu cuối có thể dịch chuyển tới trạng thái cell DCH

Hình 2.8 Trạng thái RRC với HSDPA/ HSUPA

2.5 HSUPA với DCH phiên bản 99

Các công tác kỹ thuật với HSUPA được tiến hành sau thành công phiênbản đầu tiên của truy cập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA của 3GPPphiên bản 5 vào giữa năm 2002 HSDPA đã được nâng cao dung lượng đườngxuống nhưng dung lượng đường lên đã không phù hợp với đường xuốngHSDPA Do đó, công việc cải thiện đường lên đã bắt đầu được thực hiện bởi3GPP Rõ ràng là phải lựa chọn để khảo sát kỹ thuật sử dụng đối với HSDPA

và nếu phù hợp thì chấp nhận với đường lên xem có tương thích không

HSUPA không phải là một tính năng chuẩn, nhưng sử dụng hầu hếtnhững đặc điểm cơ bản của WCDMA phiên bản 99 để làm việc Việc lựachọn cell và đồng bộ hóa, truy nhập ngẫu nhiên… đều cần thiết và được giữkhông đổi với hoạt động của HSUPA Chỉ có một sự thay đổi duy nhất là cáchcấp phát dữ liệu người sử dụng từ thiết bị người sử dụng tới node B, còn lạitất cả những chi tiết kỹ thuật khác được giữ không thay đổi

Hình 2.9 Nguyên lý lập lịch Node B (BTS) HSUPA

Ví dụ những chức năng điều khiển chu trình công suất trong phiên bản

99 là bản chất đối với hoạt động của HSUPA HSUPA cung cấp một cách linhhoạt cao hơn với tốc độ đường lên là 384kbps có thể được xem là tối đa có thểthực hiện đối với WCDMA trước HSUPA Một kỹ thuật tương tự đối vớiHSDPA đang được sử dụng bằng việc giới thiệu bộ ARQ lai (HARQ) với tốc

độ đường lên rất cao Node B sẽ dựa trên sơ đồ đường lên (như đã chỉ ra trênhình 2.9) và dễ dàng truyền dẫn đa mã hơn so với phiên bản 99

Phần chính được đề cập trong chương này là dựa trên phần bổ xungtiêu chuẩn của phiên bản 6 (thêm vào các thuộc tính cho HSUPA) và các chứcnăng của đường lên phiên bản 99 được mô tả như là một phần tham khảotrong hầu hết các trường hợp liên quan Dù sao chăng nữa, nó là giá trị lưugiữ rằng không có các thuộc tính cũ được thay thế bằng HSUPA và nó cónhiều hơn một phần thêm vào (add-on) được thay thế

2.6.Kết luận chương 2

Chương 2 đã mô tả cấu trúc của hệ thống SUPA, trong đó tập trungnghiên cứu các thành phần của hệ thống HSUPA và giao diện giữa các thànhphần, các nghiên cứu này chủ yếu dựa trên phiên bản R99

Ch¬ng 3 Mét sè kü thuËt c¬ b¶n cña hsupa

29

3.1 E-DCH

3.1.1 E-DCH và các kênh báo hiệu

Để hỗ trợ lập biểu và HARQ với kết hợp mềm trong WCDMA, mộtkiểu kênh truyền tải mới, E-DCH (Enhanced Dedicated Channel) đợc đa ratrong R6 E-DCH đợc lập cấu hình đồng thời với một hay nhiều kênh DCHkhác Nh vậy, truyền dẫn số liệu gói tốc độ cao trên kênh E-DCH có thể xảy ra

đồng thời với các dịch vụ sử dụng DCH từ cùng một UE Các kênh truyền tảiE-DCH hỗ trợ lập biểu nhanh dựa trên nút B, HARQ nhanh với tăng phần d vàtuỳ chọn TTI ngắn hơn (bằng 2ms) Tuy nhiên khác với HSDPA, E-DCH củaHSUPA không phải là kênh chia sẻ mà là kênh riêng và theo cấu trúc thì nó rấtgiống với R3 DCH hơn, nhng khác với DCH, E-DCH có lập biểu nhanh vàHARQ Bảng 3.1 tổng kết các khả năng áp dụng các tính năng của DCH,HSDPA và HSUPA

80, 40, 20, 10

KhôngKhôngCóCóCóKhông2

CóCóKhôngCóCóCó

10, 2Hình 3.1 cho thấy các kênh cần thiết cho HSUPA Ngoài kênh số liệuE-DCH còn có các kênh báo hiệu cho nó nh sau Các kênh E-AGCH (E-DCHAbsolute Grant Channel: kênh cho phép tuyệt đối của E-DCH) và E-RGCH(E-DCH Relative Grant Channel: kênh cho phép tơng đối của E-DCH) là cáckênh hỗ trợ cho điều khiển lập biểu Kênh E-HICH (E-DCH HARQ IndicatorChannel: kênh chỉ thị HARQ của E-DCH) là kênh hỗ trợ cho phát lại sử dụngcơ chế HARQ

30

Hình 3.1 Các kênh cần thiết cho một UE có khả năng HSUPA

Không nh HSDPA, HSUPA không hỗ trợ điều chế thích ứng vì nókhông hỗ trợ các sơ đồ điều chế bậc cao Lý do là các sơ đồ điều chế bậc caophức tạp hơn và đòi hỏi phát nhiều năng lợng trên một bit hơn, vì thế để đơngiản đờng lên sử dụng sơ đồ điều chế BPSK kết hợp với truyền dẫn nhiều mã

định kênh song song

Một trong các đặc tính then chốt của HSUPA để hỗ trợ số liệu gói là trễthấp Vì thế HSUPA hỗ trợ TTI ngắn 2ms để đảm bảo thích ứng nhanh cácthông số truyền dẫn và giảm trễ ngời sử dụng đầu cuối liên quan đến truyềndẫn gói Điều này không chỉ để giảm chi phí phát lại mà còn giảm thời gianphát lần đầu Trễ xử lý lớp vật lý thờng tỷ lệ với khối lợng số liệu cần xử lý vàTTI càng ngắn thì khối lợng số liệu cần xử lý trong từng TTI càng nhỏ đối vớimột tốc độ số liệu cho trớc Tuy nhiên khi triển khai với các tốc độ số liệu nhỏ(trong các ô lớn chẳng hạn) có thể cần có TTI dài hơn vì TTI 2ms trở nên quánhỏ không cần thiết dẫn đến chi phí tơng đối cho thông tin bổ sung quá lớn.Vì thế E-DCH hỗ trợ hai độ dài TTI: 2 và 10ms và mạng có thể lập cấu hìnhcho giá trị phù hợp Về nguyên tắc, các UE khác nhau có thể đợc lập cấu hìnhvới các TTI khác nhau

E-DCH đợc sắp xếp lên một tập các mã định kênh đờng lên đợc gọi làcác kênh số liệu vật lý riêng của E-DCH (E-DPDCH) Phụ thuộc vào tốc độ sốliệu tức thời, số các E-DPDCH và các hệ số trải phổ có thể thay đổi

31

Hình 3.2 Tách riêng xử lý E-DCH và DCH

Nh đã nói ở trên, E-DCH và DCH có thể đợc phát đồng thời Tơng thíchngợc đòi hỏi nút B không hỗ trợ HSUPA đờng lên không thể nhìn thấy E-DCH Điều này đợc giải quyết bằng cách tách riêng xử lý DCH và E-DCH vàsắp xếp các tập mã định kênh khác nhau nh hình 3.2 Nếu UE nằm trongchuyển giao mềm với nhiều ô, thì các ô không hỗ trợ E-DCH không thể nhìnthấy nó Điều này cho phép nâng cấp dần mạng hiện có Một lợi ích nữa củacấu trúc này là nó đơn giản hoá việc đa ra TTI 2ms và cũng cho phép tự dohơn trong việc lựa chọn xử lý HARQ

Báo hiệu điều khiển đờng xuống cần thiết cho hoạt động của E-DCH.Các kênh điều khiển đờng xuống cũng nh đờng lên cần thiết cho hoạt độngcủa E-DCH đợc minh hoạ trên hình 3.3 cùng với các kênh sử dụng choHSDPA

32

Hình 3.3.Cấu trúc kênh tổng thể với HSDPA và HSUPA

Trong cơ chế HARQ, nút B phải có khả năng yêu cầu UE phát lại.Thông tin này (ACK/NAK) đợc phát trên kênh vật lý riêng đờng xuống: E-HICH (E-DCH Hybrid ARQ Indicator Channel: kênh chỉ thị HARQ của E-DCH) Mỗi UE đợc lập cấu hình E-DCH sẽ thu E-HICH của mình từ từng ôtham gia vào chuyển giao mềm với nó

Các cho phép lập biểu (đợc phát đi từ bộ lập biểu đến UE để điều khiểncho phép khi nào và tại tốc độ nào UE đợc phát) có thể đợc phát đến UE trênkênh cho phép tuyệt đối E-DCH chia sẻ: E-AGCH (E-DCH Absolute GrantChannel: kên cho phép tuyệt đối E-DCH) E-AGCH chỉ đợc phát từ ô phục vụvì đây là ô chịu trách nhiệm chính cho hoạt động lập biểu và chỉ các UE đợclập cấu hình E-DCH là có thể thu đợc Ngoài ra thông tin cho phép lập biểucũng có thể đợc truyền đến UE thông qua kênh E-RGCH (E-DCH RelativeGrant Channel: kênh cho phép tơng đối ủa E-DCH) E-RGCH đợc sử dụngcho các điều chỉnh nhỏ trong khi đang xảy ra truyền số liệu Dới đây ta sẽkhảo sát kỹ hơn hoạt động lập biểu

Vì đờng lên không trực giao theo thiết kế, nên cần thiết điều khiển côngsuất nhanh để xử lý vấn đề gần xa E-DCH không khác với mọi kênh đờng lênkhác và vì thế công suất đợc điều khiển theo cách giống nh các kênh đờng lênkhác Nút B đo tỷ số tín hiệu trên nhiễu và phát đi các lệnh điều khiển côngsuất trên đờng xuống đến UE để điều chỉnh công suất phát của UE Các lệnh

điều khiển công suất có thể đợc phát bằng cách sử dụng DPCH hay để tiếtkiệm các mã định kênh bằng F-DPCH

Trên đờng lên, cần có báo hiệu điều khiển để cung cấp cho nút B thôngtin cần thiết cho giải điều chế và giải mã truyền dẫn số liệu Sỡ dĩ nh vậy vì, vềmặt nguyên lý, ô phục vụ trong chuyển giao mềm đã có thông tin này và nó đãphát đi các cho phép lập biểu, nhng các ô không phục vụ trong chuyển giaomềm không có thông tin này Ngoài ra E-DCH cũng hỗ trợ các truyền dẫn

33

Công suất phát DPDCCH ớc tính không đợc lập biểu Vì thế cần có báo hiệu điều khiển ngoài băng trên đờng

lên và kênh E-DPCCH đợc sử dụng cho mục đích này

Tơng tác giữa DCH và E-DCH trong truyền dẫn đồng thời từ một UErất đơn giản Trớc hết chọn TFC (kết hợp khuôn dạng truyền tải) đợc thực hiệncho DCH và công suất đợc sử dụng cho quá trình này tất nhiên không còn khảdụng cho quá trình chọn E-TFC Điều này có nghĩa là DCH có quyền tuyệt

đối trớc tiên đối với tài nguyên công suất, hay nói một cách khác DCH có utiên tuyệt đối so với E-DCH Lý do là vì E-DCH đợc thiết kế cho truy nhậpgói đờng lên và vì thế nếu có bất kỳ dịch vụ chuyển mạch kênh nào thì cácdịch vụ này phải đợc sắp xếp lên DCH Vì các dịch vụ chuyển mạch kênh chịu

đựng rất kém đối với các thay đổi số liệu thờng xuyên và đột biến, vì thế cóthể nói rằng cuộc thoại AMR thông thờng sẽ nhận công suất mà nó cần vàphát công suất này trên DCH và chỉ công suất còn lại là đợc sử dụng cho E-DCH ấn định công suất của quá trình chọn TFC và E-TFC của UE đợc minhhoạ trên hình 3.4 Cần lu ý rằng tốc độ DCH cho phép cực đại khi đợc lập cấuhình song song với E-DCH là 64kbit/s

Hình 3.4 Chia sẻ tài nguyên công suất E-DCH và DCH

3.1.2 Cấp phát kênh vật lýQuá trình sắp xếp kênh E-DCH sao cho mã hoá kênh lên các kênh vật

lý khá đơn giản Nh mô tả trên hình 3.5, E-DCH đợc sắp xếp lên một trong sốcác kênh E-DPDCH tách biệt so với kênh DPDCH Phụ thuộc vào E-TFC đợcchọn, số lợng các kênh E-DPDCH đợc sử dụng sẽ khác nhau Đối với các tốc

độ số liệu thấp, một kênh E-DPDCH với hệ số trải phổ tỷ lệ nghịch với tốc độ

số liệu là đủ

34