NGHIÊN cứu CỒNG NGHỆ HSPA và ỨNG DỤNG HSPA vào MẠNG DI ĐỘNG 3g của VMS M0BIF0NE

Từ viết Nghĩa TiếngAnh Nghĩa Tiếng việt3GPP 3rd Genaration Partnership Đe án các đối tác thế hệ thứ AMC Adaptive Modulation and Mã hóa và điều chế thích AMR Adaptive MultiRate Đa tốc độ

2 Ngày hoàn thành đồ án: / /20

Ngày tháng năm 2013TR ƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

==£□ =====

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Mã so sinh viên

ThS LÊ THỊ KIÊU NGA

NGUYỄN THỊ THANH

49K -ĐTVT 0851080334

NGHỆ AN -01/2013

Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT

NA M Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐÓ ẢN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Ngyễn Thị Thanh số hiệu sinh viên: 0851080334Ngành: Điện tử - Viễn thông Khoá: 49

2. Các sô liệu và dữ liệu han đâu:

3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

4. Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ):

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm 2013

Bộ GIẢO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

BẢN NHẬN XÉT ĐÔ ÁN TÓT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thị Thanh số hiệu sinh viên: 0851080334

Ngành: Điện tử - Viễn thông Khoá: 49

Giảng viên hướng dẫn: ThS Lê Thị Kiều

2 Nhận xét của cán hộ phản hiện:

Ngày tháng năm

Cán hộ phản hiện

vững bước hơn trong cuộc sống Có được những thành quả như ngày hôm nay,ngoài sự nồ lực tu dưỡng của bản thân thì sự quan tâm, chỉ bảo của thầy cô có ýnghĩa vô cùng quan trọng đối với em.

Nhân cơ hội này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến các thầy cô giáo

trong trường Đại Học Vinh nói chung, Các thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông

nói riêng đã tận tâm, tận lực bằng tinh thần trách nhiệm của mình giảng dạy, dìu

Nguyễn Thị Thanh

MỤC L ỤC

Trang

LỜI NÓI ĐÂU i

TÓM TẮT ĐỒ ÁN ii

DANH MỤC CÁc THUẬT NGỮ VIẾT TẤT iii

DA NH MỤC CẢ c HÌNH VẼ vi

DANH MỤC BẢNG BIÊU viii

CHƯƠNG 1 TÔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 1

1.1. Lịch sử phát triển của các hệ thống di động 1

1.2. Các tiêu chuẩn của mạng di động 3G 4

1.3. Các tham số chính của WCDMA 5

1.4. Các kênh cơ bản của W-CDMA 6

1.5. Các bước cải tiến của công nghệ WCDMA 8

1.6. Ket luận chương 1 9

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ HSPA 10

2.1. Tông quan vê công nghệ HSPA 10

2.2. Kiến trúc mạng 12

2.2.1. Kiến trúc WCDMA/UMTS R3 12

2.2.2. Kiến trúc WCDMA/UMTS R4 14

2.2.3. Kiến trúc HSPAAVCDMA R5 và R6 15

2.2.4. Kiến trúc HSPAAVCDMA R7 16

2.3. Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA) 18

2.3.1. Giới thiệu chung 18

2.3.2. Nguyên lý hoạt động của HSDPA 20

2.3.3. Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA 22

2.3.4. Cấu trúc kênh HSDPA 24

2.3.5. Các kỹ thuật sử dụng trong HSDPA 35

2.4. Truy nhập gói tốc độ cao đường lên (HSUPA) 46

2.4.1 Gi ới thiệu chung 46

2.4.2 C ấu trúc kênh HSUPA 49

2.4.3. Các kỹ thuật sử dụng trong HSUPA 58

2.5. Kết luận chưong 2 68

CHƯƠNG 3 TRỈÉN KHA I HSPA TẠ I VMS 69

3.1. Hiện trạng triển khai HSPA tại Việt Nam 69

3.2. Tình hình triển khai HSPA tại VMS MobiFone 72

3.2.1. Cấu trúc mạng thông tin di động VMS-MobiFone 72

3.2.2. Phương án triển khai HSPA áp dụng công nghệ HSDPA tại VMS-MobiFone 74

3.2.3. Cơ sở triển khai mạng HSDPA tại MobiFone 75

3.2.4. Quá trình áp dụng công nghệ HSPA tại VMS 76

3.3. Kết luận chương 3 84

CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG KÊNH HSDPA BẰNG PHÂN MÈM MA TLA B

85 4.1 M ô phỏng đánh giá thông lượng hệ thống 85

4.2 Đ ánh giá tỉ lệ lỗi bit kênh truyền dùng HARỌ 87

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông

phát triếnnhanh nhất và phục vụ con người hữu hiệu nhất Đe đáp ứng nhu cầu về

chất lượng và dịch vụ ngày càng nâng cao, thông tin di động càng không ngùngđược cải tiến

Hiện nay các nhà mạng di động đang tập trung khai thác các công nghệ 3G,

nhưng với nhu cầu đòi hỏi các dịch vụ tốc độ cao của con người thì việc phát triển

công nghệ lên 4G sẽ không xa

Một trong những công nghệ được coi là bước đệm đế hướng tới 4G

tăng cường của 3GPP-3G nhằm tăng dung lượng đường xuống bằng cách thay thế

điều chế QPSK trong 3G ƯMTS bằng 16QAM trong HSDPA HSDPA hoạt động

trên cơ sở kết hợp ghép kênh theo thời gian (TDM) với ghép kênh theo mã và sử

dụng thích ứng đường truyền Nó cũng đưa ra một kênh điều khiến riêng đế đảm

bảo tốc độ truyền dẫn số liệu Các kỹ thuật tuông tự cũng được áp dụng cho

1

Từ viết Nghĩa TiếngAnh Nghĩa Tiếng việt

3GPP 3rd Genaration Partnership Đe án các đối tác thế hệ thứ

AMC Adaptive Modulation and Mã hóa và điều chế thích

AMR Adaptive MultiRate Đa tốc độ thích ứng

ARQ Automatic Repeat-Request Yêu cầu phát lại tự động

ASN Access Service Network Mạng dịch vụ truy nhập

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị bộ

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa chuyển pha hai trạng

BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc

CDM Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo

CQI Channel Ọuality Indicator Chỉ thị chất lượng kênh

CRC Cyclic Redundancy Check Kiêm tra vòng dư

DCH Dedicated Channel Kênh điều khiến

DPCC Dedicated Physycal Control Kênh điều khiến vật lý riêng

DPDC Dedicated Physical Data Kênh số liệu vật lý riêng

DSSS Direct-Sequence Spread Trải phố chuồi trực tiếp

E- Enhanced Absolute Grant Kênh cho phép tuyệt đối

EDGE Enhanced Data rates for GPRSEvolution

cườngTốc độ số liệu tăng cường để

TÓM TẮT ĐÔ ẢN

Trong khuôn khô đồ án này đi sâu tìm hiếu công nghệ HSPA là một côngnghệ truyền dẫn không dây di động, gồm hai giao thức là HSDPA (Truy nhập gói

tốc độ cao kênh đường xuống) và HSUPA (Truy nhập gói tốc độ cao đường lên) với

cái nhìn tống quan nhất Bằng việc so sánh các khía cạnh của HSPA với công nghệ

WCDMA của mạng di động 3G cũng như trình bày về kiến trúc hệ thống, cấu trúc

kênh và các kỹ thuật chính được sử dụng như: Điều chế bậc cao, lập biểu phụ thuộc

kênh và HARQ với kết hợp mềm Đe giúp chúng ta hiếu được tại sao HSPA lại là

một công nghệ tiềm năng trong quá trình phát triến lên mạng di động 4G Đồ áncũng trình bày quá trình tìm hiểu thực tế áp dụng công nghệ HSPA của các nhàmạng di động ở nước ta đặc biệt là quá trình triển khai ở VMS - Mobiíbnt Mặtkhác, em cũng tiến hành mô phỏng thông lượng và tỷ lệ lỗi bít của kênh vật lýđường xuống HSDPA bằng phần mềm Matlab từ đó có thế tính được thông lương

và đánh giá chất lượng qua lý thuyết của HSDPA

ỌPSK Ọuatrature Phase Shift Khóa chuyển pha vuông góc

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến

R- Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RTP Real Time Protocol Giao thức thời gian thực

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hồ trợ dịch vụ GPRS

SIM Subscriber Identity Module Modul nhận dạng thuê bao

TDD Time Di Vision Duplex Ghép song công phân chia theo

TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời

TDMA Time Division Mulptiple Đa truy nhập phân chia theo thời

TFC Transport Format Ket họp khuôn dạng truyền tải

Combination

Chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải

TrCH Transport Channel Kênh truyền tải

T-SGW Transport Signalling Gateway Cổng báo hiệu truyền tải

TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian phát

UE User Equipment Thiết bị người sử dụng

X Worldwide Interoperability Tưong hợp truy nhập vi ba toàn cầu

E-DCH Enhanced Dedicated ChannelE-

DPCCH

DPDCH

E-EIR

E-RGCH

FDD

HS-SCCHIEEEĨMT-2000

IP

IR

IuIub

ĩnstitute of Electrical andElectronics Engineers

Telecommunications 2000

Incremental RedundancyGiao diện được sử dụng để thông tin

Giao diện được sử dụng để thông tin

Giao diện đế thông tin giữa RNC với

Multi-Input Multi-OutputMobile IP

Kênh riêng tăng cườngKênh điều khen riêng tăng cường

Kênh số liệu riêng tăng cường

Bộ ghi nhận dạng thiết bịKênh cho phép tương đối tăngGhép song công phân chia tần số

Kênh điều khiển chia sẻ tốc độViện kỹ nghệ Điện và Điện TửThông tin di động quốc tế 2000

giữa RNC và mạng lõigiữa Node B và RNCnhau

Phát triên dài hạnĐiều khiến truy nhập môi trường

Nhiều đầu vào và nhiều đầu ra

IP di động

Trung tâm chuyên mạch di động

Đa truy nhập phân chia theo tầnIV

Hình 2.4 Kiến trúc WCDMA/UMTS R3 13

Hình 2.5 Kiến trúc WCDMA/UMTS R4 15

Hình 2.6 Kiến trúc HSPAAVCDMA R5 và R616

Hình 2.7 Kiến trúc HSPA/WCDMA với 1 đường hầm trực tiếp17

Hình 2.8 Biếu đồ cột so sánh thời gian download của các công nghệ18

Hình 2.9 Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDM19

Hình 2.10 Nguyên lý hoạt động của HSDPA

VI

Hình 2.23 Lập biểu phụ thuộc kênh cho HSDPA35

Hình 2.24 Nguyên lý lập biêu phụ thuộc kênh36

Hình 2.25 Nguyên lý thích ứng kênh truyền41

Hình 2.26 Cơ chế phát lại của R99 và HSDPA43

Hình 2.27 Cơ chế Stop And Wait của HSDPA44

Hình 2.28 Kết hợp kiểu Chase45

Hình 2.29 Ket hợp kiếu tăng phần dư46

Hình 2.30 Kiến trúc HSUPA được lập cấu hình E-DCH 48Hình 2.31.So sánh quá trình xử lý kênh truyền tải của HSUPA và R3DCH49

Hình 2.32 cấu trúc khung E-DPDCH52

Hình 2.33 cấu trúc khung E-DPCCH53

Hình 2.34 Mã hóa E-DPCCH53

Hình 2.35 cấu trúc khung E-HICH/E-RGCH54

vii

Bảng 2.5 Các giá trị CQI cho UE loại 1041

Bảng 2.6 Nấc tốc độ bit kênh vật lý cho DPDCH và E-DPDCH51

Bảng 2.7 So sánh các đặc tính giữa DPDCH và E-DPDCH51

Bảng 2.8 Định dạng khe của E-DPCCH52

Bảng 2.9 Chuyển đổi ACK/NAK vào giá trị kênh

viii

CHƯƠNG 1 TÔNG QUA N VÈ HỆ THỐNG THÔNG TỈN Dỉ ĐỘNG 3G

Trong chương này trình bày một số đặc điểm về lịch sử phát triển của

công nghệ HSPA mà em đang nghiên cứu

1.1. Lịch sử phát triên của các hệ thông di động

Thế hệ điện thoại di động đầu tiên (1G) ra đời trên thị trường vào những năm

70/80 Đấy là những điện thoại anolog sử dụng kỹ thuật điều chế radio gần giống

như kỹ thuật dùng trong radio FM Trong thế hệ điện thoại này, các cuộc thoạikhông được bảo mật Thế hệ 1G này còn thường được nhắc đến với "AnalogMobile Phone System (AMPS)" Mốc thời gian đánh dấu sự ra đời của 2G, điệnthoại kỹ thuật số (digital) là đầu những năm 90 Chuấn kỹ thuật số đầu tiên là D-

AMPS sử dụng TDMA (Time division Mutiple Access) Tiếp theo sau là điện thoại

2G dựa trên công nghệ CDMA ra đời Sau đó Châu Âu chuẩn hóa GSM dựa trên

TDMA Cái tên GSM ban đầu xuất phát từ "Groupe Speciale Mobile" (tiếng Pháp),

một nhóm được thành lập bởi CEPT, một tố chức chuấn hóa của Châu Âu, vào năm

1

V-Từ144Kbps - 2Mbps

- Video chất lượng cao

HSDPA/

GSM/GPRS/

evoled

2G

Phát triểncủa 2G

Phát triểncủa 3G

Hỉnh 1.1 Các buức phát triển mạng thông tin di động [1]

Trong số các dịch vụ của 3G, điện thoại video hoặc khả năng truy nhậpinternet thường được xem là một ví dụ tiêu biếu về dịch vụ cao cấp mà các nhà cung

cấp dịch vụ muốn cung cấp cho khách hàng Tuy nhiên tần số vô tuyến nói

và điều này đã làm chậm trễ việc triến khai mạng 3G tại nhiều nước ngoại trừ Nhật

nền tảng cho UMTS.

UMTS: UMTS (Universal Mobile Telephone System) dựa trên công nghệ

4

Điều khiển công suất Vòng hở và vòng khép kín (tốc độ

Trải phô (hướng lên) Mã trực giao dài đế phân biệt kênh, mã

Gold 218Trải phổ (hướng xuống) Mã trực giao dài đế phân biệt kênh, mã

Gold 241Chuyển giao Chuyến giao mềm (Soft handoff)

Chuyến giao khác tần số

1.3. Các tham sổ chỉnh của ỈVCDMA

WCDMA là hệ thống sử dụng chuỗi trải phổ trực tiếp Nghĩa là luồng thông

tin được trải trên một băng thông rộng bằng việc nhân luồng dừ liệu này với một

chuỗi trải phổ giả ngẫu nhiên PN Để có thể hỗ trợ việc truyền dữ liệu ở tốc độcao, hệ số trải phố (SF) thay đổi và kết nối dựa trên nhiều mã trải phố được hỗ trợ

WCDMA hồ trợ truyền dẫn tốc độ thay đổi, hay nói cách khác là khái niệm

sử dụng băng thông theo nhu cầu có thế được thực hiện Trong một khung truyền

dẫn thì tốc độ dữ liệu là cố định Tuy nhiên tốc độ dữ liệu giữa các khung truyềndẫn khác nhau có thể giống nhau hoặc khác nhau

WCDMA có hai chế độ hoạt đông đó là FDD và TDD Đối với FDD thì

1.4. Các kênh cơ bản của

- Kênh truyền tải

- Kênh vật lý- Kênh logic: Miêu tả loại thông tin sẽ được truyền đi Mặc dù

gọi là "kênh" nhưng nó không phải là kênh theo giống nghĩa như kênh vật lý,kênh vận tải Kênh logic có thế hiếu là những công việc mà mạng và thiết bị cầnphải thực hiện tại những thời điểm khác nhau Các kênh logic này cũng có thế xem

như là dịch vụ mà lớp MAC cung cấp cho lớp RLC ở trên nó

Kênh logic định nghĩa loại số liệu được truyền đi, bao gồm 2 loại kênh:

truyền đi Đây là dịch vụ mà lớp vật lý cung cấp cho lớpMAC ở trên nó

Kênh truyền tải mang các thông số, đặc tính cần thiết đê truyền tải các thông

tin dữ liệu qua mạng Các kênh truyền tải được hình thành nhò' việc sắp xếp cáckênh logic Có 2 loại kênh truyền tải :

+ Kênh truyền tải riêng DCH: mang thông tin điều khiến cho riêng một MS

7

1.5. Các bước cải tiến của công nghệ WCDMA

Các dịch vụ di động 3G giúp người tiêu dùng và các nhà chuyên nghiệp trải

nghiệm chất lượng thoại ưu hạng, cùng với rất nhiều dịch vụ dữ liệu hấp dẫn như:

• Ket nối Internet di động

Hệ thống thông tin di động 3G sử dụng công nghệ truy nhập vô tuyến

WCDMA và CDMA2000 đang được triến khai rộng khắp trên toàn thế giới Tính

đến thời điếm tháng 12 năm 2005 đã có hơn 160 hệ thống 3G được đưa vào sử dụng

trên phạm vi 75 quốc gia với tổng số thuê bao lên đến 230 triệu Tuy ở phiên bản

đầu tiên R99, dung lượng và tốc độ truyền dẫn dữ liệu được cải thiện đáng kể

được khắc phục trong R6 được hoàn thành vào đầu năm 2005 với tên gọi cải tiến

kênh đường lên và là bước cải tiến thứ 2 đối với chuẩn mạng truy nhập vô tuyếnWCDMA Những cải tiến trong R6 đã nâng tốc độ truyền dẫn trên kênh đường lên

đạt đến tốc độ 5.76 Mbps dung lượng kênh tăng lên gấp 2 lần so với kênh

đường lên trong R99 Ba mục tiêu chính của hai bước cải tiến trong R5 và R6

đó là:

- Nâng cao tốc độ truyền dẫn trên cả hai hướng

- Tăng dung lượng của mạng trên một đơn vị tài nguyên vô tuyển định trước

- Giảm trễ truyền dẫn cho cả hai hướng

Mục tiêu thứ 3 được thực hiện thông qua việc đưa một số chức năng lópMAC đến gần hơn với giao diện vô tuyến Ví dụ như chuyến chức năng truyền dẫn

lại từ RNC đến Node B Hơn thế nữa giảm thời gian của khung truyền dẫn cũng là

một giải pháp để giảm trễ Cụ thể khung thời gian truyền dẫn TTĨ của kênh DCH

trong R99 là từ 10-80 ms trong khi đó khoảng thời gian này được giảm xuống

sử dụng trong phiên bản này nhằm đạt được mục tiêu thứ 3 nếu trên

Mục tiêu 1 và 2 được thực hiện thông qua kỳ thuật thích ứng kênh bao

9

CHƯƠNG 2 CÓNG NGHỆ HSPA

Trong chương này tập trung nghiên cứu các khía cạnh của HSPA bằngviệc nghiên cứu hai công nghệ then chốt là HSDPA và HSUPA đi vào tìm hiếucác vấn đề như kiến trúc mạng, nguyên lý hoạt động, cấu trúc kênh, Các kỹ thuật

được áp dụng cho các công nghệ này đế từ đó tìm ra được bước cải tiến củaHSPA so với WCDMA và giúp chúng ta hiểu được tại sao HSPA lại là một côngnghệ tiềm năng trong quá trình phát triển lên mạng di động 4G

2.1 Tông quan vê công nghệ HSPA

Mặc dù công nghệ 3G WCDMA hiện nay cho phép tốc độ dữ liệu gói lênđến 2Mbps Tuy nhiên, các tiêu chuấn thiết kế hệ thống WCDMA có một số hạnchế như:

- Không tận dụng các un thế của dữ liệu gói vốn rất phổ biến đối vớiđường trục hữu tuyến

- Thiết kế dịch vụ 2Mbps hiện nay là không hiệu quả và cũng chưa đápứng được nhu cầu sử dụng dịch vụ số liệu

- Không thể xử lý tốc độ dữ liệu cao lên đến lOMbps

Công nghệ HSPA ra đời, là một bước cải tiến đáng kế trong mạng 3Gnhằm giải quyết các hạn chế của các chuẩn công nghệ 3G WCDMA trước đócũng như đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về tốc độ của người sử dụng

HSPA (High-Speed Packet Access) là công nghệ truyền dẫn không dây di

10

Hình 2.1 Lộ trình phát triển của HSPA theo 3GPP

HSPA (High Speed Packet Access) truy nhập gói tốc độ cao bao gồm

đưa vào thương mại năm 2005 và HSUPA được đưa vào thương mại năm 2007

Tốc độ số liệu đỉnh của HSDPA lúc đầu là l,8Mbps và tăng đến 3,6 Mbps và

7,2Mbps vào năm 2006 và 2007, và đạt đến trên 14,4Mbps năm 2008 Trong

Node B

Hlnh 2.2 Triển khai HSPA vói sóng mang riêng (12)

hoặc chung sóng mang vói WCDMA(fl)

11

Lúc đầu HSPA được thiết kế cho các dịch vụ phi thời gian thực, tuy nhiên

R6 và R7 cải thiện hiệu suất của HSPA cho VoIP và các ứng dụng tưong tự khác

Khác với WCDMA trong đó tốc độ số liệu trên các giao diện như nhau (384kbps

cho tốc độ cực đại chang hạn), tốc độ số liệu HSPA trên các giao diện là khác nhau

hình 2.3 minh họa điều này Tốc độ đỉnh (14,4Mbps trên hai thiết bị người sử

Hình 2.3 Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện khác nhau.

gồm: điện thoại có hình (Hội nghị video), âm thanh chất lượng cao và tốc độ

cuối trở thành tô họp của máy thoại di động, modem và máy tính bàn tay Thiết bị

đầu cuối bao gồm các thành phần TE, ME, USIM như trên hình vẽ RNC-RadioNetvvork Controller: Bộ điều khiến mạng vô tuyến chức năng giống BSC của mạng

GSM Nó kết nối tới một hoặc nhiều trạm gốc và điều khiến các tài nguyên củachúng Một nhiệm vụ quan trọng nữa của RNC là bảo mật và tính toàn vẹn dữ liệu

Sau thủ tục nhận thực và thỏa thuận khóa, các khóa bảo mật và toàn vẹn được đặt

vào RNC Sau đó các khóa này được sử dụng bởi các hàm an ninh f8 và f9

đáp úng các dịch vụ điện thoại đến các mạng khác bằng các kết nối TDM CácNode B trong CN được kết nối với nhau bằng đưòng trục của nhà khai thác, thưòng

sử dụng các công nghệ mạng tốc độ cao như ATM và IP Mạng đường trục trongmiền cs sử dụng TDM còn trong miền PS sử dụng IP

kiến trúc chuyển mạch phân bố và chuyển mạch mềm được đưa vào

MSC được chia thành MSC server và cống các phương tiện (MGW:Media Gateway) MSC server chứa tất cả các phần mềm điều khiến cuộc gọi, quản

lý di động có ở một MSC tiêu chuẩn Tuy nhiên nó không chứa ma trận chuyểnmạch Ma trận chuyển mạch nằm trong MGW được MSC Server điều khiển và có

khiển các chức năng.

2.2.3. Kiến trúc HSPA/WCDMA R5 và R6

15

thức khởi đầu phiên (SIP: Session ĩnitiation Protocol) UE trở thành một tác nhân

của người sử dụng SIP Như vậy, UE có khả năng điều khiển các dịch vụ lớn hơn

Dữ liệu người sử dụng được dự kiến tăng đáng kể trong một vài năm tới

xuất hiện của HSPA và các hệ thống con ĨP đa phưong tiện Hiện tại trong

lượng dữ liệu gói cần phải đi qua 2 node trong mạng lõi đó là SGSN và GGSN

Từ phát hành R7 3GPP cho thấy một khả năng của các hệ thống UMTS có

thế đạt được bởi một đường hầm trực tiếp giữa RNC với GGSN hay giữa node B

với GGSN (trong HSPA+) Bằng việc sử dụng một đường hầm trực tiếp, các chức

năng điều khiến và truyền tải trong SGSN được tách ra, kết quả là GGSN có thêm

các chức năng phân phối mới Lúc này GGSN chịu trách nhiệm truyền tải phần lớn

Các kênh điều khiênCác kênh dữ liêu

Hình 2.7 Kiến trúc IỈSPA/\\CDỈ\1A vói 1 đuờng hầm trục tiếp

17

2.3. Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA)

2.3.1. Giói thiệu chung

HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access)-truy cập gói đường

Các tính năng kỹ thuật của công nghệ HSDPA gồm:

• Tương đương với CDMA2000 lxEV (HDR)

• Điều chế và mã hoá thích ứng

• Sóng mang tốc độ dữ liệu cao (HDRC) trong băng tần 5MHz

• 64 QAM hồ trợ tốc độ đỉnh tương đương 7.2 Mbps

• Mã Turbo

208s

18

Công nghệ HSDPA hiện nay cho phép tốc độ download đạt đến 1.8 Mbps,

3.6Mbps, 7.2 Mbps và 14.4 Mbps, và trong tuông lai gần, tốc độ hiện nay có thể được

nâng lên gấp nhiều lần- đưa đến một hiệu quả sử dụng tốt hơn Các thuê bao

kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao Kênh truyền tải này hoạt động hoàn toàn

Hình 2.9 Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDM

19

Tốc độ dữ liệu (1 mã )

Tốc độ dữ liệu (5 mã)

Tốc độ dữ liệu (15 mã)

2.3.2. Nguyên lỷ hoạt động của HSDPA

Lập lịch nhanh được thực hiện bởi Node B dựa

tin về chất lượng kênh, yeu cầu QoS, tài nguyện,

Hình 2.10 Nguyên lý hoạt động của HSDPA [3|

Trong giải pháp HSDPA, thiết bị sắp xếp gói tin sẽ được chuyển từ bộ điều

khiến mạng vô tuyến RNC tới Node-B nhằm giúp người sử dụng dễ dàng truy nhập

vào các chức năng thống kê giao diện vô tuyến Kỹ thuật sắp xếp gói tin tiên

tạp nhiếu (tỷ số Es/No), chất lượng bộ tách UE Nút B có thể ước lượng tốc độ dữ

liệu được hỗ trợ cho mỗi UE bằng cách giám sát các lệnh điều khiến công suất phát

theo chu kỳ một giá trị chỉ thị chất lượng kênh (CQI - Channel Quality Indicator)

đặc thù của HSDPA trên kênh điều khiển vật lý dành riêng tốc độ cao ( DPCCH) đường lên, kênh này cũng mang cả thông tin báo hiệu chấp nhận / không

HS-chấp nhận (Ask / Nask) ở dạng gói dựa trên LI cho mồi kênh liên kết Khi đã ước

tính được chất lượng kênh, hệ thống chia sẻ tài nguyên mã và công suất DSCH

HS-giữa những người sử dụng khác nhau

Lớp điều khiến truy nhập môi trường ( MAC - Medium Access Control)

Bảng 2.1 Tốc độ dữ liệu đỉnh của HSDPA trong một số truờng hợp[3]

Từ bảng 2.1 ta có thế phần nào hình dung được kết nối giữa một khuôn dạng

21

Header íìlds -T

2.3.3. Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA

Kiến trúc có thế được xác định bao gồm phần người dùng, xử lý dữ liệu người

dùng và phần điều khiến Lớp điều khiến tài nguyên vô tuyến (RRC: RadioResource Control) trong phần điều khiển xử lý tất cả báo hiệu liên quan đến cấuhình các kênh, quản lý tính di động mà người dùng không thấy được

Giao thức hội tụ dữ liệu gói (PDCP : Packet Data Convergence Protocol) có

chức năng chính là nén header và không liên quan đến dịch vụ chuyên mạch kênh

Nén header là cần thiết vì header không nén trong giao thức IP có kích thước lớn

gấp 2 tới 3 lần so với kích thước header đã nén

dùng với những ứng dụng cho phép sự mất gói như VolP nhưng không cho phép trễ

- Chế độ báo nhận : có truyền lại lớp RLC Chế độ này phù hợp với nhữngúng dụng yêu cầu tất cả gói tin truyền đi mà không có sự thất thoát

Lóp điều khiển truy nhập môi trường (MAC : Medium Access Control) trong

tiến sẽ giúp điều chỉnh được tốc độ dữ liệu người sử dụng sao cho thích hợp vớicác điều kiện kênh vô tuyến tức thòi

Neu như tất cả các kênh truyền tải theo kiến trúc R99, chúng đều chấm

Hình 2.13 Giao diện vô tuyến của HSDPA

Tài nguyên chung của người sử dụng trong ô tế bào bao gồm các bộ mã kênh

và công suất phát Khái niệm HSDPA được giới thiệu bao gồm một số kênh vật lý

thường được cấu hình với 4 kênh HS-SCCH hoạt động đồng thời và UE cũngthường được hỗ trợ giám sát đồng thời 4 kênh HS-SCCH.

Kênh HS-SCCH được trải pho với hệ số SF = 128 và có cấu trúc mỗikhung con có độ dài 2ms Một khung con HS-SCCH được chia thành 3 khe có

Hình 2.14 Cấu trúc khung con HS-SCCH

Các trường thông tin của gói HS-SCCH mang nội dung báo hiệu điều khiến

khác nhau Tuỳ thuộc vào tuần tự sử dụng tại đầu thu, mà chúng được sắp xếp lên

gói HS-SCCH theo thứ tự trước sau Các thông tin cần cho mục đích giải trải phố

và giải điều chế phải cung cấp cho UE phải đến trước khi các gói tin PDSCH

HS-đến, nên chúng phải được xếp ở đầu của gói tin Trong khi các thông tin về kíchthước gói và thông tin HARQ liên quan cần thiết cho quá trình giải mã và kết hợp

chỉ được sử dụng khi UE nhận xong khối dữ liệu HS-DSCH trong 2ms, nên chúng

được xếp ở phần sau của gói tin HS-SCCH cấu trúc gói tin HS-SCCH được chia

thành hai phần Phần một gồm 8 bit và phần hai gồm 13 bit

25

Thông tin kích thước của khối truyền tải trên HS-DSCH (6 bit): Xtbs,l;Xtbs,2; Xtbs,3; ; Xtbs,6.

Chỉ số tiến trình HARQ gồm 3 bit: Xhap,l ; Xhap,2 ; Xhap,3

Phiên bản phần dư gồm 3 bit: Xrv,l, Xrv,2, Xrv,3

Cờ chỉ thị dữ liệu mới ( 1 b i t ) : Xnd, 1

Mã nhận dạng thiết bị người dùng - UE ID (User Equipment Identiíĩer) dùng

nhận dạng UE ( 16 b i t ) : Xue,l; Xue,2; Xue,3; Xue,16

Trường chứa thông tin tập mã định kênh CCS áp dụng cho kênh PDSCH

HS-gồm 7 bit: Xccs,l; Xccs,2; Xccs,7 được chia làm hai phần Phần đầu HS-gồm ba bit(có giá trị là A) báo hiệu cho UE biết tống số mã định kênh được dùng cho kênhHS-PDSCH phát đến UE và phần còn lại gồm bốn bit (có giá trị là B) được

chỉ ra vị trí bắt đầu của các mã được sử dụng trên cây mã định kênh Có tất

cả 15 mã định kênh có thế sử dụng đồng thời cho kênh HS-DSCH và vị trí của các

Điều khiến công suất kênh HS-SCCH

Các gói tin HS-SCCH cần phải được nhận với độ chính xác cao tại đầu công suất cho kênh HS-SCCH trong mỗi TTI sau cho khung HS-SCCH được phát

thành công đến UE mà vẫn đảm bảo không làm tăng nhiễu trong hệ thống Hình2.15 minh hoạ công suất phát kênh HS-SCCH cho mỗi UE ở các vị trí khác nhau

trong ô Người dùng thứ nhất giả sử đang đứng tại biên của ô nên kênh SCCH

HS-phát trong TTI dành cho UE1 được HS-phát với công suất lớn trong khi người dùngthứ ba ở gần trạm gốc nhất nên kênh HS-HS-SCCH lúc đó được phát với công suất

Hình 2.15 Điều khiển công suất phát kênh HS-SCCH

27

Các tiêu chuẩn của 3GPP không qui định các cơ chế cho việc điềukhiển công suất kênh HS-SCCH Do dó, các thuật toán điều khiển công suất có thể

được thiết kế bởi các nhà sản xuất Điều khiến công suất kênh HS-SCCH có thếdựa vào bản tin CQI hoặc dựa vào công suất phát kênh DPCCH Công suất phátkênh HS-SCCH có thế được điều chỉnh như là một hàm của các bản tin CQI nhận

về từ UE Điều này có thể được thực hiện bằng cách thiết lập tại Nút B mộttập các giá trị công suất phát cho kênh HS-SCCH tương ứng với mồi giá trị CỌI

Dựa vào bản tin CQI nhận về trong gói HS-DPCCH trước đó mà Nút B xácđịnh mức công suất phát thích hợp cho kênh HS-SCCH trong TTI tiếp theo.Thông tin thứ hai có thể được dùng để điều khiển công suất phát kênh HS-NodeB UE

Hình 2.16 Sơ đồ giái thuật điều khiển công suất kênh HS-SCCH

Quá trình thiết lập công suất phát cho kênh HS-SCCH dựa vào các chỉ thị

chất lượng kênh truyền CỌI có the được xem như quá trình điều khiển công

2.3.4.2. Kênh chia sẻ đuờng xuống tốc độ cao HS-DSCH

Kênh HS-DSCH là kênh truyền tải chính được sử dụng đế chuyển tải dữliệu đến người dùng trong HSDPA Tại lớp vật lý, kênh HS-DSCH được sắpxếp lên kênh HS-PDSCH So với kênh truyền tải mang dữ liệu gói DCH trongR99, HS-DSCH có những khác biệt tưong đối lớn

Kênh HS-DSCH không được điều khiển công suất mà thay vào đó là

kỳ thuật thích ứng kênh truyền bằng cách điều khiến tốc độ thực hiện mã hoá vàđiều chế thích ứng AMC Trong nhũng điều kiện môi trường thuận lợi, phưongpháp điều chế bậc cao là 16ỌAM với 4 bit được mang trên mỗi kí hiệu có thểđược sử dụng Khi chất lượng kênh truyền kém hơn, phương pháp điều chế QPSK

được lựa chọn để điều chế tín hiệu

Việc cấp phát tài nguyên cho người dùng được thực hiện bởi bộ lậpbiểu của Nút B sau mỗi TTI = 2ms dựa kênh việc báo hiệu nhanh từ UE.Trong khi đó, việc cấp phát tài nguyên cho kênh DCH (mã định kênh và hệ sốtrải phô SF) được thực hiện bởi lớp cao hơn từ RNC và các khoảng thời giantruyền dẫn TTI cũng dài hơn với TTI = 10, 20, 40 hoặc 80ms HSDPA cũnghoạt động truyền đa mã nhưng với hệ số trải phô cố định SF = 16 trong khiDCH có thế được trải phố với SF từ 4 đến 512

Hình 2.17 Cấu trúc khung kênh HS-DSCH

29

cấu trúc khung của kênh HS-DSCH có độ dài 2ms phát trong một TTI vàđược chia thành ba khe thời gian Mỗi khe thời gian có độ dài là 2560 chip

và (M * 10 *2k) bit; với k = 4 và M là số bit của mỗi kí hiệu điều chế,với điều chế QPSK thì M = 2 và với điều chế 16QAM thì M = 4

Quá trình mã hoá kênh HS-DSCH gồm các bước được trình bày trong hình

2.18 Chức năng gán mã CRC có nhiệm vụ thêm mã CRC cho khối dữ liệu được phát

trong mồi TTI Trong trường họp này, mã CRC gán cho mỗi khối dữ liệu luôn

Hình 2.18 Quá trình mã hóa kênh HS-DSCH

Khi sử dụng điều chế 16QAM, mỗi kí hiệu điều chế sẽ có xác suất lỗi

tiên săp xêp vào các vị trí thuận lợi Quá trình săp xêp lại các bit này chỉ được

Tỷ lệ mãR—1/3

Tỷ lệ mãR-3/4

Ký hiệu:d: bít hệ thống

Hình 2.19 Bộ mã hóa Turbo và đục lỗ [3]

31

HSDPA sử dụng mã hoá Turbo cho kênh HS-DSCH Nguyên lý hoạt

32

kênh đường lên khác Thay vào đó, thời gian của kênh HS-DPCCH được xác định

dựa vào thời diêm kết thúc của khối dữ liệu trên kênh HS-DSCH tưong ứng nhưminh hoạ trên hình 2.20 Thời gian từ lúc kết thúc khối dữ liệu trên kênh HS-PDSCH cho đến khi UE phát bản tin báo nhận ACK/NACK trên kênh HS-DPCCH là khoảng 7.5 khe thời gian (khoảng 19200 chip trong 5ms) Neu kênhHS-DPCCH được đồng chỉnh ở mức khe thời gian với kênh đường lên DPCH sẽ

làm cho thời gian trễ giữa kênh HS-DPCCH và kênh HS-DSCH tăng lên, điều này

có thế kéo dài thời gian trễ khứ hồi RTT Mặc dù kênh đường lên HS-DPCCH và

kênh DPCH không cần thiết phải được đồng chỉnh ở mức độ khe, nhưng thời gian

trễ không được vượt quá 256 chip nhằm đảm bảo tính trực giao ở đường lên

Do đó, thời gian phát kênh HS-DPCCH không phải luôn luôn được phát đúng7.5 khe thời gian sau khi nhận được gói tin HS-DSCH mà có thế dao động trong

33

HS-DSCH TTI

khoảg noàg boáche,HS-DPCCH~ ] ;DPCCH

dụng 5 bit để mã hoá Sau khi được mã hoá, giá trị trị của CỌI được mang trong

Bảng 2.2 Mã hóa các bán tin báo nhận ACK/NACK

Hình 2.22 Quá trình mã hóa kênh