TÌM HIỂU VỀ CÁC CÔNG NGHỆ TIỀN 4G

MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ......................................................................10 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU..................................................................13 LỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................14 CHƯƠNG 1. LỊCH SỬ CÁC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Lịch sử và xu hướng phát triển của các mạng thông tin di động..........16 1.1.1 Tổng quan về mạng thông tin di động............................................16 1.1.2 Quá trình phát triển của các mạng thông tin di động......................18 1.1.2.1 Thế hệ thứ nhất(1G).................................................................18 1.1.2.2 Thế hệ thứ hai ( 2G).................................................................18 1.1.2.3 Thế hệ thứ 2.5G......................................................................20 1.1.2.4 Thế hệ thứ ba (3G ).................................................................21 1.2 Tổng kết sự phát triển của các mạng thông tin di động.......................25 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ SAU 3G 2.1. Giới thiệu về HSPA ( HSDPA và HSUPA )........................................26 2.2 Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống HSDPA.................................27 2.2.1 Tổng quan về HSDPA....................................................................27 2.2.2 Kiến trúc giao thức HSDPA..........................................................29 2.2.3 Nguyên lý hoạt động của HSDPA.................................................30 2.2.4 Cấu trúc kênh.................................................................................33 2.2.4.1 Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS – DPSCH.....33 2.2.4.2 Kênh điều khiển vật lý tốc độ cao HS – DPCCH.....................38 2.2.5 Kỹ thuật truyền dẫn đa mã.............................................................40 2.2.6 Kỹ thuật điều chế cấp cao..............................................................42 2.2.7 Kỹ thuật HARQ............................................................................44 2.3 Truy nhập gói tốc độ cao đường lên HSUPA......................................47 2.4 Wimax ( IEEE 802.16).......................................................................51 2.4.1 Giới thiệu.......................................................................................51 2.4.2 Wimax cố định và Wimax di động................................................52 2.4.3 Quá trình phát triển các chuẩn Wimax..........................................53 2.4.4 Kiến trúc hệ thống.........................................................................54 2.4.5 Công nghệ cho mạng Wimax........................................................55 2.4.5.1 Công nghệ OFDM...................................................................58 2.4.5.2 Công nghệ OFDMA................................................................59 2.4.5.3 Kênh con mã hóa.....................................................................60 2.4.5.4 Ăng ten thích nghi (ASS)........................................................61 2.4.5.5 Phân tập thu và phát................................................................61 2.4.5.6 Các kỹ thuật hiệu chỉnh lỗi.....................................................62 2.4.5.7 Điều khiển công suất...............................................................63 CHƯƠNG 3. LTE VÀ LTE_ADVANCE. 3.1 Công nghệ LTE....................................................................................64 3.1.1 Giới thiệu.....................................................................................64 3.1.2 Yêu cầu và mục tiêu thiết kế hệ thống..........................................64 3.1.3 Cấu trúc hệ thống.........................................................................66 3.1.4 Truyền thông LTE đường xuống.....................................................71 3.1.4.1 OFDMA.....................................................................................71 3.1.4.2 Tham số OFDMA......................................................................74 3.1.4.3 Dữ liệu truyền thông đường xuống............................................76 3.1.4.4 Cơ cấu tín hiệu tham chiếu và tìm kiếm di động.......................77 3.1.4.5 Các thủ tục vật lý đường xuống.................................................80 3.1.5 Truyền thông đường lên LTE...........................................................80 3.1.5.1 SC –FDMA...............................................................................80 3.1.5.2 Tham số SCFDMA..................................................................82 3.1.5.3 Truyền thông dữ liệu đường lên................................................83 3.1.5.4 Cơ cấu tham chiếu đường lên....................................................84 3.1.5.5 Các thủ tục vật lý đường lên....................................................84 3.1.5.6 Sắp xếp đường lên....................................................................85 3.1.5.7 Điều phối liên kết đường lên....................................................86 3.1.5.8 Kiểm soát thời gian đường lên.................................................86 3.1.6 Hybrid ARQ với kết hợp mềm........................................................86 3.1.7 Cấp phát lịch truyền........................................................................88 3.1.8 Truyền MIMO.................................................................................90 3.1.8.1 Giới thiệu.................................................................................90 3.1.8.2 Nguyên tắc truyền MIMO.......................................................90 3.1.8.3 Hệ thống MIMO OFDM........................................................94 3.1.9 Tính toán thông suất.......................................................................98 3.1.10 Quản lý tài nguyên vô tuyến........................................................99 3.2 Một số thủ tục truy cập mạng.............................................................100 3.2.1 Dò tìm cell.....................................................................................100 3.2.2 Truy cập ngẫu nhiên......................................................................101 3.2.3 Paging............................................................................................103 3.3 LTE_ADVANCED.............................................................................104 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.............106 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................107

ưBỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN TỬ …………………

ĐỒ ÁN TTTN CNKT ĐIỆN TỬ TÌM HIỂU VỀ CÁC CÔNG NGHỆ TIỀN 4G

GVHD : Th.S PHẠM THỊ THANH HUYỀN SVTH : LÊ ĐỨC BÌNH

Lớp : ĐIỆN TỬ 4 _ K11

Hà Nội 2012

MỤC LỤC

Trang

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 10

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 13

LỜI MỞ ĐẦU 14

CHƯƠNG 1 LỊCH SỬ CÁC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Lịch sử và xu hướng phát triển của các mạng thông tin di động 16

1.1.1 Tổng quan về mạng thông tin di động 16

1.1.2 Quá trình phát triển của các mạng thông tin di động 18

1.1.2.1 Thế hệ thứ nhất(1G) 18

1.1.2.2 Thế hệ thứ hai ( 2G) 18

1.1.2.3 Thế hệ thứ 2.5G 20

1.1.2.4 Thế hệ thứ ba (3G ) 21

1.2 Tổng kết sự phát triển của các mạng thông tin di động 25

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ SAU 3G 2.1 Giới thiệu về HSPA ( HSDPA và HSUPA ) 26

2.2 Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống HSDPA 27

2.2.1 Tổng quan về HSDPA 27

2.2.2 Kiến trúc giao thức HSDPA 29

2.2.3 Nguyên lý hoạt động của HSDPA 30

2.2.4 Cấu trúc kênh 33

2.2.4.1 Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS – DPSCH 33

2.2.4.2 Kênh điều khiển vật lý tốc độ cao HS – DPCCH 38

2.2.5 Kỹ thuật truyền dẫn đa mã 40

2.2.6 Kỹ thuật điều chế cấp cao 42

2.2.7 Kỹ thuật H-ARQ 44

2.3 Truy nhập gói tốc độ cao đường lên HSUPA 47

2.4 Wimax ( IEEE 802.16) 51

2.4.1 Giới thiệu 51

2.4.2 Wimax cố định và Wimax di động 52

2.4.3 Quá trình phát triển các chuẩn Wimax 53

2.4.4 Kiến trúc hệ thống 54

2.4.5 Công nghệ cho mạng Wimax 55

2.4.5.1 Công nghệ OFDM 58

2.4.5.2 Công nghệ OFDMA 59

2.4.5.3 Kênh con mã hóa 60

2.4.5.4 Ăng ten thích nghi (ASS) 61

2.4.5.5 Phân tập thu và phát 61

2.4.5.6 Các kỹ thuật hiệu chỉnh lỗi 62

2.4.5.7 Điều khiển công suất 63

CHƯƠNG 3 LTE VÀ LTE_ADVANCE 3.1 Công nghệ LTE 64

3.1.1 Giới thiệu 64

3.1.2 Yêu cầu và mục tiêu thiết kế hệ thống 64

3.1.3 Cấu trúc hệ thống 66

3.1.4 Truyền thông LTE đường xuống 71

3.1.4.1 OFDMA 71

3.1.4.2 Tham số OFDMA 74

3.1.4.3 Dữ liệu truyền thông đường xuống 76

3.1.4.4 Cơ cấu tín hiệu tham chiếu và tìm kiếm di động 77

3.1.4.5 Các thủ tục vật lý đường xuống 80

3.1.5 Truyền thông đường lên LTE 80

3.1.5.1 SC –FDMA 80

3.1.5.2 Tham số SC-FDMA 82

3.1.5.3 Truyền thông dữ liệu đường lên 83

3.1.5.4 Cơ cấu tham chiếu đường lên 84

3.1.5.5 Các thủ tục vật lý đường lên 84

3.1.5.6 Sắp xếp đường lên 85

3.1.5.7 Điều phối liên kết đường lên 86

3.1.5.8 Kiểm soát thời gian đường lên 86

3.1.6 Hybrid ARQ với kết hợp mềm 86

3.1.7 Cấp phát lịch truyền 88

3.1.8 Truyền MIMO 90

3.1.8.1 Giới thiệu 90

3.1.8.2 Nguyên tắc truyền MIMO 90

3.1.8.3 Hệ thống MIMO- OFDM 94

3.1.9 Tính toán thông suất 98

3.1.10 Quản lý tài nguyên vô tuyến 99

3.2 Một số thủ tục truy cập mạng 100

3.2.1 Dò tìm cell 100

3.2.2 Truy cập ngẫu nhiên 101

3.2.3 Paging 103

3.3 LTE_ADVANCED 10

4 CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 106

TÀI LIỆU THAM KHẢO 107

BTS Base Transceiver Station Trạm truyền cơ sở

Channe

Kênh dữ liệu vật lý chuyên dụng

DL-SCH Dowlink Shared Channel Kênh vận chuỷên dành riêng

Channel

Kênh điều khiển dùng chung mới

E-RGCH Enhanced Relative Grant

Channel

Kênh thông tin cấp phát thứ hai

E-HICH Enhanced HARQ Information

Channel

Kênh giành riêng hương xuống bổ

sung

E- LTE-UMTS Terrestrial Radio Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất

UTRAN Access LTE

Access

Truy nhập gói đường lên tốc độ

cao HS-

DPCCH

HS-Physical Control Channel Điều khiển kênh vật lý đường

xuống tốc độ cao HS-SCCH HS-Shared Control Channel Điều khiển kênh dùng chung tốc

Biến đổi Fourier nhanh ngựơc

L

LTE-Advanced

Long Term

N

NADC North American Digital Hệ thống điện thoại số Bắc Mỹ

M

MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MISO Multiple Input Single Output Nhiều đầu vào một đầu ra MIMO Multiple Input Multiple

Output

Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

O

OFDMA Orthogonal Frequency

Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia tần số trực

QPSK Quadrature Phase Shift

Keying

Khóa dịch pha cẩu phương

QAM Quadrature Amplitude

U

UL-SCH Uplink Shared Channel Kênh vận chuỷên dành riêng

đường lên

Microwave Access

Truy nhập sóng vi ba cho khai thác liên mạng toàn cầu WLAN Wire Local Erea Network Mạng cục bộ không dây

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 : Cấu trúc mạng thông tin di động 16

Hình 1.2 : Hệ thống IMT 2000 21

Hình 1.3 : Sơ đồ các buớc phát triển lên mạng di động 3G 24

Hình 1.4 : Quá trình phát triển của mạng viễn thông di động 25

Hình 2.1 : Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) hoặc chung 25

sóng mang với WCDMA (f1) 25

Hình 2.2 : Kiến trúc giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH 26

Hình 2.3 : Cấu trúc lớp MAC – hs 29

Hình 2.4 : Nguyên lý hoạt động cơ bản của HSDPA 30

Hình 2.5 : Giao diện vô tuyến của HSDPA 31

Hình 2.6 : Thời gian và bộ mã được chia sẻ trong HS-DSCH 33

Hình 2.7 : Trạng thái kênh của các user 34

Hình 2.8 : Hệ thống trong trường hợp 1 kênh HS-SCCH và 36

phân chia đa thời gian 36

Hình 2.9 : Hệ thống trong trường hợp nhiều kênh HS-SCCH và 37

phân chia đa thời gian 37

Hình 2.10 : Cấu trúc kênh HS-DPCCH 38

Hình 2.11 : Tổng quan về các kênh truyền HSDPA hướng xuống 41

Hình 2.12 : Biểu đồ chùm sao của QPSK (bên trái) và 16-QAM (bên phải).43 Hình 2.13 : Hoạt động của giao thức SAW 4 kênh 46

Hình 2.14 : Quá trình truyền lại khối dữ liệu IR 47

Hình 2.15 : Các kênh dành cho một đường truyền kết hợp HSDPA 50

và HSUPA hướng xuống 50

Hình 2.16 : Các kênh dành cho một đường truyền kết hợp HSDPA 51

và HSUP hướng lên 54

Hình 2.17 : Mô hình hệ thống WiMAX 54

Hình 2.18 : Mô hình phân lớp trong hệ thống WIMAX so sánh với OSI 56

Hình 2.19 : Minh họa họat động WiMAX 57

Hình 2.20 : So sánh FDM và OFDM 59

Hình 2.21 : OFDM với 256 sóng mang 59

Hình 2.22 : Các kênh con trong OFDMA 60

Hình 2.23 : Hiệu ứng kênh con hoá (sub channelization) 61

Hình 2.24 : Hệ thống MISO 62

Hình 2.25 : Hệ thống MIMO 62

Hình 3.1 : Mô hình mạng LTE 65

Hình 3.2 : Cấu trúc hệ thống LTE 66

Hình 3.3 : Mạng truy nhập vô tuyến - Các nút và các giao diện 67

Hình 3.4 : Kiến trúc chi tiết mạng lõi LTE 69

Hình 3.5 : Tần số - Thời gian đặc trưng của một tín hiệu OFDM 72

Hình 3.6 : Ký tự OFDM có ích sử dụng IFFT 73

Hình 3.7 : Chuỗi tín hiệu phát sinh OFDM 73

Hình 3.8 : Cấu trúc khung chung trong E-UTRA đường xuống 74

Hình 3.9 : Nguồn lưới đường xuống 75

Hình 3.10 : Cơ cấu tín hiệu tham chiếu đường xuống 78

(chu trình tiền tố bình thường) 78

Hình 3.11 : Kiến trúc P-SCH và S-SCH 79

Hình 3.12 : Sơ đồ khối của DFT-s-OFDM (truyền nội bộ) 82

Hình 3.13 : Cấu trúc khe đường lên 83

Hình 3.14 : Nguyên tắc, cấu trúc truy nhập ngẫu nhiên 84

Hình 3.15 : Truy nhập ngẫu nhiên Preamble 85

Hình 3.16 : Giao thức hybrid-ARQ đồng bộ và không đồng bộ 88

Hình 3.17 : Nguyên tắc của truyền MIMO 91

Hình 3.18 : Mô hình trực quan của một hệ thống MIMO 93

Hình 3.19 : Sơ đồ khối hệ thống MIMO-OFDM 94

Hình 3.20 : Sơ đồ khối bộ phát OFDM 94

Hình 3.21 : Sơ đồ khối bộ thu OFDM 94

Hình 3.22 : Ma trận kênh truyền 96

Hình 3.23 : Kỹ thuật Beamforming 96

Hình 3.24 : Ghép kênh không gian giúp tăng tốc độ truyền 97

Hình 3.25 : Phân tập không gian giúp cải thiện SNR 97

Hình 3.26 : Tín hiệu đồng bộ dò tìm cell 101

Hình 3.27 : Tổng quan của thủ tục truy cập ngẫu nhiên 102

Hình 3.28 : Việc nhận không liên tục (DRX) cho paging 104

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 : Các thông số tốc độ đỉnh R6 HSPA 25Bảng 2.2 : Tốc độ dữ liệu đỉnh của HSDPA trong một số trường hợp 32

Bảng 3.1 : Một số băng tần hỗtrợ 66Bảng 3.2 : Các thông số cấu trúc khung đường xuống chung 76Bảng 3.3 : Các thông số cấu trúc khung chung đường lên 83

Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ 2.5G hay 3G vẫn đang pháttriển không ngừng nhưng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đãbắt đầu tiến hành nghiên cứu và triển khai thử nghiệm một số chuẩn di độngthế hệ mới có rất nhiều tiềm năng và có thể trở thành chuẩn cho mạng diđộng 4G Một số công nghệ đã được dán nhãn 4G, tuy nhiên theo các nhàkhoa học thì đó chỉ là công nghệ tiền 4G.Trong tương lai không xa, chúng ta

có thể truy cập tất cả các dịch vụ mọi lúc mọi nơi trong khi vẫn di chuyển:xem phim chất lượng cao HDTV, điện thoại thấy hình, chơi game, nghe nhạctrực tuyến, tải cơ sở dữ liệu v.v… với một tốc độ “siêu tốc” Đó chính là sựkhác biệt giữa mạng di động thế hệ thứ 3 (3G) và mạng di động thế hệ thứ tư(4G).Để làm được điều đó thì các khai thác mạng cần phải có những bướcchuyển tiếp công nghệ Trên cơ sở nâng cấp hệ thống mạng hiện có

Xuất phát từ những vấn đề trên, em đã lựa chọn đề tài tốt nghiệp của

mình là: “Tìm hiểu về các công nghệ tiền 4G ” Đề tài sẽ đi vào tìm hiểu

tổng quan về một số công nghệ mạng di động tiền 4G Đã và đang hứa hẹn

sẽ được tiếp tục nghiên cứu để áp dụng cho mạng di động 4G trong tươnglai Để có thể hiểu rõ thêm về những tiềm năng hấp dẫn, những bước đột phátrong công nghệ và những tiện ích mà mạng 4G sẽ mang lại cho cuộc sốngcủa chúng ta trong tuơng lai

Đề tài lần này bao gồm 4 chương :

CHƯƠNG 1 : LỊCH SỬ CÁC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ SAU 3G

CHƯƠNG 3 : LTE VÀ LTE_ADVAVCED

CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Mặc dù đã giành rất nhiều thời gian tìm hiểu cũng như nghiên cứu vềcông nghệ Nhưng do trình độ năng lực còn hạn chế, nguồn tài liệu khôngdồi dào ,lại là những công nghệ mới được đưa vào ứng dụng tại Việt Nam.Nên đề tài lần này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhậnđựợc sự góp ý quý báu của thày cô và tất cả các bạn để đề tài có thể hoànthiện đựợc ở mức cao nhất

Lời cuối cùng em xin cảm ơn tất cả mọi người đã giúp đỡ em, đặc biệt là

Cô Ths PHẠM THỊ THANH HUYỀN người đã tận tình hướng dẫn em

hoàn thành đề tài lần này đúng thời gian đã quy định

Xin chân thành cảm ơn !!!

CHƯƠNG 1 : LỊCH SỬ CÁC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Lịch sử và xu hướng phát triển của các mạng thông tin di động.

1.1.1 Tổng quan về mạng thông tin di động

Hình 1.1: cấu trúc mạng thông tin di động

Các ký hiệu:

PSTN : Mạng chuyển mạch điện công cộng.

Thông tin di động dựa trên nền tảng mạng không dây phát triển theobiểu đồ số mũ trong thập niên qua với những cơ sở hạ tầng và các ứngdụng rộng rãi như thiết bị vô tuyến, máy tính sách tay v v Những thiết bịnày ngày càng trở nên quan trọng trong cuộc sống của chúng ta Một ví dụ

cụ thể: người dùng có thể kiểm tra email và truy cập mạng Internet nhờ cácthiết bị di động của họ Từ những thiết bị như máy tính sách tay, họ có thểtìm kiếm thông tin trong mạng Internet tại các địa điểm khác nhau như sânbay, nhà ga hay những nơi công cộng khác Các khách du lịch có thể sửdụng các thiết bị đầu cuối GPS đặt trong nhà hay trong ô tô để định vị vàthiết lập bản đồ đường đi Những hồ sơ, dữ liệu hoặc các thông tin khác cóthể được trao đổi bởi các máy tính sách tay thông qua mạng LAN không dây(WLAN)

Không chỉ các thiết bị di động trở nên nhỏ hơn, rẻ hơn, tiện lợi hơn, màcác ứng dụng của nó cũng trở nên mạnh hơn và được áp dụng rộng rãi hơn.Theo khuynh hướng này thì hầu hết các kết nối những thiết bị vô tuyến đượcthực hiện thông qua các nhà cung cấp dịch vụ cố định dựa trên cơ sở hạ tầngmạng cá nhân và các MSC trong mạng tế bào như vậy các máy tính sách tay

có thể nối tới Internet không dây thông qua các điểm truy cập

Mặc dù những mạng có cơ sở hạ tầng đã cung cấp một lượng lớn các dịch

vụ mạng cho các thiết bị di động nhưng nó mất rất nhiều thời gian để thiếtlập cơ sở hạ tầng mạng thích hợp với các dịch vụ của mạng di động và tấtnhiên là giá thành để thiết lập cơ sở hạ tầng này là rất cao Hơn nữa, thờiđiểm thiết lập là bất kỳ lúc nào khi có yêu cầu từ một thiết bị di động truycập mạng nằm trong vùng phủ sóng.Việc cung cấp các dịch vụ kết nối mạng

đã đặt ra yêu cầu cần phải có một mạng di động đặc biệt

1.1.2 Quá trình phát triển của các mạng thông tin di động

1.1.2.1 Thế hệ thứ nhất(1G)

Các hệ thống thông tin di động đầu tiên trên thế giới phải nói tới là:

 Hệ thống AMPS (Avanced Mobile Phone Service): Hệ thống dịch vụđiện thoại di động tiên tiến

 Hệ thống TACS (Total Access Communication System): Hệ thốngthông tin truy cập tổng thể

 Hệ thống NMT (Nordic Mobile Telephone): Hệ thống thông tin di độngBắc Âu

Các hệ thống thông tin di động thứ nhất đã không được ứng dụng nhiều

trên thị trường do nhiều hạn chế của chúng như giá của thiết bị đầu cuối, của

hệ thống cao và hạn chế về dung lượng phổ Hạn chế chính là do sử dụngphương pháp điều chế tương tự (điều tần: FM: Frequency Modulation) trong

hệ thống đã hạn chế đáng kể số lượng người sử dụng so với các hệ thốngdùng phương pháp điều chế số

1.1.2.2 Thế hệ thứ hai ( 2G)

Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) có nhiều ưu điểm vượttrội so với các hệ thống thông tin di động tương tự (anolog) 1G Các ưu điểmvượt trội đó là việc ứng dụng các công nghệ số cho phép cải thiện chất lượng

thông tin và tăng đáng kể số lượng người sử dụng Ngoài ra trong hệ thống2G, sự xuất hiện của kĩ thuật chuyển giao (hand-over) mở ra hệ thống điệnthoại tế bào (cellular system) đã, đang và sẽ tiếp tục được ứng dụng rộng rãitrên toàn thế giới.

 Hệ thống hay chuẩn GSM : Năm 1992, hệ thống thông tin di động tếbào thế hệ thứ hai xuất hiện ở Châu Âu đó là hệ thống GSM (Global Systemfor Mobile Communication) hay còn gọi là hệ thống thông tin di động toàncầu Đây là hệ thống thông tin ở Châu Âu đầu tiên sử dụng các kĩ thuật điềuchế số

 Hệ thống DCS : Hệ thống thông tin di động tế bào thế hệ thứ hai, hệ

thống DCS (Digital Communication System: Hệ thống thông tin số), xuấthiện ở Châu Âu năm 1993 Hệ thống này có các thông số kĩ thuật chính giốngnhư hệ thống GSM nhưng ở tần số 1800 MHz Do đó ở một số nước Châu Âungười ta còn gọi chuẩn này là GSM 1800

 Hệ thống DECT : Năm 1993 cũng tại Châu Âu, xuất hiện hệ thống điệnthoại không dây thế hệ thứ hai, hệ thống DECT (Digital European CordlessTelephone: Hệ thống điện thoại không dây số Châu Âu) Hệ thống này sửdụng phương pháp điều chế tần số GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying),

bộ lọc sử dụng là bộ lọc Gaussian có hệ số 0,5

 Hệ thống IS – 54: Cùng vào thời điểm năm 1992 ở Bắc Mĩ, hệ thống

điện thoại tế bào thế hệ thứ hai (IS – 54 hoặc NADC: North American DigitalCellular: Hệ thống điện thoại vô tuyến tế bào số Bắc Mĩ) xuất hiện Cũnggiống như hệ thống GSM ở Châu Âu, các bước tiến triển tiếp theo của hệthống IS -54 cũng đang được nghiên cứu và phát triển Hệ thống NADC sửdụng phương thức điều chế pha π / 4 DQPSK Bộ lọc sử dụng là bộ lọc cosinnâng (Raised-Cosine Filter) với hệ số truy cập bằng hệ số roll-off bằng 0,35

 Hệ thống IS – 95 hay CDMA One : Cũng năm 1992 ở Châu Mĩ, một hệthống điện thoại tế bào khác xuất hiện, đó là hệ thống IS-95 hay CDMA one

 Hệ thống IS-136 : Hệ thống IS-136 hay còn gọi là hệ thống điện thoại

di động số tiên tiến (Digital Advanced Mobile Phone System) là sự phát triểncủa hệ thống tương tự AMPS có thể sử dụng băng tần 800 MHz của chuẩn IS-

54 và băng tần 1900 MHz của hệ thống PCS

 Hệ thống PDC : Năm 1994, ở Nhật Bản xuất hiện một hệ thống điệnthoại tế bào thế hệ thứ hai, hệ thống PDC (Personal Digital Cellular: Hệ thốngđiện thoại tế bào số cá nhân) Hệ thống này sử dụng phương thức điều chế π /

4 DQPSK, bộ lọc sử dụng là bộ lọc cosine nâng có hệ số roll-off bằng 0,5

 Hệ thống PHS : Đây là một chuẩn không dây thế hệ thứ hai của NhậtBản xuất hiện năm 1993 Hệ thống PHS (Personal Handy Phone System: hệthống điện thoại vô tuyến cầm tay) sử dụng điều chế π / 4 DQPSK, bộ lọc sửdụng là bộ lọc cosine nâng với hệ số truy cập băng hay hệ số roll-off là 0,5.1.1.2.3 Thế hệ thứ 2.5 G

Sự tăng trưởng về số lượng người sử dụng và sự phát triển mạnh các dịch

vụ đa phương tiện như internet, điện thoại hội nghị… Đòi hỏi các hệ thốngthông tin di động có tốc độ truyền dẫn cao Tuy nhiên, hệ thống thông tin diđộng thế hệ thứ hai không cung cấp tốc độ bit đủ lớn để đáp ứng các yêu cầunày, do đó yêu cầu phải nâng cấp và phát triển mạng GSM hiện hữu Người ta

đã đề xuất nâng cấp lên hệ thống GPRS (General Packet Radio Services) và

hệ thống EDGE (Enhanced Data Rate for GSM Evolution) Các hệ thống 2,5

G này như là sự sát nhập hệ thống 2G lên hệ thống thông tin di động thế hệthứ 3 (3G) Ưu điểm của các hệ thống này là tận dụng được cơ sở vật chất cósẵn của mạng GSM, chỉ yêu cầu thay đổi rất ít để có thể khai thác được

 Hệ thống GPRS : Một sự phát triển đầu tiên của hệ thống GSM để đạtđược tốc độ bit thích hợp với các ứng dụng yêu cầu tốc độ bit trung bình làviệc dựa trên nền GSM sẵn có và thêm một lớp trong thủ tục thông tin chophép vận chuyển các dữ liệu dạng gói với tốc độ bit khoảng 115 Kbit/s và giữnguyên kiểu (hay mode) chuyển mạch cho các tốc độ bit thấp khoảng chụcKbit/s Hệ thống này có tên là GPRS Bằng việc sử dụng lại các tần số, khung

truyền dẫn (trame) và các cơ sở vật chất sẵn có của mạng GSM, chỉ có duynhất có thay đổi về phần mềm trong việc cài đặt hệ thống, giải pháp GPRS sửdụng là mode thông tin khác nhau.

 Hệ thống EDGE : Một giải pháp kĩ thuật khác để đạt được tốc độ bittương thích với các ứng dụng truyền thông đa phương tiện tốc độ cao đó làgiải pháp EDGE (Enhanced Data Rate for Evolution) Giải pháp này sử dụnglại các đặc trưng phổ của chuẩn GSM cho phép tốc độ bit đạt tới 384 kbit/s.Chuẩn EDGE cho phép đạt được tốc độ bit này bằng việc kết hợp sử dụngphương thức điều chế pha 8-PSK (8 – Phase Shift Keying) và sử dụng hay kếthợp nhiều khe thời gian trong quá trình truyền dẫn như trong mạng GPRSthay vì chỉ sử dụng khe thời gian như trong mạng GSM Bằng việc có thể sửdụng lại hầu hết các cơ sở vật chất của mạng GSM, giải pháp này cho phépgiảm giá thành đầu tư

1.1.2.4 Thế hệ thứ ba (3G)

Khái niệm hệ thống di động thế hệ thứ 3 (3G) được đưa ra bởi IMT-2000

Về cốt lõi, một hệ thống 3G phải cung cấp:

 Các dịch vụ đa phương tiện, trong các hoạt động chế độ kênh và gói

 Các lĩnh vực người sử dụng như tư nhân, công cộng, thương mại, dân

cư, và các lĩnh vực khác

 Các mạng dựa trên mặt đất và vệ tinh

 Thiết bị bỏ túi cá nhân, trên xe cộ, và bất cứ đầu cuối đặc biết khác

Hình 1.2 : Hệ thống IMT 2000.

Các đặc tính xác định của IMT-2000 bao gồm:

 Mức độ tương đồng cao trong các thiết kế toàn thế giới

 Tính tương thích của các dịch vụ trong IMT-2000 và các mạng cố định

 Chất lượng cao

 Đầu cuối nhỏ được sử dụng rộng rãi

 Khả năng của các ứng dụng đa phương tiện và dải rộng của các dịch

vụ và các đầu cuối IMT-2000 có thể được thực hiện như mạng độc lập hoặcnhư một phần tích hợp của các mạng cố định Các hệ thống 3G cung cấp khảnăng modul hoá về cả hai mặt dung lượng và chức năng

Trái ngược với QoS cố định trong hệ thống vô tuyến 1G và 2G (được xácđịnh như sự cố gắng tốt nhất), các hệ thống 3G cung cấp QoS mềm dẻo Cácứng dụng của nó và người sử dụng có thể được ấn định một QoS mặc địnhvới các điều chỉnh sao cho thích hợp với QoS mong muốn Các tài nguyên khi

đó được phân phối tuỳ theo hàng loạt các tham số như các hiện trạng QoS căn

cứ bởi số thuê bao điện thoại, tải hệ thống, các điều kiện truyền, loại lưulượng (cái này tuỳ thuộc vào ứng dụng), và các yếu tố khác

Tóm lại, các mục tiêu chính của các mạng 3G như sau:

IMT-2000 TDD CDMA (IMT-TC)

 Sự chấp nhận toàn cầu về tập các chuẩn nòng cốt cho giao diện vô tuyến.

 Thúc đẩy roaming toàn cầu

 Hỗ trợ hiệu quả dải rộng các dịch vụ dữ liệu bao gồm cả đa phương tiện

Trên thực tế, các hệ thống 3G được triển khai với hai mục đích chính:

 Để hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu gói với tốc độ và chất lượng như các mạng cố định

 Cung cấp truy nhập internet

Một số mạng 3G tiêu biểu như:

 UMTS

UMTS là một hệ thống được lựa chọn cho các hệ thống thông tin di độngthế hệ thứ ba UMTS được quản lý bởi liên đoàn viễn thông thế giới ITUtrong khuôn khổ dự án IMT-2000 toàn cầu Năm 1998, dự án UMTS đã mởrộng đến các đối tác, các tổ chức ở Mỹ, Nhật và Hàn Quốc Dự án này có tên

là 3GPP (Third Generation Group Project Partnership) Viện các tiêu chuẩnviễn thông Châu Âu ETSI (European Telecommunication Standards Institute)

là cơ quan tổ chức chuẩn hóa các giao diện vô tuyến của hệ thống UMTS,công việc đã thực hiện bởi nhóm 3GPP Mục đích của UMTS là để phát triểnvùng phủ sóng tốt nhất, tăng số lượng thuê bao, cải tiến sự hội tụ giữa điệnthoại cố định và di động và xúc tiến việc hoàn thành dịch vụ 3G UTRA(UMTS Terrestrial Radio Access) là giao diện vô tuyến của UMTS UTRA cóhai kiểu hay phương thức đa truy cập: truy cập theo mã băng rộng W-CDMA(Wide Band Code Division Multiple Access) dành cho mode FDD và phươngpháp phân bố theo mã trong miền thời gian TD- CDMA (Time Division CodeDivision Multiple Access) cho mode TDD Phương thức điều chế được sửdụng cho mỗi kênh là QPSK Tuỳ theo nhu cầu sử dụng phổ và tốc độ bittruyền, hệ số trải phổ sẽ thay đổi cho phù hợp Kĩ thuật điều chế và trải phổđược kết hợp gọi là HPSK Tốc độ bit dữ liệu thay đổi tuỳ theo vận tốc di

chuyển và hệ thống UMTS hoạt động theo phương thức truyền dẫn khôngđồng bộ Tốc độ dữ liệu thay đổi và hệ thống cho phép giảm các ảnh hưởngcủa fading trong kênh vô tuyến.

 CDMA 2000

Giao diện vô tuyến đa sóng mang IMT-2000 CDMA được nhắc đến vớicdma2000 Nó là giao diện vô tuyến trải phổ băng rộng được thiết kế để đạtđược các yêu cầu của hệ thống vô tuyến 3G cũng như các yêu cầu của sự pháttriển của các chuẩn họ 2G TIA/EIA-95-B Cdma2000 cung cấp khả năngtương thích ngược lại với TIA/EIA-95-B Khả năng tương thích ngược chophép cơ sở hạ tầng của cdma2000 hỗ trợ các trạm di động TIA/EIA-95-B vàcho phép các trạm di động cdma2000 hoạt động được với các hệ thốngTIA/EIA-95-B Cdma2000 đề xuất ra khả năng tương thích ngược vớicdmaOne để cung cấp việc chuyển giao mềm từ các mạng 2G lên 3G Mộtkhía cạnh quan trọng của khả năng tương thích ngược là khả năng hỗ trợ việcbao phủ các mạng cdma2000 và cdmaOne với cùng phổ

Cdma2000 thực hiện các yêu cầu truyền dẫn băng rộng theo hai cách khácnhau Việc truyền dẫn lên có thể sử dụng hoặc kỹ thuật trải phổ trực tiếp hoặc

kỹ thuật đa sóng mang Việc thực hiện MC đối với đường lên của cdma2000tạo điều kiện thuận lợi cho thiết kế chồng lấp cdmaOne và cdma2000 Trongviệc thực hiện MC, hệ thống cdma2000 Nx1.25 Mhz (với N=1,3,6,9, hoặc 12)

có thể chồng lấp N sóng mang liên tục của cdmaOne, với N là số tốc độ phântán SR SR 2 được dùng để chỉ 1X và SR 3 để chỉ 3X, đó là hai kỹ thuật đượcđịnh nghĩa trong các chuẩn cdma2000

Cdma2000 cũng hỗ trợ việc sử dụng lại các chuẩn dịch vụ đã có củacdmaOne, như các dịch vụ liên quan đến thoại, các dịch vụ dữ liệu, các dịch

vụ tin nhắn,…Việc chuyển giao đầy đủ các cuộc gọi dữ liệu và thoại từ một

hệ thống tới một hệ thống khác là đặc điểm rất hay được hỗ trợ bởi cdmaOne

và cdma2000 Khả năng thực hiện chuyển giao mềm giữa hệ thống cdmaOne

và cdma200 cho phép các nhà hoạt động xây dựng dần dần các mạngcdma2000 khi có nhu cầu tăng cường dịch vụ và thêm dung lượng

 TD-SCDMA

Chuẩn được ít biết đến hơn là TD-SCDMA đang được phát triển tại TrungQuốc bởi các công ty Datang và Siemens

Hình 1.3: sơ đồ các buớc phát triển lên mạng di động 3G

1.2 Tổng kết sự phát triển của các mạng thông tin di động.

Trong qua trình này ta tổng kết nền tảng công nghệ chính của thông tin diđộng từ thế hệ một đến thế hệ ba và quá trình phát triển của các nền tảng nàyđến nền tảng của thế hệ bốn Để tiến tới thế hệ ba có thể thế hệ hai phải trảiqua một giai đoạn trung gian, giai đoạn này gọi là thế hệ 2,5G Qua bảngtổng kết ta thấy một điều rằng sự phát triển của các công nghệ trong mạngthông tin di động đi theo hướng hình thang, có nghĩa là ở các thế hệ mạngđầu tiên và thấp thì có khá nhiều sự lựa chọn về mặt công nghệ nhưng càngphát triển lên cao thì các công nghệ có thiên hướng hội tụ nhiều hơn Sốchuẩn công nghệ cho một mạng cũng ít đi đáng kể, điều đó rất thuân lợi vàcho phép kết nối một thế giới thông suốt không phức tạp trong việc sử dụngnhiều giao thức liên kết cũng như quá trình chuyển vùng được dễ dàng và đócũng là một mục tiêu mà mạng di đông thế hệ thứ 4 (4G) đang trong quá

trình nghiên cứu và hướng đến.

Hình 1.4 : Quá trình phát triển của mạng viễn thông di động.

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ SAU 3G

2.1 Giới thiệu HSPA (HSDPA và HSUPA).

Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA: High Speed Down LinkPacket Access) được 3GPP chuẩn hóa ra trong R5 với phiên bản tiêu chuẩnđầu tiên vào năm 2002 Truy nhập gói đường lên tốc độ cao (HSUPA) được3GPP chuẩn hóa trong R6 và tháng 12 năm 2004 Cả hai HSDPA và HSUPAđược gọi chung là HSPA Các mạng HSDPA đầu tiên được đưa vào thươngmại vào năm 2005 và HSUPA được đưa vào thương mại vào năm 2007 Cácthông số tốc độ đỉnh của R6 HSPA được cho trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Các thông số tốc độ đỉnh R6 HSPA

HSDPA (R6) HSUPA (R6)Tốc độ đỉnh (Mbps) 14,4 5,7

E D G E /

Cdma2000 1x EV

2nd Generation

(~ 1998) 2.5th Generation (~2000~) 3rd Generation (2002~)

Mobile Multimedia

- Integrated Packet Data

4th Generation (~2010~)

IS-95B

57-115 kbps

cdma2000(1x)

0.144 ~2 Mbps ~ 10 Mbps ~ 100 Mbps /1Gbps W-CDMA

Tốc độ số liệu đỉnh của HSDPA lúc đầu là 1,8Mbps và tăng đến 3,6 Mbps và7,2Mbps vào năm 2006 và 2007, tiềm năng có thể đạt đến trên 14,4Mbps năm

2008 Trong giai đoạn đầu tốc độ đỉnh HSUPA là 1-2Mbps trong giai đoạnhai tốc độ này có thể đạt đến 4-5,7 Mbps vào năm 2008

HSPA được triển khai trên W_CDMA hoặc trên cùng một sóng manghoặc sử dụng một sóng mang khác để đạt được dung lượng cao (xem hình2.1)

Hình 2.1 Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) hoặc chung sóng mang

với WCDMA (f1)

HSPA chia sẻ chung hạ tầng mạng với W_CDMA Để nâng cấp

W_CDMA lên HSPA chỉ cần bổ sung phần mềm và một vài phần cứng nút B

và RNC

Lúc đầu HSPA được thiết kế cho các dịch vụ tốc độ cao phi thời gian thực,tuy nhiên R6 và R7 cải thiện hiệu suất của HSPA cho VoIP và các ứng dụngtương tự khác

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

2.2.1 Tổng quan về HSDPA

Mặc dù công nghệ 3G W_CDMA hiện nay cho phép tốc độ dữ liệu gói lênđến 2Mbps Tuy nhiên, các tiêu chuẩn thiết kế hệ thống W_CDMA có một sốhạn chế như:

 Không tận dụng các ưu 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 10Mbps

Do đó, R5 tiếp tục được phát triển để khắc phục những hạn chế này R5 là

sự phát triển quan trọng của mạng vô tuyến 3G kể từ khi W_CDMA đượcchấp nhận là công nghệ mạng vô tuyến 3G từ năm 1997 Các tính năng kỹthuật của công nghệ HSDPA gồm:

 Tương đương với CDMA2000 1xEV (HDR)

 Điều chế và mã hoá thích ứng

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

 64 QAM hỗ trợ tốc độ đỉnh tương đương 7.2 Mbps

 Các kỹ thuật được sử dụng cho phép HSDPA hỗ trợ tốc độ 10 Mbps

 Trong một hệ thống dữ liệu và thoại được tích hợp với người sử dụngthoại(12.2 Kbps) tải khoảng 30 Erl/sector và thông lượng sector của dữ liệuvấn khoảng 1 Mbps

HSDPA (High Speed Downlink Packet Access)-truy cập gói đường xuốngtốc độ cao, là giải pháp mang tính đột phá về mặt công nghệ và được pháttriển trên cơ sở của hệ thống 3G W_CDMA, được tối ưu hóa cho các ứngdụng dữ liệu chuyển mạch gói Công nghệ HSDPA hiện nay cho phép tốc độdownload đạt đến 1.8 Mbps, 3.6Mbps, 7.2 Mbps và 14.4 Mbps, và trongtương lai gần, tốc độ hiện nay có thể được nâng lên gấp nhiều lần đưa đếnmột hiệu quả sử dụng tốt hơn Các thuê bao dịch vụ HSDPA có thể nhận

email với tập tin đính kèm mang dung lượng lớn, lướt web hoặc tải về các tậptin đa phương tiện hoặc văn bản nhanh hơn bao giờ Mặc dù có thể truyền tảibất cứ dạng dữ liệu nào, song mục tiêu chủ yếu của HSDPA là dữ liệu dạngvideo và nhạc.

Khái niệm HSDPA được phát triển dựa trên công nghệ W-CDMA, sửdụng các phương pháp chuyển đổi và mã hóa dữ liệu khác Nó tạo ra mộtkênh truyền dữ liệu bên trong W-CDMA được gọi là HS-DSCH (High SpeedDownlink Shared Channel), kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao Kênhtruyền tải này hoạt động hoàn toàn khác biệt so với các kênh thông thường vàcho phép thực hiện download với tốc độ vượt trội Và đây là một kênh chuyêndụng cho việc download Điều đó cũng có nghĩa là dữ liệu sẽ được truyền trựctiếp từ nguồn đến điện thoại Song quá trình ngược lại, tức là truyền dữ liệu từđiện thoại đến một nguồn tin thì không thể thực hiện được khi sử dụng côngnghệ HSDPA Công nghệ này có thể được chia sẻ giữa tất cả các người dùng

có sử dụng sóng radio, sóng cho hiệu quả download nhanh nhất

Ngoài ra HSDPA còn sử dụng điều chế và mã hoá thích ứng (AdaptiveModulation and Coding), HARQ nhanh (Hybrid Automatic Repeat Request),

và lập lịch gói (Packet Scheduling) nhanh Những tính năng này được phốihợp chặt chẽ và cho phép thích ứng các tham số truyền dẫn theo mỗi khoảngthời gian TTI nhằm liên tục hiệu chỉnh sự thay đổi của chất lượng kênh vô

tuyến

2.2.2 Kiến trúc giao thức HSDPA

Hình 2.2: Kiến trúc giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH Trong cấu trúc HSDPA, thiết bị sắp xếp gói tin sẽ được chuyển từ bộ điềukhiển mạng vô tuyến RNC tới Node-B nhằm giúp người sử dụng dễ dàng truynhập vào các chức năng thống kê giao diện vô tuyến Kỹ thuật sắp xếp gói tintiên tiến sẽ giúp điều chỉnh được tốc độ dữ liệu người sử dụng sao cho thíchhợp với các điều kiện kênh vô tuyến tức thời.

Nếu như tất cả các kênh truyền tải theo kiến trúc R99, chúng đều chấm dứttại RNC thì kênh HS-DSCH lại chấm dứt ngay tại Node B nhằm mục đíchđiều khiển kênh HS-DSCH, lớp MAC-hs (lớp điều khiển truy cập trung giantốc độ cao), sẽ điều khiển các tài nguyên của kênh này và nằm ngay tại Node

B Do đó, cho phép nhận các bản tin về chất lượng kênh hiện thời để có thểtiếp tục theo dõi giám sát chất lượng kênh hiện thời để có thể liên tục theo dõigiám sát chất lượng tín hiệu cho thuê bao tốc độ thấp Vị trí này của MAC-hstại Node B cũng cho phép kích hoạt giao thức HARQ từ lớp vật lý, nó giúpcho các quá trình phát lại diễn ra nhanh hơn

Lớp MAC-hs cũng lưu giữ dữ liệu của user được phát qua giao diện vôtuyến, điều đó đã tạo ra một số thách thức đối với việc tối ưu hóa dung lượng

bộ nhớ đệm của Node B

Trong quá trình kết nối, thiết bị người sử dụng (UE) sẽ định kỳ gửi một chỉthị chất lượng kênh CQI tới Node-B cho biết tốc độ dữ liệu nào (bao gồm kỹthuật điều chế và mã hoá, số lượng các mã đã sử dụng) mà thiết bị này có thể

hỗ trợ khi ở dưới các điều kiện vô tuyến hiện thời Đồng thời, UE gửi một báonhận (Ack/Nack) ứng với mỗi gói giúp node-B biết được thời điểm lặp lại quátrình truyền dữ liệu Cùng với chức năng thống kê chất lượng kênh tương ứngcho từng UE trong một cell Thiết bị sắp xếp gói tin sẽ thực hiện sắp xếp cácgói của các UE một cách công bằng

2.2.3 Nguyên lý hoạt động của HSDPA

HSDPA gồm các giải pháp:

+ Thực hiện đan xen thời gian truyền dẫn ngắn TTI=2ms

+ Mã hoá và điều chế thích ứng AMC

+ Truyền dẫn đa mã, lớp vật lý tốc độ cao L1

+ Yêu cầu lặp tự động lai H-ARQ

Hình 2.4 : Nguyên lý hoạt động cơ bản của HSDPA

Trong giải pháp HSDPA, thiết bị sắp xếp gói tin sẽ được chuyển từ bộ điềukhiển mạng vô tuyến RNC tới Node-B nhằm giúp người sử dụng dễ dàng truynhập vào các chức năng thống kê giao diện vô tuyến Kỹ thuật sắp xếp gói tintiên tiến sẽ giúp điều chỉnh được tốc độ dữ liệu người sử dụng sao cho thíchhợp với các điều kiện kênh vô tuyến tức thời.

Trong quá trình kết nối, thiết bị người sử dụng (UE) sẽ định kỳ gửimột chỉ thị chất lượng kênh CQI tới Node-B cho biết tốc độ dữ liệu nào(bao gồm kỹ thuật điều chế và mã hoá, số lượng các mã đã sử dụng) màthiết bị này có thể hỗ trợ khi ở dưới các điều kiện vô tuyến hiện thời.Đồng thời, UE gửi một báo nhận (Ack/Nack) ứng với mỗi gói giúp node-

B biết được thời điểm lặp lại quá trình truyền dữ liệu Cùng với chức năngthống kê chất lượng kênh tương ứng cho từng UE trong một cell, Thiết bịsắp xếp gói tin sẽ thực hiện sắp xếp các gói của các UE một cách côngbằng

Vấn đề chúng ta cần quan tâm là chất lượng kênh đường truyền củamỗi người sử dụng độc lập và cách xác định nó Ví dụ như: tỷ lệ côngsuất ký hiệu trên 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 giámsát các lệnh điều khiển công suất phát theo chu kỳ một giá trị chỉ thị chấtlượng kênh (CQI – Channel Quality Indicator) đặc thù của HSDPA trênkênh điều khiển vật lý dành riêng tốc độ cao ( HS-DPCCH) đường lên,kênh này cũng mang cả thông tin báo hiệu chấp nhận / không chấp nhận(Ask / Nask) ở dạng gói dựa trên L1 cho mỗi kênh liên kết Khi đã ướctính được chất lượng kênh, hệ thống chia sẻ tài nguyên mã và công suấtHS-DSCH giữa những người sử dụng khác nhau

Lớp điều khiển truy nhập môi trường ( MAC – Medium AccessControl) được đặt tại nút B, do đó cho phép truy nhập nhanh hơn tớicác giá trị đo lường tuyến kết nối, lập lịch gói hiệu quả hơn và nhanhhơn, cũng như có thể kiểm soát chất lượng QoS chặt chẽ hơn So sánh

với kỹ thuật DMA truyền thống, kênh HS-DSCH không thực hiện vớiđiều kiện công suất phát nhanh và hệ số trải phổ cố định Bằng cách sửdụng kỹ thuật mã hoá Turbo tốc độ thay đổi, điều chế 16 QAM, cũngnhư hoạt động đa mã mở rộng, kênh HS- DSCH hỗ trợ tốc độ dữ liệuđỉnh từ 120 Kbps tới hơn 10Mbps Quá trình điều chế và mã hoá thíchứng cơ bản có một dải động khoảng 20dB, và được mở rộng hơn nữa số

Tốc độ dữ liệu (15 mã)

2.2.4 Cấu trúc kênh

Hình 2.5 : Giao diện vô tuyến của HSDPA

Tài nguyên chung của người sử dụng trong ô tế bào bao gồm các bộ mãkênh và công suất phát Khái niệm HSDPA được giới thiệu bao gồm một

số kênh vật lý thêm vào:

- Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-PDSCH (High SpeedPhysical Downlink Shared Channel)

- Kênh điều khiển vật lý HS-DPCCH (HS-Physical Control Channel)

2.2.4.1 Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao: HS-PDSCH

Trong kênh này thời gian và mã hoá được chia sẽ giữa những người sửdụng gắn liền với Node-B Đây là cơ cấu truyền tải cho các kênh logic đượcthêm vào:

+ Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-DSCH (HS-Downlink SharedChannel)

+ Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao HS-SCCH (HS-Shared ControlChannel)

Những tài nguyên mã hoá HS-DSCH gồm có một hoặc nhiều bộ mã địnhhướng với hệ số phân bố cố định SF 16 Phần lớn 15 bộ mã này có thể phân

bổ cho những yêu cầu về truyền dẫn dữ liệu và điều khiển Các tài nguyên mãhoá sẵn sàng được chia sẻ chủ yếu trong miền thời gian nhưng nó có thể chia

sẻ tài nguyên mã hoá bằng cách dùng mã hoá đa thành phần Khi cả thời gian

và bộ mã được chia sẽ, từ hai đến bốn người sử dụng có thể chia sẽ tài nguyên

mã hoá trong cùng một TTI

Hình 2.6 : Thời gian và bộ mã được chia sẻ trong HS-DSCH Đặc tính quan trọng của kênh HS-DSCH là tính linh động của nguồn đượcchia sẻ trong khoảng thời gian rất ngắn 2ms.Khi đó dữ liệu người dùng đượcđặt trên kênh HS-DSCH, chúng liên tục được gửi đi trong khe thời gian 2msđó.

Ngược lại, với phiên bản R99 của WCDMA còn có thêm khoảng DTX khoảng truyền gián đoạn nằm trên khe DPDCH, nó có tác dụng lọc nhiễu trênđường truyền nhưng không thể đạt được tốc độ lớn nhất Vì R99 ra đời vớimục tiêu chính là tăng dung lượng hệ thống cho các dịch vụ thoại so với hệthống 2G (GSM) mà thôi chứ chưa sự đạt được những yêu cầu và kỳ vọng đốidịch vụ số liệu vì tốc độ hỗ trợ dữ liệu còn thấp (khoảng 384 kbps) Đối vớidịch vụ thoại thì chúng ta đã biết, nguồn tài nguyên (mã, công suất, nhiễu)yêu cầu để truyền dẫn dịch vụ này là không thay đổi (do tốc độ truyền dẫn làkhông thay đổi) do đó điều khiển công suất thực sự hiệu quả vì nó giảm nhiễuMAI làm cho dung lượng kênh thoại mà hệ thống có thể đáp ứng trên mộtđơn vị tài nguyên vô tuyến tăng lên

Tuy vậy khi triển khai các dịch vụ số liệu ( File Transfer, Internet Access,E-mail,…) chúng ta thấy rằng đặc thù của những dịch vụ này là yêu cầunguồn tài nguyên rất lớn và trong khoảng một thời gian ngắn Ví dụ như nếutruy nhập vào một trang web nào đó thì cùng một lúc nội dung văn bản và

hình ảnh của website cần truyền đến máy đầu cuối trong một khoảng nhấtđịnh Sau khi nội dung trang web đã download về máy đầu cuối thì thôngthường người sử dụng sẽ xem nội dung và không truy nhập tài nguyên hệthống nữa Những dịch vụ mà yêu cầu nguồn tài nguyên lớn và trong khoảngthời gian ngắn như vậy trong kỹ thuật người ta gọi chung một tên là “burstydata service”.

Với kênh HS-DSCH trong HSDPA thì người ta cấp phát 15 mã trải phổ với

hệ số trải 16 để dùng chung giữa các máy trong cùng một sector Các máyđược cấp phát tài nguyên trong từng khoảng thời gian nhất định (TDM) Bộscheduler sẽ cấp phát tài nguyên: bao nhiêu mã trải phổ, công suất là baonhiêu phụ thuộc vào yêu cầu dịch vụ, trạng thái kênh của user đó

Hình 2.7 : Trạng thái kênh của các user

Như hình vẽ trên, tại khoảng thời gian đầu tiên User 1 có trạng thái kênhtốt nên bộ scheduler đưa ra quyết định cấp phát tài nguyên cho User này Khi

đã quyết định cấp phát tài nguyên cho User 1 này kỹ thuật thích ứng cũngđược áp dụng Nếu trạng thái kênh của User lúc này tốt và nhu cầu về tốc độtruyền dẫn lớn thì máy phát có thể dùng điều chế 16-QAM hoặc mã kênh với

tỷ lệ mã lớn để truyền tốc lớn hơn Đến khoảng thời gian thứ 2, User 2 sẽđược cấp phát để truyền dẫn vì User 2 có trạng thái kênh tốt hơn như trênhình vẽ Bằng việc cấp phát tài nguyên động, kết hợp với kỹ thuật thích ứng(ACM) chúng ta có thể thấy rằng kênh truyền dẫn chung luôn có chất lượngkênh ở mức tốt được thể hiện ở đường nét đứt trên hình vẽ

Ngoài dữ liệu người sử dụng, Node-B còn thực hiện truyền dẫn báo hiệuđiều khiển nhằm thông báo sắp xếp cho người dùng kế tiếp Báo hiệu nàyđược sắp xếp trong kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao (HS-SCCH), là kênhdùng chung cho các người sử dụng, và nó được thực hiện bằng cách truyềndẫn hai khe thời gian HS-SCCH TTI Kênh HS-SCCH mang những thông tinsau:

- Mặt lạ ID của những người dùng đặc trưng UE Nhiệm vụ chính của mặt

lạ là xác định người dùng được phục vụ trong chu kỳ TTI tiếp theo

- Thông tin liên quan đến khuôn dạng truyền tải, mô tả các mã định kênh,phương thức kỹ thuật điều chế được sử dụng Tỉ lệ mã hoá được trích ra từkích cỡ của block truyền tải và các tham số khuôn dạng truyền tải khác

- Thông tin liên quan đến HARQ: đó có thể là chu kỳ phát tiếp theo sẽ làmột block mới hay là một block được phát lại (do có thể gặp lỗi trước đó nênyêu cầu phát lại) và thông tin về các phiên bản

Thông tin điều khiển này chỉ được sử dụng cho các UE sẽ được phục vụtrong chu kỳ tiếp theo, như vậy kênh báo hiệu này là một kênh chia sẻ theothời gian cho tất cả các user

Hình 2.8 : Hệ thống trong trường hợp 1 kênh HS-SCCH và

phân chia đa thời gian

Hình 2.9 : Hệ thống trong trường hợp nhiều kênh HS-SCCH và

phân chia đa thời gian

RNC cũng có thể chỉ rõ công suất được khuyến nghị cho HS-SCCH (độlệch liên quan tới các bit hoa tiêu của của kênh DPCH kết hợp) Công suấtphát của HS-SCCH có thể là hằng số hoặc thay đổi theo thời gian tuỳ theomột chiến lược điều khiển công suất nào cho HS-DCCH

2.2.4.2 Kênh điều khiển vật lý tốc độ cao: HS-DPCCH

Đây là kênh đường lên, được sử dụng mang tín hiệu báo nhận (ACK)đến Node-B trên mỗi block Nó cũng được dùng để chỉ thị Chất lượng kênhCQI (Channel Quality), là yếu tố được sử dụng trong AMC

Hình 2.10 : Cấu trúc kênh HS-DPCCH.

Kênh HS-DPCCH dùng để cố định hệ số phân bố 256 và có một khe cấutrúc có độ rộng là 2/3 ms

+ Khe đầu tiên được sử dụng để cho thông tin về HARQ

+ Hai khe còn lại được dành cho CQI

Thông tin về HARQ luôn luôn được gửi khi mà kênh HS- SCCH giải

mã chính xác nhận ở đường tách sóng xuống trong khi đó QCI truyền tần sốđược điều khiển bởi thông số k

Cả 2 khe đều hoạt động riêng biệt để lặp điều khiển Ví dụ, trong một sốtrường hợp, quá trình lặp lại này diễn ra với chu kỳ 2 ms và hoạt động ở cạnhcủa tế bào khi công suất hiện tại không chắc chắn đủ cho quá trình lặp lại.Công suất điều khiển từ những tế bào HSDPA cũng có thể làm giảm bớt côngsuất nhận từ kênh HS-DPCCH trong quá trình chuyển giao trong miền nhỏnhư thiết bị đầu cuối làm giảm công suất truyền nếu mỗi tế bào hoạt động gửimột lệnh yêu cầu

Như vậy là việc không dùng điều khiển công suất mà điều khiển cấp phátnguồn tài nguyên sẽ làm cho dung lượng hệ thống tăng nhờ lợi dụng đặc tínhbiến đổi của kênh fading Rõ ràng bằng việc sử dụng điều khiển truyền dẫn đãlàm thay đổi cách nhìn về fading Nếu trước đây chúng ta coi đó là một nhược

điểm của môi trường truyền dẫn hở và tìm cách tránh, xóa bỏ thì bây giờchúng ta lại được nhờ nó do chúng ta hiểu và sử dụng nó đúng tình huống Dung lượng của hệ thống theo phương pháp này càng tăng nếu như mật độthuê bao trong sector càng cao vì với nhiều User phân bố đều ở tất cả các vịtrí trong cell thì ở bất cứ thời điểm nào cũng có ít nhất một User có trạng tháikênh cực tốt để truyền dẫn với tốc độ cực lớn Độ tăng dung lượng này người

ta thường nhắc đến với tên gọi phân tập đa người sử dụng- Multi-UserDiversity Tuy nhiên có người sẽ đặt ra một câu hỏi là: Nếu bộ schedulerquyết định cấp phát tài nguyên dựa trên trạng thái kênh của máy đầu cuối thì

sẽ có trường hợp có User sẽ không truyền dẫn được trong một khoảng thờigian dài vì User này luôn ở trạng thái kênh kém hơn những User khác? Thắcmắc này hoàn toàn hợp lý Và nó dẫn đến vấn đề cân bằng giữa dung lượng

hệ thống và sự thỏa mãn đối với người sử dụng Sự thỏa mãn ở đây nghĩa làkhông để một User phải đợi quá lâu mới được truy nhập hệ thống Để đạtđược yếu tố cân bằng này các bộ scheduler được thiết kế ngoài dựa trênnguyên tắc ở trên còn phải kết hợp với nguyên tắc Round-Robin (first come,first serve) Và mỗi nhà sản xuất thiết bị sẽ có những lựa chọn thiết kế khácnhau chứ không nhà sản xuất nào giống nhà sản xuất nào vì bản thân vấn đềnày chỉ được đưa ra nguyên lý trong 3GPP và 3GPP2 chứ không chuẩn hóathành một kỹ thuật đặc biệt cụ thể

Một điều thú vị khác nữa cần phải nhắc đến là không dùng điều khiển côngsuất mà điều khiển thu phát có động lực tốt đối với sự phát triển của thịtrường máy đầu cuối Điều này có thể được giải thích như sau: Khi điều khiểnthu phát, bộ lập lịch gói dựa vào những thông tin trạng thái kênh do MS gửi

về (Channel Quality Indicator Channel) Mà thường thì MS sẽ dựa vào tham

số SIR (Signal to Inteference Ratio) để yêu cầu bộ lập lịch cấp phát tàinguyên Do đó, máy di động càng hiện đại nghĩa là khả năng nén nhiễu cànglớn (nghĩa là SIR lớn) thì bộ lập lịch cấp phát và điều khiển BTS phát với tốc

độ cao hơn Như vậy nếu khách hàng đầu tư máy đầu cuối hiện đại sẽ được

lợi chứ không phải là hệ điều hành hưởng lợi như sử dụng điều khiển côngsuất Vì với điều khiển công suất, nếu máy đầu cuối tốt, BTS yêu cầu MSgiảm công suất phát, do đó nhiễu giảm và dung lượng hệ thống tăng Khidung lượng tăng đó là lợi ích của hệ điều hành chứ không phải là lợi ích củangười sử dụng Với lợi ích thuộc về khách hàng như vậy có thể nói đây là yếu

tố kích thích quá trình tiêu thụ máy đầu cuối sôi động hơn

2.2.5 Kỹ thuật truyền dẫn đa mã

Để gia tăng tốc độ truyền, các UE có thể lắng nghe nhiều kênh dùng chung

tải xuống tốc độ cao Các thiết bị HSDPA thuộc nhóm (category) 6 có thể

lắng nghe đến năm kênh tải xuống tốc độ cao đồng thời, còn các thiết bị thuộccategory 8 thì lắng nghe đến mười kênh như vậy Cũng có thể dùng nhiềukênh tải xuống tốc độ cao để truyền tải dữ liệu đến vài UE đồng thời Vì mụcđích này, mạng có thể chỉ định đến bốn kênh điều khiển dùng chung đồngthời ở hướng xuống, và vì vậy, đến bốn UE có thể nhận được dữ liệu trên mộthoặc nhiều kênh dùng chung đồng thời Hình 2.11 cho thấy dữ liệu ngườidùng được vận chuyển qua mạng vô tuyến như thế nào, và thiết bị người dùngHSDPA phải giải mã đồng thời những kênh nào trong khi nó ở trạng tháiCell-DCH Mạng lõi gửi các gói dữ liệu người dùng đến RNC theo một kênhDTCH (Dedicated Traffic Channel) Tại đó, RNC đóng gói lại dữ liệu vàomột kênh HS-DSCH (High-Speed Downlink Shared Channel) rồi gửi chuyểntiếp nó cho NodeB phụ trách khu vực của người dùng Ngoài ra, RNC còn gửithông tin điều khiển đến UE của người dùng thông qua một kênh DCCH(Dedicated Control Channel) Kênh này không được dùng chung giữa cácthuê bao Người dùng cũng có thể thiết lập hoặc nhận một cuộc gọi thoạitrong khi một cuộc truyền dữ liệu HSDPA đang diễn ra Trong trường hợpnày, RNC sử dụng thêm một kênh dành riêng để gửi chuyển tiếp kênh thoạichuyển kênh đến người dùng