Nghiên cứu công nghệ HSDPA và ứng dụng vào mạng mobifone

ARQ Automatic repeat request Yêu cầu phát lại tự động ASC Access service class Lớp dịch vụ truy nhập ATM Asynchronous transfer mode Chế độ truyền không đồng bộ AWGN Additive white Gaussi

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN iv

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC BẢNG xvi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ xvii

LỜI MỞ ĐẦU xix

Ch-¬ng 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG VIỄN THÔNG……… 1

1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động và giới thiệu hệ thống thông tin IMT-2000 1

1.1.1 Lịch sử phát triển 1

1.1.2 Hệ thống thông tin di động 3G theo IMT-2000 2

1.2 Nâng cấp từ CDMA IS-95 (cdmaOne) lên 3G 4

1.3 Hướng phát triển theo nhánh WCDMA từ GSM 5

1.3.1 GPRS 6

1.3.2 EDGE 8

1.3.3 WCDMA 10

1.4 Hướng phát triển tiếp theo của WCDMA 12

1.4.1 HSDPA 14

1.4.2 HSUPA 15

1.4.3 HSPA+ 15

1.4.4 3G-LTE 16

Ch-¬ng 2 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HSDPA (HIGH–SPEED DOWNLINK PACKET ACCESS) 18

2.1 Giới thiệu công nghệ truy nhập gói đường xuống tốc độ cao 18

2.1.1 Nguyên lý 19

2.1.2 Những cải tiến quan trọng của HSDPA so với WCDMA 21

2.1.3 Cấu trúc phân lớp HSDPA 23

2.1.3.1 Giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH 23

2.1.3.2 Cấu trúc kênh mới trong HSDPA 24

2.2 Các tính năng tiên tiến trong công nghệ HSDPA 27

2.2.1 Kỹ thuật điều chế và mã hóa thích ứng với AMC 27

2.2.2 Định trình nhanh 29

2.2.3 Phát lại nhanh HARQ 31

2.2.4 Thích ứng liên kết nhanh 33

2.3 Cấu trúc lớp vật lý HSDPA 37

2.3.1.1 Điều chế HS-DSCH 38

2.3.1.2 Mã hóa kênh HS-DSCH 39

2.3.1.3 HS-DSCH so với các dạng kênh đường xuống khác đối với dữ liệu gói 41

2.3.2 Kênh điều khiển chung tốc độ cao (HS-SCCH) 42

2.3.3 Kênh điều khiển lớp vật lý dành riêng tốc độ cao hướng lên 44

2.3.4 Thủ tục hoạt động lớp vật lý HSDPA 46

2.4 Dung lượng đầu cuối HSDPA và các tốc độ dữ liệu đạt được 48

2.5 Di động với HSDPA 51

2.5.1 Phép đo tế bào HS-DSCH tốt nhất 51

2.5.2 Chuyển giao từ HS-DSCH tới HS-DSCH Node B 52

2.5.3 Chuyển giao HS-DSCH tới HS-DSCH liên Node B(Inter-Node B) 54

2.5.4 Chuyển giao HS-DSCH tới DCH 55

Ch-¬ng 3 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HSDPA VÀO MẠNG WCDMA CỦA MOBIFONE ……… 58

3.1 Lợi ích khi sử dụng công nghệ HSDPA đối với nhà khai thác và người sử dụng 58

3.1.1 Lợi ích đối với nhà khai thác 58

3.1.2 Lợi ích đối với người sử dụng 59

3.1.3 Tình hình triển khai công nghệ HSDPA và thiết bị đầu cuối di động HSDPA trên thế giới… 61

3.1.4 Bài học kinh nghiệm trong việc triển khai/thử nghiệm công nghệ HSDPA 62

3.2 Các bước chuẩn bị cho triển khai mạng 3G WCDMA Mobifone 63

3.3 Hiện trạng mạng Mobifone 64

3.3.1 Cấu trúc mạng thông tin di động VMS-Mobifone 64

3.3.2 Đánh giá hiện trạng mạng Mobifone 69

3.3.2.1 Đánh giá tình hình phát triển thuê bao 69

3.3.2.2 Đánh giá cấu trúc mạng 70

3.3.2.3 Đánh giá về năng lực mạng 73

3.4 Ứng dụng công nghệ HSDPA vào mạng WCDMA Mobifone 74

3.4.1 Mạng truy nhập WCDMA sử dụng công nghệ HSDPA tại mạng Mobifone 74

3.4.1.1 Các cơ sở cho việc tính toán triển khai mạng HSDPA 75

3.5 Thực tế kết quả triển khai công nghệ HSDPA 82

3.5.1 Các công cụ cần có để kiểm tra tốc độ download của mạng di động Mobifone sau khi áp dụng công nghệ HSDPA 82

3.5.2 Các bước cài đặt và thực hiện kiểm tra tốc độ HSDPA DL: 83

3.5.3 Kết quả thực tế tại mạng di động Mobifone sau khi test tại quận Hoàn Kiếm 88 KẾT LUẬN 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung được đề cập trong luận văn “Nghiên cứu

công nghệ HSDPA và ứng dụng vào mạng Mobifone” được viết dựa trên kết quả

nghiên cứu theo đề cương của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của TS cùng với kết

quả nghiên cứu thực tế tại công ty thông tin di động VMS – Mobifone

Mọi thông tin và số liệu tham khảo đều được trích dẫn dầy đủ nguồn và sử dụng

đúng luật bản quyền quy định

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình

Học viên

Nguyễn Đức Thọ

AAL2 ATM Adaptation Layer type 2 Lớp thích ứng ATM loại 2

ACIR Adjacent channel interference

ratio, caused by the transmitter non-idealities and imperfect receiver filtering

Tỉ lệ nhiễu kênh kề cận, gây ra bởi bộ phát không lý tưởng và lọc bộ thu không hoàn hảo

ACK Acknowledgement Xác nhận thành công

ACIR Adjacent channel interference

ratio

Tỉ lệ nhiễu kênh kề cận

AICH Acquisition indication channel Kênh chỉ thị bắt

ALCAP Access link control application

part

Phần ứng dụng điều khiển kết nối truy nhập

AM Acknowledged mode Chế độ xác nhận thành công

AMR Adaptive multirate (speech

codec)

Đa tốc độ thích ứng (mã hoá thoại)

AMR-NB Narrowband AMR AMR băng hẹp

ARIB Association of radio industries

and businesses (Japan)

Hiệp hội công nghiệp vô tuyến

và các doanh nghiệp của Nhật Bản

ARQ Automatic repeat request Yêu cầu phát lại tự động

ASC Access service class Lớp dịch vụ truy nhập

ATM Asynchronous transfer mode Chế độ truyền không đồng bộ

AWGN Additive white Gaussian noise Tạp âm Gauss trắng cộng

B

BB SS7 Broad band signalling system #7 Hệ thống báo hiệu băng rộng

#7 BCCH Broadcast channel (logical

channel)

Kênh quảng bá (Kênh logic)

BCH Broadcast channel (transport

channel)

Kênh quảng bá (Kênh truyền tải)

BER Bit error rate Tỉ lệ lỗi Bit

BLER Block error rate Tỉ lệ lỗi khối

BoD Bandwidth on demand Băng thông theo yêu cầu

BPSK Binary phase shift keying Điều chế BPSK

BSS Base station subsystem Hệ thống con trạm gốc

BSC Base station controller Bộ điều khiển trạm gốc

C

CA-ICH Channel assignment indication

channel

Kênh chỉ thị gán kênh

CB Cell broadcast Quảng bá Cell

CCCH Common control channel (logical

channel)

Kênh điều khiển chung (kênh logic)

CCH Common transport channel Kênh truyền tải chung

CCH Control channel Kênh điều khiển

CDMA Code division multiple access Đa truy nhập chia theo mã

CFN Connection frame number Số khung kết nối

CIR Carrier to interference ratio Tỉ lệ sóng mang trên nhiễu

CPCH Common packet channel Kênh gói chung

CPICH Common pilot channel Kênh hoa tiêu chung

CQI Channel quality indicator Bộ chỉ thị chất lượng kênh

CRC Cyclic redundancy check Mã kiểm tra lỗi CRC

CRNC Controlling RNC RNC điều khiển

CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh

CSCF Call state control function Chức năng điều khiển trạng

thái cuộc gọi CSICH CPCH status indication channel Kênh chỉ thị trạng thái CPCH

CTCH Common traffic channel Kênh lưu lượng chung

CWTS China wireless

telecommunications standard group

Tổ chức tiêu chuẩn thông tin

vô tuyến của Trung Quốc

D

DCA Dynamic channel allocation Cấp phát kênh động

DCCH Dedicated control channel

Hệ thống DECT ở Châu Âu

DPCCH Dedicated physical control

channel

Kênh điều khiển vật lý dành riêng

DPDCH Dedicated physical data channel Kênh dữ liệu vật lý dành riêng

DS-CDMA Direct spread code division

multiple access

Đa truy nhập chia theo mã - Trải phổ trực tiếp

DSCH Downlink shared channel Kênh chia sẻ đường xuống

DTCH Dedicated traffic channel Kênh lưu lượng dành riêng

DTX Discontinuous transmission Phát không liên tục

E

E-DCH Enhanced uplink DCH Kênh DCH đường lên cải tiến

EDGE Enhanced data rates for GSM

FACH Forward access channel Kênh truy nhập đường xuống

FBI Feedback information Thông tin phản hồi

FCS Fast cell selection Lựa chọn Cell nhanh

FDD Frequency division duplex Song công phân tần

FDMA Frequency division multiple

access

Đa truy nhập chia theo tần số

FER Frame error ratio Tỉ lệ lỗi khung

FTP File transfer protocol Giao thức truyền file

G

Network GSM/EDGE

GGSN Gateway GPRS support node Node hỗ trợ GPRS

GPRS General packet radio system Hệ thống vô tuyến gói chung

GPS Global positioning system Hệ thống định vị toàn cầu

GSM Global system for mobile

communications

Hệ thống thông tin di động GSM

H

HARQ Hybrid automatic repeat request Yêu cầu phát lại tự động kiểu

Hybrid HLR Home location register Bộ đăng ký thường trú

HSDPA High speed downlink packet

access

Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao

HS-DPCCH Uplink high speed dedicated

physical control channel

Kênh điều khiển vật lý dành riêng tốc độ cao đường lên HS-DSCH High speed downlink shared

channel

Kênh chia sẻ đường xuống tốc

độ cao HS-SCCH High speed shared control

IMT-2000 International mobile telephony,

3rd generation networks are

Hệ thống tiêu chuẩn mạng 3G IMT-2000

referred

IN Intelligent network Mạng thông minh

IP Internet protocol Giao thức IP

IPDL Idle periods in downlink Các chu kỳ rỗi ở đường xuống

IPI Inter-path interference Nhiễu giữa các tuyến

IRC Interference rejection combining Kết hợp triệt nhiễu

IS-95 cdmaOne, one of the 2nd

generation systems, mainly in Americas and in Korea

Tiêu chuẩn mạng 2G-CDMA, chủ yếu phát triển ở Mỹ và Hàn Quốc

ISI Inter-symbol interference Nhiễu liên ký tự

ITU International telecommunications

MCS Modulation and coding scheme Khuôn dạng điều chế và mã hoá

ME Mobile equipment Thiết bị di động

MGW Media gateway Gateway phương tiện

MIMO Multiple input multiple output Hệ thống nhiều đầu vào nhiều

đầu ra

MM Mobility management Quản lý di động

MMS Multimedia message Bản tin đa phương tiện

MMSE Minimum mean square error Lỗi bình phương trung bình

nhỏ nhất

MRF Media resource function Chức năng tài nguyên phương

tiện

MSC/VLR Mobile services switching

centre/visitor location register

Tổng đài MSC/bộ đăng ký tạm trú

MT Mobile termination Đầu cuối di động

N

NBAP Node B application part Phần ứng dụng Node B

NRT Non-real time Dịch vụ phi thời gian thực

O&M Operation and maintenance Hoạt động và bảo dưỡng

OSS Operations support system Hệ thống hỗ trợ hoạt động

OVSF Orthogonal variable spreading

factor

Hệ số trải phổ biến thiên trực giao

P

PC Power control Điều khiển công suất

PCCCH Physical common control channel Kênh vật lý điều khiển chung

PCCH Paging channel (logical channel) Kênh tìm gọi (kênh logic)

PCCPCH Primary common control physical

channel

Kênh vật lý điều khiển chung

cơ bản PCH Paging channel (transport

channel)

Kênh tìm gọi (kênh truyền tải)

PCPCH Physical common packet channel Kênh vật lý gói chung

PCS Personal communication systems,

2nd generation cellular systems mainly in Americas, operating

Hệ thống thông tin cá nhân thê

hệ 2, PCS, phổ biến ở Mỹ, hoạt động một phần trong băng

partly on IMT-2000 band IMT-2000 PDCP Packet data converge protocol Giao thức hội tụ dữ liệu gói

PDP Packet data protocol Giao thức dữ liệu gói

PDSCH Physical downlink shared channel Kênh vật lý chia sẻ đường

xuống PDU Protocol data unit Đơn vị dữ liệu gói

PHY Physical layer Lớp vật lý

PI Page indicator Chỉ thị tìm gọi

PIC Parallel interference cancellation Triệt nhiễu song song

PICH Paging indicator channel Kênh chỉ thị tìm gọi

PLMN Public land mobile network Mạng di động mặt đất công

cộng POC Push-to-talk over cellular Dịch vụ bộ đàm thông qua hệ

thống di động PRACH Physical random access channel Kênh vật lý truy nhập ngẫu

nhiên

PS Packet switched Chuyển mạch gói

PSCH Physical shared channel Kênh chia sẻ vật lý

PSTN Public switched telephone

QAM Quadrature amplitude modulation Điều chế biên độ cầu phương

QoS Quality of service Chất lượng dịch vụ

QPSK Quadrature phase shift keying Điều chế QPSK

R

RAB Radio access bearer Kênh mang truy nhập vô tuyến

RACH Random access channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAN Radio access network Mạng truy nhập vô tuyến

RANAP RAN application part Phần ứng dụng RAN

RB Radio bearer Kênh mang vô tuyến

RF Radio frequency Tần số vô tuyến

RLC Radio link control Điều khiển kết nối vô tuyến

RNC Radio network controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RNS Radio network sub-system Hệ thống con mạng vô tuyến

RNSAP RNS application part Phần ứng dụng RNS

RNTI Radio network temporary identity Nhận dạng tạm thời mạng vô

tuyến RRC Radio resource control Điều khiển tài nguyên vô tuyến

RRM Radio resource management Quản lý tài nguyên vô tuyến

RSSI Received signal strength indicator Chỉ thị cường độ tín hiệu thu

được RSVP Resource reservation protocol Giao thức dự phòng tài nguyên

RTCP Real time transport control

protocol

Giao thức điều khiển truyền tải thời gian thực

RTP Real time protocol Giao thức thời gian thực

RTSP Real time streaming protocol Giao thức luồng thời gian thực

RU Resource unit Đơn vị tài nguyên

SCH Synchronisation channel Kênh đồng bộ

SCTP Simple control transmission

gian SDP Session description protocol Giao thức quyết định phiên

SDU Service data unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ

SF Spreading Factor Hệ số trải phổ

SGSN Serving GPRS support node Node hỗ trợ GPRS phục vụ

SIP Session initiation protocol Giao thức khởi tạo phiên

SHO Soft handover Chuyển giao mềm

SIB System information block Khối thông tin hệ thống

SINR Signal-to-noise ratio where noise

includes both thermal noise and interference

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

SIP Session initiation protocol Giao thức khởi tạo phiên

SIR Signal to interference ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu

SM Session management Quản lý phiên

SMS Short message service Dịch vụ bản tin ngắn

SNR Signal to noise ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu

SRB Signalling radio bearer Mạng mang vô tuyến báo hiệu

SS7 Signalling System #7 Hệ thống báo hiệu số 7

T

TCH Traffic channel Kênh lưu lượng

TCP Transport control protocol Giao thức điều khiển truyền tải

TDD Time division duplex Song công chia theo thời gian

TDMA Time division multiple access Đa truy nhâp chia theo thời

gian

TE Terminal equipment Thiết bị đầu cuối

TF Transport format Khuôn dạng truyền tải

TFCI Transport format combination

indicator

Chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải

TFCS Transport format combination set Thiết lập kết hợp khuôn dạng

truyền tải TFI Transport format indicator Chỉ thị khuôn dạng truyền tải

TFRC Transport format and resource

combination

Kết hợp tài nguyên và khuôn dạng truyền tải

TPC Transmission power control Điều khiển công suất phát

TR Transparent mode Chế độ trong suốt

TS Technical specification Tiêu chuẩn kỹ thuật

TTA Telecommunications Technology

UE User equipment Thiết bị người sử dụng

UMTS Universal mobile

telecommunication services

Hệ thống 3G, UMTS

USCH Uplink shared channel Kênh chia sẻ đường lên

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Đặc tính điều chế và mã hóa của IS-95 CDMA 5

Bảng 1.2: Thực hiện triển khai GPRS 7

Bảng 1.3: Thực hiện triển khai EDGE 9

Bảng 1.4: Thực hiện triển khai WCDMA 10

Bảng 1.5: Tiến trình phát triển các chuẩn của 3GPP 13

Bảng 2.1: Ví dụ về MCS của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng với mỗi mã 28

Bảng 2.2: So sánh các dạng kênh khác nhau 42

Bảng 2.3: Các loại dung lượng đầu cuối HSPDA 49

Bảng 2.4: Các tốc độ bit lý thuyết với 15 đa mã cho các TFRC khác nhau 50

Bảng 2.5: Các dạng chuyển giao HSDPA và đặc tính của chúng 57

Bảng 3.1: Bảng các dịch vụ HSDPA 59

Bảng 3.2: Bảng sau trình bày chi tiết phân bổ thiết bị mạng lưới 66

Bảng 3.3: Dự báo phát triển thuê bao 69

Bảng 3.5: Phân vùng hình thái phủ sóng 75

Bảng 3.6: Tỷ lệ thuê bao 3G và HSDPA dự kiến 76

Bảng 3.7: Diện tích phủ sóng 77

Bảng 3.8: Vùng phủ sóng liên tục theo dịch vụ 78

Bảng 3.9: Vùng phủ sóng mong muốn 79

Bảng 3.10: Bán kính vùng phủ theo node B tiêu chuẩn 79

Bảng 3.11: Bảng lưu lượng traffic theo dịch vụ 80

Bảng 3.12: Bảng thông lượng cho mỗi node B 80

Bảng 3.13: Chỉ tiêu chất lượng 81

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Quá trình phát triển lên 3G của 2 nhánh công nghệ chính 3

Hình 1.2: Tuỳ chọn các phương án chuyển đổi từ GSM và CDMA IS-95 4

Hình 1.3: Kế hoạch triển khai phát triển mạng cdmaOne 5

Hình 1.4: Triển khai GPRS trên nền mạng GSM 7

Hình 1.5: Triển khai EDGE 9

Hình 1.6: Minh hoạ cấu trúc mạng UMTS R99 11

Hình 1.7: Lộ trình phát triển cho các hệ thống của 3GPP 14

Hình 1.8: Kiến trúc mạng của 3GPP LTE 16

Hình 2.1: Hiệu quả phổ HSDPA 18

Hình 2.2: Độ trễ tín hiệu trên đường truyền đối với các công nghệ khác nhau 19

Hình 2.3: Mô tả đơn giản nguyên lý hoạt động của HSDPA 20

Hình 2.4: So sánh HSDPA với WCDMA 21

Hình 2.5: Kiến trúc giao thức giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH 23

Hình 2.6: Các kênh vật lý cho HSDPA 25

Hình 2.7: Chia sẻ thời gian và mã 26

Hình 2.8: Cấu trúc lớp vật lý đường xuống và đường lên của HSDPA 27

Hình 2.9: Ưu thế của định trình ở Node B (tham khảo: Nokia) 29

Hình 2.10: Truyền dẫn tới các user với điều kiện vô tuyến thuận lợi 30

Hình 2.11: Hoạt động của giao thức SAW 31

Hình 2.12: Gói dữ liệu thu 33

Hình 2.13: Phát lại gói dữ liệu 33

Hình 2.16: Ví dụ ghép mã hai đối tượng sử dụng 38

Hình 2.17: Các chùm sao 16 QAM và QPSK 39

Hình 2.18: Chuỗi mã kênh HS-DSCH 40

Hình 2.19: Nguyên tắc chức năng HARQ 40

Hình 2.20: Mỗi quan hệ định thời giữa HS-DSCH và HSSCCH 44

Hình 2.21: Cấu trúc HS-DPCCH 45

Hình 2.22: Định thời đầu cuối đối với một quá trình xử lý HARQ 47

Hình 2.23: Mối quan hệ định thời HS-SCCH và DPCH hướng lên 48

Hình 2.24: Phép đo tế bào HS-DSCH 52

Hình 2.25: Ví dụ của chuyển giao từ HS-DSCH tới HS-DSCH Node B 53

Hình 2.26: Chuyển giao HS-DSCH tới HS-DSCH liên Node B 54

Hình 2.27: Chuyển giao HS-DSCH tới DCH 56

Hình 3.1: Cấu hình chung của mạng 2G công nghệ EDGE của VMS-Mobifone 67

Hình 3.2: Sơ đồ kết nối logic mạng GPRS hiện tại 68

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển của đất nước, các ngành hoạt động trong lĩnh

vực dịch vụ không ngừng lớn mạnh và Bưu Chính Viễn Thông là một trong những

ngành đó Tổng kết trong thời gian vừa qua cho thấy, Bưu Chính Viễn Thông đã

đóng góp một phần quan trọng vào sự vươn mình đi lên của nền kinh tế đất nước

trong thời kỳ đổi mới Trong đóng góp đó, chúng ta không thể không kể đến vai trò

quan trọng của thông tin liên lạc Nó quyết định nhiều mặt hoạt động của xã hội,

giúp con người nắm bắt nhanh chóng các thông tin có giá trị, đa dạng, phong phú về

văn hoá, kinh tế và khoa học kỹ thuật Do đó, trong cuộc sống hiện đại, dịch vụ

thông tin di động không chỉ còn hạn chế cho các khách hàng giàu có mà nó dần trở

thành phương tiện liên lạc quen thuộc cho mọi đối tượng Cũng bởi vậy mà thông

tin di động đã trở thành dịch vụ kinh doanh mũi nhọn của các nhà khai thác viễn

thông trong nước và trên toàn thế giới

Nhằm đáp ứng nhu cầu về chất lượng và dịch vụ ngày càng nâng cao của

người sử dụng, thông tin di động càng không ngừng được cải tiến Tiền thân của

3G là hệ thống điện thoại 2G, như GSM, CDMA, PDC, PHS GSM sau đó được

nâng cấp lên thành GPRS, hay còn gọi là thế hệ 2,5G GPRS hỗ trợ tốc độ 140,8

Kb/giây dù tỷ lệ thường gặp chỉ là 56 Kb/giây E-GPRS, hay EDGE, là một bước

tiến đáng kể từ GPRS với khả năng truyền dữ liệu 180 Kb/giây và được xếp vào hệ

thống 2,75G

Năm 2006, mạng UMTS tại Nhật đã nâng cấp lên HSDPA (High Speed Downlink

Packet Access - Truy cập gói dữ đường xuống tốc độ cao) - là một tính năng mới được

đề cập trong các phiên bản R5 của 3GPP cho hệ thống truy nhập vô tuyến

WCDMA/UTRA- FDD và được xem như là một trong những công nghệ tiên tiến cho

hệ thống thông tin di động 3.5G HSDPA bao gồm một tập các tính năng mới kết hợp

chặt chẽ với nhau cải thiện dung lượng mạng và tăng tốc dữ liệu đỉnh đối với dung

lượng gói đường xuống Những cải tiến về mặt kỹ thuật cho phép các nhà khai thác có

thể đưa ra nhiều dịch vụ tốc độ bit cao, cải thiện QoS của các dịch vụ hiện có, và đạt chi

phí thấp nhất Khả năng hỗ trợ tốc độ dữ liệu và tính di động của WCDMA/HSDPA là

chưa từng có trong các phiên bản trước đây của 3GPP

Trên cơ sở những kiến thức và sự hiểu biết tích lũy được về thông tin di động,

em đã tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên

cứu công nghệ HSDPA và ứng dụng vào mạng Mobifone” Nội dung chính của

đề tài gồm 3 chương:

• Chương 1: Giới thiệu xu hướng phát triển của mạng 3G và sau 3G

• Chương 2: Nghiên cứu tổng quan về công nghệ HSDPA

• Chương 3: Ứng dụng công nghệ HSDPA vào mạng WCDMA

Mobifone

Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô và bạn bè đã tận tình giúp đỡ em trong

suốt thời gian thực hiện luận văn Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn cô

PGS.TS.Phạm Minh Hà đã nhiệt tình hướng dẫn và chỉ bảo để em có thể hoàn thành

luận văn

Hà Nội, Ngày Tháng Năm 2011 Học viên thực hiện

Nguyễn Đức Thọ

Ch-¬ng 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ XU

HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG VIỄN THÔNG

1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động và giới thiệu hệ thống thông tin

IMT-2000

1.1.1 Lịch sử phát triển

Ngày nay, khi nói đến thông tin di động mọi người đều biết đến 3 thế hệ thông

tin di động Thế hệ thứ nhất, 1G là hệ thống di động tương tự hoặc bán tương tự

(đường vô tuyến là tương tự, và sử dụng hệ thống chuyển mạch số) Hệ thống này

được xây dựng vào những năm 80, ví dụ như hệ thống NMT (Nordic Mobile

Telephone) và AMPS (American Mobile Phone System) Những hệ thống thông tin

di động 1G cung cấp các dịch vụ cơ bản chủ yếu là thoại và các dịch vụ liên quan

đến thoại, chưa có hệ tiêu chuẩn phổ biến rộng rãi Do vậy, các hệ thống thông tin di

động 1G không có khả năng tương thích lẫn nhau

Do yêu cầu thông tin di động ngày càng tăng nên cần có một hệ thống di động

toàn cầu Các tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế bắt đầu xây dựng hệ thống thông tin di

động thế hệ thứ hai - 2G Mục tiêu chủ yếu của hệ thống 2G là khả năng tương thích

và đồng nhất trong môi trường quốc ế Hệ thống phải có khả năng phục vụ trong

một khu vực (ví dụ khu vực châu Âu), mọi người sử dụng phải có khả năng truy

nhập hệ thống ở bất kỳ nơi nào trong khu vực đó Hệ thống 2G có ưu điểm hơn hệ

thống 1G vì ngoài dịch vụ thoại truyền thống, hệ thống này còn có khả năng cung

cấp một số dịch vụ truyền dữ liệu và các dịch vụ bổ xung khác Do các tiêu chuẩn

chỉ thực hiện được trong phạm vi khu vực, khái niệm thông tin di động toàn cầu

không thể thực hiện được và trên thị trường tồn tại một số hệ thống di động 2G, tiêu

biểu như: GSM, IS 95 và PDC Trong đó hệ thống GSM được phổ biến rộng rãi

nhất

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba, 3G ra đời với mục tiêu là thực hiện

một hệ thống thông tin di động duy nhất trên toàn thế giới Khác với các dịch vụ

được cung cấp bởi những hệ thống thông tin di động hiện nay chủ yếu là thoại (công

nghệ tương tự là đặc trưng hệ thống thế hệ thứ nhất, công nghệ số là đặc trưng của

hệ thống thế hệ thứ 2), hệ thống 3G nhằm vào các dịch vụ băng rộng như truy nhập

Internet tốc độ cao, truyền hình và ảnh chất lượng cao tương đương mạng hữu

tuyến Có thể nói rằng, khái niệm ITM-2000 (trước đây gọi là FPMLTS) được ITU

đưa ra theo mô hình từ trên xuống Trước tiên, các yêu cầu về dịch vụ và chất lượng

được đưa ra, sau đó các tổ chức chuẩn hoá và các nhà công nghiệp, khai thác sẽ tiến

tới thiết kế mạng đáp ứng các yêu cầu này

1.1.2 Hệ thống thông tin di động 3G theo IMT-2000

Một số yêu cầu chính về IMT-2000 được ITU đề ra như sau:

ƒ Tốc độ truyền dữ liệu cao 144kbps hoặc 384kbps cho vùng phủ rộng ngoài trời

và 2Mbps cho vùng phủ hẹp trong nhà

ƒ Chất lượng thoại tương đương mạng hữu tuyến

ƒ Hỗ trợ cả dịch vụ chuyển mạch kênh và gói, truyền dữ liệu không đối xứng

ƒ Có thể cung cấp cả dịch vụ di động và cố định

ƒ Có khả năng chuyển vùng quốc gia và quốc tế, hỗ trợ cấu trúc cell nhiều lớp

ƒ Cơ cấu tính cước mới theo dung lượng truyền thay cho thời gian như hiện nay

ITU-R đã phát triển bộ chỉ tiêu kỹ thuật IMT-2000 IMT-2000 được tạo ra nhằm

thoả mãn việc phát triển các tiêu chuẩn cho phép thiết lập một cơ sở hạ tầng thông

tin vô tuyến toàn cầu bao gồm các hệ thống mặt đất và vệ tinh và các truy nhập cố

định và di động cho các mạng công cộng và cá nhân

Để có thể hiểu thấu đáo quá trình chuẩn hóa của các công nghệ thông tin di

động 3G và sau 3G, điều kiện tiên quyết là nắm được quá trình phát triển của các

công nghệ theo từng giai đoạn Phần tiếp theo sẽ tập trung vào quá trình phát triển từ

2G lên 3G và sau 3G theo hai nhánh chính: hướng tới cdma2000 và hướng tới

WCDMA Hình 1 tóm tắt quá trình phát triển lên 3G của 2 nhánh công nghệ chính

này

NMT (900)

GSM (900) GSM (1800)

GPRS WCDMA

GSM (1900) IS-136 (1900)

IS-95 (J-STD-008) (1900)

IS-136 TDMA (800) IS-95 CDMA (800) iDEN (800)

cdma2000 Mx

3G 2.5G

2G 1G

Hình 1.1: Quá trình phát triển lên 3G của 2 nhánh công nghệ chính

Dưới đây là chi tiết hai phương án chuyển đổi được quan tâm nhất là từ GSM và

CDMA IS-95 Các phương án chuyển đổi từ hai mạng GSM và CDMA IS-95 được

tóm tắt trong Hình 1.1 và được chi tiết hóa trong Hình 1.2sau đây

GSM

HSCSD GPRS

GPRS

UMTS

không UMTS

EDGE

Hình 1.2: Tuỳ chọn các phương án chuyển đổi từ GSM và CDMA IS-95

1.2 Nâng cấp từ CDMA IS-95 (cdmaOne) lên 3G

Cấu trúc của hệ thống CDMA IS-95 này cũng giống như các hệ thống cellular

khác, nghĩa là giống cấu trúc GSM đã trình bày ở trên Hệ thống CDMA IS-95 có

những đặc điểm chính sau đây:

CDMA IS-95 hoạt động ở cùng băng tần với hệ thống AMPS dùng song công

phân tần FDD, độ rộng kênh 25kHz Băng tần đường lên và xuống sử dụng băng

869MHz đến 894MHz và 824 MHz đến 849MHz tương ứng Máy di động hỗ trợ

hoạt động CDMA trên các kênh AMPS từ 1013 đến 1023, 1 tới 311, 356 tới 644,

689 tới 694 và 739 tới 777 Các kênh CDMA được xác định bằng tần số và chuỗi

mã 64 hàm Walsh được dùng để phân biệt kênh đường xuống, còn các tập bù mã

PN dài được dùng để phân biệt các kênh đường lên Các đặc tính điều chế và mã

hoá được cho trong bảng sau:

Bảng 1.1: Đặc tính điều chế và mã hóa của IS-95 CDMA

Chập với mã Viterbi 20-ms

Chi tiết về mã hoá và điều chế một kênh đường xuống và đường lên khác nhau

Tín hiệu hoa tiêu được phát trong mỗi cell để giúp máy thu phát vô tuyến di động

thâm nhập và bám tín hiệu đường xuống từ cell

Hình 1.3: Kế hoạch triển khai phát triển mạng cdmaOne

1.3 Hướng phát triển theo nhánh WCDMA từ GSM

Có rất nhiều lựa chọn cho phép nhà khai thác phát triển mạng GSM hiện có của

mình Tuy nhiên, GPRS là bước triển khai làm thay đổi mạnh mẽ cấu trúc mạng

thông tin di động với phần chuyển mạch gói trong mạng lõi IP phục vụ hiệu quả các

dịch vụ dữ liệu đến tốc độ trung bình Để có thể cung cấp dịch vụ 3G một cách đầy

đủ (tốc độ dữ liệu tới 2Mbps) thì việc triển khai hệ thống WCDMA mới là tất yếu

Bên cạnh đó, có một lựa chọn cho phép nhà khai thác GSM có thể tối ưu hoá

việc phát triển của mình, đó là công nghệ EDGE với những cải tiến về máy thu phát

vô tuyến (tập trung vào phần mạng truy nhập vô tuyến) cho phép cung cấp dịch vụ

dữ liệu tốc độ cao hơn và tăng dung lượng hệ thống mà không làm thay đổi lớn tới

cấu trúc mạng di động

Các mạng WCDMA mới được xây dựng trên sự thành công của GSM và tận

dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của những nhà khai thác mạng GSM Quá trình phát triển

về dịch vụ và mạng là từ mạng GSM hiện nay, qua giai đoạn phát triển GPRS và

cuối cùng tiến lên mạng WCDMA

1.3.1 GPRS

Điều kiện đặt ra là nhà khai thác đã phải có một mạng GSM rộng khắp Nhu cầu

dịch vụ dữ liệu của thuê bao chủ yếu là các dịch vụ dữ liệu tốc động trung bình (tới

115 kbps) Hạ tầng mạng đã triển khai là rất lớn, nhà khai thác muốn tận dụng tối đa

hạ tầng hiện có cho dịch vụ dữ liệu

GPRS là hệ thống 2.5G được nâng cấp từ GSM chủ yếu về mạng lõi theo

nguyên tắc chuyển mạch gói GPRS tăng cường các dịch vụ số liệu của GSM một

cách đáng kể bằng cách cung cấp các kết nối dữ liệu chuyển mạch gói đầu cuối đến

đầu cuối, cho tốc độ truyền dữ liệu tối đa lên đến 171,2 kbps và hỗ trợ các giao thức

Internet TCP/IP và X.25 Về kỹ thuật, hệ thống mạng truy nhập của GSM được giữ

nguyên và chỉ cần nâng cấp phần mềm Cụ thể BTS, BSC phải được nâng cấp phần

mềm, MS phải có chức năng GPRS Phân hệ mạng lõi được bổ sung thêm phần

chuyển mạch gói với hai nút chính: nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) và nút hỗ trợ

cổng GPRS (GGSN) Bằng cách này, với nâng cấp không đáng kể, hệ thống có thể

cung cấp dịch vụ dữ liệu gói cho thuê bao di động rất thích hợp với các dịch vụ dữ

liệu không đối xứng Với nhà khai thác GSM khi họ triển khai GPRS cần thực hiện:

Bảng 1.2: Thực hiện triển khai GPRS

Thực hiện

Mới ƒ Mạng lõi chuyển mạch gói(SGSN, GGSN )

ƒ Giao diện mới Gb giữa BSC-SGSN Điều chỉnh ƒ Phần cứng và phần mềm BSC, tính cước

Dùng lại

ƒ Phổ tần đang sử dụng

ƒ Mạng lõi chuyển mạch kênh (MSC/HLR/AuC)

ƒ Giao diện vô tuyến (MS-BTS)

ƒ Giao diện (BSC-MSC)

Hình 1.4: Triển khai GPRS trên nền mạng GSM

Thay HW& SW cho GPRS

ISDN PSDN PSPDN X25 CSPDN

i n

GPRS Packet Core SGSN GGSN

1.3.2 EDGE

Để tiếp tục tối ưu hoá hệ thống GSM của mình, nhà khai thác có thể sử dụng

công nghệ EDGE EDGE là một một bước phát triển cao hơn của GPRS nhằm tiếp

cận gần hơn với yêu cầu của 3G, nó có thể triển khai trên phổ tần sẵn có của các nhà

khai thác TDMA và GSM So với GPRS, EDGE tập trung vào các cải thiện phần

truy nhập vô tuyến bằng cách sử dụng các phương thức điều chế mức cao và một số

kỹ thuật mã hoá tiên tiến khác Nhờ vậy tốc độ dữ liệu tối đa của người sử dụng trên

một sóng mang 200 kHz có thể đạt được là 473,6 kbps

Việc quy hoạch mạng vô tuyến sẽ ít bị ảnh hưởng khi triển khai công nghệ

EDGE Cụ thể, các BTS được tiếp tục sử dụng, các nút chuyển mạch gói GPRS

cũng không bị ảnh hưởng do chức năng độc lập với tốc độ bit của thuê bao Toàn bộ

thay đổi đối với các nút chuyển mạch của mạng chỉ là việc nâng cấp phần mềm

Thiết kế cũng cho phép đầu cuối EDGE nhỏ gọn và giá cạnh tranh được

Các kênh truyền dẫn trong EDGE cũng thích hợp cho các dịch vụ GSM và

không có sự phân biệt giữa dịch vụ EDGE, GPRS hay GSM Xét trên quan điểm

nhà khai thác thì các dịch vụ EDGE nên triển khai trước tiên cho các khu vực nóng

sau đó mở rộng dần theo nhu cầu cụ thể Việc nâng cấp phần cứng BSS theo công

nghệ EDGE có thể quan niệm như nâng cấp và mở rộng mạng để đáp ứng phát triển

thuê bao thông thường Khả năng 3G băng rộng có thể thực hiện từng bước bằng

cách triển khai dần giao diện vô tuyến mới 3G trên mạng lõi GSM hiện tại Điều này

bảo đảm an toàn đầu tư và chính sách khách hàng cho nhà khai thác

Đối với các nhà khai thác có giấy phép cho băng tần mới 2GHz thì có thể triển

khai IMT-2000 cho các khu vực phủ sóng sớm có nhu cầu lớn nhất về các dịch vụ

3G Đầu cuối hai chế độ EDGE/IMT-2000 sẽ cho phép thuê bao thực hiện chuyển

vùng và chuyển giao giữa các hệ thống So với phương án xây dựng mạng 3G hoàn

toàn mới thì việc phát triển dần trên mạng GSM sẽ nhanh chóng và rẻ tiền hơn Các

bước trung gian GPRS và EDGE cũng có thuận lợi là phát triển tiếp lên 3G dễ dàng

Thực tế, việc tăng tốc độ dữ liệu trên giao diện vô tuyến đòi hỏi thiết kế lại các

phương thức truyền dẫn vật lý, khuôn dạng khung, giao thức báo hiệu tại các giao

diện mạng khác nhau Do vậy, tuỳ thuộc vào yêu cầu cụ thể về tốc độ dữ liệu để lựa

chọn phương án nâng cấp hệ thống nhằm tăng tốc độ dữ liệu trên các giao diện

A-bis

Với các nhà khai thác GSM/GPRS khi triển khai EDGE cần thực hiện:

Bảng 1.3: Thực hiện triển khai EDGE

Thực hiện

Mới ƒ Điều chế, mã hoá, máy thu phát vô tuyến

Điều chỉnh ƒ Phần cứng và phần mềm, nâng cấp mạng lõi

gói, Dùng lại ƒ Độ rộng băng sóng mang, qui hoạch mạng vô

tuyến

Hình 1.5: Triển khai EDGE

ISDN PSDN PSPDN X25 CSPDN

PSTN

Nâng cấp phần mềm cho EDGE

1.3.3 WCDMA

Điều kiện triển khai là nhu cầu dịch vụ dữ liệu chiếm phần lớn trong lưu lượng

Để triển khai mạng một cách nhanh chóng và hiệu quả, hệ thống phải tương thích

ngược với mạng lõi GSM-MAP của GSM Chung hệ thống báo hiệu, đầu cuối di

động có thể chuyển vùng với hệ thống GSM hiện có Điều này đòi hỏi phải có máy

cầm tay hai chế độ GSM/GPRS hoặc GSM/GPRS/WCDMA

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là một công nghệ truy

nhập vô tuyến của UMTS trên một cặp băng tần WCDMA hoạt động theo phương

thức FDD và dựa trên công nghệ trải phổ trực tiếp (DS) sử dụng tốc độ bit 3.84

Mcps trong băng tần 5MHz WCDMA hỗ trợ cho cả dịch vụ chuyển mạch kênh ,

dịch vụ chuyển mạch gói tốc độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời của các

dịch vụ hỗn hợp với phương thức gói hiệu quả Với nhà khai thác GPRS hoặc

EDGE khi triển khai WCDMA cần thực hiện (theo R99):

Bảng 1.3: Thực hiện triển khai WCDMA

Thực hiện

Mới

ƒ Giao diện vô tuyến WCDMA (UE Node B)

ƒ Giao diệnmạng truy nhập vô tuyến RAN (Iub (Node RNC) và Iur(RNC-RNC))

B-ƒ Giao diện mạng lõi: Iu (MSC-RNC và SGSN-RNC)

Điều chỉnh ƒ MSC và SGSN cho giao diện Iu

ƒ Nâng cấp mạng lõi Dùng lại ƒ Mạng lõi chuyển mạch kênh (HLR-AuC)

ƒ Mạng lõi chuyển mạch gói (GGSN)

Hình 1.6: Minh hoạ cấu trúc mạng UMTS R99

Chuẩn WCDMA hiện thời sử dụng phương pháp điều chế QPSK, cung cấp tốc

độ số liệu đỉnh là 2Mbps với chất lượng truyền tốt trong vùng phủ rộng

WCDMA là công nghệ truyền dẫn vô tuyến mới với mạng truy nhập vô tuyến

mới, được gọi là UTRAN, bao gồm các phần tử mạng mới như RNC (Radio

Network Controller) và NodeB (tên gọi trạm gốc mới trong UMTS)

Nhưng cần chú ý rằng mạng lõi GPRS/EDGE có thể được sử dụng lại và các

thiết bị đầu cuối hoạt động ở nhiều chế độ có khả năng hỗ trợ GSM/GPRS/EDGE và

WCDMA đã được cụ thể hóa, và quá trình chuyển giao cũng như chọn lại cell cũng

đã được thiết lập giữa các hệ thống này

CN PS Domain

GGSN SGSN

Internet RNC

UTRAN NodeB

UE

Uu

BSC

E-RAN BTS

ISDN PSDN PSPDN X25 CSPDN

Gb

A

HLR/AuC/EIR V

A S

MS

3G GMSC

CN CS Domain 3G MSC/VLR

Um

C A M E L

W A P

M E X E

U

S

A T

1.4 Hướng phát triển tiếp theo của WCDMA

Tổ chức 3GPP thực hiện chuẩn hoá cho nhánh công nghệ WCDMA Tính đến

thời điểm hiện nay, lộ trình chuẩn hóa các tính năng của mạng di động theo cấu trúc

NGN của 3GPP được liệt kê dưới đây:

• R99: Hoàn thành vào tháng 12/2000 phương án chuyển đổi nhằm tận dụng tối

đa hạ tầng GSM và GPRS hiện có Mạng lõi của 3G có cả phần chuyển mạch gói

và chuyển mạch kênh Mạng truy nhập vô tuyến của 3G có thể nối cả với phần

chuyển mạch kênh của GSM sau khi đã có phần bổ sung cho 3G Phần mạng lõi

với 2 nút mạng SGSN và GGSN của GPRS trước đây được sử dụng lại hoàn

toàn Như vậy phương án này phù hợp cho thị trường có cả dịch vụ yêu cầu

chuyển mạch kênh (thoại, hình) và dịch vụ dữ liệu gói

• R4: phần gói với GGSN và SGSN vẫn giữ nguyên Trung tâm chuyển mạch di

động MSC của hệ thống được tách thành hai phần: phần điều khiển chuyển mạch

và cổng đa phương tiện (thưc hiện chức năng chuyển mạch) Một bộ điều khiển

có thể quản lý được rất nhiều cổng chuyển mạch đa phương tiện Việc chuẩn hoá

cơ bản hoàn thành vào tháng 3/2001

• R5,6: đây là giải pháp sử dụng mạng lõi hướng tới toàn IP, có thể được truyền

trên ATM Như vậy vai trò của mạng truy nhập vô tuyến chỉ là giao diện vô

tuyến của 3G Mạng lõi IP có thể tương thích với bất kỳ công nghệ truy nhập vô

tuyến nào: WCDMA, CDMA2000, EDGE Hệ thống hoàn toàn không còn phần

chuyển mạch kênh Thoại cũng sẽ được truyền trên IP Như vậy công nghệ này

sẽ còn phụ thuộc rất nhiều vào sự phát triển của VoIP đưa cấu trúc NGN vào

miền chuyển mạch gói nhờ sử dụng cấu trúc IMS Các Server cuộc gọi đa

phương tiện dựa trên giao thức SIP Việc chuẩn hoá cơ bản hoàn thành vào giữa

năm 2002 Release 5 chuẩn hóa công nghệ HSDPA áp dụng cho mạng

WCDMA Tốc đốc download có thể đạt 14,4 kbps Release 6 giới thiệu HSUPA

cho dữ liệu đường xuống

• R7,8: Giới thiệu HSPA +, áp dụng công nghệ MIMO, nâng cao tốc độ download

và upload

• LTE (Long Term evolution)

Nhìn vào lộ trình chuẩn hóa IMS của 3GPP, chúng ta có thể thấy: HSDPA bắt

đầu được chuẩn hóa từ phiên bản Release 5 (hoàn thành từ giữa năm 2002) Tiếp

theo phiên bản Release 5 tính đến thời điểm hiện nay đã có 4 phiên bản được chuẩn

hóa

Phiên bản Release 6 giới thiệu HSUPA và bổ sung thêm một số tính năng dịch

vụ IMS và hoàn thiện một số tính năng (về tính cước, chất lượng dịch vụ…) của

phiên bản Release 5 Những kết quả chuẩn hóa IMS trong phiên bản Release 6 của

3GPP đã được chuyển cho ETSI TISPAN để thực hiện chuẩn hóa phiên bản NGN

R1

Đặc trưng cơ bản đối với phiên bản Release 7 của 3GPP là chuẩn hóa tính năng

hỗ trợ truy nhập với mạng băng rộng cố định

Từ tháng 6 năm 2007, ETSI TISPAN chính thức chuyển các yêu cầu liên quan

đến cấu trúc IMS cố định (lõi IMS tối ưu cho mạng cố định) sang 3GPP để tiếp tục

thực hiện chuẩn hóa một lõi IMS chung (Common IMS) Đây là công việc cần thiết

nhằm hạn chế những khác biệt giữa các chuẩn IMS di động và IMS cố định Cấu

trúc IMS chung được chuẩn hóa trong các phiên bản bắt đầu từ Release 8 của 3GPP

Bảng 1.4: Tiến trình phát triển các chuẩn của 3GPP

Phiên bản Thời điểm

hoàn tất Tính năng chính / Thông tin

Release 99 Quí 1/2000 Giới thiệu UMTS (Universal Mobile Telecommunications

System) và WCDMA (Wideband CDMA)

Release 4 Quí 2/2001 Bổ sung một số tính năng như mạng lõi dựa trên IP và có

những cải tiến cho UMTS

Release 5 Quí 1/2002 Giới thiệu IMS (IP Multimedia Subsystems) và HSDPA

(High-Speed Download Packet Access)

Release 6 Quí 4/2004

Kết hợp với Wireless LAN, thêm HSUPA (High-Speed Upload Packet Access) và các tính năng nâng cao cho IMS như Push to Talk over Cellular (PoC)

Release 7 Quí 4/2007

Tập trung giảm độ trễ, cải thiện chất lượng dịch vụ và các ứng dụng thời gian thực như VoIP Phiên bản này cũng tập trung vào HSPA+ (High Speeed Packet Evolution) và EDGE Evolution

Release 8

Dự kiến cuối năm

2008 hoặc đầu năm

2009

Giới thiệu LTE và kiến trúc lại UMTS như là mạng IP thế

hệ thứ tư hoàn toàn dựa trên IP

Hình 1.7: Lộ trình phát triển cho các hệ thống của 3GPP

1.4.1 HSDPA

Thích ứng cho các dịch vụ đa phương tiện, được đặc tả trong 3GPP Release 5,

cho tốc độ đỉnh là 14,4 Mbps HSPDA sử dụng một số công nghệ như: Mã hóa và

điều chế thích ứng, giao thức ARQ lai, định trình gói nhanh HSDPA sẽ được mô

tả chi tiết ở những phần sau

1.4.2 HSUPA

HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) tiếng Việt gọi là Công nghệ truy

nhập gói đường lên tốc độ cao, là một bước tiến nhằm nâng cao tốc độ và khả năng

cũng như giảm độ trễ trên đường truyền gói lên của mạng UMTS (tốc độ đường lên

từ 729,6 Kbps lên đến 5,76 Mbps)

HSUPA sử dụng tương tự các đặc điểm chính như HSDPA: HARQ, TTI ngắn,

và lịch biểu nút B Những thử nghiệm được thực hiện cho thấy với HSUPA thì:

ƒ Cải thiện 50-70% thông lượng sector đường lên

ƒ Giảm trễ gói từ 20% đến 55 %

1.4.3 HSPA+

HSPA+, còn gọi là HSPA Evolved, được thiết kế để nâng cao hiệu quả sử dụng

băng rộng di động và cung cấp một loạt dịch vụ Công nghệ cung cấp tốc độ dữ liệu

đỉnh và trung bình cao hơn, thời gian chờ thấp hơn, thời gian trả lời tốt hơn, tuổi thọ

của pin lâu hơn và luôn luôn được kết nối, so với các mạng di động thế hệ hiện nay

Tiến hóa mới nhất của công nghệ WCDMA, HSPA+ Release 7, sẽ cung cấp tốc

độ truyền dữ liệu lên đến 42Mbps trên đường truyền xuôi, và đến 23Mbps trên

đường truyền ngược bằng cách dùng nhiều kỹ thuật tiên tiến khác nhau, gồm nhiều

kênh để truyền dữ liệu HSPA+ tương thích ngược với những thế hệ trước của

WCDMA và không cần băng tần mới để triển khai Các nhà khai thác có thể nâng

cấp tài nguyên mạng và băng tần hiện có để cung cấp băng thông và năng suất di

động thế hệ kế tiếp

1.4.4 3G-LTE

Cụm từ 3GPP LTE (The Third Generation Partnership Project Long Term

Evolution) được dùng để nói về một công nghệ di động mới đang được phát triển và

chuẩn hóa bởi 3GPP Dự án được bắt đầu từ cuối năm 2004, nhằm đảm bảo tính

cạnh tranh của mạng 3G trong vòng 10 năm tới Mặc dù 3GPP đã phát triển

HSDPA, HSUPA để tăng dung lượng truyền (data rate) đến tốc độ lý thuyết max

khoảng 14.4 Mbps, nhưng 3G HSPA vẫn không thể cung cấp những dịch vụ như

Video, TV Đứng trước sự ra đời và cạnh tranh của IEEE 802.16e (WiMAX), công

nghệ hứa hẹn sẽ đạt dung lượng truyền khoảng 70Mbps, 3GPP buộc phải phát triển

3G LTE để có thể đứng vững

Hình 1.8: Kiến trúc mạng của 3GPP LTE

Đăc điểm nổi bật mà 3G LTE mang lại:

ƒ Dung lượng truyền trên kênh downlink có thể đạt 100 Mbps và trên kênh

uplink có thể đạt 50 Mbps

ƒ Tăng tốc độ truyền trên cả user + control planes

ƒ Sẽ không còn circuit-mode Tất cả sẽ dựa trên IP packet VoIP sẽ dùng cho

dich vụ thoại

ƒ Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời Tuy nhiên mạng

3G LTE vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2G hiện tại

Điều này hết sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng (operator) triển khai 3G

LTE mà không cần thay đổi toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có

ƒ OFDMA và MIMO được sự dụng trong 3G LTE thay vì CDMA như trong

3G

Ch-¬ng 2 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÔNG

NGHỆ HSDPA (HIGH–SPEED DOWNLINK PACKET

ACCESS)

2.1 Giới thiệu công nghệ truy nhập gói đường xuống tốc độ cao

HSDPA là một chuẩn công nghệ trong Phiên bản 5 của HSDPA sẽ tăng tốc độ

dữ liệu truyền tối đa và nâng cao chất lượng dịch vụ QoS, và nói chung là cải tiến

hiệu quả phổ tần đường xuống không đối xứng và đáp ứng nhu cầu bùng nổ các dịch

vụ dữ liệu gói Khi HSDPA được thực hiện, nó có thể cùng tồn tại trên cùng hệ

thống truyền dẫn như Phiên bản 99 WCDMA Điều này cho phép đưa HSDPA vào

mạng WCDMA hiện tại một cách dễ dàng và hiệu quả về chi phí HSDPA được

thiết kế cho những ứng dụng dịch vụ dữ liệu như: dịch vụ cơ bản : tải tệp, phân phối

email; dịch vụ tương tác : trình duyệt web, truy nhập server, truy tìm và phục hồi cơ

sở dữ liệu; dịch vụ Streaming : dịch vụ audio/video…

Hình 2.1: Hiệu quả phổ HSDPA

Hình 2.2: Độ trễ tín hiệu trên đường truyền đối với các công nghệ khác nhau

Các đặc điểm kỹ thuật và ưu điểm của công nghệ HSDPA:

ƒ Truyền dẫn kênh chia sẻ

ƒ Mã hoá và điều chế thích nghi AMC (Adaptive Modulation and Coding)

ƒ Yêu cầu lặp lại tự động hỗn hợp nhanh H-ARQ (Fast Hybrid Automatic

Repeat Request)

ƒ Trình tự nhanh và hợp lý tại Node B

ƒ Lựa chọn vị trí ô tế bào nhanh FCSS (Fast Cell Site Selection)

ƒ Khoảng thời gian truyền dẫn ngắn TTI (Short Transmission Time Interval)

2.1.1 Nguyên lý

Mục đích của HSDPA là hỗ trợ truy nhập gói đường xuống tốc độ cao bằng

cách sử dụng một kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao (HS-DSCH) và hỗ trợ thoại

được tích hợp trên kênh DCH và dữ liệu tốc độ cao trên kênh HS-DSCH trên cùng

một sóng mang (tương tự như DSCH trong Release 99) Nguyên lý hoạt động của

HSDPA được mô tả trong hình 2.3:

Hình 2.3: Mô tả đơn giản nguyên lý hoạt động của HSDPA

Node B truyền dữ liệu mà người dùng yêu cầu xuống cho UE qua kênh

HS-DSCH UE nhận được các khối dữ liệu rồi xem các khối nhận có tốt không, hay bị

lỗi hoặc bị thiếu khối Sau đó UE gửi tín hiệu báo nhận hoặc không nhận được về

cho Node B Tại Node B, nhờ định trình nhanh dựa trên các thông tin về chất lượng

kênh, yêu cầu về chất lượng dịch vụ và một số kỹ thuật khác như điều chế và mã

hóa thích ứng, yêu cầu tự động phát lại nhanh… nên việc phát dữ liệu cũng như phát

lại dữ liệu khi bị lỗi diễn ra rất nhanh

Vấn đề chủ chốt là xác định chất lượng kênh đường xuống cho mỗi người sử

dụng độc lập; ví dụ tỷ lệ công suất ký hiệu trên tạp âm (Es/No), và chất lượng bộ

tách UE Node B có thể ước lượng tốc độ dữ liệu được hỗ trợ cho mỗi UE bằng cách

giám sát các lệnh điều khiển công suất phát (TCP) được gửi theo kênh dành riêng

(DCH) liên kết với UE đó Ngoài ra, UE có thể được yêu cầu 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 (HS-DPCCH) đường lên, kênh này