Công nghệ HSPA+ và các cải tiến kỹ thuật từ g WCDMA đến HSPA+ luận văn tốt nghiệp đại học

Hệ thống viễn thông di động 3G là một bước đột phá của ngành diđộng bởi vì nó cung cấp băng thông lớn hơn cho người sử dụng và đi kèm với nó là các dịch vụ mới với nhiều thuận tiện hơn..

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINHKHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

MỤC LỤCLỜI NÓI ĐẦU Error: Reference source not foundTÓM TẮT ĐỒ ÁN Error: Reference source not foundDANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Error: Reference source not foundDANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU IX DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT X CHƯƠNG I TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA Error: Reference source not found

1.1 Giới thiệu chương Error: Reference source not found1.2 Các tiêu chuẩn xây dựng mạng 3G Error: Reference source not found1.3 Kiến trúc chung của một hệ thống 3G WCDMA Error: Reference sourcenot found

1.4 Các tham số chính của mạng WCDMA Error: Reference source not found

1.5 Các bước cải tiến của công nghệ WCDMA Error: Reference source not found

1.6 Tổng kết chương Error: Reference source not foundCHƯƠNG II CÔNG NGHỆ HSPA Error: Reference source not found2.1 Giới thiệu chương Error: Reference source not found2.2 Những cải tiến quan trọng của HSPA so với WCDMAError: Reference source not found

2.3 Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA) Error: Reference source not found

2.3.1 Các giải pháp kỹ thuật sử dụng trong HSDPA Error: Reference source not found

2.3.1.1 Kỹ thuật lập biểu phụ thuộc kênh Error: Reference source not found

2.3.1.2 Kỹ thuật điều chế và mã hóa thích ứng (AMC) Error: Reference source not found

2.3.1.3 Kỹ thuật yêu cầu phát lại tự động lại (HARQ) Error: Reference source not found

2.3.1.4 Truyền dẫn kênh chia sẻ Error: Reference source not found2.3.1.5 Điều khiển tốc độ và điều chế bậc cao Error: Reference source not found

2.3.1.6 Thay đổi kiến trúc giao thức Error: Reference source not found2.4 Truy nhập gói đường lên tốc độ cao (HSUPA) Error: Reference source not found

2.4.1 Các tính năng của HSUPA Error: Reference source not found2.4.2 Các giải pháp kỹ thuật trong HSUPA Error: Reference source not found

2.4.2.1 Kỹ thuật lập biểu phụ thuộc kênh Error: Reference source not found

2.4.2.2 Kỹ thuật yêu cầu phát lại tự động lại – HARQ Error: Reference source not found

2.4.2.3 Cơ cấu tổ chức kênh HSUPA Error: Reference source not found2.4.2.4 Điều khiển tốc độ và điều chế bậc cao Error: Reference source not found

2.4.2.5 Thay đổi kiến trúc giao thức Error: Reference source not found2.5 Tổng kết chương Error: Reference source not foundCHƯƠNG III CÁC CẢI TIẾN GIỚI THIỆU TRONG HSPA+ Error: Reference source not found

3.1 Giới thiệu chương Error: Reference source not found3.2 Quá trình chuyển tiếp giữa HSPA sang HSPA+ Error: Reference source not found

3.2.1 Phát triển mạng vô tuyến Error: Reference source not found3.2.2 Phát triển kiến trúc Error: Reference source not found3.2.3 Nâng cấp hệ thống nhà cung cấp Error: Reference source not found

3.3 Những cải tiến quan trọng của HSPA+ so với HSPA Error: Reference source not found

3.3.1 Điều chế cấp cao hơn (HOM-Higher Order Modulation) Error: Reference source not found

3.3.2 MIMO Error: Reference source not found3.3.3 Khả năng truyền gói liên tục Error: Reference source not found3.3.4 Nâng cấp thiết bị thu Error: Reference source not found3.3.5 Chuyển mạch kênh thoại trên HSPA - VoIPError: Reference source not found

3.4 Một số giải pháp kỹ thuật quan trọng trong HSPA+ Error: Reference source not found

3.4.1 Mạng VoIP Error: Reference source not found3.4.1.1 Các thành phần cơ bản của mạng VoIP Error: Reference source not found

3.4.1.2 Các giao thức trong mạng VoIP Error: Reference source not found

3.4.2 Các kỹ thuật chấp nhận cho thoại trên IPError: Reference source notfound

3.4.2.1 Nén tiêu đề mạnh (ROHC) Error: Reference source not found3.4.2.2 Hỗ trợ chất lượng dịch vụ điểm nối điểm Error: Reference source not found

3.4.2.3 Cuộc gọi thoại liên tục Error: Reference source not found3.4.2.4 Lập lịch nhạy cảm với trễ Error: Reference source not found3.4.3 Phát triển kiến trúc Error: Reference source not found3.4.3.1 Kiến trúc chất lượng dịch vụ điểm tới điểm Error: Reference source not found

3.4.3.2 Kiến trúc phẳng GPRS Error: Reference source not found3.5 Tổng kết chương Error: Reference source not foundKẾT LUẬN Error: Reference source not found

Tài liệu tham

khảo……… Error: Referencesource not found

LỜI NÓI ĐẦU

Thông tin di động số đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giớivới những ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trongcuộc sống hàng ngày Các kỹ thuật không ngừng được hoàn thiện đáp ứngnhu cầu của người tiêu dùng Công nghệ điện thoại di động với các kỹ thuậtlạc hậu có chất lượng kém dần bị đào thải và thay vào đó là các công nghệ diđộng tiên tiến hơn, có chất lượng cao và hỗ trợ tối đa các dịch vụ nhưInternet, truyền hình tương tác, thoại qua internet

Hệ thống viễn thông di động 3G là một bước đột phá của ngành diđộng bởi vì nó cung cấp băng thông lớn hơn cho người sử dụng và đi kèm với

nó là các dịch vụ mới với nhiều thuận tiện hơn Tuy nhiên cuộc sống sốkhông ngừng phát triển từng ngày và mạng di động 3G sẽ dần chỉ là nền tảng

để phát triển các thế hệ di động tiếp theo với nhiều ưu việt hơn

Trên nền tảng hệ thống viễn thông di động 3G các cải tiến kỹ thuật mớiđược đưa vào nhằm phát triển chất lượng dịch vụ Năm 2001 các nhà mạngcũng như các nhà sản xuất thiết bị mạng viễn thông trên toàn thế giới đưa rađặc tả kỹ thuật HSDPA, đến cuối năm 2006 các mạng và thiết bị hậu thuẫnDSDPA xuất hiện trên thực tế Sau khi việc chuẩn hóa HSDPA đã diễn ra tốtđẹp, nhiều yêu cầu kỹ thuật cải tiến khác cũng đã được định ra cho hướng lên.Tập hợp các yêu cầu kỹ thuật cải tiến này được gọi là HSUPA Kết hợp cácđặc tả kỹ thuật HSDPA và HSUPA ta được HSPA Đến năm 2008 thì tốc độđỉnh đạt được của HSDPA là 14,4 Mbps, tốc độ đỉnh của HSUPA là 5,7Mbps

Đến thời điểm này thì trên thế giới lại có nhiều nhà mạng đã đưa ra lộtrình phát trển các thế hệ di động tiếp theo mà cụ thể là lên 4G Trên lộ trìnhphát triển này các kỹ thuật HSPA được phát triển nhằm nâng cao tốc độ vàcác tính năng mới, các giải pháp kỹ thuật được đưa ra được gọi là HSPA+.Công nghệ HSPA+ cũng là mắt xích cuối cùng trong lộ trình phát triển cáccông nghệ tiền 4G

Trên cơ sở tích luỹ kiến thức của những năm học tập chuyên ngànhĐiện tử - Viễn thông ở trường Đại học Vinh và sau thời gian thực tập tại quý

cơ quan “ Viễn thông Nghệ An” Với mong muốn tìm hiểu sâu hơn về cácgiải pháp kỹ thuật được ứng dụng trong các hệ thống di động ngày nay nên

em chọn đề tài “Công nghệ HSPA+ và các cải tiến kỹ thuật từ 3G

WCDMA đến HSPA+ ” làm đồ án tốt nghiệp của mình.

Nội dung đồ án gồm có 3 chương :

Chương 1: Tổng quan mạng 3G WCDMA.

Chương này đề cập đến lộ trình phát triển của thông tin di động, bêncạnh đó là tổng quan về kiến trúc mạng 3G WCDMA cùng với các tiêu chuẩnxây dựng, các tham số kỹ thuật và các bước cải tiến trong mạng 3GWCDMA

Chương 2: Công nghệ HSPA.

Chương này đề cập đến các đặc tả kỹ thuật HSDPA và HSUPA Cáchạng mục của chương nói về các kỹ thuật được áp dụng trong HSDPA cũngnhư HSUPA

Chương 3: Các cải tiến giới thiệu trong HSPA+.

Chương này nói đến quá trình chuyển tiếp giữa công nghệ HSPA lênHSPA+ , những cải tiến quan trọng của HSPA+ so với HSPA và các giải pháp

kỹ thuật chính trong HSPA+

Chương 3 chính là trọng tâm của đồ án, nó thể hiện đầy đủ những tính

ưu việt của HSPA+ so với HSPA và cho thấy nó là mắt xích quan trọng quátrình chuyển tiếp lên các thế hệ di động tiền 4G

Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp này do trình độ năng lực bản thâncòn hạn chế nên khó tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được sự chỉdẫn của các thầy cô giáo và sự góp ý của các bạn để đồ án được hoàn thiệnhơn

Để hoàn thành được đồ án này, trước tiên em xin gửi đến cô giáo ThS.

Lê Thị Kiều Nga lời cảm ơn chân thành nhất về sự chỉ bảo, giúp đỡ tận tình

của cô trong suốt thời gian qua

Em xin gửi đến quý thầy cô, gia đình và bạn bè lời cảm ơn chân thànhnhất và biết ơn sâu sắc về sự giúp đỡ trong suốt thời gian em học tại trường

Nghệ An, ngày tháng 01 năm 2012

Sinh viên thực hiện

Từ Quang Trung

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Đề tài em thực có tên là “Công nghệ HSPA+ và các cải tiến kỹ thuật từ3G WCDMA đến HSPA+ ’’, đề tài đi sâu trình bày các giải pháp kỹ thuật củamạng 3G WCDMA, HSPA và đặc biệt là các kỹ thuật được giới thiệu trongHSPA+ Từ đó có thể nhận thấy các điểm ưu việt của HSPA+ so với HSPA

và 3G WCDMA

Đề tài gồm có 3 chương đề cập đến các giải pháp kỹ thuật theo lịchtrình phát triển thông tin di động do 3GPP đưa ra

TOPICS SUMMARY

I made topics called“ HSPA+ technology and technical innovations

3G WCDMA to HSPA+“, topics in depth presentation of technical solutions

of 3G WCDMA network, HSPA and especially the technical improvementsintroduced in the HSPA+ From that point could see the advantages ofHSPA+ compared to HSPA and 3G WCDMA

Topics include the third chapter refers to the technical solutionaccrording to the development of mobile communication made by 3GPP

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Lộ trình phát triển của thông tin di động 2

Hình 1.2 Kiến trúc tổng quát mạng 3G - WCDMA kết hợp CS và PS 7

Hình 2.1 Triển khai HSPA với song riêng (f2) hoặc chung với sóng mang WCDMA (f1)……… 15

Hình 2.2 Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện (HSDPA) 15

Hình 2.3 Nguyên lý lập biểu tại nút B 18

Hình 2.4 Nguyên lý xứ lý phát lại của Node B 21

Hình 2.5 HARQ kết hợp phần dư tăng sử dụng mã turbo 23

Hình 2.6 Nguyên lý lập biểu HSUPA của Node B 30

Hình 2.7 Chương trình khung lập biểu của HSUPA 31

Hình 2.8 Các kênh cần thiết cho một UE có khả năng HSUPA 33

Hình 2.9 Cấu trúc kênh tổng thể với HSDPA và HSUPA 33

Hình 2.10 Kiến trúc mạng được lập cấu hình E-DCH (và HS-DSCH) 46

Hình 3.1 Tỷ lệ phần trăm 16 QAM sử dụng cho một cụm đô thị và ngoại thành 45

Hình 3.2 Điều chế 64 QAM cho các mạng có tải khác nhau 46

Hình 3.3 Những kiểu kết hợp anten truyền-nhận điển hình 48

Hình 3.4 Cấu trúc truyền đường xuống MIMO cho HS-PDSCH 50

Hình 3.5 Kiến trúc kênh F-DPCH 53

Hình 3.6 Chuyển mạch kênh thoại trên HSPA 58

Hình 3.7 Cấu hình mạng VoIP 59

Hình 3.8 Cấu trúc của H.323 60

Hình 3.9 Các thành phần trong hệ thống SIP 63

Hình 3.10 Cấu trúc gói tin RTP ……… 64

Hình 3.11 So sánh khả năng VoIP về sự khác nhau lập lịch và nhận 68

Hình 3.12 Kiến trúc QoS trong Rel.’7 71

Hình 3.13 Những thực thể chính sách chính trong Rel.’7 72

Hình 3.14 Hội nhập của QoS 3GPP với QoS IP 73

Hình 3.15 Kiến trúc lõi GPRS với các giao diện chính 77

Hình 3.16 Kiến trúc phát triển HSPA 79

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các thông số chính của WCDMA 9

Bảng 2.1 So sánh các đặc điểm giữa HSDPA và HSUPA 29

Bảng 3.1 So sánh các tính năng cơ bản của HSPA và HSPA+ 42

Bảng 3.2 Ví dụ dịch chuyển lớp lưu lượng của 3GPP với DiffServ……… 74

Thế hệ thứ 1Thế hệ thứ 2

AMR Adaptive MultiRate Đa tốc độ thích ứng

ARQ Automatic Repeat-reQuest Yêu cầu phát lại tự độngCDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo

mã

CPC Continuous Packet

Connectivity

Kết nối gói liên tục

CQI Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lợng kênh

CSoHS Circuit Switch over HSPA Chuyển mạch kênh qua

HSPADCH Common Packet CHannel Kờnh lưu lượng gúi chungE-AGCH E-DCH Absolute Grant

Channel

Kênh cho phép tuyệt đối của E-DCH

E-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng tăng cờng

E-HICH E-DCH HARQ Indicatior

Channel

Kênh chỉ thị HARQ của DCH

E-E-RGCH E-DCH Relative Grant

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

Communication

Hệ thống tin di động toàn cầu

HARQ Hybrid Automatic Repeat

reQuest

Yêu cầu phát lại tự động linhhoạt

HICH HARQ Indicatior Channel Kênh chỉ thị HARQ

HOM Higher Order Modulation Điều chế bậc cao hơn

HSDPA High Speed Downlink Packet

HS-SCCH High Speed-Shared Control

Channel

Kênh điều khiển chia sẻ tốc

độ caoHSUPA High Speed Uplink Packet

Access

Truy nhập gói đờng lên tốc

độ caoHSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ caoHTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền tải siêu văn

bản

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ISDN Integrated Services Digital

Network

Mạng số tớch hợp dịch vụ

LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi

tr-ờng

MAC-hs high speed MAC MAC tốc độ cao

MIMO Multi-Input Multi-Output Nhiều đầu vào nhiều đầu raOFDMA Orthogonal Frequency Division

PS Packet Switch Chuyển mạch gói

PSTN Public Switched Telephone

Điều chế biên độ vuông góc

QoS Quality of Service Chất lợng dịch vụ

QPSK Quadrature Phase Shift Key Khóa chuyển pha vuông gócRAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyếnRLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyếnRNC Radio Network Controler Bộ điều khiển mạng vô

tuyếnRRM Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyếnROCH Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyếnRSN Radio Network Controler Điều khiển mạng vô tuyếnSAP Session Announcement

Protocol

Giao thức cảnh báo phiên

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ dịch vụ GPRSSIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiênSISO Single -Input Single-Output Một đầu vào một đầu raTDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia

theo thời gianTDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo

thời gianTTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian truyền dẫn

UE User Equipment Thiết bị ngời sử dụng

UMTS Universal Mobile

Telecommunications System

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

UTRAN UMTS Terresstrial Radio Acces

Network

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

VoIP Voice over IP Tho¹i trªn IP

WCDMA Wideband Code Division

CHƯƠNG I TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA 1.1 Giới thiệu chương

Nhu cầu thông tin liên lạc đã ra đời, tồn tại và phát triển cùng với sựhình thành và phát triển của đời sống xã hội Từ những hình thức trao đổithông tin cơ bản ban đầu như dùng âm thanh, ánh sáng, văn bản cho đến cáchình thức thông tin liên lạc hiện đại như ngày nay là cả một chặng đường dàinghiên cứu và phát triển

Năm 1876, Alexander Graham Bell phát minh ra chiếc điện thoại đầutiên của nhân loại và nó được xem là điểm xuất phát cho một quá trình pháttriển liên tục và mạnh mẽ của thông tin liên lạc từ xa mà kết quả là chúng ta

có được một hệ thống thông tin liên lạc hiện đại như ngày nay Trong xu thếphát triển không ngừng đó, hệ thống thông tin vô tuyến được xem như là hìnhthức trao đổi thông tin hiện đại nhât ngày nay

Ra đời vào những nằm 1920, cho đến nay thông tin di động đã trải quanhiều thế hệ phát triển khác nhau Hệ thống thông tin di động đâu tiên (1G) sửdụng kỹ thuật tương tự cùng với đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA(Frequency Division Multiple Access) Đầu những năm 1980, các hệ thốngthông tin di động 1G đầu tiên được đưa vào thương mại hoá gồm hai hệ thốngchính là AMPS (Advanced Mobile Phone System) tại Bắc Mỹ và TACS(Total Access Communication System) ở châu Âu Hai hệ thống này đã sớmbộc lộ rõ các hạn chế như dung lượng thấp, chất lượng tiếng không tốt ( tiếng

ồn khó chịu), ảnh hưởng nặng nề bởi Fading, không đảm bảo được tính antoàn cho các cuộc gọi

Để giải quyết những hạn chế trên, hệ thống thông tin di động thế hệ hai(2G) ra đời với GSM (Global System for Mobile Communication) tại châu

Âu và IS-95 tại Bắc Mỹ vào cuối những năm 1980 GSM là hệ thống thôngtin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA(Time Division Multiple Access) đầu tiên trên thế giới hoạt động ở băng tần

900Mhz Giải pháp GSM với TDMA băng hẹp đã cơ bản cung cấp được cácdịch vụ cho người dùng di động như thoại, SMS (Short Message Services) vớichất lượng tốt

Hình 1.1 Lộ trình phát triển của thông tin di độngNhằm cung cấp các dịch vụ số liệu cho người dùng di động, các kỹthuật cải tiến từ 2G GSM như là GPRS (General Packet Radio Services) vàEDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) được nghiên cứu và đưavào sử dụng GPRS và EDGE đã có thể cung cấp được các dịch vụ số liệu chongười dùng di động nhưng với tốc độ rất hạn chế; tốc độ hỗ trợ của GPRS là40Kbps ở đường xuống và 14Kbps ở đường lên trong khi EDGE cũng chỉcung cấp được tối đa 384Kbps

Hệ thống thông tin di động 2G thứ hai là hệ thống IS-95 sử dụng kỹthuật đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division MultipleAccess) được phát triển bởi Qualcomm Communications và được sử dụng rấtphổ biến tại Bắc Mỹ, Hàn Quốc và Hồng Kông

Các hệ thống cải tiến của 2G GSM đã cơ bản cung cấp được các dịch vụ

số liệu cho người dùng Song các dịch vụ mới đòi hỏi tốc độ cao hơn nhưthoại hình ảnh, trình duyệt tốc độ cao, video chất lượng cao, game trực

tuyến…thì các hệ thống này chưa đáp ứng được Hệ thống thông tin di độngthế hệ ba (3G) được xe là một bước tiến quan trọng khi có khả năng cung cấpđược các dịch vụ số liệu đòi hỏi tốc độ cao Điểm khác biệt lớn nhất của hệthống thông tin di động 3G là sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo

mã sử dụng băng tần thu phát rộng (5Mhz) so với các hệ thông trước đây sửdụng băng tần hẹp như 200KHz của GSM hay 30KHz của IS-95

Các hệ thông thông tin di động 3G phải đảm bảo cung cấp được các dịch

vụ truyền thống đã có đồng thời phải hỗ trợ được các dịch vụ mới đòi hỏi tốc

độ số liệu cao Để thực hiện điều này, các hệ thống thông tin di động cần đảmbảo một số yêu cầu tối thiểu

Các hệ thống 3G phải là hệ thông thông tin đi động băng rộng có khảnăng truyền thông đa phương tiện Để thực hiện được điều này, tốc độ phảiđạt mức tối thiểu là 2Mbps

Các hệ thống này phải đảm bảo cung cấp đầy đủ tốc độ cho các dịch vụ.Mạng phải có khả năng hỗ trợ đường truyền vô tuyến bất đối xứng, có thể làtốc độ cao hơn ở đường xuống và thấp hơn ở đường lên

Đối với các dịch vụ thời gian thực, yêu cầu đảm bảo thời gian trễ truyềndẫn để đạt mức chất lượng dịch vụ yêu cầu Còn đối với các dịch vụ khôngđòi hỏi thời gian thực, thời gian trễ truyền dẫn phải được giảm xuống nhằmtăng tốc độ phục vụ Khi triển khai mạng 3G, các dịch vụ truyền thống củamạng 2G phải được đảm bảo chất lượng bằng hoặc tốt hơn, đặc biệt là đối vớidịch vụ thoại

Mạng thông tin di động 3G phải có khả năng tương thích trên toàn thếgiới Liên minh viễn thông quốc tế - ITU (International TelecommunicationUnion) đã xây dựng tiêu chuẩn IMT-2000 ( International MobileCommunication - 2000) qui định các tiêu chuẩn cho mạng thông tin di động3G.Với IMT 2000, các dịch vụ cung cấp được gia tăng đáng kể trên phạm virộng lớn hơn IMT 2000 đưa ra nhiều khả năng mới cho thông tin di động 3G

nhưng cũng phải đảm bảo sự phát triển liên tục kế thừa từ hệ thống 2G có sẵn.Một số tiêu chí chung đã được qui định trong IMT –2000

Sử dụng dải tần số quy định quốc tế cho 3G, đường lên 1885 - 2025MHz và đường xuống 2110 - 2200 MHz

Hệ thống IMT 2000 phải có khả năng giao tiếp được với các hệ thống vôtuyến và hữu tuyến khác, đồng thời phải có khả năng tương tác được với mọiloại dịch vụ viễn thông

Như đã đề cập ở trên, hệ thống thông tin di động 3G phải đảm bảo kếthừa và tiếp tục phát triển trên các hệ thống 2G Dựa vào các hệ thống 2G sẵn

có, các hệ thống 3G lần lượt được nghiên cứu và phát triển Cho đến nay, cáccông nghệ được đưa ra xem xét cho hệ thống 3G bao gồm:

Hệ thống CDMA băng rộng WCDMA (Wideband Code DivisionMultiple Access)

Hệ thống TDMA băng rộng WTDMA (Wideband Time DivisionMultiple Access)

Hệ thống TDMA/CDMA

Hệ thống đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Acess)

Đa truy nhập theo cơ hội ODMA (Opportunity Driven Multiple Access)

Để xây dựng các tiêu chuẩn IMT 2000, nhiều tổ chức quốc tế được thànhlập dưới sự điều hành chung của ITU Dự án của các đối tác thế hệ 3 -3GPP(3rd Generation Parnership Project) bao gồm các thành viên như Việntiêu chuẩn châu Âu ETSI(European Telecommunication Standard Institude),Liên hiệp các công nghệ viễn thông TTA (Telecommunication TechnologiesAssociation), Liên minh kinh doanh công nghệ vô tuyến ARIB (Association

of Radio Industry Bussiness), và Uỷ ban công nghệ viễn thôngTTC(Telecommunication Technology Committee) Dự án của các đối tác thê hệ 3

số 2 – 3GPP2 gồm có TIA, T1P1, TTA, AIRB và TTC tham gia Sau quátrình xem xét và kiểm tra, 2 tiêu chuẩn được lựa chọn là WCDMA được xâydựng bởi 3GPP và CDMA 2000 của 3GPP2

Hệ thống thông tin di động 3G đã và đang đáp ứng được tốt về chấtlượng lẫn dung lượng cho các dịch vụ thoại và phi thoại Song, với nhu cầungày càng cao của con người, xu thế nghiên cứu và phát triển của thông tin diđộng đang hướng tới thế hệ thứ 4 (4G) – hệ thống IMT Adavanced Kế thừa

và phát triển những kỹ thuật của hệ thống 3G, IMT Advanced hứa hẹn sẽmang lại sự thoã mãn nhu cầu của mọi người dùng di động.[2]

1.2 Các tiêu chuẩn xây dựng mạng 3G

Mỗi một mạng viễn thông đều có một tiêu chuẩn nhất định nhằm đồng

bộ hoá các thành phần của mạng cũng như phát triển các dịch vụ mạng tươngứng và các thiết bị phục vụ trong mạng Đối với mạng 3G bao gồm 3 chuẩnchính là :

W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access): là chuẩn liên lạc

di động 3G song hành với cùng với chuẩn GSM W-CDMA là công nghệ nềntảng cho các công nghệ 3G khác như UMTS và FOMA

W-CDMA được tập đoàn ETSI NTT DoCoMo (Nhật Bản) phát triểnriêng cho mạng 3G FOMA Sau đó, NTT Docomo đã trình đặc tả này lên hiệphội truyền thông quốc tế (ITU) và xin công nhận dưới danh nghĩa một thành

viên của chuẩn 3G quốc tế có tên IMT-2000 ITU đã chấp nhận W-CDMA làthành viên của IMT-2000 và sau đó chọn W-CDMA là giao diện nền tảng choUMTS

UMTS (Universal Mobile Telephone System) : dựa trên công nghệ CDMA, là giải pháp tổng quát cho các nước sử dụng công nghệ di độngGSM UMTS do tổ chức 3GPP quản lý 3GPP cũng đồng thời chịu tráchnhiệm về các chuẩn mạng di động như GSM, GPRS và EDGE Sự phát triểnliên tục các tiêu chuẩn kỹ thuật trên được thể hiện bằng 4 mô thức về tiêuchuẩn UMTS của tổ chức 3GPP là: R99, R4, R5 và R6, tạo thành một bộ tiêuchuẩn đồ sộ nhưng trong nó lại gồm những hệ tiêu chuẩn tương đối độc lập.WCDMA là một tiêu chuẩn về giao diện không gian đầu tiên, sớm nhất vàhoàn thiện nhất trong các hệ tiêu chuẩn đó và được các nhà khai thác và sảnxuất thiết bị viễn thông ở cả 3 châu lục: Âu, Á, Mỹ sử dụng rộng rãi UMTScũng là dòng công nghệ chiếm thị phần lớn nhất trên thị trường thông tin diđộng ngày nay (chiếm tới 85,4% theo GSA 8-2007)

W-Hiện nay, mạng UMTS có thể nâng cấp lên High Speed DownlinkPacket Access (HSDPA) - còn được gọi với tên 3,5G HSDPA cho phép đẩynhanh tốc độ tải đường xuống với tốc độ lên tới 10 Mbps.[1]

1.3 Kiến trúc chung của một hệ thống 3G WCDMA

Mạng thông tin di động thế hệ ba (3G) lúc đầu sẽ là mạng kết hợp giữacác vùng chuyển mạch gói PS (Packet Switching)và chuyển mạch kênh CS(Circuit Switching) để truyền số liệu gói và tiếng Các trung tâm chuyển mạchgói sẽ là các chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM Trên đường phát triểnđến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh sẽ được thay thế dần bằng chuyển mạchgói Các dịch vụ kể cả số liệu lẫn các dịch vụ thời gian thực (như tiếng vàvideo) cuối cùng sẽ được truyền trên cùng một môi trường IP bằng cácchuyển mạch gói Hình 1.2 dưới đây trình bày kiến trúc tổng quát của mạng3G kết hợp cả CS và PS trong mạng lõi

Hình 1.2 Kiến trúc tổng quát mạng 3G - WCDMA kết hợp CS và PSTrong đó :

CS: Circuit Switch / Chuyển mạch kênh

PS: Packet Switch / Chuyển mạch gói

Các miền chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS) được thểhiện bằng một nhóm các đơn vị chức năng lôgic, trong thực tế các miền chứcnăng này được đặt vào các thiết bị và các nút vật lý Chẳng hạn có thể thựchiện chức năng chuyển mạch kênh CS (MSC/GMSC) và chức năng chuyểnmạch gói PS (SGSN/GGSN) trong một nút duy nhất để được một hệ thốngtích hợp cho phép chuyển mạch và truyền dẫn các kiểu lưu lượng khác nhau

từ tiếng đến số liệu dung lượng lớn

Dịch vụ chuyển mạch kênh (CS Service) là dịch vụ trong đó mỗi đầu

cuối được cấp phát một kênh riêng và nó toàn quyển sử dụng tài nguyên củakênh này trong thời gian cuộc gọi tuy nhiên phải trả tiền cho toàn bộ thời giannày dù có truyền tin hay không

RNS

RNC

RNS

RNC Core Network

Dịch vụ chuyển mạch gói (PS Service) là dịch vụ trong đó nhiều đầu

cuối cùng chia sẻ một kênh và mỗi đầu cuối chỉ chiếm dụng tài nguyên củakênh này khi có thông tin cần truyền và nó chỉ phải trả tiền theo lượng tinđựơc truyền trên kênh.[1]

1.4 Các tham số chính của mạng WCDMA

WCDMA là hệ thống sử dụng chuỗi trải phổ trực tiếp Nghĩa là luồngthông tin được trải trên một băng thông rộng bằng việc nhân luồng dữ liệunày với một chuỗi trải phổ giả ngẫu nhiên PN Để có thể hỗ trợ việc truyền dữliệu ở tốc độ cao, hệ số trải phổ (SF) thay đổi và kết nối dựa trên nhiều mã trảiphổ được hỗ trợ trong WCDMA

Tốc độ chip sử dụng trong WCDMA có tốc độ 3.84 Mps tương ứng vớibăng tần truyền dẫn WCDMA là 5 MHz (đối với CDMA2000 băng tần truyềndẫn có thể là 3x1.25 Mhz hoặc 3.75 MHz) Băng thông truyền dẫn lớn củaWCDMA ngoài việc nhằm hỗ trợ truyền dẫn tốc độ cao còn mang lại một vài

ưu điểm khác như tăng hệ số phân tập đa đường

WCDMA hỗ trợ truyền dẫn tốc độ thay đổi, hay nói cách khác là kháiniệm sử dụng băng thông theo nhu cầu có thể được thực hiện Trong mộtkhung truyền dẫn thì tốc độ dữ liệu là cố định Tuy nhiên tốc độ dữ liệu giữacác khung truyền dẫn khác nhau có thể giống nhau hoặc khác nhau

WCDMA có hai chế độ hoạt động đó là FDD và TDD Đối với FDD thìcác cặp tần số sóng mang với độ rộng 5 MHz được sử dụng cho kênh truyềndẫn hướng lên và hướng xuống một cách tương ứng Trong khi đó ở chế độTDD thì chỉ có một sóng mang độ rộng 5 MHz được sử dụng cho cả đườnglên và đường xuống theo kiểu phân chia theo thời gian TDD được sử dụng ởgiải băng tần không chia cặp được

Các BTS trong WCDMA (Node B) hoạt động ở chế độ không đồng bộ

Do đó không cần cung cấp một nguồn đồng hồ đồng bộ cho tất cả các BTS

trong mạng ví dụ như sử dụng GPS Chế độ làm việc không đồng bộ này giúpcho WCDMA trở nên dễ triển khai ở cấu hình indoor và micro cell.

WCDMA sử dụng tách sóng nhất quán trên cả hai hướng lên và xuống

sử dụng các ký hiệu dẫn đường Chế độ tách sóng này đã được sử dụng trênđường xuống đối với mạng 2G IS-95

Giao diện vô tuyến của WCDMA được thiết kế để nhà vận hành có thểlựa chọn sử dụng các công nghệ máy thu hiện đại như: MUD, hệ thống ăntenthích ứng nhằm tăng dung lượng của mạng cũng như vùng phủ sóng của cáctrạm thu phát

Bảng 1.1 Các thông số chính của WCDMABăng tần kênh 1,25Mhz; 5Mhz; 10Mhz; 20MhzCấu trúc kênh hướng xuống Trải phổ trực tiếp

và kênh điều khiển.

Đa tốc độ Trải phổ biến đổi và đa mã

1.5 Các bước cải tiến của công nghệ WCDMA

Các dịch vụ di động 3G giúp người tiêu dùng và các nhà chuyên nghiệptrải nghiệm chất lượng thoại ưu hạng, cùng với rất nhiều dịch vụ dữ liệu hấpdẫn như:

vào sử dụng trên phạm vi 75 quốc gia với tổng số thuê bao lên đến 230 triệu.Tuy ở phiên bản đầu tiên R99, dung lượng và tốc độ truyền dẫn dữ liệu đượccải thiện đáng kể Luồng tốc số liệu có thể đạt đến tốc độ 2 Mbps Nhưng khicác dịch vụ số liệu được đưa vào triển khai trên các mạng thương mại thìdung lượng, tốc độ vẫn là những đòi hỏi cần phải được giải quyết Do đó,bước cải tiến đầu tiên đối với WCDMA được đánh dấu bởi sự ra đời của kênhtruyền tải mới HS-DSCH ở R5 được hoàn thành vào đầu năm 2002 Nhữngcải tiến trong R5 này thường được nhắc đến với một tên gọi "HSDPA- Kênhtruy nhập gói đường xuống tốc độ cao" Sự ra đời của HSDPA nhằm hỗ trợmạnh mẽ các dịch vụ số liệu yêu cầu tốc độc truyền dẫn lớn như các dịch vụtương tác, dịch vụ nền, dịch vụ streaming Truy nhập dữ liệu kênh đườngxuống tốc độ cao HSDPA có khả năng cung cấp dung lượng cao hơn 50% sovới kênh DCH/DSCH trong R99 với trường hợp Marcrocell và 100% đối vớiMicrocell, tốc độ truyền dẫn tối đa có thể lên đến 14 Mbps Qua thực tế triểnkhai các mạng di động 3G cho thấy có rất nhiều dịch vụ số liệu phổ biến yêucầu tốc độ truyền dẫn trên hai hướng từ MS đến Node B và ngược lại có tốc

độ tương đương nhau như các dịch vụ real-time gaming và các dịch vụ trênnền TCP/IP Trong khi đó, R5 mới chỉ đưa ra giải pháp để hỗ trợ mạnh mẽviệc truyền dẫn bất đối xứng với tốc độ truyền dẫn trên kênh đường xuốngcao hơn rất nhiều so với kênh đường lên Nhược điểm này của R5 được khắcphục trong R6 được hoàn thành vào đầu năm 2005 với tên gọi cải tiến kênhđường lên và là bước cải tiến thứ 2 đối với chuẩn mạng truy nhập vô tuyếnWCDMA Những cải tiến trong R6 đã nâng tốc độ truyền dẫn trên kênhđường lên đạt đến tốc độ 5.76 Mbps dung lượng kênh tăng lên gấp 2 lần sovới kênh truyền tải đường lên trong R99 Ba mục tiêu chính của hai bước cảitiến trong R5 và R6 đó là:

- Nâng cao tốc độ truyền dẫn trên cả hai hướng

- Tăng dung lượng của mạng trên một đơn vị tài nguyên vô tuyến địnhtrước

- Giảm trễ truyền dẫn cho cả hai hướng.

Mục tiêu thứ 3 được thực hiện thông qua việc đưa một số chức nănglớp MAC đến gần hơn với giao diện vô tuyến Ví dụ như chuyển chức năngtruyền dẫn lại từ RNC đến Node B Hơn thế nữa giảm thời gian của khungtruyền dẫn cũng là một giải pháp để giảm trễ Cụ thể khung thời gian truyềndẫn TTI của kênh DCH trong R99 là từ 10-80 ms trong khi đó khoảng thờigian này được giảm xuống còn 2 ms trong HS-DSCH của R5 Hoặc như vớikênh đường lên cải tiến trong R6, ngoài hỗ trợ khung truyền dẫn 10 ms ởphiên bản trước, khung truyền dẫn 2 ms cũng được sử dụng trong phiên bảnnày nhằm đạt được mục tiêu thứ 3 nếu trên

Mục tiêu 1 và 2 được thực hiện thông qua kỹ thuật thích ứng kênh baogồm thay đổi tỷ lệ mã của mã sửa lỗi kênh, chọn chùm tín hiệu điều chế phùhợp với điều kiện kênh truyền, điều khiển thu phát theo sự thay đổi của kênhtruyền dẫn Điểm đáng chú ý là tăng ích của kỹ thuật thích ứng kênh khôngchỉ mạng lại lợi ích cho các nhà vận hành mạng như ở các phiên bản trước màcòn mang lại lợi ích cho khách hàng sử dụng các máy di động có tính năng xử

lý tín hiệu tốt Lợi ích này còn là xúc tác cho việc đẩy nhanh tốc độ tiêu thụcác sản phẩm máy di động cầm tay công nghệ cao của các nhà sản xuất

Ngoài ra, tự động yêu cầu truyền dẫn lại cũng là một trong ba kỹ thuậtthen chốt được sử dụng tại lớp vật lý để đạt được cả 3 mục tiêu đã nêu trênthông qua việc tận dụng kết thúc truyền dẫn sớm, được xử lý tại node B gầnvới giao diện vô tuyến.[2]

1.6 Tổng kết chương

Chương này trước hết xét tổng quan lộ trình phát triển thông tin di động

và các tham số chính của mạng 3G WCDMA Sau đó kiến trúc mạng 3Gđược xét, mạng lõi 3G bao gồm hai vùng chuyển mạch: vùng chuyển mạchcác dịch vụ CS và vùng chuyển mạch các dịch vụ PS Các phát hành đánh dấucác mốc quan trọng phát triển mạng 3G WCDMA UMTS được xét: R3 và R4

R3 bao gồm hai miền chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói trong đó kêt nốigiữa các nút chuyển mạch gọi là TDM (ghép kênh theo thời gian) R4 là sựphát triển của R3 trong đó miền chuyển mạch kênh chuyển thành chuyểnmạch mềm và kết nối giữa các nút mạng bằng IP Hiện nay mạng3GWCDMA UMTS đang ở giai đoạn chuyển dần từ R4 sang R5

CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ HSPA 2.1 Giới thiệu chương

Ngay sau khi có những mạng UMTS được triển khai đầu tiên, người tathấy rõ rằng việc sử dụng các kênh dành riêng trên giao tiếp vô tuyến đểtruyền dữ liệu chuyển gói đã quá thiếu uyển chuyển về nhiều mặt Bởi vì theođặc tả, tốc độ truyền dữ liệu cao nhất có thể đạt được là 384 Kbit/s với một độdài mã trài là 8 Điều này hạn chế số lượng người đồng thời có thể dùng mộtđường truyền tải như vậy ở mức tám theo lý thuyết và ở mức hai hoặc batrong thực tế, bởi vì một số mã trải đã được yêu cầu cấp phát cho các kênhquảng bá của cell và cho các cuộc gọi thoại của các thuê bao khác rồi Do bảnchất dồn dập của nhiều ứng dụng chuyển gói, kênh truyền có thể hiếm khiđược dùng đầy đủ bởi một UE nào đó, và vì thế nhiều dung lượng đườngtruyền không được dùng đến Có thể chống lại điều này phần nào bằng cáchtrước hết cấp phát những độ dài mã không lớn lắm cho kênh truyền của ngườidùng, rồi sau đó chỉ nâng cấp kênh truyền khi nó phát hiện rằng kênh truyền

đã được sử dụng đầy đủ trong một thời gian nào đó (ví dụ như, trong thời giantải xuống một file) Ngoài ra, các mã trải ngắn đã nhanh chóng được thay thếbởi các mã trải dài hơn sau khi RNC thấy rõ rằng dung lượng đường truyềnkhông còn được sử dụng đầy đủ nữa Cho dù có những cơ chế này, mức độ sửdụng hiệu quả dung lượng đường truyền vẫn còn khá thấp Hệ quả là, các nhàsản xuất thiết bị đã bắt đầu làm việc để đưa ra một loạt yêu cầu kỹ thuật cảitiến cho chuẩn UMTS Chuẩn cải tiến ấy ngày nay được gọi là HSDPA(High-Speed Downlink Packet Access) Đặc tả kỹ thuật của HSDPA bắt đầuđược soạn ra từ năm 2001, nhưng mãi đến cuối năm 2006 mới có các mạng vàthiết bị hậu thuẫn HSDPA đầu tiên trong thực tế Sau khi việc chuẩn hóaHSDPA đã diễn ra tốt đẹp, nhiều yêu cầu kỹ thuật cải tiến khác cũng đã đượcđịnh ra cho hướng lên Tập hợp các yêu cầu kỹ thuật cải tiến này được gọi làHSUPA (High-Speed Uplink Packet Access) Kết hợp với nhau, HSDPA vàHSUPA giờ đây được gọi là HSPA

Tốc độ số liệu đỉnh của HSDPA lúc đầu là 1,8Mbps và tăng lên 3,6Mbps và 7,2Mbps vào năm 2006 và 2007, tiềm năng có thể đạt trên 14,4Mbpsnăm 2008 Trong giai đọan đầu tốc độ đỉnh HSUPA là 1-2Mbps trong giaiđoạn hai tốc độ này có thể đạt đến 4-5,7 Mbps vào năm 2008

HSPA được triển khai trên WCDMA hoặc trên cùng một sóng manghoặc sử dụng một sóng mang khác để đạt được dung lượng cao

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

WCDMA (f1)HSPA chia sẻ chung cơ sở hạ tầng với mạng với WCDMA Để nângcấp WCDMA 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 gianthực, tuy nhiên R6 và R7 cải thiện hiệu suất của HSPA cho VoIP và các ứngdụng tương tự khác

Hình 2.2 Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện (HSDPA)

Khác với WCDMA trong đó tốc độ số liệu trên các giao diện như nhau(384 kbps cho tốc độ cực đại chẳng hạn), tốc độ số liệu HSPA trên các giaodiện khác nhau Tốc độ đỉnh (14,4Mbps trên 2 ms) tại đầu cuối chỉ xảy ratrong thời điểm điều kiện kênh truyền tốt vì thế tốc độ trung bình có thểkhông quá 3Mbps Để đảm bảo truyền lưu lượng mang tính cụm này, nút cần

có bộ đệm để lưu lại lưu lượng và bộ lập biểu trễ truyền lưu lượng này trên hạtầng mạng.[2]

Chương này đề cập đến một cái nhìn tổng quát về những điểm tăngcường ở hướng xuống, sau đó sẽ bàn đến những cải thiện hiệu năng chohướng lên Mục tiêu của chương là chỉ đề cập đến các giải pháp kỹ thuật chứckhông đi sâu vào cấu trúc của HSPA

2.2 Những cải tiến quan trọng của HSPA so với WCDMA

Việc giới thiệu HSPA là một cuộc cách mạng đối với các tiêu chuẩncủa WCDMA lúc đó, với một số tác động đáng kể tới các bộ phận của mạngtruy nhập vô tuyến Các thay đổi quan trọng của HSPA so với WCDMA đượcgiới thiệu là:

- Truyền dẫn kênh chia sẻ (HS-DSCH), ghép kênh theo thời gian

(TDM-Time Division Multiplex).

- Giới thiệu một phương thức điều chế mới (16 QAM-Quadrature

Amplitude Modulation) và phương thức mã hóa mới với khả năng truyền tải

có thể lên tới 15 mã kênh song song

- Sửa đổi kiến trúc giao thức MAC (Medium Access Control) để kích hoạt

phản ứng nhanh hơn với nhu cầu người sử dụng và điều khiển vô tuyến

- Cơ chế điều chế và mã hóa thích ứng (AMC-Adaptive Modulation and

Coding) và cơ chế sửa lỗi mới trong lớp MAC là yêu cầu phát lại tự động hỗn

hợp (HARQ).[6]

Những cải tiến này sẽ được phân tích đầy đủ hơn trong hạng mục giảipháp kỹ thuật của HSDPA

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

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 sử dụng công nghệ truy nhập

vô tuyến WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) đang được

triển khai rộng khắp thế giới Phiên bản đầu tiên Rel.’99 là một mốc quan

trọng trong sự phát triển của tiêu chuẩn 3GPP (Third Generation Patnership

Project), nó đảm bảo một sự chuyển đổi liên tục có tính kế thừa sang thế hệ

thứ 3 cho mạng GSM (Global System for Mobile Communication) đồng thời

dung lượng và tốc độ truyền dẫn dữ liệu được cải thiện đáng kể (tốc độ tối đa

có thể đạt tới 2Mbps) Tuy nhiên, vì cần phải quan tâm nhiều đến khả năngtương thích ngược với các mạng lõi GSM hiện tại nên không thể thay đổi cấutrúc mạng lõi Khi các dịch vụ truyền số liệu được đưa vào triển khai trên cácmạng thương mại thì dung lượng và tốc độ truyền dữ liệu vẫn là những yếu tốđòi hỏi cần phải được giải quyết

Xét đến hiệu quả sử dụng phổ, thì phiên bản Rel.’99 là rất nguyên thủybởi vì nó dành tài nguyên kênh cho mỗi người sử dụng dữ liệu và cơ chế kiểmsoát là giống nhau đối với các ứng dụng thời gian thực như thoại và dữ liệukhông thời gian thực Nguồn tài nguyên kênh dành cho mỗi người dùng dữliệu là không hiệu quả, do đó việc triển khai những cải tiến mà dữ liệu ngườidùng được ghép kênh sẽ mang lại hiệu quả cao hơn Đó là lý do tại sao

HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) được giới thiệu để cải thiện tốc

độ dữ liệu trên các mạng UMTS (Universal Mobile Telecommunications

System) HSDPA là bước cải tiến đầu tiên đối với UMTS, được đánh dấu bởi

sự ra đời của kênh truyền tải mới Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao

(HS-DSCH: High Speed Downlink Share CHannel) trong Rel.’5 được hoàn thành

vào năm 2002 Với sự giới thiệu kênh HS-DSCH, HSDPA sử dụng điều chế

và mã hóa thích ứng, truyền lại nhanh chóng (HARQ-Hybrid Automatic

Repeat reQuest) Khi truy cập kênh kênh đường xuống tốc độ cao HSDPA

trong Rel.’5 có thể cung cấp dung lượng cao hơn 50% so với kênhDCH/DSCH trong Rel.’99 với trường hợp Macrocell và 100% đối với

Microcell, tốc độ truyền dẫn dữ liệu đường xuống tối đa có thể lên tới14,4Mbps.[7]

2.3.1 Các giải pháp kỹ thuật sử dụng trong HSDPA

2.3.1.1 Kỹ thuật lập biểu phụ thuộc kênh

Nguyên lý hoạt động cơ bản của HSDPA là việc lập biểu phụ thuộckênh nhanh được thực hiện tại Nút B nhờ những thông tin phản hồi về chấtlượng kênh truyền từ UE Một trong những khác biệt cơ bản trong kiến trúcgiữa WCDMA R99 và phát hành R5 là bộ lập biểu kênh HS-DSCH được đặttại Nút B Bộ lập biểu sử dụng các tham số đầu vào khác nhau để lập biểuphục vụ cho các người dùng trong ô Các tham số đầu vào này bao gồm cáctham số về tài nguyên được cấp phát, thông tin phản hồi từ UE và các đặc tínhliên quan đến chất lượng dịch vụ QoS

Tổng công suất kênh HS-PDSCH và kênh HS-HS-SCCH được cấp phátcho ô, điều này nói đến công suất cực đại có thể dùng cho cả HS-PDSCH vàHS-HS-SCCH trong ô Tổng công suất này được cấp phát bởi RNC cho ôphục vụ HSDPA Bên cạch đó, Nút B cũng có thể dùng công suất không sửdụng tại trạm gốc cho HSDPA Chú ý rằng kênh HS-SCCH phải có công suất

đủ lớn để đảm bảo báo hiệu thành công đến các UE trong mọi điều kiện kênhtruyền

Hình 2.3 Nguyên lý lập biểu tại nút B

Số mã định kênh HS-PDSCH: xác định số mã định kênh mà RNC cấpphát để dùng cho các kênh HS-PDSCH Số kênh HS-SCCH tối đa được sửdụng trong HSDPA Thường thì có bốn mã định kênh HS-SCCH Thông tin

về số kênh SCCH cũng như tập mã định kênh được dùng cho kênh SCCH được quản lý bởi RNC

HS-Thông tin chất lượng kênh được phản hồi từ UE được sử dụng như làtham số chính để quyết định lập biểu Việc đo chất lượng kênh tại UE nhằmbám sát theo sự thay đổi của kênh truyền, từ đó có thể tiến hành lập biểu chonhững người dùng có điều kiện kênh truyền thuận lợi nhất Tất cả các hoạtđộng dùng để thích ứng kênh truyền như báo cáo CQI, đo công suất kênhDPCH và các bản tin báo nhận HARQ đều có thể được dùng cho hoạt độnglập biểu tại Nút B

Lượng số liệu của người dùng tại bộ đệm của Nút B cũng được xem xétkhi lập biểu, những người dùng có nhiều dữ liệu được lưu tại bộ đệm Nút Bhơn sẽ được ưu tiên lập biểu Ngoài ra, thuộc tính HARQ cũng được quan tâmkhi lập biểu, các khối dữ liệu phát lại cần được ưu tiên phát đi trước các khối

dữ liệu mới Khả năng hỗ trợ của thiết bị đầu cuối người dùng cũng được xemxét khi lập biểu, tìa nguyên được cấp phát cho bộ lập biểu không được vượtquá khả năng hỗ trợ của UE Các đặc tính hỗ trợ của UE được quan tâm là số

mã định kênh mà UE có khả năng xử lý tối đa, phương pháp điều chế được sửdụng và kích thước bộ đệm.[1]

2.3.1.2 Kỹ thuật điều chế và mã hóa thích ứng (AMC)

Trong mạng WCDMA điều khiển công suất được sử dụng để thích ứngvới các liên kết vô tuyến, điều khiển công suất được thực hiện ở trong mỗikhe thời gian Còn trong HSDPA lại sử dụng các kĩ thuật thích ứng khác đểthay thế các kĩ thuật điều khiển công suất và hệ số trải phổ biến thiên

Trong thông tin di động, tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm của tín hiệu nhậnđược tại một thiết bị người sử dụng luôn biến đổi trong khoảng 30-40 dB do

fadinh nhanh và các đặc điểm địa hình trong một cell Nhằm cải thiện dung

lượng của hệ thống, tốc độ dữ liệu định vùng phủ sóng,… tín hiệu truyền tớithiết bị thu được xác định nhằm tính toán quá trình thay đổi chất lượng tínhiệu thông qua quá trình xử lý liên kết thích ứng Theo truyền thống,WCDMA ứng dụng chức năng điều khiển công suất nhanh cho các liên kếtthích ứng Tuy nhiên, HSDPA lại lưu công phát không đổi qua TTI và sửdụng điều chế và mã hóa thích ứng (AMC) như một phương pháp liên kếtthích ứng đan xen nhằm điều khiển công suất cải thiện hiệu suất phổ

Bên cạnh phương thức điều chế QPSK, HSDPA sử dụng phương thứcđiều chế 16 QAM để tăng tốc độ dữ liệu đỉnh của người sử dụng với điều kiện

vô tuyến thích hợp Việc hỗ trợ cho phương thức điều chế QPSK có tính chấtbắt buộc đối với thông tin di động, còn đối với 16 QAM là một tùy chọn chomạng và thiết bị của người sử dụng UE (User Equipment) Chẳng hạn khichất lượng đường truyền tốt hơn, hệ thống có thể tăng tốc độ truyền dẫn sốliệu bằng cách lựa chọn phương thức điều chế 16 QAM và tăng tỷ lệ mã bằng3/4 bằng cách đục lỗ, còn khi chất lượng hệ thống kém đi thì trở lại vớiphương thức điều chế QPSK thông thường

Cần lưu ý rằng đối với AMC, để làm việc được hiệu quả thì việc kịpthời được báo cáo điều kiện kênh và lập lịch gói tin nhanh là rất cần thiết Cácphân lớp MAC-hs (một giao thức mới trong Rel.’5) cư trú trong Node B đểnhằm đáp ứng các điều kiện như vậy HARQ và lập lịch nhanh gói tin kết hợpvới AMC chính là cốt lõi của phát triển mới.[9]

2.3.1.3 Kỹ thuật yêu cầu phát lại tự động lại (HARQ)

HSDPA kết hợp chặt chẽ với các chức năng phát lại ở lớp vật lý nêncho phép cải thiện đáng kể chất lượng dịch vụ và tăng khả năng chống lại cáclỗi thích ứng liên kết Bởi vì chức năng HARQ được đặt tại thực thể chứcnăng MAC-hs của Node B nên quá trình phát lại các khối truyền tải sẽ nhanh

hơn đáng kể so với sự phát lại tại lớp RLC (Radio Link Control) bởi vì RNC

hoặc Iub không tham gia vào quá trình này Điều khiển HARQ lớp 1 được đặttại Node B, do đó việc lưu trữ các gói dữ liệu không báo nhận cùng chức năng

sắp xếp gói của quá trình tái truyền dẫn là không phụ thuộc vào RNC, nhưvậy sẽ tránh được trễ tải truyền dẫn, ngoài ra các trễ này sẽ thấp hơn trễ gây rabởi quá trình tái truyền dẫn RLC thông thường.

Kỹ thuật HARQ là điểm khác biệt cơ bản so với kỹ thuật phát lại trongWCDMA bởi bộ giải mã UE kết hợp với các thông tin mềm của quá trìnhphát lại của cùng một block ở cấp độ bit Kỹ thuật này đưa ra một số yêu cầu

về mở rộng dung lượng bộ nhớ của UE, do UE phải lưu các thông tin mềmcủa những lần phát giải mã không thành công

HARQ với kết hợp mềm cho phép đầu cuối yêu cầu phát lại các khốithu mắc lỗi, đồng thời điều chỉnh mịn tỷ lệ mã hiệu dụng và bù trừ các lỗi gây

ra do cơ chế thích ứng đường truyền Đầu cuối giải mã từng khối truyền tải

mã nó nhận được rồi báo cáo về Node B về việc giải mã thành công hay thấtbại cứ 5 ms một lần sau khi thu được khối này Cách làm này cho phép phátlại nhanh chóng các khối số liệu thu không thành công và giảm đáng kể trễliên quan đến phát lại so với WCDMA

Nguyên lý xử lý phát lại HSDPA được minh họa như trên hình 2.4

Hình 2.4 Nguyên lý xứ lý phát lại của Node B

Đầu tiên gói được nhận vào bộ nhớ đệm của Node B Ngay cả khi gói

đã được gửi đi Node B vẫn giữ gói này Nếu UE giải mã thất bại nó lưu góinhận được vào bộ nhớ đệm và gửi lệnh không công nhận (NAK) đến Node B.Node B phát lại cả gói hoặc chỉ phần sửa lỗi của gói tùy thuộc vào giải thuậtkết hợp gói tại UE UE kết hợp gói phát trước với gói được phát lại và giải

mã Trong trường hợp giải mã phía thu thất bại, Node B thực hiện phát lại màkhông cần RNC tham gia Máy di động thực hiện kết hợp các phát lại Pháttheo RNC chỉ thực hiện khi xảy ra sự cố hoạt động lớpvật lý (lỗi báo hiệuchằng hạn) Phát lại theo RNC sử dụng chế độ công nhận RLC, phát lại RLCkhông thường xuyên xảy ra

Không như HARQ truyền thống, trong kết hợp mềm, đầu cuối khôngloại bỏ thông tin mềm trong trường hợp nó không thể giải mã được khốitruyền tải mà kết hợp thông tin mềm từ các lần phát trước đó với phát lại hiện

thời để tăng xác suất giải mã thành công Phần dư tăng (IR-Increcmental

Redundancy) được sử dụng làm cơ sở cho kết hợp mềm trong HSDPA, nghĩa

là các lần phát lại có thể chứa các bit chẵn lẻ không có trong các lần pháttrước IR có thể cung cấp độ lợi đáng kể khi tỷ lệ mã đối với lần phát đầu cao

vì các bit chẵn lẻ bổ sung làm giảm tổng lỷ lệ mã Vì thế IR chủ yếu hữu íchtrong tình trạng giới hạn băng thông khi đầu cuối ở gần trạm gốc và số lượngcác mã định kênh chứ không phải công suất hạn chế tốc độ số liệu khả dụng.Node B điều khiển tập các bit được mã hóa sẽ sử dụng để phát lại có xét đếndung lượng nhớ khả dụng của UE

Trong hình 2.5 cho thấy ví dụ về sử dụng HARQ sử dụng mã turbo cơ

sở tỷ lệ mã r = 1/3 cho kết hợp phần dư tăng Trong lần phát đầu, gói bao

gồm tất cả các bit thông tin cùng với một số bit chẵn lẻ được phát nhờ kỹthuật đục lỗ Đến lần phát lại, chỉ các bit chẵn lẻ khác với các bit chẵn lẻ đượcphát trong gói trước là được phát Kết hợp gói phát trước và gói phát sau cho

ra một gói có nhiều bit dư để sửa lỗi hơn và vì thế đây là sơ đồ kết hợp phần

dư tăng

Giao thức phát lại được lựa chọn trong HSDPA là dừng và chờ

(SAW-Stop And Wait) do sự đơn giản của kiểu giao thức này đối với ARQ

(Automatic Repeat-reQuest) Trong SAW, bộ phát cố gắng phát block truyền

tải hiện tại nhiều lần cho đến khi nó được nhận thành công trước khi khởi tạoquá trình phát block tiếp theo Do có thể xảy ra trường hợp phát liên tục tớimột UE nào đó, N tiến trình SAW-ARQ có thể hoạt động song song để phục

vụ cho UE đó và các tiến trình khác nhau sẽ phát trong các TTI tách biệt Sốtiến trình SAW-ARQ tối đa cho mỗi UE là 8 (N=8) thường chọn gia trị của N

từ 4-6 Theo ước lượng của RTT lớp 1, thời gian trễ nhỏ nhất cho phép thờiđiểm phát và thời điểm phát lại lần thứ nhất khoảng 12 ms, có nghĩa nó yêucầu 6 tiến trình SAW phát liên tục tới một UE riêng lẻ

Hình 2.5 HARQ kết hợp phần dư tăng sử dụng mã turbo

2.3.1.4 Truyền dẫn kênh chia sẻ

Đặc điểm chủ yếu cuả HSDPA là truyền dẫn kênh chia sẻ Trongtruyền dẫn kênh chia sẻ, một bộ phận của tổng tài nguyên vô tuyến đườngxuống khả dụng trong ô (công suất phát và mã định kênh trong WCDMA)đựơc coi là tài nguyên chung được chia sẻ động theo thời gian giữa các người