Mô phỏng thông lượng hsdpa tron release 99 luận văn tốt nghiệp đại học

LỜI NÓI ĐẦUCùng với sự phát triển của các ngành công nghệ như điện tử, tin học, công nghệ thông tin di động trong những năm qua đã phát triển rất mạnh mẽ cung cấp các loại hình dịch v

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Vinh, 1-2012

MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC 2

LỜI NÓI ĐẦU 5

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 7

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN 8

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN 12

Chương 1 17

TIẾN TRÌNH TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ HSPA 17

1.1 Tổng quan hệ thống thông tin di động 17

Hình 1.1 Con đường phát triển của công nghệ mạng tế bào 17

1.1.1 Thế hệ thông tin di động 1G 17

1.1.2 Thế hệ thông tin di động 2G 18

1.1.3 Thế hệ di động 3G 19

Hình 1.2 Tình hình triển khai hệ thống thông tin di động từ 2005-2012 20

1.1.3.1 Các tham số chính của 3G - WCDMA 21

Bảng 1.1 Các thông số chính của WCDMA 22

1.1.3.2 Mạng 3.5 G 23

1.1.4 Thế hệ thông tin di động 4G 23

1.2 Tiến trình triển khai công nghệ và tiêu chuẩn hóa HSPA 24

Hình 1.3 Mốc phát hành các phiên bản và chuẩn hóa 25

1.3.1 Công nghệ HSDPA 25

1.3.1.1 Sự chuẩn hóa HSDPA trong 3GPP 25

1.3.1.2 Tình hình triển khai HSDPA 26

1.3.2 Công nghệ HSUPA và sự chuẩn hóa HSUPA trong 3GPP 27

Hình 1.4 Đề xuất giải pháp công nghệ cho HSUPA 28

1.4 Giải pháp dung lượng với HSDPA 28

Hình 1.6 Con đường phát triển của HSPA 31

1.5 Kết luận chương 31

Chương 2 32

CÁC GIAO THỨC VÀ CẤU TRÚC HSDPA 32

2.1 Giới thiệu chương 32

2.2 Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA cho người sử dụng 32

Hình 2.2 Cấu trúc giao diện radio trong Release 99 33

Hình 2.3 Kiến trúc mặt phẳng giao thức người sử dụng HSDPA 34

2.3 Sự tác động của HSDPA trong giao diện UTRAN 35

Hình 2.4 Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện (trường hợp HSDPA) 35

Hình 2.5 Các chức năng mới trong các phần tử của WCDMA khi đưa vào HSPA 37

2.4 Những cải tiến quan trọng của HSDPA so với WCDMA 38

Hình 2.6 Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDMA 38 2.5 Nguyên lý HSDPA 40

2.5.1 Giới thiệu 40

Hình 2.7 Tổng quan về HSDPA 40

2.5.2 Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao (HSDSCH) 41

2.5.3 Lập biểu phụ thuộc kênh 42

2.5.4 Truyền dẫn thích ứng trên cơ sở điều chế và mã hóa kênh thích ứng 44

2.5.4.1 Mã hóa kênh HSDSCH 45

2.5.4.2 Điều chế HS-DSCH 46

2.5.5 HARQ với kết hợp mềm 46

2.5.6 Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao HSSCCH 49

2.5.7 Kênh điều khiển vật lý dành riêng tốc độ cao HSDPCCH 49

2.6 Kết luận chương 51

Chương 3 53

MÔ PHỎNG HSDPA TRONG RELEASE 99 53

3.1 Giới thiệu chương 53

3.2 Mô phỏng hoạt động của HSDPA trong Release 99 .53

3.2.1 Hệ thống mô phỏng 53

3.2.2 Kế hoạch mô phỏng .53

3.2.2.1 Thiết lập thông số 54

3.2.2.2 Mô phỏng 55

Bảng 3.1 Bảng CQI cho category UE từ 12 57

3.2.2.3 Sơ đồ thuật toán 58

a Sơ đồ thuật toán chương trình chính 58

b Sơ đồ thuật toán chương trình con 59

3.2.2.4 Giao diện mô phỏng 61

Hình 3.3 Giao diện chọn mode cần mô phỏng 62

3.2.3 Kết quả mô phỏng 62

Hình 3.5 Thông lượng trung bình theo công suất HSDPA trên 1 cell 63

3.5 Kết luận chương 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ như điện tử, tin học, công nghệ thông tin di động trong những năm qua đã phát triển rất mạnh mẽ cung cấp các loại hình dịch vụ đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng Kể từ khi ra đời vào cuối năm 1940 cho đến nay thông tin di động đã phát triển qua nhiều thế hệ và đã tiến một bước dài trên con đường công nghệ

Trong những năm vừa qua, mạng thông tin di động của Việt Nam đã và đang xây dựng các hệ thống mạng thế hệ 3 để đáp ứng các yêu cầu về dịch vụ cũng như đòi hỏi về chất lượng dịch vụ Mạng thông tin di động HSDPA đã được xây dựng và đang tiếp tục được mở rộng trên toàn quốc có khả năng đáp ứng nhu cầu về chất lượng và dịch vụ hiện nay Do đó việc nghiên cứu về mạng thông tin di động HSDPA là một điều tất yếu Xuất phát từ những suy

nghĩ như vậy nên em đã quyết định chọn đề tài: " Mô phỏng thông lượng

HSDPA trong release 99"

Nội dung đồ án gồm 3 chương :

Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động, trong đó trình bày tổng quan về quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động, đặc biệt là hệ thống thông tin di động WCDMA và mạng di động HSDPA nói riêng Tìm hiểu khái quát và tiêu chuẩn hóa HSPA

Chương 2: Các giao thức và cấu trúc của HSDPA, tìm hiểu cụ thể về kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA cho số liệu người sử dụng, sự tác động của HSDPA trong giao diện UTRAN và nguyên lý HSDPA

Chương 3: Mô phỏng HSDPA trong Release 99, tiến hành mô phỏng thông lượng HSDPA trong cell.

Trong quá trình làm đồ án em đã hết sức cố gắng học hỏi, tìm hiểu tham khảo tài liệu tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót Do vậy em rất mong nhận được những ý khiến đóng góp của các thầy cô giáo và các bạn sinh viên

Qua đây em xin chân thành cảm ơn ThS Lê Đình Công đã nhiệt tình

hướng dẫn và chỉ bảo cho em trong suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp này, và

em cũng xin được chân thành cảm ơn tất cả các Thầy, Cô Giáo trong và ngoài khoa đã nhiệt tình giảng dạy trong suốt những năm em được học tập và nghiên cứu tại trường để em có được một vốn hiểu biết mới

Em xin chân thành cảm ơn!

Vinh, tháng 1 năm 2012 Sinh viên thực hiện

Lê Thành Chung

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Hiện nay, chúng ta đang sống trong kỷ nguyên của sự bùng nổ thông tin, việc trao đổi thông tin diễn ra khắp mọi nơi trên thế giới với yêu cầu nhanh chóng và chính xác Thông tin di động đang phát triển rất mạnh mẽ và phong phú về các loại hình dịch vụ Thế hệ di động 3G đã có nhưng bước đột phá khi mang đến cho người sử dụng những loại hình dịch vụ mới mẻ và chất lượng dịch vụ tốt Nhưng với như cầu trao đổi dung lượng thông tin của người sử dụng đang tăng nhanh chóng thì cần có những giải pháp công nghệ để đáp ứng nhu cầu đó Mục đích của đồ án là tìm hiểu về công nghệ HSPA cụ thể là công nghệ HSDPA Qua đó đưa ra các mô phỏng về thông lượng của HSDPA nhằm triển khai thực tế ở một số khu vực nào đó Đồ án trình bày một cách tóm tắt về quá trình phát triển của các thế hệ thông tin di động Phần tiếp theo là tìm hiểu về công nghệ HSDPA Phần cuối của đồ án là mô phỏng thông lượng của HSDPA trong cell ở một khu vực cụ thể

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN

Trang

MỤC LỤC 2

LỜI NÓI ĐẦU 5

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 7

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN 8

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN 12

Chương 1 17

TIẾN TRÌNH TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ HSPA 17

Hình 1.1 Con đường phát triển của công nghệ mạng tế bào 17

Hình 1.2 Tình hình triển khai hệ thống thông tin di động từ 2005-2012 20

Bảng 1.1 Các thông số chính của WCDMA 22

Hình 1.3 Mốc phát hành các phiên bản và chuẩn hóa 25

Hình 1.4 Đề xuất giải pháp công nghệ cho HSUPA 28

Hình 1.6 Con đường phát triển của HSPA 31

Chương 2 32

CÁC GIAO THỨC VÀ CẤU TRÚC HSDPA 32

Hình 2.2 Cấu trúc giao diện radio trong Release 99 33

Hình 2.3 Kiến trúc mặt phẳng giao thức người sử dụng HSDPA 34

Hình 2.4 Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện (trường hợp HSDPA) 35

Hình 2.5 Các chức năng mới trong các phần tử của WCDMA khi đưa vào HSPA 37

Hình 2.6 Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDMA 38

Hình 2.7 Tổng quan về HSDPA 40

Chương 3 53

MÔ PHỎNG HSDPA TRONG RELEASE 99 53

Bảng 3.1 Bảng CQI cho category UE từ 12 57

Hình 3.3 Giao diện chọn mode cần mô phỏng 62

Hình 3.5 Thông lượng trung bình theo công suất HSDPA trên 1 cell 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

DANH SÁCH CÁC BẢNG TRONG ĐỒ ÁN MỤC LỤC 2

LỜI NÓI ĐẦU 5

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 7

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN 8

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN 12

Chương 1 17

TIẾN TRÌNH TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ HSPA 17

1.1 Tổng quan hệ thống thông tin di động 17

Hình 1.1 Con đường phát triển của công nghệ mạng tế bào 17

1.1.1 Thế hệ thông tin di động 1G 17

1.1.2 Thế hệ thông tin di động 2G 18

1.1.3 Thế hệ di động 3G 19

Hình 1.2 Tình hình triển khai hệ thống thông tin di động từ 2005-2012 20

Bảng 1.1 Các thông số chính của WCDMA 22

1.1.4 Thế hệ thông tin di động 4G 23

1.2 Tiến trình triển khai công nghệ và tiêu chuẩn hóa HSPA 24

Hình 1.3 Mốc phát hành các phiên bản và chuẩn hóa 25

1.3.1 Công nghệ HSDPA 25

1.3.2 Công nghệ HSUPA và sự chuẩn hóa HSUPA trong 3GPP 27

Hình 1.4 Đề xuất giải pháp công nghệ cho HSUPA 28

1.4 Giải pháp dung lượng với HSDPA 28

Hình 1.6 Con đường phát triển của HSPA 31

1.5 Kết luận chương 31

Chương 2 32

CÁC GIAO THỨC VÀ CẤU TRÚC HSDPA 32

2.1 Giới thiệu chương 32

2.2 Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA cho người sử dụng 32

Hình 2.2 Cấu trúc giao diện radio trong Release 99 33

Hình 2.3 Kiến trúc mặt phẳng giao thức người sử dụng HSDPA 34

2.3 Sự tác động của HSDPA trong giao diện UTRAN 35

Hình 2.4 Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện (trường hợp HSDPA) 35

Hình 2.5 Các chức năng mới trong các phần tử của WCDMA khi đưa vào HSPA 37

2.4 Những cải tiến quan trọng của HSDPA so với WCDMA 38

Hình 2.6 Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDMA 38 2.5 Nguyên lý HSDPA 40

2.5.1 Giới thiệu 40

Hình 2.7 Tổng quan về HSDPA 40

2.5.2 Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao (HSDSCH) 41

2.5.3 Lập biểu phụ thuộc kênh 42

2.5.4 Truyền dẫn thích ứng trên cơ sở điều chế và mã hóa kênh thích ứng 44

2.5.5 HARQ với kết hợp mềm 46

2.5.6 Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao HSSCCH 49

2.5.7 Kênh điều khiển vật lý dành riêng tốc độ cao HSDPCCH 49

2.6 Kết luận chương 51

Chương 3 53

MÔ PHỎNG HSDPA TRONG RELEASE 99 53

3.1 Giới thiệu chương 53

3.2 Mô phỏng hoạt động của HSDPA trong Release 99 .53

3.2.1 Hệ thống mô phỏng 53

3.2.2 Kế hoạch mô phỏng .53

Bảng 3.1 Bảng CQI cho category UE từ 12 57

Hình 3.3 Giao diện chọn mode cần mô phỏng 62

3.2.3 Kết quả mô phỏng 62

Hình 3.5 Thông lượng trung bình theo công suất HSDPA trên 1 cell 63

3.5 Kết luận chương 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN

Mode

Chế độ truyền dị bộ

BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc

Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

Channel

Kênh điều khiển vật lý riêng

Channel

Kênh số liệu vật lý riêng

Spectrum

Trải phổ chuỗi trực tiếp

Kênh riêng tăng cường

GPRS Evolution

Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GPRS

Kênh số liệu riêng tăng cường

Channel

Kênh cho phép tương đối tăng cường

Node

Nút hỗ trợ GPRS cổng

GPRS General Packet Radio

Service

Dịch vụ vô tuyến gói chung

Communications

Hệ thống thông tin di động tòan cấu

reQuest

Yêu cầu phát lại tự động linh hoạt

Packet Access

Truy nhập hói đường xuống tốc

độ caoHS-DPCCH High-Speed Dedicated

Physical Control Channel

Kênh điều khiển vật lý riêng tốc độ cao

Dedicated Shared Channel

Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc độ cao

Service

Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện

Hệ số trải phổ khả biến trực giao

Ratio suất trung bình

Physical Channel

Kênh vật lý điều khiển chung

sơ cấp

Channel

Kênh vật lý gói chung

Protocol

Giao thức hội tụ số liệu gói

Channel

Kênh chia sẻ đường xuống vật lý

Channel

Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên

Điều chế biên độ vuông góc

Keying

Khóa chuyển pha vuông góc

Physical Channel

Kênh vật lý điều khiển chung

sơ cấp

Node

Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

thời gian

Telecommunications System

Hệ thống thông tin di động toàn cấu

Chương 1

TIẾN TRÌNH TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ HSPA

1.1 Tổng quan hệ thống thông tin di động

Trong hơn 25 năm qua, sự phát triển của Internet cũng như các công nghệ không dây đã có ảnh hưởng rất lớn đến cuộc sống của con người trên toàn thế giới Hai nhân tố này đã làm thay đổi cách con người liên lạc với nhau, cách họ làm việc, cách họ hưởng thụ cuộc sống thông qua các loại hình giải trí mới Với sự ra đời của mạng thông tin di động tế bào, chúng ta đã chứng kiến sự tăng vọt về nhu cầu dịch vụ không dây & di động

Hình 1.1 Con đường phát triển của công nghệ mạng tế bào

1.1.1 Thế hệ thông tin di động 1G

1G là chữ viết tắt của công nghệ điện thoại không dây thế hệ đầu tiên (1st Generation) Là mạng thông tin di động không dây cơ bản đầu tiên trên thế giới Nó là hệ thống giao tiếp thông tin qua kết nối tín hiệu analog được giới thiệu lần đầu tiên vào những năm đầu thập niên 80s Nó sử dụng các ăng-ten thu phát sóng gắn ngoài, kết nối theo tín hiệu analog tới các trạm thu phát sóng và nhận tín hiệu xử lý thoại thông qua các module gắn trong máy di động Mặc dù là thế hệ mạng di động đầu tiên với tần số chỉ từ 150MHz

nhưng mạng 1G cũng phân ra khá nhiều chuẩn kết nối theo từng phân vùng riêng trên thế giới: NMT (Nordic Mobile Telephone) là chuẩn dành cho các nước Bắc Âu và Nga; AMPS (Advanced Mobile Phone System) tại Hoa Kỳ; TACS (Total Access Communications System) tại Anh; JTAGS tại Nhật; C-Netz tại Tây Đức; Radiocom 2000 tại Pháp; RTMI tạiÝ.

 Đặc trưng của hệ thống 1G:

 Dung lượng (Capacity) thấp

 Phương thức truy nhập : FDMA

 Dịch vụ đơn thuần là thoại

 Kỹ thuật chuyển mạch tương tự ( Circuit – switched)

 Xác suất rớt cuộc gọi cao

 Khả năng handoff ( chuyển cuộc gọi giữa các tế bào) không tin cậy

 Chất lượng âm thanh kém

 Không có chế độ bảo mật

1.1.2 Thế hệ thông tin di động 2G

Là thế hệ kết nối thông tin di động mang tính cải cách cũng như khác hoàn toàn so với thế hệ đầu tiên Nó sử dụng các tín hiệu kỹ thuật số thay cho tín hiệu analog của thế hệ 1G và được áp dụng lần đầu tiên tại Phần Lan bởi Radiolinja (hiện là nhà cung cấp mạng con của tập đoàn Elisa Oyj) trong năm

1991 Mạng 2G mang tới cho người sử dụng di động 3 lợi ích tiến bộ trong suốt một thời gian dài: mã hoá dữ liệu theo dạng kỹ thuật số, phạm vi kết nối rộng hơn 1G và đặc biệt là sự xuất hiện của tin nhắn dạng văn bản đơn giản – SMS Theo đó, các tín hiệu thoại khi được thu nhận sẽ đuợc mã hoá thành tín hiệu kỹ thuật số dưới nhiều dạng mã hiệu (codecs), cho phép nhiều gói mã thoại được lưu chuyển trên cùng một băng thông, tiết kiệm thời gian và chi phí Song song đó, tín hiệu kỹ thuật số truyền nhận trong thế hệ 2G tạo ra nguồn năng lượng sóng nhẹ hơn và sử dụng các chip thu phát nhỏ hơn, tiết kiệm diện tích bên trong thiết bị hơn…

 Các đặc trưng của công nghệ 2G

 Dung lượng tăng

 Chất lượng thoại tốt hơn

 Hỗ trợ các dịch vụ số liệu (data)

 Phương thức truy nhập: TDMA, CDMA băng hẹp

 Chuyển mạch: chuyển mạch kênh (Circuit – switching)

 Mạng di động 2.5 G

Là thế hệ kết nối thông tin di động bản lề giữa 2G và 3G Chữ số 2.5G chính là biểu tượng cho việc mạng 2G được trang bị hệ thống chuyển mạch gói bên cạnh hệ thống chuyển mạch theo kênh truyền thống Nó không được định nghĩa chính thức bởi bất kỳ nhà mạng hay tổ chức nào và chỉ mang mục đích duy nhất là tiếp thị công nghệ mới theo mạng 2G Mạng 2.5G cung cấp một số lợi ích tương tự mạng 3G và có thể dùng cơ sở hạ tầng có sẵn của các nhà mạng 2G trong các mạng GSM và CDMA Và tiến bộ duy nhất chính là GPRS - công nghệ kết nối trực tuyến, lưu chuyển dữ liệu được dùng bởi các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông GSM Bên cạnh đó, một vài giao thức, chẳng hạn như EDGE cho GSM và CDMA2000 1x-RTT cho CDMA, có thể đạt được chất lượng gần như các dịch vụ cơ bản 3G (bởi vì chúng dùng một tốc

độ truyền dữ liệu chung là 144 kbit/s), nhưng vẫn được xem như là dịch vụ 2.5G (hoặc là nghe có vẻ phức tạp hơn là 2.75G) bởi vì nó chậm hơn vài lần

so với dịch vụ 3G thực sự

 Các dịch vụ số liệu cải tiến:

 Tốc độ bit data cao hơn

 Hỗ trợ kết nối Internet

 Phương thức chuyển mạch: chuyển mạch gói – Packet Switching

1.1.3 Thế hệ di động 3G

3-G, (Third-generation technology) là công nghệ truyền thông thế hệ thứ

ba, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh ) 3G cung cấp cả hai hệ thống là chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập radio hoàn toàn khác so với hệ thống 2G hiện nay Điểm mạnh của công nghệ

này so với công nghệ 2G và 2.5G là cho phép truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, hình ảnh chất lượng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở các tốc độ khác nhau Với công nghệ 3G, các nhà cung cấp có thể mang đến cho khách hàng các dịch vụ đa phương tiện, như âm nhạc chất lượng cao; hình ảnh video chất lượng và truyền hình số; Các dịch vụ định vị toàn cầu (GPS); E-mail;video streaming; High-ends games;

Tình hình triển khai:

Hình 1.2 Tình hình triển khai hệ thống thông tin di động từ 2005-2012WCDMA (wideband code division multiple access) là chuẩn liên lạc 3G song hành cùng với chuẩn GSM WCDMA là công nghệ nền tảng cho các công nghệ 3G khác như là UMTS và FOMA.WCDMA được tập đoàn EITS NTT Docomo Nhật bản phát triển riêng cho mạng 3G FOMA Sau đó NTT đã trình lên liên hiệp truyền thông quốc tế ITU và xin công nhận dưới danh nghĩa

là một thành viên của chuẩn 3G có tên gọi IMT2000 ITU đã chấp thuận và công nhận WCDMA là giao diện nền tảng cho UMTS FOMA được NTT Docomo đưa vào ứng dụng từ năm 2001 và được coi là dịch vụ 3G thương

mại đầu tiên trên thế giới.Mặc dù cũng dựa vào nền tảng WCDMA song FOMA lại không tương thích với UMTS.

1.1.3.1 Các tham số chính của 3G - WCDMA

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

− Tốc độ chip sử dụng cho WCDMA có tốc độ 3.84 Mbps tương ứng với băng tần truyền dẫn WCDMA là 5 MHz Băng thông truyền dẫn lớn của WCDMA 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 khái niệm sử dụng băng thông theo nhu cầu có thể được thực hiện Trong một khung truyền dẫn thì có tốc độ dữ liệu là cố định Tuy nhiên tốc độ dữ liệu giữa các 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 thì các cặp tần số sóng mang với độ rộng 5 MHz được sử dụng cho kênh truyền dẫn hướng lên và hướng xuống một cách tương ứng Trong khi đó ở chế độ TDD thì chỉ có một sóng mang độ rộng 5 MHz được sử dụng cho cả đường lên và đường xuống theo kiểu phân chia theo thời gian TDD được sử dụng ở dải 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 bộ cho tất cả các BTS trong mạng ví dụ như sử dụng GPS Chế độ làm việc không đồng bộ này giúp cho WCDMA trở nên dễ triển khai 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 trên đường xuống đối với mạng 2G IS-95.

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

− WCDMA được thiết kế để có thể triển khai bên cạnh hệ thống GSM thế hệ 2 Nghĩa là WCDMA có thể hỗ trợ chuyển giao giữa hai hệ thống WCDMA và GSM nhằm đảm bảo một sự dịch chuyển mềm dẻo khi triển khai mạng 3G-WCDMA

Bảng 1.1 Các thông số chính của WCDMA

Cấu trúc kênh hướng xuống Trải phổ trực tiếp

Điều chế trải phổ

QPSK cân bằng (hướng xuống)QPSK kép (hướng lên)

Mạch truyền phức hợpĐiều chế dữ liệu

QPSK (hướng xuống)BPSK (hướng lên)Phát hiện kết nối

Kênh pilot ghép thời gian (hướng lên và hướng xuống)

Không kênh pilot chung hướng xuốngGhép kênh hướng lên

Kênh điều khiển, kênh pilot ghép thời gianGhép kênh I&Q cho kênh dữ liệu và kênh điều khiển

Điều khiển công suất Vòng hở và vòng khép kín (tốc độ 1,6

KHz)Trải phổ (hướng lên) Mã trực giao dài để phân biệt kênh,

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

mã gold 241

Chuyển giao khác tần số

1.1.3.2 Mạng 3.5 G

Là hệ thống mạng di động truyền tải tốc độ cao HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), phát triển từ 3G và hiện đang được 166 nhà mạng tại 75 nước đưa vào cung cấp cho người dùng Nó đuợc kết hợp từ 2 công nghệ kết nối không dây hiện đại HSPA và HSUPA, cho phép tốc độ truyền dẫn lên đến 7.2Mbp/s

1.1.4 Thế hệ thông tin di động 4G

4-G, là công nghệ truyền thông không dây thế hệ thứ tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1 - 1,5 Gbit/s Cách đây không lâu thì một nhóm gồm 26 công ty trong đó có Vodafone (Anh), Siemens (Đức), Alcatel (Pháp), NEC và DoCoMo (Nhật Bản), đã ký thỏa thuận cùng nhau phát triển một tiêu chí cao cấp cho ĐTDĐ, một thế hệ thứ 4 trong kết nối di động - đó chính là nền tảng cho kết nối 4G sắp tới đây Công nghệ 4G được hiểu là chuẩn tương lai của các thiết bị không dây Các nghiên cứu đầu tiên của NTT DoCoMo cho biết, điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu với tốc độ 100 Mbit/s khi di chuyển và tới 1 Gbit/s khi đứng yên, cũng như cho phép người sử dụng có thể tải và truyền lên các hình ảnh, video clips chất lượng cao Mạng điện thoại 3G hiện tại của DoCoMo có tốc độ tải là 384 Kbit/s và truyền dữ liệu lên với tốc độ 129 Kbit/s NTT DoCoMo cũng hy vọng trong vòng 2010 - 2012 sẽ có thể đưa mạng 4G vào kinh doanh, cho phép người dùng truyền tải các dữ liệu HD, xem tivi tốc độ cao, trải nghệm web

tiên tiến hơn cũng như mang lại cho người dùng nhiều tiện lợi hơn nữa từ chính chiếc di động của mình.

 Hiện nay đang xây dựng chuẩn

 Cải tiến về dịch vụ dữ liệu: Tốc độ bit: 20 – 100 Mb/s

 Phương thức điều chế: OFDM, MC-CDMA

 Xu hướng kết hợp: mạng lõi IP + mạng truy nhập di động (3G)

và truy nhập vô tuyến Wimax & Wi-Fi !

1.2 Tiến trình triển khai công nghệ và tiêu chuẩn hóa HSPA

3GPP là tổ chức chuẩn hóa các công nghệ mạng thông tin di động tế bào cho cả HSDPA và HSUPA và đã đạt được kết quả rất tốt như đối với bản phát hành công nghệ đa truy cập phân chia theo mã băng rộng WCDMA Hơn thế, 3GPP còn chịu trách nhiệm cho việc chuẩn hóa giải pháp toàn cầu

về tốc độ dữ liệu cải tiến và hệ thống di động cho hệ thống toàn cầu (GSM/EDGE).Theo đó, WCDMA đã được lựa chọn ở một vài khu vực như là

cơ sở cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3, và trở thành nguyên lý công nghệ cho hoạt động ở một vài khu vực lân cận Do đó, đến cuối năm

1998, Mỹ, châu Âu, Hàn Quốc và Nhật Bản đã lựa chọn và tạo ra 3 GPP

Mốc đầu tiên đạt được là vào cuối năm 1999 khi Re’99 được công bố, bao hàm được đầy đủ các đặc tính kỹ thuật của các bản đã phát hành WCDMA Re’4 phát hành vào đầu năm 2001

2011 2010

2009 2008

2007 2006

2005 2004

2003 2002

Hình 1.3 Mốc phát hành các phiên bản và chuẩn hóaHSPA (High-Speed Packet Access: Truy cập tốc độ cao) là một công nghệ truyền dẫn không dây đang được ứng dụng cho các thiết bị thông tin di động Hiện HSPA đã có hơn 370 mạng đang hoạt động trên toàn cầu HSPA hiện đang hỗ trợ tốc độ dữ liệu 42 Mbps cho đường xuống (HSDPA) và 11.5 Mbps cho đường lên (HSUPA) Công nghệ này giúp tăng dung lượng mạng

và giảm thời gian trễ đối với các dịch vụ tương tác Tính trung bình, người sử dụng có thể download với tốc độ nhanh gấp nhiều lần so với kết nối GPRS đang được các nhà khai thác tại Việt Nam cung cấp hiện nay Trong tương lai gần, HSPA sẽ được nâng cấp lên Release 9 với tốc độ 100 Mbps cho đường xuống và 23 Mbps cho đường lên(đối với multicarrier and MIMO)

1.3.1 Công nghệ HSDPA

1.3.1.1 Sự chuẩn hóa HSDPA trong 3GPP

HSDPA là một phương thức truyền tải dữ liệu theo phương thức mới Đây được coi là sản phẩm của dòng 3.5G Công nghệ này cho phép dữ liệu download về máy điện thoại có tốc độ tương đương với tốc độ đường truyền ADSL, vượt qua những cản trở cố hữu về tốc độ kết nối của một chiếc điện thoại thông thường Đây là giải pháp mang tính đột phá về mặt công nghệ và được phát triển trên cơ sở của hệ thống 3G W-CDMA

HSDPA có tốc độ truyền tải dữ liệu lên tối đa gấp 5 lần so với khi sử dụng công nghệ W-CDMA Về mặt lý thuyết, HSDPA có thể đạt tốc độ truyền tải dữ liệu lên tới 42-84 Mbps

Mặc dù có thể truyền tải bất cứ dạng dữ liệu nào, song mục tiêu chủ yếu của HSDPA là dữ liệu dạng video và nhạc

HSDPA được phát triển dựa trên công nghệ W-CDMA, sử dụng các phương pháp chuyển đổi và mã hóa dữ liệu khác Nó tạo ra một kênh truyền

dữ liệu bên trong W-CDMA được gọi là HS-DSCH (High Speed Downlink

Shared Channel), hay còn gọi là kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao Kênh truyền tải này hoạt động hoàn toàn khác biệt so với các kênh thông thường và cho phép thực hiện download với tốc độ vượt trội Và đây là một kênh chuyên dụng cho việc download Điều đó cũng có nghĩa là dữ liệu sẽ được truyền trực tiếp từ nguồn đến điện thoại.

Song quá trình ngược lại, tức là truyền dữ liệu từ điện thoại đến một nguồn tin thì không thể thực hiện được khi sử dụng công nghệ HSDPA Công nghệ này có thể được chia sẻ giữa tất cả các user có sử dụng sóng radio, sóng cho hiệu quả download nhanh nhất

Ngoài HS-DSCH, còn có 3 kênh truyền tải dữ liệu khác cũng được phát triển, gồm có HS-SCCH (High Speed Shared Control Channel – kênh điều khiển dùng chung tốc độ cao), HS-DPCCH (High Speed Dedicated Physical Control Channel – kênh điều khiển vật lý dành riêng tốc độ cao) và HS-PDSCH (High Speed Downlink Shared Channel – kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao) Kênh HS-SCCH thông báo cho người sử dụng về thông tin

dữ liệu sẽ được gửi vào các cổng HS-DSCH Trong năm 2007, một số lượng lớn các nhà cung cấp dịch vụ di động trên toàn thế giới đã bắt đầu bán các sản phẩm USB Modem có chức năng kết nối di động băng thông rộng Ngoài ra,

số lượng các trạm thu phát HSDPA trên mặt đất cũng tăng nhanh để đáp ứng nhu cầu thu phát dữ liệu

1.3.1.2 Tình hình triển khai HSDPA

Theo số liệu của Nghiệp đoàn di động toàn cầu (GSA) công nghệ 3,5G (HSDPA) chiếm đến 69% trong tổng số mạng di động trên toàn cầu

Nếu như 2006, có 166 mạng di động hỗ trợ HSDPA tại 75 nước, thì tháng 10 năm 2010, số nhà mạng sử dụng công nghệ này là 405, ở 157 quốc gia và vùng lãnh thổ Các nhà mạng trang bị công nghệ này được phân bố tại nhiều vùng khác nhau trên thế giới, Americas (31 nước), tiếp đó là APAC (29 nước), Europe (58 nước), Middle East/Africa (39 nước) HSDPA tại nhiều

vùng có tốc độ download lên tới 42 MB/giây, còn bình thường cũng đạt từ 1.8 MB/giây đến 3.6 MB/giây Tuy nhiên, tốc độ giữa các mạng cũng không đều nhau Có tới 82.7% số mạng có tốc độ download cao nhất là 3,6 MB/giây, trong khi đó chỉ có 61% số mạng đạt 7,2 MB/giây GSA cho rằng, sự phát triển của mạng 3,5G ảnh hưởng đến các dịch vụ băng tần trên toàn cầu, nhiều nhà mạng đang cố gắng triển khai thêm HSPA (bao gồm HSDPA và HSUPA).

1.3.2 Công nghệ HSUPA và sự chuẩn hóa HSUPA trong 3GPP

Mặc dù HSUPA là một thuật ngữ được sử dụng rộng rãi trên thị trường, nhưng khi chuẩn hóa cho HSUPA trong 3GPP thì nó vẫn được thực hiện dưới tên ‘kênh dành riêng đường lên cải tiến’(E-DCH) Các hãng sản xuất thiết bị

và cung ứng sản phẩm lớn trên thế giới như Motorola, Nokia, Ericsson cũng tham gia vào nghiên cứu và thúc đẩy công nghệ này phát triển

Nghiên cứu kết thúc vào tháng 3 năm 2004, 3GPP bắt đầu thực hiện công việc đầu tiên là xây dựng công nghệ HSUPA từ lớp vật lý HARQ, kỹ thuật dựa vào node B đối với đường lên, cũng như là độ dài TTI đường lên ngắn hơn

Sự đầu tư về công nghệ trong việc nghiên cứu HSUPA được chỉ ra trong hình sau:

HSUPA ?

TTI ngắn hơn

cho đường lên

TTI ngắn hơn

cho đường lên

HARQ cho đường xuống

Thiết lập nhanh kênh dành riêng

Thiết lập nhanh kênh dành riêng

Hình 1.4 Đề xuất giải pháp công nghệ cho HSUPAVào tháng 3 năm 2005, 3GPP hoàn thành các chức năng về kỹ thuật, và cấu trúc Trong suốt năm 2005, tổ chức thảo luận các yêu cầu cần đạt được để công nghệ HSUPA hoạt động hiệu quả Bước cuối cùng là hoàn thành khả năng tương thích phía sau giao thức, với việc cho phép giới thiệu thiết bị trên thị trường (hình 1.4).

Hình 1.5 Những công nghệ được chọn trong HSUPA

1.4 Giải pháp dung lượng với HSDPA

Chất lượng của một hệ thống vô tuyến được xác định thông qua việc các chương trình ứng dụng được sử dụng thông qua mạng vô tuyến như thế nào Thuật ngữ khóa để có thể xác định chất lượng các chương trình ứng dụng bao gồm tốc độ dữ liệu và thời gian trễ mạng Các chương trình ứng dụng đó vẫn

có thể được đón nhận với tốc độ bít chậm với vài chục kbps nhưng yêu cầu độ trễ phải thấp, giống như kiểu VoIP và các trò chơi hành động thời gian thực Mặt khác, thời gian tải xuống của số lượng lớn các file chỉ được xác định bởi tốc độ dữ liệu lớn nhất, và thời gian chờ không đóng vai trò gì GPRS Re’99 cung cấp 30-40 kbps với thời gian chờ là 600 ms EGPRS Re’4 không chỉ tăng tốc độ bít lên cao hơn từ 3-4 lần mà còn giảm thời gian chờ xuống còn 300ms Tốc độ dữ liệu và thời gian chờ cho phép cho phép chất lượng các chương trình

HSUPA

TTI ngắn hơn

cho đường lên

TTI ngắn hơn

cho đường lên

Node B lập lịch nhanh cho đường lên

Node B lập lịch nhanh cho đường lên

HARQ cho đường xuống

HARQ cho đường xuống

ứng dụng đều đặn đối với các chương trình ứng dụng di động cơ sở bao gồm duyệt giao thức ứng dụng không dây (WAP) và ấn để nói (push to talk).

WCDMA cho phép tốc độ dữ liệu là 384kbps với thời gian chờ là từ 100-200ms nó cũng làm cho việc truy nhập Internet gần như nhanh nhất đến kết nối đường dây thuê bao số và cung cấp chất lượng tốt đối với các chương trình ứng dụng giao thức Internet độ trễ thấp

HSPA đạt đến tốc độ bít cao và làm cho thời gian chờ mạng giảm xuống đáng kể, nên người sử dụng có thể được thưởng thức chất lượng chương trình giống như đối với các kết nối đường dây ADSL Chủ yếu HSPA là truy nhập băng rộng với khả năng liền mạch và độ bao phủ rộng rãi

HSPA hiện tại đang được thiết kế để tạo ra tốc độ bít cao không chỉ đối với các ứng dụng thời gian thực Kết quả tính toán trên hình vẽ đã chỉ ra,tuy nhiên, HSPA có thể đáp ứng dung lượng hoạt động cũng như là đối với các chương trình ứng dụng có thời gian trễ và tốc độ bít thấp như VoIP 3GPP Re’8 và 9 cũng đã cải thiện được hiệu suất của HSPA đối với VoIP và các ứng dụng tương tự khác

Hiệu suất trải phổ cao, dung lượng tế bào cao được yêu cầu để đạt được tốc độ bít cao hơn và một vài thiết bị mới với cùng những vị trí trạm gốc hiện tại Hình 1.5 minh họa cho dung lượng tế bào dự tính với HSPA cơ sở và với HSPA được cải tiến trong môi trường vĩ mô tế bào HSPA cơ sở bao gồm có một anten nhận trong thiết bị đầu cuối và 2 anten nhánh đa dạng trong các trạm gốc HSPA cải tiến thì bao gồm 2 anten điều chỉnh di dộng và bộ khử nhiễu ở trong trạm gốc Kết quả mô phỏng chỉ ra rằng HSPA có thể đem lại lợi ích về chất lượng và dung lượng HSDPA cơ sở có dung lượng tế bào cao gấp 3 lần của WCDMA và HSDPA cải tiến thì có dung lượng tế bào cao gấp

6 lần WCDMA

Hình 1.6 Con đường phát triển của HSPAHiệu suất trải phổ của HSDPA cải tiến bị giới hạn là 1bit/s/Hz/cell Mức độ cải thiện dung lượng đường lên của HSDPA được dự đoán là trong khoảng từ 30% đến 70%.

1.5 Kết luận chương

Đến nay, với sự ra đời của hệ thông tin thế hệ 3 với kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã băng rộng, dịch vụ thoại đã được mở rộng thành dịch vụ thoại thấy hình – dịch vụ mà trước kia chỉ có trong các cơ quan tổ chức quan trọng hay các doanh nghiệp lớn với giá thành rất cao để chi trả cho thuê đường truyền cũng như thiết bị đầu cuối Bên cạnh đó nó còn cung cấp nhiều dịch vụ đa phương tiện như gửi, nhận các các tệp ảnh hay các đoạn video cũng như xem truyền hình quảng bá Ngoài ra còn cung cấp các dịch vụ truy cập mạng Internet với tốc độ nhanh không kém gì so với tốc độ truy cập của một máy tính để bàn Việc xây dựng và phát triển mạng thông tin di động thế hệ 3

là nhu cầu tất yếu của các nhà mạng thông tin di động ở nước ta hiện nay

Từ những lý thuyết trình bày như trên , chúng ta sẽ tiếp tục tìm hiểu về các cấu trúc và giao thức của HSPA

Chương 2

CÁC GIAO THỨC VÀ CẤU TRÚC HSDPA

2.1 Giới thiệu chương

Chương này sẽ cung cấp kiến thức giúp ta hiểu biết sâu hơn về giao thức

và cấu trúc của HSDPA Đồng thời, ta cũng biết thêm về những chức năng mới được đưa vào thêm trong công nghệ HSDPA

Các chủ đề được trình bày trong chương :

• Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA cho số liệu người sử dụng

2.2 Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA cho người sử dụng

Đối với HSDPA chức năng MAC mới (MAC-hs) được đặt trong node B

để xử lý phát lại nhanh dựa trên HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request: yêu cầu phát lại tự động lai ghép), lập biểu và ưu tiên

32

Nén tiêu đề IP (PDCP)

Phân đoạn và lặp (RLC)

Ghép kênh (MAC – d)

Sắp đặt lại (MAC-es)MAC - e

MAC - hsKênh riêng (DCH)

Các dịch vụ

CS như:

tiếng thoại,

AMR, video

Hình 2.1 Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA cho số liệu người sử dụngTrong Re’99, kiến trúc có thể được xác định đối với người sử dụng Lớp RRC điều khiển thực hiện tất cả các tín hiệu liên quan đến việc cấu hình các kênh, thiết bị quản lý di động, điều này được ẩn từ đầu cuối thiết bị sử dụng

và được chỉ ra thông qua kiến trúc giao thức trong hình 2.2

Hình 2.2 Cấu trúc giao diện radio trong Release 99

−Giao thức chuyển đổi dữ liệu gói (PDCP) có một bộ nén tiêu đề chức năng chính

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

+Chế độ trong suốt, khi không có bit trên đầu được đưa vào lớp RLC, ví

dụ như âm thanh AMR, và không thể dùng được khi mà các kênh truyền dẫn của HSDPA và HSUPA được sử dụng

+Chế độ không báo nhận, khi không có việc thực hiện truyền dẫn lại lớp RLC Điều này được sử dụng đối với các yêu cầu mà có thể cho phép việc mất một vài gói, như trường hợp đối với VoIP, và không thể cho phép sự thay đổi độ trễ theo mức độ truyền lại RLC.

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

−Lớp điều khiển truy nhập trung bình (MAC) trong Re’99 tập trung vào ánh xạ giữa các kênh logic và thực hiện quyền ưu tiên giống như lựa chọn của tốc độ dữ liệu đang được sử dụng Ví dụ như việc lựa chọn định dạng truyền dẫn đang được đưa vào Chuyển mạch kênh truyền dẫn cũng là một chức năng của lớp MAC

Cả HSDPA và HSUPA đều giới thiệu những thành phần mới trong kiến trúc Các chức năng lớp MAC đối với HSDPA và HSUPA có thể hoạt động độc lập trong hoạt động của DCH Re’99, nhưng lại chiếm một account khắp

cả giới hạn tài nguyên của giao diện

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

Chức năng sắp xếp trạm BTS là một chức năng lớp MAC, và bây giờ đây ta có một giao thức mới đầy đủ, MAC-hs (hs đối với tốc độ cao) trong BTS Đây là một phần trong kiến trúc giao thức người sử dụng, nó bao phủ cả HSDPA, kỹ thuật đưa vào, và việc định vị của nó trong các thành phần của

mạng RNC giữ lại MAC-d (dành riêng) nhưng chỉ chức năng giữ lại là chuyển mạch kênh truyền dẫn như các chức năng khác Ví dụ như việc sắp xếp và thực hiện ưu tiên, được dịch chuyển tới MAC-hs Chú ý rằng lớp trên của lớp MAC có tên là lớp RLC vẫn giữ không đổi, nhưng có một vài tối ưu hóa đối với các dịch vụ RT như là VoIP được giới thiệu trong chế độ báo không nhận(UM) trong Re’99.

2.3 Sự tác động của HSDPA trong giao diện UTRAN.

Hình 2.4 Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện (trường hợp HSDPA)Tốc độ đầu cuối của Re’99 hầu hết ở 384Kbps, dữ liệu trên giao diện khác bao gồm giao diện Iu-ps tới nút cung cấp GPRS dịch vụ (SGSN) mạng lõi gói cũng được chuyển đi với tốc độ cao nhất là 384Kbps HSDPA đã cải thiện được tốc độ Thông qua giao diện không khí (Uu), nó có thể đạt đến tốc

độ dữ liệu là 14.4Mbps (hoặc lớn hơn nhiều) qua các chu kỳ ngắn 2ms Điều này không có nghĩa là tốc độ dữ liệu tương tự có thể sử dụng trên giao diện Iub và Iu-cs đối với người sử dụng riêng lẻ