MÔ PHỎNG THÔNG LƯỢNG hsdpa trong release 99

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: MÔ PHỎNG THÔNG LƯỢNG HSDPA TRONG RELEASE 99 Sinh viên thực hiện: LÊ THÀNH CHUNG Lớp 48K ĐTVT Giảng viên hướng dẫn: ThS LÊ ĐÌNH CÔNG Vinh, 1-2012 MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU .3 TÓM TẮT ĐỒ ÁN DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN DANH SÁCH CÁC BẢNG TRONG ĐỒ ÁN CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN CHƯƠNG TIẾN TRÌNH TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ HSPA 14 1.1 Tổng quan hệ thống thông tin di động 14 1.1.1 Thế hệ thông tin di động 1G 14 1.1.2 Thế hệ thông tin di động 2G 15 1.1.3 Thế hệ di động 3G 17 1.1.4 Thế hệ thông tin di động 4G 20 1.2 Tiến trình triển khai công nghệ và tiêu chuẩn hóa HSPA 21 1.3.1 Công nghệ HSDPA .22 1.3.2 Công nghệ HSUPA và sự chuẩn hóa HSUPA 3GPP 24 1.4 Giải pháp dung lượng với HSDPA 26 1.5 Kết luận chương 27 CHƯƠNG CÁC GIAO THỨC VÀ CẤU TRÚC HSDPA 29 2.1 Giới thiệu chương .29 2.2 Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA cho người sử dụng 29 2.3 Sự tác động HSDPA giao diện UTRAN .32 2.4 Những cải tiến quan trọng HSDPA so với WCDMA 35 2.5 Nguyên lý HSDPA .37 2.5.1 Giới thiệu 37 2.5.2 Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao (HSDSCH) 38 2.5.3 Lập biểu phụ thuộc kênh 39 2.5.4 Truyền dẫn thích ứng sở điều chế và mã hóa kênh thích ứng .41 2.5.5 HARQ với kết hợp mềm 43 2.5.6 Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao HSSCCH 46 2.5.7 Kênh điều khiển vật lý dành riêng tốc độ cao HSDPCCH 46 2.6 Kết luận chương 48 CHƯƠNG MÔ PHỎNG HSDPA TRONG RELEASE 99 50 3.1 Giới thiệu chương 50 3.2 Mô hoạt động HSDPA Release 99 50 3.2.1 Hệ thống mô 50 3.2.2 Kế hoạch mô .50 3.2.3 Kết quả mô 62 3.5 Kết luận chương 66 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển các ngành công nghệ điện tử, tin học, công nghệ thông tin di động những năm qua phát triển mạnh mẽ cung cấp các loại hình dịch vụ đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao người sử dụng Kể từ đời vào cuối năm 1940 cho đến thông tin di động phát triển qua nhiều thế hệ và tiến một bước dài đường công nghệ Trong những năm vừa qua, mạng thông tin di động Việt Nam và xây dựng các hệ thống mạng thế hệ để đáp ứng các yêu cầu dịch vụ đòi hỏi chất lượng dịch vụ Mạng thông tin di động HSDPA được xây dựng và tiếp tục được mở rộng toàn quốc có khả đáp ứng nhu cầu chất lượng và dịch vụ hiện Do đó việc nghiên cứu mạng thông tin di động HSDPA là một điều tất yếu Xuất phát từ những suy nghĩ nên em quyết định chọn đề tài: " Mô thông lượng HSDPA release 99" Nội dung đồ án gồm chương : Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin di động, đó trình bày tổng quan quá trình phát triển 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 HSDPA, tìm hiểu cụ thể kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA cho số liệu người sử dụng, sự tác động HSDPA giao diện UTRAN và nguyên lý HSDPA Chương 3: Mô HSDPA Release 99, tiến hành mô thông lượng HSDPA cell Trong quá trình làm đồ án em hết sức cố gắng học hỏi, tìm hiểu tham khảo tài liệu nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót Do em mong nhận được những ý khiến đóng góp các thầy cô giáo và các bạn sinh viên Qua em xin chân thành cảm ơn ThS Lê Đình Công nhiệt tình hướng dẫn và bảo cho em suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp này, và em xin được chân thành cảm ơn tất cả các Thầy, Cô Giáo và ngoài khoa nhiệt tình giảng dạy suốt những năm em được học tập và nghiên cứu trường để em có được một vốn hiểu biết mới Em xin chân thành cảm ơn! Vinh, tháng năm 2012 Sinh viên thực hiện Lê Thành Chung TÓM TẮT ĐỜ ÁN Hiện nay, sớng kỷ nguyên sự bùng nổ thông tin, việc trao đổi thông tin diễn khắp mọi nơi thế giới với u cầu nhanh chóng và xác Thơng tin di động phát triển mạnh mẽ và phong phú các loại hình dịch vụ Thế hệ di động 3G có bước đột phá mang đến cho người sử dụng những loại hình dịch vụ mới mẻ và chất lượng dịch vụ tốt Nhưng với cầu trao đổi dung lượng thông tin người sử dụng tăng nhanh chóng thì cần có những giải pháp công nghệ để đáp ứng nhu cầu đó Mục đích đồ án là tìm hiểu công nghệ HSPA cụ thể là công nghệ HSDPA Qua đó đưa các mô thông lượng HSDPA nhằm triển khai thực tế một số khu vực nào đó Đồ án trình bày một cách tóm tắt quá trình phát triển các thế hệ thông tin di động Phần tiếp theo là tìm hiểu công nghệ HSDPA Phần cuối đồ án là mô thông lượng HSDPA cell một khu vực cụ thể DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN Trang Hình 1.1 Con đường phát triển công nghệ mạng tế bào 14 Hình 1.2 Tình hình triển khai hệ thống thông tin di động .17 Hình 1.3 Mốc phát hành phiên chuẩn hóa 22 Hình 1.4 Đề xuất giải pháp công nghệ cho HSUPA 25 Hình 1.5 Những công nghệ chọn HSUPA 25 Hình 1.6 Con đường phát triển HSPA 27 Hình 2.1 Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA HSUPA 29 Hình 2.2 Cấu trúc giao diện radio Release 99 30 Hình 2.3 Kiến trúc mặt phẳng giao thức người sử dụng HSDPA 31 Hình 2.4 Tốc độ số liệu khác giao diện 32 Hình 2.5 Các chức phần tử WCDMA 34 Hình 2.6 Các tính HSDPA 35 Hình 2.7 Tổng quan HSDPA 37 Hình 2.8 Thời gian mã chia sẻ HS-DSCH .39 Hình 2.9 Lập biểu phụ thuộc kênh cho HSDPA .40 Hình 2.10 Nguyên lý lập biểu HSDPA nút B 41 Hình 2.11 Mã hóa turbo đục lỗ 42 Hình 2.12 Chùm tín hiệu đièu chế QPSK, 16-QAM 43 Hình 2.13 Nguyên lý xử lý phát lại nút B 44 Hình 2.14 HARQ kết hợp phần dư tăng sử dụng mã turbo 45 Hình 2.15 Cấu trúc HSDPCCH .47 Hình 3.1 Ba bước chính trình mô .51 Hình 3.2 Tổng quát bước mô .52 Hình 3.3 Giao diện chọn mode cần mô 61 Hình 3.4 Giao diện lựa chọn thông số mô 61 Hình 3.5 Thông lượng trung bình theo công suất HSDPA cell 62 DANH SÁCH CÁC BẢNG TRONG ĐỜ ÁN Bảng 1.1 Các thơng số chính WCDMA 19 Bảng 3.1 Bảng CQI cho category UE từ 12 .55 CAC THUÂT NGƯ VIÊT TĂT SƯ DUNG TRONG ĐÔ AN Viết tắt Tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt 2G 3G 3GPP Second Generation Third Generation 3ird Genaration Partnership Thế hệ thứ Thế hệ thứ ba Đề án các đối tác thế hệ thứ ba 3GPP2 Project 3ird Generation Patnership Đề án đối tác thế hệ thứ ba Project AMC Adaptive Modulation and Mã hóa và điều chế thích ứng AMR ARQ ATM Coding Adaptive MultiRate Automatic Repeat-reQuest Asynchronous Transfer Đa tớc đợ thích ứng Yêu cầu phát lại tự động Chế độ truyền dị bộ BCCH BCH BER BLER BPSK BS BTS CC CDMA Mode Broadcast Control Channel Broadcast Channel Bit Error Rate Block Error Rate Binary Phase Shift Keying Base Station Base Tranceiver Station Convolutional Code Code Division Multiple Kênh điều khiển quảng bá Kênh quảng bá Tỷ số lỗi bit Tỷ số lỗi khối Khóa chuyển pha hai trạng thái Trạm gốc Trạm thu phát gốc Mã xoắn Đa truy nhập phân chia theo CPICH CQI CRC CS DCCH DCH DL DPCCH Access Common Pilot Channel Channel Quality Indicator Cyclic Redundancy Check Circuit Switch Dedicated Control Channel Dedicated Channel Downlink Dedicated Physycal Control mã Kênh hoa tiêu chung Chỉ thị chất lượng kênh Kiểm tra vòng dư Chuyển mạch kênh Kênh điều khiển riêng Kênh điều khiển Đường xuống Kênh điều khiển vật lý riêng DPCH DPDCH Channel Dedicated Physical Channel Dedicated Physical Data Kênh vật lý riêng Kênh số liệu vật lý riêng DRX DSCH DSSS Channel Discontinuous Reception Downlink Shared Channel Direct-Sequence Spread Thu không liên tục Kênh chia sẻ đường xuống Trải phổ chuỗi trực tiếp E-AGCH Spectrum Enhanced Absolute Grant Kênh cho phép tuyệt đối tăng E-DCH Channel Enhanced Dedicated cường Kênh riêng tăng cường EDGE Channel Enhanced Data rates for Tốc độ số liệu tăng cường để GPRS Evolution phát triển GPRS EIR E-DPCCH Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị Enhanced Dedicated Control Kênh điều khiển riêng tăng E-DPDCH Channel Enhanced Dedicated Data cường Kênh số liệu riêng tăng cường E-RGCH Channel Enhanced Relative Grant Kênh cho phép tương đối tăng FACH F-DPCH GGSN Channel Forward Access Channel Fractional DPCH Gateway GPRS Support cường Kênh truy nhập đường xuống DPCH một phần (phân đoạn) Nút hỗ trợ GPRS cổng GPRS Node General Packet Radio Dịch vụ vô tuyến gói chung GSM Service Global System For Mobile Hệ thống thông tin di động HARQ Communications Hybrid Automatic Repeat tòan cấu Yêu cầu phát lại tự động linh HHO HLR HSDPA reQuest Hard Handover Home Location Register High Speed Downlink hoạt Chuyên giao cứng Bộ ghi định vị thường trú Truy nhập hói đường xuống tốc HS-DPCCH Packet Access High-Speed Dedicated độ cao Kênh điều khiển vật lý riêng HSPA HS-PDSCH Physical Control Channel High Speed Packet Access High-Speed Physical tốc độ cao Truy nhập gói tốc độ cao Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc độ HSS HS-SCCH Dedicated Shared Channel Home Subsscriber Server High-Speed Shared Control cao Server thuê bao nhà Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ HSUPA Channel High-Speed Uplink Packet cao Truy nhập gói đường lên tốc độ IMS IMT-2000 IP IPv4 IPv6 IR Access IP Multimedia Subsystem Telecommunications 2000 Internet Protocol IP version IP version Incremental Redundancy cao Phân hệ đa phương tiện IP Thông tin di động quốc tế 2000 Giao thức Internet Phiên bản IP bốn Phiên bản IP sáu Phần dư tăng 10 Chương trình ‘Xác định thông số đầu vào & tính toán tởn hao Shadowing’ Begin Tính các hệ sớ cần thiết cho Shadowing Tính tởn hao shadowing gây End 57 3.2.2.4 Giao diện mô Hình 3.3 Giao diện chọn mode cần mô Hình 3.4 Giao diện lựa chọn thông số mô 58 3.2.3 Kết mô Hình 3.5 kết quả mô thông lượng cell DCH, HSDPA, tổng thông lượng cell (bằng tổng thông lượng cả DCH và HSDPA) Thông số dùng để mô :  Khoảng cách từ Node-B đến UE là 500m  Công suất HSDPA từ đến W  Công suất max Node-B là 20 W  Type Urban model  code sử dụng HS-DSCH  Typical Urban (môi trường đô thị), vận tốc UE = km/h, trace length =60s, d = 500m Hình 3.5 Thông lượng trung bình theo công suất HSDPA cell 59 Typical Urban, vận tốc UE = 3km/h, trace length =1s, d = 500m Hình 3.6.Thông lượng trung bình theo công suất HSDPA cell Hình 3.6 cho thấy hiệu suất cell trung bình HSDPA và DCH đối lập với công suất được cấp, hiệu suất tổng các cell và đó là tổng hiệu suất HSDPA và DCH Hiệu suất cell HSDPA tăng công suất HSDPA nhiều so với được cấp phát, đó hiệu suất DCH giảm vào thời điểm đó Hiệu suất tổng cell là 1.3 Mbps đối với công suất cấp phát 7-W HSDPA Vì với HSDPA sử dụng mã HS-PDSCH thì nó mang một dung lượng lớn hơn so với phiên bản 99 là 70%, phiên bản này mang lại dung lượng kênh là 780 Kbps Dung lượng tăng là vì HSDPA có sử dụng hai phương pháp tương quan nhanh và HARQ, thêm vào đó có chế phân tập đa người dùng có sử dụng chế lập lịch cân bằng theo tỷ lệ Vì đó là một dẫn chứng để nói rằng công suất HSDPA đối lập với DCH dựa tài nguyên truyền chung được chia sẻ thế nào giữa hai loại kênh Tuy nhiên hiệu suất cell tổng không thay đổi nhiều với công suất truyền HSDPA được cấp phát 60 Typical Urban, vận tốc UE = 3km/h, Trace length = 60s, d =400m Hình 3.7 Thông lượng trung bình theo công suất HSDPA cell Typical Urban, vận tốc UE = 3km/h, Trace length = 1s, d =400m Hình 3.8 Thông lượng trung bình theo công suất HSDPA cell 61 Typical Urban, vận tốc UE = 3km/h, Trace length = 60s, d =200m Hình 3.9 Thông lượng trung bình theo công suất HSDPA cell Nhận xét:  Ta thấy, sử dụng category 12 để mô thì kết quả nhận được có khác biệt so với lý thuyết Theo lý thuyết, thông lượng lớn có thể đạt được sử dụng category 12 là 1.8 Mbps [10] Nhưng qua mô ta đạt được thông lượng lớn đạt 1.7 Mbps cho W công suất HSDPA Sự sai khác này là ta xét môi trường multifading, mã được sử dụng điều chế [10]  Nhìn hình vẽ, thông lượng HSDPA cell tăng công suất truyền tăng.Trong đó thông lượng DCH lại giảm mô phỏng.Vì vậy, ta cần phải điều chỉnh việc sử dụng tài nguyên cho hai loại này để được tốc độ cao 62  Khoảng cách từ Node-B đến UE ảnh hưởng đến thông lượng Nếu so sánh hai UE hai khoảng cách khác thì UE nào có khoảng cách đến Node-B gần thì tốc độ download đạt được cao hơn, nhìn lại các hình phía  Đồng thời, qua mơ thì ta thấy được dường khoảng cách không ảnh hưởng nhiều đến thông lượng DCH 3.5 Kết luận chương Qua chương này, ta tìm hiểu được tốc độ HSDPA Qua đó thấy được sự tương quan thông lượng giữa kênh DCH và kênh HSDPA, để từ đó có thể dễ dàng quản lý phân phát tài nguyên cho mạng một cách hợp lý 63 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Hệ thống thông tin di động thế hệ trở thành một công nghệ mới, tương lai tạo nhiều hội phát triển cho ngành viễn thông Trong bối cảnh hội nhập hiện nước ta, việc nắm bắt và triển khai công nghệ mới này là hết sức cần thiết Với đồ án này, em vào tìm hiểu công nghệ HSDPA  Sự phát triển tương lai công nghệ HSDPA Chính thức được đưa vào hoạt đợng lần vào năm 2005, tính đến ći năm 2011 có 405 nhà cung cấp các sản phẩm ứng dụng công nghệ HSDPA, đó có nhiều sản phẩm điện thoại di đợng Với những cải tiến mang tính đợt phá, HSDPA là một công nghệ được trọng phát triển Trên thực tế, thị trường HSDPA phát triển mạnh mẽ nhất, đặc biệt là giai đoạn khởi đầu, là những nước phát triển, nơi có lượng khách hàng khổng lồ sử dụng điện thoại di động chất lượng cao Lý là vì những chiếc điện thoại HSDPA có giá thành cao hẳn những chiếc điện thoại thông thường – được nhắm vào thị trường những nước phát triển thấp Nhu cầu sử dụng điện thoại HSDPA được mong đợi là đạt sớ 150 triệu chiếc, theo phân tích IDC Hơn nữa, theo Strategic Analytics, đến năm 2011, 70% điện thoại 3G sử dụng HSDPA Tuy nhiên, nhiều thời gian để HSDPA thực sự trở nên phở biến Tính đến ći năm 2005, hầu hết các nước thế giới không có mạng 3G Rất nhiều nhà cung cấp dịch vụ di động cố gắng triển khai mạng 3G và có thể được nâng cấp thành mạng 3.5G theo nhu cầu thị trường Xét lâu dài, tương lai và sự thành công cơng nghệ HSDPA cịn khá mù mờ, không phải là công nghệ download và truyền tải dữ liệu được phát triển thời điểm này Hơn nữa, những công nghệ truyền thống CDMA2000 1xEV-DO và WiMax là những chuẩn 64 công nghệ có nhiều triển vọng Do là một phiên bản nâng cấp WCDMA, HSDPA không có nhiều khả thành công những nơi mà WCDMA được phát triển Do đó, thành công cuối HSDPA một sản phẩm công nghệ 3.5G phụ thuộc nhiều vào sự thành công W-CDMA với tư cách là một sản phẩm công nghệ 3G [13]  Đồ án tìm hiểu vấn đề lý thuyết sau: - Tình hình phát triển các hệ thống thông tin di động WCDMA - Mô tả tổng quan mạng thông tin di động HSDPA, dựa cơng nghệ UMTS - Phân tích cấu trúc mạng HSDPA - Mô thông lượng HSDPA Hạn chế đề tài: - Đề tài mới tìm hiểu bản HSDPA, và chưa tối ưu hóa chi tiết hiệu suất HSDPA UMTS để từ đó có thể dễ dàng áp dụng cho các vị trí địa lý khác thế giới Hướng phát triển đề tài: - Xây dựng các thuật toán và chương trình đầy đủ kết hợp cả đường lên và đường xuống để từ đó có cái nhìn tổng quát và thuận lợi quy hoạch chi tiết và tối ưu mạng cho khu vực cụ thể nhằm đảm bảo công suất phát hợp lý, dung lượng, vùng phủ và chất lượng dịch vụ - Kết hợp bản đồ truyền sóng từ đo đạc thực tế và mô hình truyền sóng để thực hiện quy trình tối ưu vùng phủ vùng 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động hệ 3, Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng, 2002 [2] Lê Thị Kiều Nga, Giáo trình thơng tin di động [3] Wiley, UMTS Networks Architecture Mobility and Services, 2nd Edition, (2005) [4] Wiley, HSDPA HSUPA for UMTS High Speed Radio Access for Mobile Communications Ebook- Spy [5] Jaana Laiho, Radio Network Planning Process and Methods for W-CDMA, Achim Wacker, ISSN0003-4347 Springer Paris, 2001 [6] AjayRMishra, Wiley Advanced Cellular Network Planning and Optimisation 2G/2.5G/3G Evolution to 4G, John Wiley & Sons Ltd, 2007 [7] Huawei Technologies Co., Ltd, WCDMA RAN Planning and Optimization (Basics), Huawei Technologies Co., Ltd, 2008 [8] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, An ninh thông tin di động , Nhà xuất bản Bưu-Điện, 9/2006 [9] Holma and Toskala, “WCDMA for UMTS, Third Edition”, John Wiley& Sons, Ltd., Chichester, West Sussex, UK, 2004 [10] Harri Holma and Antti Toskala HSDPA/HSUPA for UMTS: High Speed Radio Access for Mobile Communications John Wiley & Sons June 2006 [11] HSDPA Channel Coding Implementation Issues (http://www.altera.com) [12] 3GPP Technical Speci_cation Group Radio Access Network High Speed Downlink Packet Access(HSDPA); Overall Description (3GPP TS 25.308 version 5.4.0) [13] http://vi.wikipedia.org/, truy nhập cuối ngày 06/12/2011 [14] http://www.tapchibcvt.gov.vn, truy cập cuối ngày 06/12/2011 [15] http://vntelecom.org, truy cập cuối ngày 06/12/2011 [16] http://www.citd.edu.vn, truy cập cuối ngày 06/12/2011 66 ... 48 CHƯƠNG MÔ PHỎNG HSDPA TRONG RELEASE 99 50 3.1 Giới thiệu chương 50 3.2 Mô hoạt động HSDPA Release 99 50 3.2.1 Hệ thống mô 50 3.2.2 Kế hoạch mô .50... UMTS, ta mô hoạt động HSDPA Release9 9 Chương trình được viết bằng Matlab 3.2 Mô hoạt động HSDPA Release 99 3.2.1 Hệ thống mô Theo [10], hiệu suất sử dụng HSDPA có thể được mô bằng các... CQI  Mô hình Release 99 (Release 99 modeling): Lưu lượng R? ?99 bao gồm cả HSDPA và DCH 3.2.2 Kế hoạch mô Sau ta chọn được mô hình cần thiết ta bắt đầu mô chi tiết HSDPA (mô? ?t ngõ vào,