giới thiệu công nghệ hsdpa

Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động LỜI CÁM ƠN Trước hết, em xin chân thành cám ơn Ths. Trần Ngọc Hưng, sự chỉ bảo tận tình cùng những tài liệu quí báu của Thầy đã giúp em hoàn thành luận văn này. Em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cô giáo trong trường Đại học Công Nghệ - ĐH QG Hà Nội đã tạo mọi điều kiện học tập và nghiên cứư cho em trong suốt bốn năm học vừa qua. Xin cám ơn các bạn học và những người thân đã luôn giúp đỡ, động viên và chia sẻ những lúc tôi khó khăn trong thời gian thực hiện luận văn này. Do thời gian hạn hẹp và cũng chịu nhiều yếu tố tác động nên khoá luận sẽ không tránh khỏi sai sót. Em rất mong sẽ nhận được những ý kiến đóng góp xây dựng của Thầy, Cô và các bạn để có thể tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu của mình. ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ 1 Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viến thông phát triển nhanh nhất và phục vụ con người hữu hiệu nhất. Để đáp ứng nhu cầu về chất lượng và dịch vụ ngày càng nâng cao, thông tin di động càng không ngừng được cải tiến. Tiền thân của 3G là hệ thống điện thoại 2G, như GSM, CDMA, PDC, PHS GSM sau đó được nâng cấp lên thành GPRS, hay còn gọi là thế hệ 2,5G. GPRS hỗ trợ tốc độ 140,8 Kb/giây dù tỷ lệ thường gặp chỉ là 56 Kb/giây. E-GPRS, hay EDGE, là một bước tiến đáng kể từ GPRS với khả năng truyền dữ liệu 180 Kb/giây và được xếp vào hệ thống 2,75G. Năm 2006, mạng UMTS tại Nhật đã nâng cấp lên HSDPA (High Speed Downlink Packet Access - Truy cập gói dữ đường xuống tốc độ cao) - là một tính năng mới được đề cập trong các phiên bản R5 của 3GPP cho hệ thống truy nhập vô tuyến WCDMA/UTRA- FDD và được xem như là một trong những công nghệ tiên tiến cho hệ thống thông tin di động 3.5G. HSDPA bao gồm một tập các tính năng mới kết hợp chặt chẽ với nhau cải thiện dung lượng mạng và tăng tốc dữ liệu đỉnh đối với dung lượng gói đường xuống. Những cải tiến về mặt kỹ thuật cho phép các nhà khai thác có thể đưa ra nhiều dịch vụ tốc độ bit cao, cải thiện QoS của các dịch vụ hiện có, và đạt chi phí thấp nhất. Khả năng hỗ trợ tốc độ dữ liệu và tính di động của WCDMA/HSDPA là chưa từng có trong các phiên bản trước đây của 3GPP. Trong khuôn khổ khoá luận này, tác giả đi vào nghiên cứu cấu trúc HSDPA và ứng dụng vào mạng di động thế hệ thứ 3G. Đồng thời đưa ra phương pháp luận cho các nhà khai thác mạng về tính hiệu quả của công nghệ này. MỤC LỤC ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ 2 Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 7 DANH MỤC CÁC BẢNG 8 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 9 1.1 Mở đầu 9 1.2 Các tiêu chuẩn xây dựng mạng 3G 13 1.3 Các tham số của mạng chính của mạng WCDMA 14 1.4 Các kênh cơ bản của WCDMA 16 1.4.1 Kênh logic 17 1.4.1.1 Kênh điều khiển 18 1.4.1.2 Kênh lưu lượng 18 1.4.2 Kênh truyền tải 19 1.4.2.1 Kênh truyền tải riêng 19 1.4.2.2 Kênh truyền tải chung 19 1.4.3 Kênh vật lý 20 1.4.3.1 Kênh đường lên 20 1.4.3.2 Kênh đường xuống 21 1.5 Các bước cải tiến của công nghệ WCDMA 24 CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ HSDPA 27 2.1 Tổng quan về HSDPA 27 2.2 Những cải tiến quan trọng của HSDPA so với WCDMA 29 2.3 Nguyên lý hoạt động của HSDPA 31 2.4 Cấu trúc HSDPA 33 ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ 3 Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động 2.4.1 Mô hình giao thức HSDPA 33 2.4.2 Cấu trúc kênh 35 2.4.2.1 Kênh HS-PDSCH 35 2.4.2.2 Kênh HS-DPCCH 39 2.5 Kỹ thuật sử dụng trong HSDPA 41 2.5.1 Điều chế và mã hoá thích ứng 41 2.5.2 Kỹ thuật H-ARQ 44 CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG TRÊN HSDPA 47 3.1 VoIP song công toàn phần và thúc đầy trò chuyện 47 3.2 Trò chuyện với thời gian thực 48 3.3 Luồng TV di động 48 3.4 Email 49 KẾT LUẬN 52 PHỤ LỤC 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ 4 Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động DANH M ỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT 1G : First Generation 2G : Second Generation 3G : Third Generation 3GPP : 3 rd Generation Partnership Project 16QAM : 16 Quadrature Amplitude Modulation 64QAM : 64 Quadrature Amplitude Modulation AMC : Adaptive Modulation and Coding ARQ : Automatic Repeat request BCCH : BroadCast Control CHannel (logic channel) BCH : BroadCast CHannel (transport channel) BER : Bit Error Rate CCTRCH : Coded Composite Transport Channel DCCH : Dedicated Control CHannel (logical channel) DPCCH : Dedicated Physical Control CHannel DPCH : Dedicated Physical Channel DPDCH : Dedicated Physical Data Channel DTCH : Dedicated Traffic CHannel EDGE : Enhanced Data Rates for GSM Evolution FDD : Frequency Division Multiple Access GSM : Global System for Mobile Communications H-ARQ : Hybrid Automatic Repeat request HS-DPCCH : Uplink High-Speed Dedicated Physical Control CHannel ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ 5 Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động HS-DSCH : High-Speed Downlink Shared Channel HS-PDSCH : High-Speed Physical Downlink Shared Channel HS-SCCH : High-speed Shared Control Channel HSDPA : High-speed Downlink Packet Access ITU : Internation Telecommunication Union MAC : Medium Access Control MAC-hs : Hight-speed MAC Node B : Base Station SAW : Stop And Wait TTI : Transmission Time Interval UMTS : Universal Mobile Telecommunication System WCDMA : Wideband CDMA ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ 6 Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1 :Các bước phát triển mạng thông tin di động Hình 2: Cấu trúc kênh của WCDMA Hình 3: Cấu trúc kênh logic Hình 4: Ánh xạ giữa kênh logic và kênh giao vận Hình 5: Tốc độ truyền WCDMA đường lên Hình 6: Cấu trúc của kênh dành riêng Hình 7: Cấu trúc kênh CCPCH Hình 8: Cấu trúc của kênh đồng bộ SCH Hình 9: Chất lượng khe thời gian truy cập của kênh RACH Hình 10: Biểu đồ cột so sánh thời gian download của các công nghệ Hình 11: Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDMA Hình 12 - Nguyên lý hoạt động cơ bản của HSDPA Hình 13: Kiến trúc giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH Hình 14: Cấu trúc lớp MAC – hs Hình 15: Giao diện vô tuyến của HSDPA Hình 16: Thời gian và bộ mã được chia sẻ trong HS-DSCH Hình 17: Trạng thái kênh của các user Hình 18.1 : Hệ thống trong trường hợp 1 kênh HS-SCCH và phân chia đa thời gian Hình 18.2: Hệ thống trong trường hợp nhiều kênh HS-SCCH và phân chia đa thời gian Hình 19: Cấu trúc kênh HS-DPCCH Hình 20: Biểu diễn mã hoá điều chế của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng với mỗi mã theo dB Hình 21: Hoạt động của giao thức SAW 4 kênh Hình 22: Quá trình truyền lại khối dữ liệu IR Hình 23: Ước lượng tiêu thụ công suất của điện thoại di động Hình 24: Truy cập email từ mobile sử dụng pin 1000-mAh ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ 7 Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Bảng so sánh các công nghệ di động và tốc độ truyền dữ liệu Bảng 2: Các thông số chính của WCDMA Bảng 3: Tốc độ dữ liệu đỉnh của HSDPA trong một số trường hợp Bảng 4: Lược đồ mã hoá điều chế của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng với mỗi mã ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ 8 Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3G 1.1 Mở đầu Thế hệ điện thoại di động đầu tiên (1G) ra đời trên thị trường vào những năm 70/80. Đấy là những điện thoại anolog sử dụng kỹ thuật điều chế radio gần giống như kỹ thuật dùng trong radio FM. Trong thế hệ điện thoại này, các cuộc thoại không được bảo mật. Thế hệ 1G này còn thường được nhắc đến với "Analog Mobile Phone System (AMPS)". Mốc thời gian đánh dấu sự ra đời của 2G, điện thoại kỹ thuật số (digital) là đầu những năm 90. Chuẩn kỹ thuật số đầu tiên là D-AMPS sử dụng TDMA (Time division Mutiple Access). Tiếp theo sau là điện thoại 2G dựa trên công nghệ CDMA ra đời. Sau đó Châu Âu chuẩn hóa GSM dựa trên TDMA. Cái tên GSM ban đầu xuất phát từ "Groupe Speciale Mobile" (tiếng Pháp), một nhóm được thành lập bởi CEPT, một tổ chức chuẩn hóa của Châu Âu, vào năm 1982. Nhóm này có nhiệm vụ là chuẩn hóa kỹ thuật truyền thông di động ở bãng tầng 900MHz. Sau đó,GSM được chuyển thành Global System for Mobile Communication vào năm 1991 như là một tên tắt của công nghệ nói trên. Năm 2001, để tăng thông lường truyền để phục vụ nhu cầu truyền thông tin (không phải thoại) trên mạng di động, GPRS đã ra đời. GPRS đôi khi được xem như là 2.5G. Tốc độ truyền data rate của GSM chỉ =9.6Kbps. GPRS đã cải tiến tốc độ truyền tăng lên gấp 3 lần so vớii GSM, tức là 20-30Kbps. GPRS cho phép phát triển dịch vụ WAP và internet (email) tốc độ thấp. Tiếp theo sau, 2003, EDGE đã ra đời với khả năng cung ứng tốc độ lên được 250 Kbps (trên lý thuyết). EDGE còn được biết đến như là 2.75G (trên đường tiến tới 3G) Cụm từ điện thoại di động 3G ngày nay đã trở nên quen thuộc với người dùng di động. 3G là viết tắt của third-generation technology là chuẩn và công nghệ truyền thông thế hệ thứ ba, cho phép truyền ngoài dữ liệu chuẩn là đàm thoại còn có thể truyền dữ liệu phi thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ 9 Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động ảnh, nhạc, internet ). Công nghệ 3G vừa cho phép triển khai những dịch vụ cao cấp vừa làm tăng dung lượng của mạng điện thoại nhờ vào việc sử dụng hiệu quả hiệu suất phổ. Hình 1 :Các bước phát triển mạng thông tin di động Trong số các dịch vụ của 3G, điện thoại video hoặc khả năng truy nhập internet thường được xem là một ví dụ tiêu biểu về dịch vụ cao cấp mà các nhà cung cấp dịch vụ muốn cung cấp cho khách hàng. Tuy nhiên tần số vô tuyến nói chung là một tài nguyên đắt đỏ, giá tần số cho công nghệ 3G rất đắt tại nhiều nước, nơi mà các cuộc bán đầu giá tần số mang lại hàng tỷ euro cho chính phủ. Bởi vì chi phí cho bản quyền về các tần số phải trang trải trong nhiều năm trước khi các thu nhập từ mạng 3G đem lại, nên một khối lượng đầu tư khổng lồ là cần thiết để xây dựng mạng 3G. Nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đã rơi vào khó khăn về tài chính và điều này đã làm chậm trễ việc triển khai mạng 3G tại nhiều nước ngoại trừ Nhật Bản và Hàn Quốc, nơi yêu cầu về bản quyền tần số được bỏ qua do phát triển hạ tầng cơ sở IT quốc gia được đặt ưu tiên cao. Nước đầu tiên đưa 3G vào khai thác thương mại một cách rộng rãi là Nhật Bản. Năm 2005, khoảng 40% các thuê bao tại Nhật Bản là thuê bao 3G, mạng 2G đang dần biến mất tại Nhật Bản. Với 3G, chúng ta sẽ có một số tên gọi liên quan như: công nghệ (nền tảng) 3G, mạng 3G, chuẩn 3G. Công nghệ 3G và chuẩn 3G có thể coi là một, trong khi mạng 3G là mạng di động ứng dụng những công nghệ 3G. Trước đây, chuẩn 3G là một chuẩn đơn lẻ, duy nhất và được áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Tuy ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ 10 [...]... thực hiện được các khả năng này, mạng di động phải dựa vào những nền tảng công nghệ mới – 3G, 3,5G và 4G – hay còn gọi là các nền tảng công nghệ di động tương lai ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN 11 Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động Bảng 1: Bảng so sánh các công nghệ di động và tốc độ truyền dữ liệu Công nghệ 1G Tốc độ Tính năng AMPS Không có Analog (chỉ có chức năng thoại) 2G... một mức dự trữ nhất ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN 29 Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động định trong tổng công suất phát của Node B để thích ứng với các biến đổi của nó Loại bỏ được điều khiển công suất sẽ tránh được các hiệu ứng tăng công suất kể trên cũng như không cần tới dự trữ công suất phát của tế bào Tuy nhiên, do không sử dụng điều khiển công suất, HSDPA yêu cầu các kỹ thuật... chuyên dụng cho việc download Điều đó cũng có nghĩa là dữ ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN 28 Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động 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 người dùng có... tay công nghệ cao của các nhà sản xuất Ngoài ra, tự động yêu cầu truyền dẫn lại cũng là một trong ba kỹ thuật then chốt được sử dụng tại lớp vật lý để đạt được cả 3 mục tiêu đã nêu trên thông qua việc tận dụng kết thúc truyền dẫn sớm, được xử lý tại node B gần với giao diện vô tuyến ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN 26 Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động Chương 2 : GIỚI THIỆU VỀ CÔNG... thống ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN 27 Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động • Các kỹ thuật được sử dụng cho phép HSDPA hỗ trợ tốc độ 10 Mbps • Trong một hệ thống dữ liệu và thoại được tích hợp với người sử dụng thoại(12.2 Kbps) tải khoảng 30 Erl/sector và thông lượng sector của dữ liệu vấn khoảng 1 Mbps Hình 10 : Biểu đồ cột so sánh thời gian download của các công nghệ HSDPA (High-Speed... mang tính đột phá về mặt công nghệ và được phát triển trên cơ sở của hệ thống 3G WCDMA, được tối ưu-hóa cho các ứng dụng dữ liệu chuyển mạch gói Công nghệ HSDPA hiện nay cho phép tốc độ download đạt đến 1.8 Mbps, 3.6Mbps, 7.2 Mbps và 14.4 Mbps, và trong tương lai gần, tốc độ hiện nay có thể được nâng lên gấp nhiều lần– đưa đến một hiệu quả sử dụng tốt hơn Các thuê bao dịch vụ HSDPA có thể nhận email... lục: Âu, Á, Mỹ sử dụng rộng rãi UMTS cũng là dòng công nghệ chiếm thị phần lớn nhất trên thị trường thông tin di động ngày nay (chiếm tới 85,4% theo GSA 8-2007) Hiện nay, mạng UMTS có thể nâng cấp lên High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) - còn được gọi với tên 3,5G HSDPA cho phép đẩy nhanh tốc độ tải đường xuống với tốc độ lên tới 10 Mbps ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN 13 Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ Khóa... mạng vô tuyến 3G kể từ khi WCDMA được chấp nhận là công nghệ mạng vô tuyến 3G từ năm 1997 với Các tính năng kỹ thuật của công nghệ HSDPA gồm: • Tương đương với CDMA2000 1xEV (HDR) • Điều chế và mã hoá thích ứng • Sóng mang tốc độ dữ liệu cao (HDRC) trong băng tần 5MHz • 64 QAM hỗ trợ tốc độ đỉnh tương đương 7.2 Mbps • Mã Turbo • Khả năng sửa lỗi gần với giới hạn lý thuyết • ARQ ghép thích ứng • Tự động... của WCDMA ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN 30 Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ Khóa Luận Tốt Nghiệp 2.3 Thông Tin Di Động Nguyên lý hoạt động của HSDPA Hình 12 - Nguyên lý hoạt động cơ bản của HSDPA HSDPA gồm các giải pháp: + Thực hiện đan xen thời gian truyền dẫn ngắn TTI=2ms + Mã hoá và điều chế thích ứng AMC + Truyền dẫn đa mã, lớp vật lý tốc độ cao L1 + Yêu cầu lặp tự động lai H-ARQ Trong giải pháp HSDPA, thiết... thời gian chờ thấp Hệ thống thông tin di động 3G sử dụng công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA và CDMA2000 đang được triển khai rộng khắp trên toàn thế giới Tính đến thời điểm tháng 12 năm 2005 đã có hơn 160 hệ thống 3G được đưa 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 ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN 24 Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ Khóa Luận Tốt . tiến của công nghệ WCDMA 24 CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ HSDPA 27 2.1 Tổng quan về HSDPA 27 2.2 Những cải tiến quan trọng của HSDPA so với WCDMA 29 2.3 Nguyên lý hoạt động của HSDPA 31 2.4. số tên gọi liên quan như: công nghệ (nền tảng) 3G, mạng 3G, chuẩn 3G. Công nghệ 3G và chuẩn 3G có thể coi là một, trong khi mạng 3G là mạng di động ứng dụng những công nghệ 3G. Trước đây, chuẩn. này, mạng di động phải dựa vào những nền tảng công nghệ mới – 3G, 3,5G và 4G – hay còn gọi là các nền tảng công nghệ di động tương lai. ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ 11 Khóa