TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT THÔNG TIN ************** BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN HSPA( HSDPA,HSUPA) Giảng viên Đàm Mỹ Hạnh Sinh viên thực hiện Lê[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT THÔNG TIN ************** BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN HSPA( HSDPA,HSUPA) Giảng viên Sinh viên thực : Mã Sinh Viên Lớp Hà Nội, 09/2022 : Đàm Mỹ Hạnh Lê Việt Dũng : 191400195 : Viễn Thông MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .3 NỘI DUNG I Giới thiệu High Speed Packet Access (HSPA) High Speed Downlink Packet Access (HSPDA) High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) II Cấu trúc Chức quản lý tài nguyên vô tuyến Kiến trúc giao thức hệ thống HSPA Kiến trúc giao thức hệ thống HSDPA 10 Kiến trúc giao thức hệ thống HSUPA 12 Kiến trúc giao thức người dùng HSDPA HSUPA 22 Tác động HSDPA HSUPA đến giao tiếp mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access Network) 25 Những trạng thái giao thức HSDPA HSUPA 26 III Kỹ thuật 28 So sánh HSDPA HSUPA 28 Ưu điểm, nhược điểm HSDPA HSUPA 28 LỜI NÓI ĐẦU Với xu truyền thông lúc nơi, hệ thống thông tin vô tuyến đáp ứng yêu cầu ngày người sử dụng quan tâm Sự phát triển truyền thông di dộng trải qua hệ Hiện tại, bước vào hệ thứ (5G) Tổng quát mà nói, hệ thống hệ thứ (1G) định hướng cho hệ sau nhìn chung hệ thống xếp vào loại mạng quốc gia dựa tảng công nghệ tương tự Vào năm 1980, mạng kiểu chuyển thành loại hình dịch vụ thiết kế để cung cấp cho thuê bao di động Mạng thông tin di động 1G hệ mạng di động viễn thông Cũng giống cơng nghệ vơ tuyến di động trước đó, mạng 1G phục vụ khả gọi điện thoại di động Mạng 1G giới thiệu lần vào năm đầu thập niên 80, sử dụng cơng nghệ truyền nhận thơng tin thơng qua tín hiệu analog 2G (còn viết 2-G) tên viết tắt cơng nghệ mạng di động viễn thơng (hay gọi công nghệ mạng không dây tế bào - wireless cellular technology) hệ thứ hai Mạng 2G triển khai thương mại dựa chuẩn tiêu chuẩn GSM Phần Lan nhà mạng Radiolinja (hiện phần công ty viễn thông Elisa Oyj) vào năm 1991 Ba tính vượt trội mạng 2G so với công nghệ tiền nhiệm 0G 1G là: Gọi thoại với tín hiệu mã hóa dạng tín hiệu kĩ thuật số (digital encrypted) Sử dụng hiệu phổ tần số vô tuyến cho phép nhiều người dùng dải tần Cung cấp dịch vụ liệu cho di động, bắt đầu với tin nhắn văn SMS Các công nghệ 2G cho phép nhà mạng khác cung cấp dịch vụ tin nhắn văn bản, tin nhắn hình ảnh MMS (tin nhắn đa phương tiện) Tất tin nhắn văn gửi 2G mã hóa tín hiệu kĩ thuật số (digital), cho phép truyền liệu theo cách mà người nhận dự định nhận đọc tin nhắn Sau mạng 2G triển khai, hệ thống mạng không dây di động trước đặt tên 1G Trong tín hiệu vơ tuyến mạng 1G tín hiệu tương tự (analog), tín hiệu vơ tuyến mạng 2G tín hiệu digital Cả hai hệ thống sử dụng tín hiệu digital để kết nối với phần cịn lại hệ thống di động thông qua tháp vô tuyến (radio tower) Với công nghệ dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp (GPRS), mạng 2G cung cấp tốc độ truyền tối đa theo lý thuyết 50 kbit/s (40 kbit/s thực tế) Với công nghệ EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), tốc độ truyền tối đa theo lý thuyết Mbit/s (500 kbit/s thực tế) Công nghệ 2G phổ biến công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA: time division multiple access), dựa GSM, khởi nguồn từ Châu Âu sử dụng hầu giới, Bắc Mỹ Hơn 60 nhà mạng GSM sử dụng CDMA2000 dải tần số 450 MHz (CDMA450) vào năm 2010 Ở Việt Nam, sau 3G phép triển khai cơng nghệ HSPA nhanh chóng phát triển Một sản phẩm điển hình sử dụng HSPA USB MODEM giao tiếp với máy tính qua cổng usb, có khả kết nối internet qua sóng điện thoại, hỗ trợ download upload liệu với tốc độ cao Nội dung phần tác động HSDPA HSUPA tới mạng vô tuyến kiến trúc giao thức chức phần tử mạng giao tiếp NỘI DUNG I Giới thiệu High Speed Packet Access (HSPA) HSPA (High Speed Packet Access) truy cập gói tốc độ cao cơng nghệ triển khai WCDMA HSPA triển khai thành công số băng tần 850, 1700, 1800, 1900, 2100 MHz HSPA hỗ trợ tốc độ liệu 14.4 Mbps cho đường xuống 1.4 Mbps cho đường lên High Speed Downlink Packet Access (HSPDA) HSDPA High Speed Downlink Packet Access (HSPDA) Công nghệ truy nhập gói đường xuống tốc độ cao, bước tiến nhằm nâng cao tốc độ khả mạng di động tế bào hệ thứ UMTS HSDPA đơi cịn biết đến cơng nghệ thuộc hệ 3.5G Hiện tại, tốc độ dự liệu đường xuống HSDPA 1.8, 3.6, 7.2 14.4 Mbit/s HSDPA thiết kế cho ứng dụng dịch vụ liệu như: dịch vụ tải tệp, phân phối email; dịch vụ tương tác trình duyệt web, truy nhập server, truy tìm phục hồi sở liệu; dịch vụ Streaming Khi công nghệ WCDMA đời, phiên 99 tập trung nghiên cứu Trong trình người ta nảy sinh ý tưởng việc cải tiến truy nhập gói nhằm đáp ứng yêu cầu không ngừng gia tăng tốc độ truyền liệu Tháng năm 2000, tài trợ cơng ty viễn thơng, q trình nghiên cứu HSDPA khởi động khuôn khổ 3GPP Khi phiên xuất bản, ghi rõ yêu cầu cho HSDPA gồm: - HSDPA-IubIur (giao tiếp Iub kết nối Node B (RBS) and RNC): mô tả UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access Network) giao tiếp UTRAN Iur - HSDPA-IurIub: giao thức Radio Access Network Application Part (RANAP) cho giao tiếp UTRAN Iu - HSDPA-L23: giao thức lớp lớp - HSDPA-RF: vấn đề liên quan đến thiết bị người dùng User Equipment ([UE]) trạm gốc Base Station ([BS]) sừ dụng truyền song công phân chia theo thời gian Time Division Duplex ([TDD]) truyền song công phân chia theo tần số Frequency Division Duplex ([FDD]) - HSDPA cho phép tốc độ liệu ban đầu 1.8Mbps, tăng lên 3.6Mbps 7.2Mbps cuối lên đến 14Mbps Nó thiết kế nhằm đáp ứng dịch vụ có tốc độ đường xuống lớn tốc độ đường lên nhỏ [3] Có thể coi HSDPA ADSL không dây Do tốc độ liệu trên, ban đầu HSDPA thiết kế cho liệu tốc độ cao chưa thể đáp ứng thời gian thực Các ứng dụng có như: lướt Web, xem phim Các cải tiến sau cho phép cung cấp thêm VoIP (tốc độ thấp cần đáp ứng nhanh) Phiên HSDPA kế thừa kĩ thuật cho liệu đường xuống tốc độ cao phiên [3] Ngoài kĩ thuật nghiên cứu như: - Tập trung vào dịch vụ tảng tương tác thông suốt - Phân phối ưu tiên khu vực đô thị nhà (indoor), không giới hạn khu vực mà hoàn toàn cho phép di chuyển - Kết hợp với anten kĩ thuật thu tiên tiến - Đáp ứng yêu cầu ghi nhớ thời gian xử lý thiết bị người dùng User Equipment (UE) High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access) Cơng nghệ truy nhập gói đường lên tốc độ cao, bước tiến nhằm nâng cao tốc độ khả giảm độ trễ đường truyền gói lên mạng UMTS HSUPA sử dụng kỹ thuật thích ứng đường truyền khoảng thời gian truyền dẫn ngắn, chế yêu cầu lặp tự động lai nhằm cải tiến đường truyền lên nâng tốc độ lên đến 5.76 Mbps Các sách thường viết HSUPA giới thiệu phiên 3GPP Tuy nhiên, phiên không thấy nhắc đến HSUPA Nguyên nhân HSUPA tên gọi thông thường, đời phiên biết đến với tên gọi Enhanced Uplink Dedicated Channel (E-DCH) Các kĩ thuật nghiên cứu cho HSUPA: AMC Hybrid ARQ Quá trình phân chia thời gian NodeB Cải tiến lớp kiến trúc phân lớp Fast DCH Sau thời gian nghiên cứu số kĩ thuật coi không khả thi mang lại lợi nhuận nên có kĩ thuật sau áp dụng: Giảm TTI: có khả 2ms Cơ chế phân chia thời gian Node-B: Node-B quản lý transport format combinations (TFCs) UE chọn TFC phù hợp HARQ: chế yêu cầu truyền lại lai Bên cạnh 3GPP nghiên cứu ‘FDD enhanced uplink’ để áp dụng cho HSUPA chia làm phần sau: FDD Enhanced Uplink: lớp vật lý FDD Enhanced Uplink: giao thức lớp lớp FDD Enhanced Uplink: giao thức cho UTRAN Iub/Iur FDD Enhanced Uplink: yêu cầu kiểm tra chất lượng hệ thống, thu phát sóng vơ tuyến Kĩ thuật TDD nghiên cứu áp dụng sau phiên FDD Enhanced Uplink: lớp vật lý gồm nghiên cứu vấn đề sau: o Liên kết kênh truyền kênh vật lý o Mã hóa kênh ghép kênh o Các thủ tục o Đo đạc thông số o Dung lượng FDD Enhanced Uplink: giao thức lớp lớp 3: II Cấu trúc Chức quản lý tài nguyên vô tuyến Chức quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM: Radio Resource Management) với HSDPA HSUPA có nhiều thay đổi so với phiên R99 Trong phiên R99, điều khiển lập lịch biểu hồn tồn dựa điều khiển mạng vơ tuyến (RNC: Radio Network Controller) trạm gốc (BTS thuật ngữ 3GPP Node B) phần lớn có chức liên quan đến điều khiển công suất SNRC (Serving RNC) phận kết nối tới mạng lõi điều khiển lập lịch biểu cho kênh riêng (DCH: Dedicated Channel) phận kết nối tới trạm BTS điều khiển kênh chung (FACH: Forward Access Channel) Vì chức lập lịch biểu chuyển tới BTS nên có thay đổi toàn kiến trúc RRM SNRC điều khiển vùng chuyển giao nơi định thông số chất lượng dịch vụ (QoS: Quality of Service) phù hợp Đối với HSDPA trạng thái đơn giản hóa khơng có chuyển giao mềm cho liệu HSDPA, không cần chạy liệu người dùng nhiều giao tiếp Iur Iub Kiến trúc giao thức hệ thống HSPA Các tính công nghệ HSPA sau: Sử dụng điều chế bậc cao hơn: 16QAM sử dụng đường xuống thay QPSK phép liệu truyền với tốc độ cao Điều cung cấp tốc độ liệu tối đa 14 Mbps đường xuống QPSK sử dụng đường lên, nơi đạt tốc độ liệu lên đến 5,74 Mbps Khoảng thời gian truyền ngắn (TTI): Việc sử dụng TTI ngắn giúp giảm thời gian cho phép cải thiện khả thích ứng với biến thể kênh nhanh giảm độ trễ Sử dụng truyền kênh chia sẻ: Chia sẻ tài nguyên cho phép đạt mức hiệu cao tích hợp với khái niệm liệu gói IP Sử dụng điều chỉnh liên kết: Bằng cách điều chỉnh liên kết, tối đa hóa việc sử dụng kênh Kiến trúc giao thức hệ thống HSDPA HSDPA sử dụng FDD TDD nghĩa có nhiều kênh tần số nhiều khe thời gian để truyền liệu Kĩ thuật DSCH phiên 99 phát triển thành High Speed-Downlink Shared CHannel (HS-DSCH) HS-DSCH kết hợp với DPCH thủ tục sử dụng HSDPA Đối với chiều xuống, có kênh truyền liệu (HS-PDSCH) kênh điều khiển (HS-SCCH) Đối với đường lên, kênh truyền HS-DPCCH theo chuẩn DPCCH Một đặc điểm HSDPA tính thích nghi đường truyền: chế truyền thay đổi theo Transmission Time Interval (TTI) thích nghi với điều kiện đường truyền Cơ chế hybrid ARQ thuộc lớp tức lớp Medium Access Control (MAC) Tại RNC có giao thức: có khơng có thêm lớp MAC-c/sh Tại Node-B có thêm giao thức MAC-hs Với đường xuống, thị HS-DSCH, HS-DSCH Indicator (HI) DPCH mang theo trỏ vào kênh mà UE cần giải mã Trong trình UE giải mã HS-DSCH TTI, UE kênh HS-SCCH cấp cho mã sử dụng HS-DSCH TTI thơng tin kèm theo Với đường lên,tín hiệu bao gồm ACK cho Hybrid ARQ thông tin điều kiện kênh truyền Cơ chế HS-DPCCH sử dụng giống DPCH HS-DSCH có nhiều loại tùy thuộc vào dung lượng UE Q trình mã hóa điều chế HSDPA thích nghi theo đường truyền Khi UE gửi đo đạc đường truyền xuống luồng liệu lên, Node-B tính tốn định chọn phương thức mã hóa điều chế phù hợp cho TTI Nếu đường truyền xấu sử dụng Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) phiên 99 để đảm bảo chất lượng Nếu đường truyền tốt tăng số mức điều chế lên, ví dụ: 16 Quadrature Amplitude Modulation (16-QAM), nhằm tăng tốc độ Đây phần cải tiến phiên Theo phiên 99, trình RNC điều khiển Tuy nhiên làm tăng thời gian đáp ứng giảm hiệu tính tốn kênh truyền thay đổi Chính phiên 5, q trình tính tốn thời gian chuyển xuống cho Node-B đảm nhiệm 10 Thực thể chức MAC-es phía SRNC: Thực thể phân phối hàng đợi xếp lại: định tuyến MAC-es PDU đến đệm xếp lại xác theo cấu hình SRNC Thực thể xếp lại: xếp lại MAC-es PDU nhận theo TSN ID Node B nhận Thực thể lựa chọn phân tập vĩ mô: kết hợp có chọn lọc cho MAC-es PDU từ nhiều Node B trường hợp chuyển giao mềm Thực thể tháo gỡ MAC-es PDU: tháo rời tiêu đề MAC-es, truyền MAC-d PDU đến lớp MAC-d 16 Thực thể chức MAC-e phía Node B: Thực thể lập lịch điều khiển E-DCH: dựa yêu cầu lập lịch SR (Scheduling Request) từ UE, cấp phát tài nguyên cho UE thông báo cho UE thông qua báo tài nguyên đường xuống Thực thể khử ghép kênh: khử ghép kênh MAC-e PDU lưu SI khử ghép kênh tham chiếu thực thể lập lịch E-DCH Thực thể HARQ: xử lý nhiều lần dừng chờ: xử lý HARQ, tạo ACK NACK, cho biết liệu truyền E-DCH có xác hay khơng, đếm số lần truyền lại tham chiếu thực thể Lập lịch 17 HSUPA kênh truyền E-DCH Thuộc tính E-DCH o E-DCH DCH sử dụng CCTrCH riêng biệt o Mỗi UE có CCTrCH với loại E-DCH o Mỗi CCTrCH có loại E-DCH có E-DCH tương ứng o Mỗi TTI có khối truyền o E-DCH hỗ trợ 2ms TTI 10ms TTI, 10ms TTI bắt buộc tất UE, 2ms TTI tùy chọn o o Áp dụng phương pháp mã hóa Turbo 1/3 Sau E-DCH cấp phát, tốc độ liệu DCH đường lên ban đầu bị hạn chế 64kbps HSUPA kênh vật lý 18 Năm kênh vật lý thêm vào giao diện vô tuyến để hỗ trợ truyền lại nhanh chóng, kết hợp mềm lập lịch phân phối Node B vật lý, năm kênh vật lý hỗ trợ 10ms TTI 2ms TTI E-DPDCH: Kênh Dữ liệu Vật lý Chuyên dụng E-DCH (đường lên) E-DPCCH: Kênh điều khiển vật lý chuyên dụng E-DCH (đường lên) E-HICH: Kênh báo báo nhận E-DCH HARQ (đường xuống) E-AGCH: Kênh cấp tuyệt đối E-DCH (đường xuống) E-RGCH: Kênh tài trợ liên quan E-DCH (đường xuống) Đường lên kênh vật lý chuyên dụng E-DPDCH E-DPCCH E-DPDCH kênh liệu vật lý chuyên dụng đường lên để chứa liệu E-DCH Chịu liệu đường lên HSUPA SF thay đổi ＝ ～ 256 Áp dụng điều chế QPSK Hỗ trợ 10ms TTI 2ms TTI Mỗi liên kết vơ tuyến có nhiều E-DPDCH E-DPCCH kênh điều khiển vật lý chuyên dụng đường lên mang thông tin điều khiển E-DCH Chịu thông tin điều khiển đường lên HSUPA Cố định SF ＝ 256 Áp dụng điều chế QPSK Hỗ trợ 10ms TTI 2ms TTI Mỗi liên kết vô tuyến có E-DPCCH Đường xuống kênh vật lý chung E-AGCH E-AGCH kênh vật lý chung đường xuống chịu cấp phép tuyệt đối EDCH Sử dụng SF = 256 cố định, tốc độ kênh 30kbps E-AGCH tồn việc phân phát ô E-DCH Cấp quyền tuyệt đối E-DCH truyền ô E-DCH phục vụ 19 Absolute Grant truyền khung phụ (2ms TTI) khung vô tuyến (10ms TTI) Đường xuống kênh vật lý chuyên dụng E-RGCH E-RGCH kênh vật lý dành riêng cho Đường xuống chịu cấp phép tương đối E-DCH Áp dụng SF = 128 cố định Một khoản trợ cấp tương đối truyền 3, 12 15 khe thời gian liên tục Các khe thời gian 12 tương ứng với 2ms TTI 10ms TTI phân phối ô E-DCH, 15 khe thời gian sử dụng ô E-DCH không phân phát Đường xuống kênh vật lý chuyên dụng E-HICH E-HICH kênh vật lý dành riêng cho Đường xuống để mang Chỉ báo xác nhận HARQ E-DCH Áp dụng SF = 128 cố định 20