Bài tập lớn truyền dẫn vô tuyến số đề tài tìm hiểu công nghệ hspa và ứng dụng công nghệ hspa trên mạng di động 3g

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT VIỄN THÔNG *** BÀI TẬP LỚN TRUYỀN DẪN VƠ TUYẾN SỐ Đề tài: “ TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ HSPA VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HSPA TRÊN MẠNG DI ĐỘNG 3G ” Sinh viên thực MSV Lớp : Nguyễn Tài Văn : 191413541 : KTVT- 01 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chương I: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (1G) 1.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (2G) 1.3 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (3G) 1.5 Tổng quan HSPA 1.5.1 Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA) 1.5.2 Truy nhập gói tốc độ cao đường lên (HSUPA) .7 Chương II:CÔNG NGHỆ HSPA .8 2.1 Kiến trúc mạng 2.1.1 Kiến trúc WCDMA/UMTS R3 2.1.2 Kiến trúc WCDMA/UMTS R4 2.1.3 Kiến trúc HSPA/WCDMA R5 R6 2.1.4 Kiến trúc HSPA/WCDMA R7 10 2.2 Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA) 10 2.2.1 Nguyên lý hoạt động HSDPA .10 2.2.2 Giao diện vô tuyến HSDPA 15 2.2.2.1 Kiến trúc giao thức HSDPA 15 2.2.2.2 Cấu trúc kênh HSDPA 20 2.2.2.2.1 Kênh HS-SCCH 20 2.2.2.2.2 Kênh điều khiển vật lý dành riêng tốc độ cao (HS-DPCCH) 23 2.2.2.2.3 Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-DSCH 26 2.2.3 Các kỹ thuật sử dụng HSDPA .29 2.2.3.1 Lập biểu phụ thuộc kênh 29 2.2.4 Điều chế mã hóa thích ứng AMC .31 2.2.5 HARQ với kết hợp mềm 32 2.3 Truy nhập gói tốc độ cao đường lên (HSUPA) .34 2.3.1 Các kênh vật lý kênh truyền tải E-DCH 34 2.3.2 Các kỹ thuật sử dụng HSUPA .35 2.3.2.1 MAC-e xử lý lớp vật lý 35 2.3.2.2 Lập biểu 38 2.3.2.3 HARQ với kết hợp mềm 39 Chương III: Hiện trạng triển khai HSPA Việt Nam .42 3.1 Hiện trạng triển khai HSPA Việt Nam 42 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .44 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, thông tin di động trở thành ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh phục vụ người hữu hiệu Khởi nguồn từ dịch vụ thoại đắt tiền cho số người xe, đến với ứng dụng ngày rộng rãi thiết bị thông tin di động thể hệ ba, thơng tin di động cung cấp nhiều hình loại dịch vụ địi hỏi tốc độ số liệu cao cho người sử dụng kể chức camera, MP3 PDA Với dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao ngày trở nên phổ biến này, nhu cầu 3G phát triển lên 4G ngày trở nên cấp thiết Một công nghệ coi bước đệm để hướng tới 4G cơng nghệ 3,5G HSPA với hai công nghệ tảng HSDPA (High Speech Downlink Packet Access: truy nhập gói đường xuống tốc độ cao) HSUPA (High Speech Uplink Packet Access: truy nhập gói đường lên tốc độ cao) HSDPA chuẩn tăng cường 3GPP-3G nhằm tăng dung lượng đường xuống cách thay điều chế QPSK 3G UMTS 16QAM HSDPA HSDPA hoạt động sở kết hợp ghép kênh theo thời gian (TDM) với ghép kênh theo mã sử dụng thích ứng đường truyền Nó đưa kênh điều khiển riêng để đảm bảo tốc độ truyền dẫn số liệu Các kỹ thuật tương tự áp dụng cho đường lên chuẩn HSUPA (High Speech Uplink Packet Access) Trong khuôn khổ tập lớn này, em sâu tìm hiểu cấu trúc công nghệ HSPA triển khai HSPA Việt Nam Nội dung tập lớn gồm chương: - Chương I: Tổng quan hệ thống thông tin di động - Chương II: Công nghệ HSPA - Chương III: Triển khai HSPA Việt Nam Chương I TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (1G) Công nghệ di động công nghệ tương tự, hệ thống truyền tín hiệu tương tự, mạng điện thoại di động nhân loại, khơi mào Nhật vào năm 1979 Hình 1.1 Tiến trình phát triển hệ thống thơng tin di động Hầu hết hệ thống hệ thống analog yêu cầu chuyển liệu chủ yếu âm Với hệ thống này, gọi bị nghe trộm bên thứ ba Một số chuẩn hệ thống là: NTM, AMPS, Hicap, CDPD, Mobitex, DataTac Những điểm yếu hệ 1G dung lượng thấp, xác suất rớt gọi cao, khả chuyển gọi không tin cậy, chất lượng âm kém, khơng có chế độ bảo mật… hệ thống 1G đáp ứng nhu cầu sử dụng 1.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (2G) Hệ thống di động hệ thứ sử dụng truyền vô tuyến số cho việc truyền tải Những hệ thống mạng 2G có dung lượng lớn hệ thống mạng hệ thứ Một kênh tần số đồng thời chia cho nhiều người dùng (bởi việc chia theo mã chia theo thời gian) Sự xếp có trật tự tế bào, khu vực phục vụ đựợc bao bọc tế bào lớn, tế bào lớn phần tế bào làm tăng dung lượng hệ thống xa Có chuẩn hệ thống 2G: Hệ Thống Thơng Tin Di Động Tồn Cầu (GSM) dẫn xuất nó; AMPS số (D-AMPS); Đa Truy Cập Phân Chia Theo Mã IS-95; Mạng tế bào Số Cá Nhân (PDC) GSM chuẩn đạt thành công sử dụng rộng rãi hệ thống 2G GSM mạng điện thoại di động máy điện thoại di động kết nối với mạng cách tìm kiếm, kết nối với cell gần Các mạng di động GSM hoạt động băng tần: 850, 900, 1800 1900 Mhz Hầu hết hoạt động băng 900 Mhz 1800 Mhz, có vài nước Châu Mỹ sử dụng băng 850 Mhz 1900 Mhz băng 900 Mhz 1800 Mhz nơi bị sử dụng trước GSM cung cấp dịch vụ thoại nhắn tin ngắn, nhu cầu truy nhập Internet dịch vụ từ người sử dụng lớn nên GSM phát triển lên 2,5G: GSM HSCD GPRS EDGE 1.3 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (3G) Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-2000 (International Mobile Telecommunication -2000) cho hệ thống 3G với ưu điểm mong đợi đem lại hệ thống 3G là: Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat, …) Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền hình, nghe nhạc,…) Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, …) Sử dụng chung công nghệ thống nhất, đảm bảo tương thích tồn cầu hệ thống Để thoả mãn dịch vụ đa phương tiện đảm bảo khả truy cập Internet băng thông rộng, IMT-2000 hứa hẹn cung cấp băng thông 2Mbps, thực tế triển khai với băng thông việc chuyển giao khó, có người sử dụng không di động đáp ứng băng thông kết nối này, cịn băng thơng 384 Kbps, di chuyển ô tô 144Kbps Các hệ thống 3G điển hình là: ¬ ¬ ¬ UMTS (W-CDMA) CDMA2000 TD-SCDMA 1.4 Tổng quan HSPA HSPA công nghệ phát triển sở mạng 3G hay gọi 3G+ Quá trình phát triển HSPA thể qua trình phát triển phiên hệ thống 3GP Hình 1.2 Hình 1.2 Lộ trình phát triển HSPA theo 3GPP HSPA (High Speed Packet Access) truy nhập gói tốc độ cao bao gồm truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA: High Speed Downlink Packet Access) 3GPP chuẩn hóa R5 với phiên tiêu chuẩn vào năm 2002 truy nhập gói đường lên tốc độ cao (HSUPA: High Speed Uplink Packet Access) 3GPP chuẩn hóa R6 vào tháng 12 năm 2004 Các mạng HSDPA đưa vào thương mại năm 2005 HSUPA đưa vào thương mại năm 2007 Tốc độ số liệu đỉnh HSDPA lúc đầu 1,8Mbps tăng đến 3,6 Mbps 7,2Mbps vào năm 2006 2007, đạt đến 14,4Mbps năm 2008 Trong giai đoạn đầu tốc độ đỉnh HSUPA 1-2Mbps đạt đến 4-5,7 Mbps vào năm 2008 Phiên HSPA+ tiếp tục hoàn thiện tốc độ tiếp tục cải thiện cao HSPA triển khai WCDMA sóng mang sử dụng sóng mang khác để đạt dung lượng cao Mơ hình triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) chung sóng mang (f1) với WCDMA hình 1.3 HSPA chia sẻ chung hạ tầng mạng với WCDMA Để nâng cấp WCDMA lên HSPA cần bổ xung phần mềm vài phần cứng BSC RNC Hình 1.3 Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) chung sóng mang với WCDMA (f1) Lúc đầu HSPA thiết kế cho dịch vụ phi thời gian thực, nhiên R6 R7 cải thiện hiệu suất HSPA cho VoIP ứng dụng tương tự khác Khác với WCDMA tốc độ số liệu giao diện (384kbps cho tốc độ cực đại chẳng hạn), tốc độ số liệu HSPA giao diện khác hình 1.4 minh họa điều Tốc độ đỉnh (14,4Mbps hai thiết bị người sử dụng UE (UE: User Equipment) thiết bị người sử dụng xảy thời điểm điều kiện kênh truyền tốt tốc độ trung bình khơng q 3Mbps Để đảm bảo truyền lưu lượng mang tính cụm này, BTS cần có đệm để lưu lại lưu lượng lập biểu để truyền lưu lượng hạ tầng mạng Hình 1.4 Tốc độ số liệu khác giao diện khác 1.4.1 Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA) Khái niệm HSDPA dựa kênh truyền tải mới, kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-DSCH, kênh HS-DSCH coi phát triển kênh DSCH WCDMA Kênh HS-DSCH xếp lên, gộp chung kênh vật lý để chia sẻ giữa tất người dùng ghép kênh thời gian Mục tiêu HSDPA mở rộng giao diện vô tuyến WCDMA, tăng cường hiệu dung lượng WCDMA Để đạt điều này, HSPDA sử dụng số kỹ thuật như: Điều chế bậc cao, lập biểu phụ thuộc kênh HARQ với kết hợp mềm Kiến trúc HSDPA có kiến trúc hình 1.5 Mỗi UE sử dụng HSDPA thu truyền dẫn HS-DSCH từ ô phục vụ Ô phục vụ chịu trách nhiệm lập biểu, điều khiển tốc độ, HARQ chức MAC -hs khác cho HSDPA Chuyển giao mềm đường lên hỗ trợ truyền dẫn số liệu đường lên thu từ nhiều ô UE nhận lệnh điều khiển công suất từ nhiều ô Hình 1.5 Kiến trúc HSDPA Di động từ hỗ trợ HSDPA đến ô không hỗ trợ HSDPA xử lý dễ dàng Có thể đảm bảo dịch vụ không gián đoạn cho người sử dụng (mặc dù tốc độ số liệu thấp hơn) chuyển mạch kênh RNC người sử dụng chuyển mạch đến kênh dành riêng (DCH) ô HSDPA Tương tự, người sử dụng trang bị đầu cuối có HSDPA chuyển mạch từ kênh riêng sang HSDPA người di chuyển vào ô có hỗ trợ HSDPA 1.4.2.Truy nhập gói tốc độ cao đường lên (HSUPA) HSUPA đưa vào WCDMA R6 HSUPA đảm bảo cải thiện dung lượng hiệu đường lên: Tốc độ cao hơn, trễ giảm dung lượng hệ thống tăng Cốt lõi HSUPA sử dung hai công nghệ sở HSDPA lập biểu nhanh HARQ kết hợp mềm Cũng giống HSDPA, HSUPA sử dụng khoảng thời gian ngắn 2ms cho TTI đường lên Các tăng cường thực WCDMA Thông qua kênh truyền tải E-DCH (Enhanced Deicated Channel: kênh riêng tăng cường) Giống HSDPA thực thể MAC (MAC-e) đưa vào MS vào nút B Trong nút B, MAC-e chịu trách nhiệm truyền tải phát lại HARQ lập biểu, UE MAC-e chịu trách nhiệm lựa chọn tốc độ số liệu giới hạn lập biểu MAC-e nút B đặt Hình 1.6 Kiến trúc HSUPA lập cấu hình E-DCH Chương II CÔNG NGHỆ HSPA 2.1.Kiến trúc mạng HSPA cơng nghệ tăng cường cho 3G WCDMA cịn gọi 3G+ Do để thấy kiến trúc mạng HSPA ta xét cấu trúc phát hành WCDMA 2.1.1.Kiến trúc WCDMA/UMTS R3 WCDMA/UMTS R3 phiên UMTS, hỗ trợ kết nối chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói Trong miền CS tốc độ bít thơng tin lên đến 384 Mbps miền PS 2Mbps Đảm bảo yêu cầu roamming mạng 2G 3G Sử dụng lại đa phần mạng lõi hệ thống GSM/GPRS tại, giảm thiểu chi phí đầu tư tiền đề cho việc đưa dịch vụ tiên tiến với giá thành rẻ đảm bảo khả cạnh tranh thị trường tốt thực triển khai nhanh chóng Có khả cung cấp dịch vụ truyền thống mạng 2G dịch vụ tiên tiến gồm: điện thoại có hình (Hội nghị video), âm chất lượng cao tốc độ truyền cao đầu cuối Hình 2.1 mơ tả cấu trúc mạng UMTS theo Phiên R3 Hình 2.1 Kiến trúc WCDMA/UMTS R3 2.1.2 Kiến trúc WCDMA/UMTS R4 Hình 2.2 cho thấy kiến trúc sở 3G WCDMA R4 Sự khác R3 R4 chỗ mạng lõi mạng phân bố chuyển mạch mềm Thay cho việc có MSC chuyển mạch kênh truyền thống kiến trúc trước, kiến trúc chuyển mạch phân bố chuyển mạch mềm đưa vào MSC chia thành MSC server cổng phương tiện (MGW: Media Gateway) MSC server chứa tất phần mềm điều khiển gọi, quản lý di động có MSC tiêu chuẩn Tuy nhiên không chứa ma trận chuyển mạch