ứng dụng trên hsdpa

Công nghệ HSDPA. MỤC LỤC MỤC LỤC 1 DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU 2 LỜI NÓI ĐẦU 3 CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ HSDPA 4 1.1 Tổng quan về HSDPA 4 1.2 Những cải tiến quan trọng của HSDPA so với WCDMA 7 1.3 Nguyên lý hoạt động của HSDPA 8 1.4. Cấu trúc HSDPA 11 1.4.1. Mô hình giao thức HSDPA 11 1.4.2. Cấu trúc kênh 13 1.5. Các kỹ thuật sử dụng trong HSDPA 21 1. 5.1. Điều chế và Mã hóa thích ứng.Kỹ thuật truyền dẫn đa mã 21 1.5.2 Kỹ thuật H- ARQ 24 CHƯƠNG II : ỨNG DỤNG TRÊN HSDPA 26 2.1. VOIP song công toàn phần và thúc đẩy trò chuyện 26 2.2. Trò chơi với thời gian thực 27 2.3. Luồng TV – di động 28 2.4 Email 29 KẾT LUẬN 32 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 1G : First Generation 2G : Second Generation 3G : Third Generation FDD : Frequency Division Multiple Access GSM : Global System for Mobile Communications Nhóm 13 Page 1 Công nghệ HSDPA. 3GPP : 3rd 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 H-ARQ : Hybrid Automatic Repeat request HS-DPCCH : Uplink High-Speed Dedicated Physical Control CHannel 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 EDGE : Enhanced Data Rates for GSM Evolution DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU Hình 1: Biểu đồ cột so sánh thời gian download của các công nghệ. Hình 2: Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDMA Hình 3 : Nguyên lý hoạt động cơ bản của HSDPA Hình 4: Kiến trúc giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH Nhóm 13 Page 2 Công nghệ HSDPA. Hình 5: Cấu trúc lớp MAC-hs Hình 6 : Giao diện vô tuyến của HSDPA Hình 7 : Thời gian và bộ mã được chia sẻ trong HS-DSCH Hình 8 : Trạng thái kênh của các user Hình 9 : Hệ thống trong trường hợp 1 kênh HS-SCCH và phân chia đa thời gian Hình 10: Hệ thống trong trường hợp nhiều kênh HS-SCCH và phân chia đa thời gian. Hình 11: Cấu trúc kênh HS-DPCCH Hình 12: Biểu diễn mã hoá điều chế của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng với mỗi mã theo dB Hình 13: Hoạt động của giao thức SAW 4 kênh Hình 14: Quá trình truyền lại khối dữ liệu IR Hình 15: Ước lượng tiêu thụ công suất của điện thoại di động Hình 16: Truy cập email từ mobile sử dụng pin 1000-mAh Bảng 1: Tốc độ dữ liệu đỉnh của HSDPA trong một số trường hợp Bảng 2: Lược đồ mã hóa điều chế của HSDPA và tốc độ bít tối đa khả dụng với mỗi mã. LỜI NÓI ĐẦU HSDPA là một chuẩn công nghệ trong Phiên bản 5 của Đề án các đối tác thế hệ 3 WCDMA băng rộng WCDMA 3GP. HSDPA sẽ tăng tốc độ dữ liệu truyền tối đa và nâng cao chất lượng dịch vụ QoS, và nói chung là cải tiến hiệu quả phổ tần đường xuống không đối xứng và đáp ứng nhu cầu bùng nổ các dịch vụ dữ liệu gói. Khi HSDPA được thực hiện, nó có thể cùng tồn tại trên cùng hệ thống truyền dẫn như Phiên bản 99 WCDMA hiện tại. Điều này cho phép đưa HSDPA vào mạng WCDMA hiện tại một cách dễ dàng và hiệu quả về chi phí. HSDPA được thiết kế cho những Nhóm 13 Page 3 Công nghệ HSDPA. ứng dụng dịch vụ dữ liệu như: dịch vụ cơ bản : tải tệp, phân phối email; dịch vụ tương tác : trình duyệt web, truy nhập server, truy tìm và phục hồi cơ sở dữ liệu; dịch vụ Streaming : dịch vụ audio/video… Bài tiểu luận nay trình bày về công nghệ HSDPA và các ứng dụng trên HSDPA. Nội dung bài tiểu luận sẽ chia làm 2 phần với các nội dung sau:  Giới thiệu về công nghệ HSDPA.  Ứng dụng trên HSDPA. Do nội dung kiến thức của đề tài tương đối rộng và trình độ hiểu biết còn nhiều hạn chế nên bài làm không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận được sự chỉ dẫn và góp ý của các thầy cô giáo để bài làm được hoàn thiện hơn !!! Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Phạm Anh Tuấn và các thầy cô trong khoa Công Nghệ Thông Tin đã giúp đỡ em trong thời gian qua để có thể hoàn thành bài đồ án. Hà Nội, ngày 6 tháng 12 năm 2011.! CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ HSDPA 1.1 Tổng quan về HSDPA Mặc dù công nghệ 3G WCDMA hiện nay cho phép tốc độ dữ liệu gói lên đến 2Mbps. Tuy nhiên, các tiêu chuẩn thiết kế hệ thống WCDMA có một số hạn chế như: • Không tận dụng các ưu thế của dữ liệu gói vốn rất phổ biến đối với đường trục hữu tuyến • Thiết kế dịch vụ 2Mbps hiện nay là không hiệu quả và cũng chưa đáp ứng được nhu cầu sử dụng dịch vụ số liệu Nhóm 13 Page 4 Công nghệ HSDPA. • Không thể xử lý tốc độ dữ liệu cao lên đến 10Mbps Do đó, R5 tiếp tục được phát triển để khắc phục những hạn chế này. R5 là sự phát triển quan trọng của 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 thích ứng liên tục theo điều kiện kênh bằng cách ghép chèn thêm thông tin khi cần • Sử dụng AMC khi được kết hợp với HARQ nhằm cải thiện dung lượng của hệ thống • 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 1: Biểu đồ cột so sánh thời gian download của các công nghệ. Nhóm 13 Page 5 Công nghệ HSDPA. HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access)-truy cập gói đường xuống tốc độ cao, là giải pháp 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 với tập tin đính kèm mang dung lượng lớn, lướt web hoặc tải về các tập tin đa phương tiện hoặc văn bản nhanh hơn bao giờ. 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. Khái niệm 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), 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 người dùng có sử dụng sóng radio, sóng cho hiệu quả download nhanh nhất. Ngoài ra HSDPA còn sử dụng điều chế và mã hoá thích ứng (Adaptive Modulation and Coding), HARQ nhanh (Hybrid Automatic Repeat Request), và lập lịch gói (Packet Scheduling) nhanh. Những tính năng này được phối hợp chặt chẽ và cho phép thích ứng các tham số truyền dẫn theo mỗi khoảng thời gian TTI nhằm liên tục hiệu chỉnh sự thay đổi của chất lượng kênh vô tuyến. Nhóm 13 Page 6 Công nghệ HSDPA. 1.2 Những cải tiến quan trọng của HSDPA so với WCDMA. Hình 2: Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDMA Trong WCDMA, điều khiển công suất nhanh nhằm giữ ổn định chất lượng tín hiệu nhận được (Eb/No) bằng cách tăng công suất phát nhằm chống lại sự suy hao của tín hiệu thu được. Điều này sẽ tạo ra các giá trị đỉnh trong công suất phát và tăng nền nhiễu đa truy cập, do đó sẽ làm giảm dung lượng của toàn mạng. Hơn thế nữa, sự hoạt động của điều khiển công suất yêu cầu luôn luôn phải đảm bảo một mức dự trữ nhất 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 thích ứng liên kết khác để thích ứng các tham số tín hiệu phát nhằm liên tục bám theo các biến thiên của kênh truyền vô tuyến. Một trong những yêu cầu thích ứng liên kết sẽ được đề cập trong khuôn khổ bài khoá luận này được gọi là “điều chế và mã hoá thích ứng - AMC”. Với kỹ thuật AMC, điều chế và tỉ lệ mã hoá đựoc thích ứng một cách liên tục với chất lượng kênh thay cho việc hiệu chỉnh công suất. Truyền dẫn sử dụng nhiều mã Walsh cũng được sử dụng trong quá trình thích ứng liên kết. Sự kết hợp của hai kỹ thuật thích ứng liên Nhóm 13 Page 7 Công nghệ HSDPA. kết trên đã thay thế hoàn toàn kỹ thuật hệ số trải phổ biến thiên trong WCDMA do khả năng thích ứng chậm đối với sự biến thiên của truyền dẫn vô tuyến tốc độ cao. Do HSDPA không còn sử dụng điều khiển công suất vòng kín, phải tối thiểu hoá sự thay đổi của chất lượng kênh vô tuyến trong mỗi khoảng thời gian TTI, vấn đề này được thực hiện nhờ việc giảm độ rộng của TTI từ 10 ms ở WCDMA xuống còn 2ms ở HSDPA. Với sự bổ sung kỹ thuật HARQ nhanh, nó còn cho phép phát lại một cách nhanh nhất các block dữ liệu đã bị mất hoặc bị lỗi và khả năng kết hợp với thông tin mềm ở lần phát đầu tiên với các lần phát lại sau đó. Để thu thập được thông tin về thông tin chất lượng kênh hiện thời cho phép các kỹ thuật thích ứng liên kết và lập lịch gói theo dõi giám sát một cách liên tục các điều khiển vô tuyến hiện tại của thuê bao di động, lớp điều khiển trung gian MAC thì làm nhiệm vụ giám sát kênh nhanh cho phép Bộ lập lịch gói nhanh và đặc tính chia sẻ theo thời gian của kênh HS-DSCH về bản chất có thể xem như phân tập lựa chọn đa người dung với những lợi ích rât to lớn đối với việc cỉa thiện thông lượng của tế bào. Việc chuyển dịch chức năng lập lịch đến Node B là thay đổi chính về kiến trúc nếu so sánh với phiên bản R99 của WCDMA. 1.3 Nguyên lý hoạt động của HSDPA Nhóm 13 Page 8 Công nghệ HSDPA. Hình 3 : 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 lí tốc độ cao L1 + Yêu cầu lặp tự động lại H-ARQ. Trong giải pháp HSDPA, thiết bị sắp xếp gói tin sẽ được chuyển từ bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC tới Node-B nhằm giúp người sử dụng dễ dàng truy nhập vào các chức năng thống kê giao diện vô tuyến. Kĩ thuật sắp xếp gói tin tiên tiến sẽ giúp điều chỉnh được tốc độ dữ liệu người sử dụng sao cho thích hợp với các điều kiện kênh vô tuyến tức thời. Trong quá trình kết nối, thiết bị người sử dụng (UE) sẽ định kì gửi một chỉ thị chất lượng kênh CQI tới Node-B cho biết tốc độ dữ liệu nào (bao gồm kĩ thuật điều chế và mã hóa, số lượng các mã đã sử dụng) mà thiết bị này có thể hỗ trợ khi ở dưới các điều kiện vô tuyến hiện thời. Đồng thời, UE gửi một báo nhận (Ack/Nack) ứng với mỗi gói giúp Node-B biết được thời điểm lặp lại quá trình truyền dữ liệu. Cùng với chức năng thống kê chất lượng kênh tương ứng cho từng UE trong một cell, thiết bị sắp xếp gói tin sẽ thực hiện sắp xếp các gói của các UE một cách công bằng. Vấn đề chúng ta cần quan tâm là chất lượng kênh đường truyền của mỗi người sử dụng độc lập và cách xác định nó. Ví dụ như: Tỉ lệ công suất kí hiệu trên tạp nhiễu (tỉ số Es/No), chất lượng bộ tách UE. Nút B có thể ước lượng tốc độ dữ liệu được hỗ trợ cho mỗi UE bằng cách giám sát các lệnh điều khiển công suất phát theo chu kì một giá trị chỉ thị chất lượng kênh (CQI – Channel Quality Indicator) đặc thù của HSPDA trên kênh điều khiển vật lí dành riêng tốc độ cao (HS-DPCCH) đường lên, kênh này cũng mang cả thông tin báo hiệu chấp nhận/không chấp nhận (Ask/Nask) ở dạng gói dựa trên L1 cho mỗi kênh liên kết. Khi đã ước tính được chất lượng kênh, hệ thống chia sẻ tài nguyên mã và công suất HS-DSCH giữa những người sử dụng khác nhau. Nhóm 13 Page 9 Công nghệ HSDPA. Lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC-Medium Access Control) được đặt tại nút B, do đó cho phép truy nhập nhanh hơn tới các giá trị đo lường tuyến kết nối, lập lịch gói hiệu quả hơn và nhanh hơn, cũng như có thể kiểm soát chất lượng QoS chặt chẽ hơn. So sánh với kĩ thuật DMA truyền thống, kênh HS-DSCH không thực hiện với điều kiện công suất phát nhanh và hệ số trải phổ cố định. Bằng cách sử dụng kĩ thuật mã hóa Turbo tốc độ thay đổi, điều chế 16 QAM, cũng như hoạt động đa mã mở rộng, kênh HS-DSCH hỗ trợ tốc độ dữ liệu đỉnh từ 120Kbps tới hơn 10Mbps. Quá trình điều chế và mã hóa thích ứng cơ bản có một dải rộng khoảng 20dB, và được mở rộng hơn nữa số đa mã khả dụng. Bảng 1: Tốc độ dữ liệu đỉnh của HSDPA trong một số trường hợp Nhóm 13 Page 10 [...]... thông số thiết đặt trên mạng vô tuyến Nếu chúng tả giả sử các đồng hồ 5-sec DCH và FACH 50 tin nhắn 1 giờ, thiết bị di động chuẩn là 53h sẽ sử dụng 1000mAp công suất pin Sự tính toán này chứng minh rằng các thông số trong ứng dụng đẩy email tốt trong mạng vô tuyến Nhóm 13 Page 30 Công nghệ HSDPA Hình 16: Truy cập email từ mobile sử dụng pin 1000-mAh Nếu trạng thái PCH không được sử dụng bởi mạng, UE... gian chuẩn sử dụng pin Sử dụng trạng thái PCH là có lợi để đạt được thời gian chuẩn sử dụng dài Nhóm 13 Page 31 Công nghệ HSDPA KẾT LUẬN Chính thức được đưa vào hoạt động lần đầu tiên vào năm 2005, tính đến cuối năm 2006 đã có 19 nhà cung cấp 66 sản phẩm ứng dụng công nghệ HSDPA, trong đó có 32 sản phẩm điện thoại di động Ưu thế của HSPA khi hiện tại đã được triển khai tại khoảng 150 mạng trên 60 quốc... 741.5 kbps Nhóm 13 Page 23 Công nghệ HSDPA Hình 12: Biểu diễn mã hoá điều chế của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng với mỗi mã theo dB 1.5.2 Kỹ thuật H- ARQ Khi vận hành HSDPA ở lân cận hiệu suất phổ cao nhất, tỉ lệ lỗi khối BLER sau lần truyền dẫn đầu tiên được khuyến nghị trong khoảng từ 10- 20% Cơ chế yêu cầu lặp tự động lai H-ARQ được ứng dụng trong giải pháp HSDPA nhằm giảm trễ và tăng hiệu suất... WCDMA Chú ý rằng khi tải ở HSPA tăng lên thì RTT cũng tăng Với các ứng dụng thúc đẩy trò chuyện thì độ trễ yêu cầu từ miệng tới tai là ít đòi hỏi cao hơn so với VOIP song công toàn phần Mặt khác, những ứng dụng này đặt những yêu cầu chặt chẽ trên việc thiết đặt thời gian cho kết nối vô tuyến Điều này là bởi vì mỗi thời gian người sử dụng yêu cầu trò chuyện, hệ thống phải thiết đặt một kết nối vô tuyến,... thiết bị đầu cuối và các mạng WCDMA và HSPA rồi tốc độ truyền theo bit có thể được sử dụng để hướng dẫn sự chọn lọc nhịp độ phương tiện truyền thông ban đầu 2.4 Email Các giá trị trễ trong mạng HSPA thường đủ thấp cho các ứng dụng thư điện tử Thậm chí nếu người sử dụng không tải các file đính kèm hoặc gửi thư điện tử, ứng dụng thư điện tử dùng gửi tin nhắn tới điện thoại di động: - Tiêu đề thư và vài KB... nghệ HSDPA Từ bảng 3 ta có thể phần nào hình dung được kết nối giữa một khuôn dạng truyền tải và kết nối tài nguyên (TFRC) có thể và tốc độ dữ liệu đỉnh tương ứng 1.4 Cấu trúc HSDPA 1.4.1 Mô hình giao thức HSDPA Hình 4: Kiến trúc giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH Trong cấu trúc HSDPA, thiết bị sắp xếp gói tin sẽ được chuyển từ bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC tới Node-B nhằm giúp người sử dụng. .. thông/ lưu lượng hữu dụng của một người sử dụng và dùng nó cho những người khác • Nhược điểm: Các bit hệ thống chỉ được gửi đi khi truyền lần đầu và không thể truyền lại, điều đó làm cho quá trình truyền lại không thể tự giải mã Vì thế, nếu quá trình truyền lần đầu bị mất thì fading rất lớn sẽ tác động và không có cơ hội khôi phục lại dữ liệu trong hoàn cảnh này CHƯƠNG II : ỨNG DỤNG TRÊN HSDPA 2.1 VOIP song... tượng đa dạng hơn Với những cải tiến mang tính đột phá, HSDPA là một công nghệ đang được chú trọng phát triển Trên thực tế, thị trường của HSDPA phát triển mạnh mẽ nhất, đặc biệt là ở giai đoạn khởi đầu, là ở những nước phát triển, nơi có lượng khách hàng khổng lồ sử dụng điện thoại di động chất lượng cao Lý do là vì những chiếc điện thoại HSDPA sẽ có giá thành cao hơn hẳn những chiếc điện thoại thông... phục lại dữ liệu trong hoàn cảnh này CHƯƠNG II : ỨNG DỤNG TRÊN HSDPA 2.1 VOIP song công toàn phần và thúc đẩy trò chuyện Nhóm 13 Page 26 Công nghệ HSDPA Khi so sánh với nhiều ứng dụng khác chạy qua IP, lưu lượng yêu cầu cho VoIP song công toàn phần thấp, lên trên tới vài chục Kbps, nhưng những yêu cầu tiềm ẩn mặt khác lại đòi hỏi cao hơn, như vậy một lần nữa , RTT – và không phải lưu lượng nối liên kết-... dịch vụ, trạng thái kênh của user đó Nhóm 13 Page 15 Công nghệ HSDPA Hình 8 : Trạng thái kênh của các user Như hình vẽ trên, tại khoảng thời gian đầu tiên User 1 có trạng thái kênh tốt nên bộ scheduler đưa ra quyết định cấp phát tài nguyên cho User này Khi đã quyết định cấp phát tài nguyên cho User 1 này, kỹ thuật thích ứng cũng được áp dụng Nếu trạng thái kênh của User lúc này tốt và nhu cầu về tốc . trình bày về công nghệ HSDPA và các ứng dụng trên HSDPA. Nội dung bài tiểu luận sẽ chia làm 2 phần với các nội dung sau:  Giới thiệu về công nghệ HSDPA.  Ứng dụng trên HSDPA. Do nội dung kiến. suất. Truyền dẫn sử dụng nhiều mã Walsh cũng được sử dụng trong quá trình thích ứng liên kết. Sự kết hợp của hai kỹ thuật thích ứng liên Nhóm 13 Page 7 Công nghệ HSDPA. kết trên đã thay thế hoàn. được khi sử dụng công nghệ HSDPA. Công nghệ này có thể được chia sẻ giữa tất cả các người dùng có sử dụng sóng radio, sóng cho hiệu quả download nhanh nhất. Ngoài ra HSDPA còn sử dụng điều chế