eae EE Tee Se see eee
5 ae TRƯỜNG DAIHOCVINH =)
Ệ KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG tị
1 : iF 25 e5 Fe ee DO AN
TOT NGHIEP DAI HOC
NGHIEN CUU CONG NGHE HSPA
VA UNG DUNG HSPA VAO MANG DI DONG 3G CUA VMS - MOBIFONE
252525
25252525"
Người hướng dẫn : ThS LÊ THỊ KIỀU NGA Sinh viên thực hiện : NGUYÊN THỊ THANH
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TÓT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Ngyễn Thị Thanh Số hiệu sinh viên: 0851080334
Ngành: Điện tử - Viễn thơng Khố: 49
1 Dau dé dé an:
2 Các số liệu và đữ liệu ban dau:
Họ tên giảng viên hướng dẫn: TS Lê Thị Kiều Nga
1 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: / /20
2 Ngày hoàn thành đồ án: — / /20
Ngày tháng năm 2013
TRƯỞNG BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN
Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm 2013
Trang 3BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
BAN NHAN XET DO AN TOT NGHIỆP
Ho va tén sinh vién: Nguyễn Thị Thanh Số hiệu sinh viên: 0851080334
Ngành: Điện tử - Viễn thơng Khố: 49
Giảng viên hướng dẫn: ThS Lê Thị Kiều Nga
Cán bộ phản biện:
1 Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
Trang 4
LOI CAM ON
Vậy là hơn bốn năm học đã trôi qua, và giờ đây em đã là một sinh viên sắp ra trường Trong suốt thời gian học tập và rèn luyện đó em đã gặt hái được những
thành quả nhất định về kiến thức, đạo đức, nghị lực cũng như sự tự tin, bản lĩnh để
vững bước hơn trong cuộc sống Có được những thành quả như ngày hơm nay, ngồi sự nỗ lực tu dưỡng của bản thân thì sự quan tâm, chỉ bảo của thầy cô có ý nghĩa vơ cùng quan trọng đối với em
Nhân cơ hội này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến các thầy cô giáo trong trường Đại Học Vinh nói chung, Các thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thơng nói riêng đã tận tâm, tận lực bằng tỉnh thần trách nhiệm của mình giảng day, diu dat em giúp em có được những thành quả như ngày hôm nay
Và cuối cùng, em xin cảm ơn giảng viên TS Lê Thị Kiều Nga đã tận tình chỉ dạy, giúp đỡ em hoàn thành bài đồ án tốt nghiệp này
Em xin chân thành cảm ơn!
Trang 5MUC LUC
Trang
LOT NOI DAU covsccssesssssssssessssessssssusssssssssesssesssississssssssisssisesssussssessiuesssessssesssesesneess i I9) 89 82/9 SNNNNMa ii
DANH MUC CAC THUAT NGU VIET TAT ccecsecsessessesssssessessvssssssesseesesseereeseese iii DANH MUC CAC HINH VE
DANH MUC BANG BIEU pesscsssssssssssesssssssssesssesssssssssessssssseessicsssesssisessesssseesseess viii CHUONG I1 TÔNG QUAN VỀ HỆ THĨNG THƠNG TIN DỊ ĐỘNG 3G I
1.1 Lich str phat triển của các hệ thống báo 1 1.2 Các tiêu chuẩn của mạng di động 3G ¿ 2¿©c++cx++zxtzxesrxesrxe 4
1.3 Các tham số chính của WDMA -2-22222++2E++2E++tEEEerErerrxeerkrrrrs 5
1.4 Các kênh cơ bản của W-CIDMA -.-.- - c1 2211121111211 1121 1118111181118 21 2 zxe 6 1.5 Các bước cải tiến của công nghệ WŒDMA -¿- 2c ©c2+2x2cEktzEerrerree 8
1.6 Kết luận chương 1 ooecccecccsscessesssesssessessessssssesssesssecsusssecsesssesssesssecsessseesseeseeese 9
CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ HSPA
2.1 Tông quan về công nghệ HSPA - 2 +¿©E£++£+EE£+EE2EEEEEEvEErrxrrkee 10 bo nh -(.4AjäÂAH.HH 12
2.2.1 Kiến trúc WCDMA/UMTS R3 -5222ccccrtttrEriirrrrrrriie 12
2.2.2 Kiến trúc WCDMA/UMTTS R4 -25- 552 2S222tt2kvrkerrerrkrervee 14 2.2.3 Kiến trúc HSPA/WCDMA R5 và R6 -2-©cccScscccceccrseee 15
2.2.4 Kiến trúc HSPA/WCDMA R7 che 16
2.3 Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA) -¿-z©-5+¿ 18 2.3.1 Giới thiệu chung - -c- tk 1v HH ng ngàn r, 18 2.3.2 Nguyên lý hoạt động của HSDPA
2.3.3 Kiến trúc giao điện vơ tuyến HSDPA .2 2¿©cs+cxz+zxccrssrxee 22
Trang 62.3.5 Các kỹ thuật sử dụng trong HSIDPA ác se sssrsrsrree 35 2.4 Truy nhập gói tốc độ cao đường lên (HSUPA) -.¿ ¿©-s+©sz+c5+2 46 2.4.1 Giới thiệu chung, - ác tk TT nh Hàng nh Hàn nh r, 46
2.4.2 Cấu trúc kênh HSUPA 2c52:222vcctttErtrrrtrrrrrrrrrrrrrrrrrrree 49
2.4.3 Các kỹ thuật sử dụng trong HSUPA - sccSSssskseesiee 58
2.5 Kết luận chương 2 c.ccccccsssesssesssessesssesssesssessesssscssessecssessusssesssecssessesssesseeeses 68
CHƯƠNG 3 TRIÊN KHAI HSPA TẠI VMS
3.1 Hiện trạng triển khai HSPA tại Việt Nam
3.2 Tình hình triển khai HSPA tại VMS MobiFone 2-2 s+serxersrxcre 72
3.2.1 Cấu trúc mạng thông tin di động VMS-MobiFone - - 72
3.2.2 Phương án triển khai HSPA áp dụng công nghệ HSDPA tai 'VMS-MOobiFOn€ 6 6< + 1xx ST HH TT HH Hàn tư 74
3.2.3 Cơ sở triển khai mang HSDPA tại MobiFone -.- «- «<++ 75
3.2.4 Q trình áp dụng cơng nghệ HSPA tại VMS .- -~<<<++ 76
3.3 Kết luận chương 2 :+- 5c ©2s SE SEE92110211211211111211.211111 2111111 xe 84
CHUONG 4 MO PHONG KENH HSDPA BANG PHAN MEM MATLAB 85
4.1 Mô phỏng đánh giá thông lượng hệ thống -2 2552 seSzccxecrerk 85
4.2 Đánh giá tỉ lệ lỗi bit kênh truyền dùng HARQ
4.3 Kết luận chương 4 22Ss- Sx22k 2 12211211521101112111211211 11.11.1111 88
KÉT LUẬN CHUNG -5-5< 2k 2 2212EE122110112211.11 T11 11.110 co 89
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO - 55c 5c E2 1221121152111, 90
Trang 7LOI NOI DAU
Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triénnhanh 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 đi động càng không ngừng
được cải tiễn
Hiện nay các nhà mạng di động đang tập trung khai thác các công nghệ 3G, nhưng với nhu cầu đòi hỏi các dịch vụ tốc độ cao của con người thì việc phát triển công nghệ lên 4G sẽ không xa
Một trong những công nghệ được coi là bước đệm để hướng tới 4G chính là cơng nghệ 3,5G HSPA với hai công nghệ nền tảng HSDPA (High Speech Downlink Packet Access: truy nhập gói đường xuống tốc độ cao) và HSUPA (High Speech Uplink Packet Access: truy nhập gói đường lên tốc độ cao) HSDPA là một chuẩn tăng cường của 3GPP-3G nhằm tăng dung lượng đường xuống bằng cách thay thế
điều chế QPSK trong 3G UMTS bang 16QAM trong HSDPA HSDPA hoạt động
trên cơ sở kết hợp ghép kênh theo thời gian (TDM) với ghép kênh theo mã và sử dụng thích ứng đường truyền Nó cũng đưa ra một kênh điều khiến riêng để đảm bảo tốc độ truyền dẫn số liệu Các kỹ thuật tương tự cũng được áp đụng cho đường 1én trong chuan HSUPA (High Speech Uplink Packet Access)
Trong khuôn khổ đồ án này, em đi sâu vào nghiên cứu cấu trúc của công
nghệ HSPA và triển khai HSPA tại VMS Đồ án gồm 4 chương:
Chương I _: Tổng quan về các hệ thống thông tin di động 3G
Chương II : Công nghệ HSPA
Chương III: Triển khai HSPA tại VMS
Chương IV: Mô Phỏng thông lượng kênh đường xuống HSDPA
Trong quá trình làm đề tài, em đã có gắng rất nhiều song do kiến thức hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý,
giúp đỡ của Thầy, Cô, bạn bè
Sinh Viên
Trang 8TĨM TẤT ĐƠ ÁN
Trong khuôn khổ đồ án này đi sâu tìm hiểu cơng nghệ HSPA là một công nghệ truyền dẫn không dây di động, gồm hai giao thức là HSDPA (Truy nhập gói tốc độ cao kênh đường xuống) và HSUPA (Truy nhập gói tốc độ cao đường lên) với cái nhìn tổng quan nhất Bằng việc so sánh các khía cạnh của HSPA với công nghệ WCDMA của mạng di động 3G cũng như trình bày về kiến trúc hệ thống, cau trúc
kênh và các kỹ thuật chính được sử dụng như: Điều chế bậc cao, lập biểu phụ thuộc kênh và HARQ với kết hợp mềm Để giúp chúng ta hiểu được tại sao HSPA lại là
một công nghệ tiềm năng trong quá trình phát triển lên mạng di động 4G Đồ án cũng trình bày quá trình tìm hiểu thực tế áp dụng công nghệ HSPA của các nhà mạng di động ở nước ta đặc biệt là quá trình triển khai ở VMS — Mobifont Mặt khác, em cũng tiến hành mô phỏng thông lượng và tỷ lệ lỗi bít của kênh vật lý đường xuống HSDPA bằng phần mềm Matlab từ đó có thé tính được thơng lương
và đánh giá chất lượng qua lý thuyết của HSDPA
ABSTRACT
In the framework this thesis studied in depth HSPA technology is a mobile wireless transmission technology, Consists of two protocols is HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) and HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) with an orview of the most By comparing aspects of HSPA and WCDMA technology of
the 3G mobile network as well as presented about the system architecture, the
channel structure and the main techniques used such as hight — level modulation, chanel dependent scheduling and HARQ with soft combining To helf us understand Why HSPA is a potential technology in the development of 4G mobile networks The project also presented the process of fact-finding application HSPA technology of the mobile network in our country especially in the deployment process in VMS - Mobifont Besides, I also conducted a simulation throughput and bit error rate of HSPA downlink physical channel using Matlab software which can calculate throughput and quality assessment through HSDPA theories
Trang 9Từ viết tắt 3G 3GPP AMC AMR ARQ ASN ATM BER BPSK BSC BTS CC CDMA CN CQI CRC DCH DPCCH DPDCH DSSS E-AGCH EDGE
DANH MUC CAC THUAT NGU VIET TAT
Nghia Tiéng Anh Third Generation
3rd Genaration Partnership Project Adaptive Modulation and Coding Adaptive MultiRate
Automatic Repeat-Request
Access Service Network Asynchronous Transfer Mode
Bit Error Rate
Binary Phase Shift Keying Base Station Controller Base Tranceiver Station
Convolutional Code
Code Division Multiple Access Core Network
Channel Quality Indicator
Cyclic Redundancy Check
Dedicated Channel
Dedicated Physycal Control Dedicated Physical Data Channel
Direct-Sequence Spread Spectrum Enhanced Absolute Grant Channel Enhanced Data rates for GPRS Evolution
iii
Nghia Tiéng viét
Thế hệ thứ ba
Đề án các đối tác thế hệ thứ ba Mã hóa và điều chế thích ứng
Đa tốc độ thích ứng
Yêu cầu phát lại tự động
Mạng dịch vụ truy nhập
Chế độ truyền dị bộ Tỷ số lỗi bit
Khóa chuyển pha hai trạng thái
Bộ điều khiển trạm gốc
Trạm thu phát gốc
Mã xoắn
Đa truy nhập phân chia theo mã Mạng lõi
Chi thị chất lượng kênh
Kiểm tra vòng dư
Kênh điều khiển
Kênh điều khiển vật lý riêng Kênh số liệu vật lý riêng
Trải phổ chuỗi trực tiếp Kênh cho phép tuyệt đối tăng cường
Trang 10E-DCH E-DPCCH E-DPDCH EIR E-RGCH FDD HS-SCCH TEEE IMT-2000 IP IR Tu Tub Tur LTE MAC MIMO MIP MSC OFDMA PDCP PDSCH QAM QoS
Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng tăng cường
Enhanced Dedicated Control Channel Kênh điều khển riêng tăng cường Enhanced Dedicated Data Channel Kênh số liệu riêng tăng cường Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị Enhanced Relative Grant Channel Kênh cho phép tương đối tăng Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia tần số
High-Speed Shared Control Channel Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ
Institute of Electrical and
- - Viện kỹ nghệ Điện và Điện Tử Electronics Engineers
International Mobile to
Thông tin di dong quoc té 2000 Telecommunications 2000
Internet Protocol Giao thức Internet Incremental Redundancy Phan du tang
Giao điện được sử dụng đề thông tin giữa RNC và mạng lõi Giao điện được sử dụng đề thông tin giữa Node B và RNC
Giao diện dé thông tin giữa RNC với nhau
Long Term Evolution Phát triển đài hạn
Medium Acces Control Điều khiển truy nhập môi trường
Multi-Input Multi-Output Nhiéu dau vao va nhiéu dau ra
Mobile IP IP di dong
Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch đi động
Orthogonal Frequency Division Da truy nhập phân chia theo tần Multiple Access số trực giao
Packet-Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu
Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống vật lý Radio Acces Network Mạng truy nhập vô tuyến
Trang 11QPSK RLC R-SGW RTP SGSN SHO SIM TDD TDM TDMA TFC TFCI TrCH T-SGW TTI UE UMTS UTRAN VoIP WCDMA WiFi WiMAX
Quatrature Phase Shift Keying Radio Access Network
Radio Link Control
Radio Network Controller
Real Time Protocol
Serving GPRS Support Node
Soft Handover
Subscriber Identity Module Time Division Duplex Time Division Multiplex
Time Division Mulptiple Access Transport Format Combination Transport Format Combination Indicator
Transport Channel
Transport Signalling Gateway Transmission Time Interval User Equipment
Universal Mobile
Telecommunications System UMTS Terrestrial Radio Access Network
Voice over IP
Wideband Code Division Multiple
Access
Wireless Fidelitity
Worldwide Interoperability for Microwave Access
Khóa chuyển pha vng góc Mạng truy nhập vô tuyến
Điều khiển liên kết vô tuyến Bộ điều khiến mạng vô tuyến
Giao thức thời gian thực
Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS
Chuyển giao mềm
Modul nhận dạng thuê bao
Ghép song công phân chia theo thời gian Ghép kênh phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia theo thời gian Kết hợp khuôn dạng truyền tải
Chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải
Kênh truyền tải
Cổng báo hiệu truyền tải
Khoảng thời gian phát
Thiết bị người sử dụng
Hệ thống thông tin di động toàn cầu Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
UMTS
Thoại trên IP
Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng
Chất lượng không dây cao
Trang 12Hinh 1.1 Hinh 1.2 Hinh 2.1 Hinh 2.2 Hinh 2.3 Hinh 2.4 Hinh 2.5 Hinh 2.6 Hinh 2.7 Hinh 2.8 Hinh 2.9 Hinh 2.10 Hinh 2.11 Hinh 2.12 Hinh 2.13 Hinh 2.15 Hinh 2.16 Hinh 2.17 Hinh 2.18 Hinh 2.19 Hinh 2.20 Hinh 2.21 Hinh 2.22 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Các bước phát triển mạng thông tin di động . -cce¿ 2
Cấu trúc kênh của WDMA -222¿222222222222211122222112 222211 6
Lộ trình phát triển của HSPA theo 3GPP -2 2ccccc+ccczzccee HH
Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) hoặc chung sóng mang
MJ8./99 0 00 11
Téc do số liệu khác nhau trên các giao diện khác nhau . 12
Kiến trúc WCDMA/UMTS R3
Kiến trúc WCDMA/UMTS R4 .-ciniirrrrrrrirrrrrrrree 15
Kiến trúc HSPA/WCDMA RŠ và R6 -:-22222222ccccerrerrre 16
Kiến trúc HSPA/WCDMA với 1 đường hằm trực tiếp - 17 Biểu đồ cột so sánh thời gian download của các công nghệ 18 Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDM 19 Nguyên lý hoạt động của HSDPA . - 57 5-S2ccc+tsssrrrrrrrrrrres 20 Kiến trúc giao thức người dùng trong HSDPA ccc¿ 22
Cấu trúc lớp MAC — hs - 22222¿22EE222+2227111112222111222121112 2.111 e 23
Giao điện vô tuyến của HSDPA
Điều khiển công suất phát kênh HS-SCCH . +: 27
Sơ đồ giải thuật điều khiển công suất kênh HS-SCCH 28 Cấu trúc khung kênh HS-DSCH . 2 ©222¿¿+222222zz+zEEzxecee 29
Quá trình mã hóa kênh HS-DSCH - - 52225222 ‡exexsxsesrsesxse 30
Bộ mã hóa Turbo và đục lỗ -22¿-©22222+++22222+++ttt22Errrerrrrrscee 31
Céu tric khung HS-DPCCH o.icseecsssessessssssssesssssssveessssssveessssssveessssssvsesssssees 33 Định thời kênh HS-DPCCH -2222¿+++22222222222222222222222Xe2 34
Trang 13Hinh 2.23 Hinh 2.24 Hinh 2.25 Hinh 2.26 Hinh 2.27 Hinh 2.28 Hinh 2.29 Hinh 2.30 Hinh 2.31 Hinh 2.32 Hinh 2.33 Hinh 2.34 Hinh 2.35 Hinh 2.36 Hinh 2.37 Hinh 2.38 Hinh 2.39 Hinh 2.40 Hinh 2.41 Hinh 2.42 Hinh 2.43 Hinh 4.1 Hinh 4.3 Hinh 4.4
Lập biểu phụ thuộc kênh cho HSDPA - -22222E22zz22E22zce2 35
Nguyên lý lập biểu phụ thuộc kênh -+-222222222222rrrkr 36
Nguyên lý thích ứng kênh truyền . 22-©222222e+222222eetrrrrrreerre 4I
Cơ chế phát lại của R99 và HSDPA 2 ©222222c2222222crrrrrrccee 43 Cơ chế Stop And Wait của HSDPA - 22-552 2E2EcEEzcEkesresrke 44 Két hop kiéu Chase ố 45 Kết hợp kiểu ting phan due ccceccccceceeccssssssesssssssseessssssveessssseveesssssseeesssssees 46
Kiến trúc HSUPA được lập cấu hình E-DCH
So sánh quá trình xử lý kênh truyền tải cua HSUPA va R3DCH 49
Cấu trúc khung E-DPDCH 22¿+22EE+E++2EEEEEE2+2EE2EE2etrrrrrrcee 52
Cấu trúc khung E-DPCCH 22::¿222222EE222222++222222221122222 tr 33
Mã hóa E-DPCCH 2222-©222222222222212222222111112122222121111122 ce ee 33
Cấu trúc khung E-HICH/E-RGCH 22¿2¿22222222222ccrrrerrrr 54
Ghép các kênh E-HICH và E-RGCH - ¿52525252 <+s+c+c+esesese 56
l6 0n tu 8 8:0.6ceo 0n 57 Cấu trúc khung vô tuyến E-AGCH ccccccccccecrrrrrrrrrrrrrrre 58
MAC-e và xử lý lớp vật lý
Tổng quan hoạt động lập biểu -.22222cccccccccccccrccrrrrrrrrrrrree 62
HARQ đồng bộ và HARQ không đồng bộ -2¿2222cce2 65
Nhiễu xử lý HARQ cho HSUPA 222:22222222222222crrtrrrrrrrrre 66
Ví dụ về các phát lại trong chuyển giao mềm 2 -c+++: 67 Mơ hình mô phỏng - - + S2 ềEE+E‡E‡EEEEEEEEEEkEEEEkErkrkrrkrkrrer 85 Thông lượng hệ thống với kênh Rayleigh -¿22cc2 87
Ti 16 16i bit voi mOi trudng AWGN oon eccccecccceeeccsseecssseessssteeeesseeseseeesess 87
Trang 14Bang 1.1 Bang 1.2 Bang 2.1 Bang 2.2 Bang 2.3 Bang 2.4 Bang 2.5 Bang 2.6 Bang 2.7 Bang 2.8 Bang 2.9 Bang 2.10 Bang 3.1 Bang 3.2 Bảng 3.3 Bang 3.4 Bang 3.5 Bang 3.6
DANH MUC BANG BIEU
So sánh các công nghệ và tốc độ truyền dữ liệu -+ 3
Các thông số chính của hệ thống WCDMA 2 -2222¿z+222zzccee 6
Tốc độ dữ liệu đỉnh của HSDPA trong một số trường hợp 21 Mã hóa các bản tin báo nhận ACK/NACK : 252525252 34
Phân loại các thiết bị đầu cuối HSDPA -cicccccvrrrre 38
Định dạng kết hợp truyền tái . - 2-52 x2 eEEEEEeEEerkerrrerree 40
Các giá trị CỌI cho UE loại IÚ .- 25-5-5222 +t+t£tztxexexerersrsrsxse 4I
Nắc tốc độ bit kênh vật lý cho DPDCH và E-DPDCH
So sánh các đặc tính giữa DPDCH và E-DPDCH . 51 Định dạng khe của E-DPCCH . - c5: 5+ S£+Evxsxsteteteterrrrrrerrrrrs 52
Chuyén déi ACK/NAK vào giá trị kênh 2 ©222cccc+ccczzccce 54
Chuyến đổi bản tin điều khiển công suất tương đối vào giá trị E-
: 69.0 ::ổậÃÃ 56
Phân vùng hình thái phủ sóng - ¿- + 5++c+S+xerexerkerrkrree 75
Tỷ lệ thuê bao 3G và HSDPA dự kiến . -2¿¿222222ccszrcrxscce 76
Các thông số tiêu chuẩn cho thử nghiệm cho chuẩn giao tiếp N/0M 0090001215 77 Các thông số tiêu chuẩn cho thử nghiệm cho chuẩn giao tiếp WCDMA
TDD ,ÔỎ 71
So sánh giải pháp mà Alcatel và Ericsson đưa ra - -:-+-+=++ 78 Cấu hình hệ thống cho 5 trung tâm chính . - 2+2 80
Trang 15CHUONG I
TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN DI DONG 3G
Trong chương này trình bày một số đặc điểm về lịch sử phát triển của các hệ
thống điện thoại di động, Đi vào tìm hiểu về mạng di động 3G, các nền tảng công
nghệ của HSPA như WCDMA UMTS, trinh bay về các ứng dụng và hạn chế, cải
tiến của công nghệ 3G để từ đó có sự so sánh giữa công nghệ sử dụng trước đó và cơng nghệ HSPA mà em đang nghiên cứu
1.1 Lịch sử phát triển của các hệ thống di động
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 IG này còn thường được nhắc đến với "Analog
Mobile Phone System (AMPS)" Méc thoi gian danh 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 cơng nghệ nói trên
Năm 2001, dé tăng thông lường truyền dé 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 bằng 9.6Kbps GPRS đã cải tiến tốc độ
truyền tăng lên gấp 3 lần so với GSM, tức là 20-30Kbps GPRS cho phép phát triển
dich vụ WAP va internet (email) tốc độ thấp
Tiếp theo sau, 2003, EDGE đã ra đời với khả năng cung ứng tốc độ lên được
250Kbps (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
Trang 16truyền thông thế hệ thứ ba, cho phép truyén ngoai dit ligu chuan 1a dam thoại còn có
thể truyền dữ liệu phi thoại (tải đữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh, nhạc,
internet ) Cơng 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 phô
WCDMA
WCDMA NGA, HSDPA/
e-DCH GSM/GPRS/ I |
EDGE
GSM/ GSM/ EM
GPRS/ GPRS/ evoled EDGE EDGE EDGE
GSM} >| GSM/GPRS os
Phat trien 2Q Phát triển
2G của 2G của 3G
Hình 1.1 Các bước phát triển mạng thông tin di động [ 1]
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 vơ 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 hang ty euro cho chính phủ Bởi vì chỉ 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 khống 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 khoảng 40% các thuê bao tại Nhật Bản là thuê bao 3G, mạng 2G đang dần
biến mắt tại Nhật Bản
Trang 173G là mạng di động ứng dụng những công nghệ 3G Trước đây, chuẩn 3G là một chuẩn đơn lẻ, duy nhất và được áp đụng rộng rãi trên toàn thế giới Tuy nhiên, càng về sau này, 3G càng được phân chia thành nhiều chuân khác khác, tuỳ thuộc vào khả năng nghiên cứu của các nhà cung cấp dịch vụ Trong tương lai khơng xa, có thể là một hoặc hai ba năm nữa, mạng di động sẽ trở thành một mạng truyền dữ liệu tốc độ cao, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người dùng Để có thé thực hiện được các khả năng này, mạng di động phải dựa vào những nền tảng công nghệ mới — 3G, 3,5G va 4G — hay còn gọi là các nền tảng công nghệ di động tương lai
Báng 1.1 So sánh các công nghệ và tốc độ truyền dữ liệu
Công nghệ Tốc độ Tính năng
1G |Amps Khơng có Analog (chỉ có chức năng thoại)
- Thoại
- GSM - SMS
2G |-CDMA Nhỏ hơn 20Kbps - Gọi hội nghị
-1Den - Caller ID - Push — to - talk - MSM - Anh - GPRS Từ - Trình duyệt Web 25G |-IxRTT - Audio/Video clip
-EDGE 30Kbps — 90Kbps - Game
- Tải các ứng dụng và nhạc chuông
- Video chất lượng cao
- UMTS Từ - Nhạc “streaming” 3G - IxEV-DO 144Kbps-2Mbps |- Game 3D
- Lướt web nhanh
3so Í HSPA Từ - Video theo yêu cầu (VOD)
Trang 181.2 Cac tiéu chudn ctia mang di déng 3G 3G bao gồm 3 chuẩn chính là :
*® W-CDMA +» CDMA2000 * TDSCDMA
Trong đó, chuẩn W-CDMA có hai chuẩn con thành phần là:
*UMTS *FOMA
W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access): la chuan lién lac di động 3G song hành với cùng với chuẩn GSM W-CDMA là công nghệ nền tảng cho các công nghệ 3G khác như UMTS và FOMA.W-CDMA được tập đoàn ETSI NTT DoCoMo (Nhật Bản) phát triển riêng cho mạng 3G FOMA Sau đó, NTT Docomo
đã trình đặc tả này lên Hiệp hội truyền thông quốc tế (ITU) và xin công nhận dưới
danh nghĩa một thành viên của chuẩn 3G quốc tế có tên IMT-2000 TTU đã chấp nhận W-CDMA là thành viên của IMT-2000 và sau đó chọn W-CDMA là giao diện
nền tảng cho UMTS
UMTS: UMTS (Universal Mobile Telephone System) dựa trên công nghệ W-CDMA, là giải pháp tổng quát cho các nước sử dụng công nghệ di động GSM UMTS do tổ chức 3GPP quản lý 3GPP cũng đồng thời chịu trách nhiệm về các chuẩn mạng di động như GSM, GPRS và EDGE Sự phát triển liên tục các tiêu
chuẩn kỹ thuật trên được thẻ hiện bằng 4 mô thức về tiêu chuẩn UMTS của tổ chức 3GPP là: R99, R4, R5 và Ró, tạo thành một bộ tiêu chuẩn đồ sộ nhưng trong nó lại gồm những hệ tiêu chuẩn tương đối độc lập WCDMA là một tiêu chuẩn về giao diện không gian đầu tiên, sớm nhất và hoàn thiện nhất trong các hệ tiêu chuẩn đó và được các nhà khai thác và sản xuất thiết bị viễn thông ở cả 3 châu lục: Âu, Á, Mỹ sử
dụng rộng rãi UMTS cũng là dịng cơng nghệ chiếm thị phần lớn nhất trên thị
trường thông tin đi 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 đây nhanh tốc độ
Trang 191.3 Các tham số chính của WCDMA
'WCDMA là hệ thống sử dụng chuỗi trải phổ trực tiếp Nghĩa là luồng thông tin được trải trên một băng thông rộng bằng việc nhân luồng dữ liệu này với một
chuỗi trải phổ giả ngẫu nhiên PN Để có thể hỗ trợ việc truyền đữ liệu ở tốc độ
cao, hệ số trải phổ (SF) thay đổi và kết nối dựa trên nhiều mã trải phô được hỗ trợ trong WCDMA
Tốc độ chip sử đụng trong WCDMA có tốc độ 3.84 Mps tương ứng với băng
tần truyền dẫn WCDMA là 5 MHz (đối với CDMA2000 băng tần truyền dẫn có thé
là 3xI.25 Mhz hoặc 3.75 MHz) Băng thông truyền dẫn lớn của WCDMA ngoài việc nhằm hỗ trợ truyền dẫn tốc độ cao còn mang lại một vài ưu điểm khác như: tăng hệ số phân tập đa đường
'WCDMA hỗ trợ truyền dẫn tốc độ thay đổi, hay nói cách khác là khái niệm
sử dụng băng thông theo nhu cầu có thể được thực hiện Trong một khung truyền
dẫn thì tốc độ dữ liệu là cố định Tuy nhiên tốc độ dữ liệu giữa các khung truyền
dẫn khác nhau có thể giống nhau hoặc khác nhau
'WCDMA có hai chế độ hoạt đơng đó là FDD và TDD Đối với FDD thì các cặp
tần số sóng mang với độ rộng 5 MHz được sử dụng cho kênh truyền dẫn hướng lên và hướng xuống một cách tương ứng Trong khi đó ở chế độ TDD thì chỉ có một sóng mang độ rộng 5 MHz được sử dụng cho cả đường lên và đường xuống theo kiểu phân chia theo thời gian TDD được sử dụng ở giải băng tần không chia cặp được
Các BTS trong WCDMA (Node B) hoạt động ở chế độ không đồng bộ Do đó khơng cần cung cấp một nguồn đồng hồ đồng bộ cho tất cả các BTS trong mang ví dụ như sử đụng GPS Chế độ làm việc không đồng bộ này giúp cho WCDMA trở nên dễ triển khai ở cấu hình indoor và micro cell
WCDMA sử dụng tách sóng nhất quán trên cá hai hướng lên và xuống sử dụng các ký hiệu dẫn đường Chế độ tách sóng này đã được sử dụng trên đường
xuống đối với mạng 2G IS-95
WCDMA được thiết kế để có thể triển khai bên cạnh hệ thống GSM thế hệ 2
Trang 20Bang 1.2 Cac thơng số chính cúa hệ thống WCDMA Băng tần kênh 1,25Mhz; 5Mhz; 10Mhz; 20Mhz
Cấu trúc kênh hướng xuống Trải phô trực tiếp
Tốc độ chíp 1,024)a/4,096/8, 192/16,384 Lap 0.22
Độ dài khung 10ms/20ms
Diéu ché trai phd
QPSK cân bằng (hướng xuống)
QPSK kép (hướng lên) Mạch truyền phức hợp x PSK (hướng xuôn,
Điều chế dữ liệu QESK (hướng 8)
QPSK (hướng lên)
Đa tốc độ Trải phổ biến đổi và đa mã
Hệ số trải phố 4-256
Điều khiển cơng suất Vịng hở và vịng khép kín (tốc độ 1,6KHz)
Trải phố (hướng lên) Mã trực giao dài đề phân biệt kênh, mã
Gold 218
Trải phổ (hướng xuống) Mã trực giao dài dé phan biét kénh, ma Gold 241
Chuyén giao Chuyén giao mém (Soft handoff) Chuyên giao khác tần số
1.4 Các kênh cơ bản của W-CDMA
Lớp 3 RRC rỉ [<r Kênh logic Lớp 2 Lớp MAC Te Kénh Truvén tải
Lop 1 Lớp Vật lý Kênh Vât lý
Trang 21
Từ hình 1.2 cho ta cái nhìn tổng quan về các kênh được sử dụng trong WCDMA gồm 3 kênh cơ bản:
- Kênh logic - Kênh truyền tải
- Kênh vật lý- Kênh logic: Miêu tả loại thông tin sẽ được truyền di Mac du gọi là "kênh" nhưng nó khơng phải là kênh theo giống nghĩa như kênh vật lý, kênh vận tải Kênh logic có thể hiểu là những công việc mà mạng và thiết bị can phải thực hiện tại những thời điểm khác nhau Các kênh logic này cũng có thể xem như là địch vụ mà lớp MAC cung cấp cho lớp RLC ở trên nó
Kênh logic định nghĩa loại số liệu được truyền đi, bao gồm 2 loại kênh: Kênh điều
khiến ( BCCH, PCCH, DCCH, CCCH, SHCCH) và kênh lưu lượng( DTCH, CTCH)
- Kênh vận tải: Qui định bằng cách nào và với đặc trưng gì thông tin sẽ được
truyền đi Đây là địch vụ mà lớp vật lý cung cấp cho lớpMAC ở trên nó
Kênh truyền tải mang các thông số, đặc tính cần thiết đề truyền tải các thông tin đữ liệu qua mạng Các kênh truyền tải được hình thành nhờ việc sắp xếp các
kênh logic Có 2 loại kênh truyền tải :
+ Kênh truyền tải riêng DCH: mang thông tin điều khiển cho riêng một MS voi mang DCH-UL, DCH-DL
+ Kênh truyền tải chung CCH : dùng chung cho tất cả các MS
- Kênh vật lý: Chính là kênh hiện hữu truyền tải thông tin đi Kênh vật lý được quản lý và xử lý tại lớp vật lý Việc xử lý ở đây thực hiện những kỹ thuật biến đổi cần thiết nhằm tương thích đặc tính truyền dẫn vơ tuyến và đảm bảo chất lượng tín hiệu cao nhất Kênh vật lý chia làm hai loại kênh chính:
+ Kênh đường lên gồm DPDCH (truyền dữ liệu), DPCCH (truyền báo hiệu)
và một kênh truy cập chung RACH
+ Kênh đường xuống gồm kênh vật lý điều khiển chung CCPCH, kênh đồng bộ
SCH (cung cấp định thời cho MS), và kênh PR.ACH (mang thông tin suy xuất mạng) Việc phân ra các loại kênh khác nhau giống việc phân lớp trong mạng, giúp cho đễ quản lý và điều khiển Cứ ứng với mỗi loại thông tin kèm theo những đặc trưng của nó, mạng sẽ tự động truy cập vào các kênh tương ứng đề gửi thông tin đi
Trang 221.5 Các bước cải tiến của công nghệ WCDMA
Các dịch vụ di động 3G giúp người tiêu dùng và các nhà chuyên nghiệp trải nghiệm chất lượng thoại ưu hạng, cùng với rất nhiều dịch vụ dữ liệu hấp dẫn như:
» Kết nối Internet di động * Email di động
* Cac dich vu đa phương tiện, như ảnh kỹ thuật số và phim được thu và chia sẻ qua các thiết bị cầm tay đi động
* Download các ứng dụng di động
* Video-theo-yéu cau * Choi game online
* Cac dich vu khan cap và định vị nâng cao
* Các dịch vụ nhắn tin bắm-đề-nói và bắm-đề-xem viđeo có 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 tồn 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 tông số thuê bao lên đến 230 triệu Tuy ở phiên bản
đầu tiên R99, dung lượng và tốc độ truyền dẫn đữ liệu được cải thiện đáng kể
Luỗng tốc số liệu có thể đạt đến tốc độ 2 Mbps Nhưng khi các dịch vụ số liệu được đưa vào triển khai trên các mạng thương mại thì dung lượng, tốc độ vẫn là những
đòi hỏi cần phải được giải quyết Do đó, bước cải tiến đầu tiên đối với WCDMA
được đánh dấu bởi sự ra đời của kênh truyền tải mới HS-DSCH ở RŠ được hoàn thành vào đầu năm 2002 Những cải tiến trong R5 này thường được nhắc đến với một tên gọi "HSPA- Kênh truy nhập tốc độ cao" Sự ra đời của HSPA nhằm hỗ trợ mạnh mẽ các dịch vụ số liệu yêu cầu tốc độc truyền dẫn lớn như các dịch vụ tương tác, dịch vụ nền, địch vụ streaming Truy nhập đữ liệu kênh đường xuống tốc độ cao HSDPA có khả năng cung cấp dung lượng cao hơn 50% so với kênh DCH/DSCH trong R99 với trường hợp Marcrocell và 100% đối với Microcell, tốc độ truyền dan tối đa có thể lên đến 14 Mbps Qua thực tế triển khai các mạng di động 3G cho thấy có rất nhiều dịch vụ số liệu phổ bién yêu cầu tốc độ truyền dẫn trên hai hướng từ MS đến Node B và ngược lại có tốc độ tương đương nhau như các dịch vụ real-time gaming và các dịch vụ trên nền TCP/IP Trong khi đó, R5 mới chỉ đưa ra giải pháp
đề hỗ trợ mạnh mẽ việc truyền dan bat đối xứng với tốc độ truyền dẫn trên kênh
Trang 23được khắc phục trong R6 được hoàn thành vào đầu năm 2005 với tên gọi cải tiến
kênh đường lên và là bước cải tiến thứ 2 đối với chuân mạng truy nhập vô tuyến
WCDMA Những cải tiến trong R6 đã nâng tốc độ truyền dẫn trên kênh đường lên đạt đến tốc độ 5.76 Mbps dung lượng kênh tăng lên gấp 2 lần so với kênh truyền tải đường lên trong R99 Ba mục tiêu chính của hai bước cải tiến trong R5 và R6 đó là:
- Nâng cao tốc độ truyền dẫn trên cả hai hướng
- Tăng dung lượng của mạng trên một đơn vị tài nguyên vô tuyến định trước - Giảm trễ truyền dẫn cho cả hai hướng
Mục tiêu thứ 3 được thực hiện thông qua việc đưa một số chức năng lớp MAC đến gần hơn với giao diện vô tuyến Ví dụ như chuyển chức năng truyền dẫn lại từ RNC đến Node B Hơn thế nữa giảm thời gian của khung truyền dẫn cũng là
một giải pháp để giảm trễ Cụ thể khung thời gian truyền dẫn TTI của kênh DCH
trong R99 là từ 10-80 ms trong khi đó khoảng thời gian này được giảm xuống còn 2 ms trong HS-DSCH của R5 Hoặc như với kênh đường lên cải tiễn trong R6, ngoài
hỗ trợ khung truyền dẫn 10 ms ở phiên bản trước, khung truyền dẫn 2 ms cũng được
sử đụng trong phiên bản này nhằm đạt được mục tiêu thứ 3 nếu trên
Mục tiêu 1 và 2 được thực hiện thông qua kỹ thuật thích ứng kênh bao gồm thay đội tỷ lệ mã của mã sửa lỗi kênh, chọn chùm tín hiệu điều chế phù hợp với
điều kiện kênh truyền, điều khiển thu phát theo sự thay đổi của kênh truyền dẫn
Điểm đáng chú ý là tăng ích của kỹ thuật thích ứng kênh không chỉ mạng lại lợi ích cho các nhà vận hành mạng như ở các phiên bản trước mà cịn mang lại lợi ích cho khách hàng sử dụng các máy di động có tính năng xử lý tín hiệu tốt Lợi ích này cịn là xúc tác cho việc đây nhanh tốc độ tiêu thụ các sản phẩm máy đi động cầm 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 1.6 Kết luận chương l
Trang 24CHUONG 2 CONG NGHE HSPA
Trong chương này tập trung nghiên cứu các khía cạnh của HSPA bang
việc nghiên cứu hai công nghệ then chốt là HSDPA và HSUPA đi vào tìm hiểu
các vấn đề như kiến trúc mạng, nguyên lý hoạt động, cấu trúc kênh, Các kỹ thuật được áp dụng cho các công nghệ này để từ đó tìm ra được bước cái tiến của HSPA so với WCDMA và giúp chúng ta hiểu được tại sao HSPA lại là một công nghệ tiềm năng trong quá trình phát triển lên mạng di động 4G
2.1 Tổng quan về công nghệ HSPA
Mặc dù công nghệ 3G WCDMA hiện nay cho phép tốc độ đữ 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 đữ 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
- Không thể xử lý tốc độ dữ liệu cao lên đến I0Mbps
Công nghệ HSPA ra đời, là một bước cải tiến đáng kể trong mạng 3G nhằm giải quyết các hạn chế của các chuẩn công nghệ 3G WCDMA trước đó cũng như đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về tốc độ của người sử dụng
HSPA (High-Speed Packet Access) là công nghệ truyền dẫn không dây di động, gồm hai giao thức HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) và HPUSA (High Speed Uplink Packet Access) Mục tiêu của HSPA là mở rộng giao diện vô tuyến của WCDMA, tăng cường hiệu năng và dung lượng (tốc độ số liệu đỉnh cao) của WCDMA Đề đạt mục tiêu này, HSPA sử dụng một số kĩ thuật
như: điều chế bậc cao, lập biểu phụ thuộc kênh và HARQ với kết hợp mềm
Quá trình phát triển HSPA thể hiện qua quá trình phát triển các phiên bản
hệ thống 3GPP như sau:
Trang 25Lịch trình nghiên cứu trong 3GPP
Phát hành 1999 Phát hành | Phát hành 5 | Phát hành 6 | Phát hành R4 03/01 R5 03/02 R6 12/04 8 R8 hanh tiéptheo Cae Các phát p
R3 12/99 Phat hanh 7 R7 09/06 2000 | 2001 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 Thương mai 3GPPR3 3GPPRS_ 3GPPRó 3GPP
Hình 2.1 Lộ trình phát triển của 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) được
3GPP chuẩn hóa trong R5 với phiên bản tiêu chuẩn đầu tiên vào năm 2002 và truy
nhập gói đường lên tốc độ cao (HSUPA: High Speed Uplink Packet Access) được
3GPP chuẩn hóa trong R6 vào tháng 12 năm 2004 Các mạng HSDPA đầu tiên được
đưa vào thương mại năm 2005 và HSUPA được đưa vào thương mại năm 2007
Tốc độ số liệu đỉnh của HSDPA lúc đầu là 1,§Mbps và tăng đến 3,6 Mbps và
7,2Mbps vào năm 2006 và 2007, và đạt đến trên 14,4Mbps năm 2008 Trong giai đoạn
đầu tốc độ đỉnh HSUPA là 1-2Mbps và đạt đến 4-5,7 Mbps vào năm 2008 Phiên bản
HSPA+ đang tiếp tục được hoàn thiện và tốc độ tiếp tục được cải thiện cao hơn
HSPA được triển khai trên WCDMA trên cùng một sóng mang hoặc sử đụng một sóng mang khác để đạt được dung lượng cao hơn
Mơ hình triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) hoặc chung sóng mang
(f1) với WCDMA như hình 2.2 Để nâng cấp WCDMA lên HSPA chỉ cần bố sung
phần mềm và một vài phần cứng trong BSC và RNC RNC SGSN GGSN Node B
Hình 2.2 Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) hoặc chung sóng mang với WCDMA (f1)
Trang 26Lúc đầu HSPA được thiết kế cho các dịch vụ phi thời gian thực, tuy nhiên
R6 và R7 cải thiện hiệu suất của HSPA cho VoIP va cac ứng dụng tương tự khác Khác với WCDMA trong đó tốc độ số liệu trên các giao điện như nhau (384kbps cho tốc độ cực đại chang han), tốc độ số liệu HSPA trên các giao diện là khác nhau
hình 2.3 minh họa điều này Tốc độ đỉnh (14,4Mbps trên hai thiết bị người sử
dụng UE (UE: User Equipment) tại thiết bị người sử dụng chỉ xảy ra trong thời
điểm điều kiện kênh truyền tốt vì thế tốc độ trung bình có thể khơng q 3Mbps Để
đảm bảo truyền lưu lượng mang tính cụm này, BTS cần có bộ đệm để lưu lại lưu lượng và bộ lập biểu đề truyền lưu lượng này trên hạ tầng mạng
R5 -HSDPA Số liệu từ SGSN Oy] Lub OV Lục; ri + SN SGSN GGSN NútB
Tấc độ HS - DSCH Téc độ bít Lưb Thơng số QoS tốc độ
đỉnh 14,4ms trên 2ms 0-3Mbps bit cuc dai 3Mbps
Hình 2.3 Tóc độ số liệu khác nhau trên các giao diện khác nhau 2.2 Kiến trúc mạng
HSPA là công nghệ tăng cường cho 3G WCDMA còn được gọi là 3G+ Do đó để thấy được kiến trúc mạng HSPA ta xét cấu trúc của nó trong các phát hành của WCDMA
2.2.1 Kiến trúc WCDMA/UMTS R3
WCDMA/UMTS R3 là phiên bản đầu tiên của UMTS, nó hỗ trợ ca kết nối
chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói Trong miền CS tốc độ bít thơng tin lên đến 384 Mbps va trong miền PS là 2Mbps Đảm báo yêu cầu roamming giữa mạng 2G và 3G Sử
dụng lại đa phần mạng lõi của hệ thống GSM/GPRS hiện tại, giảm thiểu chỉ phí đầu tư cũng chính là tiền đề cho việc đưa ra những địch vụ tiên tiến với giá thành rẻ đảm bảo
khả năng cạnh tranh trên thị trường tốt và có thể thực hiện triển khai nhanh chóng Có khả năng cung cấp dịch vụ truyền thống của mạng 2G cũng như các dịch vụ tiên tiến
Trang 27gồm: điện thoại có hình (Hội nghị video), âm thanh chất lượng cao và tốc độ truyền cao
tại đầu cuối Hình 2.4 mô tả cấu trúc mạng UMTS theo Phiên bản R3
PSTN ISDN JaUUI Hình 2.4 Kiến trúc WCDMA/UMIS R3 [4]
Thiết bị đầu cuối trong WCDMA R3 không chỉ đơn thuần dành cho thiết bị
điện thoại truyền thống mà còn bao gồm các thiết bị truy cập các dịch vụ số liệu mới Nhằm tăng cường sử dụng đầu cuối cho nhiều dịch vụ số liệu hơn và vì thế đầu cuối trở thành tô hợp của máy thoại đi động, modem và máy tính bàn tay Thiết bị
đầu cuối bao gồm các thành phần TE, ME, USIM như trên hình vẽ RNC-Radio
Network Controller: Bộ điều khiến mạng vô tuyến chức năng giống BSC của mạng GSM Nó kết nối tới một hoặc nhiều trạm gốc và điều khiển các tài nguyên của chúng Một nhiệm vụ quan trọng nữa của RNC là bảo mật và tính tồn vẹn dữ liệu Sau thủ tục nhận thực và thỏa thuận khóa, các khóa bảo mật và toàn vẹn được đặt vào RNC Sau đó các khóa này được sử dụng bởi các hàm an ninh f8 và f9 Node B có chức năng giống BTS trong GSM với nhiệm vụ thực hiện kết nối vô tuyến vật lý
giữa đầu cuối với nó Nó nhận tín hiệu trên giao điện Iub từ RNC và chuyển nó vào
tín hiệu vô tuyến trên giao diện Uu Bên cạnh đó nó cịn thực hiện quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như "điều khiển cơng suất vịng trong" Điều này cho phép nếu tất cả các đầu cuối đều phát cùng một cơng suất, thì các đầu cuối gần Node B nhất sẽ che lap tín hiệu từ các đầu cuối ở xa Node B kiểm tra công suất thu từ các đầu cuối khác nhau và thông báo cho chúng giảm công suất hoặc tăng công suất sao cho Node B luôn thu được công suất như nhau từ tất cả các đầu cuối Mạng lõi (CN)
gồm ba miền: miền PS, miền CS và HE Miền PS đáp ứng các địch vụ số liệu cho
Trang 28đáp ứng các dịch vụ điện thoại đến các mạng khác bằng các kết nối TDM Các Node B trong CN được kết nối với nhau bằng đường trục của nhà khai thác, thường
sử dụng các công nghệ mạng tốc độ cao như ATM và IP Mạng đường trục trong
mién CS sit dung TDM con trong mién PS str dung IP
2.2.2 Kién tric WCDMA/UMTS R4
Hình 2.5 cho thấy kiến trúc cơ sở của 3G WCDMA R4 Sự khác nhau cơ bản giữa R3 và R4 là ở chỗ khi này mạng lõi là mạng phân bố và chuyển mạch mềm Thay cho việc có các MSC chuyển mạch kênh truyền thống như ở kiến trúc trước, kiến trúc chuyển mạch phân bó và chuyển mạch mềm được đưa vào
MSC được chia thành MSC server và công các phương tiện (MGW: Media Gateway) MSC server chứa tất cả các phần mềm điều khiến cuộc gọi, quản lý di động có ở một MSC tiêu chuẩn Tuy nhiên nó khơng chứa ma trận chuyển mạch Ma trận chuyển mạch nằm trong MGW được MSC Server điều khiển và có thé dat xa MSC Server
Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện giữa RNC và MSC Server Đường truyền cho các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện giữa RNC và MGW Thông thường MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và định tuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đường trục gói Trong nhiều trường hợp đường trục gói sử dụng giao thức truyền tải thời gian thực (RTP: Real Time Transport Protocol) trên giao thức Internet (IP) Từ hình 2.5 ta thấy lưu lượng số liệu gói tir RNC
đi qua SGSN và từ SGSN đến GGSN trên mạng đường trục IP Cả số liệu và tiếng đều
có thể sử dụng truyền tải IP bên trong mạng lõi Rất nhiều giao thức được sử dụng bên trong mạng lõi là các giao thức trên cơ sở gói sử dụng hoặc IP hoặc ATM
Tuy nhiên mạng phải giao diện với các mạng truyền thống qua việc sử dụng các cổng các phương tiện Ngoài ra mạng cũng phải giao diện với các mạng SS7 tiêu
chuẩn Giao diện này được thực hiện thông qua cổng SS7 (SS7 GW) Đây là cơng mà ở một phía nó hỗ trợ truyền tải bản tin SS7 trên đường truyền tải SS7 tiêu chuẩn, ở phía kia nó truyền tai cdc ban tin img dung SS7 trên mạng gói (IP chang hạn) Các thực thể
như MSC Server, GMSC Server và HSS liên lạc với công SS7 bằng cách sử dụng các giao thức truyền tải được thiết kế đặc biệt để mang các bản tin SS7 ở mạng IP Bộ giao thức này được gọi là Sigtran
Trang 29RNC Jur Nas ia HE II ME SGSN GGSN Hình 2.5 Kiến trúc WCDMA/UMTS R4 [4]
Phiên bản R4 hồn tồn tương thích được với R3 (R99): Các đầu cuối không thay đổi và khơng cần nâng cấp vì chúng nâng cấp các khả năng và dịch vụ hoàn
toàn giống R3 Bởi vậy hệ thống này tiết kiệm giá thành, tích hợp, linh hoạt và tiến
hóa Lý do tiết kiệm giá thành vì IP tỏ ra là một công nghệ chuyển mạch rẻ hơn so với mạng lõi chuyển mạch thời gian 64Kbps và ATM Ngoài ra các mã đa tốc độ
thích ứng tốc độ thấp (khả biến từ 5 đến 12 Kbps) trong mạng này không cần phải biến đổi vào 64Kbps và ngược lại tại bộ chuyển đổi mã như trước kia Mạng R4 cho
phép thực hiện linh hoạt quá trình này Việc thực hiện các vùng C§ và PS trong cùng một mạng lõi vì thế tăng tính linh hoạt và cho phép tích hợp giám sát và điều khiển các chức năng
2.2.3 Kiến trúc HSPA/WCDMA R5 và R6
Bước phát triển tiếp theo của UMTS là đưa ra kiến trúc mạng đa phương tiện IP (hình 2.6) Kiến trúc này được xây dựng trên các cơng nghệ gói và điện thoại IP
cho đồng thời các dịch vụ thời gian thực và không gian thực Kiến trúc này thể hiện
sự thay đổi tồn bộ mơ hình cuộc gọi, đó là lưu lượng thoại và số liệu được xử lý giống nhau trên toàn bộ đường truyền từ đầu cuối của người sử dụng đến nơi nhận cuối cùng Trên hình 2.6 cho thấy chỉ có một giao diện lu duy nhất mang tất cả phương tiện Trong mạng lõi giao diện này kết cuối tại SGSN và khơng có MGW riêng Điểm nổi bật của kiến trúc toàn IP là thiết bị của người sử dụng được tăng cường rất nhiều Nhiều phần mềm được cài đặt ở UE Trong thực tế, UE hỗ trợ giao
Trang 30thức khởi đầu phiên (SIP: Session Initiation Protocol) UE trở thành một tác nhân
của người sử đụng SIP Như vậy, UE có khả năng điều khiển các dịch vụ lớn hơn
trước rất nhiều
Phan hé da phuong tién IP (IMS: IP Multimedia Subsystem) la điểm mới của RS va R6 Day là một mién mạng IP được thiết kế để hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện thời gian thực IP Nó gồm phần tử sau: Chức năng điều khiến trạng thái kết nối (CSCF: Connection State Control Function), Chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF: Multimedia Resource Function), chire nang diéu khiển công các phương tiện (MGCF: Media Gateway Control Function), Céng bao hiệu truyền tải (T- SGW: Transport Signalling Gateway) va Céng báo hiéu chuyén mang (R-SGW: Roaming Signalling Gateway)
HSPA được biết đến với việc hỗ trợ đường xuống tốc độ cao HSDPA trong R5
và HSUPA trong R6 Công nghệ này dựa trên nền tảng kiến trúc mạng WCDMA nhằm
tăng cường dung lượng mạng và giảm thời gian trễ đối với các địch vụ tương tác
lesss ee “ e aat ¬ đe) Hình 2.6 Kiến trúc HSPA/WCDMA Rẽ và R6 [4] 2.2.4 Kiến trúc HSPA/WCDMA R7
Từ phát hành R7 trong kiến trúc HSPA/WCDMA có một đường hầm trực
tiếp trong mạng 3G để tối ưu hóa lưu lượng cho các dịch vụ không dây băng rộng,
đường hằm trực tiếp này sẽ cung cấp một kênh đữ liệu trực tiếp từ RNC đến GGSN
Trang 31Dữ liệu người sử đụng được dự kiến tăng đáng kể trong một vài năm tới do sự xuất hiện của HSPA và các hệ thống con IP đa phương tiện Hiện tại trong UMTS lưu
lượng dữ liệu gói cần phải đi qua 2 node trong mạng lõi đó là SGSN và GGSN
Từ phát hành R7 3GPP cho thấy một khả năng của các hệ thống UMTS có
thé dat được bởi một đường hằm trực tiếp giữa RNC với GGSN hay giữa node B với GGSN (trong HSPA+) Bằng việc sử dụng một đường hằm trực tiếp, các chức năng điều khiển và truyền tải trong SGSN được tách ra, kết quả là GGSN có thêm các chức năng phân phối mới Lúc này GGSN chịu trách nhiệm truyền tải phần lớn các lưu lượng của mạng
Kiến trúc HSPA với một đường hằm trực tiếp có một số lợi ích:
- TẤt cả các tài nguyên truyền dẫn đều được chia sẻ điều này làm giảm đáng
kế chi phi khi các yêu cầu về phần cứng của SGSN giảm
- Tất cả mặt phăng truyền tải dữ liệu chỉ được điều khiển bởi GGSN và
không gắn với phân bố địa lý của các người sử dụng
- Khả năng mở rộng mặt phẳng người sử dụng: Khi lưu lượng đữ liệu người dùng tăng, tài nguyên truyền dẫn chỉ cần bố xung vào GGSN
Kiến trúc HSPA
truyền thông Kiến trúc HSPA I đường hẳm trực tiếp R7 Kiến trúc HSPA +1 đường hẳm trực tiếp R7 RNC Node B với các chức RNC SGSN SGSN GGSN GGSN
Các kênh điều khiển
Các kênh dữ liêu
i oh GGSN
Trang 322.3 Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA) 2.3.1 Giới thiệu chung
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 Các tính năng kỹ thuật của công nghệ HSDPA gồm:
» Tương đương với CDMA2000 1xEV (HDR)
« Điều chế và mã hố 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
* Ma 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
* Cac 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 IMbps 208s 100 90 80 70 Giaệ 60 50 40 30 20 10
[II 100KB cho ñoah video clip ng 300KB cho ch|ươg aôh tof [_ ] 4MB dofile nhac MP3
GPRS3+2 EDGE4+2 WCDMA HSDPA 384 kbps
Trang 33Công nghé HSDPA hiện nay cho phép tốc độ download đạt đến 1.8 Mbps, 3.6Mbps, 7.2 Mbps va 14.4 Mbps, va 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 thẻ truyền tải bất
cứ dạng dữ liệu nào, song mục tiêu chủ yếu của HSDPA là đữ liệu dạng video và nhạc Khái nệm HSDPA được phát triển dựa trên công nghệ W-CDMA, sử dụng các
phương pháp chuyên đổi và mã hóa dữ liệu khác Nó tạo ra một kênh truyền dữ liệu
bén trong W-CDMA duge goi la 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 Va đây là một kênh chuyên dụng cho việc download Điều đó cũng có nghĩa là đữ 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 Cơng nghệ này có thể được chia sẻ giữa tất cả các người đùng có sử dụng sóng radio, sóng cho hiệu quả download nhanh nhất
Ngồi ra HSDPA cịn sử dụng điều chế và mã hố thích ứng AMC, HARQ nhanh, 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
Phát triển trên HSDPA Không thuộc HSDPA Chuyển giao mém Hệ thống đa mã _ ⁄|
Công suất điêu khiên
Công Nghệ
WCDMA co ban Bién thién SF
Hinh 2.9 Cac tinh năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDM
Trang 342.3.2 Nguyên lý hoạt động của HSDPAI
Phản hồi chất lượng kênh
HS - DPCCH,DCH
Dữ liệu người sử dụng
Tin, HS - DSCH, HS - SCCH
Lập lịch nhanh được thực hiện bởi Node B dựa trên các thông
tin về chât lượng kênh, yêu cầu QoS, tài nguyện, v v
Hình 2.10 Nguyên lý hoạt động của HSDPA [3] HSDPA gồm các giải pháp:
+ Thực hiện đan xen thời gian truyền dẫn ngắn TTE2ms
+ Mã hố và điều chế thích ứng AMC
+ Truyền dẫn đa mã, lớp vật lý tốc độ cao LI
+ Yêu cầu lặp tự động lai H-ARQ
Trong giải pháp HSDPA, thiết bị sắp xếp gói tin sẽ được chuyền 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 Kỹ 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 kỳ gửi một chỉ thị chất lượng kênh CQI tới Node-B cho biết tốc độ dữ liệu nào (bao gồm kỹ thuật điều chế và mã hoá, 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
Trang 35Vấn để chúng ta cần quan tâm là chất lượng kênh đường truyền của mỗi người sử đụng độc lập và cách xác định nó Ví đụ như: tỷ lệ công suất ký hiệu trên
tạp nhiễu ( tỷ 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 kỳ một giá trị chỉ thị chất lượng kênh (CQI — Channel Quality Indicator)
đặc thù của HSDPA trên kênh điều khiển vật lý 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
Lớp điều khiến 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 kỹ thuật DMA truyền thống, kênh HS- DSCH không thực hiện với điều kiện công suất phát nhanh và hệ số trải phổ có
định Bằng cách sử đụng kỹ thuật mã hoá 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
120 Kbps tới hơn I0Mbps Quá trình điều chế và mã hố thích ứng cơ bản có một dải động khoảng 20dB, va được mở rộng hơn nữa số đa mã khả dụng
Bang 2.1 Tốc độ dữ liệu đính của HSDPA trong một số trường hop[3]
TFRC Tốc độ dữ liệu | Tóc độ dữ liệu | Tốc độ dữ (1 mã) (5 mã) liệu (15 mã) QPSK, tỷ lệ mã hoá 1/2 120 kpbs 600 kbps 1.8 Mbps QPSK, tỷ lệ mã hoá 3/4 240 kpbs 1.2 Mbps 3.6 Mbps 16 QAM, tỷ lệ mã hoá 1/2 360 kpbs 1.8 Mbps 5.3 Mbps QAM, tỷ lệ mã hoá 1/2 480 kpbs 2.4 Mbps 7.2 Mbps QPSK, tỷ lệ mã hoá 3/4 Từ bảng 2.1 ta có thể phần nào hình dung được kết nối giữa một khuôn dạng 720 kpbs 3.6 Mbps 10.7 Mbps
truyền tải và kết nối tài nguyên (TERC) có thê và tốc độ dữ liệu đỉnh tương ứng
Trang 362.3.3 Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA
Kiến trúc có thể được xác định bao gồm phần người dùng, xử lý đữ liệu người
dùng và phần điều khiển Lớp điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC: Radio Resource Control) trong phần điều khiển xử lý tất cá báo hiệu liên quan đến cấu hình các kênh, quản lý tính di động mà người đùng không thấy được
Giao thức hội tụ dữ liệu gói (PDCP : Packet Data Convergence Protocol) có chức năng chính là nén header và không liên quan đến địch vụ chuyền mạch kênh Nén header là cần thiết vì header không nén trong giao thức IP có kích thước lớn gấp 2 tới 3 lần so với kích thước header đã nén
Điều khiến kết nối vô tuyến (RLC: Radio Link Control) điều khiến phân
mảnh và truyền lại cho cá đữ liệu người dùng và dữ liệu điều khiển RLC có thể hoạt động ở 3 chế độ khác nhau là :
- Ché độ trong suốt : khơng có overhead được thêm vào Chế độ này khơng thích hợp khi kênh truyền tải của HSDPA và HSUPA được sử dụng
- Chế độ khơng có báo nhận : không truyền lại lớp RLC Chế độ này được
dùng với những ứng dụng cho phép sự mắt gói như VoIP nhưng không cho phép trễ
- Chế độ báo nhận : có truyền lại lớp RLC Chế độ này phù hợp với những
ứng dụng yêu cầu tất cả gói tin truyền đi mà khơng có sự thất thốt
Lớp điều khiến truy nhập môi trường (MAC : Medium Access Control) trong phiên bán R99 tập trung vào phân bố kênh logic và điều khiển ưu tiên cũng như sự
lựa chọn tốc độ dữ liệu, sự lựa chọn định dạng, truyền tải Chuyên mạch kênh truyền
tải cũng là một chức năng lớp MAC
Đầu Cuối Node B SNRD
RLC
RLC Tu
MAC -d
MAC MAC- hs Giao thức - B khung Giao thức Lớp | Lớp Tông: khung
WCDMA WCDMA Tuyen tat Truyền tải
+>
—— Tub/TuR Uu
Hình 2.11 Kiến trúc giao thức người ding trong HSDPA
Trang 37Trong 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 dễ đàng truy nhập vào các chức năng thống kê giao điện vô tuyến Kỹ 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
Nếu như tất cả các kênh truyền tái theo kiến trúc R99, chúng đều chấm dứt tại
RNC thì kênh HS-DSCH lại chấm dứt ngay tại Node B nhằm mục đích điều khiển kênh HS-DSCH, lớp MAC-hs (lớp điều khiển truy cập trung gian tốc độ cao), sẽ điều
khiển các tài nguyên của kênh này và nằm ngay tại Node B Do đó, cho phép nhận
các bản tin về chất lượng kênh hiện thời để có thể tiếp tục theo đõi giám sát chất
lượng kênh hiện thời để có thể liên tục theo dõi giám sát chất lượng tín hiệu cho thuê
bao tốc độ thấp Vị trí này của MAC-hs tại Node B cũng cho phép kích hoạt giao
thức HARQ từ lớp vật lý, nó giúp cho các quá trình phát lại dién ra nhanh hơn
VF Queue ID | “~~~ *v Header filds “
Header SDU mT SDU Padding
MAC- hs payload
v
Hình 2.12 Cấu trúc lớp MAC - hs
Đặc biệt hơn, lớp MAC — hs chịu trách nhiệm quản lý chức năng HARQ cho mỗi user, phân phối tài nguyên HS-DSCH giữa tất cả các MAC-d theo sự ưu tiên của chúng ( ví dụ như lập lịch gói), và lựa chọn khn dạng truyền tải thích hợp cho
mỗi TTI (ví dụ như thích ứng liên kết) Các lớp giao điện vô tuyến nằm trên MAC
không thay đổi so với kiến trúc R99 bởi vì HSDPA chỉ tập trung vào việc cải tiễn truyền tải của các kênh logic
Lớp MAC-hs cũng lưu giữ dữ liệu của user được phát qua giao diện vơ tuyến, điều đó đã tạo ra một số thách thức đối với viéc tối ưu hóa dung lượng bộ nhớ đệm của Node B
Trong quá trình kết nối, thiết bị người sử dụng (UE) sẽ định kỳ gửi một chi
thị chất lượng kênh CQI tới Node-B cho biết tốc độ dữ liệu nào (bao gồm kỹ thuật
Trang 38điều chế và mã hoá, số lượng các mã đã sử dụng) mà thiết bị này có thê 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 đữ 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
2.3.4 Cấu trúc kênh HSDPA
Terminal
Node B
Hình 2.13 Giao diện vô tuyến của HSDPA
Tài nguyên chung của người sử dụng trong ô tế bào bao gồm các bộ mã kênh
và công suất phát Khái niệm HSDPA được giới thiệu bao gồm một số kênh vật lý
thêm vào:
- Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS - DSCH ( High Speed Downlink
Shared Channel)
- Kênh điều khiển chia sẻ tốc d6 cao HS — SCCH (High Speed Shared
Control Channel)
- Kénh diéu khién vat ly HS-DPCCH (HS-Physical Control Channel)
2.3.4.1 Kénh HS-SCCH
Kênh HS-SCCH là một kênh vật lý chia sẻ đường xuông mang các thông tin
điều khiển cần thiết cho một UE có thể thực hiện giải trải phổ, giải điều chế và giải
mã kênh HS-DSCH Trong mỗi 2ms (tương ứng với I TTI của kênh HS-DSCH), một kênh HS-SCCH thực hiện báo hiệu cho một UE riêng biệt Bởi vì HSDPA hỗ
trợ kênh HS-DSCH cho nhiều người dùng đồng thời theo nguyên lý ghép kênh phân chia theo mã — CDM (Code Division Multilplexing), do đó cần đến một
Trang 39thường được cấu hình với 4 kênh HS-SCCH hoạt động đồng thời và UE cũng thường được hỗ trợ giám sát đồng thời 4 kênh HS-SCCH
Kênh HS-SCCH được trải phổ với hệ số SF = 128 và có cấu trúc mỗi
khung con có độ dài 2ms Một khung con HS-SCCH được chia thành 3 khe có độ
dài mỗi khe là 40 bit (tốc độ kênh HS-SCCH là 60Kbps)
Data Nai bits
Tsiot =2560 chip, 40bits
Slot #0 Slot #1 Slot#2
1 khung, T;=2ms
Hình 2.14 Cấu trúc khung con HS-SCCH
Các trường thông tin của gói HS-SCCH mang nội dung báo hiệu điều khiển khác nhau Tuỳ thuộc vào tuần tự sử dụng tại đầu thu, mà chúng được sắp xếp lên gói HS-SCCH theo thứ tự trước sau Các thông tin cần cho mục đích giải trải phố và giải điều chế phải cung cấp cho UE phải đến trước khi các gói tin HS-PDSCH
đến, nên chúng phải được xếp ở đầu của gói tin Trong khi các thông tin về kích
thước gói và thông tin HARQ liên quan cần thiết cho quá trình giải mã và kết hợp
chỉ được sử dụng khi UE nhận xong khối dữ liệu HS-DSCH trong 2ms, nên chúng
được xếp ở phần sau của gói tin HS-SCCH Cấu trúc gói tin HS-SCCH được chia thành hai phần Phần một gồm 8 bit và phần hai gồm 13 bit
Phần một bao gồm các bit báo hiệu về mã định kênh HS-PDSCH và phương pháp điều chế được sử dụng cho kênh HS-DSCH
Tập mã định kênh của HS-PDSCH (7 bit ): Xces,]; Xecs,2; .; Xccs,7
Phương pháp điều chế kênh HS-DSCH 1a QPSK hay 16QAM (1 bit ): Xms,1
Phần hai bao gồm các thông tin về kích thước khối truyền tải trong TTI, chi
số tiến trình HARQ phục vụ cho quá trình phát lại và kết hợp đữ liệu tại UE,
Trang 40Thông tin kích thước của khối truyền tải trên HS-DSCH (6 bit): Xtbs,1;
Xtbs,2; Xtbs,3; ; Xtbs,6
Chỉ số tiến trình HARQ gồm 3 bit : Xhap,1 ; Xhap,2 ; Xhap,3
Phiên bản phần dư gồm 3 bit: Xrv,1, Xrv,2, Xrv,3
Cờ chỉ thị dữ liệu mới ( 1 bit ) : Xnd,1
Mã nhận dạng thiét bj nguoi dung - UE ID (User Equipment Identifier) ding nhan dang UE ( 16 bit ) : Xue,1; Xue,2; Xue,3; Xue, 16
Trường chứa thông tin tập mã định kênh CCS áp dụng cho kênh HS-PDSCH gồm 7 bit: Xccs,l; Xccs,2; ; Xccs,7 được chia làm hai phân Phần đầu gồm ba bit (có giá trị là A) báo hiệu cho UE biết tổng số mã định kênh được dùng cho kênh
HS-PDSCH phát đến UE và phần còn lại gồm bốn bít (có giá trị là B) được dùng để
chỉ ra vị trí bắt đầu của các mã được sử dụng trên cây mã định kênh Có tất cả 15 mã định kênh có thể sử dụng đồng thời cho kênh HS-DSCH và vị trí của các
mã theo thứ tự từ 1 đến 16
HSPDA sử đụng hai phương pháp điều chế là QPSK và 16QAM, đo đó với một bit Xms,I có hai trạng thái có thể báo hiệu cho UE biết được phương pháp điều chế nào đã được sử dụng Nếu kênh HS-DSCH được điều chế QPSK thì Xms,I = 0 và nếu I6QAM được sử đụng thì Xms,l = 1
HSDPA sử dụng phương pháp thích ứng kênh truyền bằng mã hoá và điều chế thích ứng — AMC, vi vay trong mot TTI, khối dữ liệu được phát đi có kích thước khác nhau do chúng được điều chế và mã hoá bằng các phương pháp khác nhau Ngoài ra, số mã định kênh được ấn định cho một UE xác định trong TTI do
cũng ảnh hưởng đến kích thước khối dữ liệu được phát Các bit thông tin về kích thước khối truyền tải sẽ được phát trên kênh HS-PDSCH gồm 6 bit Xtbs,1; Xtbs,2; Xtbs,3; ; Xtbs,6 Việc biết trước kích thước khối dữ liệu sẽ được nhận giúp cho UE có thể cấu hình bộ đệm đề lưu trữ và thực hiện quá trình HARQ nếu cần thiết
Các thông tin về loại phần dư - RV (Redundancy Version) và thơng số chịm mã
điều chế 16QAM được mang trên ba bit Xrv,l, Xrv,2, Xrv,3 Với ba bit mã hoá,
Xrv nhận 8 giá trị từ 0 đến 7 Các tham số loại phần dư được sử dụng để báo hiệu
cho UE về cách thức đục lỗ tại đầu ra của bộ mã hoá Turbo Các thông số này cần thiết cho quá trình giải mã Turbo và kết hợp dữ liệu của HARQ