nghiên cứu công nghệ truy nhập gói đường lên tốc độ cao-hsupa

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGHIÊN CƢ́ U CÔNG NGHỆ TRUY NHẬ P GI ĐƢỜNG LÊN TC ĐỘ CAO-HSUPA NGUYỄ N THỊ THU TRÀ Thái Nguyên, 2011 ii ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGHIÊN CƢ́ U CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP GI ĐƢỜNG LÊN TC ĐỘ CAO-HSUPA Ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60 52 70 Học viên: Nguyễ n Thị Thu Trà Ngƣời HD khoa học: PGS.TS. Đ Xuân Tin Thái Nguyên, 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn iii ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Nguyễ n Thị Thu Trà Lớp: Cao học - K12 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Cn b hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Đ Xuân Tin Ngày giao đề tài: 10 tháng 10 năm 2010 Ngày hoàn thành: 10 tháng 10 năm 2011 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. Đ Xuân Tin HỌC VIÊN Nguyễ n Thị Thu Trà BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn iv LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cc số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ mt công trình nào khác (trừ các phần tham khảo đã được nêu rõ trong Luận văn). Tác giả Nguyễn Thị Thu Trà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn v LỜI CẢM ƠN Tc gi ả xin chân thành cảm ơn Thầy giáo PGS.TS. Đ Xuân Tin, người đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn. Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với các Thầy giáo, Khoa Sau đại học - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành Luận văn này. Do năng lực bản thân còn hạn chế nên Luận văn không trnh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp. Tác giả Nguyễn Thị Thu Trà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn vi MỤC LỤC Trang Thuyế t minh luậ n văn thạ c sỹ kỹ thuậ t i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Mục lục iv Danh mụ c cc thuật ngữ viết tắt vii Danh mục cc bảng biểu xii Danh mục cc hình vẽ xiii MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2.  ngha của đề tài 2 3. Đối tượ ng, phương phá p, nộ i dung nghiên cứu 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘ NG 1.1. Giới thiệu chung 4 1.1.1. Lộ trình phá t triể n cá c hệ thố ng thông tin di độ ng 4 1.1.2. Lịch trình pht triển mạng 3G WCDMA 6 1.1.3. Kiế n trú c mạ ng WCDMA-R99 7 1.2. Giao diệ n vô tuyế n mạ ng WCDMA-R99 9 1.2.1. Kiế n trú c giao thứ c củ a giao diệ n vô tuyế n 9 1.2.2. Cc kỹ thuật chnh  giao diệ n vô tuyến 11 1.2.2.1. Cc loại kênh trong WCDMA-R99 11 1.2.2.1.1. Kênh logic 11 1.2.2.1.2. Kênh truyề n tả i 12 1.2.2.1.3. Kênh vậ t lý 13 1.2.2.2. Trải ph và điều chế 13 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn vii 1.2.2.2.1. Trải ph 13 1.2.2.2.2. Điề u chế 17 1.2.2.3. My thu RAKE 17 1.2.2.4. Điề u khiể n công suấ t nhanh 17 1.2.2.5. Chuyể n giao mề m 19 Chƣơng 2 CÁC ĐẶ C ĐIỂ M TỔ NG QUAN VỀ HSPA 2.1. Tổ ng quan về HSPA 20 2.1.1. Chuẩ n hó a HSPA trong 3GPP 20 2.1.2. Thay đổ i củ a HSPA so vớ i R99 21 2.2. HSDPA 23 2.2.1. Truyề n dẫ n kênh chia sẻ 23 2.2.2. Lậ p lị ch phụ thuộ c kênh 25 2.2.3. Điều khiển tốc đ và điều chế bậc cao 27 2.2.4. HARQ với kết hợp mềm 27 2.2.5. Kiến trúc HSDPA 29 2.3. HSUPA 32 2.3.1. Kênh dành riêng tăng cườ ng E-DCH 34 2.3.2. MAC-e và sự xử lý lớp vật lý 39 2.3.3. Lậ p lị ch 42 2.3.4. HARQ vớ i kế t hợ p mề m 44 2.3.5. Kiế n trúc HSUPA 45 Chƣơng 3 NGHIÊN CƢ́ U CHI TIẾ T VỀ HSUPA 3.1. ARQ LAI: Xử lý lớ p vậ t lý 49 3.2. ARQ lai: Hoạt đng giao thức 51 3.3. Giảm mào đầu trên đường lên (DTX) 52 3.4. Sắp xếp với HSUPA 54 3.5. Kênh dữ liệu vật lý dành riêng E-DPDCH 57 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn viii 3.6. Kênh điều khiển vật lý dành riêng E-DPCCH 60 3.7. Kênh chỉ thị HARQ (E-HICH) 62 3.8. Kênh cho phé p tương đố i E-DCH (E-RGCH) 65 3.9. Kênh cho phé p tuyệ t đố i E-DCH (E-AGCH) 67 3.10. Tính toán với HSUPA 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn ix DANH MỤ C CÁ C THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 1G First Generation Thế hệ thứ nhất 2G Second Generation Thế hệ thứ hai 3G Third Generation Thế hệ thứ ba 3GPP 3 rd Generation Partnership Project Dự n đối tác thế hệ ba ACP Automate Cell Planning Công cụ quy hoạch cell tự đng AFP Automatic Frequency Planning Công cụ quy hoạch tần số tự đng AMC Adaptive modulation and coding Mã hóa và điều chế thích ứng AMPS Advanced mobile phone service Dịch vụ điện thoại di đng cải tiến AuC Authentication Center Trung tâm nhận thực BG Border Gatway Cng biên giới BLER Block Error Ratio Tỷ số lỗi khối BPSK Binary phase-shift keying Khóa dịch pha nhị phân BTS Base transceiver station Trạm thu phát gốc CCTrCH Coded Composite Transport Channel Kênh truyền tải hỗn hợp đã mã hóa CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CN Core Network Mạng lõi CPICH Common pilot channel Kênh hoa tiêu dung chung CQI Channel Quanlity Information Thông tin chất lượng kênh CS Circuit Switch Khối chức năng chuyển mạch kênh DCH Dedicated Channel Kênh dành riêng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn x DNO Dynamic Network Optimization Tối ưu mạng đng DPCCH Dedicated Physical Control CHannel Kênh điều khiển vật lý dành riêng E-AGCH E-DCH Absolute Grant Channel Kênh cho phép tuyệt đối E-DCH E-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh dành riêng tăng cường E-DPCCH E-DCH Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý dành riêng E-DCH E-DPDCH E-DCH Dedicated Physical Data Channel Kênh dữ liệu vật lý dành riêng E-DCH E-HICH E- DCH HARQ Indicator Channel Kênh chỉ thị HARQ E-RGCH E-DCH Relative Grant Channel Kênh cho phép tương đối E- DCH EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution Giải php tăng cường tốc đ dữ liệu cho GSM EIR Equipment Identity Register B ghi nhận dạng thiết bị EIRP Effective Isotropic Radiated Power Công suất phát xạ đẳng hướng hiệu dụng F-DPCH Fractional- Dedicated Physical Channel Kênh vật lý dành riêng phân đoạn FDD Frequency Division Duplex Ghép kênh song công phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tập tin GMSC Gateway Mobile services Switching Center Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di đng cng GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ cng GPRS GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GSM Global System for Mobile Communication Hệ thống thông tin di đng toàn cầu HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest Yêu cầu lặp tự đng lai [...]... HSDPA có thê nâng cao tốc độ dữ liệu đường ̉ xuống lên tới 14,4 Mb/s (về mặt lý thuyết) và gia tăng đáng kể dung lượng của mạng di động đông thơi HSUPA cũng là bước phát triển mới cho mạng ̀ ̀ UMTS vơi mục tiêu tăng tốc độ truy n dẫn gói dữ liệu ở đường lên tới 5,76 ́ Mb/s Xuất phát từ vấn đề trên, học viên đã chọn đề tài: Nghiên cứu công nghệ truy nhập gói đường lên tốc độ cao-HSUPA 2 Ý nghĩa... th ế giới tiếp tục nghiên cứu, đề xuất và thử nghiệm các công nghệ ̀ mơi, điển hình là công nghệ truy nhập gói tốc độ cao (HSPA) HSPA là một ́ tâp cac tính năng mới được đề cập bơi 3GPP nhăm nâng cao tốc độ truy n dẫn ̣ ́ ̉ ̀ dữ liệu của hệ thống UMTS, tăng tốc dữ liệu đỉnh đối với dung lượng gói đường xuống (HSDPA) và đường lên (HSUPA) HSPA được coi là một trong những công nghệ tiên tiến của... 3 Đối tƣợng, phƣơng phap, nôi dung nghiên cứu ́ ̣ - Đối tƣợng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là câ u truc , các đặc điểm và các kỹ ́ ́ thuât cơ ban cua công nghê HSUPA ̣ ̉ ̉ ̣ - Phƣơng pháp nghiên cứu Đề tài nghiên cứu, tìm hiểu lý thuyết về hệ thống thông tin di động WCDMA, từ đó đi sâu nghiên cứu công nghệ HSUPA và chủ yếu tập trung vào nghiên cứu kênh dành riêng E-DCH, MAC-e và... ́ Truy nhập gói tốc độ cao (HSPA) bao gồm truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA) và truy nhập gói đường lên tốc độ cao (HSUPA) Trong đó, HSDPA đươc 3GPP chuân hoa trong phiên ban ̣ ̉ ́ ̉ 5 vào tháng 3/2002 và HSUPA đươc chuân hoa trong phiên ban 6 vào tháng 12/2004 HSPA ra đời ̣ ̉ ́ ̉ nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng về các dịch vụ đa phương tiện và dịch vụ dữ liệu tốc. .. tải nhạc, mobileTV,… - Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu của đề tài là bước tiến nhằm nâng cao tốc độ và khả năng cũng như giảm độ trễ trên đường truy n gói lên của mạng UMTS HSUPA sử dụng các kỹ thuật thích ứng đường truy n như: khoảng thời gian truy n dẫn ngắn, cơ chế yêu cầu lặp tự động lai,… nhằm cải tiến đường truy n lên và nâng cao tốc độ lên đến 5,76 Mb/s Số hóa bởi Trung tâm Học liệu... triển của HSPA+ ở R7, tốc độ đỉnh đường xuống đạt 28,8 Mb/s và 11 Mb/s ở đường lên LTE R8 tiếp tục đẩy tốc độ dữ liệu đỉnh lên trên 100Mb/s đường xuống và 50 Mb/s đường lên Hình 1.3 Lộ trình tăng tốc độ dữ liệu đỉnh của WCDMA 1.1.3 Kiến trúc mạng WCDMA-R99 Kiến trúc mạng WCDMA R99 được thể hiện ở hình 1.4 Xét về mặt chức năng, các phần tử mạng được chia thành phân hệ mạng truy nhập vô tuyến UMTS... Circuit Switched Data High Speed Down Link Packet Access High Speed Packet Access Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao Kênh điều khiển vật lý dành riêng tốc độ cao đường lên Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao Kênh điều khiển chia sẻ High Speed Up Link Packet Access Identify Truy nhập gói đường lên tốc độ cao Nhận dạng International Mobile Equipment Identity IP Multimedia Subsystem Số nhận... tiện HS- DPCCH HS-PDSCH HS-SCCH HS-SICH HSCSD HSDPA HSPA HSUPA ID IMEI IMS IMSI ISDN ITU-R Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN Kênh thông tin chia sẻ tốc độ cao Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao Truy nhập gói tốc độ cao Các chỉ tiêu chất lượng http://www.lrc-tnu.edu.vn xii MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di... dạng hệ P-CCPCH thống và thông tin điều khiển truy nhập P-CCPCH an h xạ với ́ kênh truy n tải BCH S-CCPCH Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp truy n kênh truy n tải FACH và PCH PRACH Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý truy n kênh truy n tải RACH DPDCH Kênh số liệu vật lý dành riêng truy n số liệu dành riêng của người dùng ở cả hai hướng Ánh xạ với kênh truy n tải DCH Các kênh được tạo ra và chỉ được... vô tuyến với MIMO ở đường xuống, điều chế 64/16 QAM ở đường lên /đường xuống để tăng tốc độ dữ liệu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 - Phiên bản 8 cuối 2007: LTE dựa trên OFDM Lộ trình tăng tốc độ dữ liệu đỉnh được thể hiện ở hình 1.3 Từ tốc độ 2 Mb/s lý thuyết, thực tế 384 kb/s ở R99 tăng lên đến 14,4 Mb/s đường xuống và 5,76 Mb/s đường lên ở R6 Với sự phát . mục tiêu tăng tốc đ truy n dẫn gói dữ liệu  đường lên tới 5,76 Mb/s. Xuất phát từ vấn đề trên, học viên đã chọn đề tài: Nghiên cứu công nghệ truy nhập gói đường lên tốc độ cao-HSUPA 2 cứu, đề xuất và thử nghiệm các công nghệ mớ i, điển hình là công nghệ truy nhập gói tốc đ cao (HSPA). HSPA là mt tậ p cá c tnh năng mới được đề cập bở i 3GPP nhằ m nâng cao tốc đ truy n. Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc đ cao. HSDPA High Speed Down Link Packet Access Truy nhập gói đường xuống tốc đ cao HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc đ cao HSUPA High