Ứng dụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3

Với 3G, chúng ta sẽ có một số tên gọi liên quan như: công nghệ (nền tảng) 3G, mạng 3G, chuẩn 3G. Công nghệ 3G và chuẩn 3G có thể coi là một

LỜI CÁM ƠN Trước hết, em xin chân thành cám ơn Ths Trần Ngọc Hưng, sự chỉ bảo tận tình cùng những tài liệu quí báu của Thầy đã giúp em hoàn thành luận văn này. Em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cô giáo trong trường Đại học Công Nghệ - ĐH QG Hà Nội đã tạo mọi điều kiện học tập và nghiên cứư cho em trong suốt bốn năm học vừa qua. Xin cám ơn các bạn học và những người thân đã luôn giúp đỡ, động viên và chia sẻ những lúc tôi khó khăn trong thời gian thực hiện luận văn này. Do thời gian hạn hẹp và cũng chịu nhiều yếu tố tác động nên khoá luận sẽ không tránh khỏi sai sót. Em rất mong sẽ nhận được những ý kiến đóng góp xây dựng của Thầy, Cô và các bạn để có thể tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu của mình. Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viến thông phát triển nhanh 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 di động càng không ngừng được cải tiến. Tiền thân của 3G là hệ thống điện thoại 2G, như GSM, CDMA, PDC, PHS . GSM sau đó được nâng cấp lên thành GPRS, hay còn gọi là thế hệ 2,5G. GPRS hỗ trợ tốc độ 140,8 Kb/giây dù tỷ lệ thường gặp chỉ là 56 Kb/giây. E-GPRS, hay EDGE, là một bước tiến đáng kể từ GPRS với khả năng truyền dữ liệu 180 Kb/giây và được xếp vào hệ thống 2,75G. Năm 2006, mạng UMTS tại Nhật đã nâng cấp lên HSDPA (High Speed Downlink Packet Access - Truy cập gói dữ đường xuống tốc độ cao) - là một tính năng mới được đề cập trong các phiên bản R5 của 3GPP cho hệ thống truy nhập vô tuyến WCDMA/UTRA-FDD và được xem như là một trong những công nghệ tiên tiến cho hệ thống thông tin di động 3.5G. HSDPA bao gồm một tập các tính năng mới kết hợp chặt chẽ với nhau cải thiện dung lượng mạng và tăng tốc dữ liệu đỉnh đối với dung lượng gói đường xuống. Những cải tiến về mặt kỹ thuật cho phép các nhà khai thác có thể đưa ra nhiều dịch vụ tốc độ bit cao, cải thiện QoS của các dịch vụ hiện có, và đạt chi phí thấp nhất. Khả năng hỗ trợ tốc độ dữ liệu và tính di động của WCDMA/HSDPA là chưa từng có trong các phiên bản trước đây của 3GPP. Trong khuôn khổ khoá luận này, tác giả đi vào nghiên cứu cấu trúc HSDPA và ứng dụng vào mạng di động thế hệ thứ 3G. Đồng thời đưa ra phương pháp luận cho các nhà khai thác mạng về tính hiệu quả của công nghệ này. Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB2 Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3 MỤC LỤC Danh mục các ký tự viết tắt 5 Danh mục các hình vẽ 7 Danh mục các bảng .8 Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ 3 .9 1.1 Mở đầu 10 1.2 Các tiêu chuẩn xây dựng mạng 3G .14 1.3 Các tham số của mạng chính của mạng WCDMA 15 1.4 Các kênh cơ bản của WCDMA .17 1.4.1 Kênh logic 17 1.4.1.1 Kênh điều khiển .19 1.4.1.2 Kênh lưu lượng 19 1.4.2 Kênh truyền tải 19 1.4.2.1 Kênh truyền tải riêng 20 1.4.2.2 Kênh truyền tải chung .20 1.4.3 Kênh vật lý .21 1.4.3.1 Kênh đường lên 21 1.4.3.2 Kênh đường xuống .22 1.5 Các bước cải tiến của công nghệ WCDMA 25 Chương 2: Giới thiệu về công nghệ HSDPA 28 2.1 Tổng quan về HSDPA .28 2.2 Những cải tiến quan trọng của HSDPA so với WCDMA .30 Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB3 Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3 2.3 Nguyên lý hoạt động của HSDPA 33 2.4 Cấu trúc HSDPA .34 2.4.1 Mô hình giao thức HSDPA 35 2.4.2 Cấu trúc kênh .36 2.4.2.1 Kênh HS-PDSCH .37 2.4.2.2 Kênh HS-DPCCH 42 2.5 Kỹ thuật sử dụng trong HSDPA .44 2.5.1 Điều chế và mã hoá thích ứng 44 2.5.2 Kỹ thuật H-ARQ 47 Chương 3: Ứng dụng trên HSDPA .50 3.1 VoIP song công toàn phần và thúc đầy trò chuyện .50 3.2 Trò chuyện với thời gian thực .51 3.3 Luồng TV di động .51 3.4 Email 52 Kết luận 55 Phụ lục 56 Tài liệu tham khảo 60 Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB4 Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3 DANH M ỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT - 1G : First Generation - 2G : Second Generation - 3G : Third Generation - 3GPP: 3 rd 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 - EDGE: Enhanced Data Rates for GSM Evolution - FDD: Frequency Division Multiple Access - GSM: Global System for Mobile Communications - H-ARQ: Hybrid Automatic Repeat request - HS-DPCCH: Uplink High-Speed Dedicated Physical Control CHannel Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB5 Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3 - 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 Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB6 Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1 :Các bước phát triển mạng thông tin di động Hình 2: Cấu trúc kênh của WCDMA Hình 3: Cấu trúc kênh logic Hình 4: Ánh xạ giữa kênh logic và kênh giao vận Hình 5: Tốc độ truyền WCDMA đường lên Hình 6: Cấu trúc của kênh dành riêng Hình 7: Cấu trúc kênh CCPCH Hình 8: Cấu trúc của kênh đồng bộ SCH Hình 9: Chất lượng khe thời gian truy cập của kênh RACH Hình 10: Biểu đồ cột so sánh thời gian download của các công nghệ Hình 11: Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDMA Hình 12 - Nguyên lý hoạt động cơ bản của HSDPA Hình 13: Kiến trúc giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH Hình 14: Cấu trúc lớp MAC – hs Hình 15: Giao diện vô tuyến của HSDPA Hình 16: Thời gian và bộ mã được chia sẻ trong HS-DSCH Hình 17: Trạng thái kênh của các user Hình 18.1 : Hệ thống trong trường hợp 1 kênh HS-SCCH và phân chia đa thời gian Hình 18.2: Hệ thống trong trường hợp nhiều kênh HS-SCCH và phân chia đa thời gian Hình 19: Cấu trúc kênh HS-DPCCH Hình 20: Biểu diễn mã hoá điều chế của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng với mỗi mã theo dB Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB7 Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3 Hình 21: Hoạt động của giao thức SAW 4 kênh Hình 22: Quá trình truyền lại khối dữ liệu IR Hình 23: Ước lượng tiêu thụ công suất của điện thoại di động Hình 24: Truy cập email từ mobile sử dụng pin 1000-mAh Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB8 Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Bảng so sánh các công nghệ di động và tốc độ truyền dữ liệu Bảng 2: Các thông số chính của WCDMA Bảng 3: Tốc độ dữ liệu đỉnh của HSDPA trong một số trường hợp Bảng 4: Lược đồ mã hoá điều chế của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng với mỗi mã Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB9 Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3G 1.1 Mở đầu 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 1G này còn thường được nhắc đến với "Analog Mobile Phone System (AMPS)". Mốc thời gian đánh 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 công nghệ nói trên. Năm 2001, để tăng thông lường truyền để 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 chỉ =9.6Kbps. GPRS đã cải tiến tốc độ truyền tăng lên gấp 3 lần so vớii GSM, tức là 20-30Kbps. GPRS cho phép phát triển dịch vụ WAP và internet (email) tốc độ thấp. Tiếp theo sau, 2003, EDGE đã ra đời với khả năng cung ứng tốc độk lên được 250 Kbps (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 dùng di động. 3G là viết tắt của third-generation technology là chuẩn và công nghệ truyền thông thế hệ thứ ba, cho phép truyền ngoài dữ liệu chuẩn là đàm thoại còn có thể truyền dữ liệu phi thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh, nhạc, internet .). Công 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 phổ. Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB10 [...]... K49ĐB Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3 động phải dựa vào những nền tảng công nghệ mới – 3G, 3, 5G và 4G – hay còn gọi là các nền tảng công nghệ di động tương lai Bảng 1: Bảng so sánh các công nghệ di động và tốc độ truyền dữ liệu 12 Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3 Công nghệ AMPS 1G Tốc độ Tính năng Không có Analog (chỉ có chức năng thoại) 2G - Thoại. .. đầu tiên đưa 3G vào khai thác thương mại một cách rộng rãi là Nhật Bản Năm 2005, khoảng 40% các thuê bao tại Nhật Bản là thuê bao 3G, mạng 2G đang dần biến mất tại Nhật Bản Với 3G, chúng ta sẽ có một số tên gọi liên quan như: công nghệ (nền tảng) 3G, mạng 3G, chuẩn 3G Công nghệ 3G và chuẩn 3G có thể coi là một, trong khi mạng 3G là mạng di động ứng dụng những công nghệ 3G Trước đây, chuẩn 3G là một chuẩn... biến từ cell này sang cell khác 22 Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3 Hình 7: Cấu trúc kênh CCPCH - Kênh SCH- kênh đồng bộ, sử dụng cho thủ tục đồng bộ mạng Dùng khi thực hiện thủ tục định vị và đồng bộ mạng 23 Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3 Hình 8: Cấu trúc của kênh đồng bộ SCH - SCH sơ cấp không điều chế cung cấp định... Thị Thu Hương - K49ĐB Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3 Hình 10 : Biểu đồ cột so sánh thời gian download của các công nghệ 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... bản R99 của WCDMA 31 Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3 2 .3 Nguyên lý hoạt động của HSDPA Hình 12 - 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 lý tốc độ cao L1 + Yêu cầu lặp tự động lai H-ARQ Trong giải pháp HSDPA, thiết bị sắp.. .Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3 Hình 1 :Các bước phát triển mạng thông tin di động 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 vô tuyến nói chung là một tài nguyên đắt đỏ, giá tần số cho công nghệ 3G rất đắt... 30 Kbps90Kbps - Audio/Video clip - Game - Tải các ứng dụng và nhạc chuông 3G - Video chất lượng cao - UMTS - 1xEV-DO Từ - Nhạc “streaming” 144Kbps2Mbps - Game 3D - Lướt web nhanh 3. 5G - HSDPA - 1xEV-DV - Video theo yêu cầu (VOD) Từ - Video hội họp 38 4Kbps14.4Mbps 1.2 Các tiêu chuẩn xây dựng mạng 3G 3G bao gồm 3 chuẩn chính là : • W-CDMA • CDMA2000 13 Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB Ứng d ụng HSDPA trong. .. 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 30 Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3 Tuy nhiên, do không sử dụng điều khiển công suất, HSDPA yêu cầu các kỹ thuật thích ứng liên kết... 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 đẩy nhanh tốc độ tải đường xuống với tốc độ lên tới 10 Mbps 1 .3 Các tham số chính của WCDMA 14 Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3 - WCDMA là hệ thống sử dụng chuỗi trải phổ trực tiếp Nghĩa là luồng thông... Hương - K49ĐB Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3 TFRC Tốc liệu QPSK, tỷ lệ độ (1 mã ) dữ Tốc liệu độ (5 mã) dữ Tốc độ dữ liệu (15 mã) 120 kpbs 600 kbps 1.8 Mbps 240 kpbs 1.2 Mbps 3. 6 Mbps 36 0 kpbs 1.8 Mbps 5 .3 Mbps 480 kpbs 2.4 Mbps 7.2 Mbps 720 kpbs 3. 6 Mbps 10.7 Mbps mã hoá 1/2 QPSK, tỷ lệ mã hoá 3/ 4 16 QAM, tỷ lệ mã hoá 1/2 QAM, tỷ lệ mã hoá ½ QPSK, tỷ lệ mã hoá 3/ 4 Từ bảng 3 ta có thể . K49ĐB9 Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3G 1.1 Mở đầu Thế hệ điện thoại di động. HSDPA so với WCDMA.................. .30 Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB3 Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3 2 .3 Nguyên lý hoạt động của HSDPA. .................................................... .33