Giao diện vô tuyến của hệ thống HSPA

Trang 1

Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông

Khoa Điện Tử Viễn Thông

- 

-BÀI TẬP LỚN

Môn: THÔNG TIN DI ĐỘNG

Giáo Viên:

NGUYỄN VIẾT MINH

Lớp: C13VT2

HÀ NỘI, 11/2015

GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA HỆ THỐNG HSPA

Trang 2

MỤC LỤC

I – Tổng Quan Về Mạng HSPA

1. Giới thiệu chung về HSPA

2. Một số dịch vụ đang triển khai trên mạng HSPA

2.1 Các loại hình dịch vụ trong mạng HSPA

3. Kết luận

II – Truy Cập Gói Tốc Độ Cao Đường Xuống HSDPA

1. Các đặc điểm chính của HSDPA

III – Giải Pháp Nâng Cao Hiệu Năng HSDPA

1. Truyền dẫn kênh chia sẻ

2. Lập biểu phụ thuộc kênh

3. Điều khiển tốc độ và điều chế bậc cao

3.1.Mã hóa kênh HS-DSCH

3.2.Điều chế HS-DSCH

3.3.Thích ứng đường truyền

4. HARQ với kết hợp mềm

5. Các kênh của HSDPA

6. HSDPA MIMO

IV – Kết Luận

V – Tài Liệu Tham Khảo

2

Trang 3

I – Tổng Quan Về Mạng HSPA

1. Giới thiệu chung về HSPA

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 Để 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…

2. Một số dịch vụ đang triển khai trên mạng HSPA

2.1 Các loại hình dịch vụ trong mạng HSPA Các người sử dụng dịch vụ chuyển mạch kênh được đảm bảo tốc độ số liệu cố định Chất lượng dịch vụ trong ngữ cảnh các dịch vụ thoại và thoại có hình được định nghĩa bởi chất lượng tiếng và hình theo thụ cảm

Để đạt được tính mềm dẻo, khả năng cho nhiều loại hình dịch vụ thì HSPA có được:

- Tốc độ bit dữ liệu cao: có thể lên đến tối đa 14.4 Mbps trong 3GPP Release 5 và có thể lên đến 28.8 Mbps trong Release 7

- Độ trễ RTT thấp dưới 100ms ở trong Relese 5, thậm chí ở trong Release 6 chỉ có là 50ms

- Cho chất lượng dịch vụ QoS ngày càng cao

- Cung cấp dịch vụ thoại và số liệu tức thời

- Có khả năng cùng tồn tại song song với mạng GSM và cả mạng GPRS.

Một số dịch vụ có thể triển khai trong mạng HSPA như:

- Dịch vụ thoại AMR, video (CS)

- Messaging

- Music và download game

- Mobile-TV streaming

- Chia sẻ video thời gian thực

- Push – to – talk

- Push e-mail

- Chơi game online

- Mobile weblog

Trang 4

- Truy cập băng rộng không dây

3. Kết luận

HSDPA bắt đầu nghiên cứu vào năm 2000, nhằm cải thiện tốc độ truyền dẫn dữ liệu đường xuống hơn so với đặc

tả Release 99 Các vấn đề để cải thiện như là truyền dẫn tại lớp vật lý và lập biểu tại BTS được nghiên cứu cũng như điều chế và mã hóa thích ứng Chủ yếu là kênh HS-DSCH kết hợp cùng với các vật lý điều khiển báo hiệu mới như là HS-SCCH, HS-DPCCH, FDPCH….làm tăng tốc độ truyền dẫn ở đường xuống Cùng với các loại thiết bị hỗ trợ cho các hoạt động của HSDPA Còn trong HSUPA, chủ yếu là nói đến kênh E-DCH Được nghiên cứu sau khi đã hoàn thành xong Chuẩn HSDPA, bắt đầu nghiên cứu vào tháng 9 năm 2002 Các kĩ thuật cải tiến ở trong HSUPA bao gồm như: yêu cầu phát lại lớp vật lý cho đường lên, lập biểu đường lên tại nút B, có chiều dài truyền dẫn TTI ngắn hơn, điều chế bậc cao hơn, mà tùy thuộc vào từng loại thiết bị hỗ trợ cho HSUPA Nhờ những cái tiến như vậy làm tăng tốc độ hiệu năng của HSPA và được nói rõ các giải pháp nâng cao hiệu năng ở mục dưới đây.

II – Truy Nhập Gói Tốc Độ Cao Đường Xuống HSDPA

a) Các đặc điểm chính của HSDPA

HSDPA được thiết kế để tăng bâng thông gói dữ liệu đường xuống bằng cách truyền dẫn lại nhanh lớp vật lý ( Lớp 1), lập biểu tại lớp B, phát lặp lại nhanh và thích ứng đường truyền tại lớp vật lý

4

Trang 5

III – Giải Pháp Nâng Cao Hiệu Năng HSPA

1. Truyền dẫn kênh chia sẻ

Đặc điểm chủ yếu của HSDPA là truyền dẫn kênh chia sẻ Trong truyền dẫn kênh chia sẻ, một bộ phận của tổng tài nguyên vô tuyến đường xuống khả dụng trong ô (công suất phát và mã định kênh trong WCDMA) được coi là tài nguyên chung được chia sẻ động theo thời gian giữa các người sử dụng Truyền dẫn kênh chia sẻ được thwucj hiện thông qua kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao (DSCH: high speed-dowlink shared channel) HS-DSCH cho phép cấp phát nhanh một bộ phận tài nguyênđường xuống để truyền số liệu cho một người sử dụng đặc thù Phương pháp này phù hợp cho các ứng dụng số liệu gói thường được truyền theo dạng cụm và vì thế

có các yêu cầu về tài nguyên thay đổi nhanh

HSDPA sử dụng Tti ngắn để giảm trễ và cải thiện quá trình bám theo các thay đổi của kênh cho mục đích điều khiển tốc độ và lập biểu phụ thuộc kênh

Ngoài việc được ấn định một bộ phận của tổng tài nguyên mã khả dụng, một phần tổng công suất khả dụng của ô phải được ấn định cho truyền dẫn HS-DSCH HS-DSCH không được điều khiển công suất mà được điều khiển tốc độ Trong trường hợp sử dụng chung tần số với WCDMA, sau khi phục vụ các kênh WCDMA, phần công suất còn lại có thể được sử dụng cho HS-DSCH, điều này cho phép khai thác hiệu quả tổng tài nguyên công suất khả dụng

Trang 6

2. Lập biểu phụ thuộc kênh

Một trong các nguyên lý cơ sở của HSDPA là lập biểu phụ thuộc kênh Bộ lập biểu trong MAC-hs điều khiển việc sẽ sử dụng phần mã chia sẻ nào và tài nguyên công suất nào cho người sử dụng nào trong một TTI cho trước Đây là phần tử quan trọng và cũng là phần tử quyết định ở một mức độ rất lớn tổng hiệu năng của hệ thống HSDPA, đặc biệt là trong một mạng có tải lớn Khi tải thấp, chỉ có một hoặc một ít người sử dụng được lập biểu và sự khác biệt giữa các chiến lược lập biểu khác nhau là không rõ ràng

Nguyên lý lập biểu được cho ở hình 1.4 Mặc dù 3GPP không đặc tả việc thực hiện bộ lập biểu, nhưng mục đích tổng thể của hầu hết các

bộ lập biểu là lợi dụng các thay đổi của kênh giữa các người sử dụng và lập biểu truyền dẫn ưu tiên cho người sử dụng có các điều kiện kênh tốt nhất Như thể hiện ở trong hình 2.

Một trong các nguyên lý cơ sở của HSDPA là lập biểu phụ thuộc kênh Bộ lập biểu trong MAC-hs điều khiển việc sẽ sử dụng phần mã chia sẻ nào và tài nguyên công suất nào cho người sử dụng nào trong một TTI cho trước Đây là phần tử quan trọng và cũng là phần tử quyết định ở một mức độ rất lớn tổng hiệu năng của hệ thống HSDPA, đặc biệt là trong một mạng có tải lớn Khi tải thấp, chỉ có một hoặc một ít người sử dụng được lập biểu và sự khác biệt giữa các chiến lược lập biểu khác nhau là không rõ ràng

Nguyên lý lập biểu được cho ở hình 1.4 Mặc dù 3GPP không đặc tả việc thực hiện bộ lập biểu, nhưng mục đích tổng thể của hầu hết các

bộ lập biểu là lợi dụng các thay đổi của kênh giữa các người sử dụng và lập biểu truyền dẫn ưu tiên cho người sử dụng có các điều kiện kênh tốt nhất Như thể hiện ở trong hình 2.

6

Trang 7

Dung lượng hệ thống được tăng đáng kể khi có xét đến các điều kiện kênh trong quyết định lập biểu: lập biểu phụ thuộc kênh Vì trong một ô,các điều kiện của các đường truyền vô tuyến đối với các UE khác nhau thay đổi độc lập , nên tại từng thời điểm luôn luôn tồn tại một đường truyền vô tuyến có chất lượng kênh gần với đỉnh của nó (hình 1) Vì thế có thể truyền tốc độ cao với đường truyền kênh vô tuyến này Giải phép này cho phép hệ thống đạt được dung lượng cao Độ lợi nhận được khi truyền đãn dành cho các người sử dụng có các điều kiện đường truyền vô truyến thuận lợi thườn được gọi là phân tập đa người sử dụng và độ lợi này càng lớn khi thay đổi kênh càng lớn và số người sử dụng trong một ô càng lớn Vì thế trái với quan điểm truyền thống rằng pha đinh nhanh là hiệu ứng không mong muốn và rằng cần chonogs lại nó, bằng cách lập biểu phụ thuộc kênh pha đinh có lợi và cần khai thác nó

3. Điều khiển tốc độ và điều chế bậc cao

Điều khiển tốc độ đã được coi là phương tiện thích ứng đường truyền cho các dịch vụ truyền số liệu hiệu quả hơn so với điều khiển công suất thường được sử dụng trong CDMA, đặc biệt là khi nó được sử dụng cùng với lập biểu phụ thuộc kênh

Đối với HSDPA, điều khiển tốc độ được thực hiện bằng cách điều chỉnh động tỷ lệ mã hóa kênh và chọn lựa động giữa điều chế QPSK và 16-QAM Điều chế bậc cao như 16-QAM cho phép đạt được mức độ sử dụng băng thông cao hơn QPSK nhưng đòi hỏi tỷ số tín hiệu trên tạp âm (Eb/N0) cao

Trang 8

hơn Vì thế 16-QAM chủ yếu chỉ hữu ích cho điều kiện thuận lợi Nút B lựa chọn số liệu độc lập cho từng Tti 2ms và cơ chế điều khiển tốc độ có thể bám các thay đổi kênh nhanh

3.1. Mã hóa kênh HS-DSCH

Do mã hóa turbo có hiệu năng vượt trội so với mã xoắn nên HS-DSCH chỉ

sử dụng mã hóa turbo Nguyên lý tổng quát của bộ mã hóa turbo như sau (hình 4a) Luồng số đưa vào bộ mã hóa turbo được chia thành 3 nhánh, nhánh thứ nhất không được mã hóa và các bit ra của nhánh này được gọi

là các bit hệ thống Nhánh thứ hai và thứ ba được mã hóa và các bit ra của chúng được gọi là các bit chẵn lẻ 1 và 2 Như vậy cứ 1 bit vào thì có ba bit

ra, nên bộ mã hóa turbo này có tỷ lệ mà là r=1/3 Tỷ lệ mã này có thể giảm nếu ta bỏ bớt 1 số bit chẵn lẻ và quá trình này được gọi là đục lỗ (hình 4b)

3.2. Điều chế HS-DSCH

8

Trang 9

HS-DSCH có thể sử dụng điều chế QPSK và 16-QAM Chùm tín hiueej QPSK

và 16-QAM được cho trong hình 5

Điều chế QPSK chỉ cho phép mỗi ký hiệu điều chế truyền được 2 bit, trong khi đó điều chế 16-QAM cho phép mỗi ký hiệu điều chế truyền được 4 bit

Vì thế 16-QAM cho phép truyền tốc độ số liệu cao hơn Tuy nhiên từ hình 5

ta thấy khoảng cách giữa 2 điểm tín hiệu trong chùm tín hiệu 16-QAM ngắn hơn so với khoảng cách 2 chùm tín hiệu của QPSK nên khả năng chịu nhiễu và tập âm của 16-QAM kém hơn QPSK

3.3. Thích ứng đường truyền

Thích ứng đường truyền là quá trình truyền dẫn trong đó tốc độ số liệu được thay đổi tùy thuộc vào chất lượng đường truyền: tốc độ đường truyền được tăng khi chất lượn đường truyền tốt hơn, ngược lại tốc độ đường truyền sẽ bị giảm Để thay đôi tốc độ truyền phù hợp với chất lượng kênh,

hệ thống thực hiện thay đổi sơ đồ điều chế và tỷ lệ mã nên phương pháp này được gọi là điều chế và mã hóa thích ứng (AMC: adaptive modulation and coding) Chẳng hạn khi chất lượng đường truyền tốt hơn, hệ thống có thể tăng tốc độ truyền dẫn bằng cách chọn sơ đồ điều chế 16-QAM và tăng tỷ lệ mã bằng ¾ băng cách đục lỗ, trái lịa khi chất lượng đường

truyền tồi hơn thì hệ thống có thể giảm tốc độ truyền dẫn bằng cách sử dụng sơ đồ điều chế QPSK và không đục lỗ để giảm tỷ lệ bằng 1/3.

Thích ứng đường truyền hoạt động với kênh HS-DSCH trong 2ms Ngoài

ra, quyết định lập biểu, lớp MAC-hs trong BTS cũng sẽ quyết định 2ms mà kết hợp với điều chế và mã hóa để truyền dẫn Thích ứng đường truyền dựa trên thông tin CQI lớp vật lý được cung cấp bởi thiết bị đầu cuối

Trang 10

4. HARQ với kết hợp mềm

HARQ với kết hợp mềm cho phép đầu cuối yêu cầu phát lại các khối thu mắc lỗi, đồng thời điều chỉnh mịn tỷ lệ mã hiệu dụng và bù trừ các lỗi gây rado cơ chế thích ứng đường truyền Đầu cuối giải mã từng khối truyền tải

mã nó nhận được rồi báo cáo về nút B về vệc giải mã thành công hay thất bại cứ 5ms một lần sau khi thu được khối này Cách làm này cho phép phát lại nhanh chóng các khối dữ liệu thu không thành công và giảm đáng

kể trễ liên quan đến phát lại so với phát hành R3.

Nguyên lý xử lý phát lại HSDPA được minh họa trên hình 4 Đầu tiên gói được nhận vào bộ nhớ đệm của nút B Ngay cả khi gói đã được gửi đi nút B vẫn giữ gói này Nếu UE giải mã thất bại nó lưu gói nhận được vào bộ nhớ đệm và gửi lệnh không công nhận (NAK) đến nút B Nút B phát lại cả gói hoặc chỉ phần sửa lỗi của gói tùy thuộc vào giải thuật kết hợp gói tại UE

UE kết hợp gói phát trước với gói được phát lại và giải mã Trong trường hờp giải mã phía thu thất bại, nút B thực hiện phát lại mà không cần RNC tham gia Máy di động thực hiện kết hợp các phát lại Phát theo RNC chỉ thực hiện khi xảy ra sự cố hoạt động lớp vật lý (lỗi báo hiệu chẳng hạn) Phát lại theo RNC sử dụng chế độ công nhận RLC, phát lại RLC không thường xuyên xảy ra.

10

Trang 11

Không như HARQ truyền thống, trong kết hợp mềm, đầu cuối không lại bỏ thông tin mềm trong trường hợp nó không thể giải mã được khối truyền tải mà kết hợp thông tin mềm từ cách lần phát trước đó với phát lại hiện thời để tăng xác suất giải mã thành công Tăng phần dư (IR) được sử dụng làm cơ sở cho kết hợp mềm trong HSDPA, nghĩa là các lần phát lại có thể chứa các bit chẵn lẻ không

có trong các lần phát trước IR có thể cung cấp độ lợi đáng kể khi tỷ lệ mã đối với lần phát đầu cao vì các bit chẵn lẻ bổ sung làm giảm tổng tỷ lệ mã Vì thế IR chủ yếu hữu ích trong tình trạng giới hạn băng thông khi đầu cuối ở gần trạm gốc và số lượng các mã định kênh chú không phải công suất hạn chế tốc độ số liệ khả dụng Nút B điều khiển tập các bit được mã hóa sẽ sử dụng để phát lại có xét đến dụng lượn nhớ khả dụng của UE.

Hình 6 cho thấy thí dụ về sử dụng HARQ sử dụng mã turbo cơ sở tỷ lệ mã r=1/3 cho kết hợp phần dư tăng Trong lần phát đầu gói bao gồm tất cả các bit thông tin cùng với một số bit chẵn lẻ được phát Đến lần phát lại chỉ các bit chẵn lẻ khác với các bit chẵn lẻ được phatrs trong gói trước là được phát Kết hợp gói phát trước và gói phát sau cho ra một gói có nhiều bit dư để sửa lỗi hơn và vì thế đây là

sơ đồ kết hợp phần dư tăng.

Trang 12

5 Các kênh của HSDPA

a High-Speed downlink shared channel: Kênh HS-DSCH là kênh truyền tải mà tải dữ liệu người dùng trong HSDPA Kênh này được truyền bởi kênh vậy lý HS-PDSCH Trong kênh HS-DSCH sử dụng thích ứng đường truyền nhờ cách chọn tổ hợp các mã định kênh, mã hóa kênh và điều chế thích hợp Hỗ trợ điều chế biên độ 16QAM Node B lập biểu cho người sử dụng (ấn định tài nguyên vô tuyến) trong khoảng thời gian 2ms, và thông báo lập biểu nhanh thực hiện ở lớp vật lý

b High-Speed shared control channel (HS-SCCH): HS-SCCH tải các thông tin báo hiệu mà cho phép thiết bị đầu cuối giải điều chế mã chính xác Kênh HS-SCCH dùng hệ số trải phổ 128 cho 40 bit/khe để mang thông tin (dùng điều chế QPSK) Các thông tin sau đây được mang trên HS-SCCH:

- số mã định kênh

- sơ đồ điều chế

- kích thước khối truyền tải

- gói được phát là gói mới hay phát lại (HARQ) hoặc HARQ theo RNC RLC

- phiên bản dư

- phiên bản chùm tín hiệu

Khi HSDPA hoạt động trong chế độ ghép theo thời giản, chỉ cần lập cấu hình một HS-SCCH, nhưng khi HSDPA hoạt động trong chế độ ghép theo

12

Trang 13

mã thì cần có nhiều HS-SCCH hơn Một UE có thể xem xét được nhiều nhất

là 4 HS-SCCH tùy vào cấu hình được lập bởi hệ thống

c Kênh điều khiển vật lý riêng tốc độ cao (HS-DPCCH): Hoạt động HSDPA cần thông tin hồi tiếp vật lý ở đường lên (từ thiết bị đầu cuối đến trạm gốc) để cho phép thích ứng đường truyền và truyền dẫn lại lớp vật lý Thông tin hồi tiếp ở đường lên này được mang trên kênh HS-DPCCH

d Kênh DPCCH (Dedicated physical control channel): đi cùng với

HS-DPCCH đường lên chứa các thông tin giống như ở R3.

e Kênh F-DPCH một phần (Fractional Dedicated Physical Channel): dung

để tối ưu hóa tốc độ dữ liệu đường xuống cho các dịch vụ dữ liệu gói.

Từ các phần trên ta thấy rằng các kỹ thuật HSDPA dựa trên thích ứng nhanh đối với các thay đổi nhanh trong các điều kiện kênh Vì thế các

kỹ thuật này phải được đặt gần với giao diện vô tuyến tại phía mạng, nghĩa là tại nút B Ngoài ra một số mục tiêu quan trọng của HSDPA là duy trì tối đa sự phân chia chức năng giữa các lớp và các nút của R3 Cần giảm thiểu sự thay đổi kiến trúc, vì điều này sẽ ssownj giản hóa việc đưa HSDPA vào các mạng đã triển khai cũng như đảm bảo hoạt động trong các mội trường mà ở đó không phải tất cả các ô đều được nâng cấp bằng chức năng HSDPA Vì thế HSDPA đưa vào nút B một lớp con MAC mới, MA-hs, chịu trách nhiệm cho lập biểu, điều khiển tốc độ và khai thác giao thức HARQ Do vậy ngoại trừ các tăng cường cho RNC như điều khiển cho phép HSDPA đối với các người sử dugj, HSDPA chủ yếu tác động lên nút B.

Định dạng
Số trang	16
Dung lượng	842,01 KB