Các giải pháp nâng cao dung lượng trong hệ thống thông tin di động 3g

Luận văn thạc sĩ khoa học BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN HỮU DƯƠNG CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO DUNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G Chuyên ngành : Kỹ thuật Điện tử Viễn thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS ĐINH THẾ CƯỜNG Hà Nội – 2010 Luận văn thạc sĩ khoa học LỜI CAM ĐOAN Kính gửi : Hội đồng bảo vệ luận văn Thạc sỹ -Viện Đào tạo sau Đại họcTrường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Tôi tên : Nguyễn Hữu Dương Lớp : ĐT01-CHBK0810 Tên đề tài luận văn: “CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO DUNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI DỘNG 3G“ Tôi xin cam đoan luận văn không giống hoàn toàn với luận văn công trình có trước Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năm 2010 Học viên NGUYỄN HỮU DƯƠNG Luận văn thạc sĩ khoa học MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG 10 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 11 MỞ ĐẦU 13 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 15 1.1 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG:.15 1.1.1 Hệ thống thông tin di động hệ (1G): 15 1.1.2 Hệ thống thông tin di động hệ (2G): 16 1.1.2.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA: 16 1.1.2.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA: 17 1.1.3 Hệ thống thông tin di động hệ (3G): 17 1.1.4 Hệ thống thông tin di động hệ (4G): 19 1.2 CÁC PHIÊN BẢN PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG DI ĐỘNG THỨ WCDMA UMTS: 20 1.2.1 Kiến trúc 3GPP R99: .21 1.2.2 Kiến trúc 3GPP R4: 22 1.2.3 Kiến trúc 3GPP R5 R6: 24 1.2.4 Kiến trúc 3GPP R7: 26 1.2.5 Kiến trúc 3GPP R8: 28 1.2.6 Kiến trúc 3GPP R9&R10: .29 1.3 TỔNG KẾT: 30 CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ BA WCDMA 31 2.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ W-CDMA: .31 2.2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG W-CDMA: 33 2.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN): .33 2.2.2 Mạng lõi (Core Network - CN): .35 2.2.3 Thiết bị người dùng UE: 36 2.3 CÁC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN TRONG W-CDMA: 36 2.3.1 Giao diện IU UTRAN – CN: 38 2.3.2 Giao diện IUr RNC – RNC: 39 2.3.3 Giao diện IUb RNC – Node B: 40 2.4 CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT TRONG W-CDMA: 40 2.4.1 Mã hóa kênh: 40 2.4.1.1 Mã vòng: 40 2.4.1.2 Mã xoắn: 41 2.4.1.3 Mã Turbo: 41 2.4.2 Trải phổ W-CDMA: 41 2.4.3 Truy nhập gói W-CDMA: .45 2.4.3.1 Lưu lượng số liệu gói: 45 Luận văn thạc sĩ khoa học 2.4.4.2 Các phương pháp lập biểu gói: 46 2.5 CÁC KÊNH CỦA W-CDMA: 48 2.5.1 Các kênh logic (LoCH): 48 2.5.2 Các kênh truyền tải (TrCH): 50 2.5.3 Các kênh vật lý (PhCH): .52 2.5.4 Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH truy nhập gói CPCH: 57 2.5.5 Cấu trúc kênh vật lý riêng DPCH: 59 2.6 AMR CODEC CHO W-CDMA: 60 2.7 TỔNG KẾT: 60 CHƯƠNG III: GIẢI PHÁP NÂNG CAO DUNG LƯỢNG HSPA 62 3.1 TỔNG QUAN VỀ HSPA: 62 3.2 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG XUỐNG (HSDPA): 66 3.2.1 Cấu trúc HSDPA: 67 3.2.2 Nguyên lý hoạt động HSDPA: .69 3.2.2.1 Truyền dẫn kênh chia sẻ: 71 3.2.2.2 Lập biểu phụ thuộc kênh: 72 3.2.2.3 Điều chế mã hóa thích ứng (AMC): 74 3.2.2.4 Yêu cầu lặp tự động lại (H-ARQ): 76 3.2.2.5 Lập lịch nhanh Node B: 78 3.2.3.1 Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-DSCH: 84 3.2.3.2 Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao HS-SCCH: .90 3.2.3.3 Kênh điều khiển vật lý dành riêng tốc độ cao HS-DPCCH: 91 3.2.3.4 Định thời liên quan HS-PDSCH kênh kết hợp: .92 3.2.4 Chuyển giao cứng HSPDA: 93 3.2.4.1 Xác định ô tốt chuyển giao: .93 3.2.4.2 Chuyển giao HS-DSCH ô (đoạn ô) RNC: 94 3.2.4.3 Chuyển giao HS-DSCH hai ô (đoạn ô) thuộc hai RNC khác nhau: .94 3.2.4.4 Chuyển giao HS-DSCH sang ô có DCH: 95 3.2.5 HSDPA MIMO: 96 3.3 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG LÊN (HSUPA): 98 3.3.1 Lập biểu: .100 3.3.2 HARQ với kết hợp mềm: 102 3.3.3 Kiến trúc kênh HSUPA: 103 3.3.4 Các loại đầu cuối HSUPA: 107 3.4 TỔNG KẾT: 108 KẾT LUẬN 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO 111 Luận văn thạc sĩ khoa học DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT 1G First Generation Thế hệ thứ 2G Second Generation Thế hệ thứ 3G Third Generation Thế hệ thứ ird 3GPP Genaration Partnership Project Đề án đối tác hệ thứ ba 3GPP2 3ird Generation Patnership Project Đề án đối tác hệ thứ ba 4G Fourth Generation Thế hệ thứ AICH Acquisition Indication Channel Kênh thị bắt AMC Adaptive Modulation and Coding Mã hóa điều chế thích ứng AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên tiến AMR Adaptive Multirate Code Mã hóa đa tốc độ thích ứng ARQ Automatic Repeat-reQuest Yêu cầu phát lại tự động APAICH Access Preamble Acquisition Indicator Channel Kênh thị bắt tiền tố truy nhập ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bit BICC Bearer Independent Call Control Điều khiển gọi độc lập vật mang BMC Broadcast/Multicast Control Điều khiển quảng bá/đa phương BLER Block Error Rate Tỷ số lỗi khối BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa chuyển pha hai trạng thái BS Base Station Trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc CC Convolutional Code Mã xoắn CC Connection Control Điều khiển kết nối CCH Control Channel Kênh điều khiển CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CD/CAICH: CPCH Collision Detection/ Channel Assignment Indicator Kênh thị phát va chạm CPCH/ấn định kênh Luận văn thạc sĩ khoa học CN Core Network Mạng lõi CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung CQI Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lượng kênh CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra vòng dư CRNC Control RNC RNC điều khiển CS Circuit Switch Chuyển mạch kênh CSICH CPCH Status Indicator Channel Kênh thị trạng thái CPCH CSCF Chức điều khiển trạng thái kết Connection State Control Function nối CTCH Common Traffic Channel Kênh lưu lượng chung DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng DCH Dedicated Channel Kênh điều khiển DL Downlink Đường xuống DPCCH Dedicated Physycal Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý riêng DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống DSSS Direct-Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp DTCH Dedicated Traffic Channel Kênh lưu lượng riêng E-AGCH Enhanced Absolute Grant Channel Kênh cho phép tuyệt đối tăng cường E-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng tăng cường EDGE Enhanced Data rates for GPRS Evolution Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GPRS E-HICH E-DCH HARQ Indicator Channel Kênh thị HARQ E-DCH EDPCCH Enhanced Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng tăng cường EDPDCH Enhanced Dedicated Data Channel Kênh số liệu riêng tăng cường E-RGCH Enhanced Relative Grant Channel Kênh cho phép tương đối tăng cường E-TFCI Enhanced Transport Format Chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải Luận văn thạc sĩ khoa học Cobination Indicator FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống FBI Feeback Information Thông tin hồi tiếp FDD Frequence Division Duplex Ghép song công theo tần số F-DPCH Fractional DPCH DPCH phần (phân đoạn) FHSS Frequency Hopping Spreading Spectrum Chuỗi trải phổ nhảy tần GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GSM Global System For Mobile Communications Hệ thống thông tin di động tòan cấu HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest Yêu cầu phát lại tự động linh hoạt HHO Hard Handover Chuyên giao cứng HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập hói đường xuống tốc độ cao HSDPCCH High-Speed Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng tốc độ cao HSDPDCH High-Speed Dedicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý riêng tốc độ cao HSDSCH High-Speed Dedicated Shared Channel Kênh chia sẻ riêng tốc độ cao HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao HSPDSCH High-Speed Physical Dedicated Shared Channel Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc độ cao HSS Home Subsscriber Server Server thuê bao nhà HSSCCH High-Speed Shared Control Channel Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao HSUPA High-Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ cao IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP IMT- International Mobile Thông tin di động quốc tế 2000 Luận văn thạc sĩ khoa học 2000 Telecommunications 2000 IP Internet Protocol Giao thức Internet E Long Term Evolution Phát triển dài hạn MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MIMO Multi-Input Multi-Output Nhiều đầu vào nhiều đầu MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động NodeB Nút B PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình PCCPCH Primary Common Control Physical Channel Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp PCH Paging Channel Kênh tìm gọi PCPCH Physical Common Packet Channel Kênh vật lý gói chung PDCP Packet-Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống vật lý PHY Physical Layer Lớp vật lý PICH Page Indication Channel Kênh thị tìm gọi PN Pseudo Noise Mã giả ngẫu nhiên PRACH Physical Random Access Channel Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên PS Packet Switch Chuyển mạch gói PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quatrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha vuông góc RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến Luận văn thạc sĩ khoa học RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến SCCPCH Secondary Common Control Physical Channel Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp SCH Synchronization channel Kênh đồng SF Spreading Factor Hệ số trải phổ SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ SIM Subscriber Identity Module Mođun nhận dạng thuê bao SMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu tạp âm SHO Soft Handover Chuyển giao mềm TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA Time Division Mulptiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TFC Transport Format Combination Kết hợp khuôn dạng truyền tải TFCI Transport Format Combination Indicator Chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải TrCH Transport Channel Kênh truyền tải TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian phát UE User Equipment Thiết bị người sử dụng UL Uplink Đường lên UMB Ultra Mobile Broadband Băng thông di động siêu rộng UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống thông tin di động toàn cấu WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access Tương hợp truy nhập vi ba toàn cầu VoIP Voice over IP Thoại IP Luận văn thạc sĩ khoa học DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thuê bao thị phần công nghệ di động toàn cầu 15 Bảng 1.2: Các thông số 3GPP R7 .26 Bảng 1.3: Các thông số 3GPP R8 .28 Bảng 2.1: Danh sách kênh logic 49 Bảng 2.2: Danh sách kênh truyền tải 50 Bảng 2.3: Danh sách kênh vật lý 52 Bảng 3.1: Các thông số tốc độ đỉnh R6 HSPA 62 Bảng 3.2: Tốc độ liệu đỉnh với phương thức điều chế khác .71 Bảng 3.3: Bảng MCS tốc độ khả dụng với mã .75 Bảng 3.4: Bảng so sánh thuộc tính DCH HS-DSCH 85 Bảng 3.5: Bảng xếp bit 16QAM 89 Bảng 3.6: Các loại đầu cuối HSDPA khác .98 Bảng 3.7: Các loại đầu cuối R6 HSUPA 107 10 Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 3.25: Sơ đồ MIMO 2x2 Sơ đồ hoạt động chế độ truyền dẫn luồng Trong trường hợp có luồng số liệu mã hóa truyền đồng thời hai anten giống trường hợp phân tập phát vòng kín WCDMA Sơ đồ MIMO với hai chế độ gọi D-TxAA (Dual Transmit Adaptive Array: dàn thích ứng phát kép) Trong môi trường di động thực tế chế độ hai luồng sử dụng UE gần trạm gốc (đường truyền có chất lượng tốt) luồng sử dụng UE xa trạm gốc (đường truyền có chất lượng xấu) Việc đưa vào MIMO ảnh hưởng chủ yếu lên trình xử lý lớp vật lý; ảnh hưởng lên lớp giao thức nhỏ lớp chủ yếu nhìn MIMO tốc độ số liệu cao Bảng 3.6 cho thấy trình tăng tốc độ đỉnh HSDPA việc sử dụng MIMO kết hợp với điều chế bậc cao 16QAM/64QAM loại đầu cuối UE khác 97 Luận văn thạc sĩ khoa học Bảng 3.6: Các loại đầu cuối HSDPA khác Thể loại Số mã Điều chế MIMO Tỷ lệ mã hóa Tốc độ bit Phát hành đỉnh (Mbps) 3GPP 12 QPSK - ¾ 1,8 R5 5/6 16QAM - ¾ 3,6 R5 7/8 10 16QAM - ¾ 7,2 R5 15 16QAM - ¾ 10,1 R5 10 15 16QAM - Gần 1/1 14,0 R5 13 15 64QAM - 5/6 17,4 R7 14 15 64QAM - Gần 1/1 21,1 R7 15 15 16QAM 2x2 5/6 23,4 R7 16 15 16QAM 2x2 Gần 1/1 28 R7 3.3 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG LÊN (HSUPA): Cốt lõi HSUPA sử dụng hai công nghệ sở HSDPA: lập biểu nhanh HARQ nhanh với kết hợp mềm Cũng giống HSDPA, HSUPA sử dụng khoảng thời gian ngắn 2ms cho TTI đường lên Các tăng cường thực WCDMA thông qua kênh truyền tải mới, E-DCH (Enhanced Dedicated Channel: kênh riêng tăng cường) Mặc dù sử dụng công nghệ giống HSDPA, HSUPA có số khác biệt so với HSDPA khác biệt ảnh hưởng lên việc thực chi tiết tính năng: √ Trên đường xuống, tài nguyên chia sẻ công suất mã đặt nút trung tâm (nút B) Trên đường lên, tài nguyên chia sẻ đại lượng nhiễu đường lên cho phép, đại lượng phụ thuộc vào công suất nhiều nút nằm phân tán (các nút UE) 98 Luận văn thạc sĩ khoa học √ Trên đường xuống lập biểu đệm phát đặt nút, đường lên lập biểu đặt nút B đệm số liệu phân tán UE Vì UE phải thông báo thông tin tình trạng đệm cho lập biểu √ Đường lên WCDMA HSUPA không trực giao xẩy nhiễu truyền dẫn ô Trái lại đường xuống kênh phát trực giao Vì điều khiển công suất quan trọng đường lên để xử lý vấn đề gần xa E-DCH phát với khoảng dịch công suất tương đối so với kênh điều khiển đường lên điều khiển công suất cách điều chỉnh dịch công suất cho phép cực đại, lập biểu điều khiển tốc độ số liệu E-DCH Trái lại HSDPA, công suất phát không đổi (ở mức độ định) với sử dụng thích ứng tốc độ số liệu √ Chuyển giao E-DCH hỗ trợ Việc thu số liệu từ đầu cuối nhiều ô có lợi đảm bảo tính phân tập, phát số liệu từ nhiều ô HSDPA phức tạp chưa có lợi Chuyển giao mềm có nghĩa điều khiển công suất nhiều ô để giảm nhiễu gây ô lân cận trì tương tích ngược với UE không sử dụng E-DCH √ Trên đường xuống, điều chế bậc cao (có xét đến hiệu công suất hiệu băng thông) sử dụng để cung cấp tốc độ số liệu cao số trường hợp, chẳng hạn lập biểu ấn định số lượng mã định kênh cho truyền dẫn đại lượng công suất truyền dẫn khả dụng lại cao Đối với đường lên tình hình lại khác; không cần thiết phải chia sẻ mã định kênh người sử dụng khác thể thông thường tỷ lệ mã hóa kênh thấp đường lên Như khác với đường lên điều chế bậc cao hữu ích đường lên ô vĩ mô không xem xét phát hành đầu HSUPA 99 Luận văn thạc sĩ khoa học 3.3.1 Lập biểu: Đối với HSUPA, lập biểu phần tử then chốt để điều khiển tốc độ số liệu UE phép phát Đầu cuối sử dụng tốc độ cao, công suất thu từ đầu cuối nút B phải cao để đảm bảo tỷ số Eb/N0 (Eb=Pr/Rb, Pr công suất thu nút B Rb tốc độ bit phát từ UE) cần thiết cho giải điều chế Bằng cách tăng công suất phát, UE phát tốc độ số liệu cao Tuy nhiên đường lên không trực giao, nên công suất thu từ UE gây nhiễu đầu cuối khác Vì tài nguyên chia sẻ HSUPA đại lượng công suất nhiễu cho phép ô Nếu nhiễu cao, số truyền dẫn ô, kênh điều khiển truyền dẫn đường lên không lập biểu bị thu sai Trái lại mức nhiễu thấp cho thấy UE bị điều chỉnh thái không khai thác hết toàn dung lượng hệ thống Vì HSUPA sử dụng lập biểu phép người sử dụng có số liệu cần phát phép sử dụng tốc độ số liệu cao đến mức đảm bảo không vượt mức nhiễu cực đại cho phép ô Nguyên lý lập biểu HSUPA cho hình 3.26: Hình 3.26: Nguyên lý lập biểu HSUPA nút B 100 Luận văn thạc sĩ khoa học Khác với HSDPA, lập biểu đệm phát đặt nút B, số liệu cần phát đặt UE đường lên Tại thời điểm lập biểu đặt nút B điều phối tích cực phát UE ô Vì cần có chế để thông báo định lập biểu cho UE cung cấp thông tin đệm từ UE đến lập biểu Chương trình khung HSUPA sử dụng cho phép lập biểu phát từ lập biểu nút B để điều khiển tích cực phát UE yêu cầu lập biểu phát từ UE để yêu cầu tài nguyên Các cho phép lập biểu điều khiển tỷ số công suất E-DCH hoa tiêu phép mà đầu cuối sử dụng; cho phép lớn có nghĩa đầu cuối sử dụng tốc độ số liệu cao gây nhiễu nhiều ô Dựa kết đo đạc mức nhiễu tức thời, lập biểu điều khiển cho phép lập biểu đầu cuối để trì mức nhiễu ô mức quy định (hình 3.27) Trong HSDPA, thông thường người sử dụng xử lý TTI Đối với HSUPA, hầu hết trường hợp chiến lược lập biểu đường lên đặc thù thực hiên lập biểu đồng thời cho nhiều người sử dụng Lý đầu cuối có công suất nhỏ nhiều so với công suất nút B: đầu cuối sử dụng toàn dung lượng ô Hình 3.27: Chương trình khung lập biểu HSUPA Nhiễu ô cần điều khiển Thậm chí lập biểu cho phép UE phát tốc độ số liệu cao sở mức nhiễu nội ô chấp thuận được, gây nhiễu không chấp nhận ô lân cận Vì 101 Luận văn thạc sĩ khoa học chuyển giao mềm, ô phục vụ chịu trách nhiệm cho họat động lập biểu, UE giám sát thông tin lập biểu từ tất ô mà UE nằm chuyển giao mềm Các ô không phục vụ yêu cầu tất người sử dụng mà không phục vụ hạ tốc độ số liệu E-DCH cách phát thị tải đường xuống Cơ chế đảm bảo hoạt động ổn định cho mạng Lập biểu nhanh cung cấp chiến lược cho phép kết nối mềm dẻo Vì chế lập biểu cho phép xử lý tình trạng nhiều người sử dụng cần phát đồng thời, nên số người sử dụng số liệu gói tốc độ cao mang tính cụm cho phép lớn Nếu điều gây mức nhiễu cao chấp nhận hệ thống, lập biểu phản ứng nhanh chóng để hạn chế tốc độ số liệu mà UE sử dụng Không có lập biểu nhanh, điều khiển cho phép chậm trễ phải dành dự trữ nhiễu hệ thống trường hợp nhiều người sử dụng hoạt động đồng thời 3.3.2 HARQ với kết hợp mềm: HARQ nhanh với kết hợp mềm HSUPA sử dụng với mục đích giống HSDPA: để đảm bảo tính bền vững chống lại sai lỗi truyền dẫn ngẫu nhiên Sơ đồ sử dụng giống HSDPA Đối với khối truyền tải phát đường lên, bit phát từ nút B đến UE để thông báo giải mã thành công (ACK) hay yêu cầu phát lại khối truyền tải thu bị mắc lỗi (NAK) Điểm khác biệt so với HSDPA bắt nguồn từ việc sử dụng chuyển giao mềm đường lên Khi UE nằm chuyển giao mềm, nghĩa giao thức HARQ kết cuối nhiều ô Vì nhiều trường hợp số liệu truyền dẫn thu thành công số nút B lại thất bại nút B khác Nhìn từ phía UE, điều đủ, nút B thu thành công số liệu Vì chuyển giao mềm tất nút B liên quan giải mã số liệu phát ACK NAK Nếu UE nhận ACK từ nút B, UE coi số liệu thu thành công 102 Luận văn thạc sĩ khoa học HARQ với kết hợp mềm khai thác không để đàm bảo tính bền vững chống lại nhiễu không dự báo mà cải thiện hiệu suất đường truyền để tăng dung lượng (hoặc) vùng phủ Các bit mã hóa bổ sung phát cần thiết Vì tỷ lệ mã sau lần phát lại xác định theo tỷ lệ mã cần thiết cho điều kiện kênh tức thời Đây mục tiêu mà thích ứng tốc độ cố gắng đạt được, điểm khác thích ứng tốc độ cố gắng tìm tỷ lệ mã phù hợp trứơc phát 3.3.3 Kiến trúc kênh HSUPA: Để hoạt động hiệu quả, lập biểu phải có khả khai thác thay đổi nhanh theo mức nhiễu điều kiện đường truyền HARQ với kết hợp mềm cho lợi từ phát lại nhanh điều giảm chi phí cho phát lại Vì hai chức phải đặt gần giao diện vô tuyến Vì giống HSDPA, chức lập biểu HARQ HSUPA đặt nút B Ngoài giống HSDPA, cần đảm bảo giữ nguyên lớp cao lớp MAC Vì mật mã, điều khiển cho phép … đặt quyền điều khiển RNC Điều cho phép đưa HSUPA êm ả vào vùng chọn lựa; ô không hỗ trợ truyền dẫn E-DCH, sử dụng chuyển mạch kênh để xếp luồng số người sử dụng lên DCH Giống triết lý thiết kế HSDPA, thực thể MAC (MAC-e) đưa vào UE nút B Trong nút B, MAC-e chịu trách nhiệm truyền tải phát lại HARQ lập biểu, UE, chiu trách nhiệm chọn lựa tốc độ số liệu giới hạn lập biểu MAC-e nút B đặt Khi UE nằm chuyển giao mềm với nhiều nút B, khối truyền tải khác giải mã nút B khác Kết khối truyền tải thu nút B, nút B khác tham gia phát lại khối truyền tải phát sớm Vì để đảm bảo chuyển khối truyền tải trình tự đến giao thức RLC, cần có chức xếp lại thứ tự RNC dạng thực thể mới: MAC-es Trong chuyển giao 103 Luận văn thạc sĩ khoa học mềm, nhiều thực thể MAC-e sử dụng cho UE số liệu thu từ nhiều ô Tuy nhiên MAC-e ô phục vụ chịu trách nhiệm cho lập biểu; MAC-e ô không phục vụ chủ yếu xử lý giao thức HARQ (hình 3.28) Hình 3.28: Kiến trúc mạng lập cấu hình E-DCH (và HS-DSCH) Hình 3.29 cho thấy kênh cần thiết cho HSUPA E-DCH xếp lên tập mã định kênh đường lên gọi kênh số liệu vật lý riêng EDCH (E-DPDCH) Phụ thuộc vào tốc độ số liệu tức thời, số E-DPDCH hệ số trải phổ thay đổi Ngoài kênh số liệu E-DCH có kênh báo hiệu cho sau Các kênh E-AGCH (E-DCH Absolute Grant Channel: kênh cho phép tuyệt đối E-DCH) E-RGCH (E-DCH Relative Grant Channel: kênh cho phép tương đối E-DCH) kênh hỗ trợ cho điều khiển lập biểu Kênh EHICH (E-DCH HARQ Indicator Channel: kênh thị HARQ E-DCH) kênh hỗ trợ cho phát lại sử dụng chế HARQ 104 Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 3.29: Các kênh cần thiết cho UE có khả HSUPA Không HSDPA, HSUPA không hỗ trợ điều chế thích ứng không hỗ trợ sơ đồ điều chế bậc cao Lý sơ đồ điều chế bậc cao phức tạp đòi hỏi phát nhiều lượng bit hơn, thể để đơn giản đường lên sử dụng sơ đồ điều chế BPSK kết hợp với truyền dẫn nhiều mã định kênh song song Tổng kết kênh đường lên cần thiết cho hoạt động E-DCH minh họa hình 3.30 với kênh sử dụng cho HSDPA Các kênh đưa vào cho HSUPA thể đường đứt nét Hình 3.30: Cấu trúc kênh tổng thể với HSDPA HSUPA Vì đường lên không trực giao theo thiết kế, nên cần thiết điều khiển công suất nhanh để xử lý vấn đề gần xa E-DCH không khác với kênh đường lên khác công suất điều khiển theo cách giống kênh đường lên khác Nút B đo tỷ số tín hiệu nhiễu phát lệnh điều khiển công suất 105 Luận văn thạc sĩ khoa học đường xuống đến UE để điều chỉnh công suất phát UE Các lệnh điều khiển công suất phát cách sử dụng DPCH hay để tiết kiệm mã định kênh F-DPCH Dưới ta tổng kết kênh HSUPA: E-DPCH bao gồm hai kênh truyền đồng thời: E-DPDCH DPCCH EDPDCH có hệ số trải phổ khả biến từ đến 256 với cấu hình cực đại 2xSF2+2SF4 (tốc độ số liệu đỉnh 5,76 Mbps với tỷ lệ mã hóa 1/1) Khoảng thời gian truyền dẫn (TTI) E-DPDCH 2ms (tốc độ số liệu lớn 2Mbps) 10ms (tốc độ số liệu 2Mbps) DPCCH truyền đồng thời với E-DPDCH chứa thông tin hoa tiêu điều khiển công suất (TPC) E-DPCCH kênh vật lý đường lên tồn song song với E-DPDCH để truyền thông tin băng liên quan đến truyền dẫn E-DPDCH E-DPCCH có hệ số trải phổ 256 chứa thông tin sau: √ E-TFCI (Enhanced-Transport Format Combination Indicator: thị kết hợp khuôn dạng truyền tải) để thông báo cho máy thu nút B kích thước khối truyền tải mang E-DPDCH Từ thông tin máy thu rút số kênh E-DPDCH hệ số trải phổ sử dụng √ Số thứ tự phát lại (RSN: Retransmission Sequence Number) để thông báo số thứ tự khối truyền tải thời phát chuỗi HARQ √ Bit hạnh phúc để thông báo UE có hài lòng với tốc độ thời (công suất tương đối ấn định cho nó) hay không sử dụng ấn định công suất cao hay không HICH (HARQ Indicator Channel: kênh thị HARQ) kênh vật lý đường xuống để truyền ACK NAK cho HARQ E-RGCH (E-DCH Relative Grant Channel: kênh cho phép tương đối E-DCH) kênh vật lý đường xuống để phát lệnh tăng/giảm nấc công suất lập biểu (thường 1dB) so với giá trị tuyệt đối ấn định kênh EAGCH E-RGCH sử dụng cho điều chỉnh nhỏ xẩy 106 Luận văn thạc sĩ khoa học truyền số liệu 20E-RGCH ghép chung với 20HICH sở 40 chữ ký vào DPDCH có mã định kênh với hệ số trải phổ 128 E-AGCH (E-DCH Absolute Grant Channel: kênh cho phép tuyệt đối) kênh vật lý đường xuống có mã định kênh với hệ số trải phổ 128 để thị mức công suất xác E-DPDCH so với DPCCH E-AGCH chứa: √ Giá trị cho phép tuyệt đối thị tỷ số công suất E-DPDCH/DPCCH mà UE sử dụng √ Phạm vi cho phép tuyệt đối phép cấm UE phát theo HARQ √ Số nhận dạng UE sơ/thứ cấp cho phép UE xác định kênh E-AGCH có dành cho hay không 3.3.4 Các loại đầu cuối HSUPA: Có sáu loại đầu cuối HSUPA R6 với tốc độ đỉnh từ 0,72Mbps đến 5.76Mbps Bảng liệt kê khả loại đầu cuối HSUPA R6 Bảng 3.7: Các loại đầu cuối R6 HSUPA Thể Số mã cực đại sử TTI Hệ số trải phổ Tốc độ số liệu Tốc độ số liệu loại dụng đồng thời E-DPCH thấp đỉnh lớp với đỉnh lớp với cho E-DPCH hỗ trợ TTI=10ms TTI=2ms 10 0,72 N/A* 2,10 1,45 1,45 2 10 1,45 N/A 2, 10 2 2,91 10 2 N/A 2,10 2 5,76 • N/A: không áp dụng 107 Luận văn thạc sĩ khoa học Như R6 có ba loại thiết bị: • Thiết bị cho DCH • Thiết bị có khả DCH HSDPA • Thiết bị có khả DCH, HSDPA HSUPA 3.4 TỔNG KẾT: HSPA công nghệ tăng cường cho 3G WCDMA gọi 3G+ HSPA công nghệ truyền dẫn gói phù hợp cho truyền thông đa phương tiện IP băng rộng HSDPA sử dụng kênh chia sẻ đường xuống sở ghép nhiều kênh mã với hệ số trải phổ SF=16, tối đa số kênh mã dành cho lưu lượng lên đến 15 kênh mã dành cho báo hiệu điều khiển HSUPA sử dụng kênh tăng cường E-DCH để truyền lưu lượng Cả HSDPA HSUPA sử dụng truyền dẫn thích ứng cở sở lập biểu HARQ Truyền dẫn thích ứng công nghệ tài nguyên vô tuyến dược phân bổ cho người sử dụng dựa tình trạng kênh truyền sóng tức thời đến người sử dụng này: (1) điều kiện truyền sóng tốt người sử dụng phân phối nhiều tài nguyên hơn, ngược lại người phân phối tài nguyên HSDPA sử dụng phân phối tài nguyên theo mã thời gian công suất truyền dẫn không đổi tốc độ truyền dẫn thay đổi số lượng mã, số khe cấp phát cách thay đổi sơ đồ truyền dẫn (AMC: Adaptive Modulation and Coding: mã hóa điều chế thích ứng), HSUPA sử dụng phân phối tài nguyên theo công suất với điều kiện công suất cấp phát cho máy di động không gây nhiễu cho máy khác Khi cấp phát công suất cao máy di động truyền dẫn tốc độ cao cách sử dụng nhiều mã cho kênh E-DCH hay giảm hệ số trải phổ SF không thay đổi sơ đồ truyền dẫn (điều chế BPSK) Cả hai HSDPA HSUPA sử dụng HARQ, tin yêu cầu phát lại lưu nhớ đệm để sau kết hợp với tin phát lại tạo thành tin tốt trước xử lý lỗi Cơ chế phát lại với phần dư tăng cho phép lần phát lại cần phát lại phần phần dư chưa phát tiết kiệm dung lượng đường 108 Luận văn thạc sĩ khoa học truyền Điểm khác biệt HSDPA HSUPA HSDPA không sử dụng điều khiển công suất chuyển giao mềm trái lại HSUPA sử dụng hai kỹ thuật này, HSUPA sử dụng kiểu điều chế BPSK không áp dụng kỹ thuật điều chế mã hóa thích ứng (AMC: Adaptive Modulation and Coding) Trong HSDPA có chuyển giao cứng Để thực chuyển giao, UE phải đo tỷ số tín hiệu nhiễu kênh P-CPICH tất ô đoạn ô nằm tập tích cực (thậm chí tập ứng cử) Từ kết đo gửi báo cáo ô tốt đến SRNC SRNC định chuyển giao 109 Luận văn thạc sĩ khoa học KẾT LUẬN Để đáp ứng mục tiêu đề tài “Các giải pháp nâng cao dung lượng hệ thống thông tin di động 3G”, vấn đề cần giải luận văn nghiên cứu thông qua nội dung chương sau: Chương I thực đánh hệ thống thông tin di động 3G trước 3G: Tình hình chuẩn hoá cho công nghệ đề xuất cho 3G xu hướng phát triển phiên sau WCDMA Qua xác định công nghệ chuẩn hoá, có tiềm chấp nhận sử dụng nhiều nước giới Đây yếu tố quan trọng giúp cho nhà khai thác định hướng lựa chọn thiết bị, hệ thống hãng phù hợp cho triển khai Chương II tập trung nghiên cứu sâu khía cạnh kỹ thật công nghệ 3G WCDMA Qua tiến hành đánh giá ưu nhược điểm công nghệ này, từ đưa toán thiết yếu để giải vấn đề nâng cao dung lượng hệ thống, lấy làm cho việc lựa chọn công nghệ đề xuất bước triển khai phù hợp với điều kiện thực tiễn Việt Nam Chương III tập trung nghiên cứu phương pháp giải toán nâng cao dung lượng hệ thống thông qua nghiên cứu cụ thể công nghệ HSPA (từ R5 UMTS) Với cách tiếp cận giải vấn đề trên, đề tài bước đáp ứng mục tiêu nghiên cứu đặt ra, đề tài bám sát bước đầu giải số vấn đề nảy sinh dung lượng hệ thống thực tiễn phát triển 3G Việt Nam 110 Luận văn thạc sĩ khoa học TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tìm hiểu mạng dịch vụ W- CDMA ( 3G) TS Nguyễn Phương Loan, Nhà Xuất Bản Bưu Điện [2] Ngô Hán Chiêu, Trần Quý, Ngô Duy Tân (2002), “Điều khiển công suất thông tin di động DS/CDMA”, Kết nghiên cứu khoa học công nghệ, Viện KHKT Bưu điện, 201-204 [3] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Bài giảng Công nghệ 3G WCDMA UMTS, Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông, Hà Nội [4] Erik Dahlman, Stefan Parkvall, Per Beming, “3G evolution: HSPA and LTE for Mobile Broadband”, Chennai, India [5] Haichuan Zhao, Jianqiu Wu, (Mar 2005), “Implementation and simulation of HSPDA functionality with ns-2”, Linkoping University Electronic Press [6] Harri Holma,Antti Toskala, (2006), “HSDPA/HSUPA for UMTS: High Speed Radio Access for Mobile Communications”, West Sussex PO19 8SQ, England [7] J-F Cheng, ‘Coding Performance of Hybrid ARQ Schemes’, IEEE Transactions on Communications, Vol 54, June 2006, pp 1017–1029 [8] ‘3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; User Equipment (UE) Radio Transmission and Reception (TDD) (Release 7)’, 3GPP, 3GPP TS 25.102 [9] ‘3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network; Feasibility Study for Evolved GSM/EDGE Radio Access Network (GERAN) (Release 7)’, 3GPP, 3GPP,TR 45.912 111 ... với hệ thống thông tin di động băng hẹp nay, hệ thống thông tin di động hệ gọi hệ thống thông tin di động băng rộng Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động hệ IMT-2000 đề xuất, hệ thống. .. QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 1.1 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG: Thông tin di động lĩnh vực quan trọng đời sống xã hội Xã hội phát triển, nhu cầu thông tin di động. .. ĐỘNG 3G 15 1.1 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG:.15 1.1.1 Hệ thống thông tin di động hệ (1G): 15 1.1.2 Hệ thống thông tin di động hệ (2G): 16 1.1.2.1 Đa truy cập