NGHIÊN cứu CÔNG NGHỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG 3g WCDMA và PHÁT TRIỂN lên THẾ hệ 3,5g HSPA

1 LỜI NĨI ĐẦU Thơng tin di động đời vào cuối năm 1940 Ngày thông tin di động ngành viễn thơng có phát triển nhanh Bắt đầu hệ thống thông tin di động tương tự, đến hệ thống di động hệ thứ ba đưa vào hoạt động ứng dụng rộng rãi, cung cấp nhiều dịch vụ băng rộng dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao Tổ chức ITU đưa đề án tiêu chuẩn hóa hệ thống thơng tin di động thứ ba với tên gọi IMT-2000 nhằm đáp ứng mục tiêu như:  Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo dịch vụ băng rộng dịch vụ đa phương tiện truy nhập Internet nhanh  Linh hoạt để đảm bảo dịch vụ đánh số cá nhân toàn cầu điện thoại vệ tinh  Tương thích với hệ thống thơng tin di động có để đảm bảo phát triển liên tục thông tin di động Có nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thơng tin di động hệ thứ ba IMT-2000 đề xuất, có hai hệ thống WCDMA UMTS cdma-2000 ITU chấp thuận đưa vào hoạt động năm 2000 WCDMA UMTS phát triển hệ thống thông tin di động hệ thứ hai sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, PDC, IS-136 Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA: High Speed Down Link Packet Access) 3GPP chuẩn hóa phát hành R5 với phiên tiêu chuẩn vào năm 2002 Truy nhập gói tốc độ cao đường lên (HSUPA: High Speed Up Link Packet Access) 3GPP chuẩn hóa R6 vào tháng 12 năm 2004 Cả hai HSDPA HSUPA gọi chung HSPA Đây công nghệ tiếp SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 sau WCDMA trình tiến lên hệ thống thông tin di động hệ thứ tư, nâng cao tốc độ truyền liệu cung cấp dịch vụ Trong bối cảnh Việt Nam nước giới triển khai rộng rãi hai công nghệ WCDMA HSPA Xuất phát từ mong muốn tìm hiểu hai cơng nghệ nên em thực đồ án: “NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G WCDMA VÀ PHÁT TRIỂN LÊN THẾ HỆ 3,5G HSPA” Nội dung đồ án trình bày chương với nội dung sau:  Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin di động hệ ba WCDMA  Chương 2: Các kỹ thuật sử dụng hệ thống WCDMA  Chương 3: Giao diện vô tuyến mạng WCDMA UMTS  Chương 4: Cơng nghệ truy nhập gói tốc độ cao HSPA Trong q trình hồn thành đồ án khơng tránh khỏi có nhiều thiếu sót, em mong nhận góp ý quý báu thầy cô bạn để đồ án hoàn thiện Để hoàn thành đồ án này, em xin chân thành cảm ơn cô giáo, th.s Đàm Mỹ Hạnh, thầy cô giáo mơn Kỹ thuật Viễn thơng, gia đình bạn bè giúp em suốt thời gian qua Hà Nội, ngày tháng năm 2010 Người thực SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 MỤC LỤC Trang TỜ BÌA .1 NHIỆM VỤ THIẾT KẾT TỐT NGHIỆP .2 LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 14 CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ BA WCDMA .17 1.1 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THƠNG TIN DI ĐỘNG LÊN THẾ HỆ 4G 17 1.1.1 Hệ thống thông tin di động hệ thứ 17 1.1.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ hai 18 1.1.3 Hệ thống thông tin di động hệ thứ ba 18 1.1.4 Hệ thống thông tin di động hệ thứ tư 19 1.2 KIẾN TRÚC CHUNG MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 20 1.2.1 Công nghệ WCDMA 20 1.2.2 Tổng quan hệ thống UMTS 21 1.2.3 Kiến trúc chung mạng WCDMA 23 1.2.4 Các loại lưu lượng dịch vụ mạng 3G WCDMA hỗ trợ 24 1.3 CÁC KIẾN TRÚC CHO CÔNG NGHỆ WCDMA THEO 3GPP .25 SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 1.1.3 Kiến trúc WCDMA UMTS R3 26 1.3.2 Kiến trúc mạng WCDMA UMTS R4 32 1.3.3 Kiến trúc mạng WCDMA UMTS R5 R6 .35 1.4 KIẾN TRÚC MẠNG DỊCH CHUYỂN TỪ GMS SANG UMTS 38 CHƯƠNG - CÁC KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG WCDMA 41 2.1 SƠ ĐỒ MÁY THU – PHÁT VÔ TUYẾN TRONG HỆ THỐNG WCDMA 41 2.2 MÃ HĨA KIỂM SỐT LỖI .43 2.2.1 Mã vòng 44 2.2.2 Mã xoắn 45 2.2.3 Mã hóa turbo 46 2.3 PHỐI HỢP TỐC ĐỘ VÀ ĐAN XEN 47 2.3.1 Phối hợp tốc độ 47 2.3.2 Đan xen 48 2.4 CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP CỦA WCDMA .48 2.4.1 Các hệ thống thông tin trải phổ 48 2.4.2 Nguyên lý chung DSSS áp dụng DSSS vào CDMA .49 2.4.3 Hệ thống DSSS-BPSK 53 2.4.4 Hệ thống DSSS-QPSK 55 2.4.5 Mơ hình hệ thống DS CDMA 57 2.5 NGẪU NHIÊN HÓA 59 2.6 CÁC MÃ TRẢI PHỔ DÙNG TRONG WCDMA 60 2.7 MÁY THU PHÂN TẬP ĐA ĐƯỜNG – MÁY THU RAKE 62 2.8 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT .64 2.9 CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG WCDMA .65 CHƯƠNG - GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA MẠNG WCDMA UMTS 67 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 67 3.2 KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC CỦA GIAO DIỆN VÔ TUYẾN 68 3.3 CÁC KÊNH CỦA WCDMA 70 3.4 KÊNH VẬT LÝ 71 3.4.1 Các kênh vật lý 71 3.4.2 Các kênh đường lên 73 SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 3.4.3 Trải phổ điều chế đường lên 77 3.4.4 Các kênh đường xuống .80 3.4.5 Trải phổ điều chế cho đường xuống 87 3.5 CÁC KÊNH TRUYỀN TẢI 89 3.5.1 Các kênh truyền tải 89 3.5.2 Chuyển đổi ghép kênh truyền tải lên kênh vật lý .91 3.6 KÊNH LOGIC 92 3.6.1 Các kênh điều khiển 92 3.6.2 Các kênh lưu lượng 93 3.7 THIẾT LẬP CUỘC GỌI TRONG WCDMA UMTS 94 3.8 PHÂN TẬP PHÁT .97 3.8.1 Phân tập vòng hở 97 3.8.2 Chế độ vòng kín .98 CHƯƠNG - CƠNG NGHỆ TRUY NHẬP GĨI TỐC ĐỘ CAO HSPA 100 4.1 GIỚI THIỆU CHUNG 100 4.2 KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN HSPA 101 4.3 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG XUỐNG .102 4.3.2 Lập biểu phụ thuộc kênh 104 4.3.3 Điều khiển tốc độ điều chế bậc cao 105 4.3.4 HARQ với kết hợp mềm 108 4.3.5 Kiến trúc 109 4.4 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG LÊN 113 4.4.1 Lập biểu 114 4.4.2 HARQ với kết hợp mềm 117 4.4.3 Kiến trúc 117 KẾT LUẬN 122 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 123 LỜI CẢM ƠN .124 TÀI LIỆU THAM KHẢO .125 SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 CÁC TỪ VIẾT TẮT 2G Second Generation Thế hệ thứ 3G Third Generation Thế hệ thứ ba 3GPP 3ird Genaration Partnership Project Đề án đối tác hệ thứ ba 3GPP2 3ird Generation Patnership Project Đề án đối tác hệ thứ ba hai AICH Acquisition Indication Channel Kênh thị bắt AMC Adaptive Modulation and Coding Mã hóa điều chế thích ứng AMR Adaptive MultiRate Đa tốc độ thích ứng AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên tiến ARQ Automatic Repeat-reQuest Yêu cầu phát lại tự động BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa chuyển pha hai trạng thái BS Base Station Trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CD/CAICH CPCH Collision Detection/ Channel Assignment Indicator Channel Kênh thị phát va chạm CPCH/ ấn định kênh CN Core Network Mạng lõi CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra vòng dư CSICH CPCH Status Indicator Channel Kênh thị trạng thái CPCH DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 DCH Dedicated Channel Kênh điều khiển 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 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 EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian GERAN GSM EDGE Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vơ tuyến gói chung GSM Global System For Mobile Communications Hệ thống thơng tin di động tồn cầu GPS Global Position System Hệ thống định vị toàn cầu HARQ Hybrid Automatic Repeat request Yêu cầu phát lại tự động lai ghép HHO Hard Handover Chuyển giao cứng HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú HSDPA High Speed Downlink Packet Truy nhập hói đường xuống tốc SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 Access độ cao HSDPCCH High-Speed Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển 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 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 IMT2000 International Mobile Telecommunications 2000 Thông tin di động quốc tế 2000 IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP IP Internet Protocol Giao thức Internet ISDN Integrated Servive Digital Network Mạng số đa dịch vụ LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MMS Multimedia Messenging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động Node B Là nút logic kết cuối giao diện IuB với RNC 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 SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 lý PHY Physical Layer Lớp vật lý PICH Page Indication Channel Kênh thị tìm gọi 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 vng góc QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quatrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha vng góc RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến 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 Modun nhận dạng thuê bao SHO Soft Handover Chuyển giao mềm SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu tạp âm 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 SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 10 TFC Transport Format Combination Kết hợp khuôn dạng truyền tải TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian phát UE User Equipment Thiết bị người sử dụng UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống thơng tin di động tồn cấu UTRA UMTS Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng Wifi Wireless FIdelitity Chất lượng không dây cao WiMAX Worldwide interoperability for Microwave Access Tương hỗ truy nhập vi ba toàn cầu VoIP Voice over IP Thoại IP DANH MỤC CÁC HÌNH V SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 108 Cấu trúc kênh tổng thể HSDPA kết hợp WCDMA (hình 4.9) Kênh riêng, cho UE Kênh chia sẻ, cho ô Node B UE HS-DSCH Số liệu người sử dụng đường xuống HS-SCCH (F-)DPCH DPDCH Báo hiệu điều Các lệnh điều Số liệu người khiển cho HS- khiển công sử dụng DSCH suất đường lên DPCCH Báo hiệu điều khiển cho DPDCH HS-DPCCH Báo hiệu điều khiển liên quan đến HSDSCH Hình 4.9 Cấu trúc kênh HSDPA kết hợp WCDMA a HS-DSCH HS-DSCH (High Speed-Downlink Shared Channel: Kênh chia sẻ đường lên tốc độ cao) Được xếp lên nhiều kênh vật lý HS-PDSCH để truyền tải lưu lượng gói chia sẻ cho nhiều người sử dụng, HS-PDSCH có hệ số trải phổ khơng đổi 16 Cấu hình cực đại HS-DSCH 15SF16 (tương ứng với tốc độ đỉnh điều chế 16QAM tỷ lệ mã 1/1 14,4Mbps) Các người sử dụng chia sẻ HS-DSCH theo số kênh vật lý HS-PDSCH (số mã với SF=16) khoảng thời gian truyền dẫn TTI=2ms b HS-SCCH SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 109 HS-SCCH (High Speed-Shared Control Channel: Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao) Sử dụng hệ số trải phổ 128 có cấu trúc thời gian dựa khung có độ dài 2ms độ dài HS-DSCH Các thông tin sau mang HS-SCCH: - Số mã định kênh - Sơ đồ điều chế - Kích thước khối truyền tải - Gói phát gói hay phát lại (HARQ) HARQ theo RNC RLC - Phiên dư - Phiên chùm tín hiệu Khi HSDPA hoạt động chế độ ghép theo thời gian, cần lập cấu hình HS-SCCH, kho HSDPA hoạt động chế độ ghép theo mã cần có nhiều HS-SCCH Một UE xem xét nhiều HSSCCH tùy vào cấu hình lập hệ thống c HS-DPCCH HS-DPCCH (High Speed-Dedicated Physical Control Channel: Kênh điều khiển vật lý riêng tốc độ cao) Đường lên có hệ số trải phổ 256 cấu trúc từ khe 2ms chứa thông tin sau đây:  Thông tin phản hồi (CQI: Channel Quality Indicator: thị chất lượng kênh) để báo cho lập biểu nút B tôc độ số liệu mà UE mong muốn  ACK/NAK (công nhận phủ nhận) cho HARQ d DPCCH DPCCH (Dedicated Physical Control Channel: Kênh điều khiển vật lý riêng) Là kênh với HS-DPCCH đường lên chứa thông tin giống R3 e F-DPCH SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 110 F-DPCH (Fractional-Dedicated Physical Channel: DPCH phần (phân đoạn)): Là kênh đường xuống có hệ số trải phổ 256 chứa thông tin điều khiển công suất cho 10 người sử dụng để tiết kiệm tài nguyên mã truyền dẫn gói 4.4 TRUY NHẬP GĨI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG LÊN Cơng nghệ truy nhập gói tốc độ cao đường lên (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 (node 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 UE)  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 thơng báo thơng tin tình trạng đệm cho lập biểu  Đường lên WCDMA HSUPA khơng trực giao xẩy nhiễu truyền dẫn ô Trái lại đường xuống kênh phát trực giao Vì điều khiển cơng 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 SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 111 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 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 cơng suất nhiều ô để giảm nhiễu gây ô lân cận trì tương tích ngược với UE khơng sử dụng E-DCH  Trên đường xuống, điều chế bậc cao (có xét đến hiệu cơng 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; khơng cần thiết phải chia sẻ mã định kênh người sử dụng khác thể thơng thường tỷ lệ mã hóa kênh thấp đường lên Như khác với đường lên điều chế bậc cao hữu ích đường lên vĩ mơ khơng xem xét phát hành đầu HSUPA 4.4.1 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, cơng suất thu từ đầu cuối nút B phải cao để đảm bảo tỷ số E b/N0 (Eb=Pr/Rb, Pr cơng suất thu nút B R b 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 SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 112 lập biểu bị thu sai Trái lại mức nhiễu thấp cho thấy UE bị điều chỉnh thái khơng khai thác hết tồn 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 khơng vượt q mức nhiễu cực đại cho phép Hình 4.10 Nguyên lý lập biểu HSUPA node B Khác với HSDPA, lập biểu đệm phát đặt node B, số liệu cần phát đặt UE đường lên Tại thời điểm lập biểu đặt nút B điều phối tích cực phát UE Vì cần có chế để thơng 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 node 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 SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 113 mức nhiễu tức thời, lập biểu điều khiển cho phép lập biểu đầu cuối để trì mức nhiễu mức quy định (hình 4.11) Trong HSDPA, thơng 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 cơng suất nhỏ nhiều so với công suất node B: đầu cuối sử dụng tồn dung lượng Hình 4.11 Chương trình khung lập biểu HSUPA Nhiễu cần điều khiển Thậm chí lập biểu cho phép UE phát tốc độ số liệu cao sở mức nhiễu nội chấp thuận được, gây nhiễu không chấp nhận ô lân cận Vì chuyển giao mềm, 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 khơng 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 SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 114 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 Khơng 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 4.4.2 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 Vì nhiều trường hợp số liệu truyền dẫn thu thành cơng số node B lại thất bại node B khác Nhìn từ phía UE, điều đủ, node B thu thành cơng số liệu Vì chuyển giao mềm tất nút B liên quan giải mã số liệu phát ACK NAK Nếu UE nhận ACK từ node B, UE coi số liệu thu thành công HARQ với kết hợp mềm khai thác khơng để đàm bảo tính bền vững chống lại nhiễu khơng 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 SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 115 4.4.3 Kiến trúc 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 vơ tuyến Vì giống HSDPA, chức lập biểu HARQ HSUPA đặt node 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 khơng 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 node B Trong node B, MAC-e chịu trách nhiệm truyền tải phát lại HARQ lập biểu, UE, chịu trách nhiệm chọn lựa tốc độ số liệu giới hạn lập biểu MAC-e node B đặt Mạng lõi RNC Chức MAC-es Sắp đặt lại thứ tự RNC Đến node B khác Đến node B khác E-DCH Chức MAC-e Lập biểu HARQ E-DCH HS-DSCH TE Node B Ơ phục vụ SVTH: Phạm Đức Việt Ơ khơng phục vụ Lớp: KTVT B - K46 116 Hình 4.12 Kiến trúc mạng lập cấu hình E-DCH (và HS-DSCH) Khi UE nằm chuyển giao mềm với nhiều node B, khối truyền tải khác giải mã node B khác Kết khối truyền tải thu node B, node 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 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 4.12) Trong kênh cần thiết cho HSUPA E-DCH xếp lên tập mã định kênh đường lên gọi kênh số liệu vật lý riêng E-DCH (EDPDCH) Phụ thuộc vào tốc độ số liệu tức thời, số E-DPDCH hệ số trải phổ thay đổi Ngồi 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 Không HSDPA, HSUPA không hỗ trợ điều chế thích ứng khơng 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 4.18 với kênh sử dụng cho HSDPA SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 117 Vì đường lên khơng 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 Node B đo tỷ số tín hiệu nhiễu phát lệnh điều khiển công suất 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 Chia sẻ, cho ô phục vụ Riêng, cho UE UE Node B HS-DSCH Số liệu người sử dụng đường xuống HS-SCCH E-AGCH E-RGCH Báo hiệu điều khiển cho HSDSCH Cho phép tuyệt đối Cho phép tương đối E-HICH HARQ ACK/N AK (F-)DPCH Các lệnh điều khiển công suất E-DPDCH Số liệu người sử dụng đường lên E-DPCCH Báo hiệu điều khiển cho DPDCH DPCCH Báo hiệu điều khiển (Các kênh đưa vào cho HSUPA thể đường đứt nét) Hình 4.13 Cấu trúc kênh tổng thể với HSDPA HSUPA a E-DPCH EDPDCH (bao gồm hai kênh truyền đồng thời: E-DPDCH DPCCH) 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) b E-DPCCH SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 118 Là kênh vật lý đường lên tồn song song với E-DPDCH để truyền thơng tin ngồi 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 thơng báo cho máy thu node 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 thơng báo UE có hài lòng với tốc độ thời (công suất tương đối ấn định cho nó) hay khơng sử dụng ấn định công suất cao hay không c HICH HICH (HARQ Indicator Channel: kênh thị HARQ) Là kênh vật lý đường xuống để truyền ACK NAK cho HARQ d E-RGCH E-RGCH (E-DCH Relative Grant Channel: kênh cho phép tương đối EDCH) Là 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 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 E-AGCH SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 119 E-AGCH (E-DCH Absolute Grant Channel: kênh cho phép tuyệt đối) Là kênh vật lý đường xuống có mã định kênh với hệ số trải phổ 128 để thị mức cơng suất xác E-DPDCH so với DPCCH KẾT LUẬN Việc triển khai rộng rãi hệ thống 3G nói chung hệ thống 3G WCDMA nói riêng đáp ứng phần bùng nổ nhu cầu truyền thông không dây số lượng, chất lượng loại hình dịch vụ Các hệ thống 3G WCDMA với ưu điểm bật cung cấp dịch vụ băng rộng, dịch vụ truyền liệu tốc độ cao sử dụng hiệu quả, đem lại tiện ích to lớn cho người Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA) 3GPP chuẩn hóa R5 với phiên tiêu chuẩn vào năm 2002 Truy nhập gói đường lên tốc độ cao (HSUPA) 3GPP chuẩn hóa R6 tháng 12 năm 2004 Cả hai HSDPA HSUPA gọi chung HSPA Các mạng HSDPA HSUPA đưa vào thương mại vào năm 2005 2007 Tốc độ số liệu đỉnh HSDPA lúc đầu 1,8 Mbps tăng đến 3,6 Mbps 7,2 Mbps vào năm 2006 2007, tiềm đạt đến 14,4 Mbps năm 2008 Trong giai đoạn đầu tốc độ đỉnh HSUPA 1-2 Mbps giai đoạn hai tốc độ đạt đến 4-5,7 Mbps vào năm 2008 Trong khuôn khổ đề tài em trình bày tổng qt cơng nghệ 3G WCDMA công nghệ 3,5G HSPA Do nội dung hai công nghệ sâu rộng, thời gian hoàn thành đồ án khả nghiên cứu hạn chế nên đồ án giới thiệu vấn đề chung hai công nghệ Hướng SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 120 phát triển đồ án nghiên cứu trình triển khai công nghệ WCDMA HSPA Việt Nam NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Ngày tháng năm 2010 ThS ĐÀM MỸ HẠNH NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 121 Ngày tháng năm 2010 ………………………… LỜI CẢM ƠN Với tình cảm chân thành, em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến giáo, Th.s Đàm Mỹ Hạnh, người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành đồ án Em gửi lời cảm ơn đến thầy, cô giáo môn Kỹ thuật Viễn thông, khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Giao thông vận tải giúp đỡ em suốt thời gian học tập Xin cảm ơn gia đình, người thân bạn bè ln quan tâm, ủng hộ em trình học tập làm đồ án vừa qua Em xin chân thành cảm ơn! SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, sách “Thông tin di động hệ ba”, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, nhà xuất Bưu Điện, 2004 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Bài giảng “Thông tin di động”, Học viện Công nghệ Bưu Viễn Thơng 2007 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, giáo trình “Lộ trình phát triển thơng tin di động 3G lên 4G”, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn Thông, 12/2008 Thông tin di động hệ 3, Nhà xuất Bưu điện, 2001 W-CDMA Mobile Communications System, John Wiley & Sons LTD, 2002 WCDMA for UMTS – Radio Access for Third Generation Mobile Communications – Harri Holma and Antti Toskala WCDMA for UMTS lectures – Nokia Research Centre, Finland GSM, cdmaOne and 3G Systems - Raymond Steele, Chin-Chun Lee and Peter Gould - Copyright © 2001 John Wiley & Sons Ltd M.R.Karim and M.Sarrap, “W-CDMA and CDMA 2000 for 3G Mobile Networks,” McGraw-Hill Telecom professional, 2002 SVTH: Phạm Đức Việt Lớp: KTVT B - K46 ... (và HS-DSCH) 121 CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ BA WCDMA 1.1 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG LÊN THẾ HỆ 4G Trong q trình phát triển mình, cơng nghệ thông tin di. .. VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ BA WCDMA .17 1.1 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THƠNG TIN DI ĐỘNG LÊN THẾ HỆ 4G 17 1.1.1 Hệ thống thông tin di động hệ thứ 17 1.1.2 Hệ thống... thống thông tin di động hệ thứ hai 18 1.1.3 Hệ thống thông tin di động hệ thứ ba 18 1.1.4 Hệ thống thông tin di động hệ thứ tư 19 1.2 KIẾN TRÚC CHUNG MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G