Mạng thông tin di động thế hệ tiếp theo 4g

ĐINH THỊ THANH HẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ==== ==== LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ TIẾP THEO G ĐINH THỊ THANH HẢI 2006 – 2008 HÀ NỘI 2008 HÀ NỘI - 2008 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ==== ==== LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ TIẾP THEO G NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: ĐINH THỊ THANH HẢI Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM MINH HÀ HÀ NỘI - 2008 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân Các số liệu, kết trình bày luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình luận văn trước Tác giả luận án Đinh Thị Thanh Hải ii MỤC LỤC MỤC LỤC II DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ IV DANH MỤC CÁC BẢNG V DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TĂT VI LỜI MỞ ĐẦU IX CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 11 1.1 Lịch sử mạng di động 11 1.2 Mạng di động 3G 14 1.2.1 Tình hình thực tiễn mạng 3G giới Việt Nam 14 1.2.2 Những ưu điểm hạn chế 3G 17 CHƯƠNG CHUẨN HÓA MẠNG DI ĐỘNG 4G DỰA TRÊN 3G 22 2.1 Tình hình chuẩn hóa 22 2.2 Một số Tham số quan trọng 4G 24 2.3 Mạng 4G 25 2.3.1 3GPP (LTE: Long Term Evolution) 26 2.3.2 WiMAX 27 2.3.3 Kiến trúc ITU cho vùng phủ mạng truy nhập 28 2.4 Hoạt động chuẩn hóa 28 2.4.1 3GPP LTE 28 2.4.2 IMT-2000 hoạt động ITU 31 2.5 WWRF (Wireless World Research Forum) 35 CHƯƠNG MẠNG DI ĐỘNG 4G 37 3.1 Dựa 3G 37 3.2 Kiến trúc mạng 4G 38 3.3 Khung đặc tính mạng 4G 39 3.4 Tổng quan quy hoạch cho mạng 4G 40 3.4.1 Kỹ thuật hỗ trợ 4G 42 3.4.2 Kiến trúc mạng 4G 44 3.4.3 Quy hoạch mạng mạng 4G 45 3.5 Quy hoạch kiến trúc mô hình tồn IP 47 3.6 Những thách thức hạn chế mạng 4G 52 3.6.1 Thuê bao di động 52 3.6.2 Mạng vô tuyến 52 iii 3.6.3 Chất lượng dịch vụ 55 3.7 Giới thiệu mạng di động UMTS-LTE 56 3.7.1 Tổng quan 56 3.7.2 Cải tiến kiến trúc hệ thống SAE 59 3.7.3 UTRAN cải tiến 61 3.7.4 Truyền dẫn đường xuống (downlink) 62 3.7.5 Truyền dẫn đường lên (uplink) 63 CHƯƠNG CÁC CÔNG NGHỆ QUAN TRỌNG ÁP DỤNG CHO 4G 65 4.1 IP di động mạng lõi toàn IP 65 4.1.1 IP di động 65 4.1.2 Mạng toàn IP 70 4.1.3 IP V6 71 4.2 Kỹ thuật đa sóng mang OFCDM 75 4.2.1 Đa đường OFDM 75 4.2.2 Giao thoa liên ký hiệu OFDM 79 4.2.3 Nguyên lý OFDM 80 4.3 Kỹ thuật MIMO (Multi input multi output) 87 4.4 Kỹ thuật SDR 93 4.5 Kỹ thuật ARQ (Adaptive Hybrid) 102 4.5.1 ARQ 103 4.5.2 Kết hợp ARQ FEC 106 4.6 Kỹ thuật AMC (Adaptive Modulation and Coding) 110 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 114 TÓM TẮT LUẬN VĂN 115 iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Ngăn xếp giao thức truyền tải mạng UMTS sử dụng ATM 20 Hình 2.1 IMT – hệ thống mạng 4G ITU 26 Hình 2.2 Kiến trúc mạng 3GPP LTE 27 Hình 2.3 Mơ hình tham chiếu mạng (NRM) WiMAX 27 Hình 2.4 Tổ chức 3GPP 29 Hình 2.5 Các phiên 3GPP cho UTRA 31 Hình 2.6 Định nghĩa IMT-2000 ITU-R 32 Hình 3.1 Kiến trúc phân lớp mạng hệ (DAB: Digital audio broadcasting; DVB: digital vidieo: broadcasting ) 38 Hình 3.2 Mạng tồn IP 49 Hình 3.3 Phân chia chức mạng truy nhập mạng lõi 59 Hình 3.4 Kiến trúc logic LTE/SAE .60 Hình 3.5 Kiến trúc mạng truy nhập LTE .61 Hình 4.1 Di động IP 68 Hình 4.2 Mạng tồn IP 70 Hình 4.3 Header IPv6 73 Hình 4.4 Các sóng mang với OFDMA 81 Hình 4.5 Sơ đồ khối máy phát OFDM đơn giản .82 Hình 4.6 Sơ đồ khối máy phát OFDM dựa vào chuyển đổi IFFT 83 Hình 4.7 Sơ đồ khối thu OFDM dựa vào FFTError! Bookmark not defined Hình 4.8 Máy phát OFCDM 83 Hình 4.9 Khái niệm hệ thống MC-CDMA truyền thống .84 Hình 4.10 Khái niệm hệ thống OFCDMA 84 Hình 4.11 Hệ thống OFCDM với ghép phân chia theo mã thời gian .85 Hình 4.12 Hệ thống OFCDM với ghép phân chia tần số 86 Hình 4.13 Thay đổi hệ số trải phổ theo tế bào .87 Hình 4.14 Hệ thống MIMO 88 Hình 4.15 Hệ thống MIMO Bell Lab : BLAST 90 Hình 4.16 Giao diện vơ tuyến cấu hình mềm 97 Hình 4.17Khái niệm SDR 98 Hình 4.18 Bộ lọc lựa chọn kênh miền số .99 Hình 4.19 Thực SDR kết hợp MC-CDMA 100 v Hình 4.20 Ví dụ stop and wait ARQ 105 Hình 4.21 Ví dụ lặp lựa chọn ARQ .105 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Một số diễn đàn chuẩn hóa 4G .22 Bảng 2.2 Một số tham số 4G 24 Bảng 4.1 Các chuẩn truyền thông vô tuyến .97 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TĂT 3GPP Third-Generation Partnership Project AAAC Authentication, authorisation, accouting, and charging AMC Adaptive Modulation and Coding AMPS Advanced Mobile Phone Service ARQ Automatic Repeat Request ATM Asynchronous Transfer Mode BLAST Bell Labs Layered Space Time CDMA Code Division Multiple Access CS Circuit Switching DCS Digital Cordless System DHCP Dynamic host configuration protocol DS-CDMA Direct spread – code division multiple access DSPs Digital signal Processors ETSI European Telecomunication Standards Institute EV-DO Evolution-Data Optimized FDMA Frequency Division Multiple Access FEC Forward Error Correction) FFT Fast fourier transform FHSS Frequency hopping spread spectrum FPGAs Field programmable gate arrays GSM Global System for Mobile HARQ Hybrid ARQ vii IMS IP Multimedia Subsystem IMTS Iroved Mobille Telephone Service IP Internet Protocol IS Irior Standard ISI Inter Symbol Interference ITU International Telecomunication Union LTE Long term evolution MIMO Multi input multi output MITF Mobile IT forum MT Mobile Terminal NGMC Next-Generation Mobile Comunications NMT-450 Nordic Mobile Telephone NRM Network Reference Model OFCDM Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access PAPR Peak to Average Power Ratio PDC Personal Digital Cellular PDCP Packet Data Convergence Protocol PDU Protocol data unit PDU Protocol Data Unit PS Packet Switching QOS Quality Of Service QPSK Quadrature Phase Shift Keying viii BPSK Binary Phase Shift Keying RF Radio frequency RLC Radio Link Control RNC Radio Network Controller RRC Radio Resource Control RRM Radio resource management RTT Round –trip Time) SAW Stop and Wait SC-FDMA Single cerrier frequency division multiple access SDO Sandards Developing Organization SDR Software Difined Radio SLA Service level agreement SR Selective-Repeat TACS Total Access Communication System TD-CDMA Time Division CDMA TDMA Time Division Multiple Access TSG Technical Specicication Group UMTS Universal Mobile Telecomunication Systems W-CDMA Wide band CDMA WG Working group WP8F Working party 8F WWRF Wireless World Research Forum 101 Tương tự, phía thu, thực ngược lại chức bên phát, nhiên phức tạp Tại khôi IF tương tự, tốc độ lấy mẫu kích cỡ lọc hỗ trợ cho nhiều tiêu chuẩn Tốc độ lấy mẫu phụ thuộc tín hiệu tương tự băng rộng lựa chọn, ví dụ trường hợp chuyển đổi hạ tần trực tiếp Tuy nhiên, chuyển đổi A/D phụ thuộc nhiều thông số: i) tỷ số giải thông kênh lựa chọn rộng hẹp nhất, ii) điều chế, iii) dải động cần thiết cho mức công suất khác nhau, iiii) dung sai giảm phẩm chất thu Bộ điều khiển cấu hình tập thơng số hệ thống bao gồm:  Thông số kết nối lớp cao (port, dịch vụ)  DLC, MAC, thông số đa truy nhập (QoS, khung, khuôn dạng cụm, thông số kết nối vô tuyến)  ARQ/FEC (CRC, xoắn, khối, Turbo, STC, SFC)  Điều chế (M-QAM, M-PSK, MSK) mapping (Gray)  Mã trải phổ (trải phổ hay hai chiều, hệ số trải phổ)  Truyền dẫn đa sóng mang, ví dụ OFDM (kích cỡ FFT, dải bảo vệ)  A/D, tốc độ lấy mẫu chuyển đổi  Lựa chọn kênh  Nguyên lý dò (dò đơn hay đa người dùng)  Cấu hình phân tập  Nguyên tắc song công (FDD, TDD) SDR mang lại giải pháp có ích kết hợp chùm điều chế, mã hóa đa dạng nguyên lý đa truy cập Bên cạnh mềm dẻo đó, cịn có tiềm giúp giảm chi phí đưa kỹ thuật vào hỗ trợ chức xử lý 102 tín hiệu tinh vi tương lai Tuy vậy, số hạn chế kỹ thuật SDR là: Chuyển đổi A/D D/A (tốc độ lấy mẫu) Tiêu thụ tổn hao nguồn Tốc độ thiết bị lập trình Chi phí Sự cải tiến chuyển đổi A/D có tác động lớn tới phát triển kiến trúc SDR Một A/D có tốc độ lấy mẫu chuyển đổi cao cho phép chuyển tín hiệu cách trực tiếp giai đoạn RF băng rộng, lấy mẫu thực giai đoạn RF mà không cần khối IF tương tự Lượng tiêu thụ tiêu phí nguồn thiết bị (bộ xử lý, FPGA) làm cản trở việc áp dụng chúng đầu cuối di động tuổi thọ pin thấp áp dụng trạm gốc nghiên cứu cấu trúc UMTS 4.5 Kỹ thuật ARQ (Adaptive Hybrid) Hệ thống vô tuyến băng rộng cần có lớp điều khiển phương tiện (MAC) để tạo kết nối tin cậy qua kênh vô tuyến đầy mát Lớp MAC thiết kế nhằm đáp ứng kết nối chất lượng cao cho lớp TCP/IP Điều đạt nhờ chế phân nhỏ phát lại tự động (ARQ): bên phát phân chia gói tin thu từ lớp cao thành gói tin phận nhỏ truyền chúng Nếu gói tin phận bị thu lỗi bên thu yêu cầu bên phát phát lại gói Có thể xem ARQ chế phân tập thời gian hệ thống khả khôi phục tin lỗi từ nhiễu, xuyên âm pha đinh ARQ tối ưu hóa điều chỉnh tự động phù hợp với điều kiện kênh truyền mà khơng địi hỏi phép đo C/I xác với tần suất cao: 1) bổ 103 sung dư thừa cần thiết; 2) phía thu lưu lại lần phát lỗi giúp cho giải mã sau đó; 3) lần phát làm tăng tỷ lệ thành công gói Nhiệm vụ truyền thơng liệu kiểm soát lỗi truyền dẫn gây nhiễu để truyền liệu xác tới người sử dụng Có hai kiểu kiểm sốt lỗi bản: sửa lỗi hướng FEC (Forward Error Correction) yêu cầu lặp lại tự động ARQ (Automatic Repeat Request) Đối với FEC, bít mang thơng tin số bít dự phịng mã hóa bảo vệ hầu hết lỗi sinh kênh suy giảm khơi phục nhờ giải mã phía thu Một ưu điểm FEC khơng cần phải có kênh phản hồi nên trễ sinh trình giải mã Tuy nhiên, nhược điểm phương pháp liệu sau giải mã chuyển tới người dùng hay bị lỗi Để đạt độ tin cậy cao, mã sửa lỗi cần phải mạnh đủ dài, nhờ số lượng lớn bít lỗi sửa sai Nhưng điều dẫn tới tốc độ mã hóa FEC thấp, tốc độ mã hóa tính tỷ số số lượng bít mang thơng tin tổng số bít truyền Tốc độ mã hóa thấp dẫn tới việc sử dụng phổ không hiệu điều kiện kênh tốt ARQ thường sử dụng mã dò lỗi tốc độ cao, phương thức áp dụng chế phát lại gói tin phía thu phát lỗi Sử dụng mã sửa lỗi hợp lý xác suất lỗi khơng phát ARQ bé tất nhiên liệu chuyển tới người sử dụng xác với tỷ lệ cao Nguyên lý ARQ áp dụng rộng rãi hệ thống truyền thông liệu đơn giản cung cấp độ tin cậy cao cho hệ thống Tuy vậy, ARQ gặp phải nhược điểm thông lượng không giữ mức ổn định tăng đột biến tốc độ lỗi bít tăng 4.5.1 ARQ 104 Trong hệ thống, chức ARQ bao gồm: + Dò lỗi: Bộ thu dị lỗi gói PDU (Protocol Data Unit) + Công nhận khẳng định: Bên thu đáp trả ACK để khẳng định thu thành cơng, gói PDU khơng lỗi + Phát lại sau thời gian timeout: Bên phát phát lại gói PDU khơng bên thu phúc đáp sau khoảng thời gian định trước + Công nhận phủ định: Bên thu trả lời NAK để thơng báo gói PDU bị lỗi yêu cầu bên phát truyền lại gói Khơng phải tất thủ tục nêu áp dụng cho nguyên lý ARQ Nói chung, có kiểu nguyên lý ARQ bản: SAW (Stop and Wait: dừng chờ) (Hình 4.21), go-back-N, SR (Selective-Repeat: lặp lựa chọn) Trong hệ thống SAW, phía phát sau gửi gói tin chờ phúc đáp từ phía thu, phía phát nhận thị ACK tiếp tục gửi gói hàng đợi Nếu bên phát nhận thị NAK từ bên thu nghĩa có lỗi gói PDU nhận phát lại gói tin tiếp tục chờ phúc đáp trở từ phía SAW nguyên lý đơn giản lại khơng hiệu tiêu phí khoảng thời gian đợi phía phát chờ phúc đáp từ phía thu phát gói tin trước phát gói Trong hệ thống phân khe thời gian, việc truyền liệu gán cho vài khe thời gian định trước, trễ phản hồi làm tiêu phí nửa dung lượng hệ thống đợi chờ Nhưng SAW có ưu điểm, chẳng hạn yêu cầu phần mào đầu bé SAW cần bít đơn giản thị cho khối hay nhằm mục đích sửa lỗi Ngồi thị ACK NAK cần bít để mã hóa phần mào đầu tối thiểu hóa 105 Hơn nữa, thời điểm truyền, có khối tin truyền nên khơng địi hỏi nhớ lớn bên thu AC K NA K AC AC K K 2 Hình 4.19 Ví dụ stop and wait ARQ Thông lượng hệ thống SAW đuợc tính cơng thức (4.3) sau: Throughput SAW = k l−p n + RTi (4.3) Trong đó, p: xác suất gói, R: tốc độ truyền dẫn liệu, Ti: thời gian rỗi phát hai lần phát thành cơng, k: số bít thơng tin khối liệu, n: tổng số bít tồn khối liệu Ở cơng thức trên, RTi dung lượng hao tổn thời gian rỗi phát lớn tốc độ truyền dẫn khoảng thời gian rỗi lớn, thông lượng nhỏ Hơn nữa, tốc độ truyền dẫn tăng, thông lượng số thời gian rỗi cần phải giảm, điều 10 11 12 13 10 11 14 11 15 16 17 11 15 NA K AC K AC K NA K AC K AC K khơng dễ dàng giá trị Ti trễ truyền dẫn trễ xử lý định 12 Hình 4.20 Ví dụ lặp lựa chọn ARQ 13 14 106 Ngược với giao thức SAW, lý thuyết, giao thức SR giao thức hiệu nguyên lý ARQ, áp dụng nhiều hệ thống bao gồm lớp RLC UTRAN release 99 Nguyên lý SR đơn giản truyền lại PDU mà phía thu phúc đáp thị NAK Hình 4.22 Một SR lý tưởng, thu có kích thước đệm khơng hạn chế, thơng lượng tính theo công thức (4.4) sau: Throughput SR = k l−p n (4.4) So với thông lượng SAW, thông lượng SR không phụ thuộc vào tốc độ truyền dẫn trễ phản hồi khơng cần có thời gian chờ hao phí Về lý thuyết, SR khơng nhạy với trễ có đặc tính ưu điểm truyền lặp lại khối tin bị thu lỗi Nhưng để đạt điều đó, phát SR-ARQ cần phải dùng số để nhận dạng khối tin gửi SR tận dụng tối đa dung lượng kênh truyền dẫn đảm bảo số khối tối đa MBSN (Maximum Block Sequense Number) số lượng khối truyền khoảng thời gian trễ phản hồi vịng Nếu trễ phản hồi lớn số tối đa phải lớn Đáng tiếc thay, có vấn đề gặp phải áp dụng SR-ARQ cho hệ thống HSPDA yêu cầu nhớ lớn đầu cuối di động; nguyên nhân chỗ, đầu cuối di động phải lưu mẫu mềm cho lần truyền khối tin Do khối MBSN truyền thời điểm nào, MBSN lớn yêu cầu phải có lưu trữ lớn đầu cuối di động, hậu tăng chi phí đầu cuối Vì lý nên có phương thức SR đa kênh áp dụng hệ thống HSDPA 4.5.2 Kết hợp ARQ FEC 107 ARQ lai kết hợp hai phương thức ARQ FEC, kỹ thuật cải tiến để cải thiện hiệu giao diện vô tuyến Chức FEC giảm tần suất phát lại nhờ sửa lỗi xảy thường xuyên nên cho phép thông lượng hệ thống cao Khi lỗi xảy không thường xun xuất FEC khơng thể khơi phục, phía thu yêu cầu phát lại khối tin thay cho việc gửi khối tin bị lỗi tới đầu cuối người dùng Hầu hết nguyên lý HARQ thực tế áp dụng mã CRC cho việc dò lỗi mã Turbo mã Convolutional (mã chập) cho việc sửa lỗi nguyên tắc mã dị sửa lỗi áp dụng Nguyên lý ARQ lai (HARQ: Hybrid ARQ) mang đến hiệu cao chi phí thực thấp kết hợp cách hợp lý ARQ FEC Có kiểu HARQ bao gồm: HARQ kiểu I, HARQ kiểu II HARQ kiểu III Trong HARQ kiểu I, phía phát phát lại PDU giống phía thu chấp nhận khơng lỗi số lần thử phát lại đạt tối đa cho phép HARQ kiểu I phù hợp cho hệ thống truyền thơng có mức nhiễu xun âm kênh ổn định dự đoán trước Trong trường hợp này, lượng vừa đủ bít dự phịng dành sẵn hệ thống nhằm sửa đa số lỗi lớn cho tối thiểu hóa số lần phát lại Còn kênh khơng ổn định truyền thơng di động phương thức hiệu Khi điều kiện kênh tốt, lượng lớn bít dự phịng dành cho phân hệ FEC gây lãng phí giải thông Nhưng ngược lại, điều kênh xấu đi, FEC khơng cịn đủ mạnh cần đến q nhiều lần phát lại Hoạt động HARQ mô tả trên, gói thu có lỗi bị loại bỏ yêu cầu truyền lại dù gói có chứa thơng tin khơng thể giải mã Để tận dụng thơng tin này, phương 108 thức HARQ có kết hợp mềm đề xuất HARQ có kết hợp mềm: gói tin thu phía thu lưu giữ đệm sau kết hợp với truyền lại để có gói tin có độ tin cậy cao gói tin thành phần, việc giải mã để có thơng tin hữu ích thực tín hiệu kết hợp này, giải mã lỗi phía thu u cầu phát lại HARQ kiểu II hay gọi HARQ lai cải tiến, đặc biệt thích hợp kênh vơ tuyến thay đổi theo thời gian Khái niệm dự phòng tăng dần áp dụng nguyên lý này, PDU thu phía thu kết hợp với để tạo lập từ mã bị sai nhờ mã tốc độ bé dần có chiều dài tăng dần Ở lần phát gói tin đầu tiên, PDU mã hóa mã tốc độ cao (dự phịng thấp) cho mục đích dị sửa lỗi Nếu thu phát lỗi tồn PDU, lưu khối PDU bị lỗi vào đệm đồng thời yêu cầu phát phát lại Không giống HARQ kiểu I, nội dung khối PDU truyền lại khơng hồn tồn khối PDU ban đầu mà khối PDU Dữ liệu thiết lập dựa vào PDU ban đầu mã sửa lỗi sử dụng Khi PDU nhận bên thu, dùng để sửa lỗi PDU bị lỗi trước lưu sẵn đệm Nếu lần mà khối tin bị lỗi, phía thu lại yêu cầu phát lại thêm lần q trình tiếp tục gói tin chấp nhận HARQ kiểu III thuộc vào phân lớp nguyên lý HARQ dự phòng tăng dần Tuy nhiên, HARQ kiểu III, lần phát khối tin, phía thu có khả tự giải mã khối tin nhận Phương pháp “Chase combining” hay gọi HARQ kiểu III với kiểu dự phòng Ở phương pháp này, lần phát lại, khối tin chứa tập bít mã hóa giống lần phát Sau lần phát lại, thu kết hợp khối tin thu nhờ đánh giá tỷ số SNR cho lần phát khối tin, sau tín hiệu giải mã Kết là, nguyên lý mang lại lợi ích phân tập miền thời 109 gian Chase combining gọi mã hóa lặp lại bổ sung, nên khơng có thêm bít dự phịng nào, khơng tăng thêm mã hóa ngoại trừ tăng thêm tính tốn tỷ số Eb/N0 cho lần phát lại khối tin Tồn nhiều biến thể Chase combining, ví dụ truyền lại phần bít giống lần truyền đầu tiên, nguyên lý gọi Chase combining phần Hơn nữa, việc kết hợp tín hiệu thường thực sau giải điều chế trước mã hóa kênh, thực giai đoạn điều chế ký tự trước giải điều chế miễn nguyên lý điều chế không thay đổi lần truyền Trong UTRAN HSDPA rõ nguyên lý: Chase Combining, dự phịng tăng dần hồn tồn dự phịng tăng dần phần Đối với dự phòng tăng dần đầy đủ, lần phát đầu tin chứa bít thơng tin vài bít dự phịng Nếu giải mã lỗi, lần phát chứa nhiều bít dự phòng dành cho sửa lỗi khối tin giải mã Có thể nhìn thấy rõ nhớ đầu cuối phụ thuộc nhiều vào số lần phát lại biến đổi Trong dự phịng tăng dần phần, thơng tin ban đầu só bít dự phịng gửi lần truyền nội dung bít dự phịng thay đổi nội dung khối liệu tự giải mã lần Nếu mã hóa lỗi lần phát lại nào, khối tin kết hợp với khối phát trước để tăng khả mã hóa Hiệu loại HARQ tùy thuộc vào điều kiện kênh vô tuyến Xem xét tất cá thông số bao gồm hiều sử dụng phổ, độ phức tạp thực phương thức Chase combining ứng cử viên hấp dẫn Sự lựa chọn chế ARQ quan trọng SR-ARQ có hiệu lực lại đồi hỏi nhớ cao đầu cuối di động Hơn HARQ lại yêu cầu số khối tin có độ tin cậy cao cho lần truyền bới không giống 110 ARQ thông thường, khối HARQ sử dụng có lỗi Thêm vào đó, thông số cần phải tin cậy để trường hợp điều kiện kênh vơ tuyến tồi, không gây lỗi cho phần liệu Rõ ràng cần phải có mộ mã đủ mạnh để mã hóa thơng số điều làm tăng dải thơng báo hiệu SAW có ưu điểm bật khía cạnh thực Nhược điểm lớn - hiệu thấp vượt qua nhờ áp dụng số tiến trình song song để không cho kênh rỗi hầu hết thời gian Thực tế SAW - HARQ N kênh 3GPP áp dụng cho UTRAN Thực chất, phương thức sử dụng trường hợp riêng giao thức HARQ điều kiện kênh rỗi để tăng dung lượng, Trong lúc thực thể giải với khối liệu đường xuống thực thể khác lại gửi cơng nhận đường xuống Số thực thể tăng đồng thời với trễ thời điểm từ truyền liệu thời điểm nhận phúc đáp Nhược điểm phương pháp thu phải lưu trữ N khối liệu Trong môi trường tế bào, khoảng thời gian trễ khơng HSDPA TTIs (16-ms) Do đó, 3GPP ấn định số lượng tối đa tiến trình SAW – HARQ 4.6 Kỹ thuật AMC (Adaptive Modulation and Coding) Một kỹ thuật hệ thống tế bào CDMA điều khiển cơng suất Ý tưởng phương pháp tăng công suất phát chất lượng tín hiệu thu giảm cơng suất phát chất lượng tín hiệu thu đạt mức ngưỡng cho trước Nhờ mà truyền thông tin máy phát máy thu đáng tin cậy Cũng vậy, tổng dung lượng hệ thống tăng nhờ kỹ thuật điều khiển công suất làm giảm nhiễu cell cell gây công suất phát hạn 111 Một kỹ thuật thay điều khiển công suất để giải với kênh vô tuyến chịu tác động từ môi trường thay đổi theo thời gian, chống lại pha đinh kênh, AMC Thay trì chất lượng tín hiệu máy thu ổn định, sử dụng phương thức thay đổi nguyên lý mã hóa điều chế cho tín hiệu phát theo cách điều kiện kênh tốt, máy phát phát nhiều bít thơng tin điều kiện kênh trở nên tồi máy phát giảm số bít thơng tin phát Trong môi trường tế bào, anten trạm sở cố định mà điều kiện kênh đầu cuối di động lại thay đổi khác theo thời gian vị trí Theo thống kê, ln ln có số đầu cuối có điều kiện kênh tốt cịn số khác tình trạng kênh xấu Do đó, khả cho mạng gửi liệu cho số đầu cuối có tốc độ cao cách áp dụng nguyên lý điều chế tốc độ mã hóa cao mà khơng cần tăng công suất phát So sánh với phương pháp điều khiển cơng suất truyền thống, AMC mang đến dung lượng cao cho hệ thống gói vơ tuyến Kỹ thuật AMC nhằm mục đích thay đổi khn dạng mã hóa điều chế theo biến đổi điều kiện kênh Điều kiện kênh tính tốn dựa vào thông tin phản hồi từ máy thu công suất phát kênh đường xuống khác có điều khiển cơng suất Trong hệ thống AMC, vị trí thuận lợi chẳng hạn tâm tế bào có pha đinh thấp gán tốc độ mã hóa cao điều chế bậc cao 64QAM/16QAM mã Turbo ¾; ngược lại thuê bao vị trí khơng thuận lợi gần biên tế bào, pha đinh lớn họ gán tốc độ mã hóa thấp điều chế bậc cao hơn, ví dụ QPSK mã Turbo ½ Nếu có lượng lớn thuê bao cell điều kiện kênh thuê bao thay đổi theo thời gian, trường hợp này, trạm sở lựa chọn phục vụ thuê bao có điều kiện tốt áp dụng nguyên lý điều chế tốc độ mã hóa cao hầu hết thời gian, dung lượng hệ thống cải thiện đáng kể Một ưu điểm khác AMC, 112 công suất phát cố định (không áp dụng điều khiển công suất nhanh) nên nhiễu từ người sử dụng khác giảm đáng kể Tổng kết lại, lơi ích kỹ thuật AMC sau: + Đạt tốc độ liệu cao cho thuê bao có điều kiện tốt tăng thơng lượng trung bình cell + Giảm nhiễu nhờ sử dụng phương thức AMC thay điều khiển công suất Trong hệ thống HSPDA, 3GPP release đưa chuẩn khung có độ dài ms Điều đảm bảo có đủ thời gian cho mạng việc xử lý pha đinh tăng cường thực phát lại cần thiết di chuyển đầu cuối di động HSPDA Tính trung bình, để đạt tỷ lệ lỗi bít đạt khoảng cách, nguyên tắc điều chế bậc cao đòi hỏi công suất phát cao so với nguyên tắc điều chế bậc thấp điều tránh khỏi Tuy vậy, môi trường tế bào, công suất phát cho tế bào hạn chế nhiều kênh đường xuống chia sẻ Do không thuận lợi mà không khai thác điểm thuận lợi 64QAM so với 16QAM Hơn nữa, 64QAM lại phức tạp chi phí đầu cuối cao Vì vậy, nguyên lý điều chế ấn định cho HSDPA QPSK 16QAM 113 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Hầu hết nhà khai thác Việt Nam bắt đầu kinh doanh với hệ 2G (chuẩn GSM) thành công Mobifone, ViNaphone Vietel Họ trình nâng cấp mạng lên 2,5/3G để cung cấp dịch vụ số liệu hấp dẫn cho khách hàng bên cạnh dịch vụ thoại truyền thống Mà theo dự tính chuyên gia, tương lai, doanh thu chủ yếu từ dịch vụ tiện ích khơng từ thoại Đi tắt, đón đầu cơng nghệ chủ trương nhà nước Việt Nam Vì vậy, tìm hiểu kỹ thuật, công nghệ phát triển giới yêu cầu thiết yếu nhằm mục đích triển khai chúng cách hiệu có lợi vào thực tiễn Đặc biệt, nghành truyền thông nghành mũi nhọn, vấn đề đặt vị quan trọng Nội dung đề tài đề cập chủ yếu tới q trình chuẩn hóa tổ chức 3GPP, cụ thể phát triển cho mạng 3G-WCDMA với hệ thống LTE phục vụ cho q trình nâng cấp đơn giản mạng có chuẩn xuất phát từ chuẩn GSM, phù hợp với mạng di động có Việt Nam Q trình phân tích, đánh giá mạng 3G nói chung hay cụ thể so sánh kỹ thuật hệ 3G 4G tương lai sợi xuyên suốt chương đề tài nhằm thấy rõ tính ưu việt mạng hệ Mạng 4G chưa thể đến hồi kết để đề cập cách cụ thể, chi tiết kỹ thuật, tham số, chuẩn hóa cho hệ thống Mặt khác, để đưa mạng 4G không hội tụ mạng di động với nhiều chuẩn có mà cịn địi hỏi ghóp sức nhà nghiên cứu giới vơ tuyến nói chung Vì vậy, đề tài mang tính chất khởi đầu cho cơng việc theo sát q trình phát triển hướng tới 4G 114 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] 3GPP - www.3gpp.org [2] DoCoMo - www.DoCoMo.com [3] Ajay R.M (2004), Fundamentals of Cellular Network Planning and Optimisation, John Wiley & Sons Ltd, West Sussex [4] Adolfo R., John G., John K., Roland P (2001), TCP/IP Tutorial and Technical Overview, Seventh Edition, IBM Corperation [5] Ajay Rmishra (2007), Advanced Cellular Network Planning And Optimisation, John Wiley & Sons Ltd, West Sussex [6] Erik D., Stefan P., Johan S and Per Beming (2007), HSPA and LTE for Mobile Broadband, Elsevier Ltd., London [7] Fazel K., Kaizer S (2003), Multi-Carrier and Spread Spectrum Systems, John Wiley & Sons Ltd, West Sussex [8] Harri H and Antti T (2007), Wcdma For Umts–Hspa Evolutionand Lte, Fourth Edition, John Wiley & Sons Ltd., West Sussex [9] Minoru Etoh (2005), Next generation mobile system, 3g and beyond, John Wiley & Sons Ltd, West Sussex [10] Rahim T (2006), Technologies For The Wireless Future, Vol II., John Wiley & Sons Ltd, West Sussex [11] Shinsuke H and Ramjee P (2003), Multicarrier Techniques for 4G mobile Communications, Artech House, London [12] Vijay K Garg (2007), Wireless Communications And Networking, Elsevier Ltd., California 115 TÓM TẮT LUẬN VĂN Nhờ phát triển kỹ thuật truy nhập mà nay, dịch vụ thoại, video, đa phương tiện liệu băng rộng ngày tích hợp vào mạng Thế hệ thứ tư (4G) là hệ mạng vô tuyến thay thế hệ 3G tương lai Mạng 4G theo dự tính mạng tích hợp cung cấp dung lượng tốc độ cao, chi phí thấp dịch vụ sở toàn IP Tuy nhiên, không giống 3G, kỹ thuật áp dụng vào mạng kỹ thuật mà phát triển từ kỹ thuật có Đề tài tập trung chủ yếu vào q trình chuẩn hóa mạng di động 4G xuất phát từ 3G chưa định nghĩa cụ thể Đi từ việc phân tích hạn chế mạng 3G tốc độ, băng thông…, từ tổng quát chi tiết kỹ thuật nêu cụ thể chương; tiếp đến đưa mục tiêu 4G nhằm đáp ứng nhu cầu dịch vụ khách hàng mà mạng cịn gặp khó khăn; cuối phân tích kỹ thuật phát triển để áp dụng cho mạng nhằm đạt mục tiêu Những kỹ thuật bao gồm IP, OFDM, SDR, ARQ, MIMO AMC, điển hình chúng tổ chức 3GPP nghiên cứu phiên thứ với mạng truy nhập E-UTRAN mạng lõi SAE Từ khóa: 4G, 3GPP, IP, OFDM, MIMO ... thấp Phân cấp mạng 4G theo dự tính bao gồm cấp mạng: mạng cá nhân, mạng nội hạt, mạng tế bào mạng vệ tinh Ở mạng cá nhân mạng nội hạt mạng LAN sử dụng kỹ thuật LAN vô tuyến Những mạng LAN thường... cứu phiên thứ với mạng truy nhập E-UTRAN mạng lõi SAE Từ khóa: 4G, 3GPP, IP, OFDM, MIMO 11 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 1.1 Lịch sử mạng di động Điện thoại di động xuất Mỹ hệ thống toàn thành... phát triển hệ thống 3G nghiên cứu mạng hệ kế tiếp: hệ thống 4G Dịch vụ thoại dẫn đường chứng minh thành công cho di động 2G; ngày dịch vụ TV video động lực mạng 3G tương lai, mạng 4G đích hướng