Công nghệ HSPA+ và các cải tiến kỹ thuật từ g WCDMA đến HSPA+ luận văn tốt nghiệp đại học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài CÔNG NGHỆ HSPA+ VÀ CÁC CẢI TIẾN KỸ THUẬT TỪ 3G WCDMA ĐẾN HSPA+ Giảng viên hướng dẫn : ThS. LÊ THỊ KIỀU NGA Sinh viên thực hiện : TỪ QUANG TRUNG Lớp : 48K ĐTVT NGHỆ AN- 01/2012 I MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Error: Reference source not found TÓM TẮT ĐỒ ÁN . Error: Reference source not found DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Error: Reference source not found DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU . IX DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT X CHƯƠNG I. TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA Error: Reference source not found 1.1 Giới thiệu chương Error: Reference source not found 1.2 Các tiêu chuẩn xây dựng mạng 3G . Error: Reference source not found 1.3 Kiến trúc chung của một hệ thống 3G WCDMA Error: Reference source not found 1.4 Các tham số chính của mạng WCDMA . Error: Reference source not found 1.5 Các bước cải tiến của công nghệ WCDMA . Error: Reference source not found 1.6 Tổng kết chương . Error: Reference source not found CHƯƠNG II. CÔNG NGHỆ HSPA . Error: Reference source not found 2.1 Giới thiệu chương Error: Reference source not found 2.2. Những cải tiến quan trọng của HSPA so với WCDMAError: Reference source not found 2.3 Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA) . Error: Reference source not found 2.3.1 Các giải pháp kỹ thuật sử dụng trong HSDPA Error: Reference source not found 2.3.1.1 Kỹ thuật lập biểu phụ thuộc kênh Error: Reference source not found 2.3.1.2 Kỹ thuật điều chế và mã hóa thích ứng (AMC) Error: Reference source not found II 2.3.1.3 Kỹ thuật yêu cầu phát lại tự động lại (HARQ) . Error: Reference source not found 2.3.1.4 Truyền dẫn kênh chia sẻ . Error: Reference source not found 2.3.1.5 Điều khiển tốc độ và điều chế bậc cao Error: Reference source not found 2.3.1.6 Thay đổi kiến trúc giao thức . Error: Reference source not found 2.4 Truy nhập gói đường lên tốc độ cao (HSUPA) . . Error: Reference source not found 2.4.1 Các tính năng của HSUPA Error: Reference source not found 2.4.2 Các giải pháp kỹ thuật trong HSUPA Error: Reference source not found 2.4.2.1 Kỹ thuật lập biểu phụ thuộc kênh Error: Reference source not found 2.4.2.2 Kỹ thuật yêu cầu phát lại tự động lại – HARQ . Error: Reference source not found 2.4.2.3. Cơ cấu tổ chức kênh HSUPA Error: Reference source not found 2.4.2.4 Điều khiển tốc độ và điều chế bậc cao . Error: Reference source not found 2.4.2.5 Thay đổi kiến trúc giao thức . Error: Reference source not found 2.5 Tổng kết chương . Error: Reference source not found CHƯƠNG III. CÁC CẢI TIẾN GIỚI THIỆU TRONG HSPA+ . Error: Reference source not found 3.1 Giới thiệu chương Error: Reference source not found 3.2 Quá trình chuyển tiếp giữa HSPA sang HSPA+ Error: Reference source not found 3.2.1 Phát triển mạng vô tuyến Error: Reference source not found 3.2.2 Phát triển kiến trúc Error: Reference source not found 3.2.3 Nâng cấp hệ thống nhà cung cấp . . Error: Reference source not found III 3.3 Những cải tiến quan trọng của HSPA+ so với HSPA Error: Reference source not found 3.3.1 Điều chế cấp cao hơn (HOM-Higher Order Modulation) . Error: Reference source not found 3.3.2 MIMO . Error: Reference source not found 3.3.3 Khả năng truyền gói liên tục . Error: Reference source not found 3.3.4 Nâng cấp thiết bị thu . Error: Reference source not found 3.3.5 Chuyển mạch kênh thoại trên HSPA - VoIPError: Reference source not found 3.4 Một số giải pháp kỹ thuật quan trọng trong HSPA+ Error: Reference source not found 3.4.1 Mạng VoIP Error: Reference source not found 3.4.1.1 Các thành phần cơ bản của mạng VoIP . Error: Reference source not found 3.4.1.2 Các giao thức trong mạng VoIP Error: Reference source not found 3.4.2 Các kỹ thuật chấp nhận cho thoại trên IPError: Reference source not found 3.4.2.1 Nén tiêu đề mạnh (ROHC) . Error: Reference source not found 3.4.2.2 Hỗ trợ chất lượng dịch vụ điểm nối điểm . Error: Reference source not found 3.4.2.3 Cuộc gọi thoại liên tục Error: Reference source not found 3.4.2.4 Lập lịch nhạy cảm với trễ . Error: Reference source not found 3.4.3 Phát triển kiến trúc Error: Reference source not found 3.4.3.1 Kiến trúc chất lượng dịch vụ điểm tới điểm Error: Reference source not found 3.4.3.2 Kiến trúc phẳng GPRS . Error: Reference source not found 3.5 Tổng kết chương . Error: Reference source not found KẾT LUẬN Error: Reference source not found IV Tài liệu tham khảo………………………………………………………… . Error: Reference source not found V LỜI NÓI ĐẦU Thông tin di động số đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới với những ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong cuộc sống hàng ngày. Các kỹ thuật không ngừng được hoàn thiện đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng. Công nghệ điện thoại di động với các kỹ thuật lạc hậu có chất lượng kém dần bị đào thải và thay vào đó là các công nghệ di động tiên tiến hơn, có chất lượng cao và hỗ trợ tối đa các dịch vụ như Internet, truyền hình tương tác, thoại qua internet . Hệ thống viễn thông di động 3G là một bước đột phá của ngành di động bởi vì nó cung cấp băng thông lớn hơn cho người sử dụng và đi kèm với nó là các dịch vụ mới với nhiều thuận tiện hơn. Tuy nhiên cuộc sống số không ngừng phát triển từng ngày và mạng di động 3G sẽ dần chỉ là nền tảng để phát triển các thế hệ di động tiếp theo với nhiều ưu việt hơn. Trên nền tảng hệ thống viễn thông di động 3G các cải tiến kỹ thuật mới được đưa vào nhằm phát triển chất lượng dịch vụ. Năm 2001 các nhà mạng cũng như các nhà sản xuất thiết bị mạng viễn thông trên toàn thế giới đưa ra đặc tả kỹ thuật HSDPA, đến cuối năm 2006 các mạng và thiết bị hậu thuẫn DSDPA xuất hiện trên thực tế. Sau khi việc chuẩn hóa HSDPA đã diễn ra tốt đẹp, nhiều yêu cầu kỹ thuật cải tiến khác cũng đã được định ra cho hướng lên. Tập hợp các yêu cầu kỹ thuật cải tiến này được gọi là HSUPA .Kết hợp các đặc tả kỹ thuật HSDPA và HSUPA ta được HSPA. Đến năm 2008 thì tốc độ đỉnh đạt được của HSDPA là 14,4 Mbps, tốc độ đỉnh của HSUPA là 5,7 Mbps. Đến thời điểm này thì trên thế giới lại có nhiều nhà mạng đã đưa ra lộ trình phát trển các thế hệ di động tiếp theo mà cụ thể là lên 4G. Trên lộ trình phát triển này các kỹ thuật HSPA được phát triển nhằm nâng cao tốc độ và các tính năng mới, các giải pháp kỹ thuật được đưa ra được gọi là HSPA+. Công nghệ HSPA+ cũng là mắt xích cuối cùng trong lộ trình phát triển các công nghệ tiền 4G. VI Trên cơ sở tích luỹ kiến thức của những năm học tập chuyên ngành Điện tử - Viễn thông ở trường Đại học Vinh và sau thời gian thực tập tại quý cơ quan “ Viễn thông Nghệ An”. Với mong muốn tìm hiểu sâu hơn về các giải pháp kỹ thuật được ứng dụng trong các hệ thống di động ngày nay nên em chọn đề tài “Công nghệ HSPA+ và các cải tiến kỹ thuật từ 3G WCDMA đến HSPA+ ” làm đồ án tốt nghiệp của mình. Nội dung đồ án gồm có 3 chương : Chương 1: Tổng quan mạng 3G WCDMA. Chương này đề cập đến lộ trình phát triển của thông tin di động, bên cạnh đó là tổng quan về kiến trúc mạng 3G WCDMA cùng với các tiêu chuẩn xây dựng, các tham số kỹ thuật và các bước cải tiến trong mạng 3G WCDMA. Chương 2: Công nghệ HSPA. Chương này đề cập đến các đặc tả kỹ thuật HSDPA và HSUPA. Các hạng mục của chương nói về các kỹ thuật được áp dụng trong HSDPA cũng như HSUPA. Chương 3: Các cải tiến giới thiệu trong HSPA+. Chương này nói đến quá trình chuyển tiếp giữa công nghệ HSPA lên HSPA+ , những cải tiến quan trọng của HSPA+ so với HSPA và các giải pháp kỹ thuật chính trong HSPA+. Chương 3 chính là trọng tâm của đồ án, nó thể hiện đầy đủ những tính ưu việt của HSPA+ so với HSPA và cho thấy nó là mắt xích quan trọng quá trình chuyển tiếp lên các thế hệ di động tiền 4G. Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp này do trình độ năng lực bản thân còn hạn chế nên khó tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và sự góp ý của các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn. VII Để hoàn thành được đồ án này, trước tiên em xin gửi đến cô giáo ThS. Lê Thị Kiều Nga lời cảm ơn chân thành nhất về sự chỉ bảo, giúp đỡ tận tình của cô trong suốt thời gian qua. Em xin gửi đến quý thầy cô, gia đình và bạn bè lời cảm ơn chân thành nhất và biết ơn sâu sắc về sự giúp đỡ trong suốt thời gian em học tại trường. Nghệ An, ngày tháng 01 năm 2012 Sinh viên thực hiện Từ Quang Trung VIII TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đề tài em thực có tên là “Công nghệ HSPA+ và các cải tiến kỹ thuật từ 3G WCDMA đến HSPA+ ’’, đề tài đi sâu trình bày các giải pháp kỹ thuật của mạng 3G WCDMA, HSPA và đặc biệt là các kỹ thuật được giới thiệu trong HSPA+. Từ đó có thể nhận thấy các điểm ưu việt của HSPA+ so với HSPA và 3G WCDMA. Đề tài gồm có 3 chương đề cập đến các giải pháp kỹ thuật theo lịch trình phát triển thông tin di động do 3GPP đưa ra. TOPICS SUMMARY I made topics called“ HSPA+ technology and technical innovations 3G WCDMA to HSPA+“, topics in depth presentation of technical solutions of 3G WCDMA network, HSPA and especially the technical improvements introduced in the HSPA+. From that point could see the advantages of HSPA+ compared to HSPA and 3G WCDMA . Topics include the third chapter refers to the technical solution accrording to the development of mobile communication made by 3GPP. IX DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Lộ trình phát triển của thông tin di động 2 Hình 1.2 Kiến trúc tổng quát mạng 3G - WCDMA kết hợp CS và PS 7 Hình 2.1 Triển khai HSPA với song riêng (f2) hoặc chung với sóng mang WCDMA (f1)……………………………………………………………… 15 Hình 2.2 Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện (HSDPA) 15 Hình 2.3 Nguyên lý lập biểu tại nút B . 18 Hình 2.4 Nguyên lý xứ lý phát lại của Node B 21 Hình 2.5 HARQ kết hợp phần dư tăng sử dụng mã turbo . 23 Hình 2.6 Nguyên lý lập biểu HSUPA của Node B . 30 Hình 2.7 Chương trình khung lập biểu của HSUPA . 31 Hình 2.8 Các kênh cần thiết cho một UE có khả năng HSUPA . 33 Hình 2.9 Cấu trúc kênh tổng thể với HSDPA và HSUPA 33 Hình 2.10 Kiến trúc mạng được lập cấu hình E-DCH (và HS-DSCH) . 46 Hình 3.1 Tỷ lệ phần trăm 16 QAM sử dụng cho một cụm đô thị và ngoại thành 45 Hình 3.2 Điều chế 64 QAM cho các mạng có tải khác nhau 46 Hình 3.3 Những kiểu kết hợp anten truyền-nhận điển hình . 48 Hình 3.4 Cấu trúc truyền đường xuống MIMO cho HS-PDSCH . 50 Hình 3.5 Kiến trúc kênh F-DPCH . 53 Hình 3.6 Chuyển mạch kênh thoại trên HSPA 58 Hình 3.7 Cấu hình mạng VoIP 59 Hình 3.8 Cấu trúc của H.323 . 60 Hình 3.9 Các thành phần trong hệ thống SIP. . 63 Hình 3.10 Cấu trúc gói tin RTP …………………………………………… 64 Hình 3.11 So sánh khả năng VoIP về sự khác nhau lập lịch và nhận . 68 Hình 3.12 Kiến trúc QoS trong Rel.’7 71 Hình 3.13 Những thực thể chính sách chính trong Rel.’7 . 72 Hình 3.14 Hội nhập của QoS 3GPP với QoS IP . 73 Hình 3.15 Kiến trúc lõi GPRS với các giao diện chính 77 X