Công nghệ truy cập gói đường xuống tốc độ cao hsdpa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP GÓI ĐƯỜNG XUỐNG TỐC ĐỘ CAO HSDPA Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực : ThS Lê Thị Kiều Nga : Nguyễn Thị Hạnh VINH – 2011 LỜI NĨI ĐẦU Ngày thơng tin di động ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh với số thuê bao đạt đến 3.6 tỷ tính đến cuối năm 2008[1] Khởi nguồn từ dịch vụ thoại đắt tiền cho số người xe, đến với ứng dụng ngày rộng rãi thiết bị thông tin di động hệ ba, thông tin di động cung cấp nhiều hình loại dịch vụ đòi hỏi tốc độ số liệu cao cho người sử dụng kể chức camera, MP3 PDA Với dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao ngày trở nên phổ biến này, nhu cầu 3G phát triển lên 4G ngày trở nên cấp thiết ITU đưa đề án tiêu chuẩn hố hệ thống thơng tin di động hệ ba với tên gọi IMT-2000 để đạt mục tiêu sau đây:  Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo dịch vụ băng rộng truy nhập Internet nhanh ứng dụng đa phương tiện, yêu cầu ngày tăng dịch vụ  Linh hoạt để đảm bảo dịch vụ đánh số cá nhân toàn cầu điện thoại vệ tinh Các tính cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ hệ thống thơng tin di động  Tương thích với hệ thống thơng tin di động có để đảm bảo phát triển liên tục thông tin di động Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động hệ ba IMT-2000 đề xuất, hai hệ thống WCDMA UMTS cdma-2000 ITU chấp thuận đưa vào hoạt động Các hệ thống sử dụng công nghệ CDMA điều cho phép thực tiêu chuẩn toàn giới cho giao diện vô tuyến hệ thống thông tin động hệ ba Tiền thân 3G hệ thống điện thoại 2G, GSM, CDMA, PDC, PHS…GSM sau nâng cấp lên thành GPRS hay gọi hệ 2.5G GPRS hỗ trợ tốc độ 140.8 Kb/s thực tế 56 Kb/s E-GPRS hay EDGE bước tiến đáng kể từ GPRS với khả truyền liệu 180 Kb/s xếp vào hệ thống 2.75G 3G UMTS sử dụng hai kiểu RAN Kiểu thứ sử dụng công nghệ đa truy nhập WCDMA gọi UTRAN: mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS Kiểu thứ hai sử dụng công nghệ đa truy nhập TDMA gọi GERAN: mạng truy nhập vô tuyến dưa công nghệ EDGE GSM Năm 2006, mạng UMTS Nhật nâng cấp lên HSDPA - tính đề cập phiên Re’5 3GPP cho hệ thống truy nhập vô tuyến W-CDMA/UTRA-FDD xem công nghệ tiên tiến cho hệ thống thông tin di động 3.5G HSDPA bao gồm tập tính kết hợp chặt chẽ với cải thiện dung lượng mạng tăng tốc liệu đỉnh dung lượng gói đường xuống Những cải tiến mặt kỹ thuật cho phép nhà khai thác đưa nhiều dịch vụ tốc độ bit cao, cải thiện QoS dịch vụ có đạt chi phí thấp Khả hỗ trợ tốc độ liệu tính di động W - CDMA/HSDPA chưa có phiên trước 3GPP HSDPA mở rộng hệ thống 3G WCDMA UMTS cung cấp tốc độ lên đến 10 Mbps đường xuống HSDPA chuẩn tăng cường 3GPP-3G nhằm tăng dung lượng đường xuống cách thay điều chế QPSK 3G UMTS 16QAM HSDPA HSDPA hoạt động sở kết hợp ghép kênh theo thời gian (TDM) với ghép kênh theo mã sử dụng thích ứng đường truyền Nó đưa kênh điều khiển riêng để đảm bảo tốc độ truyền dẫn số liệu Các kỹ thuật tương tự áp dụng cho đường lên chuẩn HSUPA Hai công nghệ truy nhập HSDPA HSUPA gọi chung HSPA Để làm cho cơng nghệ 3GPP UTRA/UTRAN mang tính cạnh tranh (chủ yếu để cạnh tranh với công nghệ 3GPP2 WiMAX), 3GPP định phát triển E-UTRA E-UTRAN (E: Elvolved ký hiệu cho phát triển) gọi siêu 3G (Super-3G) hay LTE mà thực chất giai đoạn đầu 4G Công việc phát triển tiến hành 10 năm sau phát triển dài hạn (LTE) công nghệ truy nhập vô tuyến 3GPP Trong giai đoạn tốc độ số liệu đạt 30-100Mbps với băng thông 20MHz Tiếp sau LTE, IMT-Adv (IMT tiên tiến) phát triển, thời kỳ phát triển 4G với tốc độ từ 100 đến 1000 Mbps băng thông 100MHz Hiện Việt Nam băng tần I dành cho WCDMA chia bốn khe cấp phát cho bốn nhà khai thác: Viettel, VMS, GPC, EVN+HT Các nhà mạng khai thác 3G WCDMA UMTS từ năm 2009 có tính HSDPA Với sở trên, em ngiên cứu “Cơng nghệ truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA” với nội dung sau Nội dung đồ án bao gồm ba chương: Chương 1: Lộ trình phát triển lên HSPA xu hướng phát triển thông tin di động Chương giới thiệu lộ trình phát triển lên HSPA xu hướng phát triển hệ thống thông tin di động Đồng thời chương cịn đề cập rõ tính mạng 3G W-CDMA Chương 2: Nguyên lý truy nhập HSDPA Trình bày cách tổng quan HSPA, tiêu chuẩn hóa, giao thức, cấu trúc HSPA nguyên lý kỹ thuật HSDPA Trong chương nêu giải pháp dung lượng vô tuyến với HSDPA Chương 3: Tính ứng dụng HSDPA Chương cuối chủ yếu đề cập đến hiệu suất HSDPA tốc độ liệu HSDPA với nhũng tính ưu việt Bên cạnh dịch vụ ứng dụng công nghệ HSDPA thực tế nhà mạng Để hoàn thành tốt đồ án, trước hết, em xin chân thành cảm ơn ThS Lê Thị Kiều Nga, bảo tận tình Cơ giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy, Cô giáo Khoa Điện Tử Viễn Thông tạo điều kiện học tập nghiên cứu cho em suốt năm năm học vừa qua Xin cảm ơn người thân bạn học giúp đỡ, động viên chia sẻ lúc em khó khăn thời gian thực đồ án tốt nghiệp Trong trình làm đề tài, em cố gắng nhiều song thời gian hạn hẹp chịu nhiều yếu tố tác động nên đồ án tốt nghiệp khơng tránh khỏi sai sót Em mong nhận ý kiến đóng góp xây dựng Thầy, Cơ bạn để tiếp tục phát triển theo hướng nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn Vinh, tháng năm 2011 Sinh viên Nguyễn Thị Hạnh TÓM TẮT ĐỒ ÁN Sự bùng nổ nhu cầu thông tin di động năm gần thúc đẩy phát triển công nghệ giúp nâng cao dung lượng hệ thống Trong phải kể đến cơng nghệ HSDPA, MIMO-OFDM, an ten thông minh…Đồ án chủ yếu tập trung sâu vào nghiên cứu, tìm hiểu, phân tích cơng nghệ HSDPA - cơng nghệ truy nhập gói đường xuống tốc độ cao khía cạnh kỹ thuật sử dụng HSDPA ứng dụng HSDPA Đây kỹ thuật ứng dụng để nâng cao dung lượng chất lượng hệ thống thơng tin di động 3GPP chuẩn hóa Tốc độ liệu HSDPA đạt tới 42Mbps Re’9 Triển khai HSDPA đóng vai trị quan trọng q trình triển khai cơng nghệ 4G giới The booming demand for mobile communication in recent years has spurred the development of new technologies to enhance system capacity In including the HSDPA technology, MIMO-OFDM, smart antennas This thesis focuses going into research, learn, technology analysis and technology HSDPA downlink packet access speed High in the technical aspects used in applications on HSDPA and HSDPA This is a technique that is used to improve capacity and quality of mobile communication systems have been standardized 3GPP HSDPA data speeds can reach 42Mbps in Re'9 Deploying HSDPA plays an important role in the process of deploying 4G technologies in the world MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT ĐỒ ÁN MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU 11 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 12 Chương LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN HSPA VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA THÔNG TIN DI ĐỘNG 17 1.1 Tổng quan hệ thống thông tin di động 17 1.1.1 Hệ thống thông tin di động thứ 18 1.1.2 Hệ thống thông tin di động hệ 19 1.1.3 Hệ thống thông tin di động thứ 20 1.2 Tính cơng nghệ mạng 3G W-CDMA 22 1.2.1 Các tham số W-CDMA 23 1.2.2 Các chế độ truyền liệu kênh WCDMA 25 1.2.3 Các bước cải tiến công nghệ W-CDMA 28 Chương NGUYÊN LÝ TRUY NHẬP HSDPA 33 2.1 Tiêu chuẩn HSPA chiến lược triển khai 33 2.1.1 3GPP 35 2.1.2 Tiêu chuẩn hóa HSDPA 3GPP 35 2.2 Kiến trúc giao thức HSPA 36 2.2.1 Hệ thống quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến 36 2.2.2 Kiến trúc hoạt động mạng truy nhập vô tuyến HSDPA 38 2.3 Các kỹ thuật sử dụng HSDPA 41 2.3.1 Truyền dẫn kênh chia sẻ .43 2.3.2 Lập biểu phụ thuộc kênh 44 2.3.3 Điều khiển tốc độ điều chế bậc cao 47 2.3.4 Mã hóa điều chế thích nghi AMC 52 2.3.5 Yêu cầu lặp lại tự động hỗn hợp nhanh HARQ 56 2.3.6 HARQ với kết hợp mềm 59 2.3.7 Lập lịch nhanh hợp lý Node B 62 2.3.8 Khoảng thời gian truyền dẫn ngắn TTI .63 2.4 Chuyển giao HSDPA 63 2.4.1 Xác định ô tốt chuyển giao 64 2.4.2 Chuyển giao HS-DSCH ô (hay đoạn ô) RNC 64 2.4.3 Chuyển giao HS-DSCH hai ô (đoạn ô) thuộc hai RNC khác 65 2.4.4 Chuyển giao HS-DSCH sang ô có DCH 66 2.5 HSDPA MIMO 68 Chương TÍNH NĂNG ỨNG DỤNG TRÊN HSDPA 72 3.1 Tính bật HSDPA so với WCDMA 73 3.2 Hiệu suất 76 3.2.1 Nhân tố chủ yếu hiệu suất .76 3.2.2 Hiệu suất phổ 77 3.3 Tham số QoS 80 3.4 Gói liệu ứng dụng HSDPA 81 3.4.1 VoIP song công toàn phần HSDPA 81 3.4.2 Trình duyệt Web 85 3.4.3 Push Email 85 3.4.4 Trò chơi thời gian thực 86 3.4.5 Luồng TV di động 86 KẾT LUẬN 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 DANH SÁCH HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Lộ trình phát triển thơng tin di động 17 Hình 1.2 Lộ trình nghiên cứu phát triển 3GPP 18 Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc kênh WCDMA 26 Hình 1.4 Các chế độ truyền dẫn 27 Hình 2.1 Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) chung sóng mang với WCDMA (f1) 34 Hình 2.2 Kiến trúc quản lý tài nguyên vô tuyến Re’99 37 Hình 2.3 Kiến trúc HSDPA 39 Hình 2.4 Cơ cấu truyền dẫn HS-DSCH 44 Hình 2.5 Trạng thái kênh user lập biểu phụ thuộc kênh 45 Hình 2.6 Nguyên lý lập biểu HSDPA nút B 47 Hình 2.7 Sơ đồ mã hóa Turbo HSDPA 48 Hình 2.8 Sơ đồ chùm tín hiệu QPSK 16-QAM 49 Hình 2.9 Kiến trúc giao thức phẳng HSDPA cho người sử dụng 56 Hình 2.10 Quá trình truyền lại block liệu IR 58 Hình 2.11 HARQ HSDPA 60 Hình 2.12 HARQ kết hợp mềm phần dư tăng sử dụng mã hóa Turbo 61 Hình 2.13 Lập lịch nhanh hợp lý 63 Hình 2.14 Đo báo cáo (đoạn ơ) phục vụ HS-DSCH tốt 64 Hình 2.15 Chuyển giao HS-DSCH hai đoạn ô RNC 65 Hình 2.16 Chuyển giao HS-DSCH đoạn ô hai RNC khác 66 Hình 2.17 Chuyển giao HS-DSCH từ Node B có HS-DSCH sang Node B có DCH 67 Hình 2.18 Sơ đồ MIMO 2x2 70 Hình 3.1 Các tính HSDPA so sánh với W-CDMA 73 Hình 3.2 Các chức HSDPA HSUPA 75 Hình 3.3 Nhân tố hiệu suất HSDPA 78 Hình 3.4 VoIP với khả đa gọi 82 Hình 3.5 Truyền dẫn IP với VoIP 83 Hình 3.6 Sơ đồ kết nối web 85 10 xem phân tập lựa chọn đa người dùng với lợi ích thật to lớn việc cải thiện thông lượng tế bào Việc chuyển dịch chức lập lịch đến Node B thay đổi kiến trúc so sánh với phiên Re’99 W-CDMA [5] Chức HSDPA HSUPA so với W-CDMA cho hình 3.2[1]: Các chức HSDPA RNC *Quản lý di động tài nguyên vô tuyến HSDPA *Quản lý lưu lượng HSDPA Iub *Thể tích số liệu lớn *Nhớ đệm số liệu *Xử lý HARQ *Giải mã phản hồi *Điều khiển luồng *Lập biểu đường đường xuống *Điều chế 16QAM *Xử lý HARQ nhớ đệm bit mềm *Tạo tín hiệu phản hồi phát *Giải điều chế 16QAM Các chức HSUP *Quản lý lưu lượng tài nguyên vô tuyến HSUPA *Ấn định dung lượng HSUPA Iub *Sắp xếp thứ tự gói Node B UE *Xử lý HARQ nhớ giá trị mềm *Mã hóa phản hồi *Lập biểu đường lên phụ thuộc vào nhiễu/băng gốc/dung lượng Iub *Xử lý HARQ *Tạo thông tin phản hồi trạng thái đệm công suất phát *Truyền dẫn đa mã *Lập biểu đường lên Hình 3.2 Các chức HSDPA HSUPA[1] Do 3GPP đưa chuẩn tốc độ liệu bảng 3.1: 75 Bảng 3.1 Tốc độ liệu đỉnh HSDPA số trường hợp[2] Tốc độ Tốc độ Tốc độ liệu liệu liệu (1 mã ) (5 mã) (15 mã) QPSK, tỷ lệ mã hoá 1/2 120 kpbs 600 kbps 1.8 Mbps QPSK, tỷ lệ mã hoá 3/4 240 kpbs 1.2 Mbps 3.6 Mbps 16QAM, tỷ lệ mã hoá 1/2 360 kpbs 1.8 Mbps 5.3 Mbps QAM, tỷ lệ mã hoá 1/2 480 kpbs 2.4 Mbps 7.2 Mbps QPSK, tỷ lệ mã hoá 3/4 720 kpbs 3.6 Mbps 10.7 Mbps TFRC Từ bảng 3.1 ta hình dung kết nối khn dạng truyền tải kết nối tài nguyên (TFRC) tốc độ liệu đỉnh tương ứng 3.2 Hiệu suất 3.2.1 Nhân tố chủ yếu hiệu suất Mã HSDPA hoạt động tác động môi trường hiệu suất kênh thích ứng nhanh phương pháp điều chế, mã nguồn tín hiệu Hiệu suất HSDPA phụ thuộc vào nhân tố: - Điều kiện kênh: Thời gian phân tán, môi trường cell, vận tốc thiết bị tỷ lệ nhiễu cell với nhiễu cell khác (Ior/Ioc)[3] Với HSDPA khơng có chuyển giao so với DCH nên tỷ lệ Ior/Ioc giảm đáng kể Với Macrocell giá trị -5db đến 0db so với -2db đến 0db cho DCH - Hiệu suất thiết bị đầu cuối: Hiệu suất dị tín hiệu (độ nhạy khả giảm nhiễu) khả truy nhập bao gồm tốc độ liệu đỉnh đa mã truy nhập 76 - Hệ thống quản lý nguồn tài nguyên: Năng lượng mã hóa nguồn truyền tới kênh đảm bảo tỷ số SIR mức phù hợp với ứng dụng.[3] Ngoài ra, vài điều kiện liên quan đến hiệu suất HSDPA: - Thuật toán mạng: Thuật tốn hiệu HSDPA gói MAC-hs, kênh HS-DCH… - Chất lượng dịch vụ truyền dẫn (QoS): Chất lượng phù hợp với tiêu chuẩn công nghệ.[2] 3.2.2 Hiệu suất phổ Đối với W-CDMA hiệu suất phổ hiệu suất mã đóng vai trị quan trọng việc đưa chuẩn đánh giá giới hạn hoạt động mã giới hạn lượng hệ thống HSDPA cung cấp thêm số cải tiến quan trọng Re’99 cho DCH DSCH: - Hiệu suất phổ cải thiện giảm tỷ số SIR HARQ nhanh HARQ nhanh kết hợp chế gói truyền lại đa khơng bị lãng phí đường truyền Với tham số SIR, SF mức cho phép, HSDPA cho tốc độ liệu cao, nâng cao độ sử dụng kênh hiệu suất phổ - Hiệu suất mã hóa đạt được thể số bit sử dụng nhiều symbol Hiệu suất mã phụ thuộc phương pháp điều chế.[3] Để đánh giá hiệu suất HSDPA thông qua xác định vùng phủ sóng kênh HS-DSCH với tham số SIRN cho Anten đơncủa máy thu Rake: SIRN  SF16 PHS DSCH (1   ).Pown  Pother  Pnoise [2] (3.1) Trong đó: SF HS-DSCH 16 P HS DSCH lượng nhận HS-DSCH tất mã HSDPSCH 77 P own lượng nhiễu nhận cell thể Ior p other lượng nhiễu nhận từ cell khác thể Ioc P noise lượng nhiễu Hình 3.3 cho ta thấy hiệu suất HS-DSCH SIRN Non HS-DSCH Pown PHSDPA HS-DSCH Pown Node B#1  u iễ c Nh l cel Pother = Hệ số trực giao  Node B#2 Pnoise= Nhiễu nhiệt nhận UE kết nối tới node B#1 Hình 3.3 Nhân tố hiệu suất HSDPA[2] Trong vài trường hợp, tỷ lệ băng thông cell cell khác mức độ nhiễu người dùng xác định: Po wn [2] Po th er  Pn o ise G  (3.2) Thiết bị RU10_v1.0: Với tính điều khiển truy nhập cho phép công suất liệu đường xuống: Khi RL thiết lập (RRC kết nối) cân thiết lập với công suất ban đầu: Ptx _ ini  Eb  R    E  Ptx, CPICH    Ptx_total W  c I0  N0 78 Trong đó: Eb/No ( Eb / NoRM  Eb / NoCell ) Ec/Io tỷ số 1chip kênh hoa tiêu CPICH đo UE W tốc độ chip, R tốc độ bit, Ptx  toatl đo trạm gốc (tham chiếu qua RNC) P tx _ CPICH công suất kênh CPICH xác định P txCPICH khởi đầu  hệ số trực giao (khoảng [0…1], mặc định 0.01- 0.5) Ví dụ: Tốc độ dịch vụ 64Kbps yêu cầu đường DL Eb/No: 4.5dB tương đương 2.82 linear PtxCPICH: 30dB = 1W linear  =0.5, Ptx-total = 37dB (5.011W linear) Đo Ec/Io UE -10dB = 0.1 linear Do đó: Power  82 * 64000 bps 3840000 chip / s *( * 1W  * , 011 W )  352 mW Hiệu suất phổ: Hiệu suất phổ thích ứng đường truyền xác định dựa vào thông số CQI COMPENSATED , node B xác định CQI NEED cho dịch vụ Khi node xác định hiệu suất suy giảm đường truyền HSDPA hiệu suất phổ p ownreduction =CQI COMPENSATED -CQI NEED Ví dụ: CQI COMPENSATED = 10 Dịch vụ thực tế 384K Yêu cầu 768bits/TB CQI NEED = 79 Hiệu suất giảm = (10 – 8)dB = 2dB 3.3 Tham số QoS QoS DCH Re’99 tạo chức lớp lưu lượng người sử dụng, quyền ưu tiên thực lưu lượng, quyền ưu tiên trì phân phối điện áp hệ thống truyền thông di động tồn cầu UMTS truyền tải đặc tính Tham số QoS từ giao diện Iu Node B xếp gói MAC-hs Tham số QoS xác định giao diện Iub RNC Node B Tham số QoS HSDPA Iub là: - Tốc độ bit đảm bảo (GBR); - Báo hiệu ưu tiên xếp (SPI) - Loại bỏ định thời (DT) DT đặc trưng cho thời gian tối đa mà gói làm vật đệm MAChs Node B trước bị loại bỏ Đối với lưu lượng dòng thoại, tham số GBR HSDPA điều chỉnh theo đặc tính yêu cầu tốc độ bit thuộc tính truyền tải UMTS lớp lưu lượng này[3] Một SPI cao phân phối tới dịng vơ tuyến dịch vụ thời gian thực khác, đầu vào internet chung gán giá trị SPI thấp Kỹ thuật 3GPP cho phép thực lựa chọn cao mà SPI điều chỉnh động công suất gọi gói Đối với thiết bị RU10_v1.0: Đưa ý tưởng cho sơ đồ QoS đảm bảo: - Cho phép quản lý tài nguyên HSDPA hoạt động - Luồng dịch vụ tương tác dịch vụ , đăm bảo tốc độ bit xác định RNC QoS HSDPA hoạt động xác lập: = Disables = Enables 80 = Luồng dịch vụ 3.4 Gói liệu ứng dụng HSDPA WCDMA Re’99 HSDPA Re’5 sử dụng mạng thương mại để cung cấp nội dung đa phương tiện MobileTV luồng liệu video Dịch vụ điểm – điểm cung cấp liệu tới đa người dùng thời gian với vùng phổ chiếm không lớn Khi số lượng người dùng tăng lên nhận nột dung thời điểm, dịch vụ hiệu với truyền liệu điểm – đa điểm 3GPP Re’6 với MBMS đưa ứng dụng điểm - đa điểm Mạng tế bào với dịch vuh MBMS cung cấp nội dng vùng rộng với nhiều thuê bao thời gian Trong kiến trúc 3GPP với nhân tố ban đầu, khả truy nhập MBMS cần thêm vào vài tính phần mềm phần cứng Chức MBMS UMTS có khả mở rộng, tồn kênh truyền dẫn lớp kênh vật lý dùng lại Tốc độ liệu MBMS tương ứng với hệ thống có tốc độ liệu đỉnh thấp so với HSDPA[3] 3.4.1 VoIP song cơng tồn phần HSDPA Động lực phát triển VoIP Chuyển mạch âm nguồn chuyển mạch cho hoạt động mạng tế bào khoảng >70% tổng số Ở mức độ đó, mạng tế bào cung cấp chất lượng âm tốt kênh chuyển mạch, với hiệu suất vơ tuyến WCDMA/HSDPA cho đầy đủ tính tốt với VoIP VoIP bổ sung dịch vụ gọi tốt dịch vụ âm tốt mà giá thành rẻ kênh chuyển mạch âm truyền thống[2] VoIP với dịch vụ gọi tốt minh họa hình 3.4: 81 Khả VoIP điện thoại BTS RNC SGSN/GGSN IMS BTS RNC SGSN/GGSN Khả VoIP PC WLAN Hình 3.4 VoIP với khả đa gọi[2] Ưu điểm nhược điểm VoIP - Ưu điểm: + Giảm cước phí dịch vụ đường dài: chi phí gọi đường dài sử dụng VoIP 30% chi phí gọi qua mạng điện thoại chuyển mạch công cộng + Hỗ trợ nhiều gọi với băng tần nhỏ hơn: kênh thoại truyền thống yêu cầu tốc độ 64 Kb/s Với công nghệ nay, tín hiệu thoại chất lượng tốt có tốc độ nhỏ nhiều lần so với 64 Kb/s phương thức mã hóa đại Chất lượng thoại chấp nhận đạt tốc độ 2kb/s, nhiên thường sử dụng tốc độ Kb/s Như so với kênh thoại truyền thống khả kết nối tăng lên lần + Hỗ trợ nhiều dịch vụ chất lượng tốt hơn: Nói chuyện điện thoại dịch vụ bản, PSTN VoIP hỗ trợ nhiều dịch vụ cộng thêm chuyển hướng gọi, chờ gọi, gọi hội nghị, nhận dạng thuê bao chủ gọi… - Nhược điểm: 82 + Nhược điểm chất lượng dịch vụ Do liệu truyền mạng khả gói hồn tồn xảy ra, chất lượng gọi thấp không lường trước + Một nhược điểm khác vấn đề tiếng vọng Trong mạng IP độ trễ lớn nên tiếng vọng ảnh hưởng nhiều đến chất lượng thoại Vì tiếng vọng vấn đề cần giải + Bên cạnh vấn đề bảo mật nhược điểm thoại IP[2] Phương thức hoạt động VoIP chuyển đổi tín hiệu giọng nói thơng qua môi trường mạng (IP based network) Do vậy, trước hết giọng nói (voice) chuyển đổi thành dãy bit kĩ thuật số (digital bits) đóng gói thành packet để sau truyền tải qua mạng IP Cuối chuyển lại thành tín hiệu âm đến người nghe Chèn mào đầu IP BTS Gói truyền dẫn IP RNC SGSN/GGSN Iub Chèn mào đầu lớp PDCP Hình 3.5 Truyền dẫn IP với VoIP[2] Tiến trình hoạt động VoIP thơng qua hai bước: - Call Setup: Trong trình này, người gọi phải xác định vị trí (thơng qua địa người nhận) yêu cầu kết nối để liên lạc với người nhận Khi địa người nhận xác định tồn proxy server 83 hai người thiết lập kết nối cho trình trao đổi liệu voice; - Voice data processing: Tín hiệu giọng nói (analog) chuyển đổi sang tín hiệu số (digital) nén lại nhằm tiết kiệm đường truyền (bandwidth) sau mã hóa Các voice sample sau chèn vào gói liệu để vận chuyển mạng Giao thức dùng cho gói voice RTP Một gói tin RTP có filed đầu chứa liệu cần thiết cho việc biên dịch lại gói tin sang tín hiệu voice thiết bị người nghe Các gói tin voice truyền giao thức UDP Ở thiết bị đầu cuối, tiến trình thực ngược lại[2] Với ứng dụng thúc đẩy trị chuyện độ trễ u cầu từ miệng tới tai địi hỏi cao so với VoIP song cơng tồn phần Mặt khác, ứng dụng đặt yêu cầu chặt chẽ việc thiết lập thời gian cho kết nối vô tuyến Điều thời gian người sử dụng yêu cầu trò chuyện, hệ thống phải thiết đặt kết nối tới trò chuyện[2] So với nhiều ứng dụng chạy giao thức IP, VoIP yêu cầu độ trễ mức giới hạn, RTT nhân tố giới hạn hiệu suất dịch vụ người dùng khả mạng Với dịch vụ VoIP over HSDPA VoIP data truyền tới RLC từ mã đặn 20 ms VoIP packet có cần truyền hay không tùy vào QoS yêu cầu Trên thực tế, thời gian trễ tín hiệu từ miệng nói tới tai nghe khoảng 200 ms - 250 ms tiếp nhận giọng nói chất lượng tốt (GSM ~ 250 ms) Trên thực tế yêu cầu 280 ms.Với độ trễ lớn 280 ms tương tác kết nối tiếng nói giảm nhanh chóng Và độ trễ đạt đến 400ms tiếng nói không thỏa mãn với tương tác kết nối Chú ý độ trễ nói đến độ trễ từ miệng đến tai, khơng bao gồm độ trễ đường truyền mà độ trễ xử lý (mã hóa/giải mã) phát nhận Với đa số lấy mẫu dùng cho di động yêu cầu độ trễ từ 50 ms đến 100 ms Bỏ qua độ trễ xử lý độ trễ từ lúc truyền tin kết thúc nhỏ 200 ms Khi so sánh yêu 84 cầu độ trễ với RTT thấp 200ms W-CDMA thấp 100ms HSDPA Rõ ràng VoIP làm việc tốt hai cơng nghệ 3.4.2 Trình duyệt Web Người sử dụng ứng dụng cập nhập thơng tin sống, thơng tin giải trí: Thời tiết, thể thao, du lịch… Dịch vụ tương thích với ứng dụng di động với WAP ( Wireless Application Protocol) mà khả truy cập nhanh mạng Internet tuyến cáp thông qua điện thoại di động hay laptops Dịch vụ có tính tương tác với người dùng hiệu Với điện thoại di động, hỗ trợ tải nhạc, trị chơi…nhiều tiện ích khác Tốc độ tải liệu phút với luồng liệu tốc độ chuẩn tương thích với thiết bị.[2] Laptop with browser Network emulator (bit rate limited and delay generator) Public Internet Public Server Hình 3.6 Sơ đồ kết nối web[2] Hiện nay, Viettel đưa nhiều Modem USB 3G HSPA, ví dụ Modem Viettel E171Eu-1 HSPA modem USB 3G đa chế độ, hoạt động mạng HSDPA/HSUPA/UMTS/EDGE/GPRS/GSM Với giao diện USB kết nối với máy tính, thiết bị tích hợp tính modem máy điện thoại di động (nhắn tin SMS, thoại, internet tốc độ cao) 3.4.3 Push Email Các giá trị trễ mạng HSDPA thường đủ thấp cho ứng dụng thư điện tử Thậm chí người sử dụng khơng tải file đính kèm gửi thư điện tử, ứng dụng thư điện tử dùng gửi tin nhắn tới điện thoại 85 - Tiêu đề thư vài KB email nhận được đẩy tới thiết bị đầu cuối; - Giữa tin nhắn hoạt động trao đổi máy chủ thiết bị đầu cuối Kích thước tin nhắn giữ nhỏ 3.4.4 Trò chơi thời gian thực Trò chơi di động phổ biến nhiều năm Và trò chơi trực tuyến ngày nâng cao với dịch vụ thời gian thực tương tác người dùng mạng trực tuyến Trình độ game thủ nâng lên đồng thời với tính âm Push – to – talk[2] 3.4.5 Luồng TV di động Luồng TV di động bao gồm chương trình TV mới, phim truyện tiếng, video ca nhạc…Việc cung cấp luồng video có chất lượng tốt ảnh di động sử dụng lấy mẫu video gần yêu cầu tốc độ 32 đến 128 Kb/s phụ thuộc vào nội dung Đa số kiểu nội dung mang dung lượng 64 kb/s chất lượng đủ tốt Các mạng W-CDMA cung cấp 64-128 Kb/s với chất lượng tốt Tuy nhiên, mà HSDPA mang lại nhiều khả hơn, mà cho phép thị trường tốc độ truyền theo bit cao tới người dùng cuối Ngày nay, mạng di động luồng TV di động phân phối thông qua kết nối điểm – điểm, ứng dụng cung cấp qua dịch vụ quảng bá (MBMS) 3GPP đưa tai Re’6 Những mạng vô tuyến trước hệ 3G đạt tốc độ liệu 50-200 Kb/s, mạng 3G với khả cung cấp tốc độ liệu lên tới Mb/s Do đó, ứng dụng luồng phải làm thích nghi tốc độ phương tiện truyền thơng Sự thích nghi tốc độ phương tiện truyền thơng luồng hỗ trợ số thiết bị đầu cuối, hỗ trợ đầy đủ 3GPP tiêu chuẩn hóa sơ đồ thích nghi tốc độ phương tiện truyền thông 86 bao gồm vào 3GPP lên thành phiên Re’6 Để lựa chọn tốc độ phương tiện truyền thơng thích hợp người phục vụ luồng cần biết: - Loại trạm di động hướng tới Trong trường hợp thiết bị đầu cuối với khả tốc độ truyền theo bit hạn chế, tốc độ phương tiện truyền thơng cần phải tính đến hạn chế đó; - Tốc độ phương tiện truyền thơng ban đầu cần phải sử dụng mạng 2G, đơi mạng 3G - Khi để tăng hay giảm bớt tốc độ phương tiện truyền thông[2] Trong thực tế, trạm di động thông tin trao đổi người phục vụ khả họ trước luồng bắt đầu Điều bước giải Sự chọn lọc nhịp độ phương tiện truyền thơng ban đầu khó khăn Trong mạng ngày dựa vào mơ hình mạng điện thoại Khi tốc độ truyền theo bit giải pháp dịch vụ đặt thiết bị đầu cuối mạng W-CDMA HSDPA tốc độ truyền theo bit sử dụng để hướng dẫn chọn lọc nhịp độ phương tiện truyền thông ban đầu[2] Gói liệu ứng dụng MBMS cung cấp tốc độ liệu lớn 256kbps kênh truyền nhân tố giới hạn khả phục vụ giới hạn cell Trên băng tần 5Mhz sóng mang MBMS mang đến tốc độ chuẩn cell 1Mbps mà cân cho kênh với độ 128kbps cung cấp luồng dịch vụ với chất lượng tốt Điển hình dịch vụ VoIP phát triển mạng tế bào với truyền dẫn IP – phương thức truyền dẫn tối ưu nay.[2] 87 KẾT LUẬN HSPA cơng nghệ tăng cường cho 3G WCDMA cịn gọi 3G+ HSPA công nghệ truyền dẫn gói phù hợp cho truyền thơng đa phương tiện IP băng rộng Với cải tiến mang tính đột phá, HSDPA công nghệ trọng phát triển Trên thực tế, thị trường HSDPA phát triển mạnh mẽ nhất, đặc biệt giai đoạn khởi đầu, nước phát triển, nơi có lượng khách hàng khổng lồ sử dụng điện thoại di động chất lượng cao Lý điện thoại HSDPA có giá thành cao hẳn điện thoại thông thường-được nhắm vào thị trường nước phát triển thấp Các công nghệ 3G-WCDMA UMTS kết hợp với 3G sở HSPA triển khai nhiều nước giới đặc biệt Châu Úc Châu ÂU Tuy nhiên nhiều thời gian để HSDPA thực trở nên phổ biến Do phiên nâng cấp W-CDMA, HSDPA khơng có nhiều khả thành cơng nơi mà W-CDMA phát triển Do đó, thành công cuối HSDPA sản phẩm công nghệ 3.5G phụ thuộc nhiều vào thành công W-CDMA với tư cách sản phẩm công nghệ 3G Cuối em xin chân thành cảm ơn quan tâm giúp đỡ thầy cô giáo khoa, tạo điều kiện tốt để em hồn thành đồ án Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô giáo hướng dẫn ThS Lê Thị Kiều Nga giúp đỡ em suốt thời gian làm đồ án Một lần em xin chân thành cảm ơn! Vinh, tháng năm 2011 Sinh viên Nguyễn Thị Hạnh 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Phạm Anh Dũng, Công nghệ 3G WCDMA UMTS-Thông tin di động 3G lên 4G, Học Viện Bưu Chính Viễn Thơng, 12/2008 [2] Harri Holma and Antti Toskala, HSDPA/HSUPA for UMTS-High Speed Radio Access for Mobilecommunication, 2006 [3] Harri Holma and Antti Toskala, WCDMA FOR UMTS – HSPA EVOLUTION AND LTE [4] http://vntelecom.org/diendan/showthread.php?t=803, truy nhập ngày cuối 15/03/2010 [5] Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động hệ thứ ba, Nhà xuất Bưu Điện, 2001 [6] Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động cho đào tạo từ xa, Học Viện Bưu Chính Viễn Thơng, 2007 89 ... cơng nghệ HSDPA - cơng nghệ truy nhập gói đường xuống tốc độ cao khía cạnh kỹ thuật sử dụng HSDPA ứng dụng HSDPA Đây kỹ thuật ứng dụng để nâng cao dung lượng chất lượng hệ thống thơng tin di động... Channel tốc độ cao 14 HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao HS-SCCH High Speed Share Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ Control Channel cao High Speed Uplink Packet Truy nhập gói đường. .. gọi ? ?HSDPA - Kênh truy nhập gói đường xuống tốc độ cao? ?? Sự đời HSDPA nhằm hỗ trợ mạnh mẽ dịch vụ số liệu yêu cầu tốc độ truy? ??n dẫn lớn dịch vụ tương tác, dịch vụ nền, dịch vụ streaming Truy cập