Công nghệ hsdpa trong 3g

Lời nói 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[6] 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 thứ ba, cung cấp nhiều loại hình dịch vụ địi hỏi tốc độ số liệu truyền dẫn cao cho người sử dụng kể chức camera, MP3 PDA Các mạng 3G triển khai nhiều nước giới, nhiên chí trước chúng triển khai, hoạt động nâng cấp chúng tiến hành 3GPP (the Third Generation Partnership Project: đề án cộng tác hệ ba) HSDPA (High Speech Downlink Packet Access: truy nhập gói đường xuống tốc độ cao) mở rộng hệ thống 3G 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 Ngoài nhiều hội thảo bàn luận 4G cho năm thập niên 2010 tích cực tiến hành tổ chức quốc tế diễn đàn như: ITU WWRF (Wireless World Research Forum) Các trường đại học, viện nghiên cứu phịng thí nghiệm giới tích cực tiến hành hoạt động nghiên cứu lĩnh vực Các hoạt động nghiên cứu sơi động hồn toàn phù hợp với phát triển mạnh mẽ thơng tin di động Nếu ta nhìn lại thời điểm bắt đầu nghiên cứu 3G mười năm trước đây, số thuê bao di động toàn giới 300 triệu đến 2007 số 3,1 tỷ đến cuối năm 2008 số lên đến 3,6 tỷ ½ số dân thê giới Dự báo đến 2012 số lên đến 4,5 tỷ có 1,638 tỷ 3G với 1,2 tỷ WCDMA/HSPA 438 triệu CDMA 2000 (chiếm gần 35% tổng số thuê bao) Việt Nam nằm xu trình [6] Xuất phát từ thực tế em chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp “Công nghệ HSDPA 3G” Tìm hiểu đề tài em 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 cấu trúc kênh, khía cạnh kỹ thuật sử dụng HSDPA ứng dụng HSDPA Trước hết, em xin chân thành cảm ơn ThS Đặng Thái Sơn trực tiếp hướng dẫn, bảo tận tình giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy, Cô giáo Khoa gia đình bạn bè tạo điều kiện học tập nghiên cứu cho em suốt năm năm học vừa qua Do thời gian trình độ có hạn, nên chắn vấn đề đề cập đồ án không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận lượng thứ ý kiến đóng góp thầy, cô quan tâm Nghệ An, ngày 15/05/2011 Sinh viên Trịnh Thị Thùy Linh Tóm tắt đồ án 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 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 Trong khuôn khổ đồ án này, em chủ yếu vào nghiên cứu cấu trúc HSDPA ứng dụng vào mạng di động hệ thứ 3G Nội dung đồ án bao gồm ba chương Chương Giới thiệu lịch sử phát triển đặc trưng thông tin di động qua thời kỳ Các tham số W-CDMA bước cải tiến công nghệ W-CDMA Chương Chủ yếu đề cập nguyên lý hoạt động, mơ hình giao thức, cấu trúc kênh HSDPA Chương Tập trung vào kỹ thuật sử dụng HSDPA Và ứng dụng HSDPA Mục lục Lời nói đầu Tóm tắt đồ án Các hình vẽ sử dụng đồ án Các bảng sử dụng đồ án Các thuật ngữ viết tắt Chương Hệ thống thông tin di động hệ thứ ba 13 1.1 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động 13 1.1.1 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (1G) 13 1.1.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ hai (2G) 15 1.1.3 Hệ thống thông tin di động hệ hai rưỡi (2.5G) 16 1.1.4 Hệ thống thông tin di động hệ thứ ba (3G) 17 1.2 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA 19 1.3 Các tham số W-CDMA 20 1.4 Kiến trúc hệ thống 3G - UMTS 21 1.5 Kiến trúc ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến WCDMA/FDD 27 1.6 Các bước cải tiến công nghệ W-CDMA 32 Chương Công nghệ HSDPA 36 2.1 Tổng quan HSDPA 37 2.2 Kiến trúc mạng UMTS với HSDPA 38 2.3 Những cải tiến quan trọng HSDPA so với W-CDMA 39 2.4 Nguyên lý hoạt động HSDPA 41 2.5 Mơ hình giao thức HSDPA 44 2.6 Cấu trúc kênh HSDPA 46 2.7 Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-DSCH 51 2.7.1 Điều chế kênh HS-DSCH 55 2.7.2 Mã hóa kênh HS-DSCH 56 2.8 Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao HS-SCCH 57 2.9 Kênh điều khiển vật lý tốc độ cao HS-DPCCH 61 2.10 Thủ tục lớp vật lí HSDPA 65 Chương Kĩ thuật sử dụng HSDPAvà ứng dụng HSDPA 67 3.1 Các kỹ thuật sử dụng HSDPA 67 3.1.1 Truyền dẫn kênh chia sẻ 67 3.1.2 Mã hóa điều chế thích nghi AMC Kỹ thuật truyền dẫn đa mã 68 3.1.3 Yêu cầu lặp lại tự động hỗn hợp nhanh HARQ 72 3.1.4 Lập biểu thích ứng đường truyền 75 3.1.5 Lựa chọn vị trí tế bào nhanh FCSS 80 3.1.6 Khoảng thời gian truyền dẫn ngắn TTI 80 3.2 Các ứng dụng HSDPA 81 3.2.1 VoIP song cơng tồn phần 81 3.2.2 Trò chơi với thời gian thực 83 3.2.3 Luồng TV - di động 84 3.2.4 Email 86 Kết luận 88 Tài liệu tham khảo 89 Các hình vẽ sử dụng đồ án Hình 1.1 Lộ trình phát triển thơng tin di động 18 Hình 1.2 Quá trình phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA 20 Hình 1.3 Kiến trúc hệ thống UMTS mức cao 22 Hình 1.4 Kiến trúc UTRAN 23 Hình 1.5 Kiến trúc giao thức vơ tuyến cho UTRA FDD 27 Hình 2.1 Triển khai HSDPA với sóng mang riêng (f2)hoặc chung sóng mang với WCDMA (f1) 37 Hình 2.2 Kiến trúc mạng UMTS với HSDPA 38 Hình 2.3 Các tính HSDPA so sánh với W-CDMA 39 Hình 2.4 Nguyên lí hoạt động HSDPA 43 Hình 2.5 Kiến trúc giao diện vơ tuyến kênh truyền tải HS-DSCH 44 Hình 2.6 Kiến trúc giao diện vô tuyến kênh truyền tải HS-DSCH…… 46 Hình 2.7 Các kênh cần cho hoạt động HSDPA R5 46 Hình 2.8 Sử dụng cơng suất động với HS-DSCH 49 Hình 2.9 Cấu trúc kênh HSDPA kết hợp với W-CDMA 50 Hình 2.10 Cấu trúc lớp vật lý đường xuống đường lên HSDPA 51 Hình 2.11 Thời gian mã chia sẻ HS-DSCH 52 Hình 2.12 Trạng thái kênh thuê bao 54 Hình 2.13 Thời gian mã chia sẻ HS-DSCH cho người sử dụng 55 Hình 2.14 Sơ đồ chùm tín hiệu QPSK 16-QAM 56 Hình 2.15 Sơ đồ mã hóa Turbo HSDPA 57 Hình 2.16 Cấu trúc hai phần kênh HS-SCCH 59 Hình 2.17 Hệ thống trường hợp nhiều kênh HS-SCCHvà phân chia đa thời gian 60 Hình 2.18 Cấu trúc kênh HS-DPCCH 61 Hình 2.19 Cấu trúc báo hiệu sở đường lên sử dụng HS-DPCCH ghép mã I/Q……………………………………………………………………………62 Hình 2.20 Định thời đầu cuối liên quan đến xử lý HARQ…………… 66 Hình 3.1 Cơ cấu truyền dẫn HS-DSCH 68 Hình 3.2 Biểu diễn mã hóa điều chế HSDPA tốc độ bit đa khả dụng với mã theo dB 71 Hình 3.3 Ngun lí tổng qt HARQ Node B………………………… 72 Hình 3.4 Hoạt động giao thức SAW kênh (định thời không mô tả) Error! Bookmark not defined Hình 3.5 Quá trình truyền lại khối block liệu IR 74 Hình 3.6 Nguyên lý lập biểu nút B HSDPA 76 Hình 3.7 Thích ứng đường truyền………………………………………… 77 Hình 3.8 Kích thước khối truyền tải phụ thuộc vào số mã định kênh cho QPSK 16QAM.( Các kích thước khối truyền tải sử dụng cho báo cáo CQI minh họa hình vẽ) 78 Hình 3.9 Lập lịch nhanh hợp lý Error! Bookmark not defined Hình 3.10 Ước lượng tiêu thụ cơng suất điện thoại di động 86 Hình 3.11 Truy cập email từ điện thoại di động sử dụng pin 1000mA 87 Các bảng sử dụng đồ án Bảng 1.2 Các thơng số WCDMA Error! Bookmark not defined Bảng 2.1 Tốc độ liệu đỉnh HSDPA số trường hợp…… 43 Bảng 2.2 So sánh tính kênh DCH HS-DSCH…………………… 53 Bảng 3.1 Ví dụ MSC HSDPA tốc độ bit tối đa khả dụng với mã ………………………………………………………………………… 70 Bảng 3.2 Lược đồ mã hóa điều chế HSDPA tốc độ bit tối đa khả dụng với mã 71 Các thuật ngữ viết tắt Thuật ngữ Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt 1G First Genaration Thế hệ thứ 2G Second Genaration Thế hệ thứ hai 3G Third Genaration Thế hệ thứ ba 3GPP Third Genaration Đề án cộng tác tác hệ Partnership Project thứ Acknowledgement Xác nhận Adaptive Modulation and Mã hóa điều chế thích Coding ứng ARQ Automatic Repeat reQuest Yêu cầu lặp lại tự động BLER BLock Error Rate Tỷ số lỗi khối BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc CC Chase Combining Kết hợp khuôn Code Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo Access mã ACK AMC CDMA C/I Carrier-to-Interference ratio Tỷ lệ sóng mang nhiễu CQI Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lượng kênh CRC Cyclic Redundancy Kiểm tra vòng dư CS Circuit Switched Chuyển mạch DTX EDGE Discontinuous Transmission Truyền không liên tục Enhanced Data rate for Tốc độ số liệu tăng cường GPRS Evolution để phát triển GPRS E-DPCCH GPRS GSM HARQ HSDPA E-DCH Dedicated Kênh điều khiển vật lý dành Physical Control CHannel riêng E-DCH General Packet Radio Dịch vụ vơ tuyến gói chung Service Global System for Hệ thống thơng tin di động MobileCommunications tồn cầu Hybrid Automatic Repeat Yêu cầu tự động phát lại reQuest linh động High Speed Dowlink Truy nhập gói đường xuống Packet Access tốc độ cao Uplink High Speed HS-DPCCH Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý dành riêng tốc độ cao High Speed Dedicated Kênh chia sẻ dành riêng tốc Share CHannel độ cao High Speed Share Control Kênh điều khiển chia sẻ tốc CHannel độ cao Interface Mặt nạ Institute of Electrical and Viện kỹ sư điện điện Electronic Engineers tử International Mobile Hội thông tin di động quốc Telecommunication tế IP Internet Protocol Giao thức Internet ITU International Telegraphic Liên minh viễn thông HS-DSCH HS-SCCH ID IEEE IMT giới IR MAC Incremental Redundancy Tăng độ dư Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường 10 thông tin dư thêm vào gửi ngày tăng lên trình phát lại lặp lặp lại mà bên thu nhận bị lỗi - Ưu điểm: Giảm bớt băng thông/lưu lượng hữu dụng người sử dụng dùng cho người khác - Nhược điểm: Các bit hệ thống gửi truyền lần đầu truyền lại, điều làm cho q trình truyền lại khơng thể tự giải mã Vì thế, trình truyền lần đầu bị fading lớn tác động khơng có hội khơi phục lại liệu hoàn cảnh + Tăng độ dư phần: Tăng độ dư phần kết hợp CC IR bị loại bỏ cách thêm vào bit hệ thống với bit dư gia tăng q trình truyền lại Điều làm cho tín hiệu ban đầu tín hiệu phát lại tự giải mã 3.1.4 Lập biểu thích ứng đường truyền a Lập biểu Trong mạng W-CDMA tiêu chuẩn trình tự gói thực kết nối mạng vơ tuyến RNC, HSDPA trình tự gói (medium access layer-hs) di chuyển đến Node B Điều làm cho định trình tự gói xảy Vì độ dài TTI ngắn ms, trình tự thực nhanh với TTI Một số nguyên lý sở HSDPA lập biểu phụ thuộc kênh Bộ lập biểu MAC-hs điều khiển việc sử dụng phần mã chia sẻ tài nguyên công suất cho người sử dụng TTI cho trước Đây phần tử quan trọng phần tử định mức độ lớn tổng hiệu cuả hệ thống HSDPA, đặc biệt mạng có tải lớn Khi tải thấp, có một người sử dụng lập biểu sử khác biệt chiến lược lập biểu khác không rõ ràng Nguyên lý lập biểu mơ tả hình 3.6 Nút B đánh giá chất lượng kênh máy di động HSDPA dựa hồi tiếp lớp vật lý nhận 75 từ đường lên Sau lập biểu thích ứng đường truyền thực nhanh tùy thuộc vào giải thuật lập biểu sơ đồ ưu tiên người sử dụng Lập biểu nhanh nút B dựa trên: Phản hồi chất lượng kênh Khả dụng Khả dụng tài nguyên Trạng thái đệm QoS mức ưu tiên Phản hồi L1 Số liệu UE1 Phản hồi L1 Số liệu Nút B UE2 Hình 3.6 Nguyên lý lập biểu nút B HSDPA Thông tin trạng thái tức thời kênh UE thường nhận thông qua bit thị chất lượng kênh (CQI) mà UE định kỳ phản hồi lại cho nút B UE tính tốn CQI dựa tỷ số tín hiệu tạp âm hoa tiêu chung thu Thay biểu diễn CQI dạng chất lượng tín hiệu thu, CQI biểu diễn dạng kích thước khối truyền tải nên dùng có xét đến hiệu thu Cách biểu diễn tương đương với tốc độ số liệu tức thời mà đầu cuối hỗ trợ khơng chất lượng kênh Vì đầu cuối trang bị máy thu tiên tiến thu số liệu tốc độ cao chất lượng kênh báo cáo CQI lớn so với đầu cuối có máy thu tiên tiến chất lượng kênh tương đương Ngoài chất lượng kênh tức thời, lập biểu cần phải xem xét trạng thái đệm mức ưu tiên Rõ ràng lập biểu cho UE khơng có số liệu đợi phát Cũng cần lưu ý có loại số liệu cần phát thời hạn trễ cho phép không phụ thuộc vào điều kiện kênh Chẳng hạn báo hiệu RRC liên quan đến chuyển ô để hỗ trợ di động số liệu cần chuyển đến UE nhanh Một thí dụ khác (mặc dù khơng quan trọng thời gian báo hiệu RRC) dịch vụ luồng đòi hỏi tốc độ số liệu trung bình khơng đổi 76 b Thích ứng đường truyền HS-DSCH sử dụng thích ứng đường truyền theo 2ms Ngồi định lập biểu, MAC-hs nút B định tổ hợp mã hóa điều chế sử dụng theo 2ms Thích ứng đường truyền dựa CQI lớp vật lý phát từ đầu cuối Thích ứng đường truyền hàm tỷ số tín E s/I0r ,dB tức thời hiệu nhiễu (SIR) minh họa hình 3.7 SIR thu UE 16 14 12 10 SIR thay đổi theo phađinh -2 16QAM3/4 16QAM2/4 40 20 60 80 Thời gian, TTI Chế độ thích ứng đường truyền 100 120 140 160 BTS điều chỉnh chế độ thích ứng đường truyền dựa cac báo cáo chất lượng kênh từ UE với trễ vài ms QPSK3/4 QPSK2/4 QPSK1/4 Es lượng ký hiệu I 0r mật độ phổ cơng suất nhiễu cộng tạp âm Hình 3.7 Thích ứng đường truyền Điều khiển tốc độ q trình điều chỉnh tốc độ để thích ứng với điều kiện vô tuyến tức thời tốc độ số liệu điều chỉnh cách thay đổi sơ đồ điều chế tỷ lệ mã Đối với TTI, chế điều chỉnh tốc độ lập biểu chọn cho (hoặc nhiều người sử dụng) (hoặc nhiều) khuôn dạng truyền tải tài nguyên mã định kênh để sử dụng Khuôn dạng truyền tải bao gồm sơ đồ điều chế (QPSK hay 16QAM) kích thước khối truyền tải Tỷ lệ mã cuối sau mã hóa turbo phối hợp tốc độ xác định sơ đồ điều chế, kích thước khối truyền tải tập mã định kênh ấn định cho người sử dụng TTI cho trước Số bit mã hóa sau phối hợp tốc độ xác định sơ đồ điều chế số mã định kênh, cịn bit thơng tin trước mã hóa xác định kích thước khối truyền tải Vì 77 cách điều chỉnh số hay tất thơng số nói trên, tỷ lệ mã tổng điều chỉnh MAC-hs thực điều khiển tốc độ, cách thiết lập khuôn dạng truyền tải độc lập cho TTI 2ms HS-DSCH Vì sơ đồ điều chế tỷ lệ mã tức thời điều chỉnh để nhận tốc độ số liệu thích hợp với điều kiện vô tuyến thời TTI 2ms ngắn đảm bảo điều khiển tốc độ bám thay đổi nhanh chất lượng kênh tức thời Kích thước khối truyền tải nhận số 254 giá trị Các giá trị lưu nút B UE (hình 3.8) Vì khơng cần lập cấu hình kích thước khối truyền tải thiết lập kênh chuyển ô phục vụ nhờ giảm bớt khối lượng báo hiệu bổ sung liên quan đến di động Mỗi tổ hợp mã định kênh cuả HS-DSCH sơ đồ điều chế định nghĩa tập chứa 63 số 254 kích thước khối truyền tải bit “thơng tin kích thước khối truyền tải HS-DSCH” thị số 63 kích thước khối truyền tải có tập Bằng sơ đồ này, kích thước khối truyền tải dải 137-27952 bit thơng báo với tỷ lệ mã hóa kênh dải từ 1/3 đến 16QAM Số mã định kênh HS-DSCH QPSK 16 15 14 13 12 11 10 Khối truyền tải lớn 27952 QPSK, tỷ lệ 1/3 Báo cáo CQI Khối truyền tải nhỏ 137 bit 100 16QAM, tỷ lệ 1000 10000 100000 Kích thước khối truyền tải , bit Hình 3.8 Kích thước khối truyền tải phụ thuộc vào số mã định kênh cho QPSK 16QAM 78 Đối với phát lại, tỷ lệ mã tức thời >1 Điều xẩy khơng thể thay đổi kích thước khối truyền tải lần phát đầu lần phát lại Vì thay thơng báo kích thước khối truyền tải cho lần phát lại, sử dụng giá trị dành trước để thị HS-DSCH không cung cấp thông tin kích thước khối truyền tải cần sử dụng giá trị từ lần phát đầu Cách làm tăng thêm tính linh hoạt cho lập biểu, chẳng hạn cần phát lượng nhỏ bit chẵn lẻ trường hợp báo cáo CQI thị UE “hầu như” giải mã thơng tin gốc Như nói phần tổng quan, cách để thích ứng thay đổi nhanh chất lượng kênh tức thời điều khiển tốc độ chuẩn HSDSCH không đặc tả điều khiển công suất nhanh Điều khơng có nghĩa cơng suất truyền dẫn HS-DSCH thay đổi lý khác, chẳng hạn thay đổi công suất cần thiết cho kênh đường xuống Hình 3.7 mơ tả thí dụ sơ đồ ấn định động công suất HS-DSCH HSDSCH sử dụng tồn cơng suất cịn lại sau cơng suất cho kênh khác ấn định Tất nhiên cần xét đến tổng nhiễu q trình ấn định khối lượng cơng suất cho HS-DSCH Chức điều khiển tài nguyên công suất RNC chịu trách nhiệm cho công việc Nó thiết lập giới hạn cơng suất mà nút B sử dụng cho HS-DSCH tất HS-SCCH Chừng nút B nằm giới hạn này, ấn định công suất thực nút B Nút B sử dụng kết đo lường (thông số đo quy định chuẩn) để báo cáo sử dụng công suất thời cho RNC Thông tin lượng công suất sử dụng cho kênh HSDPA chức điều khiển cho phép RNC sử dụng Khơng có thơng tin này, RNC khơng thể định có cịn tài ngun cho người sử dụng khơng có HSDPA tìm cách vào hay khơng Khác với QPSK, giải điều chế 16QAM đòi hỏi chuẩn biên độ UE Cách đạt điều phụ thuộc vào thực cụ thể Một cánh làm sử dụng ước tính kênh từ hoa tiêu chung tính tỷ số công suất thu 79 HS-DSCH hoa tiêu lấy trung bình khoảng thời gian 2ms Khi ước tính biên độ tức thời cấn thiết cho giải điều chế 16QAM nhận từ hoa tiêu chung khoảng dịch ước tính Với ngẫu nhiên hóa, điểm tín hiệu ngồi chùm tín hiệu 16QAM sử dụng với xác suất cao thực ước tính cơng suất HS-DSCH thu xác Tiêu chí sử dụng để điều khiển cơng suất (q trình lựa chọn khn dạng truyền tải MAC-hs) phụ thuộc vào thực cụ thể không định nghĩa tiêu chuẩn Về nguyên lý, mục tiêu điều khiển công suất để chọn khuôn dạng truyền tải để phát khối truyền tải lớn mà đảm bảo xác suất lỗi hợp lý điều kiện kênh tức thời cho trước Tuy nhiên, chọn kích khối truyền tải lớn khối lượng số liệu cần truyền TTI cho trước vơ ích cho dù điều kiện kênh cho phép Vì việc chọn khuôn dạng truyền tải không phụ thuộc vào điều kiện kênh tức thời mà cịn vào tình trạng lưu lượng tức thời nguồn phát Vì điều khiển tốc độ thường phụ thuộc vào điều kiện kênh tức thời, nên dựa đáng giá chất lượng kênh tức thời UE lập biểu Như nói, thơng tin kênh thường nhận từ CQI đại lượng khác cần thiết 3.1.5 Lựa chọn vị trí tế bào nhanh FCSS (Fast Cell Site Selection) Trung bình 20%-30% trạm di động MS thực chuyển giao mềm mềm Chuyển giao mềm chuyển giao hai Node B, chuyển giao mềm dẻo sector Node B FCSS cho phép UE chọn Node B với đặc tính truyền dẫn tốt Lợi hệ thống tốc độ liệu cao đạt phần lớn thời gian 3.1.6 Khoảng thời gian truyền dẫn ngắn TTI Trong HSDPA, HS-DSCH thêm vào sử dụng TTI 2ms so với TTI kênh truyền dẫn phiên Re’99 Do làm giảm thời gian vịng, tăng tốc độ xử lý khả hiệu chỉnh bám theo thời gian tốt với 80 kênh vô tuyến thay đổi Trên thực tế độ dài khung thay đổi chọn dựa lưu lượng hỗ trợ số người sử dụng hỗ trợ Giá trị tiêu biểu 2ms 3.2 Các ứng dụng HSDPA 3.2.1 VoIP song cơng tồn phần a 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 cơng cộng - Hỗ trợ nhiều gọi với băng tần nhỏ hơn: kênh thoại truyền thống yêu cầu tốc độ 64 Kb/s Với cơng 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: - 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 81 b Phương thức hoạt động VoIP chuyển đổi tín hiệu giọng nói thơng qua mơi 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 Tiến trình hoạt động VoIP thơng qua hai bước: + Call Setup: Trong q 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 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 (tính bổ sung nhằm tránh vộ phân tích mạng - sniffer) 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 c VoIP qua HSDPA Với dịch vụ VoIP over HSDPA VoIP data (+header) truyền tới RLC từ mã đặn 20 ms Gói VoIP 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 khơng thỏa mãn với tương tác kết 82 nối Chú ý độ trễ nói đến độ trễ từ miệng đến tai, khơng bao gồm độ trễ đường truyền mà cịn 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 cầu độ trễ với RTT thấp 200ms W-CDMA thấp 100ms HSDPA Rõ ràng VoIP làm việc tốt hai công nghệ Như vậy, giả sử yêu cầu gói VoIP phải truyền khỏi RLC đệm vịng 50 ms cần ms (TTI) để truyền qua HS-DSCH Như thời gian lại kênh HS-DSCH phục vụ thuê bao khác Hơn nữa, có gói VoIP truyền khỏi RLC đệm HSDPA xếp lịch để truyền ln hai gói TTI (gọi packet bundling packet aggregation) 3.2.2 Trị chơi với thời gian thực Có nhiều nhóm trị chơi mạng nhóm có yêu cầu khác mạng di động, yêu cầu phụ thuộc vào thời gian thiết lập kết nối vô tuyến tuổi thọ pin Dưới ví dụ nhóm trị chơi: + Những trò chơi hành động thời gian thực + Những trò chơi chiến lược thời gian thực + Những trò chơi chiến lược quay Yêu cầu chặt chẽ trò chơi hành động thời gian thực Trong tốc độ truyền theo bit tối đa trò chơi hành động vượt 100-200 Kb/s tốc độ truyền theo bit trung bình thường khoảng 10-30 Kb/s RRT yêu cầu độ trễ điển hình 125-250 ms cho trị chơi địi hỏi cao Do đó, HSDPA có khả để hỗ trợ việc chơi game hành động miễn hiệu suất người dùng cuối kiểm soát tốt tải mạng Yêu cầu tốc độ liệu cho trò chơi hoạt động thời gian thực thay đổi nhanh HSDPA có ưu điểm so với Re’99 tốc độ liệu đáp ứng Tỷ lệ liệu cần thiết trò chơi hành 83 động thay đổi nhanh chóng HSPA có lợi Re’99 tốc độ liệu thích nghi Điều dẫn đến hiệu sử dụng tài ngun vơ tuyến Đối với trị chơi chiến lược, RTT khơng phải u cầu khó khăn Tuy nhiên, quan trọng giữ cho thời gian thiết lập kết nối phát sóng ngắn để tối đa hóa kinh nghiệm chơi game tương tác cho người dùng cuối Với hiệu sử dụng nguồn tài nguyên vô tuyến điện (Cell_PCH, URA_PCH) cần đơn giản để cung cấp chiến lược tốt chơi game kinh nghiệm hai HSPA WCDMA Re’ 99 Ví dụ Trị chơi Turn-based, giống cờ vua, địi hỏi ln ln phải kết nối người dùng trì tương đối chậm so với trò chơi thời gian thực trò chơi chiến lược 3.2.3 Luồng TV - di động Việc cung cấp video trực tuyến chất lượng tốt ảnh di động sử dụng lấy mẫu video 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, cho phép thị trường tốc độ truyền theo bit cao tới người dùng cuối Những mạng vô tuyến trước hệ 3G đạt tốc độ liệu 50-200 Kb/s, 3G mạng với khả cung cấp tốc độ liệu lên tới Mb/s Do đó, ứng dụng trực tuyến phải thích ứng với tốc độ phương tiện truyền thông không để tải mạng mà cịn cơng nghệ mạng Sự thích nghi luồng tốc độ phương tiện truyền thơng hỗ trợ số thiết bị đầu cuối, hỗ trợ đầy đủ 3GPP tiêu chuẩn hóa mơ hình thích ứng tốc độ phương tiện truyền thông Đề án bao gồm 3GPP thành phiên Re’6 Để lựa chọn tốc độ phương tiện truyền thơng thích hợp máy chủ trực tuyến cần biết: 84 + 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 + Tốc độ phương tiện truyền thông ban đầu cần phải sử dụng, mạng 2G, đơi mạng 3G Khi tăng hay giảm bớt tốc độ phương tiện truyền thông Trong thực tế, trạm điện thoại di động máy chủ trực tuyến trao đổi thông tin khả trước bắt đầu phiên trực tuyến - cách thức bước giải Lựa chọn tốc độ phương tiện truyền thông ban đầu khó khăn hơn, mạng ngày dựa vào mơ hình mạng điện Khi việc đảm bảo chất lượng tốc độ bit giải pháp dịch vụ đặt thiết bị đầu cuối cho mạng WCDMA, HSDPA sau tốc độ bit đồng ý sử dụng để hướng dẫn lựa chọn tỷ lệ phương tiện thông tin ban đầu Từ quan điểm ứng dụng trực tuyến để xem, tỷ lệ phương tiện truyền thông lựa chọn dựa bảo đảm tốc độ bit hỗ trợ 3GPP thông số kĩ thuật phiên R’6 Một máy chủ bắt đầu chơi đoạn, cần phải liên tục giám sát kết nối Nó cho máy chủ trực tuyến để thích ứng với tỷ lệ phương tiện truyền thông dựa thông tin phản hồi từ thiết bị đầu cuối Trong trường hợp trở thành dịch vụ trực tuyến hàng loạt thị trường, lực mạng di động khơng đủ để cung cấp kết nối điểm-điểm cho tất người dùng muốn xem clip mạng Trong trường hợp giới thiệu điểm-đa dịch vụ trực tuyến gọi "đa phương tiện phát sóng hệ thống Multicast(MBMS) Với MBMS nhiều người sử dụng nhận video clip đồng thời số lượng nguồn tài nguyên vô tuyến điện tiêu thụ giảm so với điểm-điểm trực tuyến 85 3.2.4 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 + 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 Hình 3.10 cho ta ước lượng tiêu thu công suất điện thoại di động tin nhắn giữ lại phút nhận 0-50 tin nhắn email Năng lượng tiêu thụ Nhận email Nhận email IDCH DCH/HS=DSCH temail+t1 Giữ alive FACH IFACH t2 talive+t2 PCH IPCH Hình 3.9 Ước lượng tiêu thụ công suất điện thoại di động Việc giữ vài kb tin nhắn hoạt động mang kênh RACH/FACH phần tin nhắn mang HS-DSCH 86 Hình 3.10 Truy cập email từ điện thoại di động sử dụng pin 1000mA Tiêu thụ điện điện thoại minh họa hình 3.11 Cơng suất tiêu thụ phụ thuộc số lượng tin nhắn nhận quy định phát hành kênh thiết lập thông số mạng vơ tuyến Nếu giả định tính thời gian 5-giây cho DCH FACH 20 tin nhắn / giờ, thời gian chờ di động 53 sử dụng pin 1000 mAh Nếu tính thời gian giải phóng giây, thời gian chờ 100 h, phát hành 10-giây giảm thời gian chờ đến 40 h Những tính tốn chứng minh thông số thúc đẩy ứng dụng e-mail (duy trì tần số ) mạng vô tuyến (giờ phát hành) cần phải xem xét cẩn thận để trì thời gian chờ thỏa đáng Nếu trạng thái PCH không sử dụng mạng, UE di chuyển từ FACH tới trạng thái rỗi kết nối RRC giải phóng Khi liệu tới đường xuống từ lõi mạng 3G, kết nối RRC cần chiếm giữ Kết nối RRC thiết lập thủ tục tăng tiêu thụ cơng suất đầu cuối giảm thời gian chuẩn sử dụng pin Sử dụng trạng thái PCH có lợi để đạt thời gian chuẩn sử dụng dài 87 Kết luận Theo thống kê số thuê bao di động giới đạt số 3,1 tỷ năm 2007 đến Quý 2008, có 3,21 tỷ thuê bao GSM, WCDMA, HSDPA với 688 triệu bổ sung năm tính đến cuối tháng năm 2008, GSM, WCDMA chiếm 87,95% thị trường với 235,6 triệu WCDMA 97,9 triệu HSDPA 283 nhà khai thác 3G/WCDMA hoạt động 94 nước chiếm 70% thị phần mạng 3G thương mại, 90% nhà khai thác sử dụng HSDPA[6] Ngồi ra, giải pháp cịn nhằm cung cấp giải pháp tối ưu hóa chi phí, tiết kiệm chi phí đầu tư để hiệu chi phí lắp đặt thiết bị triển khai nhờ nhà khai thác cung cấp dịch vụ cho nhiều đối tượng đa dạng Với cải tiến mang tính đột phá, HSDPA công nghệ trọng phát triển Trên thực tế, thị trường HSDPA phát triển mạnh mẽ, 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 88 Tài liệu tham khảo [1] http://vntelecom.org/diendan/showthread.php?t=803, truy nhập ngày cuối 15/10 /2010 [2] Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động hệ thứ ba, Nhà xuất Bưu Điện, 2001 [3] Harri Holma and Antti Toskala, HSDPA/HSUPA for UMTS-High Speed Radio Access for Mobilecommunication, 2006 [4] Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động cho đào tạo từ xa, Học Viện Bưu Chính Viễn Thông, 2007 [5] Nguyễn Thanh Tùng (3/10/2010), pp 2-6: http://www.tapchibcvt.gov.vn/ [6] Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động 3G lên 4G, Học Viện Bưu Chính Viễn Thơng, 12/2008 89 ... bước cải tiến công nghệ W-CDMA 32 Chương Công nghệ HSDPA 36 2.1 Tổng quan HSDPA 37 2.2 Kiến trúc mạng UMTS với HSDPA 38 2.3 Những cải tiến quan trọng HSDPA so với... em chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp ? ?Công nghệ HSDPA 3G? ?? Tìm hiểu đề tài em chủ yếu tập trung sâu vào nghiên cứu, tìm hiểu, phân tích cơng nghệ HSDPA - cơng nghệ truy nhập gói đường xuống tốc độ... tiến quan trọng HSDPA so với W-CDMA Không phụ thuộc HSDPA HSDPA AMC Chuyển giao mềm HARQ TTI=2ms Công nghệ WCDMA Điều khiển công suất Cải tiến PS Biến thiên SF Hình 2.3 Các tính HSDPA so sánh với