Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3

WCDMA là hệ thống sử dụng chuỗi trải phổ trực tiếp. Nghĩa là luồng thông tin được trải trên một băng thông rộng bằng việc nhân luồng dữ liệu này với một chuỗi trải phổ giả ngẫu nhiên PN. Đ

Trước hết, em xin chân thành cám ơn Ths Trần Ngọc Hưng, sự chỉ bảo tận tình cùng những tài liệu quí báu của Thầy đã giúp em hoàn thành luận văn này Em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cô giáo trong trường Đại học Công Nghệ - ĐH QG Hà Nội đã tạo mọi điều kiện học tập và nghiên cứư cho em trong suốt bốn năm học vừa qua Xin cám ơn các bạn học và những người thân đã luôn giúp đỡ, động viên và chia sẻ những lúc tôi khó khăn trong thời gian thực hiện luận văn này.

Do thời gian hạn hẹp và cũng chịu nhiều yếu tố tác động nên khoá luận sẽ không tránh khỏi sai sót Em rất mong sẽ nhận được những ý kiến đóng góp xây dựng của Thầy, Cô và các bạn để có thể tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu của mình.

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viến thông phát triển nhanh nhất và phục vụ con người hữu hiệu nhất Để đáp ứng nhu cầu về chất lượng và dịch vụ ngày càng nâng cao, thông tin di động càng không ngừng được cải tiến

Tiền thân của 3G là hệ thống điện thoại 2G, như GSM, CDMA, PDC, PHS GSM sau đó được nâng cấp lên thành GPRS, hay còn gọi là thế hệ 2,5G GPRS hỗ trợ tốc độ 140,8 Kb/giây dù tỷ lệ thường gặp chỉ là 56 Kb/giây E-GPRS, hay EDGE, là một bước tiến đáng kể từ GPRS với khả năng truyền dữ liệu 180 Kb/giây và được xếp vào hệ thống 2,75G.

Năm 2006, mạng UMTS tại Nhật đã nâng cấp lên HSDPA (High Speed Downlink Packet Access - Truy cập gói dữ đường xuống tốc độ cao) - là một tính năng mới được đề cập trong các phiên bản R5 của 3GPP cho hệ thống truy nhập vô tuyến WCDMA/UTRA-FDD và được xem như là một trong những công nghệ tiên tiến cho hệ thống thông tin di động 3.5G HSDPA bao gồm một tập các tính năng mới kết hợp chặt chẽ với nhau cải thiện dung lượng mạng và tăng tốc dữ liệu đỉnh đối với dung lượng gói đường xuống Những cải tiến về mặt kỹ thuật cho phép các nhà khai thác có thể đưa ra nhiều dịch vụ tốc độ bit cao, cải thiện QoS của các dịch vụ hiện có, và đạt chi phí thấp nhất Khả năng hỗ trợ tốc độ dữ liệu và tính di động của WCDMA/HSDPA là chưa từng có trong các phiên bản trước đây của 3GPP.

Trong khuôn khổ khoá luận này, tác giả đi vào nghiên cứu cấu trúc HSDPA và ứng dụng vào mạng di động thế hệ thứ 3G Đồng thời đưa ra phương pháp luận cho các nhà khai thác mạng về tính hiệu quả của công nghệ này.

1.2 Các tiêu chuẩn xây dựng mạng 3G 14

1.3 Các tham số của mạng chính của mạng WCDMA 15

1.4 Các kênh cơ bản của WCDMA 17

1.4.1 Kênh logic 17

1.4.1.1 Kênh điều khiển 19

1.4.1.2 Kênh lưu lượng 19

1.4.2 Kênh truyền tải 19

1.4.2.1 Kênh truyền tải riêng 20

1.4.2.2 Kênh truyền tải chung 20

1.4.3 Kênh vật lý 21

1.4.3.1 Kênh đường lên 21

1.4.3.2 Kênh đường xuống 22

1.5 Các bước cải tiến của công nghệ WCDMA 25

Chương 2: Giới thiệu về công nghệ HSDPA 28

2.1 Tổng quan về HSDPA 28

2.2 Những cải tiến quan trọng của HSDPA so với WCDMA 30

2.3 Nguyên lý hoạt động của HSDPA 33

Chương 3: Ứng dụng trên HSDPA 50

3.1 VoIP song công toàn phần và thúc đầy trò chuyện 50

3.2 Trò chuyện với thời gian thực 51

DANH M ỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT

- 1G : First Generation

- 2G : Second Generation

- 3G : Third Generation

- 3GPP: 3rd Generation Partnership Project

- 16QAM : 16 Quadrature Amplitude Modulation

- 64QAM: 64 Quadrature Amplitude Modulation

- AMC: Adaptive Modulation and Coding

- ARQ: Automatic Repeat request

- BCCH: BroadCast Control CHannel (logic channel)

- BCH: BroadCast CHannel (transport channel)

- BER: Bit Error Rate

- CCTRCH: Coded Composite Transport Channel

- DCCH: Dedicated Control CHannel (logical channel)

- DPCCH: Dedicated Physical Control CHannel

- DPCH: Dedicated Physical Channel

- DPDCH: Dedicated Physical Data Channel

- DTCH: Dedicated Traffic CHannel

- EDGE: Enhanced Data Rates for GSM Evolution

- FDD: Frequency Division Multiple Access

- GSM: Global System for Mobile Communications

- H-ARQ: Hybrid Automatic Repeat request

- HS-DPCCH: Uplink High-Speed Dedicated Physical Control CHannel

- HS-DSCH: High-Speed Downlink Shared Channel

- HS-PDSCH: High-Speed Physical Downlink Shared Channel

- HS-SCCH: High-speed Shared Control Channel

- HSDPA: High-speed Downlink Packet Access

- ITU: Internation Telecommunication Union

- MAC: Medium Access Control

- MAC-hs: Hight-speed MAC

- Node B: Base Station

- SAW: Stop And Wait

- TTI: Transmission Time Interval

- UMTS: Universal Mobile Telecommunication System

- WCDMA: Wideband CDMA

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1 :Các bước phát triển mạng thông tin di độngHình 2: Cấu trúc kênh của WCDMA

Hình 3: Cấu trúc kênh logic

Hình 4: Ánh xạ giữa kênh logic và kênh giao vậnHình 5: Tốc độ truyền WCDMA đường lênHình 6: Cấu trúc của kênh dành riêngHình 7: Cấu trúc kênh CCPCH

Hình 8: Cấu trúc của kênh đồng bộ SCH

Hình 9: Chất lượng khe thời gian truy cập của kênh RACH

Hình 10: Biểu đồ cột so sánh thời gian download của các công nghệ

Hình 11: Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDMA

Hình 12 - Nguyên lý hoạt động cơ bản của HSDPA

Hình 13: Kiến trúc giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH Hình 14: Cấu trúc lớp MAC – hs

Hình 15: Giao diện vô tuyến của HSDPA

Hình 16: Thời gian và bộ mã được chia sẻ trong HS-DSCHHình 17: Trạng thái kênh của các user

Hình 18.1 : Hệ thống trong trường hợp 1 kênh HS-SCCH và phân chia đa thời gianHình 18.2: Hệ thống trong trường hợp nhiều kênh HS-SCCH và phân chia đa thời gian

Hình 19: Cấu trúc kênh HS-DPCCH

Hình 20: Biểu diễn mã hoá điều chế của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng

Hình 21: Hoạt động của giao thức SAW 4 kênhHình 22: Quá trình truyền lại khối dữ liệu IR

Hình 23: Ước lượng tiêu thụ công suất của điện thoại di độngHình 24: Truy cập email từ mobile sử dụng pin 1000-mAh

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1: Bảng so sánh các công nghệ di động và tốc độ truyền dữ liệuBảng 2: Các thông số chính của WCDMA

Bảng 3: Tốc độ dữ liệu đỉnh của HSDPA trong một số trường hợp

Bảng 4: Lược đồ mã hoá điều chế của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng với mỗi mã

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3G

1.1 Mở đầu

Thế hệ điện thoại di động đầu tiên (1G) ra đời trên thị trường vào những năm 70/80 Đấy là những điện thoại anolog sử dụng kỹ thuật điều chế radio gần giống như kỹ thuật dùng trong radio FM Trong thế hệ điện thoại này, các cuộc thoại không được bảo mật Thế hệ 1G này còn thường được nhắc đến với "Analog Mobile Phone System (AMPS)" Mốc thời gian đánh dấu sự ra đời của 2G, điện thoại kỹ thuật số (digital) là đầu những năm 90 Chuẩn kỹ thuật số đầu tiên là D-AMPS sử dụng TDMA (Time division Mutiple Access) Tiếp theo sau là điện thoại 2G dựa trên công nghệ CDMA ra đời Sau đó Châu Âu chuẩn hóa GSM dựa trên TDMA Cái tên GSM ban đầu xuất phát từ "Groupe Speciale Mobile" (tiếng Pháp), một nhóm được thành lập bởi CEPT, một tổ chức chuẩn hóa của Châu Âu, vào năm 1982 Nhóm này có nhiệm vụ là chuẩn hóa kỹ thuật truyền thông di động ở bãng tầng 900MHz Sau đó,GSM được chuyển thành Global System for Mobile Communication vào năm 1991 như là một tên tắt của công nghệ nói trên

Năm 2001, để tăng thông lường truyền để phục vụ nhu cầu truyền thông tin (không phải thoại) trên mạng di động, GPRS đã ra đời GPRS đôi khi được xem như là 2.5G Tốc độ truyền data rate của GSM chỉ =9.6Kbps GPRS đã cải tiến tốc độ truyền tăng lên gấp 3 lần so vớii GSM, tức là 20-30Kbps GPRS cho phép phát triển dịch vụ WAP và internet (email) tốc độ thấp.

Tiếp theo sau, 2003, EDGE đã ra đời với khả năng cung ứng tốc độk lên được 250 Kbps (trên lý thuyết) EDGE còn được biết đến như là 2.75G (trên đường tiến tới 3G)

Cụm từ điện thoại di động 3G ngày nay đã trở nên quen thuộc với người dùng di

động 3G là viết tắt của third-generation technology là chuẩn và công nghệ truyền thông

thế hệ thứ ba, cho phép truyền ngoài dữ liệu chuẩn là đàm thoại còn có thể truyền dữ liệu phi thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh, nhạc, internet ) Công nghệ 3G vừa cho phép triển khai những dịch vụ cao cấp vừa làm tăng dung lượng của mạng điện thoại nhờ vào việc sử dụng hiệu quả hiệu suất phổ.

Hình 1 :Các bước phát triển mạng thông tin di động

Trong số các dịch vụ của 3G, điện thoại video hoặc khả năng truy nhập internet thường được xem là một ví dụ tiêu biểu về dịch vụ cao cấp mà các nhà cung cấp dịch vụ muốn cung cấp cho khách hàng Tuy nhiên tần số vô tuyến nói chung là một tài nguyên đắt đỏ, giá tần số cho công nghệ 3G rất đắt tại nhiều nước, nơi mà các cuộc bán đầu giá tần số mang lại hàng tỷ euro cho chính phủ Bởi vì chi phí cho bản quyền về các tần số phải trang trải trong nhiều năm trước khi các thu nhập từ mạng 3G đem lại, nên một khối lượng đầu tư khổng lồ là cần thiết để xây dựng mạng 3G Nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đã rơi vào khó khăn về tài chính và điều này đã làm chậm trễ việc triển khai mạng 3G tại nhiều nước ngoại trừ Nhật Bản và Hàn Quốc, nơi yêu cầu về bản quyền tần số được bỏ qua do phát triển hạ tầng cơ sở IT quốc gia được đặt ưu tiên cao.

Nước đầu tiên đưa 3G vào khai thác thương mại một cách rộng rãi là Nhật Bản Năm 2005, khoảng 40% các thuê bao tại Nhật Bản là thuê bao 3G, mạng 2G đang dần biến mất tại Nhật Bản

Với 3G, chúng ta sẽ có một số tên gọi liên quan như: công nghệ (nền tảng) 3G, mạng 3G, chuẩn 3G Công nghệ 3G và chuẩn 3G có thể coi là một, trong khi mạng 3G là mạng di động ứng dụng những công nghệ 3G Trước đây, chuẩn 3G là một chuẩn đơn lẻ, duy nhất và được áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới Tuy nhiên, càng về sau này, 3G càng được phân chia thành nhiều chuẩn khác khác, tuỳ thuộc vào khả năng nghiên cứu của các nhà cung cấp dịch vụ Trong tương lai không xa, có thể là một hoặc hai ba năm nữa, mạng di động sẽ trở thành một mạng truyền dữ liệu tốc độ cao, đáp ứng nhu cầu

động phải dựa vào những nền tảng công nghệ mới – 3G, 3,5G và 4G – hay còn gọi là các nền tảng công nghệ di động tương lai.

Bảng 1: Bảng so sánh các công nghệ di động và tốc độ truyền dữ liệu

Công nghệ Tốc độ Tính năng

- GSM- CDMA- iDen

- Thoại- SMS

- Gọi hội nghị- Caller ID- Push – to - talk2.5G

- GPRS- 1xRTT- EDGE

Từ

- MSM- Ảnh

- Trình duyệt Web- Audio/Video clip- Game

- Tải các ứng dụng và nhạc chuông

- UMTS- 1xEV-DO

Từ

- Video chất lượng cao- Nhạc “streaming”- Game 3D

- Lướt web nhanh3.5G - HSDPA

W-CDMA được tập đoàn ETSI NTT DoCoMo (Nhật Bản) phát triển riêng cho mạng 3G FOMA Sau đó, NTT Docomo đã trình đặc tả này lên Hiệp hội truyền thông quốc tế (ITU) và xin công nhận dưới danh nghĩa một thành viên của chuẩn 3G quốc tế có tên IMT-2000 ITU đã chấp nhận W-CDMA là thành viên của IMT-2000 và sau đó chọn W-CDMA là giao diện nền tảng cho UMTS

UMTS: UMTS (Universal Mobile Telephone System) dựa trên công nghệ CDMA, là giải pháp tổng quát cho các nước sử dụng công nghệ di động GSM UMTS do tổ chức 3GPP quản lý 3GPP cũng đồng thời chịu trách nhiệm về các chuẩn mạng di động như GSM, GPRS và EDGE Sự phát triển liên tục các tiêu chuẩn kỹ thuật trên được thể hiện bằng 4 mô thức về tiêu chuẩn UMTS của tổ chức 3GPP là: R99, R4, R5 và R6, tạo thành một bộ tiêu chuẩn đồ sộ nhưng trong nó lại gồm những hệ tiêu chuẩn tương đối độc lập WCDMA là một tiêu chuẩn về giao diện không gian đầu tiên, sớm nhất và hoàn thiện nhất trong các hệ tiêu chuẩn đó và được các nhà khai thác và sản xuất thiết bị viễn thông ở cả 3 châu lục: Âu, Á, Mỹ sử dụng rộng rãi UMTS cũng là dòng công nghệ chiếm thị phần lớn nhất trên thị trường thông tin di động ngày nay (chiếm tới 85,4% theo GSA 8-2007).

W-Hiện nay, mạng UMTS có thể nâng cấp lên High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) - còn được gọi với tên 3,5G HSDPA cho phép đẩy nhanh tốc độ tải đường xuống với tốc độ lên tới 10 Mbps.

1.3 Các tham số chính của WCDMA

- WCDMA là hệ thống sử dụng chuỗi trải phổ trực tiếp Nghĩa là luồng thông tin được trải trên một băng thông rộng bằng việc nhân luồng dữ liệu này với một chuỗi trải phổ giả ngẫu nhiên PN Để có thể hỗ trợ việc truyền dữ liệu ở tốc độ cao, hệ số trải phổ (SF) thay đổi và kết nối dựa trên nhiều mã trải phổ được hỗ trợ trong WCDMA

- Tốc độ chip sử dụng trong WCDMA có tốc độ 3.84 Mps tương ứng với băng tần truyền dẫn WCDMA là 5 MHz (đối với CDMA2000 băng tần truyền dẫn có thể là 3x1.25 Mhz hoặc 3.75 MHz) Băng thông truyền dẫn lớn của WCDMA ngoài việc nhằm hỗ trợ truyền dẫn tốc độ cao còn mang lại một vài ưu điểm khác như: tăng hệ số phân tập đa đường.

- WCDMA hỗ trợ truyền dẫn tốc độ thay đổi, hay nói cách khác là khái niệm sử dụng băng thông theo nhu cầu có thể được thực hiện Trong một khung truyền dẫn thì tốc độ dữ liệu là cố định Tuy nhiên tốc độ dữ liệu giữa các khung truyền dẫn khác nhau có thể giống nhau hoặc khác nhau.

- WCDMA có hai chế độ hoạt đông đó là FDD và TDD Đối với FDD thì các cặp tần số sóng mang với độ rộng 5 MHz được sử dụng cho kênh truyền dẫn hướng lên và hướng xuống một cách tương ứng Trong khi đó ở chế độ TDD thì chỉ có một sóng mang độ rộng 5 MHz được sử dụng cho cả đường lên và đường xuống theo kiểu phân chia theo thời gian TDD được sử dụng ở giải băng tần không chia cặp được.

- Các BTS trong WCDMA (Node B) hoạt động ở chế độ không đồng bộ Do đó không cần cung cấp một nguồn đồng hồ đồng bộ cho tất cả các BTS trong mạng ví dụ như sử dụng GPS Chế độ làm việc không đồng bộ này giúp cho WCDMA trở nên dễ triển khai ở cấu hình indoor và micro cell

- WCDMA sử dụng tách sóng nhất quán trên cả hai hướng lên và xuống sử dụng các ký hiệu dẫn đường Chế độ tách sóng này đã được sử dụng trên đường xuống đối với mạng 2G IS-95.

- Giao diện vô tuyến của WCDMA được thiết kế để nhà vận hành có thể lựa chọn sử dụng các công nghệ máy thu hiện đại như: MUD, hệ thống ănten thích ứng nhằm tăng dung lượng của mạng cũng như vùng phủ sóng của các trạm thu phát.

- WCDMA được thiết kế để có thể triển khai bên cạnh hệ thống GSM thế hệ 2 Nghĩa là WCDMA có thể hỗ trợ chuyển giao giữa hai hệ thống WCDMA và GSM nhằm đảm bảo có một sự dịch chuyển mềm dẻo khi triển khai mạng 3G-WCDMA

Bảng 2: Các thông số chính của WCDMA

Gold 241

Chuyển giao khác tần số

1.4 Các kênh cơ bản của W-CDMA

Hình 2: Cấu trúc kênh của WCDMA

Từ hình 2 cho ta cái nhìn tổng quan về các kênh được sử dụng trong WCDMA gồm 3 kênh cơ bản:

- Kênh logic - Kênh truyền tải- Kênh vật lý

Kênh logic: miêu tả loại thông tin sẽ được truyền đi Mặc dù gọi là "kênh" nhưng

nó không phải là kênh theo giống nghĩa như kênh vật lý, kênh vận tải Kênh logic có thể hiểu là những công việc mà mạng và thiết bị cần phải thực hiện tại những thời điểm khác nhau Các kênh logic này cũng có thể xem như là dịch vụ mà lớp MAC cung cấp cho lớp RLC ở trên nó

Kênh vận tải: qui định bằng cách nào và với đặc trưng gì thông tin sẽ được truyền

đi Đây là dịch vụ mà lớp vật lý cung cấp cho lớpMAC ở trên nó

Kênh vật lý: chính là kênh hiện hữu truyền tải thông tin đi

Việc phân ra các loại kênh khác nhau mình nghĩ là giống việc phân lớp trong mạng, giúp cho dễ quản lý và điều khiển Cứ ứng với mỗi loại thông tin kèm theo những đặc trưng của nó, mạng sẽ tự động truy cập vào các kênh tương ứng để gửi thông tin đi một cách hiệu quả nhất.

1.4.1 Kênh logic

Hình 3: Cấu trúc kênh logic

Kênh logic định nghĩa loại số liệu được truyền đi, bao gồm 2 loại kênh: Kênh điều khiển và kênh lưu lượng.

1.4.1.1 Kênh điều khiển

Kênh điều khiển chung

- Kênh điều khiển quảng bá (BCCH): hoạt động ở tuyến xuống, đưa thông tin nhận biết tế bào, mạng và tình trạng hiện tại của tế bào (cấu trúc điều khiển, các lưu lượng còn rỗi, đang sử dụng hoặc nghẽn)

- Kênh nhắn tin PCH: cung cấp tin nhắn từ BS đến MS, PCH phát IMSI của thuê bao và yêu cầu phát lại trên RACH- kênh điều khiển ngẫu nhiên Ngoài ra PCH cũng có thể được dùng cung cấp các bản tin quảng bá dạng ASCII

- Kênh truy cập hướng xuống DACH chuyển bản tin từ BS đến MS trong 1 cell.

Hai kênh dành riêng:

- Kênh điều khiển dành riêng DCCH gồm kênh điều khiển dành riêng đứng một mình SDCCH và kênh điều khiển liên kết ACCH.

1.4.1.2 Kênh lưu lượng

Dùng để truyền các thông tin của điện thoại hoặc số liệu bao gồm 2 kênh:

- Kênh lưu lượng dùng riêng (DTCH) : chuyển dữ liệu theo mô hình kết nối điểm - điểm về 2 hướng đến 1 thuê bao và được sử dụng để truyền thông tin người dùng.

- Kênh lưu lượng dùng chung (CTCH): chuyển dữ liệu theo mô hình kết nối điểm - điểm trên kênh đường xuống, sử dụng để truyền thông tin cá nhân đến tất cả các thuê bao trong cùng nhóm

1.4.2 Kênh truyền tải

Kênh truyền tải mang các thông số, đặc tính cần thiết để truyền tải các thông tin dữ liệu qua mạng Các kênh truyền tải được hình thành nhờ việc sắp xếp các kênh logic Có 2 loại kênh truyền tải :

- Kênh truyền tải riêng DCH: mang thông tin điều khiển cho riêng một MS với mang DCH-UL, DCH-DL.

- Kênh truyền tải chung CCH : dùng chung cho tất cả các MS

Mỗi kênh truyền tải chứa một mã chỉ thị định dạng truyền tải TFI (Transport mat Indicator) TFI được sử dụng để phối hợp làm việc giữa lớp MAC và lớp vật lý Lớp vật lý sẽ ghép đa hợp nhiều kênh truyền tải với nhau để tạo thành một kênh truyền tải mã hoá hỗn hợp CCTRCH (Transport Format Combination Indicator) và gởi kèm trong kênh CCTRCH Tổ hợp mã TFCI được truyền đi trong kênh điều khiển vật lý để thông báo với đầu thu kênh truyền tải nào đang được nhận Tiếp đó, TFCI sẽ được giải mã và tạo ra các TFI tương ứng để gởi lên lớp trên.

For-1.4.2.1 Kênh truyền tải riêng

Với kênh truyền tải riêng chỉ có một kênh duy nhất là kênh DCH Kênh này có thể hoạt động ở tuyến lên hoặc tuyến xuống

1.4.2.2Kênh truyền tải chung

Kênh truyền tải chung bao gồm 6 kênh: BCH, FACH, PCH, RACH, CPCH và DSCH.

- Kênh BCH - kênh quảng bá, là kênh truyền tải đường xuống, sử dụng để quảng bá những thông tin trong hệ thống hay trong 1 tế bào.

- Kênh FACH- Kênh truy cập gọi đi, cũng là kênh truyền tải đường xuống Có thể hoạt động trong toàn bộ hay một phần tế bào Việc gửi kênh này được thực hiện sau khi BS nhận được bản tin truy nhập ngẫu nhiên.

- Kênh PCH – Kênh tìm gọi, là kênh mang dữ liệu cần thiết cho các thủ tục tin nhắn, đó là khi hệ thống muốn kết nối lien lạc với thuê bao.

- Kênh RACH – Kênh truy cập ngẫu nhiên, là kênh mang thông tin điều khiển từ thuê bao, như yêu cầu thiết lập một kết nối.

- Kênh CPCH – Kênh dữ liệu gói chung, là kênh mở rộng của kênh RACH, được sử dụng để truyền dữ liệu user dạng gói trên hướng lên Đi cặp với kênh này, ở hướng xuống dữ liệu gói được truyền trên kênh FACH.

- Kênh DSCH – Kênh chia sẻ đường xuống, là kênh mang các thông tin dữ liệu hoặc thông tin điều khiển của người dùng

Hình 4: Ánh xạ giữa kênh logic và kênh giao vận

1.4.3 Kênh vật lý

Các kênh truyền tải được xử lý tiếp theo bằng cách ghép vào các kênh vật lý Kênh vật lý được quản lý và xử lý tại lớp vật lý Việc xử lý ở đây thực hiện những kỹ thuật biến đổi cần thiết nhằm tương thích đặc tính truyền dẫn vô tuyến và đảm bảo chất lượng tín hiệu cao nhất

1.4.3.1 Kênh đường lên

Hai kênh dành riêng:

- DPDCH (truyền dữ liệu) : - DPCCH (truyền báo hiệu)

- Một kênh truy cập chung RACH.

Hầu hết các trường hợp mỗi cuộc gọi chỉ được cấp một kênh DPDCH cho các dịch vụ chia sẻ thời gian Cũng có thể cấp nhiều kênh, chẳng hạn để có hệ số trải phổ lớn khi truyền dữ liệu tốc độ cao.

Hình 5: Tốc độ truyền WCDMA đường lên

+ Truyền pilot cho thu tương can.+ Truyền bit điều khiển công suất.+ Truyền tin tức về tốc độ.

1.4.3.2 Kênh đường xuống

- Kênh vật lý điều khiên chung (sơ cấp và thứ cấp) CCPCH mang: BCCH, PCH,

- Kênh SCH cung cấp định thời và MS đo lường SCH phục vụ chuyển giao.

- Kênh dành riêng (DPDCH và DPCCH) ghép kênh theo thời gian Kí hiệu pilot

được ghép kênh trên BCCH(theo thời gian) để phục vụ thu tương quan Vì các kí hiệu pilot là dành riêng cho mỗi kết nối nên nó được dùng để đánh giá sự hoạt động thích ứng của anten, hỗ trợ điều khiển công suất nhanh ở hướng xuống CCPCH sơ cấp mang BCCH và kênh pilot chung được ghép kênh theo thời gian CCPCH có mã như nhau trong tất cả các cell

Hình 6: Cấu trúc của kênh dành riêng

- CCPCH thứ cấp ghép kênh theo thời gian PCH với PACH trong cấu trúc siêu khung Tốc độ bản tin CCPCH là khả biến từ cell này sang cell khác.

Hình 7: Cấu trúc kênh CCPCH

- Kênh SCH- kênh đồng bộ, sử dụng cho thủ tục đồng bộ mạng Dùng khi thực hiện thủ tục định vị và đồng bộ mạng.

Hình 8: Cấu trúc của kênh đồng bộ SCH

- SCH sơ cấp không điều chế cung cấp định thời xác định SCH thứ cấp mà SCH thứ cấp có điều chế cung cấp tin tức xác mã PN của BS SCH sơ cấp sử dụng mã 256 bits không điều chế, phát mỗi lần 1 khe SCH thứ cấp mã 256 bits cố điều chế, phát song song với SCH sơ cấp SCH thứ cấp được điều chế với chuỗi nhị phân 16 bits (có lặp cho mỗi khung) Chuỗi điều chế giống nhau với tất cả BS có độ tự tương quan tốt.

- Kênh PRACH – Kênh vật lý truy xuất ngẫu nhiên, được sử dụng ở hướng lên mang thông tin truy xuất mạng Trong một vài trường hợp dùng phát thông tin số liệu gói Hình 9 cho ta cái nhìn sơ bộ về chất lượng khe thời gian truy cập của kênh RACH.

Hình 9: Chất lượng khe thời gian truy cập của kênh RACH

1.5 Các bước cải tiến của công nghệ WCDMA

Các dịch vụ di động 3G giúp người tiêu dùng và các nhà chuyên nghiệp trải nghiệm chất lượng thoại ưu hạng, cùng với rất nhiều dịch vụ dữ liệu hấp dẫn như:

• Kết nối Internet di động • Email di động

• Các dịch vụ đa phương tiện, như ảnh kỹ thuật số và phim được thu và chia sẻ qua các thiết bị cầm tay di động

• Download các ứng dụng di động • Video-theo-yêu cầu

• Chơi game online

• Các dịch vụ khẩn cấp và định vị nâng cao

• Các dịch vụ nhắn tin bấm-để-nói và bấm-để-xem video có thời gian chờ thấp Hệ thống thông tin di động 3G sử dụng công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA và CDMA2000 đang được triển khai rộng khắp trên toàn thế giới Tính đến thời điểm tháng 12 năm 2005 đã có hơn 160 hệ thống 3G được đưa vào sử dụng trên phạm vi 75 quốc gia với tổng số thuê bao lên đến 230 triệu Tuy ở phiên bản đầu tiên R99, dung lượng và tốc độ truyền dẫn dữ liệu được cải thiện đáng kể Luồng tốc số liệu có thể đạt đến tốc độ 2 Mbps Nhưng khi các dịch vụ số liệu được đưa vào triển khai trên các mạng thương mại thì dung lượng, tốc độ vẫn là những đòi hỏi cần phải được giải quyết Do đó, bước cải tiến đầu tiên đối với WCDMA được đánh dấu bởi sự ra đời của kênh truyền tải mới HS-DSCH ở R5 được hoàn thành vào đầu năm 2002 Những cải tiến trong R5 này thường được nhắc đến với một tên gọi "HSDPA- Kênh truy nhập gói đường xuống tốc độ cao" Sự ra đời của HSDPA nhằm hỗ trợ mạnh mẽ các dịch vụ số liệu yêu cầu tốc độc truyền dẫn lớn như các dịch vụ tương tác, dịch vụ nền, dịch vụ streaming Truy nhập dữ liệu kênh đường xuống tốc độ cao HSDPA có khả năng cung cấp dung lượng cao hơn 50% so với kênh DCH/DSCH trong R99 với trường hợp Mar-crocell và 100% đối với Microcell, tốc độ truyền dẫn tối đa có thể lên đến 14 Mbps Qua thực tế triển khai các mạng di động 3G cho thấy có rất nhiều dịch vụ số liệu phổ biến

yêu cầu tốc độ truyền dẫn trên hai hướng từ MS đến Node B và ngược lại có tốc độ tương đương nhau như các dịch vụ real-time gaming và các dịch vụ trên nền TCP/IP Trong khi đó, R5 mới chỉ đưa ra giải pháp để hỗ trợ mạnh mẽ việc truyền dẫn bất đối xứng với tốc độ truyền dẫn trên kênh đường xuống cao hơn rất nhiều so với kênh đường lên Nhược điểm này của R5 được khắc phục trong R6 được hoàn thành vào đầu năm 2005 với tên gọi cải tiến kênh đường lên và là bước cải tiến thứ 2 đối với chuẩn mạng truy nhập vô tuyến WCDMA Những cải tiến trong R6 đã nâng tốc độ truyền dẫn trên kênh đường lên đạt đến tốc độ 5.76 Mbps dung lượng kênh tăng lên gấp 2 lần so với kênh truyền tải đường lên trong R99 Ba mục tiêu chính của hai bước cải tiến trong R5 và R6 đó là:

- Nâng cao tốc độ truyền dẫn trên cả hai hướng.

- Tăng dung lượng của mạng trên một đơn vị tài nguyên vô tuyến định trước.- Giảm trễ truyền dẫn cho cả hai hướng.

Mục tiêu thứ 3 được thực hiện thông qua việc đưa một số chức năng lớp MAC đến gần hơn với giao diện vô tuyến Ví dụ như chuyển chức năng truyền dẫn lại từ RNC đến Node B Hơn thế nữa giảm thời gian của khung truyền dẫn cũng là một giải pháp để giảm trễ Cụ thể khung thời gian truyền dẫn TTI của kênh DCH trong R99 là từ 10-80 ms trong khi đó khoảng thời gian này được giảm xuống còn 2 ms trong HS-DSCH của R5 Hoặc như với kênh đường lên cải tiến trong R6, ngoài hỗ trợ khung truyền dẫn 10 ms ở phiên bản trước, khung truyền dẫn 2 ms cũng được sử dụng trong phiên bản này nhằm đạt được mục tiêu thứ 3 nếu trên

Mục tiêu 1 và 2 được thực hiện thông qua kỹ thuật thích ứng kênh bao gồm thay đội tỷ lệ mã của mã sửa lỗi kênh, chọn chùm tín hiệu điều chế phù hợp với điều kiện kênh truyền, điều khiển thu phát theo sự thay đổi của kênh truyền dẫn Điểm đáng chú ý là tăng ích của kỹ thuật thích ứng kênh không chỉ mạng lại lợi ích cho các nhà vận hành mạng như ở các phiên bản trước mà còn mang lại lợi ích cho khách hàng sử dụng các máy di động có tính năng xử lý tín hiệu tốt Lợi ích này còn là xúc tác cho việc đẩy nhanh tốc độ tiêu thụ các sản phẩm máy di động cầm tay công nghệ cao của các nhà sản xuất

Ngoài ra, tự động yêu cầu truyền dẫn lại cũng là một trong ba kỹ thuật then chốt được sử dụng tại lớp vật lý để đạt được cả 3 mục tiêu đã nêu trên thông qua việc tận dụng kết thúc truyền dẫn sớm, được xử lý tại node B gần với giao diện vô tuyến.

Chương 2 : GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ HSDPA

Do đó, R5 tiếp tục được phát triển để khắc phục những hạn chế này R5 là sự phát triển quan trọng của mạng vô tuyến 3G kể từ khi WCDMA được chấp nhận là công nghệ mạng vô tuyến 3G từ năm 1997 với Các tính năng kỹ thuật của công nghệ HSDPA gồm:

• Tương đương với CDMA2000 1xEV (HDR)• Điều chế và mã hoá thích ứng

• Sóng mang tốc độ dữ liệu cao (HDRC) trong băng tần 5MHz• 64 QAM hỗ trợ tốc độ đỉnh tương đương 7.2 Mbps

• Các kỹ thuật được sử dụng cho phép HSDPA hỗ trợ tốc độ 10 Mbps

• Trong một hệ thống dữ liệu và thoại được tích hợp với người sử dụng thoại(12.2 Kbps) tải khoảng 30 Erl/sector và thông lượng sector của dữ liệu vấn khoảng 1 Mbps

Hình 10 : Biểu đồ cột so sánh thời gian download của các công nghệ

HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access)-truy cập gói đường xuống tốc độ cao, là giải pháp mang tính đột phá về mặt công nghệ và được phát triển trên cơ sở của hệ thống 3G WCDMA, được tối ưu-hóa cho các ứng dụng dữ liệu chuyển mạch gói Công nghệ HSDPA hiện nay cho phép tốc độ download đạt đến 1.8 Mbps, 3.6Mbps, 7.2 Mbps và 14.4 Mbps, và trong tương lai gần, tốc độ hiện nay có thể được nâng lên gấp nhiều lần– đưa đến một hiệu quả sử dụng tốt hơn Các thuê bao dịch vụ HSDPA có thể nhận email với tập tin đính kèm mang dung lượng lớn, lướt web hoặc tải về các tập tin đa phương tiện hoặc văn bản nhanh hơn bao giờ Mặc dù có thể truyền tải bất cứ dạng dữ liệu nào, song mục tiêu chủ yếu của HSDPA là dữ liệu dạng video và nhạc.

Khái niệm HSDPA được phát triển dựa trên công nghệ W-CDMA, sử dụng các phương pháp chuyển đổi và mã hóa dữ liệu khác Nó tạo ra một kênh truyền dữ liệu bên trong W-CDMA được gọi là HS-DSCH (High Speed Downlink Shared Channel), kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao Kênh truyền tải này hoạt động hoàn toàn khác biệt so với các kênh thông thường và cho phép thực hiện download với tốc độ vượt trội Và đây là một kênh chuyên dụng cho việc download Điều đó cũng có nghĩa là dữ liệu sẽ được truyền trực tiếp từ nguồn đến điện thoại Song quá trình ngược lại, tức là truyền dữ liệu từ điện thoại đến một nguồn tin thì không thể thực hiện được khi sử dụng công nghệ HSDPA Công nghệ này có thể được chia sẻ giữa tất cả các người dùng có sử dụng sóng radio, sóng cho hiệu quả download nhanh nhất.

Ngoài ra HSDPA còn sử dụng điều chế và mã hoá thích ứng (Adaptive Modulation and Coding), HARQ nhanh (Hybrid Automatic Repeat Request), và lập lịch gói (Packet Scheduling) nhanh Những tính năng này được phối hợp chặt chẽ và cho phép thích ứng các tham số truyền dẫn theo mỗi khoảng thời gian TTI nhằm liên tục hiệu chỉnh sự thay

đổi của chất lượng kênh vô tuyến

2.2 Những cải tiến quan trọng của HSDPA so với WCDMA

Hình 11: Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDMA

Trong WCDMA, điều khiển công suất nhanh nhằm giữ ổn định chất lượng tín hiệu nhận được (Eb/No) bằng cách tăng công suất phát nhằm chống lại sự suy hao của tín hiệu thu được Điều này sẽ tạo ra các giá trị đỉnh trong công suất phát và tăng nền nhiễu đa truy cập, do đó sẽ làm giảm dung lượng của toàn mạng Hơn thế nữa, sự hoạt động của điều khiển công suất yêu cầu luôn luôn phải đảm bảo một mức dự trữ nhất định trong tổng công suất phát của Node B để thích ứng với các biến đổi của nó Loại bỏ được điều khiển công suất sẽ tránh được các hiệu ứng tăng công suất kể trên cũng như không cần tới dự trữ công suất phát của tế bào