LỜI CÁM ƠN
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.
Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3
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
2.3 Nguyên lý hoạt động của HSDPA.....................................................33
2.4 Cấu trúc HSDPA...............................................................................34
2.4.1 Mô hình giao thức HSDPA....................................................35
2.4.2 Cấu trúc kênh........................................................................36
2.4.2.1 Kênh HS-PDSCH.......................................................37
2.4.2.2 Kênh HS-DPCCH.......................................................42
2.5 Kỹ thuật sử dụng trong HSDPA.......................................................44
2.5.1 Điều chế và mã hoá thích ứng...............................................44
2.5.2 Kỹ thuật H-ARQ...................................................................47
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
3.3 Luồng TV di động............................................................................51
3.4 Email...............................................................................................52
Kết luận.........................................................................................................55
Phụ lục...........................................................................................................56
Tài liệu tham khảo........................................................................................60
Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB
4
Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3
DANH M ỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT
- 1G : First Generation
- 2G : Second Generation
- 3G : Third Generation
- 3GPP: 3
rd
Generation Partnership Project
- 16QAM : 16 Quadrature Amplitude Modulation
- 64QAM: 64 Quadrature Amplitude Modulation
- AMC: Adaptive Modulation and Coding
Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB
6
Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1 :Các bước phát triển mạng thông tin di động
Hình 2: Cấu trúc kênh của WCDMA
Hình 3: Cấu trúc kênh logic
Hình 4: Ánh xạ giữa kênh logic và kênh giao vận
Hình 5: Tốc độ truyền WCDMA đường lên
Hình 6: Cấu trúc của kênh dành riêng
Hình 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-DSCH
Hình 17: Trạng thái kênh của các user
Hình 18.1 : Hệ thống trong trường hợp 1 kênh HS-SCCH và phân chia đa thời gian
Hình 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
với mỗi mã theo dB
Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB
7
Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3
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.
Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB
10
Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3
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.
- Caller ID
- Push – to - talk
2.5G
- GPRS
- 1xRTT
- EDGE
Từ
30Kbps90Kbps
- MSM
- Ảnh
- Trình duyệt Web
- Audio/Video clip
- Game
- Tải các ứng dụng và nhạc
chuông
3G
- UMTS
- 1xEV-DO
Từ
144Kbps2Mbps
- Video chất lượng cao
- Nhạc “streaming”
- Game 3D
- Lướt web nhanh
3.5G - HSDPA
- 1xEV-DV Từ
384Kbps14.4Mbps
- Video theo yêu cầu (VOD)
- Video hội họp
1.2 Các tiêu chuẩn xây dựng mạng 3G
(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
Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB
14
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. 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
kênh điều khiển.
Đa tốc độ Trải phổ biến đổi và đa mã
Hệ số trải phổ 4 – 256
Điều khiển công suất Vòng hở và vòng khép kín (tốc độ
1,6KHz)
Trải phổ (hướng lên) Mã trực giao dài để phân biệt kênh, mã
Gold 218
Trải phổ (hướng xuống) Mã trực giao dài để phân biệt kênh, mã
Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB
16
Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3
Gold 241
Chuyển giao Chuyển giao mềm (Soft handoff)
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.
Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB
- 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 For-
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.
1.4.2.1 Kênh truyền tải riêng
Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB
19
Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3
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.
Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3
+ 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,
PACH.
- 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.
Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB
22
Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3
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.
Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB
23
Ứng d ụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3
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
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
Nguyễn Thị Thu Hương - K49ĐB
25
Copyright: Tài liệu đại học ©