Tổng quan công nghệ HSDPA

Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc


MỤC LỤC
Mục lục ………………………………………………………………………

Danh mục các từ viết tắt ……………………………………………………….

Danh mục hình vẽ ……………………………………………………………

Danh mục bảng biểu …………………………………………………………

Lời nói đầu …………………………………………………………………….

Mở đầu …………………………………………………………………………

1
3
10
11
12
13
Chương một - GIỚI THIỆU VỀ HSDPA ……………………………………

1.1 . Lịch sử phát triển thông tin di động thế hệ thứ 3 ………………………

1.1.1. Lịch sử phát triển của thông tin di động …………………………

1.1.2. Sự phát triển hệ thống thông tin di động 3G ………………………

1.2 . Khái niệm HSDPA ……………………………………………………

1.3. Những cải tiến của HSDPA so với W-CDMA …………………………

1.4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống HSDPA ……………………………

1.5. Kết luận………………………………………………………………….

15
15
15
17
18
19
21
23
Chương hai – KIẾN TRÚC KÊNH VÔ TUYẾN CỦA HSDPA ………………

2.1. Kiến trúc quản lý tài nguyên vô tuyến …………………………………

2.2. Kiến trúc giao thức trong HSDPA ……………………………………

2.2.1. Giao thức chuyển đổi dữ liệu ……………………………………

2.2.2. Điều khiển liên kết vô tuyến ……………………………………….

2.2.3. Lớp điều khiển môi trường truy nhập ……………………………

2.2.4. Những cải tiến bộ giao thức HSDPA ……………………………….

2.3. Kiến trúc kênh HSDPA …………………………………………………

2.3.1. Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao ( High-Speed Downlink
Shared Channel - HS-DSCH )………………………………………………

2.3.2. Kênh kiểm soát chia sẻ tốc độ cao (High-Speed Shared Control
Channel – HS-SCCH) ………………………………………………………….

2.3.3. Kênh chia sẻ dành riêng cho điều khiển vật lý (High-Speed
Dedicated Physical Control CHannel – HS- DPCCH)………………………

2.4. Nguyên lý hoạt động của các kênh truyền HSDPA…………………….

2.5. Kết luận ………………………………………………………………

24
24
26
27
27
27
28
29

30

34

37
40
42

Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc


Sinh viên thực hiện: Phạm Phú Thảo Trang 2

Chương ba – CÁC DỊCH VỤ TRIỂN KHAI TRÊN NỀN HSDPA……………

3.1. Dung lượng của thiết bị đầu cuối hỗ trợ HSDPA………………………

3.2. Các dịch vụ cung cấp trên nền tảng HSDPA …………………………

3.2.1. Duyệt web (Web browsing)………………………………………

3.2.2. Truyền hình di động (Moblie TV – Streaming)……………………

3.2.3. Push Email………………………………………………………

3.2.4. Truy cập băng thông rộng không dây (Wireless broadband access)

3.3. Kết luận…………………………………………………………………

43
43
44
44
45
46
47
47
Danh mục tài liệu tham khảo ………………………………………………….

48

Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc


Sinh viên thực hiện: Phạm Phú Thảo Trang 3

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
1G First Generation
16QAM 16 Quadrature Amplitude Modulation
2G Second Generation
3G Third Generation
3GPP 3rd Generation Partnership Project
64QAM 64 Quadrature Amplitude Modulation
8PSK 8 PhaseShift Keying
A-DPCH Associated DPCH
AC Admission Control
ACK ACKnowledgement
AGC Automatic Gain Control
AM Acknowledged Mode
AMC Adaptive Modulation and Coding
AMR Adaptive Multi-Rate
ARIB Association of Radio Industries and Businesses (Japan)
ARP Allocation and Retention Priority
ARQ Automatic Repeat reQuest
ATIS Alliance for Telecommunications Industry Solutions (US)
ATM Asynchronous Transfer Mode
AWGN Additive White Gaussian Noise
BCFE Broadcast Control Functional Entity

BER Bit Error Rate
BMC Broadcast/ Multicast Control protocol
BPSK Binary Phase Shift Keying
BS Base Station
BSC Base Station Controller
BSS Base Station Subsystem
BTS Base Transceiver Station
C/I Carrier-to-Interference ratio
CC Congestion Control
Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc


Sinh viên thực hiện: Phạm Phú Thảo Trang 4

CC Chase Combining
CCSA China Communications Standards Association
CCTrCH Coded Composite Transport CHannel
CDMA Code Division Multiple Access
CFN Connection Frame Number
CPICH Common PIlot CHannel
CQI Channel Quality Information
CRC Cyclic Redundancy Check
CRNC Controlling RNC
CS Circuit Switched
CT Core and Terminals
DAB Digital Audio Broadcasting
DCCH Dedicated Control CHannel (logical channel)
DCH Dedicated CHannel (transport channel)
DDI Data Description Indicator
DL DownLink

DPCCH Dedicated Physical Control CHannel
DPCH Dedicated Physical CHannel
DPDCH Dedicated Physical Data CHannel
DRNC Drift RNC
DRX Discontinuous Reception
DS-CDMA Direct Spread Code Division Multiple Access
DSCH Downlink Shared CHannel
DSL Digital Subscriber Line
DTX Discontinuous Transmission
DVB Digital Video Broadcasting
EDGE Enhanced Data rates for GSM Evolution
EDGE Enhanced Data Rate for Global Evolution
EGPRS Enhanced GPRS
EGPRS Extended GPRS
ETSI European Telecommunications Standards Institute
Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc


Sinh viên thực hiện: Phạm Phú Thảo Trang 5

EVM Error Vector Magnitude
F-DCH Fractional Dedicated CHannel
F-DPCH Fractional Dedicated Physical CHannel
FACH Forward Access CHannel
FBI FeedBack Information
FCC Federal Communications Commission
FCS Fast Cell Selection
FDD Frequency Division Duplex
FDMA Frequency Division Multiple Access
FER Frame Error Ratio

FER Frame Erasure Rate
FFT Fast Fourier Transform
FP Frame Protocol
FRC Fixed Reference Channel
FTP File Transfer Protocol
GB GigaByte
GERAN GSM/EDGE RAN
GGSN Gateway GPRS Support Node
GI Guard Interval
GP Processing gain
GPRS General Packet Radio Service
GSM Global System for Mobile Communications
HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest
HC Handover Control
HLR Home Location Register
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
HSPA High-Speed Packet Access
Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc


Sinh viên thực hiện: Phạm Phú Thảo Trang 6

HSUPA High-Speed Uplink Packet Access
HTTP Hypertext markup language
IP Internet Protocol
IR Incremental Redundancy

IS-95 Interim Standard 95
ITU International Telecommunication Union
ITU International Telegraphic Union
LTE Long-Term Evolution
MAC Medium Access Control
MAC-d dedicated MAC
MAC-hs high-speed MAC
max-C/I maximum Carrier-to-Interference ratio
MB MegaByte
MBMS Multimedia Broadcast and Multicast Service
MIMO Multiple Input Multiple Output
MS Mobile Station
MSC Mobile Switching Centre
MSC/VLR Mobile services Switching Centre/ Visitor Location Register
MUX Multiplexing
NF Noise Figure
Node B Base station
NRT Non Real Time
O&M Operation & Maintenance
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
OLPC Outer Loop Power Control
OMA Open Mobile Alliance
OSS Operations Support System
OVSF Orthogonal Variable Spreading Factor
P-CPICH Primary CPICH
PA Power Amplifier
Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc

Sinh viên thực hiện: Phạm Phú Thảo Trang 7

PAD PADding
PAR Peak-to-Average Ratio
PAS Power Azimuth Spectrum
PC Power Control
PCCC Parallel Concatenated Convolutional Code
PCH Paging CHannel
PDCP Packet Data Convergence Protocol
PDP Packet Data Protocol
PDU Protocol Data Unit
PDU Payload Data Unit
PF Proportional Fair
PS Packet Switched
PU Payload Unit
QAM Quadrature Amplitude Modulation
QoS Quality of Service
QPSK Quadrature Phase Shift Keying
RAB Radio Access Bearer
RACH Random Access CHannel
RAN Radio Access Network
RANAP Radio Access Network Application Part
RB Radio Bearer
RF Radio Frequency
RG Relative Grant
RLC Radio Link Control
RLL Radio Link Layer
RLS Radio Link Set
RM Resource Manager
RNC Radio Network Controller

RNTI Radio Network Temporary Identifier
ROHC RObust Header Compression
RRC Radio Resource Control
Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc


Sinh viên thực hiện: Phạm Phú Thảo Trang 8

RRM Radio Resource Management
RTO Retransmission TimeOut
RTP Real Time Protocol
RTT Round Trip Time
SC-FDMA Single Carrier FDMA
SCCP Signalling Connection Control Part
SDU Service Data Unit
SF Spreading Factor
SGSN Serving GPRS Support Node
SI Scheduling Information
SIB System Information Block
SID Size index IDentifier
SINR Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio
SIR Signal to Interference Ratio
SNR Signal to Noise Ratio
SMS Short Message Services
SRB Signalling Radio Bearer
SRNC Serving RNC
SRNS Serving Radio Network System
TCP Transmission Control Protocol
TD-SCDM Time division synchronous CDMA
TDD Time Division Duplex

TF Transport Format
TMSI Temporary Mobile Subscriber Identity
TPC Transmission Power Control
TR Technical Report
TS Technical Specification
TSG Technical Specification Group
TSN Transmission Sequence Number
TTC Telecommunication Technology Committee (Japan)
TTI Transmission Time Interval
Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc


Sinh viên thực hiện: Phạm Phú Thảo Trang 9


TxAA Transmit Adaptive Antennas
UDP User Datagram Protocol
UE User Equipment
UL UpLink
UM Unacknowledged Mode
UM-RLC Unacknowledged ModeRLC
UMTS Universal Mobile Telecommunications System
URA UTRAN Registration Area
UTRA UMTS Terrestrial Radio Access (ETSI)
UTRA Universal Terrestrial Radio Access (3GPP)
UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network
VCC Virtual Channel Connection
VF Version Flag
VoIP Voice over IP
VPN Virtual Private Network

WAP Wireless Application Protocol
WCDMA Wideband CDMA
WG Working Group
Wimax Worldwide Interoperability for microwave access
WLAN Wireless Local Area Network
WWW World Wide Web 9
Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc


Sinh viên thực hiện: Phạm Phú Thảo Trang 10

DANH MỤC HÌNH VẼ
Số hiệu
hình vẽ
Tên hình Trang

1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động 15

1.2 Lộ trình phát triển của 3G 17

1.3 Lộ trình tăng tốc truyền số liệu trên các phát hành của 3GPP 18

1.4 Những thay đổi của HSDPA so với WCDMA 19

1.5 Nguyên lý hoạt động của HSDPA 21

2.1 Mô hình kiến trúc RRM 24

2.2 Tốc độ đường truyền giữa HSDPA và Release 99. 26

2.3 Kiến trúc giao thức WCDMA 26

2.4 Quá trình truyền tải gói tin qua RRM 28

2.5 Kiến trúc giao thức trong HSDPA 29

2.6 Cấu trúc kênh của HSDPA 29

2.7 Phân bổ tài nguyên trong HS-DSCH 31

2.8 Bộ mã OVSF sử dụng cho HSDPA 32

2.9 Trạng thái kênh của các User và bộ mã được phân phối 33

2.1 Cấu trúc của kênh HS-SCCH 35

2.11 Quá trình truyền tải của kênh HS-SCCH 36

2.12 Cấu trúc khung của HS-PDCCH 37

2.13 Quan hệ giữa CQI và tốc độ dữ liệu 38

2.14 Cấu trúc HS-DPCCH và DPCCH/ DPDCH 39

2.15 Nâng cấp DPCCH/ DPDCH trong phiên bản 6. 39

2.16 Mức ngưỡng so sánh để phân biệt lỗi ACK/ NACK/ DTX 40

2.17 Quy trình hoạt động của các kênh HSDPA. 41

2.18 Quy trình hoạt động của HSDPA trong trường hợp PRE/ POST 42

3.1 Thiết bị Dcom 3G của Viettel 47





Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc


Sinh viên thực hiện: Phạm Phú Thảo Trang 11

DANH MỤC BIỂU ĐỒ, BẢNG
Số hiệu Nội dung Trang
1.1 Độ trễ của HSDPA so với WCDMA. 22
2.1 So sánh chức năng các thiết bị RRM của HSDPA và Release 99 26
3.1 Danh mục thiết bị HSDPA 44
3.2 Độ rộng bộ đệm RLC ứng với từng thể loại HSDPA 45
3.3 Mức độ hài lòng đối với kết nối của HSDPA 46
3.4 Mức độ hài lòng đối với kết nối EGPRS 46
3.5 Quan hệ giữa mức tiêu thụ năng lượng và thời gian của Push
Email
47

Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc


Sinh viên thực hiện: Phạm Phú Thảo Trang 12

LỜI NÓI ĐẦU
Sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ đã mang lại nhiều lợi ích
cho con người, đặc biệt là trong lãnh vực viễn thông, dường như khoảng cách giữa
các lục địa, con người đã được rút ngắn. Khi các ngành thông tin quảng bá vô tuyến
phát triển thì ý tưởng về thiết bị điện thoại di động vô tuyến ra đời và cũng là tiền
thân của mạng thông tin di động ra đời.
Từ cuối năm 1999 cho đến nay, bộ mặt của thông tin di động đã thay đổi một
cách nhanh chóng với sự ra đời của thế hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3
(3G). Hiện nay trên thế giới tồn tại hệ thống 3G cùng hai công nghệ khác nhau:

UMTS theo công nghệ W-CDMA và CDMA2000 theo công nghệ CDMA. Nhưng
hệ thống UMTS dường như chiếm được ưu thế hơn thông tin di động 3G. Hệ thống
này đã được tiêu chuẩn hóa và cải tiến bởi tổ chức 3GPP. Năm 2006, HSDPA (High
Speed Downlink Packet Access - Truy cập gói dữ đường xuống tốc độ cao) chính thức
được thương mại hóa - 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. 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.
Ngày nay công nghệ HSDPA đã trở thành một chuẩn công nghệ đối với các sản
phẩm thiết bị cầm tay, nó là sự lựa chọn đối với các nhà sản xuất thiết bị bên cạnh
chuẩn kết nối không dây khác. Và HSDPA cũng là nơi thử nghiệm của các công nghệ
truyền dữ liệu vô tuyến cho các thế hệ thông tin di động trong tương lai.
Trước hết em xin chân thành cảm ơn Th.s Trần Kim Phúc, các Thầy, Cô giảng
viên ở các trường bạn, cùng các bạn sinh viên trong và ngoài nhà trường đã giúp
đỡ em hoàn thành đồ án môn học này. Do kiến thức về chuyên ngành còn hạn hẹp
nên không tránh khỏi sai xót, mong các Thầy, Cô giảng viên đóng góp ý kiển để
giúp em hoàn thiện hơn việc nghiên cứu phát triển sau này.
Sinh viên thực hiện
Phạm Phú Thảo
Tp. Hội An tháng 10 năm 2011.
Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc


Sinh viên thực hiện: Phạm Phú Thảo Trang 13

MỞ ĐẦU
I. Lý do chọn đề tài

Thông tin di động là lĩnh vực hội tụ nhiều nhiều kỹ thuật vô tuyến, đây cũng là
một ngành công nghiệp mang lại lợi nhuận cao cũng như đáp ứng được nhu cầu kết
nối mọi lúc mọi nơi của con người. Hiện nay, chiếc điện thoại di động hoặc các
thiết bị di động cầm tay ngày nay không chỉ đóng vai trò là công cụ kết nối về mặt
thoại mà ngày nay người dùng còn yêu cầu cuộc gọi có hình, các dịch vụ đa phương
tiện, truy cập mạng internet… ngay trên thiết bị cầm tay của họ. Các dịch vụ này
đòi hỏi một tốc độ đường truyền cao. Nhu cầu này đã thúc đẩy các hiệp hội viễn
thông liên tục cải tiến các công nghệ truyền dữ liệu trên kênh vô tuyến của hệ thống
thông tin di động từ GPRS, EGPRS cho các hệ thống 2G, hiện tại là công nghệ
HSPA là tổ hợp công nghệ giúp tăng tốc độ truyền tải dữ liệu cho các hệ thống 3G
theo chuẩn WCDMA.
HSPA là tổ hợp gồm hai công nghệ: HSDPA cho tuyến xuống và HSUPA cho
tuyến lên. Công nghệ HSDPA ra đời trước HSUPA và sớm được các hiệp hội viễn
thông chuẩn hóa và triển khai thương mại, bởi vì người dùng có xu hướng dùng các
thiết bị để tải về nhiều hơn là các ứng dụng tải lên. Đồng thời việc tải về thiết bị sẽ
chiếm tài nguyên vô tuyến của trạm lớn hơn so với việc tải lên.
II. Mục đích nghiên cứu
Đồ án môn học này tập trung giới thiệu về những cải tiến về mặt kênh truyền
vô tuyến được công nghệ HSDPA đưa thêm vào hệ thống WCMDA nhằm đắp ứng
được nhu cầu tải về của người dùng đối với các dịch vụ, cũng như nâng cao hiệu
suất sử dụng tài nguyên phân phối cho các dịch vụ khác nhau.
III. Phạm vi nghiên cứu
Với quy mô của một đồ án môn học, nghiên cứu dừng lại ở việc trình bày các
khái niệm, giới thiệu các cấu trúc kênh truyền, mối liên hệ giữa các kênh truyền
theo thời gian.
Đồ án chưa thể đưa ra được những mô phỏng cụ thể cho người đọc thấy được
sự cải thiện kênh truyền, vì mức độ phức tạp của các chương trình mô phỏng cùng
với các kỹ thuật mới đưa vào hệ thống, cùng việc thiếu các số liệu triển khai hệ
thống và thiết bị đo chuyên dụng người viết chưa thể mô phỏng được hệ thống

HSDPA.
Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc


Sinh viên thực hiện: Phạm Phú Thảo Trang 14

IV. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu dựa trên các tài liệu kỹ thuật, tập huấn của các hãng sản xuất thiết
bị viễn thông: Nokia Seimens, Qualcoom, Ericsson…
V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Đồ án môn học này mang đến cho người dùng những hiểu biết về công nghệ
HSDPA, giúp người đọc hiểu được một phần về nguyên lý truyền tải dữ liệu trên
các thiết bị có chuẩn HSPA: các smartphone thế hệ, modem 3G, USB 3G…
VI. Cấu trúc đồ án môn học
Trong khuôn khổ của đồ án môn học này, người viết chỉ xin trình bày tổng quan
về công nghệ HSDPA. Đồ án này bao gồm các phần như sau.
 Chương một:
 Giới thiệu về lịch sử phát triển thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G), trong đó
chú trọng giới thiệu quá trình ra đời và xu hướng phát triển của công nghệ
HSPA/ HSDPA.
 Chương hai:
 Giới thiệu về kiến trúc vô tuyến của công nghệ HSDPA. Các đặc điểm kỹ
thuật về kênh truyền, mối liên hệ giữa các kênh truyền trong quá trình hoạt
động.
 Chương ba:
 Các thiết bị theo chuẩn HSDPA.
 Các ứng dụng của HSDPA.

Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc


Sinh viên thực hiện: Phạm Phú Thảo Trang 15

Chương Một
GIỚI THIỆU
1.1. Lịch sử phát triển của thông tin di động 3G:
1.1.1. Lịch sử phát triển của thông tin đi động:
3G là thuật ngữ để chỉ các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (Third
Genaration). Chúng ta sẽ xem xét tổng quan các thế hệ thông tin di động để có cái
nhìn sự phát triển và những nhu cầu đặt ra yêu cầu sự nâng cấp hơn nữa của ngành
thông tin di động .

Hình 1.1: Lịch sử phát triển của thông tin di động.
Thế hệ thứ nhất 1G sử dụng công nghệ Analog nó cung cấp các dịch vụ về
đàm thoại là chủ yếu. Khi ra đời thông tin di động mang lại tiện ích rất lớn cho
người dùng và số lượng thuê bao ngày càng tăng, bên cạnh đó khách hang không
đơn thuần sử dụng dịch vụ về voice mà còn yêu cầu thêm các dịch vụ khác. Điều
này buộc phải có biện pháp nâng cao dung lượng mạng và chất lượng đàm thoại. Để
giải quyết vấn đề này người ta nghĩ đến việc số hóa các hệ thống điện thoại di động,
và điều này dẫn đến sự ra đời của các hệ thống điện thoại di động thế hệ 2 (2G).
Các hệ thống 2G chủ yếu là hệ thống GSM của Châu Âu, cdmaOne (IS-95 và
IS-136) của Mỹ. Các hệ thống này không những cung cấp các dịch vụ về đàm thoại,
nhắn tin SMS… Để tăng thông lượng 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
Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc


Sinh viên thực hiện: Phạm Phú Thảo Trang 16

truyền tăng lên gấp 3 lần so với 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 độ lên được 250 Kbps (trên lý thuyết). EDGE
còn được biết đến như là 2.75G (trên đường tiến tới 3G).
3G là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ điện thoại di động, cho phép truyền
cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình
ảnh ). 3G cung cấp cả hai hệ thống là chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. Hệ
thống 3G yêu cầu một mạng truy cập radio hoàn toàn khác so với hệ thống 2G hiện
nay. Điểm mạnh của công nghệ này so với công nghệ 2G và 2.5G là cho phép
truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, hình ảnh chất lượng cao cho cả thuê bao cố định
và thuê bao đang di chuyển ở các tốc độ khác nhau. Với công nghệ 3G, các nhà

cung cấp có thể mang đến cho khách hàng các dịch vụ đa phương tiện, như âm nhạc
chất lượng cao; hình ảnh video chất lượng và truyền hình số; Các dịch vụ định vị
toàn cầu (GPS); E-mail;video streaming; High-ends games;
Quốc gia đầu tiên đưa mạng 3G vào sử dụng rộng rãi là Nhật Bản. Vào năm
2001, NTT Docomo là công ty đầu tiên ra mắt phiên bản thương mại của
mạng WCDMA. Công nghệ IMT-2000 CDMA Direct Spread được biết đến nhiều
hơn dưới tên gọi thương mại là WCDMA, được chuẩn hoá bởi 3GPP. Dựa trên
công ghệ WCDMA hiện có hai loại hệ thống là FOMA (do NTT DoCoMo triển
khai ở Nhật) và UMTS (được triển khai đầu tiên ở Châu Âu, sau đó phát triển ra
toàn thế giới). UMTS là sự phát triển lên 3G của họ công nghệ GSM (GSM, GPRS
& EDGE) dựa trên nền tảng CDMA băng rộng (WCDMA), là công nghệ duy nhất
được các nước châu Âu công nhận cho mạng 3G. GSM và 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).
Sự phát triển của thông tin di động không chỉ dừng lại ở đây mà các nhà cung
cấp dịch vụ còn muốn bán nhiều hơn dịch vụ tốc độ cao cho người dùng và họ còn
muốn mạng thông tin di động hòa chung với các mạng dữ liệu khác đang tồn tại, xu
hướng chỉ ra đó là việc IP hóa mạng dữ liệu. HSPA là một trong những bước
chuyển trong sự phát triển của 3G lên thế hệ thứ tư 4G.
Và trong những năm tiếp theo là các thế hệ tiếp theo của mạng thông tin di
động.
Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc


Sinh viên thực hiện: Phạm Phú Thảo Trang 17

1.1.2. Sự phát triển của hệ thống thông tin di động 3G:
Tính cho đến nay hệ thống thông tin di động 3G gần như đã chiếm lĩnh được
thị trường và nó được tổ chức 3GPP chuẩn hóa với nhiều phiên bản khác nhau. Mỗi
phiên bản là sự cải tiến cho 3G. Tổ chức 3GPP tiêu chuẩn hóa 3G trên nền công

nghệ W-CDMA mà phiên bản thương mại hóa được biết dưới cái tên UTMS. Một
bước quan trọng trong việc tiêu chuẩn hóa W-CDMA của 3GPP là việc tiêu chuẩn
hóa HSPA: HSPA cho downlink ở Release 5 có tên là HSDPA và cho uplink ở
Release 6 HSUPA. Trong đó 3GPP chú trọng nâng cao tốc độ truyền số liệu cho
downlink, vì nhu cầu chính của khách hàng vẫn là download.







Hình1.2: Lộ trình phát triển của 3G.
Một số đặc điểm chủ yếu của công nghệ WCDMA bao gồm: Mỗi kênh vô
tuyến có độ rộng 5 MHz; tương thích ngược với GSM; chip rate 3,84 Mbps; hỗ trợ
hoạt động không đồng bộ giữa các cell; truyền nhận đa mã; hỗ trợ điều chỉnh công
suất dựa trên tỷ số tín hiệu/tạp âm; có thể áp dụng kỹ thuật anten thông minh để
tăng dung lượng mạng và vùng phủ sóng (phiên bản HSPA từ Release 8 trở lên); hỗ
trợ nhiều kiểu chuyển giao giữa các cell, bao gồm soft-handoff, softer-handoff và
hard-handoff; UMTS cho phép tốc độ downlink là 0,384 Mbps (full mobility) và
với phiên bản nâng cấp lên HSPA Release 6 hiện nay, tốc độ lên tới 14 Mbps
(downlink) và 1,4 Mbps (uplink). Dự kiến phiên bản HSPA Release 8 ra mắt vào
năm 2009 (thêm tính năng MIMO) thì tốc độ tương ứng sẽ là 42 Mbps & 11,6
Mbps.




Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc

Sinh viên thực hiện: Phạm Phú Thảo Trang 18







Hình 1.3: Lộ trình tăng tốc truyền số liệu trên các phát hành của 3GPP.
1.2. Khái niệm HSDPA:
HSDPA hay còn được gọi là truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (High-
Speed Downlink Packet Access) là một bước tiến nhằm nâng cao tốc độ và khả
năng của mạng di động tế bào thế hệ thứ 3 UMTS. HSDPA đôi khi còn được biết
đến như là một công nghệ thuộc thế hệ 3.5G. Hiện tại, tốc độ dữ liệu đường xuống
của HSDPA là 1.8, 3.6, 7.2 và 14.4 Mbps và trong tương lai có thể đạt 20Mbps với
công nghệ MIMO. HSDPA được thiết kế cho những ứng dụng dịch vụ dữ liệu như:
dịch vụ cơ bản như tải tệp, Email, dịch vụ tương tác như trình duyệt web, truy nhập
server, truy tìm và phục hồi cơ sở dữ liệu; và dịch vụ Streaming.
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),
hay còn gọi là 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 mà nó sử dụng công nghệ có tên là
HSUPA. Công nghệ này có thể được chia sẻ giữa tất cả các user có sử dụng sóng
radio, sóng cho hiệu quả download nhanh nhất.

Ngoài HS-DSCH, còn có 3 kênh truyền tải dữ liệu khác cũng được phát triển:
 HS-SCCH : High Speed Shared Control Channel – kênh điều khiển dùng
chung tốc độ cao
 HS-DPCCH : High Speed Dedicated Physical Control Channel – kênh điều
khiển vật lý dành riêng tốc độ cao.
Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc


Sinh viên thực hiện: Phạm Phú Thảo Trang 19

 HS-PDSCH : High Speed Physical Downlink Shared Channel – kênh vật lý
chia sẻ đường xuống tốc độ cao. Đây là kênh mang thông tin của HS-DSCH
Trong năm 2007, một số lượng lớn các nhà cung cấp dịch vụ di động trên toàn
thế giới đã bắt đầu bán các sản phẩm USB Modem có chức năng kết nối di động
băng thông rộng. Ngoài ra, số lượng các trạm thu phát HSDPA trên mặt đất cũng
tăng nhanh để đáp ứng nhu cầu thu phát dữ liệu. Được giới thiệu là có tốc độ lên tới
3.6 Mbps và 7,2 Mbps, song đây chỉ là con số có thể đạt được trong điều kiện lý
tưởng. Do vậy, tốc độ đường truyền sẽ không nhanh như mong đợi, đặc biệt là trong
điều kiện phòng kín.
1.3. Những cải tiến của HSDPA so với WCDMA.








Hình 1.4: Những thay đổi của HSDPA so với WCDMA.
Bên cạnh những cải tiến về kênh truyền dẫn, HSDPA còn có những thay đổi

chức năng giúp cho HSDPA đạt được tốc độ tối ưu về download. 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 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 nữa, sự hoạt động của điều
khiển cổng suất yêu cầu luôn luôn phải đảm bảo một mức dự trữ nhất định trong
tổng công suất phát của NodeB 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 cell. Tuy nhiên do không sử dụng điều
khiển công suất, HSDPA yêu cầu các kỹ thuật thích ứng liên kết khác để thích ứng
Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc


Sinh viên thực hiện: Phạm Phú Thảo Trang 20

với các tham số tín hiệu phát nhằm liên tục bám theo các biến thiên của kênh truyền
vô tuyến.
Một trong những kỹ thuật thích ứng liên kết được gọi là điều chế và mã hóa
thích nghi AMC. Với kỹ thuật AMC, điều chế và tỉ lệ mã hóa được thích ứng một
cách liên tục với chất lượng kênh thay cho việc hiệu chỉnh công suất. Truyền dẫn sử
dụng nhiều mã Walsh cũng được sử dụng trong quá trình thích ứng liên kết. Sự kết
hợp của hai kỹ thuật thích ứng liên kết trên đã thay thế hoàn toàn kỹ thuật hệ số trải
phổ biến thiên(variable spreading factors) trong WCDMA do khả năng thích ứng
chậm đối với sự biến thiên của truyền dẫn vô tuyến tốc độ cao.
Do HSDPA không còn sử dụng điều khiển công suất vòng kín, phải tối thiểu
hóa sự thay đổi của chất lượng kênh vô tuyến trong mỗi khoảng thời gian TTI, vấn
đề này được thực hiện nhờ việc giảm độ rộng của TTI từ 10ms ở WCDMA xuống
còn 2ms ở HSDPA. Với sự bổ xung kỹ thuật HARQ nhanh, nó cho phép phát lại
một cách nhanh nhất các block dữ liệu đã bị mất hoặc bị lỗi và khả năng kết hợp với
thông tin mềm ở lần phát đầu tiên với các lần phát lại sau đó. Để thu thập được

thông tin chất lượng kênh hiện thời cho phép các kỹ thuật thích ứng liên kết và lập
lịch gói theo dõi giám sát một cách liên tục các điều kiện vô tuyến hiện tại của thuê
bao di động, chức năng MAC chị trách nhiệm giám sát kênh HS-DSCH được
chuyển từ RNC đến NodeB. Thông tin về chất lượng kênh nhanh cho phép bộ lập
lịch gói phục vụ user chỉ khi điều kiện của user này là thích hợp. Quá trình lập lịch
gói nhanh và đặc tính chia sẻ theo thời gian của kênh HS-DSCH về bản chất có thể
xem như phân tập lựa chọn đa người dùng(multiuser selection diversity) với những
lợi ích rất to lớn đối với việc cải thiện thông lượng cell. Việc dịch chuyển chức năng
lập lịch đến NodeB là thay đổi chính về kiến trúc nếu so sánh với phiên bản R99.
Độ trễ trong hệ thống của HSDPA cũng được cải thiện so với WCDMA, qua nhiều
phép thử đo kiểm bằng việc kết nối thiết bị đầu cuối với mạng Internet, kết quả cho
thấy mức độ trễ của HSDPA là 46 ms, tiếp theo là WCDMA tuyến lên 74 ms, và
WCDMA tuyến xuống 76 ms.
Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc


Sinh viên thực hiện: Phạm Phú Thảo Trang 21











Biểu đồ 1.1: Độ trễ của HSDPA so với WCDMA.
1.4. Nguyên lý hoạt động của HSDPA.

Hình 1.5: Nguyên lý hoạt động của HSDPA.
Trong giải pháp HSDPA, thiết bị sắp xếp gói tin sẽ được chuyển từ bộ điều
khiển mạng vô tuyến RNC tới Node-B nhằm giúp người sử dụng dễ dàng truy nhập
vào các chức năng thống kê giao diện vô tuyến. Kỹ thuật sắp xếp gói tin tiên tiến sẽ
giúp điều chỉnh được tốc độ dữ liệu người sử dụng sao cho thích hợp với các điều
kiện kênh vô tuyến tức thời. Mục đích của HSDPA là hỗ trợ truy nhập gói đường
xuống tốc độ cao bằng cách sử dụng một kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao (HS-
Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc


Sinh viên thực hiện: Phạm Phú Thảo Trang 22

DSCH) và hỗ trợ thoại được tích hợp trên kênh DCH và dữ liệu tốc độ cao trên
kênh (HS-DSCH) trên cùng một sóng mang, tương tự như DSCH trong R99.
Trong quá trình kết nối, vấn đề chủ chốt là xác định chất lượng kênh đường
xuống cho mỗi người sử dụng độc lập; ví dụ tỷ lệ công suất ký hiệu trên tạp âm
(E

s
/N
o
), và chất lượng bộ tách UE. Node-B có thể ước lượng tốc độ dữ liệu
được hỗ trợ cho mỗi UE bằng cách giám sát các lệnh điều khiển công suất phát
TPC được gửi theo kênh dành riêng DCH liên kết với UE đó. Ngoài ra, UE có
thể được yêu cầu phát theo chu kỳ một giá trị chỉ thị chất lượng kênh (Channel
Quality Information –CQI) đặc thù của HSDPA trên kênh điều khiển vật lý dành
riêng tốc độ cao HS-DPCCH đường lên, kênh này cũng mang cả thông tin báo
hiệu chấp nhận/ không chấp nhận (Ack/Nack) ở dạng gói dữ liệu dựa trên
layer1 cho mỗi liên kết. Khi đã ước tính được chất lượng kênh, hệ thống chia sẻ
tài nguyên mã công suất, và kênh truyền vô tuyến giữa những người sử dụng
khác nhau.
Lớp điều khiển truy nhập môi trường (Medium Access Control – MAC) được
đặt tại Node B, do đó cho phép truy nhập nhanh hơn tới các giá trị đo lường tuyến
kết nối, lập lịch gói hiệu quả hơn và nhanh hơn, cũng như điều khiển chất lượng
QoS chặt chẽ hơn. So sánh với phương pháp DMA truyền thống, kênh HS-DSCH
không thực hiện với điều khiển công suất nhanh và hệ số trải phổ là cố định. Bằng
cách sử dụng kỹ thuật mã hóa Turbo tốc độ thay đổi, điều chế 16QAM, cũng như
hoạt động đa mã mở rộng, kênh HS-DSCH hỗ trợ tốc độ dữ liệu đỉnh từ 120Kbps
tới hơn 10Mbps. Quá trình điều chế và mã hóa thích nghi cơ bản có một dải động
khoảng 20dB, và được mở rộng hơn nữa bởi số đa mã khả dụng.

Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc


Sinh viên thực hiện: Phạm Phú Thảo Trang 23

1.5 Kết luận
HSDPA là kỹ thuật phát triển trên nền của WCDMA, giúp cải thiện hiệu quả sử
dụng băng thông cung cấp cho các dịch vụ chuyển mạch gói dữ liệu trên đường
truyền vô tuyến. Tốc độ đỉnh của HSDPA có thể đạt được từ 3Mbps – 10Mbps, thời
gian trễ thấp dưới 100 ms. Trong những phát hành sắp tới của HSDPA tốc độ này có
thể đạt được 28Mbps
Để đạt được tốc độ cao như vậy HSDPA sử dụng các kỹ thuật:
Điều chế đa mã thích ứng liên kết AMC
Kỹ thuật lập lịch nhanh
HARQ
Cùng với việc bổ sung các kênh truyền chia sẻ tốc độ cao: HS-DSCH, HS-
SCCH, HS-PDCCH.
HSDPA được xem như là bước đệm, cũng là nơi thử nghiệm các công nghệ
mới trong thông tin di động, trong tương lai không xa sẽ cho ra đời một thế hệ mạng
thông tin mới hội tụ giữa mạng số liệu như Internet với mạng thông tin di động.


Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc


Sinh viên thực hiện: Phạm Phú Thảo Trang 24

Chương Hai
KIẾN TRÚC KÊNH VÔ TUYẾN CỦA HSDPA

2.1. Kiến trúc quản lý tài nguyên vô tuyến.
Kiến trúc quản lý tài nguyên vô tuyến (Radio Resource Management
architecture – RRM) là hệ thống kiểm soát đặc tính truyền dẫn vô tuyến trong hệ
thống truyền thông không dây, ví dụ như các mạng di động, mạng không dây và hệ
thống phát thanh truyền hình. RRM bao gồm các hệ thống và các thuật toán nhằm
kiểm soát các thông số đường truyền vô tuyến chẳng hạn như điều khiển công suất,
phân bổ kênh, tốc độ dữ liệu, chuyển giao cuộc gọi, chương trình điều chế, chương
trình mã hóa…, mục tiêu là sử dụng các nguồn tài nguyên vô tuyến phổ tần và cơ sở
hạ tầng mạng vô tuyến một cách hiệu quả nhất có thể.











Hình 2.1: Mô hình kiến trúc RRM
Các thành phần RRM:
- Thiết bị đầu cuối (End User – EU) : là các máy điện thoại di động, thiết bị
cầm tay của người dùng…
- Node B: nhiệm vụ của nó là thực hiện kết nối vô tuyến vật lý giữa đầu cuối
với nó. Nó nhận tín hiệu trên giao diện Iub từ RNC và chuyển nó vào tín hiệu vô
tuyến trên giao diện Uu.
- Thiết bị điều khiển mạng vô tuyến (Radio Network Controller – RNC): chịu
trách nhiệm quản lý cho một hay nhiều NodeB và điều khiển các tài nguyên của
chúng. Đây cũng chính là điểm truy nhập dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho mạng

Đồ án môn học số 3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Kim Phúc


Sinh viên thực hiện: Phạm Phú Thảo Trang 25

lõi (Core Network – CN). RNC có nhiều chức năng logic tùy thuộc vào việc nó
phục vụ Node B nào. Người sử dụng được kết nối vào một RNC phục vụ (SRNC:
Serving RNC). Khi EU chuyển vùng đến một RNC khác nhưng vẫn kết nối với
RNC cũ, một RNC trôi (DRNC: Drift RNC) sẽ cung cấp tài nguyên vô tuyến cho
người sử dụng, nhưng RNC phục vụ vẫn quản lý kết nối của người sử dụng đến CN.
Khi UE trong chuyển giao mềm giữa các RNC, tồn tại nhiều kết nối qua Iub và có ít
nhất một kết nối qua Iur. Chỉ một trong số các RNC này (SRNC) là đảm bảo giao
diện Iu kết nối với mạng lõi còn các RNC khác (DRNC)
chỉ làm nhiệm vụ định tuyến thông tin giữa các Iub và Iur. Chức năng cuối cùng của
RNC là RNC điều khiển (CRNC: Control RNC). Mỗi Node B có một RNC điều
khiển chịu trách nhiệm cho các tài nguyên vô tuyến của nó.
Các chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến của HSDPA có sự thay đổi so với
phiên bản 99:

Bảng 2.1 : So sánh chức năng các thiết bị RRM của HSDPA và Release 99.
Trong HSDPA thì nhiệm vụ quản lý tài nguyên dường như đã được chia sẻ cho
các thiết bị trong hệ thống đảm bảo cho các thiết bị không bị quá tải. Nhờ sự phân
bố hợp lý này mà tốc độ trên các giao diện đã được nâng lên đáng kể. Song tốc độ
Thiết bị Release 99 HSDPA
Node B - Điều khiển công suất - Lập biểu
- Phân bổ năng lượng
- Cung cấp chất lượng dịch vụ
- Điều khiển tải và quá tải
RNC
phục vụ

(SRNC)
- Lập bản đồ về tham số QoS
- Lập kế hoạch cho kênh chuyên
dụng
- Điều khiển chuyển giao
- Điều khiển công suất vòng hở
- Lập bản đồ về tham số QoS
- Điều khiển chuyển giao
RNC trôi

( DRNC)

- Kiểm soát đăng nhập
- Thiết lập công suất và tỉ lệ tín
hiệu trên nhiễu ban đầu
- Dự phòng tài nguyên vô tuyến
- Lập kế hoạch cho kênh truyền
chung
- Cấp phát mã đường xuống và mã
“bắt tay ba bước”.
- Điều khiển tải và quá tải
- Kiểm soát đăng nhập
- Dự phòng tài nguyên vô tuyến
cho HSDPA / HSUPA
- Cấp phát mã đường xuống và
mã “bắt tay ba bước”.
- Kiểm soát tải và quá tải ( tổng
quan).