nghiên cứu cấu trúc hsdpa và ứng dụng vào mạng di động thế hệ thứ 3g

Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thông tin di động”

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 khn khổ khố luận này, em 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.

GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 1

Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thông tin di động”

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN HỆ THỐNG MẠNG 3G (WCDMA)
I .Công nghệ W-CDMA
Công nghệ EDGE là một bước cải tiến của chuẩn GPRS để đạt tốc độ truyền
dữ liệu theo yêu cầu của thông tin di động thế hệ ba. Tuy nhiên EDGE vẫn dựa
trên cấu trúc mạng GSM, chỉ thay đổi kỹ thuật điều chế vô tuyến kết hợp với dịch
vụ chuyển mạch vô tuyến gói chung (GPRS) nên tốc độ vẫn cịn hạn chế. Điều này
gây khó khăn cho việc ứng dụng các dịch vụ truyền thơng đa phương tiện địi hỏi
việc chuyển mạch linh động và tốc độ truyền dữ liệu lớn hơn. Để giải quyết vấn đề
này, giải pháp đưa ra là nâng cấp EDGE lên chuẩn di động thế hệ ba W-CDMA
W-CDMA (Wideband CDMA) là công nghệ thông tin di động thế hệ ba (3G)
giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách dùng kỹ thuật
CDMA hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA. Trong các công nghệ
thông tin di động thế hệ ba thì W-CDMA nhận được sự ủng hộ lớn nhất nhờ vào
tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt
là dịch vụ tốc độ bit thấp và trung bình.
W-CDMA có các tính năng cơ sở sau :
- Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5MHz.
- Lớp vật lý mềm dẻo để tích hợp được tất cả thơng tin trên một sóng mang.
- Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1.
- Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến.
Nhược điểm chính của W-CDMA là hệ thống không cấp phép trong băng
TDD phát liên tục cũng như không tạo điều kiện cho các kỹ thuật chống nhiễu ở
các môi trường làm việc khác nhau.
Hệ thống thông tin di động thế hệ ba W-CDMA có thể cung cấp các dịch vụ
với tốc độ bit lên đến 2MBit/s. Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn đối

GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 2


Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thông tin di động”

xứng và không đối xứng, thông tin điểm đến điểm và thông tin đa điểm. Với khả
năng đó, các hệ thống thơng tin di động thế hệ ba có thể cung cấp dể dàng các dịch
vụ mới như : điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngồi ra nó cịn cung cấp các
dịch vụ đa phương tiện khác.

II .Cấu trúc mạng W-CDMA
Hệ thống W-CDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS. Cấu trúc mạng WCDMA có thể chia ra làm hai phần : mạng lõi (CN) và mạng truy nhập vô tuyến
(UTRAN), mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứng của mạng GPRS cịn
mạng truy nhập vơ tuyến là phần nâng cấp của W-CDMA. Ngoài ra để hoàn thiện
hệ thống, trong W-CDMA cịn có thiết bị người sử dụng (UE) thực hiện giao diện
người sử dụng với hệ thống. Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đều bao
gồm những giao thức mới được thiết kế dựa trên công nghệ vơ tuyến W-CDMA,
và mạng lõi được định nghĩa hồn toàn dựa trên GSM. Điều này cho phép hệ
thống W-CDMA phát triển mang tính tồn cầu trên cơ sở cơng nghệ GSM.

GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 3


Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thông tin di động”

UU

IU

Node B
RNC
Node B
USIM

USIM

IUr

IUb

CU

MSC/
VLR

GMSC

PLMN,PSTNI
SDN

HLR

Node B
RNC

SGSN

GGSN

Internet

Node B
UE

UTRAN

CN

Các mạng
ngoài

Cấu trúc của UMTS

 UE (User Equipment)
Thiết bị người sử dụng giao tiếp giữa người sử dụng với hệ thống.
UE gồm hai phần :
- Thiết bị di động (ME : Mobile Equipment) : Là đầu cuối vô tuyến được sử
dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu.
- Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) : Là một thẻ thông minh chứa
thông tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật tốn nhận thực, lưu giữ
các khóa nhận thực và một số thơng tin th bao cần thiết cho đầu cuối.
 UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)
Mạng truy nhập vơ tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến
truy nhập vô tuyến. UTRAN gồm hai phần tử :
- Nút B : Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện I ub và Uu. Nó
cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến.

GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 4


Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thông tin di động”

- Bộ điều khiển mạng vơ tuyến RNC : Có chức năng sở hữu và điều khiển các
tài nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B được kết nối với nó). RNC cịn là
điểm truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN.
 CN (Core Network)
- HLR (Home Location Register) : Là thanh ghi định vị thường trú lưu giữ
thơng tin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng bao gồm : Thông tin về các
dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và các thông tin về dịch vụ
bổ sung như : trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi.
- MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register) :
Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch
kênh cho UE tại vị trí của nó. MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển
mạch kênh. VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người sử dụng cũng như
vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ.
- GMSC (Gateway MSC) : Chuyển mạch kết nối với mạng ngồi.
- SGSN (Serving GPRS) : Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụng
cho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS).
- GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Có chức năng như GMSC nhưng
chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
 Các mạng ngồi
- Mạng CS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh.
- Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
 Các giao diện vơ tuyến
- Giao diện CU : Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện

này tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh.
- Giao diện UU : Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của

GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 5


Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thơng tin di động”

hệ thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS.
- Giao diện IU : Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà
khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau.
- Giao diện IUr : Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản
xuất khác nhau.
- Giao diện IUb : Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC. I Ub được
tiêu chuẩn hóa như là một giao diện mở hồn toàn.

III. Các kênh cơ bản của W-CDMA

WCDMA gồm 3 kênh cơ bản:
Kênh logic: miêu tả loại thông tin sẽ được truyền đi.
Kênh vận tải: qui định bằng cách nào và với đặc trưng gì thơng 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 lại kênh giúp cho việc quản lý và điều khiển một cách dễ
dàng, 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.
IV.

Các bước cải tiến của công nghệ WCDMA

GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 6


Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thông tin di động”

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 thơng 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 địi 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
Marcrocell và 100% đối với Microcell, tốc độ truyền dẫn tối đa có thể lên đến 14
GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 7


Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thông tin di động”

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 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 thơng 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.

GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 8


Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thông tin di động”

Điểm đáng chú ý là tăng ích của kỹ thuật thích ứng kênh khơng 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

1.

Tổng quan về HSDPA

Mặc dù công nghệ 3G WCDMA hiện nay cho phép tốc độ dữ liệu gói lên
đến 2Mbps. Tuy nhiên, các tiêu chuẩn thiết kế của WCDMA có một số hạn chế :
• Khơng tận dụng các ưu thế của dữ liệu gói vốn rất phổ biến đối với đường
trục hữu tuyến

GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 9


Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thơng tin di động”

• Thiết kế dịch vụ 2Mbps hiện nay là chưa hiệu quả và chưa đáp ứng được
nhu cầu sử dụng dịch vụ số liệu
• Không thể xử lý tốc độ dữ liệu cao lên đến 10Mbps
Vì thế, R5 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
Các tính năng kỹ thuật của cơng nghệ HSDPA gồm:
• Tương đương với CDMA2000 1xEV (HDR)
• Điều chế và mã hố 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
• Mã Turbo
• Khả năng sửa lỗi gần với giới hạn lý thuyết
• ARQ ghép thích ứng

• Tự động thích ứng liên tục theo điều kiện kênh bằng cách ghép chèn thêm
thơng tin khi cần
• Sử dụng AMC khi được kết hợp với HARQ nhằm cải thiện dung
lượng của hệ thống
• 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

GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 10


Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thông tin di động”

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 cơng 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. Cơng 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

GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 11


Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thơng tin di động”

q trình ngược lại, tức là truyền dữ liệu từ điện thoại đến một nguồn tin thì khơng
thể thực hiện được khi sử dụng cơng nghệ HSDPA. Cơng 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.
Ngồi ra HSDPA cịn sử dụng điều chế và mã hố 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.

I.

Những cải tiến quan trọng của HSDPA so với WCDMA

GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 12

Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thơng tin di động”

Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDMA
Trong WCDMA, điều khiển cơng 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 tồn 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.
Tuy nhiên, do không sử dụng điều khiển công suất, HSDPA yêu cầu các kỹ
thuật thích ứng liên kết khác để thích ứng các tham số tín hiệu phát nhằm liên tục
bám theo các biến thiên của kênh truyền vô tuyến.
Một trong những yêu cầu thích ứng liên kết sẽ được đề cập trong khn
khổ bài khố luận này được gọi là “điều chế và mã hố thích ứng - AMC”. Với kỹ

GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 13


Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thông tin di động”

thuật AMC, điều chế và tỉ lệ mã hố đựoc 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 q 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 trong WCDMA do khả năng thích ứng chậm đối với sự biến thiên của truyền

dẫn vô tuyến tốc độ cao.
Do HSDPA khơng cịn sử dụng điều khiển cơng suất vịng kín, phải tối
thiểu hố 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 10 ms ở
WCDMA xuống còn 2ms ở HSDPA. Với sự bổ sung kỹ thuật HARQ nhanh, nó
cịn 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 về 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 khiển vô tuyến hiện tại của thuê bao di động, lớp điều khiển trung gian
MAC thì làm nhiệm vụ giám sát kênh nhanh cho phép Bộ 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 dung với những lợi ích rât to lớn đối với việc cỉa thiện
thông lượng của tế bào. Việc chuyển dịch chức năng lập lịch đến Node B là thay
đổi chính về kiến trúc nếu so sánh với phiên bản R99 của WCDMA.

2.

Nguyên lý hoạt động của HSDPA

GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 14


Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thông tin di động”

Nguyên lý hoạt động cơ bản của HSDPA

HSDPA gồm các giải pháp:
+ Thực hiện đan xen thời gian truyền dẫn ngắn TTI=2ms
+ Mã hoá và điều chế thích ứng AMC
+ Truyền dẫn đa mã, lớp vật lý tốc độ cao L1
+ Yêu cầu lặp tự động lai H-ARQ.
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 vơ 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.

GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 15


Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thơng tin di động”

Trong q trình kết nối, thiết bị người sử dụng (UE) sẽ định kỳ gửi một
chỉ thị chất lượng kênh CQI tới Node-B cho biết tốc độ dữ liệu nào (bao gồm
kỹ thuật điều chế và mã hoá, số lượng các mã đã sử dụng) mà thiết bị này có
thể hỗ trợ khi ở dưới các điều kiện vô tuyến hiện thời. Đồng thời, UE gửi một
báo nhận (Ack/Nack) ứng với mỗi gói giúp node-B biết được thời điểm lặp lại
quá trình truyền dữ liệu. Cùng với chức năng thống kê chất lượng kênh tương
ứng cho từng UE trong một cell, Thiết bị sắp xếp gói tin sẽ thực hiện sắp xếp
các gói của các UE một cách công bằng .
Vấn đề chúng ta cần quan tâm là chất lượng kênh đường truyền của mỗi
người sử dụng độc lập và cách xác định nó. Ví dụ như: tỷ lệ cơng suất ký
hiệu trên tạp nhiếu ( tỷ số Es/No), chất lượng bộ tách UE. Nút 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 theo chu kỳ một giá trị chỉ thị chất lượng kênh
(CQI – Channel Quality Indicator) 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 (Ask / Nask) ở dạng gói
dựa trên L1 cho mỗi kênh liên kết. Khi đã ước tính được chất lượng kênh, hệ
thống chia sẻ tài nguyên mã và công suất HS-DSCH giữa những người sử
dụng khác nhau.
Lớp điều khiển truy nhập môi trường ( MAC – Medium Access
Control) được đặt tại nút 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 có thể kiểm sốt chất lượng QoS chặt chẽ hơn. So sánh với kỹ thuật
DMA truyền thống, kênh HS-DSCH không thực hiện với điều kiện công
suất phát nhanh và hệ số trải phổ cố định. Bằng cách sử dụng kỹ thuật mã
hoá Turbo tốc độ thay đổi, điều chế 16 QAM, cũng như hoạt động đa mã
mở rộng, kênh HS- DSCH hỗ trợ tốc độ dữ liệu đỉnh từ 120 Kbps tới hơn

GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 16


Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thơng tin di động”

10Mbps. Q trình điều chế và mã hố thích ứng cơ bản có một dải động
khoảng 20dB, và được mở rộng hơn nữa số đa mã khả dụng.

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

Tốc độ dữ liệu

Tốc độ dữ liệu

(1 mã )

(5 mã)

(15 mã)

QPSK, tỷ lệ mã hoá 1/2

120 kpbs

600 kbps

1.8 Mbps

QPSK, tỷ lệ mã hoá 3/4

240 kpbs

1.2 Mbps

3.6 Mbps

16 QAM, tỷ lệ mã hoá 1/2

360 kpbs

1.8 Mbps

5.3 Mbps

QAM, tỷ lệ mã hoá 1/2

480 kpbs

2.4 Mbps

7.2 Mbps

QPSK, tỷ lệ mã hoá 3/4

720 kpbs

3.6 Mbps

10.7 Mbps

TFRC

Từ bảng 3 ta có thể phần nào hình dung được kết nối giữa một khuôn dạng
truyền tải và kết nối tài nguyên (TFRC) có thể và tốc độ dữ liệu đỉnh tương ứng.

II.

Cấu trúc HSDPA
Mơ hình giao thức HSDPA

GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 17


Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thông tin di động”

Kiến trúc giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH
Trong cấu trúc 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.
Nếu như tất cả các kênh truyền tải theo kiến trúc R99, chúng đều chấm dứt
tại RNC thì kênh HS-DSCH lại chấm dứt ngay tại Node B nhằm mục đích điều
khiển kênh HS-DSCH, lớp MAC-hs (lớp điều khiển truy cập trung gian tốc độ
cao), sẽ điều khiển các tài nguyên của kênh này và nằm ngay tại Node B. Do đó,
cho phép nhận các bản tin về chất lượng kênh hiện thời để có thể tiếp tục theo dõi
giám sát chất lượng kênh hiện thời để có thể liên tục theo dõi giám sát chất lượng
tín hiệu cho thuê bao tốc độ thấp. Vị trí này của MAC-hs tại Node B cũng cho
phép kích hoạt giao thức HARQ từ lớp vật lý, nó giúp cho các quá trình phát lại
diễn ra nhanh hơn.

GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 18


Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thông tin di động”

Cấu trúc lớp MAC – hs

Đặc biệt hơn, lớp MAC – hs chịu trách nhiệm quản lý chức năng HARQ cho
mỗi user, phân phối tài nguyên HS-DSCH giữa tất cả các MAC-d theo sự ưu tiên
của chúng ( ví dụ như lập lịch gói), và lựa chọn khn dạng truyền tải thích hợp
cho mỗi TTI (ví dụ như thích ứng liên kết). Các lớp giao diện vô tuyến nằm trên
MAC không thay đổi so với kiến trúc R99 bởi vì HSDPA chỉ tập trung vào việc
cải tiến truyền tải của các kênh logic.
Lớp MAC-hs cũng lưu giữ dữ liệu của user được phát qua giao diện vơ
tuyến, điều đó đã tạo ra một số thách thức đối với việc tối ưu hóa dung lượng bộ
nhớ đệm của Node B.
Trong quá trình kết nối, thiết bị người sử dụng (UE) sẽ định kỳ gửi một chỉ
thị chất lượng kênh CQI tới Node-B cho biết tốc độ dữ liệu nào (bao gồm kỹ thuật
điều chế và mã hoá, số lượng các mã đã sử dụng) mà thiết bị này có thể hỗ trợ khi
ở dưới các điều kiện vô tuyến hiện thời. Đồng thời, UE gửi một báo nhận
(Ack/Nack) ứng với mỗi gói giúp node-B biết được thời điểm lặp lại quá trình
truyền dữ liệu. Cùng với chức năng thống kê chất lượng kênh tương ứng cho từng
UE trong một cell, Thiết bị sắp xếp gói tin sẽ thực hiện sắp xếp các gói của các UE
một cách công bằng .

2.II.1.1

Cấu trúc kênh

GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 19


Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thông tin di động”

Giao diện vô tuyến của HSDPA

Tài nguyên chung của người sử dụng trong ô tế bào bao gồm các bộ mã
kênh và công suất phát. Khái niệm HSDPA được giới thiệu bao gồm một số
kênh vật lý thêm vào:
- Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-PDSCH (High Speed
Physical Downlink Shared Channel)
- Kênh điều khiển vật lý HS-DPCCH (HS-Physical Control Channel).

2.II.1.2

Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao: HS-PDSCH

Trong kênh này thời gian và mã hoá được chia sẽ giữa những người sử dụng
gắn liền với Node-B. Đây là cơ cấu truyền tải cho các kênh logic được thêm vào:
+ Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-DSCH (HS-Downlink Shared
Channel)
+ Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao HS-SCCH (HS-Shared Control
Channel).
Những tài ngun mã hố HS-DSCH gồm có một hoặc nhiều bộ mã định
hướng với hệ số phân bố cố định SF 16. Phần lớn 15 bộ mã này có thể phân bổ

GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 20


Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thông tin di động”

cho những yêu cầu về truyền dẫn dữ liệu và điều khiển. Các tài nguyên mã hoá sẵn
sàng được chia sẻ chủ yếu trong miền thời gian nhưng nó có thể chia sẻ tài nguyên
mã hoá bằng cách dùng mã hoá đa thành phần. Khi cả thời gian và bộ mã được

chia sẽ, từ hai đến bốn người sử dụng có thể chia sẽ tài nguyên mã hoá trong cùng
một TTI.

Thời gian và bộ mã được chia sẻ trong HS-DSCH
Đặc tính quan trọng của kênh HS-DSCH là tính linh động của nguồn được
chia sẻ trong khoảng thời gian rất ngắn 2ms.Khi đó dữ liệu người dùng được đặt
trên kênh HS-DSCH, chúng liên tục được gửi đi trong khe thời gian 2ms đó.
Ngược lại, với phiên bản R99 của WCDMA cịn có thêm khoảng DTX khoảng truyền gián đoạn nằm trên khe DPDCH, nó có tác dụng lọc nhiễu trên
đường truyền nhưng không thể đạt được tốc độ lớn nhất. Vì R99 ra đời với mục
tiêu chính là tăng dung lượng hệ thống cho các dịch vụ thoại so với hệ thống 2G
(GSM) mà thôi chứ chưa sự đạt được những yêu cầu và kỳ vọng đối dịch vụ số
liệu vì tốc độ hỗ trợ dữ liệu còn thấp (khoảng 384 kbps). Đối với dịch vụ thoại thì
chúng ta đã biết, nguồn tài nguyên (mã, công suất, nhiễu) yêu cầu để truyền dẫn
dịch vụ này là không thay đổi (do tốc độ truyền dẫn là khơng thay đổi) do đó điều

GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 21


Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thông tin di động”

khiển công suất thực sự hiệu quả vì nó giảm nhiễu MAI làm cho dung lượng kênh
thoại mà hệ thống có thể đáp ứng trên một đơn vị tài nguyên vô tuyến tăng lên.
Tuy vậy khi triển khai các dịch vụ số liệu ( File Transfer, Internet Access, Email,…) chúng ta thấy rằng đặc thù của những dịch vụ này là yêu cầu nguồn tài
nguyên rất lớn và trong khoảng một thời gian ngắn. Ví dụ như nếu truy nhập vào
một trang web nào đó thì cùng một lúc nội dung văn bản và hình ảnh của website
cần truyền đến máy đầu cuối trong một khoảng nhất định. Sau khi nội dung trang
web đã download về máy đầu cuối thì thơng thường người sử dụng sẽ xem nội
dung và không truy nhập tài nguyên hệ thống nữa. Những dịch vụ mà yêu cầu

nguồn tài nguyên lớn và trong khoảng thời gian ngắn như vậy trong kỹ thuật người
ta gọi chung một tên là “bursty data service”.
Với kênh HS-DSCH trong HSDPA thì người ta cấp phát 15 mã trải phổ với
hệ số trải 16 để dùng chung giữa các máy trong cùng một sector. Các máy được
cấp phát tài nguyên trong từng khoảng thời gian nhất định (TDM). Bộ scheduler sẽ
cấp phát tài nguyên: bao nhiêu mã trải phổ, công suất là bao nhiêu phụ thuộc vào
yêu cầu dịch vụ, trạng thái kênh của user đó.

GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 22


Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thông tin di động”

Trạng thái kênh của các user
Như hình vẽ trên, tại khoảng thời gian đầu tiên User 1 có trạng thái kênh tốt
nên bộ scheduler đưa ra quyết định cấp phát tài nguyên cho User này. Khi đã
quyết định cấp phát tài nguyên cho User 1 này kỹ thuật thích ứng cũng được áp
dụng. Nếu trạng thái kênh của User lúc này tốt và nhu cầu về tốc độ truyền dẫn lớn
thì máy phát có thể dùng điều chế 16-QAM hoặc mã kênh với tỷ lệ mã lớn để
truyền tốc lớn hơn. Đến khoảng thời gian thứ 2, User 2 sẽ được cấp phát để truyền
dẫn vì User 2 có trạng thái kênh tốt hơn như trên hình vẽ. Bằng việc cấp phát tài
nguyên động, kết hợp với kỹ thuật thích ứng (ACM) chúng ta có thể thấy rằng
kênh truyền dẫn chung ln có chất lượng kênh ở mức tốt được thể hiện ở đường
nét đứt trên hình vẽ.
Ngồi dữ liệu người sử dụng, Node-B cịn thực hiện truyền dẫn báo hiệu điều
khiển nhằm thơng báo sắp xếp cho người dùng kế tiếp. Báo hiệu này được sắp xếp
trong kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao (HS-SCCH), là kênh dùng chung cho các

GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 23


Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thông tin di động”

người sử dụng, và nó được thực hiện bằng cách truyền dẫn hai khe thời gian HSSCCH TTI. Kênh HS-SCCH mang những thông tin sau:
- Mặt lạ ID của những người dùng đặc trưng UE. Nhiệm vụ chính của mặt lạ
là xác định người dùng được phục vụ trong chu kỳ TTI tiếp theo.
- Thông tin liên quan đến khuôn dạng truyền tải, mô tả các mã định kênh,
phương thức kỹ thuật điều chế được sử dụng. Tỉ lệ mã hố được trích ra từ kích cỡ
của block truyền tải và các tham số khuôn dạng truyền tải khác.
- Thông tin liên quan đến HARQ: đó có thể là chu kỳ phát tiếp theo sẽ là
một block mới hay là một block được phát lại (do có thể gặp lỗi trước đó nên yêu
cầu phát lại) và thông tin về các phiên bản.
Thông tin điều khiển này chỉ được sử dụng cho các UE sẽ được phục vụ
trong chu kỳ tiếp theo, như vậy kênh báo hiệu này là một kênh chia sẻ theo thời
gian cho tất cả các user.

Hệ thống trong trường hợp 1 kênh HS-SCCH và phân chia đa thời gian

GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 24


Báo cáo thực tập tốt nghiêp đề tài: “Công nghệ HSDPA trong mạng thông tin di động”

Hệ thống trong trường hợp nhiều kênh HS-SCCH và phân chia đa thời

gian
RNC cũng có thể chỉ rõ cơng suất được khuyến nghị cho HS-SCCH (độ lệch
liên quan tới các bit hoa tiêu của của kênh DPCH kết hợp). Cơng suất phát của
HS-SCCH có thể là hằng số hoặc thay đổi theo thời gian tuỳ theo một chiến lược
điều khiển công suất nào cho HS-DCCH.
2.II.1.3

Kênh điều khiển vật lý tốc độ cao: HS-DPCCH

Đây là kênh đường lên, được sử dụng mang tín hiệu báo nhận (ACK) đến
Node-B trên mỗi block. Nó cũng được dùng để chỉ thị Chất lượng kênh CQI
(Channel Quality), là yếu tố được sử dụng trong AMC.

Cấu trúc kênh HS-DPCCH
GVHD : NGUYỄN THỊ KIM NGÂN

Page 25