nghiên cứu công nghệ truy nhập gói đường lên tốc độ cao-hsupa

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP




LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ





NGHIÊN CƢ́ U CÔNG NGHỆ TRUY NHẬ P
GI ĐƢỜNG LÊN TC ĐỘ CAO-HSUPA




NGUYỄ N THỊ THU TRÀ

Thái Nguyên, 2011

ii

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP





LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT




NGHIÊN CƢ́ U CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP
GI ĐƢỜNG LÊN TC ĐỘ CAO-HSUPA



Ngành: Kỹ thuật điện tử
Mã số: 60 52 70
Học viên: Nguyễ n Thị Thu Trà
Ngƣời HD khoa học: PGS.TS. Đ Xuân Tin

Thái Nguyên, 2011

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

iii
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC
KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc



THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Học viên: Nguyễ n Thị Thu Trà
Lớp: Cao học - K12
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Cn b hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Đ Xuân Tin
Ngày giao đề tài: 10 tháng 10 năm 2010
Ngày hoàn thành: 10 tháng 10 năm 2011

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC



PGS.TS. Đ Xuân Tin
HỌC VIÊN



Nguyễ n Thị Thu Trà

BAN GIÁM HIỆU
KHOA SAU ĐẠI HỌC






Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

iv

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan cc số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung
thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ mt công trình nào khác
(trừ các phần tham khảo đã được nêu rõ trong Luận văn).

Tác giả
Nguyễn Thị Thu Trà















Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

v

LỜI CẢM ƠN

Tc gi ả xin chân thành cảm ơn Thầy giáo PGS.TS. Đ Xuân Tin,
người đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài đến quá trình
viết và hoàn chỉnh Luận văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với các Thầy giáo, Khoa Sau đại học -
Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả
hoàn thành Luận văn này.
Do năng lực bản thân còn hạn chế nên Luận văn không trnh khỏi sai sót,

tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy giáo, các nhà
khoa học và các bạn đồng nghiệp.


Tác giả
Nguyễn Thị Thu Trà










Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

vi

MỤC LỤC

Trang
Thuyế t minh luậ n văn thạ c sỹ kỹ thuậ t
i
Lời cam đoan
ii
Lời cảm ơn
iii
Mục lục

iv
Danh mụ c cc thuật ngữ viết tắt
vii
Danh mục cc bảng biểu
xii
Danh mục cc hình vẽ
xiii
MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
1
2.  ngha của đề tài
2
3. Đối tượ ng, phương phá p, nộ i dung nghiên cứu
3
Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘ NG

1.1. Giới thiệu chung
4
1.1.1. Lộ trình phá t triể n cá c hệ thố ng thông tin di độ ng
4
1.1.2. Lịch trình pht triển mạng 3G WCDMA
6
1.1.3. Kiế n trú c mạ ng WCDMA-R99
7
1.2. Giao diệ n vô tuyế n mạ ng WCDMA-R99
9
1.2.1. Kiế n trú c giao thứ c củ a giao diệ n vô tuyế n
9

1.2.2. Cc kỹ thuật chnh  giao diệ n vô tuyến
11
1.2.2.1. Cc loại kênh trong WCDMA-R99
11
1.2.2.1.1. Kênh logic
11
1.2.2.1.2. Kênh truyề n tả i
12
1.2.2.1.3. Kênh vậ t lý
13
1.2.2.2. Trải ph và điều chế
13

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

vii
1.2.2.2.1. Trải ph
13
1.2.2.2.2. Điề u chế
17
1.2.2.3. My thu RAKE
17
1.2.2.4. Điề u khiể n công suấ t nhanh
17
1.2.2.5. Chuyể n giao mề m
19
Chƣơng 2
CÁC ĐẶ C ĐIỂ M TỔ NG QUAN VỀ HSPA

2.1. Tổ ng quan về HSPA

20
2.1.1. Chuẩ n hó a HSPA trong 3GPP
20
2.1.2. Thay đổ i củ a HSPA so vớ i R99
21
2.2. HSDPA
23
2.2.1. Truyề n dẫ n kênh chia sẻ
23
2.2.2. Lậ p lị ch phụ thuộ c kênh
25
2.2.3. Điều khiển tốc đ và điều chế bậc cao
27
2.2.4. HARQ với kết hợp mềm
27
2.2.5. Kiến trúc HSDPA
29
2.3. HSUPA
32
2.3.1. Kênh dành riêng tăng cườ ng E-DCH
34
2.3.2. MAC-e và sự xử lý lớp vật lý
39
2.3.3. Lậ p lị ch
42
2.3.4. HARQ vớ i kế t hợ p mề m
44
2.3.5. Kiế n trúc HSUPA
45
Chƣơng 3

NGHIÊN CƢ́ U CHI TIẾ T VỀ HSUPA

3.1. ARQ LAI: Xử lý lớ p vậ t lý
49
3.2. ARQ lai: Hoạt đng giao thức
51
3.3. Giảm mào đầu trên đường lên (DTX)
52
3.4. Sắp xếp với HSUPA
54
3.5. Kênh dữ liệu vật lý dành riêng E-DPDCH
57

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

viii
3.6. Kênh điều khiển vật lý dành riêng E-DPCCH
60
3.7. Kênh chỉ thị HARQ (E-HICH)
62
3.8. Kênh cho phé p tương đố i E-DCH (E-RGCH)
65
3.9. Kênh cho phé p tuyệ t đố i E-DCH (E-AGCH)
67
3.10. Tính toán với HSUPA
68
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
71
TÀI LIỆU THAM KHẢO
73

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

ix
DANH MỤ C CÁ C THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

1G
First Generation
Thế hệ thứ nhất

2G
Second Generation
Thế hệ thứ hai
3G
Third Generation
Thế hệ thứ ba
3GPP
3
rd
Generation Partnership Project
Dự n đối tác thế hệ ba
ACP
Automate Cell Planning
Công cụ quy hoạch cell tự đng
AFP
Automatic Frequency Planning
Công cụ quy hoạch tần số tự
đng
AMC
Adaptive modulation and coding
Mã hóa và điều chế thích ứng
AMPS
Advanced mobile phone service
Dịch vụ điện thoại di đng cải
tiến
AuC
Authentication Center
Trung tâm nhận thực
BG
Border Gatway

Cng biên giới
BLER
Block Error Ratio
Tỷ số lỗi khối
BPSK
Binary phase-shift keying
Khóa dịch pha nhị phân
BTS
Base transceiver station
Trạm thu phát gốc
CCTrCH
Coded Composite Transport
Channel
Kênh truyền tải hỗn hợp đã mã
hóa
CDMA
Code Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo
mã
CN
Core Network
Mạng lõi
CPICH
Common pilot channel
Kênh hoa tiêu dung chung
CQI
Channel Quanlity Information
Thông tin chất lượng kênh
CS
Circuit Switch

Khối chức năng chuyển mạch
kênh
DCH
Dedicated Channel
Kênh dành riêng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

x
DNO
Dynamic Network Optimization
Tối ưu mạng đng
DPCCH
Dedicated Physical Control
CHannel
Kênh điều khiển vật lý dành
riêng
E-AGCH
E-DCH Absolute Grant Channel
Kênh cho phép tuyệt đối E-DCH
E-DCH
Enhanced Dedicated Channel
Kênh dành riêng tăng cường
E-DPCCH
E-DCH Dedicated Physical
Control Channel
Kênh điều khiển vật lý dành
riêng E-DCH
E-DPDCH
E-DCH Dedicated Physical Data

Channel
Kênh dữ liệu vật lý dành riêng
E-DCH
E-HICH
E- DCH HARQ Indicator
Channel
Kênh chỉ thị HARQ
E-RGCH
E-DCH Relative Grant Channel
Kênh cho phép tương đối E-
DCH
EDGE
Enhanced Data Rates for GSM
Evolution
Giải php tăng cường tốc đ dữ
liệu cho GSM
EIR
Equipment Identity Register
B ghi nhận dạng thiết bị
EIRP
Effective Isotropic Radiated
Power
Công suất phát xạ đẳng hướng
hiệu dụng
F-DPCH
Fractional- Dedicated Physical
Channel
Kênh vật lý dành riêng phân
đoạn
FDD

Frequency Division Duplex
Ghép kênh song công phân chia
theo tần số
FDMA
Frequency Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo tần
số
FTP
File Transfer Protocol
Giao thức truyền tập tin
GMSC
Gateway Mobile services
Switching Center
Trung tâm chuyển mạch dịch vụ
di đng cng
GGSN
Gateway GPRS Support Node
Nút hỗ trợ cng GPRS
GPRS
General Packet Radio Service
Dịch vụ vô tuyến gói chung
GSM
Global System for Mobile
Communication
Hệ thống thông tin di đng toàn
cầu
HARQ
Hybrid Automatic Repeat reQuest
Yêu cầu lặp tự đng lai

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

xi
HLR
Home Location Register
B ghi định vị thường trú
HS- DSCH
High Speed -Downlink Shared
Channel
Kênh chia sẻ đường xuống tốc
đ cao
HS- DPCCH
High Speed- Dedicated Physical
Control Channel
Kênh điều khiển vật lý dành
riêng tốc đ cao đường lên
HS-PDSCH
High Speed -Physical Downlink
Shared Channel
Kênh vật lý chia sẻ đường xuống
tốc đ cao
HS-SCCH
High Speed-Shared Control
Channel
Kênh điều khiển chia sẻ
HS-SICH
High-Speed Shared Information
Channel
Kênh thông tin chia sẻ tốc đ cao

HSCSD
Hight Speed Circuit Switched
Data
Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc
đ cao.
HSDPA
High Speed Down Link Packet
Access
Truy nhập gói đường xuống tốc
đ cao
HSPA
High Speed Packet Access
Truy nhập gói tốc đ cao
HSUPA
High Speed Up Link Packet
Access
Truy nhập gói đường lên tốc đ
cao
ID
Identify
Nhận dạng
IMEI
International Mobile Equipment
Identity
Số nhận dạng thiết bị di đng
quốc tế
IMS
IP Multimedia Subsystem
Phân hệ đa phương tiện IP
IMSI

International Mobile Subsscriber
Identity
Số nhận dạng thuê bao di đng
quốc tế
ISDN
Integrated Services Digital
Network
Mạng thông tin số tích hợp dịch
vụ
ITU-R
International Mobile
Telecommunication Union -
Radio Sector
Liên minh viễn thông quốc tế -
b phận vô tuyến
KPI
Key Performance Indicators
Các chỉ tiêu chất lượng
LTE
Long Term Evolution
Tiến hóa lâu dài
MGW
Media Gateway
Cng phương tiện

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

xii
MS
Mobile Station

Trạm di đng
MSC
Mobile Switching Centre
Trung tâm chuyển mạch di đng
MSISDN
Mobile Station ISDN
Trạm di đng ISDN
OSS
Operational Support System
Hệ thống hỗ trợ vận hành
PDP
Packet Data Protocol
Giao thức số liệu gói
PLMN
Public Land Mobile Network
Mạng di đng mặt đất công cng
PS
Packet Switch
Khối chức năng chuyển mạch
gói
PSTN
Public Switched Telephone
Network
Mạng điện thoại chuyển mạch
công cng
QAM
Quadrature Amplitude
Modulation
Điều chế biên đ cầu phương
QoS

Quality of Serviec
Chất lượng dịch vụ
QPSK
Quadrature Phase Shift Keying
Khóa dịch pha cầu phương
R4
Release 4
Bản phát hành 4
R5
Release 5
Bản phát hành 5
R6
Release 6
Bản phát hành 6
R99
Release 99
Bản phát hành 99
RAB
Radio Access Bearer
Vật mang truy nhập vô tuyến
RF
Radio Frequency
Tần số vô tuyến
RNC
Radio network Controller
B điều khiển mạng vô tuyến
RSCP
Received Signal Code Power
Công suấ t mã tí n hiệ u thu đượ c
RTP

Real Time Transport Protocol
Giao thức truyền tải thời gian
thực
RTT
Round Trip Time
Thời gian đi hết mt vòng
SF
Spreading Factor
Hệ số trải ph

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

xiii
SINR
Signal-to-Interference plus noise
ratio
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu tạp âm
TDD
Time Division Duplex
Ghép song công phân chia thời
gian
TDMA
Time Division Multiple Access
Đa truy cập phân chia theo thời
gian
TTI
Transmission Time Interval
Khoảng thời gian truyền dẫn
UE
User Equipment

Thiết bị người sử dụng
UMTS
Universal Mobile
Telecommunications System
Hệ thống viễn thông di đng
toàn cầu
UTRAN
UMTS Terrestrial Access
Network
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
UMTS
VoIP
Voice over IP
Thoại trên IP
VLR
Visitor Location Register
B ghi định vị tạm trú
WCDMA
Wideband CDMA
CDMA băng rng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

xiv
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

TT
Bảng
Nội dung
Trang
1
1.1
Danh sách kênh logic
12
2
1.2
Danh sách kênh truyền tải
13
3
1.3
Danh sách kênh vật lý
14
4
3.1
Tốc đ bit dữ liệu cho kênh vật lý DPDCH và E-
DPDCH
58
5

3.2
So sánh giữa DPDCH và E-DPDCH
59
6
3.3
Tốc đ dữ liệu của kênh DPDCH và E-DPDCH
59
7
3.4
Định dạng khe của E-DPCCH
61
8
3.5
ACK/NACK ánh xạ tới E-HICH
64
9
3.6
Thiế t lậ p cá c bả n tin cho E-RGCH
66

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

xv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

TT
Hình
Nội dung
Trang
1
1.1
L trình phát triển hệ thống thông tin di đng từ 1G
5
2
1.2
Lịch trình chuẩn hóa các phiên bản mạng WCDMA
6
3
1.3
L trình tăng tốc đ dữ liệu đỉnh của WCDMA
7
4
1.4
Kiến trúc mạng WCDMA phiên bản 1999 (R99)
8
5
1.5
Kiến trúc giao thức của giao diện vô tuyến WCDMA
10

6
1.6
Ánh xạ các loại kênh trong R99
15
7
1.7
Nguyên lý trải ph chuỗi trực tiếp trong WCDMA
15
8
1.8
Cây mã định kênh
16
9
1.9
Nguyên lý điều khiển công suất đường lên trong
WCDMA
18
10
2.1
Kiế n trú c giao diệ n vô tuyế n HSPA cho số liệu ngườ i
sử dụng
21
11
2.2
Các chức năng mới trong HSPA
22
12
2.3
Cấu trúc thời gian-mã của HS-DSCH
24

13
2.4
Lập lịch phụ thuc kênh trong HSDPA
25
14
2.5
Nguyên lý lập lịch  nút B trong HSDPA
27
15
2.6
Nguyên lý xử lý phát lại của nút B trong HSDPA
28
16
2.7
Kiến trúc HSDPA
30
17
2.8
Cấu trúc kênh HSDPA kết hợp WCDMA
31
18
2.9
Sự xử lý khác nhau của E-DCH và DCH
35
19
2.10
Cấu trúc kênh tng thể với HSDPA và HSUPA
36
20
2.11

MAC-e và xử lý lớp vật lý
41

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

xvi
21
2.12
Nguyên lý lập lị ch trong HSUPA của nút B
42
22
2.13
Chương trình khung lập lị ch của HSUPA
43
23
2.14
Kiến trúc mạng được lập cấu hình E-DCH (và HS-
DSCH)
46
24
2.15
Các kênh cần thiết cho mt UE có khả năng HSUPA
47
25
3.1
B định thời của HARQ trong HSUPA với TTI 10ms
50
28
3.2
B định thời của HARQ trong HSUPA với TTI 2ms

51
29
3.3
Hoạt đng ARQ HSUPA trong chuyển giao mềm
51
30
3.4
Biểu đồ tải đường lên
56
31
3.5
Cấu trúc khung E-DPDCH
60
32
3.6
Cấu trúc khung của E-DPCCH
62
33
3.7
Cấu trúc khung E-HICH/E-RGCH
64
34
3.8
Ghép 40 kênh E-HICH/E-RGCH thà nh mộ t kênh mã
hóa đơn giản
66
35
3.9
Chuỗ i mã E-AGCH
68

36
3.10
Cấ u trú c khung E-AGCH
69
37
3.11
Đo UPH trong HSUPA
69



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

1
MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thit của đề tài
Cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ hiện đại hiện nay như
điện tử, tin học,… công nghệ thông tin di đng trong những năm qua đã pht
triển rất mạnh mẽ, cung cấp các loại hình dịch vụ đa dạng đp ứng nhu cầu
ngày càng cao của người sử dụng. Kể từ khi ra đời vào cuối năm 1940 cho
đến nay, thông tin di đng đã pht triển qua nhiều thế hệ và đã tiến mt bước
dài trên con đường công nghệ.
Trong thế kỷ 21, thế giới đã chứng kiến sự bùng n về nhu cầu truyền
thông không dây cả về số lượng, chất lượng và các loại hình dịch vụ. Tuy
nhiên, theo đnh gi thì công nghệ truyền thông không dây hiện thời vẫn chưa
thự c sự đp ứng được các yêu cầu ngày càng cao của người sử dụng đặc biệt
là các loại hình dịch vụ truyền số liệu đa phương tiện như: tải tệp, phân phối
email, trình duyệt web tốc đ cao, truy nhập server, truy tìm và phục hồi cơ s
dữ liệu, mobileTV, dịch vụ streaming, Điều này đòi hỏi các nhà khai thác

phải cải tiến công nghệ truyền thông không dây nhanh hơn và tốt hơn.
Để đp ứng yêu cầu đó, ngay từ những năm đầu của thập kỷ 90, người
ta đã tiến hành nghiên cứu, hoạch định hệ thống thông tin di đng thế hệ ba
(3G). ITU-R tiến hành công tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông tin di đng
toàn cầu IMT-2000.  Châu Âu, ETSI tiến hành tiêu chuẩn hóa phiên bản này
với tên gọi là UMTS có khả năng cung cấp nhiều loại hình dịch vụ với tốc đ
tố i đa có thể đạ t đượ c là 2 Mb/s. Thự c tế , hệ thố ng nà y chỉ cung cấ p đượ c cá c
dịch vụ dữ liệu với chấ t lượ ng cao ở 384 kb/s  WCDMA-R99. Chnh vì vậy,
để đp ứng cc yêu cầu về băng thông và chất lượng ngày càng cao của con
ngườ i, cc hệ thống thông tin di đng tiếp theo được nghiên cứu.


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

2
Các t chức viễn thông quốc tế cũng như mt số nhà khai thc di đng
hàng đầ u th ế giới tiếp tục nghiên cứu, đề xuất và thử nghiệm các công nghệ
mớ i, điển hình là công nghệ truy nhập gói tốc đ cao (HSPA). HSPA là mt
tậ p cá c tnh năng mới được đề cập bở i 3GPP nhằ m nâng cao tốc đ truyền dẫn
dữ liệu của hệ thống UMTS, tăng tốc dữ liệu đỉnh đối với dung lượng gói
đường xuống (HSDPA) và đường lên (HSUPA). HSPA được coi là mt trong
những công nghệ tiên tiến của hệ thống thông tin di đng 3,5G.
Trong phiên bản Rel’6, HSDPA có thể nâng cao tốc đ dữ liệu đường
xuống lên tới 14,4 Mb/s (về mặt lý thuyết) và gia tăng đng kể dung lượng
của mạng di đng đồ ng thờ i HSUPA cũng là bước phát triển mới cho mạng
UMTS vớ i mục tiêu tăng tốc đ truyền dẫn gói dữ liệu  đường lên tới 5,76
Mb/s. Xuất phát từ vấn đề trên, học viên đã chọn đề tài:
“Nghiên cứu công nghệ truy nhập gói đường lên tốc độ cao-HSUPA”
2. Ý nghĩa củ a đề tà i
- Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cung cấp mt cái nhìn tng quan về hệ
thống thông tin di đng WCDMA, cấu trúc, đặc điểm của HSUPA và các cải
tiến nâng cao như: điều chế bậc cao, điều khiển tốc đ, lập lịch phụ thuc
kênh, HARQ,…để có thể giúp các nhà cung cấp dịch vụ lựa chọn đúng đắn
giải pháp công nghệ nhằm đp ứng các nhu cầu ngày càng cao của người sử
dụng như: truyền file, tải nhạc, mobileTV,…
- Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của đề tài là bước tiến nhằm nâng cao tốc đ và khả
năng cũng như giảm đ trễ trên đường truyền gói lên của mạng UMTS.
HSUPA sử dụng các kỹ thuật thích ứng đường truyền như: khoảng thời gian
truyền dẫn ngắn, cơ chế yêu cầu lặp tự đng lai,… nhằm cải tiến đường
truyền lên và nâng cao tốc đ lên đến 5,76 Mb/s.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

3
3. Đối tƣng, phƣơng phá p, nộ i dung nghiên cứu
- Đối tƣng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là cấ u trú c , cc đặc điểm và cc kỹ
thuậ t cơ bả n củ a công nghệ HSUPA.
- Phƣơng pháp nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu, tìm hiểu lý thuyết về hệ thống thông tin di đng
WCDMA, từ đó đi sâu nghiên cứu công nghệ HSUPA và chủ yếu tập trung
vào nghiên cứu kênh dành riêng E-DCH, MAC-e và sự xử lý lớp vật lý, sự lập
lịch, HARQ, sự phân bố kênh vật lý,…để có thể nâng cao tốc đ đường
truyền lên đến 5,76 Mb/s.
- Nội dung nghiên cƣ́ u
Ni dung chính của luận văn là nghiên cứu cấ u trú c, cc đặc điểm cơ bản
và kỹ thuật cải tiến nâng cao của công nghệ HSUPA.
Cấu trúc luận văn bao gồm 3 chương:

Chương 1: Tổ ng quan về thông tin di độ ng
Chương 2: Cc đặc điểm tng quan về HSPA
Chương 3: Nghiên cứ u chi tiế t về HSUPA
Kết luận và hướng phát triển của đề tài.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

4
Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘ NG

Nội dung chính
1.1. Giới thiệu chung
1.2. Giao diệ n vô tuyế n mạ ng WCDMA-R99

1.1. Giới thiệu chung
1.1.1. Lộ trình phát triển cá c hệ thống thông tin di động
Hệ thống thông tin di đng thế hệ thứ nhất (1G) được biết đến là hệ
thống tương tự từ những năm 1980. 1G sử dụng công nghệ FDMA với các hệ
thống điển hình như AMPS  Mỹ, TACS  Châu Âu. Thế hệ thứ hai (2G) ra
đời vào đầu năm 1990, sử dụng kỹ thuật số. 2G đã khắc phục cc nhược điểm
về tốc đ, dung lượng, bảo mật và giá thành của 1G. Trong đó, hệ thống GSM
p dụng công nghệ TDMA được sử dụng rng rãi nhất trên thế giới. Sau đó là
hệ thống cdma One (IS-95) sử dụng CDMA  Mỹ. Các hệ thống thuc hai thế
hệ này chủ yếu đp ứng nhu cầu về dịch vụ thoại cho khách hàng [8].
Để đp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng về các dịch vụ đa
phương tiện, truy cập internet, truyền dữ liệu tốc đ cao,…các hệ thống thông
tin di đng thế hệ ba (3G) được ra đời vào những năm đầu 2000 với tên gọi
chung IMT-2000. Trong đó, WCDMA sử dụng CDMA trải ph trực tiếp băng
rng là mt công nghệ được 3GPP lựa chọn và chuẩn hóa. 3GPP là mt đề án

chuẩn hóa của cc nước Châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc, Mỹ và Trung Quốc.
UMTS là hệ thống dựa trên công nghệ CDMA (WCDMA hoặc TD-CDMA)
do 3GPP chuẩn hóa để phát triển các hệ thống 3G trên nền hệ thống 2G GSM
trong đó WCDMA thành công và được triển khai rng rãi hơn nên hai thuật
ngữ UMTS và WCDMA thường được dùng như nhau. WCDMA có thể sử

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

5
dụng chế đ song công FDD hoặc TDD. L trình phát triển của các hệ thống
di đng từ 1G được thể hiện  hình 1.1 [1], [10].

Hình 1.1. Lộ trình phát triển các hệ thống thông tin di động từ 1G
Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di đng 3G như sau [2]:
- Tốc đ bt đạt đến 2 Mb/s
- Tốc đ bt thay đi để cung cấp băng thông theo yêu cầu
- Ghép các dịch vụ với QoS khác nhau trên mt kết nối
- Hỗ trợ yêu cầu về trễ đa dạng, từ dịch vụ thời gian thực nhạy cảm trễ
đến dịch vụ dữ liệu gói linh hoạt theo nỗ lực tối đa
- Hỗ trợ đồng thời mạng 2G và 3G, chuyển giao liên hệ thống để tăng
cường vùng phủ và cân bằng tải
- Hỗ trợ cc lưu lượng không đối xứng giữa đường lên và đường xuống
- Hiệu suất ph tần cao.
Các yêu cầu trên đã tạo nên nhiều điểm khác biệt của mạng WCDMA so
với mạng GSM 2G (chủ yếu cung cấp dịch vụ thoại) như đ rng băng tần lớn
hơn (5 MHz so với 0,2 MHz), sử dụng đa truy nhập theo mã với hệ số tái sử

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

6

dụng tần số là 1 so với đa truy nhập theo thời gian và hệ số tái sử dụng tần số
lớn hơn  GSM, điều khiển công suất nhanh hơn,…
1.1.2. Lịch trình phá t triể n mạ ng 3G WCDMA
B chuẩn đầy đủ đầu tiên của mạng WCDMA được hoàn thành và phát
hành vào cuối năm 1999 do đó gọi là phiên bản 99, được viết tắt là R99.
Mạng thương mại đầu tiên được m vào năm 2001  Nhật Bản, sau đó 
Châu Âu năm 2003. Mạng WCDMA tiếp tục được phát triển và chuẩn hóa
với các phiên bản khc nhau như lịch trình được thể hiện  hình 1.2 [11].

Hình 1.2. Lịch trình chuẩn hóa các phiên bản mạng WCDMA
- Phiên bản 4 (R4) năm 2001: Chủ yếu thay đi kiến trúc mạng lõi chuyển
mạch kênh bằng cách tách MSC/VLR thành MSC Server và MGW.
- Phiên bản 5 (R5) năm 2002: Thay đi phần truy nhập vô tuyến với HSDPA
làm tăng đng kể tốc đ dữ liệu đường xuống so với R99; hỗ trợ kiến trúc
truyền tải IP  tất cả các giao diện và đưa thêm vào phân hệ đa phương tiện IP
(IMS).
- Phiên bản 6 (R6) năm 2004: Phần truy nhập vô tuyến tiếp tục được thay đi
với HSUPA nhằm tăng tốc đ dữ liệu đường lên so với R99; b sung dịch vụ
phát quảng b và đa hướng đa phương tiện (MBMS) và các dịch vụ đa
phương tiện giàu ni dung trên hệ thống đa phương tiện IP (IMS).
- Phiên bản 7 năm 2007: HSPA+ tăng cường hơn nữa giao diện vô tuyến với
MIMO  đường xuống, điều chế 64/16 QAM  đường lên/đường xuống để
tăng tốc đ dữ liệu.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

7
- Phiên bản 8 cuối 2007: LTE dựa trên OFDM.
L trình tăng tốc đ dữ liệu đỉnh được thể hiện  hình 1.3. Từ tốc đ 2
Mb/s lý thuyết, thực tế 384 kb/s  R99 tăng lên đến 14,4 Mb/s đường xuống

và 5,76 Mb/s đường lên  R6. Với sự phát triển của HSPA+  R7, tốc đ đỉnh
đường xuống đạt 28,8 Mb/s và 11 Mb/s  đường lên. LTE R8 tiếp tục đẩy tốc
đ dữ liệu đỉnh lên trên 100Mb/s đường xuống và 50 Mb/s đường lên.

Hình 1.3. Lộ trình tăng tốc độ dữ liệu đỉnh của WCDMA
1.1.3. Kin trúc mạng WCDMA-R99
Kiến trúc mạng WCDMA R99 được thể hiện  hình 1.4. Xét về mặt
chức năng, cc phần tử mạng được chia thành phân hệ mạng truy nhập vô
tuyến UMTS (UTRAN) và phân hệ mạng lõi (CN).
Xét  khía cạnh đặc tả và chuẩn hóa so với GSM thì cả UE và UTRAN
đều bao gồm toàn b các giao thức mới được xây dựng dựa trên công nghệ vô
tuyến WCDMA trong khi đó CN được kế thừa từ GSM [1], [2], [6].
Mô tả ngắn gọn từng phần tử mạng:
Thiết bị người sử dụng (UE) có thể là my di đng, card dữ liệu… gồm hai
phần:
- Thiết bị di đng (ME) là đầu cuối vô tuyến sử dụng để truyền tín hiệu
vô tuyến qua giao diện Uu.
- Khối nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) là vi mạch chứa nhận dạng
thuê bao, thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu cc khóa nhận thực, bảo

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

8
mật và mt số thông tin thuê bao khác. Kết nối với ME qua giao diện Cu và
với nút B qua giao diện vô tuyến Uu.
HLR
SS7


PSTN

Internet
Iu-cs
(ATM)
Iu-ps
(ATM)
Iur
(ATM)
Iu-cs
(ATM)
Iub
(ATM)
Iub
(ATM)
Iub
(ATM)
Iu-ps
(ATM)
Ga
(GTP/IP)
Gi
(IP)
Gb
PCM
RNC
UE
Uu
Node B
Node B
BTS
BSC

SGSN
GGSN
MSC/VLR
RNC
M¹ng truy nhËp v« tuyÕn
(UTRAN/GSMRAN)
M¹ng lâi
(Core Network)
Giao diÖn A

Hình 1.4. Kiến trúc mạng WCDMA phiên bản 1999 (R99)
Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN gồm hai phần tử:
- Nút B: Tương ứng với BTS trong mạng GSM, nút B có chức năng xử
lý lớp vật lý và tham gia điều khiển tài nguyên vô tuyến. Nút B kết nối với
RNC qua giao diện Iub, khác với BTS trong GSM, giao diện này được chuẩn
hóa.
- RNC: Tương ứng với BSC trong mạng GSM, RNC có vai trò điều
khiển cc nú t B kết nối đến nó như thiết lập cuc gọi, xử lý QoS và quản lý
tài nguyên vô tuyến. Kết nối với MSC/VLR mạng lõi qua giao diện Iu-CS cho
dịch vụ chuyển mạch kênh và SGSN qua Iu-PS cho dịch vụ chuyển mạch gói.
Khác với BSC, các RNC có thể kết nối với nhau qua giao diện Iur được chuẩn
hóa.
Mạng lõi CN gồm các phần tử như mạng GSM:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

9
- HLR: Cơ s dữ liệu lưu bản gốc cc thông tin chnh liên quan đến
dịch vụ của người sử dụng và vị trí của UE  mức MSC/VLR và/hoặc SGSN.
- MSC/VLR: Thực hiện chuyển mạch và lưu bản sao cơ s dữ liệu của

UE trong vùng phục vụ đối với dịch vụ chuyển mạch kênh.
- GMSC: MSC cng thực hiện chuyển mạch kết nối CS giữa mạng
UMTS với các mạng CS khác.
- GPRS/GGSN: Tương tự chức năng như MSC/GMSC nhưng cho dịch
vụ chuyển mạch gói.
Trên đây là kiến trúc cơ bản của mạng WCDMA phiên bản R99. Kiến
trúc này tiếp tục được b sung và tăng cường trong các phiên bản sau đó. V
dụ trong R4, MSC/VLR được tách thành MSC server và MGW; trong R5 sử
dụng truyền tải IP  tất cả các giao diện và b sung IMS…
Tuy nhiên, phần chính tạo nên sự khác biệt của hệ thống 3G WCDMA
so với 2G GSM vẫn nằm  giao diện vô tuyến, mạng lõi được kế thừa từ 2G.
1.2. Giao diệ n vô tuyế n mạ ng WCDMA-R99
1.2.1. Kin trúc giao thức của giao diện vô tuyn
Kiến trúc giao thức của giao diện vô tuyến gồm 3 lớp được thể hiện 
hình 1.5 [6].
- RRC lớp 3: Giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC) thể hiện lớp 3
của mặt phẳng diều khiển, được đặt  RNC và UE. RRC có thể tạo các bản tin
của nó hoặc gói các bản tin từ các lớp cao hơn.
o RRC có các chức năng chnh: điều khiển truy nhập, tìm gọi và
thông bo, bo co và điều khiển bản đo, quản lý các kết nối RRC,
quản lý sóng mang vô tuyến (RB) và phát quảng bá thông tin hệ
thống.
o RRC sử dụng cơ chế trạng thi để định ngha loại kênh vật lý mà
UE sử dụng. UE có 2 chế đ: chế đ rỗi và chế đ kết nối. Chế đ