Giáo trình lộ trình phát triển thông tin di động 3g lên 4g tập 2 TS nguyên phạm anh dũng

(Tập 2)


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
TS. NGUYỄN PHẠM ANH DŨNG

GIÁO TRÌNH

LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN
THÔNG TIN DI ĐỘNG

3G LÊN 4G

(Tập 2)

NHÀ XUẤT BẢN THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG


GD 01 HM 10


LỜI NÓI ĐẦU
Thông tin di động là ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh
nhất với con số thuê bao đã đạt đến 3,8 tỷ tính đến cuối năm 2008. Khởi
nguồn từ dịch vụ thoại đắt tiền phục vụ một số ít người di chuyển, đến
nay với sự ứng dụng ngày càng rộng rãi các thiết bị thông tin di động thế
hệ ba, thông tin di động có thể cung cấp nhiều loại hình dịch vụ đòi hỏi
tốc độ số liệu cao kể cả các chức năng camera, MP3 và PDA. Với các
dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao ngày càng trở nên phổ biến thì nhu cầu về 3G
cũng như phát triển nó lên 4G đang càng trở nên cấp thiết. Để phục vụ
nhu cầu học tập của sinh viên, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn

thông phối hợp với Nhà xuất bản Thông tin và Truyền thông xuất bản
“Giáo trình Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G” do
TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng biên soạn.
3G là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống thông tin di động thế hệ
thứ 3 (Third Generation). Mạng 3G (Third-generation technology) 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 vô tuyến 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;...
Do khuôn khổ có hạn, giáo trình sẽ chỉ tập trung trình bày hai công
nghệ: đó là HSPA (sự phát triển tăng cường của WCDMA) và 3GPP
LTE. Có thể coi công nghệ HSPA và sự phát triển tiếp theo của nó là hậu
3G còn công nghệ LTE là tiền 4G. Đây là các công nghệ dự kiến sẽ rất
phát triển trong những thập niên tới. Giáo trình được xây dựng trên cơ sở
sinh viên đã học môn "Đa truy nhập vô tuyến và lý thuyết trải phổ".


Vì đây là giáo trình cho môn chuyên đề đòi hỏi sinh viên phải tự đọc
nên giáo trình được biên soạn chi tiết với kết cấu hợp lý để sinh viên có
thể tự học. Mỗi chương đều có phần giới thiệu chung, có phần tổng kết
và các câu hỏi.
Giáo trình bao gồm 16 chương. Chương đầu giới thiệu tổng quan về
các hệ thống phát triển của 3G và lộ trình phát triển lên 4G. Chương 2 đề

cập đến các vấn đề liên quan đến truyền dẫn vô tuyến băng rộng. Chương
3 nghiên cứu các công nghệ đa truy nhập OFDMA và SC-FDMA ứng
dụng cho LTE. Chương 4 trình bày một trong các kỹ thuật quan trọng
của 3G phát triển và 4G là đa anten. Chương 5 trình bày một số kỹ thuật
then chốt của 3G phát triển và 4G là: thích ứng đường truyền, lập biểu
phụ thuộc kênh và HARQ (phát lại lai ghép). Chương 6 và chương 7
trình bày nguyên lý của HSDPA và HSUPA. Chương 8 đề cập đến các
vấn đề quản lý tài nguyên vô tuyến của HSPA. Chương 9 trình bày dịch
vụ VoIP trong HSPA. Chương 10 trình bày một số dịch vụ tiên tiến của
HSPA là MBMS - dịch vụ quảng bá, đa phương đa phương tiện và
CPC - kết nối gói liên tục. Chương 11 trình bày các mục tiêu LTE.
Chương 12 trình bày các vấn đề chung của truy nhập vô tuyến LTE và
kiến trúc giao diện vô tuyến LTE. Chương 13 và 14 trình bày lớp vật lý
và các thủ tục truy nhập LTE. Chương 15 trình bày phát triển kiến trúc hệ
thống LTE/SAE. Chương 16, trình bày mô phỏng đánh giá hiệu năng
HSPA, LTE và tính toán quỹ đường truyền.
Ngoài ra phần Phụ lục của giáo trình, trình bày các yêu cầu đối với
phần vô tuyến của máy đầu cuối HSPA và có thêm phần Thuật ngữ viết
tắt, Tài liệu tham khảo để bạn đọc tiện tra cứu.
Giáo trình có thể là tài liệu tham khảo cho sinh viên các trường đại
học, các chuyên gia, các cán bộ quản lý và kỹ thuật trong lĩnh vực thông
tin di động. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song quá trình biên soạn sẽ khó
tránh khỏi thiếu sót, Học viện rất mong nhận được ý kiến góp ý của các
bạn đồng nghiệp và bạn đọc gần xa.
Xin trân trọng cảm ơn!
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG


MỤC LỤC
Lời nói đầu..............................................................................................5

Chương 6. HSDPA...............................................................................185
6.1. Tổng quan..............................................................................186
6.2. HS-DSCH .............................................................................191
6.3. MAC-hs và xử lý lớp vật lý..................................................200
6.4. Luồng số liệu.........................................................................204
6.5. Điều chế bậc cao ...................................................................206
6.6. Lập biểu và thích ứng đường truyền .....................................208
6.7. HARQ với kết hợp mềm .......................................................215
6.8. CQI và các phương tiện đánh giá chất lượng khung khác ....230
6.9. Cấu trúc các kênh báo hiệu của HSDPA...............................235
6.10. HSDPA MIMO ...................................................................248
6.11. Các thủ tục lớp vật lý của HSDPA......................................254
6.12. Di động................................................................................257
6.13. Các thể loại UE ...................................................................259
6.14. Tổng kết ..............................................................................261
6.15. Câu hỏi ................................................................................263
Chương 7. Truy nhập gói đường lên tốc độ cao HSUPA ............... 265
7.1. Tổng quan..............................................................................266
7.2. E-DCH ..................................................................................272
7.3. MAC-e và xử lý lớp vật lý ....................................................281
i


7.4. Luồng số liệu.........................................................................286
7.5. Lập biểu.................................................................................287
7.6. HARQ với kết hợp mềm .......................................................298
7.7. Báo hiệu điều khiển...............................................................314
7.8. Thủ tục lớp vật lý ..................................................................327
7.9. Di động..................................................................................329
7.10. Các thể loại UE ...................................................................331

7.11. Tổng kết...............................................................................331
7.12. Câu hỏi ................................................................................333
Chương 8. Quản lý tài nguyên vô tuyến ............................................335
8.1. Tổng quản quản lý tài nguyên vô tuyến của HSDPA ...........336
8.2. Các giải thuật RNC cho HSDPA...........................................337
8.3. Các giải thuật nút B cho HSDPA ..........................................352
8.4. Tổng quan quản lý tài nguyên vô tuyến HSUPA ..................365
8.5. Các giải thuật RNC cho HSUPA...........................................366
8.6. Các giải thuật nút B cho HSUPA ..........................................370
8.7. Tổng kết.................................................................................372
8.8. Câu hỏi ..................................................................................372
Chương 9. VoIP trong HSPA............................................................. 375
9.1. Động lực VoIP.......................................................................376
9.2. Nén tiêu đề ............................................................................378
9.3. VoIP trong HSPA..................................................................379
9.4. Tổng kết.................................................................................388
9.5. Câu hỏi ..................................................................................389

ii


Chương 10. Các dịch vụ quảng bá/đa phương, đa phương tiện
và kết nối gói liên tục....................................................... 391
10.1. Tổng quan MBMS...............................................................392
10.2. Các kênh cho MBMS ..........................................................402
10.3. Kết nối gói liên tục ..............................................................406
10.4. Tổng kết...............................................................................417
10.5. Câu hỏi ................................................................................418
Phụ lục
Thuật ngữ viết tắt

Tài liệu tham khảo

iii


THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
2G

Second Generation

Thế hệ thứ hai

3G

Third Generation

Thế hệ thứ ba

3GPP

3rd Generation Partnership Project

Đề án các đối tác thế hệ thứ ba

3GPP2

3rd Generation Partnership Project 2

Đề án đối tác thế hệ thứ ba - 2

AAS

Adaptive Antenna System

Hệ thống anten thích ứng

ACLR

Adjacent Channel Leakage Ratio

Tỷ số rò kênh lân cận

ACK

Acknowledgement

Công nhận

AGW

Access Gateway

Cổng truy nhập

AM

Acknowledged Mode

Chế độ công nhận

AMC

Adaptive Modulation and Coding

Mã hóa và điều chế thích ứng

AMR

Adaptive MultiRate

Đa tốc độ thích ứng

ARQ

Automatic Repeat-reQuest

Yêu cầu phát lại tự động

AWGN

Additive Gaussian Noise

Tạp âm Gauss trắng cộng

BCCH

Broadcast Control Channel

Kênh điều khiển quảng bá

BCH

Broadcast Channel

Kênh quảng bá

BES

Best Effort Service

Dịch vụ nỗ lực nhất

BER

Bit Error Rate

Tỷ số lỗi bit

BLER

Block Error Rate

Tỷ số lỗi khối

BM-SC

Broadcast/Multicast Service Center

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Trung tâm dịch vụ quảng bá/đa
phương
Khóa chuyển pha hai trạng thái


BS

Base Station

Trạm gốc

BTS

Base Tranceiver Station

Trạm thu phát gốc

CAZAC
CC

Constant Amplitude Zero AutoCorrelation
Convolutional Code

Tự tương quan bằng không biên
độ không đổi
Mã xoắn

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

CN

Core Network

Mạng lõi

CP

Cyclic Prefix

Tiền tố chu trình

CPC

Continuous Packet Connectivity

Kết nối gói liên tục

CPICH

Common Pilot Channel

Kênh hoa tiêu chung

CQI

Channel Quality Indicator

Chỉ thị chất lượng kênh

CRC

Cyclic Redundancy Check

Kiểm tra vòng dư

CS

Circuit Switch

Chuyển mạch kênh

CTC

Convolutional Turbo Code

Mã hóa Turbo xoắn

DCCH

Dedicated Control Channel

Kênh điều khiển riêng

DCH

Dedicated Channel

Kênh riêng

DFT

Discrete Fourier Transform

Biến đổi Fourier rời rạc

DFTSOFDM
DL

DFT-Sread OFDM

OFDM trải phổ

Downlink

Đường xuống

DPCCH

Dedicated Physical Control Channel

Kênh điều khiển vật lý riêng

DPCH

Dedicated Physical Channel

Kênh vật lý riêng

DPDCH

Dedicated Physical Data Channel

Kênh số liệu vật lý riêng

DRX

Discontinuous Reception

Thu không liên tục

DSCH

Downlink Shared Channel

Kênh chia sẻ đường xuống

DTX

Discontinuous Transmission

Phát không liên tục


DUSP

Switching point from downlink to uplink

E-AGCH

Enhanced Absolute Grant Channel

E-DCH

Enhanced Dedicated Channel

Điểm chuyển mạch từ đường
xuống sang đường lên
Kênh cho phép tuyệt đối
tăng cường
Kênh riêng tăng cường

E-DPCCH

Enhanced Dedicated Control Channel

Kênh điều khiển riêng tăng cường

E-DPDCH

Enhanced Dedicated Data Channel

Kênh số liệu riêng tăng cường

eNodeB

E-UTRAN Node B

Nút B của E-UTRAN

EPC

Evolved Packet Core

Lõi gói phát triển

E-RGCH

Enhanced Relative Grant Channel

E-UTRA

Evolved UTRA

ErtPS

Extended Real Time Packet Service

E-TFC

E-DCH Transport Format Combination

E-TFCI

E-DCH Transport Format Combination

Index
Evolved UTRA/Evolved-RAN

Kênh cho phép tương đối
tăng cường
Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS
phát triển
Dịch vụ gói thời gian thực mở
rộng
Kết hợp khuôn dạng truyền tải
E-DCH
Chỉ số kết hợp khuôn dạng truyền
tải E-DCH
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
UMTS phát triển

EUTRAN/ERAN
FACH

Forward Access Channel

Kênh truy nhập đường xuống

FBSS

Fast Base Station Switching

Chuyển mạch trạm gốc nhanh

FCC

Federal Communication Commision

Ủy ban thông tin liên bang

FDD

Frequency Division Duplex

FDM

Frequency Division Multiplex

FDMA

Frequency Division Multiple Access

F-DPCH

Fractional DPCH

Ghép song công phân chia theo
thời gian
Ghép kênh phân chia theo
tần số
Đa truy nhập phân chia theo
tần số
DPCH một phần (phân đoạn)

FEC

Forward Error Correction

Hiệu chỉnh lỗi trước


FFT

Fast Fourier Transform

Biến đổi Fourier nhanh

GERAN

GSM EDGE Radio Access Network

GGSN

Gateway GPRS Support Node

Mạng truy nhập vô tuyến GSM
EDGE
Nút hỗ trợ GPRS cổng

GPRS

General Packet Radio Service

Dịch vụ vô tuyến gói chung

GPS

Global Positionning System

Hệ thống định vị toàn cầu

G-RAKE

Generalized-RAKE

RAKE tổng quát

GSM
HARQ

Global System For Mobile
Communications
Hybrid Automatic Repeat reQuest

Hệ thống thông tin di động
toàn cầu
Yêu cầu phát lại tự động lai ghép

HCR

High Chip Rate

Tốc độ chip cao

HHO

Hard Handover

Chuyển giao cứng

HLR

Home Location Register

Bộ ghi định vị thường trú

HSDPA

High Speed Downlink Packet Access

HSPA

High Speed Packet Access

Truy nhập gói đường xuống
tốc độ cao
HS-DPCCH High-Speed Dedicated Physical Control Kênh điều khiển vật lý riêng
Channel
tốc độ cao
HS-DSCH High-Speed Dedicated Shared Channel Kênh chia sẻ riêng tốc độ cao
Truy nhập gói tốc độ cao

HS-PDSCH High-Speed Physical Dedicated Shared Kênh chia sẻ riêng vật lý
Channel
tốc độ cao

HSS
Home Subscriber Server
Server thuê bao nhà
HS-SCCH

High-Speed Shared Control Channel

HSUPA

High-Speed Uplink Packet Access

IDFT

Inverse Discrete Fourier Transform

Kênh điều khiển chia sẻ
tốc độ cao
Truy nhập gói đường lên
tốc độ cao
Biến đổi Fourier rời rạc ngược

IFDMA
IFFT

Interleaved FDMA
Inverse Fast Fourier Transform

FDMA đan xen
Biến đổi Fourier nhanh ngược

IMS

IP Multimedia Subsystem

Phân hệ đa phương tiện IP


IMT-2000

Thông tin di động quốc tế 2000

IP

International Mobile
Telecommunications 2000
Internet Protocol

IPv4

IP version 4

Phiên bản IP 4

IPv6

IP version 6

Phiên bản IP 6

IR

Incremental Redundancy

Phần dư tăng

IRC

Interferrence Rejection Combining

Kết hợp loại nhiễu

ISDN

Integrated Services Digital Network

Mạng số đa dịch vụ tích hợp

ITU

International Telecommunications Union Liên minh Viễn thông quốc tế

ITU-R

International Telecommunications
Union- Radio Sector

Giao thức Internet

LCR

Low Chip Rate

Liên minh Viễn thông quốc tế bộ
phận vô tuyến
Giao diện được sử dụng để thông
tin giữa RNC và mạng lõi
Giao diện được sử dụng để thông
tin giữa nút B và RNC
Giao diện được sử dụng để thông
tin giữa các RNC
Tốc độ chip thấp

LTE

Long Term Evolution

Phát triển dài hạn

MAC

Medium Access Control

Điều khiển truy nhập môi trường

Iu
Iub
Iur

MBMS
MBS

MBSFN

Multimedia Broadcast Multicast Service Dịch vụ quảng bá đa phương đa
phương tiện
Multicast Broadcast Service
Dịch vụ đa phương quảng bá

MCCH

Multicast Broadcast Single Frequency
Network
MBMS Control Channel

Mạng đa phương quảng bá đơn
tần số
Kênh điều khiển MBMS

MCE

MBMS Coordination Entity

Thực thể điều phối MBMS

MCH

Multicast Control Channel

Kênh điều khiển đa phương

MC-CDMA Multi Carrier- Code Division Multiple

Access
MC-WCDMA Multi Carrier- Wide band Code Division
Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã
đa sóng mang
Đa truy nhập phân chia theo mã
băng rộng đa sóng mang


MDHO

Macro Diversity Handover

Chuyển giao phân tập vĩ mô

MICH

MBMS Indicator Channel

Kênh chỉ thị MBMS

MIMO

Multi-Input Multi-Output

Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

ML

Maximum Likelihood

Khả giống cực đại

MLD

Maximum Likelihood Detection

Tách sóng khả giống cực đại

MMS

Multimedia Messaging Service

Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện

MMSE

Minimum Mean Square Error

MRC

Maximum Ratio Combining

Sai số bình phương trung bình
cực tiểu
Kết hợp tỷ lệ cực đại

MSC

Mobile Services Switching Center

MSCH

MBMS Scheduling Channel

Trung tâm chuyển mạch các dịch
vụ di động
Kênh lập biểu MBMS

MTCH

MBMS Traffic Channel

Kênh lưu lượng MBMS

Non-Acknowledgement

Không công nhận

NACK
NodeB

Nút B

nrTPS

Non-Real-Time Polling Service

Dịch vụ thăm dò phi thời gian thực

OFDM

OOK

Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Orthogonal Frequency Division Multiple
Access
On-Off Keying

Ghép kênh phân chia theo tần số
trực giao
Đa truy nhập phân chia theo tần
số trực giao
Khóa tắt bật

OVSF

Orthogonal Variable Spreading Factor

Hệ số trải phổ khả biến trực giao

PAPR

Peak to Average Power Ratio

PAR

Peak to Average Ratio

PARC

Per-Antenna Rate Control

Tỷ số công suất đỉnh trên công
suất trung bình
Tỷ số đỉnh trên trung bình (giống
như PAPR)
Điểu khiển tốc độ cho một anten

PCI

Precoding Control Indication

Chỉ thị điều khiển tiền mã hóa

PDCCH

Physical Dedicated Control Channel

Kênh điều khiển riêng vật lý

OFDMA


PDCP

Packet-Data Convergence Protocol

Giao thức hội tụ số liệu gói

PDSCH

Physical Downlink Shared Channel

Kênh chia sẻ đường xuống vật lý

PDU

Packet Data Unit

Khối số liệu gói

PF

Proportional Fair

Công bằng tỷ lệ (một kiểu lập biểu

PHY

Physical Layer

Lớp vật lý

PRB

Physical Resource Block

Khối tài nguyên vật lý

PS

Packet Switch

Chuyển mạch gói

PSTN

Public Switched Telephone Network

QAM

Quadrature Amplitude Modulation

Mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng
Điều chế biên độ vuông góc

QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

QPSK

Quadtrature Phase Shift Keying

Khóa chuyển pha vuông góc

RAB

Radio Access Bearer

Kênh mang truy nhập vô tuyến

RAN

Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến

RAT

Radio Access Technology

Công nghệ truy nhập vô tuyến

RB

Resource Block

Khối tài nguyên

RF

Radio Frequency

Tần số vô tuyến

RLC

Radio Link Control

Điều khiển liên kết vô tuyến

RNC

Radio Network Controller

Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RNTI

Radio Network Temporary Identity

ROHC

Robust Header Compression

Nhận dạng tạm thời mạng vô
tuyến
Nén tiêu đề bền chắc

RR

Round Robin

Quay vòng

RRC

Radio Resource Control

Điều khiển tài nguyên vô tuyến

RRM

Radio Resource Management

Quản lý tài nguyên vô tuyến

RS

Reference Symbol

Ký hiệu tham khảo


RSN

Retransmission Sequence Number

Số trình tự phát lại

RTP

Real Time Protocol

Giao thức thời gian thực

rtPS

Real Time Polling Service

Dịch vụ thăm dò thời gian thực

RU

Resource Unit

Đơn vị tài nguyên

RV

Redundancy Version

Phiên bản dư

SA

System Aspects

Các khía cạnh hệ thống

SAE

System Architecture Evolution

Phát triển kiến trúc mạng

SC-FDMA
SCH

Single Carrier – Frequency Division
Multiple Access
Synchronization channel

Đa truy nhập phân chia theo
tần số đơn sóng mang
Kênh đồng bộ

SDMA

Spatial Division Multiple Access

SDU

Service Data Unit

Đa truy nhập phân chia theo
không gian
Đơn vị số liệu dịch vụ

SF

Spreading Factor

Hệ số trải phổ

SFBC

Space Frequency Block Code

Mã khối không gian tần số

SFN

Single Frequency Network

Mạng tần số đơn

SGSN

Serving GPRS Support Node

Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

SIC

Successive Interference Combining

Kết hợp loại bỏ nhiễu lần lượt

SIM

Subscriber Identity Module

Môđun nhận dạng thuê bao

SINR
SMS

Signal to Interferdence plus Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu cộng
tạp âm
Short Message Service
Dịch vụ nhắn tin

SNR

Signal to Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

SOHO

Soft Handover

Chuyển giao mềm

SRNS

Serving Radio Network Subsystem

Phân hệ mạng vô tuyến phục vụ

STBC

Space Time Block Code

Mã khối không gian thời gian

STC

Space Time Code

Mã không gian thời gian


STTD

Space Time Transmit Diversity

TCP

Transmission Control Protocol

TD-CDMA
TDD

Time Division -Code Division Multiple
Access
Time Division Duplex

TDM

Time Division Multiplex

TDMA

Time Division Multiple Access

Phân tập phát không gian thời
gian
Giao thức điều khiển truyền dẫn

TD-SCDMA Time Division-Synchronous Code
Division Multiple Access
TF
Transport Format

Đa truy nhập phân chia theo mã –
phân chia theo thời gian
Ghép song công phân chia theo
thời gian
Ghép kênh phân chia theo
thời gian
Đa truy nhập phân chia theo
thời gian
Đa truy nhập phân chia theo mã
đồng bộ - phân chia theo thời gian
Khuôn dạng truyền tải

TFC

Transport Format Combination

Kết hợp khuôn dạng truyền tải

TFCI
TM

Transport Format Combination Indicator Chỉ thị kết hợp khuôn dạng
truyền tải
Transparent Mode
Chế độ trong suốt (cấu hình RLC)

TR

Technical Report

Báo cáo kỹ thuật

TrCH

Transport Channel

Kênh truyền tải

TS

Technical Specication

Đặc tả kỹ thuật

TSG

Technical Specication Group

Nhóm đặc tả kỹ thuật

TSN

Transmission Sequence Number

Số trình tự phát

TSTD

Time Switched Transmit Diversity

TTI

Transmission Time Interval

Phân tập phát chuyển mạch theo
thời gian
Khoảng thời gian phát

UDSP

Switching point from uplink to downlink

UE

User Equipment

Điểm chuyển mạch từ đường lên

sang đường xuống
Thiết bị người sử dụng

UL

Uplink

Đường lên

UM

Unacknowledged Mode

Chế độ không công nhận (cấu
hình RLC)


UMTS
USIM

Universal Mobile Telecommunications
System
UMTS Subcriber Identity Module

UTRA

UMTS Terrestrial Radio Access

UTRAN

UMTS Terrestrial Radio Access
Network

Hệ thống thông tin di động
toàn cầu
Môđun nhận dạng thuê bao
UMTS
Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

WG

Wideband Code Division Multiple
Access
Working Group

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
UMTS
Giao diện được sử dụng để giao
tiếp giữa nút B và UE
Đa truy nhập phân chia theo mã
băng rộng
Nhóm công tác

WLAN

Wireless Local Area Network

Mạng nội vùng không dây

AMR

Adaptive Multirate

Đa tốc độ thích ứng

AMR-WB

Adaptive Multirate- Wide Band

Đa tốc độ thích ứng băng rộng

VoIP

Voice over IP

Thoại qua IP

Uu
WCDMA

X2

Giao diện giữa các eNodeB

ZC

Zadoff- Chu

ZF

Zero Forcing

Cưỡng bức về không


Chương 6

HSDPA

Mục tiêu của HSDPA là mở rộng giao diện vô tuyến của
WCDMA, tăng cường hiệu năng và dung lượng (tốc độ số liệu đỉnh
cao) của WCDMA. Để đạt được mục tiêu này, HSDPA sử dụng một
số kỹ thuật như: điều chế bậc cao, lập biểu phụ thuộc kênh và HARQ
với kết hợp mềm.
Các chủ đề được trình bày trong chương này bao gồm:
- HS-DSCH
- MAC-hs và xử lý lớp vật lý
- Luồng số liệu
- Điều chế bậc cao
- Lập biểu và thích ứng đường truyền
- HARQ với kết hợp mềm
- CQI và các phương tiện đánh giá chất lượng khung khác
- Cấu trúc các kênh báo hiệu của HSDPA
- HSDPA MIMO
- Các thủ tục lớp vật lý của HSDPA
- Di động
- Các thể loại UE


186

Giáo trình Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G

Mục đích chương nhằm cung cấp cho bạn đọc các kiến thức khá
đầy đủ về công nghệ đa truy nhập HSDPA được sử dụng trong 3G+
của 3GPP.
Để hiểu được chương này bạn đọc cần đọc kỹ tư liệu được trình
bày trong chương, tham khảo thêm các tài liệu [1], [9], [10], [11], [14]
và trả lời các câu hỏi cuối chương.
6.1 TỔNG QUAN

6.1.1 Truyền dẫn kênh chia sẻ
Đặc điểm chủ yếu của HSDPA là truyền dẫn kênh chia sẻ. Trong
truyền dẫn kênh chia sẻ, một bộ phận của tổng tài nguyên vô tuyến
đường xuống khả dụng trong ô (công suất phát và mã định kênh trong
WCDMA) được coi là tài nguyên chung được chia sẻ động theo thời
gian giữa những người sử dụng. Truyền dẫn kênh chia sẻ được thực
hiện thông qua kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao (HS-DSCH:
High-Speed Dowlink Shared Channel). HS-DSCH cho phép cấp phát
nhanh một bộ phận tài nguyên đường xuống để truyền số liệu cho một
người sử dụng đặc thù. Phương pháp này phù hợp cho các ứng dụng
số liệu gói thường được truyền theo dạng cụm và vì thế có các yêu cầu
về tài nguyên thay đổi nhanh.
Cấu trúc cơ sở thời gian và mã của HS-DSCH được cho trên hình
6.1. Tài nguyên mã cho HS-DSCH bao gồm một tập mã định kênh có
hệ số trải phổ 16 (xem phần trên của hình 6.1), trong đó số mã có thể
sử dụng để lập cấu hình cho HS-DSCH nằm trong khoảng từ 1 đến 15.
Các mã không dành cho HS-DSCH được sử dụng cho mục đích khác,
chẳng hạn cho báo hiệu điều khiển, các dịch vụ MBMS hay các dịch
vụ chuyển mạch kênh.

Phần dưới của hình 6.1 mô tả ấn định tài nguyên mã HS-DSCH
cho từng người sử dụng trên cở sở TTI = 2ms (TTI: Transmit Time
Interval: Khoảng thời gian truyền dẫn). HSPDA sử dụng TTI ngắn để


Chương 6: HSDPA

187

Các mã định kênh

giảm trễ và cải thiện quá trình bám theo các thay đổi của kênh cho
mục đích điều khiển tốc độ và lập biểu phụ thuộc kênh (sẽ xét trong
phần dưới).

Hình 6.1. Cấu trúc thời gian-mã của HS-DSCH
Ngoài việc được ấn định một bộ phận của tổng tài nguyên mã khả
dụng, một phần tổng công suất khả dụng của ô phải được ấn định cho
truyền dẫn HS-DSCH. Lưu ý rằng HS-DSCH không được điều khiển
công suất mà được điều khiển tốc độ. Sau khi phục vụ các kênh khác,
phần công suất còn lại có thể được sử dụng cho HS-DSCH, điều này
cho phép khai thác hiệu quả tổng tài nguyên công suất khả dụng.
6.1.2. Lập biểu phụ thuộc kênh
Lập biểu điều khiển việc dành kênh chia sẻ cho người sử dụng
nào tại một thời điểm cho trước. Bộ lập biểu này là một phần tử then
chốt và quyết định rất lớn đến tổng hiệu năng của hệ thống, đặc
biệt khi mạng có tải cao. Trong mỗi TTI, bộ lập biểu quyết định
HS-DSCH sẽ được phát đến người (hoặc những người) sử dụng nào
kết hợp chặt chẽ với cơ chế điều khiển tốc độ (tại tốc độ số liệu nào).
Như đã xét trong chương trước, dung lượng hệ thống có thể được

tăng đáng kể khi có xét đến các điều kiện kênh trong quyết định lập


188

Giáo trình Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G

biểu: lập biểu phụ thuộc kênh. Vì trong một ô, các điều kiện của các
đường truyền vô tuyến đối với các UE khác nhau thay đổi độc lập, nên
tại từng thời điểm luôn luôn tồn tại một đường truyền vô tuyến có chất
lượng kênh gần với đỉnh của nó (hình 6.2). Vì thế có thể truyền tốc độ
số liệu cao đối với đường truyền vô tuyến này. Giải pháp này cho
phép hệ thống đạt được dung lượng cao. Độ lợi nhận được khi truyền
dẫn dành cho những người sử dụng có các điều kiện đường truyền vô
tuyến thuận lợi thường được gọi là phân tập đa người sử dụng và độ
lợi này càng lớn khi thay đổi kênh càng lớn và số người sử dụng trong
một ô càng lớn. Vì thế trái với quan điểm truyền thống rằng phađinh
nhanh là hiệu ứng không mong muốn và rằng cần chống lại nó, bằng
cách lập biểu phụ thuộc kênh phađinh có lợi và cần khai thác nó.

Chất lượng kênh

Một số chiến lược lập biểu khác nhau đã được xét trong chương
trước. Chiến lược của bộ lập biểu thực tế là khai thác các thay đổi
ngắn hạn (do phađinh đa đường) và các thay đổi nhiễu nhanh nhưng
vẫn duy trì được tính công bằng dài hạn giữa những người sử dụng.
Về nguyên tắc, sự mất công bằng dài hạn càng lớn thì dung lượng
càng cao. Vì thế cần cân đối giữa tính công bằng và dung lượng.

Hình 6.2. Lập biểu phụ thuộc kênh cho HSDPA

Ngoài các điều kiện kênh, bộ lập biểu cũng cần xét đến các điều
kiện lưu lượng. Chẳng hạn, sẽ vô nghĩa nếu lập biểu cho một người sử
dụng không có số liệu đợi truyền dẫn cho dù điều kiện kênh của người


Chương 6: HSDPA

189

sử dụng này tốt. Ngoài ra một số dịch vụ cần được cho mức ưu tiên
cao hơn. Chẳng hạn các dịch vụ luồng đòi hỏi được đảm bảo tốc độ số
liệu tương đối không đổi dài hạn, trong khi các dịch vụ nền như tải
xuống không có yêu cầu cao về tốc độ số liệu không đổi dài hạn.
6.1.3. Điều khiển tốc độ và điều chế bậc cao
Trong chương trước, điều khiển tốc độ đã được coi là phương tiện
thích ứng đường truyền cho các dịch vụ truyền số liệu hiệu quả hơn so
với điều khiển công suất thường được sử dụng trong CDMA, đặc biệt
là khi nó được sử dụng cùng với lập biểu phụ thuộc kênh.
Đối với HSDPA, điều khiển tốc độ được thực hiện bằng cách điều
chỉnh động tỷ lệ mã hóa kênh và chọn lựa động giữa điều chế QPSK
và 16QAM. Điều chế bậc cao như 16QAM cho phép đạt được mức độ
sử dụng băng thông cao hơn QPSK nhưng đòi hỏi Eb/N0 cao hơn. Vì
thế 16 QAM chủ yếu chỉ hữu ích trong các điều kiện kênh thuận lợi.
Nút B lựa chọn tốc độ số liệu độc lập cho từng TTI 2ms và cơ chế
điều khiển tốc độ có thể bám các thay đổi kênh nhanh.
6.1.4. HARQ với kết hợp mềm
HARQ với kết hợp mềm cho phép đầu cuối yêu cầu phát lại các
khối thu mắc lỗi, đồng thời điều chỉnh mịn tỷ lệ mã hiệu dụng và bù
trừ các lỗi gây ra do cơ chế thích ứng đường truyền. Đầu cuối giải mã
từng khối truyền tải mã nó nhận được rồi báo cáo về nút B về việc giải

mã thành công hay thất bại cứ 5ms một lần sau khi thu được khối này.
Cách làm này cho phép phát lại nhanh chóng các khối số liệu thu
không thành công và giảm đáng kể trễ liên quan để phát lại so với phát
hành R3.
Không như HARQ truyền thống, trong kết hợp mềm, đầu cuối
không loại bỏ thông tin mềm trong trường hợp nó không thể giải mã
được khối truyền tải mà kết hợp thông tin mềm từ các lần phát trước
đó với phát lại hiện thời để tăng xác suất giải mã thành công. Tăng


190

Giáo trình Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G

phần dư (IR) được sử dụng làm cơ sở cho kết hợp mềm trong HSDPA,
nghĩa là các lần phát lại có thể chứa các bit chẵn lẻ không có trong các
lần phát trước. Từ chương 5 ta đã biết rằng IR có thể cung cấp độ lợi
đáng kể khi tỷ lệ mã đối với lần phát đầu cao vì các bit chẵn lẻ bổ
sung làm giảm tổng tỷ lệ mã. Vì thế IR chủ yếu hữu ích trong tình
trạng giới hạn băng thông khi đầu cuối ở gần trạm gốc và số lượng các
mã định kênh chứ không phải công suất hạn chế tốc độ số liệu khả
dụng. Nút B điều khiển tập các bit được mã hóa sẽ sử dụng để phát lại
có xét đến dung lượng nhớ khả dụng của UE.
6.1.5. Kiến trúc
Từ các phần trên ta thấy rằng các kỹ thuật HSDPA dựa trên thích
ứng nhanh đối với các thay đổi nhanh trong các điều kiện kênh. Vì thế
các kỹ thuật này phải được đặt gần với giao diện vô tuyến tại phía
mạng, nghĩa là tại nút B. Ngoài ra một mục tiêu quan trọng của
HSDPA là duy trì tối đa sự phân chia chức năng giữa các lớp và các
nút của R3. Cần giảm thiểu sự thay đổi kiến trúc, vì điều này sẽ đơn

giản hóa việc đưa HSDPA vào các mạng đã triển khai cũng như đảm
bảo hoạt động trong các môi trường mà ở đó không phải tất cả các ô
đều được nâng cấp bằng chức năng HSDPA. Vì thế HSDPA đưa vào
nút B một lớp con MAC mới, MAC-hs, chịu trách nhiệm cho lập biểu,
điều khiển tốc độ và khai thác giao thức HARQ. Do vậy ngoại trừ các
tăng cường cho RNC như điều khiển cho phép HSDPA đối với những
người sử dụng, HSDPA chủ yếu tác động lên nút B (hình 6.3).
Mỗi UE sử dụng HSDPA sẽ thu truyền dẫn HS-DSCH từ một ô
(ô phục vụ). Ô phục vụ chịu trách nhiệm lập biểu, điều khiển tốc độ,
HARQ và các chức năng MAC-hs khác cho HSDPA. Chuyển giao
mềm đường lên được hỗ trợ trong đó truyền dẫn số liệu đường lên sẽ
thu được từ nhiều ô và UE sẽ nhận được các lệnh điều khiển công suất
từ nhiều ô.
Di động từ một ô hỗ trợ HSDPA đến một ô không hỗ trợ HSDPA
được xử lý dễ dàng. Có thể đảm bảo dịch vụ không bị gián đoạn cho


Chương 6: HSDPA

191

người sử dụng (mặc dù tại tốc độ số liệu thấp hơn) bằng chuyển mạch
kênh trong RNC trong đó người sử dụng được chuyển mạch đến kênh
dành riêng (DCH) trong ô không có HSDPA. Tương tự, một người sử
dụng được trang bị đầu cuối có HSDPA có thể chuyển mạch từ kênh
riêng sang HSDPA khi người này chuyển vào ô có hỗ trợ HSDPA.

Hình 6.3. Kiến trúc HSDPA
6.2 HS-DSCH

6.2.1. HS-DSCH và các kênh báo hiệu
Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao (HS-DSCH: High-speed
Downlink Shared Channel) là kênh truyền tải được sử dụng để hỗ trợ
truyền dẫn kênh chia sẻ và các công nghệ khác trong HSDPA như lập
biểu phụ thuộc kênh, điều khiển tốc độ (gồm cả điều chế tốc độ cao)
và HARQ với kết hợp mềm. Như đã xét trong phần tổng quan và hình
6.1, HS-DSCH tương ứng với một tập mã định kênh có hệ số trải phổ
16. Mỗi mã định kênh này còn được gọi là HS-PDSCH (High Speed