NGHIÊN cứu CỒNG NGHỆ HSPA và ỨNG DỤNG HSPA vào MẠNG DI ĐỘNG 3g của VMS M0BIF0NE

2. Ngày hoàn thành đồ án:

...../...../20.....

TR ƯỜNG CỘNG
ĐẠI
Ngày.....tháng......năm
2013 HỌC
HÒAVINH
XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT
NA M
Bộ GIÁO DỤC VÀ
ĐÀO ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
KHOA
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
==£□ =====
NHIỆM VỤ ĐÓ ẢN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Ngyễn Thị Thanh

số hiệu sinh viên: 0851080334

Ngành:

Khoá: 49

Điện tử - Viễn thông

2. Các sô liệu và dữ liệu

han đâu:

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

3. Nội dung các phần thuyết minh và

tính toán:

0ề tài:
NGHIÊN cúu CỒNG NGHỆ HSPA
4. Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước

bản vẽ):VÀ ÚNG DỤNG HSPA VÀO MẠNG DI ĐỘNG 3G
CỦA VMS - M0BIF0NE

Người hướng dẫn

ThS. LÊ THỊ KIÊU NGA

Sinh viên thực hiện

NGUYỄN THỊ THANH

Lớp
Mã so sinh viên

49K -ĐTVT
0851080334

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày. tháng......năm 2013
NGHỆ AN -01/2013

Bộ GIẢO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

BẢN NHẬN XÉT ĐÔ ÁN TÓT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thị Thanh
0851080334

số

Ngành:

Khoá: 49

Điện tử - Viễn thông

Giảng viên hướng dẫn: ThS. Lê Thị Kiều

2. Nhận xét của cán hộ phản hiện:

Ngày tháng năm
Cán hộ phản hiện

hiệu

sinh

viên:

LỜI CẢM ƠN

Vậy là hơn bốn năm học đã trôi qua, và giờ đây em đã là một sinh viên
sắp

ra

trường. Trong suốt thời gian học tập và rèn luyện đó em đã gặt hái được những
thành quả nhất định về kiến thức, đạo đức, nghị lực cũng như sự tự tin, bản lĩnh
đế
vững bước hơn trong cuộc sống. Có được những thành quả như ngày hôm nay,
ngoài sự nồ lực tu dưỡng của bản thân thì sự quan tâm, chỉ bảo của thầy cô có ý
nghĩa vô cùng quan trọng đối với em.
Nhân cơ hội này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến các thầy cô
giáo
trong trường Đại Học Vinh nói chung, Các thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn
Thông
nói riêng đã tận tâm, tận lực bằng tinh thần trách nhiệm của mình giảng dạy, dìu
Nguyễn Thị Thanh


MỤC L ỤC
Trang
LỜI NÓI ĐÂU..................................................................................................i
TÓM TẮT ĐỒ ÁN............................................................................................ii
DANH MỤC CÁc THUẬT NGỮ VIẾT TẤT..................................................iii
DA NH MỤC CẢ c HÌNH VẼ........................................................................vi
DANH MỤC BẢNG BIÊU...........................................................................viii
CHƯƠNG 1. TÔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G.....1

1.1. Lịch sử phát triển của các hệ thống di động........................................... 1
1.2. Các tiêu chuẩn của mạng di động 3G......................................................4
1.3. Các tham số chính của WCDMA............................................................5
1.4. Các kênh cơ bản của W-CDMA..............................................................6
1.5. Các bước cải tiến của công nghệ WCDMA............................................8
1.6. Ket luận chương 1...................................................................................9

CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ HSPA .............................................................. 10
2.1. Tông quan vê công nghệ HSPA............................................................ 10
2.2. Kiến trúc mạng..................................................................................... 12
2.2.1. Kiến trúc WCDMA/UMTS R3................................................... 12
2.2.2. Kiến trúc WCDMA/UMTS R4................................................... 14
2.2.3. Kiến trúc HSPAAVCDMA R5 và R6..........................................15
2.2.4. Kiến trúc HSPAAVCDMA R7.....................................................16
2.3. Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA)................................ 18
2.3.1. Giới thiệu chung......................................................................... 18
2.3.2. Nguyên lý hoạt động của HSDPA...............................................20
2.3.3. Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA..........................................22
2.3.4. Cấu trúc kênh HSDPA.................................................................24


2.3.5. Các kỹ thuật sử dụng trong HSDPA............................................35
2.4. Truy nhập gói tốc độ cao đường lên (HSUPA).....................................46
2.4.1................................................................................................................. Gi

ới thiệu chung.........................................................................................46
2.4.2................................................................................................................. C

ấu trúc kênh HSUPA...............................................................................49
2.4.3. Các kỹ thuật sử dụng trong HSUPA............................................58

2.5. Kết luận chưong 2.................................................................................68

CHƯƠNG 3. TRỈÉN KHA I HSPA TẠ I VMS...............................................69
3.1. Hiện trạng triển khai HSPA tại Việt Nam.............................................69
3.2. Tình hình triển khai HSPA tại VMS MobiFone....................................72
3.2.1. Cấu trúc mạng thông tin di động VMS-MobiFone.....................72
3.2.2. Phương án triển khai HSPA áp dụng công nghệ HSDPA tại

VMS-MobiFone...........................................................................74
3.2.3. Cơ sở triển khai mạng HSDPA tại MobiFone.............................75
3.2.4. Quá trình áp dụng công nghệ HSPA tại VMS.............................76
3.3. Kết luận chương 3.................................................................................84

CHƯƠNG 4. MÔ PHỎNG KÊNH HSDPA BẰNG PHÂN MÈM MA TLA B ....
85
4.1........................................................................................................................... M

ô phỏng đánh giá thông lượng hệ thống........................................................85
4.2........................................................................................................................... Đ

ánh giá tỉ lệ lỗi bit kênh truyền dùng HARỌ.................................................87


LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn
thông
phát triếnnhanh nhất và phục vụ con người hữu hiệu nhất. Đe đáp ứng nhu cầu
về
chất lượng và dịch vụ ngày càng nâng cao, thông tin di động càng không ngùng

được cải tiến.
Hiện nay các nhà mạng di động đang tập trung khai thác các công nghệ
3G,
nhưng với nhu cầu đòi hỏi các dịch vụ tốc độ cao của con người thì việc phát
triển
công nghệ lên 4G sẽ không xa.
Một trong những công nghệ được coi là bước đệm đế hướng tới 4G
chính

là

công nghệ 3,5G HSPA với hai công nghệ nền tảng HSDPA (High Speech
Downlink
Packet Access: truy nhập gói đường xuống tốc độ cao) và HSUPA (High Speech
Uplink Packet Access: truy nhập gói đường lên tốc độ cao). HSDPA là một
chuẩn
tăng cường của 3GPP-3G nhằm tăng dung lượng đường xuống bằng cách thay
thế
điều chế QPSK trong 3G ƯMTS bằng 16QAM trong HSDPA. HSDPA hoạt
động
trên cơ sở kết hợp ghép kênh theo thời gian (TDM) với ghép kênh theo mã và
sử
dụng thích ứng đường truyền. Nó cũng đưa ra một kênh điều khiến riêng đế
đảm
bảo tốc độ truyền dẫn số liệu. Các kỹ thuật tuông tự cũng được áp dụng cho
1


Từ viết

Nghĩa TiếngAnh

Nghĩa Tiếng việt

3G

Third Generation

3GPP

3rd

AMC

Adaptive

AMR
ARQ

Adaptive MultiRate
Đa tốc độ thích ứng
Trong khuôn khô đồ án này đi sâu tìm hiếu công nghệ HSPA là một công
Automatic
Repeat-Request
Yêudicầu
phátgồm
lại tựhai
động
nghệ
truyền dẫn không dây

động,
giao thức là HSDPA (Truy nhập

ASN

Access Service
Network
gói

ATM

BTS

tốc độ Transfer
cao kênhMode
đường xuống)
HSUPA
(Truy nhập gói tốc độ cao đường lên)
Asynchronous
Chế độvàtruyền
dị bộ
với
Bit Error Rate
Tỷ số lỗi bit
cái nhìn tống quan nhất. Bằng việc so sánh các khía cạnh của HSPA với công
Binary Phase Shift Keying
Khóa chuyển pha hai trạng
nghệ
Base Station Controller
Bộ điều khiển trạm gốc

WCDMA của mạng di động 3G cũng như trình bày về kiến trúc hệ thống, cấu
Base Tranceiver
Station
Trạm thu phát gốc
trúc

cc

Convolutional
Code
Mãđược
xoắn sử dụng như: Điều chế bậc cao, lập biểu phụ
kênh và
các kỹ thuật chính

CDM

CQI

thuộc Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo
Code Division
kênh và HARQ với kết hợp mềm...Đe giúp chúng ta hiếu được tại sao HSPA lại
Core Network
Mạng lõi
là
Channel một
Ọuality
thị quá
chấttrình
lượng

kênh
côngIndicator
nghệ tiềm năngChỉ
trong
phát
triến lên mạng di động 4G. Đồ án

CRC

Cyclic Redundancy
Check
tra thực
vòngtếdưáp dụng công nghệ HSPA của các nhà
cũng trình bày
quá trình Kiêm
tìm hiểu

DCH

DPDC

mạng
di động ở nước ta đặc
biệt
là khiến
quá trình triển khai ở VMS - Mobiíbnt. Mặt
Dedicated
Channel
Kênh
điều

khác, em cũng tiến hành mô phỏng thông lượng và tỷ lệ lỗi bít của kênh vật lý
Dedicated Physycal Control
Kênh điều khiến vật lý riêng
đường xuống HSDPA bằng phần mềm Matlab từ đó có thế tính được thông
Dedicated
Data Kênh số liệu vật lý riêng
lươngPhysical

DSSS

Direct-Sequence
Trải
chuồi
tiếp
và đánh giá chấtSpread
lượng qua
lý phố
thuyết
củatrực
HSDPA.

E-

Enhanced

BER
BPSK
BSC

CN

DPCC

EDGE

Genaration

Thế hệ thứ ba
Partnership
Đe ánCÁc
các đối
thếẢN
hệ thứTẮT
TÓM
TẮTtácĐÔ
DANH MỤC
THUẬT
NGỮ

Modulation

and Mã hóa và điều chế thích

Mạng dịch vụ truy nhập

Absolute

Grant Kênh cho phép tuyệt đối
ABSTRACT
cường

Enhanced Data rates for GPRS
số liệustudied
tăng cường
để HSPA technology is a
In the frameworkTốc
thisđộthesis
in depth
Evolution
mobile
wireless transmission technology, Consists of two protocols is HSDPA (High
Speed
Downlink Packet Access) and HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) with
an
11


ỌPSK

Ọuatrature

Phase

Shift Khóa chuyển pha vuông góc

RAN

Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến

RLC

Radio Link Control

Điều khiển liên kết vô tuyến

RRTP

Radio Network Controller
Bộ điều khiển mạng vô tuyến
Kênh
riêng
tăng
cường
E-DCH Enhanced Dedicated Channel
Real Time EProtocol Enhanced Giao
thức thời gian
thực Kênh điều khen riêng tăng
Dedicated
Control

SGSN

Serving GPRS
SupportChannel
Node Nút hồ trợ dịch vụ GPRScường
DPCCH

SHO

Soft Handover

Chuyển giao
mềm
Enhanced Dedicated
Data
Channel Kênh số liệu riêng tăng cường

SIM

Subscriber EIdentity Module
nhận dạng
thuê bao
EquipmentModul
Identity
Register
Bộ ghi nhận dạng thiết bị
TDD
Time Di Vision
DuplexEnhanced Ghép
song
công
phân chia theo
DPDCH
Relative
Grant
Channel
Kênh cho phép tương đối tăng
TDM
Time Division Multiplex

kênh phânDuplex
chia theo thời
Frequency GhépDivision
Ghép song công phân chia tần
EIR
TDMA Time Division Mulptiple
Đa truy
nhập phân
chia theo thời
High-Speed
Shared
Control
số
TFC
Transport
Format Ket họp khuôn dạng truyền tải
Channel
Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ
E-RGCH
Chỉ thị Electrical
kết hợp khuôn
dạng truyền
ĩnstitute
and
TFCI
Transport
Fonnat tảiof
Viện kỹ nghệ Điện và Điện Tử
Combination
Electronics

Engineers
FDD
TrCH
Transport Channel
Kênh truyền tải
International
MobileThông tin di động quốc tế 2000
T-SGW Transport Signalling Gateway Cổng báo hiệu truyền tải
2000
HS-SCCH Telecommunications
TTI
Transmission Time Interval
Khoảng thời gian phát
thức
Internet
Internet
ProtocolGiao
UE
User Equipment
Thiết
bị
người
sử
dụng
IEEE
dư
tăng
Incremental
RedundancyPhần
Hệ

thống
thông
tin
di
động
toàn
UMTS Universal
Mobile cầu
giữa RNC và mạng lõi
ĨMT-2000 Giao diện được sử dụng để thông
Telecommunications System
giữa Node B và RNC
tin
UTRA
UMTS
Terrestrial
Radio
Mạng
truy
nhập
vô
tuyến
mặt đất
N
IP
Giao diện được sử dụng để thông nhau
Access
UMTS
VoIP

WCD
MA

Voice over IP

tin

Thoại trên IP

Wideband IR Code

Giao diện Đa
đế thông
tin giữa
truy nhập
phânRNC
chiaPhát
theo mãtriên
Division

Multiple

với

dài

hạn

Điều khiến truy nhập môi

băng

Iu

WiMA
X

Long
Term
Evolution trường
Tưong hợp truy nhập vi ba toàn
Worldwide
Interoperability cầu
Medium
Acces
ControlNhiều đầu vào và nhiều đầu ra
Iub
Multi-Input
Iur

Multi-OutputIP di động

Mobile IP
Trung tâm chuyên mạch di động
Đa truy nhập phân chia theo tần

LTE
IV

DA NH MỤC CÁ c HÌNH VẼ

Hình 1.1..................................Các bước phát triển mạng thông tin di động
2
Hình 1.2..........................................................Cấu trúc kênh của WCDMA
6
Hình 2.1.......................................Lộ trình phát triển của HSPA theo 3GPP
11
Hình 2.2 Triến khai HSPA với sóng mang riêng (f2) hoặc chung sóng
mang
với WCDMA (fl).............................................................................11
Hình 2.3.................Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện khác nhau
12
Hình 2.4.....................................................Kiến trúc WCDMA/UMTS R3
13
Hình 2.5.....................................................Kiến trúc WCDMA/UMTS R4
15
Hình 2.6.............................................Kiến trúc HSPAAVCDMA R5 và R6
16
Hình 2.7...................Kiến trúc HSPA/WCDMA với 1 đường hầm trực tiếp
17
Hình 2.8..........Biếu đồ cột so sánh thời gian download của các công nghệ
18
Hình 2.9...........Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDM
19
Hình 2.10................................................Nguyên lý hoạt động của HSDPA
VI
V

Hình 2.23..........................................Lập biểu phụ thuộc kênh cho HSDPA
35
Hình 2.24..............................................Nguyên lý lập biêu phụ thuộc kênh
36
Hình 2.25.................................................Nguyên lý thích ứng kênh truyền
41
Hình 2.26.............................................Cơ chế phát lại của R99 và HSDPA
43
Hình 2.27..............................................Cơ chế Stop And Wait của HSDPA
44
Hình 2.28......................................................................Kết hợp kiểu Chase
45
Hình 2.29...........................................................Ket hợp kiếu tăng phần dư
46
Hình 2.30. Kiến trúc HSUPA được lập cấu hình E-DCH........................48
Hình 2.31. So sánh quá trình xử lý kênh truyền tải của HSUPA và R3DCH
49
Hình 2.32

cấu trúc....................................................khung E-DPDCH

52
Hình 2.33

cấu trúc....................................................khung E-DPCCH

53
Hình 2.34........................................................................Mã hóa E-DPCCH
53
Hình 2.35................................................cấu trúc khung E-HICH/E-RGCH

54

vii


DANH MỤC BẢNG BIÊU

Bảng 1.1............................So sánh các công nghệ và tốc độ truyền dữ liệu
3
Bảng 1.2 Các................................thông số chính của hệ thống WCDMA
6
Bảng 2.1 Tốc

độ dữ liệu đỉnh của HSDPA trong một số

trường hợp

21

Bảng 2.2....................................Mã hóa các bản tin báo nhận ACK/NACK
34
Bảng 2.3

Phân.....................................loại các thiết bị đầu cuối HSDPA

38
Bảng 2.4

Định......................................................dạng kết họp truyền tải

40
Bảng 2.5 Các....................................................giá trị CQI cho UE loại 10
41
Bảng 2.6 Nấc...............tốc độ bit kênh vật lý cho DPDCH và E-DPDCH
51
Bảng 2.7.........................So sánh các đặc tính giữa DPDCH và E-DPDCH
51
Bảng 2.8.......................................................Định dạng khe của E-DPCCH
52
Bảng 2.9........................................Chuyển đổi ACK/NAK vào giá trị kênh

viii


CHƯƠNG 1
TÔNG QUA N VÈ HỆ THỐNG THÔNG TỈN Dỉ ĐỘNG 3G

Trong chương này trình bày một số đặc điểm về lịch sử phát triển của
các

hệ

thống điện thoại di động, Đi vào tìm hiếu về mạng di động 3G, các nền tảng
công
nghệ của HSPA như WCDMA UMTS, trình bày về các ứng dụng và hạn chế,
cải
tiến của công nghệ 3G đế từ đó có sự so sánh giữa công nghệ sử dụng trước đó
và
công nghệ HSPA mà em đang nghiên cứu.
1.1. Lịch sử phát triên của các hệ thông di động

Thế hệ điện thoại di động đầu tiên (1G) ra đời trên thị trường vào những
năm
70/80. Đấy là những điện thoại anolog sử dụng kỹ thuật điều chế radio gần
giống
như kỹ thuật dùng trong radio FM. Trong thế hệ điện thoại này, các cuộc thoại
không được bảo mật. Thế hệ 1G này còn thường được nhắc đến với "Analog
Mobile Phone System (AMPS)". Mốc thời gian đánh dấu sự ra đời của 2G, điện
thoại kỹ thuật số (digital) là đầu những năm 90. Chuấn kỹ thuật số đầu tiên là
DAMPS sử dụng TDMA (Time division Mutiple Access). Tiếp theo sau là điện
thoại
2G dựa trên công nghệ CDMA ra đời. Sau đó Châu Âu chuẩn hóa GSM dựa
trên
TDMA. Cái tên GSM ban đầu xuất phát từ "Groupe Speciale Mobile" (tiếng
Pháp),
một nhóm được thành lập bởi CEPT, một tố chức chuấn hóa của Châu Âu, vào
năm
1


Công
1G
2G

AMPS

-

-

-

2.5G

Tốc độ

-

Không có

Tính năng
Analog (chỉ có chức năng
thoại)

Nhỏ hơn 20Kbps
GS3G
-phép
Thoại
truyền
thông di
thếđộng
hệ thứ
chonhũng
truyền
ngoài3G.
dữ Trước
liệu chuẩn
đàm3G
thoại
là mạng

úngba,
dụng
công nghệ
đây, là
chuẩn
là
M một
còn
có
SMS
thể truyền
liệu nhất
phi thoại
(tải -áp
dữdụng
liệu, rộng
gửi email,
nhắn
hìnhnhiên,
ảnh,
chuẩn
đon dữ
lẻ, duy
và được
rãi trêntintoàn
thếnhanh,
giói. Tuy
CDcàng
nhạc,
VVCD

WCDM
- Gọi hội nghị
MA
MA/
A/
về sau này, 3G càng được phân chia thành nhiều chuấn khác
khác, tuỳ
thuộc vào
HSDPA
HSDP
Từ
/
GPR
-MSM
khả
30Kbps - 90Kbps
S năng nghiên
cứu của các nhà cung cấp dịch vụ. Trong tưong lai không xa, có thế
GSM/
GSM/
-Ảnh
GPR
là
GPRS/
S/
EDGE
lxRT
evole
một hoặc hai ba năm nữa, mạng di động sẽ trở thành một mạng truyền
d dữ liệu

- Trình duyệt Web
T
Phát

3G

3.5
G

-

ED

-

UM
TS

-

-

Phát
triển
2G
của 2G
của 3G
HỉnhTừ1.1 Các buức phát
tin di động [1]
- triển

Videomạng
chấtthông
lượng
-triển
Audio/Video clip

144Kbps - 2Mbps
cao
lxE
Trong số các dịch vụ của 3G, điện thoại video hoặc khả năng truy nhập
VDO
Nhạc
internet thường được xem là một- ví dụ
tiêu“streaming”
biếu về dịch vụ cao cấp mà các nhà
HSP
Từ
- Video theo yêu cầu
cung
A
(VOD)
384Kbps
- cho khách hàng. Tuy nhiên tần số vô tuyến nói
cấp dịch
vụ muốn cung cấp
chung

là

một tài nguyên đắt đỏ, giá tần số cho công nghệ 3G rất đắt tại nhiều nước, nơi

mà
các cuộc bán đầu giá tần số mang lại hàng tỷ euro cho chính phủ. Bởi vì chi phí
cho
bản quyền về các tần sổ phải trang trải trong nhiều năm trước khi các thu nhập
từ
mạng 3G đem lại, nên một khối lượng đầu tư khống lồ là cần thiết để xây dựng
mạng 3G. Nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đã rơi vào khó khăn về tài
chính
và điều này đã làm chậm trễ việc triến khai mạng 3G tại nhiều nước ngoại trừ
Nhật

2


1.2. Các tiêu chuân của mạng di động 3G

3G bao gồm 3 chuẩn chính là :
• W-CDMA

. CDMA2000
• TDSCDMA.

Trong đó, chuẩn W-CDMA có hai chuẩn con thành phần là:
• UMTS
• FOMA.

W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access): là chuẩn liên lạc
di
động 3G song hành với cùng với chuấn GSM. W-CDMA là công nghệ nền tảng
cho

các công nghệ 3G khác như UMTS và FOMA.W-CDMA được tập đoàn ETSI
NTT
DoCoMo (Nhật Bản) phát triển riêng cho mạng 3G FOMA. Sau đó, NTT
Docomo
đã trình đặc tả này lên Hiệp hội truyền thông quốc tế (ITU) và xin công nhận
dưới
danh nghĩa một thành viên của chuẩn 3G quốc tế có tên IMT-2000. ITU đã chấp
nhận W-CDMA là thành viên của IMT-2000 và sau đó chọn W-CDMA là giao
diện
nền tảng cho UMTS.
UMTS: UMTS (Universal Mobile Telephone System) dựa trên công
nghệ
43


Băng tần kênh

l,25Mhz; 5Mhz; 10Mhz; 20Mhz

Cấu trúc kênh hướng xuống

Trải phổ trực tiếp

Tốc độ chíp

l,024)a/4,096/8,192/16,384
Bảng 1.2 Các thông số chính của hệ thống WCDMA
1.3. Các tham sổ0.22
chỉnh của ỈVCDMA

Lặp
Độ dài khung

10ms/20ms
WCDMA là hệ thống sử dụng chuỗi trải phổ trực tiếp. Nghĩa là luồng
Điều chế trải phố
QPSK cân bằng (hướng xuống)
thông
QPSK kép (hướng lên)
tin được trải trên một băng thông rộng bằng việc nhân luồng dừ liệu này với
Điều chế dữ liệu một
QPSK
(hướng
xuống)
chuỗi trải phổ giả ngẫu nhiên PN. Để có thể hỗ trợ việc truyền dữ liệu ở tốc độ
QPSK (hướng lên)
cao, hệ số trải phốTrải
(SF)phổ
thay
đổiđổi
vàvà
kếtđanối
Đa tốc độ
biến
mãdựa trên nhiều mã trải phố được hỗ
Hệ số trải phố

trợ

4-256

trong WCDMA. Vòng hở và vòng khép kín (tốc độ
Điều khiển công suất
Trải phô (hướng lên)

Mã trực giao dài đế phân biệt kênh, mã
Tốc độ chip sử dụng trong WCDMA có tốc độ 3.84 Mps tương ứng với
Gold 218

băng
Trải phổ (hướng xuống)
Mã trực giao dài đế phân biệt kênh, mã
tần truyền dần WCDMA là 5 MHz (đối với CDMA2000 băng tần truyền dẫn có
Gold 241
thể
Chuyển giao
Chuyến giao mềm (Soft handoff)
là 3x1.25 Mhz hoặc 3.75 MHz). Băng thông truyền dẫn lớn của WCDMA ngoài
Chuyến giao khác tần số
việc nhằm hỗ trợ truyền dẫn tốc độ cao còn mang lại một vài ưu điếm khác như:
tăng hệ số phân tập đa đường.

WCDMA hồ trợ truyền dẫn tốc độ thay đổi, hay nói cách khác là khái
niệm
sử dụng băng thông theo nhu cầu có thế được thực hiện. Trong một khung
truyền
dẫn thì tốc độ dữ liệu là cố định. Tuy nhiên tốc độ dữ liệu giữa các khung truyền
dẫn khác nhau có thể giống nhau hoặc khác nhau.
WCDMA có hai chế độ hoạt đông đó là FDD và TDD. Đối với FDD thì
các

cặp

tần số sóng mang với độ rộng 5 MHz được sử dụng cho kênh truyền dẫn hướng
lên

và

hướng xuống một cách tương ứng. Trong khi đó ở chế độ TDD thì chỉ có một
5


Từ hình 1.2 cho ta cái nhìn tống quan về các kênh được sử dụng trong
WCDMA gồm 3 kênh cơ bản:
- Kênh logic
- Kênh truyền tải
- Kênh vật lý- Kênh logic: Miêu tả loại thông tin sẽ được truyền đi. Mặc

dù
gọi là "kênh" nhưng nó không phải là kênh theo giống nghĩa như kênh vật lý,
kênh vận tải. Kênh logic có thế hiếu là những công việc mà mạng và thiết bị cần
phải thực hiện tại những thời điểm khác nhau. Các kênh logic này cũng có thế
xem
như là dịch vụ mà lớp MAC cung cấp cho lớp RLC ở trên nó.
Kênh logic định nghĩa loại số liệu được truyền đi, bao gồm 2 loại kênh:
Kênh

điều

khiển (BCCH, PCCH, DCCH, CCCH, SHCCH) và kênh lưu lượng( DTCH,

CTCH).
Kênh
vận cơ
tải: bản
Qui định
1.4.-Các
kênh
của bằng cách nào và với đặc trưng gì thông tin sẽ
được

W-CDMA

truyền đi. Đây là dịch vụ mà lớp vật lý cung cấp cho lớpMAC ở trên nó.
Kênh truyền tải mang các thông số, đặc tính cần thiết đê truyền tải các
thông
tin dữ liệu qua mạng. Các kênh truyền tải được hình thành nhò' việc sắp xếp các
kênh logic. Có 2 loại kênh truyền tải :
+ Kênh truyền Hình
tải riêng
mang
thông
điều khiến cho riêng một
1.2.DCH:
Cấu trúc
kênh
củatinWCDMA
MS
76

1.5. Các bước cải tiến của công nghệ WCDMA

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:
• Ket 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 khấn 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 thông tin di động 3G sử dụng công nghệ truy nhập vô tuyến
WCDMA và CDMA2000 đang được triến khai rộng khắp trên toàn thế giới.
Tính
đến thời điếm 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.

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 của mạng trên một đơn vị tài nguyên vô tuyển 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 lóp
MAC đến gần hơn với giao diện vô tuyến. Ví dụ như chuyến 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 TTĨ 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 thông qua kỳ thuật thích ứng kênh bao
9


CHƯƠNG 2
CÓNG NGHỆ HSPA

Trong chương này tập trung nghiên cứu các khía cạnh của HSPA bằng
việc nghiên cứu hai công nghệ then chốt là HSDPA và HSUPA đi vào tìm hiếu
các vấn đề như kiến trúc mạng, nguyên lý hoạt động, cấu trúc kênh, Các kỹ
thuật
được áp dụng cho các công nghệ này đế từ đó tìm ra được bước cải tiến của
HSPA so với WCDMA và giúp chúng ta hiểu được tại sao HSPA lại là một công
nghệ tiềm năng trong quá trình phát triển lên mạng di động 4G.
2.1. Tông quan vê công nghệ HSPA
Mặc dù công nghệ 3G WCDMA hiện nay cho phép tốc độ dữ liệu gói lên
đến 2Mbps. Tuy nhiên, các tiêu chuấn thiết kế hệ thống WCDMA có một số hạn
chế như:
- Không tận dụng các un thế của dữ liệu gói vốn rất phổ biến đối với

đường trục hữu tuyến
- Thiết kế dịch vụ 2Mbps hiện nay là không hiệu quả và cũng chưa đáp

ứng được nhu cầu sử dụng dịch vụ số liệu
- Không thể xử lý tốc độ dữ liệu cao lên đến lOMbps

Công nghệ HSPA ra đời, là một bước cải tiến đáng kế trong mạng 3G
nhằm giải quyết các hạn chế của các chuẩn công nghệ 3G WCDMA trước đó
cũng như đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về tốc độ của người sử dụng.
HSPA (High-Speed Packet Access) là công nghệ truyền dẫn không dây di

10


Hình 2.1 Lộ trình phát triển của HSPA theo 3GPP
HSPA (High Speed Packet Access) truy nhập gói tốc độ cao bao gồm
truy

nhập

gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA: High Speed Downlink Packet Access)
được
3GPP chuẩn hóa trong R5 với phiên bản tiêu chuẩn đầu tiên vào năm 2002 và
truy
nhập gói đường lên tốc độ cao (HSUPA: High speed Uplink Packet Access)
được
3GPP chuẩn hóa trong R6 vào tháng 12 năm 2004. Các mạng HSDPA đầu tiên
được
đưa vào thương mại năm 2005 và HSUPA được đưa vào thương mại năm 2007.
Tốc độ số liệu đỉnh của HSDPA lúc đầu là l,8Mbps và tăng đến 3,6 Mbps
và
7,2Mbps vào năm 2006 và 2007, và đạt đến trên 14,4Mbps năm 2008. Trong

Node B
Hlnh 2.2 Triển khai HSPA vói sóng mang riêng (12)

hoặc chung sóng mang vói WCDMA(fl)
11


Lúc đầu HSPA được thiết kế cho các dịch vụ phi thời gian thực, tuy
nhiên
R6 và R7 cải thiện hiệu suất của HSPA cho VoIP và các ứng dụng tưong tự
khác.
Khác với WCDMA trong đó tốc độ số liệu trên các giao diện như nhau
(384kbps
cho tốc độ cực đại chang hạn), tốc độ số liệu HSPA trên các giao diện là khác
nhau
hình 2.3 minh họa điều này. Tốc độ đỉnh (14,4Mbps trên hai thiết bị người sử

Hình 2.3 Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện khác nhau.
2.2. Kiến trúc mạng
HSPA là công nghệ tăng cường cho 3G WCDMA còn được gọi là 3G+.
Do
đó đế thấy được kiến trúc mạng HSPA ta xét cấu trúc của nó trong các phát hành
của WCDMA.
2.2.1. Kiến trúc WCDMA/UMTS R3

WCDMA/UMTS R3 là phiên bản đầu tiên của ƯMTS, nó hỗ trợ cả kết
nối
chuyến mạch kênh lẫn chuyến mạch gói. Trong miền cs tốc độ bít thông tin lên
đến

384

Mbps và trong miền PS là 2Mbps. Đảm bảo yêu cầu roamming giữa mạng 2G

12


gồm: điện thoại có hình (Hội nghị video), âm thanh chất lượng cao và tốc độ
truyền

cao

Thiết bị đầu cuối trong WCDMA R3 không chỉ đon thuần dành cho thiết
bị
điện thoại truyền thống mà còn bao gồm các thiết bị truy cập các dịch vụ số liệu
mới. Nhằm tăng cường sử dụng đầu cuối cho nhiều dịch vụ số liệu hơn và vì thế
đầu
cuối trở thành tô họp của máy thoại di động, modem và máy tính bàn tay. Thiết
bị
đầu cuối bao gồm các thành phần TE, ME, USIM như trên hình vẽ. RNC-Radio
Netvvork Controller: Bộ điều khiến mạng vô tuyến chức năng giống BSC của
mạng
GSM. Nó kết nối tới một hoặc nhiều trạm gốc và điều khiến các tài nguyên của
chúng. Một nhiệm vụ quan trọng nữa của RNC là bảo mật và tính toàn vẹn dữ
liệu.
Sau thủ tục nhận thực và thỏa thuận khóa, các khóa bảo mật và toàn vẹn được
đặt
vào RNC. Sau đó các khóa này được sử dụng bởi các hàm an ninh f8 và f9.
Node

B

có chức năng giống BTS trong GSM với nhiệm vụ 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
13


đáp úng các dịch vụ điện thoại đến các mạng khác bằng các kết nối TDM. Các
Node B trong CN được kết nối với nhau bằng đưòng trục của nhà khai thác,
thưòng
sử dụng các công nghệ mạng tốc độ cao như ATM và IP. Mạng đường trục trong
miền cs sử dụng TDM còn trong miền PS sử dụng IP.
2.2.2. Kiến trúc ỊVCDMA/ƯMTS R4

Hình 2.5 cho thấy kiến trúc cơ sở của 3G WCDMA R4. Sự khác nhau cơ
bản
giữa R3 và R4 là ở chồ khi này mạng lõi là mạng phân bố và chuyến mạch
mềm.
Thay cho việc có các MSC chuyển mạch kênh truyền thống như ở kiến trúc
trước,
kiến trúc chuyển mạch phân bố và chuyển mạch mềm được đưa vào.
MSC được chia thành MSC server và cống các phương tiện (MGW:
Media Gateway). MSC server chứa tất cả các phần mềm điều khiến cuộc gọi,
quản
lý di động có ở một MSC tiêu chuẩn. Tuy nhiên nó không chứa ma trận chuyển
mạch. Ma trận chuyển mạch nằm trong MGW được MSC Server điều khiển và
có
thể đặt xa MSC Server.
Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện giữa
RNC

và MSC Server. Đường truyền cho các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực
hiện
giữa RNC và MGW. Thông thường MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và định
tuyến
các cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đường trục gói. Trong nhiều trường họp
đường
14


SGSN

CK3SN

Hình 2.5 Kiến trúc W€DMA/UMTS R4 [4]
Phiên bản R4 hoàn toàn tưong thích được với R3 (R99): Các đầu cuối
không
thay đôi và không cần nâng cấp vì chúng nâng cấp các khả năng và dịch vụ
hoàn
toàn giống R3. Bởi vậy hệ thống này tiết kiệm giá thành, tích hợp, linh hoạt và
tiến
hóa. Lý do tiết kiệm giá thành vì IP tỏ ra là một công nghệ chuyến mạch rẻ hơn
so
với mạng lõi chuyến mạch thời gian 64Kbps và ATM. Ngoài ra các mã đa tốc
độ
thích úng tốc độ thấp (khả biến từ 5 đến 12 Kbps) trong mạng này không cần
phải
biến đối vào 64Kbps và ngược lại tại bộ chuyển đổi mã như trước kia. Mạng R4
cho
phép thực hiện linh hoạt quá trình này. Việc thực hiện các vùng cs và PS trong
cùng một mạng lõi vì thế tăng tính linh hoạt và cho phép tích hợp giám sát và

điều
khiển các chức năng.
2.2.3. Kiến trúc HSPA/WCDMA R5 và R6

15


thức khởi đầu phiên (SIP: Session ĩnitiation Protocol). UE trở thành một tác
nhân
của người sử dụng SIP. Như vậy, UE có khả năng điều khiển các dịch vụ lớn
hơn
trước rất nhiều.
Phân hệ đa phương tiện IP (IMS: IP Multimedia Subsystem) là diêm mới
của
R5 và R6. Đây là một miền mạng IP được thiết kế đế hồ trợ các dịch vụ đa
phương
tiện thời gian thực IP. Nó gồm phần tử sau: Chức năng điều khiển trạng thái kết
nối
(CSCF: Connection State Control Function), Chức năng tài nguyên đa phương
tiện

Hỉnh 2.6 Kiến trúc HSPAAYCDMA R5 và R6 [4]
2.2.4. Kiến trúc HSPA/WCDMA R7

Từ phát hành R7 trong kiến trúc HSPAAVCDMA có một đường hầm
trực
tiếp trong mạng 3G để tối ưu hóa lưu lượng cho các dịch vụ không dây băng

16