Nghiên cứu công nghệ truy nhập gói đường xuống tốc độ cao hsdpa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ TRUY NHẬP GĨI
ĐƯỜNG XUỐNG TỐC ĐỘ CAO HSDPA

Giảng viên hướng dẫn: THS. LÊ THỊ KIỀU NGA
Sinh viên thực hiện:

LÊ DOÃN XUÂN
Lớp 48K ĐTVT

NGHỆ AN, THÁNG 1-2012

i


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
------------------------------------------------

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
---------------------------------

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Lê Doãn Xuân
Mã sinh viên: 0751080463
Khóa:
48
Khoa: Điện Tử Viễn Thông
Ngành:
Điện Tử Viễn Thông
1. Đầu đề đồ án:
………………………………………………..………………………………
…………………………………………………..……………………………
2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
………………………………………………..………………………………
…………………………………………………..……………………………
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
………………………………………………..………………………………
…………………………………………………..……………………………
………………………………………………..………………………………
…………………………………………………..……………………………
………………………………………………..………………………………
…………………………………………………..……………………………
4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
………………………………………………..………………………………
…………………………………………………..……………………………
………………………………………………..………………………………
…………………………………………………..……………………………
………………………………………………..………………………………
…………………………………………………..……………………………
………………………………………………..………………………………
5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: ThS. Lê Thị Kiều Nga

6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: …………..……………………………………
7. Ngày hoàn thành đồ án: …………..………………………………………

ii


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
--------------------------------------------------BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Lê Dỗn Xn
Mã sớ sinh viên: .0751080463
Ngành: Điện Tử Viễn Thơng
Khố: 48
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Lê Thị Kiều Nga
Cán bộ phản biện:
ThS.Nguyễn Thị Kim Thu
1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
2. Nhận xét của cán bộ phản biện:
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................

.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
Ngày
tháng
năm
Cán bộ phản biện
(Ký, ghi rõ họ và tên )

iii


LỜI CẢM ƠN
Trước hết, em xin chân thành cảm ơn Ths Lê Thị Kiều Nga, sự chỉ bảo
tận tình cùng những tài liệu qúy báu của cô đã giúp em hoàn thành luận văn
này. Em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cô giáo trong trường
Đại học Vinh đã tạo mọi điều kiện học tập và nghiên cứư cho em trong suốt
năm năm học vừa qua. Xin cảm ơn các bạn học và những người thân đã luôn
giúp đỡ, động viên và chia sẻ những lúc tôi khó khăn trong thời gian thực
hiện luận văn này.
Do thời gian hạn hẹp và cũng chịu nhiều yếu tố tác động nên khố luận
sẽ khơng tránh khỏi sai sót. Em rất mong sẽ nhận được những ý kiến đóng
góp xây dựng của Thầy, Cơ và các bạn để có thể tiếp tục phát triển hướng
nghiên cứu của mình.

Sinh viên thực hiện
Lê Doãn Xuân

iv

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Đề tài em thực hiện lần này có tên “ Nghiên cứu cơng nghệ truy cập gói
đường x́ng tớc độ cao HSDPA”, đề tài trình bày sơ lược về tiến trình phát
triển của thế hệ di động cấu trúc mạng 3,5G và đi sâu trình bày về cấu trúc
HSDPA.Những tính năng vượt trội của cơng nghệ để có thể đạt tớc độ cao
nhất và ứng dụng vào thực tiển.

Summary of thesis
Topics thistime I made called "study technology downlink packet access
HSDPAhigh speed", the topic outlined in the development process of generation
of mobile3.5 G network structure and depth present structure HSDPA. Nhung
remarkable features of the technology to achieve high speed and in practical
applications.

v


MỤC LỤC
Trang
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .................................................................. i
BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ...................................................... iii
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. iv
TÓM TẮT ĐỒ ÁN............................................................................................ v
MỤC LỤC ........................................................................................................ vi
DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ....................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .......................................................................... x
DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................. xii
LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
THẾ HỆ 3G..................................................................................................... 3

1.1 Mở đầu ..................................................................................................... 3
1.2 Các tiêu chuẩn xây dựng mạng 3G .......................................................... 6
1.3 Các tham sớ chính của WCDMA ............................................................ 7
1.4 Các kênh cơ bản của W-CDMA .............................................................. 9
1.4.1 Kênh logic ........................................................................................ 10
1.4.2 Kênh truyền tải................................................................................. 11
1.4.3 Kênh vật lý ....................................................................................... 13
1.5 Các bước cải tiến của công nghệ WCDMA.......................................... 17
CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ HSDPA ........................... 20
2.1 Tổng quan về HSDPA ........................................................................... 20
2.2 Các đặc điểm của HSDPA ..................................................................... 20
2.3 Những cải tiến quan trọng của HSDPA so với WCDMA ..................... 24
2.4 Nguyên lý hoạt động của HSDPA ......................................................... 26
2.5 Cấu trúc HSDPA .................................................................................... 29
2.5.1 Mơ hình giao thức HSDPA .............................................................. 29

vi


2.5.2 Cấu trúc kênh trong HSDPA ........................................................... 31
2.6 Các kỹ thuật sử dụng trong HSDPA ...................................................... 49
2.6.1 Kỹ thuật lập biểu phụ thuộc kênh .................................................... 49
2.6.2 Điều chế và Mã hố thích ứng AMC. Kỹ thuật truyền dẫn đa mã........ 50
2.6.3 Kỹ thuật H- ARQ ........................................................................... 54
2.7 Quản lý di động trong HSDPA .............................................................. 58
2.7.1 Đo kiểm xác định ô phục vụ HS-DSCH tốt nhất............................. 59
2.7.2 Chuyển giao HS-DSCH giữa các Nút B .......................................... 59
2.7.3 Chuyển giao HS-DSCH giữa các đoạn ô trong một Nút B ............. 62
2.7.4 Chuyển giao từ HS-DSCH sang DCH ............................................. 63
Chương 3: ỨNG DỤNG TRÊN HSDPA ..................................................... 64

3.1 VOIP song cơng tồn phần và thúc đẩy trò chuyện............................... 64
3.2 Trò chơi với thời gian thực .................................................................... 65
3.3 Luồng TV – di động ............................................................................... 65
3.4 Email ...................................................................................................... 66
KẾT LUẬN .................................................................................................... 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 70

vii


DANH MỤC 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

Broadband Passive Optical

Dự án thế hệ đối tác

Network
QAM

Điều chế biên độ cầu phương

Quadrature Amplitude
Modulation

AMC

Adaptive Modulation and

Thích ứng điều chế và mã hóa

Coding
ARQ

Automatic Repeat request

Yêu cầu lặp lại tự động

BCCH

BroadCast Control CHannel

Kênh phát sóng(kênh điều khiển

(logic channel)

logic)

BroadCast CHannel

Kênh vận chuyển

BCH

(transport channel)
BER

Bit Error Rate

Tỉ lệ bít lỗi

CCTRCH

Coded Composite Transport

Mã kênh vận tải hổn hợp

Channel
DCCH

Dedicated Control CHannel

Kênh kiểm soát chuyên dụng

(logical channel)
DPCCH

Dedicated Physical Control

Kênh điều khiển vạt lý

CHannel
DPCH

Dedicated Physical Channel

Kênh chuyên dụng vật lý

DPDCH

Dedicated Physical Data

Kênh dữ liệu vật lý

Channel
DTCH

Dedicated Traffic CHannel

Kênh dành riêng cho vận tải

EDGE

Enhanced Data Rates for

Giá dữ liệu nâng cao

GSM Evolution
FDD

Frequency Division Multiple
Access

viii

Tần số truy cập


GSM
H-ARQ

Global System for Mobile

Hệ thớng truyền thơng di động

Communications

tồn cầu

Hybrid Automatic Repeat

Yêu cầu lặp lại tự động

request
HS-DPCCH Uplink High-Speed Dedicated
Physical Control CHannel
HS-DSCH
HS-PDSCH
HS-SCCH
HSDPA
ITU

Kênh kiểm sốt tớc độ cao
chun dụng

High-Speed Downlink Shared Kênh chia sẽ đường xuống tốc độ
Channel

cao

High-Speed Physical

Kênh vật lý chia sẽ đường xuống

Downlink Shared Channel

tốc độ cao

High-speed Shared Control

Kênh điều khiển chia sẽ tớc độ

Channel

cao

High-speed Downlink Packet

Gói truy cập đường xuống tốc độ

Access

cao

Internation

Liên minh viển thông quấc tế

Telecommunication Union
MAC

Medium Access Control

Kiêm sốt truy cập

MAC-hs

Hight-speed MAC

Kiểm sốt truy cập tớc độ cao

Node B

Base Station

Trạm cơ sở

SAW

Stop And Wait

Dừng và chờ

TTI

Transmission Time Interval

Khoảng thời gian truyền

UMTS

Universal Mobile

Hệ thống viển thông di động

Telecommunication System
WCDMA

WCDMA băng rộng

Wideband CDMA

ix


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1 Các bước phát triển mạng thơng tin di động...................................... 4
Hình 1.2 Cấu trúc kênh của WCDMA .............................................................. 9
Hình 1.3 Cấu trúc kênh logic .......................................................................... 10
Hình 1.4 Ánh xạ giữa kênh logic và kênh giao vận ....................................... 13
Hình 1.5 Tớc độ truyền WCDMA đường lên ................................................. 14
Hình 1.6 Cấu trúc của kênh dành riêng ........................................................... 15
Hình 1.7 Cấu trúc kênh CCPCH ..................................................................... 15
Hình 1.8 Cấu trúc của kênh đồng bộ SCH ...................................................... 16
Hình 1.9 Chất lượng khe thời gian truy cập của kênh RACH ...................... 17
Hình 2.1 Biểu đồ cột so sánh thời gian download của các cơng nghệ.......... 23
Hình 2.2 Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDMA ......... 24
Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động cơ bản của HSDPA...................................... 26
Hình 2.4 Kiến trúc giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH .......... 29
Hình 2.5 Cấu trúc lớp MAC – hs .................................................................... 30
Hình 2.6 Giao diện vơ tuyến của HSDPA ..................................................... 31
Hình 2.7 Cấu trúc lớp vật lý đường x́ng và đường lên của HSDPA........... 33
Hình 2.8 Cấu trúc khung HS-SCCH ............................................................... 34
Hình 2.9 minh hoạ cơng suất phát kênh HS-SCCH cho mỗi UE ở các vị trí
khác nhau trong ô ............................................................................................ 35
Hình 2.10 Sơ đồ khối giải thuật điều khiển cơng suất kênh HS-SCCH ........ 36
Hình 2.11 Thời gian và bộ mã được chia sẻ trong HS-DSCH........................ 38
Hình 2.12 Trạng thái kênh của các user ......................................................... 39
Hình 2.13 Hệ thống trong tr ư ờng hợp 1 kênh HS-SCCH và phân chia đa
thời gian ................................................................................................... 41
Hình 2.14 Hệ thớng trong trường hợp nhiều kênh HS-SCCH và phân chia đa

thời gian ........................................................................................................... 41

x


Hình 2.15 Điều chế QPSK và 16-QAM.......................................................... 42
Hình 2.16 Cấu trúc khung kênh HS-DPCCH ................................................. 43
Hình 2.17 Sơ đồ MIMO 2x2 ........................................................................... 47
Hình 2.18 Biểu diễn mã hố điều chế của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả
dụng với mỗi mã theo dB ................................................................................ 54
Hình 2.19 Cơ chế phát lại của R99 và HSDPA ............................................. 56
Hình 2.20 Hoạt động của giao thức SAW 4 kênh........................................... 57
Hình 2.21 Quá trình truyền lại khới dữ liệu IR ............................................... 58
Hình 2.22 Chuyển giao giữa các nút B. .......................................................... 60
Hình 2.23 Các bước thực hiện chuyển giao. ................................................... 60
Hình 3.1 Ước lượng tiêu thụ cơng suất của điện thoại di động ..................... 67
Hình 3.2 Truy cập email từ mobile sử dụng pin 1000-mAh ........................... 68

xi


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1 Bảng so sánh các công nghệ di động và tốc độ truyền dữ liệu.......... 5
Bảng 1.2 Các thơng sớ chính của WCDMA ..................................................... 8
Bảng 2.1 Tốc độ dữ liệu đỉnh của HSDPA trong một số trường hợp ............. 28
Bảng 2.2 Các loại đầu cuối HSDPA khác nhau .............................................. 48
Bảng 2.3 Định dạng kết hợp truyền tải ........................................................... 52
Bảng 2.4 Lược đồ mã hoá điều chế của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng
với mỗi mã....................................................................................................... 53

xii


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 x́ng tớc 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, tác giả 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 cơng
nghệ này.
Đề tài nghiên cứu công nghệ HSDPA gồm 3 chương.

1


Chương 1. Giới thiệu về hệ thống thông tin di động thế hệ ba và tổng quan về
mạng thông tin di động CDMA
Chương 2. Giới thiệu về công nghệ HSDPA. Mơ hình cấu trúc và những cải
tiến trong cấu trúc.Những kỹ thuật chính để có tớc độ cao hơn so với các
phiên bản trước đó.
Chương 3.các ứng dụng của HSDPA trong thực tiển.
Trong quá trình làm đề tài, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức
hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự
phê bình, hướng dẫn và sự giúp đỡ của Thầy Cô, bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của Cơ giáo
ThS. Lê Thị Kiều Nga cùng các Thầy Cô trong khoa Điện tử Viễn thơng để
em hồn thành đề tài tớt nghiệp này.

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
THẾ HỆ 3G
1.1 Mở đầu
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 khơng được bảo mật. Thế hệ 1G này cịn 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. Chuẩn kỹ
thuật số đầu tiên là D-AMPS sử dụng TDMA (Time division Mutiple

Access). Tiếp theo sau là điện thoại 2G dựa trên cơng 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 tổ chức chuẩn hóa của Châu Âu, vào năm 1982. Nhóm này có
nhiệm vụ là chuẩn hóa kỹ thuật truyền thông di động ở bãng tầng 900MHz.
Sau đó,GSM được chuyển thành Global System for Mobile Communication
vào năm 1991 như là một tên tắt của cơng nghệ nói trên.
Năm 2001, để tăng thông lường truyền để phục vụ nhu cầu truyền thông
tin (không phải thoại) trên mạng di động, GPRS đã ra đời. GPRS đôi khi được
xem như là 2.5G. Tốc độ truyền data rate của GSM chỉ = 9.6Kbps. GPRS đã
cải tiến tốc độ truyền tăng lên gấp 3 lần so vớii GSM, tức là 20-30Kbps.
GPRS cho phép phát triển dịch vụ WAP và internet (email) tốc độ thấp.
Tiếp theo sau, 2003, EDGE đã ra đời với khả năng cung ứng tốc độk lên
được 250 Kbps (trên lý thuyết). EDGE còn được biết đến như là 2.75G (trên
đường tiến tới 3G)
Cụm từ điện thoại di động 3G ngày nay đã trở nên quen thuộc với người
dùng di động. 3G là viết tắt của third-generation technology là chuẩn và công
nghệ truyền thông thế hệ thứ ba, cho phép truyền ngoài dữ liệu chuẩn là đàm

3


thoại cịn có thể truyền dữ liệu phi thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn
nhanh, hình ảnh, nhạc, internet...). Công nghệ 3G vừa cho phép triển khai
những dịch vụ cao cấp vừa làm tăng dung lượng của mạng điện thoại nhờ vào
việc sử dụng hiệu quả hiệu suất phổ.

Hình 1.1 Các bước phát triển mạng thông tin di động
Trong số các dịch vụ của 3G, điện thoại video hoặc khả năng truy nhập
internet thường được xem là một ví dụ tiêu biểu về dịch vụ cao cấp mà các

nhà cung cấp dịch vụ muốn cung cấp cho khách hàng. Tuy nhiên tần sớ vơ
tuyến nói 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 sớ mang lại hàng tỷ euro cho
chính phủ. Bởi vì chi phí cho bản quyền về các tần số phải trang trải trong
nhiều năm trước khi các thu nhập từ mạng 3G đem lại, nên một khối lượng
đầu tư khổng 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 triển khai mạng 3G tại nhiều nước ngoại trừ Nhật Bản và Hàn Quốc, nơi
yêu cầu về bản quyền tần số được bỏ qua do phát triển hạ tầng cơ sở IT quốc
gia được đặt ưu tiên cao.
Nước đầu tiên đưa 3G vào khai thác thương mại một cách rộng rãi là
Nhật Bản. Năm 2005, khoảng 40% các thuê bao tại Nhật Bản là thuê bao 3G,
mạng 2G đang dần biến mất tại Nhật Bản.
Với 3G, chúng ta sẽ có một sớ tên gọi liên quan như: công nghệ (nền
tảng) 3G, mạng 3G, chuẩn 3G. Công nghệ 3G và chuẩn 3G có thể coi là một,
4


trong khi mạng 3G là mạng di động ứng dụng những công nghệ 3G. Trước
đây, chuẩn 3G là một chuẩn đơn lẻ, duy nhất và được áp dụng rộng rãi trên
toàn thế giới. Tuy nhiên, càng về sau này, 3G càng được phân chia thành
nhiều chuẩn khác khác, tuỳ thuộc vào khả năng nghiên cứu của các nhà cung
cấp dịch vụ. Trong tương lai không xa, có thể là một hoặc hai ba năm nữa,
mạng di động sẽ trở thành một mạng truyền dữ liệu tốc độ cao, đáp ứng nhu
cầu ngày càng tăng của người dùng. Để có thể thực hiện được các khả năng
này, mạng di động phải dựa vào những nền tảng công nghệ mới 3G, 3,5G và
4G hay cịn gọi là các nền tảng cơng nghệ di động tương lai.
Bảng 1.1 Bảng so sánh các công nghệ di động và tốc độ truyền dữ liệu
1G

Công nghệ

Tốc độ

AMPS

Khơng có

Tính năng
Analog (chỉ có chức năng thoại)

2G
- GSM

- Thoại
- SMS

Nhỏ hơn 20Kbps

- CDMA

- Gọi hội nghị

- iDen

- Caller ID
- Push – to - talk

2.5G
- GPRS

- 1xRTT
- EDGE

Từ
30Kbps90Kbps

- MSM
- Ảnh
- Trình duyệt Web
- Audio/Video clip
- Game
- Tải các ứng dụng và nhạc chuông

3G
- UMTS
- 1xEV-DO
3.5G

- HSDPA
- 1xEV-DV

Từ
144Kbps2Mbps

Từ
384Kbps14.4Mbps

5

- Video chất lượng cao

- Nhạc “streaming”
- Game 3D
- Lướt web nhanh
- Video theo yêu cầu (VOD)
- Video hội họp


1.2 Các tiêu chuẩn xây dựng mạng 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 chuẩn 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 q́c tế có tên IMT-2000. ITU đã chấp nhận WCDMA 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 W-CDMA, là giải pháp tổng quát cho các nước sử dụng công nghệ di
động GSM. UMTS do tổ chức 3GPP quản lý. 3GPP cũng đồng thời chịu trách
nhiệm về các chuẩn mạng di động như GSM, GPRS và EDGE. Sự phát triển
liên tục các tiêu chuẩn kỹ thuật trên được thể hiện bằng 4 mô thức về tiêu
chuẩn UMTS của tổ chức 3GPP là: R99, R4, R5 và R6, tạo thành một bộ tiêu
chuẩn đồ sộ nhưng trong nó lại gồm những hệ tiêu chuẩn tương đối độc lập.

WCDMA là một tiêu chuẩn về giao diện không gian đầu tiên, sớm nhất và
hoàn thiện nhất trong các hệ tiêu chuẩn đó và được các nhà khai thác và sản
xuất thiết bị viễn thông ở cả 3 châu lục: Âu, Á, Mỹ sử dụng rộng rãi. UMTS

6


cũng là dịng cơng nghệ chiếm thị phần lớn nhất trên thị trường thông tin di
động ngày nay (chiếm tới 85,4% theo GSA 8-2007).
Hiện nay, mạng UMTS có thể nâng cấp lên High Speed Downlink
Packet Access (HSDPA) - còn được gọi với tên 3,5G. HSDPA cho phép đẩy
nhanh tốc độ tải đường xuống với tốc độ lên tới 10 Mbps [1].
1.3 Các tham số chính của WCDMA
WCDMA là hệ thớng sử dụng chuỗi trải phổ trực tiếp. Nghĩa là luồng
thông tin được trải trên một băng thông rộng bằng việc nhân luồng dữ liệu
này với một chuỗi trải phổ giả ngẫu nhiên PN. Để có thể hỗ trợ việc truyền dữ
liệu ở tốc độ cao, hệ số trải phổ (SF) thay đổi và kết nối dựa trên nhiều mã trải
phổ được hỗ trợ trong WCDMA
Tốc độ chip sử dụng trong WCDMA có tớc độ 3.84 Mps tương ứng với
băng tần truyền dẫn WCDMA là 5 MHz (đối với CDMA2000 băng tần truyền
dẫn có thể là 3x1.25 Mhz hoặc 3.75 MHz). Băng thơng truyền dẫn lớn của
WCDMA ngồi việc nhằm hỗ trợ truyền dẫn tớc độ cao cịn mang lại một vài
ưu điểm khác như: tăng hệ số phân tập đa đường.
WCDMA hỗ trợ truyền dẫn tốc độ thay đổi, hay nói cách khác là khái
niệm sử dụng băng thơng theo nhu cầu có thể được thực hiện. Trong một
khung truyền dẫn thì tớc độ dữ liệu là cớ định. Tuy nhiên tốc độ dữ liệu giữa
các khung truyền dẫn khác nhau có thể giớng nhau hoặc khác nhau.
WCDMA có hai chế độ hoạt đông đó là FDD và TDD. Đối với FDD thì
các cặp tần sớ 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 sóng mang độ rộng 5 MHz được sử dụng cho cả đường
lên và đường xuống theo kiểu phân chia theo thời gian. TDD được sử dụng ở
giải băng tần không chia cặp được.
Các BTS trong WCDMA (Node B) hoạt động ở chế độ không đồng bộ.
Do đó không cần cung cấp một nguồn đồng hồ đồng bộ cho tất cả các BTS

7


trong mạng ví dụ như sử dụng GPS. Chế độ làm việc không đồng bộ này giúp
cho WCDMA trở nên dễ triển khai ở cấu hình indoor và micro cell
WCDMA sử dụng tách sóng nhất quán trên cả hai hướng lên và xuống
sử dụng các ký hiệu dẫn đường. Chế độ tách sóng này đã được sử dụng trên
đường xuống đối với mạng 2G IS-95.
Giao diện vô tuyến của WCDMA được thiết kế để nhà vận hành có thể
lựa chọn sử dụng các công nghệ máy thu hiện đại như: MUD, hệ thớng ănten
thích ứng nhằm tăng dung lượng của mạng cũng như vùng phủ sóng của các
trạm thu phát.
WCDMA được thiết kế để có thể triển khai bên cạnh hệ thớng GSM thế
hệ 2. Nghĩa là WCDMA có thể hỗ trợ chuyển giao giữa hai hệ thống
WCDMA và GSM nhằm đảm bảo có một sự dịch chuyển mềm dẻo khi triển
khai mạng 3G-WCDMA.
Bảng 1.2 Các thơng sớ chính của WCDMA
Băng tần kênh

1,25Mhz; 5Mhz; 10Mhz; 20Mhz

Cấu trúc kênh hướng xuống

Trải phổ trực tiếp

Tốc độ chip

(1,024)a/4,096/8,192/16,384

Lặp

0,22

Độ dài khung

10 ms/ 20 ms

Điều chế trải phổ

QPSK cân bằng (hướng xuống)
QPSK kép (hướng lên)
Mạch truyền phức hợp

Điều chế dữ liệu

QPSK (hướng xuống)
BPSK (hướng lên)

Phát hiện kết nối

Kênh pilot ghép thời gian (hướng lên và
hướng xuống)
Không có kênh pilot chung hướng xuống.

8


Ghép kênh hướng lên

Kênh điều khiển, kênh pilot ghép thời
gian.
Ghép kênh I&Q cho kênh dữ liệu và kênh
điều khiển.

Đa tốc độ

Trải phổ biến đổi và đa mã

Hệ số trải phổ

4 – 256

Điều khiển cơng suất

Vịng hở và vịng khép kín (tốc độ
1,6KHz)

Trải phổ (hướng lên)

Mã trực giao dài để phân biệt kênh, mã
Gold 218

Trải phổ (hướng xuống)

Mã trực giao dài để phân biệt kênh, mã
Gold 241

Chuyển giao

Chuyển giao mềm (Soft handoff)
Chuyển giao khác tần số

1.4 Các kênh cơ bản của W-CDMA

Hình 1.2 Cấu trúc kênh của WCDMA
Từ hình 1.2 cho ta cái nhìn tổng quan về các kênh được sử dụng trong
WCDMA gồm 3 kênh cơ bản:
- Kênh logic
- Kênh truyền tải

9


- 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 thể hiểu 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 thể
xem như là dịch vụ mà lớp MAC cung cấp cho lớp RLC ở trên nó.
Kênh vận tải: qui định bằng cách nào và với đặc trưng gì thông 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 thơng tin đi.
Việc phân ra các loại kênh khác nhau mình nghĩ là giống việc phân lớp
trong mạng, giúp cho dễ quản lý và điều khiển. Cứ ứng với mỗi loại thơng tin

kèm theo những đặc trưng của nó, mạng sẽ tự động truy cập vào các kênh
tương ứng để gửi thơng tin đi một cách hiệu quả nhất.
1.4.1 Kênh logic

Hình 1.3 Cấu trúc kênh logic
Kênh logic định nghĩa loại số liệu được truyền đi, bao gồm 2 loại kênh:
Kênh điều khiển và kênh lưu lượng.

10


1.4.1.1 Kênh điều khiển
Kênh điều khiển chung
- Kênh điều khiển quảng bá (BCCH): hoạt động ở tuyến xuống, đưa
thông tin nhận biết tế bào, mạng và tình trạng hiện tại của tế bào (cấu trúc
điều khiển, các lưu lượng còn rỗi, đang sử dụng hoặc nghẽn)
- Kênh nhắn tin PCH: cung cấp tin nhắn từ BS đến MS, PCH phát IMSI
của thuê bao và yêu cầu phát lại trên RACH- kênh điều khiển ngẫu nhiên.
Ngoài ra PCH cũng có thể được dùng cung cấp các bản tin quảng bá dạng
ASCII
- Kênh truy cập hướng xuống DACH chuyển bản tin từ BS đến MS trong
1 cell.
Hai kênh dành riêng:
- Kênh điều khiển dành riêng DCCH gồm kênh điều khiển dành riêng
đứng một mình SDCCH và kênh điều khiển liên kết ACCH.
1.4.1.2 Kênh lưu lượng
Dùng để truyền các thông tin của điện thoại hoặc số liệu bao gồm 2
kênh:
- Kênh lưu lượng dùng riêng (DTCH) : chuyển dữ liệu theo mơ hình
kết nối điểm - điểm về 2 hướng đến 1 thuê bao và được sử dụng để truyền

thông tin người dùng.
- Kênh lưu lượng dùng chung (CTCH): chuyển dữ liệu theo mơ hình kết
nới điểm - điểm trên kênh đường x́ng, sử dụng để truyền thông tin cá nhân
đến tất cả các thuê bao trong cùng nhóm.
1.4.2 Kênh truyền tải
Kênh truyền tải mang các thơng sớ, đặc tính cần thiết để truyền tải các
thông tin dữ liệu qua mạng. Các kênh truyền tải được hình thành nhờ việc sắp
xếp các kênh logic. Có 2 loại kênh truyền tải :

11


- Kênh truyền tải riêng DCH: mang thông tin điều khiển cho riêng một
MS với mang DCH-UL, DCH-DL.
- Kênh truyền tải chung CCH : dùng chung cho tất cả các MS
Mỗi kênh truyền tải chứa một mã chỉ thị định dạng truyền tải TFI
(Transport Format Indicator). TFI được sử dụng để phối hợp làm việc giữa
lớp MAC và lớp vật lý. Lớp vật lý sẽ ghép đa hợp nhiều kênh truyền tải với
nhau để tạo thành một kênh truyền tải mã hoá hỗn hợp CCTRCH (Transport
Format Combination Indicator) và gởi kèm trong kênh CCTRCH. Tổ hợp mã
TFCI được truyền đi trong kênh điều khiển vật lý để thông báo với đầu thu
kênh truyền tải nào đang được nhận. Tiếp đó, TFCI sẽ được giải mã và tạo ra
các TFI tương ứng để gởi lên lớp trên.
1.4.2.1

Kênh truyền tải riêng

Với kênh truyền tải riêng chỉ có một kênh duy nhất là kênh DCH. Kênh
này có thể hoạt động ở tuyến lên hoặc tuyến xuống.
1.4.2.2

Kênh truyền tải chung

Kênh truyền tải chung bao gồm 6 kênh: BCH, FACH, PCH, RACH,
CPCH và DSCH.
Kênh BCH - kênh quảng bá, là kênh truyền tải đường xuống, sử dụng
để quảng bá những thông tin trong hệ thống hay trong 1 tế bào.
Kênh FACH- Kênh truy cập gọi đi, cũng là kênh truyền tải đường
x́ng. Có thể hoạt động trong toàn bộ hay một phần tế bào. Việc gửi kênh
này được thực hiện sau khi BS nhận được bản tin truy nhập ngẫu nhiên.
Kênh PCH – Kênh tìm gọi, là kênh mang dữ liệu cần thiết cho các thủ
tục tin nhắn, đó là khi hệ thống muốn kết nối lien lạc với thuê bao.
Kênh RACH – Kênh truy cập ngẫu nhiên, là kênh mang thông tin điều
khiển từ thuê bao, như yêu cầu thiết lập một kết nối.

12


Kênh CPCH – Kênh dữ liệu gói chung, là kênh mở rộng của kênh
RACH, được sử dụng để truyền dữ liệu user dạng gói trên hướng lên. Đi cặp
với kênh này, ở hướng xuống dữ liệu gói được truyền trên kênh FACH.
Kênh DSCH – Kênh chia sẻ đường xuống, là kênh mang các thông tin
dữ liệu hoặc thông tin điều khiển của người dùng.

Hình 1.4 Ánh xạ giữa kênh logic và kênh giao vận
1.4.3

Kênh vật lý

Các kênh truyền tải được xử lý tiếp theo bằng cách ghép vào các kênh

vật lý. Kênh vật lý được quản lý và xử lý tại lớp vật lý. Việc xử lý ở đây thực
hiện những kỹ thuật biến đổi cần thiết nhằm tương thích đặc tính truyền dẫn
vơ tuyến và đảm bảo chất lượng tín hiệu cao nhất.
1.4.3.1

Kênh đường lên

Hai kênh dành riêng:
- DPDCH (truyền dữ liệu) :
- DPCCH (truyền báo hiệu)
- Một kênh truy cập chung RACH.
Hầu hết các trường hợp mỗi cuộc gọi chỉ được cấp một kênh DPDCH
cho các dịch vụ chia sẻ thời gian. Cũng có thể cấp nhiều kênh, chẳng hạn để
có hệ sớ trải phổ lớn khi truyền dữ liệu tốc độ cao.

13