Tài liệu Luận văn công nghệ wcdma và phiên bản hspa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ WCDMA VÀ PHIÊN BẢN HSPA ĐÀM VĂN CƯỜNG CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: 60520203 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN ĐĂNG TIẾN HÀ NỘI - 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Đàm Văn Cường LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được luận văn này tôi đã nhận được rất nhiều sự động viên, giúp đỡ của nhiều cá nhân và tập thể. Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Đăng Tiến đã hướng dẫn tôi thực hiện luận văn của mình. Xin cùng bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy cô giáo, người đã đem lại cho tôi những kiến thức bổ trợ, vô cùng có ích trong những năm học vừa qua. Cũng xin gửi lời cám ơn chân thành tới Ban Giám hiệu, Khoa đào tạo Sau đại học Viện Đại học Mở Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập. Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè, những người đã luôn bên tôi, động viên và khuyến khích tôi trong quá trình thực hiện luận văn của mình. Hà Nội, ngày 16 tháng 10 năm 2014 Đàm Văn Cường MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ... 3 1.1. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ........3 1.1.1. Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1 ..............................................................3 1.1.2. Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 ..............................................................4 1.2.1.1. Hệ thống GSM .......................................................................................4 1.2.1.2. Hệ thống IS - 95 (Interim Standard 95) hay CDMA one .......................5 1.1.3. Hệ thống thông tin di động thứ 3 ..................................................................5 1.1.4. Hệ thống thông tin di động thứ 4 ..................................................................8 1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY NHẬP ........................................................10 1.2.1. Đa truy cập phân chia theo tần số FDMA ...................................................10 1.2.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA ............................................11 1.2.3. Đa truy cập phân chia theo mã CDMA .......................................................12 1.3. KẾT LUẬN ........................................................................................................13 CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G UMTS (WCDMA) .... 14 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG .......................................................................................14 2.2. KIẾN TRÚC HỆ THỐNG UMTS .....................................................................15 2.2.1. Tổng quan kiến trúc hệ thống UMTS R3 (Phiên bản thứ 3) .......................15 2.2.2. Thiết bị người sử dụng UE ...........................................................................18 2.2.3. Kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN ................................................19 2.2.3.1. Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC .......................................................19 2.2.3.2. Nút B (Trạm gốc) ................................................................................20 2.2.4. Cấu trúc mạng lõi .........................................................................................21 2.2.4.1. MSC/VLR ............................................................................................21 2.2.4.2. GMSC (MSC cổng) ..............................................................................21 2.2.4.3. Môi trường nhà .....................................................................................22 2.2.4.4. SGSN (Nút hỗ trợ GPRS phục vụ).......................................................23 2.2.4.5. GGSN (Node cổng hỗ trợ GPRS).........................................................24 2.2.5. Các giao diện mở trong UMTS ...................................................................24 2.2.6. Các phiên bản khác của hệ thống UMTS....................................................26 2.2.6.1. Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R4 .......................................................26 2.2.6.2. Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R5 và R6 ............................................27 2.3 KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN ...........................................................28 2.3.1 Kiến trúc giao diện vô tuyến của WCDMA ................................................28 2.3.2 Các kênh vô tuyến trên giao diện vô tuyến ..................................................30 2.3.4.1 Các kênh logic, LoCH ..........................................................................31 2.3.4.2 Các kênh truyền tải, TrCH ...................................................................32 2.3.4.3 Các kênh vật lý .....................................................................................32 2.3.4.4 Cấu trúc kênh vật lý riêng ....................................................................34 2.4 CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ SỐ VÀ TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ Ở HỆ THỐNG WCDMA ....................................................................................................36 2.4.1 Kỹ thuật trải phổ và đa truy cập phân chia theo mã trong hệ thống WCDMA ...............................................................................................................36 2.4.1.1 Kỹ thuật trải phổ...................................................................................36 2.4.1.2 Kỹ thuật đa truy nhập CDMA ...............................................................38 2.4.2 Mã hoá trải phổ ............................................................................................39 2.4.3 Trải phổ và điều chế đường lên ...................................................................40 2.4.3.1 Trải phổ và điều chế các kênh riêng đường lên ...................................40 2.4.3.2 Trải phổ và điều chế kênh chung đường lên PRACH .........................43 2.4.4 Trải phổ và điều chế đường xuống ...............................................................44 2.4.4.1 Sơ đồ trải phổ và điều chế đường xuống ............................................44 2.4.4.2 Các mã trải phổ đường xuống ..............................................................45 2.4.4.3 Các mã ngẫu nhiên hóa đường xuống ..................................................45 2.4.5. Phân tập đa đường .......................................................................................46 2.4.6. Phương pháp song công ..............................................................................48 2.4.7. Bộ mã hoá tiếng đa tốc độ thích ứng ARM CODEC cho WCDMA ..........48 2.4.8. Điều khiển công suất và chuyển giao trong quản lý tài nguyên vô tuyến ...49 2.4.8.1. Vấn đề quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thống WCDMA............49 2.4.8.2. Điều khiển công suất ............................................................................50 2.4.8.3 Chuyển giao...........................................................................................53 2.5 KẾT LUẬN .........................................................................................................59 CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ 3.5G, HSPA TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO .... 60 3.1 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ 3.5G .....................................................................60 3.2 KIẾN TRÚC MẠNG HSPA...............................................................................62 3.3 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN HSPA CHO SỐ LIỆU NGƯỜI DÙNG ...................63 3.4 NGUYÊN LÝ HSDPA .......................................................................................67 3.4.1 Cấu trúc và hoạt động kênh HSDPA............................................................68 3.4.2 Khe thời gian truyền dẫn TTI .......................................................................73 3.4.3 Truyền dẫn kênh chia sẻ ...............................................................................73 3.4.4 Mã hóa và điều chế thích nghi AMC (Adaptive Modulation and Coding) .78 3.4.4.1 Mã hóa kênh HS-DSCH.......................................................................78 3.4.4.2 Điều chế HS-DSCH .............................................................................79 3.4.5 Lập biểu phụ thuộc kênh .............................................................................81 3.4.6 HARQ với kết hợp mềm..............................................................................84 3.4.7 Tính di động trong HSDPA .........................................................................89 3.4.7.1 Sự kiện đo cho cell HS-DSCH phục vụ tốt nhất..................................89 3.4.7.2 Chuyển giao HS-DSCH giữa các ô (hay đoạn ô) trong cùng một RNC ...91 3.4.7.3 Chuyển giao HS-DSCH đến HS-DSCH giữa các nút B ......................92 3.4.7.4 Chuyển giao HS-DSCH sang ô chỉ có DCH........................................93 3.5 NGUYÊN LÝ HSUPA......................................................................................95 3.5.1 Cấu trúc và hoạt đông kênh HSUPA............................................................96 3.5.2 Tiến trình lớp vật lý ....................................................................................103 3.5.2.1 HARQ ................................................................................................103 3.5.2.2 HARQ và chuyển giao mềm ..............................................................105 3.5.3 Lập biểu .....................................................................................................106 3.5.4 Chuyển giao mềm ......................................................................................109 3.6. KẾT LUẬN ......................................................................................................111 KẾT LUẬN CHUNG ............................................................................................ 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 115 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 2G Second Generation Thế hệ thứ 2 3G Third Generation Thế hệ thứ ba 3GPP 3ird Genaration Partnership Project Đề án các đối tác thế hệ thứ ba 3GPP2 3ird Generation Patnership Project 2 Đề án đối tác thế hệ thứ ba 2 AICH Acquisition Indication Channel Kênh chỉ thị bắt 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 AP-AICH Access Preamble Acquisition Indicator Kênh chỉ thị bắt tiền tố truy nhập Channel ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị bộ BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa chuyển pha hai trạng thái BS Base Station Trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc CC Convolutional Code Mã xoắn CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CD/CA- CPCH Collision Detection/ Channel Kênh chỉ thị phát hiện va chạm ICH: Assignment Indicator Channel CPCH/ấn định kênh CN Core Network Mạng lõi CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung 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 CSICH CPCH Status Indicator Channel Kênh chỉ thị trạng thái CPCH DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng DCH Dedicated Channel Kênh điều khiển DL Downlink Đường xuống DPCCH Dedicated Physycal 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 DSSS Direct-Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp E-AGCH Enhanced Absolute Grant Channel Kênh cho phép tuyệt đối tăng cường E-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng tăng cường EDGE Enhanced Data rates for GPRS Tốc độ số liệu tăng cường để Evolution phát triển GPRS Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR E-DPCCH Enhanced Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng tăng cường E-DPDCH Enhanced Dedicated Data Channel Kênh số liệu riêng tăng cường E-RGCH Kênh cho phép tương đối tăng Enhanced Relative Grant Channel cường FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian F-DPCH Fractional DPCH DPCH một phần (phân đoạn) GERAN GSM EDGE Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GSM Global System For Mobile Hệ thống thông tin di động tòan Communications cấu Hybrid Automatic Repeat reQuest Yêu cầu phát lại tự động linh HARQ hoạt HHO Hard Handover Chuyên giao cứng HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập hói đường xuống tốc độ cao HS- High-Speed Dedicated Physical Control Kênh điều khiển vật lý riêng tốc DPCCH Channel độ cao HS-DSCH High-Speed Dedicated Shared Channel Kênh chia sẻ riêng tốc độ cao HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao HS-PDSCH High-Speed Physical Dedicated Shared Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc độ HSS Channel cao Home Subsscriber Server Server thuê bao nhà HS-SCCH High-Speed Shared Control Channel Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao HSUPA High-Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ cao IMS IP Multimedia Subsystem IMT-2000 International Mobile Phân hệ đa phương tiện IP Thông tin di động quốc tế 2000 Telecommunications 2000 IP Internet Protocol Giao thức Internet IPv4 IP version 4 Phiên bản IP bốn IPv6 IP version 6 Phiên bản IP sáu Phần dư tăng IR Incremental Redundancy Iu Giao diện được sử dụng để thông tin giữa RNC và mạng lõi Iub Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và RNC Iur Giao diện được sử dụng để thông tin giữa các RNC LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MIMO Multi-Input Multi-Output Nhiều đầu vào nhiều đầu ra MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động NodeB Nút B OVSF Orthogonal Variable Spreading Factor Hệ số trải phổ khả biến trực giao PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình P-CCPCH Primary Common Control Physical Kênh vật lý điều khiển chung sơ Channel cấp PCH Paging Channel Kênh tìm gọi PCPCH Physical Common Packet Channel Kênh vật lý gói chung PDCP Packet-Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống vật lý PHY Physical Layer Lớp vật lý PICH Page Indication Channel Kênh chỉ thị tìm gọi PRACH Physical Random Access Channel Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên) PS Packet Switch Chuyển mạch gói PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quatrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha vuông góc RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RAT Radio Access Technology Công nghệ truy nhập vô tuyến 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 RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến RTP Real Time Protocol Giao thức thời gian thực S-CCPCH Secondary Common Control Physical Kênh vật lý điều khiển chung sơ Channel cấp SCH Synchronization channel Kênh đồng bộ SF Spreading Factor Hệ số trải phổ SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ SIM Subscriber Identity Module Mođun nhận dạng thuê bao SMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm SHO Soft Handover Chuyển giao mềm TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA Time Division Mulptiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TFC Transport Format Combination Kết hợp khuôn dạng truyền tải TFCI Transport Format Combination Chỉ thị kết hợp khuôn dạng Indicator truyền tải TrCH Transport Channel Kênh truyền tải TTI Transmission Time Interval Khỏang thời gian phát UE User Equipment Thiết bị người sử dụng UL Uplink Đường lên UMB Ultra Mobile Broadband Băng thông di động siêu rộng UMTS Universal Mobile Telecommunications Hệ thống thông tin di động toàn System USIM UMTS SIM UTRA UMTS Terrestrial Radio Access cấu Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Mnạg truy nhập vô tuyến mặt đất Network UMTS Uu Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và UE WCDMA Wideband Code Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo mã Access băng rộng WiFi Wireless Fidelitity Chất lượng không dây cao WiMAX Worldwide Interoperability for Tương hợp truy nhập vi ba toàn Microwave Access cầu Voice over IP Thoại trên IP VoIP DANH MỤC CÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Quá trình phát triển từ 2G lên 3G ................................................................5 Hình 1.2 Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động ....................................8 Hình 1.3 Phổ tần của hệ thống FDMA......................................................................11 Hình 1.4 Phổ tần của hệ thống TDMA .....................................................................12 Hình 1.5 Phân bố kênh, giả thiết dùng TDMA 3 kênh .............................................12 Hình 2.1 Kiến trúc hệ thống UMTS ở mức cao ........................................................16 Hình 2.2 Các thành phần của mạng trong PLMN ở phiên bản R3 ...........................17 Hình 2.3 Kiến trúc mạng phân bố của phát hành 3GPP R4 ......................................27 Hình 2.4 Kiến trúc mạng 3GPP R5 và R6 ................................................................28 Hình 2.5 Kiến trúc giao thức vô tuyến cho UTRA FDD ..........................................28 Hình 2.6 Cấu trúc các loại kênh của WCDMA.........................................................31 Hình 2.7 Chuyển đổi giữa các LoCH và TrCH trên đường lên và đường xuống .....32 Hình 2.8 Các kiểu kênh vật lý đường lên và đường xuống ......................................33 Hình 2.9 Chuyển đổi giữa các kênh truyền tải và các kênh vật lý ............................33 Hình 2.10 Ghép các kênh truyền tải lên kênh vật lý .................................................34 Hình 2.11 Cấu trúc kênh vật lý riêng cho đường lên và đường xuống .....................35 Hình 2.12 Quá trình trải phổ và giải trải phổ ............................................................37 Hình 2.13 Nguyên lý đa truy nhập trải phổ...............................................................38 Hình 2.14 Quá trình trải phổ và trộn .........................................................................39 Hình 2.15 Cây mã định kênh.....................................................................................40 Hình 2.16 Trải phổ và điều chế DPDCH và DPCCH đường lên ..............................41 Hình 2.17 Truyền dẫn kênh điều khiển vật lý riêng đường lên và kênh số liệu vật lý riêng đường lên khi có/ không có (DTX) số liệu của người sử dụng .........................................................................................................42 Hình 2.18 Chùm tín hiệu đối với ghép mã I/Q sử dung ngẫu nhiên hóa phức .........42 Hình 2.19 Trải phổ và điều chế phần bản tin PRACH ..............................................43 Hình 2.20 Sơ đồ trải phổ và điều chế cho tất cả các kênh vật lý đường xuống ........44 Hình 2.21 Các mã ngẫu nhiên hóa sơ cấp và thứ cấp ...............................................46 Hình 2.22 Truyền sóng đa đường..............................................................................47 Hình 2.23 Hiệu ứng gần-xa (điều khiển công suất trên đường lên) ..........................51 Hình 2.24 Bù nhiễu bên trong cell (điều khiển công suất ở đường xuống) ..............51 Hình 2.25 Các kiểu chuyển giao khác nhau ..............................................................55 Hình 2.26 Thí dụ về giải thuật SHO .........................................................................56 Hình 2.27 Các thủ tục chuyển giao ...........................................................................58 Hình 3.1 Sự chuẩn hóa và phát triển của HSPA .......................................................60 Hình 3.2 Sự phát triển của tốc độ dữ liệu trong WCDMA và HSPA .......................60 Hình 3.3 Sự phát triển của HSPA cùng sóng mang mới f2 và sóng mang f1 chia sẻ giữa WCDMA và HSPA .............................................................61 Hình 3.4 Sơ đồ kiến trúc mạng HSPA ......................................................................62 Hình 3.5 Kiến trúc giao diện vô tuyến Release 99....................................................63 Hình 3.6 Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA cho số liệu người sử dụng ....................................................................................................64 Hình 3.7 Kiến trúc giao thức mặt phẳng người dùng HSDPA .................................65 Hình 3.8 Lớp MAC mới trong HSDPA ....................................................................65 Hình 3.9 Kiến trúc giao thức mặt phẳng người dùng HSUPA .................................67 Hình 3.10 Cấu trúc kênh HSDPA .............................................................................68 Hình 3.11 Cấu trúc ngăn xếp giao thức HSDPA ......................................................71 Hình 3.12 Hoạt động của kênh vô tuyến HSDPA.....................................................72 Hình 3.13 Hoạt động theo thời gian của các kênh HSDPA ......................................73 Hình 3.14 Cấu trúc thời gian-mã của HS-DSCH ......................................................75 Hình 3.15 Chuỗi mã hóa kênh HS-DSCH ................................................................76 Hình 3.16 Chức năng HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest , yêu cầu phát lại tự động linh hoạt) ...............................................................................77 Hình 3.17 Mã hóa turbo và đục lỗ.............................................................................79 Hình 3.18 Chùm tín hiệu đièu chế QPSK, 16-QAM và khoảng cách cực tiểu giữa hai điểm tín hiệu ..............................................................................80 Hình 3.19 Quá trình AMR ........................................................................................80 Hình 3.20 Lập biểu phụ thuộc kênh cho HSDPA .....................................................82 Hình 3.21 Nguyên lý lập biểu HSDPA của nút B .....................................................83 Hình 3.22 Minh họa quá trình truyền các gói HARQ ...............................................84 Hình 3.23 Sự phát lại trên các kênh vô tuyến ...........................................................85 Hình 3.24 Sự lặp lại ACK/NCK ...............................................................................85 Hình 3.25 Nguyên lý xử lý phát lại của nút B ..........................................................87 Hình 3.26 So sánh HARQ của Release 99 với HSDPA ...........................................87 Hình 3.27 HARQ kết hợp phần dư tăng sử dụng mã turbo ......................................88 Hình 3.28 Sự kiện đo và báo cáo ô (đoạn ô) phục vụ HS-DSCH tốt nhất ................90 Hình 3.29 Chuyển giao HS-DSCH giữa hai đoạn ô thuộc cùng một nút B ..............92 Hình 3.30 Chuyển giao HS-DSCH giữa các đoạn ô thuộc hai RNC khác nhau.......93 Hình 3.31 Chuyển giao HS-DSCH từ nút B có HS-DSCH sang một nút B chỉ có DCH. ........................................................................................................94 Hình 3.32 Sơ đồ cấu trúc kênh HSUPA ....................................................................96 Hình 3.33 Hoạt động của các kênh HSUPA .............................................................99 Hình 3.34 Hoạt động của HSUPA dựa trên các kênh .............................................102 Hình 3.35 Cấu trúc ngăn xếp giao thức HSUPA ....................................................103 Hình 3.36 Bộ định thời HARQ HSUPA và một TTI 10ms ....................................104 Hình 3.37 Bộ định thời quá trình HARQ HSUPA cùng một TTI 2ms ...................104 Hình 3.38 Hoạt động ARQ HSUPA trong chuyển giao mềm ................................106 Hình 3.39 HSUPA – thông tin lập biểu-liên kết trao đổi trên các kênh .................107 Hình 3.40 Lập biểu nút B điều khiển tỉ lệ công suất E-DPDCH tới DPCCH lớn nhất cho phép ........................................................................................108 Hình 3.41 Lập biểu HSUPA trong chuyển giao mềm.............................................109 Hình 3.42 Tập tích cực DCH và E-DCH ................................................................110 Hình 3.43. Quá trình xử lý chuyển giao mềm giữa hai node B…………………..111 LỜI NÓI ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Thông tin di động đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới với những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong cuộc sống hằng ngày. Các kĩ thuật không ngừng được hoàn thiện đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng. Trên thế giới hiện nay, hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM (Global System for Mobile Communications) được sử dụng rộng rãi trên nhiều quốc gia và nhiều vùng lãnh thổ. GSM được xem như là hệ thống công nghệ truyền thông thế hệ thứ hai 2G (second-generation). Lợi thế chính của GSM là chất lượng cuộc gọi tốt hơn, giá thành thấp và dịch vụ tin nhắn. Tuy nhiên trong thời đại thông tin hiện nay GSM không đáp ứng được các yêu cầu về dịch vụ mới đặc biệt là các dịch vụ truyền số liệu đa phương tiện. Chính vì vậy, Các nhà khai thác mạng GSM đã chuyển từ GSM sang 3G (third-generation) bằng cách nâng cấp hệ thống GSM, và chuẩn bị tiến lên 3.5G. Hiện nay tại Việt Nam các nhà khai thác dịch vụ di động lớn như Vinaphone, Mobiphone, Viettel Mobile đều hoạt động theo tiêu chuẩn GSM. Năm 2009, Bộ Thông tin và Truyền thông đã chính thức cấp giấy phép 3G cho các doanh nghiệp cung cấp mạng di động là Vinaphone, MobiFone, Viettel, đánh dấu bước pháp triển cho công nghệ 3G tại Việt Nam. Không những vậy các mạng di động cũng bắt đầu nghiên cứu và đưa vào thử nghiệm việc nâng cấp mạng từ 3G lên 3.5G để đáp ứng tốt hơn nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng. Xuất phát từ nhu cầu thực tế của các mạng di động muốn phát triển từ GSM lên 3G và 3.5G, cụ thể là phiên bản HSPA, tôi quyết định chọn đề tài: “Công nghệ WCDMA và phiên bản HSPA” làm luận văn thạc sỹ. 2. Mục tiêu nghiên cứu Luận văn nhằm đạt được các mục tiêu sau: - Giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin di động số. 1 - Giới thiệu và tìm hiểu về cấu trúc và các giải pháp kỹ thuật cơ bản trong WCDMA. - Tìm hiểu cụ thể về công nghệ truy nhập gói tốc độ cao (HSPA). 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: - Tài liệu về hệ thống thông tin di động số, công nghệ WCDMA và HSPA. - Các công trình nghiên cứu về hệ thống thông tin di động số, công nghệ WCDMA, HSPA trên thế giới và Việt Nam. - Mô hình kiến trúc của WCDMA và HSPA. - Một số kế hoạch phát triển công nghệ WCDMA và HSPA. 4. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tài liệu trên cơ sở thu thập các tài liệu liên quan đến công nghệ WCDMA và HSPA. Trích xuất, biên tập thành tài liệu tổng quan về WCDMA. - Phương pháp xin ý kiến chuyên gia: Trong quá trình tìm hiểu, tham khảo các ý kiến của các chuyên gia về công nghệ và ứng dụng công nghệ WCDMA và HSPA. 5. Phương pháp tiến hành - Bước 1: Sưu tầm tài liệu. - Bước 2: Phân tích và biên tập nội dung, xây dựng cấu trúc luận văn. - Bước 3: Xin ý kiến chuyên gia, củng cố nội dung. - Bước 4: Đề xuất giải pháp, xin ý kiến chuyên gia. 6. Nội dung của Luận văn Bao gồm phần mở đầu và 3 chương với các phần chính sau đây: Chương 1: Sự phát triển của hệ thống thông tin di động số . Chương 2: Công nghệ di động WCDMA. Chương 3: Truy nhập gói tốc độ cao (HSPA). 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Thông tin di động là một lĩnh vực rất quan trọng trong đời sống xã hội. Xã hội càng phát triển, nhu cầu về thông tin di động của con người càng tăng lên và thông tin di động càng khẳng định được sự cần thiết và tính tiện dụng của nó. Cho đến nay, hệ thống thông tin di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ thế hệ di động thế hệ 1 đến thế hệ 3 và thế hệ đang phát triển trên thế giới - thế hệ 4. Trong chương này sẽ trình bày khái quát về các đặc tính chung của các hệ thống thông tin di động. Hệ thống thông tin di động ra đời vào những năm 1920, hệ thống thông tin di động sử dụng băng tần 35 Mhz và chỉ có 10 kênh. Mỗi kênh có độ rộng 40Khz. Hệ thống được điều khiển bằng tay và không có chuyển mạch (Đây là phương tiện thông tin giữa các đơn vị cảnh sát Mỹ). Năm 1946, hệ thống này được mở rộng ở băng tần 150Mhz. Dịch vụ thương mại đầu tiên được triển khai ở bang Missouri và được triển khai rộng rãi ở Mỹ cuối năm đó. Năm 1982 đánh dấu sự ra đời của hệ thống GSM (Group Special Mobile) sử dụng công nghệ TDMA, về sau đổi tên thành Hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile communication). Năm 1991 Qualcomn triển khai hệ thống di động trên công nghệ CDMA chuẩn IS-95 (Interim Standard-95A). Việt Nam sử dụng GSM từ năm 1993 với nhà khai thác VNPT và triển khai hệ thống di động theo công nghệ CDMA từ 7/2003 bởi S-fone. Hiện nay, Việt Nam có tổng cộng 6 nhà cung cấp hệ thống di động với 7 mạng di động. Tính đến quỹ I năm 2010, Việt Nam có khoảng 73,2 triệu thuê bao đang hoạt động, trở thành quốc gia có số thuê bao di động nhiều thứ 6 tại châu Á - Thái Bình Dương. 1.1 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1.1 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1 Các hệ thống thông tin thế hệ thứ nhất (1G) hoạt động ở dải tần số 450-900 MHz, sử dụng phương pháp điều chế FM và phương pháp đa truy cập FDMA, có 3 mục đích chính là truyền thoại. Các hệ thống này sử dụng kĩ thuật tương tự nên chất lượng thoại không cao, bảo mật kém, bị ảnh hưởng lớn bởi nhiễu và hạn chế đáng kể số lượng người sử dụng. Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di dộng tiên tiến (Advanced Mobile phone System - AMPS), triển khai ở bắc Mỹ năm 1978 tại băng tần 800 Mhz. Với các thông số kỹ thuật cụ thể như sau: Dải tần thu 869MHz – 894MHz, dải tần phát 824MHz – 849MHz, độ rộng phổ của kênh 30KHz, số lượng kênh 833, phương thức truy nhập FDMA, phương thức ghép kênh FDD, phương thức điều chế tần số FM. Ngoài ra còn các hệ thống khác như: hệ thống TACS ( Total Access Communications System) - Hệ thống thông tin truy cập tổng thể ở vương quốc Anh và Hệ thống NMT (Nordic Mobile Telephone) - Hệ thống thông tin di động Bắc Âu. 1.1.2 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 Đến những năm 1980 hệ thống thông tin đã trở nên quá tải khi nhu cầu về số người sử dụng ngày càng tăng lên. Lúc này, các nhà phát triển công nghệ di động trên thế giới nhận định cần phải xây dựng một hệ thống tế bào thế hệ 2 mà hoàn toàn sử dụng công nghệ số. Đó phải là các hệ thống xử lý tín hiệu số cung cấp được dung lượng lớn, chất lượng thoại được cải thiện, có thể đáp ứng các dịch truyền số liệu tốc độ thấp. Một số hệ thống viễn thông điển hình: GSM ( Global System for Mobile Communication ) sử dụng công nghê đa truy nhập phân chia theo thời gian và tần số TDMA và FDMA được triển khai ở châu Âu, D-AMPS (IS-136, Digital Advanced Mobile Phone System) sử dụng công nghệ đa truy nhập TDMA được triển khai ở Mỹ, IS – 95(CDMA one) sử dụng công nghệ đa truy nhập CDMA băng hẹp được triển khai ở Mỹ và Hàn Quốc, PDC ( Personal Digital Cellular ), sử dụng công nghệ đa truy nhập TDMA được triển khai ở Nhật Bản. Ta xét hai hệ thống điển hình sau: 1.2.1.1. Hệ thống GSM GSM (Global System for Mobile Communication) - Hệ thống thông tin di động toàn cầu. GSM là tiêu chuẩn điện thoại số toàn châu Âu do ETSI (European 4 Telecommunication Standard Institute - Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu) quy định. Giao tiếp vô tuyến của GSM dựa trên công nghệ TDMA (Đa truy nhập phân chia theo thời gian) kết hợp với FDMA (Đa truy nhập phân chia theo tần số) . ở châu Âu hệ thống GSM hoạt động ở tần số 900 MHz cũng như tần số 1800 MHz. ở Bắc Mỹ, GSM sử dụng tần số 1900 MHz. Mạng GSM hỗ trợ truyền thoại với tốc độ bit là 13 kbit/s và truyền số liệu với tốc độ 9,6 kbit/s. 1.2.1.2 Hệ thống IS – 95 (Interim Standard 95) hay CDMA one IS-95 là một chuẩn tế bào số đầu tiên dựa trên công nghệ CDMA được đưa ra đầu tiên bởi Qualcomm. Tên nhãn của IS-95 là cdmaOne. Nó là một chuẩn viễn thông di động 2G sử dụng công nghệ CDMA, hệ thống đa truy nhập cho radio số, để gửi âm thanh, dữ liệu và các dữ liệu số (như số điện thoại quay số) giữa điện thoại di động và các tế bào di động. Các thông số kỹ thuật của hệ thống: dải tần (dải tần thu 869-894MHz, dải tần phát 824-849MHz), độ rộng phổ của kênh 250KHz, số lượng kênh 20, phương pháp đa truy nhập CDMA/FDMA, phương pháp ghép kênh FDD, phương pháp điều chế QPSK, sử dụng bộ lọc cosin nâng, tốc độ bit 48,6Kbps, mã hóa thoại <9,6Kbps. 1.1.3 Hệ thống thông tin di động thứ 3 Hình 1.1 Quá trình phát triển từ 2G lên 3G 5