Công nghệ truy nhập vô tuyến wcdma - Xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ 3

Lời mở đầu Ra đời vào những năm 40 của thế kỷ XX, thông tin di động được coi như là một thành tựu tiên tiến trong lĩnh vực thông tin viễn thông với đặc điểm các thiết bị đầu cuối có thể truy cập dịch vụ ngay khi đang di động trong phạm vi vùng phủ sóng. Thành công của con người trong lĩnh vực thông tin di động không chỉ dừng lại trong việc mở rộng vùng phủ sóng phục vụ thuê bao ở khắp nơi trên toàn thế giới, các nhà cung dịch vụ, các tổ chức nghiên cứu phát triển công nghệ di động đang nỗ lực hướng tới một hệ thống thông tin di động hoàn hảo, các dịch vụ đa dạng, chất lượng dịch vụ cao. 3G - Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 là cái đích trước mắt mà thế giới đang hướng tới. Từ thập niên 1990, Liên minh Viễn thông Quốc tế đã bắt tay vào việc phát triển một nền tảng chung cho các hệ thống viễn thông di động. Kết quả là một sản phẩm được gọi là Thông tin di động toàn cầu 2000 (IMT-2000). IMT-2000 không chỉ là một bộ dịch vụ, nó đáp ứng ước mơ liên lạc từ bất cứ nơi đâu và vào bất cứ lúc nào. Để được như vậy, IMT-2000 tạo điều kiện tích hợp các mạng mặt đất hoặc vệ tinh. Hơn thế nữa, IMT-2000 cũng đề cập đến Internet không dây, hội tụ các mạng cố định và di động, quản lý di động (chuyển vùng), các tính năng đa phương tiện di động, hoạt động xuyên mạng và liên mạng Các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 được xây dựng theo tiêu chuẩn GSM, IS-95, PDC, IS-38 phát triển rất nhanh vào những năm 1990. Trong hơn một tỷ thuê bao điện thoại di động trên thế giới, khoảng 863,6 triệu thuê bao sử dụng công nghệ GSM, 120 triệu dùng CDMA và 290 triệu còn lại dùng FDMA hoặc TDMA. Khi chúng ta tiến tới 3G, các hệ thống GSM và CDMA sẽ tiếp tục phát triển trong khi TDMA và FDMA sẽ chìm dần vào quên lãng. Con đường GSM sẽ tới là CDMA băng thông rộng (WCDMA) trong khi CDMA sẽ là cdma2000. Tại Việt Nam, thị trường di động trong những năm gần đây cũng đang phát triển với tốc độ tương đối nhanh. Cùng với hai nhà cung cấp dịch vụ di động lớn nhất là Vinaphone và Mobifone, Công Ty Viễn thông Quân đội (Vietel), S-fone va mới nhất là Công ty cổ phần Viễn thông Hà Nội và Viễn Thông Điện Lực tham gia vào thị đem lại một sự lựa chọn phong phú cho người sử dụng. Vì vậy, các nhà cung cấp dịch vụ di động Việt Nam không chỉ sử dụng các biện pháp cạnh tranh về giá cả mà còn phải nỗ lực tăng cường số lượng dịch vụ và nâng cao chất lượng dịch vụ để chiếm lĩnh thị phần trong nước . Điều đó có nghĩa rằng hướng tới 3G không phải là một tương lai xa ở Việt Nam. Trong số các nhà cung cấp dịch vụ di động ở Việt Nam, ngoài hai nhà cung cấp dịch vụ di động lớn nhất là Vinaphone và Mobifone, còn có Vietel đang áp dụng công nghệ GSM và cung cấp dịch vụ di động cho phần lớn thuê bao di động ở Việt Nam. Vì vậy khi tiến lên 3G, chắc chắn hướng áp dụng công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ 3 phải được xem xét nghiên cứu. Trong phần trình bày của em chắc chắn không tránh khỏi những thiếu xót, nhân đây em muốn các thầy cùng các bạn sinh viên tìm hiểu thêm và cung cấp cho em thêm thông tin và tài liệu để em có thể hiểu rõ hơn nữa về lĩnh vực thông tin đang phát triển ở nước ta. Em xin cảm ơn.! Mục lục Chương 1: Giới thiệu 1.1/ CÁC BƯỚC PHÁT TRIỂN TỪ 1G ĐẾN 3G 7 1.2/ THẾ NÀO LÀ 3G 7 1.3/ CÓ THỂ LÀM GÌ VỚI 3G 10 1.4/ CÁC TỪ ĐỊNH NGHĨA TRONG 3G 11 1.5/ CÁC TỔ CHỨC CHUẨN HÓA 2.5G và 3G 12 1.6/ TÌNH HÌNH CHUẨN HÓA 2.5G và 3G 20 1.6/ KIẾN TRÚC CHUNG CỦA MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 22 1.7. KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R4 39 1.8. KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R5 và R6 42 1.9. CHIẾN LƯỢC DỊCH CHUYỂN TỪ GSM SANG UMTS 45 1.10. CẤU HÌNH ĐỊA LÝ CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 48 Chương 2: CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP CỦA WCDMA 2. CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN TRẢI PHỔ 54 2.1. ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 60 2.2. CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG CDMA 62 2.3. MÁY THU PHÂN TẬP ĐA ĐƯỜNG HAY MÁY THU RAKE 64 2.4. CÁC MÃ TRẢI PHỔ SỬ DỤNG TRONG WCDMA 66 2.5/ TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ ĐƯỜNG LÊN 69 2.6. TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ ĐƯỜNG XUỐNG 70 Chương 3: TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO (HSPA) 3.1. KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN HSPA CHO SỐ LIỆU NGƯỜI SỬ DỤNG 85 3.2. TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG XUỐNG (HSDPA) 87 3.3. TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG LÊN (HSUPA) 100 3.4. CHUYỂN GIAO TRONG HSDPA 109 3.5. TỔNG KẾT 113 KẾT LUẬN 114 THUẬN NGỮ VÀ VIẾT TẮT 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO 122

doc123 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 25/04/2013 | Lượt xem: 2214 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Công nghệ truy nhập vô tuyến wcdma - Xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ 3, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
uyển giao mềm là không làm mất cuộc gọi trong quá trình chuyển giao mặc dù nó làm giảm phần nào dụng lượng ô và tăng thêm tính phức tạp hệ thống. Nhưng cũng vì sử dụng chung một tần số nên có thể xẩy ra hiện tượng gần xa, trong đó máy di động gần trạm gốc sẽ gây nhiễu cho các người sử dụng khác. Để khắc phục nhược điểm này phải áp dụng điều khiển công suất nhanh cho CDMA trong đó mày di động gần trạm gốc sẽ được điều chình phát công suất thấp hơn máy di động ở xa trạm gốc. Điều khiển công suất nhanh trong WCDMA được thực hiện 1500 lần trong một giây. Một đặc điểm nữa của CDMA là các mã ngẫu nhiên hóa mang tính trực giao khá cao nên các đường truyền đến máy thu có độ trễ khác nhau thời gian chip hoặc lớn hơn thời gian này đều độc lập với nhau và vì thế có thể sử dụng phân tập đa đường (hay máy thu RAKE) trong CDMA. Nguyên tắc của máy thu RAKE là chọn một số đường (một số ngón) có công suất thu lớn hơn ngưỡng, đồng chỉnh pha các đường này rồi cộng công suất thu của chúng với nhau. WCDMA sử dụng hai tầng trải phổ: (1) trải phổ bằng mã định kênh, (2) trải phổ bằng mã nhận dạng nguồn phát. Mã định kênh được xây dựng trên cơ sở mã hệ số trải phổ trực giao khả biến (OVSF), trong đó hệ số trải phổ SF=Rs/Rc với Rs là tốc độ ký hiệu và Rc là tốc độ chip. Mã ngẫu nhiên hóa được cấu trúc từ mã Gold. WCDMA sử dụng điều chế QPSK cho đường xuống và BPSK cho đường lên. Để giảm tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình của tín hiệu điều chế, ngẫu nhiên hóa phức được sử dụng. Chương 3 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO (HSPA) Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA: High Speed Down Link Packet Access) được 3GPP chuẩn hóa ra trong R5 với phiên bản tiêu chuẩn đầu tiên vào năm 2002. Truy nhập gói đường lên tốc độ cao (HSUPA) được 3GPP chuẩn hóa trong R6 và tháng 12 năm 2004. Cả hai HSDPA và HSUPA được gọi chung là HSPA. Các mạng HSDPA đầu tiên được đưa vào thương mại vào năm 2005 và HSUPA được đưa vào thương mại vào năm 2007. Các thông số tốc độ đỉnh của R6 HSPA được cho trong bảng 3.1. Bảng 3.1. Các thông số tốc độ đỉnh R6 HSPA HSDPA (R6) HSUPA (R6) Tốc độ đỉnh (Mbps) 14,4 5,7 Tốc độ số liệu đỉnh của HSDPA lúc đầu là 1,8Mbps và tăng đến 3,6 Mbps và 7,2Mbps vào năm 2006 và 2007, tiềm năng có thể đạt đến trên 14,4Mbps năm 2008. Trong giai đoạn đầu tốc độ đỉnh HSUPA là 1-2Mbps trong giai đoạn hai tốc độ này có thể đạt đến 4-5,7 Mbps vào năm 2008. HSPA được triển khai trên WCDMA hoặc trên cùng một sóng mang hoặc sử dụng một sóng mang khác để đạt được dung lượng cao (xem hình 3.2). Hình 3.2. Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) hoặc chung sóng mang với WCDMA (f1). HSPA chia sẻ chung hạ tầng mạng với WCDMA. Để nâng cấp WCDMA lên HSPA chỉ cần bổ sung phần mềm và một vài phần cứng nút B và RNC. Lúc đầu HSPA được thiết kế cho các dịch vụ tốc độ cao phi thời gian thực, tuy nhiên R6 và R7 cải thiện hiệu suất của HSPA cho VoIP và các ứng dụng tương tự khác. Khác với WCDMA trong đó tốc độ số liệu trên các giao diện như nhau (384 kbps cho tốc độ cực đại chẳng hạn), tốc độ số liệu HSPA trên các giao diện khác nhau. Hình 3.2 minh họa điều này cho HSDPA. Tốc độ đỉnh (14,4Mbps trên 2 ms) tại đầu cuối chỉ xẩy ra trong thời điểm điều kiện kênh truyền tốt vì thế tốc độ trung bình có thể không quá 3Mbps. Để đảm bảo truyền lưu lượng mang tính cụm này, nút cần có bộ đệm để lưu lại lưu lượng và bộ lập biểu để truyền lưu lượng này trên hạ tầng mạng. Hình 3.3. Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện (trường hợp HSDPA) 3.1/. KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN HSPA CHO SỐ LIỆU NGƯỜI SỬ DỤNG Hình 3.3 cho thấy kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA cho số liệu người sử dụng. Mặt phẳng báo hiệu không được thể hiện trên hình 4.3 (trong mặt phẳng này báo hiệu được nối đến RLC sau đó được đưa lên DCH hay HSDPA hoặc HSUPA). Số liệu từ các dịch vụ khác nhau được nén tiêu đề IP tại PDCP (Packet Data Convergence Protocol). MAC-hs (High Speed: tốc độ cao) thực hiện chức năng lập biểu nhanh dựa trên nút B. Đối với HSDPA chức năng MAC mới (MAC-hs) được đặt trong nút B để xử lý phát lại nhanh dựa trên HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request: yêu cầu phát lại tự động lai ghép), lập biểu và ưu tiên. Đối với HSUPA chức năng MAC mới (MAC-e) được đặt trong nút B để xử lý phát lại nhanh dựa trên HARQ, lập biểu và ưu tiên. Tại UE chức năng MAC-e mới được sử dụng để xử lý lập biểu và HARQ dưới sự điều khiển của MAC-e trong nút B. Chức năng MAC mới (MAC-es) được đặt trong RNC để sắp xếp lại thứ tự gói trước khi chuyển lên các lớp trên. Sự sắp xếp lại này là cần thiết, vì của chuyển giao mềm có thể dẫn đến các gói từ các nút B khác nhau đến RNC không theo thứ tự. MAC-hs: High Speed MAC: MAC tốc độ cao MAC-e: E-DCH MAC: MAC kênh E-DCH, MAC-es: thực thể MAC kênh E-DCH để sắp đặt lại thứ tự Hình 3.4. Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA cho số liệu người sử dụng Hình 3.5 cho thấy các chức năng mới trong các phần tử của WCDMA khi đưa vào HSPA. Hình 3.5. Các chức năng mới trong các phần tử của WCDMA khi đưa vào HSPA. 3.2. TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG XUỐNG (HSDPA) HSDPA được thiết kế để tăng thông lượng số liệu gói đường xuống bằng cách kết hợp các công nghệ lớp vật lý: truyền dẫn kết hợp phát lại nhanh và thích ứng nhanh được truyền theo sự điều khiển của nút B. 3.2.1 Truyền dẫn kênh chia sẻ Đặc điểm chủ yếu của HSDPA là truyền dẫn kênh chia sẻ. Trong truyền dẫn kênh chia sẻ, một bộ phận của tổng tài nguyên vô tuyến đường xuống khả dụng trong ô (công suất phát và mã định kênh trong WCDMA) được coi là tài nguyên chung được chia sẻ động theo thời gian giữa các người sử dụng. Truyền dẫn kênh chia sẻ được thực hiện thông qua kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao (HS-DSCH: High-Speed Dowlink Shared Channel). HS-DSCH cho phép cấp phát nhanh một bộ phận tài nguyên đường xuống để truyền số liệu cho một người sử dụng đặc thù. Phương pháp này phù hợp cho các ứng dụng số liệu gói thường được truyền theo dạng cụm và vì thể có các yêu cầu về tài nguyên thay đổi nhanh. Cấu trúc cơ sở thời gian và mã của HS-DSCH được cho trên hình 3.6. Tài nguyên mã cho HS-DSCH bao gồm một tập mã định kênh có hệ số trải phổ 16 (xem phần trên của hình 3.6), trong đó số mã có thể sử dụng để lập cấu hình cho HS-DSCH nằm trong khoảng từ 1 đến 15. Các mã không dành cho HS-DSCH được sử dụng cho mục đích khác, chẳng hạn cho báo hiệu điều khiển, các dịch vụ MBMS hay các dịch vụ chuyển mạch kênh. Hình 3.6. Cấu trúc thời gian-mã của HS-DSCH Phần dưới của hình 3.6 mô tả ấn định tài nguyên mã HS-DSCH cho từng người sử dụng trên cở sở TTI=2ms (TTI: Transmit Time Interval: Khoảng thời gian truyền dẫn). HSPDA sử dụng TTI ngắn để giảm trễ và cải thiện quá trình bám theo các thay đổi của kênh cho mục đích điều khiển tốc độ và lập biểu phụ thuộc kênh (sẽ xét trong phần dưới). Ngoài việc được ấn định một bộ phận của tổng tài nguyên mã khả dụng, một phần tổng công suất khả dụng của ô phải được ấn định cho truyền dẫn HS-DSCH. Lưu ý rằng HS-DSCH không được điều khiển công suất mà được điều khiển tốc độ. Trong trường hợp sử dụng chung tần số với WCDMA, sau khi phục vụ các kênh WCDMA, phần công suất còn lại có thể được sử dụng cho HS-DSCH, điều này cho phép khai thác hiệu quả tổng tài nguyên công suất khả dụng. 3.2.2. Lập biểu phụ thuộc kênh Lập biểu (Scheduler) điều khiển việc dành kênh chia sẻ cho người sử dụng nào tại một thời điểm cho trước. Bộ lập biểu này là một phần tử then chốt và quyết định rất lớn đến tổng hiệu năng của hệ thống, đặc biệt khi mạng có tải cao. Trong mỗi TTI, Bộ lập biểu quyết định HS-DSCH sẽ được phát đến người (hoặc các người) sử dụng nào kết hợp chặt chẽ với cơ chế điều khiển tốc độ (tại tốc độ số liệu nào). Dung lượng hệ thống có thể được tăng đáng kể khi có xét đến các điều kiện kênh trong quyết định lập biểu: lập biểu phụ thuộc kênh. Vì trong một ô, các điều kiện của các đường truyền vô tuyến đối với các UE khác nhau thay đổi độc lập, nên tại từng thời điểm luôn luôn tồn tại một đường truyền vô tuyến có chất lượng kênh gần với đỉnh của nó (hình 3.7). Vì thế có thể truyền tốc độ số liệu cao đối với đường truyền vô tuyến này. Giải pháp này cho phép hệ thống đạt được dung lượng cao. Độ lợi nhận được khi truyền dẫn dành cho các người sử dụng có các điều kiện đường truyền vô tuyến thuận lợi thường được gọi là phân tập đa người sử dụng và độ lợi này càng lớn khi thay đổi kênh càng lớn và số người sử dụng trong một ô càng lớn. Vì thế trái với quan điểm truyền thống rằng phađinh nhanh là hiệu ứng không mong muốn và rằng cần chống lại nó, bằng cách lập biểu phụ thuộc kênh phađinh có lợi và cần khai thác nó. Chiến lược của bộ lập biểu thực tế là khai thác các thay đổi ngắn hạn (do phađinh đa đường) và các thay đổi nhiễu nhanh nhưng vẫn duy trì được tính công bằng dài hạn giữa các người sử dụng. Về nguyên tắc, sự mất công bằng dài hạn càng lớn thì dung lượng càng cao. Vì thế cần cân đối giữa tính công bằng và dung lượng. Hình 3.7. Lập biểu phụ thuộc kênh cho HSDPA Ngoài các điều kiện kênh, bộ lập biểu cũng cần xét đến các điều kiện lưu lượng. Chẳng hạn, sẽ vô nghĩa nếu lập biểu cho một người sử dụng không có số liệu đợi truyền dẫn cho dù điều kiện kênh của người sử dụng này tốt. Ngoài ra một số dịch vụ cần được cho mức ưu tiên cao hơn. Chẳng hạn các dịch vụ luồng đòi hỏi được đảm bảo tốc độ số liệu tương đối không đổi dài hạn, trong khi các dịch vụ nền như tải xuống không có yêu cầu gắt gao về tốc độ số liệu không đổi dài hạn. Nguyên lý lập biểu của HSDPA được cho trên hình 4.7. Nút B đánh giá chất lượng kênh của từng người sử dụng HSDPA tích cực dựa trên thông tin phản hồi nhận được từ đường lên. Sau đó lập biểu và thích ứng đường truyền được tiến hành theo giải thuật lập biểu và sơ đồ ưu tiên người sử dụng. Hình 3.8. Nguyên lý lập biểu HSDPA của nút B 3.2.3. Điều khiển tốc độ và điều chế bậc cao Điều khiển tốc độ đã được coi là phương tiện thích ứng đường truyền cho các dịch vụ truyền số liệu hiệu quả hơn so với điều khiển công suất thường được sử dụng trong CDMA, đặc biệt là khi nó được sử dụng cùng với lập biểu phụ thuộc kênh. Đối với HSDPA, điều khiển tốc độ được thực hiện bằng cách điều chỉnh động tỷ lệ mã hóa kênh và chọn lựa động giữa điều chế QPSK và 16QAM. Điều chế bậc cao như 16QAM cho phép đạt được mức độ sử dụng băng thông cao hơn QPSK nhưng đòi hỏi tỷ số tín hiệu trên tạp âm (Eb/N0) cao hơn. Vì thế 16 QAM chủ yếu chỉ hữu ích trong các điều kiện kênh thuận lơi. Nút B lựa chọn tốc độ số liệu độc lập cho từng TTI 2ms và cơ chế điều điều khiển tốc độ có thể bám các thay đổi kênh nhanh. 3.2.4. Mã hóa kênh HS-DSCH Do mã hóa turbo có hiệu năng vượt trội mã hóa xơắn nên HS-DSCH chỉ sử dụng mã hóa turbo. Nguyên lý tổng quát của bộ mã hóa turbo như sau (hình 4.8a). Luồng số đưa vào bộ mã hóa turbo được chia thành ba nhánh, nhánh thứ nhất không được mã hóa và các bit ra của nhánh này được gọi là các bit hệ thống, nhánh thứ hai và thứ ba được mã hóa và các bit ra của chúng được gọi là các bit chẵn lẻ 1 và 2. Như vậy cứ một bit vào thì có ba bit ra, nên bộ mã hóa turbo này có tỷ lệ mã là r=1/3. Tỷ lệ này có thể giảm nếu ta bỏ bớt một số bit chẵn lẻ và quá trình này được gọi là đục lỗ (hình 3.9). Hình 3.9. Mã hóa turbo và đục lỗ 3.2.5. Điều chế HS-DSCH HS-DSCH có thể sử dụng điều chế QPSK và 16-QAM. Chùm tín hiệu QPSK và 16QAM được cho trên hình 3.10. Điều chế QPSK chỉ cho phép mỗi ký hiệu điều chế truyền được hai bit, trong khi đó điều chế 16QAM cho phép mỗi ký hiệu điều chế truyền được bốn bit vì thế 16QAM cho phép truyền tốc độ số liệu cao hơn. Tuy nhiên từ hình 4.9 ta thấy khoảng cách giữa hai điểm tín hiệu trong chùm tín hiệu 16QAM lại ngắn hơn khoảng cách này trong chùm tín hiệu QPSK và vì thế khả năng chịu nhiễu và tạp âm của 16QAM kém hơn QPSK. Hình 3.10. Chùm tín hiệu đièu chế QPSK, 16-QAM và khoảng cách cực tiểu giữa hai điểm tín hiệu 3.2.6. Truyền dẫn thích ứng trên cơ sở điều chế và mã hóa kênh thích ứng Truyền dẫn thích ứng là quá trình truyền dẫn trong đó tốc độ số liệu được thay đổi tùy thuộc vào chất lượng đường truyền: tốc độ đường truyền được tăng khi chất lượng đường truyền tốt hơn, ngược lại tốc độ đường truyền bị giảm. Để thay đổi tốc độ truyền phù hợp với chất lượng kênh, hệ thống thực hiện thay đổi sơ đồ điều chế và tỷ lệ mã nên phương pháp này được gọi là điều chế và mã hóa thích ứng (AMC: Adaptive Modulation and Coding). Chẳng hạn khi chất lượng đường truyền tốt hơn, hệ thống có thể tăng tốc độ truyền dẫn số liệu bằng cách chọn sơ đồ điều chế 16QAM và tăng tỷ lệ mã bằng 3/4 bằng cách đục lỗ, trái lại khi chất lượng truyền dẫn tồi hơn hệ thống có thể giảm tốc độ truyền dẫn bằng cách sử dụng sơ đồ điều chế QPSK và không đục lỗ để giảm tỷ lệ bằng 1/3. 3.2.7. HARQ với kết hợp mềm HARQ với kết hợp mềm cho phép đầu cuối yêu cầu phát lại các khối thu mắc lỗi, đồng thời điều chỉnh mịn tỷ lệ mã hiệu dụng và bù trừ các lỗi gây ra do cơ chế thích ứng đường truyền. Đầu cuối giải mã từng khối truyền tải mã nó nhận được rồi báo cáo về nút B về việc giải mã thành công hay thất bại cứ 5ms một lần sau khi thu được khối này. Cách làm này cho phép phát lại nhanh chóng các khối số liệu thu không thành công và giảm đáng kể trễ liên quan đế phát lại so với phát hành R3. Nguyên lý xử lý phát lại HSDPA được minh họa trên hình 3.11. Đầu tiên gói được nhận vào bộ nhớ đệm của nút B. Ngay cả khi gói đã được gửi đi nút B vẫn giữ gói này. Nếu UE giải mã thất bại nó lưu gói nhận được vào bộ nhớ đệm và gửi lệnh không công nhận (NAK) đến nút B. Nút B phát lại cả gói hoặc chỉ phần sửa lỗi của gói tùy thuộc vào gải thuâth kết hợp gói tại UE. UE kết hợp gói phát trước với gói được phát lại và giải mã. Trong trường hợp giải mã phía thu thất bại, nút B thực hiện phát lại mà không cần RNC tham gia. Máy di động thực hiện kết hợp các phát lại. Phát theo RNC chỉ thực hiện khi xẩy ra sự cố hoạt động lớp vật lý (lỗi báo hiệu chẳng hạn). Phát lại theo RNC sử dụng chế độ công nhận RLC, phát lại RLC không thường xuyên xẩy ra. Hình 3.11. Nguyên lý xử lý phát lại của nút B Không như HARQ truyền thống, trong kết hợp mềm, đầu cuối không loại bỏ thông tin mềm trong trường hợp nó không thể giải mã được khối truyền tải mà kết hợp thông tin mềm từ các lần phát trước đó với phát lại hiện thời để tăng xác suất giải mã thành công. Tăng phần dư (IR) được sử dụng làm cơ sở cho kết hợp mềm trong HSDPA, nghĩa là các lần phát lại có thể chứa các bit chẵn lẻ không có trong các lần phát trước. IR có thể cung cấp độ lợi đáng kể khi tỷ lệ mã đối với lần phát đầu cao vì các bit chẵn lẻ bổ sung làm giảm tổng tỷ lệ mã. Vì thế IR chủ yếu hữu ích trong tình trạng giới hạn băng thông khi đầu cuối ở gần trạm gốc và số lượng các mã định kênh chứ không phải công suất hạn chế tốc độ số liệu khả dụng. Nút B điều khiển tập các bit được mã hóa sẽ sử dụng để phát lại có xét đến dung lượng nhớ khả dụng của UE. Các hình 3.12 cho thấy thí dụ về sử dụng HARQ sử dụng mã turbo cơ sở tỷ lệ mã r=1/3 cho kết hợp phần dư tăng. Trong lần phát đầu gói bao gồm tất cả các bit thông tin cùng với một số bit chẵn lẻ được phát. Đến lần phát lại chỉ các bit chẵn lẻ khác với các bit chẵn lẻ được phát trong gói trước là được phát. Kết hợp gói phát trước và gói phát sau cho ra một gói có nhiều bit dư để sửa lỗi hơn và vì thế đây là sơ đồ kết hợp phần dư tăng. Hình 3.12. HARQ kết hợp phần dư tăng sử dụng mã turbo 3.2.8. Kiến trúc Từ các phần trên ta thấy rằng các kỹ thuật HSDPA dựa trên thích ứng nhanh đối với các thay đổi nhanh trong các điều kiện kênh. Vì thế các kỹ thuật này phải được đặt gần với giao diện vô tuyến tại phía mạng, nghĩa là tại nút B. Ngoài ra một mục tiêu quan trọng của HSDPA là duy trì tối đa sự phân chia chức năng giữa các lớp và các nút của R3. Cần giảm thiểu sự thay đổi kiến trúc, vì điều này sẽ đơn giản hóa việc đưa HSDPA vào các mạng đã triển khai cũng như đảm bảo hoạt động trong các môi trường mà ở đó không phải tất cả các ô đều được nâng cấp bằng chức năng HSDPA. Vì thế HSDPA đưa vào nút B một lớp con MAC mới, MA-hs, chịu trách nhiệm cho lập biểu, điều khiển tốc độ và khai thác giao thức HARQ. Do vậy ngoại trừ các tăng cường cho RNC như điều khiển cho phép HSDPA đối với các người sử dụng, HSDPA chủ yếu tác động lên nút B (hình 3.12). Hình 3.13. Kiến trúc HSDPA Mỗi UE sử dụng HSDPA sẽ thu truyền dẫn HS-DSCH từ một ô (ô phục vụ). Ô phục vụ chịu trách nhiệm lập biểu, điều khiển tốc độ, HARQ và các chức năng MAC-hs khác cho HSDPA. Chuyển giao mềm đường lên được hỗ trợ trong đó truyền dẫn số liệu đường lên sẽ thu được từ nhiều ô và UE sẽ nhận được các lệnh điều khiển công suất từ nhiều ô. Di động từ một ô hỗ trợ HSDPA đến một ô không hỗ trợ HSDPA được xử lý dễ ràng. Có thể đảm bảo dịch vụ không bị gián đoạn cho người sử dụng (mặc dù tại tốc độ số liệu thấp hơn) bằng chuyển mạch kênh trong RNC trong đó người sử dụng được chuyển mạch đến kênh dành riêng (DCH) trong ô không có HSDPA. Tương tự, một người sử dụng được trang bị đầu cuối có HSDPA có thể chuyển mạch từ kênh riêng sang HSDPA khi người này chuyển vào ô có hỗ trợ HSDPA. Cấu trúc kênh tổng thể của HSDPA kết hợp WCDMA được cho trên hình 3.13. Hình 3.13. Cấu trúc kênh HSDPA kết hợp WCDMA Dưới đây ta tổng kết chức năng của các kênh trong HSDPA: HS-DSCH (High Speed- Downlink Shared Channel) là kênh truyền tải được sắp xếp lên nhiều kênh vật lý HS-PDSCH để truyền tải lưu lượng gói chia sẻ cho nhiều người sử dụng, trong đó mỗi HS-PDSCH có hệ số trải phổ không đổi và bằng 16. Cấu hình cực đại của HS-DSCH là 15SF16 (tương ứng với tốc độ đỉnh khi điều chế 16QAM và tỷ lệ mã 1/1 là 14,4Mbps). Các người sử dụng chia sẻ HS-DSCH theo số kênh vật lý HS-PDSCH (số mã với SF=16) và khoảng thời gian truyền dẫn TTI=2ms. HS-SCCH (High Speed-Shared Control Channel) sử dụng hệ số trải phổ 128 và có cấu trúc thời gian dựa trên một khung con có độ dài 2ms bằng độ dài của HS-DSCH. Các thông tin sau đây được mang trên HS-SCCH: Số mã định kênh Sơ đồ điều chế Kích thước khối truyền tải Gói được phát là gói mới hay phát lại (HARQ) hoặc HARQ theo RNC RLC Phiên bản dư Phiên bản chùm tín hiệu Khi HSDPA hoạt động trong chế độ ghép theo thời gian, chỉ cần lập cấu hình một HS-SCCH, nhưng kho HSDPA hoạt động trong chế độ ghép theo mã thì cần có nhiều HS-SCCH hơn. Một UE có thể xem xét được nhiều nhất là 4 HS-SCCH tùy vào cấu hình được lập bởi hệ thống. HS-DPCCH (High Speed- Dedicated Physical Control Channel) đường lên có hệ số trải phổ 256 và cấu trúc từ 3 khe 2ms chứa các thông tin sau đây: Thông tin phản hồi (CQI: Channel Quality Indicator: chỉ thị chất lượng kênh) để báo cho bộ lập biểu nút B về tôc độ số liệu mà UE mong muốn ACK/NAK (công nhận và phủ nhận) cho HARQ DPCCH (Dedicated Physical Control Channel) đi cùng với HS-DPCCH đường lên chứa các thông tin giống như ở R3. F-DPCH (Fractional- Dedicated Physical Channel) đường xuống có hệ số trải phổ 256 chứa thông tin điều khiển công suất cho 10 người sử dụng để tiết kiệm tài nguyên mã trong truyền dẫn gói 3.2.9. HSDPA MIMO MIMO là một trong tính năng mới được đưa vào R7 để tăng các tốc độ số liệu đỉnh thông qua truyền dẫn luồng. Nói một cách chặt chẽ, MIMO (Multiple Input Multiple Output) là một cách thể hiện tổng quát sự sử dụng nhiều anten ở cả phía phát và phía thu. Nhiều anten có thể được sử dụng để tăng độ lợi phân tập và vì thế tăng tỷ số sóng mang trên nhiễu tại máy thu. Tuy nhiên thuật ngữ này thường được sử dụng để biểu thị truyền dẫn nhiều lớp hay nhiều luồng như là một phương tiện để tăng tốc độ số liệu đến mức cực đại có thể trong một kênh cho trước. Vì thế MIMO hay ghép kênh không gian có thể nhìn nhận như là một công cụ để cải thiện thông lượng của người sử dụng đầu cuối giống như một ‘bộ khuếch đại tốc độ số liệu’. Về bản chất, cải thiện thông lượng của người sử dụng đầu cuối ở một mức độ nhất định sẽ dẫn đến tăng thông lượng hệ thống. Các sơ đồ MIMO được thiết kế để khai thác một số thuộc tính của môi trường truyền sóng vô tuyến nhằm đạt được các tốc độ số liệu cao bằng cách phát đi nhiều luồng số liệu song song. Tuy nhiên để đạt được các tốc độ số liệu cao như vậy, cần đảm bảo tỷ số tín hiệu trên nhiễu cao tương ứng tại máy thu. Vì thế ghép kênh không gian chủ yếu được áp dụng cho các ô nhỏ hơn hay vùng gần với nút B, nơi mà thông thường tỷ số tín hiệu trên nhiễu cao. Trong trường hợp không thể đảm bảo tỷ số tín hiệu trên nhiễu đủ cao, nhiều anten thu mà UE có năng lực MIMO được trang bị có thể được sử dụng cho phân tập thu cho một luồng phát đơn. Vì thế một UE có năng lực MIMO sẽ đảm bảo tốc độ số liệu cao hơn tại biên ô trong các ô lớn so với một UE tương ứng chỉ có một anten. HSDPA MIMO hỗ trợ truyền dẫn hai luồng. Mỗi luồng được xử lý lớp vật lý như nhau (mã hóa, trải phổ và điều chế giống như trường hợp HSDPA một lớp). Sau mã hóa, trải phổ và điều chế, tiền mã hóa tuyến tính dựa trên các trọng số phản hồi từ UE được sử dụng trước khi luồng số được sắp xếp lên hai anten (hình 3.14). Hình 3.14. Sơ đồ MIMO 2x2 Sơ đồ trên cũng có thể hoạt động trong chế độ truyền dẫn một luồng. Trong trường hợp này chỉ có một luồng số liệu là được mã hóa và được truyền đồng thời trên cả hai anten giống như trường hợp phân tập phát vòng kín của WCDMA. Sơ đồ MIMO với hai chế độ này được gọi là D-TxAA (Dual Transmit Adaptive Array: dàn thích ứng phát kép). Trong môi trường di động thực tế chế độ hai luồng được sử dụng khi UE gần trạm gốc (đường truyền có chất lượng tốt) và một luồng được sử dụng khi UE xa trạm gốc (đường truyền có chất lượng xấu). Việc đưa vào MIMO sẽ ảnh hưởng chủ yếu lên quá trình xử lý lớp vật lý; ảnh hưởng lên lớp giao thức là nhỏ và các lớp trên chủ yếu nhìn MIMO như là một tốc độ số liệu cao hơn. Bảng 3.15 cho thấy quá trình tăng tốc độ đỉnh HSDPA bằng việc sử dụng MIMO kết hợp với điều chế bậc cao 16QAM/64QAM đối với các loại đầu cuối UE khác nhau. Thể loại Số mã Điều chê MIMO Tỷ lệ mã hóa Tốc độ bit đỉnh (Mbps) Phát hành của 3GPP 12 5 QPSK - 3/4 1,8 R5 5/6 5 16QAM - 3/4 3,6 R5 7/8 10 16QAM - 3/4 7,2 R5 9 15 16QAM - 3/4 10,1 R5 10 15 16QAM - Gần 1/1 14,0 R5 13 15 64QAM - 5/6 17,4 R7 14 15 64QAM - Gần 1/1 21,1 R7 15 15 16QAM 2x2 5/6 23,4 R7 16 15 16QAM 2x2 Gần 1/1 28 R7 Bảng 3.2. Các loại đầu cuối HSDPA khác nhau 3.3. TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG LÊN (HSUPA) Cốt lõi của HSUPA cũng sử dụng hai công nghệ cơ sở như HSDPA: lập biểu nhanh và HARQ nhanh với kết hợp mềm. Cũng giống như HSDPA, HSUPA sử dụng khoảng thời gian ngắn 2ms cho TTI đường lên. Các tăng cường này được thực hiện trong WCDMA thông qua một kênh truyền tải mới, E-DCH (Enhanced Dedicated Channel: kênh riêng tăng cường). Mặc dù sử dụng các công nghệ giống HSDPA, HSUPA cũng có một số khác biệt căn bản so với HSDPA và các khác biệt này ảnh hưởng lên việc thực hiện chi tiết các tính năng: Trên đường xuống, các tài nguyên chia sẻ là công suất và mã đều được đặt trong một nút trung tâm (nút B). Trên đường lên, tài nguyên chia sẻ là đại lượng nhiễu đường lên cho phép, đại lượng này phụ thuộc vào công suất của nhiều nút nằm phân tán (các nút UE) Trên đường xuống bộ lập biểu và các bộ đệm phát được đặt trong cùng một nút, còn trên đường lên bộ lập biểu được đặt trong nút B trong khi đó các bộ đệm số liệu được phân tán trong các UE. Vì thế các UE phải thông báo thông tin về tình trạng bộ đệm cho bộ lập biểu Đường lên WCDMA và HSUPA không trực giao và vì thế xẩy ra nhiễu giữa các truyền dẫn trong cùng một ô. Trái lại trên đường xuống các kênh được phát trực giao. Vì thế điều khiển công suất quan trọng đối với đường lên để xử lý vấn đề gần xa. E-DCH được phát với khoảng dịch công suất tương đối so với kênh điều khiển đường lên được điều khiển công suất và bằng cách điều chỉnh dịch công suất cho phép cực đại, bộ lập biểu có thể điều khiển tốc độ số liệu E-DCH. Trái lại đối với HSDPA, công suất phát không đổi (ở mức độ nhất định) cùng với sử dụng thích ứng tốc độ số liệu. Chuyển giao được E-DCH hỗ trợ. Việc thu số liệu từ đầu cuối tại nhiều ô là có lợi vì nó đảm bảo tính phân tập, trong khi đó phát số liệu từ nhiều ô trong HSDPA là phức tạp và chưa chắc có lợi lắm. Chuyển giao mềm còn có nghĩa là điều khiển công suất bởi nhiều ô để giảm nhiễu gây ra trong các ô lân cận và duy trì tương tích ngược với UE không sử dụng E-DCH Trên đường xuống, điều chế bậc cao hơn (có xét đến hiệu quả công suất đối với hiệu quả băng thông) được sử dụng để cung cấp các tốc độ số liệu cao trong một số trường hợp, chẳng hạn khi bộ lập biểu ấn định số lượng mã định kênh ít cho truyền dẫn nhưng đại lượng công suất truyền dẫn khả dụng lại khá cao. Đối với đường lên tình hình lại khác; không cần thiết phải chia sẻ các mã định kênh đối với các người sử dụng khác và vì thể thông thường tỷ lệ mã hóa kênh thấp hơn đối với đường lên. Như vậy khác với đường lên điều chế bậc cao ít hữu ích hơn trên đường lên trong các ô vĩ mô và vì thế không được xem xét trong phát hành đầu của HSUPA. 3.3.1. Lập biểu Đối với HSUPA, bộ lập biểu là phần tử then chốt để điều khiển khi nào và tại tốc độ số liệu nào một UE được phép phát. Đầu cuối sử dụng tốc độ càng cao, thì công suất thu từ đầu cuối tại nút B cũng phải càng cao để đảm bảo tỷ số Eb/N0 (Eb=Pr/Rb, Pr là công suất thu tại nút B còn Rb là tốc độ bit được phát đi từ UE) cần thiết cho giải điều chế. Bằng cách tăng công suất phát, UE có thể phát tốc độ số liệu cao hơn. Tuy nhiên do đường lên không trực giao, nên công suất thu từ một UE sẽ gây nhiễu đối với các đầu cuối khác. Vì thế tài nguyên chia sẻ đối với HSUPA là đại lượng công suất nhiễu cho phép trong ô. Nếu nhiễu quá cao, một số truyền dẫn trong ô, các kênh điều khiển và các truyền dẫn đường lên không được lập biểu có thể bị thu sai. Trái lại mức nhiễu quá thấp cho thấy rằng các UE đã bị điều chỉnh thái quá và không khai thác hết toàn bộ dung lượng hệ thống. Vì thế HSUPA sử dụng bộ lập biểu để cho phép các người sử dụng có số liệu cần phát được phép sử dụng tốc độ số liệu cao đến mức có thể nhưng vẫn đảm bảo không vượt quá mức nhiễu cực đại cho phép trong ô. Nguyên lý lập biểu HSUPA được cho trên hình 3.15. Hình 3.15. Nguyên lý lập biểu HSUPA của nút B Khác với HSDPA, bộ lập biểu và các bộ đệm phát đều được đặt tại nút B, số liệu cần phát được đặt tại các UE đối với đường lên. Tại cùng một thời điểm bộ lập biểu đặt tại nút B điều phối các tích cực phát của các UE trong ô. Vì thế cần có một cơ chế để thông báo các quyết định lập biểu cho các UE và cung cấp thông tin về bộ đệm từ các UE đến bộ lập biểu. Chương trình khung HSUPA sử dụng các cho phép lập biểu phát đi từ bộ lập biểu của nút B để điều khiển tích cực phát của UE và các yêu cầu lập biểu phát đi từ UE để yêu cầu tài nguyên. Các cho phép lập biểu điều khiển tỷ số công suất giữa E-DCH và hoa tiêu được phép mà đầu cuối có thể sử dụng; cho phép lớn hơn có nghĩa là đầu cuối có thể sử dụng tốc độ số liệu cao hơn nhưng cũng gây nhiễu nhiều hơn trong ô. Dựa trên các kết quả đo đạc mức nhiễu tức thời, bộ lập biểu điều khiển cho phép lập biểu trong từng đầu cuối để duy trì mức nhiễu trong ô tại mức quy định (hình 3.16). Trong HSDPA, thông thường một người sử dụng được xử lý trong một TTI. Đối với HSUPA, trong hầu hết các trường hợp chiến lược lập biểu đường lên đặc thù thực hiên lập biểu đồng thời cho nhiều người sử dụng. Lý do vì một đầu cuối có công suất nhỏ hơn nhiều so với công suất nút B: một đầu cuối không thể sử dụng toàn bộ dung lượng ô một mình. Hình 3.16. Chương trình khung lập biểu của HSUPA Nhiễu giữa các ô cũng cần được điều khiển. Thậm chí nếu bộ lập biểu đã cho phép một UE phát tại tốc độ số liệu cao trên cơ sở mức nhiễu nội ô chấp thuận được, nhưng vẫn có thể gây nhiễu không chấp nhận được đối với các ô lân cận. Vì thế trong chuyển giao mềm, ô phục vụ chịu trách nhiệm chính cho họat động lập biểu, nhưng UE giám sát thông tin lập biểu từ tất cả các ô mà UE nằm trong chuyển giao mềm. Các ô không phục vụ yêu cầu tất cả các người sử dụng mà nó không phục vụ hạ tốc độ số liệu E-DCH bằng cách phát đi chỉ thị quá tải trên đường xuống. Cơ chế này đảm bảo hoạt động ổn định cho mạng. Lập biểu nhanh cung cấp một chiến lược cho phép kết nối mềm dẻo hơn. Vì cơ chế lập biểu cho phép xử lý tình trạng trong đó nhiều người sử dụng cần phát đồng thời, nên số người sử dụng số liệu gói tốc độ cao mang tính cụm được cho phép lớn hơn. Nếu điều này gây ra mức nhiễu cao không thể chấp nhận được trong hệ thống, thì bộ lập biểu có thể phản ứng nhanh chóng để hạn chế các tốc độ số liệu mà các UE có thể sử dụng. Không có lập biểu nhanh, điều khiển cho phép có thể chậm trễ hơn và phải dành một dự trữ nhiễu trong hệ thống trong trường hợp nhiều người sử dụng hoạt động đồng thời. 3.3.2. HARQ với kết hợp mềm HARQ nhanh với kết hợp mềm được HSUPA sử dụng với mục đích cơ bản giống như HSDPA: để đảm bảo tính bền vững chống lại các sai lỗi truyền dẫn ngẫu nhiên. Sơ đồ được sử dụng giống như đối với HSDPA. Đối với từng khối truyền tải được phát trên đường lên, một bit được phát từ nút B đến UE để thông báo giải mã thành công (ACK) hay yêu cầu phát lại khối truyền tải thu bị mắc lỗi (NAK). Điểm khác biệt chính so với HSDPA bắt nguồn từ việc sử dụng chuyển giao mềm trên đường lên. Khi UE nằm trong chuyển giao mềm, nghĩa là giao thức HARQ kết cuối tại nhiều ô. Vì thế trong nhiều trường hợp số liệu truyền dẫn có thể được thu thành công tại một số nút B nhưng lại thất bại tại các nút B khác. Nhìn từ phía UE, điều này là đủ, vì ít nhất một nút B thu thành công số liệu. Vì thế trong chuyển giao mềm tất cả các nút B liên quan đều giải mã số liệu và phát ACK hoặc NAK. Nếu UE nhận được ACK ít nhất từ một nút B, UE coi rằng số liệu đã được thu thành công. HARQ với kết hợp mềm có thể được khai thác không chỉ để đàm bảo tính bền vững chống lại nhiễu không dự báo được mà còn cải thiện hiệu suất đường truyền để tăng dung lượng và (hoặc) vùng phủ. Các bit được mã hóa bổ sung chỉ được phát khi cần thiết. Vì thế tỷ lệ mã sau các lần phát lại được xác định theo tỷ lệ mã cần thiết cho điều kiện kênh tức thời. Đây cũng chính là mục tiêu mà thích ứng tốc độ cố gắng đạt được, điểm khác chính là thích ứng tốc độ cố gắng tìm ra tỷ lệ mã phù hợp trứơc khi phát. 3.3.3. Kiến trúc Để hoạt động hiệu quả, bộ lập biểu phải có khả năng khai thác các thay đổi nhanh theo mức nhiễu và các điều kiện đường truyền. HARQ với kết hợp mềm cũng cho lợi từ các phát lại nhanh và điều này giảm chi phí cho các phát lại. Vì thế hai chức năng này phải được đặt gần giao diện vô tuyến. Vì thế cũng giống như HSDPA, các chức năng lập biểu và HARQ của HSUPA được đặt tại nút B. Ngoài ra cũng giống như đối với HSDPA, cũng cần đảm bảo giữ nguyên các lớp cao hơn lớp MAC. Vì thế mật mã, điều khiển cho phép … vẫn đặt dưới quyền điều khiển của RNC. Điều này cho phép đưa HSUPA êm ả vào các vùng được chọn lựa; trong các ô không hỗ trợ truyền dẫn E-DCH, có thể sử dụng chuyển mạch kênh để sắp xếp luồng số của người sử dụng lên DCH. Giống như triết lý thiết kế HSDPA, một thực thể MAC mới (MAC-e) được đưa vào UE và nút B. Trong nút B, MAC-e chịu trách nhiệm truyền tải các phát lại HARQ và lập biểu, còn trong UE, chiu trách nhiệm chọn lựa tốc độ số liệu trong các giới hạn do bộ lập biểu trong MAC-e của nút B đặt ra. Khi UE nằm trong chuyển giao mềm với nhiều nút B, các khối truyền tải khác nhau có thể được giải mã đúng tại các nút B khác nhau. Kết quả là một khối truyền tải có thể được thu đúng tại một nút B, trong khi đó một nút B khác vẫn tham gia và các phát lại của một khối truyền tải được phát sớm hơn. Vì thế để đảm bảo chuyển các khối truyền tải đúng trình tự đến giao thức RLC, cần có chức năng sắp xếp lại thứ tự trong RNC ở dạng một thực thể mới: MAC-es. Trong chuyển giao mềm, nhiều thực thể MAC-e được sử dụng cho một UE vì số liệu được thu từ nhiều ô. Tuy nhiên MAC-e trong ô phục vụ chịu trách nhiệm chính cho lập biểu; MAC-e trong ô không phục vụ chủ yếu xử lý giao thức HARQ (hình 3.17). Hình 3.17. Kiến trúc mạng được lập cấu hình E-DCH (và HS-DSCH). Hình 3.18. cho thấy các kênh cần thiết cho HSUPA. E-DCH được sắp xếp lên một tập các mã định kênh đường lên được gọi là các kênh số liệu vật lý riêng của E-DCH (E-DPDCH). Phụ thuộc vào tốc độ số liệu tức thời, số các E-DPDCH và các hệ số trải phổ có thể thay đổi. Ngoài kênh số liệu E-DCH còn có các kênh báo hiệu cho nó như sau. Các kênh E-AGCH (E-DCH Absolute Grant Channel: kênh cho phép tuyệt đối của E-DCH) và E-RGCH (E-DCH Relative Grant Channel: kênh cho phép tương đối của E-DCH) là các kênh hỗ trợ cho điều khiển lập biểu. Kênh E-HICH (E-DCH HARQ Indicator Channel: kênh chỉ thị HARQ của E-DCH) là kênh hỗ trợ cho phát lại sử dụng cơ chế HARQ. Hình 3.18. Các kênh cần thiết cho một UE có khả năng HSUPA Không như HSDPA, HSUPA không hỗ trợ điều chế thích ứng vì nó không hỗ trợ các sơ đồ điều chế bậc cao. Lý do là các sơ đồ điều chế bậc cao phức tạp hơn và đòi hỏi phát nhiều năng lượng trên một bit hơn, vì thể để đơn giản đường lên sử dụng sơ đồ điều chế BPSK kết hợp với truyền dẫn nhiều mã định kênh song song. Tổng kết các kênh đường lên cần thiết cho hoạt động của E-DCH được minh họa trên hình 3.19 cùng với các kênh sử dụng cho HSDPA. Các kênh mới được đưa vào cho HSUPA được thể hiện bằng các đường đứt nét Hình 3.19. Cấu trúc kênh tổng thể với HSDPA và HSUPA. Vì đường lên không trực giao theo thiết kế, nên cần thiết điều khiển công suất nhanh để xử lý vấn đề gần xa. E-DCH không khác với mọi kênh đường lên khác và vì thế công suất được điều khiển theo cách giống như các kênh đường lên khác. Nút B đo tỷ số tín hiệu trên nhiễu và phát đi các lệnh điều khiển công suất trên đường xuống đến UE để điều chỉnh công suất phát của UE. Các lệnh điều khiển công suất có thể được phát bằng cách sử dụng DPCH hay để tiết kiệm các mã định kênh bằng F-DPCH. Dưới đây ta tổng kết các kênh của HSUPA: E-DPCH bao gồm hai kênh truyền đồng thời: E-DPDCH và DPCCH. EDPDCH có hệ số trải phổ khả biến từ 2 đến 256 với cấu hình cực đại 2xSF2+2SF4 (tốc độ số liệu đỉnh bằng 5,76 Mbps với tỷ lệ mã hóa 1/1). Khoảng thời gian truyền dẫn (TTI) của E-DPDCH có thể là 2ms (tốc độ số liệu lớn hơn 2Mbps) hoặc 10ms (tốc độ số liệu bằng hoặc dưới 2Mbps). DPCCH truyền đồng thời với E-DPDCH chứa các thông tin hoa tiêu và điều khiển công suất (TPC). E-DPCCH là kênh vật lý mới đường lên tồn tại song song với E-DPDCH để truyền thông tin ngoài băng liên quan đến truyền dẫn E-DPDCH. E-DPCCH có hệ số trải phổ 256 chứa các thông tin sau: E-TFCI (Enhanced-Transport Format Combination Indicator: chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải) để thông báo cho máy thu nút B về kích thước khối truyền tải được mang trên các E-DPDCH. Từ thông tin này máy thu rút ra số kênh E-DPDCH và hệ số trải phổ được sử dụng Số thứ tự phát lại (RSN: Retransmission Sequence Number) để thông báo về số thứ tự của khối truyền tải hiện thời được phát trong chuỗi HARQ. Bit hạnh phúc để thông báo rằng UE có hài lòng với tốc độ hiện thời (công suất tương đối ấn định cho nó) hay không và nó có thể sử dụng được ấn định công suất cao hơn hay không. HICH (HARQ Indicator Channel: kênh chỉ thị HARQ) là kênh vật lý đường xuống để truyền ACK hoặc NAK cho HARQ. E-RGCH (E-DCH Relative Grant Channel: kênh cho phép tương đối E-DCH) là kênh vật lý đường xuống mới để phát lệnh tăng/giảm một nấc công suất của lập biểu (thường chỉ 1dB) so với giá trị tuyệt đối được ấn định bởi kênh E-AGCH. E-RGCH được sử dụng cho các điều chỉnh nhỏ trong khi đang xẩy ra truyền số liệu. 20E-RGCH được ghép chung với 20HICH trên cơ sở 40 chữ ký vào một DPDCH có mã định kênh với hệ số trải phổ 128 E-AGCH (E-DCH Absolute Grant Channel: kênh cho phép tuyệt đối) là kênh vật lý đường xuống mới có mã định kênh với hệ số trải phổ 128 để chỉ thị mức công suất chính xác của E-DPDCH so với DPCCH. E-AGCH chứa: Giá trị cho phép tuyệt đối chỉ thị tỷ số công suất E-DPDCH/DPCCH mà UE có thể sử dụng Phạm vi cho phép tuyệt đối để cho phép hoặc cấm UE phát theo HARQ Số nhận dạng UE sơ/thứ cấp cho phép UE xác định kênh E-AGCH này có dành cho nó hay không 3.3.4. Các loại đầu cuối HSUPA Có sáu loại đầu cuối HSUPA trong R6 với tốc độ đỉnh từ 0,72Mbps đến 5.76Mbps. Bảng liệt kê các khả năng của các loại đầu cuối HSUPA trong R6. Bảng 3.3. Các loại đầu cuối R6 HSUPA Thể loại Số mã cực đại sử dụng đồng thơi cho E-DPCH TTI được hỗ trợ Hệ số trải phổ E-DPCH thấp nhất Tốc độ số liệu đỉnh lớp 1 với TTI=10ms Tốc độ số liệu đỉnh lớp 1 với TTI=2ms 1 1 10 4 0,72 N/A* 2 2 2,10 4 1,45 1,45 3 2 10 4 1,45 N/A 4 2 2, 10 2 2 2,91 5 2 10 2 2 N/A 6 4 (2SF4+2SF2) 2,10 2 2 5,76 * N/A: không áp dụng Như vậy R6 có thể có ba loại thiết bị: Thiết bị chỉ cho DCH Thiết bị có khả năng cả DCH và HSDPA Thiết bị có khả năng cả DCH, HSDPA và HSUPA 3.4. CHUYỂN GIAO TRONG HSDPA Trong HSDPA chỉ có chuyển giao cứng. Tồn tại các kiểu chuyển giao sau đây trong HSDPA : Chuyển giao trong cùng một RNC Chuyển giao giữa các RNC Chuyển giao từ kênh HS-DSCH sang DCH Để thực hiện chuyển giao UE phải báo cho SRNC về ô tốt nhất. Trông phần dưới đây ta sẽ xét quá trình xác định ô tốt nhất. 3.4.1. Xác định ô tốt nhất và chuyển giao Quá trình xác định ô (đoạn ô) tốt nhất và chuyển giao được mô tả trên hình 3.20. Hình 3.20. Sự kiện đo và báo cáo ô (đoạn ô) phục vụ HS-DSCH tốt nhất Dựa trên kết quả đo Ec/I0 trên kênh P-CPICH của các ô nằm trong tập tích cực của chuyển giao mềm đường lên (thậm chí có thể cả các ô hay đoạn ô nằm trong tập ứng cử), UE báo cáo ô phục vụ HS-DSCH tốt nhất cho SRNC để nó quyết định chuyển giao cứng cho HS-DSCH. Hình 4.20 cho thấy ô 2 (đoạn ô) là ô được chọn và sau khoảng thời gian DT+DD thì HS-DSCH ô 1 được chuyển sang ô 2. 3.4.2. Chuyển giao HS-DSCH giữa các ô (hay đoạn ô) trong cùng một RNC Quá trình chuyển giao HS-DSCH giữa hai đoạn ô của cùng một nút B được minh họa trên hình 4.21. Sau khi quyết định chuyển giao, SRNC gửi bản tin đặt lại cấu hình liên kết vô tuyến đã được đồng bộ đến các nút liên quan B và đồng thời gửi bản tin RRC về đặt lại cấu hình kênh vật lý đến UE để chúng thực hiện chuyển giao. Quá trình chuyển giao từ nút B này sang nút B khác thuộc cùng một RNC cũng xẩy ra tương tự. Hình 3.21. Chuyển giao HS-DSCH giữa hai đoạn ô thuộc cùng một nút B 3.4.3. Chuyển giao HS-DSCH giữa hai các ô (đoạn ô) thuộc hai RNC khác nhau Quá trình chuyển giao HS-DSCH giữa hai ô (đoạn ô) thuộc hai RNC khác nhau được minh họa trên hình 4.22. Sau khi SRNC đã quyết định chuyển giao, nó gửi bản tin đặt lại cấu hình liên kết vô tuyến đã được đồng bộ đến các nút B liên quan và đồng thời gửi bản tin RRC đặt lại cấu hình kênh vật lý đến UE để thực hiện chuyển giao. Trong trường hợp này bản tin đặt lại cấu hình liên kết vô tuyến được SRNC gửi đến nút B đích thông qua DRNC. Hình 3.22. Chuyển giao HS-DSCH giữa các đoạn ô thuộc hai RNC khác nhau 3.4.4. Chuyển giao HS-DSCH sang ô chỉ có DCH Hình 3.23 minh họa quá trình chuyển giao HS-DSCH từ ô (đoạn ô) có HS-DSCH sang một nút B chỉ có DCH. Sau khi SRNC đã quyết định chuyển giao, nó gửi bản tin đặt lại cấu hình liên kết vô tuyến đã được đồng bộ đến các nút B liên quan và đồng thời gửi bản tin RRC về đặt lại cấu hình kênh vật lý đến người sử dụng để chúng thực hiện chuyển giao. Trong trường hợp này bản tin đặt lại cấu hình liên kết vô tuyến được SRNC gửi đến nút B đích thông qua DRNC Hình 3.23. Chuyển giao HS-DSCH từ nút B có HS-DSCH sang một nút B chỉ có DCH. 3.5. TỔNG KẾT HSPA là công nghệ tăng cường cho 3G WCDMA còn được gọi là 3G+. HSPA là công nghệ truyền dẫn gói phù hợp cho truyền thông đa phương tiện IP băng rộng. HSDPA sử dụng kênh chia sẻ đường xuống trên cơ sở ghép nhiều kênh mã với hệ số trải phổ SF=16, trong đó tối đa số kênh mã dành cho lưu lượng lên đến 15 và một kênh mã được dành cho báo hiệu và điều khiển. HSUPA sử dụng kênh tăng cường E-DCH để truyền lưu lượng. Cả HSDPA và HSUPA đều sử dụng truyền dẫn thích ứng trên cở sở lập biểu và HARQ. Truyền dẫn thích ứng là công nghệ trong đó tài nguyên vô tuyến dược phân bổ cho người sử dụng dựa trên tình trạng của kênh truyền sóng tức thời đến người sử dụng này: (1) nếu điều kiện truyền sóng tốt người sử dụng được phân phối nhiều tài nguyên hơn, ngược lại người này được phân phối ít tài nguyên. HSDPA sử dụng phân phối tài nguyên theo mã hoặc thời gian trong đó công suất truyền dẫn không đổi và tốc độ truyền dẫn có thể thay đổi số lượng mã, số khe được cấp phát hoặc bằng cách thay đổi sơ đồ truyền dẫn (AMC: Adaptive Modulation and Coding: mã hóa và điều chế thích ứng), còn HSUPA sử dụng phân phối tài nguyên theo công suất với điều kiện công suất được cấp phát cho mỗi máy di động không gây nhiễu cho các máy khác. Khi được cấp phát công suất cao hơn máy di động có thể truyền dẫn tốc độ cao hơn bằng cách sử dụng nhiều mã hơn cho kênh E-DCH hay giảm hệ số trải phổ SF nhưng không thay đổi sơ đồ truyền dẫn (điều chế luôn là BPSK). Cả hai HSDPA và HSUPA đều sử dụng HARQ, trong đó bản tin được yêu cầu phát lại được lưu trong bộ nhớ đệm để sau đó kết hợp với bản tin được phát lại tạo thành một bản tin tốt hơn trước khi xử lý lỗi. Cơ chế phát lại với phần dư tăng cho phép mỗi lần phát lại chỉ cần phát lại một bộ phần của phần dư chưa được phát vì thế tiết kiệm được dung lượng đường truyền. Điểm khác biệt giữa HSDPA và HSUPA là HSDPA không sử dụng điều khiển công suất và chuyển giao mềm trái lại HSUPA sử dụng cả hai kỹ thuật này, ngoài ra HSUPA chỉ sử dụng một kiểu điều chế BPSK vì thế nó không áp dụng kỹ thuật điều chế mà mã hóa thích ứng(AMC:AdaptiveModulationandCoding). KẾT LUẬN Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong Khoa Điện Tử - Viễn Thông trường Cao Đẳng Công Nghệ Thông Tin đã trang bị cho em kiến thức sau 3 năm học tập tại trường. Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ths. Nguyễn Thanh Tâm đã giúp đỡ tận tình cho em trong quá trình em thực hiện đồ án tốt nghiệp này. Sau đồ án này, em đã rút ra được rất nhiều kinh nghiệm và trang bị thêm cho mình rất nhiều kiến thức trong lĩnh vực điện tử và vi điều khiển cũng như công nghệ Bluetooth đang được ứng dụng phổ biến và rộng rãi hiện nay. Do kinh nghiệm còn ít và thời gian không cho phép nên trong quá trình thực hiện đề tài này có những sai sót, em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô để em có thể rút ra được những thiếu sót của mình và khắc phục. Em xin chân thành cảm ơn ! Thuật ngữ và 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 Channel Kênh chỉ thị bắt tiền tố truy nhập ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị bộ BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bit BLER Block Error Rate Tỷ số lỗi khối 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-ICH: CPCH Collision Detection/ Channel Assignment Indicator Channel Kênh chỉ thị phát hiện va chạm 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 Evolution Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GPRS EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị 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 Enhanced Relative Grant Channel Kênh cho phép tương đối tăng 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 Communications Hệ thống thông tin di động tòan cấu HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest Yêu cầu phát lại tự động linh 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-DPCCH High-Speed Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng tốc 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 Channel Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc độ cao HSS 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 Phân hệ đa phương tiện IP IMT-2000 International Mobile Telecommunications 2000 Thông tin di động quốc tế 2000 IP Internet Protocol Giao thức Internet IPv4 IP version 4 Phiên bản IP bốn IPv6 IP version 6 Phiên bản IP sáu IR Incremental Redundancy Phần dư tăng 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 PCCPCH Primary Common Control Physical Channel Kênh vật lý điều khiển chung sơ 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 Channel Kênh vật lý điều khiển chung sơ 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 Indicator Chỉ thị kết hợp khuôn dạng 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 System Hệ thống thông tin di động toàn cấu USIM UMTS SIM UTRA UMTS Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network Mnạg truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS Uu Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và UE WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng WiFi Wireless Fidelitity Chất lượng không dây cao WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access Tương hợp truy nhập vi ba toàn cầu VoIP Voice over IP Thoại trên IP TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Sách “Thông tin di động thế hệ ba”, Nhà xuất bản Bưu Điện, 2001 2 TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng. Tài liệu “WiMAX”, Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông. 12/2008 3 TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Giáo trình “Thông tin di động thế hệ ba”, Học Viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông , Nhà xuất bản Bưu Điện, 2004 4 TS. Nguy ễn Phạm Anh Dũng, Tài li ệu “ Công nghệ 3G WCDMA 5 Christoffer Andersson, sách “GPRS and 3G Wiless Application

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docCông nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA - xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ 3.doc