MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN 3G .......................................................1
1.1. Giới thiệu chương.................................................................................................1
1.2. Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động..........................................2
1.2.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ một..........................................................2
1.2.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ hai............................................................3
1.2.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ ba.................................................................4
1.3. Kiến trúc 3G UMTS.............................................................................................5
1.3.1. Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3................................................................5
1.3.2. Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R4................................................................8
1.3.3. Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R5................................................................9
1.4. Kết luận chương.................................................................................................10
CHƯƠNG 2: TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO...............................................11
2.1. Giới thiệu chương..............................................................................................11
2.2. Tổng quan truy nhập gói tốc độ cao..................................................................11
2.3. Kiến trúc dao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA.............................................13
2.4. Truy cập gói tốc độ cao đường xuống HSDPA................................................14
2.4.1. Các đặc điểm chính của HSDPA................................................................14
2.4.2. Khả năng của thiết bị đầu cuối....................................................................16
2.5. Truy nhập gói tốc độ cao đường lên HSUPA...................................................18
2.5.1. Các đặc điểm chính của HSUPA................................................................18
2.5.2. Khả năng của thiết bị đầu cuối....................................................................21
2.6. Kết luận chương................................................................................................22
CHƯƠNG 3. CÁC ĐẶC ĐIỂM TÍNH KÊNH TRUYỀN TRONG CÔNG
NGHỆ HSDPA.......................................................................................................23
3.1. Giới thiệu chương..............................................................................................23
3.2. Truyền dẫn kênh chia sẻ....................................................................................23
3.3. Cấu trúc MAC-hs và lớp vật lý.........................................................................25
3.4. Lập biểu và thích ứng đường truyền................................................................ 27

1

3.4.1. Lập biểu.......................................................................................................27
3.4.2. Thích ứng đường truyền..............................................................................31
3.5. HARQ với kết hợp mềm...................................................................................32
3.6. CQI và các phương tiện đánh giá chất lượng khung khác................................34
3.7. Thủ tục lớp vật lý của HSDPA..........................................................................35
3.8. Tình hình triển khai 3G tại Việt Nam..............................................................37
3.8.1. Số lượng khách hàng tìm hiểu và sử dụng 3G.............................................37
3.8.2. Tốc độ thực tế của 3G Viettel, Mobifone, Vinaphone................................38
3.9. Kết luận chương................................................................................................40
CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG KÊNH HS-DSCH VÀ KỸ THUẬT LẬP BIỂU....41
4.1. Giới thiệu chương..............................................................................................41
4.2. Chương trình mô phỏng NS2............................................................................41
4.3. Mô phỏng kênh truyền HS-DSCH và các kỹ thuật lập biểu phụ thuộc kênh...42
4.3.1. Kịch bản mô phỏng.....................................................................................42
4.3.2. Mô phỏng đường truyền khi 2 UE có cùng vận tốc nhưng khoảng cách so
với node B khác nhau.................................................................................................48
4.3.3. Mô phỏng đường truyền khi 2 UE có cùng khoảng cách so với node B
nhưng có vận tốc khác nhau.......................................................................................52
4.4. Kết luận chương................................................................................................56
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI..............................................57
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................59
PHỤ LỤC...............................................................................................................60

2


THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
2G

3G
3GPP
ACK
AMC
AMPS
AuC
ARQ
BCH
BS
BSC
BSS
BTS
C/I
CDMA
CN
CQI
CRC
CS
DCH
EIR
FACH
FDD
FDMA
FEC
GGSN
GMSC
GPRS
GSM
HARQ
HE

HLR
HSPA
HSDPA
HSUPA
HS-DSCH
IP
IR
ISDN
Iu

Second Generation
Third Generation
3rd Generation Partnership Project
Acknowledgement
Adaptive Modulation and Coding
Analog Mobile Phone Systems
Authentication Center
Automatic Repeat Request
Broadcast Channel
Base Station
Base Station Controller
Base Station Subsystem
Base Transceiver Station
Carrier-to-Interference Ratio
Code Division Multiple Access
Core Network
Channel Quality Information
Cyclic Redundancy Check
Circuit Switched
Dedicated Channel (transport channel)

Equipment Identity Register
Forward Access Channel
Frequency Division Duplex
Frequency Division Multiple Access
Forward Error Correction
Gateway GPRS Support Node
Gateway MSC
General Packet Radio Service
Global System for Mobile Communications
Hybrid Automatic Repeat request
Home Environment
Home Location Register
High-Speed Packet Access
High-Speed Downlink Packet Access
High-Speed Uplink Packet Access
High-Speed Delicated Shared Channel
Internet Protocol
Incremental Redundancy
Integrated Services Digital Network
Giao diện được sử dụng để thông tin giữa RNC và mạng

3


Iub
Iur
LTE
MS
MSC
VLR

PDU
PLMN
QAM
QoS
RLC
RNC
RRC
SF
SGSN
SIR
SNR
SRB
TACS
TPC
TTI
UE
UMTS
UTRAN
Uu
WCDMA

lõi
Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và RNC
Giao diện được sử dụng để thông tin giữa các RNC
Long-Term Evolution
Mobile Station
Mobile Switching Centre
Visitor Location Register
Packet Data Unit
Public Land Mobile Network

Quadrature Amplitude Modulation
Quality of Service
Radio Link Control
Radio Network Controller
Radio Resource Control
Spreading Factor
Serving GPRS Support Node
Signal to Interference Ratio
Signal to Noise Ratio
Signalling Radio Bearer
Total Access Communication Systems
Transmission Power Control
Transmission Time Interval
User Equipment
Universal Mobile Telecommunications System
UMTS Terrestrial Radio Access Network
Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và UE
Wideband CDMA

4


LỜI NÓI ĐẦU
Ngay từ khi ra đời cho đến nay, thông tin di động đã trở thành một ngành
công nghiệp viễn thông phát triển nhanh và đáp ứng ngày càng tốt hơn nhu cầu liên
lạc của con người. Với nhu cầu sử dụng di động ngày càng cao cả về chất lượng và
dịch vụ, thông tin di động không ngừng cải tiến, phát triển nhằm mục đích triển
khai các hệ thống thông tin di động tiên tiến hơn trong tương lai. Thông tin di động
đã trải qua nhiều thế hệ. Xuất phát từ thế hệ thứ nhất (1G), tiếp đến là 2G với GSM
và CDMA điển hình đã phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia. Tuy nhiên, thị trường

viễn thông mở rộng cho thấy rõ những hạn chế về dung lượng và băng thông của
các hệ thống thông tin di động thế hệ hai. Sự ra đời của hệ thống di động thế hệ ba
là một tất yếu, theo hướng cung cấp các dịch vụ đa phương tiện nhằm đáp ứng nhu
cầu ngày càng tăng và đa dạng của người sử dụng.
Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA là một mở rộng của hệ thống
3G UMTS đã có thể cung cấp tốc độ lên đến 10 Mbps trên đường xuống. HSDPA là
một chuẩn tăng cường của 3GPP-3G nhằm tăng dung lượng đường xuống bằng
cách thay thế điều chế QPSK trong 3G UMTS bằng 16QAM trong HSDPA. Các kỹ
thuật tương tự cũng được áp dụng cho đường lên trong chuẩn HSUPA. Hai công
nghệ truy nhập HSDPA và HSUPA được gọi chung là HSPA.
Được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của thầy giáo Th.S Huỳnh Thanh
Tùng, cùng với nỗ lực bản thân, đến nay em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của
mình với đề tài ” Nghiên cứu đặc tính kênh truyền trong công nghệ HSDPA”
trình bày những vấn đề căn bản nhất về công nghệ mới được bắt đầu đưa vào từ 3G
WCDMA R5 do 3GPP chuẩn hóa. Mục tiêu đồ án là nghiên cứu các đặc điểm công
nghệ HSDPA nhằm mở rộng giao diện vô tuyến của hệ thống WCDMA.

5


Nội dung đồ án bao gồm bốn chương:
 Chương 1: Trình bày quá trình phát triển hệ thống thông tin di động từ thế hệ
thứ nhất đến thế hệ thứ ba.
 Chương 2: Trình bày tổng quan về truy nhập gói tốc độ cao HSPA.
 Chương 3: Trình bày các kĩ thuật nâng cao tốc độ trong HSDPA
 Chương 4: Trình bày về chương trình mô phỏng và kết quả mô phỏng kênh
HS-DSCH
Công nghệ truy nhập HSDPA là công nghệ còn tương đối mới mẻ, việc tìm hiểu về
các vấn đề của công nghệ này đòi hỏi phải có kiến thức sâu rộng, và lâu dài. Do
vậy, đồ án không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự phê bình, góp ý

của các thầy cô giáo và các bạn.
Đà Nẵng, ngày 20 tháng 12 năm 2011
Sinh viên thực hiện

Lê Ngọc Linh

6


CHƯƠNG 1: QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN 3G

1.1. Giới thiệu chương
Thông tin di động bắt đầu từ những năm 1920, khi các cơ quan an ninh ở Mỹ
bắt đầu sử dụng điện thoại vô tuyến, dù chỉ là ở các căn cứ thí nghiệm. Công nghệ
vào thời điểm đó đã có những thành công nhất định trên các chuyến tàu hàng hải,
nhưng nó vẫn chưa thực sự thích hợp cho thông tin trên bộ. Các thiết bị còn khá
cồng kềnh và công nghệ vô tuyến vẫn còn gặp khó khăn trước những toà nhà lớn ở
thành phố.
Với sự phát triển nhanh của ngành công nghiệp, đặc biệt trong lĩnh vực khoa
học kĩ thuật các dịch vụ di động bắt đầu xuất hiện vào những năm 1940 ở một số
thành phố lớn. Tuy vậy, dung lượng của các hệ thống đó rất hạn chế, và phải mất
nhiều năm thông tin di động mới trở thành một sản phẩm thương mại.
Chất lượng và các dịch vụ trong thông tin di động ngày càng đòi hỏi phải đáp
ứng tốt hơn. Do đó thông tin di động sẽ có những bước phát triển lên các công nghệ
mới hơn để đáp ứng yêu cầu nói trên. Việc nghiên cứu, phát triển hệ thống thông tin
di động do nhiều tổ chức, cơ quan tiến hành. Trong chương này sẽ giới thiệu các
phiên bản trong quá trình phát triển 3G do 3GPP chuẩn hoá.

7



1.2. Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động
Với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của công nghệ thông tin di động, có
thể mô tả quá trình tiến tới 4G của các công nghệ hiện có như dưới đây:

Hình 1.1: Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động
1.2.1.Hệ thống thông tin di động thế hệ một
Thế hệ đầu tiên của thông tin di động đảm bảo truyền dẫn tương tự dựa trên
FDM với kết nối mạng lõi dựa trên TDM. Hệ thống analog, đã từng được triển khai
ở Bắc Mĩ được biết đến với tên gọi AMPS, hoạt động ở dải tần 800Mhz. Hệ thống
di động đầu tiên ở Châu Âu được triển khai năm 1981 ở Thụy Điển, NaUy, Đan
Mạch và Phần Lan sử dụng công nghệ NMT hoạt động ở dải tần 450Mhz. Phiên
bản sau của NMT hoạt động ở tần số 900MHz và được biết đến với tên gọi
NMT900. Không thua kém, Anh giới thiệu một công nghệ khác vào năm 1985,
TACS. Các hệ thống thông tin di động thế hệ một đã giải quyết những hạn chế đầu
tiên về dung lượng, mặc dù chỉ là hệ thống tương tự, sử dụng công nghệ chuyển
mạch kênh và chỉ được thiết kế cho truyền tiếng.

8


1.2.2.Hệ thống thông tin di động thế hệ hai
Khác với thế hệ một, hệ thống thông tin di động thế hệ hai (2G) được thiết
kế để triển khai quốc tế. Thiết kế 2G nhấn mạnh hơn lên tính tương thích, khả năng
chuyển mạch phức tạp và sử dụng truyền dẫn tiếng số hóa trên vô tuyến. Công nghệ
vô tuyến 2G thông dụng nhất được biết đến là GSM. GSM kết hợp cả hai kỹ thuật
TDMA và FDMA. Các hệ thống GSM đầu tiên sử dụng phổ tần 25MHz ở dải tần
900MHz. FDMA được sử dụng để chia băng tần 25MHz thành 124 dải tần số (mỗi
dải 200kHz). Với mỗi tần số lại sử dụng khung TDMA với 8 khe thời gian. Ngày
nay các hệ thống GSM hoạt động ở băng tần 900MHz và 1.8GHz trên toàn thế giới

(ngoại trừ Mỹ hoạt động trên băng tần 1.9GHz).
Cùng với GSM, một công nghệ tương tự được gọi là PDC, sử dụng công
nghệ TDMA nổi lên ở Nhật. Từ đó, một vài hệ thống khác sử dụng công nghệ
TDMA đã được triển khai khắp thế giới với khoảng 89 triệu người sử dụng. CDMA
sử dụng công nghệ trải phổ và đã được thực hiện trên khoảng 30 nước. Trong khi
GSM và các hệ thống sử dụng TDMA khác trở thành công nghệ vô tuyến 2G vượt
trội, công nghệ CDMA cũng đã nổi lên với chất lượng thoại rõ hơn, ít nhiễu hơn,
giảm rớt cuộc gọi, dung lượng hệ thống và độ tin cậy cao hơn. Các mạng di động
2G trên đây chủ yếu vẫn sử dụng chuyển mạch kênh. Các mạng di động 2G sử dụng
công nghệ số và có thể cung cấp một số dịch vụ ngoài thoại như fax hay bản tin
ngắn ở tốc độ tối đa 9.6 kbps, nhưng vẫn chưa thể duyệt web và các ứng dụng đa
phương tiện.
Tổng quan về công nghệ FDMA, TDMA, CDMA được mô tả như hình dưới:

Hình 1.2: Các phương pháp đa truy nhập

9


1.2.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ ba
Một trong những đặc điểm quan trọng của 3G là khả năng kết hợp các tiêu
chuẩn ô như CDMA, GSM, TDMA. Có ba phương thức đạt được kết quả này là
WCDMA, CDMA2000 và UWC136 :
• CDMA2000 tương thích với CDMA phần lớn được sử dụng ở Mỹ.
• UWCcòn được gọi là IS-136HS, đã được đề xuất bởi TIA và thiết kế
theo chuẩn ANSI-136, một tiêu chuẩn TDMA Bắc Mỹ.
• WCDMA tương thích với mạng 2G phổ biến ở châu Âu và đa phần
châu Á. WCDMA sử dụng băng tần 5Mhz và 10 Mhz, tạo một nền
tảng thích hợp cho các nhiều ứng dụng. Nó có thể đặt trên các mạng
GSM, TDMA hay IS95 sẵn có.

Ở đây chỉ xét mạng truy nhập WCDMA cho UMTS. Đề án hợp tác thế hệ
thứ ba (3GPP) mạng đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng đầu tiên được bắt
đầu từ năm 2002. Hiện nay, mạng WCDMA triển khai trong hệ thống viễn thông di
động toàn cầu (UMTS) quanh dải tần số 2GHz ở châu Âu và châu Á. WCDMA ở
Mỹ được triển khai trên phổ tần cấp phát 850 và 1900 MHz hiện hành trong khi dải
tần 3G mới là 1700/2100 MHz được kì vọng đáp ứng trong nay mai.
Khi sự thâm nhập của di động WCDMA tăng lên, nó cho phép mạng
WCDMA mang tới lưu lượng dữ liệu và thoại dùng chung lớn hơn. Dung lượng
thoại đưa ra rất cao do kĩ thuật điều khiển nhiễu bao gồm dùng lại tần số, điều khiển
năng lượng nhanh và chuyển giao mềm. Cộng thêm hiệu quả trải phổ cao, 3G
WCDMA cung cấp phát triển ấn tượng về phạm vi hiệu quả phần cứng và dung
lượng trạm gốc. WCDMA cho phép đồng thời cả thoại và dữ liệu như là lướt web
hoặc gửi mail trong suốt thoại hội nghị hoặc chia sẻ hình ảnh thời gian thực trong
suốt cuộc gọi hội thoại. Các nhà khai thác cũng cho phép kết nối laptop đến Internet
và hợp thành Intranet với tốc độ bít cực đại là 384 kbps cả cho đường lên và đường
xuống. Các mạng và thiết bị đầu cuối ban đầu bị giới hạn 64-128kbps trong đường
lên trong khi sản phẩm mới nhất cung cấp 384 kbps cho đường lên.

10


1.3.Kiến trúc 3G UMTS
3G UMTS được xây dựng theo ba phát hành chính được gọi là R3, R4 và R5.
Trong đó mạng lõi R3 và R4 bao gồm miền chuyển mạch kênh (CS) và miền
chuyển mạch gói (PS). Việc kết hợp này phù hợp cho giai đoạn đầu khi PS chưa
đáp ứng tốt các dịch vụ thời gian thực như thoại và hình ảnh. Khi này đảm nhiệm
các dịch vụ thoại là miền CS còn số liệu được truyền trên miền PS. R4 phát triển
hơn R3 với miền CS chuyển sang chuyển mạch mềm do đó toàn bộ mạng truyền tải
giữa các nút chuyển mạch đều trên IP.
1.3.1. Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3


Hình 1.3: Kiến trúc UMTS
UMTS R3 hỗ trợ cả kết nối chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói với
384Mbps trong miền CS và 2Mbps trong miền PS.
Một mạng UMTS bao gồm ba phần: thiết bị di động (UE), mạng truy nhập
vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN), mạng lõi (CN).
UE là đầu cuối mạng UMTS của người sử dụng bao gồm ba thiết bị:
• Thiết bị đầu cuối (TE) và thiết bị di động (ME) gọi chung là các đầu cuối vì
máy đầu cuối bây giờ không chỉ đơn thuần dành cho điện thoại mà còn cung
cấp các dịch vụ số liệu mới.
• Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) chứa các hàm và số liệu cần để
nhận dạng và nhận thực thuê bao trong mạng UMTS.
UTRAN là liên kết giữa người sử dụng và CN. UTRAN được định nghĩa
giữa hai giao diện. Giao diện Iu giữa UTRAN và CN gồm hai phần: IuPS cho miền

11


chuyển mạch gói và IuCS cho miềm chuyển mạch kênh. Giao diện Uu giữa
UTRAN và thiết bị người sử dụng. UTRAN gồm các hệ thống mạng vô tuyến
(RNS) và mỗi RNS bao gồm bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và các BTS nối
với nó như sau:
• RNC chịu trách nhiệm cho một hay nhiều trạm gốc và điều khiển tài nguyên
của chúng. Đây cũng chính là điểm truy nhập dịch vụ mà UTRAN cung cấp
cho CN. Nó được nối đến CN bằng hai kết nối, một cho miền chuyển mạch
gói (đến GPRS) và một đến miền chuyển mạch kênh (MSC).
• Nút B có nhiệm vụ thực hiện kết nối vô tuyến giữa đầu cuối với nó. Nó nhận
tín hiệu trên giao diện Iub từ RNC và chuyển nó vào tín hiệu vô tuyến trên
giao diện Uu.
Mạng lõi CN bao gồm miền CS, PS và môi trường nhà (HE). Miền CS đảm

bảo các dịch vụ điện thoại đến các mạng khác bằng các kết nối TDM. Nó bao gồm
phần tử MSC/VLR và GMSC như sau:
• MSC thực hiện các kết nối CS giữa đầu cuối và mạng. Nó thực hiện các chức
năng báo hiệu và chuyển mạch cho các thuê bao trong vùng quản lý của
mình. Các MSC được nối đến các mạng ngoài qua GMSC.
• Bộ ghi định vị tạm trú (VLR) là bản sao của bộ ghi định vị thường trú (HLR)
cho mạng phục vụ (SN). Dữ liệu thuê bao cần thiết để cung cấp các dịch vụ
thuê bao được sao chép từ HLR và lưu ở đây. VLR có thể lưu giữ thông tin
về các dịch vụ mà thuê bao được cung cấp.
• GMSC có thể là một trong số các MSC. GMSC chịu trách nhiệm thực hiện
các chức năng định tuyến đến vùng có MS. Khi mạng ngoài tìm cách kết nối
đến PLMN của một nhà khai thác, GMSC nhận yêu cầu thiết lập kết nối và
hỏi HLR về MSC hiện thời quản lý MS.
Miền PS đảm bảo các dịch vụ số liệu cho người sử dụng bằng các kết nối
đến Internet và các mạng số liệu khác. Mạng đường trục trong miền PS sử dụng IP.
Miền PS bao gồm phần tử SGSN và GGSN như sau:

12


• Nút hỗ trợ GPRS phục vụ (SGSN) là nút chính của miền chuyển mạch gói.
SGSN chịu trách nhiệm cho tất cả kết nối PS của tất cả các thuê bao. Nó lưu
hai kiểu dữ liệu thuê bao: thông tin đăng ký thuê bao và thông tin vị trí thuê
bao.
• Nút hỗ trợ GPRS cổng (GGSN) là một SGSN kết nối với các mạng số liệu
khác. Tất cả các cuộc truyền thông số liệu từ thuê bao đến các mạng ngoài
đều qua GGSN. Cũng như SGSN, nó lưu cả hai kiểu số liệu: thông tin thuê
bao và thông tin vị trí.
HE lưu các hồ sơ thuê bao của hãng khai thác. Nó cũng cung cấp cho các
mạng phục vụ các thông tin vê thuê bao và về cước cần thiết để nhận thực người sử

dụng và tính cước cho các dịch vụ cung cấp. HE bao gồm các cơ sở dữ liệu: trung
tâm nhận thực (AuC), HLR và bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR) như sau:
• AuC lưu giữ toàn bộ số liệu cần thiết để nhận thực, mật mã hóa và bảo vệ sự
toàn vẹn thông tin cho người sử dụng. Nó liên kết với HLR và được thực
hiện cùng với HLR trong cùng một nút vật lý.
• HLR là một cơ sở dữ liệu có nhiệm vụ quản lý các thuê bao di động. Một
mạng di động có thể chứa nhiều HLR tùy thuộc vào số lượng thuê bao, dung
lượng của từng HLR và tổ chức bên trong mạng. Để định tuyến và tính cước
các cuộc gọi, HLR còn lưu giữ thông tin về SGSN và VLR nào hiện đang
chịu trách nhiệm thuê bao.
• Bộ ghi nhận thực thiết bị chịu trách nhiệm lưu các số nhận dạng thiết bị di
động quốc tế (IMEI). Đây là số nhận dạng duy nhất cho thiết bị đầu cuối.
Vai trò các nút khác nhau của mạng chỉ được định nghĩa thông qua các giao
diện khác nhau. Các giao diện này được định nghĩa chặt chẽ để các nhà sản xuất có
thể kết nối các phần cứng khác nhau của họ.
• Giao diện Uu là WCDMA, giao diện vô tuyến được định nghĩa cho UMTS.
Giao diện này nằm giữa nút B và đầu cuối.
• Giao diện Iu kết nối CN và UTRAN. Bao gồm ba phần: IuPS cho miền
chuyển mạch gói, IuCS cho miền chuyển mạch kênh và IuBC cho miền

13


quảng bá. CN có thể kết nối đến nhiều UTRAN cho cả giao diện IuCS và
IuPS. Nhưng một UTRAN chỉ có thể kết nối đến một điểm truy nhập CN.
Các mạng ngoài không phải là bộ phận của hệ thống UMTS nhưng chúng
cần thiết để đảm bảo truyền thông giữa các nhà khai thác. Các mạng ngoài có thể là
các mạng điện thoại như: mạng di động mặt đất công cộng (PLMN), mạng điện
thoại chuyển mạch công cộng (PSTN), ISDN hay các mạng số liệu như Internet.
1.3.2. Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R4


Hình 1.4: Kiến trúc mạng phân bố của phát hành 3GPP R4
Khác nhau cơ bản giữa R3 và R4 là ở chỗ khi này mạng lõi là mạng phân bố
và chuyển mạch mềm. Thay cho việc có các MSC chuyển mạch kênh truyền thống
như ở kiến trúc trước, kiến trúc chuyển mạch phân bố và chuyển mạch mềm được
đưa vào.
Về cơ bản, MSC được chia thành MSC Server và cổng các phương tiện
(MGW). MSC chứa tất cả các phần mềm điều khiển cuộc gọi, quản lý di động có ở
một MSC tiêu chuẩn. Tuy nhiên nó không chứa ma trận chuyển mạch, ma trận
chuyển mạch nằm trong MGW được MSC Server điều khiển và có thể đặt xa MSC
Server.
Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện giữa
RNC và MSC Server. Đường truyền cho các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực
hiện giữa RNC và MGW. Thông thường MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và định
tuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đường trục gói. Trong nhiều trường
hợp đường trục gói sử dụng giao thức truyền tải thời gian thực (RTP) trên giao thức

14


Internet (IP). Từ hình 1.4 ta thấy lưu lượng số liệu gói từ RNC đi qua SGSN và từ
SGSN đến GGSN trên mạng đường trục IP. Cả số liệu và tiếng đều có thể sử dụng
truyền tải IP bên trong mạng lõi. Đây là mạng truyền tải hoàn toàn IP.
Tại nơi mà cuộc gọi cần chuyển đến một trạm khác như PSTN chẳng hạn, sẽ
có một cổng phương tiện khác được điều khiển bởi MSC Server cổng (GMSC
Server). MGW này sẽ chuyển tiếng thoại được đóng gói thành PCM tiêu chuẩn để
đưa đến PSTN. Như vậy chuyển đổi mã chỉ cần thực hiện tại điểm này.
1.3.3. Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R5

Hình 1.5: Kiến trúc phát hành UMTS R5

Kiến trúc này được xây dựng trên các công nghệ gói và điện thoại IP cho
đồng thời các dịch vụ thời gian thực và không thời gian thực. Kiến trúc này cho
phép hỗ trợ chuyển mạch toàn cầu và tương hợp với các mạng ngoài như: mạng 2G,
mạng số liệu công cộng và mạng VoIP đa phương tiện.
Trong tiến hoá này, cả tiếng và số liệu được xử lý như nhau trên toàn bộ
đường truyền từ đầu cuối của người dùng đến nơi nhận cuối cùng. Kiến trúc này
ngoài hai vùng CS và PS như trong R4 còn bổ sung thêm một vùng nữa trong mạng
lõi là vùng đa phương tiện IP (IM).
Với mục tiêu mở rộng giao diện vô tuyến của WCDMA, tăng cường hiệu
năng và dung lượng cho cả đường lên và đường xuống. HSPA được đưa ra nhằm
mục đích thực hiện mục tiêu này

15


1.4. Kết luận chương
Qua chương này chúng ta có cái nhìn khái quát về quá trình phát triển của hệ
thống thông tin di động từ thế hệ 1 đến thế hệ 3, sự chuyển đổi dần từ chuyển mạch
kênh sang chuyển mạch gói nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ cũng như các ứng
dụng trong thông tin di động. Chương này cũng đề cập đến kiến trúc của hệ thống
3G trong các phiên bản R3, R4, R5 để thấy được quá trình chuyển đổi dần từ kiến
trúc chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói.

CHƯƠNG 2: TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO
2.1. Giới thiệu chương
Truy nhập gói tốc độ cao (HSPA) là tập các giao thức trong thông tin di động
bao gồm các chuẩn truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA ) và truy nhập
gói đường lên tốc độ cao (HSUPA), nhằm cải thiện tốc độ và chất lượng tốt hơn so
với WCDMA. HSPA cải thiện chất lượng cho kết cuối di động bằng cách nâng cao
16



tốc độ dữ liệu cao lên đến 14 Mbps trong đường xuống và 5,8 Mbps trong đường
lên. Để nâng cấp WCDMA lên HSPA chỉ cần bổ sung phần mềm và một vài phần
cứng trong BSC và RNC. Chương này sẽ trình bày khái quát về HSDPA và
HSUPA.
2.2. Tổng quan truy nhập gói tốc độ cao
Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống HSDPA được 3GPP chuẩn hóa 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 vào tháng 12 năm 2004. Cả
HSDPA và HSUPA được gọi chung là HSPA. Các mạng HSDPA đầu tiên được đưa
vào thương mại năm 2005 và HSUPA được đưa vào thương mại năm 2007 như mô
tả dưới đây:

Hình 2.1: Trình tự phát triển và tiêu chuẩn hóa HSPA
Tốc độ số liệu đỉnh của HSDPA lúc đầu là 1.8 Mbps tăng đến 3.6 Mbps và
7.2 Mbps vào năm 2006 và 2007, tiềm năng có thể đạt đến trên 10 Mbps. Trong giai
đoạn đầu tốc độ đỉnh HSUPA là 1-2 Mbps, trong giai đoạn 2 tốc độ này có thể đạt
đến 3-4 Mbps (hình 2.2).

Hình 2.2: Phát triển tốc độ số liệu trong WCDMA và HSPA
HSPA được triển khai trên WCDMA trên cùng một sóng mang hoặc sử dụng
một sóng mang khác để đạt được dung lượng cao (hình 2.3).

17


Hình 2.3: Triển khai HSPA với sóng mang riêng hoặc chung sóng mang với
WCDMA
Để nâng cấp WCDMA lên HSPA chỉ cần bổ sung phần mềm và một vài

phần cứng trong BSC 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 như minh
họa trên hình 2.4. Tốc độ đỉnh (7.2 Mbps trên 2 ms) tại đầu cuối chỉ xảy ra trong thời điểm
điều kiện kênh truyền tốt vì thế tốc độ trung bình có thể không quá 1 Mbps. Để đảm bảo
truyền lưu lượng mang tính cụm này, nút B cần có bộ đệm để lưu lại lưu lượng và bộ lập
biểu để truyền lưu lượng này trên hạ tầng mạng.

Hình 2.4: Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện (trường hợp HSDPA)
2.3. Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA
Hình 2.5 cho thấy kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA cho số
liệu người dùng. Mặt phẳng báo hiệu không được thể hiện trên hình 2.5 (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 PDCH. MAC-hs
thực hiện chức năng lập biểu nhanh dựa trên BTS.

18


Hình 2.5: Giao diện vô tuyến HSUPA và HSDPA
Trong đó giao thức PDCP có chức năng chính là nén tiêu đề gói tin. Vấn đề
nén tiêu đề gói tin này không liên quan với các dịch vụ chuyển mạch kênh. Còn lớp
RLC điều khiển chức năng phân đoạn và lặp cho dữ liệu người dùng và dữ liệu điều
khiển (báo hiệu). RLC có ba chế độ hoạt động khác nhau:
• Transparent mode: chế độ truyền dẫn trong suốt, đó là trường hợp khi
không có phần overhead được thêm vào tại lớp RLC, như là tín hiệu thoại
AMR, do vậy nó không được dùng cho kênh truyền tải của HSUPA và
HSDPA.

• Unacknowledged mode: chế độ không báo nhận, là trường hợp mà quá
trình phát lại không được diễn ra, nó được dùng cho việc truyền các ứng
dụng mà có thể chấp nhận mất gói, như trong trường hợp VoIP, và không
cho phép trễ.

19


• Acknowledged mode: chế độ báo nhận, đảm bảo dữ liệu khi chuyển đi sẽ
được truyền lại nếu dữ liệu trên đường truyền bị lỗi. Dành cho việc
truyền dữ liệu đi một cách chính xác.
2.4. Truy cập gói tốc độ cao đường xuống HSDPA
2.4.1. Các đặc điểm chính của HSDPA
Mục tiêu của HSDPA là mở rộng giao diện vô tuyến của WCDMA, tăng
cường hiệu năng và dung lượng (tốc độ số liệu đỉnh cao) của WCDMA. Để đạt mục
tiêu này, HSDPA sử dụng một số kĩ thuật như: điều chế bậc cao, lập biểu phụ thuộc
kênh và HARQ với kết hợp mềm.
Trong HSDPA thì dữ liệu người dùng thì được truyền trên kênh chia sẻ tốc
độ cao đường xuống HS-DSCH với kênh vật lý tương ứng của nó. Ngoài ra thêm
hai kênh báo hiệu: kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao HS-SCCH dành cho hướng
xuống và kênh điều khiển vật lý riêng tốc độ cao HS-DPCCH.
Nguyên lý hoạt động của HSDPA được mô tả như trong hình 2.6, ở đây một
số kênh broadcast không được thể hiện ở trong hình, mà mang thông tin hệ thống,
thông tin tìm gọi, ước lượng kênh ….

Hình 2.6: Các kênh cần thiết cho hoạt động HSDPA
Nguyên lý hoạt động HSDPA nói chung được thấy ở hình 2.7, khi mà node
B ước lượng được chất lượng kênh nhờ nhận được các bản tin hồi tiếp ở hướng lên.
20



Sau đó nhờ vào thích ứng đường truyền và lập biểu chúng phát lại dữ liệu đến các
thiết bị đầu cuối UE.

Hình 2.7: Nguyên lý lập biểu HSDPA Node B
Một công nghệ mới mà trong WCDMA không có là truyền dẫn lại lớp vật lý.
Trong WCDMA khi mà dữ liệu nhận được báo lỗi, thì việc truyền dẫn lại được phát
từ RNC. Tuy nhiên, để tăng tốc độ truyền dẫn, thì truyền dẫn lại được thực hiện tại
Node B. Như được thể hiện chi tiết ở hình 2.8, thì gói tin đầu tiên nhận được sẽ
được lưu vào trong bộ đệm của BTS. BTS giữ gói tin vào trong bộ đệm thậm chí
nếu nó có gửi đến người dùng, trong trường hợp mà có mã hóa gói tin bị lỗi thì quá
trình tự động truyền dẫn lại được thực hiện tại trạm gốc mà không thông qua RNC.

21


Hình 2.8: Điều khiển truyền dẫn lại BTS ở mode acknowledgement
2.4.2. Khả năng của thiết bị đầu cuối
Khi thiết bị đầu cuối hỗ trợ hoạt động của HSDPA, thì thiết bị đầu cuối được
phân chia ra làm 12 loại khác nhau. Tùy thuộc vào từng loại mà hỗ trợ tốc độ dữ
liệu khác nhau và thay đổi từ 0.9 đến 14.4 Mbps. Còn trong DCH, thì chỉ có thể hỗ
trợ các thiết bị đầu cuối với tốc độ 32, 64, 128 hay 384kbps. Nhìn vào trong bảng
2.1, mười thiết bị đầu cuối đầu tiên hỗ trợ điều chế 16QAM, còn hai cái cuối cùng
11 và 12 chỉ hỗ trợ điều chế điều chế QPSK.
Bảng 2.1: Một số loại thiết bị đầu cuối của HSDPA

22


23



Bảng 2.2: Tốc độ bit với 15 mã cho các TFRC

2.5. Truy nhập gói tốc độ cao đường lên HSUPA
2.5.1. Các đặc điểm chính của HSUPA
Việc ra chuẩn của HSUPA đạt được sau khi đã nghiên cứu thành công chuẩn
HSDPA vào khoảng giữa năm 2002. Nghiên cứu HSUPA nhầm nâng cao tốc độ
đường truyền đường lên.
Cũng như HSDPA, nhằm để tăng tốc độ đường lên, thì tại node B có sử dụng
HARQ, cơ chế lập biểu và truyền dẫn đa mã.
Sự khác biệt chính trong hệ thống HSUPA thật chất là kênh truyền tải đường
lên mới E-DCH. Kênh truyền tải E-DCH hỗ trợ lập biểu nhanh tại node B, HARQ
nhanh tại lớp vật lý với Incremental Redundancy và tùy chọn khoảng cách thời gian
truyền dẫn ngắn TTI 2ms. Không giống như HSDPA, HSUPA không có kênh chia
sẻ, nhưng nó một kênh riêng, bởi cấu trúc của kênh E-DCH giống như kênh DCH ở
trong Release 99 nhưng lập biểu và HARQ nhanh hơn. Mỗi UE chỉ có một kênh
riêng E-DCH ở đường lên đến node B. bảng 2.3 liệt kê các đặc điểm chính của kênh
DCH, HSDPA và HSUPA.

24


Bảng 2.3: Bảng so sánh các kênh DCH, HSDPA và HSUPA

Tương ứng, các kênh báo hiệu được chỉ ra ở hình 2.9. Trên hình 2.9 giả sử
kênh đường xuống được truyền trên kênh DCH, trong khi hầu hết các trường hợp là
sử dụng kênh HSDPA.

Hình 2.9: Hoạt động của HSUPA khi mà đường xuống dùng kênh DCH

Không giống như HSDPA, HSUPA không hỗ trợ điều chế thích ứng bởi vì
nó không hỗ trợ bất kì sơ đồ điều chế bậc cao nào. Điều này do lược đồ điều chế
25