TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

MÔ PHỎNG THÔNG LƯỢNG HSDPA
TRONG RELEASE 99
Sinh viên thực hiện:

LÊ THÀNH CHUNG
Lớp 48K ĐTVT

Giảng viên hướng dẫn: ThS. LÊ ĐÌNH CÔNG

Vinh, 1-2020
1


MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC........................................................................................................2
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................5
TÓM TẮT ĐỒ ÁN..........................................................................................7
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN.....................8
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN.................12
Chương 1........................................................................................................17
TIẾN TRÌNH TRIỂN KHAI CƠNG NGHỆ HSPA.................................17

1.1. Tơng quan hê thơng thơng tn di đ ơng....................................................................................17

Hình 1.1. Con đường phát triển của cơng nghệ mạng tế bào..................17
1.1.1. Thê hê thông tn di đông 1G.............................................................................................17
1.1.2. Thê hê thông tn di đông 2G.............................................................................................18
1.1.3. Thê hê di đơng 3G.............................................................................................................20

Hình 1.2. Tình hình triển khai hệ thống thơng tin di động từ 2005-2020
.........................................................................................................................20
1.1.3.1. Các tham sô chính của 3G - WCDMA.........................................................................21

Bảng 1.1. Các thông số chính của WCDMA..............................................22
1.1.3.2. Mạng 3.5 G..................................................................................................................23
1.1.4. Thê hê thông tn di đông 4G.............................................................................................23
1.2. Tiên trinh triên khai công nghê va têu chuân hoa HSPA ........................................................24

Hình 1.3. Mốc phát hành các phiên bản và chuẩn hóa............................25
1.3.1. Công nghê HSDPA..............................................................................................................25
1.3.1.1. Sự chuân hoa HSDPA trong 3GPP..............................................................................25
1.3.1.2. Tinh hinh triên khai HSDPA........................................................................................26
1.3.2. Công nghê HSUPA va sự chuân hoa HSUPA trong 3GPP ..................................................27

2


Hình 1.4. Đề xuất giải pháp cơng nghệ cho HSUPA.................................28
1.4. Giải pháp dung lượng với HSDPA.............................................................................................29

Hình 1.6. Con đường phát triển của HSPA................................................32
1.5. Kêt luận chương........................................................................................................................32


Chương 2........................................................................................................33
CÁC GIAO THỨC VÀ CẤU TRÚC HSDPA............................................33
2.1. Giới thiêu chương.....................................................................................................................33
2.2. Kiên trúc giao diện vơ tun HSDPA cho người sử dụng.........................................................33

Hình 2.2. Cấu trúc giao diện radio trong Release 99................................35
Hình 2.3. Kiến trúc mặt phẳng giao thức người sử dụng HSDPA..........36
2.3. Sự tác động của HSDPA trong giao diện UTRAN......................................................................37

Hình 2.4. Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện (trường hợp
HSDPA)..........................................................................................................37
Hình 2.5. Các chức năng mới trong các phần tử của WCDMA khi đưa
vào HSPA.......................................................................................................39
2.4. Những cải tên quan trọng của HSDPA so với WCDMA...........................................................39

Hình 2.6. Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDMA. 40
2.5. Nguyên lý HSDPA.......................................................................................................................41
2.5.1. Giới thiệu...........................................................................................................................41

Hình 2.7. Tổng quan về HSDPA..................................................................42
2.5.2. Kênh chia sẻ đường xuông tôc độ cao (HSDSCH).............................................................43
2.5.3. Lập biêu phụ thuộc kênh...................................................................................................44
2.5.4. Truyền dẫn thích ứng trên cơ sở điều chê va mã hoa kênh thích ứng............................46
2.5.4.1. Mã hoa kênh HSDSCH.................................................................................................46
2.5.4.2. Điều chê HS-DSCH......................................................................................................47
2.5.5. HARQ với kêt hợp mềm.....................................................................................................48
2.5.6. Kênh điều khiên chia sẻ tôc độ cao HSSCCH.....................................................................50

3



2.5.7. Kênh điều khiên vật lý danh riêng tôc độ cao HSDPCCH..................................................51
2.6. Kêt luận chương........................................................................................................................53

Chương 3........................................................................................................54
MÔ PHỎNG HSDPA TRONG RELEASE 99...........................................54
3.1. Giới thiệu chương.....................................................................................................................54
3.2. Mô phỏng hoạt động của HSDPA trong Release 99.................................................................54
3.2.1. Hệ thông mô phỏng...........................................................................................................54
3.2.2. Kê hoạch mô phỏng...........................................................................................................55
3.2.2.1. Thiêt lập thông sô.......................................................................................................56
3.2.2.2. Mô phỏng....................................................................................................................56

Bảng 3.1. Bảng CQI cho category UE từ 12..............................................58
3.2.2.3. Sơ đồ thuật toán.........................................................................................................60
a. Sơ đồ thuật toán chương trinh chính.............................................................................60
b. Sơ đồ thuật toán chương trinh con................................................................................60
3.2.2.4. Giao diên mơ phỏng...................................................................................................63

Hình 3.3. Giao diện chọn mode cần mơ phỏng..........................................63
3.2.3. Kêt quả mơ phỏng.............................................................................................................64

Hình 3.5. Thơng lượng trung bình theo cơng suất HSDPA trên 1 cell....64
3.5. Kêt luận chương........................................................................................................................68

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................71

4



LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ như điện tử, tin học,
công nghệ thông tin di động trong những năm qua đã phát triển rất mạnh mẽ
cung cấp các loại hình dịch vụ đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của
người sử dụng. Kể từ khi ra đời vào cuối năm 1940 cho đến nay thông tin di
động đã phát triển qua nhiều thế hệ và đã tiến một bước dài trên con đường
công nghệ.
Trong những năm vừa qua, mạng thông tin di động của Việt Nam đã và
đang xây dựng các hệ thống mạng thế hệ 3 để đáp ứng các yêu cầu về dịch vụ
cũng như đòi hỏi về chất lượng dịch vụ. Mạng thông tin di động HSDPA đã
được xây dựng và đang tiếp tục được mở rộng trên toàn quốc có khả năng đáp
ứng nhu cầu về chất lượng và dịch vụ hiện nay. Do đó việc nghiên cứu về
mạng thông tin di động HSDPA là một điều tất yếu. Xuất phát từ những suy
nghĩ như vậy nên em đã quyết định chọn đề tài: " Mô phỏng thông lượng
HSDPA trong release 99".
Nội dung đồ án gồm 3 chương :
Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động, trong đó trình bày
tổng quan về q trình phát triển của các hệ thống thông tin di động, đặc biệt
là hệ thống thông tin di động WCDMA và mạng di động HSDPA nói riêng.
Tìm hiểu khái qt và tiêu chuẩn hóa HSPA.
Chương 2: Các giao thức và cấu trúc của HSDPA, tìm hiểu cụ thể về
kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA cho số liệu người sử dụng, sự tác động
của HSDPA trong giao diện UTRAN và nguyên lý HSDPA.
5


Chương 3: Mô phỏng HSDPA trong Release 99, tiến hành mơ phỏng
thơng lượng HSDPA trong cell.
Trong q trình làm đồ án em đã hết sức cố gắng học hỏi, tìm hiểu tham

khảo tài liệu.....tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Do vậy em rất
mong nhận được những ý khiến đóng góp của các thầy cơ giáo và các bạn
sinh viên.
Qua đây em xin chân thành cảm ơn ThS. Lê Đình Cơng đã nhiệt tình
hướng dẫn và chỉ bảo cho em trong suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp này, và
em cũng xin được chân thành cảm ơn tất cả các Thầy, Cơ Giáo trong và ngồi
khoa đã nhiệt tình giảng dạy trong suốt những năm em được học tập và nghiên
cứu tại trường để em có được một vốn hiểu biết mới.
Em xin chân thành cảm ơn!
Vinh, tháng 1 năm 2020
Sinh viên thực hiện
Lê Thành Chung

6


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Hiện nay, chúng ta đang sống trong kỷ nguyên của sự bùng nổ thông tin,
việc trao đổi thông tin diễn ra khắp mọi nơi trên thế giới với u cầu nhanh
chóng và chính xác. Thơng tin di động đang phát triển rất mạnh mẽ và phong
phú về các loại hình dịch vụ. Thế hệ di động 3G đã có nhưng bước đột phá
khi mang đến cho người sử dụng những loại hình dịch vụ mới mẻ và chất
lượng dịch vụ tốt. Nhưng với như cầu trao đổi dung lượng thông tin của người
sử dụng đang tăng nhanh chóng thì cần có những giải pháp cơng nghệ để đáp
ứng nhu cầu đó. Mục đích của đồ án là tìm hiểu về cơng nghệ HSPA cụ thể là
cơng nghệ HSDPA. Qua đó đưa ra các mơ phỏng về thơng lượng của HSDPA
nhằm triển khai thực tế ở một số khu vực nào đó. Đồ án trình bày một cách
tóm tắt về quá trình phát triển của các thế hệ thơng tin di động. Phần tiếp theo
là tìm hiểu về công nghệ HSDPA. Phần cuối của đồ án là mô phỏng thông
lượng của HSDPA trong cell ở một khu vực cụ thể.


7


DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN
Trang
MỤC LỤC........................................................................................................2
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................5
TÓM TẮT ĐỒ ÁN..........................................................................................7
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN.....................8
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN.................12
Chương 1........................................................................................................17
TIẾN TRÌNH TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ HSPA.................................17
Hình 1.1. Con đường phát triển của cơng nghệ mạng tế bào..................17
Hình 1.2. Tình hình triển khai hệ thống thơng tin di động từ 2005-2020
.........................................................................................................................20
Bảng 1.1. Các thông số chính của WCDMA..............................................22
Hình 1.3. Mốc phát hành các phiên bản và ch̉n hóa............................25
Hình 1.4. Đề xuất giải pháp cơng nghệ cho HSUPA.................................28
Hình 1.6. Con đường phát triển của HSPA................................................31
Chương 2........................................................................................................32
CÁC GIAO THỨC VÀ CẤU TRÚC HSDPA............................................32
Hình 2.2. Cấu trúc giao diện radio trong Release 99................................33
Hình 2.3. Kiến trúc mặt phẳng giao thức người sử dụng HSDPA..........34
Hình 2.4. Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện (trường hợp
HSDPA)..........................................................................................................35
Hình 2.5. Các chức năng mới trong các phần tử của WCDMA khi đưa
vào HSPA.......................................................................................................37
8



Hình 2.6. Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDMA. 38
Hình 2.7. Tổng quan về HSDPA..................................................................40
Chương 3........................................................................................................53
MÔ PHỎNG HSDPA TRONG RELEASE 99...........................................53
Bảng 3.1. Bảng CQI cho category UE từ 12..............................................57
Hình 3.3. Giao diện chọn mode cần mơ phỏng..........................................62
Hình 3.5. Thơng lượng trung bình theo cơng suất HSDPA trên 1 cell....63
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................70

DANH SÁCH CÁC BẢNG TRONG ĐỒ ÁN
MỤC LỤC........................................................................................................2
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................5
TÓM TẮT ĐỒ ÁN..........................................................................................7
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN.....................8
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN.................12
Chương 1........................................................................................................17
TIẾN TRÌNH TRIỂN KHAI CƠNG NGHỆ HSPA.................................17
1.1. Tơng quan hê thơng thơng tn di đ ơng....................................................................................17

Hình 1.1. Con đường phát triển của cơng nghệ mạng tế bào..................17
1.1.1. Thê hê thông tn di đông 1G.............................................................................................17
1.1.2. Thê hê thông tn di đông 2G.............................................................................................18
1.1.3. Thê hê di đơng 3G.............................................................................................................19

Hình 1.2. Tình hình triển khai hệ thống thông tin di động từ 2005-2020
.........................................................................................................................20
Bảng 1.1. Các thông số chính của WCDMA..............................................22
9



1.1.4. Thê hê thông tn di đông 4G.............................................................................................23
1.2. Tiên trinh triên khai cơng nghê va têu chn hoa HSPA ........................................................24

Hình 1.3. Mốc phát hành các phiên bản và chuẩn hóa............................25
1.3.1. Công nghê HSDPA..............................................................................................................25
1.3.2. Công nghê HSUPA va sự chuân hoa HSUPA trong 3GPP ..................................................27

Hình 1.4. Đề xuất giải pháp cơng nghệ cho HSUPA.................................28
1.4. Giải pháp dung lượng với HSDPA.............................................................................................28

Hình 1.6. Con đường phát triển của HSPA................................................31
1.5. Kêt luận chương........................................................................................................................31

Chương 2........................................................................................................32
CÁC GIAO THỨC VÀ CẤU TRÚC HSDPA............................................32
2.1. Giới thiêu chương.....................................................................................................................32
2.2. Kiên trúc giao diện vơ tun HSDPA cho người sử dụng.........................................................32

Hình 2.2. Cấu trúc giao diện radio trong Release 99................................33
Hình 2.3. Kiến trúc mặt phẳng giao thức người sử dụng HSDPA..........34
2.3. Sự tác động của HSDPA trong giao diện UTRAN......................................................................35

Hình 2.4. Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện (trường hợp
HSDPA)..........................................................................................................35
Hình 2.5. Các chức năng mới trong các phần tử của WCDMA khi đưa
vào HSPA.......................................................................................................37
2.4. Những cải tên quan trọng của HSDPA so với WCDMA...........................................................38

Hình 2.6. Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDMA. 38

2.5. Nguyên lý HSDPA.......................................................................................................................40
2.5.1. Giới thiệu...........................................................................................................................40

Hình 2.7. Tổng quan về HSDPA..................................................................40
2.5.2. Kênh chia sẻ đường xuông tôc độ cao (HSDSCH).............................................................41
2.5.3. Lập biêu phụ thuộc kênh...................................................................................................42

10


2.5.4. Truyền dẫn thích ứng trên cơ sở điều chê va mã hoa kênh thích ứng............................44
2.5.5. HARQ với kêt hợp mềm.....................................................................................................46
2.5.6. Kênh điều khiên chia sẻ tôc độ cao HSSCCH.....................................................................49
2.5.7. Kênh điều khiên vật lý danh riêng tôc độ cao HSDPCCH..................................................49
2.6. Kêt luận chương........................................................................................................................51

Chương 3........................................................................................................53
MÔ PHỎNG HSDPA TRONG RELEASE 99...........................................53
3.1. Giới thiệu chương.....................................................................................................................53
3.2. Mô phỏng hoạt động của HSDPA trong Release 99.................................................................53
3.2.1. Hệ thông mô phỏng...........................................................................................................53
3.2.2. Kê hoạch mô phỏng...........................................................................................................53

Bảng 3.1. Bảng CQI cho category UE từ 12..............................................57
Hình 3.3. Giao diện chọn mode cần mơ phỏng..........................................62
3.2.3. Kêt quả mơ phỏng.............................................................................................................63

Hình 3.5. Thơng lượng trung bình theo cơng suất HSDPA trên 1 cell....63
3.5. Kêt luận chương........................................................................................................................67


TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................70

11


CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN
Viết tắt

Tiếng Anh

Nghĩa tiếng Việt

2G
3G
3GPP

Second Generation
Third Generation
3ird Genaration Partnership

Thế hệ thứ 2
Thế hệ thứ ba
Đề án các đối tác thế hệ thứ ba

3GPP2

Project
3ird Generation Patnership

Đề án đối tác thế hệ thứ ba 2


AMC

Project 2
Adaptive Modulation and

Mã hóa và điều chế thích ứng

AMR
ARQ
ATM

Coding
Adaptive MultiRate
Automatic Repeat-reQuest
Asynchronous Transfer

Đa tốc độ thích ứng
Yêu cầu phát lại tự động
Chế độ truyền dị bộ

BCCH
BCH
BER
BLER
BPSK
BS

Mode
Broadcast Control Channel

Broadcast Channel
Bit Error Rate
Block Error Rate
Binary Phase Shift Keying
Base Station

Kênh điều khiển quảng bá
Kênh quảng bá
Tỷ số lỗi bit
Tỷ số lỗi khối
Khóa chuyển pha hai trạng thái
Trạm gốc
12


BTS
CC
CDMA

Base Tranceiver Station
Convolutional Code
Code Division Multiple

Trạm thu phát gốc
Mã xoắn
Đa truy nhập phân chia theo

CPICH
CQI
CRC

CS
DCCH
DCH
DL
DPCCH

Access
Common Pilot Channel
Channel Quality Indicator
Cyclic Redundancy Check
Circuit Switch
Dedicated Control Channel
Dedicated Channel
Downlink
Dedicated Physycal Control

mã
Kênh hoa tiêu chung
Chỉ thị chất lượng kênh
Kiểm tra vòng dư
Chuyển mạch kênh
Kênh điều khiển riêng
Kênh điều khiển
Đường xuống
Kênh điều khiển vật lý riêng

DPCH
DPDCH

Channel

Dedicated Physical Channel
Dedicated Physical Data

Kênh vật lý riêng
Kênh số liệu vật lý riêng

DRX
DSCH
DSSS

Channel
Discontinuous Reception
Downlink Shared Channel
Direct-Sequence Spread

Thu không liên tục
Kênh chia sẻ đường xuống
Trải phổ chuỗi trực tiếp

E-AGCH

Spectrum
Enhanced Absolute Grant

Kênh cho phép tuyệt đối tăng

E-DCH

Channel
Enhanced Dedicated


cường
Kênh riêng tăng cường

EDGE

Channel
Enhanced Data rates for

Tốc độ số liệu tăng cường để

EIR
E-DPCCH

GPRS Evolution
phát triển GPRS
Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị
Enhanced Dedicated Control Kênh điều khiển riêng tăng

E-DPDCH

Channel
Enhanced Dedicated Data

cường
Kênh số liệu riêng tăng cường

E-RGCH

Channel

Enhanced Relative Grant

Kênh cho phép tương đối tăng

FACH
F-DPCH
GGSN

Channel
Forward Access Channel
Fractional DPCH
Gateway GPRS Support

cường
Kênh truy nhập đường xuống
DPCH một phần (phân đoạn)
Nút hỗ trợ GPRS cổng

Node
13


GPRS

General Packet Radio

Dịch vụ vơ tuyến gói chung

GSM


Service
Global System For Mobile

Hệ thống thơng tin di động

HARQ

Communications
Hybrid Automatic Repeat

tịan cấu
u cầu phát lại tự động linh

HHO
HLR
HSDPA

reQuest
Hard Handover
Home Location Register
High Speed Downlink

hoạt
Chuyên giao cứng
Bộ ghi định vị thường trú
Truy nhập hói đường xuống tốc

HS-DPCCH

Packet Access

High-Speed Dedicated

độ cao
Kênh điều khiển vật lý riêng

HSPA
HS-PDSCH

Physical Control Channel
High Speed Packet Access
High-Speed Physical

tốc độ cao
Truy nhập gói tốc độ cao
Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc độ

HSS
HS-SCCH

Dedicated Shared Channel
Home Subsscriber Server
High-Speed Shared Control

cao
Server thuê bao nhà
Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ

HSUPA

Channel

High-Speed Uplink Packet

cao
Truy nhập gói đường lên tốc độ

IMS
IMT-2000
IP
IPv4
IPv6
IR
LTE
MAC
MIMO
MMS

Access
IP Multimedia Subsystem
Telecommunications 2000
Internet Protocol
IP version 4
IP version 6
Incremental Redundancy
Long Term Evolution
Medium Access Control
Multi-Input Multi-Output
Multimedia Messaging

cao
Phân hệ đa phương tiện IP

Thông tin di động quốc tế 2000
Giao thức Internet
Phiên bản IP bốn
Phiên bản IP sáu
Phần dư tăng
Phát triển dài hạn
Điều khiển truy nhập môi trường
Nhiều đầu vào nhiều đầu ra
Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện

MSC

Service
Mobile Services Switching

Trung tâm chuyển mạch các

Center
NodeB
OVSF

Orthogonal Variable

dịch vụ di động
Nút B
Hệ số trải phổ khả biến trực giao

PAPR

Spreading Factor

Peak to Average Power

Tỷ số công suất đỉnh trên công
14


P-CCPCH

Ratio
Primary Common Control

suất trung bình
Kênh vật lý điều khiển chung

PCH
PCPCH

Physical Channel
Paging Channel
Physical Common Packet

sơ cấp
Kênh tìm gọi
Kênh vật lý gói chung

PDCP

Channel
Packet-Data Convergence


Giao thức hội tụ số liệu gói

PDSCH

Protocol
Physical Downlink Shared

Kênh chia sẻ đường xuống

PHY
PICH
PRACH

Channel
Physical Layer
Page Indication Channel
Physical Random Access

vật lý
Lớp vật lý
Kênh chỉ thị tìm gọi
Kênh vật lý truy nhập ngẫu

PS
PSTN

Channel
Packet Switch
Public Switched Telephone


nhiên
Chuyển mạch gói
Mạng điện thoại chuyển mạch

QAM

Network
Quadrature Amplitude

cơng cộng
Điều chế biên độ vng góc

QoS
QPSK

Modulation
Quality of Service
Quatrature Phase Shift

Chất lượng dịch vụ
Khóa chuyển pha vng góc

RACH
RAN
RAT
RF
RLC
RNC
RRC
RTP

S-CCPCH

Keying
Random Access Channel
Radio Access Network
Radio Access Technology
Radio Frequency
Radio Link Control
Radio Network Controller
Radio Resource Control
Real Time Protocol
Secondary Common Control

Kênh truy nhập ngẫu nhiên
Mạng truy nhập vô tuyến
Công nghệ truy nhập vô tuyến
Tần số vô tuyến
Điều khiển liên kết vô tuyến
Bộ điều khiển mạng vô tuyến
Điều khiển tài nguyên vô tuyến
Giao thức thời gian thực
Kênh vật lý điều khiển chung

SCH
SF
SGSN

Physical Channel
Synchronization channel
Spreading Factor

Serving GPRS Support

sơ cấp
Kênh đồng bộ
Hệ số trải phổ
Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

SIM
SMS

Node
Subscriber Identity Module
Short Message Service

Mođun nhận dạng thuê bao
Dịch vụ nhắn tin
15


SNR
SHO
TDD

Signal to Noise Ratio
Soft Handover
Time Division Duplex

Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
Chuyển giao mềm
Ghép song công phân chia theo


TTI
UE
UL
UMB
UMTS

Transmission Time Interval
User Equipment
Uplink
Ultra Mobile Broadband
Universal Mobile

thời gian
Khỏang thời gian phát
Thiết bị người sử dụng
Đường lên
Băng thông di động siêu rộng
Hệ thống thơng tin di động

UTRA

Telecommunications System tồn cấu
UMTS Terrestrial Radio
Truy nhập vô tuyến mặt đất

UTRAN

Access
UMTS Terrestrial Radio


UMTS
Mạng truy nhập vô tuyến mặt

WCDMA

Access Network
Wideband Code Division

đất UMTS
Đa truy nhập phân chia theo

WiFi

Multiple Access
Wireless Fidelitity

mã băng rộng
Chất lượng không dây cao

16


Chương 1

TIẾN TRÌNH TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ HSPA
1.1. Tổng quan hệ thống thông tin di động
Trong hơn 25 năm qua, sự phát triển của Internet cũng như các công
nghệ không dây đã có ảnh hưởng rất lớn đến cuộc sống của con người trên
toàn thế giới. Hai nhân tố này đã làm thay đổi cách con người liên lạc với

nhau, cách họ làm việc, cách họ hưởng thụ cuộc sống thơng qua các loại hình
giải trí mới. Với sự ra đời của mạng thông tin di động tế bào, chúng ta đã
chứng kiến sự tăng vọt về nhu cầu dịch vụ khơng dây & di động.

Hình 1.1. Con đường phát triển của công nghệ mạng tế bào
1.1.1. Thế hệ thông tin di động 1G
1G là chữ viết tắt của công nghệ điện thoại không dây thế hệ đầu tiên
(1st Generation). Là mạng thông tin di động không dây cơ bản đầu tiên trên
thế giới. Nó là hệ thống giao tiếp thơng tin qua kết nối tín hiệu analog được
giới thiệu lần đầu tiên vào những năm đầu thập niên 80s. Nó sử dụng các ăngten thu phát sóng gắn ngồi, kết nối theo tín hiệu analog tới các trạm thu phát
sóng và nhận tín hiệu xử lý thoại thơng qua các module gắn trong máy di
động. Mặc dù là thế hệ mạng di động đầu tiên với tần số chỉ từ 150MHz
17


nhưng mạng 1G cũng phân ra khá nhiều chuẩn kết nối theo từng phân vùng
riêng trên thế giới: NMT (Nordic Mobile Telephone) là chuẩn dành cho các
nước Bắc Âu và Nga; AMPS (Advanced Mobile Phone System) tại Hoa Kỳ;
TACS (Total Access Communications System) tại Anh; JTAGS tại Nhật; CNetz tại Tây Đức; Radiocom 2000 tại Pháp; RTMI tạiÝ.
 Đặc trưng của hệ thống 1G:
 Dung lượng (Capacity) thấp
 Phương thức truy nhập : FDMA
 Dịch vụ đơn thuần là thoại
 Kỹ thuật chuyển mạch tương tự ( Circuit – switched)
 Xác suất rớt cuộc gọi cao
 Khả năng handoff ( chuyển cuộc gọi giữa các tế bào) không tin cậy
 Chất lượng âm thanh kém
 Khơng có chế độ bảo mật
1.1.2. Thế hệ thông tin di động 2G
Là thế hệ kết nối thơng tin di động mang tính cải cách cũng như khác

hoàn toàn so với thế hệ đầu tiên. Nó sử dụng các tín hiệu kỹ thuật số thay cho
tín hiệu analog của thế hệ 1G và được áp dụng lần đầu tiên tại Phần Lan bởi
Radiolinja (hiện là nhà cung cấp mạng con của tập đoàn Elisa Oyj) trong năm
1991. Mạng 2G mang tới cho người sử dụng di động 3 lợi ích tiến bộ trong
suốt một thời gian dài: mã hoá dữ liệu theo dạng kỹ thuật số, phạm vi kết nối
rộng hơn 1G và đặc biệt là sự xuất hiện của tin nhắn dạng văn bản đơn giản –
SMS. Theo đó, các tín hiệu thoại khi được thu nhận sẽ đuợc mã hố thành tín
hiệu kỹ thuật số dưới nhiều dạng mã hiệu (codecs), cho phép nhiều gói mã
thoại được lưu chuyển trên cùng một băng thơng, tiết kiệm thời gian và chi
phí. Song song đó, tín hiệu kỹ thuật số truyền nhận trong thế hệ 2G tạo ra
nguồn năng lượng sóng nhẹ hơn và sử dụng các chip thu phát nhỏ hơn, tiết
kiệm diện tích bên trong thiết bị hơn…
 Các đặc trưng của công nghệ 2G
 Dung lượng tăng
18


 Chất lượng thoại tốt hơn
 Hỗ trợ các dịch vụ số liệu (data)
 Phương thức truy nhập: TDMA, CDMA băng hẹp
 Chuyển mạch: chuyển mạch kênh (Circuit – switching)
 Mạng di động 2.5 G
Là thế hệ kết nối thông tin di động bản lề giữa 2G và 3G. Chữ số 2.5G
chính là biểu tượng cho việc mạng 2G được trang bị hệ thống chuyển mạch
gói bên cạnh hệ thống chuyển mạch theo kênh truyền thống. Nó khơng được
định nghĩa chính thức bởi bất kỳ nhà mạng hay tổ chức nào và chỉ mang mục
đích duy nhất là tiếp thị công nghệ mới theo mạng 2G. Mạng 2.5G cung cấp
một số lợi ích tương tự mạng 3G và có thể dùng cơ sở hạ tầng có sẵn của các
nhà mạng 2G trong các mạng GSM và CDMA. Và tiến bộ duy nhất chính là
GPRS - cơng nghệ kết nối trực tuyến, lưu chuyển dữ liệu được dùng bởi các

nhà cung cấp dịch vụ viễn thơng GSM. Bên cạnh đó, một vài giao thức, chẳng
hạn như EDGE cho GSM và CDMA2000 1x-RTT cho CDMA, có thể đạt
được chất lượng gần như các dịch vụ cơ bản 3G (bởi vì chúng dùng một tốc
độ truyền dữ liệu chung là 144 kbit/s), nhưng vẫn được xem như là dịch vụ
2.5G (hoặc là nghe có vẻ phức tạp hơn là 2.75G) bởi vì nó chậm hơn vài lần
so với dịch vụ 3G thực sự.
 Các dịch vụ số liệu cải tiến:
 Tốc độ bit data cao hơn
 Hỗ trợ kết nối Internet
 Phương thức chuyển mạch: chuyển mạch gói – Packet Switching
1.1.3. Thế hệ di động 3G
3-G, (Third-generation technology) là công nghệ truyền thông thế hệ thứ
ba, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi
email, tin nhắn nhanh, hình ảnh...). 3G cung cấp cả hai hệ thống là chuyển
19


mạch gói và chuyển mạch kênh. Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập
radio hoàn toàn khác so với hệ thống 2G hiện nay. Điểm mạnh của công nghệ
này so với công nghệ 2G và 2.5G là cho phép truyền, nhận các dữ liệu, âm
thanh, hình ảnh chất lượng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di
chuyển ở các tốc độ khác nhau. Với công nghệ 3G, các nhà cung cấp có thể
mang đến cho khách hàng các dịch vụ đa phương tiện, như âm nhạc chất
lượng cao; hình ảnh video chất lượng và truyền hình số; Các dịch vụ định vị
tồn cầu (GPS); E-mail;video streaming; High-ends games;...
Tình hình triển khai:

Hình 1.2. Tình hình triển khai hệ thống thông tin di động từ 2005-2020
WCDMA (wideband code division multiple access) là chuẩn liên lạc 3G
song hành cùng với chuẩn GSM. WCDMA là công nghệ nền tảng cho các

công nghệ 3G khác như là UMTS và FOMA.WCDMA được tập đoàn EITS
NTT Docomo Nhật bản phát triển riêng cho mạng 3G FOMA. Sau đó NTT đã
trình lên liên hiệp truyền thông quốc tế ITU và xin công nhận dưới danh nghĩa
là một thành viên của chuẩn 3G có tên gọi IMT2000. ITU đã chấp thuận và
công nhận WCDMA là giao diện nền tảng cho UMTS. FOMA được NTT
20


Docomo đưa vào ứng dụng từ năm 2001 và được coi là dịch vụ 3G thương
mại đầu tiên trên thế giới.Mặc dù cũng dựa vào nền tảng WCDMA song
FOMA lại khơng tương thích với UMTS.
1.1.3.1. Các tham số chính của 3G - WCDMA
−

WCDMA là hệ thống sử dụng chuỗi trải phổ trực tiếp. Nghĩa là luồng

thông tin được trải trên một băng thông rộng bằng việc nhân luồng dữ liệu
này với một chuỗi trải phổ giả ngẫu nhiên PN. Để có thể hỗ trợ việc truyền dữ
liệu ở tốc độ cao, hệ số trải phổ (SF) thay đổi và kết nối dựa trên nhiều mã trải
phổ được hỗ trợ trong WCDMA.
−

Tốc độ chip sử dụng cho WCDMA có tốc độ 3.84 Mbps tương ứng với

băng tần truyền dẫn WCDMA là 5 MHz. Băng thơng truyền dẫn lớn của
WCDMA ngồi việc nhằm hỗ trợ truyền dẫn tốc độ cao còn mang lại một vài
ưu điểm khác như: tăng hệ số phân tập đa đường.
−

WCDMA hỗ trợ truyền dẫn tốc độ thay đổi, hay nói cách khác là khái


niệm sử dụng băng thơng theo nhu cầu có thể được thực hiện. Trong một
khung truyền dẫn thì có tốc độ dữ liệu là cố định. Tuy nhiên tốc độ dữ liệu
giữa các khung truyền dẫn khác nhau có thể giống nhau hoặc khác nhau.
−

WCDMA có hai chế độ hoạt động đó là FDD và TDD. Đối với FDD thì

các cặp tần số sóng mang với độ rộng 5 MHz được sử dụng cho kênh truyền
dẫn hướng lên và hướng xuống một cách tương ứng. Trong khi đó ở chế độ
TDD thì chỉ có một sóng mang độ rộng 5 MHz được sử dụng cho cả đường
lên và đường xuống theo kiểu phân chia theo thời gian. TDD được sử dụng ở
dải băng tần không chia cặp được.
−

Các BTS trong WCDMA (node B) hoạt động ở chế độ khơng đồng bộ.

Do đó khơng cần cung cấp một nguồn đồng bộ cho tất cả các BTS trong mạng
ví dụ như sử dụng GPS. Chế độ làm việc không đồng bộ này giúp cho
WCDMA trở nên dễ triển khai cấu hình indoor và micro cell.

21


−

WCDMA sử dụng tách sóng nhất quán trên cả hai hướng lên và xuống

sử dụng các ký hiệu dẫn đường. Chế độ tách sóng này đã được sử dụng trên
đường xuống đối với mạng 2G IS-95.

−

Giao diện vô tuyến của WCDMA được thiết kế để nhà vận hành có thể

lựa chọn sử dụng các công nghệ máy thu hiện đại như: MUD, hệ thống anten
thích ứng nhằm tăng dung lượng của mạng cũng như vùng phủ sóng của các
trạm thu phát.
−

WCDMA được thiết kế để có thể triển khai bên cạnh hệ thống GSM

thế hệ 2. Nghĩa là WCDMA có thể hỗ trợ chuyển giao giữa hai hệ thống
WCDMA và GSM nhằm đảm bảo một sự dịch chuyển mềm dẻo khi triển
khai mạng 3G-WCDMA.
Bảng 1.1. Các thơng số chính của WCDMA
Băng tần kênh
Cấu trúc kênh hướng xuống
Tốc độ chip
Lặp
Độ dài khung

1,25 MHz; 5 MHz; 10 MHz; 20 MHz
Trải phổ trực tiếp
(1,024)a/4,096/8,192/16,384
0,22
10 ms/ 20 ms
QPSK cân bằng (hướng xuống)

Điều chế trải phổ


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

Điều chế dữ liệu

BPSK (hướng lên)
Kênh pilot ghép thời gian (hướng lên

Phát hiện kết nối

và hướng xuống)
Không kênh pilot chung hướng xuống
Kênh điều khiển, kênh pilot ghép thời gian

Ghép kênh hướng lên

Ghép kênh I&Q cho kênh dữ liệu và

Đa tốc độ
Hệ số trải phổ

kênh điều khiển
Trải phổ biến đổi và đa mã
4 – 256
Vịng hở và vịng khép kín (tốc độ 1,6

Điều khiển công suất

22



Trải phổ (hướng lên)
Trải phổ (hướng xuống)
Chuyển giao

KHz)
Mã trực giao dài để phân biệt kênh,
mã gold 218
Mã trực giao dài để phân biệt kênh,
mã gold 241
Chuyên giao mềm (Soft handoff)
Chuyển giao khác tần số

1.1.3.2. Mạng 3.5 G
Là hệ thống mạng di động truyền tải tốc độ cao HSDPA (High Speed
Downlink Packet Access), phát triển từ 3G và hiện đang được 166 nhà mạng
tại 75 nước đưa vào cung cấp cho người dùng. Nó đuợc kết hợp từ 2 cơng
nghệ kết nối không dây hiện đại HSPA và HSUPA, cho phép tốc độ truyền
dẫn lên đến 7.2Mbp/s.
1.1.4. Thế hệ thông tin di động 4G
4-G, là công nghệ truyền thông không dây thế hệ thứ tư, cho phép truyền
tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1 - 1,5 Gbit/s.
Cách đây khơng lâu thì một nhóm gồm 26 cơng ty trong đó có Vodafone
(Anh), Siemens (Đức), Alcatel (Pháp), NEC và DoCoMo (Nhật Bản), đã ký
thỏa thuận cùng nhau phát triển một tiêu chí cao cấp cho ĐTDĐ, một thế hệ
thứ 4 trong kết nối di động - đó chính là nền tảng cho kết nối 4G sắp tới đây.
Công nghệ 4G được hiểu là chuẩn tương lai của các thiết bị không dây. Các
nghiên cứu đầu tiên của NTT DoCoMo cho biết, điện thoại 4G có thể nhận dữ
liệu với tốc độ 100 Mbit/s khi di chuyển và tới 1 Gbit/s khi đứng yên, cũng

như cho phép người sử dụng có thể tải và truyền lên các hình ảnh, video clips
chất lượng cao. Mạng điện thoại 3G hiện tại của DoCoMo có tốc độ tải là 384
Kbit/s và truyền dữ liệu lên với tốc độ 129 Kbit/s. NTT DoCoMo cũng hy vọng
trong vòng 2010 - 2020 sẽ có thể đưa mạng 4G vào kinh doanh, cho phép
người dùng truyền tải các dữ liệu HD, xem tivi tốc độ cao, trải nghệm web

23


tiên tiến hơn cũng như mang lại cho người dùng nhiều tiện lợi hơn nữa từ
chính chiếc di động của mình.


Các đặc điểm của 4G:

 Hiện nay đang xây dựng chuẩn.
 Cải tiến về dịch vụ dữ liệu: Tốc độ bit: 20 – 100 Mb/s.
 Phương thức điều chế: OFDM, MC-CDMA
 Xu hướng kết hợp: mạng lõi IP + mạng truy nhập di động (3G)
và truy nhập vô tuyến Wimax & Wi-Fi !
1.2. Tiến trình triển khai cơng nghệ và tiêu chuẩn hóa HSPA
3GPP là tổ chức chuẩn hóa các công nghệ mạng thông tin di động tế bào
cho cả HSDPA và HSUPA và đã đạt được kết quả rất tốt như đối với bản phát
hành công nghệ đa truy cập phân chia theo mã băng rộng WCDMA. Hơn thế,
3GPP cịn chịu trách nhiệm cho việc chuẩn hóa giải pháp toàn cầu về tốc độ
dữ liệu cải tiến và hệ thống di động cho hệ thống tồn cầu
(GSM/EDGE).Theo đó, WCDMA đã được lựa chọn ở một vài khu vực như là
cơ sở cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3, và trở thành nguyên lý
công nghệ cho hoạt động ở một vài khu vực lân cận. Do đó, đến cuối năm
1998, Mỹ, châu Âu, Hàn Quốc và Nhật Bản đã lựa chọn và tạo ra 3 GPP.

Mốc đầu tiên đạt được là vào cuối năm 1999 khi Re’99 được công bố,
bao hàm được đầy đủ các đặc tính kỹ thuật của các bản đã phát hành
WCDMA. Re’4 phát hành vào đầu năm 2001.

R99 R4

R5

R6

R7

R8

R9

R10

LTE
Adv

Common
IMS
EPC LTE

HSPA
UL

HSPA
+

MMT
el

IMS

UMTS

HSPA
DL

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

24


Hình 1.3. Mốc phát hành các phiên bản và chuẩn hóa
HSPA (High-Speed Packet Access: Truy cập tốc độ cao) là một công
nghệ truyền dẫn không dây đang được ứng dụng cho các thiết bị thông tin di
động. Hiện HSPA đã có hơn 370 mạng đang hoạt động trên tồn cầu. HSPA
hiện đang hỗ trợ tốc độ dữ liệu 42 Mbps cho đường xuống (HSDPA) và 11.5
Mbps cho đường lên (HSUPA). Công nghệ này giúp tăng dung lượng mạng
và giảm thời gian trễ đối với các dịch vụ tương tác. Tính trung bình, người sử
dụng có thể download với tốc độ nhanh gấp nhiều lần so với kết nối GPRS
đang được các nhà khai thác tại Việt Nam cung cấp hiện nay. Trong tương lai
gần, HSPA sẽ được nâng cấp lên Release 9 với tốc độ 100 Mbps cho đường
xuống và 23 Mbps cho đường lên(đối với multicarrier and MIMO).
1.3.1. Công nghệ HSDPA
1.3.1.1. Sự chuẩn hóa HSDPA trong 3GPP
HSDPA là một phương thức truyền tải dữ liệu theo phương thức mới.
Đây được coi là sản phẩm của dịng 3.5G. Cơng nghệ này cho phép dữ liệu

download về máy điện thoại có tốc độ tương đương với tốc độ đường truyền
ADSL, vượt qua những cản trở cố hữu về tốc độ kết nối của một chiếc điện
thoại thông thường. Đây là giải pháp mang tính đột phá về mặt cơng nghệ và
được phát triển trên cơ sở của hệ thống 3G W-CDMA.
HSDPA có tốc độ truyền tải dữ liệu lên tối đa gấp 5 lần so với khi sử
dụng công nghệ W-CDMA. Về mặt lý thuyết, HSDPA có thể đạt tốc độ truyền
tải dữ liệu lên tới 42-84 Mbps.
Mặc dù có thể truyền tải bất cứ dạng dữ liệu nào, song mục tiêu chủ yếu
của HSDPA là dữ liệu dạng video và nhạc.
HSDPA được phát triển dựa trên công nghệ W-CDMA, sử dụng các
phương pháp chuyển đổi và mã hóa dữ liệu khác. Nó tạo ra một kênh truyền
dữ liệu bên trong W-CDMA được gọi là HS-DSCH (High Speed Downlink
25