Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động LỜI CÁM ƠN Trước hết, em xin chân thành cám ơn Ths. Trần Ngọc Hưng, sự chỉ bảo tận tình cùng những tài liệu quí báu của Thầy đã giúp em hoàn thành luận văn này. Em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cô giáo trong trường Đại học Công Nghệ - ĐH QG Hà Nội đã tạo mọi điều kiện học tập và nghiên cứư cho em trong suốt bốn năm học vừa qua. Xin cám ơn các bạn học và những người thân đã luôn giúp đỡ, động viên và chia sẻ những lúc tôi khó khăn trong thời gian thực hiện luận văn này. Do thời gian hạn hẹp và cũng chịu nhiều yếu tố tác động nên khoá luận sẽ không tránh khỏi sai sót. Em rất mong sẽ nhận được những ý kiến đóng góp xây dựng của Thầy, Cô và các bạn để có thể tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu của mình. ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ 1 Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viến thông phát triển nhanh nhất và phục vụ con người hữu hiệu nhất. Để đáp ứng nhu cầu về chất lượng và dịch vụ ngày càng nâng cao, thông tin di động càng không ngừng được cải tiến. Tiền thân của 3G là hệ thống điện thoại 2G, như GSM, CDMA, PDC, PHS GSM sau đó được nâng cấp lên thành GPRS, hay còn gọi là thế hệ 2,5G. GPRS hỗ trợ tốc độ 140,8 Kb/giây dù tỷ lệ thường gặp chỉ là 56 Kb/giây. E-GPRS, hay EDGE, là một bước tiến đáng kể từ GPRS với khả năng truyền dữ liệu 180 Kb/giây và được xếp vào hệ thống 2,75G. Năm 2006, mạng UMTS tại Nhật đã nâng cấp lên HSDPA (High Speed Downlink Packet Access - Truy cập gói dữ đường xuống tốc độ cao) - là một tính năng mới được đề cập trong các phiên bản R5 của 3GPP cho hệ thống truy nhập vô tuyến WCDMA/UTRA- FDD và được xem như là một trong những công nghệ tiên tiến cho hệ thống thông tin di động 3.5G. HSDPA bao gồm một tập các tính năng mới kết hợp chặt chẽ với nhau cải thiện dung lượng mạng và tăng tốc dữ liệu đỉnh đối với dung lượng gói đường xuống. Những cải tiến về mặt kỹ thuật cho phép các nhà khai thác có thể đưa ra nhiều dịch vụ tốc độ bit cao, cải thiện QoS của các dịch vụ hiện có, và đạt chi phí thấp nhất. Khả năng hỗ trợ tốc độ dữ liệu và tính di động của WCDMA/HSDPA là chưa từng có trong các phiên bản trước đây của 3GPP. Trong khuôn khổ khoá luận này, tác giả đi vào nghiên cứu cấu trúc HSDPA và ứng dụng vào mạng di động thế hệ thứ 3G. Đồng thời đưa ra phương pháp luận cho các nhà khai thác mạng về tính hiệu quả của công nghệ này. MỤC LỤC ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ 2 Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 7 DANH MỤC CÁC BẢNG 8 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 9 1.1 Mở đầu 9 1.2 Các tiêu chuẩn xây dựng mạng 3G 13 1.3 Các tham số của mạng chính của mạng WCDMA 14 1.4 Các kênh cơ bản của WCDMA 16 1.4.1 Kênh logic 17 1.4.1.1 Kênh điều khiển 18 1.4.1.2 Kênh lưu lượng 18 1.4.2 Kênh truyền tải 19 1.4.2.1 Kênh truyền tải riêng 19 1.4.2.2 Kênh truyền tải chung 19 1.4.3 Kênh vật lý 20 1.4.3.1 Kênh đường lên 20 1.4.3.2 Kênh đường xuống 21 1.5 Các bước cải tiến của công nghệ WCDMA 24 CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ HSDPA 27 2.1 Tổng quan về HSDPA 27 2.2 Những cải tiến quan trọng của HSDPA so với WCDMA 29 2.3 Nguyên lý hoạt động của HSDPA 31 2.4 Cấu trúc HSDPA 33 ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ 3 Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động 2.4.1 Mô hình giao thức HSDPA 33 2.4.2 Cấu trúc kênh 35 2.4.2.1 Kênh HS-PDSCH 35 2.4.2.2 Kênh HS-DPCCH 39 2.5 Kỹ thuật sử dụng trong HSDPA 41 2.5.1 Điều chế và mã hoá thích ứng 41 2.5.2 Kỹ thuật H-ARQ 44 CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG TRÊN HSDPA 47 3.1 VoIP song công toàn phần và thúc đầy trò chuyện 47 3.2 Trò chuyện với thời gian thực 48 3.3 Luồng TV di động 48 3.4 Email 49 KẾT LUẬN 52 PHỤ LỤC 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ 4 Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động DANH M ỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT 1G : First Generation 2G : Second Generation 3G : Third Generation 3GPP : 3 rd Generation Partnership Project 16QAM : 16 Quadrature Amplitude Modulation 64QAM : 64 Quadrature Amplitude Modulation AMC : Adaptive Modulation and Coding ARQ : Automatic Repeat request BCCH : BroadCast Control CHannel (logic channel) BCH : BroadCast CHannel (transport channel) BER : Bit Error Rate CCTRCH : Coded Composite Transport Channel DCCH : Dedicated Control CHannel (logical channel) DPCCH : Dedicated Physical Control CHannel DPCH : Dedicated Physical Channel DPDCH : Dedicated Physical Data Channel DTCH : Dedicated Traffic CHannel EDGE : Enhanced Data Rates for GSM Evolution FDD : Frequency Division Multiple Access GSM : Global System for Mobile Communications H-ARQ : Hybrid Automatic Repeat request HS-DPCCH : Uplink High-Speed Dedicated Physical Control CHannel ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ 5 Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động HS-DSCH : High-Speed Downlink Shared Channel HS-PDSCH : High-Speed Physical Downlink Shared Channel HS-SCCH : High-speed Shared Control Channel HSDPA : High-speed Downlink Packet Access ITU : Internation Telecommunication Union MAC : Medium Access Control MAC-hs : Hight-speed MAC Node B : Base Station SAW : Stop And Wait TTI : Transmission Time Interval UMTS : Universal Mobile Telecommunication System WCDMA : Wideband CDMA ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ 6 Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1 :Các bước phát triển mạng thông tin di động Hình 2: Cấu trúc kênh của WCDMA Hình 3: Cấu trúc kênh logic Hình 4: Ánh xạ giữa kênh logic và kênh giao vận Hình 5: Tốc độ truyền WCDMA đường lên Hình 6: Cấu trúc của kênh dành riêng Hình 7: Cấu trúc kênh CCPCH Hình 8: Cấu trúc của kênh đồng bộ SCH Hình 9: Chất lượng khe thời gian truy cập của kênh RACH Hình 10: Biểu đồ cột so sánh thời gian download của các công nghệ Hình 11: Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDMA Hình 12 - Nguyên lý hoạt động cơ bản của HSDPA Hình 13: Kiến trúc giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH Hình 14: Cấu trúc lớp MAC – hs Hình 15: Giao diện vô tuyến của HSDPA Hình 16: Thời gian và bộ mã được chia sẻ trong HS-DSCH Hình 17: Trạng thái kênh của các user Hình 18.1 : Hệ thống trong trường hợp 1 kênh HS-SCCH và phân chia đa thời gian Hình 18.2: Hệ thống trong trường hợp nhiều kênh HS-SCCH và phân chia đa thời gian Hình 19: Cấu trúc kênh HS-DPCCH Hình 20: Biểu diễn mã hoá điều chế của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng với mỗi mã theo dB Hình 21: Hoạt động của giao thức SAW 4 kênh Hình 22: Quá trình truyền lại khối dữ liệu IR Hình 23: Ước lượng tiêu thụ công suất của điện thoại di động Hình 24: Truy cập email từ mobile sử dụng pin 1000-mAh ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ 7 Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Bảng so sánh các công nghệ di động và tốc độ truyền dữ liệu Bảng 2: Các thông số chính của WCDMA Bảng 3: Tốc độ dữ liệu đỉnh của HSDPA trong một số trường hợp Bảng 4: Lược đồ mã hoá điều chế của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng với mỗi mã ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ 8 Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3G 1.1 Mở đầu Thế hệ điện thoại di động đầu tiên (1G) ra đời trên thị trường vào những năm 70/80. Đấy là những điện thoại anolog sử dụng kỹ thuật điều chế radio gần giống như kỹ thuật dùng trong radio FM. Trong thế hệ điện thoại này, các cuộc thoại không được bảo mật. Thế hệ 1G này còn thường được nhắc đến với "Analog Mobile Phone System (AMPS)". Mốc thời gian đánh dấu sự ra đời của 2G, điện thoại kỹ thuật số (digital) là đầu những năm 90. Chuẩn kỹ thuật số đầu tiên là D-AMPS sử dụng TDMA (Time division Mutiple Access). Tiếp theo sau là điện thoại 2G dựa trên công nghệ CDMA ra đời. Sau đó Châu Âu chuẩn hóa GSM dựa trên TDMA. Cái tên GSM ban đầu xuất phát từ "Groupe Speciale Mobile" (tiếng Pháp), một nhóm được thành lập bởi CEPT, một tổ chức chuẩn hóa của Châu Âu, vào năm 1982. Nhóm này có nhiệm vụ là chuẩn hóa kỹ thuật truyền thông di động ở bãng tầng 900MHz. Sau đó,GSM được chuyển thành Global System for Mobile Communication vào năm 1991 như là một tên tắt của công nghệ nói trên. Năm 2001, để tăng thông lường truyền để phục vụ nhu cầu truyền thông tin (không phải thoại) trên mạng di động, GPRS đã ra đời. GPRS đôi khi được xem như là 2.5G. Tốc độ truyền data rate của GSM chỉ =9.6Kbps. GPRS đã cải tiến tốc độ truyền tăng lên gấp 3 lần so vớii GSM, tức là 20-30Kbps. GPRS cho phép phát triển dịch vụ WAP và internet (email) tốc độ thấp. Tiếp theo sau, 2003, EDGE đã ra đời với khả năng cung ứng tốc độ lên được 250 Kbps (trên lý thuyết). EDGE còn được biết đến như là 2.75G (trên đường tiến tới 3G) Cụm từ điện thoại di động 3G ngày nay đã trở nên quen thuộc với người dùng di động. 3G là viết tắt của third-generation technology là chuẩn và công nghệ truyền thông thế hệ thứ ba, cho phép truyền ngoài dữ liệu chuẩn là đàm thoại còn có thể truyền dữ liệu phi thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ 9 Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động ảnh, nhạc, internet ). Công nghệ 3G vừa cho phép triển khai những dịch vụ cao cấp vừa làm tăng dung lượng của mạng điện thoại nhờ vào việc sử dụng hiệu quả hiệu suất phổ. Hình 1 :Các bước phát triển mạng thông tin di động Trong số các dịch vụ của 3G, điện thoại video hoặc khả năng truy nhập internet thường được xem là một ví dụ tiêu biểu về dịch vụ cao cấp mà các nhà cung cấp dịch vụ muốn cung cấp cho khách hàng. Tuy nhiên tần số vô tuyến nói chung là một tài nguyên đắt đỏ, giá tần số cho công nghệ 3G rất đắt tại nhiều nước, nơi mà các cuộc bán đầu giá tần số mang lại hàng tỷ euro cho chính phủ. Bởi vì chi phí cho bản quyền về các tần số phải trang trải trong nhiều năm trước khi các thu nhập từ mạng 3G đem lại, nên một khối lượng đầu tư khổng lồ là cần thiết để xây dựng mạng 3G. Nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đã rơi vào khó khăn về tài chính và điều này đã làm chậm trễ việc triển khai mạng 3G tại nhiều nước ngoại trừ Nhật Bản và Hàn Quốc, nơi yêu cầu về bản quyền tần số được bỏ qua do phát triển hạ tầng cơ sở IT quốc gia được đặt ưu tiên cao. Nước đầu tiên đưa 3G vào khai thác thương mại một cách rộng rãi là Nhật Bản. Năm 2005, khoảng 40% các thuê bao tại Nhật Bản là thuê bao 3G, mạng 2G đang dần biến mất tại Nhật Bản. Với 3G, chúng ta sẽ có một số tên gọi liên quan như: công nghệ (nền tảng) 3G, mạng 3G, chuẩn 3G. Công nghệ 3G và chuẩn 3G có thể coi là một, trong khi mạng 3G là mạng di động ứng dụng những công nghệ 3G. Trước đây, chuẩn 3G là một chuẩn đơn lẻ, duy nhất và được áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Tuy ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ 10 [...]... dẫn như: • Kết nối Internet di động • Email di động • Các dịch vụ đa phương tiện, như ảnh kỹ thuật số và phim được thu và chia sẻ qua các thiết bị cầm tay di động • Download các ứng dụng di động • Video-theo-yêu cầu • Chơi game online • Các dịch vụ khẩn cấp và định vị nâng cao • Các dịch vụ nhắn tin bấm-để-nói và bấm-để-xem video có thời gian chờ thấp Hệ thống thông tin di động 3G sử dụng công nghệ truy... các khả năng này, mạng di động phải dựa vào những nền tảng công nghệ mới – 3G, 3,5G và 4G – hay còn gọi là các nền tảng công nghệ di động tương lai ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN 11 Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động Bảng 1: Bảng so sánh các công nghệ di động và tốc độ truyền dữ liệu Công nghệ 1G Tốc độ Tính năng AMPS Không có Analog (chỉ có chức năng thoại) 2G - Thoại - GSM - CDMA... giao di n không gian đầu tiên, sớm nhất và hoàn thiện nhất trong các hệ tiêu chuẩn đó và được các nhà khai thác và sản xuất thiết bị viễn thông ở cả 3 châu lục: Âu, Á, Mỹ sử dụng rộng rãi UMTS cũng là dòng công nghệ chiếm thị phần lớn nhất trên thị trường thông tin di động ngày nay (chiếm tới 85,4% theo GSA 8-2007) ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN 13 Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động. .. Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động nhiên, càng về sau này, 3G càng được phân chia thành nhiều chuẩn khác khác, tuỳ thuộc vào khả năng nghiên cứu của các nhà cung cấp dịch vụ Trong tương lai không xa, có thể là một hoặc hai ba năm nữa, mạng di động sẽ trở thành một mạng truyền dữ liệu tốc độ cao, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người dùng Để có thể thực hiện được các khả năng này, mạng di động phải dựa vào... Hương -K49Đ Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động 2.3 Nguyên lý hoạt động của HSDPA Hình 12 - Nguyên lý hoạt động cơ bản của HSDPA HSDPA gồm các giải pháp: + Thực hiện đan xen thời gian truyền dẫn ngắn TTI=2ms + Mã hoá và điều chế thích ứng AMC + Truyền dẫn đa mã, lớp vật lý tốc độ cao L1 + Yêu cầu lặp tự động lai H-ARQ Trong giải pháp HSDPA, thiết bị sắp xếp gói tin sẽ được chuyển từ bộ điều khiển mạng... Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động Kênh vận tải: qui định bằng cách nào và với đặc trưng gì thông tin sẽ được truyền đi Đây là dịch vụ mà lớp vật lý cung cấp cho lớpMAC ở trên nó Kênh vật lý: chính là kênh hiện hữu truyền tải thông tin đi Việc phân ra các loại kênh khác nhau mình nghĩ là giống việc phân lớp trong mạng, giúp cho dễ quản lý và điều khiển Cứ ứng với mỗi loại thông tin kèm theo những đặc... xuất mạng Trong một vài trường hợp dùng phát thông tin số liệu gói Hình 9 cho ta cái nhìn sơ bộ về chất lượng khe thời gian truy cập của kênh RACH ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN 23 Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động Hình 9: Chất lượng khe thời gian truy cập của kênh RACH 1.5 Các bước cải tiến của công nghệ WCDMA Các dịch vụ di động 3G giúp người tiêu dùng và các nhà chuyên nghiệp... riêng DCH: mang thông tin điều khiển cho riêng một MS với mang DCH-UL, DCH-DL - Kênh truyền tải chung CCH : dùng chung cho tất cả các MS Mỗi kênh truyền tải chứa một mã chỉ thị định dạng truyền tải TFI (Transport Format Indicator) TFI được sử dụng để phối hợp làm việc giữa lớp MAC và lớp vật ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN 18 Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động lý Lớp vật lý sẽ... đã chấp nhận W-CDMA là thành viên của IMT-2000 và sau đó chọn W-CDMA là giao di n nền tảng cho UMTS UMTS: UMTS (Universal Mobile Telephone System) dựa trên công nghệ WCDMA, là giải pháp tổng quát cho các nước sử dụng công nghệ di động GSM UMTS do tổ chức 3GPP quản lý 3GPP cũng đồng thời chịu trách nhiệm về các chuẩn mạng di động như GSM, GPRS và EDGE Sự phát triển liên tục các tiêu chuẩn kỹ thuật trên... của nó, mạng sẽ tự động truy cập vào các kênh tương ứng để gửi thông tin đi một cách hiệu quả nhất 1.4.1 Kênh logic Hình 3: Cấu trúc kênh logic Kênh logic định nghĩa loại số liệu được truyền đi, bao gồm 2 loại kênh: Kênh điều khiển và kênh lưu lượng 1.4.1.1 Kênh điều khiển Kênh điều khiển chung ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN 17 Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động - Kênh điều khiển . Thu Hương -K49Đ 8 Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3G 1.1 Mở đầu Thế hệ điện thoại di động đầu tiên (1G) ra đời trên thị trường vào. các nền tảng công nghệ di động tương lai. ĐH Công Nghệ - ĐHQGHN Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ 11 Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động Bảng 1: Bảng so sánh các công nghệ di động và tốc độ truyền. Nguyễn Thị Thu Hương -K49Đ 6 Khóa Luận Tốt Nghiệp Thông Tin Di Động DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1 :Các bước phát triển mạng thông tin di động Hình 2: Cấu trúc kênh của WCDMA Hình 3: Cấu trúc kênh