Đề tài Ứng dụng HSDPA trong mạng điện thoại thế hệ 3

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. 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 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 thế hệ 3 9 1.1 Mở đầu 10 1.2 Các tiêu chuẩn xây dựng mạng 3G 14 1.3 Các tham số của mạng chính của mạng WCDMA 15 1.4 Các kênh cơ bản của WCDMA 17 1.4.1 Kênh logic 17 1.4.1.1 Kênh điều khiển 19 1.4.1.2 Kênh lưu lượng 19 1.4.2 Kênh truyền tải 19 1.4.2.1 Kênh truyền tải riêng 20 1.4.2.2 Kênh truyền tải chung 20 1.4.3 Kênh vật lý 21 1.4.3.1 Kênh đường lên 21 1.4.3.2 Kênh đường xuống 22 1.5 Các bước cải tiến của công nghệ WCDMA 25 Chương 2: Giới thiệu về công nghệ HSDPA 28 2.1 Tổng quan về HSDPA 28 2.2 Những cải tiến quan trọng của HSDPA so với WCDMA 30 2.3 Nguyên lý hoạt động của HSDPA 33 2.4 Cấu trúc HSDPA 34 2.4.1 Mô hình giao thức HSDPA 35 2.4.2 Cấu trúc kênh 36 2.4.2.1 Kênh HS-PDSCH 37 2.4.2.2 Kênh HS-DPCCH 42 2.5 Kỹ thuật sử dụng trong HSDPA 44 2.5.1 Điều chế và mã hoá thích ứng 44 2.5.2 Kỹ thuật H-ARQ 47 Chương 3: Ứng dụng trên HSDPA 50 3.1 VoIP song công toàn phần và thúc đầy trò chuyện 50 3.2 Trò chuyện với thời gian thực 51 3.3 Luồng TV di động 51 3.4 Email 52 Kết luận 55 Phụ lục 56 Tài liệu tham khảo 60 DANH M ỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT 1G : First Generation 2G : Second Generation 3G : Third Generation 3GPP: 3rd 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 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 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 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 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3G 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 độk 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 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 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 những nền tảng công nghệ mới – 3G, 3,5G và 4G – hay còn gọi là các nền tảng công nghệ di động tương lai. Bảng 1: Bảng so sánh các công nghệ di động và tốc độ truyền dữ liệu Công nghệ Tốc độ Tính năng 1G AMPS Không có Analog (chỉ có chức năng thoại) 2G - GSM - CDMA - iDen Nhỏ hơn 20Kbps - Thoại - SMS - Gọi hội nghị - Caller ID - Push – to - talk 2.5G - GPRS - 1xRTT - EDGE Từ 30Kbpsà90Kbps - MSM - Ảnh - Trình duyệt Web - Audio/Video clip - Game - Tải các ứng dụng và nhạc chuông 3G - UMTS - 1xEV-DO Từ 144Kbpsà2Mbps - Video chất lượng cao - Nhạc “streaming” - Game 3D - Lướt web nhanh 3.5G - HSDPA - 1xEV-DV Từ 384Kbpsà14.4Mbps - Video theo yêu cầu (VOD) - Video hội họp Các tiêu chuẩn xây dựng mạng 3G 3G bao gồm 3 chuẩn chính là : W-CDMA CDMA2000 TDSCDMA. Trong đó, chuẩn W-CDMA có hai chuẩn con thành phần là : UMTS FOMA. W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access): là chuẩn liên lạc di động 3G song hành với cùng với chuẩn GSM. W-CDMA là công nghệ nền tảng cho các công nghệ 3G khác như UMTS và FOMA. W-CDMA được tập đoàn ETSI NTT DoCoMo (Nhật Bản) phát triển riêng cho mạng 3G FOMA. Sau đó, NTT Docomo đã trình đặc tả này lên Hiệp hội truyền thông quốc tế (ITU) và xin công nhận dưới danh nghĩa một thành viên của chuẩn 3G quốc tế có tên IMT-2000. ITU đã chấp nhận W-CDMA là thành viên của IMT-2000 và sau đó chọn W-CDMA là giao diện nền tảng cho UMTS. UMTS: UMTS (Universal Mobile Telephone System) dựa trên công nghệ W-CDMA, 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 được thể hiện bằng 4 mô thức về tiêu chuẩn UMTS của tổ chức 3GPP là: R99, R4, R5 và R6, tạo thành một bộ tiêu chuẩn đồ sộ nhưng trong nó lại gồm những hệ tiêu chuẩn tương đối độc lập. WCDMA là một tiêu chuẩn về giao diện 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). Hiện nay, mạng UMTS có thể nâng cấp lên High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) - còn được gọi với tên 3,5G. HSDPA cho phép đẩy nhanh tốc độ tải đường xuống với tốc độ lên tới 10 Mbps. Các tham số chính của 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 trong WCDMA có tốc độ 3.84 Mps tương ứng với băng tần truyền dẫn WCDMA là 5 MHz (đối với CDMA2000 băng tần truyền dẫn có thể là 3x1.25 Mhz hoặc 3.75 MHz). Băng thông truyền dẫn lớn của WCDMA ngoài 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 thông theo nhu cầu có thể được thực hiện. Trong một khung truyền dẫn thì 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 đông 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 giải băng tần không chia cặp được. - Các BTS trong WCDMA (Node B) hoạt động ở chế độ không đồng bộ. Do đó không cần cung cấp một nguồn đồng hồ 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 ở cấu hình indoor và micro cell - 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 ănten 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 có một sự dịch chuyển mềm dẻo khi triển khai mạng 3G-WCDMA. Bảng 2: Các thông số chính của WCDMA Băng tần kênh 1,25Mhz; 5Mhz; 10Mhz; 20Mhz Cấu trúc kênh hướng xuống Trải phổ trực tiếp Tốc độ chip (1,024)a/4,096/8,192/16,384 Lặp 0,22 Độ dài khung 10 ms/ 20 ms Điều chế trải phổ QPSK cân bằng (hướng xuống) QPSK kép (hướng lên) Mạch truyền phức hợp Điều chế dữ liệu QPSK (hướng xuống) BPSK (hướng lên) Phát hiện kết nối Kênh pilot ghép thời gian (hướng lên và hướng xuống) Không có kênh pilot chung hướng xuống. Ghép kênh hướng lên Kênh điều khiển, kênh pilot ghép thời gian. Ghép kênh I&Q cho kênh dữ liệu và kênh điều khiển. Đa tốc độ Trải phổ biến đổi và đa mã Hệ số trải phổ 4 – 256 Điều khiển công suất Vòng hở và vòng khép kín (tốc độ 1,6KHz) Trải phổ (hướng lên) Mã trực giao dài để phân biệt kênh, mã Gold 218 Trải phổ (hướng xuống) Mã trực giao dài để phân biệt kênh, mã Gold 241 Chuyển giao Chuyển giao mềm (Soft handoff) Chuyển giao khác tần số Các kênh cơ bản của W-CDMA Hình 2: Cấu trúc kênh của WCDMA Từ hình 2 cho ta cái nhìn tổng quan về các kênh được sử dụng trong WCDMA gồm 3 kênh cơ bản: Kênh logic Kênh truyền tải Kênh vật lý Kênh logic: miêu tả loại thông tin sẽ được truyền đi. Mặc dù gọi là "kênh" nhưng nó không phải là kênh theo giống nghĩa như kênh vật lý, kênh vận tải. Kênh logic có thể hiểu là những công việc mà mạng và thiết bị cần phải thực hiện tại những thời điểm khác nhau. Các kênh logic này cũng có thể xem như là dịch vụ mà lớp MAC cung cấp cho lớp RLC ở trên nó. 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 trưng của nó, mạng sẽ tự động truy cập vào các kênh tương ứng để gửi thông tin đi một cách hiệu quả nhất. 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. Kênh điều khiển Kênh điều khiển chung - Kênh điều khiển quảng bá (BCCH): hoạt động ở tuyến xuống, đưa thông tin nhận biết tế bào, mạng và tình trạng hiện tại của tế bào (cấu trúc điều khiển, các lưu lượng còn rỗi, đang sử dụng hoặc nghẽn) - Kênh nhắn tin PCH: cung cấp tin nhắn từ BS đến MS, PCH phát IMSI của thuê bao và yêu cầu phát lại trên RACH- kênh điều khiển ngẫu nhiên. Ngoài ra PCH cũng có thể được dùng cung cấp các bản tin quảng bá dạng ASCII - Kênh truy cập hướng xuống DACH chuyển bản tin từ BS đến MS trong 1 cell. Hai kênh dành riêng: Kênh điều khiển dành riêng DCCH gồm kênh điều khiển dành riêng đứng một mình SDCCH và kênh điều khiển liên kết ACCH. Kênh lưu lượng Dùng để truyền các thông tin của điện thoại hoặc số liệu bao gồm 2 kênh: - Kênh lưu lượng dùng riêng (DTCH) : chuyển dữ liệu theo mô hình kết nối điểm - điểm về 2 hướng đến 1 thuê bao và được sử dụng để truyền thông tin người dùng. - Kênh lưu lượng dùng chung (CTCH): chuyển dữ liệu theo mô hình kết nối điểm - điểm trên kênh đường xuống, sử dụng để truyền thông tin cá nhân đến tất cả các thuê bao trong cùng nhóm. Kênh truyền tải Kênh truyền tải mang các thông số, đặc tính cần thiết để truyền tải các thông tin dữ liệu qua mạng. Các kênh truyền tải được hình thành nhờ việc sắp xếp các kênh logic. Có 2 loại kênh truyền tải : - Kênh truyền tải 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 lý. Lớp vật lý sẽ ghép đa hợp nhiều kênh truyền tải với nhau để tạo thành một kênh truyền tải mã hoá hỗn hợp CCTRCH (Transport Format Combination Indicator) và gởi kèm trong kênh CCTRCH. Tổ hợp mã TFCI được truyền đi trong kênh điều khiển vật lý để thông báo với đầu thu kênh truyền tải nào đang được nhận. Tiếp đó, TFCI sẽ được giải mã và tạo ra các TFI tương ứng để gởi lên lớp trên. Kênh truyền tải riêng Với kênh truyền tải riêng chỉ có một kênh duy nhất là kênh DCH. Kênh này có thể hoạt động ở tuyến lên hoặc tuyến xuống. Kênh truyền tải chung Kênh truyền tải chung bao gồm 6 kênh: BCH, FACH, PCH, RACH, CPCH và DSCH. - Kênh BCH - kênh quảng bá, là kênh truyền tải đường xuống, sử dụng để quảng bá những thông tin trong hệ thống hay trong 1 tế bào. - Kênh FACH- Kênh truy cập gọi đi, cũng là kênh truyền tải đường xuống. Có thể hoạt động trong toàn bộ hay một phần tế bào. Việc gửi kênh này được thực hiện sau khi BS nhận được bản tin truy nhập ngẫu nhiên. - Kênh PCH – Kênh tìm gọi, là kênh mang dữ liệu cần thiết cho các thủ tục tin nhắn, đó là khi hệ thống muốn kết nối lien lạc với thuê bao. - Kênh RACH – Kênh truy cập ngẫu nhiên, là kênh mang thông tin điều khiển từ thuê bao, như yêu cầu thiết lập một kết nối. - Kênh CPCH – Kênh dữ liệu gói chung, là kênh mở rộng của kênh RACH, được sử dụng để truyền dữ liệu user dạng gói trên hướng lên. Đi cặp với kênh này, ở hướng xuống dữ liệu gói được truyền trên kênh FACH. - Kênh DSCH – Kênh chia sẻ đường xuống, là kênh mang các thông tin dữ liệu hoặc thông tin điều khiển của người dùng. Hình 4: Ánh xạ giữa kênh logic và kênh giao vận Kênh vật lý Các kênh truyền tải được xử lý tiếp theo bằng cách ghép vào các kênh vật lý. Kênh vật lý được quản lý và xử lý tại lớp vật lý. Việc xử lý ở đây thực hiện những kỹ thuật biến đổi cần thiết nhằm tương thích đặc tính truyền dẫn vô tuyến và đảm bảo chất lượng tín hiệu cao nhất. Kênh đường lên Hai kênh dành riêng: - DPDCH (truyền dữ liệu) : - DPCCH (truyền báo hiệu) - Một kênh truy cập chung RACH. Hầu hết các trường hợp mỗi cuộc gọi chỉ được cấp một kênh DPDCH cho các dịch vụ chia sẻ thời gian. Cũng có thể cấp nhiều kênh, chẳng hạn để có hệ số trải phổ lớn khi truyền dữ liệu tốc độ cao. Hình 5: Tốc độ truyền WCDMA đường lên - Kênh DPDCH dùng để: + Truyền pilot cho thu tương can. + Truyền bit điều khiển công suất. + Truyền tin tức về tốc độ. Kênh đường xuống - Kênh vật lý điều khiên chung (sơ cấp và thứ cấp) CCPCH mang: BCCH, PCH, PACH. - Kênh SCH cung cấp định thời và MS đo lường SCH phục vụ chuyển giao. - Kênh dành riêng (DPDCH và DPCCH) ghép kênh theo thời gian. Kí hiệu pilot được ghép kênh trên BCCH(theo thời gian) để phục vụ thu tương quan. Vì các kí hiệu pilot là dành riêng cho mỗi kết nối nên nó được dùng để đánh giá sự hoạt động thích ứng của anten, hỗ trợ điều khiển công suất nhanh ở hướng xuống. CCPCH sơ cấp mang BCCH và kênh pilot chung được ghép kênh theo thời gian. CCPCH có mã như nhau trong tất cả các cell. Hình 6: Cấu trúc của kênh dành riêng - CCPCH thứ cấp ghép kênh theo thời gian PCH với PACH trong cấu trúc siêu khung. Tốc độ bản tin CCPCH là khả biến từ cell này sang cell khác. Hình 7: Cấu trúc kênh CCPCH - Kênh SCH- kênh đồng bộ, sử dụng cho thủ tục đồng bộ mạng. Dùng khi thực hiện thủ tục định vị và đồng bộ mạng. Hình 8: Cấu trúc của kênh đồng bộ SCH - SCH sơ cấp không điều chế cung cấp định thời xác định SCH thứ cấp mà SCH thứ cấp có điều chế cung cấp tin tức xác mã PN của BS. SCH sơ cấp sử dụng mã 256 bits không điều chế, phát mỗi lần 1 khe. SCH thứ cấp mã 256 bits cố điều chế, phát song song với SCH sơ cấp. SCH thứ cấp được điều chế với chuỗi nhị phân 16 bits (có lặp cho mỗi khung). Chuỗi điều chế giống nhau với tất cả BS có độ tự tương quan tốt. - Kênh PRACH – Kênh vật lý truy xuất ngẫu nhiên, được sử dụng ở hướng lên mang thông tin truy 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. Hình 9: Chất lượng khe thời gian truy cập của kênh RACH Các bước cải tiến của công nghệ WCDMA Các dịch vụ di động 3G giúp người tiêu dùng và các nhà chuyên nghiệp trải nghiệm chất lượng thoại ưu hạng, cùng với rất nhiều dịch vụ dữ liệu hấp 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 nhập vô tuyến WCDMA và CDMA2000 đang được triển khai rộng khắp trên toàn thế giới. Tính đến thời điểm tháng 12 năm 2005 đã có hơn 160 hệ thống 3G được đưa vào sử dụng trên phạm vi 75 quốc gia với tổng số thuê bao lên đến 230 triệu. Tuy ở phiên bản đầu tiên R99, dung lượng và tốc độ truyền dẫn dữ liệu được cải thiện đáng kể. Luồng tốc số liệu có thể đạt đến tốc độ 2 Mbps. Nhưng khi các dịch vụ số liệu được đưa vào triển khai trên các mạng thương mại thì dung lượng, tốc độ vẫn là những đòi hỏi cần phải được giải quyết. Do đó, bước cải tiến đầu tiên đối với WCDMA được đánh dấu bởi sự ra đời của kênh truyền tải mới HS-DSCH ở R5 được hoàn thành vào đầu năm 2002. Những cải tiến trong R5 này thường được nhắc đến với một tên gọi "HSDPA- Kênh truy nhập gói đường xuống tốc độ cao". Sự ra đời của HSDPA nhằm hỗ trợ mạnh mẽ các dịch vụ số liệu yêu cầu tốc độc truyền dẫn lớn như các dịch vụ tương tác, dịch vụ nền, dịch vụ streaming. Truy nhập dữ liệu kênh đường xuống tốc độ cao HSDPA có khả năng cung cấp dung lượng cao hơn 50% so với kênh DCH/DSCH trong R99 với trường hợp Marcrocell và 100% đối với Microcell, tốc độ truyền dẫn tối đa có thể lên đến 14 Mbps. Qua thực tế triển khai các mạng di động 3G cho thấy có rất nhiều dịch vụ số liệu phổ biến yêu cầu tốc độ truyền dẫn trên hai hướng từ MS đến Node B và ngược lại có tốc độ tương đương nhau như các dịch vụ real-time gaming và các dịch vụ trên nền TCP/IP. Trong khi đó, R5 mới chỉ đưa ra giải pháp để hỗ trợ mạnh mẽ việc truyền dẫn bất đối xứng với tốc độ truyền dẫn trên kênh đường xuống cao hơn rất nhiều so với kênh đường lên. Nhược điểm này của R5 được khắc phục trong R6 được hoàn thành vào đầu năm 2005 với tên gọi cải tiến kênh đường lên và là bước cải tiến thứ 2 đối với chuẩn mạng truy nhập vô tuyến WCDMA. Những cải tiến trong R6 đã nâng tốc độ truyền dẫn trên kênh đường lên đạt đến tốc độ 5.76 Mbps dung lượng kênh tăng lên gấp 2 lần so với kênh truyền tải đường lên trong R99. Ba mục tiêu chính của hai bước cải tiến trong R5 và R6 đó là: Nâng cao tốc độ truyền dẫn trên cả hai hướng. Tăng dung lượng của mạng trên một đơn vị tài nguyên vô tuyến định trước. Giảm trễ truyền dẫn cho cả hai hướng. Mục tiêu thứ 3 được thực hiện thông qua việc đưa một số chức năng lớp MAC đến gần hơn với giao diện vô tuyến. Ví dụ như chuyển chức năng truyền dẫn lại từ RNC đến Node B. Hơn thế nữa giảm thời gian của khung truyền dẫn cũng là một giải pháp để giảm trễ. Cụ thể khung thời gian truyền dẫn TTI của kênh DCH trong R99 là từ 10-80 ms trong khi đó khoảng thời gian này được giảm xuống còn 2 ms trong HS-DSCH của R5. Hoặc như với kênh đường lên cải tiến trong R6, ngoài hỗ trợ khung truyền dẫn 10 ms ở phiên bản trước, khung truyền dẫn 2 ms cũng được sử dụng trong phiên bản này nhằm đạt được mục tiêu thứ 3 nếu trên. Mục tiêu 1 và 2 được thực hiện thông qua kỹ thuật thích ứng kênh bao gồm thay đội tỷ lệ mã của mã sửa lỗi kênh, chọn chùm tín hiệu điều chế phù hợp với điều kiện kênh truyền, điều khiển thu phát theo sự thay đổi của kênh truyền dẫn. Điểm đáng chú ý là tăng ích của kỹ thuật thích ứng kênh không chỉ mạng lại lợi ích cho các nhà vận hành mạng như ở các phiên bản trước mà còn mang lại lợi ích cho khách hàng sử dụng các máy di động có tính năng xử lý tín hiệu tốt. Lợi ích này còn là xúc tác cho việc đẩy nhanh tốc độ tiêu thụ các sản phẩm máy di động cầm tay công nghệ cao của các nhà sản xuất. Ngoài ra, tự động yêu cầu truyền dẫn lại cũng là một trong ba kỹ thuật then chốt được sử dụng tại lớp vật lý để đạt được cả 3 mục tiêu đã nêu trên thông qua việc tận dụng kết thúc truyền dẫn sớm, được xử lý tại node B gần với giao diện vô tuyến. Chương 2 : GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ HSDPA Tổng quan về HSDPA Mặc dù công nghệ 3G WCDMA hiện nay cho phép tốc độ dữ liệu gói lên đến 2Mbps. Tuy nhiên, các tiêu chuẩn thiết kế hệ thống WCDMA có một số hạn chế như: Không tận dụng các ưu thế của dữ liệu gói vốn rất phổ biến đối với đường trục hữu tuyến Thiết kế dịch vụ 2Mbps hiện nay là không hiệu quả và cũng chưa đáp ứng được nhu cầu sử dụng dịch vụ số liệu Không thể xử lý tốc độ dữ liệu cao lên đến 10Mbps Do đó, R5 tiếp tục được phát triển để khắc phục những hạn chế này. R5 là sự phát triển quan trọng của mạng vô tuyến 3G kể từ khi WCDMA được chấp nhận là công nghệ mạng vô tuyến 3G từ năm 1997 với Các tính năng kỹ thuật của công nghệ HSDPA gồm: Tương đương với CDMA2000 1xEV (HDR) Điều chế và mã hoá thích ứng Sóng mang tốc độ dữ liệu cao (HDRC) trong băng tần 5MHz 64 QAM hỗ trợ tốc độ đỉnh tương đương 7.2 Mbps Mã Turbo Khả năng sửa lỗi gần với giới hạn lý thuyết ARQ ghép thích ứng Tự động thích ứng liên tục theo điều kiện kênh bằng cách ghép chèn thêm thông tin khi cần Sử dụng AMC khi được kết hợp với HARQ nhằm cải thiện dung lượng của hệ thống Các kỹ thuật được sử dụng cho phép HSDPA hỗ trợ tốc độ 10 Mbps Trong một hệ thống dữ liệu và thoại được tích hợp với người sử dụng thoại(12.2 Kbps) tải khoảng 30 Erl/sector và thông lượng sector của dữ liệu vấn khoảng 1 Mbps Hình 10 : Biểu đồ cột so sánh thời gian download của các công nghệ HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access)-truy cập gói đường xuống tốc độ cao, là giải pháp mang tính đột phá về mặt công nghệ và được phát triển trên cơ sở của hệ thống 3G WCDMA, được tối ưu-hóa cho các ứng dụng dữ liệu chuyển mạch gói. Công nghệ HSDPA hiện nay cho phép tốc độ download đạt đến 1.8 Mbps, 3.6Mbps, 7.2 Mbps và 14.4 Mbps, và trong tương lai gần, tốc độ hiện nay có thể được nâng lên gấp nhiều lần– đưa đến một hiệu quả sử dụng tốt hơn. Các thuê bao dịch vụ HSDPA có thể nhận email với tập tin đính kèm mang dung lượng lớn, lướt web hoặc tải về các tập tin đa phương tiện hoặc văn bản nhanh hơn bao giờ. 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. Khái niệm 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 Shared Channel), kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao. Kênh truyền tải này hoạt động hoàn toàn khác biệt so với các kênh thông thường và cho phép thực hiện download với tốc độ vượt trội. Và đây là một kênh chuyên dụng cho việc download. Điều đó cũng có nghĩa là dữ liệu sẽ được truyền trực tiếp từ nguồn đến điện thoại. Song quá trình ngược lại, tức là truyền dữ liệu từ điện thoại đến một nguồn tin thì không thể thực hiện được khi sử dụng công nghệ HSDPA. Công nghệ này có thể được chia sẻ giữa tất cả các người dùng có sử dụng sóng radio, sóng cho hiệu quả download nhanh nhất. Ngoài ra HSDPA còn sử dụng điều chế và mã hoá thích ứng (Adaptive Modulation and Coding), HARQ nhanh (Hybrid Automatic Repeat Request), và lập lịch gói (Packet Scheduling) nhanh. Những tính năng này được phối hợp chặt chẽ và cho phép thích ứng các tham số truyền dẫn theo mỗi khoảng thời gian TTI nhằm liên tục hiệu chỉnh sự thay đổi của chất lượng kênh vô tuyến. Những cải tiến quan trọng của HSDPA so với WCDMA Hình 11: Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDMA Trong WCDMA, điều khiển công suất nhanh nhằm giữ ổn định chất lượng tín hiệu nhận được (Eb/No) bằng cách tăng công suất phát nhằm chống lại sự suy hao của tín hiệu thu được. Điều này sẽ tạo ra các giá trị đỉnh trong công suất phát và tăng nền nhiễu đa truy cập, do đó sẽ làm giảm dung lượng của toàn mạng. Hơn thế nữa, sự hoạt động của điều khiển công suất yêu cầu luôn luôn phải đảm bảo một mức dự trữ nhất định trong tổng công suất phát của Node B để thích ứng với các biến đổi của nó. Loại bỏ được điều khiển công suất sẽ tránh được các hiệu ứng tăng công suất kể trên cũng như không cần tới dự trữ công suất phát của tế bào. Tuy nhiên, do không sử dụng điều khiển công suất, HSDPA yêu cầu các kỹ thuật thích ứng liên kết khác để thích ứng các tham số tín hiệu phát nhằm liên tục bám theo các biến thiên của kênh truyền vô tuyến. Một trong những yêu cầu thích ứng liên kết sẽ được đề cập trong khuôn khổ bài khoá luận này được gọi là “điều chế và mã hoá thích ứng - AMC”. Với kỹ thuật AMC, điều chế và tỉ lệ mã hoá đựoc thích ứng một cách liên tục với chất lượng kênh thay cho việc hiệu chỉnh công suất. Truyền dẫn sử dụng nhiều mã Walsh cũng được sử dụng trong quá trình thích ứng liên kết. Sự kết hợp của hai kỹ thuật thích ứng liên kết trên đã thay thế hoàn toàn kỹ thuật hệ số trải phổ biến thiên trong WCDMA do khả năng thích ứng chậm đối với sự biến thiên của truyền dẫn vô tuyến tốc độ cao. Do HSDPA không còn sử dụng điều khiển công suất vòng kín, phải tối thiểu hoá sự thay đổi của chất lượng kênh vô tuyến trong mỗi khoảng thời gian TTI, vấn đề này được thực hiện nhờ việc giảm độ rộng của TTI từ 10 ms ở WCDMA xuống còn 2ms ở HSDPA. Với sự bổ sung kỹ thuật HARQ nhanh, nó còn cho phép phát lại một cách nhanh nhất các block dữ liệu đã bị mất hoặc bị lỗi và khả năng kết hợp với thông tin mềm ở lần phát đầu tiên với các lần phát lại sau đó. Để thu thập được thông tin về thông tin chất lượng kênh hiện thời cho phép các kỹ thuật thích ứng liên kết và lập lịch gói theo dõi giám sát một cách liên tục các điều khiển vô tuyến hiện tại của thuê bao di động, lớp điều khiển trung gian MAC thì làm nhiệm vụ giám sát kênh nhanh cho phép Bộ lập lịch gói nhanh và đặc tính chia sẻ theo thời gian của kênh HS-DSCH về bản chất có thể xem như phân tập lựa chọn đa người dung với những lợi ích rât to lớn đối với việc cỉa thiện thông lượng của tế bào. Việc chuyển dịch chức năng lập lịch đến Node B là thay đổi chính về kiến trúc nếu so sánh với phiên bản R99 của WCDMA. 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 vô tuyến RNC tới Node-B nhằm giúp người sử dụng dễ dàng truy nhập vào các chức năng thống kê giao diện vô tuyến. Kỹ thuật sắp xếp gói tin tiên tiến sẽ giúp điều chỉnh được tốc độ dữ liệu người sử dụng sao cho thích hợp với các điều kiện kênh vô tuyến tức thời. Trong quá trình kết nối, thiết bị người sử dụng (UE) sẽ định kỳ gửi một chỉ thị chất lượng kênh CQI tới Node-B cho biết tốc độ dữ liệu nào (bao gồm kỹ thuật điều chế và mã hoá, số lượng các mã đã sử dụng) mà thiết bị này có thể hỗ trợ khi ở dưới các điều kiện vô tuyến hiện thời. Đồng thời, UE gửi một báo nhận (Ack/Nack) ứng với mỗi gói giúp node-B biết được thời điểm lặp lại quá trình truyền dữ liệu. Cùng với chức năng thống kê chất lượng kênh tương ứng cho từng UE trong một cell, Thiết bị sắp xếp gói tin sẽ thực hiện sắp xếp các gói của các UE một cách công bằng . Vấn đề chúng ta cần quan tâm là chất lượng kênh đường truyền của mỗi người sử dụng độc lập và cách xác định nó. Ví dụ như: tỷ lệ công suất ký hiệu trên tạp nhiếu ( tỷ số Es/No), chất lượng bộ tách UE. Nút B có thể ước lượng tốc độ dữ liệu được hỗ trợ cho mỗi UE bằng cách giám sát các lệnh điều khiển công suất phát theo chu kỳ một giá trị chỉ thị chất lượng kênh (CQI – Channel Quality Indicator) đặc thù của HSDPA trên kênh điều khiển vật lý dành riêng tốc độ cao ( HS-DPCCH) đường lên, kênh này cũng mang cả thông tin báo hiệu chấp nhận / không chấp nhận (Ask / Nask) ở dạng gói dựa trên L1 cho mỗi kênh liên kết. Khi đã ước tính được chất lượng kênh, hệ thống chia sẻ tài nguyên mã và công suất HS-DSCH giữa những người sử dụng khác nhau. Lớp điều khiển truy nhập môi trường ( MAC – Medium Access Control) được đặt tại nút B, do đó cho phép truy nhập nhanh hơn tới các giá trị đo lường tuyến kết nối, lập lịch gói hiệu quả hơn và nhanh hơn, cũng như có thể kiểm soát chất lượng QoS chặt chẽ hơn. So sánh với kỹ thuật DMA truyền thống, kênh HS-DSCH không thực hiện với điều kiện công suất phát nhanh và hệ số trải phổ cố định. Bằng cách sử dụng kỹ thuật mã hoá Turbo tốc độ thay đổi, điều chế 16 QAM, cũng như hoạt động đa mã mở rộng, kênh HS- DSCH hỗ trợ tốc độ dữ liệu đỉnh từ 120 Kbps tới hơn 10Mbps. Quá trình điều chế và mã hoá thích ứng cơ bản có một dải động khoảng 20dB, và được mở rộng hơn nữa số đa mã khả dụng. Bảng 3: Tốc độ dữ liệu đỉnh của HSDPA trong một số trường hợp TFRC Tốc độ dữ liệu (1 mã ) Tốc độ dữ liệu (5 mã) Tốc độ dữ liệu (15 mã) QPSK, tỷ lệ mã hoá 1/2 120 kpbs 600 kbps 1.8 Mbps QPSK, tỷ lệ mã hoá 3/4 240 kpbs 1.2 Mbps 3.6 Mbps 16 QAM, tỷ lệ mã hoá 1/2 360 kpbs 1.8 Mbps 5.3 Mbps QAM, tỷ lệ mã hoá ½ 480 kpbs 2.4 Mbps 7.2 Mbps QPSK, tỷ lệ mã hoá 3/4 720 kpbs 3.6 Mbps 10.7 Mbps Từ bảng 3 ta có thể phần nào hình dung được kết nối giữa một khuôn dạng truyền tải và kết nối tài nguyên (TFRC) có thể và tốc độ dữ liệu đỉnh tương ứng. Cấu trúc HSDPA Mô hình giao thức HSDPA Hình 13: Kiến trúc giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH Trong cấu trúc HSDPA, thiết bị sắp xếp gói tin sẽ được chuyển từ bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC tới Node-B nhằm giúp người sử dụng dễ dàng truy nhập vào các chức năng thống kê giao diện vô tuyến. Kỹ thuật sắp xếp gói tin tiên tiến sẽ giúp điều chỉnh được tốc độ dữ liệu người sử dụng sao cho thích hợp với các điều kiện kênh vô tuyến tức thời. Nếu như tất cả các kênh truyền tải theo kiến trúc R99, chúng đều chấm dứt tại RNC thì kênh HS-DSCH lại chấm dứt ngay tại Node B nhằm mục đích điều khiển kênh HS-DSCH, lớp MAC-hs (lớp điều khiển truy cập trung gian tốc độ cao), sẽ điều khiển các tài nguyên của kênh này và nằm ngay tại Node B. Do đó, cho phép nhận các bản tin về chất lượng kênh hiện thời để có thể tiếp tục theo dõi giám sát chất lượng kênh hiện thời để có thể liên tục theo dõi giám sát chất lượng tín hiệu cho thuê bao tốc độ thấp. Vị trí này của MAC-hs tại Node B cũng cho phép kích hoạt giao thức HARQ từ lớp vật lý, nó giúp cho các quá trình phát lại diễn ra nhanh hơn. Hình 14: Cấu trúc lớp MAC – hs Đặc biệt hơn, lớp MAC – hs chịu trách nhiệm quản lý chức năng HARQ cho mỗi user, phân phối tài nguyên HS-DSCH giữa tất cả các MAC-d theo sự ưu tiên của chúng ( ví dụ như lập lịch gói), và lựa chọn khuôn dạng truyền tải thích hợp cho mỗi TTI (ví dụ như thích ứng liên kết). Các lớp giao diện vô tuyến nằm trên MAC không thay đổi so với kiến trúc R99 bởi vì HSDPA chỉ tập trung vào việc cải tiến truyền tải của các kênh logic. Lớp MAC-hs cũng lưu giữ dữ liệu của user được phát qua giao diện vô tuyến, điều đó đã tạo ra một số thách thức đối với việc tối ưu hóa dung lượng bộ nhớ đệm của Node B. Trong quá trình kết nối, thiết bị người sử dụng (UE) sẽ định kỳ gửi một chỉ thị chất lượng kênh CQI tới Node-B cho biết tốc độ dữ liệu nào (bao gồm kỹ thuật điều chế và mã hoá, số lượng các mã đã sử dụng) mà thiết bị này có thể hỗ trợ khi ở dưới các điều kiện vô tuyến hiện thời. Đồng thời, UE gửi một báo nhận (Ack/Nack) ứng với mỗi gói giúp node-B biết được thời điểm lặp lại quá trình truyền dữ liệu. Cùng với chức năng thống kê chất lượng kênh tương ứng cho từng UE trong một cell, Thiết bị sắp xếp gói tin sẽ thực hiện sắp xếp các gói của các UE một cách công bằng . Cấu trúc kênh Hình 15: Giao diện vô tuyến của HSDPA Tài nguyên chung của người sử dụng trong ô tế bào bao gồm các bộ mã kênh và công suất phát. Khái niệm HSDPA được giới thiệu bao gồm một số kênh vật lý thêm vào: - Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-PDSCH (High Speed Physical Downlink Shared Channel) - Kênh điều khiển vật lý HS-DPCCH (HS-Physical Control Channel). Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao: HS-PDSCH Trong kênh này thời gian và mã hoá được chia sẽ giữa những người sử dụng gắn liền với Node-B. Đây là cơ cấu truyền tải cho các kênh logic được thêm vào: + Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-DSCH (HS-Downlink Shared Channel) + Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao HS-SCCH (HS-Shared Control Channel). Những tài nguyên mã hoá HS-DSCH gồm có một hoặc nhiều bộ mã định hướng với hệ số phân bố cố định SF 16. Phần lớn 15 bộ mã này có thể phân bổ cho những yêu cầu về truyền dẫn dữ liệu và điều khiển. Các tài nguyên mã hoá sẵn sàng được chia sẻ chủ yếu trong miền thời gian nhưng nó có thể chia sẻ tài nguyên mã hoá bằng cách dùng mã hoá đa thành phần. Khi cả thời gian và bộ mã được chia sẽ, từ hai đến bốn người sử dụng có thể chia sẽ tài nguyên mã hoá trong cùng một TTI. Hình 16: Thời gian và bộ mã được chia sẻ trong HS-DSCH Đặc tính quan trọng của kênh HS-DSCH là tính linh động của nguồn được chia sẻ trong khoảng thời gian rất ngắn 2ms.Khi đó dữ liệu người dùng được đặt trên kênh HS-DSCH, chúng liên tục được gửi đi trong khe thời gian 2ms đó. Ngược lại, với phiên bản R99 của WCDMA còn có thêm khoảng DTX - khoảng truyền gián đoạn nằm trên khe DPDCH, nó có tác dụng lọc nhiễu trên đường truyền nhưng không thể đạt được tốc độ lớn nhất. Vì R99 ra đời với mục tiêu chính là tăng dung lượng hệ thống cho các dịch vụ thoại so với hệ thống 2G (GSM) mà thôi chứ chưa sự đạt được những yêu cầu và kỳ vọng đối dịch vụ số liệu vì tốc độ hỗ trợ dữ liệu còn thấp (khoảng 384 kbps). Đối với dịch vụ thoại thì chúng ta đã biết, nguồn tài nguyên (mã, công suất, nhiễu) yêu cầu để truyền dẫn dịch vụ này là không thay đổi (do tốc độ truyền dẫn là không thay đổi) do đó điều khiển công suất thực sự hiệu quả vì nó giảm nhiễu MAI làm cho dung lượng kênh thoại mà hệ thống có thể đáp ứng trên một đơn vị tài nguyên vô tuyến tăng lên. Tuy vậy khi triển khai các dịch vụ số liệu ( File Transfer, Internet Access, E-mail,…) chúng ta thấy rằng đặc thù của những dịch vụ này là yêu cầu nguồn tài nguyên rất lớn và trong khoảng một thời gian ngắn. Ví dụ như nếu truy nhập vào một trang web nào đó thì cùng một lúc nội dung văn bản và hình ảnh của website cần truyền đến máy đầu cuối trong một khoảng nhất định. Sau khi nội dung trang web đã download về máy đầu cuối thì thông thường người sử dụng sẽ xem nội dung và không truy nhập tài nguyên hệ thống nữa. Những dịch vụ mà yêu cầu nguồn tài nguyên lớn và trong khoảng thời gian ngắn như vậy trong kỹ thuật người ta gọi chung một tên là “bursty data service”. Với kênh HS-DSCH trong HSDPA thì người ta cấp phát 15 mã trải phổ với hệ số trải 16 để dùng chung giữa các máy trong cùng một sector. Các máy được cấp phát tài nguyên trong từng khoảng thời gian nhất định (TDM). Bộ scheduler sẽ cấp phát tài nguyên: bao nhiêu mã trải phổ, công suất là bao nhiêu phụ thuộc vào yêu cầu dịch vụ, trạng thái kênh của user đó. Hình 17: Trạng thái kênh của các user Như hình vẽ trên, tại khoảng thời gian đầu tiên User 1 có trạng thái kênh tốt nên bộ scheduler đưa ra quyết định cấp phát tài nguyên cho User này. Khi đã quyết định cấp phát tài nguyên cho User 1 này kỹ thuật thích ứng cũng được áp dụng. Nếu trạng thái kênh của User lúc này tốt và nhu cầu về tốc độ truyền dẫn lớn thì máy phát có thể dùng điều chế 16-QAM hoặc mã kênh với tỷ lệ mã lớn để truyền tốc lớn hơn. Đến khoảng thời gian thứ 2, User 2 sẽ được cấp phát để truyền dẫn vì User 2 có trạng thái kênh tốt hơn như trên hình vẽ. Bằng việc cấp phát tài nguyên động, kết hợp với kỹ thuật thích ứng (ACM) chúng ta có thể thấy rằng kênh truyền dẫn chung luôn có chất lượng kênh ở mức tốt được thể hiện ở đường nét đứt trên hình vẽ. Ngoài dữ liệu người sử dụng, Node-B còn thực hiện truyền dẫn báo hiệu điều khiển nhằm thông báo sắp xếp cho người dùng kế tiếp. Báo hiệu này được sắp xếp trong kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao (HS-SCCH), là kênh dùng chung cho các người sử dụng, và nó được thực hiện bằng cách truyền dẫn hai khe thời gian HS-SCCH TTI. Kênh HS-SCCH mang những thông tin sau: - Mặt lạ ID của những người dùng đặc trưng UE. Nhiệm vụ chính của mặt lạ là xác định người dùng được phục vụ trong chu kỳ TTI tiếp theo. - Thông tin liên quan đến khuôn dạng truyền tải, mô tả các mã định kênh, phương thức kỹ thuật điều chế được sử dụng. Tỉ lệ mã hoá được trích ra từ kích cỡ của block truyền tải và các tham số khuôn dạng truyền tải khác. - Thông tin liên quan đến HARQ: đó có thể là chu kỳ phát tiếp theo sẽ là một block mới hay là một block được phát lại (do có thể gặp lỗi trước đó nên yêu cầu phát lại) và thông tin về các phiên bản. Thông tin điều khiển này chỉ được sử dụng cho các UE sẽ được phục vụ trong chu kỳ tiếp theo, như vậy kênh báo hiệu này là một kênh chia sẻ theo thời gian cho tất cả các user. Hình 18.1 : Hệ thống trong tr ư ờng 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 RNC cũng có thể chỉ rõ công suất được khuyến nghị cho HS-SCCH (độ lệch liên quan tới các bit hoa tiêu của của kênh DPCH kết hợp). Công suất phát của HS-SCCH có thể là hằng số hoặc thay đổi theo thời gian tuỳ theo một chiến lược điều khiển công suất nào cho HS-DCCH. Kênh điều khiển vật lý tốc độ cao: HS-DPCCH Đây là kênh đường lên, được sử dụng mang tín hiệu báo nhận (ACK) đến Node-B trên mỗi block. Nó cũng được dùng để chỉ thị Chất lượng kênh CQI (Channel Quality), là yếu tố được sử dụng trong AMC. Hình 19: Cấu trúc kênh HS-DPCCH Kênh HS-DPCCH dùng để cố định hệ số phân bố 256 và có một khe cấu trúc có độ rộng là 2/3 ms. + Khe đầu tiên được sử dụng để cho thông tin về HARQ. + Hai khe còn lại được dành cho CQI. Thông tin về HARQ luôn luôn được gửi khi mà kênh HS- SCCH giải mã chính xác nhận ở đường tách sóng xuống trong khi đó QCI truyền tần số được điều khiển bởi thông số k. Cả 2 khe đều hoạt động riêng biệt để lặp điều khiển. Ví dụ, trong một số trường hợp, quá trình lặp lại này diễn ra với chu kỳ 2 ms và hoạt động ở cạnh của tế bào khi công suất hiện tại không chắc chắn đủ cho quá trình lặp lại. Công suất điều khiển từ những tế bào HSDPA cũng có thể làm giảm bớt công suất nhận từ kênh HS-DPCCH trong quá trình chuyển giao trong miền nhỏ như thiết bị đầu cuối làm giảm công suất truyền nếu mỗi tế bào hoạt động gửi một lệnh yêu cầu. Như vậy là việc không dùng điều khiển công suất mà điều khiển cấp phát nguồn tài nguyên sẽ làm cho dung lượng hệ thống tăng nhờ lợi dụng đặc tính biến đổi của kênh fading. Rõ ràng bằng việc sử dụng điều khiển truyền dẫn đã làm thay đổi cách nhìn về fading. Nếu trước đây chúng ta coi đó là một nhược điểm của môi trường truyền dẫn hở và tìm cách tránh, xóa bỏ thì bây giờ chúng ta lại được nhờ nó do chúng ta hiểu và sử dụng nó đúng tình huống. Dung lượng của hệ thống theo phương pháp này càng tăng nếu như mật độ thuê bao trong sector càng cao vì với nhiều User phân bố đều ở tất cả các vị trí trong cell thì ở bất cứ thời điểm nào cũng có ít nhất một User có trạng thái kênh cực tốt để truyền dẫn với tốc độ cực lớn. Độ tăng dung lượng này người ta thường nhắc đến với tên gọi phân tập đa người sử dụng- Multi-User Diversity. Tuy nhiên có người sẽ đặt ra một câu hỏi là: Nếu bộ scheduler quyết định cấp phát tài nguyên dựa trên trạng thái kênh của máy đầu cuối thì sẽ có trường hợp có User sẽ không truyền dẫn được trong một khoảng thời gian dài vì User này luôn ở trạng thái kênh kém hơn những User khác?. Thắc mắc này hoàn toàn hợp lý. Và nó dẫn đến vấn đề cân bằng giữa dung lượng hệ thống và sự thỏa mãn đối với người sử dụng. Sự thỏa mãn ở đây nghĩa là không để một User phải đợi quá lâu mới được truy nhập hệ thống. Để đạt được yếu tố cân bằng này các bộ scheduler được thiết kế ngoài dựa trên nguyên tắc ở trên còn phải kết hợp với nguyên tắc Round-Robin (first come, first serve). Và mỗi nhà sản xuất thiết bị sẽ có những lựa chọn thiết kế khác nhau chứ không nhà sản xuất nào giống nhà sản xuất nào vì bản thân vấn đề này chỉ được đưa ra nguyên lý trong 3GPP và 3GPP2 chứ không chuẩn hóa thành một kỹ thuật đặc biệt cụ thể. Một điều thú vị khác nữa cần phải nhắc đến là không dùng điều khiển công suất mà điều khiển thu phát có động lực tốt đối với sự phát triển của thị trường máy đầu cuối. Điều này có thể được giải thích như sau: Khi điều khiển thu phát, bộ lập lịch gói dựa vào những thông tin trạng thái kênh do MS gửi về (Channel Quality Indicator Channel). Mà thường thì MS sẽ dựa vào tham số SIR (Signal to Inteference Ratio) để yêu cầu bộ lập lịch cấp phát tài nguyên. Do đó, máy di động càng hiện đại nghĩa là khả năng nén nhiễu càng lớn (nghĩa là SIR lớn) thì bộ lập lịch cấp phát và điều khiển BTS phát với tốc độ cao hơn. Như vậy nếu khách hàng đầu tư máy đầu cuối hiện đại sẽ được lợi chứ không phải là hệ điều hành hưởng lợi như sử dụng điều khiển công suất Vì với điều khiển công suất, nếu máy đầu cuối tốt, BTS yêu cầu MS giảm công suất phát, do đó nhiễu giảm và dung lượng hệ thống tăng. Khi dung lượng tăng đó là lợi ích của hệ điều hành chứ không phải là lợi ích của người sử dụng. Với lợi ích thuộc về khách hàng như vậy có thể nói đây là yếu tố kích thích quá trình tiêu thụ máy đầu cuối sôi động hơn. Các kỹ thuật sử dụng trong HSDPA Điều chế và Mã hoá thích ứng. Kỹ thuật truyền dẫn đa mã    Trong thông tin di động, tỉ lệ tín trên tạp (SINR) của tín hiệu nhận được tại một thiết bị người sử dụng  luôn biến đổi  trong khoảng từ 30 – 40dB do fading nhanh và các đặc điểm về địa hình trong một cell. Nhằm cải thiện dung lượng của hệ thống, tốc độ dữ liệu đỉnh, vùng phủ sóng… tín hiệu truyền tới người dùng được xác định nhằm tính toán quá trình thay đổi chất lượng tín hiệu thông qua quá trình xử lý liên kết thích ứng. Theo truyền thống, WCDMA ứng dụng chức năng điều khiển công suất nhanh cho các liên kết thích ứng. Ngược lại, HSDPA lưu công suất phát không đổi qua TTI đồng thời sử dụng điều chế thích ứng và mã hoá (AMC) như một phương pháp liên kết thích ứng đan xen nhằm điều khiển công suất cải thiện hiệu suất phổ. Tỷ số tạp âm và nhiễu được xác định bởi công thức: Trong đó, PHS-DSCH , Pown : công suất truyền và công suất mang node B HS-DSCH Hằng số =0.5, Pown = 12W, G= -3dB Để đối phó với dải động của tỷ số tạp âm trên nhiễu Eb/No tại đầu cuối UE, HSDPA thích ứng quá trình điều chế, tỷ lệ mã hoá và số mã hoá định kênh với các điều kiện vô tuyến hiện thời. Sự kết hợp của hai phương pháp trên gọi là: Điều chế và Mã hoá thích ứng – AMC Bên cạnh QPSK, HSDPA còn kết hợp chặt chẽ với phương thức điều chế 16QAM để tăng tốc độ dữ liệu đỉnh của các user được phục vụ với điều kiện vo tuyến thích hợp. Việc hỗ trợ cho QPSK có tính chất bắt buộc đối với thông tin di động, còn đối với 16QAM là một tuỳ chọn cho mạng và thiết bị người dùng UE. Sử dụng đồng thời cả 2 phương thức điều chế này, đặc biệt là phương thức điều chế cấp cao 16 QAM, đưa ra một số thách thức nhất định đối với độ phức tạp của bộ thu đầu cuối, nó cần phải xác định được biên độ tương ứng của các ký hiệu nhận được, trong khi đối với phương pháp điều chế QPSK truyền thống chỉ yêu cầu tách pha tín hiệu. Một bộ mã hoá Turbo dựa trên bộ mã hoá Turbo R99 với tỉ lệ mã hoá 1/3, mặc dù các tỷ lệ mã hoá hiệu dụng khác trong phạm vi (xấp xỉ 1/6 đến 1/1) cũng có thể có được bằng các kỹ thuật ghép, trích, lặp mã. Kết quả là tạo ra một dải tỉ lệ mã có tới 64 giá trị khác nhau. Sự kết hợp của một kiểu điều chế và một tỉ lệ mã được gọi là “Lược đồ mã hoá và điều chế” Ngoài kỹ thuật Điều chế và mã hoá thích ứng AMC, phát đa mã cũng có thể coi như là một công cụ thích ứng liên kết. Nếu như user có đầy đủ các điều kiện kênh vô tuyến thích hợp, node B có thể lợi dụng điều kiện này bằng cách phát nhiều mã song song với nhau, nhằm đạt được thông lượng dữ liệu đỉnh khá lớn. Với kỹ thuật phát đa mã, toàn bộ dải động AMC có thể được tăng lên một lượng: 10log 10 15 ~ 12 dBs Toàn bộ dải động thích ứng liên kết do AMC kết hợp phát đa mã xấp xỉ 30 dB. Node- B sẽ xác định tốc độ truyền dẫn dữ liệu dựa trên các báo cáo về chỉ thị chất lượng kênh CQI cũng như các thống kê công suất trên các kênh dành riêng. Tốc độ dữ liệu được điều chỉnh bằng cách thay đổi sơ đồ điều chế, tốc độ mã hoá cũng như só lượng mã hoá kênh HS-PDSCH. Sử dụng điều chế thích ứng và mã hoá AMC cho phép người sử dụng tiến gần hơn tới Node- B, có thể yêu cầu điều chế với tỉ lệ mã hoá cao hơn (chẳng hạn như điều chế 16- QAM với  tỉ lệ mã hoá 3/4). Bảng 4: Lược đồ mã hoá điều chế của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng với mỗi mã TFRC Modulation Effective Code Rate (ECR) Instanteaneous Data Rate with 1 HS-PDSCH code #00 QPSK 0.14 68.5 kbps #10 QPSK 0.27 128.5 kbps #20 QPSK 0.39 188.5 kbps #30 QPSK 0.52 248.5 kbps #40 QPSK 0.64 308.0 kbps #50 QPSK 0.77 368.5 kbps #00 16 QAM 0.32 302.5 kbps #10 16 QAM 0.38 362.0 kbps #20 16 QAM 0.45 433.0 kbps #30 16 QAM 0.54 518.0 kbps #40 16 QAM 0.65 619.5 kbps #50 16 QAM 0.77 741.5 kbps Hình 20: Biểu diễn mã hoá điều chế của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng với mỗi mã theo dB 2.5.2 Kỹ thuật H- ARQ      Khi vận hành HSDPA ở lân cận hiệu suất phổ cao nhất, tỉ lệ lỗi khối BLER sau lần truyền dẫn đầu tiên được khuyến nghị trong khoảng từ 10- 20%. Cơ chế yêu cầu lặp tự động lai H-ARQ được ứng dụng trong giải pháp HSDPA nhằm giảm trễ và tăng hiệu suất của quá trình tái truyền dẫn dữ liệu. Thực tế, H- ARQ là một giao thức dạng dừng lại và chờ SAW (Stop And Wait).       Trong cơ chế SAW, phía truyền dẫn luôn luôn ở quá trình truyền dẫn  các block đang hiện hành cho tới khi thiết bị người sử dụng hoàn toàn nhận được dữ liệu. Để tận dụng thời gian khi Node- B chờ các báo nhận, có thể thiết lập N tiến trình SAW-ARQ song song cho thiết bị người dùng. Do đó, các tiến trình khác nhau truyền dẫn trong các TTI riêng biệt. Số tiến trình SAW-ARQ song song được thiết lập tối đa là 8 (N=8), tuy nhiên thông thường chọn giá trị N từ 4-6. Thời gian trễ nhỏ nhất cho phép giữa quá trình truyền dữ liệu gốc so với quá trình tái truyền dẫn dữ liệu lần đầu tiên trong HSDPA là 12ms.      Điều khiển H- ARQ lớp 1 được đặt tại Node-B, do đó việc lưu trữ các gói dữ liệu phi báo nhận cùng với chức năng sắp xếp các gói của quá trình tái truyền dẫn là không phụ thuộc vào RNC. Như vậy sẽ tránh được trễ tái truyền dẫn, ngoài ra các trễ này sẽ thấp hơn trễ gây ra bởi quá trình tái truyền dẫn RLC thông thường. Kỹ thuật HARQ là điểm khác cơ bản so với kỹ thuật phát lại trong WCDMA bởi bộ giải mã UE kết hợp các thông tin “mềm” của quá trình phát lại của cùng một block ở cấp độ bit. Kỹ thuật này đưa ra một số yêu cầu về mở rộng dung lượng bộ nhớ của UE, do UE phải lưu các thong tin “mềm” của những lần phát giải mã không thành công. Hình 21: Hoạt động của giao thức SAW 4 kênh Các phương pháp HARQ như sau: - Kết hợp khuôn (CC: Chase Combining) mỗi lần phát lại chỉ đơn giản là sự lặp lại của từ mã đã được sử dụng cho lần phát đầu tiên. Ưu điểm: Việc truyền và truyền lại được giải mã riêng lẻ (tự giải mã), tăng tính đa dạng thời gian, có thể tăng tính đa dạng đường truyền. Nhược điểm: Việc phát lại toàn bộ các gói sẽ lãng phí về băng thông. - Tăng độ dư (IR : Incremental Redundancy): Sự phát lại bao gồm cả thông tin dư thừa bổ xung và thông tin này được phát kèm thêm nếu có lỗi giải mã trong lần phát đầu tiên. Hình 22: Quá trình truyền lại khối dữ liệu IR Tăng độ dư được sử dụng để nhận được tính năng tối đa trong băng thông sẵn sàng. Lúc này block được phát lại chỉ bao gồm dữ liệu sửa chữa của tín hiệu gốc được truyền đi chứ không phải thông tin thực sự. Lượng thông tin dư thêm vào được gửi đi ngày càng tăng lên khi quá trình phát lại lặp đi lặp lại mà bên thu vẫn nhận bị lỗi. Ưu điểm: Giảm bớt băng thông/ lưu lượng hữu dụng của một người sử dụng và dùng nó cho những người khác. Nhược điểm: Các bit hệ thống chỉ được gửi đi khi truyền lần đầu và không thể truyền lại, điều đó làm cho quá trình truyền lại không thể tự giải mã. Vì thế, nếu quá trình truyền lần đầu bị mất thì fading rất lớn sẽ tác động và không có cơ hội khôi phục lại dữ liệu trong hoàn cảnh này. Chương 3 : ỨNG DỤNG TRÊN HSDPA VOIP song công toàn phần và thúc đẩy trò chuyện Khi so sánh với nhiều ứng dụng khác chạy qua IP, lưu lượng yêu cầu cho VoIP song công toàn phần thấp, lên trên tới vài chục Kbps, nhưng những yêu cầu tiềm ẩn mặt khác lại đòi hỏi cao hơn, như vậy một lần nữa , RTT – và không phải lưu lượng nối liên kết- là nhân tố mà người dùng cuối giới hạn dịch vụ thực hiện và dung lượng mạng. Khuyến cáo ITU trong thời gian truyền một đường cho tiếng nói song công toàn phần nói rằng người sử dụng thỏa mãn với độ trễ truyền từ miệng đến tai khoảng 280ms. Với độ trễ lớn hơn 280ms thì sự tương tác của kết nối tiếng nói giảm nhanh chóng.Và khi độ trễ đạt đến 400ms thì tiếng nói không thỏa mãn với sự tương tác kết nối. Chú ý rằng độ trễ được nói đến ở đây là độ trễ từ miệng đến tai, và do đó không chỉ bao gồm độ trễ đường truyền mà còn cả độ trễ xử lý (mã hóa/ giải mã) trong bộ phát và bộ nhận. Khuyến cáo của liên hiệp viễn thông quốc tế ngoài ra cũng bao gồm hướng dẫn cho độ trễ mã hóa / giải mã. Với đa số các bộ lấy mẫu dùng cho di động yêu cầu độ trễ chỉ từ 50ms đến 100ms. Bỏ qua độ trễ xử lý thì độ trễ từ lúc truyền tin cho đến khi kết thúc là nhỏ hơn 200ms. Khi chúng ta so sánh yêu cầu độ trễ này với RTT thấp hơn 200ms trong WCDMA và thấp hơn 100ms trong HSPA. Rõ ràng rằng VOIP làm việc tốt trong cả 2 công nghệ.Với RTT ngắn hơn trong liên kết vô tuyến HSPA, độ trễ cho phép trong đường truyền HSPA là lớn hơn so với WCDMA. Chú ý rằng khi tải ở HSPA tăng lên thì RTT cũng tăng. Với các ứng dụng thúc đẩy trò chuyện thì độ trễ yêu cầu từ miệng tới tai là ít đòi hỏi cao hơn so với VOIP song công toàn phần. Mặt khác, những ứng dụng này đặt những yêu cầu chặt chẽ trên việc thiết đặt thời gian cho kết nối vô tuyến. Điều này là bởi vì mỗi thời gian người sử dụng yêu cầu trò chuyện, hệ thống phải thiết đặt một kết nối vô tuyến, thời gian để làm điều này trực tiếp ảnh hưởng đến người dùng kết nối tới cuộc trò chuyện. 3.2 Trò chơi với thời gian thực Có nhiều nhóm trò chơi mạng, và các nhóm này có yêu cầu khác nhau trên mạng di động, những yêu cầu này phụ thuộc thời gian thiết lập kết nối vô tuyến và tuổi thọ của pin. Dưới đây là các ví dụ về các nhóm trò chơi Những trò chơi hoạt động thời gian thực. Những trò chơi chiến lược thời gian thực. Những trò chơi chiến lược trên nền quay. Yêu cầu chặt chẽ nhất là các trò chơi hoạt động thời gian thực. Trong khi tốc độ truyền theo bit tối đa của những trò chơi hoạt động như vậy hiếm khi vượt hơn 100- 200 kbps và tốc độ truyền theo bit trung bình thường khoảng 10- 30 kbps. RTT yêu cầu độ trễ điển hình 125-250ms cho những trò chơi đòi hỏi cao nhất. Do đó, HSPA sẽ có khả năng để hỗ trợ việc chơi trên nền hoạt động với sự nạp thực hiện miễn là mạng người dùng cuối kiểm soát tốt. Yêu cầu tốc độ dữ liệu cho những trò chơi hoạt động thời gian thực thay đổi rất nhanh. HSPA có ưu điểm hơn so với Release 99 về tốc độ dữ liệu có thể được đáp ứng ngay lập tức. 3 .3 Luồng TV – di động Việc cung cấp luồng video có chất lượng tốt đối với một màn ảnh di động sử dụng bộ lấy mẫu video gần đây nhất yêu cầu tốc độ từ 32 đến 128 kbps phụ thuộc vào nội dung. Đa số những kiểu nội dung mang dung lượng 64 Kbps chất lượng sẽ đủ tốt.Các mạng WCDMA có thể cung cấp 64-128kbps với chất lượng rất tốt. Tuy nhiên, cái mà HSPA mang là nhiều khả năng hơn, mà lần lượt cho phép thị trường tốc độ truyền theo bit cao tới những người dùng cuối. Những mạng vô tuyến trước thế hệ 3G. thì chỉ đạt được tốc độ dữ liệu 50- 200 kbps, trong khi 3G mạng với khả năng HSDPA có thể cung cấp những tốc độ dữ liệu lên tới 1 Mbps. Do đó, các ứng dụng luồng phải làm thích nghi tốc độ phương tiện truyền thông. Sự thích nghi tốc độ phương tiện truyền thông luồng đã được hỗ trợ trong một số thiết bị đầu cuối, trong khi sự hỗ trợ đầy đủ của 3 GPP đã tiêu chuẩn hóa sơ đồ thích nghi tốc độ phương tiện truyền thông được bao gồm vào 3 GPP lên thành phiên bản R6. Để lựa chọn tốc độ phương tiện truyền thông thích hợp người phục vụ luồng cần phải biết: - Loại trạm di động nào hướng tới. Trong trường hợp đó là một thiết bị đầu cuối với những khả năng tốc độ truyền theo bit hạn chế, tốc độ phương tiện truyền thông cần phải tính đến những hạn chế đó. - Tốc độ phương tiện truyền thông ban đầu nào cần phải được sử dụng có thể trong một mạng 2G, và đôi khi nó có thể trong một mạng 3G - Khi nào để tăng hay giảm bớt tốc độ phương tiện truyền thông. Trong thực tế, trạm di động và thông tin trao đổi người phục vụ về những khả năng của họ trước khi luồng bắt đầu. Điều này như thế nào thì bước 1 đã được giải quyết. Sự chọn lọc nhịp độ phương tiện truyền thông ban đầu khó khăn hơn. Trong mạng ngày nay nó dựa vào mô hình mạng điện thoại. Khi tốc độ truyền theo bit của các giải pháp dịch vụ được đặt trong những thiết bị đầu cuối và các mạng WCDMA và HSPA rồi tốc độ truyền theo bit có thể được sử dụng để hướng dẫn sự chọn lọc nhịp độ phương tiện truyền thông ban đầu. 3.4 Email Các giá trị trễ trong mạng HSPA thường đủ thấp cho các ứng dụng thư điện tử. Thậm chí nếu người sử dụng không tải các file đính kèm hoặc gửi thư điện tử, ứng dụng thư điện tử dùng gửi tin nhắn tới điện thoại di động: Tiêu đề thư và vài KB đầu tiên của mỗi email nhận được được đẩy tới thiết bị đầu cuối. Giữ các tin nhắn hoạt động được trao đổi giữa máy chủ và thiết bị đầu cuối. Kích thước của các tin nhắn được giữ là rất nhỏ. Hình 23 cho ta một ước lượng tiêu thụ công suất của điện thoại di động trên những tin nhắn được giữ lại cứ mỗI 4 phút và nhận 0 –50 tín nhắn email 1 giờ . Hình 23: Ước lượng tiêu thụ công suất của điện thoại di động Việc giữ các tin nhắn hoạt động được mang trên các kênh RACH/FACH trong khi các phần của tin nhắn- của 1 vài KB- được mang trên HS-DSCH Việc tiêu thụ công suất nguồn được trình bày trong hình 23 . Tiêu thụ nguồn phụ thuộc vào số lượng tin nhắn nhận được và các thông số thiết đặt trên mạng vô tuyến. Nếu chúng tả giả sử các đồng hồ 5-sec DCH và FACH 50 tin nhắn 1 giờ, thiết bị di động chuẩn là 53h sẽ sử dụng 1000mAp công suất pin. Sự tính toán này chứng minh rằng các thông số trong ứng dụng đẩy email tốt trong mạng vô tuyến. Hình 24: Truy cập email từ mobile sử dụng pin 1000-mAh Nếu trạng thái PCH không được sử dụng bởi mạng, UE được di chuyển từ FACH tới trạng thái rỗi và kết nối RRC được giải phóng. Khi dữ liệu tới đường xuống từ lõi mạng 3G , kết nối RRC cần được chiếm giữ. Kết nối RRC thiết đặt các thủ tục có thể tăng tiêu thụ công suất đầu cuối và giảm thời gian chuẩn sử dụng pin. Sử dụng trạng thái PCH là có lợi để đạt được thời gian chuẩn sử dụng dài. KẾT LUẬN Chính thức được đưa vào hoạt động lần đầu tiên vào năm 2005, tính đến cuối năm 2006 đã có 19 nhà cung cấp 66 sản phẩm ứng dụng công nghệ HSDPA, trong đó có 32 sản phẩm điện thoại di động. Ưu thế của HSPA khi hiện tại đã được triển khai tại khoảng 150 mạng trên 60 quốc gia và 25 nhà khai thác đã triển khai HSPA tốc độ 7.2Mbps. Ngoài ra, giải pháp này còn nhằm cung cấp các giải pháp tối ưu hóa chi phí, tiết kiệm chi phí đầu tư để hiệu quả hơn chi phí lắp đặt thiết bị triển khai nhờ đó các nhà khai thác có thể cung cấp dịch vụ cho nhiều đối tượng đa dạng hơn Với những cải tiến mang tính đột phá, HSDPA là một công nghệ đang được chú trọng phát triển. Trên thực tế, thị trường của HSDPA phát triển mạnh mẽ nhất, đặc biệt là ở giai đoạn khởi đầu, là ở những nước phát triển, nơi có lượng khách hàng khổng lồ sử dụng điện thoại di động chất lượng cao. Lý do là vì những chiếc điện thoại HSDPA sẽ có giá thành cao hơn hẳn những chiếc điện thoại thông thường – được nhắm vào thị trường những nước phát triển thấp hơn. Nhu cầu sử dụng điện thoại HSDPA được mong đợi là sẽ đạt con số 2100 sản phẩm tính đến cuối năm nay. Đến năm 2010, con số này có thể là 100 triệu chiếc, theo phân tích của IDC. Hơn nữa, theo Strategic Analytics, đến năm 2010, 70% điện thoại 3G sẽ sử dụng HSDPA. Tuy nhiên, sẽ mất nhiều thời gian để HSDPA thực sự trở nên phổ biến. Tính đến cuối năm 2005, hầu hết các nước trên thế giới không có mạng 3G. Rất nhiều nhà cung cấp dịch vụ di động đang cố gắng triển khai mạng 3G và có thể được nâng cấp thành mạng 3.5G theo nhu cầu của thị trường. PHỤ LỤC MỘT SỐ SẢN PHẨM ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG CÓ TÍCH HỢP HSDPA Các sản phẩm của HTC: HTC Touch Dual Là một sản phẩm màn hình cảm ứng đem lại cho người sử dụng những trải nghiệm mới và thay đổi cách sử dụng điện thoại thông thường.. HTC P6500 Sedna HTC Sedna sở hữu một cấu hình ấn tượng và thực sự là một trong những thiết bị mạnh mẽ nhất. Màn hình 3,5 inches độc đáo sẽ hữu dụng khi hiển thị những bức ảnh lớn. Hơn nữa, màn hình cảm ứng chống lóa này cũng khiến chiếc điện thoại trở nên đặc biệt hơn. Là một chiếc điện thoại Quadband GSM và thêm cả gói công nghệ CDMA tri-band, Sedna có thể tương thích với hầu hết các mạng di động hiện nay. Thiết bị này còn cung cấp cả nhưng giải pháp quản lý dữ liệu, với kết nối HSDPA là giải pháp quan trọng nhất. Sẽ là một điều đáng thất vọng nếu không có chức năng này, khi tốc độ truyền dữ liệu nhanh là vô cùng quan trọng với một thiết bị cầm tay mạnh mẽ. Vì vậy, để hoàn thiện, HTC Sedna còn có cả kết nối wi-fi và bluetooth 2.0. HTC S730 HTC S730 là một sản phẩm smartphone mạnh mẽ và sành điệu với bàn phím slide QWERTY tự động giúp soạn tin nhắn và văn bản nhanh chóng và hiệu quả. Với HTC S730, T10người sử dụng luôn được update emails, tin nhắn, cuộc hẹn, các cuộc gọi nhỡ nhờ màn hình HTC Home™. Các sản phẩm của Sony Ericsson: Sony Ericsson V640i V640i là một chú “dế” được tạo ra để phục vụ các thượng đế yêu nhạc với khả năng chơi nhạc hoàn hảo và mạnh mẽ. Nặng chỉ 97g, W640i sử dụng đường truyền băng thông rộng 3G HSDPA, cho phép download một bản nhạc trọn vẹn chỉ trong 14 giây. Sony Ericsson vW910 W910 là một chiếc điện thoại HSDPA Walkman được thiết kế chủ yếu cho nhu cầu giải trí, với khả năng chơi nhạc, game 3D, video, và lướt web với tốc độ cao. Chức năng Shake control cho phép bạn lựa chọn những bản nhạc yêu thích theo cách rất riêng. Sony Ericsson K850 Sản phẩm Sony Ericsson K850 lại là một chú “dế” chụp ảnh chuyên nghiệp. Với camera 5MP được tích hợp trong một thân hình mảnh mai, chú “dế” này cho phép bạn chụp những bức ảnh với chất lượng tốt nhất. K850 là một sản phẩm tri-band HSDPA và quad-band GPRS/EDGE. Sản phẩm Nokia: Nokia E51 Nokia E51 được trang bị thêm khả năng xử lý tốc độ cao hơn và tích hợp nhiều hơn những ứng dụng chủ chốt. Trong khi đó, tính năng smartphone và thiết kế đầy phong cách mà khách hàng luôn chờ đợi ở E series vẫn được duy trì. Nokia N95 8GB Được coi là chiếc điện thoại đa năng mạnh mẽ nhất, giờ đây, khi được nâng cấp với phiên bản 8GB, Nokia N95 8GB trở nên mạnh mẽ hơn rất nhiều. Máy được sở hữu camera 5MP với ống kính Carl Zeiss thời thượng. Ngoài ra, chú “dế” này còn được tích hợp A-GPS, WLAN, HSDPA và một phong cách trượt đôi rất ấn tượng. Nokia 6121 classic Nokia 6121 classic là một smartphone rất linh hoạt, sử dụng mạng GSM và W-CDMA 900/100. Được tích hợp camera 2MP, ống kính 4X-digital zoom, đèn flash và chế độ thu hình toàn cảnh, Nokia 6121 classic sẽ cho người sử dụng những bức ảnh hài lòng nhất. Ngoài ra, chú “dế” này còn có một camera thứ hai ở phía trước, phục vụ cho những cuộc gọi video.  Sản phẩm của Samsung: Samsung SGH-F330 Giống như nhiều mẫu điện thoại khác của Samsung, SGH-F330 có kiểu dáng bắt mắt với thiết kế gọn gàng, mềm mại và sự kết hợp 2 màu xanh - trắng rất sành điệu. Ngoài ra, sản phẩm mới này của Samsung còn tích hợp công nghệ 3G, có tốc độ truyền tải dữ liệu lên đến 3.6 Mbps với công nghệ HSDPA. Màn hình 2,1 inches của SGH-F330 có độ phân giải 240 x 320 pixels. Samsung SGH-i620 Samsung SGH-i620 là một chú “dế” đa chức năng tích hợp wi-fi, HSDPA và hoạt động cả trên mạng tri-band GSM. Máy có camera VGA ở phía trước và camera 2MP ở bên cạnh, đáp ứng nhu cầu chụp hình và gọi điện video của người sử dụng. Sản phẩm của LG LG KS20 LG KS20 được thiết kế nhỏ gọn, chỉ dày 12,8mm, hợp thời trang với màn hình cảm ứng 2,8 inches, camera 2.0 MP, nghe nhạc, xem video với loa ngoài cho âm thanh chất lượng cao cùng với cổng bluetooth 2.0 cho phép truyền và nhận dữ liệu nhanh hơn. Đặc biệt, trong sản phẩm này LG tích hợp thêm công nghệ HSDPA , công nghệ mới trong lĩnh vực truyền thông 3G cho phép truy nhập internet qua mạng di động với tốc độ cao. LG KU950 LG KU950 là một chiếc điện thoại TV có thiết kế dạng T-slide cho phép người sử dụng thoải mái nhất khi xem các chương trình truyền hình và các chương trình phát sóng media wireless trên màn hình xoay QVGA 2,4 inches. Máy được tích hợp camera 1.3 MP, máy chơi nhạc, bluetooth và khe cắm thẻ SD. NoteBooks: Fujitsu Siemens Computers là nhà sản xuất thứ hai trên thế giới ứng dụng UMTS Module vào các sản phẩm notebook của mình. Chiếc notebook Lifebook Q2010 không chỉ là một sản phẩm notebook đơn thuần, nó còn có chức năng như một chiếc điện thoại. Ngoài ra, một số sản phẩm ứng dụng UMTS của Fujitsu Siemens còn có: LIFEBOOK P1610, T4215, E8210, AMILO Pro 3525, 3545 and AMILO Si 1848. Kể từ năm 2005, Dell bắt đầu sản xuất laptop có tích hợp HSDPA, cho phép máy có khả năng kết nối Internet liên tục thông qua mạng 3.5G của Vodafone tại Anh quốc và một số quốc gia khác. Các sản phẩm HSDPA của Dell gồm có: Latitude D420, D430, D620, D630, D631, D820, D830, D831, và XPS M1210, M1330, M1770, M2010, M4300 và M6300. Các model D620, D820 và XPS M1210 cũng được cung cấp ở thị trường Mỹ. Các khách hàng ở đây sẽ được sử dụng HSDPA do AT&T Wireless cung cấp. Lenovo cũng đã bắt đầu sản xuất các sản phẩm có ứng dụng công nghệ HSDPA kể từ giữa năm 2006 với những sản phẩm notebook mang thương hiệu Lenovo và IBM ThinkPad. Ngoài ra, trên thị trường hiện nay cũng có một số hãng sản xuất cung cấp các sản phẩm notebook có tích hợp ứng dụng HSDPA như Panasonic với sản phẩm Toughbook hay V33i của hãng Flybook. HP và Intel cũng đang có ý định đưa ứng dụng này vào các sản phẩm sắp ra mắt của mình. TÀI LI ỆU THAM KHẢO [1]. Juha Korhonen. Introduction to 3G Mobile Communications 2ed. 2003 [2]. Harri Holma and Antti Toskala, HSDPA/HSUPA for UMTS / High Speed Access Mobile Communications. Wiley. 2006 [3]. M.R Karim . Mohsen Sarraf. WCDMA and cdma2000 for 3G Mobile Networks. McGraw Hill Telecom. 2002 [4 ]. TS Trịnh Anh Vũ Thông tin di động- NXB ĐH Quốc Gia Hà Nội - 2007 [5]. KS Bùi Văn Phú, KS. Phạm Vĩnh Hoà, KS. Nguyễn Huy Quân, KS. Phạm Bảo Sơn. Hệ thống đa truy cập vô tuyến 3.5G với công nghệ HSDPA. Bài báo. [6 ] [7]. [8].