[Laptrinh.vn]-CongNghe2G_3G

5/10/2018 [Laptrinh.vn]-CongNghe2G_3G - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/laptrinhvn-congnghe2g3g 1/63

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn trân trọng nhất đến gia đình, thầy cô và bạn bè đã ủng

hộ, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài, đặc biệt là Thầy giáo Nguyễn

Quốc Tuấn người đã trực tiếp tận tình hướng dẫn em hoàn thành khoá luận này.

Do thời gian nghiên cứu có hạn nên khoá luận không tránh khỏi những thiếu

sót nhất định rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và những người

quan tâm tới đề tài này.Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 5 năm 2008.

Nguyễn Văn Dũng Thắng

- 1 -



MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU ..........................................................................................................4CHƯƠNG 1 ............................................................................................................5

1.1. Công nghệ tương tự - 0G và 1G ..................................................................5

1.2. Công nghệ số - 2G và 3G ............................................................................61.2.1. 2G ..........................................................................................................71.2.2. 3G ..........................................................................................................7

1.3 HSPDA(3.5G) ................................................................................................9HSDPA là một phương thức truyền tải dữ liệu theo phương thức mới. Đây

được coi là sản phầm của dòng 3.5G. công nghệ này cho phép dữ liệudownload về máy điện thoại có tốc độ tương đương với tốc độ đường truyềnADSL, vượt qua những cản trở cố hữu về tốc độ kết nối của một chiếc điệnthoại thông thường. Đây là giải pháp mang tính đột phá về mặt công nghệ vàđược phát triển trên cơ sở của hệ thống 3G W-CDMA.HSDPA có tốc độ truyền

tải dữ liệu lên tối đa gấp 5 lấn so với khi sử dụng công nghệ W-CDMA. Về mặtlý thuyết, HSDPA có thể đạt tốc độ truyền tải dữ liệu lên tới 8-10 Mbps(Megabit/giây). Mặc dù có thể truyền tải bất cứ dạng dữ liệu nào, song mụctiêu chủ yếu của HSDPA là dữ liệu dạng video và nhạc.HSDPA được pháttriển dựa trên công nghệ W-CDMA, sử dụng các phương pháp chuyển đổi vàmã hóa dữ liệu khác. Nó tạo ra một kênh truyền dữ liệu bên trong W-CDMAđược gọi là HS-DSCH (High Speed Downlink Shared Channel), hay còn gọi làkênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao. Kênh truyền tải này hoạt động hoàntoàn khác biệt so với các kênh thông thường và cho phép thực hiện downloadvới tốc độ vượt trội. Và đây là một kênh chuyên dụng cho việc download. Điềuđó 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 tinthì không thể thực hiện được khi sử dụng công nghệ HSDPA. Công nghệ nàycó thể được chia sẻ giữa tất cả các user có sử dụng sóng radio, sóng cho hiệuquả download nhanh nhất.Ngoài HS-DSCH, còn có 3 kênh truyền tải dữ liệukhác cũng được phát triển, gồm có HS-SCCH (High Speed Shared ControlChannel – kênh điều khiển dùng chung tốc độ cao), HS-DPCCH (High SpeedDedicated Physical Control Channel – kênh điều khiển vật lý dành riêng tốc độcao) và HS-PDSCH (High Speed Downlink Shared Channel – kênh vật lý chiasẻ đường xuống tốc độ cao). Kênh HS-SCCH thông báo cho người sử dụng vềthông tin dữ liệu sẽ được gửi vào các cổng HS-DSCH......................................9

1.4. Các yêu cầu về bảo mật trong 3G .............................................................101.4.1. Mục tiêu bảo mật của 3G .....................................................................101.4.2. Các mối đe dọa với việc bảo mật của hệ thống 3G ............................12

CHƯƠNG 2 ..........................................................................................................12HỆ THỐNG DI ĐỘNG CDMA2000/UMTS ............................................................12

- 2 -



2.1. Lộ trình tiến lên CDMA2000 từ cdmaOne ..................................................122.2. 1xEV: 1xEV – DO và 1xEV – DV ............................................................132.2.1. 1xEV – DO ...........................................................................................142.2.2. 1xEV – DV ..........................................................................................15

2.3. Cấu trúc hệ thống CDMA2000 :.................................................................15

2.5. Các tính năng của hệ thống CDMA2000 ..................................................212.5.1. Loại lưu lượng .....................................................................................212.5.2. Độ rộng băng .......................................................................................212.5.3. Chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service) ......................................222.5.4. Các dịch vụ dữ liệu gói........................................................................22

2.6. Các kênh trong CDMA2000 .......................................................................232.6.1. Kênh xuôi.............................................................................................23

2.7. Chức năng truyền dẫn của kênh xuôi và kênh ngược ...............................242.7.1. Chức năng truyền dẫn của kênh xuôi..................................................242.7.2. Chức năng truyền dẫn của kênh ngược ..............................................27

2.8. Sự khác biệt giữa CDMA2000 và cdmaOne .............................................28Báo hiệu .........................................................................................................28Truyền dẫn .....................................................................................................29

2.9 Những tương đồng chủ yếu giữa CDMA2000 1X và WCDMA ...................29Các mã số trực giao có chiều dài thay đổi....................................................30Trải phổ phức hợp liên kết ngược .................................................................31Nhắn tin liên kết xuôi.....................................................................................32Những đặc điểm độc lập của CDMA2000 1X và WCDMA ............................33Băng thông danh định ....................................................................................33Tốc độ chip ....................................................................................................33

Đồng bộ hóa mạng ........................................................................................34Bộ mã hoá tiếng nói.......................................................................................34Mạng lõi.........................................................................................................34

CHƯƠNG 3 ..........................................................................................................353.1 Các đặc điểm của HSDPA ..........................................................................353.2 Những cải tiến quan trọng trong HSDPA so với WCDMA ..........................383.3 Cấu trúc HSDPA .........................................................................................403.4 Cấu trúc kênh HSDPA ................................................................................41

CHƯƠNG 4 ..........................................................................................................50SO SÁNH HIỆU NĂNG CỦA HSDPA VÀ WCDMA (3GPP PHIÊN BẢN 99) .... ...50

4.1 Phân tập đa người dùng ............................................................................514.2 Dung lượng sóng mang HSDPA .................................................................524.3 Dung lượng HSDPA với phiên bản 99 ........................................................534.4 Tốc độ dữ liệu người dùng ..........................................................................544.5 Hiệu suất truyền Iub ....................................................................................554.6 Trễ khứ hồi:.................................................................................................58

KẾT LUẬN ............................................................................................................62

- 3 -



TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................63[1] The comparision of performance when HSDPA and WCDMA coexist in twoenvironment . Pei Li; Weiling Wu ..........................................................................63

[2] Những mối tương quan chung giữa công nghệ CDMA2000 và WCDMA -3G - Lê sum .......................................................................................................63

LỜI NÓI ĐẦU

Thông tin di động đóng một vai trò hết sức quan trọng trong cuộc sống của chúng ta.

Nhờ có thông tin di động mà mọi trên toàn thế giới có thể liên lạc với nhau một cách rễ

dàng, tuy nhiên nhu cầu con người là rất lớn, bởi mọi người không chỉ đơn thuần là liên

hệ với nhau mà họ còn muốn có các dịch vụ truyền thông đa phương tiện để đáp ứng được

nhu cầu đó của con người các công nghệ thông tin di động đã được ra đời và ngày càng

phát triển, ban đầu với công nghệ 0G, 1G đã cho phép mọi người liên lạc với nhau thuận

tiện hơn, sau đó là công nghệ 2G( như GSM) đã cho phép mọi người sử dụng nhiều dịchvụ hơn qua mạng thông tin di động, tuy nhiên cho tới này thì cả công nghệ 3G( UMTS )

và công nghệ 3.5G đã ra đời và phát triển rất mạnh nó cho phép rất nhiều dịch vụ đa

phương tiện như truyền hình ảnh, âm thanh chất lượng cao, và đã phần nào thỏa mãn

được nhu cầu rất lớn của người dùng. Khóa luận cho phép chúng ta hiểu rõ hơn về từng

- 4 -



giai đoạn phát triển của công nghệ thông tin di động qua việc so sánh chúng. Trong đó

công nghệ 3.5G hiện nay là HSDPA là một công nghệ được coi là cải tiến nhất hiện nay

nó đem lại được nhiều dịch vụ truyền chất lượng cao và với tốc độ có thể thỏa mãn được

nhu cầu của người dùng.

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG

Có thể học hỏi được nhiều về các vấn đề bảo mật từ các công nghệ thế hệ trước. Nói

chung, các mối đe dọa và các vấn đề đối với công nghệ 1G và công nghệ 2G cũng sẽ xuất

hiện đối với 3G. Do đó, trong phần này, khóa luận sẽ có cái nhìn khái quát về lộ trình phát

triển của công nghệ di động qua các thế hệ 1G, 2G và 3G.

1.1. Công nghệ tương tự - 0G và 1G

Có hai thế hệ trong các công nghệ di động được coi là tương tự. Các công nghệ này

được gọi là 0G và 1G. 1G là công nghệ di động tổ ong (cellular) đầu tiên, còn 0G là công

nghệ di động tiền tổ ong (pre – cellular). Các thiết bị đầu cuối sử dụng trong 0G khó có

thể gọi là thiết bị di động. Các mẫu mã đầu tiên rất lớn và thường được gắn vào xe ô tô.

Sau đó, các thiết bị cầm tay ra đời, nhưng 0G bị thay thế bởi thế hệ kế tiếp, 1G.

- 5 -



Khía cạnh chủ yếu phân biệt giữa 0G và 1G là công nghệ 1G sử dụng mạng tổ ong

(cellullar network). Một mạng tổ ong là một mạng tạo nên bởi một số các cell. Mỗi cell

này được phục vụ bởi một máy phát cố định, thường gọi là trạm gốc. Trên thực tế, cũng

có một vài ví dụ về việc sử dụng mạng tổ ong trong 0G, nhưng điều làm nên sự khác biệt

giữa 1G và 0G là 1G hỗ trợ việc kết nối liền mạch khi di chuyển từ cell này sang cellkhác. Điều này có nghĩa là, khi người dùng ra khỏi tầm hoạt động của một trạm gốc trong

khi đang thực hiện cuộc gọi, nếu sử dụng công nghệ 0G thì người dùng sẽ bị ngắt kết nối,

trong khi sử dụng công nghệ 1G người dùng sẽ không nhận thấy sự ngắt quãng nào. Một

khía cạnh khác phân biệt 0G và 1G là các công nghệ 0G thường là bán song công (có

nghĩa là việc thu và phát âm thanh không xảy ra đồng thời).

Vào những năm 1970, các mạng sử dụng công nghệ 0G bị quá tải nghiêm trọng.

Một chuẩn tương tự khác được giới thiệu, đó là 1G. Giống như 0G, 1G sử dụng băng tầnvô tuyến UHF. Việc truyền âm thanh được thực hiện mà không có sự mã hóa trên giao

diện vô tuyến. Điều này có nghĩa là bất cứ ai có một máy quét đơn giản cũng có thể nghe

được các cuộc điện đàm. Các cố gắng của nhà chức trách nhằm ngăn chặn việc xâm nhập

bất hợp pháp này đều không giải quyết được vấn đề. Bên cạnh việc bảo vệ thông tin cá

nhân, nhược điểm này của hệ thống còn đưa đến một vấn đề khác. Bởi vì dữ liệu truyền

được gửi đi mà không mã hóa, các kỹ thuật bảo mật còn thô sơ dễ dàng lộ ra cho các

hacker.

Hầu hết các công nghệ 1G chỉ có một dạng bảo mật, một thủ tục nhận thực hết sứcthô sơ. Thủ tục này bao gồm việc xác nhận hai số: số nhận dạng di động MIN và số thuê

bao điện tử ESN. Quá trình xác nhận này diễn ra khi một thiết bị di động bắt đầu liên lạc

với hệ thống. Đầu tiên, sổ đen (blacklist) sẽ được kiểm tra xem thiết bị di động này có bị

khóa hay không. Tiếp theo, một bản tin được gửi tới HLR để thông qua sự kết hợp của

MIN và ESN. Cả hai số này được truyền không mã hóa qua giao diện vô tuyến. Hacker có

thể nghe trộm và có thể sử dụng các số này để tạo ra các bản sao bất hợp pháp mà với

chúng, các hacker có thể nhận thực thành công dưới dạng một thuê bao khác. Vấn đề càng

trở nên trầm trọng khi nhiều nhà cung cấp thậm chí không thực hiện việc nhận thực trêncác máy di động do việc thiếu hụt sự chuẩn hóa và các lý do về hiệu suất. Điều này gây

nên việc sử dụng trái phép vô cùng lớn trong các mạng di động.

1.2. Công nghệ số - 2G và 3G

- 6 -



1.2.1. 2G

Mốc đánh dấu quan trọng trong quá trình phát triển của các công nghệ di động là sự

ra đời của xử lý tín hiệu số DSP. Nhờ có DSP, chất lượng thoại được cải tiến đáng kể vì

thông tin số không bị ảnh hưởng bởi méo. Thêm vào đó, dải phổ có thể được sử dụng một

cách hiệu quả hơn hẳn nhờ có các kỹ thuật hợp kênh. Bởi vì các kỹ thuật tương tự sửdụng FDMA, chỉ có một người dùng có thể sử dụng một tần số xác định tại bất kỳ thời

gian nào trong một cell. Với công nghệ 2G, vấn đề này được giải quyết bằng cách sử

dụng TDMA và CDMA. Các kỹ thuật này cho phép nhiều người dùng chia sẻ cùng một

tần số.

Cấu trúc bảo mật cũng có những bước cải tiến đáng kể. Có hai chuẩn chính trong

2G: GSM và cdmaOne. Cả hai chuẩn này đều sử dụng kỹ thuật đòi hỏi – đáp ứng

(challenge – response) để nhận diện người dùng. Khi thực hiện cuộc gọi, thiết bị di độngcần tính toán một đáp ứng cho đòi hỏi (dưới dạng một số ngẫu nhiên) được gửi bởi mạng.

Đáp ứng này được tính toán sử dụng một khóa bí mật duy nhất được lưu trên thiết bị di

động đó. Đáp ứng này sau đó có thể được xác nhận bởi mạng, vì nó cũng lưu trữ khóa bí

mật trùng với khóa lưu tại thiết bị di động của người dùng. Khóa này sau đó có thể sử

dụng để thiết lập việc mã hóa trên đường truyền qua giao diện vô tuyến.

Nhìn lại những vấn đề đối với thế hệ tương tự, có thể kết luận rằng ít nhất về mặt lý

thuyết những vấn đề này đã được giải quyết. Việc truyền dẫn đã được mã hóa để bảo vệ

thông tin cá nhân người dùng và sự tin cậy, một phương pháp nhận thực tốt hơn được sửdụng. Trên thực tế, lại có một số vấn đề nảy sinh. Đầu tiên, các chuẩn này có thể tin cậy

được, về một mặt nào đó, dựa trên sự khó hiểu của các thuật toán của nó. Theo thời gian,

bí mật về các thuật toán này rò rỉ, có thể dễ dàng chứng minh rằng các thuật toán này trở

nên yếu ớt. Thứ hai, các chuẩn này có nhiều khuyết điểm về mặt giao thức có thể sử dụng

để nhận thực bất hợp pháp một máy di động lậu. Một nhược điểm nữa là việc thiếu hụt

trong bảo vệ sự toàn vẹn. Khi một thiết bị di động được nhận thực, nhưng không phải

trong mạng, một trạm gốc giả có thể sử dụng để nhận việc nhận thực dữ liệu từ một thuê

bao không rõ nguồn gốc.

1.2.2. 3G

Thông tin di động thế hệ hai mặc dù sử dụng công nghệ số nhưng vì là hệ thống

băng hẹp và được xây dựng dựa trên cơ chế chuyển mạch kênh nên không đáp ứng được

- 7 -



nhu cầu của các dịch vụ mới, thêm vào đó là có quá nhiều tiêu chuẩn khác nhau, làm cho

việc di chuyển của thuê bao giữa các quốc gia này với các quốc gia khác gặp nhiều khó

khăn. Chính vì lẽ đó mà các tổ chức viễn thông trên thế giới thấy cần thiết phải tập hợp lại

và đề ra phương án phải có một tiêu chuẩn thống nhất chung để các hệ thống viễn thông

di động tương lai vừa đáp ứng được các yêu cầu của thời đại mới, vừa mang tính thốngnhất chung cho các hệ thống. Kết quả là IMT – 2000 do ITU – R xây dựng đã ra đời nhằm

đáp ứng các yêu cầu đó. IMT – 2000 mở rộng đáng kể khả năng cung cấp dịch vụ và cho

phép nhiều phương tiện thông tin có thể cùng hoạt động, từ các phương tiện truyền thống

cho đến các phương tiện hiện đại và các phương tiện truyền thông đã có trong tương lai.

Vào năm 1999, ITU thông qua năm giao diện vô tuyến sử dụng IMT – 2000. Đó là các

giao diện:

- IMT – DS (Direct Spead) – Trải phổ trực tiếp: còn được biết đến với tênWCDMA hay UTRA – FDD và được sử dụng trong UMTS.

- IMT – MC (Multi Carrier) – Đa sóng mang: còn được gọi là CDMA2000.

- IMT – TD (Time Division) – Phân chia theo thời gian: bao gồm TD – CDMA và

TD – SCDMA, cả hai đều được chuẩn hóa để sử dụng trong UMTS.

- IMT – SC (Single Carrier) – Đơn sóng mang: còn được gọi là UWC – 136 hoặc

EDGE.

- IMT – FT (Frequency Time): còn được gọi là DECT.

Trong năm giao diện này, IMT – DS (hay UMTS) và IMT – MC (hay CDMA2000)

được coi là hai chuẩn chính. UMTS được phát triển ở châu Âu và là thế hệ sau của GSM.

CDMA2000 là thế hệ sau của cdmaOne và được phát triển ở Mỹ.

- 8 -



Hình 1. Lộ trình phát triển lên 3G (Phai de cap den HSDPA)

1.3 HSPDA(3.5G)

HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), gói đường truyền tốc độ cao, là một

sản phẩm của công nghệ 3G cho phép các mạng hoạt động trên hệ thống UMTS có khả

năng truyền tải dữ liệu với tốc độ cao hơn hẳn. Công nghệ HSDPA hiện nay cho phép tốc

độ download đạt đến 1.8, 3.6, 7.2 và 14.4 Mbit/giây, và trong tương lai gần, tốc độ hiện

nay có thể được nâng lên gấp nhiều lần. Khi đó, các mạng cung cấp có thể được nâng cấp

thành Evolved HSPA, cho phép tốc độ download đạt đến 42 Mbit/giây. Với những ưu thế

vượt trội đó, HSDPA đang trở thành một công nghệ được nhiều nhà cung cấp quan tâm phát triển.

HSDPA là một phương thức truyền tải dữ liệu theo phương thức mới. Đây được coi

là sản phầm của dòng 3.5G. công 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 công 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 lấn 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 8-10 Mbps (Megabit/giây). 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

- 9 -



được gọi là HS-DSCH (High Speed Downlink Shared Channel), hay còn gọi là 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, tứclà 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 user có

sử dụng sóng radio, sóng cho hiệu quả download nhanh nhất.Ngoài HS-DSCH, còn

có 3 kênh truyền tải dữ liệu khác cũng được phát triển, gồm có HS-SCCH (High

Speed Shared Control Channel – kênh điều khiển dùng chung tốc độ cao), HS-

DPCCH (High Speed Dedicated Physical Control Channel – kênh điều khiển vật lý

dành riêng tốc độ cao) và HS-PDSCH (High Speed Downlink Shared Channel –

kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao). Kênh HS-SCCH thông báo cho người

sử dụng về thông tin dữ liệu sẽ được gửi vào các cổng HS-DSCH.

1.4. Các yêu cầu về bảo mật trong 3G

1.4.1. Mục tiêu bảo mật của 3G

Các mục tiêu bảo mật chủ yếu mà ITU đưa ra rất đơn giản. Bất cứ chuẩn 3G nào, ít

nhất cũng phải thỏa mãn hai yêu cầu sau:

- Bảo mật 3G phải tương đương như bảo mật trong mạng cố định/ISDN.

- Thông tin cá nhân người dùng phải được bảo vệ khi liên lạc.

Yêu cầu đầu tiên ngụ ý rằng có những điểm khác biệt trong việc bảo mật mạng vô

tuyến và việc bảo mật mạng cố định. Những điểm khác biệt này là do một số nguyên

nhân. Thứ nhất, mạng cố định có một hàng rào bảo vệ về mặt vật lý. Để chặn đường

truyền trong mạng cố định, cần có xâm nhập vật lý vào mạng, trong khi ở mạng vô tuyến,

kẻ xâm nhập chỉ cần ở trong vùng phủ sóng. Quan trọng hơn, các giới hạn với các trạm

trong mạng vô tuyến không rõ ràng như trong mạng cố định. Bốn điểm khác nhau cơ bản

giữa mạng vô tuyến và mạng cố định là:

- Băng thông

- Tốc độ lỗi cho phép

- 10 -



- Sự ngầm định và sự thay đổi

- Giới hạn công suất

Bởi các sự khác biệt này, các giao thức và các thuật toán sử dụng cho mạng cố định

thường có quá nhiều lợi thế so với các giao thức và các thuật toán sử dụng cho mạng vôtuyến. Điều này tạo ra một thách thức lớn cho việc thiết kế cấu trúc bảo mật cho các mạng

vô tuyến. Yêu cầu thứ hai là do trên thực tế khi chuyển vùng, không có kết nối an toàn

nào giữa mạng và người dùng. Các dữ liệu của thuê bao sẽ được gửi bởi một kết nối

không an toàn, có thể bị sử dụng để xâm phạm thông tin cá nhân của người dùng. Việc

thiết kế càng trở nên phức tạp hơn, do cần phải tương thích với các công nghệ vô tuyến

đời cũ hơn.

Để đạt được các yêu cầu này, các mô hình bảo mật của 3GPP và 3GPP2 đã được cải

tiến và dẫn tới các mục tiêu sau:

• Tăng cường cấu trúc bảo mật 2G trong:

- Nhận thực thuê bao

- Mã hóa giao diện vô tuyến

- Nhận dạng thuê bao một cách tin cậy

- Sử dụng các module nhận thực thuê bao (có thể gỡ bỏ được)

- Tạo ra lớp ứng dụng an toàn giữa máy di động và mạng

- Sự trong suốt của các tính năng bảo mật

• Đảm bảo ở một mức độ an toàn thỏa đáng cho:

- Người dùng

- Mọi thông tin gửi đi bởi người dùng

- Các tài nguyên và dịch vụ cung cấp bởi mạng dịch vụ

• Đảm bảo sự tồn tại của ít nhất một thuật toán đã được mã hóa có thể sử dụng trên

toàn thế giới.

• Đảm bảo sự chuẩn hóa thỏa đáng của các tính năng bảo mật.

• Đảm bảo khả năng mở rộng các tính năng và kỹ thuật bảo mật.

- 11 -



1.4.2. Các mối đe dọa với việc bảo mật của hệ thống 3G

• Việc truy cập trái phép vào dịch vụ: Trong trường hợp này, kẻ xâm nhập sẽ truy

cập trái phép bằng cách giả mạo hoặc sử dụng trái phép quyền truy cập.

•

Nghe trộm (Eavesdropping): Trong trường hợp này, kẻ xâm nhập sẽ chen vàođường truyền vào lúc đang tiến hành cuộc gọi hoặc vào quá trình nhận thực. Điều

này sẽ gây ra các vấn đề về thông tin cá nhân người dùng, nhưng các thông tin lấy

được có thể bị sử dụng cho các cách tấn công khác.

• Khống chế các bản tin: Trong trường hợp này, kẻ xâm nhập sẽ khống chế đường

truyền giữa hai bên.

• Quấy rối hoặc sử dụng trái phép các dịch vụ trong mạng: Trong trường hợp

này, kẻ xâm nhập tấn công các dịch vụ mạng, có thể dẫn tới việc từ chối dịch vụ

DoS hay làm giảm hiệu suất của dịch vụ.

• Tấn công trung gian (man – in – middle attacks): Trong trường hợp này, kẻ

xâm nhập đặt mình vào giữa hai bên đang tiến hành đàm thoại. Cả hai bên đều

không biết có kẻ xâm nhập và nghĩ rằng họ đang nói chuyện với nhau, trong khi kẻ

xâm nhập nói chuyện với cả hai bên.

CHƯƠNG 2

HỆ THỐNG DI ĐỘNG CDMA2000/UMTS

2.1. Lộ trình tiến lên CDMA2000 từ cdmaOne

- 12 -



Một trong những mục đích của chuẩn 3G là tăng cường sự phát triển của hệ thống

2G hiện tại, tận dụng tối đa cơ sở hạ tầng hiện có. CDMA2000 là hệ thống 3G phát triển

từ hệ thống CDMA hiện tại ở Bắc Mỹ là cdmaOne. Chuẩn được quy định cho

CDMA2000 bao gồm 2 giai đoạn: 1xRTT và 3xRTT. 1xRTT được coi là giai đoạn I của

CDMA2000 3G và 3xRTT là giai đoạn II của CDMA2000 3G.

• Giai đoạn thứ nhất được định nghĩa là chuẩn có tên 1xRTT. Được hoàn tất vào

tháng 7 năm 1999, giai đoạn này của CDMA2000 mang tên là chuẩn TIA theo IS-

2000 và mang tên là chuẩn MC-1X theo ITU. 1xRTT cung cấp gấp đôi dung lượng

thoại và thời gian chờ so với IS-95, và cho phép tốc độ dữ liệu lên tới 384 Kbps

(theo lý thuyết). Nó hoạt động ở kênh 1.25 MHz.

• Giai đoạn thứ hai của CDMA2000 là 3xRTT kết hợp chặt chẽ các khả năng của

1xRTT, có tốc độ dữ liệu lên tới 2Mbps (theo lý thuyết), hỗ trợ tất cả các loại kênh(5 MHz, 10 MHz, vv...).

2.2. 1xEV: 1xEV – DO và 1xEV – DV

1xEV là bước phát triển kế tiếp của 1x. Nớ dựa trên công nghệ tốc độ dữ liệu cao

Qualcomm HDR. Các xu hướng dẫn đến sự ra đời của 1xEV là:

• Trong trình tự phát triển của CDMA2000 1x, khả năng dữ liệu tốc độ cao để hỗ trợ

các dịch vụ dựa trên nền Internet ở hiện tại và trong tương lai sẽ trở nên hết sức

quan trọng.

• Dải phổ sẽ trở thành một tài nguyên khan hiếm, làm cho hệ thống 1.25 MHz trở

nên hấp dẫn hơn nhiều so với hệ thống 5 MHz (3x), chỉ cần đạt được hiệu suất

tương đương. Những nhà khai thác và người dùng sẽ được lợi từ những hệ thống

này thông qua:

- Tốc độ cao và dung lượng cao của hệ thống truyền dẫn dữ liệu gói.

- Hiệu quả sử dụng dải phổ cao hơn cho chuyển mạch gói.

- Thoại với hiệu quả sử dụng dải phổ cao hơn.

- Sự nâng cấp và linh hoạt của hệ thống CDMA2000 1x tốt hơn nhiều so với

hệ thống 3x trong việc phát triển lên từ hệ thống 2G hiện tại.

- 13 -



- Hệ thống CDMA2000 1x tối thiểu hóa tác động trên các thiết bị trong vùng

tế bào và các thiết bị cầm tay trong việc cung cấp các dịch vụ dữ liệu gói tốc

độ cao.

Để đạt được các yêu cầu của nhà khai thác CDMA2000 trong việc triển khai các

dịch vụ dữ liệu gói tốc độ cao trong sóng mang 1.25 MHz, 1xEV sẽ được định nghĩa

trong hai giai đoạn:

• Giai đoạn 1: Tối ưu hóa hệ thống cho các dịch vụ dữ liệu gói tốc độ cao, không

thời gian thực

Dịch vụ dữ liệu gói tốc độ cao hoạt động trên một sóng mang. Nếu thuê bao cần

thoại hoặc các dịch vụ thời gian thực khác, hệ thống 1xEV sẽ sử dụng CDMA2000 1x để

thực thi dịch vụ đó. Mục đích là nhằm làm cho hoạt động dễ hiểu đối với người dùng.

• Giai đoạn 2: Hệ thống đồng thời hỗ trợ dữ liệu gói tốc độ cao và dịch vụ thời gian

thực

Trong cách tiếp cận tích hợp, mục đích là để tích hợp khả năng của giai đoạn một

trên cùng một sóng mang, trong khi vẫn còn khả năng duy trì dịch vụ dữ liệu gói trên một

sóng mang riêng biệt.

2.2.1. 1xEV – DO

1xEV-DO là một chuẩn trong họ các tiêu chuẩn vô tuyến của CDMA2000 1x. EV-DO là viết tắt của “EVolution, Data-Only" (gần đây được sửa thành “Evolution, Data

Optimized”). 1xEV-DO cung cấp tốc độ dữ liệu nhanh gấp 10 lần so với 1xRTT, công

nghệ dữ liệu trước đó của mạng CDMA. Không giống như các chuẩn 1x khác, 1xEV-DO

chỉ dành cho dữ liệu, không dùng cho thoại. Nó yêu cầu một khoảng phổ dành riêng, tách

biệt với mạng thoại sử dụng các chuẩn như 1xRTT.

Có hai phiên bản của 1xEV-DO: "Release 0" và "Revision A".

- Release 0 là phiên bản nguyên thủy, và là phiên bản được triển khai rộng rãi đầutiên. Release 0 cung cấp tốc độ dữ liệu lên tới 2.4 Mbps, trung bình là 300-600

kbps trong thực tế. Tốc độ này nhanh hơn rất nhiều so với tốc độ 50-80 kbps cung

cấp bởi 1xRTT. Tốc độ dữ liệu của Release 0 tương đồng với tốc độ dữ liệu của

1xEV-DV Revision C.

- 14 -



- Revision A tích hợp hầu hết công nghệ dữ liệu từ 1xEV-DV Revision D, và cải

thiện ngấm ngầm. Những nâng cao này cho phép các tính năng như VoIP và thoại

video.

Mặc dù EV-DO về nguyên bản không có khả năng thoại, Revision A đủ nhanh để

cung cấp công nghệ VoIP tại mức độ dịch vụ bằng hoặc tốt hơn so với công nghệ thoại

1xRTT. Đây có thể là con đường phát triển của CDMA nếu sự phát triển của 1xEV-DV

vẫn bị ngừng trệ. 1xEV-DO được dựa trên công nghệ dữ liệu tốc độ cao HDR hoặc dữ

liệu gói tốc độ cao HRPD, phát triển bởi Qualcomm. Chuẩn quốc tế gọi là IS-856.

2.2.2. 1xEV – DV

1xEV-DV là một chuẩn trong họ các tiêu chuẩn vô tuyến của CDMA2000 1x. EV-

DV là viết tắt của “Evolution, Data and Voice”. 1xEV-DV kết hợp cả công nghệ tốc độ

cao HDR từ 1xEV-DO với chuẩn 1xRTT được triển khai rộng rãi. Nó tích hợp liền mạch

với 1xRTT, cung cấp khả năng tương thích với các hệ thống cũ và đồng thời cả thoại và

dữ liệu.

Có hai phiên bản của 1xEV-DV: "Revision C" và "Revision D"

- Revision C cung cấp tốc độ dữ liệu cao chỉ cho chiều xuôi, có nghĩa là tốc độ

download sẽ nhanh hơn. Chiều ngược giống như chuẩn 1xRTT.

- Revision D cung cấp tốc độ dữ liệu cao cho cả hai chiều, lý tưởng cho các ứng

dụng như hội thoại video và tải lên các file dung lượng lớn. Revision D cũng tích

hợp việc nhận dạng thiết bị di động MEID.Sự phát triển 1xEV-DV đang bị chững

lại, bị cản trở bởi 1xEV-DO Revision A và công nghệ VoIP.

2.3. Cấu trúc hệ thống CDMA2000 :

- 15 -



Hình 2. Cấu trúc hệ thống CDMA2000

2.3.1. Các thành phần của hệ thống

• Trạm di động MS (Mobile Station): là thiết bị cho người sử dụng truy cập vào

mạng. MS có thể là điện thoại cầm tay, máy tính…• Trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station): chịu trách nhiệm cấp phát

các tài nguyên cho các thuê bao. BTS chứa các thiết bị thu phát vô tuyến, nó là

giao diện giữa mạng CDMA2000 và thiết bị của người sử dụng UE (User

Equipment).

- 16 -



• Bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller): có nhiệm vụ điều khiển

các BTS gắn với nó và định tuyến các gói đến và đi từ PSDN. Ngoài ra, BSC còn

làm nhiệm vụ điều khiển/quản lý chuyển giao.

• Trung tâm chuyển mạch di động MSC (Mobile Switching Centre): thực hiện

vai trò của chuyển mạch trung tâm, thiết lập và định tuyến cuộc gọi, thu thập thông

tin tính cước, quản lý di động, gửi cuộc gọi tới PSTN/Internet.

• Bộ ghi định vị thường trú HLR (Home Location Register): là cơ sở dữ liệu lưu

thông tin về thuê bao.

• Bộ ghi định vị vãng lai VLR (Visitor Location Register): là cơ sở dữ liệu lưu

thông tin thuê bao đang hoạt động trên một MSC nhất định.

•

Trung tâm nhận thực AC (Authentication Centre): xác nhận thuê bao trước khicho phép cung cấp dịch vụ cho thuê bao đó.

• IWF (Interworking Function): cho phép các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch kênh.

• Node dịch vụ dữ liệu gói PDSN (Packet Data Service Node): chỉ có ở mạng 3G,

cung cấp các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gói.

• Trung tâm nhận thực, trao quyền và thanh toán AAA (Authentication,

Authorization, and Accounting): là một server cung cấp các dịch vụ nhận thực,

trao quyền và thanh toán cho PSDN, lần lượt chuyển các dịch vụ kết nối với mạngdữ liệu gói cho người dùng di động.

2.3.2. Các giao thức sử dụng

Trong cấu trúc mạng CDMA2000 ở trên, có các giao diện giữa các thành phần mạng

được thêm vào để cung cấp các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gói. Việc định nghĩa các

giao diện này thường được quy định bởi các chuẩn. Một số chuẩn quan trọng là:

• IS-2000: Các chuẩn này quy định giao diện không trung giữa MS và BSC trong

mạng CDMA2000.• IS-2001: Đây là phiên bản 3G của IOS (InterOperability Specification), là chuẩn

định nghĩa giao diện giữa BSC và PDSN. Nó cũng định nghĩa giao diện giữa BSC

và MSC, cũng như giao diện giữa các BSC với nhau nhằm quản lý di động.

- 17 -



• IS-41: Chuẩn này, đã sử dụng ở mạng 2G, cũng vẫn được sử dụng ở mạng 3G. Nó

định nghĩa giao diện giữa MSC, HLR, VLR, và AC, cũng như giao diện giữa các

MSC với nhau.

2.4. Cấu trúc giao thức trong CDMA2000

Hình 3. Cấu trúc giao thức trong CDMA2000

Hình 3 minh họa cấu trúc giao thức sử dụng trong CDMA2000. Cấu trúc phân lớp

trong hình trên tương tự với cấu trúc phân lớp trong mô hình tham chiếu OSI. Một điểm

khác biệt về cấu trúc giữa cdmaOne và CDMA2000 là CDMA2000 nêu ra rõ ràng chức

năng của bốn lớp giao thức khác nhau. Bốn lớp giao thức đó là lớp vật lý, lớp điều khiển

truy cập phương tiện MAC (Media Access Control), lớp điều khiển truy cập đường báo

hiệu LAC (Signaling Link Access Control), và lớp cao hơn.

- 18 -



• Lớp vật lý (lớp 1): Lớp vật lý chịu trách nhiệm phát và thu các bit thông qua

phương tiện vật lý. Vì phương tiện vật lý trong trường hợp này là không trung, nên

lớp vật lý phải chuyển đổi bit sang dạng sóng (ví dụ như điều chế) để cho phép

truyền qua không trung. Bên cạnh việc điều chế, lớp vật lý còn thực hiện các chức

năng mã hóa để thực hiện các chức năng điều khiển lỗi tại mức bit và mức khung.

• Lớp con MAC (lớp 2): Lớp con MAC điều khiển việc truy cập của lớp cao hơn

vào phương tiện vật lý được chia sẻ bởi các người dùng khác nhau. Về mặt này,

MAC thực hiện các chức năng tương tự như thực thể MAC điều khiển mạng cục

bộ LAN. Trong khi LAN MAC điều khiển truy cập từ các máy tính khác nhau tới

bus dùng chung, lớp con CDMA2000 MAC quản lý việc truy cập của các người

dùng khác nhau (thoại tốc độ thấp và dữ liệu tốc độ cao) tới giao diện trên không

dùng chung.• Lớp con LAC (lớp 2): Lớp con LAC chịu trách nhiệm đảm bảo sự tin cậy của các

bản tin báo hiệu được trao đổi. Cần nhớ rằng các phương tiện truyền qua không

trung là rất dễ xảy ra lỗi, nên bản tin tại thời điểm nhận được (và được chấp nhận)

là có thể có lỗi. Mặt khác, vì bản tin báo hiệu cung cấp các chức năng điều khiển

quan trọng, các bản tin này cần phải được truyền và nhận một cách tin cậy. Lớp

con LAC thực hiện một tập các chức năng để đảm bảo việc chuyển phát một cách

tin cậy các bản tin báo hiệu.

• Lớp cao hơn (lớp 3): Lớp cao hơn thực hiện chức năng điều khiển chung cho hệ

thống CDMA2000. Nó thực hiện việc điều khiển này bằng cách phục vụ như một

điểm xử lý và tạo ra tất cả các bản tin báo hiệu mới. Bản tin thoại và dữ liệu cũng

được truyền qua lớp 3.

Trong cdmaOne không chỉ ra một cách tường minh và riêng biệt chức năng của từng

lớp. Đến đây, một câu hỏi đặt ra là tại sao cấu trúc phân lớp không được triển khai tại

cdmaOne nhưng bây giờ lại được sử dụng trong CDMA2000? Lý do là bởi vì cấu trúc

phân lớp được sử dụng trong CDMA2000 bởi vì nó mang tới sự thống nhất với cấu trúc3G được vạch ra trong IMT-2000. Cơ cấu của IMT-2000 kêu gọi các mạng khác nhau

cùng hợp tác để cung cấp dịch vụ cho người dùng cuối, và mức độ cũng như phạm vi của

sự hợp tác này được tổ chức rõ ràng hơn khi nhìn từ góc độ của cấu trúc phân lớp. Các

chức năng của lớp được định nghĩa rõ ràng sẽ cung cấp khả năng chuyên môn hóa cho hệ

- 19 -



thống. Chỉ cần một lớp vẫn thực hiện các chức năng của nó và cung cấp các dịch vụ mong

muốn, việc thực thi chuyên biệt của các chức năng của lớp đó có thể được cải tiến hoặc

thay thế mà không cần yêu cầu sự thay thế của các lớp trên và dưới nó.

Bên cạnh các lớp, các thành phần quan trọng khác của cấu trúc giao thức

CDMA2000 là:

• Kênh vật lý (Physical channels): Các kênh vật lý là các đường truyền tin giữa lớp

vật lý và các lớp con hợp nhất các kênh dùng chung/dùng riêng. Trong hình vẽ,

kênh vật lý được biểu viết bằng chữ hoa. (F-) là viết tắt của Forward (kênh xuôi)

và (R-) là viết tắt của kênh ngược (Reverse), hai chữ cái cuối CH viết tắt của

“CHannel” (kênh).

• Kênh logic (Logical channels): Các kênh logic là các đường truyền tin giữa các

lớp con hợp nhất các kênh dùng chung/dùng riêng và các thực thể của lớp cao hơn.

Trong hình vẽ, kênh logic được viết bằng chữ thường. (f-) là viết tắt của forward

(kênh xuôi) và (r-) là viết tắt của kênh ngược (reverse), hai chữ cái cuối ch viết tắt

của “channel” (kênh).

• Đơn vị dữ liệu: Các đơn vị dữ liệu là các đơn vị logic của báo hiệu và thông tin

người dùng được trao đổi giữa thực thể SRBP/RLP và các thực thể lớp cao hơn. Có

hai loại đơn vị dữ liệu: đơn vị dữ liệu truyền tải PDU và đơn vị dữ liệu dịch vụ

SDU. PDU được sử dụng cho các đơn vị dữ liệu được nhận bởi nhà cung cấp dịchvụ từ yêu cầu dịch vụ, và SDU được sử dụng cho các đơn vị dữ liệu được gửi tới

nhà cung cấp bởi người yêu cầu dịch vụ.

• Trong lớp con MAC, có bốn loại thực thể: SRBP, RLP, lớp con hợp nhất các

kênh dùng chung, và lớp con hợp nhất các kênh dùng riêng. Lớp con hợp nhất

các kênh dùng chung thực hiện việc ánh xạ giữa các kênh logic dùng chung (kênh

được chia sẻ giữa nhiều người dùng) và kênh vật lý dùng chung. Lớp con hợp nhất

các kênh dùng riêng thực hiện việc ánh xạ giữa các kênh logic dùng riêng (kênh

được dành riêng cho một số người dùng) và kênh vật lý dùng riêng. Cần lưu ý rằng

kênh dùng riêng có thể sử dụng cho cả báo hiệu và dữ liệu người dùng, còn kênh

dùng chung chỉ được dùng cho báo hiệu. SRBP và RLP là các thực thể giao thức

dùng trong lớp con MAC. SRBP xử lý việc báo hiệu kênh chung (ngược lại với

báo hiệu kênh riêng) và RLP xử lý thông tin người dùng.

- 20 -



2.5. Các tính năng của hệ thống CDMA2000

2.5.1. Loại lưu lượng

CDMA2000, cũng như các công nghệ 3G khác, hỗ trợ các loại lưu lượng sau (tốc độ

dữ liệu từ 9.6 kbps đến 2 Mbps):• Thoại truyền thống và VoIP

• Các dịch vụ dữ liệu

- Dữ liệu gói: Các dịch vụ này dựa trên nền IP với giao thức TCP hoặc UDP tại lớp

giao vận. Nằm trong loại này là các ứng dụng Internet, các dịch vụ đa phương tiện

loại H.323 vv...

- Dữ liệu băng rộng mô phỏng kênh (circuit-emulated broadband data): ví dụ như

fax, truy cập dial-up không đồng bộ, các dịch vụ đa phương tiện loại H.321 nơi mà

audio, video, dữ liệu, điều khiển và chỉ thị được truyền trên mô phỏng kênh qua

ATM...

- SMS (Short Messaging Service)

• Dịch vụ báo hiệu

Hệ thống 3G được dự kiến cho các môi trường trong nhà và ngoài trời, các ứng dụng

bộ hành hoặc trên xe cộ, và các môi trường cố định như tổng đài nội hạt vô tuyến

(wireless local loop). Kích cỡ tế bào từ vài chục mét (nhỏ hơn 50 m đối với picocell) tới

vài chục km (hơn 35 km cho các tế bào cỡ lớn).

2.5.2. Độ rộng băng

Hệ thống CDMA2000 có thể hoạt động ở các độ rộng băng khác nhau với một hoặc

nhiều sóng mang. Trong hệ thống đa sóng mang, các sóng mang cạnh nhau phải cách

nhau ít nhất 1.25 MHz. Trong hệ thống đa sóng mang thực sự, mỗi sóng mang thường có

độ rộng băng 1.25 MHz và được phân biệt với sóng mang IS-95 bằng mã trực giao. Tuy

nhiên, khi ba sóng mang được sử dụng trong hệ thống đa sóng mang, băng thông yêu cầu

là 5 MHz. Để cung cấp các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, một kênh đơn có thể có độ rộng

băng danh định là 5 MHz với tốc độ chip 3.6864 Mcps ( = 3 x 1.22887 Mc/s). Băng thông

BW trong hình 4, ngoài mật độ công suất có thể bỏ qua, tùy thuộc vào bộ lọc tạo dạng tại

băng gốc. Nếu bộ lọc cosine tăng được sử dụng, BW = R c(1 + α), trong đó R c là tốc độ

- 21 -



chip và α là thừa số cắt lăn (rolloff factor). Nếu α = 0.25, BW = 4.6 MHz, và do đó dải

bảo vệ G = 200 kHz. Rõ ràng, một lợi thế của băng thông rộng hơn là nó cung cấp nhiều

đường hơn để có thể sử dụng trong bộ thu đa đường để tăng cường hoạt động của hệ

thống.

Hình 4: Độ rộng băng trong CDMA2000

2.5.3. Chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service)

Bất cứ lúc nào, đa ứng dụng cũng có thể chạy trên một trạm di động MS. Người

dùng có thể yêu cầu chất lượng dịch vụ tùy theo ứng dụng, và mạng được mong đợi là sẽ

đảm bảo chất lượng yêu cầu mà không có sự sút giảm đáng kể trong QoS đã quy ước với

khách hàng.

2.5.4. Các dịch vụ dữ liệu gói

CDMA2000 hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu gói. Từ lúc khởi đầu, nếu có một gói để gửi,

người dùng cố gắng thiết lập các kênh điều khiển dùng chung và dùng riêng sử dụng

phương thức đa truy cập phân khe Aloha. Trong phương thức này, một xung nhịp tham

chiếu được sử dụng để tạo ra một dãy các khe thời gian có độ dài bằng nhau. Khi ngườidùng có một gói cần gửi, nó có thể bắt đầu truyền, nhưng chỉ tại lúc bắt đầu của một khe

thời gian chứ không phải tại khoảng thời gian bất kỳ lúc nào. Lưu ý rằng mặc dù người

dùng được đồng bộ hóa nhờ xung nhịp tham chiếu, có một vài xác suất rằng có thể có hai

người dùng hoặc nhiều hơn có thể bắt đầu truyền tại cùng một thời điểm. Khi các kênh

- 22 -



này được thiết lập, người dùng có thể gửi các gói tin thông qua kênh điều khiển dùng

riêng, và có thể yêu cầu một kênh lưu lượng hoặc một độ rộng băng thích hợp. Một khi

kênh lưu lượng đã được cấp, người dùng truyền gói tin, việc bảo trì sự đồng bộ hóa và

điều khiển công suất là cần thiết, và việc giải phóng kênh lưu lượng ngay sau khi truyền

xong hoặc sau một khoảng thời gian nhất định. Nếu không còn gói nào để gửi, kênh điềukhiển dùng riêng cũng được giải phóng sau một khoảng thời gian, nhưng kết nối lớp

mạng và lớp liên kết vẫn được duy trì trong một khoảng thời gian để nếu có gói mới đến

thì vẫn sẽ được truyền mà không bị mất thời gian thiết lập kênh. Tại cuối khoảng thời

gian đó, các gói ngắn và không thường xuyên sẽ được gửi qua một kênh điều khiển dùng

chung. Người dùng có thể ngắt kết nối tại thời điểm đó, hoặc tiếp tục trong trạng thái đó

vô hạn, hoặc tái thiết lập kênh điều khiển dùng riêng và kênh lưu lượng nếu có các gói lớn

hoặc thường xuyên cần gửi.

2.6. Các kênh trong CDMA2000

2.6.1. Kênh xuôi

Các kênh xuôi trong CDMA2000 chia làm kênh báo hiệu và kênh người dùng.

Bảng 1. Kênh xuôi trong CDMA2000

Kênh

báo hiệu

Kênh

dùng

chung

F-PCH (Paging Channel)

F-QPCH (Quick Paging Channel)

F-CCCH (Forward Common Control Channel)

F-BCCH (Broadcast Control Channel)

F-CACH (Common Assignment Channel)

F-CPCCH (Common Power Control Channel)

F-SYNCH (Sync Channel)

F-PICH (Forward Pilot Channel)

F-TDPICH (Transmit Diversity Pilot Channel)

F-APICH (Auxiliary Pilot Channel)

F-ATDPICH (Auxiliary Transmit Diversity Pilot Channel)

- 23 -



Kênh

dùng riêng

F-DCCH (Forward Dedicated Control Channel)

Kênh người dùng

F-FCH (Forward Fundamental Channel)

F-SCH (Forward Supplemental Channel)

F-SCCH (Forward Supplemental Code Channel)

2.6.2. Kênh ngược

Các kênh ngược trong CDMA2000 chia làm kênh báo hiệu và kênh người dùng.

Bảng 2. Kênh ngược trong CDMA2000

Kênh

báo hiệu

Kênh dùng chung R-ACH (Access Channel)

R-EACH (Enhanced Access Channel)

R-CCCH (Reverse Common Control Channel)

Kênh dùng riêng R-PICH (Reverse Pilot Channel)

R-DCCH (Reverse Dedicated Control Channel)

Kênh người dùng

R-FCH (Reverse Fundamental Channel)

R-SCH (Reverse Supplemental Channel)

R-SCCH (Reverse Supplemental Code Channel)

2.7. Chức năng truyền dẫn của kênh xuôi và kênh ngược

2.7.1. Chức năng truyền dẫn của kênh xuôi

Hình 5 minh họa sơ đồ đơn giản của các chức năng truyền dẫn của kênh xuôi của

hệ thống CDMA2000 đơn sóng mang trải phổ trực tiếp. Để đơn giản, chỉ có một số kênhxuôi vật lý được đưa ra trong hình. CDMA2000 có hai loại kênh lưu lượng – kênh cơ bản

và kênh phụ. Một số tốc độ dữ liệu được hỗ trợ. Tùy thuộc vào tốc độ dữ liệu, mã xoắn

với tốc độ 1/2, 3/8, 1/3, hoặc 1/4 có thể được sử dụng. Cả hai loại khung 10 ms và 5 ms

đều được hỗ trợ. Các biểu tượng của kênh I và kênh Q được nhân với các hệ số tích lũy

- 24 -



(gain factor) để cung cấp thêm một số điều khiển công suất. Cũng như trong IS-95, các tế

bào được phân tách bởi các độ lệch (offset) của các dãy PN hoa tiêu khác nhau (chu kì

của các dãy PN này là 215 – 1 chip). Tuy nhiên, giờ đây, các phương pháp trải phổ phức

được sử dụng bằng cách, đầu tiên, thêm các giá trị thực của dãy I và Q trong phép cầu

phương (quadrature) để kết quả trở thành số phức và sau đó nhân nó với một số phứckhác SI + jSQ, trong đó SI và SQ lần lượt là các PN hoa tiêu của kênh I và kênh Q. Kết quả

của phép nhân này là một đại lượng phức có các thành phần đồng pha và vuông pha được

biểu diễn ở góc dưới của hình vẽ. Với việc trải phổ phức, lối ra của bộ lọc tạo dạng sẽ

bằng 0 chỉ với xác suất thấp, do đó cải thiện hiệu quả công suất.

- 25 -



Hình 5. Sơ đồ truyền dẫn của kênh xuôi trong CDMA2000

- 26 -



2.7.2. Chức năng truyền dẫn của kênh ngược

Hình 6. Sơ đồ truyền dẫn của kênh ngược trong CDMA2000

Sơ đồ khối chức năng của kênh ngược của hệ thống CDMA2000 trải phổ trực tiếp

được biểu diễn trên hình 6. Trước tiên hãy xem xét kênh cơ bản. Dữ liệu đến trong kênh

này được xử lý theo cách thông thường. Tùy thuộc vào tốc độ dữ liệu người dùng, một số

bit chỉ thị chất lượng khung dưới dạng CRC được thêm vào khung. Một vài bit đuôi được

thêm vào để đảm bảo việc hoạt động chuẩn xác của bộ mã hóa kênh, có thể là bộ mã hóa

mã xoắn hoặc mã khối. Biểu tượng mã được lặp lại, nhưng tùy thuộc vào tốc độ, một vài

biểu tượng bị xóa. Lối ra của bộ ghép xen (interleaver) được trải phổ với mã Walsh, ánh

xạ tới các biểu tượng điều chế, và nhân với các hệ số tích lũy (gain factor), kết quả là báo

hiệu được gán nhãn Afund. Kênh phụ 1 và 2 và các kênh điều khiển được xử lý cũng theo

cách đó, mặc dù chi tiết có thể khác biệt trong một số trường hợp. Ví dụ như, sự bỏ đi các

biểu tượng không được thực hiện trên kênh điều khiển dành riêng. Tương tự, kênh hoa

tiêu ngược R-PICH, có các chuỗi bit 0 (có giá trị thực là +1), được xử lý khác bởi vì nó

không được mã hóa thành mã kênh, ghép xen theo ghép xen khối, hoặc nhân bởi mãWalsh. Tuy nhiên, một bit điều khiển công suất được thêm vào kênh hoa tiêu cho mỗi

nhóm điều khiển công suất hoặc 16 bit điều khiển công suất trên một khung. Đề đơn giản,

bỏ qua sự lặp lại này và chủ yếu quan tâm đến lối ra sau khi xử lý của các kênh này là

Asub1, Asub2, Acont, and A pilot. Kênh cơ bản và kênh phụ 1 được hợp lại tạo ra lối ra Q. Tương

tự, các kênh còn lại được tập hợp riêng biệt, cho lối ra I. Chú ý rằng trong trường hợp

- 27 -



này, các dãy kênh I và Q tạo nên bởi mã hóa QPSK là độc lập với nhau bởi vì nó được tạo

ra từ các kênh khác nhau và không phải bởi việc chia dòng dữ liệu của một kênh thành hai

dòng phụ. Các chuỗi I và Q được trải phổ bởi mã phức dưới dạng S I + jSQ, trong đó SI và

SQ là do người dùng định nghĩa bởi vì nó được lấy từ mã mặt nạ 42-bit gán cho mỗi người

dùng, các dãy PN hoa tiêu kênh I và kênh Q, và mã Walsh.

2.8. Sự khác biệt giữa CDMA2000 và cdmaOne

CDMA2000 là sự mở rộng của cdmaOne, sự mở rộng này có thể dễ dàng nhận thấy

trong thực tế khi các người dùng CDMA2000 và người dùng cdmaOne có thể cùng tồn tại

trong cùng một sóng mang. Mặc dù CDMA2000 tương thích với cdmaOne, có nhiều điểm

khác biệt giữa CDMA2000 và cdmaOne. Vì yêu cầu của 3G và CDMA2000 là thu phát ở

tốc độ dữ liệu cao hơn, nên hai điểm khác biệt cơ bản cần thiết để cho phép tốc độ dữ liệu

ở mức 144 kbps hoặc cao hơn là sự cải thiện về báo hiệu và sự cải thiện về truyền dẫn.

Báo hiệu

Để thực hiện dữ liệu chuyển mạch gói tốc độ cao, CDMA2000 cần nhận và giải

phóng tài nguyên với hiệu suất cao và công nghệ báo hiệu hiệu quả là cần thiết. Các kỹ

thuật báo hiệu mới này bao gồm:

- Trên kênh xuôi, có các kênh vật lý báo hiệu/tiêu đề mới. Đó là các kênh F-QPCH

(Quick Paging Channel), F-CCCH (Common Control Channel), F-BCCH(Broadcast Control Channel), F-CPPCCH (Common Power Control

Channel), và F-CACH (Common Assignment Channel).

- Trên kênh ngược, có các kênh vật lý báo hiệu/tiêu đề mới. Đó là các kênh R-

DCCH (Dedicated Control Channel), R-EACH (Enhanced Access Channel), và R-

CCCH (Common Control Channel).

- Trên kênh ngược, có các bản tin báo hiệu ngắn hơn. CDMA2000 có thể truyền các

khung ngắn hơn 5 ms trên R-EACH. Điều này làm giảm xác suất xung đột dữ liệu.

- Trên kênh xuôi, CDMA2000 cũng có thể truyền các bản tin báo hiệu ngắn hơn. Nó

có thể sử dụng các khung ngắn hơn 5 ms trên kênh xuôi cơ bản (Forward

Fundamental Channel) cho mục đích này.

- 28 -



- Thêm vào đó, một thiết bị di động CDMA2000 có thể nằm ở một trong nhiều

mode hoạt động khác nhau để cung cấp việc truyền dữ liệu gói lớn và để bảo vệ tài

nguyên.

Truyền dẫnMột dung lượng đường truyền trên không cao hơn là rất cần thiết cho việc thực thi

dữ liệu gói tốc độ cao, và nhiều thay đổi đã được thực hiện để cải thiện dung lượng đường

truyền trên không so với cdmaOne. Các thay đổi này còn được thực hiện để tác động đến

việc sử dụng hiệu quả tài nguyên. Một vài thay đổi đáng kể là:

- Kênh F-SCH (Forward Supplemental Channel) và R-SCH (Reverse Supplemental

Channel) được thêm vào để truyền dẫn dữ liệu người dùng tốc độ cao.

- Đường ngược có kênh R-PICH (Reverse Pilot Channel) để hỗ trợ việc điều chếtrên đường ngược.

- Đường lên giờ đây có điều khiển công suất vòng đóng nhanh (so sánh với điều

khiển công suất chậm hơn trong cdmaOne). Nhóm điều khiển công suất được

truyền trên kênh R-PICH để tăng cường điều khiển công suất vòng đóng nhanh

trên đường lên.

- Bên cạnh việc điều khiển công suất kênh lưu lượng, CDMA2000 cũng có thể điều

khiển công suất kênh báo hiệu.

- Các cải tiến trong việc truyền dẫn khác bao gồm việc thực thi khóa dịch pha trực

giao QPSK hiệu quả hơn trong điều chế và việc sử dụng mã khối hiệu quả hơn cho

việc truyền dẫn tốc độ cao.

2.9 Những tương đồng chủ yếu giữa CDMA2000 1X và WCDMA

Những tương đồng giữa CDMA2000 1X và WCDMA. Release 99 được giới thiệu

trong bảng3. Một lần nữa, so sánh này chỉ xem xét những khái niệm lõi cơ bản của mỗi

giao diện vô tuyến CDMA và không bao gồm tất cả chi tiết và bộ thông số, điển hình phân biệt các hệ hống được những cơ quan lập tiêu chuẩn khác nhau định nghĩa. Các tiêu

chuẩn CDMA2000 và WCDMA gồm danh sách không đầy đủ sau đây của các công nghệ

tiến hóa mới quan trọng để nâng cao năng suất của cả hai tiêu chuẩn này:

- 29 -



Bảng 3. Những điểm tương đồng giữa CDMA2000 1X và WCDMA

Một số những tiến hóa mới này là thiết yếu cho các hoạt động của các tiêu chuẩn

CDMA20001X và WCDMA release 99 được miêu tả dưới đây.

Các mã số trực giao có chiều dài thay đổi

Cả hai tiêu chuẩn CDMA2000 1X VÀ WCDMA đều được thiết kế để phục vụ

người dung thoại và dữ liệu. Việc truyền những gói dữ liệu có thể thực hiện bằng cách

dùng những tốc độ dữ liệu tương đối thấp vào khoảng 8kbit/s. Việc truyền những gói dữliệu chủ yếu dùng một tốc độ càng cao càng tốt tùy theo các điều kiện kênh, để giảm thiểu

độ chờ. Thay đổi chiều dài của mã trực giao làm thay đổi thực sự hệ số trải phổ và do đó

làm thay đổi tốc độ dữ liệu của kênh vô tuyến CDMA. Vì tốc độ mã trực giao thường là

cố định, có thể nói rằng những mã số

- 30 -



ngắn hơn cho phép những tốc độ dữ liệu cao hơn.

Nếu những điều kiện của kênh là tốt, liên kết vô tuyến có thể hỗ trợ một tốc độ dữ

liệu cao hơn, được cung cấp bằng chuyển mạch sang một mã trực giao ngắn hơn. Tuy

nhiên, chỉ định một mã số ngắn nào đó làm cho những mã số dài hơn ở dưới chúng trong

cây mã lập kênh không trực giao (không dùng được). Do đó, phân bổ và khả năng sử

dụng tất cả mã phải được theo dõi và tối ưu hóa mạnh mẽ.

Hình 7. Các mã phân kênh trực giao có chiều dài thay đổi

QUALCOMM đã phát triển những kỹ thuật phân bố cơ bản cho phép sử dụng hiệu quả

những mã trực giao có chiều dài thay đổi. Những mã số này là một tính năng trong cả hai

tiêu chuẩn CDMA2000 và WCDMA. Điều này đặc biệt quan trọng để quản lý các dịch vụ

hỗn hợp thoại và dữ liệu. Khi những dịch vụ không phải thoại trở thành một dòng doanh

thu quan trọng đối với những nhà khai thác, quản lý toàn bộ mạng thoại cũng trở nên quantrọng để cung cấp một hiệu quả sử dụng hài lòng.

Trải phổ phức hợp liên kết ngược

Vì các thiết bị di động CDMA2000 và WCDMA truyền nhiều kênh cùng một lúc

với các mã trực giao khác nhau, những kênh mã này có thể gây nhiễu với nhau khi giao

thoa “pha” nhận được bởi một trạm gốc không được lý tưởng. Qualcomm đưa ra một kỹ

thuật trải phức tạp sử dụng nhân phức tạp các nhánh I và Q với những mã số PN để làm

giảm nhiễu sinh ra khi các mã trực giao khác nhau được giải điều chế với một tham khảo

pha của máy thu không – lý tưởng. Mô hình trải phổ phức hợp này rất khác với dạng trải

phổ trước đó và dạng điều chế được sử dụng trong các hệ thống thông tin vô tuyến và

được chỉ ra trong Hình 8. Không có trải phổ và mã hóa phức tạp, các tín hiệu I và Q sẽ bị

lọc trực tiếp và được đưa vào bộ điều chế I/Q.

- 31 -



Hình 8. Cấu trúc phân kênh liên kết ngược với trải phổ phức hợp

Nhắn tin liên kết xuôi

Để bảo vệ tuổi thọ pin, thiết bị di động “ngủ” (ở trong chế độ tắt máy) theo chu kỳ

trong những khoảng thời gian ngắn (khoảng vài giây) cho đến lúc chúng phải “thức dậy”

và nghe bản tin mạng để xem có cần nhận và xử lý một cuộc gọi nào hay không. Trong

những hệ thống cdmaOne, mỗi thiết bị di động đã “thức dậy” để nghe nhắn tin trong lúc

khe nhắn tin đã được chỉ định cho nó. Nhắn tin có thể đã báo tin cho thiết bị di động rằngnó đã nhận được một cuộc gọi. Sau mỗi chu trình khe nhắn tin, thiết bị di động sẽ trở lại

chế độ”ngủ” của nó để bảo toàn công suất pin.

QUALCOMM đã phát triển một cải tiến cho nhắn tin liên kết xuôi để gửi một dấu

hiện ngắn (ví dụ 1 - 2 bit) để làm cho thiết bị di động phải thức dậy để nghe một nhắn tin

hoặc tiếp tục “ngủ”. Tiết kiệm công suất pin được thực hiện nhờ tính năng bổ sung này.

Nhắn tin liên kết xuôi là thông thường cho tất cả giao diện vô tuyến kiểu di động, gồm cả

CDMA2000 và WCDMA. Đối với người tiêu dùng lợi ích là thời gian nói lâu hơn và ít

lần sạc pin ít thường xuyên hơn.

- 32 -



Những đặc điểm độc lập của CDMA2000 1X và WCDMA

Những đặc điểm này ảnh hưởng đến thực hiện hệ thống, thông số của hệ thống và có

thể ảnh hưởng đến những đặc điểm về năng suất. Tuy nhiên, dù có khác biệt, mỗi hệ

thống phải bao gồm nhiều công nghệ cơ bản chung (Bảng 4)

Bảng 4: Những đặc điểm độc lập của CDMA2000 1X và WCDMA

Băng thông danh định

Tiêu chuẩn CDMA2000 đã được thiết kế để được vận hành với một băng thông là

1,25 MHz tương tự như cdmaOne, trong khi WCDMA được thiết kế để vận hành trong

một kênh 5MHz. Tuy nhiên, điều này không ảnh hưởng đến năng suất tổng cộng của hệ

thống và cả 2 công nghệ đều cung cấp những dung lượng tương tự khi được chuẩn hóa

trong những băng thông tương tự. Ngoài việc sử dụng kỹ thuật băng tần trải phổ dãy trực

tiếp, các hệ thống CDMA2000 còn có thể chỉ định ba sóng mang 1,25 MHz cho một băngthông 5 MHz (3X). Trong kỹ thuật này, nhiều sóng CDMA2000 trải phổ trực tiếp (sóng

mang 1,25 MHz) được kết hợp lại để tạo ra một tín hiệu CDMA giải rộng hỗn hợp

(5MHz). Phân biệt sóng mang điển hình là 1,25 MHz. Cách tiếp cận nhiều sóng mang

tương tự này có thể được dùng để chỉ định đến 15 sóng mang CDMA2000 trong một băng

thông 20MHz.

Tốc độ chip

Vì băng thông danh định của WCDMA (5MHz) rộng hơn CDMA2000 (1,25MHz), tốc độchip tương ứng cũng cao hơn. Tốc độ chip của WCDMA được chọn là 3,84 Mchip/s trong

khi CDMA2000 dùng 1,2288 Mchip/s để giúp thực hiện tương thích ngược với các hệ

thống cdmaOne.

- 33 -



Đồng bộ hóa mạng

Các mạng cdmaOne và CDMA2000 đều được đồng bộ hóa, nghĩa là tất cả trạm gốc

đều có một định thời (Timing) chung. Cách dễ nhất để đồng bộ hóa các trạm gốc là dùng

một hệ thống định thời dựa trên vệ tinh như GPS (vệ tinh định vị toàn cầu). WCDMA cho

phép các trạm gốc của nó hoạt động không đồng bộ, độc lập với yêu cầu định thời GPS,mặc dù những hệ thống này cũng có lựa chọn bao gồm định thời đồng bộ.

Bộ mã hoá tiếng nói

Thiết bị CDMA tiếp tục duy trì tính tương thích ngược với những thiết bị cdmaOne

hiện có bằng cách dùng một bộ mã hoá có tốc độ thay đổi (1/8, ¼, ½ , 1) nâng cao dữ liệu

để biến đổi tiếng nói thành những tín hiệu truyền thông. Để duy trì tính tương thích ngược

với các bộ mãhoá tiếng nói GSM, thiết bị WCDMA dùng một bộ mã hoá tiếng nói dạng

tắt/ mở (on/off) .

Mạng lõi

Giống như các hệ thống có trước như AMPS, TDMA, và cdmaOne, CDMA2000

tiếp tục giao tiếp với mạng lõi ANSI-41, cộng thêm khả năng giao diện với mạng lõi

GSM_MAP và IP. WCDMA chỉ giao diện với các mạng lõi GSM-MAP vì nó được thiết

kế để làm tiến hóa các mạng GSM mặc dù một bộ tiêu chuẩn đã được phát triển để cho

phép WCDMA dùng mạng lõi ANSI-41 và CDMA2000 dùng mạng lõi GSM-MAP đã

không được triển khai thuơng mại. Mạng lõi CDMA2000 gồm 2 phần, một phần giaodiện với các mạng bên ngoài như PSTN và một phần giao diện với mạng IP. Phần giao

diện với PSTN hỗ trợ những thông điệp và giao thức được định nghĩa trong tiêu chuẩn IS-

41. Phần giao diện với mạng IP hỗ trợ tiêu chuẩn mạng IP vô tuyến IS-835, và còn được

gọi là mạng lõi gói (PCN).

- 34 -



CHƯƠNG 3

TỔNG QUAN VỀ HSDPA

Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao(HSDPA) 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

ddoongj3.5G, HSDPA bao gồm một tập các tính năng mới kết hợp chặt chẽ với nhau để

cải thiện dung lượng mạng, và tăng tốc độ dữ liệu đỉnh trên 10Mbps đối với lưu 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, với các tính năng tiên tiến bao gồm:1,điều

chế và mã hóa thích ứng(AMC);2,kỹ thuật phát đa mã(multi-codes);3, thích ứng liênkết;4,HARQ nhanh. Chương này tập trung phân tích các khả năng tiên tiến cũng như các

giải pháp kỹ thuật của công nghệ WCDMA/HSDPA.

3.1 Các đặc điểm của HSDPA

Cuộc cách mạng của thị trường thông tin di động đưa ra các yêu cầu nâng cấp cải

tiến về cả dung lượng hệ thống lẫn tốc độ truyền dẫn dữ liệu. Để tăng khả năng hỗ trợ cho

các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gói, 3GPP đã phát triển và chuẩn hóa trong phiên bản

R5 một công nghệ mới, HSDPA, cho phép cải thiện tốc độ truyền dẫn dữ liệu đườngxuống và được xem như là sự phát triển mang tính cách mạng của mạng truy nhập vô

tuyến WCDMA.

Khái niệm HSDPA dựa trên một kênh truyền tải mới, kênh chia sẻ đường xuống

tốc độ cao(HS-DSCH), trong đó một số lượng lớn tài nguyên và công suất được gán cho

một người sử dụng tại một TTI( khoảng thời gian truyền) nào đó theo phương pháp ghép

theo mã và/hoặc theo thời gian. Ngoài ra, HSDPA sử dụng điều chế và mã hóa hích

nghi(Adaptive Modulation and Coding), HARQ nhanh(Hybrid Automatic RepeatRequests), và lập lịch gói nhanh(fast packet Scheduling). 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.

- 35 -



Các lớp dịch vụ được khuyến nghị cho HSDPA bao gồm: 1) streaming; 2) tương tác;

3) và các dịch vụ cơ bản khác. Môi trường chúng ta tin tưởng sẽ được ưu tiên trong khi

xem xét đầu tư nâng cấp lên HSDPA sẽ là môi trường thành phố. HS-DSCH có thể cho

phép cải thiện đáng kể dung lượng cho các dịch vụ gói khi hoạt động trong cả macrocell

lẫn microcell.

Công nghệ 3G WCDMA hiện nay( theo R99/R4 của 3GPP) 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 sau:1) không tận dụng các ưu thế của dữ liệu gói vốn rất phổ biến đối với

đường trục hữu tuyến;2) 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; 3) 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 một sự phát triển quan trọng của mạng vô tuyến 3G kể từ khi WCDMA đượcchấp nhận là công nghệ mạng vô tuyến 3G từ năm 1997. trong khi đó, các công nghệ

tương đương với WCDMA/HSDPA được gọi là cdma2000-DO(data only) trong pha

đầu tiên, và cdma2000-DV(data and voice) trong pha thứ hai. Chúng ta có thể tổng kết

các tính năng kỹ thuật của công nghệ WCDMA/HSDPA như sau 1)tương đương với

cdma200 1xEV(HDR); 2) điều chế và mã hóa thích ứng;3) sóng mang tốc độ dữ liệu

cao (HDRC) trong băng tần 5MHz; 4)64QAM cho phép tốc độ đỉnh xấp xỉ 10,8Mbps;

5) 16QAM hỗ trợ tốc độ đỉnh xấp xỉ 7,2Mbps; 6) mã Turbo; 7) khả năng sửa lỗi gần với

giới hạn lý thuyết; 8) ARQ ghép thích nghi; 9) tự động thích ứng liên tục theo điều kiệnkênh bằng cách chèn thêm thông tin khi cần; 10) sử dụng AMC khi được kết hợp với

HARQ nhằm cải thiện dung lượng của hệ thống; 11) các kỹ thuật được sử dụng cho

phép HSDPA hỗ trợ tốc độ 10Mbps; 12) trong một hệ thống dữ liệu và thoại được tích

hợp với người sử dụng thoại(12.2 kbps) tải khoảng 30Erl/sector và thông lượng sector

của dữ liệu vẫn khoảng 1Mbps.

- 36 -



Hình 9: Mô tả đơn giản hoạt động cơ bản của HSDPA

Mục đích của HSDPA là hỗ trợ truy nhập gói đường xuống tốc độ cao bằng cách

sử dụng một kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao(HS-DSCH) và hỗ trợ thoại được tích

hợp trên kênh DCH và dữ liệu tốc độ cao trên kênh HS-DSCH trên cùng một sóng

mang( tương tự như DSCH trong R99). Nguyên lý hoạt động của HSDPA được mô tả

trong hình 9.

Vấn đề chủ chốt là xác định chất lượng kênh đường xuống cho mỗi người sử

dụng độc lập; ví dụ tỷ lệ công suất ký hiệu trên tạp âm(Es/No), và chất lượng bộ tách

UE. Node-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(TPC) được gửi theo kênh dành riêng (DCH)

liên kết với UE đó. Ngoài ra, UE có thể được yêu cầu 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(Ack/Nack) ở dạng gói dữ liệu dựatrên L1 cho mỗi 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 Node B,do đó

cho phép truy nhập nhanh hơn tới các giá trị đo lường tuyến kết nối, lập lịch gói hiệu

- 37 -

Lập lịch nhanh được thực hiện bởi Node B dựa trên các thông tinvề chất lượn kênh, êu cầu oS, tài n u ên…



quả hơn và nhanh hơn, cũng như điều khiển chất lượng QoS chặt chẽ hơn. So sánh với

phương pháp DMA truyền thống, kênh HS-DSCH không thực hiện với điều khiển

công suất nhanh và hệ số trải phổ là cố định. Bằng cách sử dụng kỹ thuật mã hóa

Turbo tốc độ thay đổi, điều chế 16QAM, cũng như hoạt động đa mã mở rộng, kênh

HS-DSCH hỗ trợ tốc độ dữ liệu đỉnh từ 120Kbps tới hơn 10Mbps. Quá trình điều chếvà mã hóa thích nghi cơ bản có một dải động khoảng 20dB, và được mở rộng hơn nữa

bởi số đa mã khả dụng. Bảng 5 dưới đây chỉ ra kết nối giữa một khuôn dạng truyền tải

và kết nối tài nguyên (TFRC) có thể và tốc độ dữ liệu đỉnh tương ứng.

TFRC Tốc độ dữ liệu Tốc độ dữ liệu Tốc độ dữ liệu

QPSK, tỷ lệ

mã, hóa 1/4

120Kbps 600Kbps 1.8Mbps

QPSK, tỷ lệ

mã, hóa1/2

240Kbps 1.2Mpbs 3.6Mbps

QPSK, tỷ lệ

mã, hóa 3/4

360Kbps 1.8Mbps 5.3Mbps

16QAM Tỷ lệ

mã hóa 1/2


16QAM Tỷ lệmã hóa 3/4


Bảng 5. Ví dụ tốc độ dữ liệu đỉnh của HSPDA.

Sau đây chúng ta sẽ lần lượt đi sâu phân tích chi tiết các giải pháp kỹ thuật được

sử dụng trong HS-DPA cũng như các lợi ích mang tính cách mạng do chúng đem lại

như đã được mô tả tóm tắt ở trên.

3.2 Những cải tiến quan trọng trong HSDPA so với WCDMAHình dưới đây mô tả các tính năng cơ bản của HS-DSCH được bổ xung hoặc bị loại đi

so với công nghệ WCDMA. Với kênh truyền tải mới này, hai tính năng quan trọng nhất

của công nghệ WCDMA như điều khiển công suất vòng kín và hệ số trải phổ biến thiên

không còn được sử dụng.

- 38 -



Hinh 10 Các đặc tính cơ bản khi so sánh HSDPA 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 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 nữa, sự hoạt

động của điều khiển cổng suất yêu cầu luôn luôn phải đảm bảo một mức dự trữ nhất

định trong tổng công suất phát của NodeB 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 cell. Tuy nhiên do không sử dụng điều

khiển công suất, HSDPA yêu cầu các kỹ thuật thích ứng liên kết khác để thích ứng với

các tham số tín hiệu phát nhằm liên tục bám theo các biến thiên của kênh truyền vô

tuyến.

Một trong những kỹ thuật thích ứng liên kết sẽ được đề cập trong chương này

được gọi là điều chế và mã hóa thích nghi(AMC). Với kỹ thuật AMC, điều chế và tỉ lệmã hóa được 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

- 39 -



toàn kỹ thuật hệ số trải phổ biến thiên(variable spreading factors) 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 hóa

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 10ms ở WCDMA xuống còn 2ms ở

HSDPA. Với sự bổ xung kỹ thuật HARQ nhanh, nó 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 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 kiện vô tuyến

hiện tại của thuê bao di động, chức năng MAC chị trách nhiệm giám sát kênh HS-

DSCH được chuyển từ RNC đến NodeB. Thông tin về chất lượng kênh nhanh cho phép bộ lập lịch gói phục vụ user chỉ khi điều kiện của user này là thích hợp. Quá

trình 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 dùng(multiuser selection diversity)

với những lợi ích rất to lớn đối với việc cải thiện thông lượng cell. Việc dịch chuyển

chức năng lập lịch đến NodeB là thay đổi chính về kiến trúc nếu so sánh với phiên bản

R99.

3.3 Cấu trúc HSDPAKhông giống như tất cả các kênh truyền tải theo kiến trúc R99, chúng đều chấm dứt

tại RNC, kênh HS-DSCH chấm dứt ngay tại Node B.Với mục đích điều khiển kênh HS-

DSCH, lớp MAC sẽ điều khiển các tài nguyên của kênh này (do đó được gọi là MAC-hs)

nằm ngay tại Node B (xem hình 11), do đó cho phép nhận được các bản tin về chất lượng

kênh hiện thời để có thể liên tục theo dõi giám sát chất lượng tín hiệu cho các 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.

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, lập lịch gói), và lựa chọn khuôn dạng truyền tải thích hợp cho mỗi TTI (ví dụ thích

- 40 -



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.

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 thiểu hoá dung lượng bộ nhớ đệm của Node B.

Việc chuyển hàng đợi dữ liệu đến Node B làm nảy sinh yêu cầu phải có một cơ chế điều

khiển luồng (được gọi là HS-DSCH Frame Protocol) nhằm giữ cho các bộ nhớ đệm tại

Node B luôn luôn đầy.

Hình 11: Kiến trúc giao thức giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH.

Ngoài ra, HS-DSCH không hỗ trợ chuyển giao mềm do sự phức tạp trong việc đồng

bộ hoá quá trình phát từ các cell khác nhau.HS-DSCH có thể hỗ trợ tùy chọn phủ toàn bộ

hoặc phủ một phần cell.

3.4 Cấu trúc kênh HSDPA

Trong hệ thống truy nhập vô tuyến WCDMA, kênh DSCH có tính chất đặc thù vàrất hữu dụng cho việc truyền lưu lượng gói lớn ở đường xuống.DSCH cung cấp các tài

nguyên mã mà chúng có thể được chia sẻ bởi nhiều người sử dụng khác nhau theo

phương thức ghép theo thời gian.Việc chia sẻ các tài nguyên cho phép cải thiện dung

lượng và tránh được sự thiếu hụt về mã định kênh khi xảy ra trường hợp mỗi user được

- 41 -



cấp phát một kênh DCH.Như đã đề cập ở trên, khái niệm HSDPA dựa trên một loại kênh

truyền tải mới, kênh HS-DSCH, nó có thể được xem như một sự phát triển của kênh

DSCH.HS-DSCH được xếp vào nhóm các kênh vật lý được ký hiệu là HS-DSCHs và

được chia sẻ giữa tất cả các user theo phương thức ghép theo thời gian.Hệ số trải phổ của

kênh HS-DCSHs được cố định là 16, và MAC-hs có thể sử dụng một số mã (còn gọi là đamã), tối đa lên đến 15 mã.Hơn nữa, bộ lập lịch có thể sử dụng ghép theo mã bằng cách

truyền các HS-DSCHs tách biệt tới các user khác nhau trong cùng TTI.Cấu trúc kênh

đường lên và đường xuống của HSDPA được mô tả trong hình 12.Khái niệm HSDPA còn

bao gồm kênh HS-SCCH để báo hiệu cho các user khi chúng được phục vụ cũng như các

thông tin cần thiết cho quá trình giải mã.HS-SCCH mang những thông tin sau:

• Mặt nạ ID cảu UE: để xác định user được phục vụ trong chu kỳ TTI tiếp theo.

• Thông tin liên quan đến khuôn dạng truyền tải: mô tả các mã định kênh, và phương thức/kỹ thuật điều chế được sử dụng.Tỉ lệ mã hoá thực 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: ví dụ như chu kỳ phát tiếp theo sẽ là một

block mới hay là một block được phát lại (do có lỗi trước đó) và thông tin về

các bản thừa.

Thông tin điều khiển này chỉ được sử dụng cho UE sẽ được phục vụ trong chu kỳ

TTI tiếp theo, như vậy kênh báo hiệu này là một kênh chia sẻ theo thời gian cho tất cả cácuser.

RNC cũng có thể chỉ rõ công suất được khuyến nghị cho HS-SCCH (độ lệch liên

quan tới các bit hoa tiêu 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 đó

mặc dầu các tiêu chuẩn của 3GPP không thiết lập bất kỳ mô hình điều khiển công suất

nào cho HS-SCCH.

Một kênh HS-DPCCH đường lên mang các thông tin điều khiển cần thiết ở đườnglên, được gọi là, sự xác nhận ARQ (ARQ acknowledgements), và các thông báo chỉ thị

chất lượng kênh CQI (Channel Quality Indicatior).Các bản tin CQI sẽ được mô tả ở phần

sau.Để hỗ trợ hoạt động điều khiển công suất của HS-DPCCH, mỗi người sử dụng sẽ

được cấp phát một kênh DPCH liên kết.

- 42 -



Hình 12: Cấu trúc lớp vật lý đường xuống và đường lên của HSDPA.

3.5. AMC và kỹ thuật phát đa mã.

Như đã đề cập trong mục 2, HSDPA sử dụng các kỹ thuật thích ứng khác để thay thế

các kỹ thuật điều khiển công suất và hệ số trải phổ biến thiên vốn được sử dụng trong hệ

thống WCDMA.Để đối phó với dải rộng của tại đầu cuối UE, HSDPA thích ứng

quá trình điều chế, tỉ lệ mã hoá và số mã định kênh với các điều kiện vô tuyến hiệnthời.Sự kết hợp của hai kỹ thuật đầu tiên được gọi là Điều chế và Mã hoá Thích ứng

(AMC).

Bênh cạnh QPSK, HSDPA kết hợp chặt chẽ với phương thức điều chế 16QAM để

tăng tốc đô dữ liệu đỉnh cảu các user được phục vụ dưới điều kiện vô 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 UE.Sử dụng đồng thời cả hai phương thức điều chế

này, đặc biệt là phương thức điều chế cấp cao 16QAM, đưa ra một số thách thức nhấtđịnh 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 tỉ lệ mã hoá hiệu dụng khác trong phạm vi (xấp xỉ từ 1/6

- 43 -



đến 1/1) cũng có thể có được bằng các kỹ thuật ghép, chích và 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 (MCS-Modulation and Coding

Scheme).Bảng 6 chỉ ra một số tập MSC thường được sử dụng cho HSDPA và tốc độ dữ

liệu đỉnh tương ứng với mỗi MSC.

Ngoài kĩ thuật AMC, phát đa mã cũng có thể xem như một công cụ thích ứng liên

kết.Nếu user có các điều kiện vô tuyến tốt, Node B có thể lợi dụng điều kiện này bằng

cách phát nhiều mã song song với nhau, nhằm đạt được thông lượng đỉnh khá lớn.Ví dụ

với MCS 5 và một bộ 15 đa mã, có thể đạt được tốc độ tối đa lên tới 10,8 Mbps.

Với kỹ thuật phát đa mã, toàn bộ dải động cảu AMC có thể được tăng lên một

lượng: 10. 12 dBs.Toàn bộ dải rộng thích ứng liên kết do AMC kết hợp với

phát đa mã xấp xỉ 30 dB.Chú ý rằng, dải rộng của kỹ thuật hệ số trải phổ biến thiên trongWCDMA xấp xỉ 20 dB, có nghĩa là bé hơn khoảng 10 dB so với dải rộng thích ứng trong

HSDPA.

Bảng 6: ví dụ về MSC của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng với mỗi mã

3.6 Thích ứng liên kết

- 44 -



Chức năng thích ứng liên kết của Node B có vai trò thích ứng điều chế, khuôn dạng

mã hoá, và số lượng đa mã với các điều kiện vô tuyến hiện thời.Để hiểu được các nguyên

tắc điều khiển chức năng này, trước tiên cần xem xét hiệu qủa phổ tần của các MCS khác

nhau.

Hình 13 mô tả nhận được đối với mỗi bit dữ liệu (với mỗi user định kênh có

SF=16) tại BLER=10%, các giá trị MSC được mô tả trong bảng 6 với user đi bộ, tốc độ

3km/h.Trên hình vẽ được biể diễn là đường bao thấp hơn và nó là một hàm của

PDR với mã định băng tần hạn chế theo lý thuyết của Shannon.Với lưu ý rằng, dung

lượng kênh theo lý thuyết mô tả giới hạn chất lượng tối ưu.Từ kết quả mô phỏng, có thể

kết luận rằng việc sử dụng của hầu hết các mấu MCS đều cho kết quả tốt hơn lý thuyết, có

nghĩa là có thể tiết kiệm mức thấp nhất về chi phí nếu xét theo tỉ lệ thu được với

mỗi bit dữ liệu.

Hình 13: Năng lượng bit tín hiệu nhận được trên mật độ phổ tạp âm so với tỉ

lện dữ liệu đỉnh (PDR-Peak Data Rate) trên mã.Hình vẽ bao gồm dung lượng

Shannon lý thuyết và dung lượng theo kết quả mô phỏng mức liên kết tại BLER =

10%, user đi bộ với tốc độ 3km/h.

- 45 -



Hình 13 mô tả sự kết hợp giữa số lượng đa mã và MCS cho nhằm đạt được thông

lượng truyền dẫn cao nhất.Các kết quả được tính toán với tập giá trị MSC cho ở bảng

6.Với mật độ phân giải rất mịn của tỉ lệ mã hoá, khi tất cả các đa mã khả dụng đã được sử

dụng hết, giá trị càng lớn khi sử dụng MSC bậc càng cao.

Hình 14: Số mã tối ưu và MSC là một hàm của của mỗi TTI.

Giả thiết chất lượng kênh lý tưởng, user đi bộ, tốc độ 3km/h.

Tiếp theo, chúng ta sẽ đi phân tích chi tiết hơn các phương pháp thích ứng liên kết

được sử dụng trong HSDPA.Như đã mô tả ở trên, chức năng thích ứng liên kết phải lựa

- 46 -



chọn được MSC và số lượng đa mã để thích ứng, chúng với giá trị tức thời.Tuy

nhiên, tiêu chí lựa chọn có thể dựa trên các tài nguyên biến thiên sau:

• Chỉ thị chất lượng kênh (CQI – Channel Quality Indicator): UE gửi theo

đường lên một bản tin về CQI chứa các thông tin tuyệt đối về chất lượng tín

hiệu tức thời nhận được bởi user đó.CQI chi biết kích thước block truyền tải,

số mã và phương thức điều chế từ một tập các phương thức điều chế mà UE

có khả năng hỗ trợ.RNC ra lệnh UE thông báo về CQI với một chu kỳ lấy từ

tập [2,4,8,10,20,40,80,160] ms, và cũng có thể huỷ bỏ các thông báo này.

• Đo lường công suất của kênh DPCH liên kết: mỗi người sử dụgn được xếp

trên một kênh HS-DSCH hoạt động song song với kênh DPCH với mục đích

báo hiệu, công suất phát của chúng có thể được sử dụng để dự đoán thông tin

về trạng thái tức thời của chất lượng kênh truyền.Thông tin này sẽ được sửdụng để thích ứng liên kết cũng như lập lịch gói.Với giải pháp này, Node B

yêu cầu một bảng các giá trị tương ứng , độ lệch công suất phát giữa

DPCH và HS-DSCH với các MSC khác nhau cùng với một giá trị đích BLER

cho trước.

• Xác nhận HARQ: việc xác nhận tương ứng với giao thức HARQ cũng có thể

cung cấp các thông tin về chất lượng kênh, mặc dù tham số này thì ít khi được

sử dụng hơn hai tham số trước bởi vì chỉ có thể nhận được tham số này khi

user đã được phục vụ.Do đó, nó không cung cấp thông tin chất lượng kênh

tức thời.

• Kích thước bộ nhớ đệm: độ lớn dữ liệu được lưu giữ trong buffer của MAC-

hs cũng có thể được sử dụng kết hợp với các tham số trên để lựa chọn cac

tham số phát.

3.7 HARQ nhanhHSDPA kết hợp chặt chẽ với chức năng phát lại ở vật lý cho phép cải thiện đáng kể

chất lượng dịch vụ và tăng khả năng chống lại các lỗi thích ứng liên kết.Bởi vì chức năng

HARQ được đặt tại thực thể MAC-hs của Node B, quá trình phát lại các khối truyền tải sẽ

- 47 -



nhanh hơn đáng kể so với sự phát lại lớp RLC bởi vì RLC hoặc Iub không tham gia vào

quá trình này.

Giao thức phát lại được lựa chọn trong HSDPA là Dừng và Chờ (SAW-Sop And

Wait) do sự đơn giản của kiểu giao thức này đối với ARQ.Trong SAW, bộ phát cố gắng

phát block tiếp theo.Do có thể xảy ra trường hợp phát liên tục một UE nào đó, N tiến trình

SAW-ARQ có thể hoạt động song song để phục vụ tới một UE đó, và các tiến trình khác

nhau sẽ phát trong các TTI tách biệt.Số tiến trình SAW-ARQ tối đa cho mối UE là 8.Theo

ước lượng RTT lớp 1, trễ giữa thời điểm phát và thời điểm phát lại lần thứ nhất khoảng 12

ms, có nghĩa là nó yêu cầu 6 tiến trình SAW phát liên tục tới một UE riêng lẻ.Giao thức

SAW dựa trên sưu không đồng bộ đường xuống và đồng bộ đường lên.Điều này có nghĩa

là ở đường xuống, HS-SCCH phải xác định được tiến trình HARQ đang phát trên kênh

HS-DSCH, trong khi ở đường lên, các xác nhận tiến trình SAW được gắn liền với việcđịnh thời.Hình 12 là một ví dụ với N kênh giao thức SAW phát một chuỗi các gói lần lượt

P1, P2,...,P6.

Kỹ thuật HARQ là điểm khác nhau cơ bản so với kỹ thuật phát lại trong WCDMA

bởi vì bộ giải mã UE kết hợp các thông tin “mềm” của nhiều quá trình phát lại của cùng

một block ở cấp độ bit.Chú ý rằng, kỹ thuật này đưa ra một số yêu cầu về mở rộng dung

lượng bộ nhớ của UE, do UE phải lưu giữ các thông tin “mềm” của những lần phát giải

mã không thành công.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.

• Độ dư gia tăng (IR: Incremental Redundancy): sự phát lại bao gồm cả thông

tin dư thừa bổ xung và thông tin này được phát kèm thêm nếu cố lỗi giải mã

trong lần phát đầu tiên.

- 48 -



Hình 15: Hoạt động của giao thức SAW 4 kênh

Mạng vô tuyến mới WDMA/HSDPA hứa hẹn sẽ hỗ trợ các dịch vụ với tốc độ dữ

liệu rất cao, lên tới 10 Mbps, và đạt được hiệu quả phổ tần cao hơn đối với dữ liệu chuyển

mạch gói.Có thể xem HSDPA là một bước đột phá thực sự trong quá trình phát triển củamạng truy nhập vô tuyến kể từ năm 1997.Các khái niệm cơ bản về HSDPA được đề cập

trong bài này không ngoài mục đích từng bước xây dựng kiến trúc của mạng thông tin di

động 3,5G trong tương lai.

Một vấn đề cần quan tâm xem xét, là nghiên cứu khả năng tương hợp

(harmonization) giữa hai họ công nghệ WCDMA/HSDPA và 1xEV-DV/1xEV-DO (đều

là công nghệ 3,5G) trong quá trình phát triển của mạng truy cập vô tuyến sau 3G.Do có

nhiều điểm tương đồng vễ kỹ thụat cũng như khả năng hỗ trợ dịch vụ của hai họ công

nghệ WCDMA/HSDPA và 1xEV-DV/1xEV-DO vấn đè tương hợp giữa chúng về mạngtruy nhập vô tuyến và mạng lõi all-IP duy nhất trở thành một trong những vấn đề được

quan tâm phát triển nhất hiện nay.

- 49 -



CHƯƠNG 4

SO SÁNH HIỆU NĂNG CỦA HSDPA VÀ WCDMA (3GPP PHIÊN BẢN 99)

- 50 -



Hiệu năng của HSDPA trong môi trường đa người dùng được đánh giá chất lượng

bằng phương pháp mô phỏng mạng động với nhiều cell và nhiều người dùng. Việc mô tả

cung cấp một khung cảnh mà trong đó có sự kết hợp của cả WCDMA phiên bản 99 DCH

và HSDPA 5 phiên bản trong đó người dùng được phục vụ trên cùng một sóng mang.

Với phiên bản 5 HSDPA chúng ta sẽ mô phỏng HS-DSCH, HS-SCCH và một sự kết hợpvới DCH tại tốc độ 3.4kbps. Với DCH kết hợp chỉ được giả sử là mang báo hiệu mạng vô

tuyến cho báo hiệu lớp 3. Với phiên bản 99 DCH được mô phỏng với vòng lặp bên trong

và điều khiển công suất lặp bên ngoài, chức năng chuyển giao mềm, và điều khiển cho

phép dựa trên công suất. Chúng ta có thể làm rõ tính ưu việt của hiệu năng HSDPA so với

WCDMA( phiên bản 99 ) qua các vấn đề sau:

4.1 Phân tập đa người dùng

Trước tiên chúng ta nghiên cứu sự khuếch đại của cơ chế lập lịch cân bằng qua

phương pháp quay vòng (round robin), hay còn được gọi là “multiuser diversity gain”. Đa

phân tập người dùng được nêu trong hình 16 cho trường hợp công suất mạng là 7W và

các mã 5 HS-PDSCH được cấp cho đường truyền HSDPA, trong đó tài nguyên còn lại

được sử dụng cho đường truyền trên kênh của phiên bản 99.

Hình 16: khuếch đại đa người dùng.

số lượng người dùng HSDPA trung bình trên mỗi cell bằng 6 lần kết quả này.

Multiuser diversity gain cũng nói lên cơ chế lập lịch cho người dùng nếu người dùng nào

- 51 -



có SINR tốt hơn thì nó sẽ được ưu tiên cấp phát tài nguyên, trong khi vẫn tránh được lập

lịch người dùng và giảm được mất mát, Multiuser diversity gain chỉ sẵn sàng tại tốc độ

người dùng trung bình trong đó việc lập lịch gói có thể tìm thấy sự thay đổi trong kênh vô

tuyến fading nhanh. vơi tốc độ cao của người dùng thì bộ lập lịch gói có thể không tìm ra

sự thay đổi kênh vô tuyến, bằng cách điều khiển CQI nhận được từ thiết bị người dùng

4.2 Dung lượng sóng mang HSDPA

Hiệu suất cell được nêu trong hình 17 đối với những sự phân chia mã HS-PDSCH

khác nhau trong mỗi cell. Đối với các mã HS-PDSCH và không có kênh DCH trong cell

thì hiệu suất của cell đạt được là 1.2Mbps, trong khi đó nó tăng lên tới 1.3Mbps nếu một

vài công suất được sử dụng cho đường truyền trên DCH. Vì vậy với các mã HS-PDSCH

trên mỗi cell, thì việc tách lưu lượng giữa HSDPA và DCH là tốt hơn so với việc cấp

phát tất cả lưu lượng và công suất cho HSDPA. Cách tách hiệu quả giữa HSDPA và DCH

là phụ thuộc vào lưu lượng còn lại của HSDPA và thiết bị người dùng non-HSDPA. Để

tăng số lượng mã HS-PDSCH từ năm lên mười thì chúng ta sẽ thu được dung lượng tăng

lên xấp xỉ 50%. Dung lượng tăng là có thể đạt được bởi vì chúng ta có thể tăng số lượng

mã HS-PDSCH trước khi tăng tốc độ bậc mã hóa hoặc điều chế. Kết quả với mã 10 HS-

PDSCH trong chỉ một cell HSDPA được nêu lên trong trường hợp không có hợp

mã(code-multiplexing) và giả sử rằng tất cả các mobile HSDPA có thể nhận mã 10 HS-

PDSCH với code-multiplexing của hai người dùng trên một TTI, và mỗi người dùng cóthể nhận mã 5 HS-PDSCH.

- 52 -



Hình 17 hiệu suất cell trung bình theo số lượng mã HS-PDSCH được cấp phát hoặc hợp

mã được sử dụng

4.3 Dung lượng HSDPA với phiên bản 99

Chúng ta xem xét trường hợp trong đó mã 5 HS-PDSCH và mã 1 HS-SCCH là đượccấp cho đường truyền HSDPA trên mỗi cell. Mã kênh còn lại được sử dụng cho đường

truyền các kênh trong phiên bản 99. Hình 18 cho thấy hiệu suất cell trung bình trên

HSDPA và DCH đối lập với công suất HSDPA được cấp, cũng như hiệu suất tổng các

cell và đó là tổng hiệu suất trên HSDPA và DCH. Hiệu suất cell HSDPA tăng công suất

HSDPA nhiều hơn so với được cấp phát, trong khi đó hiệu suất DCH giảm vào cùng thời

điểm đó. Hiêu suất tổng của cell là 1.3Mbps đối với công suất cấp phát 7-W HSDPA. vì

vậy với HSDPA sử dụng các mã 5 HS-PDSCH thì nó sẽ mang lại một dung lương lớn

hơn so với phiên bản 99 là 70%, phiên bản này chỉ mang lại dung lượng kênh là 780kbps.Dung lượng tăng như vậy là vì HSDPA có sử dụng hai phương pháp tương quan nhanh và

HARQ, thêm vào đó có cơ chế phân tập đa người dùng có sử dụng cơ chế lập lịch cân

bằng theo tỷ lệ. Vì vậy đó là một dẫn chứng để nói rằng công suất của HSDPA đối lập với

DCH dựa trên việc tài nguyên truyền chung được chia sẻ như thế nào giữa hai loại kênh.

- 53 -



Tuy nhiên hiệu suất cell tổng không thay đổi nhiều lắm với công suất truyền HSDPA

được cấp phát.

Hình 18: Hiệu suất cell trung bình phụ thuộc vào công suất HSDPA được cấp phát

4.4 Tốc độ dữ liệu người dùng

Hiệu suất HSDPA được sử dụng bởi mỗi người dùng phụ thuộc vào số lượng người

dùng HSDPA được cấp phép trên một cell mà các người dùng này chia sẻ cùng chung

một kênh HS-DSCH. Hàm tích lũy theo hiệu suất sử dụng của người dùng được đề cập

trong hình 4.4, với giả thiết công suất sử dụng HSDPA là 7W và mã 5 HS-PDSCH được

sử dụng, trong khi đó công suất còn lại được sử dụng cho kênh truyền của phiên bản 99.

Hiệu suất HSDPA giảm khi nhiêu người dùng được cấp phép trên mỗi cell. Lượng hiệu

suất HSDPA giảm trung bình trên mỗi người dùng là không tỷ lệ nghịch với số lượng

người dùng HSDPA được cấp phát. Hiệu suất HSDPA tại điểm phân vị 50% là 400kbpsvà 270kbps đối với một và ba người dùng trên một cell. Nếu người dùng càng gần trung

tâm của cell HS-DSCH thì tốc độ dữ liệu càng tăng hơn so với người dùng ở biên của cell

HS-DSCH.

- 54 -



Hình 19 Hàm phân phối tích lũy theo hiệu suất người dùng với số lượng người dùng

HSDPA khác nhau trong một cell, và sử dụng công suất HSDPA là 7W.

4.5 Hiệu suất truyền Iub

Một trong số những chi phí hoạt động có ý nghĩa cho hoạt động WCDMA là đường

truyền Iub giữa RNC và Node Bs, đặc biệt nếu đương lease line E1/T1 được sử dụng.

phần này cho chúng ta thấy cách thức mà công nghệ HSDPA có thể cải tiến hiệu quả

đường truyền Iub và làm giảm giá cả trên mỗi bit truyền trên HSDPA so với WCDMA.

Ngày nay có nhiều hoạt động sử dụng chế độ truyền bất đồng bộ trên Iub vì vậy chúng ta

sẽ đề cập tới cả các giao thức truyền dựa trên nền IP bởi những phương pháp truyền này

cũng được đề cập trong 3GPP. Hiệu quả Iub cải tiến cho HSDPA được mô tả qua nhữngnhân tố sau:

Chia sẻ động của băng thông Iub HSDPA được cấp phát giữa các người dùng

HSDPA tích cực. điều này đạt được bằng cách sử dụng điều khiển luồng MAC-hs nhanh.

- 55 -



Với phiên bản 99 thì băng thông Iub được cấp phát riêng cho mỗi người dùng, điều này

làm cho việc chia sẻ băng thông giữa các người dùng trở nên khó khăn hơn.

Bộ đệm dữ liệu trong Node B nghĩa là việc truyền với tốc độ dữ liệu đỉnh là cao

tại môi trường không khí có thẻ được cung cấp bởi HSDPA mà không cần yêu cầu băng

thông Iub cao hơn. Điều đó ngụ ý rằng các một khoảng thời gian tạm thời là ngắn có tắc

nghẽn Iub sẽ không dẫn tới dung lượng HSDPA bị lãng phí trong môi trường không khí.

HSDPA không cần chuyển giao mềm, vì vậy dữ liệu được truyền tới một người dùng

HSDPA là chỉ được truyền một lần quan một Iub đơn. WCDMA phiên bản 99 phụ thuộc

vào việc chuyển giao mềm ở đó đa đường links Iub được yêu cầu cho các người dùng

trong chuyển giao mềm. từ thực tế khảo sát cho thấy với chuyển giao mềm trong phiên

bản 99 WCDMA dẫn tới qua tải 40% người dùng WCDMA, nghĩa là xét về trung bình thì

trong phiên bản 99 thì một thiết bị UE nhận dữ liệu từ 1.4 các cells.Giả sử rằng với một mô hình duyệt web TCP và một môi trường macro-cell với ba

sector(ba cell) thì nhân tố thứ hai được coi như một cải tiến của HSDPA so với WCDMA.

Đây là một cải tiến quan trọng, nó có nghĩa là nhiều gấp hai lần số bít người dùng được

truyền qua cung một Iub nếu sử dụng công nghệ HSDPA so với công nghệ WCDMA.

Điều khiển Mac-hs được hoạt động bằng cách gửi so-called credits tới RNC cho mỗi

luồng MAC-d, phụ thuộc vào lượng dữ liệu đệm trong Node B. số lượng credits biểu thị

lượng tải đơn vị dữ liệu lớn nhất mà RNC cho phép gửi qua Iub trong khoảng thời gian

10ms của HS-DSCH. Lưu ý rằng độ dài khung dữ liệu cho khung HS-DSCH băng 10ms. Nếu có tắc nghẽn Iub xảy ra thì RNC không thể truyền tất cả các gói PDU theo các credits

nhận được, một cơ chế kiểm soát tắc nghẽn đơn giản được áp dụng cho tất cả các luồng

MAC-d HSDPA tích cực, tại vị trí mà luồng PDU bị giảm.

- 56 -



Hình 20 Sơ đồ khối cho việc mô phỏng với băng thông Iub giới hạn và điều khiển luồng

MAC-hs

Hình 21 Trade-off giữa HSDPA RF và Iub

Kết quả trong hình 21 cho thấy để đạt được 100% dung lượng tần số vô tuyến thì

băng thông Iub HSDPA được yêu cầu là 3.8Mbps. Một lượng băng thông Iub HSDPA

3.2Mbps là đủ để đạt được 95% dung lượng tần số vô tuyến HSDPA sẵn có. Kích thước

- 57 -



Iub như vậy là vượt quá 20% kích thước Iub thông thường. lượng 20% này là cần thiết

cho sự thay đổi trong dung lượng tần số vô tuyến HSDPA

sẵn có. Nếu số người sử dụng HSDPA trong một cell càng cao thì dung lượng đỉnh sẽ

càng gần với dung lượng trung bình.

4.6 Trễ khứ hồi:

Trong khi tốc độ dữ liệu tối đa được sử dụng trong hệ thống vô tuyến chuẩn, tốc độ

này là chưa đủ để nói lên hiệu năng của mạng từ quan điểm của ứng dụng. tốc độ dữ liệu

thực là có liên quan nếu chúng ta xem xét thời gian đường xuống của một file có kích

thước lớn, nhưng có một lượng lớn các ứng dụng có thể hoạt động được với tốc độ dữ liệu

thấp hay còn gọi là trễ và nó được xem như là trễ khứ hồi (RTT), trễ này được định nghĩa

là thời gina trễ của một gói tin IP trên đường truyền đi cộng thời gian sử lý cộng với thờigian trễ phản hồi. Nếu kích thước gói IP là nhỏ, thì tốc độ dữ liệu không ảnh hưởng đến

trễ, nhưng sau đó thời gian trễ được xác định bởi cấu trúc khung hệ thống và bởi độ trễ

giao diện. RTT được xác định trong hình 22:

Hình 22 Xác định thời gian trễ khứ hồi

Đối với RTT chúng ta sử dụng các giả thiết sau:

Độ trễ UE là 10-25ms

- 58 -



Độ trễ Node B là 10-25ms

Độ trễ giao diện, bao gồm bộ đệm đường lên, là 43-53ms đối với phiên bản 99, 20ms cho

HSDPA, và 10ms cho HSUPA. Với tốc độ dữ liệu WCDMA phiên bản 99 là 64/64kbps

cho đường lên và đường xuống và với TTI là 20ms thì với tốc độ 128/384kbps là 10ms

TTI. Trong khi đó thì HSUPA có TTI là 2ms.

Độ trễ Iub 20-40ms cho phiên bản 99, 10ms cho HSDPA, và 5ms cho HSUPA.

Độ trễ RNC là 20ms đối với phiên bản 99 và 10ms cho HSDPA/HSUPA

Độ trễ mạng lõi Iu là 3ms

RTT cải tiến được minh họa trong hình 22. RTT cho WCDMA là 110-150ms, đối

với HSDPA 70ms và HSUPA < 50 ms. Độ trễ được bắt nguồn từ các yếu tố mạng vô

tuyến và các loại nhiễu trong khi đó trễ mạng lõi là rất ngắn. RTT lớp MAC với HSDPAvà HSUPA là rất ngắn, xấp xỉ 10ms, và RTT tổng cổng phụ thuộc chính vào trễ xử lý

trong các yếu tố mạng và UE.

Ví dụ về một phép đo trong lệnh ping sử dụng cả WCDMA (phiên bản 99)và

HSDPA được nêu trên hình 23. Trong đó RTT của HSDPA là nằm trong khoảng 70 đến

85ms trong một mạng vô tuyến cụ thể trong khi đó RTT WCDMA có giá trị trung bình là

130ms.

- 59 -



Hình 23 đánh giá trễ khứ hồi cải tiến

Hình 24 ví dụ về đo RTT trong WCDMA và HSDPA

WCDMA phiên bản 99 cung cấp tốc độ đường xuống tối đa là 384kbps, trong khi

đó HSDPA tốc độ này lên tới 1.8 và 3.6Mbps, cũng có thể lên tới 10Mbps. HSDPA giảm

độ trễ mạng so với WCDMA phiên bản 99 DCH. Việc tính toán và các thông số cho thấy

RTT trung bình có thể thấp hơn 100ms với HSDPA và WCDMA phiên bản 99 DCHđường lên. Với HSUPA đường lên thì RTT là nhở hơn 50ms. HSDPA cải thiện hiệu suất

cell lên tới 1Mbps/MHz/sector trong macro-cell 3 sector nhờ có kỹ thuật đường link cải

tiến, bộ nhận đầu cuối cải tiến, và chế độ phân tập với cơ chế lập lịch nhanh. Cơ chế lập

lịch cân bằng dùng để cải thiện hiệu suất cell lên tới 30% với tốc độ di động thấp. HSDPA

cũng đã cải tiến luồng dữ liệu đảm bảo hiệu quả và an toàn.

Phần trên cho thấy HSDPA có thể cùng tồn tại với WCDMA phiên bản 99 trên cùng

một sóng mang. Sóng mang chia sẻ làm cho hiệu năng mạng tăng, đặc biệt khi lưu lượng

WCDMA là nhỏ và HSDPA có tốc độ bit là 1.8Mbps. thêm vào đó là dung lượng caocũng như tốc độ bit cao.

HSDPA yêu cầu đầu tư hơn ở Iub để đạt được tốc độ bit cao hơn. Nhưng HSDPA

cũng cải thiện hiệu quả của Iub so với WCDMA phiên bản 99: rõ ràng số lượng bít được

gửi đi là cao hơn với cùng một dung lượng giữa HSDPA so với WCDMA phiên bản 99.

- 60 -



Lý do đầu tiên là HSDPA được truyền từ một cell mà không cần chuyển giao mềm và thứ

hai là vì người dùng HSDPA có tài nguyên Iub chia sẻ thay vì tài nguyên cố định của

WCDMA.

- 61 -



KẾT LUẬN

Theo nghiên cứu ở trên chúng ta nhận thấy mạng thông tin di động đã phát triển rất

mạnh mẽ trong những năm qua, có rất nhiều công nghệ mạng đã được nghiên cứu và đưa

vào sử dụng để đáp ứng nhu cầu rất lớn của người sử dụng không chỉ đơn thuần về mặttruyền tải dữ liệu mà dữ liệu đó còn phải có tốc độ cao cũng như tính tin cậy. Qua khoá

luận bản thân em đã nghiên cứu và học hỏi được rất nhiều công nghệ thông tin di động

như HSDPA… Tuy nhiên do thời gian nghiên cứu có hạn nên còn một số vấn đề em sẽ

nghiên cứu trong tương lai như so sánh công nghệ HSDPA với công nghệ Wimax….

- 62 -



TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] The comparision of performance when HSDPA and WCDMA coexistin two environment . Pei Li; Weiling Wu

[2] Những mối tương quan chung giữa công nghệ CDMA2000 và WCDMA - 3G - Lê

sum

[3] HSDPA.HSUPA.for.UMTS.High.Speed.Radio.Access.for.Mobile.Communications .

Harri holma

- 63 -

Documents

[Laptrinh.vn]-CongNghe2G_3G