Luận văn Đánh giá chất lượng kênh truyền xuống trong HSPA+

US FFC (Federal Communications Commission) phê chuẩn dịch vụ điện thoại mang trên xe đầu tiên vào 1946, được khai thác bởi AT&T. Năm 1947, AT&T cũng giới thiệu các khái niệm về hệ thống thông tin tế bào tái sử dụng tần số, và trở thành cơ sở cho các hệ thống thông tin di động sau này. Điện thoại di động thương mại vẫn được mang trên những chiếc xe trong nhiều năm bởi vì sự cồng kềnh và tiêu tốn năng lượng lớn. Mặc dù bị giới hạn dịch vụ, nhưng các hệ thống này vẫn được triển khai tại nhiều quốc gia từ năm 1950 đến 1960, nhưng số người dùng chỉ khoảng vài ngàn người. Những bước đầu tiên trên con đường hình thành hệ thống thông tin di động được dẫn dắt bởi các nhà khai thác quản lý điện thoại hữu tuyến độc quyền. Sự lớn mạnh về số thuê bao và người dùng hình thành khi hệ thống thông tin di động trở thành vấn đề quốc tế và các nhà kinh doanh công nghiệp được mời tham gia vào quá trình này. Hệ thống thông tin di động quốc tế đầu tiên là hệ thống anolog NMT (Nordic Mobile Telephony) được giới thiệu tại Bắc Âu vào năm 1981, cùng lúc đó hệ thống analog AMPS (Advanced Mobile Phone Service) được giới thiệu ở Bắc Mỹ. Các kĩ thuật thông tin tế bào analog khác được triển khai trên thế giới là TACS và J-TACS. Tất cả chúng đều có điểm chung là thiết bị vẫn cồng kềnh, chủ yếu sử dụng trên xe, chất lượng thoại thường bị đứt quãng, với hiện tượng “nhiễu xuyên âm (cross talk)” giữa các người dùng rất hay xảy ra. Với hệ thống quốc tế như NMT hình thành khái niệm “chuyển vùng quốc tế (roaming)”, cung cấp dịch vụ khi các người dùng đi ra ngoài khu vực cung cấp của nhà khai thác ‘home’ của họ. Nó cũng hình thành một thị trường rộng lớn về điện thoại di động, thu hút ngày càng nhiều công ty tham gia vào kinh doanh thông tin di động. Hệ thống thông tin tế bào analog hỗ trợ “các dịch vụ điện thoại đơn giản trước đây”, đó là thoại và vài dịch vụ bổ sung kèm theo. Với sự tiến bộ của truyền thông số trong suốt thập niên 80, cơ hội để phát triển các chuẩn và hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2, dựa trên kĩ thuật số, hình thành. Công nghệ kĩ thuật số tạo ra cơ hội để tăng dung lượng của hệ thống, tạo ra chất lượng dịch vụ tốt hơn, và sự phát triển của các thiết bị di động thực sự. Ở Châu Âu, ủy ban bưu chính viễn thông châu Âu là CEPT thiết lập dự án GSM để phát triển hệ thống điện thoại di động toàn Châu Âu. Vào năm 1989, dự án GSM tiếp tục dẫn dắt bởi Viện tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu ETSI (European Telecommunication Standards Institute). Sau khi đánh giá TDMA, CDMA, và FDMA, được dựa trên các kiến nghị trong thập niên 80, chuẩn GSM cuối cùng được xây dựng dựa trên TDMA. Việc phát triển chuẩn thông tin tế bào số đồng thời cũng được hoàn thiện bởi TIA ở Mỹ và hình thành TDMA dựa vào chuẩn IS-54, hay sau này gọi là US-TDMA. Không lâu sau đó, việc phát triển chuẩn CDMA, còn được gọi là IS-95, được hoàn thành bởi TIA vào năm 1993. Ở Nhật, chuẩn TDMA thế hệ thứ hai cũng được phát triển, hay còn lại là PDC. Tất cả các chuẩn này đều là có ‘băng hẹp’ (narrowband) và các dịch vụ được cung cấp có ‘băng thông thấp’ chẳng hạn như thoại. Với thông tin di động số thế hệ thứ hai, cũng hình thành cơ hội cung cấp dịch vụ dữ liệu thông qua các mạng thông tin di động. Các dịch vụ dữ liệu chính được giới thiệu trong 2G là dịch vụ tin nhắn SMS và các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch-mạch dùng cho e-mail và các ứng dụng dữ liệu khác. Tốc độ dữ liệu đỉnh trong 2G là 9,6kbps. Tốc độ dữ liệu cao hơn được giới thiệu sau này trong các hệ thống 2G cải tiến khi cho phép truyền đa khe thời gian tới 1 người dùng bằng cách hiệu chỉnh quá trình coding

pdf136 trang | Chia sẻ: tuandn | Lượt xem: 1950 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Đánh giá chất lượng kênh truyền xuống trong HSPA+, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN VIỄN THÔNG  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG KÊNH TRUYỀN XUỐNG TRONG HSPA+ (PERFORMANCE EVALUATION FOR DOWNLINK IN HSPA+) ĐỀ TÀI HỢP TÁC NGHIÊN CỨU GIỮA ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM VÀ ĐẠI HỌC KYUNG HEE, HÀN QUỐC GVHD: TS HOÀNG ĐÌNH CHIẾN TS TRẦN LÊ NAM GS EEN KEE HONG SVTH: PHẠM HOÀNG VIỆT 40403138 NGUYỄN QUANG TUẤN 40402929 TP.HCM, Tháng 12/2008 iMục lục Danh mục hình vẽ ...................................................................................................v Danh mục bảng.......................................................................................................viii Lời mở đầu..............................................................................................................ix Lời cám ơn ..............................................................................................................x Thuật ngữ viết tắt....................................................................................................xi Chương 1: Nền tảng của 3G cải tiến...................................................................1 1.1 Lịch sử và nền tảng của 3G ..............................................................................1 1.1.1 Trước 3G ..........................................................................................1 1.1.2 Những hội thảo đầu tiên về 3G ........................................................3 1.1.3 Nghiên cứu về 3G.............................................................................4 1.1.4 Bắt đầu chuẩn hóa 3G ......................................................................4 1.2 Sự chuẩn hóa.....................................................................................................5 1.2.1 Quá trình chuẩn hóa .........................................................................5 1.2.2 3GPP.................................................................................................6 1.3 Phổ cho 3G........................................................................................................9 Chương 2: Sự phát triển của 3G cải tiến............................................................13 2.1 Nhân tố thúc đẩy ...............................................................................................13 2.1.1 Tiến bộ trong công nghệ...................................................................14 2.1.2 Dịch vụ .............................................................................................15 2.1.2.1 Công nghệ Internet và IP......................................................15 2.1.2.2 Các dịch vụ truyền thống .....................................................15 2.1.2.3 Đòi hỏi từ các dịch vụ ..........................................................15 2.1.2.4 Các dịch vụ chủ yếu .............................................................17 2.1.3 Chi phí và hiệu quả...........................................................................17 2.2 3G cải tiến .........................................................................................................18 2.2.1 Cải tiến mạng truy cập vô tuyến (RAN) ..........................................18 2.2.1.1 Quan điểm về LTE ...............................................................20 2.2.1.2 Quan điểm về HSPA cải tiến ...............................................21 2.2.2 Mạng lõi cải tiến: cải tiến cấu trúc hệ thống ....................................21 ii Chương 3: WCDMA cải tiến ...............................................................................23 3.1 Tổng quan về WCDMA....................................................................................24 3.1.1 Cấu trúc tổng quan ...........................................................................24 3.1.2 Lớp vật lý .........................................................................................27 3.1.3 Quản lý nguồn tài nguyên và phiên dữ liệu gói ...............................32 Chương 4: HSDPA ...............................................................................................34 4.1 Tổng quan .........................................................................................................34 4.1.1 Kênh dùng chung..............................................................................34 4.1.2 Lịch trình phụ thuộc kênh ................................................................35 4.1.3 Điều khiển tốc độ và điều chế bậc cao hơn ......................................37 4.1.4 Hydrid ARQ với kết hợp mềm.........................................................37 4.1.5 Cấu trúc ............................................................................................37 4.2 Chi tiết về HSDPA............................................................................................39 4.2.1 HS-DSCH.........................................................................................39 4.2.2 MAC-hs và tiến trình trong lớp vật lý ..............................................42 4.2.3 Lịch trình ..........................................................................................44 4.2.4 Điều khiển tốc độ .............................................................................46 4.2.5 Hydrid ARQ với kết hợp mềm.........................................................48 4.2.6 Luồng dữ liệu ...................................................................................51 4.2.7 Điều khiển nguồn tài nguyên cho HSDPA.......................................53 4.2.8 Di động .............................................................................................55 4.2.9 Các loại UE ......................................................................................56 4.3 Chi tiết hơn về HSDPA.....................................................................................57 4.3.1 Nhắc lại hydrid ARQ: tiến trình lớp vật lý.......................................57 4.3.2 Sự xáo trộn và sắp xếp lại các chòm sao..........................................62 4.3.3 Nhắc lại về Hydrid ARQ: hoạt động giao thức ...............................63 4.3.4 Truyền theo trình tự..........................................................................64 4.3.5 MAC-hs header ................................................................................67 4.3.6 CQI và các phương tiện khác để truy cập đặc tính downlink ..........68 4.3.7 Tín hiệu điều khiển downlink: HS-SCCH........................................72 4.3.8 Tín hiệu điều khiển downlink: F-DPCH ..........................................74 4.3.9 Tín hiệu điều khiển uplink: HS-DPCCH..........................................75 iii Chương 5: Mô phỏng ...........................................................................................79 5.1 Mô hình mô phỏng ..........................................................................................79 5.2 Coding..............................................................................................................80 5.2.1 CRC Attachment ..............................................................................80 5.2.1.1 Tính toán CRC .....................................................................80 5.2.1.2 Quan hệ giữa ngõ vào và ngõ ra khối CRC Attachment .....81 5.2.2 Bit Scrambling..................................................................................81 5.2.3 Code block segment .........................................................................82 5.2.4 Channel Coding ................................................................................83 5.2.5 Hydrid ARQ .....................................................................................83 5.2.5.1 HARQ bit separation ...........................................................84 5.2.5.2 Tầng RM thứ nhất ................................................................84 5.2.5.3 Tầng RM thứ hai ..................................................................85 5.2.5.4 HARQ bit collection ............................................................87 5.2.5.5 Giải thuật Rate matching .....................................................88 5.2.5.6 Các thông số RV ..................................................................89 5.2.6 Physical channel segmentation.........................................................90 5.2.7 Interleaving.......................................................................................90 5.2.8 Constellation re-arrangement đối với 16QAM Và 64QAM ............92 5.2.9 Physical channel mapping ................................................................93 5.3 Spreading & Modulation .................................................................................94 5.3.1 Spreading..........................................................................................94 5.3.1.1 Ánh xạ điều chế ...................................................................94 5.3.1.1.1 QPSK..........................................................................94 5.3.1.1.2 16QAM ......................................................................95 5.3.1.1.3 64QAM ......................................................................95 5.3.1.2 Channelization code.............................................................96 5.3.1.3 Kết hợp IQ ...........................................................................98 5.3.1.4 Scrambling code ..................................................................98 5.3.1.5 Kết hợp kênh........................................................................98 5.3.2 Modulation .......................................................................................98 5.3.2.1 Tốc độ chip điều chế ............................................................98 5.3.2.2 Điều chế ...............................................................................99 5.4 Channel ............................................................................................................99 5.5 Despreading & Demodulation .........................................................................101 5.6 Decoding..........................................................................................................101 5.7 Giao diện chương trình ....................................................................................101 iv 5.7.1 Giao diện chính của chương trình ....................................................101 5.7.2 Giao diện Evaluation ........................................................................103 5.7.3 Giao diện File Transfer.....................................................................105 5.8 Kết quả mô phỏng............................................................................................106 5.8.1 Đánh giá chất lượng kênh truyền .....................................................106 5.8.2 Ví dụ về truyền tập tin với giao diện File Transfer ..........................115 5.9 Nhận xét kết quả ..............................................................................................118 Chương 6: Kết luận và hướng phát triển của đề tài .........................................119 6.1 Kết luận............................................................................................................119 6.2 Hạn chế của đề tài............................................................................................119 6.3 Hướng phát triển của đề tài .............................................................................119 Tài liệu tham khảo ..................................................................................................120 vDANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Các bước chuẩn hóa và sự tương tác lẫn nhau .......................................... 5 Hình 1.2: Tổ chức 3GPP............................................................................................ 7 Hình 1.3: Các phiên bản 3GPP cho UTRA ............................................................... 8 Hình 1.4: Các băng tần hoạt động cho UTRA FDD được xác định trong 3GPP ...... 11 Hình 2.1: Sự phát triển nhanh chóng các thiết bị đầu cuối trong vòng 20 năm ........ 14 Hình 2.2: Sơ đồ tốc độ bit – trễ của dịch vụ (quan trọng khi thiết kế một hệ thống thông tin tế bào mới) .................................................................................. 16 Hình 2.3: HSPA và chiến lược triển khai LTE: nâng cao thành HSPA cải tiến và sau đó triển khai LTE tại một số nơi trong WCDMA/HSPA..................... 22 Hình 3.1: WCDMA cải tiến ....................................................................................... 24 Hình 3.2: Cấu trúc mạng truy cập vô tuyến WCDMA .............................................. 25 Hình 3.3: Cấu trúc giao thức WCDMA..................................................................... 26 Hình 3.4: Quá trình thực hiện tại lớp vật lý trong WCDMA..................................... 28 Hình 3.5: Channelization Codes ................................................................................ 30 Hình 4.1: Cấu trúc miền thời gian và mã của HS-DSCH .......................................... 35 Hình 4.2: Lịch trình phụ thuộc kênh của HSDPA ..................................................... 36 Hình 4.3: Minh họa cấu trúc HSDPA ........................................................................ 38 Hình 4.4: Sử dụng công suất với HS-DSCH ............................................................. 40 Hình 4.5: Cấu trúc kênh với HSDPA......................................................................... 42 Hình 4.6: MAC-hs và tiến trình ở lớp vật lý.............................................................. 43 Hình 4.7: Điều khiển mức độ ưu tiên trong trình lập biểu......................................... 45 Hình 4.8: Kích thước khung truyền và số Channelization codes cho điều chế QPSK và 16QAM .................................................................................................. 47 vi Hình 4.9 : Tạo các redundancy versions................................................................... 50 Hình 4.10: Nhiều tiến trình Hydrid-ARQ (trong hình là 6)....................................... 51 Hình 4.11: Thiết lập giao thức khi HS-DSCH được qui định. Các số phía bên phải hình tương ứng các số bên phải trong hình 4.12 ..................................... 52 Hình 4.12: Luồng dữ liệu tại phía UTRAN ............................................................... 53 Hình 4.13: Các đo đạc và giới hạn nguồn tài nguyên cho HSDPA........................... 54 Hình 4.14: Thay đổi các cell phục vụ cho HSPA ...................................................... 55 Hình 4.15: Nguyên lý của phối hợp tốc độ gồm 2 tầng............................................. 58 Hình 4.16: Ví dụ về việc sinh ra các redundancy versions khác nhau trong trường hợp IR ....................................................................................................... 61 Hình 4.17: Xáo trộn cho kênh HS-DSCH.................................................................. 62 Hình 4.18: Chuỗi ưu tiên trong NodeB MAC-hs và sắp theo thứ tự chuỗi trong UE MAC – hs ................................................................................................. 65 Hình 4.19: Minh họa nguyên lý sau khi sắp xếp lại .................................................. 67 Hình 4.20: Cấu trúc phần đầu của MAC-hs............................................................... 68 Hình 4.21: Các quan hệ thời gian cho các báo cáo CQI ............................................ 71 Hình 4.22: Mã hóa kênh truyền HS - DSCH ............................................................. 73 Hình 4.23: F-DPCH được thêm vào trong phiên bản 6 ............................................. 75 Hình 4.24: Cấu trúc cơ bản của truyền tín hiệu uplink với mã IQ/code – multiplexed HS-DPCCH ............................................................................................. 76 Hình 4.25: Ngưỡng quyết định cho trường hợp ACK/NAK của HS-DPCCH.......... 77 Hình 4.26: ACK/NAK cải tiến sử dụng PRE và POST............................................. 78 Hình 5.1: Mô hình mô phỏng ................................................................................... 79 Hình 5.2: Coding cho HS-DSCH ............................................................................. 80 vii Hình 5.3: Cấu trúc của HARQ................................................................................... 83 Hình 5.4: Cấu trúc bộ xen kẽ ..................................................................................... 91 Hình 5.5: Trải chip cho các kênh vật lý..................................................................... 94 Hình 5.6: Cấu trúc cây cho OVSF code .................................................................... 97 Hình 5.7: Kết hợp các kênh vật lý ............................................................................. 98 Hình 5.8: Điều chế ..................................................................................................... 99 Hình 5.9: Giao diện chính của chương trình ............................................................. 102 Hình 5.10: Thông báo bạn có muốn thoát khỏi chương trình hay không.................. 102 Hình 5.11: Giao diện Evaluation ............................................................................... 103 Hình 5.12: Tùy chọn các dạng môi trường mô phỏng............................................... 104 Hình 5.13: Chương trình đang thực thi...................................................................... 104 Hình 5.14: Chương trình hoàn tất một mô phỏng ..................................................... 104 Hình 5.15: Giao diện File Transfer............................................................................ 105 Hình 5.16: Chọn tập tin để truyền ............................................................................. 106 Hình 5.17: Kết quả trên giao diện Evaluation với CQI=1, AWGN .......................... 108 Hình 5.18: Kết quả FER với AWGN......................................................................... 109 Hình 5.19: Kết quả Throughput với AWGN ............................................................. 110 Hình 5.20: Kết quả số lần gửi trung bình của 1 packet với AWGN ......................... 111 Hình 5.21: Kết quả Throughput với môi trường Padestrian B .................................. 112 Hình 5.22: So sánh FER với CQI=6 (điều chế QPSK) ............................................. 113 Hình 5.23: So sánh FER với CQI=16 (điều chế 16QAM) ........................................ 114 Hình 5.24: Ví dụ truyền tập tin văn bản .................................................................... 115 Hình 5.25: Ví dụ truyền tập tin âm thanh .................................................................. 116 Hình 5.26: Ví dụ truyền tập tin hình ảnh................................................................... 117 viii DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1: Các băng tần cho UTRA FDD được xác định bởi 3GPP.......................... 10 Bảng 1.2: Các băng tần cho UTRA TDD được xác định bởi 3GPP.......................... 12 Bảng 4.1: HSDPA UE categories [99]....................................................................... 57 Bảng 4.2: Ví dụ về báo cáo CQI với 2UE category khác nhau ................................. 69 Bảng 5.1: Các thông số cho tầng RM thứ hai ............................................................ 86 Bảng 5.2: Thông số RV cho 16QAM và 64QAM ..................................................... 89 Bảng 5.3: Thông số RV cho QPSK ........................................................................... 89 Bảng 5.4: Mẫu hoán vị cột dùng cho bộ xen kẽ ........................................................ 92 Bảng 5.5: Sắp xếp lại giản đồ chò