LE TIN HUY

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGCƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA VIỄN THÔNG II

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNGHỆ CHÍNH QUY

NIÊN KHÓA: 2007-2012

Đề tài:

TÌM HIỂU VỀ KỸ THUẬT HARQ TRONG CÔNG NGHỆ HSDPA

Mã số đề tài: 12 407160072

Sinh viên thực hiện: LÊ TÍN HUYMSSV: 407160072Lớp: Đ07VTA2Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN TẤN NHÂN

TP.HCM – 2012

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGCƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA VIỄN THÔNG II

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNGHỆ CHÍNH QUY

NIÊN KHÓA: 2007-2012

Đề tài:

TÌM HIỂU VỀ KỸ THUẬT HARQ TRONG CÔNG NGHỆ HSDPA

Mã đề tài: 12 407160072

Chương 1: TỔNG QUAN CÁC MẠNG DI ĐỘNGChương 2: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ HSDPAChương 3: TÌM HIỂU KỸ THUẬT HARQ TRONG HSDPAChương 4: MÔ PHỎNG KỸ THUẬT HARQ

Sinh viên thực hiện: LÊ TÍN HUYMSSV: 407160072Lớp: Đ07VTA2Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN TẤN NHÂN

TP.HCM – 2012

Mục lục

Danh mục hình vẽ..........................................................................................................1

Danh mục bảng số liệu..................................................................................................3

Lời mở đầu.....................................................................................................................5

Chương 1 - TỔNG QUAN CÁC MẠNG DI ĐỘNG..................................................6

1.1. Tổng quan về mạng di động không dây.............................................................6

1.2. Công nghệ HSDP.............................................................................................11

1.2.1. Sự chuẩn hóa HSDPA trong 3GPP..........................................................11

1.2.2. Tình hình triển khai của HSDPA.............................................................12

1.3. Giải pháp dung lượng vô tuyến với HSDPA....................................................12

1.4. Kết luận chương...............................................................................................13

Chương 2 - GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ HSDPA.............................................14

2.1. Tổng quan về HSDPA......................................................................................14

2.2. Những cải tiến quan trọng của HSDPA so với WCDMA................................16

2.3. Nguyên lý hoạt động của HSDPA....................................................................17

2.4. Cấu trúc HSDPA..............................................................................................19

2.4.1. Mô hình giao thức HSDPA.....................................................................19

2.4.2. Cấu trúc kênh...........................................................................................21

2.4.3. Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-PDSCH......................21

2.4.4. Kênh điều khiển vật lý tốc độ cao: HS-DPCCH....................................25

2.5. Các kỹ thuật sử dụng trong HSDPA................................................................27

2.5.1. Điều chế và Mã hoá thích nghi................................................................27

2.5.2. Kỹ thuật H-ARQ......................................................................................31

Chương 3 - TÌM HIỂU KỸ THUẬT HARQ TRONG HSDPA..............................34

3.1. Mô hình chung của kỹ thuật HARQ.................................................................34

3.2. Mã Turbo..........................................................................................................36

3.2.1. Giới thiệu.................................................................................................36

3.2.2. Nguyên lý chung mã Turbo.....................................................................37

3.2.3. Bộ mã hóa tích chập hệ thống đệ quy RSC.............................................38

3.2.3.1 Mã tích chập hệ thống và không hệ thống..........................................39

3.2.3.2 Mã tích chập đệ quy và không đệ quy.................................................39

3.2.3.4 Bộ mã tích chập hệ thống đệ quy (RSC).............................................40

3.2.3.5 Kết thúc TRELLIS..............................................................................41

3.3. Phân loại HARQ...............................................................................................42

3.4. HARQ I ( Chase Combining)...........................................................................42

3.5. HARQ II...........................................................................................................44

3.6. HARQ III.........................................................................................................46

Chương 4 - MÔ PHỎNG KỸ THUẬT HARQ.........................................................48

4.1. Giới thiệu chương.............................................................................................48

4.2. Lưu đồ thuật toán.............................................................................................48

4.2.1. Lưu đồ thuật toán HARQ I......................................................................48

4.2.2. Lưu đồ thuật toán HARQ II.....................................................................49

4.3. Quá trình mô phỏng..........................................................................................50

Kết luận........................................................................................................................53

Hướng phát triển của đề tài........................................................................................54

Danh mục các từ viết tắt.............................................................................................55

Tài liệu tham khảo.......................................................................................................57

Danh mục hình vẽ

Hình 1.1: Lộ trình phát triển của các mạng di động.

Hình 2.1: Biểu đồ cột so sánh thời gian download của các công nghệ.

Hình 2.2: Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDMA.

Hình 2.3: Nguyên lý hoạt động cơ bản của HSDPA.

Hình 2.4: Kiến trúc giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH.

Hình 2.5: Cấu trúc lớp MAC – hs.

Hình 2.6: Giao diện vô tuyến của HSDPA.

Hình 2.7: Hệ số trải phổ của HSDPA.

Hình 2.8: Phân chia tài nguyên mã theo thời gian.

Hình 2.9: Thời gian và bộ mã được chia sẻ trong HS-DSCH.

Hình 2.10: Trạng thái kênh của các user.

Hình 2.11: Hệ thống trong trường hợp 1 kênh HS-SCCH và phân chia đa thời gian.

Hình 2.12: Hệ thống trong trường hợp nhiều kênh HS-SCCH và phân chia đa thời

gian.

Hình 2.13: Cấu trúc kênh HS-DPCCH.

Hình 2.14: Điều chế QPSK.

Hình 2.15: Điều chế 16QAM.

Hình 2.16: Biểu diễn mã hoá điều chế của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng với

mỗi mã theo dB.

Hình 2.17: Ví dụ về tiến trình SAW-HARQ tại node B.

Hình 2.18: HARQ kết hợp mềm.

Hình 2.19: Quá trình truyền lại khối dữ liệu IR.

Hình 3.1: Nguyên lý phát lại HARQ tại node B.

Hình 3.2: Mô hình chung của hệ thống dùng kỹ thuật HARQ.

Hình 3.3: Mã kết nối nối tiếp.

SVTH: Lê Tín Huy Lớp: Đ07VTA2 Trang 1

Hình 3.4: Mã kết nối song song.

Hình 3.5: Bộ mã hoá và giải mã lặp Turbo.

Hình 3.6: Bộ mã tích chập hệ thống.

Hình 3.7: Bộ mã tích chập không hệ thống.

Hình 3.8: Bộ mã tích chập đệ quy.

Hình 3.9: Bộ mã hoá RSC với r=1/2, K=3.

Hình 3.10: Cách thức kết thúc trellis ở bộ mã RSC.

Hình 3.11: Nguyên lý Chase Combining.

Hình 3.12: Quá trình mã hóa và đục lỗ Chase Combining.

Hình 3.13: Ghép 2 chuỗi parity vào dữ liệu cần truyền.

Hình 3.14:Quá trình mã hóa và đục lỗ Increamental Redundancy.

Hình 4.1: Xác suất lỗi bit của các kỹ thuật HARQ.

Hình 4.2: Thông lượng so sánh giữa các kỹ thuật.


Danh mục bảng số liệu

Bảng 1.1: Bảng so sánh các công nghệ di động và tốc độ truyền dữ liệu.

Bảng 2.1: Tốc độ dữ liệu đỉnh của HSDPA trong một số trường hợp.

Bảng 2.2: Lược đồ mã hoá điều chế của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng với mỗi

mã.


Lời cảm ơn

Trước hết, em xin chân thành cám ơn Ths. Nguyễn Tấn Nhân, sự chỉ bảo

tận tình cùng những tài liệu quí báu của Thầy đã giúp em hoàn thành luận văn

này. Em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cô giáo trong trường Học

Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông cơ sở Tp. Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều

kiện học tập và nghiên cứư cho em trong suốt bốn năm học vừa qua. Xin cám ơn

các bạn học và những người thân đã luôn giúp đỡ, động viên và chia sẻ những lúc

tôi khó khăn trong thời gian thực hiện luận văn này.

Do thời gian hạn hẹp và cũng chịu nhiều yếu tố tác động nên khoá luận sẽ

không tránh khỏi sai sót. Em rất mong sẽ nhận được những ý kiến đóng góp

xây dựng của Thầy, Cô và các bạn để có thể tiếp tục phát triển hướng nghiên

cứu của mình.


Lời mở đầu

Cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ như điện tử, tin học, công nghệ

thông tin di động trong những năm qua đã phát triển rất mạnh mẽ cung cấp các loại

hình dịch vụ đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng. Kể từ khi ra

đời vào cuối năm 1940 cho đến nay thông tin di động đã phát triển qua nhiều thế hệ và

đã tiến một bước dài trên con đường công nghệ.

Trong một năm vừa qua, mạng thông tin di động của Việt Nam đã và đang xây

dựng các hệ thống mạng thế hệ 3 để đáp ứng các yêu cầu về dịch vụ cũng như đòi hỏi

về chất lượng dịch vụ.Mạng thông tin di động HSDPA đã được xây dựng và đang tiếp

tục được mở rộng trên toàn quốc có khả năng đáp ứng nhu cầu về chất lượng và dịch

vụ hiện nay. Do đó việc nghiên cứu về mạng thông tin di động HSDPA là một điều tất

yếu. Xuất phát từ những suy nghĩ như vậy nên em đã quyết định chọn đề tài: " TÌM

HIỂU VỀ KỸ THUẬT HARQ TRONG CÔNG NGHỆ HSDPA.".

Nội dung đồ án gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan các mạng di động. Chương này trình bày tổng quan về quá

trình phát triển của các hệ thống thông tin di động.

Chương 2: Giới thiệu khái quát công nghệ HSDPA. Chương này em trình bày về

nguyên lý và các tiêu chuẩn của HSDPA .

Chương 3: Kỹ thuật HARQ. Chương này em trình bày về các loại HARQ và nguyên

lý hoạt động của mỗi loại.

Chương 4: Mô phỏng xác xuất lỗi và thông lượng của HSDPA dùng kỹ thuật

HARQ

Trong quá trình tìm hiểu về đề tài, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức

hạn chế và tài liệu tham khảo chuyên sâu trong nước còn chưa có nhiều nên không thể

tránh khỏi những thiếu sót, sai lầm. Em rất mong nhận được sự phê bình, hướng dẫn

và sự giúp đỡ của thầy cô, bạn bè.


CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN CÁC MẠNG DI ĐỘNG

Chương 1

TỔNG QUAN CÁC MẠNG DI ĐỘNG

1.1. Tổng quan về mạng di động không dây

Trong hơn 25 năm qua, sự phát triển của Internet cũng như các công nghệ

không dây đã có ảnh hưởng rất lớn đến cuộc sống của con người trên toàn thế giới. Hai

nhân tố này đã làm thay đổi cách con người liên lạc với nhau, cách họ làm việc, cách

họ hưởng thụ cuộc sống thông qua các loại hình giải trí mới. Với sự ra đời của mạng

thông tin di động tế bào, chúng ta đã chứng kiến sự tăng vọt về nhu cầu dịch vụ không

dây và di động. Chúng ta đã và đang chứng kiến sự phát triển đến chóng mặt của mạng

không dây : năm 2002 đánh dấu thời điểm lịch sử của mạng viễn thông với số thuê bao

di động vượt số thuê bao cố định. Theo ITU, tháng 9 năm 2005, số thuê bao di động

trên thế giới đã vượt con số 2 tỷ. Theo thống kê của GSA (Global mobile Suppliers

Association) gần đây, con số này đã vượt 3 tỷ. Tuy nhiên, lịch sử của mạng tế bào còn

rất ngắn ngủi. Nó mới trải qua 3 thế hệ và ở nhiều quốc gia nó vẫn còn đang ở thế hệ

thứ 2. Trong mạng thông tin di động tế bào, mỗi một thập kỷ chứng kiến một thế hệ

mạng mới. Thế hệ đầu tiên (1G) khởi đầu từ những năm 80s. Đó là thế hệ điện thoại di

động analog. Thế hệ thứ 2G bắt đầu nổi lên từ nhưng năm đầu của thập kỷ 90. Thế hệ

thứ 2G là công nghệ di động kỹ thuật số, cung cấp dịch vụ voice và cả data. Thế hệ thứ

3 bắt đầu từ năm 2001 ở Nhật, đặc trưng bởi dịch vụ thoại, dữ liệu và đa phương tiện

với tốc độ cao. Hệ thống tiền-4G, những viên đá tảng cho thế hệ thứ 4G, hy vọng sẽ

được thương mại hóa vào khoảng đầu năm 2010. Một thế hệ 4G sẽ cất cánh vào những

năm 2012. Con đường phát triển của các công nghệ mạng tế bào được thể hiện ở hình

dưới đây.



Hình 1.1: Lộ trình phát triển của các mạng di động.

Thế hệ thứ 1 (1G): Mạng di động thế hệ thứ nhất khơi mào ở Nhật vào năm

1979. Đây là hệ thống truyền tín hiệu tương tự (analog). Những công nghệ chính thuộc

thế hệ thứ nhất này có thể kể đến là AMPS (Advanced Mobile Phone System), TACS (

Total Access Communication System), JTACS ( Japan TACS), NMT (Nordic Mobile

Telephone). Tuy chưa hoàn hảo về mặt công nghệ và kỹ thuật, thế hệ thông tin di động

1G này thực sự là một mốc phát triển quan trọng của ngành viễn thông (khái niệm di

động (mobile) đã bắt đầu đi vào phục vụ nhu cầu liên lạc của con người trong đời sống

hằng ngày). Những điểm yếu nổi bật của thế hệ 1G liên quan đến chất lượng truyền tin

kém, vấn đề bảo mật và việc sử dụng kém hiệu quả tài nguyên tần số.

Thế hệ thứ 2 (2G): Hệ thống mạng 2G được đặc trưng bởi công nghệ chuyển

mạch kỹ thuật số (digital circuit-switched). Kỹ thuật này cho phép sử dụng tài nguyên

băng tần hiệu quả hơn nhiều so với 1G. Hầu hết các thuê bao di động trên thế giới hiện

đang dùng công nghệ 2G này. Công nghệ 2G sẽ còn tồn tại thêm một thời gian dài nữa

trước khi 3G thay thế hoàn toàn nó. Những chuẩn di động 2G chính bao gồm GSM

(Global System for Mobile Communication), IS-136 và CdmaOne.

GSM sử dụng kỹ thuật đa truy cập TDMA và song công FDD. GSM đã trở

thành công nghệ truyền thông có tốc độ phát triển nhanh nhất từ trước đến nay và là

một chuẩn di động được triển khai rộng rãi trên thế giới.

IS-136, được biết đến với tên D-AMPS (Digital-AMPS), sử dụng kỹ thuật

đa truy cập TDMA và song công TDD. Công nghệ này được triển khai nhiều ở Châu

Mĩ, đặc biệt là ở Mỹ và Canada. IS-136 được triển khai như một mạng overlay kỹ



thuật số, phủ trên nền hạ tầng mạng AMPS. IS-136 cho tốc độ dữ liệu lên đến

30Kbps.

CdmaOne là tên gọi của chuẩn di động ITU IS-95 sử dụng kỹ thuật đa truy

cập CDMA. CDMA được chuẩn hoá năm 1993. Ngày nay, có 2 phiên bản IS-95, gọi

là IS-95A và IS-95B. IS-95A dùng FDD với độ rộng kênh là 1,25MHz cho mỗi hướng

lên và xuống. Tốc độ dữ liệu tối đa của IS-95A là 14,4 Kbps. IS-95B có thể cung ứng

tốc độ dự liệu lên đến 115Kbps bằng cách gộp 8 kênh lại với nhau. Với tốc độ này, IS-

95B còn được phân loại như là công nghệ 2,5G.

Thế hệ 2,5G: Thế hệ 2,5G đặc trưng bởi dịch vụ dự liệu tốc độ cải tiến. Chuẩn

chính của thế hệ này là GPRS, EDGE và IS-95B. GPRS là một bước phát triển tiếp

theo để cung cấp dịch vụ dự liệu tốc độ cao cho người dùng GSM và IS-136. Lý thuyết

mà nói thì GPRS có thể cung ứng tốc độ dự liệu lên đến 172,2 Kbps. GPRS là một giải

pháp chuyển mạch gói. Đây cũng là một bước đệm trong quá trình chuyển từ thế hệ

2G lên 3G của các nhà cung cấp dịch vụ GSM/IS-136. Trên con đường dài đi đến 3G,

EDGE đã ra đời để cải tiến tốc độ dữ liệu hơn nữa (tốc độ tối đa tầm 384Kbps). EDGE

đôi khi còn được trích dẫn như công nghệ 2,75G.

Thế hệ di động thứ 3 (3G): Mạng 3G đặc trưng bởi tốc độ dự liệu cao, dung

lượng của hệ thống lớn, tăng hiệu quả sử dụng phổ tần và nhiều cải tiến khác. Có một

loạt các chuẩn công nghệ di động 3G, tất cả đều dựa trên CDMA, bao gồm: UMTS

(dùng cả FDD lẫn TDD), CDMA2000 và TD-SCDMA.

UMTS (đôi khi còn được gọi là 3GSM) sử dụng kỹ thuật đa truy cập

WCDMA. UMTS được chuẩn hoá bởi 3GPP. UMTS là công nghệ 3G được lựa chọn

bởi hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ GSM/GPRS để đi lên 3G. Tốc độ dữ liệu tối đa

là 1920Kbps (gần 2Mbps). Nhưng trong thực tế tốc độ này chỉ tầm 384Kbps thôi. Để

cải tiến tốc độ dữ liệu của 3G, hai kỹ thuật HSDPA và HSUPA đã được đề nghị. Khi

cả 2 kỹ thuật này được triển khai, người ta gọi chung là HSPA. HSPA thường được

biết đến như là công nghệ 3,5G.

HSDPA ( hậu duệ của UMTS) do 3GPP soạn thảo năm 2002, sử dụng đa mã

trải phổ và điều chế cấp cao hơn UMTS. Tốc đọ dữ liệu downlink đạt 14,4 Mbps( nếu

dùng 16-QAM). Đến năm 2005, 3GPP bổ sung thêm HSUPA, cả hai được gọi chung

là HSPA. 3GPP cũng chuẩn bị HSPA+ ( được xây dựng từ năm 2007, dự kiến triển

khai từ 2010), tốc độ dữ liệu downlink tối đa 43,2 Mbps (MIMO 2x2 kết hợp với 64-

QAM) và uplink 11 Mbps.

HSDPA: Tăng tốc độ downlink (đường xuống, từ NodeB về người dùng di

động). Tốc độ tối đa lý thuyết là 14,4Mbps, nhưng trong thực tế nó chỉ đạt tầm



1,8Mbps (hoặc tốt lắm là 3,6Mbps). Theo một báo cáo của GSA tháng 7 năm 2008,

207 mạng HSDPA đã và đang bắt đầu triển khai, trong đó 207 đã thương mại hoá ở 89

nước trên thế giới.

HSUPA: tăng tốc độ uplink (đường lên) và cải tiến QoS. Kỹ thuật này cho

phép người dùng upload thông tin với tốc độ lên đến 5,8Mbps (lý thuyết). Cũng trong

cùng báo cáo trên của GSA, 51 nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động đã triển khai

mạng HSUPA ở 35 nước và 17 nhà cung cấp mạng lên kế hoạch triển khai mạng

HSUPA.

CDMA2000 là người "nối giỏi" của 2G CdmaOne, đại diện cho họ công

nghệ bao gồm CDMA2000 1xRTT (Radio Transmission Technology), CDMA2000

EV-DO (Evolution -Data Optimized) và CDMA2000 EV-DV(Evolution -Data and

Voice). CDMA2000 được chuẩn hoá bởi 3GPP2. Lẽ thường tình thì CDMA2000 là

công nghệ 3G được lựa chọn bởi các nhà cung cấp mạng CdmaOne.

CDMA2000 1xRTT: chính thức được công nhận như là một công nghệ 3G,

tuy nhiên nhiều người xem nó như là một công nghệ 2,75G đúng hơn là 3G. Tốc độ

của 1xRTT có thể đạt đến 307Kbps, song hầu hết các mạng đã triển khai chỉ giới hạn

tốc độ peak ở 144Kbps.

CDMA2000 EV-DO: sử dụng một kênh dữ liệu 1,25MHz chuyên biệt và có

thể cho tốc độ dữ liệu đến 2,4Mbps cho đường xuống và 153Kbps cho đường lên.

1xEV-DO Rev A hỗ trợ truyền thông gói IP, tăng tốc độ đường xuống đến 3,1Mbps và

đặc biệt có thể đẩy tốc độ đường lên đến 1,2Mbps. Bên cạnh đó, 1xEV-DO Rev B cho

phép nhà cung cấp mạng gộp đến 15 kênh 1,25MHz lại để truyền dữ liệu với tốc độ

73,5Mbps.

CDMA2000 EV-DV: tích hợp thoại và dữ liệu trên cùng một kênh

1,25MHz. CDMA2000 EV-DV cung cấp tốc độ peak đến 4,8Mbps cho đường xuống

và đến 307Kbps cho đường lên. Tuy nhiên từ năm 2005, Qualcomm đã dừng vô thời

hạn việc phát triển của 1xEV-DV vì đa phần các nhà cung cấp mạng CDMA như

Verizon Wireless và Sprint đã chọn EV-DO.

TD-SCDMA là chuẩn di động được đề nghị bởi "China Communications

Standards Association" và được ITU duyệt vào năm 1999. Đây là chuẩn 3G của Trung

Quốc. TD-SCDMA dùng song công TDD. TD-SCDMA có thể hoạt động trên một dãi

tần hẹp 1,6MHz (cho tốc độ 2Mbps) hay 5MHz (cho tốc độ 6Mbps). Ngày xuất hành

của TD-SCDMA đã bị đẩy lùi nhiều lần. Nhiều thử nghiệm về công nghệ này đã diễn

ra từ đầu năm 2004 cũng như trong thế vận hội Olympic gần đây.



Thế hệ di động hậu 3G: là tên tạm gọi cho các công nghệ không dây Enhanced

IMT-2000, có tốc độ dữ liệu trên 2 Mbps( đến vài chục Mbps hoặc hơn nữa).

Hầu như hoàn toàn truyền dữ liệu chuyển gói, dựa trên IP; cho phép các

dịch vụ truyền dữ liệu cao cấp: Web đồ họa, video, music, game online.

Năm 2005, 3GPP bắt đầu xây dựng LTE. LTE sử dụng phương thức truyền

OFDMA( downlink) và SC-FDMA (uplink). Nếu kết hợp MIMO 4x4 và 64-QAM, có

thể đạt tốc độ 326-400 Mbps trên dải tần 20 Mhz.

IEEE phối hợp với WiMax Forum đưa ra chuẩn WiMax hay IEEE802.16 từ

2001( đến 2004 đã có WiMax cố định, 2005 có WiMax di động), với tốc độ dữ liệu

downlink đạt đến 75 Mbps ( đối với WiMax cố định).

3GPP2 xây dựng tiếp CDMA2000 1xEV-DO Rev. A, Rev.B rồi sau đó là

UMB( tức EV-DO Rev.C, dùng phương thức truyền Flash-OFDM)

Bảng 1.1: Bảng so sánh các công nghệ di động và tốc độ truyền dữ liệu.

Công

nghệTốc độ Tính năng

1G AMPS Không có Analog (chỉ có chức năng thoại)

2GGSM

CDMA

iDen

Nhỏ hơn 20Kbps

Thoại

SMS

Gọi hội nghị

Caller ID

Push – to - talk

2.5G

GPRS

1xRTT

EDGETừ

30Kbps ->90 Kbps

MSM

Ảnh

Trình duyệt Web

Audio/Video clip

Game

Tải các ứng dụng và nhạc chuông



3G UMTS

1xEV-DO

Từ

144Kbps -> 2Mbps

Video chất lượng cao

Nhạc “streaming”

Game 3D

Lướt web nhanh

3.5GHSDPA

1xEV-DV

Từ

384Kbps -> 14.4Mbps

Video theo yêu cầu (VOD)

Video hội họp

1.2. Công nghệ HSDP

1.2.1. Sự chuẩn hóa HSDPA trong 3GPP

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

coi là sản phẩm của 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 lần so với khi sử dụng công

nghệ W-CDMA. Về mặt lý thuyết, HSDPA có thể đạt tốc độ truyền tải dữ liệu lên tới

42-84 Mbps (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 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, tức là truyền dữ liệu từ điện thoại đến một nguồn tin

thì không thể thực hiện được khi sử dụng công nghệ HSDPA. Công nghệ này có thể

được chia sẻ giữa tất cả các 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.

Trong năm 2007, một số lượng lớn các nhà cung cấp dịch vụ di động trên toàn

thế giới đã bắt đầu bán các sản phẩm USB Modem có chức năng kết nối di động băng

thông rộng. Ngoài ra, số lượng các trạm thu phát HSDPA trên mặt đất cũng tăng

nhanh để đáp ứng nhu cầu thu phát dữ liệu.

1.2.2. Tình hình triển khai của HSDPA

Theo số liệu của Nghiệp đoàn di động toàn cầu (GSA) công nghệ 3,5G

(HSDPA) chiếm đến 69% trong tổng số mạng di động. trên toàn cầu.

Nếu như 2006, có 166 mạng di động hỗ trợ HSDPA tại 75 nước, thì tháng 10

năm 2010, số nhà mạng sử dụng công nghệ này là 405, ở 157 quốc gia và vùng lãnh

thổ. Các nhà mạng trang bị công nghệ này được phân bố tại nhiều vùng khác nhau trên

thế giới, Americas (31 nước), tiếp đó là APAC (29 nước), Europe (58 nước), Middle

East/Africa (39 nước). HSDPA tại nhiều vùng có tốc độ download lên tới 42 MB/giây,

còn bình thường cũng đạt từ 1.8 MB/giây đến 3.6 MB/giây. Tuy nhiên, tốc độ giữa các

mạng cũng không đều nhau. Có tới 82.7% số mạng có tốc độ download cao nhất là 3,6

MB/giây, trong khi đó chỉ có 61% số mạng đạt 7,2 MB/giây. GSA cho rằng, sự phát

triển của mạng 3,5G ảnh hưởng đến các dịch vụ băng tần trên toàn cầu, nhiều nhà

mạng đang cố gắng triển khai thêm HSPA (bao gồm HSDPA và HSUPA).

1.3. Giải pháp dung lượng vô tuyến với HSDPA

Chất lượng của một hệ thống vô tuyến được xác định thông qua việc các

chương trình ứng dụng được sử dụng thông qua mạng vô tuyến như thế nào. Thuật ngữ

khóa để có thể xác định chất lượng các chương trình ứng dụng bao gồm tốc độ dữ liệu

và thời gian trễ mạng. Các chương trình ứng dụng đó vẫn có thể được đón nhận với tốc

độ bít chậm với vài chục kbps nhưng yêu cầu độ trễ phải thấp, giống như kiểu VoIP và

các trò chơi hành động thời gian thực. Mặt khác, thời gian tải xuống của số lượng lớn

các file chỉ được xác định bởi tốc độ dữ liệu lớn nhất, và thời gian chờ không đóng vai

trò gì. GPRS Re’99 cung cấp 30-40 kbps với thời gian chờ là 600 ms. EGPRS Re’4

không chỉ tăng tốc độ bít lên cao hơn từ 3-4 lần mà còn giảm thời gian chờ xuống còn

300ms. Tốc độ dữ liệu và thời gian chờ cho phép cho phép chất lượng các chương



trình ứng dụng đều đặn đối với các chương trình ứng dụng di động cơ sở bao gồm

duyệt giao thức ứng dụng không dây (WAP) và ấn để nói (push to talk).

WCDMA cho phép tốc độ dữ liệu là 384kbps với thời gian chờ là từ 100-200ms

nó cũng làm cho việc truy nhập Internet gần như nhanh nhất đến kết nối đường dây

thuê bao số và cung cấp chất lượng tốt đối với các chương trình ứng dụng giao thức

Internet độ trễ thấp.

HSPA đạt đến tốc độ bít cao và làm cho thời gian chờ mạng giảm xuống đáng

kể, nên người sử dụng có thể được thưởng thức chất lượng chương trình giống như đối

với các kết nối đường dây ADSL. Chủ yếu HSPA là truy nhập băng rộng với khả năng

liền mạch và độ bao phủ rộng rãi.

HSPA hiện tại đang được thiết kế để tạo ra tốc độ bít cao không chỉ đối với các

ứng dụng thời gian thực. Kết quả tính toán trên hình vẽ đã chỉ ra,tuy nhiên, HSPA có

thể đáp ứng dung lượng hoạt động cũng như là đối với các chương trình ứng dụng có

thời gian trễ và tốc độ bít thấp như VoIP. 3GPP Re’8 và 9 cũng đã cải thiện được hiệu

suất của HSPA đối với VoIP và các ứng dụng tương tự khác.

Hiệu suất trải phổ của HSDPA cải tiến bị giới hạn là 1bit/s/Hz/cell. Mức độ cải

thiện dung lượng đường lên của HSDPA được dự đoán là trong khoảng từ 30% đến

70%.

1.4. Kết luận chương

Đến nay, với sự ra đời của hệ thông tin thế hệ 3 với kỹ thuật đa truy cập phân

chia theo mã băng rông, dịch vụ thoại đã được mở rộng thành dịch vụ thoại thấy hình

– dịch vụ mà trước kia chỉ có trong các cơ quan tổ chức quan trọng hay các doanh

nghiệp lớn với giá thành rất cao để chi trả cho thuê đường truyền cũng như thiết bị đầu

cuối. Bên cạnh đó nó còn cung cấp nhiều dịch vụ đa phương tiện như gửi, nhận các

các tệp ảnh hay các đoạn video cũng như xem truyền hình quảng bá. Ngoài ra còn

cung cấp các dịch vụ truy cập mạng Internet với tốc độ nhanh không kém gì so với tốc

độ truy cập của một máy tính để bàn. Việc xây dựng và phát triển mạng thông tin di

động thế hệ 3 là nhu cầu tất yếu của các nhà mạng thông tin di động ở nước ta hiện

nay.

Từ những lý thuyết trình bày như trên , chúng ta sẽ tiếp tục tìm hiểu về các cấu

trúc và giao thức của HSDPA.


CHƯƠNG 2 – GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ HSDPA

Chương 2

GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ HSDPA

2.1. Tổng quan về HSDPA

Mặc dù công nghệ 3G WCDMA hiện nay cho phép tốc độ dữ liệu gói lên đến

2Mbps. Tuy nhiên, các tiêu chuẩn thiết kế hệ thống WCDMA có một số hạn chế như:

Không tận dụng các ưu thế của dữ liệu gói vốn rất phổ biến đối với đường

trục hữu tuyến.

Thiết kế dịch vụ 2Mbps hiện nay là không hiệu quả và cũng chưa đáp ứng

được nhu cầu sử dụng dịch vụ số liệu.

Không thể xử lý tốc độ dữ liệu cao lên đến 10Mbps.

Do đó, R5 tiếp tục được phát triển để khắc phục những hạn chế này. R5 là sự

phát triển quan trọng của mạng vô tuyến 3G kể từ khi WCDMA được chấp nhận là

công nghệ mạng vô tuyến 3G từ năm 1997 với Các tính năng kỹ thuật của công

nghệ HSDPA gồm:

Tương đương với CDMA2000 1xEV (HDR).

Điều chế và mã hoá thích ứng.

Sóng mang tốc độ dữ liệu cao (HDRC) trong băng tần 5MHz.

64 QAM hỗ trợ tốc độ đỉnh tương đương 7.2 Mbps.

Mã Turbo.

Khả năng sửa lỗi gần với giới hạn lý thuyết.

ARQ ghép thích ứng.

Tự động thích ứng liên tục theo điều kiện kênh bằng cách ghép chèn thêm

thông tin khi cần.

Sử dụng AMC khi được kết hợp với HARQ nhằm cải thiện dung lượng của

hệ thống.

Các kỹ thuật được sử dụng cho phép HSDPA hỗ trợ tốc độ 10 Mbps



Trong một hệ thống dữ liệu và thoại được tích hợp với người sử dụng

thoại(12.2 Kbps) tải khoảng 30 Erl/sector và thông lượng sector của dữ liệu

vấn khoảng 1 Mbps.

Hình 2.1: Biểu đồ cột so sánh thời gian download của các công nghệ.

HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access)-truy cập gói đường xuống tốc

độ cao, là giải pháp mang tính đột phá về mặt công nghệ và được phát triển trên cơ sở

của hệ thống 3G WCDMA, được tối ưu-hóa cho các ứng dụng dữ liệu chuyển mạch

gói. Công nghệ HSDPA hiện nay cho phép tốc độ download đạt đến 1.8 Mbps,

3.6Mbps, 7.2 Mbps và 14.4 Mbps, và trong tương lai gần, tốc độ hiện nay có thể được

nâng lên gấp nhiều lần– đưa đến một hiệu quả sử dụng tốt hơn. Các thuê bao dịch vụ

HSDPA có thể nhận email với tập tin đính kèm mang dung lượng lớn, lướt web hoặc

tải về các tập tin đa phương tiện hoặc văn bản nhanh hơn bao giờ. Mặc dù có thể

truyền tải bất cứ dạng dữ liệu nào, song mục tiêu chủ yếu của HSDPA là dữ liệu dạng

video và nhạc.

Khái niệm HSDPA được phát triển dựa trên công nghệ W-CDMA, sử dụng các

phương pháp chuyển đổi và mã hóa dữ liệu khác. Nó tạo ra một kênh truyền dữ liệu

bên trong W-CDMA được gọi là HS-DSCH (High Speed Downlink Shared Channel),

kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao. Kênh truyền tải này hoạt động hoàn toàn khác

biệt so với các kênh thông thường và cho phép thực hiện download với tốc độ vượt

trội. Và đây là một kênh chuyên dụng cho việc download. Điều đó cũng có nghĩa là dữ

liệu sẽ được truyền trực tiếp từ nguồn đến điện thoại. Song quá trình ngược lại, tức là

truyền dữ liệu từ điện thoại đến một nguồn tin thì không thể thực hiện được khi sử

dụng công nghệ HSDPA. Công nghệ này có thể được chia sẻ giữa tất cả các người

dùng có sử dụng sóng radio, sóng cho hiệu quả download nhanh nhất.



Ngoài ra HSDPA còn sử dụng điều chế và mã hoá thích ứng (Adaptive

Modulation and Coding), HARQ nhanh (Hybrid Automatic Repeat Request), và lập

lịch gói (Packet Scheduling) nhanh. Những tính năng này được phối hợp chặt chẽ và

cho phép thích ứng các tham số truyền dẫn theo mỗi khoảng thời gian TTI nhằm liên

tục hiệu chỉnh sự thay đổi của chất lượng kênh vô tuyến.

2.2. Những cải tiến quan trọng của HSDPA so với WCDMA

Hình 2.2: Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDMA.

Trong WCDMA, điều khiển công suất nhanh nhằm giữ ổn định chất lượng tín

hiệu nhận được (Eb/No) bằng cách tăng công suất phát nhằm chống lại sự suy hao của

tín hiệu thu được. Điều này sẽ tạo ra các giá trị đỉnh trong công suất phát và tăng nền

nhiễu đa truy cập, do đó sẽ làm giảm dung lượng của toàn mạng. Hơn thế nữa, sự hoạt

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

định trong tổng công suất phát của Node B để thích ứng với các biến đổi của nó. Loại

bỏ được điều khiển công suất sẽ tránh được các hiệu ứng tăng công suất kể trên cũng

như không cần tới dự trữ công suất phát của tế bào.

Tuy nhiên, do không sử dụng điều khiển công suất, HSDPA yêu cầu các kỹ

thuật thích ứng liên kết khác để thích ứng các tham số tín hiệu phát nhằm liên tục bám

theo các biến thiên của kênh truyền vô tuyến.

Một trong những yêu cầu thích ứng liên kết sẽ được đề cập trong khuôn khổ bài

khoá luận này được gọi là “điều chế và mã hoá thích ứng - AMC”. Với kỹ thuật AMC,

điều chế và tỉ lệ mã hoá đựoc thích ứng một cách liên tục với chất lượng kênh thay cho

việc hiệu chỉnh công suất. Truyền dẫn sử dụng nhiều mã Walsh cũng được sử dụng



trong quá trình thích ứng liên kết. Sự kết hợp của hai kỹ thuật thích ứng liên kết trên

đã thay thế hoàn toàn kỹ thuật hệ số trải phổ biến thiên trong WCDMA do khả năng

thích ứng chậm đối với sự biến thiên của truyền dẫn vô tuyến tốc độ cao.

Do HSDPA không còn sử dụng điều khiển công suất vòng kín, phải tối thiểu

hoá sự thay đổi của chất lượng kênh vô tuyến trong mỗi khoảng thời gian TTI, vấn đề

này được thực hiện nhờ việc giảm độ rộng của TTI từ 10 ms ở WCDMA xuống còn

2ms ở HSDPA. Với sự bổ sung kỹ thuật HARQ nhanh, nó còn cho phép phát lại một

cách nhanh nhất các block dữ liệu đã bị mất hoặc bị lỗi và khả năng kết hợp với thông

tin mềm ở lần phát đầu tiên với các lần phát lại sau đó.

Để thu thập được thông tin về chất lượng kênh hiện thời cho phép các kỹ thuật

thích ứng liên kết và lập lịch gói theo dõi giám sát một cách liên tục các điều khiển vô

tuyến hiện tại của thuê bao di động, lớp điều khiển trung gian MAC làm nhiệm vụ

giám sát kênh nhanh cho phép bộ lập lịch gói nhanh và đặc tính chia sẻ theo thời gian

của kênh HS-DSCH về bản chất có thể xem như phân tập lựa chọn đa người sử dụng

với những lợi ích rất to lớn đối với việc cải thiện thông lượng của tế bào. Việc chuyển

dịch chức năng lập lịch đến Node B là thay đổi chính về kiến trúc nếu so sánh với

phiên bản R99 của WCDMA.

2.3. Nguyên lý hoạt động của HSDPA

Hình 2.3: Nguyên lý hoạt động cơ bản của HSDPA.

HSDPA gồm các giải pháp:



Thực hiện đan xen thời gian truyền dẫn ngắn TTI = 2ms.

Mã hoá và điều chế thích ứng AMC.

Truyền dẫn đa mã, lớp vật lý tốc độ cao L1.

Yêu cầu lặp tự động lại H-ARQ.

Trong giải pháp HSDPA, thiết bị sắp xếp gói tin sẽ được chuyển từ bộ điều

khiển mạng vô tuyến RNC tới Node-B nhằm giúp người sử dụng dễ dàng truy nhập

vào các chức năng thống kê giao diện vô tuyến. Kỹ thuật sắp xếp gói tin tiên tiến sẽ

giúp điều chỉnh được tốc độ dữ liệu người sử dụng sao cho thích hợp với các điều kiện

kênh vô tuyến tức thời.

Trong quá trình kết nối, thiết bị người sử dụng (UE) sẽ định kỳ gửi một chỉ

thị chất lượng kênh CQI tới Node-B cho biết tốc độ dữ liệu nào (bao gồm kỹ thuật

điều chế và mã hoá, số lượng các mã đã sử dụng) mà thiết bị này có thể hỗ trợ khi

ở dưới các điều kiện vô tuyến hiện thời. Đồng thời, UE gửi một báo nhận

(Ack/Nack) ứng với mỗi gói giúp node-B biết được thời điểm lặp lại quá trình

truyền dữ liệu. Cùng với chức năng thống kê chất lượng kênh tương ứng cho từng

UE trong một cell, Thiết bị sắp xếp gói tin sẽ thực hiện sắp xếp các gói của các

UE một cách công bằng.

Vấn đề chúng ta cần quan tâm là chất lượng kênh đường truyền của mỗi

người sử dụng độc lập và cách xác định nó. Ví dụ như: tỷ lệ công suất ký hiệu

trên tạp nhiễu ( tỷ số Es/No), chất lượng bộ tách UE. Nút B có thể ước lượng tốc

độ dữ liệu được hỗ trợ cho mỗi UE bằng cách giám sát các lệnh điều khiển công

suất phát theo chu kỳ một giá trị chỉ thị chất lượng kênh (CQI – Channel Quality

Indicator) đặc thù của HSDPA trên kênh điều khiển vật lý dành riêng tốc độ cao

( HS-DPCCH) đường lên, kênh này cũng mang cả thông tin báo hiệu chấp nhận /

không chấp nhận (Ask / Nask) ở dạng gói dựa trên L1 cho mỗi kênh liên kết. Khi

đã ước tính được chất lượng kênh, hệ thống chia sẻ tài nguyên mã và công suất

HS-DSCH giữa những người sử dụng khác nhau.

Lớp điều khiển truy nhập môi trường ( MAC – Medium Access Control)

được đặt tại node B, do đó cho phép truy nhập nhanh hơn tới các giá trị đo

lường tuyến kết nối, lập lịch gói hiệu quả hơn và nhanh hơn, cũng như có thể

kiểm soát chất lượng QoS chặt chẽ hơn. So sánh với kỹ thuật DMA truyền

thống, kênh HS-DSCH không thực hiện với điều kiện công suất phát nhanh và

hệ số trải phổ cố định. Bằng cách sử dụng kỹ thuật mã hoá Turbo tốc độ thay

đổi, điều chế 16 QAM, cũng như hoạt động đa mã mở rộng, kênh HS- DSCH

hỗ trợ tốc độ dữ liệu đỉnh từ 120 Kbps tới hơn 10Mbps. Quá trình điều chế và



mã hoá thích ứng cơ bản có một dải động khoảng 20dB, và được mở rộng hơn

nữa số đa mã khả dụng.

Bảng 2.1: Tốc độ dữ liệu đỉnh của HSDPA trong một số trường hợp.

TFRCTốc độ dữ liệu

(1 mã )

Tốc độ dữ

liệu

(5 mã)

Tốc độ dữ liệu

(15 mã)

QPSK, tỷ lệ mã hoá 1/2 120 kpbs 600 kbps 1.8 Mbps

QPSK, tỷ lệ mã hoá 3/4 240 kpbs 1.2 Mbps 3.6 Mbps

16 QAM, tỷ lệ mã hoá

1/2

360 kpbs 1.8 Mbps 5.3 Mbps

QAM, tỷ lệ mã hoá 1/2 480 kpbs 2.4 Mbps 7.2 Mbps

QPSK, tỷ lệ mã hoá 3/4 720 kpbs 3.6 Mbps 10.7 Mbps

Từ bảng 2.1 ta có thể phần nào hình dung được kết nối giữa một khuôn dạng

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

2.4. Cấu trúc HSDPA

2.4.1. Mô hình giao thức HSDPA

Hình 2.4: Kiến trúc giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH.



Trong cấu trúc HSDPA, thiết bị sắp xếp gói tin sẽ được chuyển từ bộ điều khiển

mạng vô tuyến RNC tới Node-B nhằm giúp người sử dụng dễ dàng truy nhập vào các

chức năng thống kê giao diện vô tuyến. Kỹ thuật sắp xếp gói tin tiên tiến sẽ giúp điều

chỉnh được tốc độ dữ liệu người sử dụng sao cho thích hợp với các điều kiện kênh vô

tuyến tức thời.

Nếu như tất cả các kênh truyền tải theo kiến trúc R99, chúng đều chấm dứt tại

RNC thì kênh HS-DSCH lại chấm dứt ngay tại Node B nhằm mục đích điều khiển

kênh HS-DSCH, lớp MAC-hs (lớp điều khiển truy cập trung gian tốc độ cao), sẽ điều

khiển các tài nguyên của kênh này và nằm ngay tại Node B. Do đó, cho phép nhận các

bản tin về chất lượng kênh hiện thời để có thể tiếp tục theo dõi giám sát chất lượng

kênh hiện thời để có thể liên tục theo dõi giám sát chất lượng tín hiệu cho thuê bao tốc

độ thấp. Vị trí này của MAC-hs tại Node B cũng cho phép kích hoạt giao thức HARQ

từ lớp vật lý, nó giúp cho các quá trình phát lại diễn ra nhanh hơn.

Hình 2.5: Cấu trúc lớp MAC – hs.

Đặc biệt hơn, lớp MAC – hs chịu trách nhiệm quản lý chức năng HARQ cho

mỗi user, phân phối tài nguyên HS-DSCH giữa tất cả các MAC-d theo sự ưu tiên của

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

TTI (ví dụ như thích ứng liên kết). Các lớp giao diện vô tuyến nằm trên MAC không

thay đổi so với kiến trúc R99 bởi vì HSDPA chỉ tập trung vào việc cải tiến truyền tải

của các kênh logic.

Lớp MAC-hs cũng lưu giữ dữ liệu của user được phát qua giao diện vô tuyến,

điều đó đã tạo ra một số thách thức đối với việc tối ưu hóa dung lượng bộ nhớ đệm của

Node B.

Trong quá trình kết nối, thiết bị người sử dụng (UE) sẽ định kỳ gửi một chỉ thị

chất lượng kênh CQI tới Node-B cho biết tốc độ dữ liệu nào (bao gồm kỹ thuật điều

chế và mã hoá, số lượng các mã đã sử dụng) mà thiết bị này có thể hỗ trợ khi ở dưới



các điều kiện vô tuyến hiện thời. Đồng thời, UE gửi một báo nhận (Ack/Nack) ứng với

mỗi gói giúp node-B biết được thời điểm lặp lại quá trình truyền dữ liệu. Cùng với

chức năng thống kê chất lượng kênh tương ứng cho từng UE trong một cell, Thiết bị

sắp xếp gói tin sẽ thực hiện sắp xếp các gói của các UE một cách công bằng .

2.4.2. Cấu trúc kênh

Hình 2.6: Giao diện vô tuyến của HSDPA.

Tài nguyên chung của người sử dụng trong ô tế bào bao gồm các bộ mã

kênh và công suất phát. Khái niệm HSDPA được giới thiệu bao gồm một số kênh

vật lý thêm vào:

Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-PDSCH (High Speed

Physical Downlink Shared Channel)

Kênh điều khiển vật lý HS-DPCCH (HS-Physical Control Channel).

2.4.3. Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-PDSCH

Trong kênh này thời gian và mã hoá được chia sẽ giữa những người sử dụng

gắn liền với Node-B. Đây là cơ cấu truyền tải cho các kênh logic được thêm vào:

Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-DSCH (HS-Downlink Shared

Channel).

Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao HS-SCCH (HS-Shared Control

Channel).

Những tài nguyên mã hoá HS-DSCH gồm có một hoặc nhiều bộ mã định hướng

với hệ số phân bố cố định SF 16. Phần lớn 15 bộ mã này có thể phân bổ cho những

yêu cầu về truyền dẫn dữ liệu và điều khiển. Các tài nguyên mã hoá sẵn sàng được

chia sẻ chủ yếu trong miền thời gian nhưng nó có thể chia sẻ tài nguyên mã hoá bằng


SF1

SF2

SF4

SF8

SF16

Ví dụ User 1 dùng 6 code


cách dùng mã hoá đa thành phần. Khi cả thời gian và bộ mã được chia sẽ, từ hai đến

bốn người sử dụng có thể chia sẽ tài nguyên mã hoá trong cùng một TTI.

Hình 2.7: Hệ số trải phổ của HSDPA.

Hình 2.8:Phân chia tài nguyên mã theo thời gian.



Hình 2.9: Thời gian và bộ mã được chia sẻ trong HS-DSCH.

Đặc tính quan trọng của kênh HS-DSCH là tính linh động của nguồn được chia

sẻ trong khoảng thời gian rất ngắn 2ms.Khi đó dữ liệu người dùng được đặt trên kênh

HS-DSCH, chúng liên tục được gửi đi trong khe thời gian 2ms đó.

Ngược lại, với phiên bản R99 của WCDMA còn có thêm khoảng DTX - khoảng

truyền gián đoạn nằm trên khe DPDCH, nó có tác dụng lọc nhiễu trên đường truyền

nhưng không thể đạt được tốc độ lớn nhất. Vì R99 ra đời với mục tiêu chính là tăng

dung lượng hệ thống cho các dịch vụ thoại so với hệ thống 2G (GSM) mà thôi chứ

chưa sự đạt được những yêu cầu và kỳ vọng đối dịch vụ số liệu vì tốc độ hỗ trợ dữ liệu

còn thấp (khoảng 384 kbps). Đối với dịch vụ thoại thì chúng ta đã biết, nguồn tài

nguyên (mã, công suất, nhiễu) yêu cầu để truyền dẫn dịch vụ này là không thay đổi (do

tốc độ truyền dẫn là không thay đổi) do đó điều khiển công suất thực sự hiệu quả vì nó

giảm nhiễu MAI làm cho dung lượng kênh thoại mà hệ thống có thể đáp ứng trên một

đơn vị tài nguyên vô tuyến tăng lên.

Tuy vậy khi triển khai các dịch vụ số liệu ( File Transfer, Internet Access, E-

mail,…) chúng ta thấy rằng đặc thù của những dịch vụ này là yêu cầu nguồn tài

nguyên rất lớn và trong khoảng một thời gian ngắn. Ví dụ như nếu truy nhập vào một

trang web nào đó thì cùng một lúc nội dung văn bản và hình ảnh của website cần

truyền đến máy đầu cuối trong một khoảng nhất định. Sau khi nội dung trang web đã

download về máy đầu cuối thì thông thường người sử dụng sẽ xem nội dung và không

truy nhập tài nguyên hệ thống nữa. Những dịch vụ mà yêu cầu nguồn tài nguyên lớn

và trong khoảng thời gian ngắn như vậy trong kỹ thuật người ta gọi chung một tên là

“bursty data service”.

Với kênh HS-DSCH trong HSDPA thì người ta cấp phát 15 mã trải phổ với hệ

số trải 16 để dùng chung giữa các máy trong cùng một sector. Các máy được cấp phát

tài nguyên trong từng khoảng thời gian nhất định (TDM). Bộ scheduler sẽ cấp phát tài



nguyên: bao nhiêu mã trải phổ, công suất là bao nhiêu phụ thuộc vào yêu cầu dịch vụ,

trạng thái kênh của user đó.

Hình 2.10: Trạng thái kênh của các user.

Như hình vẽ trên, tại khoảng thời gian đầu tiên User 1 có trạng thái kênh tốt nên

bộ scheduler đưa ra quyết định cấp phát tài nguyên cho User này. Khi đã quyết định

cấp phát tài nguyên cho User 1 này kỹ thuật thích ứng cũng được áp dụng. Nếu trạng

thái kênh của User lúc này tốt và nhu cầu về tốc độ truyền dẫn lớn thì máy phát có thể

dùng điều chế 16-QAM hoặc mã kênh với tỷ lệ mã lớn để truyền tốc lớn hơn. Đến

khoảng thời gian thứ 2, User 2 sẽ được cấp phát để truyền dẫn vì User 2 có trạng thái

kênh tốt hơn như trên hình vẽ. Bằng việc cấp phát tài nguyên động, kết hợp với kỹ

thuật thích ứng (ACM) chúng ta có thể thấy rằng kênh truyền dẫn chung luôn có chất

lượng kênh ở mức tốt được thể hiện ở đường nét đứt trên hình vẽ.

Ngoài dữ liệu người sử dụng, Node-B còn thực hiện truyền dẫn báo hiệu điều

khiển nhằm thông báo sắp xếp cho người dùng kế tiếp. Báo hiệu này được sắp xếp

trong kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao (HS-SCCH), là kênh dùng chung cho các

người sử dụng, và nó được thực hiện bằng cách truyền dẫn hai khe thời gian HS-

SCCH TTI. Kênh HS-SCCH mang những thông tin sau:

Mặt lạ ID của những người dùng đặc trưng UE. Nhiệm vụ chính của mặt lạ

là xác định người dùng được phục vụ trong chu kỳ TTI tiếp theo.

Thông tin liên quan đến khuôn dạng truyền tải, mô tả các mã định kênh,

phương thức kỹ thuật điều chế được sử dụng. Tỉ lệ mã hoá được trích ra từ

kích cỡ của block truyền tải và các tham số khuôn dạng truyền tải khác.



Thông tin liên quan đến HARQ: đó có thể là chu kỳ phát tiếp theo sẽ là một

block mới hay là một block được phát lại (do có thể gặp lỗi trước đó nên

yêu cầu phát lại) và thông tin về các phiên bản.

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

chu kỳ tiếp theo, như vậy kênh báo hiệu này là một kênh chia sẻ theo thời gian cho tất

cả các user.

Hình 2.11: Hệ thống trong trường hợp 1 kênh HS-SCCH và phân chia đa thời

gian.

Hình 2.12: Hệ thống trong trường hợp nhiều kênh HS-SCCH và

phân chia đa thời gian.

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

liên quan tới các bit hoa tiêu của của kênh DPCH kết hợp). Công suất phát của HS-

SCCH có thể là hằng số hoặc thay đổi theo thời gian tuỳ theo một chiến lược điều

khiển công suất nào cho HS-DCCH.

2.4.4. Kênh điều khiển vật lý tốc độ cao: HS-DPCCH

Đây là kênh đường lên, được sử dụng mang tín hiệu báo nhận (ACK) đến

Node-B trên mỗi block. Nó cũng được dùng để chỉ thị Chất lượng kênh CQI (Channel

Quality), là yếu tố được sử dụng trong AMC.



Hình 2.13: Cấu trúc kênh HS-DPCCH.

Kênh HS-DPCCH dùng để cố định hệ số phân bố 256 và có một khe cấu trúc có

độ rộng là 2/3ms.

Khe đầu tiên được sử dụng để cho thông tin về HARQ.

Hai khe còn lại được dành cho CQI.

Thông tin về HARQ luôn luôn được gửi khi mà kênh HS- SCCH giải mã chính

xác nhận ở đường tách sóng xuống trong khi đó CQI truyền tần số được điều khiển bởi

thông số k.

Cả 2 khe đều hoạt động riêng biệt để lặp điều khiển. Ví dụ, trong một số trường

hợp, quá trình lặp lại này diễn ra với chu kỳ 2 ms và hoạt động ở cạnh của tế bào khi

công suất hiện tại không chắc chắn đủ cho quá trình lặp lại. Công suất điều khiển từ

những tế bào HSDPA cũng có thể làm giảm bớt công suất nhận từ kênh HS-DPCCH

trong quá trình chuyển giao trong miền nhỏ như thiết bị đầu cuối làm giảm công suất

truyền nếu mỗi tế bào hoạt động gửi một lệnh yêu cầu.

Như vậy là việc không dùng điều khiển công suất mà điều khiển cấp phát nguồn

tài nguyên sẽ làm cho dung lượng hệ thống tăng nhờ lợi dụng đặc tính biến đổi của

kênh fading. Rõ ràng bằng việc sử dụng điều khiển truyền dẫn đã làm thay đổi cách

nhìn về fading. Nếu trước đây chúng ta coi đó là một nhược điểm của môi trường

truyền dẫn hở và tìm cách tránh, xóa bỏ thì bây giờ chúng ta lại được nhờ nó do chúng

ta hiểu và sử dụng nó đúng tình huống.

Dung lượng của hệ thống theo phương pháp này càng tăng nếu như mật độ thuê

bao trong sector càng cao vì với nhiều User phân bố đều ở tất cả các vị trí trong cell thì

ở bất cứ thời điểm nào cũng có ít nhất một User có trạng thái kênh cực tốt để truyền



dẫn với tốc độ cực lớn. Độ tăng dung lượng này người ta thường nhắc đến với tên gọi

phân tập đa người sử dụng- Multi-User Diversity. Tuy nhiên có người sẽ đặt ra một

câu hỏi là: Nếu bộ scheduler quyết định cấp phát tài nguyên dựa trên trạng thái kênh

của máy đầu cuối thì sẽ có trường hợp có User sẽ không truyền dẫn được trong một

khoảng thời gian dài vì User này luôn ở trạng thái kênh kém hơn những User khác?.

Thắc mắc này hoàn toàn hợp lý. Và nó dẫn đến vấn đề cân bằng giữa dung lượng hệ

thống và sự thỏa mãn đối với người sử dụng. Sự thỏa mãn ở đây nghĩa là không để

một User phải đợi quá lâu mới được truy nhập hệ thống. Để đạt được yếu tố cân bằng

này các bộ scheduler được thiết kế ngoài dựa trên nguyên tắc ở trên còn phải kết hợp

với nguyên tắc Round-Robin (first come, first serve). Và mỗi nhà sản xuất thiết bị sẽ

có những lựa chọn thiết kế khác nhau chứ không nhà sản xuất nào giống nhà sản xuất

nào vì bản thân vấn đề này chỉ được đưa ra nguyên lý trong 3GPP và 3GPP2 chứ

không chuẩn hóa thành một kỹ thuật đặc biệt cụ thể.

Một điều thú vị khác nữa cần phải nhắc đến là không dùng điều khiển công suất

mà điều khiển thu phát có động lực tốt đối với sự phát triển của thị trường máy đầu

cuối. Điều này có thể được giải thích như sau: Khi điều khiển thu phát, bộ lập lịch gói

dựa vào những thông tin trạng thái kênh do MS gửi về (Channel Quality Indicator

Channel). Mà thường thì MS sẽ dựa vào tham số SIR (Signal to Inteference Ratio) để

yêu cầu bộ lập lịch cấp phát tài nguyên. Do đó, máy di động càng hiện đại nghĩa là khả

năng nén nhiễu càng lớn (nghĩa là SIR lớn) thì bộ lập lịch cấp phát và điều khiển BTS

phát với tốc độ cao hơn. Như vậy nếu khách hàng đầu tư máy đầu cuối hiện đại sẽ

được lợi chứ không phải là hệ điều hành hưởng lợi như sử dụng điều khiển công suất

Vì với điều khiển công suất, nếu máy đầu cuối tốt, BTS yêu cầu MS giảm công suất

phát, do đó nhiễu giảm và dung lượng hệ thống tăng. Khi dung lượng tăng đó là lợi ích

của hệ điều hành chứ không phải là lợi ích của người sử dụng. Với lợi ích thuộc về

khách hàng như vậy có thể nói đây là yếu tố kích thích quá trình tiêu thụ máy đầu cuối

sôi động hơn.

2.5. Các kỹ thuật sử dụng trong HSDPA

2.5.1. Điều chế và Mã hoá thích nghi

Trong thông tin di động, tỉ lệ tín trên tạp (SINR) của tín hiệu nhận được tại một

thiết bị người sử dụng luôn biến đổi trong khoảng từ 30 – 40dB do fading nhanh và

các đặc điểm về địa hình trong một cell. Nhằm cải thiện dung lượng của hệ thống, tốc

độ dữ liệu đỉnh, vùng phủ sóng… tín hiệu truyền tới người dùng được xác định nhằm

tính toán quá trình thay đổi chất lượng tín hiệu thông qua quá trình xử lý liên kết thích

ứng. Theo truyền thống, WCDMA ứng dụng chức năng điều khiển công suất nhanh

cho các liên kết thích ứng. Ngược lại, HSDPA lưu công suất phát không đổi qua TTI



đồng thời sử dụng điều chế thích ứng và mã hoá (AMC) như một phương pháp liên kết

thích ứng đan xen nhằm điều khiển công suất cải thiện hiệu suất phổ.

Để đối phó với dải động của tỷ số tạp âm trên nhiễu Eb/No tại đầu cuối UE,

HSDPA thích ứng quá trình điều chế, tỷ lệ mã hoá và số mã hoá định kênh với các

điều kiện vô tuyến hiện thời. Sự kết hợp của hai phương pháp trên gọi là: điều chế và

mã hoá thích nghi – AMC.

Bên cạnh QPSK, HSDPA còn kết hợp chặt chẽ với phương thức điều chế

16QAM để tăng tốc độ dữ liệu đỉnh của các user được phục vụ với điều kiện 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 thiết bị người dùng UE.

Hình 2.14: Điều chế QPSK.

Hình 2.15: Điều chế 16 QAM.

Sử dụng đồng thời cả 2 phương thức điều chế này, đặc biệt là phương thức điều

chế cấp cao 16 QAM, đưa ra một số thách thức nhất định đối với độ phức tạp của bộ



thu đầu cuối, nó cần phải xác định được biên độ tương ứng của các ký hiệu nhận được,

trong khi đối với phương pháp điều chế QPSK truyền thống chỉ yêu cầu tách pha tín

hiệu. Một bộ mã hoá Turbo dựa trên bộ mã hoá Turbo R99 với tỉ lệ mã hoá 1/3, mặc

dù các tỷ lệ mã hoá hiệu dụng khác trong phạm vi (xấp xỉ 1/6 đến 1/1) cũng có thể có

được bằng các kỹ thuật ghép, trích, lặp mã. Kết quả là tạo ra một dải tỉ lệ mã có tới 64

giá trị khác nhau. Sự kết hợp của một kiểu điều chế và một tỉ lệ mã được gọi là “lược

đồ mã hoá và điều chế”.

Ngoài kỹ thuật Điều chế và mã hoá thích ứng AMC, phát đa mã cũng có thể coi

như là một công cụ thích ứng liên kết. Nếu như user có đầy đủ các điều kiện kênh vô

tuyến thích hợp, node B có thể lợi dụng điều kiện này bằng cách phát nhiều mã song

song với nhau, nhằm đạt được thông lượng dữ liệu đỉnh khá lớn.

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

lượng:

10log10 15 ~ 12 dB

Toàn bộ dải động thích ứng liên kết do AMC kết hợp phát đa mã xấp xỉ 30 dB.

Node-B sẽ xác định tốc độ truyền dẫn dữ liệu dựa trên các báo cáo về chỉ thị chất

lượng kênh CQI cũng như các thống kê công suất trên các kênh dành riêng. Tốc độ dữ

liệu được điều chỉnh bằng cách thay đổi sơ đồ điều chế, tốc độ mã hoá cũng như só

lượng mã hoá kênh HS-PDSCH. Sử dụng điều chế thích ứng và mã hoá AMC cho

phép người sử dụng tiến gần hơn tới Node- B, có thể yêu cầu điều chế với tỉ lệ mã hoá

cao hơn (chẳng hạn như điều chế 16- QAM với tỉ lệ mã hoá 3/4).

Bảng 2.2: Lược đồ mã hoá điều chế của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng

với mỗi mã.

TFRCModulatio

n

Effective Code Rate

(ECR)

Instanteaneous Data Rate with 1

HS-PDSCH code

#00 QPSK 0.14 68.5 kbps

#10 QPSK 0.27 128.5 kbps

#20 QPSK 0.39 188.5 kbps

#30 QPSK 0.52 248.5 kbps



#40 QPSK 0.64 308.0 kbps

#50 QPSK 0.77 368.5 kbps

#00 16 QAM 0.32 302.5 kbps

#10 16 QAM 0.38 362.0 kbps

#20 16 QAM 0.45 433.0 kbps

#30 16 QAM 0.54 518.0 kbps

#40 16 QAM 0.65 619.5 kbps

#50 16 QAM 0.77 741.5 kbps

Hình 2.16: Biểu diễn mã hoá điều chế của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng

với mỗi mã theo dB.

2.5.2. Kỹ thuật H-ARQ

Khi vận hành HSDPA ở lân cận hiệu suất phổ cao nhất, tỉ lệ lỗi khối BLER sau

lần truyền dẫn đầu tiên được khuyến nghị trong khoảng từ 10- 20%. Cơ chế yêu cầu

lặp tự động lai H-ARQ được ứng dụng trong giải pháp HSDPA nhằm giảm trễ và tăng

hiệu suất của quá trình tái truyền dẫn dữ liệu. Thực tế, H- ARQ là một giao thức dạng

dừng lại và chờ SAW (Stop And Wait).



Trong cơ chế SAW, phía truyền dẫn luôn luôn ở quá trình truyền dẫn các block

đang hiện hành cho tới khi thiết bị người sử dụng hoàn toàn nhận được dữ liệu. Để tận

dụng thời gian khi Node- B chờ các báo nhận, có thể thiết lập N tiến trình SAW-ARQ

song song cho thiết bị người dùng. Do đó, các tiến trình khác nhau truyền dẫn trong

các TTI riêng biệt. Số tiến trình SAW-HARQ song song được thiết lập tối đa là 8

(N=8), tuy nhiên thông thường chọn giá trị N từ 4-6. Thời gian trễ nhỏ nhất cho phép

giữa quá trình truyền lại dữ liệu gốc so với quá trình tái truyền dẫn dữ liệu lần đầu tiên

trong HSDPA là 12ms.

Hình 2.17: Ví dụ về tiến trình SAW-HARQ.

Điều khiển H- ARQ lớp 1 được đặt tại Node-B, do đó việc lưu trữ các gói dữ

liệu phi báo nhận cùng với chức năng sắp xếp các gói của quá trình tái truyền dẫn là

không phụ thuộc vào RNC. Như vậy sẽ tránh được trễ tái truyền dẫn, ngoài ra các trễ

này sẽ thấp hơn trễ gây ra bởi quá trình tái truyền dẫn RLC thông thường.

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

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

block ở cấp độ bit. Kỹ thuật này đưa ra một số yêu cầu về mở rộng dung lượng bộ nhớ

của UE, do UE phải lưu các thông tin “mềm” của những lần phát giải mã không thành

công.



Hình 2.18:HARQ kết hợp mềm.

Các phương pháp HARQ như sau:

Kết hợp khuôn (CC: Chase Combining): Mỗi lần phát lại chỉ đơn giản là

sự lặp lại của từ mã đã được sử dụng cho lần phát đầu tiên.

Ưu điểm : Việc truyền và truyền lại được giải mã riêng lẻ (tự giải mã),

tăng tính đa dạng thời gian, có thể tăng tính đa dạng đường truyền.

Nhược điểm : Việc phát lại toàn bộ các gói sẽ lãng phí về băng thông.

Tăng độ dư (IR : Incremental Redundancy): Sự phát lại bao gồm cả

thông tin dư thừa bổ xung và thông tin này được phát kèm thêm nếu có lỗi

giải mã trong lần phát đầu tiên.

Hình 2.19: Quá trình truyền lại khối dữ liệu IR.

Tăng độ dư được sử dụng để nhận được tính năng tối đa trong băng

thông sẵn sàng. Lúc này block được phát lại chỉ bao gồm dữ liệu sửa chữa của tín

hiệu gốc được truyền đi chứ không phải thông tin thực sự. Lượng thông tin dư

thêm vào được gửi đi ngày càng tăng lên khi quá trình phát lại lặp đi lặp lại mà

bên thu vẫn nhận bị lỗi.



Ưu điểm : Giảm bớt băng thông/ lưu lượng hữu dụng của một

người sử dụng và dùng nó cho những người khác.

Nhược điểm : Các bit hệ thống chỉ được gửi đi khi truyền lần đầu

và không thể truyền lại, điều đó làm cho quá trình truyền lại không thể tự giải mã.

Vì thế, nếu quá trình truyền lần đầu bị mất thì fading rất lớn sẽ tác động và không

có cơ hội khôi phục lại dữ liệu trong hoàn cảnh này.


CHƯƠNG 3 – TÌM HIỂU KỸ THUẬT HARQ TRONG HSDPA

Chương 3

TÌM HIỂU KỸ THUẬT HARQ TRONG HSDPA

3.1. Mô hình chung của kỹ thuật HARQ

Nguyên lý xử lý phát lại HSDPA được minh họa trên hình 3.1. Đầu tiên gói

được nhận vào bộ nhớ đệm của node B. Ngay cả khi gói đã được gửi đi node B vẫn

giữ gói này. Nếu UE giải mã thất bại nó lưu gói nhận được vào bộ nhớ đệm và gửi

lệnh không công nhận (NAK) đến node B. Node B phát lại cả gói hoặc chỉ phần sửa

lỗi của gói tùy thuộc vào giải thuật kết hợp gói tại UE. UE kết hợp gói phát trước với

gói được phát lại và giải mã. Trong trường hợp giải mã phía thu thất bại, node B thực

hiện phát lại mà không cần RNC tham gia. Máy di động thực hiện kết hợp các phát lại.

Phát theo RNC chỉ thực hiện khi xảy ra sự cố hoạt động lớp vật lý (lỗi báo hiệu chẳng

hạn). Phát lại theo RNC sử dụng chế độ công nhận RLC, phát lại RLC không thường

xuyên xảy ra.

Hình 3.1: Nguyên lý phát lại HARQ tại Node B.


NAK

Turbo encoder

Puncting Matrix and sending buffer

Modulation

Error Detection Encoder

Source

Wireless Channel

Demodulation

Combining Buffer

Turbo Decoder

Error Detection Decoder

Receiver

ACK


Hình 3.2: Mô hình chung của hệ thống dùng kỹ thuật HARQ.

Trên đây là mô hình chung của kỹ thuật HARQ, trong đó phần quan trọng nhất

làm nhiệm vụ mã hóa Turbo và đục lỗ.

Ở máy phát,chuỗi dữ liệu ban đầu sẽ được gắn thêm các bit CRC để kiểm tra lỗi

ở đầu thu. Sau đó nó sẽ được mã hóa Turbo code. Khi đi qua bộ mã hóa Turbo, chuỗi

dữ liệu sẽ được cộng thêm vào 2 chuỗi bit chẵn lẻ nên tỉ lệ mã của hệ thống là 1/3.Tiếp

đó dữ liệu sẽ được được đục lỗ tùy vào loại HARQ sử dụng và ma trận đục lỗ. Dữ liệu

sau được đục lỗ thì tỉ lệ mã sẽ tăng lên, tiếp đó nó sẽ được điều chế theo QPSK hay 16

QAM rồi được phát đi.

Ở máy thu sẽ giải điều chế, giải Turbo code và kiểm tra xem có lỗi ko, nếu có

lỗi thì sẽ báo NACK về kêu phát lại. Còn không thì phát ACK về để nhận gói tiếp

theo.



3.2. Mã Turbo

3.2.1. Giới thiệu

Từ trước đến nay, mã chập đã được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống thông

tin di động do có các đặc tính tốt với thuật toán giải mã Viterbi đơn giản. Tuy nhiên,

độ phức tạp của thuật toán giải mã này tăng nhanh theo hàm số mũ khi tăng số lượng

các bộ nhớ thành phần. Năm 1993, mã chập kết nối song song (mã Turbo) có đặc tính

gần với giới hạn Shannon trên kênh AWGN với kỹ thuật giải mã lặp khá đơn giản và

mã Turbo được coi như là một ứng cử viên cho các ứng dụng truyền số liệu tốc độ cao,

công suất tiêu thụ thấp ở trong các mạng thông tin di động tương lai.

Mã Turbo là sự kết nối gồm hai hay nhiều bộ mã riêng biệt để tạo ra một bộ mã

tốt hơn và đương nhiên cũng lớn hơn. Mô hình ghép nối mã đầu tiên được Forney

nghiên cứu để tạo ra một loại mã có xác suất lỗi giảm theo hàm mũ tại tốc độ nhỏ hơn

dung lượng kênh trong khi độ phức tạp chỉ tăng theo hàm đại số. Mô hình này bao

gồm sự kết nối nối tiếp một bộ mã trong và một bộ mã ngoài.

Mục đích lúc đầu chỉ là nghiên cứu một lý thuyết mới nhưng sau này mô hình

ghép nối mã đã trở thành tiêu chuẩn cho các ứng dụng cần độ lợi mã lớn. Có hai kiểu

kết nối cơ bản là kết nối nối tiếp (hình 3.3) và kết nối song song ( hình 3.4)

Hình 3.3: Mã kết nối nối tiếp.

Bộ mã hoá 1 được gọi là bộ mã ngoài, còn bộ mã hoá 2 là bộ mã trong.

Đối với mã kết nối nối tiếp, tốc độ mã hoá: rnt = k1k2/n1n2

Đối với mã song song, tốc độ mã hoá tổng: rss = k/(n1+n2)

Hình 3.4: Mã kết nối song song.



Trên chỉ là các mô hình kết nối lý thuyết.Thực tế các mô hình này cần phải sử

dụng thêm các bộ cài xen giữa các bộ mã hoá nhằm cải tiến khả năng sửa sai.

Năm 1993, Claude Berrou, Alain Glavieux, Puja Thitimajshima đã cùng viết tác

phẩm “ Near Shannon limit error correcting coding and decoding : TURBO CODE”

đánh dấu một bước tiến vượt bậc trong nghiên cứu mã sửa sai. Loại mã mà họ giới

thiệu thực hiện trong khoảng 0.7dB so với giới hạn của Shannon cho kênh AWGN.

Loại mã mà họ giới thiệu được gọi là mã Turbo, thực chất là sự kết nối song song các

bộ mã tích chập đặc biệt cùng với các bộ cài xen. Cấu hình này gọi là: “Kết nối song

song các mã tích chập “( Parallel Concatenated Convolutional Code- PCCC).

Ngoài ra cũng có “Kết nối nối tiếp các mã tích chập”(Serial Concatenated

Convolutional Code_SCCC) và dạng “Kết nối hổn hợp các bộ mã tích chập”( Hybrid

Concatenated Convolutional Code_HCCC).Các loại mã này có nhiều đặc điểm tương

tự nhau và cùng xuất phát từ mô hình của Berrou nên gọi chung là: Turbo code (TC).

3.2.2. Nguyên lý chung mã Turbo

Mã turbo cũng thường được gọi là mã tích turbo, vì cấu trúc của chúng gồm

xâu chuỗi hai bộ mã xoắn hệ thống thành phần (RSC1, RSC2) với bộ cài xen chen

giữa (Hình3.5a). Kết quả xâu chuỗi tạo ra bộ mã mạnh hơn nhiều, ngay cả khi các bộ

mã thành phần yếu. bộ cài xen có tác dụng xáo trộn các bit trước khi đưa vào bộ mã

thành phần thứ hai, để nâng cao hiệu quả chống lỗi của toàn bộ mã. Bộ mã turbo được

đánh giá là bộ mã khối hiệu quả nhất hiện nay.

Nguyên tắc cơ bản của thuật toán giải mã Turbo là giải mã lặp giữa các bộ giải

mã thành phần(Hình 3.5b). Quá trình giải mã được thực hiện lần lượt với từng bộ giải

mã thành phần. Mỗi bộ giải mã thành phần sẽ gửi các uớc đoán hậu nghiệm

(posteriority) về các khả năng likelihood của chuỗi bit đã được giải mã,đến bộ giải mã

kia và sử dụng mức độ giống nhau nhất của bộ mã kia làm khả năng tiên nghiệm

(priority). Các bit dữ liệu không được mã, x1, sẽ bị ảnh hưởng nhiều hơn bởi kênh

truyền so với các bit được mã, x2 và x3, sẽ được đưa vào mỗi bộ giải mã để khởi đầu

các khả năng tiên nghiệm. Quá trình giải mã này được lặp lại giữa các đầu ra các bộ

giải mã thành phần cho đến khi đạt được hiệu quả sửa lỗi cao nhất thì thôi. Mã Turbo

cũng có thể giải mã bằng thuật toán MAP (Max a Posteriori), xác định chính xác đến

từng bit, chứ không phải chuỗi bit, nhưng phức tạp hơn.



Hình 3.5: Bộ mã hoá và giải mã lặp Turbo.

Trong bộ nhận thông tin thông thường , bộ giải điều chế thường được thiết kế

để tạo ra những quyết định mềm và rồi được truyền tới bộ giải mã. Việc cải thiện chất

lượng (hiệu suất) –lỗi ( error- performance ) sử dụng hệ thống như quyết định mềm so

sánh với quyết định cứng được đánh giá gần 2dB trong AWGN. Như bộ giải mã có thể

được gọi là Bộ giải mã lối vào – mềm / lối ra- mềm (soft- input / soft – output), bởi vì

quá trình giải mã cuối cùng ở lối ra của bộ giải mã phải kết thúc trong các bít ( Các

quyết định cứng) .Với mã Turbo , ở đây, sử dụng 2 hay nhiều mã thành phần, và việc

giải mã bao hàm việc lấy lối ra từ một bộ giải mã là lối vào cho bộ giải mã khác bằng

cách lặp, bộ giải mã lối ra cứng sẽ không được thích hợp. Đó là nguyên nhân các quyết

định cứng trong bộ giải mã làm giảm bớt chất lượng hệ thống ( so sánh với các quyết

định mềm). Do đó, Những gì cần thiết cho việc giải mã của các mã Turbo là bộ giải

mã lối vào – mềm / lối ra- mềm.

3.2.3. Bộ mã hóa tích chập hệ thống đệ quy RSC

Trong bộ mã TC sử dụng một bộ mã tích chập đặc biệt: mã tích chập hệ thống

đệ quy ( Recursive Systematic Convolutional Code - RSC ).

Tính hệ thống có nghĩa là đầu vào của bộ mã hoá cũng là một phần của đầu ra.

Vì thế, 1 bit trong n bit ngõ ra của một vòng lặp mã hoá đơn là 1 bit trong thông điệp

đi vào bộ mã hoá.

Tính đệ quy có nghĩa là có hồi tiếp từ ngõ ra của bộ mã hoá về ngõ vào. Các bộ

mã hoá có tính chập truyền thống không có hồi tiếp nên có thể được coi như một bộ

lọc FIR. Còn các bộ RSC nhờ hồi tiếp nên có thể coi như bộ lọc IIR.



3.2.3.1. Mã tích chập hệ thống và không hệ thống

Mã tích chập có tính hệ thống là mã tích chập mà có một phần từ mã ở ngõ ra

chính là dãy tin đầu vào, tức là đầu vào của dãy tin được đưa trực tiếp đến một trong

những ngõ ra của bộ mã. Sơ đồ của bộ mã tích chập hệ thống như hình 3.6:

Hình 3.6: Bộ mã tích chập hệ thống.

Trên hình vẽ, D là thanh ghi dịch

Đối với mã chập hệ thống thì ta có thể dễ dàng xác định từ mã ở ngõ ra hơn so

với mã chập không hệ thống. Do cấu trúc như vậy nên yêu cầu của bộ mã hóa và giải

mã ít phức tạp hơn so với mã không hệ thống

Mã chập không hệ thống có từ mã ngõ ra không phản ánh được dãy tin ở đầu

vào, tức là đầu ra của bộ mã không nối trực tiếp đến dãy tin đầu vào. Sơ đồ của bộ mã

chập không hệ thống như hình 3.7

Hình 3.7: Bộ mã tích chập không hệ thống.

3.2.3.2. Mã tích chập đệ quy và không đệ quy

Mã tích chập đệ quy có từ mã ở ngõ ra được đưa hồi tiếp trở lại dãy tin đầu vào.

Sơ đồ như hình 3.8:



Hình 3.8: Bộ mã tích chập đệ quy.

Mã tích chập không đệ quy có từ mã ở ngõ ra của bộ mã không được đưa hồi

tiếp trở lại đầu vào. Sơ đồ như hình 3.7.

3.2.3.3. Bộ mã tích chập hệ thống đệ quy (RSC)

Để mô tả bộ mã hóa mã chập người ta đưa ra các thông số của bộ mã hóa như

sau : (n, k, K) trong đó:

k : số đầu vào

n :số đầu ra

K:chiều dài constraint lengths (số ngăn lớn nhất trên thanh ghi)

Trong đó k < n để ta có thể thêm độ dư vào luồng dữ liệu để thực hiện phát

hiện sai và sửa sai.

Một bộ mã tích chập thông thường được biểu diễn qua các chuỗi g1= [1 1 1] và

g2 = [ 1 0 1] và có thể được viết là G = [ g1,g2] .Bộ mã hoá RSC tương ứng bộ mã hoá

tích chập thông thường đó được biểu diễn là G = [ 1, g2/g1 ] trong đó ngõ ra đầu tiên

( biểu diễn bởi g1) được hồi tiếp về ngõ vào, g1 là ngõ ra hệ thống, g2 là ngõ ra

feedforward. Hình 3.9 trình bày bộ mã hoá R

Một bộ mã hoá tích chập đệ quy có khuynh hướng cho ra các từ mã có trọng số

tăng so với bộ mã hoá không đệ quy, nghĩa là bộ mã tích chập đệ quy cho ra ít từ mã

có trọng số thấp và cũng dẫn đến việc thực hiện sửa sai tốt hơn.



Hình 3.9: Bộ mã hoá RSC với r=1/2, K=3.

Đối với mã Turbo, mục đích của việc thực hiện các bộ mã hoá RSC là tận dụng

bản chất đệ quy của các bộ mã hoá và tận dụng sự kiện bộ mã hoá là hệ thống.

3.2.3.4. Kết thúc TRELLIS

Đối với bộ mã tích chập thông thường, Trellis được kết thúc bằng( m= k -1) các

bit zero thêm vào sau chuỗi ngõ vào. Các bit thêm vào này lái bộ mã tích chập thông

thường đến trạng thái tất cả zero ( là trạng thái kết thúc trellis). Nhưng cách này không

thể áp dụng cho bộ mã hoá RSC do có quá trình hồi tiếp. Các bit thêm vào để kết thúc

cho bộ mã hoá RSC phụ thuộc vào trạng thái của bộ mã hoá và rất khó dự đoán. Ngay

cả khi tìm được các bit kết thúc cho một trong các bộ mã hoá thành phần thì các bộ mã

hoá thành phần khác có thể không được lái đến trạng thái tất cả zero với cùng các bit

kết thúc do có sự hiện diện của bộ cài xen giữa các bộ mã hoá thành phần. Hình 3.10

là kết thúc trellis:

Để mã hoá chuỗi ngõ vào, khoá chuyển bật đến vị trí A, để kết thúc trellis thì

khoá chuyển bật đến vị trí B.

Hình 3.10: Cách thức kết thúc trellis ở bộ mã RSC.



3.3. Phân loại HARQ

Kỹ thuật HARQ có 3 loại:

HARQ I hay còn gọi là Chase combining: kỹ thuật phát lại kết hợp khuôn.

HARQ II hay còn gọi Incremental Redundancy : chỉ phát lại các giá trị dư

thừa để sửa lỗi.

HARQ III: kết hợp giữa 2 loại HARQ trên là vừa phát lại khối dữ liệu và

phát lại theo ma trận đục lỗ khác nhau ở các lần phát lại.

Trong thực tế người ta chỉ sủ dụng HARQ I và HARQ II là chủ yếu.

3.4. HARQ I ( Chase Combining)

Hình 3.11: Nguyên lý Chase Combining.

Khi dùng Chase combining thì nếu khi máy thu nhận được dữ liệu mà bị lỗi thì

nó sẽ phát NACK để máy thu phát lại. Tất cả những lần phát lại đều có chung dữ liệu

ban đầu và ma trận đục lỗ không thay đổi. Điều này sẽ làm tốn băng thông rất nhiều

nhưng ở mỗi lần mà máy thu nhận được thì nó có thể tự giải mã được mà không cần

phải phụ thuộc vào các gói tin khác.

Luồng số đưa vào bộ mã hóa turbo được chia thành ba nhánh, nhánh thứ nhất

không được mã hóa và các bit ra của nhánh này được gọi là các bit hệ thống, nhánh

thứ hai và thứ ba được mã hóa và các bit ra của chúng được gọi là các bit chẵn lẻ 1 và

2. Như vậy cứ một bit vào thì có ba bit ra, nên bộ mã hóa turbo này có tỷ lệ mã là

r=1/3. Tỷ lệ này có thể giảm nếu ta bỏ bớt một số bit chẵn lẻ và quá trình này được gọi

là đục lỗ.

Ma trận sử dụng trong Chase Combining thường là các ma trận đục lỗ với tỉ lệ

mã là 1/2. Dạng ma trận này còn gọi là S-P2 (binary notation):


Data Block

Retransmissions Block

Combine Accept

Data Block


[111001]h oặ c [11

0110 ]

Hình 3.12: Quá trình mã hóa và đục lỗ Chase Combining.



Hình 3.13: Ghép 2 chuỗi parity vào dữ liệu cần truyền.

3.5. HARQ II



Hình 3.14:Nguyên lý Incremental Redundancy.

IR hay ta có thể gọi là HARQ II. Không như HARQ I, trong kết hợp mềm, đầu

cuối không loại bỏ thông tin mềm trong trường hợp nó không thể giải mã được khối

truyền tải mà kết hợp thông tin mềm từ các lần phát trước đó với phát lại hiện thời để

tăng xác suất giải mã thành công. Tăng phần dư (IR) được sử dụng làm cơ sở cho kết

hợp mềm trong HSDPA, nghĩa là các lần phát lại có thể chứa các bit chẵn lẻ không có

trong các lần phát trước. IR có thể cung cấp độ lợi đáng kể khi tỷ lệ mã đối với lần

phát đầu cao vì các bit chẵn lẻ bổ sung làm giảm tổng tỷ lệ mã. Vì thế IR chủ yếu hữu

ích trong tình trạng giới hạn băng thông khi đầu cuối ở gần trạm gốc và số lượng các

mã định kênh chứ không phải công suất hạn chế tốc độ số liệu khả dụng. Nút B điều

khiển tập các bit được mã hóa sẽ sử dụng để phát lại có xét đến dung lượng nhớ khả

dụng của UE.

Các hình 2.12 cho thấy thí dụ về sử dụng HARQ sử dụng mã turbo cơ sở tỷ lệ

mã r=1/3 cho kết hợp phần dư tăng. Trong lần phát đầu gói bao gồm tất cả các bit

thông tin cùng với một số bit chẵn lẻ được phát. Đến lần phát lại chỉ các bit chẵn lẻ

khác với các bit chẵn lẻ được phát trong gói trước là được phát. Kết hợp gói phát trước

và gói phát sau cho ra một gói có nhiều bit dư để sửa lỗi hơn và vì thế đây là sơ đồ kết

hợp phần dư tăng. Cũng có thể hiểu theo cách khác kỹ thuật này dữ liệu ban đầu sau

khi được mã hóa Turbo thì được đục lỗ theo 1 ma trận bất kì trong 1 tổ hợp ma trận

đục lỗ chọn trước. Sau đó nếu có lỗi thì bên phát chỉ gửi lại bit đục lỗ theo các ma trận

tiếp theo chứ không gửi lại toàn bộ dữ liệu. Điều này sẽ tiết kiệm băng thông và do

dùng nhiều tổ hợp ma trận đục lỗ nên khả năng giải mã tốt lên rất nhiều. Tuy nhiên

nếu dữ liệu ở lần phát đầu tiên mà bị lỗi lớn thì do không được phát lại nên sẽ rất khó


Incremental Redundancy

Data Block

Information from IR database

Combine Error Detection

IR Datab

aseAccep

tData Block

Error

No Error

Deliver To Upper Layers


khôi phục lại chính xác.Tổ hợp ma trận được sử dụng trong IR có thể là S-P4 hay là

S-P8:

Ma trận đục lỗ S-P4 (binary notation)

[1 1 110 0 0 00 0 0 0][ 11 11

1 0 0 00 0 1 0][0 0 0 0

0 1 0 00 0 0 1] [0 0 0 0

0 0 1010 0 0 ][0 0 0 0

0 0 0 10 1 0 0]

Ma trận đục lỗ S-P8 (octal notation)

[3 7 70 0 00 0 0][0 0 0

2 0 00 1 0] [0 0 0

0 0 20 4 0] [0 0 0

0 2 00 0 1][0 0 0

0 0 41 0 0 ]

[00 001 020 0][ 00 0

1000 04 ][00 0

00 102 0] [00 0

04 000 2 ]

Hình 3.14:Quá trình mã hóa và đục lỗ Increamental Redundancy.



3.6. HARQ III

Là kết hợp giữa 2 loại HARQ I và HARQ II. Có nghĩa là kỹ thuật này trên vừa

phát lại khối dữ liệu ban đầu và phát lại theo ma trận đục lỗ khác nhau ở các lần phát

lại. Chính vì nó phát lại cả khối tin ban đầu nên trong kỹ thuật này có thể tự giải mã

được mà không cần kết hợp với các lần gửi trước đó. Trong thực tế ít khi người ta sử

dụng kỹ thuật này mà dùng loại I với II là chủ yếu.

Ở HARQ loại I ví dụ như ban đầu bản tin được phát đi theo 1 trong 4 ma trận

SP4. Khi có lỗi thì node B cũng phát lại đúng ma trận đó. Còn đối với HARQ loại III

thì nếu phát lại bản tin với ma trận thứ 1 bị lỗi. Nó sẽ phát lại bản tin với ma trận khác

mà vẫn gửi đi bản tin gốc. Nếu các ma trận ở lần gửi sau mà trùng với ma trận gửi lần

1 thì lúc này nó xảy ra trường hợp đặc biệt là nó trở thành HARQ loại I.

Ví dụ ban đầu gửi bàn tin theo ma trận đục lỗ

[ 111110000010]

Nếu có lỗi sẽ gửi lại bản tin theo ma trận đục lỗ khác

[ 111101000001]

Cứ như vậy nếu có lỗi sẽ gửi lại bản tin theo các ma trận đục lỗ khác

[ 111100101000]

Hoặc

[ 111100010100]

Nếu như gửi lại bản tin mà các ma trận giống nhau thì khi đó HARQ III trở thành

HARQ I.




Random giá trị bản tin msgMã hóa turbocode 1/3

Đục lỗ 1/2

Begin

Phát bản tin đi,cộng nhiễu AWGN

Giải điều chế

i=i+1

Đ S

Giải mã turbo code (Log-Map)

Điều chế QPSK i=1

Xét lỗi =0và i<5

End

CHƯƠNG 4 – MÔ PHỎNG KỸ THUẬT HARQ

Chương 4:

MÔ PHỎNG KỸ THUẬT HARQ

4.1. Giới thiệu chương

Trong chương này trình bày chương trình mô phỏng hệ thống HSDPA sử dụng 2

kỹ thuật HARQ loại I và II. Chương trình được viết bằng ngôn ngữ Matlab, thông qua

chương trình mô phỏng giúp ta kiểm tra lại lý thuyết và hiểu sâu hơn về các loại kỹ

thuật HARQ, biết được ưu và nhược điểm của mỗi kỹ thuật, cũng như khả năng ứng

dụng của chúng trong thực tế. Trong chương trình mô phỏng ta nhập cho random 1

bản tin gồm nhiều khung và phát đi lần lượt các khung , số lần gửi HARQ tối đa là 4.

4.2. Lưu đồ thuật toán

4.2.1. Lưu đồ thuật toán HARQ I


End

Random giá trị bản tin msgMã hóa turbocode 1/3 đục lỗ theo ma trận 1

Begin

Phát bản tin đi, cộng nhiễu AWGN

Giải điều chế

S

Kết hợp bộ đệm

Điều chế QPSK i=1

Giải mã turbo code (Log-Map)

Xét lỗi=0 và i<5

i=i+1Gửi phần dư thừa của ma trận đục lỗ thứ I, lưu giá trị tạm thời

vào bộ đệm

Đ


4.2.2. Lưu đồ thuật toán HARQ II



4.3. Quá trình mô phỏng

Thông số đầu vào:

Cho độ dài 1 khung là 40 bit.

1 bản tin có 400 khung.

Thời gian TTI là 2 ms.

Dùng bộ mã hóa turbo code 1/3.

Điều chế QPSK.

Nhiễu AWGN.

Kỹ thuật HARQ I dùng đục lỗ 1/2 .

Kỹ thuật HARQ II dùng 4 ma trận đục lỗ như trên.

Dùng bộ giải mã Log-Map.

Kết quả:

Xác suất bit lỗi Ber của 3 kỹ thuật: ko dùng HARQ, HARQ I, HARQ II.

Thông lượng của 3 kỹ thuật trên.

Ở đây code mô phỏng có 1 file chạy chính và có các M-file có các chức năng

phụ đều có một run.m riêng biệt. Các mã MATLAB cho mỗi chức năng có thể được

tìm thấy dưới đây:

Bin_state.m

Encode_bit.m

trellis.m

rsc_encode.m

int_state.m

longmapo.m

chuongtrinhchinh.m



Hình 4.1: Xác suất lỗi bit của các kỹ thuật HARQ.

Hình 4.2: Thông lượng so sánh giữa các kỹ thuật.



Nhận xét

Hình 4.1: Ta nhận thấy khi không dùng HARQ ( đường màu đen) thì Ber sẽ rất

cao còn dùng HARQ thì sẽ giảm được lỗi rất nhiều. Tuy nhiên HARQ II Ber thấp hơn

do sử dụng bộ giải mã kết hợp với phần đục lỗ dư thừa ở mỗi lần gửi. Khi điều kiện

môi trường tốt lên ( SNR tăng lên) thì chất lượng của hệ thống không dùng HARQ

tăng lên rất nhiều, do tại điều kiện tốt ( 1 mức giới hạn nào đó) thì ảnh hưởng của

nhiễu không đáng kể, lúc đó xác suất xảy ra lỗi rất thấp.

Hình 4.2: Ta nhận thấy thông lượng khi không dùng HARQ là cao nhất, dùng

HARQ loại I là thấp nhất. Nguyên nhân của vấn đề này là thông lượng là giá trị đánh

giá hiệu quả sử dụng băng thông, hay là số bit dữ liệu truyền thành công trên tổng số

bit truyên đã truyên đi. Mà ta thấy HARQ loại I cứ mỗi lần truyền lại đều truyền lại

nguyên gói tin nên rất tốn băng thông nên thông lượng rất thâp. Còn khi không dùng

HARQ thì thông lượng sẽ cao vì tỉ số tổng số bit truyền thành công trên tổng số bit đã

truyền chỉ trong 1 đơn vị thời gian nên sẽ cao. Còn HARQ II do mỗi lần phát lại chỉ

gửi đi các bit dư thừa nên tiết kiệm băng thông rất nhiều, tuy nhiên vẫn tốn băng thông

hơn so với khi không dùng HARQ ( do có thêm các bit sửa lỗi) nên thông lượng nó ở

giữa 2 loại trên.



Kết luận

Từ kết quả mô phỏng trên kết hợp với lý thuyết ta nhận thấy rằng ở điều kiện

bình thường thì HARQ loại II là tốt nhất vì nó có xác suất lỗi thấp nhất và thông lượng

cũng tương đối tốt. Còn khi chất lượng kênh truyền ổn định (môi trường tốt) thì không

dùng HARQ, vì lúc này xác suất lỗi thấp và thông lượng của nó rất cao, rất lợi cho tốc

độ , đặc biệt nếu ta kết hợp với AMC để thay đổi từ điều chế QPSK sang điều chế

16 -QAM.

Hạn chế của đề tài:

Đề tài mới chỉ đi tìm hiểu cơ bản kỹ thuật HARQ trong HSDPA, và chưa tối

ưu hóa khả năng sửa lỗi và hiệu suất sử dụng băng thông. Chưa mô phỏng và đánh giá

kỹ thuật HARQ khi sử dụng thêm các loại điều chế khác như 16-QAM.

Chưa mô phỏng hệ thống trong điều kiện có fading.

Chưa mô phỏng hệ thống dùng HARQ III.

Chưa kết hợp thêm kĩ thuật AMC để tăng hiệu quả sử dụng HARQ.

.



Hướng phát triển của đề tài

Xây dựng các thuật toán và chương trình đầy đủ kết hợp cả điều chế QPSK

và 16-QAM , có thêm kết hợp kỹ thuật thích ứng đa mã AMC để có thể đạt được

thông lượng tối ưu , tốc độ truyền dẫn cao mà vẫn đạt xác suất bit lỗi thấp.

Xây dựng các thuật toán và chương trình mô phỏng ngoài nhiễu AWGN còn

thêm fading để có thể đánh giá hệ thống trong mọi điều kiện.

Viết chương trình mô phỏng có đầy đủ cả 3 kỹ thuật HARQ để có thể so

sánh ưu nhược điểm của các loại kỹ thuật này.



Danh mục các từ viết tắt

1G : First Generation

2G : Second Generation

3G : Third Generation

3GPP : 3rd Generation Partnership Project

16QAM : 16 Quadrature Amplitude Modulation

64QAM : 64 Quadrature Amplitude Modulation

AMC : Adaptive Modulation and Coding

ARQ : Automatic Repeat request

AWGN : Additive White Gaussian Noise

BCCH : BroadCast Control CHannel (logic channel)

BCH : BroadCast CHannel (transport channel)

BER : Bit Error Rate

CC : Chase Combining

CDMA : Code Division Multiple Access

dB : Decibel

IR : Increamental Redundancy

CCTRCH : Coded Composite Transport Channel

DCCH : Dedicated Control CHannel (logical channel)

DPCCH : Dedicated Physical Control CHannel

DPCH : Dedicated Physical Channel

DPDCH : Dedicated Physical Data Channel

DTCH : Dedicated Traffic CHannel

EDGE : Enhanced Data Rates for GSM Evolution



FDD : Frequency Division Multiple Access

GPRS : General Packet Radio Service

GSM : Global System for Mobile Communications

H-ARQ : Hybrid Automatic Repeat request

HS-DPCCH : Uplink High-Speed Dedicated Physical Control CHannel

HS-DSCH : High-Speed Downlink Shared Channel

HS-PDSCH : High-Speed Physical Downlink Shared Channel

HS-SCCH : High-speed Shared Control Channel

HSDPA : High-speed Downlink Packet Access

ITU : Internation Telecommunication Union

LLR : Log likelihodd Ratio

MAC : Medium Access Control

MAC-hs : Hight-speed MAC

MAP : Maximum A Posteriori

Node B : Base Station

OVSF : Orthogonal Variable Spreading Factor

QPSK : Quadrature Phase Shift Keying

RLC : Radio Link Control

RNC : Radio Network Controller

RSC : Recursive Systemtic Convolutional Code

SAW : Stop And Wait

SIR : Signal-to-Interference Ratio

TB : Turbo Code

TTI : Transmission Time Interval

UE : User Equipment

UMTS : Universal Mobile Telecommunication System

UTRAN : Universal Terrestrial Radio Access Network

WCDMA : Wideband CDMA



Tài liệu tham khảo

[1] Phạm Thanh Đàm. Bài giảng thông tin di động. Học viện Công Nghệ Bưu

Chính Viễn Thông cơ sở TP Hồ Chí Minh, 2011.

[2] Huawei. Giới thiệu HSDPA. Huawei Technologies Co., Ltd, 2006.

[3] Phạm Thị Thảo Khương. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu công nghệ HSDPA trong

Release 99, 2011.

[4] Ứng Dụng Mã Turbo Trong Hệ Thống CDMA. Website

http://www.4tech.com.vn

[5] Lee, Hyeon Woo. Enabling Technologies in HSDPA. Discussion for VTC fall,

2003.

[6] Mervi Berner . High-Speed Downlink Packet Access HSDPA- Improving the

WCDMA downlink, 20.12.2005.

[7] Deepshikha Garg and Fumiyuki Adachi. Throughput of RCPT Hybrid ARQ for

DS-CDMA with Diversity Reception and Rake Combining. Electrical and

Communication Engineering Graduate School of Engineering, Tohoku University,

Sendai, Japan, 2007

[8] Deepshikha Garg and Fumiyuki Adachi. Application of Rate Compatible

Punctured Turbo Coded Hybrid ARQ To MC-CDMA Mobile Radio. ETRI Journal,

Volume 26, Number 5, October 2004.

[9] Wissem El Bahri and Hatem Boujema and Mohamed Siala. Performmance

Comparision of Type I,II and III Hybrid ARQ Schemes Over AWGN Channels. IEEE

International Conference On Industrial Technology, 2004.

.


http://www.ebook.edu.vn/













Documents

LE TIN HUY