Tìm hiểu về kỹ thuật HARQ trong công nghệ hsdpa (có code)

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN CÁC MẠNG DI ĐỘNG 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 SVTH: Lê Tín Huy Lớp: Đ07VTA2 Trang 11 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN CÁC MẠNG DI ĐỘNG 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 16QAM). 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 SVTH: Lê Tín Huy Lớp: Đ07VTA2 Trang 12 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN CÁC MẠNG DI ĐỘNG 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). SVTH: Lê Tín Huy Lớp: Đ07VTA2 Trang 13 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN CÁC MẠNG DI ĐỘNG − 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. ốc độ ông có Thoại SMS Gọi hội nghị ơn 20Kbps Caller ID Push – to - talk MSM Ảnh Trình duyệt W Từ Audio/Video c ->90 Kbps Game Tải các ứng dụ Từ Video chất lượ s -> 2Mbps Nhạc “streamin Game 3D SVTH: Lê Tín Huy Lớp: Đ07VTA2 Trang 14 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN CÁC MẠNG DI ĐỘNG Lướt web nhan Từ Video theo yêu -> 14.4Mbps 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 WCDMA. 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 SVTH: Lê Tín Huy Lớp: Đ07VTA2 Trang 15 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN CÁC MẠNG DI ĐỘNG 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). SVTH: Lê Tín Huy Lớp: Đ07VTA2 Trang 16