báo cáo thực tập

BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀHỆ THỐNG TTDĐ

BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆTHỐNG TTDĐ

MỞ ĐẦU

Thông tin di động ngày nay đã trở thành một ngành công

nghiệp viễn thông phát triển rất nhanh và mang lại nhiều lợi

nhuận cho các nhà khai thác. Sự phát triển của thị trường

viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu và

triển khai các hệ thống thông tin di động mới trong tương

lai. Hệ thống di động thế hệ thứ hai, với GSM và CDMA là

những ví dụ điển hình đã phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc

gia. Tuy nhiên, thị trường viễn thông càng mở rộng càng thể

hiện rõ những hạn chế về dung lượng và băng thông của các hệ

thống thông tin di động thế hệ thứ hai. Sự ra đời của hệ

thống di động thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêu biểu như

WCDMA hay HSPA là một tất yếu để có thể đáp ứng được nhu cầu

truy cập dữ liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng

thông rộng của người sử dụng.

Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ 2.5G hay

3G vẫn đang phát triển không ngừng nhưng các nhà khai thác

viễn thông lớn trên thế giới đã bắt đầu tiến hành triển khai

thử nghiệm một chuẩn di động thế hệ mới có rất nhiều tiềm

năng và có thể sẽ trở thành chuẩn di động 4G trong tương

lai, đó là LTE (Long Term Evolution). Các cuộc thử nghiệm và

trình diễn này đã chứng tỏ năng lực tuyệt vời của công nghệGVHD: Thầy Lê Minh Hiếu Trang viiSVTH: Phạm Văn Trung


LTE và khả năng thương mại hóa LTE đã đến rất gần. Trước

đây, muốn truy cập dữ liệu, bạn phải cần có 1 đường dây cố

định để kết nối. Trong tương lai không xa với LTE, bạn có

thể truy cập tất cả các dịch vụ mọi lúc mọi nơi trong khi

vẫn di chuyển: xem phim chất lượng cao HDTV, điện thoại thấy

hình, chơi game, nghe nhạc trực tuyến, tải cơ sở dữ liệu

v.v… với một tốc độ “siêu tốc”. Đó chính là sự khác biệt

giữa mạng di động thế hệ thứ 3 (3G) và mạng di động thế hệ

thứ tư (4G). Tuy vẫn còn khá mới mẻ nhưng mạng di động băng

rộng 4G đang được kỳ vọng sẽ tạo ra nhiều thay đổi khác biệt

so với những mạng di động hiện nay.

Xuất phát từ những vấn đề trên, em đã lựa chọn đề tài

tốt nghiệp của mình là: “Công nghệ LTE cho mạng di động băng

rộng”. Đề tài sẽ đi vào tìm hiểu tổng quan về công nghệ LTE

cũng như là những kỹ thuật và thành phần được sử dụng trong

công nghệ này để có thể hiểu rõ thêm về những tiềm năng hấp

dẫn mà công nghệ này sẽ mang lại.

LỜI CẢM ƠN

Sau khoảng thời gian học tập tại trường, đây làkhoảng thời gian khó quên đối với chúng em. Thầy cô đã chỉ

GVHD: Thầy Lê Minh Hiếu Trang viiSVTH: Phạm Văn Trung


bảo tận tình để giúp cho chúng em trang bị kiến thức để vữngvàng bước vào đời.

Để được như ngày hôm nay, em xin gởi lời cảm ơnđến các thầy cô trong khoa Công nghệ Điện tử - Thông tin đãhướng dẫn, truyền đạt kiến thức cho chúng em. Em xin gởi lờicảm ơn đặc biệt đến thầy Lê Minh Hiếu, người đã trực tiếptận tình hướng dẫn để em có thể hoàn thành đề tài này.

Xin gởi lời cám ơn đến ba má đã động viên giúp đỡcả về vật chất và tinh thần cho con bao nhiêu năm qua, đồngcảm ơn đến bạn bè đã luôn luôn ở bên cạnh mình .

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc

Người thực hiện

Phạm Văn Trung



NHẬN XÉT

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................



.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................



.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

.......................................................

...............................................................

MỤC LỤC



MỞĐẦU................................................................................................................................I

LỜI CẢMƠN..............................................................................................................iv

NHẬNXÉT...................................................................................................................v

MỤCLỤC....................................................................................................................vi

DANH MỤCHÌNH..................................................................................................viii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

1.1. Tổng quan về hệ thống thông tin di động

1.1.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất ( 1G)

1.1.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ( 2G)

1.1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 ( 3G)

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 4G

2.1.Tổng quan về mạng 4G



2.2. Mô hình tham chiếu hệ thống di động 4G

2.2.1. Bốn miền mô hình tham chiếu

2.2.1.1. Miền dịch vụ và ứng dụng

2.2.1.2. Miền nền tẳng dịch vụ

2.2.1.3. Miền mạng lõi chuyển mạch gói

2.2.1.4. Miền truy cập vô tuyến mới

2.2.2. Mô hình tham chiếu nhìn từ nền tẳng dịch vụ

2.2.2.1. Sự thuận tiện cho người dùng

2.2.2.2. Các dịch vụ tiên tiến

2.2.2.3. Quản lý hệ thống

2.2.3. Mô hình tham chiếu cơ sở hạ tầng hệ thống

2.2.3.1. Các ví dụ điển hình và giao tiếp cho mạng truy cậpvô tuyến mới

2.2.3.2. Cấu hình chức năng cho các nút/thiết bị đầu cuối trong hệ thống di động 4G

CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC MẠNG LÕI CỦA MẠNG DI ĐỘNG 4G-LTE

3.1. Công nghệ LTE

3.2. Cấu trúc của LTE.

3.3. Các kênh sử dụng trong E-UTRAN

3.4. Giao thức của LTE (LTE Protocols)



PHỤ LỤC 1: BẢNG CÁC TỪ VIẾTTẮT...................................................................................

PHỤ LỤC 2: TÀI LIỆU THAMKHẢO.......................................................................................

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Tiến trình phát triển của thông tin di động

Hình 2.1. Mô hình tham chiếu hệ thống di động 4GGVHD: Thầy Lê Minh Hiếu Trang viiSVTH: Phạm Văn Trung


Hình 2.2. Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ

Hình 2.3. Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ: tiện nghi người dùng

Hình 2.4. Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ: Dịch vụ nâng cao

Hình 2.5. Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ quản lý hệ thống

Hình 2.6.Giao diện vô tuyến và ngữ cảnh thực tế của truy cậpvô tuyến mới

Hình 2.7. Ví dụ về cấu hình chức năng cho các nút/các thiết bị đầu cuối

Hình 3.1. Cấu trúc của UMTS và LTE

Hình 3.2. Cấu trúc hệ thống di động 4G-LTE

Hình 3.3. Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP

Hình 3.4. Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP và không phải 3GPP

Hình 3.5. Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP và liên mạng với CDMA 2000

Hình 3.6. Giao thức của UTRAN

Hình 3.7. Giao thức của E-UTRAN

Hình 3.8. Phân phối chức năng của các lớp MAC, RLC, PDCP



CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

1.1. Tổng quan về hệ thống thông tin di động

1.1.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất( 1G)

Công nghệ di động đầu tiên là công nghệ tương tự, là hệthống truyền tín hiệu tương tự, là mạng điện thoại diđộng đầu tiên của nhân loại, được khơi mào ở Nhật vào năm1979. Những công nghệ chính thuộc thế hệ thứ nhất này cóthể kể đến là:

NMT (Nordic Mobile Telephone – Điện thoại di động BắcÂu) được sử dụng ở các nước Bắc Âu, Tây Âu và Nga.

AMPS (Advanced Mobile Phone Sytem – Hệ thống điệnthoại di động tiên tiến) được sử dụng ở Mỹ và Úc.

TACS (Total Access Communication Sytem – Hệ thốngtruyền thông truy nhập toàn phần) được sử dụng ở Anh.

Hình 1.1 Tiến trình phát triển của thông tin di động

1


Hầu hết các hệ thống đều là hệ thống tương tự và dịch vụtruyền chủ yếu là thoại. Với hệ thống này, cuộc gọi cóthể bị nghe trộm bởi bên thứ ba. Những điểm yếu của thếhệ 1G là dung lượng thấp, xác suất rớt cuộc gọi cao, khảnăng chuyển cuộc gọi không tin cậy, chất lượng âm thanhkém, không có chế độ bảo mật…do vậy hệ thống 1G không thểđáp ứng được nhu cầu sử dụng .

1.1.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai( 2G)

Hệ thống di động thế hệ thứ 2 sử dụng truyền vô tuyến sốcho việc truyền tải. Những hệ thống mạng 2G thì có dunglượng lớn hơn những hệ thống mạng thế hệ thứ nhất. Mộtkênh tần số thì đồng thời được chia ra cho nhiều ngườidùng (bởi việc chia theo mã hoặc chia theo thời gian). Sựsắp xếp có trật tự các tế bào, mỗi khu vực phục vụ thìđược bao bọc bởi một tế bào lớn, những tế bào lớn và mộtphần của những tế bào đã làm tăng dung lượng của hệ thốngxa hơn nữa.

Có 4 chuẩn chính đối với hệ thống 2G: Hệ Thống Thông TinDi Động Toàn Cầu (GSM) và những dẫn xuất của nó; AMPS số(D-AMPS); Đa Truy Cập Phân Chia Theo Mã IS-95; và Mạng tếbào Số Cá Nhân (PDC). GSM đạt được thành công nhất vàđược sử dụng rộng rãi trong hệ thống 2G.

GSM

GSM cơ bản sử dụng băng tần 900MHz. Sử dụng kỹ thuật đatruy nhập theo thời gian TDMA. nhưng ở đây cũng có một sốnhững phát sinh, 2 vấn đề quan trọng là hệ thống mô hìnhsố 1800 (DCS 1800; cũng đƣợc biết như GSM 1800) và PCS1900 (hay GSM 1900). Sau này chỉ được sử dụng ở Bắc Mĩ vàChilê, và DCS 1800 thì được tìm thấy ở một số khu vực

2


khác trên thế giới. Nguyên do đầu tiên về băng tần số mớilà do sự thiếu dung lượng đối với băng tầng 900 MHz. Băngtần 1800MHz có thể được sử dụng ý nghĩa và phổ biến hơnđối với người sử dụng. Vì thế nó đã trở nên hoàn toàn phổbiến, đặc biệt trong những khu vực đông dân cư. Vì thếđồng thời cả 2 băng tần di động đều được sử dụng, ở đâyđiện thoại sử dụng băng tần 1800MHz khi có thành phầnkhác sử dụng lên trên mạng 900MHz.

Hệ thống GSM 900 làm việc trong một băng tần hẹp, dàitần cơ bản từ (890- 960MHz). Trong đó băng tần cơ bảnđƣợc chia làm 2 phần :

+ Đường lên từ (890 – 915) MHz.

+ Đường xuống từ (935 – 960)MHz.

Băng tần gồm 124 sóng mang được chia làm 2 băng, mỗibăng rộng 25MHz,khoảng cách giữa 2 sóng mang kề nhau là200KHz. Mỗi kênh sử dụng 2 tần số riêng biệt cho 2 đườnglên và xuống gọi là kênh song công. Khoảng cách giữa 2tần số là không đổi bằng 45MHz. Mỗi kênh vô tuyến mang 8khe thời gian TDMA và mỗi khe thời gian là một kênh vậtlý trao đổi thông tin giữa MS và mạng GSM.

Tốc độ từ 6.5 – 13 Kbps. GSM mới chỉ cung cấp được các dịch vụ thoại và nhắn tin ngắn, trong khi nhu cầu truy nhập internet và các dịch vụ từ người sử dụng là rất lớn nên GSM phát triển lên 2.5G.

3

GMS HSCSD GPRS EDGF


Trong đó :

HSCSD ( High Speed Circuit Switched Data) - Sốliệu chuyển mạch kênh tốc độ cao: Một vấn đề quantrọng lớn nhất đối với GSM đơn giản là về tốc độ dữliệu chậm. GSM cơ sở có thể cải thiện tốc độ ngườidùng trƣớc chỉ là 9.6Kbps. Sau đó theo lý thuyết tốcđộ người dùng đã là 14.4Kbps, mặc dù nó không đượcthông dụng cho lắm. HSCSD là cách đơn dàng nhất chomọi thứ được tải lên. Những phương pháp này chính làsự thay thế một khe thời gian, một trạm di động cóthể sử dụng nhiều khe thời gian cho một kết nối dữliệu.Những bổ sung trong dòng thương mại, giá trị tốiđa thường là 4 khe thời gian. Một khe thời gian cóthể sử dụng tốc độ 9.6Kbps hoặc 14.4Kbps. Toàn bộ tốcđộ chính là số khe thời gian nhân với tốc độ dữ liệucủa một khe thời gian. Đây chính là mối tương quankhông phức tạp để nâng cấp dung lượng của hệ thống,vì nó chỉ là những yêu cầu trong việc nâng cấp phầnmềm đối với mạng nhưng nó có nhiều trở ngại. Vấn đềquan trọng nhất trong việc sử dụng tài nguyên sóng vôtuyến một cách khan hiếm. Bởi vì nó là chuyển mạch-mạch, HSCSD phân bố việc sử dụng khe thời gian mộtcách liên tục ngay cả khi không có bất cứ thứ gì đượctruyền đi.

GPRS (General Packet Radio Service) - Dịch vụ vôtuyến gói chung: GPRS là một hệ thống vô tuyến thuộcgiai đoạn trung gian, nhưng vẫn là hệ thống 3G nếuxét về mạng lõi. GPRS cung cấp các kết nối số liệuchuyển mạch gói với tốc độ truyền lên tới 171,2Kbps(tốc độ số liệu đỉnh) và hỗ trợ giao thức InternetTCP/IP và X25, nhờ vậy tăng cường đáng kể các dịch vụ

4


số liệu của GSM. Công việc tích hợp GPRS vào mạng GSMđang tồn tại là một quá trình đơn giản. Một phần cáckhe trên giao diện vô tuyến dành cho GPRS, cho phépghép kênh số liệu gói đƣợc lập lịch trình trước đốivới một số trạm di động. Phân hệ trạm gốc chỉ cầnnâng cấp một phần nhỏ liên quan đến khối điều khiểngói (PCU- Packet Control Unit) để cung cấp khả năngđịnh tuyến gói giữa các đầu cuối di động các nút cổng(gateway). Một nâng cấp nhỏ về phần mềm cũng cầnthiết để hỗ trợ các hệ thống mã hoá kênh khác nhau.Mạng lõi GSM được tạo thành từ các kết nối chuyểnmạch kênh được mở rộng bằng cách thêm vào các nútchuyển mạch số liệu và gateway mới, được gọi là GGSN(Gateway GPRS Support Node) và SGSN (Serving GPRSSupport Node). GPRS là một giải pháp đã được chuẩnhoá hoàn toàn với các giao diện mở rộng và có thểchuyển thẳng lên 3G về cấu trúc mạng lõi.

EDGE ( Enhanced Data Rates for GSM Evolution):Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM: EDGE cóthể phát nhiều bit gấp 3 lần GPRS trong một chu kỳ.Đây là lý do chính cho tốc độ bit EDGE cao hơn. ITUđã định nghĩa 384kbps là giới hạn tốc độ dữ liệu chodịch vụ để thực hiện chuẩn IMT-2000 trong môi trườngkhông lý tưởng. 384kbps tương ứng với 48kbps trên mỗikhe thời gian, giả sử một đầu cuối có 8 khe thời giancuộc gọi cao, khả năng chuyển cuộc gọi không tin cậy,chất lượng âm thanh kém, không có chế độ bảo mật…dovậy hệ thống 1G không thể đáp ứng được nhu cầu sửdụng . EDGE là một kỹ thuật truyền dẫn 3G đã đượcchấp nhận và có thể triển khai trong phổ tần hiện cócủa các nhà khai thác TDMA và GSM. EDGE tái sử dụngbăng tần sóng mang và cấu trúc khe thời gian của GSM,và được thiết kế nhằm tăng tốc độ số liệu của người

5


sử dụng trong mạng GPRS hoặc HSCSD bằng cách sử dụngcác hệ thống cao cấp và công nghệ tiên tiến khác. Vìvậy, cơ sở hạ tầng và thiết bị đầu cuối hoàn toàn phùhợp với EDGE hoàn toàn tương thích với GSM và GRPS.

IS-95: Hệ thống mạng tế bào IS-95A đƣợc Qualcomm chora mắt vào những năm 1990 sử dụng kỹ thuật truy nhậpvô tuyến CDMA. CDMA chia sẻ cùng một giải tần chung.Mọi khách hàng có thể nói đồng thời và tín hiệu đƣợcphát đi trên cùng một giải tần. Các kênh thuê baođƣợc tách biệt bằng cách sử dụng mã ngẫu nhiên. Cáctín hiệu của nhiều thuê bao khác nhau sẽ được mã hoábằng các mã ngẫu nhiên khác nhau, sau đó được trộnlẫn và phát đi trên cùng một giải tần chung và chỉđược phục hồi duy nhất ở thiết bị thuê bao (máy điệnthoại di động) với mã ngẫu nhiên tương ứng. IS95A(2G) phát triển tiếp lên IS 95B(2.5G) Mặc dù hệthống thông tin di động 2G được coi là những tiến bộđáng kể nhưng vẫn gặp phải các hạn chế sau: Tốc độthấp và tài nguyên hạn hẹp. Vì thế cần thiết phảichuyển đổi lên mạng thông tin di động thế hệ tiếptheo để cải thiện dịch vụ truyền số liệu, nâng caotốc độ bit và tài nguyên được chia sẻ…Mặt khác, khicác hệ thống thông tin di động ngày càng phát triển,không chỉ số lượng người sử dụng điện thoại di độngtăng lên, mở rộng thị trường mà người sử dụng còn đòihỏi các dịch vụ tiên tiến hơn không chỉ là các dịchvụ cuộc gọi thoại truyền thống và dịch vụ số liệu tốcđộ thấp hiện có trong mạng hiện tại. Nhu cầu của thịtrường có thể phân loại thành các lĩnh vực như: Dịchvụ dữ liệu máy tính, dịch vụ viễn thông, dịch vụ nộidung số như âm thanh hình ảnh. Những lý do trên thúcđẩy các tổ chức nghiên cứu phát triển hệ thống thôngtin di động trên thế giới tiến hành nghiên cứu và đã

6


áp dụng trong thực tế chuẩn mới cho hệ thống thôngtin di động: Thông tin di động 3G.

1.1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 ( 3G)

Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-2000 (InternationalMobil Telecommunication -2000) cho hệ thống 3G với các ưuđiểm chính được mong đợi đem lại bởi hệ thống 3G là:

+ Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao.

+Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat, ...).

+ Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền hình,nghe nhạc,...).

+ Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, ...).

+Sử dụng chung một công nghệ thống nhất, đảm bảo sự tươngthích toàn cầu

giữa các hệ thống. Để thoả mãn các dịch vụ đa phươngtiện cũng nhƣ đảm bảo khả năng truy cập Internet băngthông rộng, IMT-2000 hứa hẹn cung cấp băng thông 2Mbps,nhưng thực tế triển khai chỉ ra rằng với băng thông nàyviệc chuyển giao rất khó, vì vậy chỉ có những ngƣời sửdụng không di động mới đƣợc đáp ứng băng thông kết nốinày, còn khi đi bộ băng thông sẽ là 384 Kbps, khi dichuyển bằng ô tô sẽ là 144Kbps. Các hệ thống 3G điển hìnhlà:

UMTS (W-CDMA)

UMTS (Universal Mobile Telephone System), dựa trên côngnghệ W-CDMA, là giải pháp được ưa chuộng cho các nướcđang triển khai các hệ thống GSM muốn chuyển lên 3G. UMTSđược hỗ trợ bởi Liên Minh Châu Âu và được quản lý bởi3GPP tổ chức chịu trách nhiệm cho các công nghệ GSM,

7


GPRS. UMTS hoạt động ở băng thông 5MHz, cho phép các cuộcgọi có thể chuyển giao một cách hoàn hảo giữa các hệthống UMTS và GSM đã có. Những đặc điểm của WCDMA nhưsau:

+WCDMA sử dụng kênh truyền dẫn 5 MHz để chuyển dữ liệu.Nó cũng cho phép việc truyền dữ liệu ở tốc độ 384 Kbpstrong mạng di động và 2 Mbps trong hệ thống tĩnh.

+Kết cấu phân tầng: Hệ thống UMTS dựa trên các dịch vụđược phân tầng, không giống như mạng GSM. Ở trên cùng làtầng dịch vụ, đem lại những ưu điểm như triển khai nhanhcác dịch vụ, hay các địa điểm được tập trung hóa. Tầnggiữa là tầng điều khiển, giúp cho việc nâng cấp các quytrình và cho phép mạng lưới có thể được phân chia linhhoạt. Cuối cùng là tầng kết nối, bất kỳ công nghệ truyềndữ liệu nào cũng có thể được sử dụng và dữ liệu âm thanhsẽ được chuyển qua ATM/AAL2 hoặc IP/RTP.

+Tần số: hiện tại có 6 băng sử dụng cho UMTS/WCDMA, tậptrung vào UMTS tần số cấp phát trong 2 băng đường lên(1885 MHz– 2025 MHz) và đường xuống (2110 MHz – 2200MHz).

Sự phát triển của WCDMA lên 3.5G là HSxPA

CDMA2000

Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, chuẩn này làsự tiếp nối đối với các hệ thống đang sử dụng công nghệCDMA trong thế hệ 2. CDMA2000 được quản lý bởi 3GPP2, mộttổ chức độc lập và tách rời khỏi 3GPP của UMTS. CDMA2000có tốc độ truyền dữ liệu từ 144Kbps đến Mbps.

TD-SCDMA

8


Chuẩn được ít biết đến hơn là TD-SCDMA đang được pháttriển tại Trung Quốc bởi các công ty Datang và Siemens.Hiện tại có nhiều chuẩn công nghệ cho 2G nên sẽ có nhiềuchuẩn công nghệ 3G đi theo, tuy nhiên trên thực tế chỉ có2 tiêu chuẩn quan trọng nhất đã có sản phẩm thương mại vàcó khả năng được triển khai rộng rãi trên toàn thế giớilà WCDMA (FDD) và CDMA 2000. WCDMA được phát triển trêncơ sở tương thích với giao thức của mạng lõi GSM (GSMMAP), một hệ thống chiếm tới 65% thị trường thế giới. CònCDMA 2000 nhằm tuơng thích với mạng lõi IS-41, hiện chiếm15% thị trường.

9


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 4G-LTE

2.1 Tổng quan về mạng 4G

4G là hệ thống thông tin băng rộng được xem nhưIMT tiên tiến (IMT Advanced) được định nghĩa bởi ITU-R.Tốc độ dữ liệu đề ra là 100Mbps cho thuê bao di chuyểncao và 1Mbps cho thuê bao ít di chuyển, băng thông linhđộng lên đến 40MHz. Sử dụng hoàn toàn trên nền IP, cungcấp các dịch vụ như điện thoại IP, truy cập internet băngrộng, các dịch vụ game và dòng HDTV đa phương tiện...

3GPP LTE được xem như là tiền 4G, nhưng phiênbản đầu tiên của LTE chưa đủ các tính năng theo yêu cầucủa IMT Advanced. LTE có tốc độ lý thuyết lên đến 100Mbpsở đường xuống và 50Mbps ở đường lên đối với băng thông20MHz. Và sẽ hơn nữa nếu MIMO, các anten mảng được sửdụng. LTE được phát triển đầu tiên ở hai thủ đô Stockholmvà Olso vào ngày 14/12/2009. Giao diện vô tuyến vật lýđầu tiên được đặt tên là HSOPA (High Speed OFDM PacketAccess), bây giờ có tên là E-UTRA (Evolved UMTSTerrestrial Radio Access). Thực tế cho thấy, hầu hết cáchãng sản xuất thiết bị viễn thông hàng đầu thế giới:Alcatel-Lucent, Ericsson, Motorola, Nokia, Nokia SiemensNetworks, Huawei, LG Electronics, Samsung, NEC,Fujitsu. . . đã bắt tay với các nhà mạng lớn trên thếgiới (Verizon Wireless, AT&T, France Telecom-Orange, NTT

10


DoCoMo, T-Mobile, China Mobile, ZTE. . . ) thực hiện cáccuộc thử nghiệm quan trọng trên công nghệ LTE và đã đạtnhững thành công đáng kể.

LTE Advanced là ứng viên cho chuẩn IMT-Advanced, mục tiêu của nó là hướng đến đáp ứng được yêucầu của ITU. LTE Advanced có khả năng tương thích vớithiết bị và chia sẻ băng tần với LTE phiên bản đầu tiên.

Di động WiMAX (IEEE 802. 16e-2005) là chuẩntruy cập di động không dây băng rộng (MWBA) cũng được xemlà 4G, tốc độ bít đỉnh đường xuống là 128 Mbps và 56 Mbpscho đường xuống với độ rộng băng thông hơn 20 MHz.

UMB (Ultra Mobile Broadband) : UMB được các tổchức viễn thông của Nhật Bản, Trung Quốc, Bắc Mỹ và HànQuốc cùng với các hãng như Alcatel-Lucent, Apple,Motorola, NEC và Verizon Wireless phát triển từ nền tảngCDMA. UMB có thể hoạt động ở băng tần có độ rộng từ 1,25MHz đến 20 MHz và làm việc ở nhiều dải tần số, với tốc độtruyền dữ liệu lên tới 288 Mbps cho luồng xuống và 75Mbps cho luồng lên với độ rộng băng tần sử dụng là 20MHz. Qualcomm là hãng đi đầu trong nỗ lực phát triển UMB,mặc dù hãng này cũng đồng thời phát triển cả côngnghệLTE.

Mục tiêu và cách tiếp cận

4G cung cấp QoS và tốc độ phát triển hơn nhiềuso với 3G đang tồn tại, không chỉ là truy cập băng rộng,dịch vụ tin nhắn đa phương tiện (MMS), chat video, TV diđộng mà còn các dịch vụ HDTV, các dịch vụ tối thiểu nhưthoại, dữ liệu và các dịch vụ khác. Nó cho phép chuyểngiao giữa các mạng vô tuyến trong khu vực cục bộ và cóthể kết nối với hệ thống quảng bá video số.

11


Các mục tiêu mà 4G hướng đến :

Băng thông linh hoạt giữa 5 MHz đến 20 MHz, có thểlên đến 40 MHz.

Tốc độ được quy định bởi ITU là 100 Mbps khi dichuyển tốc độ cao và 1 Gbps đối với thuê bao đứng yênso với trạm.

Tốc độ dữ liệu ít nhất là 100 Mbps giữa bất kỳ haiđiểm nào trên thế giới.

Hiệu suất phổ đường truyền là 15bit/s/Hz ở đườngxuống và 6.75 bit/s/Hz ởđường lên (có nghĩa là 1000Mbps ở đường xuống và có thể nhỏ hơn băng thông 67MHz)/

Hiệu suất sử dụng phổ hệ thống lên đến 3bit/s/Hz/cell ở đường xuống và 2.25 bit/s/Hz/cell choviệc sử dụng trong nhà.

Chuyển giao liền (Smooth handoff) qua các mạng hỗnhợp.

Kết nối liền và chuyển giao toàn cầu qua đa mạng.

Chất lượng cao cho các dịch vụ đa phương tiện như âmthanh thời gian thực, tốc độ dữ liệu cao, video HDTV,TV di động...

Tương thích với các chuẩn không dây đang tồn tại

Tất cả là IP, mạng chuyển mạch gói không còn chuyểnmạch kênh nữa.

Các điểm cần xét đến

Vùng bao phủ, môi trường vô tuyến, phổ, dịch vụ,mô hình thương mại và số người sử dụng.

12


Các kỹ thuật được sử dụng

Kỹ thuật sử dụng lớp vật lý

- Không sử dụng CDMA

- MIMO : để đạt được hiệu suất phổ tần cao bằng cách sử dụng phân tập theo không gian, đa anten đa người dùng.

- Sử dụng lượng tử hóa trong miền tần số, chẳng hạn như OFDM hoặc SC-FDE (single carrier frequency domain equalization) ở đường xuống : để tận dụng thuộc tính chọn lọc tần số của kênh mà không phải lượng tử phức tạp.

- Ghép kênh trong miền tần số chẳng hạn như OFDMA hoặc SC-FDMA ở đường xuống : tốc độ bit thay đổi bằng việc gán cho người dùng các kênh con khác nhau dựa trên điều kiện kênh.

- Mã hóa sửa lỗi Turbo : để tối thiểu yêu cầu về tỷ số SNR ở bên thu.

Lập biểu kênh độc lập : để sử dụng các kênh thay đổitheo thời gian.

Thích nghi đường truyền : điều chế thích nghi và cácmã sửa lỗi.

2.2. Mô hình tham chiếu hệ thống di động 4G

2.2.1 Bốn miền mô hình tham chiếu

Mô hình tham chiếu cho các hệ thống di động 4G môtả theo phương diện trên hình 2.1. Hề thống di động 4Gbao gồm bốn miền sau: dịch vụ và ứng dụng, nền tảng dịchvụ, mạng lõi chuyển mạch gói, và mạng truy nhập vô tuyếnmới. Hệ thống di động 4G có 3 đặc trưng sau:

13


- Cung cấp cho người sử dụng những dịch vụ và ứng dụngở múc độ độc lập cao từ hệ thống truy cập.

- Thực thi kết nối và các dịch vụ liền mạch giữa các hệthống thông qua mạng gói.

Ba khả năng vô tuyến của truy cập vô tuyến nhờ giao diệnvô tuyến đưa ra cấp độ phổ biến cao.

2.2.1.1 Miền dịch vụ và ứng dụng

Miền dịch vụ và ứng dụng cung cấp các dịch vụ vàcác ứng dụng của các hệ thống di động 4G. Các dịch vụđiển hình bao gồm các dịc vụ thông tin về vị trí, cácdịch vụ ngăn ngừa/kiểm soát các hiểm họa, các dịch vụ đaphương tiện chất lượng cao, các dịch vụ thương mại diđộng, các dịch vụ quản lý bản quyền số, các dịch vụ phânphối nội dung, các dịch vụ hỗ trợ tải phần mềm, các dịchvụ điều khiển từ xa, cũng như nhiều dịch vụ khác. Các dịcvụ và ứng dụng này không chỉ bao gồm các vấn đề lần đầutiên xuất hiện trên các hệ thống di động 4G, mà còn baogồm các vấn đề đã được cung cấp hoàn chỉnh trên mạng 3Ghiện hành hay trên hệ thống W-LAN và các phiên bản nângcấp của chúng.Thêm vào đó, các dịch vụ và ứng dụng nàynên được tạo ra để có thể sử dụng trong cả truy cập sóngvô tuyến mới của các hệ thống di động 4G và các hệ thốngtruy cập hiện hành. Hơn nữa , một đặc tính tác nhân đượcmong đợi tập trung vào lĩnh vực dịch vụ và ứng dụng để hỗtrợ sự cung cấp trơn tru các dịch vụ và ứng dụng.

2.2.1.2 Miền nền tẳng dịch vụ

Miền nền tảng dịch vụ cung cấp cơ sở dịch vụ đểhỗ trợ triển khai các dịch vụ và ứng dụng được đưa ra bởimiền dịch vụ và ứng dụng. Cấu trúc cơ bản của cơ sở dịchvụ này được hỗ trợ ba bộ đặc tính: các đặc tính đa phương

14


tiện, các đặc tính mạng tốc độ cao/dung lượng lớn , vàcác đặc tính chất lượng dịch vụ mạng.

Hình 2.1. Mô hình tham chiếu hệ thống di động 4G

Chú thích:

- Service & Application: Miền dịch vụ và ứng dụng gồm các dịch vụ sau:

Posional Information services: Dịch vụ thôngtin cá nhân

Disaster Detection/Admin services: Dịch vụ phát hiện/quản trị thiên tai

High Quality Multimedia services : Dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao

Mobile Commerce services: Dịch vụ thương mạidi động

Digital Right Management Services: Dịch vụ quản trị tài nguyên số

Contens Delivery Services : Dịch vụ phân phối nội dung

15


Softwware Download Support Services: Dịch vụhỗ trợ tải phần mềm

Remote Control Services: Dịch vụ điều khiển từ xa

- Services Platform: Nền tảng dịch vụ gồm các tác nhânsau:

Social Systems: Hệ thống xã hội Security, AAA and Settlement: Bảo mật ,

thanh toán Application QoS: chất lượng dịch vụ ứng dụng Database/Remote Server: Cơ sở dữ liệu/máy

chủ từ xa High speed & Large capacity Network: Mạng

dung lượng lớn, tốc độ cao Network QoS I/F: chức năng tương tác chất

lượng dịch vụ mạng- Packet Based core Network: Miền mạng lõi chuyển mạch

gói- New Radio Access: Miền truy cập vô tuyến mới

2.2.1.3 Miền mạng lõi chuyển mạch gói

Miền mạng lõi chuyển mạch gói đóng vai trò kết nối các hệ thống truy cập khác nhau với miền nền tảng dịch vụ, và không phụ thuộc vào các hệ thống truy cập.Mạng này cho phép sự kết nối giữa các hệ thống di động 4G cũng như các hệ thống truy cập khác (ví dụ như 2G/3G, mạng lan không dây, DSRC, phát thanh số, và các mạng IP khác,...), để cung cấp sự truy cập liền mạch cho người sử dụng.

2.2.1.4 Miền truy cập vô tuyến mới

Truy cập vô tuyến mới- một khả năng truy cập vô tuyến mới cho các hệ thống 4G có thể chia được tạm chia

16


thành 3 khả năng: khả năng truy cập di động mới, khả năng truy cập không dây tự do mới, và khả năng mạng di chuyển. Khả năng truy cập di động mới cho phép truy cậpdải tần rộng thậm chí trong các môi trường di chuyển tốc độ cao, và đưa ra khả năng sử dụng tương tự như cácdịch vụ tế bào hiện nay. Truy cập không dây tự do mới thực thi trước hết truy cập băng tần siêu rộng khi di chuyển ở tốc độ thấp, và đưa ra khả năng sử dụng tương tự như các dịch vụ mạng LAN không dây hiện nay.Khả năngmạng dịch chuyển là một khả năng để đưa ra truy cập không dây trong các môi trường có số lượng lớn người dichuyển cùng một lộ trình như một nhóm, như trên xe bus hay trên tàu hỏa. Nó được yêu cầu để thực thi các khả năng truy cập vô tuyến để sử dụng tài nguyên vô tuyến một cách hiệu quả.

Ngoài ra, các thiết bị đầu cuối sử dụng trong các hệ thống di độngG có thể hỗ trợ khả năng sử dụng nhiều sóng vô tuyến và khả năng để hình thành mạngad-hoc giữa các thiết đầu cuối. Hơn nữa, các khả năng vô tuyến mới của truy cập vô tuyến mới được đòi hỏi thực thi ở giao diện vô tuyến có tính phổ biến cao.

2.2.2 Mô hình tham chiếu nhìn từ nền tẳng dịch vụ

Mô hình tham chiếu nhìn từ phương diện dịch vụ baogồm 3 yếu tố là các thiết bị di động, cơ sở hạ tầng mạngdi động 4G, và nền tảng dịch được mô tả trên hình 2.2.

Các thiết bị di động thực hiện truyền thông đalường với cơ sở hạ tầng hệ thống di động 4G và hệ thốngmạng khác. Khi một cơ sở hạ tầng hệ thống không thể hoạtđộng trong phạm vi có thể truy cập, truyền thông đa hợpđược thực hiện. Các thiết bị đầu cuối hỗ trợ giao diệnrất phong phú bao gồm đặc tính xem tài liệu điện tử, và

17


các chức năng trợ giúp, ví dụ như nhận diện chữ viết,hình ảnh, giọng nói được xây dựng sẵn.Chúng cũng đượccung cấp chức năng tăng cường tính bảo mật, chức năngtính toán và xác thục, tính năng quản lý bản quyền số vàcảm biến sinh trắc học. Những thiết bị đầu cuối có đặctính cấu hình lại cho phép người dùng tải xuống, thực thivà tùy biến nhiều loại chương trình khác nhau. Một đặcđiểm khác biệt của mô hình này là có nhiều yêu cầu vềchức năng của thiết bị đầu cuối cũng như thiết bị hiệunăng cao.

Cơ sở hạ tầng hệ thống di động 4G triển khai truyềndẫn dung lượng lớn, tốc độ cao và truyền dẫn đa phươngtiện chất lượng cao. Cơ sở hạ tầng có đặc tính thông báoQoS giữa các Nền tảng dịch vụ bao gồm nhiều máy chủ vàtác nhân, cung cấp các đặc tính định vị dựa trên các hệthống thông tin vị trí, việc quản lý quyền truy cập củangười sử dụng thông qua xác thực sinh học cũng như việcquản lý và tham chiếu thông tin cá nhân.Hệ thống cơ sở dữliệu phân tán và các máy phục vụ nội dung chất lượng caođược kết nối với nhau. Do đó quyền truy nhập được điềukhiển bỏi máy chủ được chứng thực, video hoặc nhạc mà đápứng như cầu người sử dụng và khả năng của các thiết bịđầu cuối có thể được phân phối bởi các tác nhân từ máychủ nội dung. Nền tảng dịch vụ cũng được gắn kết với cáchệ thống xã hội.Trong trường hợp có thảm họa xảy ra, hệthống mạng có độ tin cậy cao sẽ được cấu hình để truyềnthông quảng bá về nơi diễn ra thảm họa.Ngoài ra, thiết bịđầu cuối có gắn các bộ cảm biến sinh học sẽ truyền tựđộng thông tin trong các điều kiện khẩn cấp.

Theo khía cạn dịch vụ, mô hình này có thể chia nhỏ hơnthành 3 loại:

- Tính tiện lợi cho người sử dụng18


- Các dịch vụ tiên tiến - Quản lý hệ thống.

Trong 3 loại này, tính tiện dụng cho người dùng và cácdịch vụ tiên tiến được hỗ trợ quản lý hệ thống. Và đámmây trong hình chỉ một nền tảng để đặt các máy chủ và cơsở dữ liệu.Chúng được xây dựng dựa trên 3 tiêu chí cơ sởhạ tầng: “ đa truyền thông chất lượng cao”,”truyền tảivới tốc độ cao và dung lượng lớn” và “QoS/F”.

2.2.2.1 Sự thuận tiện cho người dùng

Mô tả trong hình 2.3,sự thuận tiện cho người sử dụnglà một nhóm liên quan tới việc dễ dàng trong sử dụng, vàbao gồm các đặc tính như giao diện người sử dụng, trợgiúp, khả năng xử ly/thời gian sư dụng/giao diện củathiết bị, và khả năng cấu hình lại thiết bị đầu cuối.Vớigiao diện người sử dụng, yêu cầu phải thực thi sự hiểnthị hình ảnh, giọng nói với chất lượng cao hơn, và đạtđược sự nâng cao về giao diện để đơn giản hóa các thủ tụcnhập thông tin.Các yêu cầu cho các tác nhân bao gồm sựcung cấp các dịch vụ phù hợp với như cầu và hoàn cảnh củangười sử dụng, khả năng để yêu cầu và nhận thông tin vìlợi ích của những người sử dụng, và sự thực hiện đầy đủcủa các đặc tính tác nhân trong các thiết bị đầu cuối,nền dịch vụ và nhà cung cấp dịch vụ.Liên quan tới khảnăng xử lý/thời gian sử dụng/giao diện của thiết bị dầucuối , khả năng xử lý của thiết bị có khả năng truy cậpthông tin đa phương tiện chất lượng cao, thời gian sửdụng lâu hơn giúp người sử dụng không phải quan tâm tớidung lượng của pin, và giao tiếp với nhiều loại thiết bịngoại vi được đưa ra.Khả năng cấu hình lại của thiết bịđầu cuối bao gồm khả năng nâng cấp các phiên bản bằngviệc thêm hoặc thay đổi các đặc tính thiết bị thông qua

19


việc tải phần mêm, và cho phép truy cập qua các giao diệnvô tuyến khác.

2.2.2.2 Các dịch vụ tiên tiến

Các dịch vụ tiên tiến, hình 2.4 là khía canh cóliên quan đến tính hiện đại của dịch vu, và bao gồm cácđặc điểm sau: đa truyền thông chấ lượng cao, đầu vàothông tin, vị tri/định vị, vad cảm biến/điều khiển từ xa.Để cho phép người dùng nhận được dịch vụ tiên tiến chấtlượng cao thông qua các thiết bị di động có khả năng truycập vào cơ sở hạ tầng hệ thông di đông 4G, thông tin môitrường xung quanh người sử dụng sẽ được truyền đi bởi cácthiết bị đầu cuối và dựa trên thông tin này các hệ thốngdịch vụ gia tăng khác nhau sẽ hoạt động tren nền tảngdịch vụ.

20


Hình 2.2. Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ

21


Hình 2.3. Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ: tiện nghingười dùng

22


Hình 2.4. Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ: Dịch vụnâng cao

23


Hình 2.5. Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ quản lý hệthống

2.2.2.3 Quản lý hệ thống

Mô tả trong hình 2.5, quản lý hệ thống là khía cạnhliên quan đến cơ chế hỗ trợ các dịch vụ. Các chúc năngcủa phần này gồm: QoS, bảo mật/xác thực/ủy quyền/thanhtoán, máy chủ từ xa/cơ sở dữ liệu, đặc tính thích ứng môitrường, xã hội. Mô hình quản lý hệ thống này có mục đíchnâng cao tính bảo mật/ xác thực/ tính toán như là nhân tố

24


cốt lõi của các dịch vụ làm nền tảng cho việc triển khaixã hội di động 4G và cung cấp cho hệ thống khả năng khắcphục các loại lỗi khác nhau. Khái niệm QoS ứng dụng phốihợp QoS mạng được sử dụng, do đó truyền dữ liệu liên tụctốc độ cao chống lại sự tắc nghẽ được cung cấp ngay cảtrong điều kiện bất lợi.

2.2.3 Mô hình tham chiếu cơ sở hạ tầng hệ thống

2.2.3.1 Các ví dụ điển hình và giao tiếp cho mạngtruy cập vô tuyến mới

Năm ví dụ điển hình về viễn cảnh trong mạng truycập vô tuyến mới và các ví duej về giao diện cho từngviễn cảnh được thực hiện trong hình 2.6. Trong hình này,R1-R5 cho biết dạng của giao diện vô tuyến, N1-N3 chobiết dạng giao diện mạng.

Viễn cảnh 1 là một ví dụ giới thiệu về khả năngtruy cập vô tuyến mới ở môi trường ngoài trời. Ở múctrung bình, có thể đạt được tốc độ gói vô tuyến nhanh hơnkhi thirts bị đầu cuối gần trạn thu phát gốc (BTS). Viễncảnh 2 là một ví dụ giới thiệu về khả năng truy cập diđộng mới hoặc khả năng truy cập không dây tự do mới ở môitrường trong nhà quy mô rộng chẳng hạn như ở những tòanhà văn phòng rộng hoặc các cửa hàng. Viễn cảnh 2 là mộtví dụ giới thiệ khả năng truy cập không dây tự do mới ởmôi trường trong nhà quy mô nhỏ như nhà riêng. Viễn cảnh4 là ví dụ giới thiệu về khả năng mạng di chuyển.Trong vídụ này các nút mạng di chuyển (MNN) sẽ được cài đặt trongcác đối tượng chuyển động ví dụ như tàu hỏa, xe bus để cóthể truyền thông giữa các trạm cơ sở và trạm di động quacác MNN. Viễn cảnh 5 là ví dụ về định dạng của một mô

25


hình ad-hoc ở giữa các trạm di động, các trạm di động đượctrang bị giao diện vô tuyến R5 cho phép truyền thông vôtuyến giữa các trạm di động. Chú ý rằng, những trường hợpđược giới thiệu này chỉ đơn thuần là một vài ví dụ tronghệ thống di động 4G, vì vậy có thể định dạng mạng kết nốiđa chặng bằng cách kết nốt các trạm cơ sở bằng sự kết nốivô tuyến là hoàn toàn có thể hiểu được.

Hình 2.6.Giao diện vô tuyến và ngữ cảnh thực tế của truycập vô tuyến mới

Thêm vào đó, sẽ có những đòi hỏi lớn để thiết kế và phát triển 5 giao diện vô tuyến này có mức độ phổ dụng cao, để các thiết bị đầu cuối của hệ thống di động 4G có thể dễ dàng điều khiển khả năng đa sóng vô tuyến và có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau trong nhiều môi trường khác nhau.

26


2.2.3.2 Cấu hình chức năng cho các nút/thiết bị đầu cuối trong hệ thống di động 4G

Hình 2.7 mô tả các ví dụ về cấu hình chức năng cho các nút/các thiết bị đầu cuối trong các hệ thống di động 4G.Xem xét như là các lớp chức năng, dịch vụ và ứng dụng (F5), hỗ trợ dịch vụ (F4), điều khiển mạng và truyền tải (F3), quản lý tài nguyên và đường kết nối (F2) và các chức năng truy cập không dây (F1) được định nghĩa. F5-F3 tương ứng với dịch vụ và miền ứng dụng, nền tảng dịch vu,mạng lõi chuyển mạch gói thuộc hình 2.1 tương ứng với nóimà F5,F4 ứng với trong miền truy cập sóng vô tuyến mới.

Hình 2.7. Ví dụ về cấu hình chức năng cho các nút/các thiết bị đầu cuối

27


CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC MẠNG LÕI CỦA MẠNG DI ĐỘNG 4G-LTE

3.1 Công nghệ LTE

Hệ thống LTE phát triển trên nền tảng GSM/UTMS , là mộttrong những công nghệ tiềm năng nhất cho truyền thông 4G(hệ thống tiền 4G). Kiến trúc mạng mới được thiết kế vớimục tiêu cung cấp lưu lượng chuyển mạch gói với dịch vụchất lượng, độ trễ tối thiểu. Hệ thống sử dụng băng thônglinh hoạt nhờ vào mô hình đa truy cập OFDMA và SC-FDMA.Thêm vào đó, FDD (Frequency Division Duplexing) và TDD(Time Division Duplexing), bán song công FDD cho phépcác UE có giá thành thấp. Không giống như FDD, bán songcông FDD không yêu cầu phát và thu tại cùng thời điểm.Điều này làm giảm giá thành cho bộ song công trong UE.Truy cập tuyến lên dựa vào đa truy cập phân chia theo tầnsố đơn sóng mang (Single Carrier Frequency Divisionmultiple Access SC-FDMA) cho phép tăng vùng phủ tuyến lênlàm tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình thấp(Peak-to-Average Power Ratio PAPR) so với OFDMA. Khi cảithiện tốc độ dữ liệu đỉnh, hệ thống LTE sử dụng hai đếnbốn lần hệ số phổ cell so với hệ thống HSPA Release 6.

Đặc tính cơ bản của hệ thống LTE :

-Hoạt động ở băng tần : 700 MHz-2,6 GHz.

-Tốc độ:

• DL : 100Mbps( ở BW 20MHz)

• UL : 50 Mbps với 2 aten thu một anten phát.

-Độ trễ : nhỏ hơn 5ms

-Độ rộng BW linh hoạt : 1,4MHz; 3MHz; 5MHz; 10MHz; 15MHz;20MHz. Hỗ trợ cả 2 trường hợp độ dài băng lên và băngxuống bằng nhau hoặc không.

28


-Tính di động : Tốc độ di chuyển tối ưu là 0-15 km/hnhưng vẫn hoạt động tốt với tốc độ di chuyển từ 15-120km/h, có thể lên đến 500 km/h tùy băng tần.

-Phổ tần số:

• Hoạt động ở chế độ FDD hoặc TDD

• Độ phủ sóng từ 5-100 km

• Dung lượng 200 user/cell ở băng tần 5Mhz.

-Chất lượng dịch vụ :

• Hỗ trợ tính năng đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS.

• VoIP đảm bảo chất lượng âm thanh tốt, trễ tối thiểuthông qua mạng UTMS

Thông số vật lí :

29


3.2 Cấu trúc của LTE.

Sự khác nhau giữa SAE và LTE

Hình 3.1. Cấu trúc của UMTS và LTE

Trước tiên ta xem sự khác nhau về cấu trúc của UTMS vàLTE. Song song với truy nhập vô tuyến LTE, mạng gói lõicũng đang cải tiến lên cấu trúc tầng SAE. Cấu trúc mớinày được thiết kế để tối ưu hiệu suất mạng, cải thiệnhiệu quả chi phí và thuận tiện thu hút phần lớn dịch vụtrên nền IP.

Có nhiều loại chức năng khác nhau trong mạng tế bào. Dựavào chúng, mạng có thể được chia thành hai phần: mạngtruy nhập vô tuyến và mạng lõi. Những chức năng như điềuchế, nén, chuyển giao thuộc về mạng truy nhập. Còn nhữngchức năng khác như tính cước hoặc quản lý di động làthành phần của mạng lõi. Với LTE, mạng truy nhập là E-UTRAN và mạng lõi là EPC.

30


Mục đích chính của LTE là tối thiểu hóa số node. Vì vậy,người phát triển đã chọn một cấu trúc đơn node. Trạm gốcmới phức tạp hơn NodeB trong mạng truy nhập vô tuyếnWCDMA/HSPA, và vì vậy được gọi là eNodeB (Enhance NodeB). Những eNodeB có tất cả những chức năng cần thiết chomạng truy nhập vô tuyến LTE, kể cả những chức năng liênquan đến quản lý tài nguyên vô tuyến.

Giao diện vô tuyến sử dụng trong E-UTRAN bây giờ chỉ cònlà S1 và X2. Trong đó S1 là giao diện vô tuyến kết nốigiữa eNodeB và mạng lõi. S1 chia làm hai loại là S1-U làgiao diện giữa eNodeB và SAE –GW và S1-MME là giao diệngiữa eNodeB và MME. X2 là giao diện giữa các eNodeB vớinhau.

Hình 3.2. Cấu trúc hệ thống di động 4G-LTE

31


Mạng lõi: mạng lõi mới là sự mở rộng hoàn toàn của mạnglõi trong hệ thống 3G, và nó chỉ bao phủ miền chuyển mạchgói. Vì vậy, nó có một cái tên mới : Evolved Packet Core(EPC).

Cùng một mục đích như E-UTRAN, số node trong EPC đã đượcgiảm. EPC chia luồng dữ liệu người dùng thành mặt phẳngngười dùng và mặt phẳng điều khiển. Một node cụ thể đượcđịnh nghĩa cho mỗi mặt phẳng, cộng với Gateway chung kếtnối mạng LTE với internet và những hệ thống khác. EPC gồmcó một vài thực thể chức năng.

- MME (Mobility Management Entity): chịu trách nhiệm xửlý những chức năng mặt bằng điều khiển, liên quan đếnquản lý thuê bao và quản lý phiên.

- Gateway dịch vụ (Serving Gateway): là vị trí kết nốicủa giao tiếp dữ liệu gói với EUTRAN. Nó còn hoạt độngnhư một node định tuyến đến những kỹ thuật 3GPP khác.

- P-Gateway (Packet Data Network): là điểm đầu cuối chonhững phiên hướng về mạng dữ liệu gói bên ngoài. Nó cũnglà Router đến mạng Internet.

- PCRF (Policyand Charging Rules Function): điều khiểnviệc tạo ra bảng giá và cấu hình hệ thống con đa phươngtiện IP IMS (the IP Multimedia Subsystem) cho mỗi ngườidùng.

- HSS (Home Subscriber Server): là nơi lưu trữ dữ liệucủa thuê bao cho tất cả dữ liệu của người dùng. Nó là cơsở dữ liệu chủ trung tâm trong trung tâm của nhà khaithác.

Các miền dịch vụ bao gồm IMS (IP Multimedia Sub-system)dựa trên các nhà khai thác, IMS không dựa trên các nhàkhai thác và các dịch vụ khác. IMS là một kiến trúc mạng

32


nhằm tạo sự thuận tiện cho việc phát triển và phân phốicác dịch vụ đa phương tiện đến người dùng, bất kể là họđang kết nối thông qua mạng truy nhập nào. IMS hỗ trợnhiều phương thức truy nhập như GSM, UMTS, CDMA2000, truynhập hữu tuyến băng rộng như cáp xDSL, cáp quang, cáptruyền hình, cũng như truy nhập vô tuyến băng rộng WLAN,WiMAX. IMS tạo điều kiện cho các hệ thống mạng khác nhaucó thể tương thích với nhau. IMS hứa hẹn mang lại nhiềulợi ích cho cả người dùng lẫn nhà cung cấp dịch vụ. Nó đãvà đang được tập trung nghiên cứu cũng như thu hút đượcsự quan tâm lớn của giới công nghiệp. Tuy nhiên IMS cũnggặp phải những khó khăn nhất định và cũng chưa thật sự đủđộ chín để thuyết phục các nhà cung cấp mạng đầu từ triểnkhai nó. Kiến trúc IMS được cho là khá phức tạp với nhiềuthực thể và vô số các chức năng khác nhau.

Cấu trúc LTE liên kết với mạng khác:

Hình 3.3. Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP

33


Hình 3.4. Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP vàkhông phải 3GPP

Hình 3.5. Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP vàliên mạng với CDMA 2000

3.3 Các kênh sử dụng trong E-UTRAN 34


Kênh vật lý : các kênh vật lý sử dụng cho dữ liệungười dùng bao gồm:

-PDSCH (Physical Downlink Shared Channel) : phụ tảicó ích (payload)

-PUSCH (Physical Uplink Shared Channel) : PUSCHđược dùng để mang dữ liệu người dùng. Các tàinguyên cho PUSCH được chỉ định trên mộtsubframe cơ bản bởi việc lập biểu đường lên. Các sóngmang được chỉ định là 12 khối tài nguyên (RB) và cóthể nhảy từ subframe này đến subframe khác. PUSCH cóthể dùng các kiểu điều chế QPSK, 16QAM, 64QAM.

-PUCCH(Physical Uplink Control Channel): cóchức năng lập biểu, ACK/NAK.

-PDCCH(Physical Downlink Control Channel): lập biểu,ACK/NAK.

-PBCH(Physical Broadcast Channel): mang các thôngtin đặc trưng của cell.

Kênh logic : được định nghĩa bởi thông tin nó mangbao gồm:

-Kênh điều khiển quảng bá (BCCH) : Được sử dụng đểtruyền thông tin điều khiển hệ thống từ mạng đến tấtcả máy di động trong cell. Trước khi truy nhập hệthống, đầu cuối di động phải đọc thông tin phát trênBCCH để biết được hệ thống được lập cấu hình như thếnào, chẳng hạn băng thông hệ thống.

-Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH) : được sử dụng để tìmgọi các đầu cuối di động vì mạng không thể biết được

35


vị trí của chúng ở cấp độ ô và vì thế cần phát cácbản tin tìm gọi trong nhiều ô (vùng định vị).

-Kênh điều khiển riêng (DCCH) : được sử dụng đểtruyền thông tin điều khiển tới/từ một đầu cuối diđộng. Kênh này được sử dụng cho cấu hình riêng củacác đầu cuối di động chẳng hạn các bản tin chuyểngiao khác nhau.

-Kênh điều khiển đa phương (MCCH) : được sử dụng đểtruyền thông tin cần thiết để thu kênh MTCH.

-Kênh lưu lượng riêng (DTCH) : được sử dụng để truyềnsố liệu của người sử dụng đến/từ một đầu cuối diđộng. Đây là kiểu logic được sử dụng để truyền tất cảsố liệu đường lên của người dùng và số liệu đườngxuống của người dùng không phải MBMS.

-Kênh lưu lượng đa phương (MTCH) : Được sử dụng đểphát các dịch vụ MBMS.

Kênh truyền tải : bao gồm các kênh sau:

-Kênh quảng bá (BCH) : có khuôn dạng truyền tải cốđịnh do chuẩn cung cấp.

- Nó được sử dụng để phát thông tin trên kênh logic.

-Kênh tìm gọi (PCH) : được sử dụng để phát thông tintìm gọi trên kênh PCCH, PCH hỗ trợ thu không liên tục(DRX) để cho phép đầu cuối tiết kiệm công suất ắc quybằng cách ngủ và chỉ thức để thu PCH tại các thờiđiểm quy định trước

-Kênh chia sẻ đường xuống (DL-SCH) : là kênh truyềntải để phát số liệu đường xuống trong LTE. Nó hỗ trợ

36


các chức năng của LTE như thích ứng tốc độ động vàlập biểu phụ thuộc kênh trong miền thời gian và miềntần số. Nó cũng hổ trợ DRX để giảm tiêu thụ công suấtcủa đầu cuối di động mà vẫn đảm bảo cảm giác luôn kếtnối giống như cơ chế CPC trong HSPA. DL-DCH TTI là1ms.

-Kênh đa phương (MCH) : được sử dụng để hỗ trợ MBMS.Nó được đặc trưng bởi khuôn dạng truyền tải bán tĩnhvà lập biểu bán tĩnh. Trong trường hợp phát đa ô sửdụng MBSFN, lập biểu và lập cấu hình khuôn dạngtruyền tải được điều phối giữa các ô tham gia phátMBSFN.

3.4 Giao thức của LTE (LTE Protocols)

Ở LTE chức năng của RLC đã được chuyển vào eNodeB,cũng như chức năng của PDCP với mã hóa và chèn tiêuđề. Vì vậy, các giao thức liên quan của lớp vô tuyếnđược chia trước đây ở UTRAN là giữa NodeB và RNC bâygiờ chuyển thành giữa UE và eNodeB.

Hình 3.6. Giao thức của UTRAN

37


Hình 3.7. Giao thức của E-UTRAN

Hình 3.8. Phân phối chức năng của các lớp MAC, RLC, PDCP

Chức năng của MAC(Medium Access Control) bao gồm :

-Lập biểu

-Điều khiển ưu tiên (Priority handling)

38


-Ghép nhiều kênh logic khác nhau trên một kênh truyền đơnRLC

Chức năng của PDCP bao gồm:

-Mã hóa (ciphering)

-Chèn tiêu đề

39


KẾT LUẬN

Công nghệ 4G- LTE là một công nghệ mới, đã và đang đượctiếp tục nghiên cứu và

triển khai trên toàn thế giới, với khả năng truyền tảitốc độ cao kiến trúc mạng đơn

giản , sử dụng băng tần hiệu quả và hoàn toàn tương thíchvới các hệ thống GSM &

WCDMA và dựa trên một mạng toàn IP. 4G-LTE có thể trởthành hệ thống thông tin di động toàn cầu trong tươnglai. Vì vậy việc tìm hiểu về công nghệ LTE là cần thiếtvà có ý nghĩa thực tế.

Đề tài đề cập một cách tổng quan về công nghệ 4G- LTE,trọng tâm gồm các phần :

Tổng quan về hệ thống thông tin di động Tổng quan về mạng di đông 4G-LTE Cấu trúc mạng lõi của mạng di động 4G-LTE

40


BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT

1G One Generation Cellular Hệ thống thông tin diđộng thế hệ thứ nhất

2G Second GenerationCellular

Hệ thống thông tin diđộngthế hệ thứ hai

3G Third GenerationCellular

Hệ thống thông tin diđộngthế hệ thứ ba

4G Four Generation Cellular Hệ thống thông tin diđộngthế hệ thứ tư

3GPP Third Generation Patnership Project

Dự án hợp tác thế hệ 3

ACK Acknowledgement Tín hiệu xác nhậnBCCH Broadcast Control

ChannelKênh điều khiển quảngbá

BCH Broadcast Channel Kênh quảng báBW Band Width Băng thôngCDMA Code Division Multiple

AccessĐa truy cập phân chiatheo mã

41


CAPEX Capital Expenditure Chi phí vốnDL-SCH Downlink Share Channel Kênh chia sẻ đường

xuốngDL Downlink Hướng xuốngEDGE EnhanceData rates for

GSM EvolutionTốc độ dữ liệu tăng cường cho mạng GSM cải tiến

E-UTRAN Evolved UMTS TerrestrialRadio Access

Mạng truy nhập vô tuyến cải tiến

EPC Evolved Packet Core Mạng lõi góiENodeB Enhance NodeB NodeB cải tiếnFDMA Frequency Division

Multiple AccessĐa truy cập phân chiatheo tần số

FDD Frequency Division Duplexing

Ghép kênh phân chia theo tần số

FEC Forward Error Correction Sửa lỗi hồi tiếpGSM Global System for Mobile Hệ thống di động toàn

cầuGERAN GSM/EDGE Radio Access

NetworkMạng truy nhập vô tuyến GSM/EDGE

GPRS General Packet Radio Service

Dịch vụ gói vô tuyến thông dụng

GI Guard Interval Khoảng bảo vệHSDPA High Speed Downlink

Packet AccessTruy nhập gói đường xuống tốc độ cao

HDTV High Definition Television

Tivi có độ phân giải cao

HSOPA High Speed OFDM Packet Access

Truy cập gói OFDM tốcđộ cao

HO Handover Chuyển giaoHSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ

caoHSS Home Subscriber Server Quản lý thuê baoITU International

Telecommunication UnionĐơn vị viễn thông quốc tế

IP Internet Protocol Giao thức internetIMS IP Multimedia Sub-system Hệ thống đa phương

tiện sử dụng IPISI Inter-Symbol

InterferenceNhiễu liên ký tự

IFFT Inverse Fast Fourier Biến đổi Fourier 42


Transform ngượcLTE Long Term Evolution Tiến hóa dài hạnMS Mobile Station Trạm di độngBTS Base Station Base StationMIMO Multi Input Multi Output Đa ngõ vào đa ngõ raMME Mobility Management

EntityQuản lý tính di động

MAC Medium Access Control Điều khiển trung nhậptrung bình

MU-MIMO Multi User – MIMO Đa người dung – Đa ngõ vào đa ngõ ra

MoU Minutes of Using Thời gian sử dụngMCS Modulation Coding Scheme Kỹ thuật mã hóa và

điều chếOFDM Orthogonal Frequency

Division MultipleGhép kênh phân chia theo tần số trực giao

OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số trựcgiao

PCH Paging Channel Kênh tin nhắnPDSCH Physical Downlink Shared

ChannelKênh vật lý chia sẻ đường xuống

PUCCH Physical Uplink Control Channel

Kênh vật lý điều khiển đường lên

PBCH Physical Broadcast Channel

Kênh vật lý quảng bá

PCCH Paging Control Channel Paging Control Channel

QoS Quality of Services Chất lượng dịch vụRLC Radio Link Control Điều khiển kết nối vô

tuyếnRB Resource Block Khối tài nguyênRE Resource Element Thành phần tài nguyênRSRP Reference Signal Receive

PowerCông suất thu tín hiệu tham khảo

RS Reference Signal Tín hiệu tham khảoSDR Software - Defined Radio Phần mềm nhận dạng vô

tuyếnSNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên

nhiễu

43


SC-FDMA Single Carrier FrequencyDivision multiple Access

Đa truy cập phân chiatheo tần số trực giaođơn sóng mang

SMS Short Message Service Tin nhắn ngắnSAE System Architecture

EnhanceCấu trúc hệ thống tăng cường

SGSN Serving GPRS Support Node

Nút cung cấp dịch vụ GPRS

SU-MIMO Single User Multi Input Multi Output

Đơn user-Đa ngõ vào đa ngõ ra

TDMA Time Division Multiple Access

Đa truy cập phân chiatheo thời gian

UMB Ultra Mobile Broadband Di động băng rộng mở rộng

UL Uplink Đường lênUTRAN UTMS Terrestrial Radio

Access NetworksMạng truy nhập vô tuyến mặt đất

UTMS Universal Telecommunication Mobile

Hệ thống thông tin diđộng

UE System User Equipment Thiết bị người dùng (Di động)

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

Đa truy cập phân chiatheo mã băng rộng

WAP Wireless Applicaion protocol

Giao thức ứng dụng không dây

44


DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “ Thông tin di động thế hệthứ 3” , học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông,2002.

2. TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng- Lộ trình phát triển 3G lên4G

3. Phan Minh Đức- Kỹ thuật điều chế đa sóng mang 4. Tác giả: TS. Đặng Đình Lâm, TS. Chu Ngọc Anh, ThS.

Nguyễn Phi Hùng, ThS. Hoàng Anh – Nhà xuất bản khoahọc kỹ thuật – 2004.- Hệ thống thông tin di động 3Gvà xu hướng phát triển

5. http://vi.wikipedia.org/wiki/4G 6. http://vi.wikipedia.org/wiki/LTE 7. http://www.thongtincongnghe.com/article/3121

45

http://www.thongtincongnghe.com/article/3121

http://vi.wikipedia.org/wiki/LTE

http://vi.wikipedia.org/wiki/4G

báo cáo thực tập

Documents