Tài liệu Chuyển giao trong mạng lte (4g)

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học TRANG PHỤ BÌA LUẬN VĂN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------Họ và tên tác giả luận văn VŨ THANH TÙNG TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG LTE (4G) Chuyên ngành: Kĩ thuật Viễn thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT KĨ THUẬT VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. TS. PHẠM DOÃN TĨNH Hà Nội – Năm 2015 1 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật này là do tôi nghiên cứu và được thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy TS. Phạm Doãn Tĩnh. Ngoài nội dung tự nghiên cứu tôi có tham khảo thêm nội dung từ các nguồn tài liệu cũng như các công trình nghiên cứu khoa học khác được trích dẫn đầy đủ. Nếu có vấn đề về sai phạm bản quyền, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Nhà trường. Hà Nội, tháng 10 năm 2015 Học viên Vũ Thanh Tùng 2 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được luận văn này em xin chân thành cảm ơn sâu sắc thầy giáo TS.Phạm Doãn Tĩnh đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đúng tiến độ đề ra, hoàn thành theo đề cương đã được Viện Điện tử - Viễn thông phê duyệt. Đồng thời em chân thành cảm ơn cô PGS.TS Nguyễn Việt Hương, các thầy/cô ở Viện Điện tử - Viễn thông, các bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ em tận tình, trao đổi tài liệu, trao đổi kinh nghiệm, kĩ năng cho việc hoàn thành luận văn. Hà Nội, tháng 10 năm 2015 Học viên Vũ Thanh Tùng 3 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 2G 3G 3GPP 4G CoS FDD FDMA GERAN GPRS GSM HARQ HSDPA HSPA HSS HSUPA IEEE IMS IMT-2000 I-RAT I-SHO KPI LTE MAC MCH MCS MIMO MME MTU NACK NAS NRT OFDM OFDMA PAPR PCEF PCH Second Generation Third Generation Third Generation Partnership Project Fourth Generation Classify of Service Frequency Division Duplex Frequency Division Multiple Access GSM EDGE Radio Access Network General Packet Radio Service Global System for Mobile Hybrid Automatic Repeat Request High Speed Downlink Packet Access High Speed Packet Access Home Subscriber Server High Speed Uplink Packet Access Institute of Electrical and Electronics Engineer Internet Multimedia Subsystem International Mobile Telecommunication 2000 Inter Radio Access Technology Inter-System Handover Key Performance Index Long Term Evolution Medium Access Control Multicast Channel Modulation and Coding Scheme Multiple Input Multiple Output Mobility Management Entity Maximum Transfer Unit Negative Acknowledgement Non-Access Stratum Non Real Time Orthogonal Frequency Division Multiplexing Orthogonal Frequency Division Multiple Access Peak to Average Power Ratio Policy Control Enforcement Paging Channel 4 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học PCI PCRF PDCCH PDCP PDU PLMN PUCCH QCI QoS RAB RACH RLC RSCP RSRP RT SAE SC-FDMA TCP/IP TDMA TM TTI TTL TTT UL-SCH UM USIM UTRAN WCDMA Physical Cell Identification Policy & Charge Rules Function Physical Downlink Control Channel Packet Data Convergence Protocol Payload Data Units Public Land Mobile Network Physical Uplink Control Channel QoS Class Indicator Quality of Service Radio Access Bearer Random Access Channel Radio Link Control Received Scrambling Code Power Reference Signal Received Power Real Time System Architecture Evolution Single Carrier - Frequency Division Multiple Access Transport Control Protocol/Internet Protocol Time Division Multiple Access Transparent Mode Transmit Time Interval Time To Live Time to Trigger Uplink Shared Channel Unacknowledgement Mode Universal Subscriber Identity Module UMTS Terrestrial Radio Access Network Widthband Code Division Multiple Access 5 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình 1.10 Hình 1.11 Hình 1.12 Hình 1.13 Hình 1.14 Hình 1.15 Hình 1.16 Hình 1.17 Hình 1.18 Hình 1.19 Hình 1.20 Hình 1.21 Hình 1.22 Hình 1.23 Hình 1.24 Hình 1.25 Hình 1.26 Hình 1.27 Hình 1.28 Hình 1.29 Hình 1.30 Hình 1.31 Hình 1.32 Hình 1.33 Hình 1.34 Hình 1.35 Hình 1.36 Tiến trình phát triển của mạng di động Danh mục thiết bị LTE – các mục UE của Release 8 (LTE) H.3. Sơ đồ vật lý tổng quan của mạng 3G Chế độ R99_Cell-DCH Chế độ R99_Cell-FACH Các trạng thái của UE Các trạng thái của LTE Các dịch vụ 3G và các lớp QoS Nguyên tắc cơ bản của R5 Các đặc điểm kĩ thuật của dịch vụ HSDPA Nguyên tắc cơ bản của R6 Công nghệ MIMO và 16 QAM của dịch vụ HSPA+ Công nghệ MIMO và 64 QAM của dịch vụ HSPA+ Cơ chế thu/phát của mạng LTE Cơ chế thu/phát của mạng LTE chú trọng tới mào đầu Giới hạn khả năng công nghệ mạng di động thế hệ mới Biểu đồ phát triển của băng thông Sơ đồ vật lý của mạng LTE Các phương pháp đa truy nhập Truyền dẫn mạng LTE Cấu trúc mạng cơ bản LTE Topology của mạng LTE 1 Topology của mạng LTE 2 Mạng LTE Core (EPC) Topology kết nối Roaming Mặt bằng thuê bao (User Plane) của LTE Chuối bản tin thiết lập kết nối Các thủ tục thiếp lập RAB Chuyển mạch từ Serving-Gateway mới tới PDN-Gateway Cấp phát QoS và TFT từ PDN-Gateway tới Serving-Gateway Lọc gói cho các dịch vụ mang và ánh xạ giữa LTE-Uu và S1-U Thiết lập dịch vụ mang từ mạng (IMS) Các dịch vụ mang của giao diện LTE-Uu và S1-U Thông tin về QCI Mặt bằng người sử dụng HSS 6 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học Hình 1.37 Hình 1.38 Hình 1.39 Hình 1.40 Hình 1.41 Hình 1.42 Hình 1.43 Hình 1.44 Hình 1.45 Hình 1.46 Hình 1.47 Hình 1.48 Hình 1.49 Hình 1.50 Hình 1.51 Hình 1.52 Hình 1.53 Hình 1.54 Hình 1.55 Hình 1.56 Hình 1.57 Hình 1.58 Hình 1.59 Hình 1.60 Hình 1.61 Hình 1.62 Hình 1.63 Hình 1.64 Hình 1.65 Hình 1.66 Hình 1.67 Hình 1.68 Hình 1.69 Hình 1.70 Hình 1.71 Hình 1.72 Hình 1.73 Hình 1.74 PDN-Gateway PDN-Gateway kết nối với mạng không tuân theo 3GPP Các giao thức NAS giữa UE và MME Nguyên tắc dùng chung MME Nguyên lý chia sẻ mạng core Chức năng của UE (User Plane) Chức năng của eNodeB (User Plane) Giao thức mạng TCP/IP Giao thức TCP Mô hình tham chiếu OSI Sơ đồ vật lý kết nối với FTP Server Giao thức lớp ứng dụng mô hình TCP/IP Thông tin của giao thức UDP 1 Thông tin của giao thức UDP 2 Giao thức Ping 1 Giao thức Ping 2 Giao thức Ping không thành công Kết quả test Latency (RTT) của mạng LTE Liên kết các mạng TCP/IP Giao thức IP MTU của mạng TCP/IP Sự phân mảnh trong mạng TCP/IP Time to Live (TTL) Địa chỉ IP v4 Địa chỉ IP số thập phân Phân lớp địa chỉ IP Các địa chỉ IP đặc biệt Mạng IP Giao thức IPv6 Cấu trúc của địa chỉ IPv6 Giao thức IPv4 Type of Service Differentiated Services So sánh giao thức IPv4 và IPv6 DSCP ECN Phân loại và đánh dấu gói tin Các dịch vụ khác nhau (DiffServ) Expedite Forwarding PHB 7 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học Hình 1.75 Hình 1.76 Hình 1.77 Hình 1.78 Hình 1.79 Hình 1.80 Hình 1.81 Hình 1.82 Hình 1.83 Hình 1.84 Hình 1.85 Hình 1.86 Hình 1.87 Hình 1.88 Hình 1.89 Hình 1.90 Hình 1.91 Hình 1.92 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 2.13 Hình 2.14 Hình 2.15 Hình 2.16 Hình 2.17 Hình 2.18 Hình 2.19 Hình 2.20 Best Effort Weight Fair Queueing Các phương thức đa truy nhập OFDM và OFDMA Các kĩ thuật Antenna tiên tiến (MIMO) SDMA Phân tập trễ theo chu trình FDD TDD Các Subframe đặc biệt trong chế độ TDD Ấn định các subframe trong LTE TDD Các độ rộng băng thông sóng mang Các band E-UTRA và độ rộng băng thông của kênh Cấu trúc khe và các nguồn tài nguyên vật lý Số lượng của các RB trong băng thông truyền Thành phần nguồn (RE) Đa đường truyền kết hợp OFDMA cho đường xuống SC-FDMA cho đường lên Các trạng thái của LTE_UE LTE HO tới mạng 2G và 3G UE bật nguồn Quản lý di động EPS Cập nhật vùng định vị Các bản tin của thủ tục TAU IMSI và S-TMSI Thủ tục yêu cầu RRC Connection Thiết lập SAE dành riêng Thiết lập RRC Connected khi có bản tin tìm gọi Cấu trúc kênh sử dụng trong chế RRC Idle (Idle mode) Trạng thái cell và lớp truy nhập Các tín hiệu tham chiếu của RSRP Kênh P-SCH và S-SCH Chu trình của UE từ lúc bật máy đến RRC Idle Thủ tục và tiêu chuẩn tính của Cell Reselection Nguyên lý của Cell Reselection Các trạng thái E-UTRA và các thủ tục di động inter-RAT Thủ tục kích hoạt HO Báo hiệu intra-LTE HO, inter-eNodeB 8 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học Hình 2.21 Hình 2.22 Hình 2.23 Hình 2.24 Hình 2.25 Hình 2.26 Hình 2.27 Hình 2.28 Hình 3.1 Hình 3.2 Cấu trúc roaming cho mạng truy nhập intra-3GPP Inter-RAT HO từ E-UTRAN tới UTRAN, giai đoạn chuẩn bị Inter-RAT HO từ E-UTRAN tới UTRAN, giai đoạn thực hiện Thuật toán quyết định chuyển giao cứng OptimizeRatio của thuật toán chuyển giao cứng OptimizeRatio của thuật toán chuyển giao tích hợp OptimizeRatio của thuật toán chuyển giao có sự ràng buộc RSRP trung bình Số cuộc chuyển giao trung bình của UE bình trong một đơn vị thời gian Tỷ lệ sử dụng smartphone ở một số quốc gia Sản lượng bán ra và thị phần của 05 thương hiệu Tablet hàng đầu ở VN DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 2.3 Bảng 2.4 Bảng 2.5 Bảng 2.6 Bảng 2.7 Các bối cảnh di động của UE Báo cáo đo kích hoạt sự kiện cho E-UTRA và inter-RAT Các tham số đánh giá thuật toán quyết định HO Đánh giá thuật toán quyết định chuyển giao cứng Đánh giá thuật toán quyết định chuyển giao tích hợp Đánh giá thuật toán quyết định chuyển giao có sự ràng buộc RSRP trung bình Tổng hợp kết quả đánh giá thuật toán quyết định HO 9 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LUẬN VĂN ....................................................................................................................... 1 LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................................................. 2 LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................................................... 3 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................................................ 4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ........................................................................................................................... 6 DANH MỤC CÁC BẢNG....................................................................................................................................... 9 MỤC LỤC....................................................................................................................................................... 10 LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................................................................. 12 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM KĨ THUẬT CỦA MẠNG LTE (4G)...... 14 1.1. Giới thiệu về mạng LTE: .................................................................................................................... 14 1.2. Cấu trúc mạng LTE:......................................................................................................................... 31 1.3. Tổng quan về mạng IP Core: ............................................................................................................ 50 1.4. Giao diện vô tuyến cơ bản của mạng LTE: ........................................................................................ 77 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG THỨC CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG LTE (4G) .................................................. 91 2.1. Các bối cảnh di động của thuê bao: ................................................................................................. 91 2.2. Quản lý sự di động thuê bao trong trạng thái RRC Idle: ................................................................. 93 2.2.1. Các trạng thái của UE: .............................................................................................................. 93 2.2.2. UE bật nguồn (UE Power-up): ................................................................................................. 94 2.2.3. Các chế độ chức năng của LTE – MME: ................................................................................. 97 2.2.4. Các trạng thái RRC của mạng LTE (RRC States): .................................................................. 99 2.2.5. Công suất thu tín hiệu tham chiếu (Reference Signal Received Power _RSRP): .................... 103 2.2.6. Thủ tục Cell Reselection: ........................................................................................................ 105 2.3. Quản lý sự di động thuê bao trong trạng thái RRC Connected (Handover): ................................ 107 2.3.1. Khái niệm và mục đích của HO:.............................................................................................. 107 2.3.2. Các nền tảng cho HO ............................................................................................................. 108 2.3.3. Chuyển giao Intra-LTE: ......................................................................................................... 109 2.3.4. Inter-RAT LTE Handover:..................................................................................................... 113 2.3.5. Các KPI cơ bản để đánh giá chất lượng của HO trong LTE: .................................................... 120 2.3.6. Thuật toán quyết định HO:..................................................................................................... 121 10 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học CHƯƠNG 3: TƯƠNG LAI SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ LTE TRÊN THẾ GIỚI VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LTE Ở VIỆT NAM....................................................................................................................................................... 131 3.1. Tương lai sử dụng công nghệ LTE trên thế giới: ............................................................................. 131 3.1.1. Tương lai phát triển công nghệ LTE của các nhà mạng trên thế giới:..................................... 131 3.1.2. Xu hướng phát triển thiết bị LTE: .......................................................................................... 132 3.1.3. Xu hướng phát triển thiết bị đầu cuối thông minh: ................................................................ 133 3.2. Tương lai ứng dụng công nghệ LTE ở Việt Nam: ......................................................................... 134 3.2.1. Đánh giá về triển vọng sử dụng thiết bị di động cầm tay ở Việt Nam: ................................... 134 3.2.2. Thực trạng công nghệ LTE tại Việt Nam: ................................................................................. 137 KẾT LUẬN ................................................................................................................................................... 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................................. 143 11 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học LỜI MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong những năm đầu thế kỉ thứ XXI, cùng với sự phát triển như vũ bão của số lượng thuê bao di động cũng là sự phát triển không ngừng các nhu cầu đỏi hỏi về chất lượng dịch vụ và tốc độ sử dụng dịch vụ ngày càng cao hơn, thuê bao có thể sử dụng nhiều ứng dụng tốt trên nền tảng thiết bị di động thông minh (smartphone). Nhu cầu đòi hỏi đó là tất yếu khi trình độ tri thức của con người ngày càng phát triển, xã hội ngày một tiến bộ, kinh tế tri thức với nền tảng hạ tầng công nghệ thông tin tiên tiến đã đi sâu vào cuộc sống xã hội. Do đó, mạng điện thoại di động thế hệ thứ 4 (4G) ra đời là tất yếu để đáp ứng được những nhu cầu bức thiết của đời sống xã hội, của thuê bao. Đó cũng là sự phát triển theo trình tự logic tất yếu từ mạng di động thế hệ thứ nhất (1G) tới mạng di động thế hệ thứ 2 (2G), mạng di động thệ hệ thứ 3 (3G) và mạng di động thế hệ thứ 4 (4G). Mạng di động 4G là sự kế thừa những ưu điểm vượt trội của các mạng di động thế hệ trước và bổ sung cho mình những ưu điểm tốt hơn để đáp ứng được đòi hỏi của xã hội và thuê bao trong xu thế toàn cầu hóa và kết nỗi thông tin nhanh ở khắp mọi nơi trên thế giới. Một số ưu điểm của mạng thế hệ 4G đó là băng thông rộng hơn và hiệu quả sử dụng băng thông tốt hơn, chất lượng dịch vụ tốt và vùng phủ rộng, tốc độ truyền dữ liệu cao và ổn định có thể truyền dữ liệu cho các dịch vụ đòi hỏi độ nét cao, tích hợp các thiết bị ở nhiều phân lớp khác nhau trên nền tảng công nghệ chuyển mạch gói IP. Vận hành dễ dàng và triển khai mạng lưới nhanh, hiệu quả, tiết kiệm chi phí. Qua phân tích ở trên ta có thể thấy rằng thế hệ 4G phù hợp với xu thế phát triển của mạng di động tại Việt Nam, điều đó cũng thôi thúc các nhà vận hành mạng nghiên cứu công nghệ, làm chủ công nghệ và sớm đưa mạng di động thế hệ 4G vào phục vụ người sử dụng trong tương lai. 2. Lịch sử nghiên cứu Lịch sử hình thành nghiên cứu mạng LTE (4G) là dựa vào các kiến thức đã nghiên cứu từ thế hệ mạng 2G, mạng 3G, các kiến thức thực tế, kinh nghiệm làm việc, kĩ năng công việc để kế thừa và tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện mạng 4G. Từ xu thế phát triển tất yếu của công nghệ mạng di động dẫn tới sự thôi thúc việc làm chủ cộng nghệ, cập nhật những kiến thức mới để phục vụ cho việc quy hoạch, thiết kế vận hành, triển khai, giám sát và tối ưu hóa mạng di động LTE trong tương lai. 3. Mục đích nghiên cứu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 12 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học Từ các lập luận ở trên, thì nhiệm vụ của luận văn tốt nghiệp sẽ phân tích rõ các đặc điểm kĩ thuật, các ưu điểm của mạng 4G, các thuật toán quan trọng, sơ đồ cấu trúc, chức năng thiết bị, cơ chế tổ chức kênh truyền qua giao diện vô tuyến và cơ chế cấp phát kênh… Đặc biệt sẽ tìm hiểu rõ về thuật toán quan trọng của mạng di động thế hệ 4G là thuật toán chuyển giao (HO) để giúp bản thân em và các bạn đọc có sự hiểu biết sâu về mạng di động 4G. Phạm vi nghiên cứu là các tài liệu theo tiêu chuẩn 3GPP, các bài thuyết trình của các học giả nổi tiếng, các quy trình và hướng dẫn vận hành của các nhà mạng đã có kinh nghiệm khai thác mạng LTE. 4. Các luận điểm cơ bản và đóng góp mới Để giải quyết được các vấn đề nêu trên thì em cấu trúc luận văn thành 03 phần, cụ thể:  Chương 1: Giới thiệu công nghệ và đặc điểm kĩ thuật của mạng LTE (4G).  Chương 2: Phương thức chuyển giao trong mạng LTE (4G).  Chương 3: Tương lai sử dụng công nghệ LTE trên thế giới và ứng dụng công nghệ LTE ở Việt Nam. Luận văn cũng giúp em phân tích sâu hơn về thuật toán HO các thống số quan trọng của nó, giúp cho các bạn đọc có thể hiểu và sử dụng tốt thuật toán HO trong quá trình khai thác và tối ưu mạng LTE. Luận văn cũng cấp được các luận cứ của bản thân để thấy rõ được tính cấp thiết triển khai mạng LTE tại Việt Nam trong tương lại gần. Và luận văn cũng đưa ra các bước triển khai cơ bản mạng LTE bạn đọc có thể tham khảo (chương 2, chương 3). 5. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu các tài liệu từ sách báo, giáo trình, hướng dẫn, luận văn tốt nghiệp, bài thuyết trình của các học giả nổi tiếng để có được lý thuyết cơ bản nhằm làm rõ các vấn đề của đề tài. Nghiên cứu các tài liệu theo tiêu chuẩn 3GPP và từ các kinh nghiệm về việc triển khai mạng di động thế hệ 2G, 3G để làm rõ các vấn để lý thuyết phù hợp với thực tế. Phương pháp luận kết hợp lý thuyết đi kèm với hình vẽ để bạn đọc có thể hiểu một cách dễ dàng hơn về các vấn đề đưa ra trong luận văn. 13 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM KĨ THUẬT CỦA MẠNG LTE (4G) Chương này đưa ra một cách nhìn xuyên suốt về sự hình thành và phát triển của 3GPP Long Term Evolution như là công nghệ mạng di động thế hệ thứ 4 (4G) và giải thích các khái niệm chính được sử dụng trong mạng LTE. Do độ dài của luận văn là giới hạn nên chương này chỉ cung cấp ngắn gọn các mục về tiến trình phát triển của LTE và các đặc điểm kĩ thuật chính của nó, tập trung vào các mục liên quan đến HO. Mô tả chi tiết hơn của mạng LTE được đưa ra theo tài liệu [3]. Nội dung của chương này bao gồm: Phần 1 giới thiệu về mạng LTE và tiến trình hình thành và phát triển của nó. Sau đó phần 2 giới thiệu cấu trúc mạng LTE, sơ đồ vật lý, các node mạng để hiểu rõ hơn về các phần tử mạng sẽ tham gia vào quá trình HO. Phần 3 giới thiệu về mạng IP core nơi sẽ quyết định việc HO. Phần 4 giới thiệu về giao diện vô tuyến cơ bản của mạng LTE với các kênh vô tuyến tham gia vào quá trình HO. 1.1. Giới thiệu về mạng LTE: 1.1.1. Tiến trình phát triển của mạng di động: Hình 1.1. Tiến trình phát triển của mạng di động [3] Nhìn sơ đồ ta thấy mạng di động phát triển theo trình tự từ thế hệ 2G  2.5G  3G  Evolved 3G. Sự phát triển của mạng di động tương ứng với sự phát triển của tốc độ truyền dữ liệu và tích hợp nhiều dịch vụ trên nền tảng mạng di động. 14 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học Các Release (phiên bản) 3GPP tương ứng của mạng di động là:     R99, R4 cho mạng 3G phase 1. R5, R6 cho mạng Evolved 3G-HSDPA và HSUPA. R7 cho mạng 3G-HSPA+. R8 cho mạng 4G-LTE. 1.1.2. Phiên bản R99: Mạng UMTS/WCDMA được phát minh ban đầu như một hệ thống dựa trên chuyển mạch kênh và không phù hợp tốt với lưu lượng dữ liệu dựa trên gói IP. Khi hệ thống UMTS được phát hành và triển khai, sự cần thiết cho khả năng dữ liệu gói tốt hơn trở lên rõ ràng, đặc biệt với xu hướng tăng nhanh chóng theo hướng dịch vụ dữ liệu gói kiểu Internet nó là sự bùng nổ cụ thể trong thực tế. Mạng này hỗ trợ cơ chế Cell-DCH và tốc độ điển hình 384kbps. Release 5: Phiên bản này bao gồm phần mạng lõi của dịch vụ HSDPA. Nó cung cấp sự hỗ trợ gói dữ liệu đường xuống, giảm trễ, tốc độ dữ liệu thô đạt 14 Mbps (bao gồm tải trọng, các giao thức, hiệu chỉnh lỗi…) và giữ việc tăng dung lượng toàn bộ nhiều hơn khoảng ba lần so với tiêu chuẩn 3GPP UMTS Release 99. Release 6: Phiên bản này bao gồm mạng lõi của HSUPA. Nó cung cấp sự hỗ trợ gói dữ liệu đường lên, giảm trễ, cải thiện tốc độ đường lên. Tốc độ đường lên thô đạt 5.76 Mbps và giữ việc tăng dung lượng nhiều hơn khoảng hai lần so với tiêu chuẩn 3GPP UMTS Release 99. Cũng trong phiên bản này là dịch vụ Multimedia Broadcast Multicast Services (các dịch vụ quảng bá đa phương tiện), nó cung cấp sự cải thiện các dịch vụ quảng bá như Mobile TV. Release 7: Phiên bản này của tiêu chuẩn 3GPP bao gồm sự vận hành tính năng MIMO đường xuống cũng như hỗ trợ điều chế trật tự cao hơn lên tới 64 QAM ở đường lên và 16 QAM ở đường xuống. Tuy nhiên, nó chỉ cho phép sử dụng hoặc MIMO hoặc điều chế trật tự cao hơn. Phiên bản này cũng giới thiệu các sự tiến bộ của giao thức để cho phép hỗ trợ Continuous Packet Connectivity (kết nối gói liên tục). Release 8: Phiên bản này của tiêu chuẩn 3GPP định rõ vận hạnh hai sóng mang (dual carrier) cũng như cho phép vận hành đồng thời các sơ đồ điều chế trật tư cao và MIMO. Thêm vào đó, tiềm năng được cải thiện để giữ nó trong lộ trình với yêu cầu nhiều các ứng dụng mới được sử dụng. 15 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học Hình 1.2. Bảng thiết bị LTE – các mục UE của Release 8 (LTE) 1.1.3. UTRAN: Hình 1.3. Sơ đồ vật lý tổng quan của mạng 3G [2] Trong mạng UMTS, phân mạng UTRAN đươc tạo bởi các RNC, các Node B và các giao diện định rõ. Một RNC trong mạng UMTS (3G) tương đương với BSC trong mạng GSM (2G), nhưng RNC có nhiều chức năng hơn. Một trong số những sự khác biệt chính giữa mạng UMTS và GSM là mạng UMTS có giao diện Iur để giao tác kết nối các RNC. Giao 16 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học diện thêm này cho phép các RNC thông tin với các RNC khác, cho phép soft – handover (điều này không có trong mạng GSM). Sự khác biệt khác giữa mạng UMTS và GSM là một vài thủ tục Mobility Management (MM) được chuyển tới RNC từ mạng core, cho phép phân mạng UTRAN khởi phát tìm gọi. RNC có khả năng điều khiển nhiều hơn qua một nhóm cell và chức năng này cho phép softhandover. a) Mạng core: Mạng core được phân chia thành hai miền chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Một thành phần của chuyển mạch kênh là Mobile services Switching Centre (MSC), Visitor Location Register (VLR), và Gateway MSC. Các thành phần của chuyển mạch gói là Serving GPRS Support Node (SGSN) và Gateway GPRS Support Node (GGSN). Một vài thành phần mạng, như Equipment Identity Register (EIR), Home Location Register (HLR), Visitor Location Register (VLR) và Authentication Centre (AuC) được chia sẻ bởi cả 02 miền chuyển mạch. Các chức năng của RNC bao gồm:           Radio Resource Control (điều khiển nguồn tài nguyên vô tuyến). Admission Control (điều khiển sự đăng nhập). Channel Allocation (ấn định kênh). Load Control (điều khiển tải). Handover Control (điều khiển chuyển giao). Macro Diversity (phân tập lớn). Ciphering (mã mật). Segmentation/Reassembly (phân đoạn/tái hợp. Broadcast signalling (báo hiệu quảng bá). Open Loop Power Control (điều khiển công suất vòng hở). 17 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học Hình 1.4. Chế độ R99_Cell-DCH [3] Hình 1.5. Chế độ R99_Cell-FACH [3] b) Các trạng thái của UE: Các trạng thái của UE trong mạng UMTS bao gồm RRC Idle và RRC connected. Trong đó RRC Idle bao gồm Idle mode. RRC connected bao gồm: Cell – DCH, Cell – FACH, Cell – URA (URA_PCH), Cell – PCH. 18 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học Hình 1.6. Các trạng thái của UE [2] c) LTE luôn hoạt động: LTE luôn ở trạng thái hoạt động, điều này sẽ cải thiện thông số Round Trip Time (RTT). Trong khi phiên bản R99 sẽ thất bại khi quay lại trạng thái Cell – URA/Cell – PCH. Hình 1.7. Các trạng thái của LTE [3] Sự tồn tại chung với các hệ thống và các tiêu chuẩn kế thừa. Người sử dụng LTE có thể tạo cuộc gọi thoại từ từ máy đầu cuối của họ và truy nhập tới các dịch vụ dữ liệu cơ bản mặc dù lúc đó các thuê bao đang ở trong vùng không có sóng mạng LTE. Do đó, mạng LTE cho phép chuyển giao dịch vụ nguyên trạng, phẳng trong các vùng của vùng phủ HSPA, WCDMA hoặc GSM/GPRS/EDGE. Hơn thế nữa, LTE/SAE hỗ trợ không những chuyển giao trong hệ thống và liên hệ thống, mà còn chuyển giao liên miền giữa các phiên chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. 1.1.4. Các dịch vụ 3G và các lớp QoS: Mỗi một ứng dụng tạo ra các yêu cầu khác nhau cho các lớp QoS khác nhau. 19 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học Hình 1.8. Các dịch vụ 3G và các lớp QoS [2] Trong mạng UMTS, 04 lớp Quality of Service (QoS) đã được định rõ: Lớp thoại là lớp QoS cho các dịch vụ thời gian thực nhạy cảm với trễ như dịch vụ điện thoại. Lớp luồng dữ liệu cũng được quan tâm như một lớp QoS thời gian thực. Nó cũng nhạy cảm vơi trễ, nó mang lưu lượng, nó nhìn nhận như thời gian thực tới người sử dụng là con người. Một ứng dụng cho lớp QoS luồng dữ liệu là luồng âm thanh, ở các file music được tải xuống tới máy thu. Có thể xảy ra việc ngắt quãng trong quá trình truyền dữ liệu, nó không tác động đến người sử dụng ứng dụng, dù thời gian dài vẫn có đủ dữ liệu rời bộ đệm của thiết bị thu để cung cấp ứng dụng nguyên khối. Lớp tương tác là lớp thời gian không thực. Nó được sử dụng cho các ứng dụng với sự nhạy cảm trễ giới hạn (gọi là các ứng dụng tương tác). Nhưng có nhiều ứng dụng trên mạng internet vẫn có sự cưỡng ép, như http, ftp, telnet, and smtp. Một sự phản hồi tới một yêu cầu được mong đợi trong chu kì thời gian định rõ. Đó là QoS đã đề nghị bởi lớp tương tác. Lớp nền tảng là lớp QoS thời gian không thực cho các ứng dụng nền tảng, nó không nhạy cảm với trễ. Ví dụ các ứng dụng là email và tải xuống file. 1.1.5. HS-PDSCH (kênh chia sẻ đường xuống vật lý tốc độ cao): 20