Tài liệu Công nghệ lte và các ứng dụng, triển khai ở việt nam

Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE và các ứng dụng, triển khai ở Việt Nam MỤC LỤC CÁC THUẬT NGỮ TỪ VIẾT TẮT................................................................ DANH MỤC HÌNH VẼ...................................................................................... DANH MỤC BẢNG......................................................................................... LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................... CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ LTE................................................................................................... 1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE................................................................ 1.2 Mục tiêu thiết kế LTE........................................................................... 1.2.1 Tiềm năng công nghệ............................................................................... 1.2.2 Hiệu suất hệ thống................................................................................... 1.2.3 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai................................................. 1.2.4 Kiến trúc và sự dịch chuyển..................................................................... 1.2.5 Quản lý tài nguyên vô tuyến.................................................................... 1.2.6 Độ phức tạp.............................................................................................. 1.3 Kết luận chương 1.................................................................................. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE......................................................................................................... 2.1 Công nghệ LTE đường xuống OFDM và đường lên SC-FDMA....... 2.2 Hoạch định phụ thuộc kênh truyền và sự thích ứng tốc độ............... 2.2.1 Hoạch định đường xuống......................................................................... 2.2.2 Hoạch định đường lên.............................................................................. 2.2.3 Điều phối nhiễu liên tế bào...................................................................... 2.3 ARQ hỗn hợp với việc kết hợp mềm.................................................... 2.4 Sự hỗ trợ nhiều anten............................................................................ 2.5 Hỗ trợ multicast và broadcast.............................................................. 2.6 Tính linh hoạt phổ.................................................................................. 2.6.1 Tính linh hoạt trong sắp xếp song công................................................... 2.6.2 Tính linh hoạt trong băng tần hoạt động.................................................. SV: Dương Thu Hằng Khoa CNTT- ĐH Phương Đông MSSV: 507102014 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE và các ứng dụng, triển khai ở Việt Nam 2.6.3 Tính linh hoạt về băng thông................................................................... 2.7 Kết luận chương 2.................................................................................. CHƯƠNG 3: KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN LTE....................... 3.1 RLC– điều khiển liên kết vô tuyến....................................................... 3.2 MAC- điều khiển truy nhập môi trường............................................. 3.2.1 Kênh logic và kênh truyền tải.................................................................. 3.2.2 Hoạch định đường xuống......................................................................... 3.2.3 Hoạch định đường lên.............................................................................. 3.2.4 Hybrid ARQ............................................................................................. 3.3 PHY - lớp vật lý...................................................................................... 3.4 Các trạng thái LTE................................................................................ 3.5 Luồng dữ liệu.......................................................................................... 3.6 Kết luận chương 3.................................................................................. CHƯƠNG 4 LỚP VẬT LÝ LTE..................................................................... 4.1 Kiến trúc miền thời gian toàn phần..................................................... 4.2 Sơ đồ truyền dẫn đường xuống............................................................. 4.2.1 Tài nguyên vật lý đường xuống............................................................... 4.2.2 Các tín hiệu tham khảo đường xuống...................................................... 4.2.3 Xử lý kênh truyền tải đường xuống......................................................... 4.2.4 Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống................................................ 4.2.5 Truyền dẫn nhiều anten đường xuống..................................................... 4.2.6 Multicast/broadcast sử dụng MBSFN...................................................... 4.3 Scheme truyền dẫn đường lên.............................................................. 4.3.1 Tài nguyên vật lý đường lên.................................................................... 4.3.2 Tín hiệu tham khảo đường lên................................................................. 4.3.3 Xử lý kênh truyền tải đường lên.............................................................. 4.3.4 Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường lên..................................................... 4.3.5 Định thời sớm đường lên......................................................................... 4.4 Kết luận chương 4.................................................................................. CHƯƠNG 5: CÁC THỦ TỤC TRUY CẬP LTE VÀ NHỮNG TRIỂN VỌNG CHO LTE.................................................................................. SV: Dương Thu Hằng Khoa CNTT- ĐH Phương Đông MSSV: 507102014 Đồ án tốt nghiệp 5.1 Công nghệ LTE và các ứng dụng, triển khai ở Việt Nam Dò tìm tế bào.......................................................................................... 5.1.1 Thủ tục dò tìm cell................................................................................... 5.1.2 Cấu trúc thời gian/ tần số của các tín hiệu đồng bộ................................. 5.1.3 Dò tìm cell ban đầu và kế cận.................................................................. 5.2 Truy cập ngẫu nhiên............................................................................101 5.2.1 Bước một: truyền dẫn Preamble truy nhập ngẫu nhiên.........................102 5.2.2 Bước 2: đáp ứng truy cập ngẫu nhiên....................................................106 5.2.3 Bước 3: Nhận dạng đầu cuối..................................................................107 5.2.4 Bước 4: giải quyết tranh chấp................................................................108 5.3 Paging....................................................................................................109 5.4 So sánh với công nghệ Wimax và những triển vọng cho LTE.............110 5.4.1 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax...................................110 5.4.2 Sự khác biệt giữa công nghệ 3G và 4G.................................................113 5.4.3 WiMAX và LTE không phải là 4G.......................................................114 5.4.4 Những triển vọng cho công nghệ LTE..................................................115 5.5 Kết luận chương 5................................................................................116 CHƯƠNG 6: ỨNG DỤNG VÀ THỰC TẾ TRIỂN KHAI LTE Ở VIỆT NAM......................................................................................................117 6.1 Ứng dụng công nghệ LTE cho các dịch vụ băng thông rộng...........117 6.1.1 Verizon chọn công nghệ LTE làm nền tảng cho mạng 4G....................117 6.1.2 Công nghệ LTE được lựa chọn cho các dịch vụ Internet trên máy bay......118 6.2 Thực tế triển khai ở VN hiện nay như thế nào..................................119 6.2.1 Xa lộ rộng..............................................................................................119 6.2.2 Sẽ “đi” như thế nào?..............................................................................121 6.2.3 Công nghệ 4G ra mắt thị trường Việt Nam...........................................122 6.2.4 Trình diễn công nghệ LTE lần đầu ở dải tần 700 MHz.........................124 6.3 Kết luận chương 6...................................................................................... KẾT LUẬN.....................................................................................................125 TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................127 SV: Dương Thu Hằng Khoa CNTT- ĐH Phương Đông MSSV: 507102014 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE và các ứng dụng, triển khai ở Việt Nam CÁC THUẬT NGỮ TỪ VIẾT TẮT 3GPP AAS ACK ACLR Adjacent Channel Leakage Ratio AGW AM AMC ARQ Automati c RepeatRequest BCCH BCH BER Third Generation Partnership Project Adaptive Antenna System Acknowledgement (In ARQ Protocols) Tổ chức chuẩn hóa mạng di động thế hệ thứ 3 Hệ thống antenna thích ứng Báo nhận (trong giao thức ARQ) Hệ số rò rỉ kênh lân cận Access Gateway (In LTE/SAE) Acknowledged Mode (RLC Configuration) Adaptive Modulation And Coding Cổng truy nhập Chế độ báo nhận (cấu hình RLC) Mã hóa và điều chế thích nghi Yêu cầu lặp lại tự động Broadcast Control Channel Broadcast Channel Bit-Error Rate Kênh điều khiển quảng bá Kênh quảng bá Tỉ lệ lỗi bít Block-Error Rate Tỉ lệ lỗi khối Trung tâm dịch vụ broadcast/multicast BS BSC BTC Broadcast/Multicast Service Center Binary Phase-Shift Keying Base Station Base Station Controller Block Turbo Code BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc BLER BM-SC CC Convolut Mã chập ion Code CDM Code-Division Multiplexing CDMA Code Division Multiple Khóa dịch pha nhị phân Trạm gốc Khối điều khiển trạm gốc Mã turbo khối Ghép kênh phân chia theo mã Đa truy nhập phân chia theo mã 1 SV: Dương Thu Hằng Khoa CNTT- ĐH Phương Đông MSSV: 507102014 Đồ án tốt nghiệp CN CPC CPICH Common Pilot Channel CQI CRC CS DCCH DCH Dedicate d Channel Access Core Network Continuous Packet Connectivity Công nghệ LTE và các ứng dụng, triển khai ở Việt Nam Mạng lõi Khả năng kết nối gói liên tục Kênh hoa tiêu chung Channel Quality Indicator Cyclic Redundancy Check Circuit Switched Dedicated Control Channel Chỉ thị chất lượng kênh truyền Kiểm tra tính du tuần hoàn Chuyển mạch kênh Kênh điều khiển dành riêng Kênh dành riêng Decision Feedback Equalization DFT Discrete Fourier Transform DFTS- DFT-Spread OFDM, See OFDM Also SC-FDMA DL Downlink DL-SCH Downlink Shared Channel Dedicated Physical Control DPCCH Channel DPCH Dedicated Physical Channel Dedicated Physical Data Channel DPDCH Kênh dữ liệu vật lý dành riêng DRX Discontinuous Reception DTCH Dedicated Traffic Channel DTX Discontinuous Transmission E-DCH Enhanced Dedicated Channel eNodeB ENodeB E-UTRAN UTRAN NodeB EPC Evolved Packet Core European ETSI Telecommunication Standards Institute DFE Cân bằng hồi tiếp để quyết định Biến đổi fourier rời rạc OFDM trải phổ DFT, cũng được xem như là SC-FDMA Đường xuống Kênh chia sẻ đường xuống Kênh điều khiển vật lý dành riêng Kênh vật lý dành riêng Sự thu nhận không liên tục Kênh lưu lượng dành riêng Sự phát không liên tục Kênh dành riêng nâng cao Lõi gói cải tiến Sự phát không liên tục 2 SV: Dương Thu Hằng Khoa CNTT- ĐH Phương Đông MSSV: 507102014 Đồ án tốt nghiệp FCC FDD FDM FDMA FFT GERAN GPRS GSM HARQ HSCSD HLR HSDSCH HSDPA HSPA HSUPA IEEE IFFT IMS IR LTE MAC MBMS MBS MIMO MSC Federal Communications Commission Frequency Division Duplex Frequency Division Multiplexing Frequency Division Multiple Access Fast Fourier Transform GSM EDGE RAN Mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE General Packet Radio Services Global Sytem For Mobile Communications Hybrid ARQ High Speed Circuit Switched Data Home Location Register High-Speed Downlink Shared Channel High Speed Downlink Packet Access High Speed Packet Access High Speed Uplink Packet Access Institute Of Electrical And Electronics Engineers Inverse FFT IP Multimedia Subsystem Incremental Redundancy Long Term Evolution Medium Access Control Multimedia Broadcast/Multicast Service Broadcast đa truyền thông/dịch vụ multicast Multicast And Broadcast Service Multiple Input Multiple Ouput Mobile Switching Center Công nghệ LTE và các ứng dụng, triển khai ở Việt Nam Hội đồng truyền thông liên bang Song công phân chia theo tần số Ghép kênh phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia theo tần số Biến đổi fourier nhanh Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp Hệ thống truyền thông di động toàn cầu ARQ hỗn hợp Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao Thanh ghi định vị thường trú Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao Truy nhập gói tốc độ cao Truy nhập gói đường lên tốc độ cao Viện kỹ sư điện và điện tử FFT đảo ngược Hệ thống con đa truyền thông IP Sự dư thừa gia tăng Sự phát triển dài hạn Điều khiển truy nhập môi trường Dịch vụ multicast và broadcast Nhiều đầu vào nhiều đầu ra Trung tâm chuyển mạch di động 3 SV: Dương Thu Hằng Khoa CNTT- ĐH Phương Đông MSSV: 507102014 Đồ án tốt nghiệp Negative Acknowledgement (In ARQ Protocols) NodeB, a logical node handling transmission/reception in multiple cells. Commonly, NodeB but not necessarily, corresponding to a base station Orthogonal Frequency OFDM Division Multiplexing Orthogonal Frequency OFDMA Division Multiple Access PAPR Peak to Average Power Ratio PAR Peak to Average Ratio PCCH Paging Control Channel PCH Paging Channel Pre-conding Control PCI Indication PDCCH Physical Kênh điều khiển đường Downlin xuống vật lý k Control Channel Packet Data Convergence PDCP Protocol Physical Downlink Shared PDSCH Channel PDU Protocol Data Unit PHY Physical Lớp vật lý layer Quadrature Amplitudr QAM Modulation QoS Quality of Service Quadrature Phase Shift QPSK Keying RAN Radio Access Network RB Resource Block RF Radio Frequency RLC Radio Link Protocol RNC Radio Network Controller ROHC Robust Header Compression NAK Công nghệ LTE và các ứng dụng, triển khai ở Việt Nam Báo nhận thất bại (trong giao thức ARQ) Một node logic điều khiển việc phát và thu trong nhiều tế bào. Có khi còn xem như tương ứng với một trạm gốc. Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao Hệ số công suất đỉnh trên trung bình Hệ số đỉnh trên trung bình Kênh điều khiển tìm gọi Kênh tìm gọi Chỉ thị điều khiển tìm gọi Giao thức hội tụ dữ liệu gói Kênh chia sẻ đường xuống vật lý Đơn vị dữ liệu giao thức Điều chế biên độ cầu phương Chất lượng dịch vụ Khóa dịch pha cầu phương Mạng truy nhập vô tuyến Khối tài nguyên Tần số vô tuyến Giao thức liên kết vô tuyến Khối điều khiển mạng vô tuyến Nén tiêu đề mạnh mẽ 4 SV: Dương Thu Hằng Khoa CNTT- ĐH Phương Đông MSSV: 507102014 Đồ án tốt nghiệp RRC RS RSN SCFDMA SDMA SFBC Space Frequenc y Block Coding SIR SNR TDCDMA TDD TDM TDMA TDSCDMA Time DivisionSynchron ous Code Division Multiple Access TF TFC TM TTI UE UL Công nghệ LTE và các ứng dụng, triển khai ở Việt Nam Radio Resource Control Reference Symbol Retransmission Sequence Number Điều khiển tài nguyên vô tuyến Ký hiệu tham khảo Single Carrier FDMA FDMA đơn sóng mang Spatial Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo không gian Số thứ tự truyền lại Mã hóa khối không gian-tần số Signal To Interference Ration Hệ số tín hiệu trên nhiễu Signal To Noise Ratio Hệ số tín hiệu trên tạp âm Time Dvision-Code Division Multiple Access Time Division Duplex Time Division Multiplexing Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã và thời gian Song công phân chia thời gian Ghép kênh phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia theo mã đồng bộ, phân chia theo thời gian Transport Format Transport Format Combination Transparent Mode (RLC Configuration) Chế độ trong suốt (cấu hình RLC) Transmission Time Interval User Equipment, the 3GPP name for the mobile terminal Uplink Định dạng truyền tải Sự kết hợp định dạng truyền tải Khoảng thời gian truyền dẫn Thiết bị người dùng, tên 3GPP đặt cho thiết bị đầu cuối di động Đường lên 5 SV: Dương Thu Hằng Khoa CNTT- ĐH Phương Đông MSSV: 507102014 Đồ án tốt nghiệp UL-SCH UM UMTS Mạng truy nhập vô tuyếến mặt đấết toàn cấầuUTRA Công nghệ LTE và các ứng dụng, triển khai ở Việt Nam Uplink Shared Channel Kênh chia sẻ đường lên Unacknowledgement Mode (RLC Configuration) Universal Mobile Telecommunications System Chế độ không báo nhận (cấu hình RLC) Universal Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu WCDM AUnivers al Terrestria Wideband Code Division l Radio Multiple Access Access Network UTRAN VoIP Voice Over IP Hệ thống viễn thông di động toàn cầu Đa truy nhập băng rộng phân chia theo mã Thoại qua IP 6 SV: Dương Thu Hằng Khoa CNTT- ĐH Phương Đông MSSV: 507102014 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE và các ứng dụng, triển khai ở Việt Nam DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Kiến trúc của mạng LTE.................................................................... Hình 1.2: Phân bố phổ băng tần lõi tại 2 GHz của nguyên bản IMT-2000........... Hình 1.3: Một ví dụ về cách thức LTE thâm nhập từng bước vào phân bố phổ của một hệ thống GSM đã được triển khai.......................................... Hình 2.1: Hoạch định phụ thuộc kênh trong miền thời gian và tần số.................. Hình 2.2: Một ví dụ về điều phối nhiễu liên tế bào, nơi mà các phần phổ bị giới hạn bởi công suất truyền dẫn....................................................... Hình 2.3: FDD-DL vs TDD- UL....................................................................... Hình 3.1: Kiến trúc giao thức LTE (đường xuống)............................................. Hình 3.2: Phân đoạn và hợp đoạn RLC.............................................................. Hình 3.3: Ví dụ về sự ánh xạ các kênh logic với các kênh truyền dẫn................. Hình 3.4: Việc lựa chọn định dạng truyền dẫn trong đường xuống (bên trái) và đường lên (bên phải)...................................................................... Hình 3.5: Giao thức hybrid-ARQ đồng bộ và không đồng bộ............................. Hình 3.6: Nhiều tiến trình hybrid-ARQ song song.............................................. Hình 3.7: Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho UL-SCH................................. Hình 3.8: Các trạng thái LTE............................................................................. Hình 3.9: Một ví dụ về luồng dữ liệu LTE......................................................... Hình 4.1: Cấu trúc miền thời gian LTE.............................................................. Hình 4.2: Các ví dụ về việc chỉ định khung phụ đường lên/đường xuống trong trường hợp TDD và sự so sánh với FDD.................................... Hình 4.3: Tài nguyên vật lý đường xuống LTE.................................................. Hình 4.4: Cấu trúc miền tần số đường xuống LTE............................................. Hình 4.5: Cấu trúc khung phụ và khe thời gian đường xuống LTE. Một khung phụ bao gồm hai khe thời gian kích thước bằng nhau. Mỗi khe bao gồm sáu hoặc bảy ký hiệu OFDM lần lượt tương ứng với 7 SV: Dương Thu Hằng Khoa CNTT- ĐH Phương Đông MSSV: 507102014 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE và các ứng dụng, triển khai ở Việt Nam trường hợp tiền tố chu trình bình thường và tiền tố chu trình mở rộng................................................................................................... Hình 4.6: Khối tài nguyên đường xuống dành cho tiền tố chu trình bình thường, nghĩa là, có 7 ký hiệu OFDM trên 1 khe. Với tiền tố chu trình mở rộng thì có 6 ký hiệu OFDM trên 1 khe và như vậy, tổng cộng có 72 phần tử tài nguyên trong một khối tài nguyên.................... Hình 4.7: Cấu trúc tín hiệu tham khảo đường xuống LTE dành cho tiền tố chu trình bình thường, nghĩa là có 7 ký hiệu OFDM trên 1 khe........... Hình 4.8: Cấu trúc tín hiệu tham khảo trong trường hợp truyền dẫn nhiều anten đường xuống: (a) hai anten phát và (b) bốn anten phát............... Hình 4.9: Xử lý kênh truyền tải đường xuống. Phần được gạch gạch chỉ có mặt trong trường hợp ghép kênh không gian đường xuống, đó là khi hai khối truyền tải được phát song song trong một TTI.................. Hình 4.10: Chèn CRC đường xuống, tính toán và gắn một CRC vào mỗi khối truyền tải............................................................................................ Hình 4.11: Khối mã hóa Turbo LTE.................................................................... Hình 4.12: Chức năng H-ARQ lớp vật lý trích ra tập hợp bit mã được phát đi trong một TTI đã cho......................................................................... Hình 4.13: Ngẫu nhiên hóa đường xuống............................................................. Hình 4.14: Điều chế dữ liệu, chuyển đổi M bit thành M/L ký tự điều chế phức tạp. QPSK: L=2, 16QAM: L=4, 64QAM: L=6................................... Hình 4.15: Ánh xạ khối tài nguyên đường xuống. Trong trường hợp chung, sẽ có một nhóm tài nguyên và một ánh xạ tài nguyên tương ứng cho mỗi anten phát.................................................................................... Hình 4.16: Chuỗi xử lý cho báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống................... Hình 4.17: Lưới thời gian/tần số LTE với phần tử tài nguyên nào đó được sử dụng bởi các ký tự tham khảo đường xuống và báo hiệu điều khiển L1/L2................................................................................................. Hình 4.18: Phần tử kênh điều khiển và ứng cử kênh điều khiển............................ 8 SV: Dương Thu Hằng Khoa CNTT- ĐH Phương Đông MSSV: 507102014 Đồ án tốt nghiệp Hình 4.19: Công nghệ LTE và các ứng dụng, triển khai ở Việt Nam Ánh xạ anten LTE bao gồm ánh xạ lớp, tiếp theo là tiền mã hóa. Mỗi ô vuông tương ứng với một ký hiệu điều chế............................... Hình 4.20: Hai anten mã hóa khối không gian-tần số (SFBC) trong kết cấu đa anten LTE.......................................................................................... Hình 4.21: Tạo dạng tia trong khung nhiều anten LTE......................................... Hình 4.22: Ghép kênh không gian trong khung nhiều anten LTE (NL=3, NA=4)............................................................................................... Hình 4.23: Các tín hiệu tham khảo chung tế bào và riêng tế bào trong các khung phụ MBSFN. Chú ý rằng hình vẽ thể hiện một tiền tố chu trình mở rộng tương ứng với 12 ký hiệu trên 1 khung phụ................... Hình 4.24: Kiến trúc cơ bản của truyền dẫn DFTS-OFDM................................... Hình 4.25: Kiến trúc miền tần số đường lên LTE................................................. Hình 4.26: Khung con đường lên LTE và cấu trúc khe. Một khung con bao gồm hai khe kích thước bằng nhau. Mỗi khe bao gồm 6 hoặc 7 khối DFTS-OFDM trong trường hợp tương ứng với tiền tố chu trình bình thường và mở rộng............................................................. Hình 4.27: Cấp phát tài nguyên đường lên LTE................................................... Hình 4.28: Nhảy tần đường lên............................................................................ Hình 4.29: Tín hiệu tham khảo đường lên được chèn vào trong khối thứ tư của mỗi khe thời gian đường lên. Giả sử là tiền tố tuần hoàn thông thường, tức là bảy khối trên một khe và không có nhảy tần................. Hình 4.30: Việc tạo tín hiệu tham khảo đường lên miền tần số............................. Hình 4.31: Phương pháp tạo ra tín hiệu tham khảo đường lên từ chuỗi ZadoffChu độ dài tốt nhất. Chú ý trong trường hợp chung, có nhiều hơn một ký tự có thể bị cắt cụt (phương pháp 1) hoặc được mở rộng theo chu kỳ (phương pháp 2).............................................................. Hình 4.32: Truyền dẫn các tín hiệu tham khảo dò kênh đường lên........................ Hình 4.33: Xử lý kênh truyền tải đường lên LTE................................................. 9 SV: Dương Thu Hằng Khoa CNTT- ĐH Phương Đông MSSV: 507102014 Đồ án tốt nghiệp Hình 4.34: Công nghệ LTE và các ứng dụng, triển khai ở Việt Nam Ghép kênh dữ liệu và báo hiệu điều khiển L1/L2 đường lên trong trường hợp truyền dẫn đồng thời UL-SCH và điều khiển L1/L2.......... Hình 4.35: Kiến trúc tài nguyên được sử dụng cho báo hiệu điều khiển L1/L2 đường lên trường hợp không truyền dẫn đồng thời UL-SCH............... Hình 4.36: Đề xuất định thời đường lên............................................................... Hình 5.1: Tín hiệu đồng bộ sơ cấp và thứ cấp..................................................... Hình 5.2: Việc phát tín hiệu đồng bộ trong miền tần số...................................... Hình 5.3: Tổng quan của thủ tục truy cập ngẫu nhiên....................................... Hình 5.4: Minh họa nguyên lý của truyền dẫn preamble truy cập ngẫu nhiên. ........................................................................................................ Hình 5.5: Định thời Preamble ở eNodeB cho người sử dụng truy cập ngẫu nhiên khác nhau............................................................................... Hình 5.6: Việc phát preamble truy cập ngẫu nhiên........................................... Hình 5.7: Việc dò tìm Preamle truy cập ngẫu nhiên trong miền tần số............... Hình 5.8: Việc nhận không liên tục (DRX) cho paging..................................... Hình 5.9: Lộ trình phát triển của LTE và các công nghệ khác........................... 10 SV: Dương Thu Hằng Khoa CNTT- ĐH Phương Đông MSSV: 507102014 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE và các ứng dụng, triển khai ở Việt Nam DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Các yêu cầu về hiệu suất phổ và lưu lượng người dùng....................... Bảng 1.2: Yêu cầu về thời gian gián đoạn, LTE-GSM và LTE-WCDMA........... Bảng 5.3: Tiến trình phát triển các chuẩn của 3GPP.......................................... Bảng 5.4 So sánh đặc điểm nổi bật của WiMAX và 3G LTE........................... 11 SV: Dương Thu Hằng Khoa CNTT- ĐH Phương Đông MSSV: 507102014 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE và các ứng dụng, triển khai ở Việt Nam LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay thông tin di động phát triển rất nhanh đã mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà khai thác. Khởi nguồn từ dịch vụ thoại đắt tiền cho một số ít người, đến nay với sự ứng dụng rộng rãi các thiết bị thông tin di động có thể cung cấp nhiều hình loại dịch vụ đòi hỏi tốc độ số liệu cao cho người sử dụng kể cả các chức năng camera, MP3 và PDA. Các dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao ngày các trở nên phổ biến. 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, trình diễn đã chứng tỏ năng lực tuyệt vời của công nghệ LTE và khả năng thương mại hóa LTE đã đến rất gần. Trước đây, muốn truy cập dữ liệu bạn cần có một đường dây cố định để kết nối. Tương lai 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 ba (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. Từ những vấn đề trên, em đã lựa chọn đề tài của mình là: “Công nghệ LTE 12 SV: Dương Thu Hằng Khoa CNTT- ĐH Phương Đông MSSV: 507102014 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE và các ứng dụng, triển khai ở Việt Nam và các ứng dụng, triển khai ở Việt Nam”. 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.Đề tài của em bao gồm 6 chương: Chương 1: Giới thiệu về công nghệ và mục tiêu thiết kế LTE Chương 2: Tổng quan về truy cập vô tuyến trong LTE Chương 3: Kiến trúc giao diện vô tuyến LTE. Chương 4: Lớp vật lý LTE Chương 5: Các thủ tục truy cập LTE Chương 6: Ứng dụng công nghệ LTE cho mạng di động 4G Tuy nhiên do LTE là công nghệ vẫn đang được nghiên cứu, phát triển và hoàn thiện cũng như là do những giới hạn về kiến thức nên đồ án này chưa đề cập được hết các vấn đề của công nghệ LTE và không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn. 13 SV: Dương Thu Hằng Khoa CNTT- ĐH Phương Đông MSSV: 507102014 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE và các ứng dụng, triển khai ở Việt Nam CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ LTE 1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE LTE là thế hệ thứ tư tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển, UMT dựa trên WCDMA. Để đảm bảo tính cạnh tranh cho hệ thống này trong tương lai, tháng 11/2004 3GPP đã bắt đầu dự án nhằm xác định bước phát triển về lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term Evolution (LTE). 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, gồm giảm chi phí cho mỗi bit thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có và băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối với kiến trúc ở hình 1.1. Đặc tả kỹ thuật cho LTE đang được hoàn tất và dự kiến sản phẩm LTE sẽ ra mắt thị trường trong 2 năm tới. Các mục tiêu của công nghệ này là: -Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20 MHz: tải xuống 100 Mbps, tải lên 50 Mbps. -Dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một người dùng trên 1 MHz so với mạng HSDPA Rel. 6: tải xuống gấp 3 đến 4 lần, tải lên gấp 2 đến 3 lần. -Hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển của thuê bao là 0 – 15 km/h. Vẫn hoạt động tốt với tốc độ từ 15 – 120 km/h. Vẫn duy trì được hoạt động khi thuê bao di chuyển với tốc độ từ 120 – 350 km/h (thậm chí 500 km/h tùy băng tần). -Các chỉ tiêu trên phải đảm bảo trong bán kính vùng phủ sóng 5km, giảm chút ít trong phạm vi đến 30km. Từ 30 – 100 km thì không hạn chế - Độ dài băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với các băng 1.25 MHz, 1.6 MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz cả chiều lên và xuống. Hỗ trợ cả độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không. Để đạt được mục tiêu này, sẽ có nhiều kỹ thuật mới được áp dụng, nổi bật là kỹ thuật vô tuyến OFDMA, kỹ thuật anten MIMO Ngoài ra hệ thống này sẽ chạy 14 SV: Dương Thu Hằng Khoa CNTT- ĐH Phương Đông MSSV: 507102014 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE và các ứng dụng, triển khai ở Việt Nam hoàn toàn trên nền IP, và hỗ trợ cả 2 chế độ FDD và TDD. Hình 1.1: Kiến trúc của mạng LTE 1.2 Mục tiêu thiết kế LTE. Những hoạt động của 3GPP trong việc cải tiến mạng 3G vào mùa xuân năm 2005 đã xác định đối tượng, những yêu cầu và mục tiêu cho LTE. Những mục tiêu và yêu cầu này được dẫn chứng bằng tài liệu trong văn bản 3GPP TR 25.913 gồm: 1.2.1 Tiềm năng công nghệ. Yêu cầu được đặt ra là việc đạt tốc độ dữ liệu đỉnh cho đường xuống là 100 Mbit/s và đường lên là 50 Mbit/s, khi hoạt động trong phân bố phổ 20 MHz. Khi mà phân bố phổ hẹp hơn thì tốc độ dữ liệu đỉnh cũng sẽ tỉ lệ theo. Vậy điều kiện đặt ra là có thể biểu diễn được 5 bit/s/Hz cho đường xuống và 2.5 bit/s/Hz cho đường lên. LTE hỗ trợ cả chế độ FDD và TDD. Với TDD, truyền dẫn đường lên và đường xuống, theo định nghĩa không thể xuất hiện đồng thời. Do đó mà yêu cầu tốc độ dữ liệu đỉnh cũng không thể trùng nhau đồng thời. Mặt khác với FDD, đặc tính của LTE cho phép quá trình phát và thu đồng thời đạt được tốc độ dữ liệu đỉnh theo phần lý thuyết. Yêu cầu về độ trễ được chia thành hai phần: 15 SV: Dương Thu Hằng Khoa CNTT- ĐH Phương Đông MSSV: 507102014 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE và các ứng dụng, triển khai ở Việt Nam - Độ trễ mặt phẳng điều khiển: xác định độ trễ của việc chuyển từ các trạng thái không tích cực khác nhau sang trạng thái tích cực khi đó thiết bị đầu cuối di động có thể gửi và nhận dữ liệu. Có hai cách: thứ nhất được thể hiện qua thời gian chuyển tiếp từ trạng thái tạm trú, hai được thể hiện qua thời gian chuyển tiếp từ trạng thái ngủ. Trong cả hai thủ tục này, thì độ trễ chế độ ngủ và việc báo hiệu non-RAN đều được loại trừ. - Độ trễ mặt phẳng người dùng: được thể hiện quan thời gian để truyền một gói IP nhỏ từ thiết bị đầu cuối tới nút biên RAN hoặc ngược lại được đo từ lớp IP. Thời gian truyền theo một hướng sẽ không vượt quá 5 ms trong mạng không tải, nghĩa là không có một thiết bị đầu cuối nào khác xuất hiện trong tế bào. Xét về mặt yêu cầu đối với độ trễ mặt phẳng điều khiển, LTE có thể hỗ trợ ít nhất 200 thiết bị đầu cuối di động ở trạng thái tích cực khi hoạt động ở khoảng tần 5 MHz. Trong mỗi phân bố rộng hơn 5 MHz, thì ít nhất có 400 thiết bị đầu cuối được hỗ trợ. 1.2.2 Hiệu suất hệ thống. Các mục tiêu thiết kế của hệ thống LTE sẽ xác định lưu lượng người dùng, hiệu suất phổ, độ linh động, vùng phủ sóng, và MBMS nâng cao. Nhìn chung, các yêu cầu đặc tính LTE có liên quan đến hệ thống chuẩn sử dụng phiên bản 6 HSPA. Với trạm gốc, giả định có một anten phát và hai anten thu, khi đó thì thiết bị đầu cuối có tối đa là một anten phát và hai anten thu. Tuy nhiên, một điều cần lưu ý là những đặc tính nâng cao như một phần của việc cải tiến HSPA không được bao gồm trong tham chiếu chuẩn. Vì thế, mặc dù thiết bị đầu cuối trong hệ thống chuẩn được giả định là có hai anten thu thì một bộ thu RAKE đơn giản vẫn được áp dụng. Tương tự, ghép kênh không gian cũng không được áp dụng trong hệ thống chuẩn. Yêu cầu lưu lượng người dùng được định rõ theo hai điểm: tại sự phân bố người dùng trung bình và tại sự phân bố người dùng phân vị thứ 5 (khi mà 95% người dùng có được chất lượng tốt hơn). Mục tiêu hiệu suất phổ cũng được chỉ rõ, và trong thuộc tính này thì hiệu suất phổ được định nghĩa là lưu lượng hệ thống theo tế bào tính theo bit/s/MHz/cell. Những 16 SV: Dương Thu Hằng Khoa CNTT- ĐH Phương Đông MSSV: 507102014 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE và các ứng dụng, triển khai ở Việt Nam mục tiêu thiết kế này được tổng hợp trong bảng 1.1. Bảng 1.1 - Các yếu cấầu vếầ hiệu suấết phổ và lưu lượng ng ười dùng 2 lấần – 3 lấầnPhương pháp đo hiệu suất Lưu lượng người dùng tại Mục tiêu đường Mục tiêu đường lên xuống so với cơ bản so với cơ bản 2 lần – 3 lần 2 lần – 3 lần 3 lần – 4 lần 2 lần – 3 lần biên tế bào (trên 1 MHz, phân vị thứ 5)3 lần – 4 lần Lưu lượng người dùng trung bình (trên 1 MHz) Hiệu suất phổ (bit/s/Hz/cell) Yêu cầu về độ linh động chủ yếu tập trung vào tốc độ di chuyển của các thiết bị đầu cuối di động. Tại tốc độ thấp 0-15 km/h thì hiệu suất đạt được là tối đa, và cho phép giảm đi một ít đối với tốc độ cao hơn. Tại vận tốc lên đến 120 km/h, LTE vẫn cung cấp hiệu suất cao và vận tốc trên 120 km/h thì hệ thống phải duy trì được kết nối trên toàn mạng. Tốc độ tối đa có thể quản lý đối với một hệ thống LTE có thể được thiết lập đến 350 km/h (thậm chí 500 km/h tùy thuộc vào băng tần). Một yếu tố quan trong đặc biệt là dịch vụ thoại được cung cấp bởi LTE sẽ ngang bằng với chất lượng mà WCDMA/HSPA hỗ trợ. Yêu cầu về vùng phủ sóng chủ yếu tập trung vào phạm vi bán kính, nghĩa là khoảng cách tối đa từ vùng bán kính đến thiết bị đầu cuối di động trong cell. Đối với phạm vi lên đến 5 km thì yêu cầu về lưu lượng người dùng, hiệu suất phổ và độ linh động vẫn được đảm bảo trong giới hạn không bị ảnh hưởng bởi nhiễu. Với những phạm vi lên đến 30 km thì có một sự giảm nhẹ cho phép lưu lượng người dùng và hiệu suất phổ giảm một cách đáng kể nhưng vẫn có thể chấp nhận. Tuy nhiên, yêu cầu về độ di động vẫn được đáp ứng. Khi mà phạm vi lên đến 100 km thì không thấy yêu cầu nào được nói rõ. Nhìn chung, LTE sẽ cung cấp những dịch 17 SV: Dương Thu Hằng Khoa CNTT- ĐH Phương Đông MSSV: 507102014