kl ha thai son 2015 621 38

1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 2G Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA đầu tiên trên thế giới được ra đời ở châu Âu và có

Trang 1

TỒNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐAI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE

Người hướng dẫn: Ths NGUYỄN KIỀU TAM Người thực hiện: HÀ THÁI SƠN

Lớp: 06DD2D Khóa: 2006 - 2011

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2015

Trang 2

TỒNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐAI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE

Người hướng dẫn: Ths NGUYỄN KIỀU TAM Người thực hiện: HÀ THÁI SƠN

Lớp: 06DD2D Khóa: 2006 - 2011

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2015

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Sau khoảng thời gian học tập tại trường, đây là khoảng thời gian khó quên đối với chúng em Các thầy cô đã chỉ bảo tận tình dạy bảo để giúp cho chúng em trang bị đầy đủ kiến thức để vững vàng bước vào đời

Để được như ngày hôm nay, em xin gởi lời cảm ơn đến các thầy cô trong bộ môn Điện Tử Viễn Thông cũng như các thầy cô trong khoa Điện-Điện tử đã hướng dẫn, truyền đạt kiến thức cho chúng em Em xin gởi lời cảm ơn đặc biệt đến thầy Ths Nguyễn Kiều Tam, người đã trực tiếp tận tình hướng dẫn để em có thể hoàn thành đề tài này

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc

Tp Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 07 năm 2015

Tác giả

Hà Thái Sơn

Trang 4

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn khoa học của Ths Nguyễn Kiều Tam; Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo

Ngoài ra, trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình Trường đại học Tôn Đức Thắng không

liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình

thực hiện (nếu có)

TP Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 07 năm 2015

Tác giả

Hà Thái Sơn

Trang 5

ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

- -

Tp.HCM, ngày tháng năm 2015 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên : Hà Thái Sơn Lớp: 06DD2D MSSV: 060696D 1 Tên đề tài: Quy hoạch mạng 4G LTE 2 Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):

3 Ngày giao nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp: 4 Ngày bảo vệ 50% đồ án tốt nghiệp: 5 Ngày hoàn thành và nộp về khoa: 6 Giáo viên hướng dẫn: Phần hướng dẫn: 1

2

3

Nội dung và yêu cầu ĐATN đã được thông qua Khoa và Bộ môn

Ngày tháng năm 2015

TRƯỞNG KHOA

Trang 6

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨCTHẮNG

KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ

-

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc -

LỊCH TRÌNH LÀM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên : Hà Thái Sơn

Tên đề tài: Quy hoạch mạng 4G LTE

GV HƯỚNG DẪN

Trang 7

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

LỜI MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ TỔNG

QUAN VỀ MẠNG 4G 1

1.1 Sự phát triển của hệ thống thông tin di động 1

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

1.2 Tổng quan về mạng 4G 8

1.3 Sự khác nhau giữa 3G và 4G 11

1.3.1 Ưu điểm nổi bật 11

1.3.2 Các ứng dụng đã tạo nên ưu điểm của 4G LTE so với 3G 11

CHƯƠNG 2 : CẤU TRÚC MẠNG 4G LTE 13

2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE 13

2.2 Cấu trúc của LTE 19

2.2.1 Cấu trúc cơ bản SAE của LTE 19

2.2.2 Cấu trúc của LTE liên kết với các mạng khác 23

2.3 Các kênh sử dụng trong E-UTRAN 25

2.3.1 Kênh vật lý 25

2.3.2 Kênh logic 26

2.3.3 Kênh truyền tải 26

2.4 Giao thức của LTE (LTE Protocols) 27

CHƯƠNG 3: QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE 30

3.1 Khái quát về quá trình quy hoạch mạng LTE 30

Trang 8

3.2 Dự báo lưu lượng và phân tích vùng phủ 31

3.3 Tính suy hao đường truyền cho phép 32

3.4 Xác định kích thước ô 33

3.4.1 Mô hình Hata – Okumura 33

3.4.2 Mô hình Walfisch – Ikegami 34

3.5 Tính toán dung lượng và vùng phủ 37

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG 39

4.1 Lưu đồ tính toán 39

4.2 Chương trình mô phỏng 40

4.3 Chạy chương trình mô phỏng và kết quả 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

Trang 9

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động tế bào 2

Hình 2.1: So sánh về cấu trúc giữa UTMS và LTE 20

Hình 2.2: Cấu trúc cơ bản của LTE 21

Hình 2.3: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP 23

Hình 2.4: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP và không phải 3GPP 24

Hình 2.5: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP và liên mạng với CDMA2000 25

Hình 2.6: Giao thức của UTRAN 27

Hình 2.8: Phân phối chức năng của các lớp MAC, RLC, PDC 28

Hình 3.1: Khái quát về quá trình quy hoạch mạng LTE 30

Hình 3.2: Các tham số của mô hình Walfisch-Ikegami 35

Hình 4.1: Lưu đồ tính toán 39

Hình 4.2: Chạy chương trình Visual basic 6.0 40

Hình 4.3: Đường dẫn file mô phỏng 40

Hình 4.4: Giao diện trang khởi động chương trình mô phỏng và các tùy chỉnh 41

Hình 4.5: Giao diện phần chọn các thông số tính toán và các tùy chỉnh 41

Hình 4.6: Giao diện phần tính suy hao đường truyền và các tùy chỉnh 42

Hình 4.7: Giao diện phần tính kích thước cell và các tùy chỉnh 42

Hình 4.8: Giao diện phần kết luận và các tùy chỉnh 43

Hình 4.9: Giao diện khởi động chương trình 43

Hình 4.10: Chọn các thông số cần tính toán 44

Hình 4.11: Tính suy hao đường truyền và kết quả 45

Hình 4.12: Mô hình truyền sóng Hata – Okumura với các môi trường truyền sóng 46

Hình 4.13: Mô hình truyền sóng Walfisch–Ikegami với các môi trường truyền sóng 47

Hình 4.14: Tính dung lượng kênh và số lượng thuê bao có thể phục vụ 48

Hình 4.15: Tổng hợp lại tất cả các thông số đã nghập và các kết quả cân tính toán 48

Trang 10

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Các thông số lớp vật lýLTE 15 Bảng 2.2: So sánh các dịch vụ của 3g so với 4g lte 17 Bảng 2.3: so sánh giữa wimax với lte 17

Trang 11

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

C CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã

CAPEX Capital Expenditure

D DL-SCH Downlink Share Channel Kênh chia sẻ đường xuống

E

Trang 12

EDGE Enhance Data rates for GSM

Evolution

Tốc độ dữ liệu tăng cường cho mạng GSM cải tiến

EUTRAN Evolved UMTS Terrestrial Radio

F FDMA

Frequency Division Multiple

G

GERAN GSM/EDGE Radio Access

Network

Mạng truy nhập vô tuyến GSM/EDGE

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ gói vô tuyến thông dụng

High Speed OFDM Packet

HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao

I ITU International Telecommunication Đơn vị viễn thông quốc tế

Trang 13

Union

IP

IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier ngược

L

M

MIMO Multi Input Multi Output Đa ngõ vào đa ngõ ra

MUMIMO Multi User – MIMO Đa người dung – Đa ngõ vào đa

ngõ ra

O OPEX Operating Expense

OFDM Orthogonal Frequency Division

PCRF Policyand Charging Rules

Trang 14

Function

PDSCH

Physical Downlink Shared

PUCCH Physical Uplink Control Channel Kênh vật lý điều khiển đường lên

PDCCH Physical Downlink Control

Channel

Kênh vật lý điều khiển đường xuống

PBCH Physical Broadcast Channel Kênh vật lý quảng bá

PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển tin nhắn

Q

R

RSRP Reference Signal Receive Power Công suất thu tín hiệu tham khảo

SCFDMA Single Carrier Frequency

Division multiple Access

Đa truy cập phân chia theo tần số trực giao đơn sóng mang

SGSN Serving GPRS Support Node Nút cung cấp dịch vụ GPRS

Trang 15

SUMIMO Single User Multi Input Multi

T

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo thời

gian

U

UTRAN Access Networks Universal Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất

UTMS Telecommunication Mobile

V

Trang 16

Ngược dòng thời gian

Trong hơn một thập kỷ qua, thế giới đã chứng kiến sự thành công to lớn của mạng thông tin di động thế hệ thứ hai 2G Mạng 2G có thể phân ra 2 loại: mạng 2G dựa trên nền TDMA và mạng 2G dựa trên nền CDMA Đánh dấu điểm mốc bắt đầu của mạng 2G là sự ra đời của mạng D-AMPS (hay IS-136) dùng TDMA phổ biến ở

Mỹ Tiếp theo là mạng CdmaOne (hay IS-95) dùng CDMA phổ biến ở châu Mỹ và một phần của châu Á, rồi mạng GSM dùng TDMA, ra đời đầu tiên ở Châu Âu và hiện được triển khai rộng khắp thế giới Sự thành công của mạng 2G là do dịch vụ

và tiện ích mà nó mạng lại cho người dùng, tiêu biểu là chất lượng thoại và khả năng di động

Tiếp nối thế hệ thứ 2, mạng thông tin di động thế hệ thứ ba 3G đã và đang được triển khai nhiều nơi trên thế giới Cải tiến nổi bật nhất của mạng 3G so với mạng 2G là khả năng cung ứng truyền thông gói tốc độ cao nhằm triển khai các dịch vụ truyền thông đa phương tiện Mạng 3G bao gồm mạng UMTS sử dụng kỹ thuật WCDMA, mạng CDMA2000 sử dụng kỹ thuật CDMA và mạng TD-SCDMA được phát triển bởi Trung Quốc Gần đây công nghệ WiMAX cũng được thu nhận vào họ hàng 3G bên cạnh các công nghệ nói trên Tuy nhiên, câu chuyện thành công của mạng 2G rất khó lặp lại với mạng 3G Một trong những lý do chính là dịch vụ

mà 3G mang lại không có một bước nhảy rõ rệt so với mạng 2G Mãi gần đây người

ta mới quan tâm tới việc tích hợp MBMS (Multimedia broadcast and multicast

Trang 17

service) và IMS (IP multimedia subsystem) để cung ứng các dịch vụ đa phương tiện

Khái niệm 4G bắt nguồn từ đâu?

Có nhiều định nghĩa khác nhau về 4G, có định nghĩa theo hướng công nghệ,

có định nghĩa theo hướng dịch vụ Đơn giản nhất, 4G là thế hệ tiếp theo của mạng thông tin di động không dây 4G là một giải pháp để vượt lên những giới hạn và những điểm yếu của mạng 3G Thực tế, vào giữa năm 2002, 4G là một khung nhận thức để thảo luận những yêu cầu của một mạng băng rộng tốc độ siêu cao trong tương lai mà cho phép hội tụ với mạng hữu tuyến cố định 4G còn là hiện thể của ý tưởng, hy vọng của những nhà nghiên cứu ở các trường đại học, các viện, các công

ty như Motorola, Qualcomm, Nokia, Ericsson, Sun, HP, NTT DoCoMo và nhiều công ty viễn thông khác với mong muốn đáp ứng các dịch vụ đa phương tiện mà mạng 3G không thể đáp ứng được

Theo dòng phát triển…

Ở Nhật, nhà cung cấp mạng NTT DoCoMo định nghĩa 4G bằng khái niệm đa phương tiện di động (mobile multimedia) với khả năng kết nối mọi lúc, mọi nơi, khả năng di động toàn cầu và dịch vụ đặc thù cho từng khách hàng NTT DoCoMo xem 4G như là một mở rộng của mạng thông tin di động tế bào 3G Quan điểm này được xem như là một “quan điểm tuyến tính” trong đó mạng 4G sẽ có cấu trúc tế bào được cải tiến để cung ứng tốc độ lên trên 100Mb/s Với cách nhìn nhận này thì 4G sẽ chính là mạng 3G LTE , UMB hay WiMAX 802.16m Nhìn chung đây cũng

là khuynh hướng chủ đạo được chấp nhận ở Trung Quốc và Hàn Quốc

Bên cạnh đó, mặc dù 4G là thế hệ tiếp theo của 3G, nhưng tương lai không hẳn chỉ giới hạn như là một mở rộng của mạng tế bào Ví dụ ở châu Âu, 4G được xem như là khả năng đảm bảo cung cấp dịch vụ liên tục, không bị ngắt quãng với khả năng kết nối với nhiều loại hình mạng truy nhập vô tuyến khác nhau và khả năng chọn lựa mạng vô tuyến thích hợp nhất để truyền tải dịch vụ đến người dùng một cách tối ưu nhất Quan điểm này được xem như là “quan điểm liên đới” Do đó,

Trang 18

khái niệm “ABC-Always Best Connected” (luôn được kết nối tốt nhất) luôn được xem là một đặc tính hàng đầu của mạng thông tin di động 4G Định nghĩa này được nhiều công ty viễn thông lớn và nhiều nhà nghiên cứu, nhà tư vấn viễn thông chấp nhận nhất hiện nay Theo tin từ Tập đoàn Bưu chính viễn thông Việt Nam (VNPT), đơn vị này vừa hoàn thành việc lắp đặt trạm BTS sử dụng cho dịch vụ vô tuyến băng rộng công nghệ LTE (Long Term Evolution), công nghệ tiền 4G đầu tiên tại Việt Nam và Đông Nam Á Đồ án nghiên cứu về Công nghệ 4G LTE là công nghệ còn mới mẻ và phù hợp với thực trạng hiện nay của Việt Nam

Nội dung của đồ án bao gồm 4 chương:

Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE

Chương 3 : Quy hoạch mạng 4G LTE

Chương 4 : Mô phỏng

Trang 19

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang1/50

di động thế hệ 1 đến thế hệ 3 và thế hệ đang phát triển trên thế giới - thế hệ 4

1.1 Sự phát triển của hệ thống thông tin di động

Khi các ngành thông tin quảng bá bằng vô tuyến phát triển thì ý tưởng về thiết bị điện thoại vô tuyến ra đời và cũng là tiền thân của mạng thông tin di động sau này Năm 1946, mạng điện thoại vô tuyến đầu tiên được thử nghiệm tại ST Louis, bang Missouri của Mỹ

Sau những năm 50, việc phát minh ra chất bán dẫn cũng ảnh hưởng lớn đến lĩnh vực thông tin di động Ứng dụng các linh kiện bán dẫn vào thông tin di động đã cải thiện một số nhược điểm mà trước đây chưa làm được

Thuật ngữ thông tin di động tế bào ra đời vào những năm 70, khi kết hợp được các vùng phủ sóng riêng lẻ thành công, đã giải được bài toán khó về dung lượng

Trang 20

- Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến

- Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể

- Trạm thu phát gốc BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS trong cell

- Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di động tiên tiến AMPS

 Những hạn chế

Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản Tuy nhiên hệ thống không thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ Nó bao gồm các hạn chế sau :

- Phân bổ tần số rất hạn chế, dung lượng nhỏ

Trang 21

- Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi

- Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt ở châu Âu, làm cho thuê bao không thể sử dụng được máy di động của mình ở các nước khác

- Chất lượng thấp và vùng phủ sóng hẹp

Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với kỹ thuật đa truy cập mới ưu điểm hơn về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp Vì vậy đã xuất hiện hệ thống thông tin di động thế hệ 2

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

Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) đầu tiên trên thế giới được ra đời ở châu Âu và có tên gọi là GSM.Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế hệ

2 lúc đó đã đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ

số Hệ thống 2G hấp dẫn hơn hệ thống 1G bởi vì ngoài dịch vụ thoại truyền thống,

hệ thống này còn có khả năng cung cấp một số dịch vụ truyền dữ liệu và các dịch vụ

bổ sung khác Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động số GSM được đưa vào từ năm 1993, hiện nay đang được Công ty VMS và GPC khai thác rất hiệu quả với hai mạng thông tin di động số VinaPhone và MobiFone theo tiêu chuẩn GSM

Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 đều sử dụng kỹ thuật điều chế số.Và chúng sử dụng 2 phương pháp đa truy cập:

- Đa truy cập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access - TDMA): phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khác nhau

Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access - CDMA): phục vụ các cuộc gọi theo các chuỗi mã khác nhau

Trang 22

VÀ TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G

 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA:

Trong hệ thống TDMA phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này được dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian (Time slot) trong chu kỳ một khung Tin tức được tổ chức dưới dạng gói, mỗi gói có bit chỉ thị đầu gói, chỉ thị cuối gói, các bit đồng bộ và các bit dữ liệu Không như hệ thống FDMA, hệ thống TDMA truyền dẫn dữ liệu không liên tục và chỉ sử dụng cho dữ liệu số và điều chế số

Các đặc điểm của TDMA

- TDMA có thể phân phát thông tin theo hai phương pháp là phân định trướcvà phân phát theo yêu cầu Trong phương pháp phân định trước, việc phân phát cáccụm được định trước hoặc phân phát theo thời gian Ngược lại trong phương pháp phân định theo yêu cầu các mạch được tới đáp ứng khi có cuộc gọi yêu cầu, nhờ đó tăng được hiệu suất sử dụng mạch

- Trong TDMA các kênh được phân chia theo thời gian nên nhiễu giao thoa giữa các kênh kế cận giảm đáng kể

- TDMA sử dụng một kênh vô tuyến để ghép nhiều luồng thông tin thông qua việc phân chia theo thời gian nên cần phải có việc đồng bộ hóa việc truyền dẫn

để tránh trùng lặp tín hiệu Ngoài ra, vì số lượng kênh ghép tăng nên thời gian trễ do truyền dẫn đa đường không thể bỏ qua được, do đó sự đồng bộ phải tối ưu

 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

Đối với hệ thống CDMA, tất cả người dùng sẽ sử dụng cùng lúc một băng tần.Tín hiệu truyền đi sẽ chiếm toàn bộ băng tần của hệ thống Tuy nhiên, các tín hiệu của mỗi người dùng được phân biệt với nhau bởi các chuỗi mã Thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi, mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau

Trang 23

 Đặc điểm của CDMA

đề, chuyển giao trở thành mềm, điều khiển dung lượng cell rất linh hoạt

- Chất lượng thoại cao hơn, dung lượng hệ thống tăng đáng kể (có thể gấp từ

4 đến 6 lần hệ thống GSM), độ an toàn (tính bảo mật thông tin) cao hơn do

sử dụng dãy mã ngẫu nhiên để trải phổ, kháng nhiễu tốt hơn, khả năng thu đa đường tốt hơn,chuyển vùng linh hoạt Do hệ số tái sử dụng tần số là 1 nên không cần phải quan tâm đến vấn đề nhiễu đồng kênh

Trang 24

- CDMA không có giới hạn rõ ràng về số người sử dụng như TDMA và FDMA Còn ở CDMA và FDMA thì số người sử dụng là cố định, không thể tăng thêm khi tất cả các kênh bị chiếm

- Hệ thống CDMA ra đời đã đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn dịch vụ thông tin di động tế bào Đây là hệ thống thông tin di động băng hẹp với tốc độ bit thông tin của người sử dụng là 8-13 kbps

Hệ thống thông tin di động chuyển từ thế hệ 2 sang thế hệ 3 qua một giaiđoạn trung gian là thế hệ 2,5 sử dụng công nghệ TDMA trong đó kết hợp nhiều khe hoặc nhiều tần số hoặc sử dụng công nghệ CDMA trong đó có thể chồng lên phổtần của thế hệ hai nếu không sử dụng phổ tần mới, bao gồm các mạng đã được đưa vào sử dụng như: GPRS, EDGE và CDMA2000-1x Ở thế hệ thứ 3 này các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s Để phân biệt với các hệ thống thông tin

di động băng hẹp hiện nay, các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 gọi là các hệ thống thông tin di động băng rộng

Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000 đã được

đề xuất, trong đó 2 hệ thống W-CDMA và CDMA2000 đã được ITU chấp thuận và đưa vào hoạt động trong những năm đầu của những thập kỷ 2000 Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA, điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ 3

- W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là sự nâng cấp

của các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, IS-136

- CDMA2000 là sự nâng cấp của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ CDMA: IS-95

 Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3

Trang 25

Thông tin di động thế hệ thứ 3 xây dựng trên cơ sở IMT-2000 được đưa vào phục vụ từ năm 2001 Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng cũng đồng thời bảo đảm sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ 2

- Tốc độ của thế hệ thứ ba được xác định như sau:

- 384 Kb/s đối với vùng phủ sóng rộng

- 2 Mb/s đối với vùng phủ sóng địa phương

Các tiêu chí chung để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba (3G):

- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau:

- Đường lên : 1885-2025 MHz

- Đường xuống : 2110-2200 MHz

- Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến:

- Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến

- Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông

- Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau: trong công sở, ngoài đường, trên

xe, vệ tinh

- Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:

- Môi trường thông tin nhà ảo (VHE: Virtual Home Environment) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu

- Đảm bảo chuyển mạng quốc tế

- Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch kênh và số liệu chuyển mạch theo gói

- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

- Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 sang thế hệ 4 qua giai đoạn trung gian

là thế hệ 3,5 có tên là mạng truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA Thế hệ

Trang 26

Thế hệ 4 dùng kỹ thuật truyền tải truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM, là kỹ thuật nhiều tín hiệu được gởi đi cùng một lúc nhưng trên những tần số khác nhau Trong kỹ thuật OFDM, chỉ có một thiết bị truyền tín hiệu trên nhiều tần

số độc lập (từ vài chục cho đến vài ngàn tần số) Thiết bị 4G sử dụng máy thu vô tuyến xác nhận bởi phần mềm SDR (Software - Defined Radio) cho phép sử dụng băng thông hiệu quả hơn bằng cách dùng đa kênh đồng thời Tổng đài chuyển mạch mạng 4G chỉ dùng chuyển mạch gói, do đó, giảm trễ thời gian truyền và nhận dữ liệu

1.2 Tổng quan về mạng 4G

4G là hệ thống thông tin băng rộng được xem như IMT tiên tiến (IMTAdvanced) được định nghĩa bởi ITU-R Tốc độ dữ liệu đề ra là 100Mbps cho thuê bao di chuyển cao và 1Mbps cho thuê bao ít di chuyển, băng thông linh động lên đến 40MHz Sử dụng hoàn toàn trên nền IP, cung cấp các dịch vụ như điện thoại

IP, truy cập internet băng rộng, các dịch vụ game và dòng HDTV đa phương tiện…

3GPP LTE được xem như là tiền 4G, nhưng phiên bản đầu tiên của LTE chưa đủ các tính năng theo yêu cầu của IMT Advanced LTE có tốc độ lý thuyết lên đến 100Mbps ở đường xuống và 50Mbps ở đường lên đối với băng thông 20MHz

Và sẽ hơn nữa nếu MIMO, các anten mảng được sử dụng LTE được phát triển đầu tiên ở hai thủ đô Stockholm và Olso vào ngày 14/12/2009 Giao diện vô tuyến vật lý đầu tiên được đặt tên là HSOPA (High Speed OFDM Packet Access),

Trang 27

bây giờ có tên là E-UTRA (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access) Thực tế cho thấy, hầu hết các hãng sản xuất thiết bị viễn thông hàng đầu thế giới: Alcatel-Lucent, Ericsson, Motorola, Nokia, Nokia Siemens Networks, Huawei, LG Electronics, Samsung, NEC, Fujitsu … đã bắt tay với các nhà mạng lớn trên thế giới (Verizon Wireless, AT&T, France Telecom-Orange, NTT DoCoMo, T-Mobile, China Mobile, ZTE) thực hiện các cuộc thử nghiệm quan trọng trên công nghệ LTE

và đã đạt những thành công đáng kể

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

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

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

 Mục tiêu và cách tiếp cận

4G cung cấp QoS và tốc độ phát triển hơn nhiều so với 3G đang tồn tại, không chỉ là truy cập băng rộng, dịch vụ tin nhắn đa phương tiện (MMS), chatvideo, TV di động mà còn các dịch vụ HDTV, các dịch vụ tối thiểu như thoại, dữ liệu và các dịch

vụ khác Nó cho phép chuyển giao giữa các mạng vô tuyến trong khu vực cục bộ và

có thể kết nối với hệ thống quảng bá video số

Trang 28

 Các mục tiêu mà 4G hướng đến :

- Băng thông linh hoạt giữa 5 MHz đến 20 MHz, có thể lên đến 40 MHz

- Tốc độ được quy định bởi ITU là 100 Mbps khi di chuyển tốc độ cao và 1 Gbps đối với thuê bao đứng yên so với trạm

- Tốc độ dữ liệu ít nhất là 100 Mbps giữa bất kỳ hai điểm nào trên thế giới

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

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

- Chuyển giao liền (Smooth handoff) qua các mạng hỗn hợp

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

- Chất lượng cao cho các dịch vụ đa phương tiện như âm thanh 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 chuyển mạch kênh nữa

- 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 đổi theo thời gian

Thích nghi đường truyền: điều chế thích nghi và các mã sửa lỗi

Trang 29

1.3 Sự khác nhau giữa 3G và 4G

Hiện nay, công nghệ 3G cho phép truy cập Internet không dây và các cuộc gọi có hình ảnh 4G được phát triển trên các thuộc tính kế thừa từ công nghệ 3G Về mặt lý thuyết, mạng không dây sử dụng công nghệ 4G sẽ có tốc độ nhanh hơn mạng 3G từ 4 đến 10 lần Tốc độ tối đa của 3G là tốc độ tải xuống 14Mbps và 5.8Mbps tải lên Với công nghệ 4G, tốc độ có thể đạt tới 100Mbps đối với người dùng di động và 1Gbps đối với người dùng cố định 3G sử dụng ở các dải tần quy định quốc

tế cho UL: 1885-2025 MHz; DL : 2110-2200 MHz; với tốc độ từ 144 kbps-2 Mbps,

độ rộng BW: 5 MHz Đối với 4G LTE thì hoạt động ở băng tần: 700 MHz -2,6GHz với mục tiêu tốc độ dữ liệu cao, độ trễ thấp, công nghệ truy cập sóng vô tuyến gói

dữ liệu tối ưu Tốc độ DL:100Mbps( ở BW 20MHz), UL: 50 Mbps với 2 aten thu một anten phát Độ trễ nhỏ hơn 5ms với độ rộng BW linh hoạt là ưu điểm của LTE

so với WCDMA, BW từ 1.25 MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20MHz Hiệu quả trải phổ tăng 4 lần và tăng 10 lần số người dùng/cell so vớiWCDMA

1.3.1 Ưu điểm nổi bật

- Tốc độ dữ liệu cao hơn rất nhiều lần so với 3G

- Tăng hiệu quả sử dụng phổ và giảm thời gian trễ

- Cấu trúc mạng sẽ đơn giản hơn, và sẽ không còn chuyển mạch kênh nữa

- Hiệu quả trải phổ tăng 4 lần và tăng 10 lần user/cell so với WCDMA

- Độ rộng băng tần linh hoạt cũng là một ưu điểm quan trọng của LTE đối với WCDMA

1.3.2 Các ứng dụng đã tạo nên ưu điểm của 4G LTE so với 3G

 Hiệu suất phổ cao

- OFDM ở DL

- Chống nhiễu đa đường

- Hầu hết dữ liệu người dùng thì ít hơn di động

- SC-FDMA ở UL

- PAPR thấp

Trang 30

-Thời gian cài đặt và thời gian trì hoãn chuyển tiếp ngắn

-Trễ HO và thời gian ngắt ngắn : TTI ngắn, trạng thái RRC đơn giản

-Giảm độ trễ khứ hồi (round trip delay)

 Tần số tái sử dụng linh hoạt: giảm nhiễu liên cell với tần số tái sử dụng lớn hơn 1

-Sử dụng hai dải tần số:

- Dải 1 : hệ số tái sử dụng lớn hơn 1 => công suất phát cao hơn

- Dải 2 : phổ còn lại

-Các user ở cạnh cell : sử dụng dải 1 => SIR tốt

-Các user ở trung tâm cell : sử dụng toàn bộ băng => tốc độ dữ liệu cao

 Dung lượng và vùng bao phủ của WCDMA UL bị giới hạn bởi can nhiễu: can nhiễu bên trong cell và can nhiễu liên cell Nhưng đối với LTE thì: do tính trựcgiao nên can nhiễu trong cùng một cell có thể không xét đến và giảm can nhiễu inter-cell bằng tái sử dụng cục bộ, thêm các anten có thể triệt can nhiễu

Trang 31

CHƯƠNG 2 : CẤU TRÚC MẠNG 4G

LTE

2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE

Hệ thống 3GPP LTE, là bước tiếp theo cần hướng tới của hệ thống mạng không dây 3G dựa trên công nghệ di động GSM/UMTS, và là một trong những công nghệ tiềm năng nhất cho truyền thông 4G Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) đã định nghĩa truyền thông di động thế hệ thứ 4 là IMT Advanced và chia thành hai hệ thống dùng cho di động tốc độ cao và di động tốc độ thấp 3GPP LTE

là hệ thống dùng cho di động tốc độ cao

Ngoài ra, đây còn là công nghệ hệ thốngtích hợp đầu tiên trên thế giới ứng dụng cả chuẩn 3GPP LTE và các chuẩn dịch vụ ứng dụng khác, do đó người sử dụng có thể dễ dàng thực hiện cuộc gọi hoặc truyềndữ liệu giữa các mạng LTE và các mạng GSM/GPRS hoặc UMTS dựa trênWCDMA Kiến trúc mạng mới được thiết kế với mục tiêu cung cấp lưu lượng chuyển mạch gói với dịch vụ chất lượng,

độ trễ tối thiểu Hệ thống sử dụng băng thông linh hoạt nhờ vào mô hình đa truy cập OFDMA và SC-FDMA

 Các giai đoạn phát triển của LTE

- Bắt đầu năm 2004, dự án LTE tập trung vào phát triển thêm UTRAN và tốiưu cấu trúc truy cập vô tuyến của 3GPP

- Mục tiêu hướng đến là dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của mộtngười dùng trên 1MHz so với mạng HSDPA Tải xuống: gấp 3 đến 4lần (100Mbps) Tải lên: gấp 2 đến 3 lần (50Mbps)

- Năm 2007, LTE của kỹ thuật truy cập vô tuyến thế hệ thứ 3 –“EUTRA”-phát triển từ những bước khả thi để đưa ra các đặc tính kỹ thuật được chấp nhận Cuối năm 2008 các kỹ thuật này được sử dụng trong thương mại

Trang 32

- Các kỹ thuật OFDMA được sử dụng cho đường xuống và SC-FDMA được sử dụng cho đường lên

 Các đặc tính cơ bản của LTE

Hỗ trợ cả 2 trường hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không

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

o Hỗ trợ tính năng đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS

o VoIP đảm bảo chất lượng âm thanh tốt, trễ tối thiểu thông qua mạng UMTS

- Liên kết mạng:

o Khả năng liên kết với các hệ thống UTRAN/GERAN hiện có và các

hệ thống không thuộc 3GPP cũng sẽ được đảm bảo

o Thời gian trễ trong việc truyền tải giữa E-UTRAN và UTRAN/GERAN sẽ nhỏ hơn 300ms cho các dịch vụ thời gian thực và 500ms cho các dịch vụ còn lại

- Chi phí: chi phí triển khai và vận hành giảm

Băng thông linh hoạt trong vùng từ 1.4 MHz đến 20 MHz, điều này có nghĩa là

nó có thể hoạt động trong các dải băng tần của 3GPP Trong thực tế, hiệu suất thực

Trang 33

sự của LTE tùy thuộc vào băng thông chỉ định cho các dịch vụ và không có sựlựa chọn cho phổ tần của chính nó Triển khai tại các tần số cao, LTE là chiếnlược hấp dẫn tập trung vào dung lượng mạng, trong khi tại các tần số thấp nó có thểcung cấp vùng bao phủ khắp nơi

Mạng LTE có thể hoạt động trong bất cứ dải tầnđược sử dụng nào của 3GPP Nó bao gồm băng tần lõi của IMT-2000 (1.9-2 GHz) và dải mở rộng (2.5 GHz), cũng như tại 850-900 MHz, 1800 MHz, phổ AWS (1.7-2.1 GHz) Băng tần chỉ định dưới 5MHz được định nghĩa bởi IUT thì phù hợp với dịch vụ IMT trong khi các băng tần lớn hơn 5MHz thì sử dụng cho các dịch vụ có tốc độ cực cao Tính linh hoạt về băng tần của LTE có thể cho phép các nhà sản xuất phát triển LTE trong những băng tần đã tồn tại của họ

 Các thông số lớp vật lý của LTE

Downlink OFDMA

MHz, 20MHz

Lên đến 4 lớp cho DL/UE

Sử dụng MU-MIMO cho UL và DL Bảng 2.1: Các thông số lớp vật lý LTE

Trang 34

 Dịch vụ của LTE

Qua việc kết nối của đường truyền tốc độ rất cao, băng thông linh hoạt, hiệu suất

sử dụng phổ cao và giảm thời gian trễ gói, LTE hứa hẹn sẽ cung cấp nhiều dịch vụ

đa dạng hơn Đối với khách hàng, sẽ có thêm nhiều ứng dụng về dòng dữ liệu lớn, tải về và chia sẻ video, nhạc và nội dung đa phương tiện Tất cả các dịch vụ sẽ cần lưu lượng lớn hơn để đáp ứng đủ chất lượng dịch vụ, đặc biệt là với mong đợi của người dùng về đường truyền TV độ rõ nét cao Đối với khách hàng là doanh nghiệp, truyền các tập tin lớn với tốc độ cao, chất lượng video hội nghị tốt…LTE sẽ mang đặc tính của “Web 2.0” ngày nay vào không gian di động lần đầu tiên

lượng cao

email di động, tin nhắn video

tuyến, trình duyệt WAP thông qua GPRS và mạng 3G

Trình duyệt nhanh, đăng/tải nhanh các nội dung lên các mạng xã hội

Thông tin cước

phí

Người dùng trả trên mạng tính cước chuẩn

yêu cầu

Chạy và có thể tải video Các dịch vụ tivi theo đúng yêu

cầu,video chất lượng cao

Kèm các video, clip, dịch vụ karaoke

Định dạng
Số trang	68
Dung lượng	2,45 MB