công nghệ lte và các kỹ thuật truyền dữ liệu

công nghệ lte và các kỹ thuật truyền dữ liệu

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỀ TÀI: Công nghệ LTE và các kỹ thuật truyền dữ liệu



Giảng viên hướng dẫn :Th.S Bùi Thị Bích Tuyền

Sinh viên thực hiện : Huỳnh Duy Quang- 0851040037

Lê Đức Vương - 0851040067

Lớp : DV08

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 9/2012

- Nhóm thực hiện cũng xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến cô Bùi Thị Bích Tuyền, người đã hết lòng hướng dẫn, chỉ bảo trong suốt thời gian thực hiện đồ án, giúp nhóm đi đúng hướng và thực hiện đề tài đúng thời gian quy định.

- Đồng thời nhóm cũng gửi lời cám ơn đến các bạn trong lớp đã cung cấp tài liệu cùng giúp đỡ nhau trong thời gian thực hiện đề tài.

- Một lần nữa xin trân trọng cám ơn!

Ngày … tháng … năm 2012

Giáo viên hướng dẫn

Ngày … tháng … năm 2012

MỤC LỤC

CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT

3GPP Third Generation Partnership Project Tổ chức chuẩn hóa mạng di động thế hệ thứ 3

A

AAS Adaptive Antenna System Hệ thống antenna thích ứng

ACK Acknowledgement (In ARQ Protocols) Báo nhận (trong giao thức ARQ) ACLR Adjacent Channel Leakage Ratio Hệ số rò rỉ kênh lân cận

AGW Access Gateway (in LTE/SAE) Cổng truy nhập

AM Acknowledged Mode (RLC Configuration) Chế độ báo nhận (cấu hình RLC) AMC Adaptive Modulation And Coding Mã hóa và điều chế thích nghi

ARQ Automatic Repeat-Request Yêu cầu lặp lại tự động

B

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BM-SC Broadcast/Multicast Service Center Trung tâm dịch vụ broadcast/multicast

BPSK Binary Phase-Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân

BSC Base Station Controller Khối điều khiển trạm gốc

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

C

CDM Code-Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo mã

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

CN Core Network Mạng lõi

CPC Continuous Packet Connectivity Khả năng kết nối gói liên tục

CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung

CQI Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lượng kênh truyền CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra tính dư tuần hoàn

D

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng

DFE Decision Feedback Equalization Cân bằng hồi tiếp để quyết định DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi fourier rời rạc

DFTS-OFDM DFT-Spread OFDM, See Also SC-FDMA OFDM trải phổ DFT, cũng được xem như là SC-FDMA

DL-SCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống

DPCCH Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý dành riêng DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý dành riêng

DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh dữ liệu vật lý dành riêng DRX Discontinuous Reception Sự thu nhận không liên tục

DTCH Dedicated Traffic Channel Kênh lưu lượng dành riêng

DTX Discontinuous Transmission Sự phát không liên tục

E

E-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh dành riêng nâng cao

ETSI European Telecommunication

Standards Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu

FCC Federal Communications Commission Hội đồng truyền thông liên bang FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần số FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số FFT Fast Fourier Transform Biến đổi fourier nhanh

G

GPRS General Packet Radio Services Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp

GSM Global Sytem For Mobile Communications Hệ thống truyền thông di động toàn cầu

H

HSCSD High Speed Circuit Switched Data Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú

HS-DSCH High-Speed Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao

HSUPA High Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ cao

I

IEEE Institute Of Electrical And Electronics Engineers Viện kỹ sư điện và điện tử

IMS IP Multimedia Subsystem Hệ thống con đa truyền thông IP IMT-2000 International Mobile Telecommunications 2000 Viễn thông di động quốc tế 2000

IR Incremental Redundancy Sự dư thừa gia tăng

ITU International Telecommunications

MBS Multicast And Broadcast Service Dịch vụ multicast và broadcast

MIMO Multiple Input Multiple Ouput Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động

Một node logic điều khiển việc phát

và thu trong nhiều tế bào Có khi còn xem như tương ứng với một trạm gốc.

PCI Pre-coding Control Indication Chỉ thị điều khiển tiền mã hóa

PDCCH Physical Downlink Control Kênh điều khiển đường xuống vật lý

Channel PDCP Packet Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ dữ liệu gói

PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống vật lý PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức

Q

QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha cầu phương

R

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RLC Radio Link Protocol Giao thức liên kết vô tuyến

RNC Radio Network Controller Khối điều khiển mạng vô tuyến ROHC Robust Header Compression Nén tiêu đề mạnh mẽ

RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến

RSN Retransmission Sequence Number Số thứ tự truyền lại

S

SC-FDMA Single Carrier FDMA FDMA đơn sóng mang

SDMA Spatial Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo không gian SFBC Space Frequency Block Coding Mã hóa khối không gian-tần số SIR Signal To Interference Ratio Hệ số tín hiệu trên nhiễu

SNR Signal To Noise Ratio Hệ số tín hiệu trên tạp âm

T

TD-CDMA Time Dvision-Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã và thời gian TDD Time Division Duplex Song công phân chia thời gian

TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian

TD-SCDMA Time Division- Synchronous Code

Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã đồng bộ, phân chia theo thời gian

TFC Transport Format Combination Sự kết hợp định dạng truyền tải

TM Transparent Mode (RLC Configuration) Chế độ trong suốt (cấu hình RLC) TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian truyền dẫn

UL-SCH Uplink Shared Channel Kênh chia sẻ đường lên

UM Unacknowledgement Mode (RLC Configuration) Chế độ không báo nhận (cấu hình RLC)

UMTS Universal Mobile Telecommunications

System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu UTRA Universal Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU

CHƯƠNG 2

Hình 2.1 Sơ đồ tóm lượt sự phát triễn của hệ thống TTDD

Hình 2.2 Lộ trình phát triển của LTE và các công nghệ khác

CHƯƠNG 3

Hình 3.1 Sự chuyển đổi cấu trúc UTRAN sang E-UTRAN

Hình 3.2 Kiến trúc EPS

Hình 3.3 Các thành phần trong mạng EPS

Hình 3.4 eNodeB kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính

Hình 3.5 MME kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính

Hình 3.6 Các kết nối S-GW tới các nút logic khác và các chức năng chính

Hình 3.7 P-GW kết nối tới các node logic khác và các chức năng chính

Hình 3.8 PCRF kết nối tới các nút logic khác & các chức năng chính

Hình 3.9 Cấu trúc chuyển vùng truy cập với P-GW trong mạng nhà

Hình 3.10 Kiến trúc liên mạng với 3G UMTS

Hình 3.11 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển trong EPS

Hình 3.12 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người dùng trong EPC

Hình 3.13 Các ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng

người dùng cho giao diện X2

CHƯƠNG 4

Hình 4.1 Truyền đơn sóng mang

Hình 4.2 Nguyên lý của FDMA

Hình 4.3 Nguyên lý đa sóng mang

Hình 4.4 So sánh phổ tần của OFDM với FDMA.

Hình 4.5 Tần số-thời gian của tin hiệu OFDM

Hình 4.6 Các sóng mang trực giao với nhau

Hình 4.7 Biến đổi FFT

Hình 4.8 Sơ đồ tạo ra chuỗi tín hiệu OFDM

Hình 4.9 Chuỗi bảo vệ GI hay tiền tố vòng CP

Hình 4.10 Tác dụng của chuỗi bảo vệ

Hình 4.11 OFDM và OFDMA

Hình 4.12 Cấu trúc khung loại 1

Hình 4.13 Cấu trúc khung loại 2

Hình 4.14 Cấu trúc của khối tài nguyên

Hình 4.15 Ghép kênh theo thời gian-tần số OFDMA

Hình 4.16 Phát và thu OFDMA

Hình 4.17 Sự xuất hiện đỉnh vượt trội trong hệ thống đa sóng mang

Hình 4.18 CCDF của PAPR điều chế QPSK với các giá trị L khác nhau

Hình 4.19 OFDMA và SC-FDMA

Hình 4.20 Thu phát SC-FDMA trong miền tần số

Hình 4.21 Sơ đồ khối DFT-s-OFDM

Hình 4.22 Khung con đường lên LTE và cấu trúc khe

Hình 4.23 Cấp phát tài nguyên đường lên LTE

Hình 4.24 Phát và thu hướng lên LTE

Hình 4.25 So sánh OFDMA & SC-FDMA

Hình 4.26 Mô hình SU-MIMO và MU-MIMO.

Hình 4.27 Ghép kênh không gian

Bảng 4.1 Số lượng khối tài nguyên cho băng thông LTE khác nhau

Bảng 4.2 Tham số cấu trúc đường xuống (FDD&TDD)

CHƯƠNG 5

Hình 5.1 Hệ thống đường xuống OFDMA

Hình 5.2 Mô phỏng OFDMA

Hình 5.3 Dữ liệu đầu vào

Hình 5.4 Tín hiệu sau khi qua điều chế 16QAM

Hình 5.5 Tín hiệu OFDMA

Hình 5.6 Tín hiệu OFDMA cộng với nhiễu tạp

Hình 5.7 Tín hiệu sau khi biến đổi FFT

Hình 5.8 Tín hiệu thu được ở phía thu

Hình 5.9 Hệ thống thu phát Sc-FDMA

Hình 5.10 Dữ liệu chuyển từ S-P

Hình 5.11 Dữ liệu sau khi điều chế

Hình 5.12 Tín hiệu sau khi qua FFT

Hình 5.13 Tín hiệu sau khi qua IFFT

Hình 5.14 Kết quả thu được sau khi chèn CP

Hình 5.15 Tín hiệu sau khi qua kênh truyền

Hình 5.16 Tín hiệu nhận được

Hình 5.17 Bỏ CP

Hình 5.18 Sau biến đổi FFT

Hình 5.19 Sau biến đổi IFFT.

Hình 5.20 Chuỗi bit nhận được

Hình 5.21 Đồ thị Ber so sánh giữa có Rayleigh và không có Rayleigh trong LTEHình 5.22 Đồ thị biểu diễn so sánh các điều chế QPSK, QAM trong LTE

Hình 5.23 PAPR OFDMA & SC-FDMA

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

Ngành công nghiệp viễn thông đã chứng kiến những phát triển ngoạn mục trong nhữngnăm gần đây Khi công nghệ mạng thông tin di động thế hệ thứ ba 3G chưa có đủ thờigian để khẳng định vị thế của mình trên toàn cầu thì người ta đã bắt đầu nói đến côngnghệ 4G (Fourth Generation) từ nhiều năm gần đây

Trong hơn một thập kỷ qua, thế giới đã chứng kiến thành công to lớn của mạngthông tin di động thế hệ thứ hai 2G Mạng 2G chia ra làm 2 loại dựa trên TDMA vàCDMA Sau một thời gian phát triển thì mạng GSM dùng TDMA sử dụng phổ biến ởChâu Âu được sử dụng khắp thế giới và mạng CDMAONE sử dụng CDMA được sửdụng ở Mỹ và một phần châu Á Sự thành công của mạng 2G là do dịch vụ tiện ích mà

nó mang lại cho người dùng, tiêu biểu là chất lượng thoại và khả năng di động Tiếpnối thế hệ thứ hai, mạng thông tin di động thế hệ thứ ba 3G đã và đang phát triển nhiềunơi trên thế giới Cải tiến nối bật của mạng 3G so với mạng 2G là khả năng cung ứngtruyền thông gói tốc độ cao nhằm triển khai các dịch vụ truyền thông đa phương tiện.Mạng 3G bao gồm mạng UMTS sử dụng kĩ thuật WCDMA, mạng CDMA2000 sửdụng mạng CDMA và mạng TD-SCDMA được phát triển bởi Trung Quốc Gần đâycông nghệ WIMAX cũng được thu nhận vào họ hàng 3G bên cạnh các công nghệ nóitrên Tuy nhiên, câu chuyện thành công của mạng 2G rất khó lặp lại với mạng 3G Mộttrong những lý do chính là dịch vụ mà 3G mang lại không có bước nhảy rõ rệt nhưmạng 2G.,

Ở Nhật nhà cung cấp mạng NTT DoCoMo định nghĩa 4G bằng khái niệm đaphương tiện di động 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 rộngcủa mạng thông tin di động tế bào 3G Quan điểm này được xem như là một quan điểmtuyến tính trong đó mạng 4G sẽ có cấu trúc tế bào được cải tiến để cung ứng tốc độtrên 100Mb/s Với cách nhìn nhận này thì 4G sẽ chính là mạng 3G LTE, UMB hayWiMAX 802.16m

Bên cạnh đó, mặc dù 4G là thế hệ tiếp theo của 3G, nhưng tưởng lai chỉ giới hạnnhư là một mở rộng của mạng tế bào Ví dụ ở Châu Âu, 4G được xem như là khả năngđảm bảo cung cấp dịch vụ liên tục, không bị ngắt quãng với khả năng kết nôi với nhiềuloại hình mạng truy cập vô tuyến khác nhau và khả năng chọn lựa mạng vô tuyến thíchhợp nhất để truyền tải dịch vụ đến người dùng một cách tốt nhất Ở Việt Nam, hiện nay3G đang phát triển rầm rộ và để tiến lên 4G không còn xa nữa Theo thông tin từ Tậpđoàn Bưu chính Viễn Thông Việt Nam (VNPT), đơn vị này vừa hòa thành việc lắp đặttrạm BTS sử dụng cho dịch vụ vô tuyến băng rộng công nghệ LTE, công nghệ tiền 4Gđầu tiên tại Việt Nam và Đông Nam Á.

Đồ án nghiên cứu về công nghệ LTE là công nghệ mới mẻ và phù hợp với thựctrạng hiện nay của Việt Nam và nó phát triển dựa vào các công nghệ trước mà khôngcần phải xây mới hoàn toàn:

Nội dung nghiên cứu cụ thể:

Chương 1: Khái quát về LTE, lịch sử phát triển và nội dung trình bày trong đề

tài

Chương 2: Đề tài đi sâu vào nghiên cứu các kỹ thuật truyền dữ liệu của công

nghệ LTE và trước hết tìm hiểu về quá trình đi lên của công nghệ viễn thông của thếgiới cũng như Việt Nam Bên cạnh đó so sánh LTE với các công nghệ khác như 3G vàWimax về cách khía cạnh ưu việt của nó

Chương 3: Các kiến trúc mạng LTE, sơ đồ mạng và các thành phần trong một

hệ thống mạng sẽ được mô tả rõ nét trong đề tài này

Chương 4: Hướng nghiên cứu chính của đề tài, LTE dùng 2 kỹ thuật truyền dữ

liệu chính là OFMDA và SC-FDMA cho uplink và downlink Đề tài sẽ tìm hiểu sâuvào 2 kỹ thuật này, đưa ra các lập luận cơ sở lý thuyết chặt chẽ, các bản biểu, các hìnhảnh để mô tả rõ về kỹ thuật này Và đánh giá, so sánh giữa các kỹ thuật với nhau, các

ưu điểm, khuyết điểm giúp cho người đọc hình dung rõ về vấn đề này

Chương 5: Sử dụng phần mềm mô Matlab 7.11 mô phỏng 2 kỹ thuật trên, nội

dung mô phỏng được trình bày trong chương này, các hình ảnh sẽ được chụp lại đểngười đọc hình dung chi tiết về quá trình mô phỏng Chương này sẽ cụ thể hóa lýthuyết của chương trước

Chương 6 : Tổng kết lại quá trình làm được trong quá trình thực hiện đồ án,

đưa ra các ưu điểm nỗi bật của LTE và các kỹ thuật truyền dữ liệu của nó Thống kê

sơ bộ kết quả đạt được và những gì chưa đạt được trong quá trình thực hiện đồ án Qua

đó đưa ra hướng nghiên cứu mới trong tương lai

Ở Việt Nam, hiện nay 3G đang phát triển rầm rộ và để tiến lên 4G không còn

xa nữa Theo tin từ Tập đoàn Bưu chính viễn thông Việt Nam (VNPT), đơn vị này vừahoàn thành việc lắp đặt trạm BTS sử dụng cho dịch vụ vô tuyến băng rộng công nghệLTE, công nghệ tiền 4G đầu tiên tại Việt Nam và Đông Nam Á

Để hòa nhập với xu thế chung, người thực hiện đã chọn đề tài “ Công nghệ LTE và các

kỹ thuật truyền dữ liệu” để có cơ hội nghiên cứu, tìm hiểu kĩ hơn về công nghệ mớinày Điều này phù hợp với xu thế phát triển hiện tại của hệ thống viễn thông Tương laikhông xa mạng thông tin di động 4G LTE sẽ được phỗ biến trên toàn thế giới và ViệtNam, đây là một bước tiễn vượt bậc trong công nghệ truyền thông

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ LTE

2.1 Giới thiệu chương :

Công nghệ LTE phát triễn dựa theo nhu cầu ngày càng tăng về chất lượng sử dụng dịch

vụ thoại, truyền data…của người sử dụng Phát triễn dựa trên hạ tầng mạng sẵn có vàtăng chất lượng dịch vụ cho người sử dụng Chương này làm rõ về quá trình phát triễnLTE và lịch sử ra đời, các so sánh giữa các thông số của LTE so với các công nghệkhác như Wimax, 3G cũng được đề cập cụ thể trong chương này nhằm làm người đọchình dụng sơ bộ tổng quan của LTE

2.2 Quá trình phát triển LTE :

Hệ thống thông tin di động phát triển rất mạnh mẽ trong thời gian gần đây Cácbước tiến mạnh mẽ của mạng có thể thấy rõ qua các quá trình phát triển hệ thống thôngtin di động từ 1G đến hiện nay Lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động có thểtóm gọn lại như sau :

 Thế hệ 1G :

Đây là hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng phương thức đa truy nhậpphân chia theo tần số FDMA và điều chế tần số FM với các đặc điểm :

• Phương thức truy nhập: FDMA

• Dịch vụ đơn thuần là thoại

• AMPS (Advance Mobile Phone System): triển khai tại Bắc Mỹ vào năm

1978 tại băng tần 800Mhz

 Thế hệ 2G:

Hệ thống mạng 2G được đặc trưng bởi công nghệ chuyển mạch kỹ thuật số(digital circuit-switched) Kỹ thuật này chiếm ưu thế hơn 1G với các đặc điểmsau:

• Dung lượng tăng

• Chất lượng thoại tốt hơn

truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, Hình ảnh chất lượng cao cho cả thuê bao cốđịnh và thuê bao đang di chuyển ở các tốc độ khác nhau

Mạng 3G đặc trưng bởi tốc độ dữ liệu cao, capacity của hệ thống lớn, tăng hiệuquả sử dụng phổ tần và nhiều cải tiến khác Có một loạt các chuẩn công nghệ diđộng 3G, tất cả đều dựa trên CDMA, bao gồm: UMTS (dùng cả FDD lẫn TDD),CDMA2000 và TD-SCDMA :

• UMTS (đôi khi còn được gọi là 3GSM) sử dụng kỹ thuật đa truy

cậpWCDMA UMTS được chuẩn hoá bởi 3GPP UMTS là công nghệ 3Gđược lựa chọn bởi hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ GSM/GPRS để đilên 3G Tốc độ dữ liệu tối đa là 1920Kbps (gần 2Mbps) Nhưng trongthực tế tốc độ này chỉ tầm 384Kbps Để cải tiến tốc độ dữ liệu của 3G,hai kỹ thuật HSDPA và HSUPA đă được đề nghị Khi cả 2 kỹ thuật nàyđược triển khai, người ta gọi chung là HSPA HSPA thường được biếtđến như là công nghệ 3,5G

• HSDPA: Tăng tốc độ downlink (đường xuống, từ NodeB về người dùng

di động) Tốc độ tối đa lý thuyết là 14,4Mbps, nhưng trong thực tế nó chỉđạt tầm 1,8Mbps (hoặc tốt lắm là 3,6Mbps) Theo một báo cáo của GSAtháng 7 năm 2008, 207 mạng HSDPA đă và đang bắt đầu triển khai,trong đó đă thương mại hoá ở 89 nước trên thế giới

• HSUPA: tăng tốc độ uplink (đường lên) và cải tiến QoS Kỹ thuật này

cho phép người dùng upload thông tin với tốc độ lên đến 5,8Mbps (lýthuyết) Cũng trong cùng báo cáo trên của GSA, 51 nhà cung cấp dịch vụthông tin di động đă triển khai mạng HSUPA ở 35 nước và 17 nhà cung

cấp mạng lên kế hoạch triển khai mạng HSUPA

• CDMA2000: bao gồm CDMA2000 1xRTT (Radio Transmission

Technology), CDMA2000 (Evolution -Data Optimized) và CDMA2000EV-DV(Evolution -Data and Voice) CDMA2000 được chuẩn hoá bởi

3GPP2 CDMA2000 là công nghệ 3G được lựa chọn bởi các nhà cungcấp mạng CdmaOne.

• CDMA2000 1xRTT: chính thức được công nhận như là một công nghệ

3G, tuy nhiên nhiều người xem nó như là một công nghệ 2,75G đúng hơn

là 3G Tốc độ của 1xRTT có thể đạt đến 307Kbps, song hầu hết cácmạng đă triển khai chỉ giới hạn tốc độ peak ở 144Kbps

• CDMA2000 EV-DO: sử dụng một kênh dữ liệu 1,25MHz chuyên biệt và

có thể cho tốc độ dữ liệu đến 2,4Mbps cho đường xuống và 153Kbps chođường lên 1xEV-DO Rev A hỗ trợ truyền thông gói IP, tăng tốc độđường xuống đến 3,1Mbps và đặc biệt có thể đẩy tốc độ đường lên đến1,2Mbps Bên cạnh đó, 1xEV-DO Rev B cho phép nhà cung cấp mạnggộp đến 15 kênh 1,25MHz lại để truyền dữ liệu với tốc độ 73,5Mbps

• CDMA2000 EV-DV: tích hợp thoại và dữ liệu trên cùng một kênh

1,25MHz CDMA2000 EV-DV cung cấp tốc độ peak đến 4,8Mbps chođường xuống và đến 307Kbps cho đường lên Tuy nhiên từ năm 2005,Qualcomm đă dừng vô thời hạn việc phát triển của 1xEV-DV vì đa phầncác nhà cung cấp mạng CDMA như Verizon Wireless và Sprint đă chọnEV-DO

• TD-SCDMA là chuẩn di động được đề nghị bởi "China Communications

Standards Association" và được ITU duyệt vào năm 1999 Đây là chuẩn3G của Trung Quốc TD-SCDMA dùng song công TDD TD-SCDMA cóthể hoạt động trên một dăi tần hẹp 1,6MHz (cho tốc độ 2Mbps) hay5MHz (cho tốc độ 6Mbps) Ngày xuất hành của TD-SCDMA đă bị đẩylùi nhiều lần Nhiều thử nghiệm về công nghệ này đă diễn ra từ đầu năm

2004 cũng như trong thế vận hội Olympic gần đây

 Hệ thống 4G LTE :

LTE là thế hệ thứ tư tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển UMTSthế hệ thứ ba dựa trên WCDMA đă được triển khai trên toàn thế giới Đểđảm bảo tính cạnh tranh cho hệ thống này trong tương lai, tháng 11/20043GPP đă bắt đầu dự án nhằm xác định bước phát triển về lâu dài cho côngnghệ di động UMTS với tên gọi Long Term Evolution (LTE) 3GPP đặt rayêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho mỗi bit thông tin, cung cấpdịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có và băng tần mới, đơngiản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng lượngtiêu thụ ở thiết bị đầu cuối Các mục tiêu của công nghệ này là:

• Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20Mhz

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 30-100km thì không hạnchế

• Độ dài băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với các băng tần1.25Mhz, 1.6 Mhz, 10Mhz, 15Mhz và 20Mhz cả chiều lên và chiều

xuống Hỗ trợ cả hai trường hợp độ dài băng lên và băng xuống bằngnhau hoặc không.

Để đạt được mục tiêu này, sẽ có rất nhiều kĩ thuật mới được áp dụng, trong

đó nổi bật là kĩ thuật vô tuyến OFDMA (đa truy cập phân chia theo tần sốtrực giao), kĩ thuật anten MIMO (Multiple Input Multiple Output) Ngoài ra

hệ thống này sẽ chạy hoàn toàn trên nền IP (all-IP Network), và hỗ trợ cả haichế độ FDD và TDD

Hình 2.1 Sơ đồ tóm lượt sự phát triển của hệ thống TTDD

2.3 Điểm vượt trội của LTE so với mạng khác :

 Sự khác nhau :

Hiện nay công nghệ 3G cho phép truy cập internet không dây và các cuộcgọi có Hình ảnh 4G LTE phát triển dựa trên công nghệ 3G Về mặt lýthuyết, mạng không dây sử dụng công nghệ LTE có tốc độ nhanh hơn mạng3G từ 4 đến 10 lần Tốc độ tối đa của 3G là tốc độ 14Mbps cho down và5.8Mbps cho up Với công nghệ LTE tốc độ có thể đạt 100Mbps đối vớingười dùng di động và 1Gbps đối với người dùng cố định

3G sử dụng các dải tần cố định quốc tế :

• UL : 1885-2025 MHz

• DL : 2110-2200 MHz

• Tốc độ : 144kbps-2Mbps

• Độ rộng BW : 5MHz4G sử dụng :

• Băng tần sử dụng : 700Mbps-2.6Gbps với mục tiêu độ trễ thấp, tốc độcao, công nghệ truy cập sóng vô tuyến gói dữ liệu tối ưu

• Tốc dộ UL : 100Mbps ở BW 20 MHZ

• Tốc độ DL : 50Mbps

• Sử dụng 2 anten thu một anten phát Độ trễ nhỏ hơn 5ms và độ rộng

BW linh hoạt là ưu điểm của LTE so với WCDMA

• BW từ 1.25MHz, 2.5MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz, 20MHz

• Hiệu quả trải phổ tăng 4 đến 10 lần số người dùng/cell so vớiWCDMA

 Ưu điểm nỗi bật :

• Tốc độ truyền dữ liệu rất cao so với 3G

• Tăng tính hiệu quả so với sử dụng phổ và giảm thời gian trễ

• Cấu trúc mạng sẽ đơn giản hơn và không còn sử dụng chuyển mạchkênh nữa

• Hiệu quả trải phổ tăng 4 đến 10 lần user/cell so với WCDMA

• Độ rộng băng tần linh hoạt

 Các ứng dụng tạo nên ưu điểm so với 3G :

• Hiệu suất phổ cao

o OFDM ở DL :

- Chống nhiễu đa đường

- Hầu hết dữ liệu người dùng ít hơn di động

o SC-FDMA ở UL :

- PAPR thấp.

- Người dùng trực giao trong miền tần số

o MIMO

• Tốc độ dữ liệu cao :

o Thời gian cài đặt và thời gian delay chuyển tiếp ngắn

o Trễ HO và thời gian ngắt ngắn : TTI ngắn, trạng thái RRC đơngiản

• Giá thành rẻ :Kiến trúc mạng đơn giả, giảm các thành phần của mạng

• Chất lượng dịch vụ cao :

o Sử dụng các tần số cấp phép để đảm bảo chất lượng dịch vụ,LTE sử dụng các dải tần số khác nhau : 2100, 1900, 1700,

2600, 900, 800 MHz

o Luôn luôn thử nghiệm (giảm thời gian trễ trong điều khiểnđịnh tuyến )

o Giảm độ trễ khứ hồi ( round trip delay )

• Tần số tái sử dụng linh hoạt :

o Giảm nhiễu liên cell và tần số tái sử dụng lớn hơn 1

o Sử dụng 2 dải tần số :

- Dải 1 : hệ số tái sử dụng lớn hơn 1công suất phát caohơn

- Dải 2 : phổ còn lại

o Các user ở cạnh cell : sử dụng dải 1  SIR tốt

o Các user ở trung tâm cell : sử dụng toàn bộ băng  tốc độ dữliệu cao

• Dung lượng và vùng bao phủ của WCDMA UL bị giới hạn bởi cannhiễu: can nhiễn bên trong cell và can nhiễu liên cell Nhưng đối vớiLTE thì do tính trực giao nên can nhiễu trong cùng 1 cell có thểkhông xét đến và giảm can nhiễu inter-cell bằng tái sử dụng cục bộ,thêm các anten có thể triệt can nhiễu.

Về công nghệ, LTE và Wimax có một số khác biệt nhưng cũng có nhiều điểmtương đồng Cả hai công nghệ đều dựa trên nền tảng gói IP Cả hai đều dùng kĩ thuậtMIMO để cải thiện chất lượng truyền/nhận tín hiệu, đường xuống từ trạm thu phát đếnthiết bị đầu cuối đầu được tăng tốc bằng kĩ thuật OFDM hỗ trợ truyền tải dữ liệu đaphương tiện và video Theo lý thuyết, chuẩn Wimax hiện tại (802.16e) cho tốc độ tảixuống tối đa là 70Mbps, còn LTE dự kiến có thể cho tốc độ đến 300Mbps Tuy nhiên,khi LTE được triển khai ra thị trường có thể Wimax cũng sẽ được nâng cấp lên chuẩn802.16m (còn được gọi là Wimax 2.0) có tốc độ tương đương hoặc cao hơn

Hình 2.2 Lộ trướcnh phát triển của LTE và các công nghệ khác

Đường lên từ thiết bị đầu cuối đến trạm thu phát có sự khác nhau giữa 2 côngnghệ WiMax dùng OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access – mộtbiến thể của OFDM), còn LTE dùng kỹ thuật SC-FDMA (Single Carrier - FrequencyDivision Multiple Access) Về lý thuyết, SC-FDMA được thiết kế làm việc hiệu quảhơn và các thiết bị đầu cuối tiêu thụ năng lượng thấp hơn OFDMA

LTE còn có ưu thế hơn WiMax vì được thiết kế tương thích với cả phương thứcTDD (Time Division Duplex) và FDD (Frequency Division Duplex) Ngược lại,WiMax hiện chỉ tương thích với TDD (theo một báo cáo được công bố đầu năm nay,WiMax Forum đang làm việc với một phiên bản Mobile WiMax tích hợp FDD) TDDtruyền dữ liệu lên và xuống thông qua 1 kênh tần số (dùng phương thức phân chia thờigian), còn FDD cho phép truyền dữ liệu lên và xuống thông qua 2 kênh tần số riêngbiệt Điều này có nghĩa LTE có nhiều phổ tần sử dụng hơn Wimax Tuy nhiên, sự khácbiệt về công nghệ không có ý nghĩa quyết định trong cuộc chiến giữa WiMax và LTE

Hiện tại WiMax có lợi thế đi trước LTE: mạng WiMax đă được triển khai vàthiết bị WiMax cũng đă có mặt trên thị trường, còn LTE thì sớm nhất cũng phải đếnnăm 2010 người dùng mới được trải nghiệm Tuy nhiên LTE vẫn có lợi thế quan trọng

so với WiMax LTE được hiệp hội các nhà khai thác GSM (GSM Association) chấpnhận là công nghệ băng rộng di động tương lai của hệ di động hiện đang thống trị thịtrường di động toàn cầu với khoảng 2,5 tỉ thuê bao (theo Informa Telecoms & Media)

và trong 3 năm tới có thể chiếm thị phần đến 89% (theo Gartner) Hơn nữa, LTE chophép tận dụng dụng hạ tầng GSM có sẵn (tuy vẫn cần đầu tư thêm thiết bị) trong khiWiMax phải xây dựng từ đầu

Thông qua phần trình bày chương vừa rồi, người viết đã mô tả khá rõ nét về lịch

sử phát triễn của mạng viễn thông và quá trình đi lên của công nghệ LTE, bên cạnh đócũng đưa ra các so sánh cụ thể các thông số kỹ thuật của LTE so với các công nghệkhác nhằm đưa ra sự vượt trội của LTE, một công nghệ mới mẻ và sẽ được áp dụngrộng rãi trong tương lai

CHƯƠNG 3: KIẾN TRÚC MẠNG LTE3.1 Giới thiệu chương :

Chương 2 đã mô tả tổng quan về LTE cũng như các thông số kỹ thuật của nó và

đã rút ra các điểm mạnh của LTE so với các công nghệ khác Hệ thống 4G được xâydựng nhằm chuẩn bị một cơ sở hạ tầng di động chung có khả năng phục vụ các dịch vụhiện tại và tương lai Cơ sở hạ tầng 4G được thiết kế với điều kiện những thay đổi, pháttriển về kỹ thuật có khả năng phù hợp với mạng hiện tại mà không làm ảnh hưởng đếncác dịch vụ đang sử dụng Để hiểu rõ hơn về cấu trúc LTE thì chương này sẽ giới thiệu

về cấu trúc mạng LTE gồm các phần tử trong mạng LTE và các chức năng của cácthành phần (UE, eNodeB, MME, S-GW, P-GW, PCRF, HSS), các đường giao tiếpgiữa mạng lõi với mạng truy cập vô tuyến, với người dùng, các cấu trúc chuyển vùnghoặc kết nối với mạng khác

3.2 Kiến trúc mạng LTE :

Như đã nói ở trên, LTE được thiết kế để hỗ trợ cho các dịch vụ chuyển mạchgói, đối lập với chuyển mạch kênh truyền thống Nó hướng đến cung cấp các kết nối IPgiữa các UE và PDN, mà không có bất kì sự ngắt quãng nào đối với những ứng dụngcủa người dùng trong suốt quá trình di chuyển Trong khi thuật ngữ LTE đề cập quanh

sự tiến triển việc truy cập vô tuyến thông qua E-UTRAN, nó còn được kết hợp cùngvới các phương diện cải tiến “ không vô tuyến” dưới thuật ngữ SAE bao gồm mạng lõigói cải tiến EPC LTE cùng với SAE tạo thành hệ thống gói cải tiến EPS

Hình 3.1 cho chúng ta thấy các thành phần chính của 1 mạng lõi và mạng vôtuyến LTE (b) và cấu thành phần chính của mạng UMTS Chúng ta thấy mạng LTE ítphức tạp hơn do các eNodeB được kết nối với nhau hoặc kết nối trực tiếp tới mạng lõinên các RNC bị gỡ bỏ Các chức năng của RNC được chuyển một phần sang trạm cơ

sở và một phần sang nút Gateway của mạng lõi Vì không còn RNC nữa nên cáceNodeB thực hiện chức năng quản lý dữ liệu truyền tải một cách tự lập và đảm bảodịch vụ

Hình 3.1: Sự chuyển đổi cấu trúc UTRAN sang E-UTRAN

Hình 3.2: Kiến trúc EPS

Hình 3.3: Các thành phần trong mạng EPS

EPS cung cấp cho người dùng một kết nối IP đến PDN để truy cập Internet, dịch

vụ VoIP Một thông báo điển hình kết hợp với QoS Nhiều thông báo có thể thiết lậpcho người dùng nhiều dòng QoS khác nhau để nối đến PDN

Hình 3.3 chỉ ra cấu trúc mạng EPS bao gồm nhiều thành phần trong mạng vàgiao diện chuẩn Ở lớp cao thì mạng bao gồm Core Network (EPC) và mạng truy cậpE-TRANS Ở lớp dưới thì bao gồm kết nối truy cập giữa eNodeB và UE.

 Các phần tử trong mạng 4G:

 Thiết bị người dùng UE :

UE là thiết bị mà người dùng đầu cuối để liên lạc Nó bao gồm các thiết bịnhư điện thoại thông minh hoặc thẻ dữ liệu như những người dùng trong mạng2G, 3G UE chứa modun nhận dạng thuê bao toàn cầu (USIM) UE được sửdụng khi USIM kết nối với thiết bị đầu cuối (TE) USIM được dùng để nhậndạng và xác thực người dùng để lấy khóa bảo mật nhằm bảo vệ việc truyền tảitrên giao diện vô tuyến

 E-UTRAN NodeB (eNodeB) :

eNode B là trạm gốc được tăng cường mới, có tên là Evolved NodeB dựatrên tiêu chuẩn 3GPP, nó là một BTS được tăng cường cung cấp giao diệnkhông gian LTE và thực hiện quản lý tài nguyên vô tuyến cho hệ thống truynhập tiên tiến Nó bao gồm các chức năng sau: eNodeB có trách nhiệm về nhiềuchức năng của mặt phẳng điều khiển (CP), về quản lý tài nguyên vô tuyến(RRM) (như việc sử dụng vô tuyến bao gồm phân bổ tài nguyên dựa trên yêucầu, ưu tiên và lập lịch trình theo yêu cầu QoS và liên tục giám sát tình hình sửdụng tài nguyên eNodeB có vai quan trọng trong quản lý tính di động Điềukhiển eNB và đo đạc phân tích mức độ của tín hiệu vô tuyến được thực hiện bởi

UE Hình 2.4 cho thấy các kết nối với eNB với các nút logic và các chức năngcủa eNB Trong tất cả các kết nối eNodeB có thể là trong mối quan hệt một-

nhiều hoặc nhiều- nhiều Các eNB có thể phục vụ đồng thời nhiều UE trongvùng phủ sóng của nó nhưng mỗi UE chỉ được kết nối tới một eNB trong cùngmột thời điểm Các eNB sẽ cần kết nối tới các eNB lân cận với nó trong khichuyển giao có thể cần thực hiện Ở UMTS thì UTRAN gồm 2 bộ phận làNodeB và RNC và 2 bộ phận này thực hiện chức năng như của E-UTRAN củaLTE.

Hình 3.4: eNodeB kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính

 Thực thể quản lý tính di động (MME) :

MME là thành phần điều khiển chính trong EPC Nó là máy chủ ở một vị trí

an toàn tại các cơ sở điều hành, chỉ hoạt động trong các CP và không tham giavào con đường của UP dữ liệu MME có kết nối logic với UE, và kết nối này làkênh điều khiển chính giữa UE và mạng Các chức năng chính của MME :

• Xác thực và bảo mật : Khi một UE đăng ký vào mạng lần đầu, MME

sẽ khởi tạo xác thực bằng cách thực hiện: nó tìm danh tính thường trúcủa UE, hoặc từ các mạng truy cập trước đó, yêu cầu từ bộ phục vụthuê bao thường trú (HSS) trong mạng chủ của UE các điều kiện

chứng thực có chứa các mã lệnh chứng thực – trả lời các cặp tham sốgửi thử thách UE và so sánh với trả lời nhận được từ UE MME lặplại chức năng xác thực khi cần thiết hoặc theo chu kỳ để bảo vệ thôngtin liên lạc khỏi việc nghe trộm và từ sự thay đổi của bên thứ ba tươngứng trai phép Để bảo vệ sự riêng tư cho UE thì MME cũng phân bổcho mỗi UE một mã tạm thời gọi là mã nhận dạng tạm thời duy nhấttoàn cầu (GUTI).

• Quản lý tính di động : MME theo dõi vị trí tất cả các UE trong khu

vực của mình , khi một UE đăng ký vào mạng lần đầu, MME sẽ tạomột lối vào cho UE và tín hiệu với vị trí tới HSS trong mạng chủ của

UE MME yêu cầu tài nguyên thích hợp được thiết lập trong eNodeB,cũng như trong các S-GW mà nó lựa chọn cho UE Các MME sau đótiếp tục theo dõi vị trí của UE hoặc là dựa theo mức độ của eNB, nếu

UE vẫn kết nối, tức là truyền thông đang hoạt động hoặc ở mức độkhu vực theo dõi (TA) MME điều khiển các thiết lập và giải phóngnguồn tài nguyên dựa trên những thay đổi chế độ hoạt động của UE.MME cũng tham gia vào việc điều khiển tín hiệu chuyển giao của UEtrong chế độ hoạt động giữa các eNB, S-GW hoặc MME Một UE ởtrạng thái rảnh rỗi nó sẽ báo cáo vị trí của nó hoặc là định kỳ, hoặc làkhi nó chuyển tới một khu vực theo dõi Nếu dữ liệu nhận được từbên ngoài cho một UE rảnh rỗi, MME sẽ được thông báo, nó sẽ yêucầu các eNB trong TA đã được lưu giữ cho UE tới vị trí nhớ của UE

• Quản lý hồ sơ thuê bao và dịch vụ kết nối : vào thời điểm UE đăng kí

vào mạng, MME xác thực xong thì các MME sẽ lưu trữ thông tin nàysuốt thời gian phục vụ UE bao gồm các kết nối với mạng dữ liệu góiđược phân bố tới các mạng ở tập tin đính kèm Các MME sẽ tự độngthiết lập mặc định phần tử mang, cho phép các UE kết nối IP cơ bản.Điều này bao gồm tín hiệu CP với eNB và S-GW Tại bất kỳ thời

điểm nào sau này, các MME có thể cần tới được tham gia vào việcthiết lập phần tử mang dành riêng cho các dịch vụ được hưởng lợi xử

lý cao hơn

Hình 3.5 cho thấy các kết nối MME đến các nút logic xung quanh vàtóm tắt các chức năng chính của giao diện này Về nguyên tắc thìMME có thể kết nối với bất kỳ MME khác trong hệ thống nhưngđược giới hạn trong một nhà điều hành duy nhất Các kết nối từ xagiữa các MME có thể được sử dụng khi một UE đã đi xa, trong khi điđăng ký với một MME mới sau đó tìm kiếm nhận dạng thường trúmới của UE, sau đó lấy nhận dạng thường trú của UE, mã nhận dạngthuê bao di động quốc tế (IMIS), từ MME truy cập trước đó CácMME kết nối với MME khác sử dụng trong chuyển giao Ở UMTSthì không có thực thể quản lý tính di động, nhưng thành phần quản lýxác thực và bảo mật và quản lý hồ sơ thuê bao và dịch vụ kết nối làthành phần MSC/VLR

Hình 3.5: MME kết nối tới các nút logic khác và các chức năng.

 Cổng phục vụ (S-GW) :

Trong cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống, chức năng cao cấp của S-GW làquản lý đường hầm UP và chuyển mạch S-GW là một phần của hạ tầng mạng

nó được duy trì ở các phòng điều hành trung tâm của mạng

Khi giao diện S5/S8 dựa trên GTP, S-GW sẽ có đường hầm GTP trên tất cảcác giao diện UP của nó Ánh xạ giữa các luồng dịch vụ IP và đường hầm GTPđược thực hiện trong P-GW Toàn bộ điều khiển có liên quan tới các đường hầmGTP, đến từ MME hoặc P-GW Khi sử dụng giao diện S5/S8 trên PMIP, S-GW

sẽ thực hiện ánh xạ giữa các ḍng dịch vụ IP trong các đường hầm S5/S8 vàđường hầm GTP trong giao diện S1-U và kết nối với PCRF để nhận thông tinánh xạ

S-GW có vai trò nhỏ trong các chức năng điều khiển Nó chỉ chịu tráchnhiệm về nguồn tài nguyên của riêng nó, và nó cấp phát chúng dựa trên các yêucầu từ MME, P-GW hoặc PCRF từ đó mà các hành động được thiết lập, sửa đổihoặc xóa sạch các phần tử mang cho UE Nếu các lênh trên được nhận từ P-GWhoặc PCRF thì S-GW cũng sẽ chuyển tiếp các lệnh đó tới MME để nó có thểđiều khiển các đường hầm tới eNodeB Tương tự, khi MME bắt đầu có yêu cầuthì S-GW sẽ báo hiệu tới một trong hai P-GW hoặc PCRF tùy thuộc vào S5/S8được dựa trên GTP hoặc PMIP tương ứng Nếu giao diện S5/S8 được dựa trênPMIP thì dữ liệu trong giao diện đó sẽ được các luồng gói IP trong một đườnghầm GRE truyền tới mỗi UE Khi đó trong giao diện S5/S8 dựa trên GTP mỗiphần tử mang sẽ có đường hầm của riêng ḿnh Do đó S-GW hỗ trợ PMIP S5/S8

có trách nhiệm liên kết các phần tử mang, ví dụ : ánh xạ các luồng gói IP tronggiao diện S5/S8 vào các phần tử mang trong giao diện S1 Chức năng này trongS-GW được gọi là chức năng liên kết phần tử mang và báo cáo sự kiện

(BBERF) Bất kể nơi mà tín hiệu phần tử mang bắt đầu, BBERF luôn nhận cácthông tin liên kết phần tử mang từ PCRF.

Trong khi di chuyển giữa các eNodeB, S-GW hoạt động như nút cuối diđộng địa phương MME sẽ lệnh S-GW để chuyển sang đường hầm từ mộteNodeB khác MME cũng có thể yêu cầu S-GW cung cấp tài nguyên đườnghầm cho dữ liệu chuyển tiếp khi có nhu cầu cần chuyển dữ liệu từ eNodeBnguồn tới eNodeB đích trong thời điểm UE có chuyển giao vô tuyến Các ttnhhuống di chuyển cũng bao gồm sự thay đổi từ một S-GW tới một cái khác, vàMME sẽ điều khiển sự thay đổi này cho phù hợp bằng cách loại bỏ các đườnghầm trong S-GW cũ và thiết lập chúng trong S-GW mới Đối với tất cả cácluồng dữ liệu thuộc về một UE trong chế độ kết nối thì S-GW sẽ chuyển tiếp dữliệu giữa eNodeB và P-GW Tuy nhiên khi một UE ở chế độ nhàn rỗi thì cácnguồn tài nguyên này trong eNodeB sẽ được giải phóng, các đường dẫn dữ liệuđược kết thúc trong S-GW Nếu S-GW nhận được gói dữ liệu từ P-GW thì nó sẽlưu các gói vào bộ đệm và yêu cầu MME bắt đầu nhắn tin tới UE Tin nhắn sẽlàm cho UE tới chế độ tái kết nối, và khi các đường hầm được tái kết nối thì cácgói tin từ bộ đệm sẽ được gửi về S-GW sẽ theo dơi dữ liệu trong các đườnghầm và nó cũng có thể thu thập các dữ liệu cần thiết cho việc hạch toán và tínhchi phí của người dùng

Hình 3.6 cho thấy S-GW kết nối tới các nút logic khác và danh sách cácchức năng chính trong giao diện này Một S-GW có thể phục vụ cho một khuvực địa lý nhất định với một tập giới hạn các eNB , và tương tự có một tập giớihạn của các MME điều khiển khu vực đó S-GW có thể kết nối với bất kỳ P-GWnào trong toàn bộ mạng lưới vì P-GW sẽ không thay đổi trong khi di chuyển,trong khi S-GW có thể định vị lại trong khi UE di chuyển Ở UMTS thì là thànhphần GMSC có chức năng kết nối với mạng bên ngoài

Hình 3.6: Các kết nối S-GW tới các nút logic khác và các chức năng chính

 Cổng mạng dữ liệu gói (P-GW) :

Cổng mạng dữ liệu gói (P-GW, PDN-GW) là tuyến biên giữa EPS và cácmạng dữ liệu gói bên ngoài Nó là nút cuối di động mức cao nhất trong hệthống, và nó hoạt động như là điểm IP của các thiết bị cho UE Nó thực hiệnchức năng chọn lưu lượng và lọc theo yêu cầu bởi dịch vụ đề cập

Điển hình là P-GW cấp phát các địa chỉ IP cho UE, và UE sử dụng nó đểgiao tiếp với các máy chủ IP khác trong các mạng bên ngoài ( ví dụ nhưInternet ) Nó cũng có thể là PDN bên ngoài mà UE đã được kết nối cấp phátcác địa chỉ đó là để sử dụng bởi các UE, các đường hầm P-GW cho tất cả lưulượng vào mạng đó Địa chỉ IP luôn được cấp phát khi UE yêu cầu một kết nốiPDN, nó sẽ diễn ra ít nhất là khi UE được gắn vào mạng, và nó có thể xảy ra saukhi có một kết nối PDN mới Các P-GW thực hiện chức năng như cấu hình máychủ động (DHCP) khi cần, hoặc truy vấn một máy chủ bên ngoài, cung cấp địachỉ cho UE Địa chỉ IPv4 hoặc IPv6 hoặc cả hai tùy theo yêu cầu

P-GW bao gồm cả PCEF, có nghĩa là nó thực hiện các chức năng chọn lưulượng và lọc theo yêu cầu bởi các chính sách được thiết lập cho UE và các dịch