Truy nhập vô tuyến trong LTE luận văn tốt nghiệp đại học

Sự ra đời của hệthống di động thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêu biểu như WCDMA hay HSPA làmột tất yếu để có thể đáp ứng được nhu cầu truy cập dữ liệu, âm thanh, hình ảnhvới tốc độ cao

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE

Người hướng dẫn : KS Hồ Sỹ PhươngSinh viên thực hiện : Nguyễn Mạnh Tiến Lớp : 48k- ĐTVT

NGHỆ AN, 01-2012

MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU 5 DANH MỤC HÌNH VẼ 6 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT 8 CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ LTE 13

1.1 Tổng quan 13

1.1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE 13

1.1.2 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax 17

1.1.3 Hiệu suất hệ thống 20

1.1.4 Kiến trúc và sự dịch chuyển (Migration) 22

1.1.5 Các thông số lớp vật lý của LTE 22

1.1.6 Dịch vụ của LTE 23

CHƯƠNG 2 KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC 26

2.1 Kiến trúc mạng LTE 26

2.1.1 Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống 27

2.1.2 Thiết bị người dùng ( UE) 28

2.1.3 E-UTRAN NodeB (eNodeB) 29

2.5.1 Các kênh truyền tải và ánh xạ của chúng tới các kênh vật lý 42

2.5.2 Truyền dẫn tín hiệu lớp vật lý hướng lên 44

2.5.2.1 Kênh điều khiển đường lên vật lý (PUCCH) 45

2.5.2.2 Cấu hình PUCCH 46

2.5.2.3 Báo hiệu điều khiển trên PUSCH 47

2.5.3 Cấu trúc PRACH (Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý) 50

2.5.4 Truyền dẫn báo hiệu lớp vật lý hướng xuống 51

2.5.4.1 Kênh chỉ thị định dạng điều khiển vật lý (PCFICH) 51

2.5.4.2 Kênh điều khiển hướng xuống vật lý ( PCDCH) 52

2.5.4.3 Kênh chỉ thị HARQ vật lý ( PHICH) 53

2.5.4.4 Các chế độ truyền dẫn hướng xuống 54

2.5.4.5 Kênh quảng bá vật lý ( PBCH) 54

2.5.4.6 Tín hiệu đồng bộ 55

CHƯƠNG 3 TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE 57

3.1 Các chế độ truy nhập vô tuyến 57

3.4.3 Truyền dẫn dữ liệu hướng xuống 62

3.5 Kỹ thuật đa truy nhập đường lên LTE SC-FDMA 64

3.7.3 Cấu trúc thời gian/tần số của tín hiệu đồng bộ 73

3.7.4 Dò tìm ban đầu và dò tìm ô lân cận 75

3.8 Truy nhập ngẫu nhiên 76

3.8.1 Bước 1: Truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên 78

3.8.2 Bước 2: Đáp ứng truy nhập ngẫu nhiên 81

3.8.3 Bước 3: Nhận dạng thiết bị đầu cuối 83

3.8.4 Bước 4: Giải quyết tranh chấp 84

K ẾT LUẬN 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, mạng không dây ngày càng trở nên phổ biến với sự

ra đời của hàng loạt những công nghệ khác nhau như Wi-Fi (802.1x),… Cùng với

đó là tốc độ phát triễn nhanh,mạnh của mạng viễn thông phục vụ như cầu sử dụngcủa hàng triệu người mỗi ngày Hệ thống di động thế hệ thư hai với GSM vàCDMA là những ví dụ điễn hình đã phát triễn mạnh mẽ ở nhiều quốc gia Tuynhiên, thị trường viễn thông càng mở rộng càng thể hiện rõ những hạn chế về dunglượng và băng thông của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai Sự ra đời của hệthống di động thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêu biểu như WCDMA hay HSPA làmột tất yếu để có thể đáp ứng được nhu cầu truy cập dữ liệu, âm thanh, hình ảnhvới 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 triễnkhông ngừng nhưng các nhà khai thác viễn thông lớn trên toàn thế giới đã bắt đầutiến hành triễn khai thử ngiệm một chuẩn di động thế hệ mới có rất nhiều tiềmnăng và có thể trở thành chuẩn di động 4G trong tương lai gần.đó là công nghệ LTE(Long Term Evulution) Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này đã chứng tỏ nănglực tuyệt vời của công nghệ LTE và khả năng thương mại hóa LTE đã đến rất gần.Trước đây muốn truy cập dử liệu, phải cần có 1 đường dây cố định để kết nối.Trong tương lai không xa với LTE, có thể truy cập tất cả các dịch vụ mọi lúcmọi nơi trong khi vẫn di chuyển: xem phim chất lượng cao HDTV, gọi thoại, chơigames, nghe nhạc trực tuyến, tải cơ sở dữ liệu… với một tốc độ “siêu tốc” Đóchính là sự khác biệt giữa mạng di động thế hệ thứ 3 (3G) và mạng di động thế hệthứ tư (4G) Và hiện nay công nghệ LTE đã được dần dần tiến tới tận tay người sửdụng Một trong nhưng phần quan trọng của công nghệ LTE là phần truy nhập vô

tuyến Chính vì vậy, em đã lựa chọn làm đồ án tốt nghiệp về đề tài “Truy nhập vô

tuyến trong LTE ” Đồ án đi vào tìm hiểu tổng quan về công nghệ LTE cũng như là

những kỷ thuật và thành phần được sử dụng trong công nghệ và một phần quantrọng trong đề tài là nghiên cứu truy nhập vô tuyến trong công nghệ LTE

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các đặc điểm chính của công nghệ LTE 14

Bảng 1.2 Tiến trình phát triễn các chuẩn của 3GPP 19

Bảng 1.3 LTE và Wimax 19 Bảng 1.4 Các yêu cầu về hiệu suất phổ và lưu lượng người dùng 21

Bảng 1.5 Các thông số lớp vật lý của LTE 22

Bảng 1.6 Tốc độ đỉnh của LTE theo lớp 23 Bảng 1.7 So sánh các dịch vụ của 3G so với 4G LTE 23 Bảng 2.1 Các giao thức và giao diện LTE 40

Bảng 2.2 Dạng PDCCH và kích thước của chúng 52

Bảng 3.1 Các băng tần vận hành E-UTRAN ( TS 36.101 ) 58 Bảng 3.2 Các tham số cấu trúc khung đường lên ( FDD&TDD) 66

DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Lộ trình phát triễn của LTE và các công nghệ khác 18

Hình 2.1 Phát triển kiến trúc 3GPP hướng tới kiến trúc phẳng hơn 26 Hình 2.2 Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có E-UTRAN 27

Hình 2.3 eNodeB kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính 30 Hình 2.4 MME kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính 32 Hình 2.5 Các kết nối S-GW tới các nút logic khác và các chức năng chính 34 Hình 2.6 P-GW kết nối tới các node logic khác và các chức năng chính 36 Hình 2.7 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển trong EPS 37 Hình 2.8 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người dùng trong EPC 39 Hình 2.9 Các ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng người

dùng cho giao diện X2 40 Hình 2.10 Kiến trúc dịch vụ mang truyền EPS 41 Hình 2.11 Trạng thái của UE và chuyển tiếp trạng thái 42

Hình 2.12 Ánh xạ của các kênh truyền tải hướng lên tới các kênh vật lý 43 Hình 2.13 Ánh xạ các kênh truyền tải hướng xuống tới các kênh vật lý 44

Hình 2.14 Tài nguyên PUCCH 46 Hình 2.15 Nguyên tắc điều chế dữ liệu và điều khiển 47

Hình 2.16 Cấp phát các trường dữ liệu & điều khiển khác nhau trên PUSCH

48 Hình 2.17 Các dạng phần mở đầu LTE RACH cho FDD 50

Hình 2.18 Vị trí PBCH tại các tần số trung tâm 55 Hình 2.19 Các tín hiệu đồng bộ trong khung 56 Hình 3.1 Biểu diễn tần số-thời gian của một tín hiệu OFDM 59

Hình 3.2 Sự tạo ra ký hiệu OFDM có ích sử dụng IFFT 60

Hình 3.3 Sự tạo ra chuỗi tín hiệu OFDM 60 Hình 3.4 Cấp phát sóng mang con cho OFDM & OFDMA 61

Hình 3.5 Cấu trúc khung loại 1 61 Hình 3.6 Cấu trúc khung loại 2 62 Hình 3.7 Ghép kênh thời gian – tần số OFDMA 62

Hình 3.8 Phát và thu OFDMA 63

Hình 3.9 Sơ đồ khối DFT-S-OFDM 65 Hình 3.10 Phát & thu hướng lên LTE 67 Hình 3.11 So sánh OFDMA & SC-FDMA truyền một chuỗi các ký hiệu dữ liệu

QPSK 69 Hình 3.12 Ví dụ về công nghệ MIMO 70 Hình 3.13 Các tín hiệu đồng bộ sơ cấp & thứ cấp ( giả thiết chiều dài tiền tố

vòng bình thường ) 72 Hình 3.14 Sự hình thành tín hiệu đồng bộ trong miền tần số 74

Hình 3.15 Tổng quan về thủ tục truy nhập ngẫu nhiên 77

Hình 3.16 Minh họa cơ bản cho truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu

nhiên 79 Hình 3.17 Định thời phần mở đầu tại eNodeB cho các người sử dụng truy

nhập ngẫu nhiên khác nhau 80 Hình 3.18 Sự phát hiện phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên trong miền tần số

81

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT

3GPP Third Generation Partnership project Dự án các đối tác thế hệ thứ ba

ACF Analog Channel Filter Bộ lọc kênh tương tự

ACIR Adjacent Channel Interference

Rejection

Loại bỏ kênh lân cận

ACK Acknowledgement Sự báo nhận

ACLR Adjacent Channel leakage Ration Tỉ lệ dò kênh lân cận

ACS Adjacent Channel selectivity Chọn lọc kênh lân cận

ADC Analog-to Digital Conversion Chuyển đổi tương tự - số

AM Acknowledged Mode Chế độ báo nhận

AMBR Aggregate Maximum Bit Rate Tốc độ bít tối đa cấp phát

AMD Acknowledged Mode Data Dữ liệu chế độ báo nhận

AMR Adaptive Multi-Rate Đa tốc độ thích ứng

Adaptive Multi-Rate Wideband Băng rộng đa tốc độ thích ứng

ARP Allocation Retention Priority Ưu tiên duy trì cấp phát

ATB Adaptive Transmission Bandwidth Băng thông truyền dẫn thích

nghi AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng thêm vào AMPS Advanced Mobile Phone Sytem Hệ thống điện thoại di động tiên

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân

BS Base Station Trạm gốc

BSC Base Station Controller Điều khiển trạm gốc

BSR Buffer Status Report Báo cáo tình trạng bộ đệm BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

BW Bandwidth Dải thông

CBR Constant Bit Rate Tốc độ bít không đổi

CCE Control Channel Element Phần tử kênh điều khiển

CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung

CDD Cyclic Delay Diversity Phân tập trễ vòng

CDF Cumulative Density Function Chức năng mật độ tích lũy CDM Code Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo mã CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã AIR Carrier to Interference Ratio Tỷ số sóng mang trên tập âm

CP Cyclic Prefix Tiền tố vòng

CPICH Common Pilot Channel Kênh điều khiển chung

CQI Channel Quality Information Thông tin chất lượng kênh CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra dư vòng

C-RNTI Ô Radio Network Temporary

Identifier

Nhận dạng tạm thời mạng vô tuyến tế bào

CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh

CSCF Call Session Control Function Chức năng điều khiển phiên

cuộc gọi D-BCH Dynamic Broadcast Channel Kênh phát quảng bá động

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng

DCI Downlink Control Information Thông tin điều khiển đường

xuống DFCHA Dynamic Frequency and Channel

Allocation

Cấp phát kênh và tần số động

DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi fourier rời rạc

DL Downlink Đường xuống

DL-SCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống DPCCH Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng

EDGE Enhanced Data Rates for GSM

GPRS General packet radio service Dịch vụ vô tuyến gói chung GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu

GSM Global System for Mobile Hệ thống truyền thông di động

Communications toàn cầu

HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest Yêu cầu lặp lại tự động hỗ hợp HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói đường xuống tốc

độ cao HS-

cao HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao

cao IFFR Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi furier nhanh nghịch đảoIMS IP Multimedia Subsystem Hệ thống con đa phương tiện IP IMT International Mobile

Telecommunications

Truyền thông di động quốc tế

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số dịch vụ tích hợp

ISI Inter Symbols Interference Nhiễu liên ký tự

LTE Long Term Evolution Sự phát triển dài hạn

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trườngMAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động

MBMS Multimedia Broadcast Multicast

System

Hệ thống phát quảng bá đa điểm

đa phương tiện MBR Maximum Bit Rate Tốc độ bít tối đa

MCH Multicast Channel Kênh đa điểm

MGW Media Gateway Cổng phương tiện

MIMO Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào đa đầu ra

MIP Mobile IP IP di động

MM Mobility Management Quản lý tính di động

MME Mobility Management Entity Phần tử quản lý tính di động MPR Maximum Power Reduction Sự giảm công suất tối đa

MSC Mobile Switching Center Chung tâm chuyển mạch di động

NACK Negative Acknowledgement Báo nhận không thành công NAS Non-access Stratum Tầng không truy nhập

NAT Network Address Table Bảng địa chỉ mạng

PC Power Control Điều khiển công suất

PCCC Parallel Concatenated Convolution

Coding

Mã xoắn ghép song song

PCCPCH Primary Common Control Physical

PCI Physical Ô Identity Nhận dạng ô vật lý

PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã

PCRF Policy and Charging Resource

Function

Chức năng tính cước tài nguyên

và chính sách PCS Personal Communication Services Dịch vụ truyền thông cá nhân PDCCH Physical Downlink Control Channel Kênh điều khiển đường xuống

vật lý PDCP Packet Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ dữ liệu gói PDN Packet Data Network Mạng dữ liệu gói

PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống vật lýP-GW Packet Data Network Gateway Cổng mạng dữ liệu gói

PHICH Physical HARQ Indicator Channel Kênh chỉ thị HARQ vật lý PHY Physical Layer Lớp vật lý

PLL Phase Locked Loop Vòng khóa pha

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộngPMIP Proxy Mobile IP IP di động ủy nhiệm

PN Phase Noise Tiếng ồn pha

PRACH Physical Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật

lý PRB Physical Resource Block Khối tài nguyên vật lý

PS Packet Switched Chuyển mạch gói

PSD Power Spectral Density Mật độ phổ công suất

PSS Primary Synchronization Signal Tín hiệu đồng bộ sơ cấp

PUCCH Physical Uplink Control Channel Kênh điều khiển hướng lên vật

lý PUSCH Physical Uplink Shared Channel Kênh chia sẻ hướng lên vật lý QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương QCI QoS Class Identifier Nhận dạng cấp QoS

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vuông góc

RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RAR Random Access Response Đáp ứng truy nhập ngẫu nhiên

RB Resource Block Khối tài nguyên

RBG Radio Bearer Group Nhóm truyền tải vô tuyến

RF Radio Frequency Tần số vô tuyến

RI Rank Indicator Chỉ thị bậc

RLC Radio Link Control Điều khiển kết nối vô tuyến RNC Radio Network Controller Điều khiển mạng vô tuyến RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến RRM Radio Resource Management Quản lý tài nguyên vô tuyến

RS Reference Signal Tín hiệu chuẩn

RSCP Received Symbol Code Power Công suất mã ký hiệu nhận đượcRSRP Reference Symbol Received Power Công suất thu được ký hiệu

chuẩnSC-

SCH Synchronization Channel Kênh đồng bộ

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS

S-GW Serving Gateway Cổng phục vụ

SIB System Information Block Khối thông tin hệ thống

SIMO Single Input Multiple Output Đơn đầu vào đa đầu ra

SMS Short Message Service Dịch vụ bản tin ngắn

SNR Signal to Noise Ratio Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu

TACS Total Access Communication Sytem Hệ thống truyền thông truy nhập

toàn phần

TD Time Domain Miền thời gian

TDD Time Division Duplex Song công phân chia thời gianTD-

SCDMA

Time Division Synchronous Code

Division Multiple Access

Phân chia theo thời gian – đa truy nhập phân chia theo mã đồng bộ

TPC Transmit Power Control Điều khiển công suất phát

TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian truyền

UDP Unit Data Protocol Giao thức đơn vị dữ liệu

UE User Equipment Thiết bị đầu cuối

UMTS Universal Mobile

VoIP Voice over IP Thoại qua IP

WLAN Wireless Local Area Network Mạng nội bộ không dây

CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ LTE 1.1 Tổng quan

1.1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE

LTE là thế hệ thứ tư của chuẩn UMTS do 3GPP phát triễn UMTS thế hệ thứ badựa trên WCDMA đã được triễn khai trên toàn thế giới Để đảm bảo tính cạnh tranhcho hệ thống này trong tương lai, tháng 11/2004 3GPP đã bắt đầu dự án nhằm xácđịnh bước phát triễn về lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi LongTerm Evolution (LTE) 3GPP đã đặt ra yêu cầu cao cho công nghệ LTE, bao gồmgiảm 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 mỡ

và giảm đáng kể năng lương tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối

Giao diện không gian và các thuộc tính liên quan của hệ thống LTE được tóm tắtnhư sau:

Bảng 1.1 Các đặc điểm chính của công nghệ LTEBăng tần 1,25 – 20 MHz

Song công FDD , TDD, bán song công FDD

Di động 350 km/h

Đa truy nhập Đường xuống OFDMA

Đường lên SC- FDMAMIMO Đường xuống 2*2, 4*2, 4*4

Đường lên 1*2, 1*4Tốc độ dữ liệu đỉnh

Mã hóa kênh Mã tubo

Các công nghệ khác Lập biểu chính xác kênh, liên kết thích ứng, điều khiển

công suất, ICIC và ARQ hỗn hợpMục tiêu của LTE là cung cấp 1 dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, độ trễ thấp, các gói

dữ liệu được tối ưu, các công nghệ vô tuyến hỗ trợ băng thông một cách linh hoạtkhi triễn khai Đồng thời kiến trúc mạng mới được thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lưulượng chuyển mạch gói cùng với tính di động linh hoạt, chất lượng của dịch vụ thờigian trễ tối thiểu

 Tăng tốc độ truyền dữ liệu

Trong điều kiện lý tưởng hệ thống hỗ trợ tốc độ dữ liệu đường xuống đỉnh lêntới 326Mbps với cấu hình 4*4 MIMO (Mutiple Input Mutiple Output) trong vòng20Mhz băng thông MIMO cho đường lên là không được sử dụng trong phiên bảnđầu tiên của chuẩn LTE Tốc độ dữ liệu đỉnh đường lên tới 86 Mbps trong 20MHzbăng thông Ngoài việc cải thiện tốc độ dữ liệu đỉnh hệ thống LTE còn cung cấphiệu suất phổ cao hơn 2 đến 4 lần của hệ thống HSPA phiên bản 6

 Dải tần co giản được:

Dải tần vô tuyến của hệ thống LTE có khả năng mở rộng từ 1.4MHz, 3MHz,5MHz, 10Mhz, 15MHz và 20 MHz cả chiều lên và xuống Điều dẫn đến sự linhhoạt sử dụng được hiệu quả băng thông Mức thông suất cao hơn khi hoạt động ởbăng tần cao và đối với một số ứng dụng không cần đến băng tần rộng chỉ cần băngtần vừa đủ thì cũng được đáp ứng.

 Đảm bảo hiệu suất khi di chuyển

LTE tối ưu hóa hiệu suất cho thiết bị đầu cuối di chuyển từ 0 – 15km/h, vẫn hỗtrợ với hiêu suất cao (chỉ giảm đi một ít) khi di chuyển từ 15 – 120km/h, đối với vậntốc trên 120km/h thì hệ thống vẫn duy trì được kết nối trên toàn mạng tế bào, chứcnăng hỗ trợ từ 120 đến 350km/h hoặc thậm chí 500km/h tùy thuộc vào băng tần

 Giảm độ trễ trên mặt phẳng người sử dụng và mặt phẳng điều khiển

Giảm thời gian chuyển đổi trạng thái trên mặt phẳng điều khiển: Giảm thời gian

để một thiết bị đầu cuối (UE – User Equipment) chuyển từ trạng thái ngỉ sang trạngthái kết nối mạng, và bắt đầu truyền thông tin trên kênh truyền Thời gian này phảinhỏ hơn 100ms

Giảm độ trễ mặt phẳng người dùng: Nhược điểm của các mạng tổ ong (ô) hiệnnay là độ trễ truyền cao hơn nhiều so với các mạng đương dây cố định Điều nàyảnh hưởng lớn đến các ứng dụng như thoại và chơi game …, vì cần thời gian thực.Giao diện vô tuyến của LTE và mạng lưới cung cấp khả năng độ trễ dưới 100mscho việc truyền tải 1 gói tin từ mạng tới UE

 Sẽ không còn chuyễn mạch kênh

Tất cả sẽ dựa trên IP Một trong những tính năng đáng kể nhất của LTE là sựchuyển dịch đến mạng lõi hoàn toàn dựa trên IP với giao diện mở và kiến trúc đơngiản hóa Sâu xa hơn, phần lớn công việc chuẩn hóa của 3GPP nhằm đến sự chuyểnđổi kiến trúc mạng lõi đang tồn tại sang hệ thống toàn IP trong 3GPP Chúng chophép cung cấp các dịch vụ linh hoạt hơn và sự liên hoạt động đơn giản với cácmạng di động phi 3GPP và các mạng cố định EPC dựa trên các giao thức TCP/IP –giống như phần lớn các mạng số liệu cố định ngày nay – vì vậy cung cấp các dịch

vụ giống PC như thoại, video, tin nhắn và các dịch vụ đa phương tiện Sự chuyểndịch lên kiến trúc toàn gói cũng cho phép cải thiện sự phối hợp với các mạng truyềnthông không dây và cố định khác.VoIP sẽ dùng cho dịch vụ thoại

 Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn với mạng 3G hiện thời

Tuy nhiên mạng LTE vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2Ghiện tại Điều này hết sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng triễn khai LTE vìkhông cần thay đổi toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có

 OFDMA, SC – FDMA và MIMO được sử dụng trong LTE

Hệ thống này hỗ trợ băng thông linh hoạt nhờ các sơ đồ truy nhập OFDMA và

SC –FDMA Ngoài ra còn có song công phân chia tần số FDD và song công phânchia thời gian TDD Bán song công FDD được cho phép để hỗ trợ cho các ngườidùng với chi phí thấp không giống như FDD, trong hoạt động bán song công FDDthì một UE không cần thiết truyền và nhận đồng thời Điều này tránh việc phải đầu

tư một bộ song công đắt tiền trong UE Truy nhập đường lên về cơ bản dựa trên đatruy nhập phân chia tần số đơn sóng mang SC – FDMA hứa hẹn sẽ gia tăng vùngphủ sóng đường lên do tỉ số công suất đỉnh – trung bình thấp (PARR) liên quan tớiOFDMA

 Giảm chi phí

Yêu cầu đặt ra cho hệ thống LTE là giảm thiểu được chi phí trong khi vẫn khiduy trì được hiệu suất nhằm đáp ứng được cho tất cả các dịch vụ Các vấn đềđường truyền, hoạt động và bảo dưởng cũng liên quan đến yếu tố chi phí chính vìvậy không chỉ giao tiếp mà việc truyền tải đến các trạm gốc và hệ thống quản lýcũng cần xác định rõ, ngoài ra một số vấn đề cũng được yêu cầu là độ phức tạpthấp, các thiết bị đầu cuối tiêu thụ ít năng lượng

 Cùng tồn tại với các chuẩn và hệ thống trước

Hệ thống LTE phải cùng tồn tại và có thể phối hợp hoạt động với các hệ thống3GPP khác Người sử dụng LTE sẽ có thể thực hiện các cuộc gọi từ thiết bị đầucuối của mình và thậm chí khi họ không nằm trong vùng phủ sóng của LTE Do đó,cho phép chuyển giao các dịch vụ xuyên suốt, trôi chảy trong khu vực phủ sóng củaHSPA, WCDMA hay GSM/GPRS/EDGE Hơn nữa, LTE hỗ trợ không chỉ chuyểngiao trong hệ thống, liên hệ thống mà còn chuyển giao liên miền giửa miền chuyểnmạch gói và miền chuyển mạch kênh

LTE là công nghệ thế hệ thứ tư tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triễn.UMTS thế hệ thứ ba dựa trên WCDMA đã được triễn khai trên toàn thế giới Để

đảm bảo tính cạnh tranh cho hệ thống này trong tương lai, tháng 11/2004 3GPP đãbắt đầu dự án nhằm xác định bước phát triễn về lâu dài cho công nghệ di độngUMTS với tên gọi LTE (Long Term Evolution) 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE,bao gồm giảm chi phí cho mỗi bít thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linhhoạt các băng tần hiện có và băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với cácgiao tiếp mở và giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối Các mục tiêucủa công nghệ này là:

 Tốc độ tức thời với băng thông 20MHz

Để đạt được mục tiêu này, sẽ có rất nhiều kĩ thuật mới được áp dụng, trong đónỗi bật là kỹ thuật vô tuyến OFDMA (đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao)

Kỹ thuật anten MIMO (Multiple Input Multiple Output) Ngoài ra hệ thống này sẽchạy hoàn toàn trên nền IP (all – IP Network), và hỗ trợ cả hai chế độ FDD vàTDD

1.1.2 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax

Về công nghệ LTE và Wimax có một số khác biệt nhưng cũng có nhiều điểmtương đồng Cả hai công nghệ này đều dựa trên nền tảng IP Cả hai đều dùng kỉthuật MIMO để cải thiện chất lượng truyền/nhận tín hiệu, đường xuống từ trạm thu

phát đến thiết bị đầu cuối được tăng tốc bằng kĩ thuật OFDM hỗ trợ truyền tải dữliệu đa phương tiện và video Theo lý thuyết, chuẩn Wimax hiện tại (802.16e) chotốc độ tải xuống tối đa là 70Mbps, còn LTE dự kiến có thể cho tốc độ đến300Mbps Tuy nhiên, khi LTE được triễn khai ra thị trường có thể Wimax cũng sẽđược nâng lên chuẩn 802.16m (còn gọi là Wimax 2.0) có tốc độ tương đương hoặccao hơn.

Hình 1.1 Lộ trình phát triễn 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 Accsess –một biến thể của OFDM) còn LTE dùng kĩ thuật SC- FDMA (Single Carrier –Frequency Division Multiple Accsess) Về lý thuyết, SC-FDMA được thiết kế làmviệc hiệu quả hơn 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 nămnay, Wimax Forum đang làm việc với một phiên bản Mobile Wimax tích hợpFDD) TDD truyền dữ liệu lên và xuống thông qua 1 kênh tần số (dùng phươngthức phân chia thời gian), còn FDD cho phép truyền dữ liệu lên và xuống thông qua

2 kênh tần số riêng biệt Điều này có nghĩa LTE có nhiều phổ tần sử dụng hơnWimax Tuy nhiên, sự khác biệt công nghệ không có ý nghĩa quyết định trong cuộcchiến giữa Wimax và LTE

Bảng 1.2 Tiến trình phát triễn các chuẩn của 3GPPPhiên bản Thời điểm hoàn tất Tính năng chính/thông tin

Release 99 Quý 1/2000 Giới thiệu UMTS và WCDMA (Wideband

CDMA)Release 4 Quý 2/2000 Bổ sung một số tinh năng như mạng lõi dựa

trên IP và có những cải tiến cho UMTS.Release 5 Quý 1/2002 Giới thiệu IMS và HSDPA

Rslease 6 Quý 4/2004 Kết hợp với Wireless LAN, thêm HSUPA và

các tính năng nâng caao cho IMS

Release 7 Quý 4/2007

Tập trung giảm độ trễ, cải thiện chất lượng dịch

vụ và các ứng dụng thời gian thực như VoIP.Phiên bản này cũng tập trung vào HSPA+ và

EDGE EvolutionRelease 8 Cuối năm 2008 đầu

năm 2009

Giới thiệu LTE và kiến trúc lại UMTS như làmạng IP thế hệ thứ tư hoàn toàn dựa trên IPHiện tại Wimax có lợi thế đi trước LTE: mạng Wimax đã được triễn khai vàthiết bị Wimax cũng đã có mặt trên thị trường từ vài năm trước, còn LTE thì hiệnnay đang được triễn khai trên thị trường Tuy nhiên LTE vẫn có lợi thế quan trọng

so với Wimax LTE được hiệp hội các nhà khai thác GSM chấp nhận là công nghệbăng rộng di động tương lai của hệ di động hiện đang thống trị thị trường toàn cầuvới khoảng hơn 2.5 tỉ thuê bao Và đã chiếm tới gần 89% thị phần Hơn nữa, LTEcho phép tận dụng hạ tầng GSM có sẵn (tuy vẫn cần đầu tư thêm thiết bị ) trong khiWimax phải xây dựng từ đầu

Bảng 1.3 LTE và Wimax

Tính năng 3GPP LTE

RAN1

802.16e/mobileWimax R1

802.16m/MobileWimax R2Ghép kênh TD, FDD TDD TDD, FDDBăng tần dự kiến 700MHz

2.6GHz

2.3GHz, 2.5GHz3.3 – 3.8GHz

2.3 GHz , 2.5GHz3.3 – 3.8GHzTốc độ tối đa

(Download/Upload) 300mbps/100Mbps 70Mbps/70Mbps

300Mbps/100Mbps

Dị động 350km/h 120km/h 350km/hPhạm vi phủ sóng 5/30/100 km 1/5/30km 1/5/30km

2005 Dự kiến trong năm

2009Triễn khai ra thị

trường 2009-2010/2012 2007-2008/2009

2010

Nhận thấy lợi thế của LTE, một số nhà khai thác mạng đã cân nhắc lại việc triễnkhai Wimax và đã có nhà khai thác quyết định từ bỏ con đường Wimax để chuyểnsang LTE, đáng kể trong số đó có hai tên tuổi lớn nhất ở Mỹ là AT&T và VerizonWireless Theo một khảo sát do RCR Wireless News và Yankee Group thực hiệngần đây, có đến 56% nhà khai thác di động chọn LTE, chỉ có 30% đi theo 802.16e.Khảo sát cho thấy các nhà khai thác di động ở Bắc Mỹ và Tây Âu nghiêng về LTE,trong khi các nước mới phát triễn ( đặc biệt là ở khu vực Châu Á – Thái BìnhDương) thì ủng hộ Wimax

Trong cuộc đua 4G, Wimax và LTE hiện tại là hai công nghệ sáng giá nhất.Liệu hai công nghệ này có thể cùng tồn tại độc lập hay sẽ sát nhập thành một chuẩnchung Hiệu năng của Wimax và LTE tương đương nhau, do vậy việc quyết địnhhiện nay phụ thuộc vào yêu tố sẵn sàng và khả năng thâm nhập thị trường

Yêu cầu lưu lượng người dùng được định rõ theo hai điểm: tại sự phân bố ngườidùng trung bình và tại sự phân bố người dùng vị thứ 5 (khi mà 95% người dùng cóđược chất lượng tốt hơn) Mục tiêu hiệu suất phổ cũng được chỉ rõ, và trong thuộc

tính này thì hiệu phổ được định nghĩa là lưu lượng hệ thống theo tế bào tính theobit/s/Mhz/cell Những mục tiêu thiết kế này được tổng hợp trong bảng dưới:

Bảng 1.4 Các yêu cầu về hiệu suất phổ và lưu lượng người dùng

Phương pháp đo hiệu suất Mục tiêu đường xuống so

với cơ bản

Mục tiêu đường lên so với

cơ bảnLưu lượng người dùng

trung bình (trên 1MHz) 3 lần – 4 lần 2 lần – 3 lần

Lưu lượng người dùng tại

biên tế bào (trên 1MHz,

sẽ ngang bằng với chất lượng mà WCDMA/HSPA hỗ trợ

Yêu cầu về vùng phủ sóng chủ yếu tập trung vào phạm vi tế bào (bán kính),nghĩa là khoảng cách tối đa từ vùng tế bào (cell site) đến thiết bị đầu cuối di độngtrong cell Đối với phạm vi tế bào lên đến 5 km thì những yêu cầu về lưu lươngngười dùng, hiệu suất phổ và độ linh động vẫn được đảm bảo trong giới hạn không

bị ảnh hưởng bỡi nhiễu Đối với những tế bào có phạm vi lên đến 30 km thì có một

sự giảm nhẹ cho phép về lưu lượng người dùng và hiệu suất phổ thì lại giảm mộtcách đáng kể hơn nhưng vẫn có thể chấp nhận được Tuy nhiên, yêu cầu về độ diđộng vẫn được đáp ứng Khi mà phạm vi tế bào lên đến 100km thì không thấy cóđặc tính kỹ thuật về yêu cầu hiệu suất nào được nói rõ trong trường hợp này

Những yêu cầu MBMS nâng cao xác định cả hai chế độ: Broadcast (quảng bá)

và Unicast Nhìn chung, LTE sẽ cung cấp dịch vụ tốt hơn so với những gì có thểtrong phiên bản 6 Yêu cầu với trường hợp Broadcast là hiệu suất phổ 1bit/s/Hz,

tương ứng với khoảng 16 kênh TV di động bằng cách sử dụng khoảng 300 kbit/strong mỗi phân bố phổ tần 5Mhz Hơn nữa, nó có thể cung cấp dịch vụ MBMS vớichỉ một dịch vụ trên một sóng mang, cũng như là kết hợp các dịch vụ non-MBMSkhác Và như vậy thì đường nhiên đặc tính kĩ thuật của LTE có khả năng cung cấpđồng thời cả dịch vụ thoại và dịch vụ MBMS.

1.1.4 Kiến trúc và sự dịch chuyển (Migration)

Một vài nguyên tắc chỉ đạo cho việc thiết kế kiến trúc LTE RAN được đưa rabởi 3GPP:

• Một kiến trúc LTE RAN được chấp nhận

• Kiến trúc LTE RAN phải dựa trên gói (packet) Tuy vậy lưu lượng thoại vàthời gian thực vẫn được hỗ trợ

• Kiến trúc LTE RAN có thể tối thiểu hóa sự hiện diện của “những hư hỏngcục bộ” mà không cần tăng chi phí cho đường truyền

• Kiến trúc LTE RAN có thể đơn giản hóa và tối thiểu hóa số lượng giao tiếp

• Kiến trúc LTE RAN có thể hỗ trợ Qos end-to-end

• Các cơ cấu Qos có thể tính toán đến các dạng lưu lượng đang tồn tại khácnhau để mang lại hiệu suất sử dụng băng thông cao: lưu lượng mặt phẳngđiều khiển, lưu lượng mặt phẳng người dùng,…

• LTE RAN có thể được thiết kế theo lối làm giảm biến đổi trễ đối với lưulượng cần độ jitter thấp, như TCP/IP

1.1.5 Các thông số lớp vật lý của LTE

Bảng 1.5 Các thông số lớp vật lý của LTE

Kỷ thuật truy cập ULDL DTFS-OFDM (SC-FDMA)OFDMA

Băng thông 1.5Mhz, 2.5Mhz, 5Mhz, 10Mz, 15Mhz,

20Mhz

Khoảng cách sóng mang con 15KHz

1.1.6 Dịch vụ của LTE

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

về và chia sẽ video, nhạc và nội dung đa phương tiện Tất cả các dịch vụ sẽ cần lưulượng lớn hơn để đáp ứng đủ chất lượng dịch vụ đặc biệt là với mong đợi của ngườidùng 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 mangđặc tính của “web 2.0” ngày nay vào không gian di động lần đầu tiên Dọc theo sựbảo đảm về thương mại, nó sẽ băng qua những ứng dụng thời gian thực như game

đa người dùng và chia sẽ tập tin

Bảng 1.7 So sánh các dịch vụ của 3G so với 4G LTEDịch vụ Môi trường (3G) Môi trường 4G

Thoại (rich voice) Âm thanh thời gian thực VoIP, video hội nghị chất

lượng caoTin nhắn P2F (P2F

messaging

SMS, MMS, các e mail ưutiên thấp (low priority email)

Photo các tin nhắn, IM,email di động, tin nhắnvideo (photo message, IM,mobile e-mail, video

Lướt Web (browsing)

Truy cập đến các dịch vụonline trực tuyến, trình duyệtWAP thông qua GPRS vàmạng 3G (Access to onlineinformation services, forusers pay standard networkrates Curently limited toWap browsing over GPRSand 3G networks)

Duyệt nhanh ( supper-fastbrowsing), uploadingcontent to social networking

Tạp chí trực tuyến, dòng âmthanh chât lượng cao (E-newspapers, high qualityaudio streaming)

Riêng tư

(Personalization)

Chủ yếu là âm thanh chuông(ringtone), cũng bao gồmmàn hình chờ ( screensavers)

và nhạc chờ (ringtone)

Âm thanh thực (thu âm gốc

từ người nghệ sĩ), các trangweb cá nhân realtones(original artist recordings),persinalized mobile web

sites)

Games

Tải về và chơi game trựctuyến (downloadable andonline games)

Kinh nghiêm game trựctuyến vững chắc qua cảmạng cố định và di động (aconsistent online gamingexpericence across bothfixed and mobile network)Video/TV theo yêu

cầu ( true on demand),dòngvideo chất lượng cao ( highquality video streaming)

Nhạc

Tải đầy đủ các track và cácdịch vụ âm thanh (full trackdownload and analogueradio services)

Lưu trữ và tải nhạc chất

lượng cao

Nội dung tin nhắn và

cross media (content

messaging and cross

media)

Tin nhắn đồng cấp sử dụng

ba thành phần cũng nhưtương tác với các mediakhác.(peer-to-peermessaging using third partycontent as well as interactionwith other media)

Phân phối tỷ lệ rộng của cávideo clip, dịch vụ karaoke,video cơ bản quảng bá diđộng ( wide scaledistribution of video clipskaraoke services Video-based mobile advertising)

M-comerce (thương

mại qua điện thoại

Thực hiện các giao dich vàthanh toán qua mạng diđộng ( Commission ontransactions ( includinggambling) and paymentfacilities undertaken overmobile network)

Điện thoại cầm tay như thiết

bị thanh toán,với các chi tiếtthanh toán qua mạng tốc độcao để cho phép các giao dịcthưc hiện nhanh chóng(Mobile handsets aspayment devices, with payment details carried overhigh speed networks toenable rapid completion of

transactions)Mạng dữ liệu di động

of application such as CRM

Chuyển đôi file P2P, cácứng dụng kinh doanh, ứngdụng chia sẽ, thông tinM2M, di động intranet/extrannet (P2P file transfer,business applications,appllication sharing, M2M

communication, mobileintranet/ extranet)

CHƯƠNG 2 KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC 2.1 Kiến trúc mạng LTE

Nhiều các mục tiêu với ngụ ý rằng một kiến trúc phẳng sẽ cần được pháttriển Kiến trúc phẳng với ít nút tham gia sẽ làm giảm độ trễ và cải thiện hiệu suất.Phát triển theo hướng này đã được bắt đầu từ phiên bản 7 Nơi ý tưởng đường hầmtrực tiếp cho phép mặt phẳng người dùng (UP) bỏ qua SGSN

-: Mặt phẳng điều khiển

: Mặt phẳng người dùng

Hình 2.1 Phát triển kiến trúc 3GPP hướng tới kiến trúc phẳng hơn

Kiến trúc mạng LTE được thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lưu lượng chuyển mạchgói với tính di động linh hoạt, chất lượng dịch vụ (QoS) và độ trễ tối thiểu Mộtphương pháp chuyển mạch gói cho phép hỗ trợ tất cả các dịch vụ bao gồm cả thoạithông qua các kết nối gói Kết quả là trong một kiến trúc phẳng hơn, rất đơn giảnchỉ với 2 loại nút cụ thể là nút B phát triển (eNB) và phần tử quản lý di động/cổng(MME/GW) Điều này hoàn toán trái ngược với nhiều nút mạng trong kiến trúcmạng phân cấp hiện hành của hệ thống 3G Một thay đổi lớn nữa là phần điều khiểnmạng vô tuyến (RNC) được loại bỏ khỏi đường dữ liệu và chức năng của nó hiệnnay được thành lập ở eNB Một số ích lợi của một nút duy nhất trong mạng truynhập là giảm độ trễ và phân phối của việc xử lý tải RNC vào nhiều eNB Việc loại

bỏ RNC ra khỏi mạng truy nhập có thể một phần do hệ thống LTE không hỗ trợchuyển giao mềm.

2.1.1 Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống

Hình 2.2 miêu tả kiến trúc và các thành phần mạng trong cấu hình kiến trúcnơi chỉ có một E-UTRAN tham gia Hình này cũng cho thấy sự phân chia kiến trúcthành bốn vùng chính: thiết bị người dùng (UE), UTRAN phát triển (E-UTRAN),mạng lõi gói phát triển (EPC), và các vùng dịch vụ

Hình 2.2 Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có E-UTRAN

UE, E-UTRAN và EPC đại diện cho các giao thức internet (IP) ở lớp kết nối.Đây là một phần của hệ thống được gọi là hệ thống gói phát triển (EPS) Chức năngchính của lớp này là cung cấp kết nối dựa trên IP và nó được tối ưu hóa cao chomục tiêu duy nhất Tất cả các dịch vụ được cung cấp dựa trên IP, tất cả các nútchuyển mạch và các giao diện được nhìn thấy trong kiến trúc 3GPP trước đó không

có mặt ở E-UTRAN và EPC Công nghệ IP chiếm ưu thế trong truyền tải, nơi màmọi thứ được thiết kế để hoạt động và truyền tải trên IP

Các hệ thống con đa phương tiện IP (IMS) là một ví dụ tốt về máy móc thiết

bị phục vụ có thể được sử dụng trong lớp kết nối dịch vụ để cung cấp các dịch vụdựa trên kết nối IP được cung cấp bởi các lớp thấp hơn Ví dụ, để hỗ trợ dịch vụthoại thì IMS có thể cung cấp thoại qua IP (VoIP) và sự kết nối tới các mạngchuyển mạch-mạch cũ PSTN và ISDN thông qua các cổng đa phương tiện của nóđiều khiển

Sự phát triển của E-UTRAN tập trung vào một nút, nút B phát triển (eNodeB) Tất cả các chức năng vô tuyến kết thúc ở đó, tức là eNB là điểm kết thúc cho tất

cả các giao thức vô tuyến có liên quan E-UTRAN chỉ đơn giản là một mạng lướicủa các eNodeB được kết nối tới các eNodeB lân cận với giao diện X2

Một trong những thay đổi kiến trúc lớn là trong khu vực mạng lõi là EPCkhông có chứa một vùng chuyển mạch-mạch, và không có kết nối trực tiếp tới cácmạng chuyển mạch mạch truyền thống như ISDN và PSTN là cần thiết trong lớpnày Các chức năng của EPC là tương đương với vùng chuyển mạch gói của mạng3GPP hiện tại Tuy nhiên những thay đổi đáng kể trong việc bố trí các nút chứcnăng và kiến trúc phần này nên được coi như là hoàn toàn mới

Cả hai hình 2.1 và 2.2 cho thấy có một phần tử gọi là SAE GW Như hình2.2 cho thấy đó là sự kết hợp của hai cổng là cổng phục vụ (S-GW) và cổng mạng

dữ liệu gói (P-GW) điều này được định nghĩa cho các xử lý UP trong EPC Gộpchúng lại với nhau thành SAE GW Cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống và chứcnăng của nó được ghi trong 3GPP TS 23.401

2.1.2 Thiết bị người dùng ( UE)

UE là thiết bị mà người dùng đầu cuối sử dụng để liên lạc Thông thường nó

là những thiết bị cầm tay như điện thoại thông minh hoặc một thẻ dữ liệu như mọingười vẫn đang sử dụng hiện tại trong mạng 2G và 3G Hoặc nó có thể được nhúngvào, ví dụ một máy tính xách tay UE cũng có chứa các mođun nhận dạng thuê baotoàn cầu (USIM) Nó là một mođun riêng biệt với phần còn lại của UE, thườngđược gọi là thiết bị đầu cuối (TE) USIM là một ứng dụng được đặt vào một thẻthông minh có thể tháo rời được gọi là thẻ mạch tích hợp toàn cầu (UICC) USIMđược sử dụng để nhận dạng và xác thực người sử dụng để lấy khóa bảo mật nhằmbảo vệ việc truyền tải trên giao diện vô tuyến

Các chức năng của UE là nền tảng cho các ứng dụng truyền thông, mà có tínhiệu với mạng để thiết lập, duy trì và loại bỏ các liên kết thông tin người dùng cần.Điều này bao gồm các chức năng quản lý tính di động như chuyển giao, báo cáo vịtrí của thiết bị, và các UE phải thực hiện theo hướng dẫn của mạng Có lẽ quantrọng nhất là UE cung cấp giao diện người sử dụng cho người dùng cuối để các ứngdụng như VoIP có thể được sử dụng để thiết lập một cuộc gọi thoại

2.1.3 E-UTRAN NodeB (eNodeB)

Nút duy nhất trên E-UTRAN là E-UTRAN NodeB (eNodeB) Đơn giản đặteNB là một trạm gốc vô tuyến kiểm soát tất cả các chức năng vô tuyến liên quantrong phần cố định của hệ thống Các trạm gốc như eNB thường phân bố trên toànkhu vực phủ sóng của mạng Mỗi eNB thường cư trú gần các anten vô tuyến hiệntại của chúng

Chức năng của eNB hoạt động như một cầu nối giữa 2 lớp là UE và EPC, nó

là điểm cuối của tất cả các giao thức vô tuyến về phía UE, và tiếp nhận dữ liệu giữacác kết nối vô tuyến và các kết nối IP cơ bản tương ứng về phía EPC Trong vai trònày các EPC thực hiện mã hóa/giải mã các dữ liệu UP, và cũng có nén/giải nén tiêu

đề IP, tránh việc gửi đi lặp lại giống nhau hoặc dữ liệu liên tiếp trong tiêu đề IP eNB cũng chịu trách nhiệm về nhiều các chức năng của mặt phẳng điều khiển (CP).eNB chịu trách nhiệm về quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM), tức là kiểm soát việc

sử dụng giao diện vô tuyến, bao gồm: phân bổ tài nguyên dựa trên yêu cầu, ưu tiên

và lập lịch trình lưu lượng theo yêu cầu QoS, và liên tục giám sát tình hình sử dụngtài nguyên

Ngoài ra eNodeB còn có vai trò quan trọng trong quản lý tính di động (MM).Điều khiển eNB và đo đạc phân tích mức độ của tín hiệu vô tuyến được thực hiệnbởi UE Điều này bao gồm trao đổi tín hiệu chuyển giao giữa eNB khác và MME.Khi một UE mới kích hoạt theo yêu cầu của eNB và kết nối vào mạng, eNB cũngchịu trách nhiệm về việc định tuyến khi này nó sẽ đề nghị các MME mà trước đây

đã phục vụ cho UE, hoặc lựa chọn một MME mới nếu một tuyến đường đến cácMME trước đó không có sẵn hoặc thông tin định tuyến vắng mặt

Hình 2.3 cho thấy các kết nối với eNB đã đến xung quanh các nút logic, vàtóm tắt các chức năng chính trong giao diện này Trong tất cả các kết nối eNB cóthể là trong mối quan hệ một – nhiều hoặc nhiều – nhiều Các eNB có thể phục vụđồng thời nhiều UE trong vùng phủ sóng của nó nhưng mỗi UE chỉ được kết nối tớimột eNB trong cùng một thời điểm Các eNB sẽ cần kết nối tới các eNB lân cận với

nó trong khi chuyển giao có thể cần thực hiện

Cả hai MME và S-GW có thể được gộp lại, có nghĩa là một tập hợp các nútđược phân công để phục vụ cho một tập hợp các eNB Từ một viễn cảnh eNB đơnnày có nghĩa là nó có thể cần phải kết nối tới nhiều MME và S-GW Tuy nhiên mỗi

UE sẽ được phục vụ bởi chỉ có một MME và S-GW tại một thời điểm và eNB phảiduy trì theo dõi các liên kết này

Sự kết hợp này sẽ không bao giờ thay đổi từ một điểm eNodeB duy nhất, bởi

vì MME hoặc S-GW chỉ có thể thay đổi khi kết hợp với sự chuyển giao liêneNodeB

Hình 2.3 eNodeB kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính

2.1.4 Thực thể quản lý tính di động (MME)

Thực thể quản lý tính di động(MME) là thành phần điều khiển chính trongEPC Thông thường MME sẽ là một máy chủ ở một vị trí an toàn tại các cơ sở củanhà điều hành Nó chỉ hoạt động trong các CP, và không tham gia vào con đườngcủa UP dữ liệu

Ngoài giao diện cuối vào MME trong kiến trúc thể hiện trong hình 2.2,MME còn có một kết nối logic trực tiếp tới UE, và kết nối này được sử dụng như làkênh điều khiển chính giữa UE và mạng Sau đây là danh sách các chức năng chínhcủa MME trong cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống:

 Xác thực và bảo mật : khi một UE đăng ký vào mạng lần đầu tiên, MME sẽ

khởi tạo sự xác thực, bằng cách thực hiện những điều sau: nó tìm ra danh tínhthường trú của UE, hoăc từ các mạng truy nhập trước đó hoặc chính bản thân

UE, yêu cầu từ bộ phục vụ thuê bao thường trú (HSS) trong mạng chủ của UEcác điều khiển chứng thực có chứa các mệnh lệnh chứng thực – trả lời các cặp

tham số, gửi các thử thách với UE và so sánh các trả lời nhận được từ UE vàomột trong những cái đã nhận từ mạng chủ Chức năng này là cần thiết để đảmbảo các yêu cầu bảo vệ với UE Các MME có thể lặp lại chức năng xác thực khicần thiết hoặc theo chu kỳ Các chức năng này dùng để bảo vệ các thông tin liênlạc khỏi việc nghe trộm và từ sự thay đổi của bên thứ ba tương ứng trái phép Đểbảo vệ sự riêng tư của UE, MME cũng phân bổ cho mỗi UE một mã tạm thờigọi là mã nhận dạng tạm thời duy nhất toàn cầu(GUTI), do đó cần phải gửi mãnhận dạng thường trú UE – mã nhận dạng thuê bao di động quốc tế ( IMIS) quagiao diện vô tuyến được giảm thiểu Các GUTI có thể được cấp trở lại, ví dụđịnh kỳ để ngăn chặn theo dõi UE

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

mình, khi một UE đăng ký vào mạng lần đầu tiên, MME sẽ tạo ra một lối vàocho UE và tín hiệu với vị trí tới HSS trong mạng chủ của UE MME yêu cầu tàinguyên thích hợp được thiết lập trong eNodeB, cũng như trong các S-GW mà nólựa chọn cho UE Các MME sau đó tiếp tục theo dõi vị trí của UE hoặc là dựatrên mức độ của eNB, nếu UE vẫn kết nối, tức là truyền thông đang hoạt độnghoặc ở mức độ khu vực theo dõi (TA) MME điều khiển các thiết lập và giảiphóng nguồn 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 UE trong chế

độ hoạt động giữa các eNB, S-GW hoặc MME MME tham gia vào mọi thay đổicủa eNB vì không có phần tử điều khiển mạng vô tuyến riêng biệt nên nó đã ẩnhầu hết các sự kiện này Một UE ở trạng thái rảnh dỗi nó sẽ báo cáo vị trí của nóhoặc là định kỳ, hoặc là khi nó chuyển tới một khu vực theo dõi Nếu dữ liệunhận được từ bên ngoài cho một UE rảnh dỗi, MME sẽ được thông báo, nó sẽyêu cầu 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 một UE đăng ký vào

mạng, các MME sẽ chịu trách nhiệm lấy hồ sơ đăng ký của nó từ mạng chủ về.Các MME sẽ lưu trữ thông tin này trong suốt thời gian phục vụ UE Hồ sơ nàyxác định những gì các kết nối mạng dữ liệu gói được phân bổ tới các mạng ở tậptin đính kèm Các MME sẽ tự động thiết lập mặc định phần tử mang, cho phépcác 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.Các MME có thể nhận được các yêu cầu thiết lập một phần tử mang dành riêng,hoặc từ các S-GW nếu yêu cầu bắt nguồn từ khu vực dịch vụ điều hành, hoặctrực tiếp từ UE, nếu UE yêu cầu kết nối cho một dịch vụ mà không được biếtđến bởi khu vực dịch vụ điều hành, và do đó không thể được bắt đầu từ đó Hình 2.4 cho thấy các kết nối MME đến quanh các nút logic, và tóm tắt các chứcnăng chính trong giao diện này Về nguyên tắc MME có thể được kết nối với bất kỳMME khác trong hệ thống, nhưng thường kết nối được giới hạn trong một nhà điềuhành mạng duy nhất Các kết nối từ xa giữa các MME có thể được sử dụng khi một

UE đã đi xa, trong khi đi đăng ký với một MME mới sau đó tìm kiếm nhận dạngthường trú mới 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 Các kết nối giữa cácMME với các MME lân cận được sử dụng trong chuyển giao

Hình 2.4 MME kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính

Kết nối tới một số HSS cũng cần được hỗ trợ, các HSS nằm trong mạng chủcủa người dùng, và một tuyến đường có thể được tìm thấy dựa trên IMIS MỗiMME được cấu hình để điều khiển một tập hợp các S-GW và eNodeB Cả hai S -

GW và eNodeB cũng có thể được kết nối tới các MME khác Các MME có thể phục

vụ một số UE cùng một lúc, trong khi mỗi UE sẽ chỉ kết nối tới một MME tại mộtthời điểm

2.1.5 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 nóđược 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, và S-GW không cần được kết nối với PCRF Toàn bộđiều khiển có liên quan tới các đường hầm GTP, đến từ MME hoặc P-GW Khi sửdụng giao diện PMIP S5/S8 S-GW sẽ thực hiện việc ánh xạ giữa các dòng dịch vụ

IP trong các đường hầm S5/S8 và đường hầm GTP trong giao diện S1-U, và sẽ kếtnối tới PCRF để nhận được thông tin ánh xạ

S-GW có một vai trò rất nhỏ trong các chức năng điều khiển Nó chỉ chịutrách nhiệm về nguồn tài nguyên của riêng nó, và nó cấp phát chúng dựa trên cácyêu cầu từ MME, P-GW hoặc PCRF, từ đó mà các hành động được thiết lập, sửađổi hoặc 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 thể điềukhiển các đường hầm tới eNodeB Tương tự, khi MME bắt đầu có yêu cầu thì S-

GW sẽ báo hiệu tới một trong hai P-GW hoặc PCRF tùy thuộc vào S5/S8 được dựatrên GTP hoặc PMIP tương ứng Nếu giao diện S5/S8 được dựa trên PMIP thì dữliệu trong giao diện đó sẽ được các luồng IP trong một đường hầm GRE truyền tớimỗi UE Khi đó trong giao diện S5/S8 dựa trên GTP mỗi phần tử mang sẽ có đườnghầm của riêng mình Do đó S-GW hỗ trợ PMIP S5/S8 có trách nhiệm liên kết cácphần tử mang, ví dụ : ánh xạ các luồng IP trong giao diện S5/S8 vào các phần tửmang trong giao diện S1 Chức năng này trong S-GW được gọi là chức năng liênkết phần tử mang và báo cáo sự kiện ( BBERF) Bất kể nơi mà tín hiệu phần tửmang bắt đầu, BBERF luôn nhận các thông tin liên kết phần tử mang từ PCRF

Hình 2.5 Các kết nối S-GW tới các nút logic khác và các chức năng chínhTrong 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 một eNodeBkhác MME cũng có thể yêu cầu S-GW cung cấp tài nguyên đường hầm cho dữ liệuchuyển tiếp khi có nhu cầu cần chuyển dữ liệu từ eNodeB nguồn tới eNodeB đíchtrong thời điểm UE có chuyển giao vô tuyến Các tình huống di chuyển cũng baogồm sự thay đổi từ một S-GW tới một cái khác, và MME sẽ điều khiển sự thay đổinày cho phù hợp bằng cách loại bỏ các đường hầm trong S-GW cũ và thiết lậpchúng trong S-GW mới.

Đối với tất cả các luồn dữ liệu thuộc về một UE trong chế độ kết nối thì

S-GW sẽ chuyển tiếp dữ liệu giữa eNodeB và P-S-GW Tuy nhiên khi một UE ở chế độnhàn rỗi thì các nguồn tài nguyên này trong eNodeB sẽ được giải phóng, các đườngdẫn dữ liệu được kết thúc trong S-GW Nếu S-GW nhận được gói dữ liệu từ P-GWthì nó sẽ lưu các gói vào bộ đệm và yêu cầu MME bắt đầu nhắn tin tới UE Tinnhắn sẽ làm cho UE tới chế độ tái kết nối, và khi các đường hầm được tái kết nối thìcác gói tin từ bộ đệm sẽ được gửi về S-GW sẽ theo dõi dữ liệu trong các đườnghầm và nó cũng có thể thu thập các dữ liệu cần thiết cho việc hạch toán và tính chiphí của người dùng

Trong hình 2.5 cho thấy S-GW được kết nối tới các nút logic khác và danhsách các chức năng chính trong các giao diện này Tất cả các giao diện được cấuhình theo kiểu một – nhiều từ S-GW được thấy Một S-GW có thể chỉ phục vụ mộtkhu vực địa lý nhất định với một tập giới hạn các eNodeB, và tương tự có thể cómột tập giới hạn của các MME điều khiển khu vực đó S-GW có thể kết nối tới bất

kỳ P-GW nào trong toàn bộ mạng lưới, bởi vì P-GW sẽ không thay đổi trong khi di

chuyển, trong khi S-GW có thể được định vị lại trong khi UE di chuyển Với các kếtnối có liên quan tới một UE, S-GW sẽ luôn báo hiệu với chỉ một MME và các điểm

UP tới một eNodeB tại một thời điểm Nếu một UE được phép kết nối tới nhiều cácPDN thông qua các P-GW khác nhau , thì S-GW cần kết nối tới các thành phầnriêng biệt Nếu giao diện S5/S8 là dựa trên PMIP thì S-GW sẽ kết nối tới một PCRFcho mỗi P-GW riêng được UE sử dụng

Trên hình cũng cho thấy trường hợp chuyển dữ liệu gián tiếp nơi mà dữ liệu

UP được chuyển tiếp giữa các eNodeB thông qua các S-GW Không có tên giaodiện cụ thể liên quan đến giao diện giữa các S-GW, vì định dạng chính xác giốngnhư trong giao diện S1-U, và có thể cho rằng các S-GW liên quan chúng đã truyềnthông trực tiếp với cùng một eNodeB Đây sẽ là trường hợp khi chuyển tiếp dữ liệugián tiếp diễn ra thông qua chỉ một S-GW, tức là cả hai eNodeB có thể được kết nốitới cùng một S-GW

2.1.6 Cổng mạng dữ liệu gói ( P-GW)

Cổng mạng dữ liệu gói ( P-GW, cũng thường được viết tắt là PDN-GW) làtuyến biên giữa EPS và các mạng dữ liệu gói bên ngoài Nó là nút cuối di động mứccao nhất trong hệ thống, và nó thường hoạt động như là điểm IP của các thiết bị cho

UE Nó thực hiện các chức năng chọn lưu lượng và lọc theo yêu cầu bởi các dịch vụđược đề cập Tương tự như S-GW, các P-GW được duy trì tại các phòng điều hànhtại một vị trí trung tâm

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 như Internet )

Nó cũng có thể là PDN bên ngoài mà UE đã được kết nối cấp phát các địa chỉ đó là

để sử dụng bởi các UE, các đường hầm P-GW cho tất cả lưu lượng vào mạng đó.Địa chỉ IP luôn được cấp phát khi UE yêu cầu một kết nối PDN, nó sẽ diễn ra ítnhất là khi UE được gắn vào mạng, và nó có thể sảy ra sau khi có một kết nối PDNmới Các P-GW thực hiện chức năng giao thức cấu hình máy chủ động (DHCP) khicần, hoặc truy vấn một máy chủ DHCP bên ngoài, và cung cấp địa chỉ cho UE.Ngoài ra tự cấu hình động được hỗ trợ bởi các tiêu chuẩn Chỉ IPv4, chỉ IPv6 hoặc

cả hai, các địa chỉ có thể được phân bổ tùy theo nhu cầu UE có thể báo hiệu rằng

nó muốn nhận địa chỉ ngay trong tín hiệu kết nối hoặc nếu nó muốn thực hiện cấuhình địa chỉ sau khi lớp liên kết được kết nối.

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 vụnói đến, nó cũng thu thập các báo cáo thông tin chi phí liên quan

Lưu lượng UP giữa P-GW và các mạng bên ngoài dưới dạng các gói tin IPthuộc về các dòng dịch vụ IP khác nhau Nếu giao diện S5/S8 hướng tới S-GW làdựa trên GTP thì P-GW thực hiện ánh xạ các dòng dữ liệu IP tới các đường hầmGTP, các P-GW thiết lập các phần tử mang cơ bản dựa trên yêu cầu qua PCRF hoặc

từ S-GW, mà chuyển tiếp các thông tin từ MME Nếu giao diện S5/S8 là dựa trênPMIP, P-GW sẽ ánh xạ tất cả các luồng dịch vụ IP từ các mạng bên ngoài thuộc vềmột UE tới một đường hầm GRE duy nhất, và tất cả các thông tin điều khiển chỉđược trao đổi với PCRF P-GW cũng có chức năng giám sát các luồn dữ liệu chomục đích hoạch toán cũng như cho ngăn xen theo luật

P-GW là điểm cuối di đông mức cao nhất trong hệ thống Khi một UE dichuyển từ một S-GW tới một cái khác, các phần tử mang phải được chuyển vào P-

GW P-GW sẽ nhận được chỉ dẫn để chuyển các luồng từ các S-GW mới

Hình 2.6 cho thấy các kết nối P-GW đã đến xung quanh các nút logic, vàdanh sách các chức năng chính trong giao diện này

Hình 2.6 P-GW kết nối tới các node logic khác và các chức năng chínhMỗi P-GW có thể được kết nối tới một hoặc nhiều PCRF, S-GW và mạngbên ngoài Đối với một UE liên kết với P-GW thì chỉ có duy nhất một S-GW,nhưng có các kết nối tới nhiều các mạng bên ngoài và tương ứng có nhiều các

PCRF có thể cần phải được hỗ trợ, nếu có kết nối tới nhiều các PDN được hỗ trợthông qua một P-GW.

2.2 Các giao diện và giao thức trong cấu hình kiến trúc cơ bản của hệ thống

Hình 2.8 cho thấy các giao thức CP liên quan tới kết nối của UE yới mộtPDN Các giao diện từ một MME được thể hiện bởi hai phần, phần trên hàng đầu làcác giao thức hướng tới E-UTRAN và UE, và phần dưới hiện thị các giao thứchướng tới các cổng Các giao thức hiển thị trong nền trắng được phát triển bởi3GPP, trong khi các giao thức trong nền xám được phát triển trong IETF, và đạidiện cho các công nghệ mạng tiểu chuẩn được sử dụng cho truyền tải trong EPS.3GPP chỉ xác định những cách cụ thể mà các giao thức này được sử dụng

Lớp trên cùng trong CP là các lớp không truy cập (NAS), bao gồm có haigiao thức riêng biệt được thực hiện truyền tải tín hiệu trực tiếp giữa UE mà MME.Các giao thức lớp NAS là :

 Quản lý tính di động EPS ( EMM): các giao thức MME có trách nhiệm về điều

khiển tính di động của UE trong hệ thống Nó bao gồm các chức năng kết nốivào và tách ra từ mạng, và thực hiện việc cập nhật vị trí Điều này được gọi làcập nhật khu vực theo dõi (TAU), và nó diễn ra trong chế độ nhàn dỗi Chú ýrằng các chuyển giao trong chế độ kết nối được xử lý bởi các giao thức lớp thấphơn, nhưng các lớp EMM không bao gồm các chức năng tái kích hoạt các UE từchế độ nhàn rỗi

Hình 2.7 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển trong EPS

 Quản lý phiên EPS (ESM): Giao thức này có thể được sử dụng để điều khiển

việc quản lý phần tử mang giữa UE và MME, và nó được sử dụng bổ sung choE-UTRAN trong việc quản lý phần tử mang Lưu ý rằng sẽ không sử dụng cácthủ tục ESM nếu tình trạng của các phần tử mang là đã có sẵn trong mạng lưới

và quy trình E-UTRAN có thể chạy ngay lập tức

 Điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC): Giao thức này nhằm kiểm soát việc sử

dụng nguồn tài nguyên vô tuyến Nó quản lý báo hiệu của UE và các kết nối dữliệu, và nó cũng bao gồm các chức năng chuyển giao

 Giao thức hội tụ dữ liệu gói (PDCP): Các chức năng chính của PDCP là nén

tiêu đề IP (UP), mã hóa và bảo vệ sự toàn vẹn (chỉ với CP)

 Điều khiển liên kết vô tuyến (RLC): Giao thức RLC có trách nhiệm phân đoạn

và ghép nối các PDCP-PDU để truyền cho giao diện vô tuyến Nó cũng thựchiện việc sửa lỗi với phương pháp yêu cầu truyền lại tự động (ARQ)

 Điều khiển truy nhập môi trường (MAC) : Lớp MAC có trách nhiệm lập kế

hoạch dữ liệu theo các ưu tiên và ghép kênh dữ liệu tới các khối truyền tải ở lớp

1 Lớp MAC cũng cung cấp việc sửa lỗi với HARQ

 Lớp vật lý (PHY): Đây là lớp 1 của giao diện vô tuyến LTE-UU nó có các chức

năng giống như của DS-CDMA

 Trong EPC có hai giao thức khác cho giao diện S5/S8: Các giao thức sau có

liên quan khi GTP được sử dụng trong S5/S8:

 Mặt phẳng điều khiển giao thức đường hầm GPRS (GTP-C): Nó quản lý các

kết nối UP trong EPC Nó bao gồm báo hiệu QoS và các thông số khác NếuGTP được sử dụng trong giao diện S5/S8 thì nó còn quản lý các đường hầmGTP-U GTP-C cũng thực hiện các chức năng quản lý di động trong EPC.Như việc khi các đường hầm GTP-U của một UE cần phải được chuyển từmột nút tới một nút khác

 Truyền tải UDP-IP: giao thức dữ liệu đơn vị ( UDP) và IP được sử dụng như

là truyền tải IP căn bản và tiêu chuẩn UDP được sử dụng thay vì giao thứcđiều khiển truyền dẫn (TCP) bởi vì các lớp cao hơn đã được cung cấp sựtruyền tải tin cậy với cơ chế khắc phục lỗi và truyền lại Các gói tin IP trongEPC có thể được vận chuyển trên một loạt các công nghệ ở lớp 1 và lớp 2

 Các giao thức sau được sử dụng khi S5/S8 dựa trên PMIP:

 IP di động ủy nhiệm (PMIP): PMIP là giao thức khác cho giao diện S5/S8.

nó giữ việc quản lý tính di động, nhưng không bao gồm các chức năng nhưquản lý phần tử mang Tất cả các lưu lượng thuộc về một kết nối của UE vớimột PDN riêng là được xử lý như nhau

 IP: PMIP chạy trực tiếp trên IP, và nó được sử dụng như là truyền tải IP tiêu

chuẩn

Hình 2.8 minh họa cấu trúc giao thức UP cho UE kết nối với P-GW UP đượcthể hiện như trong hình 2.8 bao gồm các lớp của người dùng IP cuối, tức là các giaothức thành hình thành nên lớp 2 và được sử dụng để vận chuyển các gói tin IP đếnngười sử dụng cuối Cấu trúc giao thức là tương tự với CP Điều này ấn định mộtthực tế là toàn bộ hệ thống được thiết kế để vận chuyển dữ liệu gói chung, và cả haitín hiệu CP và dữ liệu UP cuối cùng đều là dữ liệu gói Chỉ có kích thước khácnhau

Hình 2.8 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người dùng trong EPC

Hầu hết các giao thức được đưa ra đã được nêu ở trên, ngoại trừ hai điều sauđược lựa chọn trong bộ giao thức của giao diện S5/S8:

 Mặt phẳng người dùng giao thức đường hầm GPRS ( GTP-U): GTP-U

được sử dụng khi S5/S8 là dựa trên GTP Dạng thức của GTP-U đó là đườnghầm GTP-U được dùng để gửi các gói tin của người dùng IP cuối về mộtmang chuyển EPS Nó được sử dụng trong giao diện S1-U và sử dụng trongS5/S8 nếu CP sử dụng GTP-C

 Đóng gói định tuyến chung (GRE): GRE sử dụng giao diện S5/S8 kết hợp

với PMIP Dạng thức của GRE là một IP trong đường hầm IP để vận chuyểntất cả các dữ liệu thuộc về một kết nối của UE tới một PDN cụ thể GRE làchạy trực tiếp trên IP và UDP là không sử dụng

Hình 2.9 minh họa cấu trúc giao thức giao diện X2, mà tương tự như của giaodiện S1 Chỉ có giao thức ứng dụng CP là khác nhau.

Hình 2.9 Các ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng người dùng

cho giao diện X2Giao diện X2 được sử dụng trong khi di chuyển giữa các eNodeB, và X2APbao gồm các chức năng cho sự chuẩn bị chuyển giao và duy trì tòan bộ sự liên hệgiữa các eNodeB lân cận UP trong giao diện X2 được sử dụng cho chuyển tiếp dữliệu tạm thời trong quá trình chuyển giao, khi các giao diện vô tuyến đã được ngắtkết nối ở phía nguồn và chưa kết nối lại ở phía đích Chuyển tiếp dữ liệu là đượcthực hiện cho các dữ liệu hướng xuống, khi các dữ liệu hướng lên có thể được điềuchỉnh hiệu quả bởi UE

Bảng 2.1 Các giao thức và giao diện LTE

2.3 QoS và kiến trúc dịch vụ mang chuyển

Các ứng dụng như void IP, duyệt WEB, thoại video và tạo luồng video(video treaming) có nhu cầu QoS đặc biệt Do đó một đặc điểm quan trọng của bất

kỳ mạng toàn gói nào là cung cấp một cơ chế QoS cho phép phân biệt các dòng gói