LQUY HOẠCH MẠNG 4G LTE

Công nghệ hứa hẹn sẽ bù đắp những phần còn chưa hoàn chỉnh của 3G Kết cấu của đồ án: Chương 1: Giới thiệu về 4G LTE Chương 2: Cấu trúc mạng 4G LTE và những vấn đề liên quan Chương 3: Quy

Trang 1

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

- -ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE

Người thực hiện: Hà Tiến Quân

Trang 2

§Ò tµi:

QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE

Trang 3

- Giới thiệu về 4G LTE

- Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

- Quy hoạch mạng 4G LTE và áp dụng cho TP Hà nội

Trang 4

Ngày giao đề tài : / /2013

Ngày nộp đồ án : / /2013

Hà Nội, Ngày tháng năm 2013 Giáo viên hướng dẫn Vũ Trường Thành NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………

………

Trang 5

………

Điểm: (Bằng chữ: )

Hà Nội, Ngày tháng năm 2013 Giáo viên hướng dẫn Vũ Trường Thành NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ………

………

Trang 6

………

Điểm: (Bằng chữ: )

Hà Nội, Ngày tháng năm

2013

Giáo viên phản biện

Trang 7

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với thời gian, loài người đã và đang có những bước tiến trong Điện tử Viễn thông, hàng loạt các sản phẩm phần cứng hiện đại ra đời đáp ứng nhu cầu con người, đi kèm theo đó là những công nghệ ứng dụng… Từ 1G, đến 2G, 2,5 G 2,75G 3G 4G và còn hơn thế nữa lần lượt ra đời phục vụ đời sống con người Trong những công nghệ đó có những công nghệ đã được triển khai, và cũng có những công nghệ chưa đưa ra đời sống Ở Việt Nam thì 4G mới đang là công nghệ nằm trên dự

án

Với nội dung đề tài: “Tìm hiểu 4G LTE” E m mong muốn có được hiểu biết thêm về công nghệ này Công nghệ hứa hẹn sẽ bù đắp những phần còn chưa hoàn chỉnh của 3G

Kết cấu của đồ án:

Chương 1: Giới thiệu về 4G LTE

Chương 2: Cấu trúc mạng 4G LTE và những vấn đề liên quan

Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE và áp dụng cho Thành Phố Hà Nội

Mục tiêu của đồ án: Với bố cục nội dung như trên Đề tài đã từng bước

làm rõ về tính chất của 4G LTE

Trong quá trình làm đồ án em được TS Vũ Trường Thành hướng dẫn và chỉ bảo tận tình Qua đây em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô công tác trong Học Viện Công Nghệ BCVT nói chung và TS Vũ Trường Thành nói riêng

Quá trình l m à đồ án có nh ng lý do khách quan nên ữ đồ án không tránh

kh i nh ng thi u sót Kính mong ỏ ữ ế đượ ự c s thông c m ả

Hà Nội, tháng 9 năm 2013

Sinh Viên

Trang 8

i Ưu điểm nổi bật 14

ii Các ứng dụng đã tạo nên ưu điểm của 4G LTE so với 3G 14 CHƯƠNG 2:CẤU TRÚC MẠNG 4G LTE VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 9

i Trải trễ đa đường 20

ii Các loại fading 20 iii Dịch tần Doppler 20

i Kỹ thuật truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM 21

Trang 9

ii Kỹ thuật SC-FDMA 31

iii Kỹ thuật MIMO 33

iv Mã hóa Turbo 35

v Thích ứng đường truyền 35

f Chuyển giao 38 i Mục đích chuyển giao 38

ii Trình tự chuyển giao 38

iii Các loại chuyển giao 41

g Điều khiển công suất 46 CHƯƠNG 3:QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE VÀ ÁP DỤNG CHO TP HÀ NỘI 51 3.1 Khái quát về quá trình quy hoạch mạng LTE 51 3.2 Dự báo lưu lượng và phân tích vùng phủ 51 i Dự báo lưu lượng 51

ii Phân tích vùng phủ 53

3.3 Quy hoạch chi tiết 53 i Quy hoạch vùng phủ 53

ii Tính bán kính cell 71

iii Quy hoạch dung lượng 73

Trang 10

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

1G One Generation Cellular Hệ thống thông tin di độngthế hệ

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

Đa truy cập phân chia theo mã

CP Cycle Prefix Tiền tố lặp

D

DL-SCH Downlink Share Channel Kênh chia sẻ đường xuống

Trang 11

E

EDGE Enhance Data rates for GSM

Evolution Tốc độ dữ liệu tăng cường cho mạng GSM cải tiến

EPC Evolved Packet Core Mạng lõi gói

F

FDMA Frequency Division Multiple

FDD FrequencyDivision Ghép kênh phân chia theo tần số

FEC Duplexing Forward Error

G

GSM Global System for Mobile Hệ thống di động toàn cầu

HDTV High Definition Television Tivi có độ phân giải cao

Access

Truy cập gói OFDM tốc độ cao

HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao

HSS Home Subscriber Server Quản lý thuê bao

I

Telecommunication Union Đơn vị viễn thông quốc tế

IP Internet Protocol Giao thức internet

IMS IP Multimedia Sub-system Hệ thống đa phương tiện sử

Trang 12

dụng IP

ISI Inter-Symbol Interference Nhiễu liên ký tự

IFFT Inverse Fast Fourier

L

M

MS Mobile Station Trạm di động

MIMO Multi Input Multi Output Đa ngõ vào đa ngõ ra

MME Mobility Management Entity Quản lý tính di động

MAC Medium Access Control Điều khiển trung nhập trung

bình

MoU Minutes of Using Thời gian sử dụng

MCS Modulation Coding Scheme Kỹ thuật mã hóa và điều chế

O

Division

Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần

P2P Point to Point Điểm đến điểm

PCRF Policyand Charging Rules

Function

Channel

Kênh vật lý chia sẻ đường xuống

Trang 13

PBCH Physical Broadcast Channel Kênh vật lý quảng bá

PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển tin nhắn

PCH Paging Channel Kênh tin nhắn

Q

R

RLC Radio Link Control Điều khiển kết nối vô tuyến

RB Resource Block Khối tài nguyên

Power

Công suất thu tín hiệu tham khảo

RSRQ Reference Signal Receive

SDR Software - Defined Radio Phần mềm nhận dạng vô tuyến

SC-

FDMA Single Carrier Frequency Division multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số trực giao đơn sóng mang

SMS Short Message Service Tin nhắn ngắn

SAE System Architecture Enhance Cấu trúc hệ thống tăng cường

SGSN Serving GPRS Support Node Nút cung cấp dịch vụ GPRS

TTI Time Transmit Interval Khoảng thời gian phát

TDD Time Division Duplexing Ghép kênh phân chia theo thời

gian

TPC Transmit Power Command Lệnh công suất phát

U

UMB Ultra Mobile Broadband Di động băng rộng mở rộng

Trang 14

VHE Virtual Home Environment Môi trường nhà ảo

VoIP Voice IP Thoại sử dụng IP

Hình 2.1: So sánh về cấu trúc giữa UTMS và LTE 10

Trang 15

Hình 2.3: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP 13 Hình 2.4: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP và không phải 3GPP 13 Hình 2.5: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập3GPP và liên mạng với CDMA 200014

Hình 2.8: Phân phối chức năng của các lớp MAC, RLC, PDCP 18

Hình 2.13: Tần số-thời gian của tín hiệu OFDM 23

Hình 2.21: Chỉ định tài nguyên của OFDMA trong LTE 28

Hình 2.23: Cấu trúc bố trí tín hiệu tham khảo 29 Hình 2.24: Đặc tính đường bao của tín hiệu OFDM 30

Trang 16

Hình 2.27: Thu phát SC-FDMA trong miền tần số 33

Hình 3 1: Khái quát về quá trình quy hoạch mạng LTE 51

H ình 3.2 Các tham số trong mô hình Walfisch-Ikegami 67 Hình 3 3: Quan hệ giữa băng thông kênh truyền và băng thông cấu hình 76 Bản đồ quy hoạch Thành Phố Hà Nội (Hình ảnh mang tính đặc trưng) 80

Trang 17

DANH MỤC BẢNG

8

Bảng 2.3: So sánh các dịch vụ của 3G so với 4G LTE 9

Trang 18

Bảng 2.5: Số khối tài nguyên theo băng thông kênh truyền 28

Bảng 3 3: So sánh quỹ đường truyền lên của các hệ thống 61 Bảng 3 4: So sánh về quỹ đường truyền xuống của các hệ thống 63

So sánh tổn hao đường truyền từ mô hình Hata và Walfisch-Ikegami 69 Bảng 3 5: Các giá trị K sử dụng cho tính toán vùng phủ sóng 73 Bảng 3 6: Tốc độ bit đỉnh tương ứng với từng tốc độ mã hóa và băng thông 74 Bảng 3 7 Giá trị của băng thông cấu hình tương ứng với băng thông kênh truyền 76

Trang 19

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Tổng quan về 4G - LTE

đủ các tính năng theo yêu cầu của IMT Advanced LTE có tốc độ lý thuyết lên đến 100Mbps ở đường xuống và 50Mbps ở đường lên đối với băng thông 20MHz Và sẽ hơn nữa nếu MIMO, các anten mảng được sử dụng LTE được phát triển đầu tiên ở hai thủ đô Stockholm và Olso vào ngày 14/12/2009 Giao diện vô tuyến vật lý đầu tiên được đặt tên là HSOPA (High Speed OFDM Packet Access), bây giờ có tên là E-UTRA (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access) Thực tế cho thấy, hầu hết các hãng sản xuất thiết bị viễn thông hàng đầu thế giới: Alcatel-Lucent, Ericsson, Motorola, Nokia, Nokia Siemens Networks, Huawei, LG Electronics, Samsung, NEC, Fujitsu đã bắt tay với các nhà mạng lớn trên thế giới (Verizon Wireless, AT&T, France Telecom-Orange, NTT DoCoMo, T-Mobile, China Mobile, ZTE .) thực hiện các cuộc thử nghiệm quan trọng trên công nghệ LTE và đã đạt những thành công đáng kể LTE Advanced là ứng viên cho chuẩn IMT-Advanced, mục tiêu của nó là hướng đến đáp ứng được yêu cầu của ITU LTE Advanced có khả năng tương thích với thiết bị

và chia sẻ băng tần với LTE phiên bản đầu tiên

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

Trang 20

các tổ chức viễn thông của Nhật Bản, Trung Quốc, Bắc Mỹ và Hàn Quốc cùng với các hãng như Alcatel- Lucent, Apple, Motorola, NEC và Verizon Wireless phát triển từ nền tảng CDMA UMB có thể hoạt động

ở băng tần có độ rộng từ 1,25 MHz đến 20 MHz và làm việc ở nhiều dải tần số, với tốc độ truyền dữ liệu lên tới 288 Mbps cho luồng xuống và 75 Mbps cho luồng lên với độ rộng băng tần sử dụng là 20 MHz Qualcomm là hãng đi đầu trong nỗ lực phát triển UMB, mặc dù hãng này cũng đồng thời phát triển cả công nghệ LTE

Mục tiêu và cách tiếp cận

4G cung cấp QoS và tốc độ phát triển hơn nhiều so với 3G đang tồn tại, không chỉ là truy cập băng rộng, dịch vụ tin nhắn đa phương tiện (MMS), chat video, TV di động mà còn các dịch vụ HDTV, các dịch vụ tối thiểu như thoại, dữ liệu và các dịch vụ khác Nó cho phép chuyển giao giữa các mạng vô tuyến trong khu vực cục bộ và có thể kết nối với

Chuyển giao liền (Smooth handoff) qua các mạng hỗn hợp Kết nối liền và chuyển giao toàn cầu qua đa mạng Chất lượng cao cho các dịch

vụ đa phương tiện như âm thanh thời gian thực, tốc độ dữ liệu cao, video

Trang 21

HDTV, TV di động… Tương thích với các chuẩn không dây đang tồn tại Tất cả là IP, mạng chuyển mạch gói không còn chuyển mạch kênh nữa

- Ghép kênh trong miền tần số chẳng hạn như OFDMA hoặc FDMA ở đường xuống: tốc độ bit thay đổi bằng việc gán cho người dùng các kênh con khác nhau dựa trên điều kiện kênh

SC Mã hóa sửa lỗi Turbo: để tối thiểu yêu cầu về tỷ số SNR ở bên thu Lập biểu kênh độc lập: để sử dụng các kênh thay đổi theo thời gian.Thích nghi đường truyền: điều chế thích nghi và các mã sửa lỗi

1.2 Giới thiệu về công nghệ LTE

Hệ thống 3GPP LTE, là bước tiếp theo cần hướng tới của hệ thống mạng không dây 3G dựa trên công nghệ di động GSM/UMTS,

và là một trong những công nghệ tiềm năng nhất cho truyền thông 4G Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) đã định nghĩa truyền thông

di động thế hệ thứ 4 là IMT Advanced và chia thành hai hệ thống dùng cho di động tốc độ cao và di động tốc độ thấp 3GPP LTE là hệ thống dùng cho di động tốc độ cao Ngoài ra, đây còn là công nghệ hệ thống tích hợp đầu tiên trên thế giới ứng dụng cả chuẩn 3GPP LTE và các chuẩn dịch vụ ứng dụng khác, do đó người sử dụng có thể dễ dàng

Trang 22

thực hiện cuộc gọi hoặc truyền dữ liệu giữa các mạng LTE và các mạng GSM/GPRS hoặc UMTS dựa trên WCDMA Kiến trúc mạng mới được thiết kế với mục tiêu cung cấp lưu lượng chuyển mạch gói với dịch vụ chất lượng, độ trễ tối thiểu Hệ thống sử dụng băng thông linh hoạt nhờ vào mô hình đa truy cập OFDMA và SC-FDMA Thêm vào đó, FDD (Frequency Division Duplexing) và TDD (Time Division Duplexing), bán song công FDD cho phép các UE có giá thành thấp Không giống như FDD, bán song công FDD không yêu cầu phát và thu tại cùng thời điểm Điều này làm giảm giá thành cho

bộ song công trong UE Truy cập tuyến lên dựa vào đa truy cập phân chia theo tần số đơn sóng mang (Single Carrier Frequency Division multiple Access SC-FDMA) cho phép tăng vùng phủ tuyến lên làm tỷ

số công suất đỉnh trên công suất trung bình thấp (Peak-to-Average Power Ratio PAPR) so với OFDMA Thêm vào đó, để cải thiện tốc độ

dữ liệu đỉnh, hệ thống LTE sử dụng hai đến bốn lần hệ số phổ cell so với hệ thống HSPA Release 6

Các giai đoạn phát triển của LTE

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

Trang 23

Mục tiêu hướng đến là dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một người dùng trên 1 MHz so với mạng HSDPA Rel 6: Tải xuống: gấp 3 đến 4 lần (100Mbps) Tải lên: gấp 2 đến 3 lần (50Mbps)

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

Mục tiêu của LTE

Tốc độ dữ liệu cao

Độ trễ thấp

Công nghệ truy cập sóng vô tuyến gói dữ liệu tối ưu

Các đặc tính cơ bản của LTE

* Hoạt động ở chế độ FDD hoặc TDD

* Độ phủ sóng từ 5-100 km

* Dung lượng 200 user/cell ở băng tần 5Mhz

Chất lượng dịch vụ:

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

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

Liên kết mạng:

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

và các hệ thống không thuộc 3GPP cũng sẽ được đảm bảo

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

Chi phí: Chi phí triển khai và vận hành giảm Băng thông linh hoạt trong vùng từ 1.4 MHz đến 20 MHz, điều này có nghĩa là nó có thể hoạt động trong các dải băng tần của 3GPP Trong thực tế, hiệu suất thực sự của LTE tùy thuộc vào băng thông chỉ định cho các dịch vụ và không có

Trang 24

sự lựa chọn cho phổ tần của chính nó Điều này giúp đáng kể cho các nhà khai thác trong chiến lược về kinh tế và kỹ thuật Triển khai tại các tần số cao, LTE là chiến lược hấp dẫn tập trung vào dung lượng mạng, trong khi tại các tần số thấp nó có thể cung cấp vùng bao phủ khắp nơi Mạng LTE

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

Các thông số lớp vật lý của LTE

Ghép kênh không gian

1 lớp cho UL/UELên đến 4 lớp cho DL/UE

Sử dụng MU-MIMO cho UL và DL

Trang 25

Bảng 2.2: Tốc độ đỉnh của LTE theo lớp

Dịch vụ của LTE

Qua việc kết nối của đường truyền tốc độ rất cao, băng thông linh hoạt, hiệu suất sử dụng phổ cao và giảm thời gian trễ gói, LTE hứa hẹn sẽ cung cấp nhiều dịch vụ đa dạng hơn Đối với khách hàng, sẽ có thêm nhiều ứng dụng về dòng dữ liệu lớn, tải về và chia sẻ video, nhạc

và nội dung đa phương tiện Tất cả các dịch vụ sẽ cần lưu lượng lớn hơn để đáp ứng đủ chất lượng dịch vụ, đặc biệt là với mong đợi của người dùng về đường truyền TV độ rõ nét cao Đối với khách hàng là doanh nghiệp, truyền các tập tin lớn với tốc độ cao, chất lượng video hội nghị tốt…LTE sẽ mang đặc tính của “Web 2.0” ngày nay vào không gian di động lần đầu tiên Dọc theo sự bảo đảm về thương mại,

nó sẽ băng qua những ứng dụng thời gian thực như game đa người chơi

và chia sẻ tập tin

Bảng 2.3: So sánh các dịch vụ của 3G so với 4G LTE

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

chất lượng cao

Trang 26

Lướt Web

(Browsing)

Truy cập đến các dịch

vụ online trực tuyến, Trình duyệt WAp thông qua GPRS và 3G

Duyệt siêu nhanh , tải các nội dung trên mạng

Riêng tư

(Personalization)

Chủ yếu là âm thanh chuông (Ring tone), cùng bao gồm màn hình chờ (screen savers) và nhạc chờ (Ring tone)

Âm thanh thực(Thu âm gốc từ nghệ sĩ), các trang web cá nhân

tuyến

Kinh nghiệm Game trực tuyến vững chắc qua cả mạng cố định và

di độngVideo/TV theo yêu

cầu (Video/TV On

Demand)

Chạy và có thể tải Video

Các dịch vụ quảng bá Tivi, Tivi theo đúng yêu cầu Video chất lượng cao

các dịch vụ âm thanh

Lưu trữ và tải nhạc chất lượng caoM- Comerce

(Thương mại qua di

Trang 27

Chuyển đổi File P2P, các ứng dụng kinh doanh, ứng dụng chia

sẻ M2M di động Intranet, Extranet

So sánh LTE với HSPA và WiMAX

Bảng 2.4: So sánh giữa HSPA, WiMAX và LTE

Phiên bản 3GPP Release6 802.16e (2005) 3GPP Release 8

Bắt đầu năm 2007

Bắt đầu năm 2010

Giải tần hoạt

động

700MHz, 850 MHz, 1.5 GHz, 1.8 GHz, 1.7/2.1 GHz

2.5GHz, 2.6GHz,3.5GHz, 3.65 GHz, 5.8 GHz,

700MHz, 850 MHz, 1.5 GHz, 1.8 GHz, 1.7/2.1 GHz, 2.1GHz, 2.3GHz,

2.6GHz

Các thông số

hướng đến

Tốc độ dữ liệu lên đến 5.6 Mbps đối với kênh 5MHz, bán kính cell là 680m

Tốc độ dữ liệu lên đến

75Mbps/25Mbps đối với kênh 10MHz, 2x2 MIMO, bán kính cell từ 2Km đến 7Km từ 100-200 người dùng

Tốc độ lên đến

100 Mbps/50 Mbps đối với kênh 10MHz, bán kính cell 5Km, và hơn

400 người dùng

Khả năng tương

thích lùi

Tương thích lùi với Release 99

Không tương thích lùi với

Kế thừa chuẩn 3GPP nhưng

Trang 28

3GPP2

nên đòi hỏi kỹ thuật mới ở RAN nếu giải tần khác nhau được sử dụng

Về công nghệ, LTE và WiMax có một số khác biệt nhưng cũng có nhiều điểm tương đồng Cả hai công nghệ đều dựa trên nền tảng IP Cả hai đều dùng kỹ thuật MIMO để cải thiện chất lượng truyền/nhận tín hiệu, đường xuống từ trạm thu phát đến thiết bị đầu cuối đều được tăng tốc bằng kỹ thuật OFDM hỗ trợ truyền tải dữ liệu đa phương tiện và video Đường lên từ thiết bị đầu cuối đến trạm thu phát có sự khác nhau giữa 2 công nghệ WiMax dùng OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access – một biến thể của OFDM), còn LTE dùng kỹ thuật SC-FDMA (Single Carrier - Frequency Division Multiple Access)

Về lý thuyết, SC-FDMA được thiết kế làm việc 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 thức TDD (Time Division Duplex) và FDD (Frequency Division Duplex) Ngược lại, WiMax hiện chỉ tương thích với TDDs TDD truyền dữ liệu lên và xuống thông qua 1 kênh tần số (dùng phương thức 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 hơn WiMax Tuy nhiên, sự khác biệt công nghệ không có ý nghĩa quyết định trong cuộc chiến giữa WiMax và LTE

Trên thế giới, 4G dù chưa phải phổ biến song cũng đã có quốc gia

và các hãng viễn thông triển khai Chẳng hạn như Ericsson Tháng 1/2009, Ericsson và nhà mạng tại Thụy Điển đã triển khai thương mại TeliaSonera mạng LTE/4G đầu tiên tại Thụy Điển Tới tháng 1/2010

đã triển khai diện rộng mạng TeliaSonera trên toàn quốc ở Na Uy và Thụy Điển Ngoài ra, Ericsson đã ký hợp đồng triển khai LTE trong

Trang 29

thời gian tới với các nhà mạng AT&T (Mỹ), MetroPCS, Verizon Wireless (Mỹ), NTT Docomo (Nhật) Ericsson cũng đã tiến hành các thử nghiệm LTE/4G với các mạng Telstra, SingTel, T-Mobile Hungary, Zain Saudia Arabia

Với Việt Nam, ở thời điểm này, cơ quan quản lý nhà nước chưa đưa ra quyết định sẽ đi lên 4G bằng Wimax hay LTE mà quan điểm sẽ

tổ chức một hội thảo giữa Bộ với các doanh nghiệp để tìm ra sự lựa chọn hợp lý nhất Theo phân tích của các chuyên gia, hiện tại Wimax

có lợi thế đi trước LTE Không chỉ trên thế giới mà ngay cả ở Việt Nam, mạng Wimax đã được triển khai cung cấp thử nghiệm từ năm

2004 tới giờ Còn LTE, lại được cho rằng phải tới khoảng năm

2012-2013 mới trở nên phổ biến Xong, so với Wimax, LTE lại có một thế mạnh được cho là rất quan trọng LTE nếu được triển khai cho phép tận dụng dụng hạ tầng GSM có sẵn dù vẫn phải đầu tư thêm thiết bị Còn Wimax, nếu muốn triển khai thì phải xây dựng từ đầu một mạng mới Với Việt Nam, trong bối cảnh hiện nay, theo nhiều chuyên gia, vẫn chưa đến thời điểm chín muồi để phát triển 4G cho dù đó là Wimax hay LTE Ở thời điểm này, Việt Nam vẫn chưa có kế hoạch triển khai 4G Nếu có, phải ít nhất là năm 2012 Và với mốc thời gian này, biết đâu, LTE lại thắng thế hơn Wimax? Nhưng dù có lựa chọn công nghệ gì đi chăng nữa, điều quan trọng nhất mà người dùng Việt đặt kỳ vọng ở các nhà khai thác mạng, cung cấp dịch vụ đó là làm sao đáp ứng được ba tiêu chuẩn Một chuyên gia của Ericsson chia sẻ.Thứ nhất, đó là tính thân thiện và đơn giản của dịch vụ công nghệ cung cấp

Đa số người dùng trước đây chưa biết nhiều về Internet do đó tính thân thiện giúp họ sử dụng lần đầu tiên mà không bị nhầm lẫn là điều rất quan trọng Thứ hai đó chính là những nội dung tiếng Việt mà họ có thể hưởng thụ từ dịch vụ.Và thứ ba, là giá cả hợp lý Đặc biệt là dịch

vụ trả trước Có thể nói, đa số người sử dụng không hiểu về sự liên quan giữa Megabyte và giá cả nên chính sách giá phải dễ hiểu

Trang 30

1.3 Sự khác nhau giữa 3G và 4G LTE

Hiện nay, công nghệ 3G cho phép truy cập Internet không dây và các cuộc gọi có hình ảnh 4G được phát triển trên các thuộc tính kế thừa từ công nghệ 3G Về mặt lý thuyết, mạng không dây sử dụng công nghệ 4G sẽ có tốc độ nhanh hơn mạng 3G từ 4 đến 10 lần Tốc độ tối đa của 3G là tốc độ tải xuống 14Mbps và 5.8Mbps tải lên Với công nghệ 4G, tốc độ có thể đạt tới 100Mbps đối với người dùng di động và 1Gbps đối với người dùng cố định 3G sử dụng ở các dải tần quy định quốc tế cho UL: 1885-2025 MHz; DL: 2110-2200 MHz; với tốc độ từ 144kbps-2Mbps, độ rộng BW: 5 MHz Đối với 4G LTE thì Hoạt động ở băng tần: 700 MHz-2,6GHz với mục tiêu tốc độ dữ liệu cao, độ trễ thấp, công nghệ truy cập sóng vô tuyến gói dữ liệu tối ưu Tốc độ DL:100Mbps(ở BW 20MHz), UL: 50 Mbps với 2 aten thu một anten phát Độ trễ nhỏ hơn 5ms với độ rộng BW linh hoạt là ưu điểm của LTE so với WCDMA, BW từ 1.25 MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 MHz Hiệu quả trải phổ tang 4 lần và tăng 10 lần số người dùng/cell so với WCDMA

i Ưu điểm nổi bật

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

Tăng hiệu quả sử dụng phổ và giảm thời gian trễ

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

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

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

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

Hiệu suất phổ cao

- OFDM ở DL

* Chống nhiễu đa đường

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

Trang 31

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

- Trễ HO và thời gian ngắt ngắn: TTI ngắn, trạng thái RRC đơn giảnGiá thành rẻ

- Cấu trúc mạng đơn giản, giảm các thành phần của mạng

- Giảm độ trễ khứ hồi (roundtripdelay)

Tần số tái sử dụng linh hoạt

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

- Sử dụng hai dải tần số:

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

* Dải 2: phổ còn lại

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

- Các user ở trung tâm cell: sử dụng toàn bộ băng => tốc độ dữ liệu caoDung lượng và vùng bao phủ của WCDMA UL bị giới hạn bởi can nhiễu: can nhiễu bên trong cell và can nhiễu liên cell Nhưng đối với LTE thì: do tính trực giao nên can nhiễu trong cùng một cell có thể

Trang 32

không xét đến và giảm can nhiễu inter-cell bằng tái sử dụng cục bộ, thêm các anten có thể triệt can nhiễu

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1: Đã khái quát được những nét đặc

trưng, ưu nhược điểm và sự phát triển của các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 và 4 đồng thời đã sơ lược tổng quan của hệ thống thông tin di động thế hệ 4 Hai thông số quan trọng đặc trưng cho các hệ thống thông tin di động số là tốc độ bit thông tin của người

sử dụng và tính di động, ở các thế hệ tiếp theo các thông số này càng được cải thiện Nêu được ưu điểm của 4G so với 3G và các cơ sở để hình thành ưu điểm đó Để tìm hiểu thêm về 4G ta qua chương tiếp theo.

Trang 33

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Cấu trúc mạng 4G

LTE và cá vấn đề liên quan

so sánh LTE với WiMAX, cấu trúc mạng 4G LTE sẽ như thế nào, nó liên kết với các mạng khác ra sao, các kênh sử dụng trong E-UTRAN, các kỹ thuật sử dụng cho đường lên, đường xuống trong LTE, đồng thời khái quát về các thủ tục liên quan đến giao diện vô tuyến bao gồm chuyển giao và điều khiển công suất.

a Cấu trúc của LTE

Cấu trúc cơ bản SAE của LTE

Trang 34

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

Hình trên cho ta thấy sự khác nhau về cấu trúc của UTMS và LTE Song song với truy nhập vô tuyến LTE, mạng gói lõi cũng đang cải tiến lên cấu trúc tầng SAE Cấu trúc mới này được thiết kế để tối ưu hiệu suất mạng, cải thiện hiệu quả chi phí và thuận tiện thu hút phần lớn dịch vụ trên nền IP

Mạng truy nhập vô tuyến RAN (Radio Access Network): mạng truy nhập vô tuyến của LTE được gọi là E-UTRAN và một trong những đặc điểm chính của nó là tất cả các dịch vụ, bao gồm dịch vụ thời gian thực, sẽ được hỗ trợ qua những kênh gói được chia sẻ Phương pháp này sẽ tăng hiệu suất phổ, làm cho dung lượng hệ thống trở nên cao hơn Một kết quả quan trọng của việc sử dụng truy nhập gói cho tất cả các dịch vụ là sự tích hợp cao hơn giữa những dịch vụ đa phương tiện

và giữa những dịch vụ cố định và không dây Có nhiều loại chức năng khác nhau trong mạng tế bào Dựa vào chúng, mạng có thể được chia thành hai phần: mạng truy nhập vô tuyến và mạng lõi Những chức năng như điều chế, nén, chuyển giao thuộc về mạng truy nhập Còn những chức năng khác như tính cước hoặc quản lý di động là thành phần của mạng lõi Với LTE, mạng truy nhập là E-UTRAN và mạng lõi là EPC Mục đích chính của LTE là tối thiểu hóa số node Vì vậy, người phát triển đã chọn một cấu trúc đơn node Trạm gốc mới phức tạp hơn NodeB trong mạng truy nhập vô tuyến WCDMA/HSPA, và vì vậy được gọi là eNodeB (Enhance Node B) Những eNodeB có tất cả những chức năng cần thiết cho mạng truy nhập vô tuyến LTE, kể cả những chức năng liên quan đến quản lý tài nguyên vô tuyến Giao diện

vô tuyến sử dụng trong E-UTRAN bây giờ chỉ còn là S1 và X2 Trong

đó S1 là giao diện vô tuyến kết nối giữa eNodeB và mạng lõi S1 chia làm hai loại là S1-U là giao diện giữa eNodeB và SAE –GW và S1-MME là giao diện giữa eNodeB và MME X2 là giao diện giữa các eNodeB với nhau

Trang 35

Hình 2.2: Cấu trúc cơ bản của LTE

Mạng lõi: mạng lõi mới là sự mở rộng hoàn toàn của mạng lõi trong hệ thống 3G, và nó chỉ bao phủ miền chuyển mạch gói Vì vậy, nó có một cái tên mới: Evolved Packet Core (EPC) Cùng một mục đích như E-UTRAN,

số node trong EPC đã được giảm EPC chia luồng dữ liệu người dùng thành mặt phẳng người dùng và mặt phẳng điều khiển Một node cụ thể được định nghĩa cho mỗi mặt phẳng, cộng với Gateway chung kết nối mạng LTE với internet và những hệ thống khác EPC gồm có một vài thực thể chức năng.MME (Mobility Management Entity): chịu trách nhiệm xử lý những chức năng mặt bằng điều khiển, liên quan đến quản lý thuê bao và quản lý phiên

Gateway dịch vụ (Serving Gateway): là vị trí kết nối của giao tiếp

dữ liệu gói với E-UTRAN Nó còn hoạt động như một node định tuyến đến những kỹ thuật 3GPP khác

P-Gateway (Packet Data Network): là điểm đầu cuối cho những phiên hướng về mạng dữ liệu gói bên ngoài Nó cũng là Router đến mạng Internet

Trang 36

PCRF (Policyand Charging Rules Function): điều khiển việc tạo

ra bảng giá và cấu hình hệ thống con đa phương tiện IP IMS (the IP Multimedia Subsystem) cho mỗi người dùng

HSS (Home Subscriber Server): là nơi lưu trữ dữ liệu của thuê bao cho tất cả dữ liệu của người dùng Nó là cơ sở dữ liệu chủ trung tâm trong trung tâm của nhà khai thác

Các miền dịch vụ bao gồm IMS (IP Multimedia Sub-system) dựa trên các nhà khai thác, IMS không dựa trên các nhà khai thác và các dịch vụ khác IMS là một kiến trúc mạng nhằm tạo sự thuận tiện cho việc phát triển và phân phối các dịch vụ đa phương tiện đến người dùng, bất kể là họ đang kết nối thông qua mạng truy nhập nào IMS hỗ trợ nhiều phương thức truy nhập như GSM, UMTS, CDMA2000, truy nhập hữu tuyến băng rộng như cáp xDSL, cáp quang, cáp truyền hình, cũng như truy nhập vô tuyến băng rộng WLAN, WiMAX IMS tạo điều kiện cho các hệ thống mạng khác nhau có thể tương thích với nhau IMS hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích cho cả người dùng lẫn nhà cung cấp dịch vụ Nó đã và đang được tập trung nghiên cứu cũng như thu hút được sự quan tâm lớn của giới công nghiệp Tuy nhiên IMS cũng gặp phải những khó khăn nhất định và cũng chưa thật sự đủ độ chín để thuyết phục các nhà cung cấp mạng đầu từ triển khai nó Kiến trúc IMS được cho là khá phức tạp với nhiều thực thể và vô số các chức năng khác nhau IMS dựa trên các nhà khai thác: là IMS đã được tích hợp sẵn trong cấu trúc của hệ thống 3GPP IMS không dựa trên các nhà khai thác: là IMS không được định nghĩa trong các chuẩn Các nhà khai thác có thể tích hợp dịch vụ này trong mạng của họ Các

UE kết nối đến nó qua vài giao thức được chấp thuận và dịch vụ video streaming là 1 ví dụ

Các dịch khác không được cung cấp bởi 3GPP và cấu trúc phụ thuộc vào yêu cầu của dịch vụ Cấu hình điển hình sẽ được UE kết nối

Trang 37

đến máy chủ qua mạng chẳng hạn như kết nối đến trang chủ cho dịch

Trang 38

Hình 2.5: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập3GPP và liên mạng

với CDMA 2000

Hệ thống 3GPP hiện tại (GSM và WCDMA/HSPA) và 3GPP2 (CDMA2000 1xRTT, EV-DO) được kết hợp vào hệ thống mới thông qua những giao diện chuẩn hóa, miễn là tối ưu tính di động với LTE Với hệ thống 3GPP, điều này có nghĩa là một giao diện báo hiệu giữa SGSN (Serving GPRS Support Node) và mạng lõi mới, với hệ thống 3GPP2 cũng có một giao diện báo hiệu giữa CDMA RAN và mạng lõi mới

Ví dụ tín hiệu điều khiển cho di động được xử lý bởi node Mobility Management Entity (MME), tách rời với Gateway Điều này thuận tiện cho việc tối ưu trong triển khai mạng và hoàn toàn cho phép chia tỉ lệ dung lượng một cách linh động Home Subscriber Server (HSS) nối đến

Trang 39

Packet Core qua một giao diện IP, và không phải SS7 như đã sử dụng trong mạng GSM và WCDMA Mạng báo hiệu cho điều khiển chính sách và tính cước được dựa trên giao diện IP Hệ thống GSM và WCDMA/HSPA hiện tại được tích hợp vào hệ thống mới qua những giao diện được chuẩn hóa giữa SGSN và mạng lõi mới Người ta cố gắng kết hợp truy nhập CDMA cũng sẽ đưa đến tính di động liên tục giữa LTE và CDMA, cho phép sự mềm dẻo trong việc chuyển lên LTE LTE-SAE tiếp nhận khái niệm QoS theo từng lớp Điều này cung cấp một giải pháp đơn giản và đến bây giờ vẫn hiệu quả cho những nhà khai thác có được sự phân biệt giữa những dịch vụ gói

b Các kênh sử dụng trong E-UTRAN

Kênh vật lý: Các kênh vật lý sử dụng cho dữ liệu người dùng bao

gồm:

PDSCH (Physical Downlink Shared Channel): phụ tải có ích (payload)

PUSCH (Physical Uplink Shared Channel): PUSCH được dùng để

mang dữ liệu người dùng Các tài nguyên cho PUSCH được chỉ định trên một subframe cơ bản bởi việc lập biểu đường lên Các sóng mang được chỉ định là 12 khối tài nguyên (RB) và có thể nhảy từ subframe này đến subframe khác PUSCH có thể dùng các kiểu điều chế QPSK, 16QAM, 64QAM

PUCCH (Physical Uplink Control Channel): có chức năng lập biểu, ACK/NAK

PDCCH (Physical Downlink Control Channel): lập biểu, ACK/NAK

PBCH(Physical Broadcast Channel): mang các thông tin đặc trưng của cell

Kênh logic: được định nghĩa bởi thông tin nó mang bao gồm:

Kênh điều khiển quảng bá (BCCH): Được sử dụng để truyền

thông tin điều khiển hệ thống từ mạng đến tất cả máy di động trong

Trang 40

cell Trước khi truy nhập hệ thống, đầu cuối di động phải đọc thông tin phát trên BCCH để biết được hệ thống được lập cấu hình như thế nào, chẳng hạn băng thông hệ thống

Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH): được sử dụng để tìm gọi các

đầu cuối di động vì mạng không thể biết được vị trí của chúng ở cấp độ

ô và vì thế cần phát các bản tin tìm gọi trong nhiều ô (vùng định vị)

Kênh điều khiển riêng (DCCH): được sử dụng để truyền

thông tin điều khiển tới/từ một đầu cuối di động Kênh này được sử dụng cho cấu hình riêng của các đầu cuối di động chẳng hạn các bản tin chuyển giao khác nhau

Kênh điều khiển đa phương (MCCH): được sử dụng để truyền

thông tin cần thiết để thu kênh MTCH

Kênh lưu lượng riêng (DTCH): được sử dụng để truyền số liệu

của người sử dụng đến/từ một đầu cuối di động Đây là kiểu logic được

sử dụng để truyền tất cả số liệu đường lên của người dùng và số liệu đường xuống của người dùng không phải MBMS

Kênh lưu lượng đa phương (MTCH): Được sử dụng để

phátcácdịchvụ MBMS

Kênh truyền tải: bao gồm các kênh sau

Kênh quảng bá (BCH): có khuôn dạng truyền tải cố định do

chuẩn cung cấp Nó được sử dụng để phát thông tin trên kênh logic

Kênh tìm gọi (PCH): được sử dụng để phát thông tin tìm gọi

trên kênh PCCH, PCH hỗ trợ thu không liên tục (DRX) để cho phép đầu cuối tiết kiệm công suất ắc quy bằng cách ngủ và chỉ thức để thu PCH tại các thời điểm quy định trước

Kênh chia sẻ đường xuống (DL-SCH): là kênh truyền tải để

phát số liệu đường xuống trong LTE Nó hỗ trợ các chức năng của LTE như thích ứng tốc độ động và lập biểu phụ thuộc kênh trong miền thời gian và miền tần số Nó cũng hổ trợ DRX để giảm tiêu thụ công

Định dạng
Số trang	117
Dung lượng	3,84 MB