NGHIÊN cứu CÔNG NGHỆ LTE

Sự ra đời của hệ thống di dộng thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêu biểu như WCDMA hay HSPA là một tất yếu dể có thể dáp ứng đuợc nhu cầu truy cập dữ liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ

BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY CP ĐIỆN TỬ VÀ TIN HỌC VIỆT NAM

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ VIETTRONICS

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ LTE

: 2ĐT10A : Công nghệ kỹ thuật điện tử truyền thông

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể các Thầy, Cô giáo khoa Điện – Điện tử Trường Cao đẳng Công nghệ Viettronics, những người đã tận tình dạy dỗ, chỉ bảo em trong suốt ba năm học vừa qua tại trường

Trong quá trình thực hiện đề tài chúng em đã gặp rất nhiều khó khăn và

bỡ ngỡ Nếu không có những sự giúp đỡ và lời động viên chân thành của mọi người có lẽ em khó có thể hoàn thành tốt khóa luận này và em xin gửi lời biết ơn chân thành đến thầy Lê Trung Dũng, người trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành bài khóa luận này Trên con đường góp nhặt những kiến thức quý báu của ngày hôm nay, thầy, cô, bạn bè Trường Cao đẳng Công nghệ Viettronics là những người đã cùng em sát cánh và trải nghiệm

Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên thực hiện

Bùi Minh Tuấn

MỤC LỤC

Hình 2.1 Sự chuyển đổi cấu trúc UTRAN sang E – UTRAN 14

Hình 2.2 Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có E – UTRAN 15

2.1.1 Thiết bị người dùng UE 16

2.1.2 E – UTRAN NodeB(eNodeB) 16

Hình 2.3 eNodeB kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính 17

2.1.3 Thực thể quản lý tính di động (MME) 18

2.1.4 Cổng phục vụ S – GW 20

Hình 2.5 Các kết nối S – GW tới các nút logic khác và các chức năng chính 21

2.1.5 Cổng mạng dữ liệu gói P – GW 21

Hình 2.6 P – GW kết nối tới các nút logic khác và chức năng chính 22

2.1.6 Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên PCRF 22

2.1.7 Máy chủ thuê bao thường trú HSS 23

2.1.8 Các giao diện và giao thức trong cấu hình kiến trúc cơ bản của hệ thống 24

Hình 2.8 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển trong EPS 24

2.2 Các chế độ truy nhập vô tuyến 25

2.2.1 Kỹ thuật đa truy nhập đường xuống OFDMA 26

OFDM 26

Hình 2.9 Biểu diễn tần số thời gian của một tín hiệu OFDM 26

Kỹ thuật đa truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDMA 27

Hình 3.1 Cấp phát sóng mang con cho OFDM và OFDMA 27

Hình 3.4 Lưới Tài nguyên đường lên 29

Bảng tham số cấu trúc khung đường xuống FDD và TDD 29

Truyền dẫn dữ liệu hướng xuống 30

2.2.2 Kỹ thuật đa truy nhập đường lên LTE SC – FDMA 31

SC – FDMA 31

Các tham số SC – FDMA 32

32

Hình 3.9 Lưới Tài nguyên đường lên 32

Bảng các tham số cấu trúc khung đường lên FDD và TDD 33

2.2.3 Truyền dẫn dữ liệu hướng lên 33

Hình 4.1 Phát và thu hướng lên LTE 34

2.2.4 Kỹ thuật đa ăng ten MIMO 34

Hình 4.2 Các chế độ truy nhập kênh vô tuyến 35

Đơn đầu vào đơn đầu ra (SISO) 35

Đơn đầu vào đa đầu ra(SIMO) 35

Đa đầu vào đơn đầu ra (MISO) 35

2.2.5 Đa đầu vào đa đầu ra(MIMO) 36

2.3 Các kênh truyền tải và ánh xạ của chúng tới kênh vật lý 36

Hình 4.3 Vận hành LTE HARQ với 8 tiến trình 37

Nhắn tin 37

Thủ tục báo cáo phản hồi kênh 38

Hình 4.4 Thủ tục báo cáo thông tin trạng thái kênh (CSI) 38

Đo lương eNodeB 38

Đo lường UE 38

2.4 Thủ tục dò tìm ô 39

2.4.1 Truy nhập ngẫu nhiên 39

Hình 4.5 Tổng quan về thủ tục truy nhập ngẫu nhiên 39

3.2 Triển khai LTE tại Việt Nam 42 Hình 4.8 Ericsson phối hợp với Cục Tần số Vô tuyến diện thử nghiệm công ghệ LTE tại

Hà Nội 42

DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1 Tiến trình phát triển của thông tin động 10

Hình 1.2 Đặc điểm chính của công nghệ LTE 12

Hình 2.1 Sự chuyển đổi cấu trúc UTRAN sang EUTRAN 13

HÌnh 2.2 Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có EUTRAN 14

Hình 2.3 eNodeB kết nối tới các nút logic và chức năng 16

Hình 2.4 MME kết nối tới các nút logic và chức năng 18

Hình 2.5 Kết nối S – GW tới các nút logic và chức năng 20

Hình 2.6 PGW kết nối tới nút logic và chức năng 21

Hình 2.7 PCRF kết nối tới các nút logic và chức năng 22

Hình 2.8 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển trong EPS 23

Hình 2.9 Biểu diễn tần số thời gian của một tín hiệu OFDM 25

Hình 3.0 Sự tạo ra chuỗi OFDM 26

Hình 3.1 Cấp phát sóng mang con cho OFDM OFDMA 26

Hình 3.2 Cấu trúc khung loại 1 27

Hình 3.3 Cấu trúc khung loại 2 27

Hình 3.4Lưới tài nguyên đường lên 28

Hình 3.5 Ghép kênh thời gian – tần số OFDMA 29

Hình 3.6 Phát và thu OFDM 30

Hình 3.7 Sơ đồ khối DFT – S – OFDM 30

Hình 3.8 Lưới tài nguyên đường lên 32

Hình 3.9 Phát và hướng thu LTE 33

Hình 4.1 Các chế độ truy nhập vô tuyến 34

Hình 4.2 Vận hành LTE HARQ với 8 tiến trình 36

Hình 4.3 Thủ tục báo cáo thông tin trạng thái kênh CSI 37

Hình 4.4 Tổng quan về thủ tục truy nhập ngâu nhiên 38

Hình 4.5 Laptop x430 41

Hình 4.6 LG optimus LTE2 41

Hình 4.7 Ericson phối hợp với cục tần số vô tuyến thử nghiệm công nghệ LTE tại Hà Nội 41

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

3GPP Third Generation Partnership Project Dự án các đối tác thế hệ

thứ baAAA Authentication, Authorization and

Accounting

Xác thực, cấp phép và tính cước

ACIR Adjacent Channel Interference Rejection Loại bỏ nhiễu kênh lân

cậnACS Adjacent channel selectivity Chọn lọc kênh lân cậnADC Analog-to Digital Conversion Chuyển đổi tương tự - sốADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Ðường dây thuê bao số

không đối xứng

AMBR Aggregate Maximum Bit Rate Tốc độ bít tối đa cấp

phátATB Adaptive Transmission Bandwidth Băng thông truyền dẫn

thích nghiAWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng thêm

vàoAMPS Advanced Mobile Phone Sytem Hệ thống điện thoại di

động tiên tiếnBCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển phát

quảng bá

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân

CDMA Code Division Multiple Access Ða truy nhập phân chia

theo mã

CQI Channel Quality Information Thông tin chất luợng

kênhDwPTS Downlink Pilot Time Slot Khe thời gian điều khiển

đường xuốngEDGE Enhanced Data Rates for GSM

Evolution

Tốc độ dữ liệu tăng cường cho GSM phát triển

sốGSM Global System for Mobile

Communications

Hệ thống truyền thông di động toàn cầu

HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest Yêu cầu lặp lại tự dộng

hỗ hợpHSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói đường

xuống tốc độ caoHSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ caoIFFT Inverse Fast Fourier Transform biến đổi furier nhanh

nghịch đảoIMT International Mobile

Telecommunications

Truyền thông di dộng quốc tế

MIMO Multiple Input Multiple Output Ða đầu vào đa đầu raMME Mobility Management Entity Phần tử quản lý tính di

dộngOFDM Orthogonal Frequency Division

UTRA Universal Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt

đất toàn cầuUTRAN Universal Terrestrial Radio

Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu

LỜI MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

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 nhu Wi-Fi, Wimax…Cùng với đó là tốc độ phát triển nhanh, mạnh của mạng viễn thông phục vụ nhu cầu sử dụng của hàng triệu người mỗi ngày Hệ thống di động thế hệ thứ hai, với GSM

và CDMA là những ví dụ điển hình đã phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia Tuy nhiên, thị truờng viễn thông càng mở rộng càng thể hiện rõ những hạn chế về dung luợng và băng thông của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai Sự

ra đời của hệ thống di dộng thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêu biểu như WCDMA hay HSPA là một tất yếu dể có thể dáp ứng đuợc nhu cầu truy cập dữ liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng thông rộng của người sử dụng Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ 2.5G hay 3G vẫn dang phát triển không ngừng nhưng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới dã bắt đầu tiến hành triển khai thử nghiệm một chuẩn di dộng thế hệ mới có rất nhiều tiềm năng và có thể sẽ trở thành chuẩn di động 4G trong tương lai, đó là LTE (Long Term Evolution) Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này dã chứng tỏ năng lực tuyệt vời của công nghệ LTE và khả năng thương mại hóa LTE đã dến rất gần

2 Mục đích nghiên cứu:

Với mục đính nghiên cứu và tìm hiểu về cấu tạo, hoạt động của LTE và ứng dụng của công nghệ này vào thực tế

3 Nhiệm vụ nghiên cứu:

Tìm hiểu về công nghệ LTE và ứng dụng của nó vào thực tiễn

4 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu là công nghệ LTE Phương pháp nghiên cứu là nghiên cứu

lý thuyết và xây dựng các chương trình ứng dụng kiểm nghiệm ra thực tế

5 Những đóng góp thực tiễn:

Đề tài cung cấp một cách hệ thống lại những kiến thức cơ bản về công nghệ LTE

từ đó giúp cho sinh viên có thể ứng dụng được công nghệ này trong thực tế

6 Kết cấu đề tài:

Đề tài “Nghiên cứu Công nghệ LTE (Long Term Evolution)” gồm ba chương:

 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

VÀ GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ LTE

 CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ LTE

 CHƯƠNG 3: TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI LTE CỦA VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI

Sinh viên thực hiện

Bùi Minh Tuấn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ

GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ LTE 1.1Tổng quan thế hệ thứ nhất (1G)

• Là hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA và điều chế tần số FM

• Dịch vụ đơn thuần là thoại

• Chất lượng thấp

• Bảo mật kém

• Những công nghệ chính thuộc thế hệ thứ nhất này có thể kể dến là

 NMT (Nordic Mobile Telephone – Ðiện thoại di dộng Bắc Âu) được sử

dụng ở các nước Bắc Âu, Tây Âu và Nga năm 1981.

 AMPS (Advanced Mobile Phone Sytem – Hệ thống diện thoại di dộng

tiên tiến) được sử dụng ở Mỹ và Úc năm 1978

 TACS (Total Access Communication Sytem – Hệ thống truyền thông

truy nhập toàn phần) được sử dụng ở Anh vào năm 1985.

Hình 1.1 Tiến trình phát triển của thông tin di động

1.2Tổng quan về thế hệ thứ 2(2G)

• Được đặc trưng bởi công nghệ chuyển mạch kỹ thuật số

• Dung lượng tăng

• Chất lượng thoại tốt hơn

D-AMPS (IS-136-Digital Advance Mobile Phone System) sử dụng phương thức truy cập TDMA được triển khai tại Mỹ.

PDC (Personal Digital Cellular) sử dụng phuong thức truy nhập TDMA được triển khai tại Nhật Bản

1.3Tổng quan về thế hệ thứ 3(3G)

• Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao

• Các dịch vụ tin nhắn (email, fax, SMS, chat….)

• Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, truyền hình, nghe nhạc….)

 CDMA2000 được chuẩn hóa bởi 3GPP2 gồm CDMA2000

1xRTT(radio transmission technology) CDMA2000(evolution – data optimized) và CDMA2000 EV – DV (evolution – data and voice)

 TD – SCDMA là chuẩn di động được đề nghị bởi “China

Communications Standards Association – chuẩn 3G của Trung Quốc”, dùng song công TDD

1.4Giới thiệu công nghệ LTE

• LTE (long term evolution) là thế hệ thứ tư của chuẩn UMTS do 3GPP phát hành

• 3GPP đặt yêu cầu khá cao cho LTE: giảm chi phí cho mỗi bit thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần mới và hiện có, đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối

• Ðể 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 (da truy cập phân chia theo tần số trực giao), ki thuật anten MIMO (Multiple Input Multiple Output) và hệ thống sẽ chạy hoàn toàn trên nền IP, hỗ trợ chế độ FDD và TDD

Đường lên SC – FDMATốc độ dữ liệu đỉnh trong 20 Mhz Đường xuống: 173 và 326 Mb/s

Đường lên 86mb/s với cấu hình 1*2

Các công nghệ khác Lập biểu chính sác kênh, liên kết

thích ứng, điều khiển công suất

Hình 1.2 Các đặc điểm chính của công nghệ LTE

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ LTE 2.1 Kiến trúc mạng LTE

LTE được thiết kế để hỗ trợ cho các dịch vụ chuyển mạch gói, đối lập vớichuyển mạch kênh truyền thống Nó hướng dến cung cấp các kết nối IP giữa các

UE và PDN, mà không có bất kì sự ngắt quãng nào đối với những ứng dụng của 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 cùng với các phương diện cải tiến “ không vô tuyến” duới thuật ngữ SAE bao gồm mạng lõi gói cải tiến EPC LTE cùng với SAE tạo thành hệ thống gói cải tiến EPS

Hình 2.1 Sự chuyển đổi cấu trúc UTRAN sang E – UTRAN

Từ sơ đồ trên ta thấy được mạng LTE ít phức tạp hơn do các eNodeB được kết nối với nhau hoặc kết nối trực tiếp với mạng lõi nên 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 các eNodeB thực hiện chức năng quản lý dữ liệu truyền tải một cách tự lập và đảm bảo dịch vụ

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

UE, E-UTRAN và EPC dại diện cho các giao thức internet (IP) ở lớp kết nối.Ðây là một phần của hệ thống được gọi là hệ thống gói phát triển (EPS)

Chức năng chính của lớp này là cung cấp kết nối dựa trên IP và nó được tối ưu hóa cao cho mục tiêu duy nhất Tất cả các dịch vụ được cung cấp dựa trên IP, tất

cả các nút chuyển mạch và các giao diện được nhìn thấy trong kiến trúc 3GPP trước đó không có mặt ở E-UTRAN và EPC

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 dể cung cấp các dịch

vụ dựa trên kết nối IP được cung cấp bởi các lớp thấp hơn

Sự phát triển của E-UTRAN tập chung vào một nút, nút B phát triển ( eNode B) 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 lưới của 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 EPC không có chứa một vùng chuyển mạch-mạch, và không có kết nối trực tiếp tới các mạng chuyển mạch mạch truyền thống như ISDN và PSTN là cần thiết trong lớp này Các chức năng của EPC là tương đương với vùng chuyển mạch gói của mạng 3GPP hiện tại Tuy nhiên những thay đổi đáng kể trong việc bố trí các nút chức năng và kiến trúc phần này nên được coi như là hoàn tòan mới.Hình 2.2 cho thấy có một phần tử gọi là SAE GW Như hình 2.2 cho thấy đó

là sự kết hợp của hai cổng là cổng phục vụ (S-GW) và cổng mạng dữ liệu gói( PGW) điều này được định nghĩa cho các xử lý UP trong EPC Gộp chúng lại với nhau thành SAE GW(được ghi trong 3GPP TS23.401)

USIM là một ứng dụng được đặt vào một thẻ thông minh có thể tháo rời được gọi là thẻ mạch tích hợp toàn cầu ( UICC) USIM được sử dụng để nhận dạng và xác thực người sử dụng dể lấy khóa bảo mật nhằm bảo 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 tín hiệu với mạng để thiết lập, duy trì và loại bỏ các liên kết thông tin người dùng cần

Ðiều này bao gồm các chức năng quản lý tính di dộng: chuyển giao, báo cáo

vị trí của thiết bị, và các UE phải thực hiện theo hướng dẫn của mạng Có lẽ quan trọng nhất là UE cung cấp giao diện người sử dụng cho người dùng cuối dể các ứng dụng: VoIP có thể được sử dụng dể thiết lập một cuộc gọi thoại

2.1.2 E – UTRAN NodeB(eNodeB)

eNB là một trạm gốc vô tuyến kiểm soát tất cả các chức năng vô tuyến liên quan trong phần cố định của hệ thống

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 giữa các kết nối vô tuyến và các kết nối IP cơ bản tương ứng về phía EPC

Trong vai trò này các EPC thực hiện mã hóa / giải mã các dữ liệu UP, và cũng

có nén / giải nén tiêu dề 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 sóat việc sử dụng giao diện vô tuyến , bao gồm : phân bổ tài nguyên dựa trên yêu cầu, ưu tiên và lập lịch trình lưu luợng theo yêu cầu QoS, và liên tục giám sát tình hình sử dụng tài nguyên

Ngoài ra eNodeB còn có vai trò quan trọng trong quản lý tính di dộng (MM).Ðiều khiển eNB và đo đạc phân tích mức độ của tín hiệu vô tuyến duợc thực hiện bởi UE Ðiều 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 cung chịu 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 các MME trước đó không có sẵn hoặc thông tin định tuyến vắng mặt

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

Hình 2.3 đã cho chúng ta thấy trong tất cả các kết nối eNB có thể là trong mối quan hệ một – nhiều hoặc nhiều – nhiều

Các eNB có thể phục vụ đồng thời nhiều UE trong vùng phủ sóng của nó nhưng mỗi UE chỉ đuợc kết nối tới một eNB trong cùng một thời diểm 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 nút được phân công dể phục vụ cho một tập hợp các eNB Từ một viễn cảnh eNB đơn này 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 diểm

và eNB phải duy trì theo dõi các liên kết này

Các chức năng chính của 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 tính thường trú của UE, hoặc từ các mạng truy nhập trước đó hoặc chính bản thân UE, yêu cầu từ bộ phục vụ thuê bao thuờng trú (HSS) trong mạng chủ của

UE các 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 vào một trong những cái đã nhận từ mạng chủ Chức năng này là cần thiết để đảm bảo các yêu cầu bảo vệ với UE

Các MME có thể lặp lại chức năng xác thực khi cần thiết hoặc theo chu kỳ Các chức năng này dùng để bảo vệ các thông tin liên lạc khỏi việc nghe trộm và

từ sự thay đổi của bên thứ ba tương ứng trái phép Ðể bảo vệ sự riêng tư của UE, MME cũng phân bổ cho mỗi UE một mã tạm thời gọi là mã nhận dạng tạm thời duy nhất toàn cầu(GUTI)

• 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 dầu tiên, MME sẽ tạo ra một 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, cung như trong các S-

GW mà nó lựa chọn cho UE

Các MME sau đó tiếp tục theo dõi vị trí của UE hoặc là dựa trên mức độ của eNB, nếu UE vẫn kết nối, tức là truyền thông đang hoạt động hoặc ở mức độ khu vực theo dõi (TA) MME diều khiển các thiết lập và giải phóng 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

Một UE ở trạng thái rảnh dỗi nó sẽ báo cáo vị trí của nó hoặc là định kỳ, hoặc

là khi nó chuyển tới một khu vực theo dõi Nếu dữ liệu nhận được từ bên ngoài cho một UE rảnh dỗi, MME sẽ được thông báo, nó sẽ yêu 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 này xác định những gì các kết nối mạng dữ liệu gói được phân bổ tới các mạng ở tập tin đính kèm Các MME sẽ tự động thiết lập mặc định phần tử mang, cho phép các UE kết nối IP cơ bản

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, hoặc trực tiếp từ UE, nếu UE yêu cầu kết nối cho một dịch vụ mà không được biết đến bởi khu vực dịch vụ điều hành, và do dó không thể được bắt đầu từ đó

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

Về nguyên tắc MME có thể được kết nối với bất kỳ MME khác trong hệ thống, nhưng thường kết nối được giới hạn trong một nhà điều hành mạng duy nhất

Kết nối tới một số HSS cung cần được hỗ trợ, các HSS nằm trong mạng chủ của người dùng , và một tuyến đường có thể được tìm thấy dựa trên IMIS Mỗi MME được cấu hình dể điều khiển một tập hợp các S-GW và eNodeB Cả hai S-

GW và eNodeB cung 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 một thời điểm

Trong khi di chuyển giữa các eNodeB, S-GW hoạt dộng như nút cuối di động địa phương MME sẽ lệnh S-GW để chuyển sang đường hầm từ một eNodeB khác

MME cũng có thể yêu cầu S-GW cung cấp tài nguyên đường hầm cho dữ liệu chuyển tiếp khi có nhu cầu cần chuyển dữ liệu từ eNodeB nguồn tới eNodeB đích trong thời diểm UE có chuyển giao vô tuyến

Ðối với tất cả các luồng 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

độ nhàn rỗi thì các nguồn tài nguyên này trong eNodeB sẽ được giải phóng, cácđường dẫn dữ liệu được kết thúc trong S-GW Nếu S-GW nhận được gói dữ liệu

từ P-GW thì nó sẽ lưu các gói vào bộ đệm và yêu cầu MME bắt đầu nhắn tin tới

UE Tin nhắn sẽ làm cho UE tới chế độ tái kết nối, và khi các đường hầm được tái kết nối thì các gói tin từ bộ đệm sẽ được gửi về S-GW sẽ theo dõi dữ liệu trong các đường hầm và nó cũng có thể thu thập các dữ liệu cần thiết cho việc hạch toán và tính chi phí của người dùng

Hình 2.5 Các kết nối S – GW tới các nút logic khác và các chức năng chính

Một S-GW có thể chỉ phục vụ một khu vực dịa lý nhất định với một tập giới hạn các eNodeB, và tương tự có thể có một 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-P-GW có thể được định vị lại trong khi UE di chuyển

Trên hình 2.5 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 Ðây sẽ là trường hợp khi chuyển tiếp dữ liệu gián tiếp diễn ra thông qua chỉ một S-GW, tức là cả hai eNodeB có thể được kết nối tới cùng một S-GW

2.1.5 Cổng mạng dữ liệu gói P – GW

Là tuyến biên giữa EPS và các mạng dữ liệu gói bên ngoài Nó là nút cuối di động mức cao 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

vụ được đề cập

Tương tự như S-GW, các P-GW được duy trì tại các phòng điều hành tại một

vị trí trung tâm

Hình 2.6 P – GW kết nối tới các nút logic khác và chức năng chính

Ðiển hình là P-GW cấp phát các địa chỉ IP cho UE, và UE sử dụng nó để giao 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 dã 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

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

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

P-GW là điểm cuối di động mức cao nhất trong hệ thống Khi một UE di chuyển từ một S-GW tới một cái khác, các phần tử mang phải được chuyển vào P-GW P - GW sẽ nhận duợc chỉ dẫn để chuyển các luồng từ các S-GW mới.Mỗi P-GW có thể được kết nối tới một hoặc nhiều PCRF, S-GW và mạng bên ngoài Ðối 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 duợc hỗ trợ thông qua một P-GW

2.1.6 Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên PCRF

Là phần tử mạng chịu trách nhiệm về chính sách và điều khiển tính cuớc ( PCC)