Nghiên cứu triển khai mạng LTE tại tỉnh thừa thiên huế luận văn ths kỹ thuật điện tử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN MẠNH TIẾN NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI MẠNG LTE TẠI TỈNH THỪA THIÊN HUẾ LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Hà Nội - 2015... NGUYỄN MẠNH TIẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN MẠNH TIẾN

NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI MẠNG LTE TẠI TỈNH THỪA

THIÊN HUẾ

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Hà Nội - 2015

NGUYỄN MẠNH TIẾN

NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI MẠNG LTE TẠI TỈNH THỪA

THIÊN HUẾ

Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử

Mã số: 60.52.02.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN QUỐC TUẤN

Hà Nội - 2015

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS TS Nguyễn Quốc Tuấn, người

thầy đã luôn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em trong suốt thời gian làm luận văn Hỗ trợ và chỉ dẫn giúp em hoàn thành phần thực nghiệm

Xin được cảm ơn các thầy, cô trong khoa Điện tử viễn thông, trường Đại học Công nghệ - ĐHQG Hà nội đã tạo điều kiện giúp đỡ, chỉ bảo và cho tôi những lời khuyên vô cùng quý báu

Em xin trân trọng cảm ơn !

Học viên

Nguyễn Mạnh Tiến

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là kết quả của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn

của PGS TS Nguyễn Quốc Tuấn, không sao chép của ai Nội dung luận văn có

tham khảo và sử dụng các tài liệu thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí

và các trang Website theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn

Tác giả luận văn

Nguyễn Mạnh Tiến

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI CAM ĐOAN 2

MỤC LỤC 3

NHỮNG TỪ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC BẢNG 9

DANH MỤC HÌNH VẼ 10

LỜI MỞ ĐẦU 12

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ MẠNG DI ĐỘNG THẾ HỆ 1G/2G/3G VÀ 4G 14

1.1 Lịch sử phát triển của các hệ thống thông tin di động 14

1.1.1 Thế hệ 1G (First Generation) 14

1.1.2 Thế hệ 2G (Second Generation) 15

1.1.3 Thế hệ 3G (Third Generation) 15

1.1.4 Thế hệ 4G (Fourth Generation) 17

1.2 Tổng quan về mạng 4G 18

1.3 Kết luận chương 1 20

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ MẠNG LTE CHO MẠNG 4G 21

2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE 21

2.1.1 Mục tiêu của LTE 21

2.1.2 Các đặc tính cơ bản của LTE 22

2.1.3 Các thông số lớp vật lý của LTE 23

2.2 Cấu trúc của LTE 24

2.3 Các kênh sử dụng trong E-UTRAN 29

2.4 Một số đặc tính của kênh truyền 30

2.4.1 Trải trễ đa đường 31

2.4.2 Các loại fading 31

2.4.3 Dịch tần Doppler 31

2.4.4 Nhiễu MAI đối với LTE 32

2.5 Các kỹ thuật cho truy nhập vô tuyến trong LTE 32

2.5.1 Công nghệ đa truy nhập cho đường xuống OFDM và OFDMA 32

2.5.2 Kỹ thuật đa truy nhập cho đường lên SC-FDMA 40

2.5.4 Kỹ thuật đa anten MIMO 42

2.5.5 Mã hóa Turbo 45

2.5.6 Thích ứng đường truyền 45

2.5.7 Lập biểu phụ thuộc kênh 46

2.5.8 HARQ với kết hợp mềm 46

2.6 Chuyển giao 47

2.6.1 Mục đích chuyển giao 47

2.6.2 Trình tự chuyển giao 47

2.6.3 Các loại chuyển giao 50

2.6.4 Chuyển giao đối với LTE 52

2.7 Điều khiển công suất 53

2.7.1 Điều khiển công suất vòng hở 54

2.8 Kết luận chương 2 56

CHƯƠNG 3: TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI CUNG CẤP DỊCH VỤ VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG VÀ XU THẾ THỊ TRƯỜNG TẠI VIỆT NAM 58

3.1 Tình hình triển khai cung cấp dịch vụ vô tuyến băng rộng 58

3.2 Đánh giá tình hình triển khai LTE trên thế giới, kinh nghiệm quốc tế về cấp phép triển khai LTE 59

3.2.1 Tình hình triển khai LTE trên thế giới 59

3.2.2 Tiến trình thương mại hóa của công nghệ LTE 60

3.2.3 Các dịch vụ triển khai trên nền mạng 4G LTE/SAE 60

3.2.4 Định hướng cấp phép mạng 4G LTE/SAE 60

3.3 Khả năng triển khai LTE-Advanced ở Việt Nam 60

3.4 Kết luận chương 61

CHƯƠNG 4: QUY HOẠCH DUNG LƯỢNG MẠNG 4G LTE VÀ ÁP DỤNG TRIỂN KHAI TẠI TỈNH TT-HUẾ 62

4.1 Quy hoạch LTE tại Tỉnh Thừa Thiên Huế 63

4.2 Tính toán truyền sóng Thừa Thiên Huế 67

4.2.1 Phân bố Nakagami-m 67

4.2.2 Dung lượng LTE 69

4.3 Giải thuật lập lịch LTE MatLab 72

4.3.1 Thuật toán Round Robin 75

4.3.2.Giải thuật lập lịch Best CQI (Max Rate) 78

4.3.3 Giải thuật lập lịch Proportional Fair (PF) 81

4.4 Kết luận chương 4 86

KẾT LUẬN 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

NHỮNG TỪ VIẾT TẮT

1G One Generation Cellular Hệ thống thông tin di động thế hệ

thứ nhất

2G Second Generation Cellular Hệ thống thông tin di động thế hệ

thứ hai

3G Third Generation Cellular

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba

4G Four Generation Cellular Hệ thống thông tin di động thế hệ

thứ tư 3GPP Third Generation Patnership Project Dự án hợp tác thế hệ 3

A

B

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

C

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

D

DL-SCH Downlink Share Channel Kênh chia sẻ đường xuống

E

EDGE Enhance Data rates for GSM

Evolution

Tốc độ dữ liệu tăng cường cho mạng GSM cải tiến

E-

UTRAN

Evolved UMTS Terrestrial Radio

F

FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số FDD FrequencyDivision Ghép kênh phân chia theo tần số FEC Duplexing Forward Error Correction Sửa lỗi hồi tiếp

G

GSM Global System for Mobile Hệ thống di động toàn cầu

GERAN GSM/EDGE Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến GSM/EDGE

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

H

HSDPA High Speed Downlink Packet Access

Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao

HDTV High Definition Television Tivi có độ phân giải cao

HSOPA High Speed OFDM Packet 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

ITU International Telecommunication

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

IP ISI Inter-Symbol Interference Nhiễu liên ký tự

IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier ngược

L

M

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

MU-MIMO Multi User – MIMO

Đa người dung – Đa ngõ vào đa ngõ

ra

MCS Modulation Coding Scheme Kỹ thuật mã hóa và điều chế

O

OFDM Orthogonal Frequency Division

Multiple

Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

OFDMA Orthogonal Frequency Division

Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao

P

PAPR Peak-to-Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh trên công

suất trung bình

PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh vật lý chia sẻ đường xuống PUCCH Physical Uplink Control Channel Kênh vật lý điều khiển đường lên

PDCCH Physical Downlink Control Channel Kênh vật lý điều khiển đường

xuống PBCH Physical Broadcast Channel Kênh vật lý quảng bá

PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển tin nhắn

Q

R

RLC Radio Link Control Điều khiển kết nối vô tuyến

RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến

RSRP Reference Signal Receive Power Công suất thu tín hiệu tham khảo RSRQ Reference Signal Receive Quality Chất lượng thu tín hiệu tham khảo

RS Reference Signal Tín hiệu tham khảo

S

SDR Software - Defined Radio Phần mềm nhận dạng vô tuyến SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

SC-

FDMA

Single Carrier Frequency Division

multiple Access

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

SAE System Architecture Enhance Cấu trúc hệ thống tăng cường SGSN Serving GPRS Support Node Nút cung cấp dịch vụ GPRS

SU-

MIMO Single User Multi Input Multi Output Đơn user-Đa ngõ vào đa ngõ ra

T

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

gian TTI TTI Time Transmit Interval Khoảng thời gian phát

TDD Time Division Duplexing Ghép kênh phân chia theo thời

gian

U

UTRAN UTMS Terrestrial Radio Access

UTMS

Universal Telecommunication

V

VHE Virtual Home Environment Môi trường nhà ảo

W

WCDMA Wideband Code Division Multiple

Access

Đa truy cập phân chia theo mã băng

WAP Wireless Applicaion protocol Giao thức ứng dụng không dây

TÀI LIỆU THAM KHẢO Phần tiếng việt:

1 Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Giáo trình thông tin di động”, Hà Nội 2002

2 Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Giáo trình lý thuyết trải phổ và đa truy nhập vô tuyến”, Hà Nội 2004

3 Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Giáo trình thông tin di động thế hệ thứ 3”, Hà Nội

2004

4 Trịnh Anh Vũ, Nguyễn Viết Kính, “Giáo trình thông tin số”, Hà Nội

Phần tiếng anh:

5 Leonhard Korowajczuk, “LTE WiMAX Network Planning and Optimizin”

Year 2011 John Wiley & Sons, Ltd

6 Ajay R Mishra - Nokia network, “Advanced Cellular Network Planning

andOptimisation”, John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate,

Chichester,West Sussex PO19 8SQ, England

7 Tshiteya Dikambal “Downlink Scheduling in 3GPP Long Term Evolution

(LTE)” Master thesis Wireless and Mobile Communication (WMC) Group

Faculty of Electrical Engineering, Mathematics an, d Computer Science Delft University of Technology, 2011, Holland

8 K Norlund, T Ottosson, A Brunstrom, “Fairness Measures for Best Effort

Traffic in WirelessNetworks” Personal, Indoor and Mobile Radio

Communications, 2004, IEEE, Vol 4, pp.2953-2957, September 2004

9 R Elliott, “A Measure of Fairness of Service for Scheduling Algorithms in

Multiuser Systems”Electrical and Computer Engineering, 2002, IEEE vol 3,

pp 1583-1588, August 2002

10 David Tse and Pramod Viswanath (2005), “Fundamentals of wireless communication”, Cambridge University

11 3GPP (2011), Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) Medium

Access Control (MAC) protocol specification (3GPP TS 36.321 version 10.0.0 Release 10)

12 Nokia Siemens Network (2008), LTE SAE overview v1.0

13 Nokia Siemens Network (2008), LTE Air interface v1.0

14 Bong Youl (Brian) Cho (2011), LTE MAC/RLC/PDCP/RRC

15 Kambiz Homayounfar, Bijan Rohani (2008), CQI Measurement and Reporting

in LTE: A New Framework

16 Erik Eriksson (2008), Channel Quality Information Reporting and Channel

Quality Dependent Scheduling in LTE

17 Kristoffer Roberg (2010), Simulation of scheduling algorithms for femtocells

in an LTE environment

18 Albert Serra Pagès (2009), A Long Term Evolution Link Level

Simulator, Universitat Politècnica de Catalunya

19 Roke (2009), LTE eNodeB MAC Scheduler Interface

20 Bilal Sadiq, Ritesh Madan, Ashwin Sampath (2009), Downlink Scheduling for

Multi-class Traffic in LTE

21 Tshiteya Dikamba (2011), Downlink Scheduling in 3GPP Long Term

Evolution (LTE)

22 Raymond Kwan, Cyril Leung, and Jie Zhang (2010), Downlink Resource

scheduling in an LTE System

23 Bilal Sadiq, Ritesh Madan, Ashwin Sampath (2009), Downlink Scheduling for

Multi-class Traffic in LTE

24 Zhiqiang Tang (2010), Traffic Scheduling for LTE Advanced

25 Madhusudan Hosaagrahara, Harish Sethu (2006), Max-Min Fair Scheduling in

Input-Queued Switches, IEEE

26 Stefan Schwarz, Christian Mehlfuhrer, Markus Rupp (2009), Low Complexity

Approximate Maximum Throughput Scheduling for LTE

27 Zeljko Ilic, Alen Bazant, Borivoj Modlic (2008), An efficient data rate

maximization algorithm for OFDM based wireless networks

28 Harold J.Kushner, Philip A.Whiting (2004), Asymptotic Properties of

Proportional-Fair Sharing Algorithms: Extensions of the Algorithm User- Level Performance of Channel-Aware

29 Josep Colom Ikuno, Martin Wrulich, Markus Rupp (2011), Vienna LTE

Simulators System Level Simulator Documentation v1.3r427, Institute of

Communications and Radio-Frequency Engineering, Vienna University of Technology, Austria