Nghiên cứu công nghệ LTE và các giải pháp ứng dụng triển khai LTE trên mạng lưới mobifone

Mục đích nghiên cứu của Luận Văn là nghiên cứu kỹ các đặc điểm công nghệ LTE, các giao diện, các phương thức thủ tục và thuật toán; Tìm hiểu quá trình triển khai thử nghiệm thực tế công

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Kỹ thuật Viễn thông

Hà Nội – Năm 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Phạm Văn Bích

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ LTE VÀ CÁC GIẢI PHÁP ÁP DỤNG

TRIỂN KHAI LTE TRÊN MẠNG LƯỚI MOBIFONE

Chuyên ngành : Kỹ thuật Viễn thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Kỹ thuật Viễn thông

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS PHẠM VĂN TIẾN

Hà Nội – Năm 2016

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn : Phạm Văn Bích

Đề tài luận văn: Nghiên cứu công nghệ LTE và các giải pháp áp dụng triển khai LTE trên mạng lưới Mobifone

Chuyên ngành:Kỹ thuật Viễn thông

Mã số SV: CB140233

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 28/10/2016 với các nội dung sau:

- Đã sửa chữa các lỗi chính tả trong luận văn

- Đã bổ sung thêm các phần mở đầu, kết luận các chương

- Đã bổ sung thêm trích dẫn tài liệu tham khảo

- Đã trình bày luận văn theo đúng hình thức quy định

Ngày tháng năm 2016

TS Phạm Văn Tiến Phạm Văn Bích

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

Vũ Văn Yêm

Mục Lục

LỜI CAM ĐOAN 4

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC HÌNH VẼ 9

DANH MỤC BẢNG BIỂU 11

LỜI NÓI ĐẦU 12

CHƯƠNG 1 ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ LTE VÀ LTE-A 14

1.1 Mở đầu chương: 14

1.2 Tổng quan về công nghệ LTE và LTE-A 14

1.3 Cấu trúc mạng LTE: 16

1.3.1 Sơ đồ cấu trúc mạng LTE 16

1.3.2 Các thành phần, chức năng mạng lõi EPC: 16

1.4 Cấu trúc kênh trên giao diện vô tuyến 19

1.4.1 Kênh logic: bao gồm kênh lưu lượng và kênh điều khiển 19

1.4.2 Kênh vận chuyển 20

1.4.3 Kênh vật lý 21

1.4.4 Báo hiệu vật lý 21

1.5 Kênh truyền tải LTE và chất lượng dịch vụ QoS 22

1.6 Các giao diện của LTE 25

1.7 Các thủ tục cơ bản trong hệ thống LTE 26

1.7.1 Thủ tục tìm kiếm mạng (Cell Searching) 26

1.7.2 Thủ tục truy nhập ngẫu nhiên (Random Access) 26

1.7.3 Thủ tục điều khiển tài nguyên vô tuyến (Radio Resource Control) 27

1.7.4 Thủ tục thiết lập kênh truyền tải mặc định và truy nhập ban đầu 28

1.7.5 Kích hoạt lại kết nối RRC 31

1.7.6 Thủ tục yêu cầu kênh dành riêng 33

1.7.7 Thủ tục chuyển giao trong LTE 34

1.7.8 VoLTE 39

1.9 Mặt phẳng người dùng: 41

1.10 Công nghệ thông tin di động LTE Advanced 42

1.10.1 Tổng quan về LTE Advanced 42

1.10.2 Công nghệ ghép nhiều tần số sóng mang 42

1.10.3 Công nghệ MIMO bậc cao 44

1.10.4 Trạm phát lặp 44

1.10.5 Tính năng phối hợp hoạt động đa điểm 45

1.11 Kết luận chương 45

CHƯƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP VÀ KẾT QUẢ TRIỂN KHAI THỰC TẾ LTE TRÊN MẠNG MOBIFONE 47

2.1 Mở đầu chương 47

2.2 Tổng quan về mạng 2G, 3G hiện tại của Mobifone 47

2.2.1 Hiện trạng mạng lưới 2G trên mạng Mobifone 47

2.2.2 Hiện trạng mạng lưới 3G 49

2.2.3 Các phần tử mạng bổ sung để triển khai mạng LTE 51

2.3 Giải pháp triển khai LTE trên mạng Mobifone 52

2.3.1 Giải pháp triển khai LTE trên băng tần 1800 (LTE 1800) 52

2.3.2 Phương án chuyển lưu lượng 2G và tái quy hoạch tần số 2G 1800 53

2.4 Kết quả triển khai thử nghiệm thực tế công nghệ LTE trên mạng Mobifone56 2.5 Kết luận chương 61

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG THUẬT TOÁN CHUYỂN GIAO TỐI ƯU VÀ MÔ PHỎNG BẰNG PHỀM MỀM NS3 62

3.1 Mở đầu chương 62

3.2 Quá trình chuyển giao trên giao diện X2 theo thuật toán A3 62

3.3 X y dựng thuật toán chuyển giao tối ưu trên giao diện X2 62

3.4 Mô phỏng thuật toán chuyển giao tối ưu bằng phần mềm NS3 66

3.5 Kết quả mô phỏng đạt được 66

3.6 Phân tích kết quả mô phỏng: 71

3.7 Kết luận chương 72

KẾT LUẬN 73

KIẾN NGHỊ VÀ ĐỀ XUẤT 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC MÃ CODE MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM NS3 76

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng nội dung của luận văn này là hoàn toàn do tôi tìm hiểu, nghiên cứu và viết ra Tất cả đều được tôi thực hiện cẩn thận và có sự định hướng của giáo viên hướng dẫn Nội dung của luận văn có tham khảo và sử dụng một số thông tin, tài liệu từ các nguồn sách, tạp chí được liệt kê trong danh mục các tài liệu tham khảo

Tôi xin chịu trách nhiệm với những nội dung đã trình bày trong luận văn này

Tác giả

Phạm Văn Bích

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

2G 2nd Generation of Mobile Telephone Systems (GSM) 3G

3G 3rd Generation of Mobile Telephone Systems (UMTS) 3GPP 3GPP 3rd Generation Partnership Project

4G 4th Generation of Mobile Telephone Systems (LTE)

AAA Authorization, Authentication, Accounting

AMPS Advanced Mobile Phone System

ARPU Average Revenue Per User

ATCA Advanced Telecommunications Computing Architecture

BCCH Broadcast Control Channel

BCH Broadcast Channel

BER Bit Error Ratio

CCCH Common Control Channel

CDMA Code Division Multiple Access

CDMA2000 Code Division Multiple Access (3G standard competing to

WCDMA and mainly used in US and parts of Asia and Africa)

CP Content Provider

D-AMPS Digital Advanced Mobile Phone Service

DCCA Diameter Credit Control Application DPI

DCCH Dedicated Control Channel

DC-HSDPA Dual Carrier or Dual Cell High-Speed Downlink Packet Access

DC-HSUPA Dual Carrier or Dual Cell High-Speed Uplink link Packet Access

DL-SCH Downlink Shared Channel

DPI Deep Packet Inspection

DTCH Dedicated Traffic Channel

EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution

EMM EPS Mobility Management

eNodeB Base Station in LTE EPC

EPC Evolved Packet Core eUTRAN

EPS Enhance Packet Service

eUTRAN Evolved UTRAN

eLAA Enhanced License Assisted Access

FDD Frequency Division Duplex

FDMA Frequency Division Multiple Access

Flexi NG Flexi Network Gateway Gbps

GGSN Gateway GPRS Support Node

GPRS General Packet Radio System / Service GW

GSM Global System for Mobile Telecomumination Gx

Gx Interface between P-GW and PCRF

Gxc Interface between S-GW and PCRF

HARQ hybrid Automatic Repeat Request

HLR Home Location Register

HSDPA High-Speed Downlink Packet Access

HSPA High Speed Packet Access

HSPA+ Evolved High Speed Packet Access

HSS Home Subscriber server

I-HSPA Internet - High Speed Packet Access IP

IMS IP Multimedia subsystem

IP Internet Protocol

ISSU In-service Software Upgrade

LTE Long Term Evolution (or 4G mobile networks)

LTE-A LTE Advance

MAC Medium Access Control

MBMS Multimedia Broadcast Multicast Service

MCCH Multicast Control Channel

MCH Multicast Channel

Mcps Mega chip per second

MIMO Multiple Input Multiple Output

MME Mobility Management Entity

MMS Multi-media Message Service

MPP Multi-core Packet Processor

MSC Mobile Switching Center

MTCH Multicast Traffic Channel

NAS Non Access Strum

OFDM Orthogonal frequency-division multiplexing

OMA Operation and Maintenance Agent

OPEX Operational Expenditure / Operating Expense OSI

PBCH Physical Broadcast Channel

PCCH Paging Control Channel

PCFICH Physical Control Format Indicator Channel

PCH Paging Channel

PCRF Policy and Charging Rules Function

PDCCH Physical Downlink Control Channel

PDCP Packet Data Convergence Protoco

PDN Packet Data Network

PDSCH Physical Downlink Shared CHannel

PGW Packet Data Network

PHICH Physical Hybrid ARQ Indicator Channel

PMCH Physical Hybrid ARQ Indicator Channel

PRACH Physical Random Access Channel

PUCCH Physical Uplink Control Channel

PUSCH Physical Uplink Shared Channel

QoS Quality of Service

RACH Random Access Channel

RAN Radio Access Network

RNC Radio Network Controller (in 3G or UMTS) Rx

RRC Radio Resource Control

RRM Radio Resource Management

Rx Release x

S5 Interface between S-GW and P-GW

SAB Service Aware Blade

SAE System Architecture Evolution

SCTP Stream Control Transmission Protocol

SGSN Serving GPRS Support Node

SGW Serving Gateway

SNMP Simple Network Management Protocol S-GW

SON Self Organizing Networks

TA Tracking Area

Tbps Terabit per Second

TD-CDMA Time Division CDMA

TDD Time Division Duplex

TDMA Time Division Multiple Access

UE User Equipment

UL-SCH Uplink Shared Channel

UMTS Universal Mobile Telecommunication System (aka WCDMA)

UTRAN

UP User Plane

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network

VLR Visitor Location Register

VoIP Voice over IP

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Cấu trúc mạng LTE 16

Hình 1.2 Mô hình các kênh trong LTE 22

Hình 1.3 Kênh truyền tải và QoS [2] 22

Hình 1.4 Thủ tục truy nhập ngẫu nhiên [3] 27

Hình 1.5 Thủ tục thiết lập kênh mặc định và truy nhập ban đầu [3] 30

Hình 1.6 Kích hoạt lại kết nối RRC 32

Hình 1.7 Thủ tục yêu cầu cấp kênh dành riêng [3] 33

Hình 1.8 Chuyển giao trên giao diện X2 [3] 35

Hình 1.9 Chuyển giao trên giao diện S1 [3] 38

Hình 1.10 Sơ đồ mặt phẳng điều khiển LTE 40

Hình 1.11.Sơ đồ mặt phẳng điều khiển eNodeB-eNodeB, MME-MME 41

Hình 1.12 Sơ đồ mặt phẳng người dùng LTE 41

Hình 1.13 Công nghệ ghép đa sóng mang Carrier Aggregation [14] 43

Hình 1.14 Carrier Aggregation với các trường hợp sóng mang khác nhau [14] 43

Hình 1.15 Sơ đồ các trạm Relay Node trong công nghệ LTE Advanced [10] 44

Hình 1.16 Tính năng Coordinated Multi Point operation trong LTE-A [8] 45

Hình 2.1 Cấu trúc mạng GSM/GRPS/EDGE MobiFone [1] 47

Hình 2.2 Phân bố thiết bị 2G Mobifone 49

Hình 2.3 Cấu trúc mạng 3G 3.5G MobiFone [1] 50

Hình 2.4 Phân bố thiết bị 3G mobifone 51

Hình 2.5 Xu hướng quy hoạch băng tần cho các công nghệ trên thế giới [1] 53

Hình 2.6 Thực hiện Refarming tần số GSM 1800 phục vụ cho LTE 53

Hình 2.7 Dải tần GSM 1800 của Mobifone 54

Hình 2.8 Quy hoạch tần số 1800 MHz sau Re-farming 55

Hình 2.9 RSRP (Idle) 57

Hình 2.10 SINR (Idle) 58

Hình 2.11 DL throughput 59

Hình 3 1 Thuật toán A3 62

Hình 3 2 Sơ đồ thuật toán chuyển giao mới 64

Hình 3.3 Thuật toán chuyển giao mới trên giao diện X2 64

Hình 3 4 Quá trình mô phỏng với TTT=5120 ms 66

Hình 3 5 Quá trình dịch mã code phần mềm 67

Hình 3 6 Quá trình mô phỏng với TTT=2560 ms 68

Hình 3.7 Đồ thị thời điểm chuyển giao ứng với UE có vận tốc 300 km/h 70

Hình 3.8 Đồ thị số lần chuyển giao ứng với UE có vận tốc 300 km/h 70

Hình 3.9 Đồ thị thời điểm chuyển giao ứng với UE có vận tốc 50 km/h 71

Hình 3.10 Đồ thị số lần chuyển giao ứng với UE có vận tốc 50 km/h 71

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Lịch sử phát triển các phiên bản của 3GPP 15

Bảng 2.1 Quy hoạch tần LTE 1800 và GSM 1800 54

Bảng 2.2 Quy hoạch tần số GSM 1800 hiện tại trước Refarming 55

Bảng 2.3 Bảng phân bổ tần số 1800 MHz sau Re-farming 55

Bảng 2.4 Bảng màu thể hiện RSCP 56

Bảng 2.5 Kết quả đo RSCP 56

Bảng 2.6 Bảng màu thể hiện SINR 57

Bảng 2.7 Kết quả SINR 57

Bảng 2.8 Bảng màu thể hiện Download throughput 58

Bảng 2.9 Kết quả Download throughput 59

Bảng 2.10 Bảng KPI Drivingtest LTE 61

Bảng 3.1 Bảng kết quả Handover khi UE ở các vận tốc và TTT khác nhau 69

LỜI NÓI ĐẦU

Thế giới có sự phát triển vượt bậc về lĩnh vực viễn thông trong ba thập kỷ vừa qua từ hệ thống thông tin di động thứ nhất đến hệ thống thông tin di động thứ 3 và đang phát triển mạnh mẽ hệ thống thông tin di động thứ 4 (4G) có cấu trúc đơn giản hoạt động trên nền tảng IP với băng thông rộng tốc độ cao Tính đến nay công nghệ LTE phát triển nhanh hơn bất kỳ hệ thống di động nào Theo báo cáo của tổ chức GSA tính đến tháng 11/8 2016 đã có 521 nhà mạng thuộc 170 quốc gia đã thương mại hóa mạng 4G với số thuê bao ước tính 1453 tỷ thuê bao chiếm 20 % số lượng thuê bao di động toàn cầu [6]

Tính đến tháng 5/2016 tại Việt Nam cả 3 nhà mạng Mobifone, Vinaphone và Viettel đều đã thử nghiệm triển khai 4G thành công và sẽ thương mại hóa toàn quốc khi có cấp phép tần số chính thức

Lý do chọn đề tài “Nghiên cứu công nghệ LTE và các giải pháp áp dụng triển khai LTE trên mạng lưới Mobifone” vì: Thứ nhất công nghệ LTE là công nghệ mới

và phổ biến nhất được thương mại hóa trên thế giới và đang được triển khai thử nghiệm tại Việt Nam Công nghệ LTE đáp ứng được nhu cầu sử dụng internet tốc

độ cao mà các công nghệ khác hiện tại không thể đạt được Thứ 2 nắm vững được các công nghệ trong LTE sẽ giúp các kỹ sư viễn Việt Nam làm chủ công nghệ viễn thông hiện tại để có thể triển khai và tối ưu mạng LTE hiệu quả tại Việt Nam

Mục đích nghiên cứu của Luận Văn là nghiên cứu kỹ các đặc điểm công nghệ LTE, các giao diện, các phương thức thủ tục và thuật toán; Tìm hiểu quá trình triển khai thử nghiệm thực tế công nghệ LTE trên mạng Mobifone; Nghiên cứu thuật toán chuyển giao trên giao diện X2 đang áp dụng trên mạng Mobifone để từ đó đưa

ra thuật toán tối ưu chuyển giao trên giao diện này

Nội dung đồ án được chia thành 3 chương:

 Chương 1: Tìm hiệu về công nghệ LTE và LTE-A

Ở chương này nghiên cứu về công nghệ LTE, LTE-A bao gồm cấu trúc mạng, các phương thức, thủ tục và giao diện vô tuyến

 Chương 2: Các giải pháp và kết quả triển khai thử nghiệm công nghệ LTE trên mạng Mobifone

Chương này tác giả phân tích công nghệ mạng 2G, 3G hiện tại, đưa ra các giải pháp công nghệ có thể triển khai trên mạng Mobifone và kết quả triển khai công nghệ LTE trên mạng Mobifone

 Chương 3: X y dựng thuật toán tối ưu chuyển giao và mô phỏng quá trình chuyển giao trên giao diện X2 bằng phần mềm NS3

Chương này đưa ra thuật toán chuyển giao tối ưu và đưa ra kết quả áp dụng thuật toán tối ưu chuyển giao trên giao điện X2 mô phỏng bằng phần mềm NS3

Đóng góp của bản thân trong nội dung luận văn:

- Đưa ra các giải pháp triển khai thử nghiệm công nghệ LTE trên mạng Mobifone bao gồm quy hoạch thiết kế băng tần 1800 MHz cho mạng LTE và cho mạng GSM 1800 Mhz hiện tại

- Căn cứ vào các kết quả nghiên cứu thuật toán chuyển giao A3 trên giao diện X2 tác giả đã đưa ra được thuật toán tối ưu trong chuyển giao khi bổ sung thêm trạng thái chuyển động của UE và độ biến thiên về mức thu của MS với cell đang phục vụ và các Neigbour

- Căn cứ vào thuật toán chuyển giao A3 trên phầm mềm NS3 em đã biến đổi thuật toán chuyển giao A3 và đưa ra kết quả mô phỏng bằng phần mềm NS3

Trong quá trình thực hiện đồ án này, mặc dù đã rất cố gắng nhưng chắc chắn không thể tránh được những thiếu xót do nhận thức chưa đúng về một nội dung nào

đó, nên em rất mong muốn được sự chỉ dẫn của các thày cô

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn ch n thành đến thầy giáo TS Phạm Văn Tiến, người đã trực tiếp hướng dẫn và góp ý sửa chữa để em có thể hoàn thành đề tài luận văn này Em xin ch n thành cám ơn thầy

CHƯƠNG 1 ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ LTE VÀ LTE-A

1.1 Mở đầu chương:

Nội dung chương 1 trình bày lý thuyết cơ bản về công nghệ LTE và LTE-A bao gồm lịch sự hình thành hệ thống thông tin di động, các thành phần cấu trúc kênh, các giao diện và thủ tục trên mạng LTE, LTE-A

1.2 Tổng quan về công nghệ LTE và LTE-A

Lich sử hình thành và phát triển của hệ thống thông tin di động với nhiều công nghệ khác nhau bắt đầu từ thế hế thứ nhất và hội tụ thành công nghệ LTE là thế hệ thứ 4 ở hiện tại

Mạng di động thế hệ thứ nhất (1G) là mạng tương tự sử dụng kỹ thuật đa truy nhập ph n chia theo mã FDMA được phát triển bởi các công ty NMT, AMPS, TACS) trong thập niên 1970 và thương mại hóa vào năm 1981 Mạng 1G chỉ được dùng cho thoại và không truyền dữ liệu

Mạng di động thế hệ thứ 2 là mạng di động số ứng dụng cho cả thoại và truyền dữ liệu tốc độ thấp, sử dụng các kỹ thuật TDMA (mạng GSM ,D-AMPS, PDC) và kỹ thuật CDMA( mạng IS-95) Mạng 2G được chuẩn hóa vào năm 1982

và thương mại hóa vào năm 1991 Tốc độ truyền dữ liệu ở mạng 2G là rất thấp, khoảng 50 kbps ( GPRS- thế hệ 2.5G) và 500 kbps (EDGE-thế hệ 2.75G)

Mạng di động thế hệ thứ 3 (3G) được chuẩn hóa năm 1999 sử dụng các công nghệ WCDMA và TD-CDMA, được thương mại hóa vào năm 2001 ở Nhật Bản và

2003 ở Châu Âu Mạng 3G bắt đầu từ phiên bản Release 99 (R99) với tốc độ download bằng 2 Mbps cho đến Release 8 (R8) với tốc độ download 84 Mbps ( kết hợp QAM64 với DC với MIMO)

Mạng di động thế hệ thứ 4 (4G được chuẩn hóa bắt đầu từ phiên bản Release 8 được thượng mại hóa vào năm 2007, cho đến nay là phiên bản release 14 với sự phát triển như ở bảng 1.1 sau đ y:

R7 12/2007 HSPA+ ( 64 QAM DL,MIMO, 16 QAM UL), nghiên cứu các

đặc điểm LTE & SAE R8 3/2009 DC-HSDPA, LTE( OFDMA & SAE)

R9 3/2010 DC-HSUPA, DB-HSDPA, SON, MSR , MBSFN, nghiên

cứu LTE-A R10 9/2011 4C-HSDPA,LTE-A, nghiên cứu CoMP

R11 3/2013 CoMP, eDL MIMO, eCA, MIMO OTA, HSUPA

TxD&64QAM&MIMO, HSDPA 8C&4x4 MIMO, MB MSR R12 3/2015 3DL CA, D2D, MTC, NAICS,

R13 3/2016 LAA (LTE-U),4CA, nghiên cứu>5CA,MIMO OTA,FD

MIMO R14 6/2017 LTE support for V2x services, eLAA, 4 band Carrier

Aggregation, inter-band Carrier Aggregation Bảng 1.1 Lịch sử phát triển các phiên bản của 3GPP

Gn Gr IuPs

S6a

SGi

Gi S3

1.3.2 Các thành phần, chức năng mạng lõi EPC:

a) Chức năng của MME:

MME là phần tử chỉ thực hiện chức năng báo hiệu và do vậy dữ liệu IP thuê bao không gửi qua MME Một ưu điểm của phần tử mạng riêng biệt cho báo hiệu là dung lượng mạng cho báo hiệu và lưu lượng có thể được mở rộng một cách độc lập với nhau Các chức năng chính của MME là đảm bảo khả năng kết nối đến UE trong chế độ rỗi (idle- mode) bao gồm điều khiển và thực hiện truyền lại bản tin nhắn tìm (paging), quản lý danh sách khu vực thuê bao, chuyển vùng, nhận thực, cấp quyền, lựa chọn P-GW/S- GW, quản lý kênh truyền bao gồm thiết lập kênh truyền riêng, đàm phán bảo mật và báo hiệu NAS,….MME có chức năng điều khiển, quản lý thuê bao, quản lý phiên data, cụ thể như sau:

 Thực hiện phân phối các bản tin tìm gọi tới các eNB

 Điều khiển chính sách bảo mật

 Điều khiển di động trạng thái Idle

 Điều khiển kênh SAE

 Mã hóa/giải mã và bảo vệ tính nguyên vẹn của báo hiệu NAS b) Chức năng của SGW: kết nối dữ liệu gói với phần E-UTRAN qua giao diện S1UP S-GW hoạt động như một hệ thống di động chuyển tiếp và nhận các gói tin tới và từ eNodeB phục vụ thuê bao

c) Chức năng của PGW: Kết nối dữ liệu gói của LTE với mạng dữ liệu gói bên ngoài như mạng Internet và IMS P-GW cũng thực hiện các chức năng IP khác như cấp phát địa chỉ, áp đặt chính sách, lọc gói tin và định tuyến

d) Chức năng của PCRF: đưa ra chính sách , tính cước với các thuê bao trong các hệ thống đa phương tiện IMS

e) Chức năng của HSS: lưu trữ dữ liệu thuê bao trong mạng

f) Chức năng của eNodeB: Các eNodeB kết nối với nhau bằng giao diện X2, và kết nối với EPC bằng giao diện S1 Các eNodeB có chức năng giống như BTS RNC trong các hệ thống 2G/3G, cụ thể như sau:

eNB là nút mạng RAN trong cấu trúc EPS chịu trách nhiệm thu phát sóng vô tuyến với UEs trong một hoặc nhiều cell eNB được kết nối với các nút mạng EPC qua giao diện S1 và kết nối với các eNB lân cận qua giao diện X2 eNB đã có một vài thay đổi quan trọng về chức năng so với mạng UTRAN Phần lớn các chức năng RNC Rel-6 đã được tích hợp vào trong phần tử mạng eNB Các chức năng cơ bản của eNB như sau:

 Điều khiển cell và hỗ trợ MME pool

eNB nằm giữa và điều khiển các tài nguyên vô tuyến các cell của nó Tài nguyên cell được yêu cầu và được cấp phát thông bởi MME theo một định dạng nhất định Việc sắp xếp này hỗ trợ khái niệm MME pooling S-GW pooling được quản lý bởi các MME và không thực sự nhận biết được tại eNB

 Điều khiển di động

eNB chịu trách nhiệm điều khiển di động cho các thiết bị đầu cuối trong trạng thái kích hoạt Điều này được thực hiện thông qua việc yêu cầu UE đo tín hiệu và thực hiện chuyển giao cần thiết

 Bảo mật mặt phẳng điều khiển và người dùng

Mã hóa dữ liệu mặt phẳng ứng dụng thông qua giao diện vô tuyến được thực hiện tại eNB Ngoài ra mã hóa và bảo vệ độ tin cậy báo hiệu RRC cũng được thực hiện tại eNB

 Xử lý kênh chia sẻ

Bởi vì eNB nắm giữ các tài nguyên vô tuyến trong cell, eNB phải quản lý các kênh truy nhập ngẫu nhiên và chia sẻ được sử dụng cho báo hiệu và truy nhập ban đầu

 Phân chia/Ghép gói tin

Các gói tin dữ liệu dịch vụ RLC SDU nhận được từ lớp giao thức PDCP bao gồm toàn bộ các gói tin IP và có thể có kích thước lớn hơn kích thước gói tin truyền tải hỗ trợ bởi lớp vật lý Do vậy, lớp RLC phải hỗ trợ việc ph n chia và ghép để định dạng gói tin lớp trên theo kích thước gói tin truyền tải

 HARQ

Cơ chế yêu cầu truyền lặp tự động lai ghép HARQ tại lớp MAC với phản hồi nhanh chóng sẽ cung cấp phương thức sử lỗi nhanh nhất cho các kênh vô tuyến Để đạt được độ trễ thấp và sử dụng hiệu quản tài nguyên vô tuyến , HARQ hoạt động với một tốc độ lỗi dữ liệu ban đầu chỉ đủ đáp ứng cho các dịch vụ với yêu cầu BER trung bình chẳng hạn như VoIP Tôc độ lỗi thấp hơn được thực hiện thông qua việc cho phép một lớp yêu cầu truyền lặp tự động ARQ trong eNC xử lý các lỗi HARQ

 Lập kế hoạch truyền tải

Lập kế hoạch truyền tải với hỗ trợ QoS cung cấp cơ chế lập kế hoạch truyền tải hiệu quả các dữ liệu mặt phẳng UP và CP

 Ghép và ánh xạ kênh: eNB thực hiện sắp xếp các kênh vật lý vào các kênh truyền tải

 Chức năng lớp vật lý

eNB xử lý các chức năng lớp vật lý bao gồm ngẫu nhiên hóa, phân tập Tx, xử

lý beamforming và điều chế OFDM eNB cũng xử lý các chức năng lớp vật lý khác như thích ứng kênh kết nối và điều khiển công suất

 Các phép đo tín hiệu và báo cáo

eNB hỗ trợ các chức năng cấu hình và thực hiện các phép đo đạc trên môi trường vô tuyến và các tham số trạng thái nội tại của eNB Dữ liệu thu thập được được sử dụng để quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) trong cell nhưng cũng có thể được báo cáo cho mục đích quản lý tài nguyên vô tuyến giữa các cell khác nhau

 Vận hành và khai thác tự động

eNB cung cấp các chức năng ANR (quan hệ cell lân cận tự động) và tích hợp

tự động trong cấu trúc mạng hỗ trợ tự tổ chức SON

1.4 Cấu trúc kênh trên giao diện vô tuyến

Cấu trúc kênh trên giao diện vô tuyến được chia làm 4 loại kênh: kênh logic, kênh vận chuyển, kênh vật lý và các báo hiệu vật lý và được mô tả ở hình 1.2

1.4.1 Kênh logic: bao gồm kênh lưu lượng và kênh điều khiển

- Kênh lưu lượng: bao gồm 2 kênh: kênh lưu lượng dành riêng DTCH và kênh lưu lượng quảng bá MTCH

Kênh DTCH là kênh dùng cho cả đường lên và đường xuống truyền từ điểm đến điểm dùng để vận chuyển thông tin người dùng, dành riêng cho một UE

Kênh MTCH là kênh đường xuống từ điểm đến đa điểm, truyền dữ liệu MBMS

- Kênh điều khiển: gồm có 5 kênh

Kênh điều khiển quảng bá BCCH là kênh đường xuống quảng bá thông tin điều khiển hệ thống

Kênh điều khiển nhắn tin PCCH: là kênh đường xuống truyền thông tin nhắn tin UE, kênh này được dùng khi mạng không biết vị trí của UE

Kênh điều khiển dùng chung CCCH dùng cho đường lên và đường xuống , được dùng bởi các UE khi không có tồn tại các kết nối RRC với mạng

Kênh điều khiển đa đường MCCH là kênh đường xuống từ điểm đến đa điểm truyền các thông tin điều khiển và các phần MBMS từ mạng đến UE, cho một hoặc vài kênh MTCH Sau khi thiết lập một kết nối RRC, kênh này chỉ được sử dụng bởi các UE nhận MBMS

Kênh điều khiển dành riêng DCCH là kênh đường lên, đường xuống từ điểm đến điểm mang thông tin điều khiển dành riêng giữa UE và mạng Được sử dụng bởi các UE có một kết nối RRC

1.4.2 Kênh vận chuyển: bao gồm các kênh vận chuyển đường xuống và đường lên

- Các kênh vận chuyển đường xuống:

Kênh quảng bá BCH: là kênh có tốc độ bít thấp mang thông tin hệ thống quảng bá toàn bộ vùng phủ của cell Beamforming không được cung cấp

Kênh chia sẻ đường xuống DL-SCH sử dụng HARQ và thích ứng liên kết thông qua điều chế, má hóa, và công suất đường truyền Kênh DL-SCH có thể phát quảng bá trên toàn bộ cell và công nghệ Beamforming có thể được cung cấp Công nghệ DRX được hỗ trợ nhằm tiết kiệm điện năng cho UE và đường truyền MBMS cũng được hỗ trợ Kênh DL-SCH mang dữ liệu người dùng, báo hiệu điều khiển và thông tin hệ thống

Kênh nhắn tin PCH là kênh mang thông tin quảng bá tới toàn bộ cell, DRX được hỗ trợ

Kênh đa đường MCH là kênh vận chuyển dành riêng cho MBMS, quảng bá lưu lượng MBMS cho toàn bộ cell Công nghệ kết hợp đường truyền MBMS với các cell được hỗ trợ (MBSFN)

- Các kênh vận chuyển đường lên:

Kênh chia sẻ đường lên UL-SCH là kênh sử dụng HARQ và thích ứng liên kết sử dụng các kỹ thuật mã hóa, điều chế và công suất đường truyền Công nghệ đáp ứng thích nghi Beamforming có thể được áp dụng Kênh UL-SCH mang dữ liệu người dùng và các báo hiệu điều khiển

Kênh truy cập ngẫu nhiên RACH chứa đựng đồng bộ thời gian (truy cập ngẫu nhiên không đồng bộ) và truyền thông tin cần cho các khoảng bảo vệ (truy cập ngẫu nhiên đồng bộ)

1.4.3 Kênh vật lý:

Kênh vật lý tương ứng với sự thiết lập tài nguyên vật lý sử dụng để truyền các thông tin điều khiển và/hoặc thông tin dữ liệu từ lớp MAC Các kênh vật lý bao gồm:

Kênh vật lý chia sẻ đường xuống PDSCH là đường truyền của kênh vận chuyển DL-SCH

Kênh vật lý chia sẻ đường lên PUSCH là đường truyền của kênh vận chuyển đường lên UL-SCH

Kênh vật lý điểu khiển chỉ định nhận dạng PCFICH: chỉ định định dạng PDCCH ở đường xuống

Kênh điều khiển vật lý đường xuống PDCCH mang báo hiệu điều khiển đường xuống L1/L2

Kênh điều khiển vật lý đường lên PUCCH mang các báo hiệu điều khiển đường lên L1/L2

Kênh vật lý chỉ định HARQ mang thông tin HARQ ở đường xuống

Kênh vật lý quảng bá PBCH là kênh đường xuống truyền kênh vận chuyển BCH

Kênh vật lý đa đường PMCH là kênh đường xuống truyền kênh vận chuyển

đa đường MCH

Kênh vật lý truy cập ngẫu nhiên là kênh đường lên truyền các ký hiệu preamble truy cập ngẫu nhiên được đưa bởi các kênh vận chuyển RACH

1.4.4 Báo hiệu vật lý: bao gồm các kênh:

Báo hiệu tham chiếu RS hỗ trợ đo lường và điều chế ở đường lên và đường xuống

Báo hiệu đồng bộ sơ cấp P-SS và thứ cấp S-SS: chỉ dành cho đường xuống sử dụng cho thủ tục tìm kiếm cell

Báo hiệu tham chiếu âm thanh: là kênh đường lên hỗ trợ đo lường kênh UL

DL-SCH BCH

PBCH

SRS S-SCH

1.5 Kênh truyền tải LTE và chất lượng dịch vụ QoS

Kênh truyền tải (bearer) là kênh thực hiện vận chuyển thông tin Có ba loại kênh truyền tải trong LTE: kênh vô tuyến, kênh S1 và kênh EPS như được mô tả trong hình 1.3 như sau:

Hình 1.3 Kênh truyền tải và QoS [2]

Các kênh vô tuyến mạng thông tin trên giao diện vô tuyến trong khi kênh S1 nằm giữa eNB và MME/SGW Các kênh EPS nằm giữa MME và SGW (và giữa

SGW và PGW) Các kênh vô tuyến, S1 và EPS được ánh xạ tương ứng 1-1 với nhau

Các kênh vô tuyến được thiết lập sử dụng giao thức RRC

Các kênh EPS cung cấp dịch vụ kết nối truy nhập từ E-UTRAN tới EPS Một khái niệm quan trọng liên quan đến các kênh EPS là tham số TFT (Traffic Flow Template) TFT được sử dụng để phân biệt giữa hai loại tải gói tin khác nhau TFT sử dụng IP header, chẳng hạn như địa chỉ IP hoặc Port number, để phân biệt giữa các loại tải tin Mỗi TFT được ánh xạ tới một lớp QoS và toàn bộ dữ liệu được ánh xạ tới TFT này sẽ được xử lý theo cùng đặc tính của lớp QoS đó

Một kênh EPS được thiết lập khi UE kết nối tới PDN và duy trì trong suốt thời gian kết nối Nó được gọi là kênh mặc định Kênh mặc định cung cấp kết nối IP

“always on” tới mạng lưới Bất kỳ kênh EPS bổ sung nào được gọi là kênh dành riêng Mỗi kênh dành riêng được kết hợp với một TFT và mỗi TFT có một nhận dạng QoS đính kèm nó Do vậy một kênh dành riêng luôn luôn được kết hợp với một giá trị QoS nhất định TFT đường lên được sử dụng để ánh xạ lưu lượng đường lên tới một lớp QoS trong khi TFT đường xuống được sử dụng để ánh xạ lưu lượng đường xuống tới một lớp QoS Ánh xạ QoS đường lên được thực hiện tại eNB trong khi ánh xạ QoS đường xuống được thực hiện tại SGW hoặc PGW

Một kênh EPS được xem như một kênh GBR nếu các tài nguyên mạng dành riêng liên quan đến giá trị Guaranteed Bit Rate (GBR) kết hợp với kênh EPS đó được cấp phát cố định khi thiết lập điều chỉnh kênh Ngoài ra một kênh EPS có thể được cấu hình loại kênh Non-GBR Một kênh mặc định thì luôn được thiết lập là kênh Non-GBR

QoS các kênh truyền tải:

Cấu hình QoS kênh EPS bao gồm các tham số QCI, ARP, GBR và MBR Mỗi kênh EPS (GBR hoặc Non-GBR) được kết hợp với các tham số QoS mức truyền tải như sau:

 Nhận dạng lớp QoS (QoS Class Identifier - QCI)

 Độ ưu tiên cấp phát và duy trì (Allocation and Retention Priority - ARP)

Một giá trị QCI được sử dụng như một tham chiếu tới các tham số đặc trưng của nút mạng truy nhập mà điều khiển hành vi chuyển tiếp gói tin mức truyền tải (tham số mức độ ưu tiên lập kế hoạch, các mức ngưỡng truy nhập, các mức ngưỡng quản lý hàng đợi, cấu hình giao thức lớp kết nối, etc.), và được cấu hình trước bởi nhà điều hành mạng sở hữu nút truy nhập đó (ví dụ như eNB)

Giá trị ARP bao gồm thông tin về mức độ ưu tiên, khả năng duy trì (flag) Mục đích chính của ARP là để xác định liệu một yêu cầu thiết lập điều chỉnh kênh

có được chấp nhận hoặc cần phải bị từ chối trong trường hợp các tài nguyên bị giới hạn (điển hình như dung lượng vô tuyến sẵn sàng đối với các kênh GBR)

Mỗi kênh GBR được kết hợp thêm với các tham số QoS mức truyền tải sau:

 Tốc độ Bit đảm bảo (Guaranteed Bit Rate - GBR)

 Tốc độ Bit tối đa (Maximum Bit Rate - MBR)

GBR ký hiệu cho tốc độ bit được dành riêng cho một kênh GBR MBR giới hạn tốc độ bit mà có thể dành sử dụng cho một kênh GBR (lưu lượng dư ra sẽ bị loại ra bởi một hàm giới hạn tốc độ)

Mỗi truy nhập APN, bởi một UE, được kết hợp với các tham số QoS sau đ y:

 Tốc độ bit tối đa cho một APN (APN-AMBR)

APN-AMBR là một tham số đăng ký thuê bao được lưa cho mỗi APN trong HSS Nó giới hạn tốc độ bit tập hợp có thể cung cấp cho toàn bộ các kênh Non-GBR và cho toàn bộ các kết nối PDN của cùng APN Mỗi kênh Non-GBR có thể sử dụng toàn bộ băng thông APN-AMBR trong trường hợp các kênh Non-GBR khác không mang lưu lượng Các kênh GBR nằm ngoài phạm vi tác động của tham số APN-AMBR PGW thiết lập bắt buộc tham số APN-AMBR trong đường xuống Gán giá trị APN-AMBR đường lên được thực hiện tại UE và PGW

Mỗi UE trong trạng thái EMM-REGISTERED được kết hợp với tham số QoS mức truyền tải:

 Tốc độ bit tối đa tập hợp cho mỗi UE (UE-AMBR)

Giá trị UE-AMBR được giới hạn bởi tham số thuê bao được lưu trong HSS MME sẽ thiết lập UE-AMBR bằng tổng các giá trị APN-AMBR của toàn bộ các

APN đang hoạt động dành cho giá trị UE-AMBR được đăng ký UE-AMBR giới hạn tốc độ bit tập hợp có thể cung cấp cho toàn bộ các kênh Non-GBR của một UE Mỗi kênh Non-GBR có thể sử dụng toàn bộ băng thông UE-AMBR khi các kênh Non-GBR khác không mang lưu lượng Các kênh GBR không nằm trong phạm vi tác động của UE-AMBR E- UTRAN gán giá trị UE-AMBR cả đường lên và đường xuống

Giá trị ARP của kênh mặc định sẽ được thiết lập một cách thích hợp để giảm thiểu nguy cơ giải phóng kênh mặc định một cách không cần thiết [1]

1.6 Các giao diện của LTE

Hình 4 mô tả các phần tử mạng chính, các giao diện và giao thức sử dụng trong mạng truy nhập (E-UTRAN) và mạng lõi dữ liệu (EPC) LTE

 Giao diện vô tuyến LTE Uu: Đ y là giao diện vô tuyến giữa UE và eNB Giao thức RRC được sử dụng cho kết nối giữa UE và eNB Trên RRC có một lớp NAS tại UE Lớp NAS kết thúc tại MME và eNB sẽ chuyển tiếp các bản tin NAS tới MME

 Giao diện LTE S1-MME: eNB và MME giao tiếp với nhau sử dụng giao diện IP này S1-AP là giao diện lớp ứng dụng Các giao thức truyền tải được sử dụng tại đ y là SCTP (Stream Control Transmission Protocol)

 Giao diện LTE X2: Giao diện này được sử dụng bởi eNB để kết nối với các eNB khác Giao diện này cũng sử dụng truyền tải IP qua giao thức SCTP X2-AP là giao thức ứng dụng được sử dụng bởi các eNB để thực hiện giao tiếp kết nối

 Giao diện LTE S11: Một giao diện IP giữa MME và SGW GTPv2 là các giao thức được sử dụng ở lớp ứng dụng GTPv2 chạy trên truyền tải UDP

 Giao diện LTE S5: Đ y là giao diện giữa SGW và PGW Giao diện IP có hai lựa chọn Giao diện S5 có thể là giao diện GTP và PMIP Biến PMIP được sử dụng

để hỗ trợ truy nhập mạng non-trusted 3GPP

 Giao diện LTE S1-U: Giao diện lớp người dùng giữa eNB và SGW GTP-U v1 là giao thức ứng dụng thực hiện đóng gói UE payload GTP-U chạy trên UDP

1.7 Các thủ tục cơ bản trong hệ thống LTE:

1.7.1 Thủ tục tìm kiếm mạng (Cell Searching)

Khi một UE bật nguồn, nó cần tìm kiếm mạng Bước đầu tiên là thực hiện tủ tục TÌM KIẾM CELL Đ y là thủ tục mà một thiết bị đầu cuối có thể tìm thấy một cell để thực hiện các dịch vụ trong đó Như một phần của thủ tục tìm kiếm cell, đầu cuối lấy thông tin nhận dạng ID của cell và ước lượng định thời gian khung của cell được nhận dạng LTE hỗ trợ 510 nhận dạng cell khác nhau chia thành 170 nhóm cell trong đó mỗi nhóm có 3 cell LTE phát đi 2 loại tín hiệu ở đường xuống:

 Tín hiệu đồng bộ chính (P-SCH)

 Tín hiệu đồng bộ thứ cấp (S-SCH)

Ở bước đầu tiên của thủ tục TÌM KIẾM CELL, UE sử dụng tín hiệu đồng bộ chính để tìm kiếm các khung thời gian 5ms Tín hiệu này được phát đi hai lần trong mỗi khung (khung LTE là 10ms) Đầu cuối có thể sử dụng tín hiệu này để nhận dạng khung thời gian theo khoảng cách 5ms Sau đó đầu cuối khóa pha tần số dao động theo tần số sóng mạng trạm thu phát Đầu cuối do vậy có thể tìm ra nhận dạng

ID trong cell Nó cũng nhận biết một phần cấu trúc tín hiệu tham chiếu

Trong bước tiếp theo, thiết bị đầu cuối phát hiện ID nhóm cell và xác định được định thời khung sử dụng tín hiệu đồng bộ thứ cấp [1]

1.7.2 Thủ tục truy nhập ngẫu nhiên (Random Access)

Để truyền dữ liệu, UE cần thực hiện một thiết lập kết nối với mạng Do vậy,

UE cần phải hỏi mạng cấp phát cho một kênh kết nối Thủ tục truy nhập ngẫu nhiên được sử dụng để thiết lập ID đầu cuối duy nhất tại đường lên, được mô tả ở hình 1.4 như sau:

Hình 1.4 Thủ tục truy nhập ngẫu nhiên [3]

 Đầu tiên UE phát đi một dữ liệu Random Acces Preamble cho phép eNB ước lượng định thời gian truyền của UE

 Trong bước tiếp theo, eNB sẽ gửi một bản tin Random Access Response Bản tin này có mang lệnh định thời trước TA để điều chỉnh thời gian phát của đầu cuối, dựa trên các kết quả đo định thời nhận được ở bước đầu tiên Ngoài việc thiết lập đồng bộ đường lên, bước này cũng cấp phát các tài nguyên đường lên được sử dụng trong các bước tiếp theo tới đầu cuối UE Nhận dạng tạm thời cũng được gán cho UE để truyền tin với mạng lưới sau này Bản tin trả lời này được gửi trên kênh PDCCH

 Bước thứ 3, UE sẽ gửi nhận dạng đầu cuối di động tới mạng lưới sử dụng UL- SCH Nội dung chính xác của tín hiệu này phụ thuộc và trạng thái trước

đó của đầu cuối (RRC_IDLE)

 Bước thứ 4, eNB gửi bản tin Contention Resolution từ mạng lưới tới đầu cuối trên kênh DL-SCH [1]

1.7.3 Thủ tục điều khiển tài nguyên vô tuyến (Radio Resource Control)

Có hai trạng thái điều khiển tài nguyên vô tuyến LTE: RRC_Idle và

được sử dụng để gửi các bản tin RRC và NAS Các kênh SRB được phân loại thành:

- SRB 0: gửi bản tin RRC sử dụng kênh logic CCCH

- SRB 1: gửi bản tin NAS qua kênh logic DCCH

- SRB 2: sử dụng cho các bản tin RRC có độ ưu tiên cao, truyền qua kênh logic DCCH

 Thủ tục Cấu hình lại kết nối RRC: Mục đích là để thiết lập thay đổi/giải phóng các kênh vô tuyến, thực hiện các chuyển giao và được khởi tạo từ mạng

 Thủ tục Thiết lập lại kết nối RRC: để thiết lập lại kết nối RRC kết nối RRC

mà liên quan đến việc khôi phục lại và kích hoạt lại kênh SRB1

 Thủ tục Kích hoạt bảo mật ban đầu Kích hoạt chức năng bảo mật cho thiết lập RRC, được khởi tạo bởi eNB

 Thủ tục giải phóng RRC [1]

1.7.4 Thủ tục thiết lập kênh truyền tải mặc định và truy nhập ban đầu

Khi UE bật nguồn, nó phải thực hiện thủ tục truy nhập tới một mạng Một tần

số đường lênh và đường xuống được cấp phát tới UE để UE có thể giao tiếp được với mạng Cùng với việc cấp phát tần số, UE cũng được gán một địa chỉ IP để giao tiếp với mạng dữ liệu Thủ tục này ở hình 1.5 được mô tả như sau:

(Giả thiết các thủ tục bảo mật được bỏ qua Giao diện S5 dựa trên PMIP được sử dụng)

 Thủ tục ban đầu nhƣ tìm kiếm cell đã đƣợc giải thích ở phần trên Bản tin tìm gọi đƣợc gửi bởi mạng tới UE để thông báo về hệ thống UE trong trạng thái RRC_IDLE và RRC_CONNECTED có thể hiểu đƣợc thông tin tìm gọi

 Nếu UE muốn giao tiếp với eNB, nó sử dụng một kết nối RRC Do vậy đầu tiên thủ tục gán RRC đƣợc thực hiện UE ở trạng thái ECM_IDLE gửi đi một bản tin RRC_CONNECTION_REQUEST tới eNB Nếu eNB chấp nhận yêu cầu, nó sẽ gửi đi một bản tin trả lới RRC_CONNECTION_ACCEPT tới eNB Sau khi nhận đƣợc bản tin này, kết nối RRC đƣợc thiết lập Tiếp theo để hoàn thành thủ tục, UE gửi đi bản tin RRC_CONNECTION_COMPLETE cùng với một bản tin NAS

 Đối với thủ tục attach ban đầu, bản tin NAS là một yêu cầu kết nối PDN Bản tin này đƣợc sử dụng bởi UE để thông báo mạng rằng nố cần một kênh truyền tải để truyền dữ liệu

 Sau khi nhận đƣợc bản tin RRC_CONNECTION_COMPLETE cùng với bản tin NAS, eNB lấy thông tin của bản tin NAS, đặt nó vào trong bản tin S1AP (bản tin

do UE khởi tạo) và chuyển tiếp nó tới MME

 MME đọc bản tin NAS này và hiểu rằng UE cần một kênh mặc định và một địa chỉ IP MME tạo ra bản tin giao thức GTP là CREAT SESSION REQUEST và chuyển tiếp nó tới SGW Tại điểm này, MME gán giá trị ID kênh EPS cho kết nối

Hình 1.5 Thủ tục thiết lập kênh mặc định và truy nhập ban đầu [3]

 Trên giao diện S5 dựa trên PMIP, SGW gửi bản tin PROXY BINDING UPDATE tới PGW SGW lưu trữ giá trị EBI và ánh xạ nó tới kênh sử dụng PMIP

 PGW khi nhận được bản tin sẽ trả lời bằng bản tin PROXY BINDING ACKNOWLEDGEMENT Bản tin này bao gồm một địa chỉ IP được gửi tới UE

 Khi SGW nhận được bản tin ACK, nó tạo ra bản tin GTP CREAT SESSION RESPONSE với các giá trị SGW FTE ID cho mặt phẳng ứng dụng, EBI và QoS mức truyền tải SGW giao tiếp tới PCRF để lấy thông tin các giá trị QoS

 MME nhận bản tin SESSION RESPONSE Nó lấy thông tin SGW FTEID, EBI và các giá trị QoS và gói vào trong bản tin NAS ACTIVATE DEFAULT BEARER CONTEXT REQUEST và gửi nó tới eNB trong bản tin S1AP ERAB SETUP REQUEST Tại thời điểm này, kênh EPS được thiết lập và một kênh vô tuyến phải được thiết lập để UE có thể bắt đầu truyền dữ liệu

 Bản tin ERAB SETUP REQUEST cũng thực hiện tương tự eNB nhận bản tin S1AP, lấy thông tin trong bản tin NAS và gói vào trong bản tin RRC RECONFIGURATION REQUEST và gửi nó tới UE Ngoài ra eNB đọc các giá trị QoS và SGW FTEID cho truyền tải dữ liệu đường lên

 UE bắt đầu với bản tin RRC RECONFIGURATION COMPLETE Nõ cũng bắt đầu xử lý bản tin NAS Khi lớp NAS chấp nhận thiết lập kênh mặc định tương

tự như được thông báo tới eNB trong bản tin RRC UL INFO TRANSFER Bản tin lớp NAS là ACTIVATE DEFAULT BEARER CONTEXT REQUEST ACCEPT được gán cho bản tin RRC Tại thời điểm này, UE biết được ID kênh và địa chỉ IP

và các giá trị QoS tương ứng

 eNB thông báo rằng UE đã chấp nhận kênh mặc định tới MME trong bản tin S1AP UL NAS TRANSPORT, kèm theo bản tin NAS eNB cũng chỉ ra giá trị FTEID của nó cho giao tiếp mặt phẳng ứng dụng tới MME

 NNE tiếp theo sẽ phải thông báo thông tin mặt phẳng ứng dụng eNB tới SGW Nó thực hiện việc này trong bản tin GTP MODIFY BEARER REQUEST SGW nhận được thông tin về mặt phẳng ứng dụng eNB và sau đó dữ liệu ứng dụng bắt đầu được truyền tải trong kênh mặc định [1]

1.7.5 Kích hoạt lại kết nối RRC

Khi một UE đăng ký tới MME, nhưng nó đang ở chế độ Idle, nó cần phải kích hoạt lại kết nối RRC khi nó được nhắn tin hoặc nó cần bắt đầu cuộc gọi MO hoặc báo hiệu MO, cuộc gọi khẩn cấp,….được biểu diễn tại hình 1.6 như sau:

UE eNodeB MME

1 Thông tin hệ thống

2 Tiền tố truy cập ngẫu nhiên

3 Đáp ứng truy cập ngẫu nhiên

6 Hoàn thành thiết lấp kết nối RRC(Yêu cầu dịch vụ)

5 Thiết lập kết nối RRC

4 Yêu cầu kết nối RRC

13 Yêu cầu chế độ bảo mật RRC

7 Khởi tạo nhắn tín UE (Yêu cầu dịch vụ)

19 Hoàn thành cấu hình lại kết nối RRC

15 Yêu cầu dung lượng UE RRC

12 Yêu cầu thiết lập ngữ cảnh khởi tạo

8 Truyền thông tin đường xuống RRC(Yêu cầu nhận thực) Vận chuyển NAS đường xuống (yêu cầu

nhận thực)

9 Truyền thông tin đường lên RRC(phản hồi nhận thực) Vận chuyển NAS đường lên (phản hồi nhận

thực)

10 Truyền thông tin đường xuống RRC(Yêu cầu chế độ bảo mật)

Vận chuyển NAS đường xuống (NAS SMC)

11 Truyền thông tin đường lên RRC(hoàn thành chế độ bảo mật) Vận chuyển NAS đường lên (NAS SMC)

14 Hoàn thành chế độ bảo mật RRC

16.Thông tin dung lượng UE RRC

17 Chỉ thị thông tin dung lượng UE

18 Cấu hình lại kết nối RRC(chấp nhận truy cập, thiết lập báo hiệu)

20 Phản hồi thiết lập ngữ cảnh khởi tạo

1.7.6 Thủ tục yêu cầu kênh dành riêng

Hình 1.7 Thủ tục yêu cầu cấp kênh dành riêng [3]

Thủ tục yêu cầu cấp kênh dành riêng đƣợc diễn tả ở hình 1.7 đƣợc giải thích nhƣ sau:

 Một kênh dành riêng đƣợc yêu cầu bởi UE để truyền dữ liệu với một mức QoS cụ thể nào đó Một kênh mặc định luông là kênh Non-GBR Nếu UE muốn có một dịch vụ tin cậy cho một vài ứng dụng, nó có thể yêu cầu một kênh dành riêng

 Bản tin NAS này được truyền từ eNB tới eNB trong bản tin S1AP INITIAL

UE

 MME sau khi nhận được bản tin BEARER RESOURCE ALLOCATION tạo

ra một bản tin BEARER RESOURCE COMMAND và gửi nó tới SGW Bản tin này bao gồm PTI, LBI, TFT và các giá trị QoS

 SGW liên lạc với PCRF và lấy thông tin các giá trị QoS cho TFT Các giá trị QoS có thể là các giá trị mà UE đã yêu cầu hoặc có thể có giá trị khác Nó phụ thuộc vào đăng ký thuê bao SGW tạo ra bản tin GTP CREAT BEARER

REQUEST với LBI, các giá trị QoS mới, PTI và SGW FTEID cho mặt phẳng ứng dụng và gửi nó tới MME

 Sau khi nhận được bản tin CREAT BEARER REQUEST, MME tạo ra một bản tin NAS là ACTIVATE DEDICATE BEARER CONTEXT REQUEST, gói nó vào trong bản tin S1AP ERAB SETUP và gửi nó tới eNB Bản tin NAS này bao gồm LBI, EBI cho kênh dành riêng (MME gán giá trị này), các giá trị QoS, PTI và FTEID mặt phẳng ứng dụng SGW

 eNB đọc bản tin NAS, lưu trữ FTEID mặt phẳng ứng dụng SGW và các giá trị QoS Sau đó nó chuyển tiếp bản tin NAS tới UE trong bản tin RRC

RECONFIGURATION REQUEST

 Nếu UE chấp nhận các giá trị QoS mới và EBI, nó gửi bản tin NAS là ACTIVATE DEDICATED BEARER REQUEST ACCEPT tới eNB trong bản tin RRC UL INFO TRANSFER

 eNB chuyển tiếp bản tin NAS cùng với FTEID mặt phẳng ứng dụng của nó tới MME

 MME gửi FTEID mặt phẳng ứng dụng eNB tới SGW trong bản tin CREATE BEARER RESPONSE [1]

1.7.7 Thủ tục chuyển giao trong LTE:

a) Chuyển giao giao diện X2:

Cơ chế chuyển giao đầu tiên dựa trên giao diện X2 Giao diện X2 là giao diện giữa hai eNB và X2-AP là giao thức được sử dụng để giao tiếp trên giao diện này

Chuyển giao diễn ra khi eNB phát hiện rằng nó không thể phục vụ tiếp UE do các hạn chế về công suất tín hiệu

Các bản tin trao đổi khi thực hiện thủ tục chuyển giao trên X2 được mô tả trong lược đồ hình 1.8 sau đ y:

Hình 1.8 Chuyển giao trên giao diện X2 [3]

 eNB khởi tạo liên tục hỏi UE về các mức công suất đo được trong bản tin RRC Measurement Control

 UE trả lời bằng các kết quả đo trong bản tin RRC Measurement Report Chi tiết các bản tin này có thể được tìm thấy trong tiêu chuẩn kỹ thuật giao thức RRC

 Dựa trên báo cáo đo tín hiệu, eNB khởi tạo sẽ ra quyết định thực hiện chuyển giao hay không Nếu eNB khởi tạo nhận biết rằng eNB khác có thể phục vụ tốt hơn,

nó sẽ bắt đầu thủ tục chuyển giao

 Nếu quyết định chuyển giao được thực hiện, thì eNB khởi tạo gửi một bản tin X2-AP Handover Request tới eNB chuyển đến

 Bản tin Handover Request có thể bao gồm UE Context IE và E-RAB cần thiết lập UE Context IE thường bao gồm thông tin về MME, khả năng bảo mật UE,

etc E-RAB cần thiết lập mang thông tin ERAB ID, QoS, RRC Contexts, etc Nhiều E-RAB kết hợp với nhiều kênh truyền tải EPS có thể được gửi trong bản tin này

 Nếu eNB chuyển đến gửi bản tin Handover Request Ack tới eNB khởi tạo, bản tin Ack bao gồm thông tin E-RAB mà được eNB chuyển đến chấp nhận

 Sau khi nhận được bản tin Handover Request Ack từ eNB chuyển đến, eNB khởi tạo gửi bản tin RRC Connection Reconfiguration tới UE, để chỉ ra rằng chuyển giao cần được thực hiện eNB khởi tạo sẽ gửi bản tin SN Status Transfer tới eNB chuyển đến để thông báo PDCP và trạng thái HFN Vào thời điểm này, UE sẽ rời khỏi eNB khởi tạo và đồng bộ với eNB chuyển đến

 UE hoàn thành cấu hình lại RRC bằng cách gửi đi bản tin RRC Connection Reconfiguration Complete tới eNB chuyển đến Ngoài ra UE bắt đầu truyền dữ liệu tới eNB chuyển đến Dữ liệu này được lưu trữ đệm tại eNB chuyển đến cho tới khi các kênh EPS được điều chỉnh

 Tiếp theo, eNB chuyển đến gửi môt bản tin S1-AP Patch Switch Request tới MME chỉ ra rằng chuyển giao đã diễn ra Bản tin này bao gồm thông tin E-RAB mà được eNB chấp nhận

 MME tiếp theo sẽ phải thay đổi các kênh EPS tương ứng với E-RAB được chấp nhận MME gửi bản tin Modify Bearer Request tới SGW, mà bao gồm toàn bộ các kênh EPS được thay đổi và thông tin FTEID của eNB chuyển đến

 Nếu yêu cầu được chấp nhận, SGW gửi bản tin trả lời cùng với S1-U SGW FTEID nếu chúng được thay đổi

 MME sau khi nhận được bản tin trả lời Modify Bearer Response sẽ gửi bản tin Path Switch Request Ack tới eNB chuyển đến chỉ ra việc thay đổi thành công các kênh EPS eNB chuyển đến tiếp theo yêu cầu eNB khởi tạo giải phóng toàn bộ các ngữ cảnh kết nối liên quan đến UE

 Nếu giao diện S5/S8 dựa trên PMIP được sử dụng, thì sẽ không có thêm bản tin nào được trao đổi qua cùng giao diện cho cơ chế chuyển giao này

b) Chuyển giao giao diện S1

Loại chuyển giao này diễn ra khi không có kết nối X2 giữa eNB khởi tạo và eNB chuyển đến Xem xét cách thức các mạng được triển khai nếu không có kết nối X2 giữa các eNB, chẳng hạn như trường hợp cả hai eNB được phục vụ bởi các MME khác nhau Một trường hợp khác nữa là các SGW khác nhau Giả sử có một

UE di chuyển từ eNB khởi tạo đến eNB chuyển đến mà eNB khởi tạo được phục vụ bởi MME và SGW ban đầu trong khi eNB chuyển đến được phục vụ bởi MME và SGW chuyển đến khác Trong trường hợp này, giả sử các MME ban đầu và MME chuyển đến có thể giao tiếp với nhau qua giao diên S10 Bởi vì toàn bộ các quyết định chuyển giao được diễn ra trên giao diện S1, nó được gọi là chuyển giao dựa trên S1

Chuyển giao giao diện S1 được biểu diễn ở hình 1.9 và được mô tả như sau:

 eNB khởi tạo thực hiện quyết định chuyển giao UE tới eNB chuyển đến Nó nhận ra rằng không tồn tại kết nối với eNB chuyển đến, do vậy chuyển giao dựa trên S1 được lựa chọn

 eNB khởi tạo gửi bản tin S1-AP Handover Required tới MME khởi tạo, thông báo thực hiện chuyển giao S1 và nguyên nhận của chuyển giao Bản tin này bao gồm MME UE S1 AP và eNB UE S1 AP ID Các ID này được sử dụng để nhận diện UE duy nhất trong một eNB và MME nào đó

 MME khởi tạo gửi bản tin GTP Forward Relocation Request tới MME chuyển đến qua giao diện S10 chỉ ra loại chuyển giao dựa trên S1 Bản tin này bao gồm toàn bộ thông tin chi tiết được gửi khi UE được attach với EUTRAN Bản tin này cũng bao gồm toàn bộ các ngữ cảnh kênh EPS mà được thiết lập cho UE đó