Tối ưu hóa mạng di động 4g LTE

1.2 Mục tiêu của đề tài. Làm rõ cấu trúc mạng 4G LTE. Ứng dụng tối ưu hóa mạng 4G LTE. 1.3 Giới hạn và phạm vi của đề tài. Trong phạm vi đề tài này em sẽ nghiên cứu các vấn đề: Nghiên cứu về mạng lưới 4G LTE, đi sâu vào nghiên cứu và phân tích một hệ thống thông tin để xây dựng một hệ thống thông tin tối ưu hóa mạng 4G LTE Công cụ sử dụng phần mềm Tems Discovery

MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 3

LỜI CẢM ƠN 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 6

1.1 Lý do chọn đề tài 6

1.2 Mục tiêu của đề tài 6

1.3 Giới hạn và phạm vi của đề tài 6

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG CỤ SỬ DỤNG 7

2 1 Qúa trình phát triển của hệ thống thông tin di động 7

2.1.1 Hệ thống thông tin di động thứ tư (4G) 7

2.1.2 Hệ thống thông tin di động thứ năm (5G) 8

2.2 Tổng quan về mạng 4G LTE 8

2.2.1 Kiến trúc tổng quan 8

2.2.2 Các kênh sử dụng trong E-UTRAN 15

2.2.3 Các chế độ truy cập vô tuyến 17

2.2.4 Các kĩ thuật sử dụng trong 4G LTE 20

2.3 Công cụ sử dụng Tems Discovery 25

2.3.1 tổng quan Tems Discovery 25

2.3.2 Sự khác biệt của Tems Discovery 27

2.3.3 Hướng dẫn cài đặt phần mềm Tems Discovery 29

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 32

3.1 Các tham số chính được lựa chọn trong quá trình tối ưu 32

3.2 Quy trình vận hành quản lý chất lượng mạng 36

3.3 Quy trình thực hiện tối ưu 37

3.3.1 Quá trình chuẩn bị 38

3.3.2 Thu thập số liệu và phân chia vùng tối ưu 40

3.3.3 Phân tích lỗi 43

3.3.4 Điều chỉnh tham số 43

3.4 Xây dựng bản thiết kế tối ưu cho khu vực thử nghiệm mạng 4G/LTE 45

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH 46

4.1 Nhập file bản đồ 46

4.2 Ví dụ MS2 RSRP biểu đồ 47

4.3 Ví dụ máy quét MS1 máy chủ PCI tốt nhất 47

4.4 Xóa một biểu đồ 48

4.5 Tems Discovery báo cáo 48

4.6 Hệ thống Cell-Planning 4G/LTE tích hợp module tối ưu 51

4.7 Thiết kế thử nghiệm 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

3GPP Third Generation Partnership

Project

Tổ chức chuẩn hóa mạng di động

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

4

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

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng

DPCCH Dedicated Physical Control

Channel

Kênh điều khiển vật lý dành riêng

DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh dữ liệu vật lý dành riêngDTCH Dedicated Traffic Channel Kênh lưu lượng dành riêng

E- UTRAN Evolved UMTS Terrestrial Radio

Access

Mạng truy nhập vô tuyến cải tiến

FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần sốFDMA Frequency Division Multiple

Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

Communications

Hệ thống truyền thông di động toàn

cầu

HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao

IEEE Institute of Electrical and

Electronics Engineers

Viện kỹ thuật Điện và Điện tử

Telecommunications Union

Hiệp hội viễn thông quốc tế

KPI Key Performance Indicator Chỉ số đánh giá chất lượng

MBMS Multimedia Broadcast/Multicast

Service

Broadcast đa truyền thông/dịch vụ

multicastMIMO Multiple Input Multiple Ouput Nhiều đầu vào nhiều đầu raMME Mobility Management Entity Thực thể quản lý di động

OFDM Orthogonal Frequency Division

Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo tần số

trực giaoOFDMA Orthogonal Frequency Division

Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

trực giao

TDD Time Division Duplex Song công phân chia theo thời gian

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình hoàn thành đồ án tốt nghiệp, Em đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiệttình của trường đại học CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI thầy cô của nhàtrường, thầy Lê Thanh Tấn

Để có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến BanGiám hiệu trường Công nghệ giao thông vận tải, thầy Lê Thanh Tấn đã tận tình giảngdạy và cung cấp những kiến thức cần thiết, bổ ích để em có thể hoàn thành tốt quátrình học tập và đồ án của mình của mình

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Lê Thanh Tấn đã trực tiếp hướng dẫn,truyền đạt nhiều kiến thức, kinh nghiệm trong quá trình học tập cũng như trong thờigian hoàn thành đồ án

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay công nghệ thông tin di động trên thế giới đã phát triển lên thế hệ 4G,5G Trong nước, các nhà khai thác cũng đã hoàn thành hạ tầng và đưa vào khai thácthương mại hệ thống mạng 4G LTE Các nhà khai thác mạng di động vừa phải đảmbảo đáp ứng dung lượng hệ thống, vừa nâng cao chất lượng dịch vụ cũng như các tiệních khác cho khách hàng Số lượng thuê bao ngày càng tăng, cấu trúc mạng ngày càngphức tạp, bên cạnh đó là sự phát triển của các dịch vụ như: Video Streaming, MobileBanking, MobileTV, Multiplayer Games…sẽ là một vấn đề đáng quan tâm của cácnhà khai thác Chính vì vậy, tối ưu mạng là vấn đề rất cần thiết và mang ý nghĩa đặcbiệt quan trọng trong vấn đề đảm bảo chất lượng mạng Công tác đo kiểm và tối ưu hệthống cung cấp dịch vụ là bước không thể thiếu trong việc phát triển hệ thống thôngtin di động Các nhà mạng trên thế giới đầu tư rất nhiều cho việc tối ưu mạng và nângcao chất lượng dịch vụ Vì vậy em đã chọn đề tài theo hướng thực tế là “ Tối ưu hóamạng di động 4G LTE ” Đề tài sẽ tập trung làm rõ cấu trúc mạng di động 4G, các vấn

đề trong tối ưu mạng di động 4G LTE và ứng dụng tối ưu hóa mạng 4G LTE

1.2 Mục tiêu của đề tài

- Làm rõ cấu trúc mạng 4G LTE

- Ứng dụng tối ưu hóa mạng 4G LTE

1.3 Giới hạn và phạm vi của đề tài

Trong phạm vi đề tài này em sẽ nghiên cứu các vấn đề:

- Nghiên cứu về mạng lưới 4G LTE, đi sâu vào nghiên cứu và phân tích một hệ thốngthông tin để xây dựng một hệ thống thông tin tối ưu hóa mạng 4G LTE

- Công cụ sử dụng phần mềm Tems Discovery

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG CỤ SỬ DỤNG

2 1 Qúa trình phát triển của hệ thống thông tin di động

Hình 2.1 Qúa trình phát triển hệ thống thông tin di động

2.1.1 Hệ thống thông tin di động thứ tư (4G)

4G-LTE là thế hệ thứ tư của chuẩn UMTS do 3GPP (Tổ chức chuẩn hóa mạng diđộng) phát triển UMTS thế hệ thứ ba dựa trên WCDMA đã được triển khai trên toàn thếgiới Để đảm bảo tính cạnh tranh cho hệ thống này trong tương lai, tháng 11/2004 3GPP đãbắt đầu dự án nhằm xác định bước phát triển về lâu dài cho công nghệ di động UMTS vớitên gọi Long Term Evolution (LTE) 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chiphí cho mỗi bit thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có

và băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng kể nănglượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối

Đặc tính cơ bản của hệ thống LTE :

 Tính di động : Tốc độ di chuyển tối ưu là 0-15 km/h nhưng vẫn hoạt động tốtvới tốc độ di chuyển từ 15-120 km/h, có thể lên đến 500 km/h tùy băng tần.

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

- VoIP đảm bảo chất lượng âm thanh tốt, trễ tối thiểu thông qua mạngUTMS

2.1.2 Hệ thống thông tin di động thứ năm (5G)

Công nghệ thông tin di động 5G được Liên minh viễn thông quốc tế

(ITU-R) phê chuẩn tên gọi chính thức là IMT-2020 (vào năm 2015) Về bản chất, mạng 5Gvẫn phát triển dựa trên nền tảng của 4G nhưng ở mức độ cao hơn Mạng 5G sẽ hỗ trợLAS-CDMA (Large Area Synchronized Code Division Multiple Access), UWB (UltraWideband), Network-LMDS (Local Multipoint Distribution Service), Ipv6 và BDMA(Beam Division Multiple Access)

Với sự hỗ trợ đa dạng các nền tảng, người dùng có thể kết nối cùng lúc vớinhiều thiết bị qua mạng không dây và dễ dàng chuyển đổi qua lại một cách nhanhchóng mà không gặp phải bất kỳ trở ngại nào Không những vậy, mạng 5G còn giúpcho tốc độ đăng tải và tải về dữ liệu trên điện thoại nhanh hơn gấp 20 lần so với mạng4G Dự kiến năm 2020 sẽ có mạng 5G thương mại đầu tiên trên thế giới

2.2 Tổng quan về mạng 4G LTE

2.2.1 Kiến trúc tổng quan

Kiến trúc của hệ thống 4G LTE gồm 4 vùng chính: thiết bị người dùng (UE), UTRAN, mạng lõi EPC và các vùng dịch vụ

E-Hình 2.2 Kiến trúc tổng quan mạng 4G LTE

UE, E-UTRAN và EPC đại diện cho các giao thức internet (IP) ở lớp kết nối.Đây là một phần của hệ thống được gọi là hệ thống gói phát triển (EPS) Chức năngchính của lớp này là cung cấp kết nối dựa trên IP và nó được tối ưu hóa cao cho mụctiêu duy nhất Tất cả các dịch vụ được cung cấp dựa trên IP, tất cả các nút chuyểnmạch và các giao diện được nhìn thấy trong kiến trúc 3GPP trước đó không có mặt ởE-UTRAN và EPC Công nghệ IP chiếm ưu thế trong truyền tải, nơi mà mọi thứ đượcthiết kế để hoạt động và truyền tải trên IP

Các hệ thống con đa phương tiện IP ( IMS) là một ví dụ tốt về máy móc thiết bịphục vụ có thể được sử dụng trong lớp kết nối dịch vụ để cung cấp các dịch vụ dựatrên kết nối IP được cung cấp bởi các lớp thấp hơn Ví dụ, để hỗ trợ dịch vụ thoại thìIMS có thể cung cấp thoại qua IP ( VoIP) và sự kết nối tới các mạng chuyển mạch-mạch cũ PSTN và ISDN thông qua các cổng đa phương tiện của nó điều khiển

Sự phát triển của E-UTRAN tập chung vào một nút, nút B phát triển ( eNodeB) Tất cả các chức năng vô tuyến kết thúc ở đó, tức là eNB là điểm kết thúc cho tất cảcác giao thức vô tuyến có liên quan E-UTRAN chỉ đơn giản là một mạng lưới của cáceNodeB 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 mạngchuyển mạch mạch truyền thống như ISDN và PSTN là cần thiết trong lớp này Cácchức năng của EPC là tương đương với vùng chuyển mạch gói của mạng 3GPP hiệntại Tuy nhiên những thay đổi đáng kể trong việc bố trí các nút chức năng và kiến trúcphần này nên được coi như là hoàn tòan mới

2.2.1.1 Thiết bị người dùng (UE)

UE là thiết bị mà người dùng đầu cuối sử dụng để liên lạc Thông thường nó lànhững thiết bị cầm tay như điện thoại thông minh hoặc một thẻ dữ liệu như mọi ngườivẫn đang sử dụng hiện tại trong mạng 2G và 3G Hoặc nó có thể được nhúng vào, ví

dụ một máy tính xách tay UE cũng có chứa các mođun nhận dạng thuê bao toàncầu( USIM) Nó là một mođun riêng biệt với phần còn lại của UE, thường được gọi làthiết bị đầu cuối (TE) USIM là một ứng dụng được đặt vào một thẻ thông minh có thểtháo rời được gọi là thẻ mạch tích hợp toàn cầu ( UICC) USIM được sử dụng để nhậndạng và xác thực người sử dụng để lấy khóa bảo mật nhằm bảo vệ việc truyền tải trêngiao diện vô tuyến

Các chức năng của UE là nền tảng cho các ứng dụng truyền thông, mà có tínhiệu với mạng để thiết lập, duy trì và loại bỏ các liên kết thông tin người dùng cần.Điều này bao gồm các chức năng quản lý tính di động như chuyển giao, báo cáo vị trícủa thiết bị, và các UE phải thực hiện theo hướng dẫn của mạng

2.2.1.2 Truy cập vô tuyến mặt đất E-UTRAN

Mạng truy nhập vô tuyến của LTE được gọi là E-UTRAN và một trong nhữngđặc 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, làmcho dung lượng hệ thống trở nên cao hơn Một kết quả quan trọng của việc sử dụngtruy nhập gói cho tất cả các dịch vụ là sự tích hợp cao hơn giữa những dịch vụ đaphương tiện và giữa những dịch vụ cố định và không dây

Mục đích chính của LTE là tối thiểu hóa số node Vì vậy, người phát triển đãchọn một cấu trúc đơn node Trạm gốc mới phức tạp hơn NodeB trong mạng truy cập

vô tuyến WCDMA/HSPA, và vì vậy được gọi là eNodeB (Enhance Node B) NhữngeNodeB có tất cả những chức năng cần thiết cho mạng truy nhập vô tuyến LTE, kể cảnhững chức năng liên quan đến quản lý tài nguyên vô tuyến

Hình 2.3 Mạng truy cập mặt đất E-UTRANGiao diện vô tuyến sử dụng trong E-UTRAN là S1 và X2 Trong đó S1 là giaodiện vô tuyến kết nối giữa eNodeB và mạng lõi, X2 là giao diện giữa các eNodeB vớinhau.

E.UTRAN chịu trách nhiệm về các chức năng liên quan đến vô tuyến, gồm có:

 Quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến

Hình 2.4 Mạng lõi EPCCùng một mục đích như E-UTRAN, số node trong EPC đã được giảm EPCchia 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 kếtnối mạng LTE với internet và những hệ thống khác EPC gồm có một vài thực thểchức năng.

 MME(Mobility Management Entity): là thực thể quản lý di động, điều khiểncác Node xử lý tín hiệu giữa UE và mạng lõi Giao thức giữa UE và mạng lõi

là Non-Access Stratum (NAS) MME là phần tử điều khiển chính trong EPC.Thông thường MME là một server đặt tại một vị trí an toàn ngay tại nhà khaithác Nó chỉ hoạt động trong mặt phẳng điều khiển (CP) và không tham gia vàođường truyền số liệu (UP) Các chức năng chính của MME:

 Các chức năng liên quan đến quản lý thông báo: chức năng này baogồm thiết lập, duy trì và gửi đi các thông báo, được điều khiển bởi lớpquản lý phiên trong giao thức NAS

 Các chức năng liên quan đến quản lý kết nối: bao gồm việc kết nối vàbảo mật giữa mạng và UE, được điều khiển bởi lớp quản lý tính diđộng hoặc kết nối trong giao thức NAS.

 S-Gateway (Serving Gateway): là vị trí kết nối của giao tiếp dữ liệu gói với UTRAN, tất cả các gói IP người dùng được chuyển đi thông qua S-GW Nó cònhoạt động như một node định tuyến đến những kỹ thuật 3 GPP khác Trongcấu hình kiến trúc cơ sở, chức năng mức cao của S-GW là quản lý tunnel UP(user plan) và chuyển mạch S-GW là bộ phận của hạ tầng mạng dược quản lýtập trung tại nơi khai thác

E- P-Gateway (Packet Data Network Gateway): là điểm đầu cuối cho những phiênhướng về mạng dữ liệu gói bên ngoài Nó cũng là Router đến mạng Internet.Thông thường P-GW ấn định địa chỉ IP cho UE và UE sử dụng nó để thông tinvới các máy IP trong các mang ngoài (internet) Cũng có thể mạng ngoài nơi

mà UE nối đến sẽ ấn định địa chỉ IP cho UE sử dụng và P-GW truyền tunnel tất

cả lưu lượng đến mạng này P-GW cũng thực hiện các chức năng lọc và mởcổng theo yêu cầu được thiết lập cho UE và dịch vụ tương ứng Ngoài ra nó thuthập và báo cáo thông tin tính cước liên quan Tương tự như S-GW, các P-GW

có thể được khai thác ngay tại vị trí trung tâm của nhà khai thác

 PCRF (Policyand Charging Rules Function): điều khiển việc tạo ra bảng giá vàcấu 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 củanhà khai thác

Đường giao tiếp S1 được dùng cho cả dữ liệu người dùng (nối với S-GW) và dữliệu báo hiệu (nối với MME) nên kiến trúc giao thức S1 được chia thành 2 bộ giaothức:

 S1-C (điều khiển): dùng để trao đổi các thông điệp điều khiển giữa một UE

và MME

 S1-U (người dùng): dùng để truyền dữ liệu của UE đến S-GW

Nút Gateway giữa mạng truy nhập vô tuyến và mạng lõi phân ra thành hai thực

thể luận lí: S-GW và MME Kết hợp với nhau chúng thực hiện công việc tương tựSGSN trong mạng mạng UMTS Đường giao tiếp S11 sẽ được dùng để liên lạc giữahai thực thể đó.

Một đường giao tiếp quan trong nữa trong mạng lõi LTE là đường giao tiếp S6nối giữa các MME và cơ sở dữ liệu thông tin thuê bao Trong UMTS/GSM, cơ sở dữliệu này gọi là HLR (Home Location Register) Trong LTE, HLR được cải tiến và đổitên thành HSS

2.2.1.4 Miền dịch vụ

Các miền dịch vụ bao gồm IMS (IP Multimedia Sub-system) dựa trên các nhàkhai thác, IMS không dựa trên các nhà khai thác và các dịch vụ khác IMS là một kiếntrúc mạng nhằm tạo sự thuận tiện cho việc phát triển và phân phối các dịch vụ đaphương 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 nhậphữu 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 khácnhau có thể tương thích với nhau IMS hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích cho cả ngườidùng lẫn nhà cung cấp dịch vụ Nó đã và đang được tập trung nghiên cứu cũng như thuhút được sự quan tâm lớn của giới công nghiệp Tuy nhiên IMS cũng gặp phải nhữngkhó khăn nhất định và cũng chưa thật sự đủ độ chín để thuyết phục các nhà cung cấpmạng đầu tư triển khai nó Kiến trúc IMS được cho là khá phức tạp với nhiều thực thể

và vô số các chức năng khác nhau

2.2.2 Các kênh sử dụng trong E-UTRAN

Hình 2.5 Các kênh truyền tải trong mạng 4G LTE

 Kênh vật lý : các kênh vật lý sử dụng cho dữ liệu người dùng bao gồm:

 Physical Downlink Shared Channel (PDSCH) : Kênh chia sẻ vật lýđường xuống

 Physical Uplink Shared Channel (PUSCH) : PUSCH được dùng đểmang dữ liệu người dùng Các tài nguyên cho PUSCH đượcchỉ định trên một subframe cơ bản bởi việc lập biểu đường lên Cácsóng 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 kiểuđiều chế QPSK, 16 QAM, 64QAM

 Physical Uplink Control Channel (PUCCH): Có chức năng lập biểu,ACK/NAK, dùng cho đường lên

 Physical Downlink Control Channel (PDCCH): Lập biểu, ACK/NAK,dùng cho đường xuống

 Physical Broadcast Channel (PBCH): Mang các thông tin đặc trưngcủa cell

 Physical Random Access Channel (PRACH): Kênh truy cập ngẫunhiên

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

 Broadcast Control Channel (BCCH) : Kênh điều khiển quảng bá.Được sử dụng để truyền thông tin điều khiển hệ thống từ mạng đếntất cả máy di động trong cell Trước khi truy nhập hệ thống, đầu cuối

di động phải đọc thông tin phát trên BCCH để biết được hệ thốngđược lập cấu hình như thế nào, chẳng hạn băng thông hệ thống

 Paging Control Channel (PCCH) : Kênh điều khiển tìm gọi, được sửdụng để tìm gọi các đầu cuối di động vì mạng không thể biết được vịtrí của chúng ở cấp độ ô và vì thế cần phát các bản tin tìm gọi trongnhiều ô (vùng định vị)

 Dedicated Control Channel (DCCH) : Kênh điều khiển riêng, được sửdụng 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 diđộng chẳng hạn các bản tin chuyển giao khác nhau Multicast ControlChannel (MCCH) : Kênh điều khiển đa phương, được sử dụng đểtruyền thông tin cần thiết để thu kênh MTCH

 Dedicated Traffic Channel (DTCH) : Kênh lưu lượng riêng, được sửdụng để truyền số liệu của người sử dụng đến từ một đầu cuối diđộng Đây là kiểu logic được sử dụng để truyền tất cả số liệu đườnglên của người dùng và số liệu đường xuống của người dùng khôngphải MBMS

 Multicast Traffic Channel (MTCH) : Kênh lưu lượng đa phương,được sử dụng để phát các dịch vụ đa phương tiện

 Kênh truyền tải : bao gồm các kênh sau:

 Broadcast Channel (BCH) : Kênh quảng bá, có khuôn dạng truyền tải

cố định do chuẩn cung cấp Nó được sử dụng để phát thông tin trênkênh logic

 Paging Channel (PCH) : Kênh tìm gọi, được sử dụng để phát thôngtin tìm gọi trên kênh PCCH, PCH hỗ trợ thu không liên tục (DRX) đểcho phép đầu cuối tiết kiệm công suất ắc quy bằng cách ngủ và chỉthức để thu PCH tại các thời điểm quy định trước

 Downlink Shared Channel (DL-SCH) : Kênh chia sẻ đường xuống, làkênh truyền tải để phát số liệu đường xuống trong LTE Nó hỗ trợ cácchức năng của LTE như thích ứng tốc độ động và lập biểu phụ thuộckênh trong miền thời gian và miền tần số Nó cũng hổ trợ DRX đểgiảm tiêu thụ công suất của đầu cuối di động mà vẫn đảm bảo cảmgiác luôn kết nối giống như cơ chế CPC trong HSPA DL-DCH TTI

là 1ms

 Multicast Channel (MCH) : Kênh đa phương, được sử dụng để hỗ trợMBMS Nó được đặc trưng bởi khuôn dạng truyền tải bán tĩnh và lậpbiểu bán tĩnh

 Uplink Shared Channel (UL-SCH) : Kênh truyền tải này là kênhchính để truyền tair dữ liệu đường lên Nó được sử dụng bởi nhiềukênh logic

 Random Access Channel (RACH) : Kênh này được sử dụng cho cácyêu cầu truy cập ngẫu nhiên

2.2.3 Các chế độ truy cập vô tuyến

Giao diện không gian LTE hỗ trợ cả hai chế độ là song công phân chia theo tần

số (FDD) và song công phân chia theo thời gian (TDD), mỗi chế độ có một cấu trúckhung riêng Chế độ bán song công FDD cho phép chia sẻ phần cứng giữa đường lên

và đường xuống vì đường lên và đường xuống không bao giờ sử dụng đồng thời Kỹthuật này được sử dụng trong một số dải tần và cũng cho phép tiết kiệm chi phí trongkhi giảm một nửa khả năng truyền dữ liệu

Trong FDD-LTE, việc thu và phát tín hiệu sẽ được thực hiện đồng thời nhưngriêng rẽ trên hai kênh tần số khác nhau Trong khi đó, với TDD-LTE, đường uplink vàdownlink lại cùng sử dụng chung một kênh tần số nhưng ở các thời điểm khác nhau.Việc chuyển từ chế độ downlink sang uplink và ngược lại sẽ được thực hiện khi mộtphân khung đặc biệt được truyền đi (thường là phân khung 1 và thỉnh thoảng là phânkhung 6)

Với FDD, mỗi đường uplink kết hợp với một đường downlink nhất định tạothành một cặp (fdl, ful), và giữa hai tần số này phải có một khoảng cách nhất định để

không gây nhiễu lên nhau Vì vậy, băng tần yêu cầu để triển khai kỹ thuật này phải đủlớn để có thể phân chia thành hai khoảng uplink và downlink tương ứng mà khoảngcách giữa hai tần số Fdl, Ful đảm bảo.

Trong khi đó, băng tần dành cho TDD không yêu cầu những đặc điểm trên Nhàmạng hoàn toàn có thể triển khai TDD-LTE với một phần băng tần hạn chế bởi toàn

bộ băng thông sẽ được dùng cả cho đường uplink và downlink Với đặc tính này,TDD- LTE hỗ trợ đáng kể cho việc phổ cập LTE bởi không phải quốc gia nào, nhàmạng nào cũng có lượng phổ tần đủ lớn để triển khai FDD-LTE

Hình 2.6 Chế độ truy cập mạng 4G LTE

Bảng dưới là một số băng tần dành cho FDD và TDD theo 3GPP:

Bảng 2.1 Băng tần hoạt động của FDD và TDD

Với việc sử dụng hai đường downlink và uplink trên hai kênh tần số riêng rẽ, cáckênh truyền này trong FDD-LTE lúc nào cũng khả dụng Trong khi đó, tại cùng mộtthời điểm thì trong TDD-LTE chỉ có một đường truyền khả dụng là uplink hoặcdownlink

Trong FDD-LTE, băng tần của đường lên và đường xuống hoàn toàn độc lập,không thể chia sẻ với nhau Trong trường hợp một kênh có ít nhu cầu sử dụng (thôngthường là đường uplink), thì tài nguyên của đường này hoàn toàn bị lãng phí Trongkhi đó, TDD-LTE hoàn toàn có thể ấn định tài nguyên cho đường lên và đường xuốngmột cách linh hoạt theo nhu cầu sử dụng Tuy nhiên, dù có điều chỉnh ưu tiên tối đacho một chiều nào đó thì tốc độ truyền dữ liệu của cả hai chiều

đều không thể so với FDD-LTE bởi ngoài lý do dùng chung một kênh tần số để truyềncác phân khung mang thông tin thì trong TDD-LTE còn có các phân khung dành để

báo hiệu chuyển đổi giữa đường uplink và downlink.

Trong TDD-LTE, việc sử dụng chung một kênh tần số của cả bộ thu và bộ phátkhiến hệ thống có thể sử dụng lại các thiết bị như: các bộ lọc, bộ trộn… nhờ đó giảmbớt được tính phức tạp cũng như chi phí cần thiết để cách ly tín hiệu thu và tín hiệuphát

Về cơ bản, hai phiên bản công nghệ LTE này chỉ khác biệt về lớp vật lý Điều đó

có nghĩa là bộ xử lý trong thiết bị người dùng có thể hỗ trở cả hai phiên bản công nghệnày chỉ với một sự điều chỉnh nhỏ

Giá trị nhỏ nhất của tài nguyên (cả FDD và TDD) có thể được phân bố ở đườnglên và đường xuống được gọi là một khối tài nguyên (RB) Một RB có độ rộng là180kHz và kéo dài trong một khe thời gian là 0,5ms Với LTE tiêu chuẩn thì một RBbao gồm 12 sóng mang con với khoảng cách giữa các sóng mang con là 15kHz, và choeMBMS với tùy chọn khoảng cách giữa các sóng mang con là 7,5 kHz và một RBgồm 24 sóng mang con cho 0,5ms

2.2.4 Các kĩ thuật sử dụng trong 4G LTE

LTE sử dụng kỹ thuật OFDMA cho truy cập đường xuống và SC-FDMA chotruy cập đường lên Kết hợp đồng thời với MIMO, các kỹ thuật về lập biểu, thích ứngđường truyền và yêu cầu tự động phát lại lai ghép

2.2.4.1 Kỹ thuật đa truy nhập đường xuống OFDMA

Kỹ thuật điều chế OFDM, về cơ bản, là một trường hợp đặc biệt của phươngpháp điều chế FDM, chia luồng dữ liệu thành nhiều đường truyền băng hẹp trongvùng tần số sử dụng, trong đó các sóng mang con (hay sóng mang phụ, sub- carrier)trực giao với nhau Do vậy, phổ tín hiệu của các sóng mang phụ này được phép chồnglấn lên nhau mà phía đầu thu vẫn khôi phục lại được tín hiệu ban đầu Sự chồng lấnphổ tín hiệu này làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều sovới các kĩ thuật điều chế thông thường

Hình2.7 Kỹ thuật OFDMALTE sử dụng OFDM trong kỹ thuật truy cập đường xuống vì nó có các ưu điểm sau:

 OFDM có thể loại bỏ hiện tượng nhiễu xuyên kí hiệu ISI (Inter-SymbolInterference) nếu độ dài chuỗi bảo vệ (guard interval) lớn hơn độ trễ truyềndẫn lớn nhất của kênh truyền

 Thực hiện việc chuyển đổi chuỗi dữ liệu từ nối tiếp sang song song nên thờigian symbol tăng lên do đó sự phân tán theo thời gian gây bởi trải trễ dotruyền dẫn đa đường giảm xuống

 Tối ưu hiệu quả phổ tần do cho phép chồng phổ giữa các sóng mang con

 OFDM phù hợp cho việc thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng (hệthống có tốc độ truyền dẫn cao), ảnh hưởng của sự phân tập về tần số(frequency selectivity) đối với chất lượng hệ thống được giảm thiểu nhiều sovới hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang

 Cấu trúc máy thu đơn giản

 Thích ứng đường truyền và lập biểu trong miền tần số

 Tương thích với các bộ thu và các anten tiên tiến

2.2.4.2 Kỹ thuật đa truy cập đường lên SC-FDMA

Việc truyền OFDMA phải chịu một tỷ lệ công suất đỉnh-đến-trung bình (PAPR)cao, điều này có thể dẫn đến những hệ quả tiêu cực đối với việc thiết kế một bộ phátsóng nhúng trong UE Đó là, khi truyền dữ liệu từ UE đến mạng, cần có một bộkhuếch đại công suất để nâng tín hiệu đến lên một mức đủ cao để mạng thu được Bộkhuếch đại công suất là một trong những thành phần tiêu thụ năng lượng lớn nhấttrong một thiết bị, vì thế nên hiệu quả công suất càng cao càng tốt để làm tăng tuổi thọpin của máy 3GPP đã tìm một phương án truyền dẫn khác cho hướng lên LTE SC-FDMA được chọn bởi vì nó kết hợp các kỹ thuật với PAPR thấp của các hệ thốngtruyền dẫn đơn sóng mang, như GSM và CDMA, với khả năng chống được đa đường

Hình 2.8 So sánh kỹ thuật OFDMA và SC-FDMAHình trên cho thấy sự khác nhau trong quá trình truyền các ký hiệu số liệu theothời gian Trên hình này ta coi mỗi người sử dụng được phân thành

4 sóng mang con (P = 4) với băng thông con bằng 15KHz, trong đó mỗi ký hiệuOFDMA hoặc SC-FDMA truyền 4 ký hiệu số liệu được điều chế QPSK cho mỗingười sử dụng Đối với OFDMA 4 ký hiệu số liệu này được truyền đồng thời vớibăng tần con cho mỗi ký hiệu là 15KHz trong mỗi khoảng thời gian hiệu dụng TFFTcủa một ký hiệu OFDMA, trong khi đó đối với SC-FDMA, 4 ký hiệu số liệu nàyđược truyền lần lượt trong khoảng thời gian bằng 1/P (P

= 4) thời gian hiệu dụng ký hiệu SC-FDMA với băng tần con bằng P x 15KHz (4 x 15KHz) cho mỗi ký hiệu

Trong OFDM, biến đổi Fourier nhanh FFT dùng ở bên thu cho mỗi khối ký tự,

và đảo FFT ở bên phát Còn ở SC-FDMA sử dụng cả hai thuật toán này ở cả bên phát

và bên thu

2.2.4.3 Kỹ thuật MIMO

Trung tâm của LTE là ý tưởng của kỹ thuật đa ăng ten, được sử dụng để tăngvùng phủ sóng và khả năng của lớp vật lý Thêm vào nhiều ăng ten hơn với một hệthống vô tuyến cho phép khả năng cải thiện hiệu suất bởi vì các tín hiệu phát ra sẽ cócác đường dẫn vật lý khác nhau Có ba loại chính của kỹ thuật đa ăng ten Đầu tiên nó

giúp sử dụng trực tiếp sự phân tập đường dẫn trong đó một sự bức xạ đường dẫn có thể

bị mất mát do fading và một cái khác có thể không Thứ hai là việc sử dụng kỹ thuậthướng búp sóng (beamforming) bằng cách điều khiển mối tương quan pha của các tínhiệu điện phát ra vào các anten với năng lượng truyền lái theo tự nhiên Loại thứ ba sửdụng sự phân tách không gian ( sự khác biệt đường dẫn bằng cách tách biệt các anten )thông qua việc sử dụng ghép kênh theo không gian và sự tạo chùm tia, còn được gọi là

kỹ thuật đa đầu vào, đa đầu ra (MIMO)

Hình 2.9 Kỹ thuật MIMO

 Đơn đầu vào đơn đầu ra (SISO)

Chế độ truy nhập kênh vô tuyến đơn giản nhất là đơn đầu vào đơn đầu ra (SISO),trong đó chỉ có một anten phát và một anten thu được sử dụng Đây là hình thức truyềnthông mặc định kể từ khi truyền vô tuyến bắt đầu và nó là cơ sở để dựa vào đó tất cảcác ký thuật đa anten được so sánh

 Đơn đầu vào đa đầu ra (SIMO)

Chế độ thứ hai là đơn đầu vào đa đầu ra (SIMO), trong đó sử dụng một máy phát

và hai hoặc nhiều hơn máy thu SIMO thường được gọi là phân tập thu Chế độ truynhập kênh vô tuyến này đặc biệt thích hợp cho các điều kiện tín hiệu-nhiễu (SNR)thấp Trong đó có một độ lợi lý thuyết có thể đạt được là 3dB khi hai máy thu được sửdụng, không có thay đổi về tốc độ dữ liệu khi chỉ có một dòng dữ liệu được truyền,nhưng vùng phủ sóng ở biên ô được cải thiện do sự giảm của SNR sử dụng được

 Đa đầu vào đơn đầu ra (MISO)

Chế độ đa đầu vào đơn đầu ra (MISO) sử dụng số máy phát là hai hoặc nhiềuhơn và một máy thu MISO thường được gọi là phân tập phát Cùng một dữ liệu đượcgửi trên cả hai anten phát nhưng với chế độ mã hóa như vậy mà máy thu chỉ có thể nhậnbiết từng máy phát Phân tập phát làm tăng mạnh của tín hiệu bị phading và có thể làmtăng hiệu suất trong những điều kiện SNR phấp MISO không làm tăng tốc độ dữ liệu,nhưng nó hỗ trợ các tốc độ dữ liệu tương tự nhau bằng cách sử dụng ít năng lượng hơn.Phân tập phát có thể được tăng cường với phản hồi vòng đóng từ máy thu để chỉ ra sựtruyền cân bằng tối ưu của pha và công suất được sử dụng cho mỗi anten phát

 Đa đầu vào đa đầu ra (MIMO)

Phương thức truyền cuối cùng là sử dụng hai hoặc nhiều máy phát và hai hoặcnhiều máy thu MIMO là một phần tất yếu của LTE để đạt được các yêu cầu đầy thamvọng về thông lượng và hiệu quả sử dụng phổ MIMO cho phép sử dụng nhiều anten ởmáy phát và máy thu Với hướng tải xuống, MIMO 2x2 (2 anten ở thiết bị phát, 2anten ở thiết bị thu) được xem là cấu hình cơ bản, và MIMO 4x4 cũng được đề cập vàđưa vào bảng đặc tả kỹ thuật chi tiết Hiệu năng đạt được tùy thuộc vào việc sử dụngMIMO Trong đó, kỹ thuật ghép kênh không gian (spatial multiplexing) và phát phântập (transmit diversity) là các đặc tính nổi bật của MIMO trong công nghệ LTE

Giới hạn chính của kênh truyền thông tin là can nhiễu đa đường giới hạn vềdung lượng theo quy luật Shannon MIMO lợi dụng tín hiệu đa đường giữa máy phát

và máy thu để cải thiện dung lượng có sẵn cho bởi kênh truyền Bằng cách sử dụngnhiều anten ở bên phát và thu với việc xử lý tín hiệu số, kỹ thuật MIMO có thể tạo racác dòng dữ liệu trên cùng mộ t kênh truyền, từ đó làm tăng dung lượng kênh truyền.2.3 Công cụ sử dụng Tems Discovery

2.3.1 tổng quan Tems Discovery

- Tems Discovery là Công cụ đọc, phân tích và báo cáo log file của Ascom TEMS

- Các công nghệ được hỗ trợ

 IS-95/cdma2000 1x

 EV-DO (Rev 0/ Rev A)

 2 loại projects: private và public.

 Project bao gồm datasets, composite datasets và archives

 Mỗi dataset chứa logfile data dễ dàng tổ chức theo operator, device, IMSI,processing date,…

Hình 2.10 Ví dụ project

- Linh hoạt data binning

 Import binning theo thời gian ( Time )

• Frame level resolution

• Smart selection

 Binning theo khu vực địa lý

- Có nhiều cách hiển thị dữ liệu.

- Hỗ trợ hoàn toàn dữ liệu GIS

 Terain elevation data