ENODEB trong LTE

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG PHẠM THỊ THANH LOAN ENODEB TRONG LTE Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông Mã số: 60.52.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2013 2 Luận văn được hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng Phản biện 1: …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… Phản biện 2: …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Vào lúc: giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông 3 MỞ ĐẦU Công nghệ LTE đang được nghiên cứu và phát triển rộng rãi trên thế giới, LTE cung cấp cho người dùng tốc độ truy cập dữ liệu nhanh, cho phép phát triển thêm nhiều dịch vụ truy cập sóng vô tuyến mới dựa trên nền tảng hoàn toàn IP, có thể đáp ứng được nhu cầu truy cập dữ liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng thông rộng của người dùng. Kiến trúc eNodeB là một phần quan trọng trong hệ thống thông tin di động LTE, nhiệm vụ của eNodeB là một nút vật lý phát và thu các tín hiệu vô tuyến trên một hay nhiều anten để phủ sóng cho một ô. Để chuẩn bị tiến tới công cuộc 4G/LTE trong thời gian tới, với hạ tầng mạng của các nhà mạng Việt Nam không ngừng phát triển, thay đổi cả về công nghệ lẫn mô hình cấu trúc thì việc tìm hiểu về kiến trúc thiết bị để đưa ra các đánh giá và lựa chọn thiết bị phù hợp với hệ thống hạ tầng viễn thông ở Việt Nam là mối quan tâm hàng đầu của các nhà mạng. Luận văn có 4 chương, trong đó 3 chương là quan trọng nhất, tập trung nghiên cứu về cấu trúc tổng quan các yêu cầu chung về kiến trúc máy thu, máy phát eNodeB, xét các yêu cầu chất lượng tín hiệu phát, công suất đầu ra máy phát, các phát xạ không mong muốn, tỷ lệ dò kênh lân cận đồng thời xét mức độ nhập tham chuẩn, dải động, độ nhậy đối với nhiễu của máy thu, phát xạ máy thu, và xét hiệu năng giải điều chế của eNodeB; về tổng quan về kiến trúc cơ sở, cấu trúc phần cứng, phần mềm eNodeB, đưa ra các tiêu chí chung thiết kế eNodeB làm cơ sở lựa chọn nhà cung cấp thiết bị, và nghiên cứu cụ thể về thiết bị eNodeB của Huawei; bên cạnh đó, phân thích tình hình triển khai eNodeB trên thế giới và ở Việt Nam. Luận văn gồm các chương: Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VÔ TUYẾN LTE Chương 2: KIẾN TRÚC THU PHÁT SÓNG TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG MỚI Chương 3: KIẾN TRÚC ENODEB TRONG LTE Chương 4: NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI ENODEB TRONG LTE TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM 4 Chương 1- TỔNG QUAN VỀ VÔ TUYẾN TRONG LTE 1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE LTE là công nghệ có khả năng cung cấp cho người dùng tốc độ truy cập dữ liệu nhanh, cho phép các nhà khai thác có thể phát triển thêm nhiều dịch vụ truy cập sóng vô tuyến mới dựa trên nền tảng hoàn toàn IP với: tốc độ truyền dữ liệu cao, độ trễ thấp và công nghệ truy cập sóng vô tuyến gói dữ liệu tối ưu về: - Hiệu quả sử dụng phổ - Trễ (latency) - Băng thông - Tính tương tác - Giá thành - Tính di động - Chất lượng dịch vụ (QoS) - Tốc độ dữ liệu 1.2 Các giao thức trên giao diện vô tuyến LTE Giao diện vô tuyến giữa UE và eNodeB được ký hiệu là LTE Uu. Các chức năng trong eNodeB có thể xử lý nhanh hơn các thay đổi trên đường truyền vô tuyến nhanh hơn. Ngoài ra mạng lõi là mạng lõi gói phát triển được xây dựng trên nền IP. Hình 1.1. Kiến trúc mạng 4G LTE 1.3 Các kênh trên giao diện vô tuyến của LTE Mạng truy nhâp vô tuyến LTE đựơc đơn giản hóa và giảm xuống chỉ còn eNodeB và giao diện vô tuyến là giao diện giữ UE và eNodeB. Giao diện vô tuyến gồm lớp 1: lớp các kênh vật lý, lớp 2: lớp các kênh truyền tải để điều khiển truy nhập môi trường và lớp 3: lớp các kênh logic để điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC) LTE Uu 5 Cấu trúc các kênh của LTE được đơn giản hóa so với 3G. Trừ các kênh điều khiển RACH và BCH được sắp xếp các kênh vật lý riêng (PRACH/PBCH), tất cả các kênh còn lại đều đựơc sắp xếp lên kênh vật lý chia sẻ: PDSCH/PUSCH. 1.4 Quản lý di động trong LTE 1.4.1. Vùng đeo bám, TA Vị trí của UE được MME nhận biết với độ chính xác đến vùng theo bám (TA: Tracking Area). Khi UE ở trạng thái rỗi, mỗi lần chuyển dịch từ một TA này sang một TA khác nó phải thực hiện thủ tục TA để thông báo cho MME về TA mới. 1.4.2. Chuyển giao nội LTE Các chuyển giao trong E-UTRAN được xây dừng trên các nguyên tắc sau:  Các chuyển giao được mạng điều khiển.  Chuyển giao theo các kết quả đo của UE  Các chuyển giao trong UE với chủ đích không tổn thất bằng cách chuyển lưu lượng giữa eNodeB nguồn và eNodeB gói.  Kết nối S1 của mạng lõi chỉ được cập nhật khi chuyển giao vô tuyến đã hoàn thành. 1.4.2.1. Báo hiệu cho chuyển giao Các thủ tục báo hiệu được chia thành ba giai đoạn: chuẩn bị chuyển giao, thực hiện chuyển giao và hoàn thành chuyển giao. 1.4.2.2. Đo chuyển giao Khi thỏa mãn điều kiện ngưỡng để báo cáo, UE gửi các kết quả đo chuyển giao đến eNodeB. 1.4.2.3. Chuyển giao giữa các hệ thống Tất cả các thông tin từ hệ thống đích được truyền trong suốt qua hệ thống nguồn đến UE. Số liệu của người sử dụng có thể được truyền từ nguồn đến hệ thống đích để tránh mất số liệu. 6 1.5 Cấu trúc tài nguyên truyền dẫn trong LTE 1.5.1 Quy hoạch tần số cho 4G/LTE Bảng 1.4 liệt kê các băng tần hiện thời được quy định cho LTE. Bảng 1.1. Các băng tần LTE Băng LTE Đường lên Đường xuống Chế độ song công 1 1920MHz-1980 MHz 2110 MHz – 2170 MHz FDD 2 1850 MHz – 1910 MHz 1930 MHz – 1990 MHz FDD 3 1710 MHz – 1785 MHz 1805 MHz – 1880 MHz FDD 4 1710 MHz – 1755 MHz 2110 MHz – 2155 MHz FDD 5 824 MHz – 849 MHz 869 MHz – 894 MHz FDD 6 830 MHz – 840 MHz 875 MHz – 885 MHz FDD 7 2500 MHz – 2570 MHz 2620 MHz – 2690 MHz FDD 8 880 MHz – 915 MHz 925 MHz – 960 MHz FDD 9 1749,9 MHz – 1784,9 Hz 1844,9 MHz – 1879,9 MHz FDD 10 1710 MHz – 1770 MHz 2110 MHz – 2170 MHz FDD 11 1427,9 MHz –1452,9 MHz 1475,9 MHz – 1500,9 MHz FDD 12 698 MHz – 716 MHz 728 MHz – 746 MHz FDD 13 777 MHz – 787 MHz 746 MHz – 756 MHz FDD 14 788 MHz – 798 MHz 758 MHz – 768 MHz FDD 17 704 MHz – 716 MHz 734 MHz – 746 MHz FDD 18 815 MHz – 830 MHz 860 MHz – 875 MHz FDD 19 830 MHz – 845 MHz 875 MHz – 890 MHz FDD … 33 900 MHz – 1920 MHz 1900 MHz – 1920 MHz TDD 34 2010 MHz – 2025 MHz 2010 MHz – 2025 MHz TDD 35 1850 MHz – 1910 MHz 1850 MHz – 1910 MHz TDD 36 1930 MHz – 1990 MHz 1930 MHz – 1990 MHz TDD 37 1910 MHz – 1930 MHz 1910 MHz – 1930 MHz TDD 38 2570 MHz – 2620 MHz 2570 MHz – 2620 MHz TDD 39 1880 MHz – 1920 MHz 1880 MHz – 1920 MHz TDD 40 2300 MHz – 2400 MHz 2300 MHz – 2400 MHz TDD 1.5.2. Tổ chức kênh tần số trong LTE 1.5.2.1. Băng thông kênh và cấu hình băng thông truyền dẫn Độ rộng sóng mang LTE được định nghĩa bằng các khái niệm băng thông kênh (B channel ) và cấu hình băng thông truyền dẫn (B config) 7 Bảng 1.2. Cấu hình băng thông truyền dẫn B config trong LTE Băng thông kênh B channel , (MHz) Cấu hình băng thông truyền dẫn, N RB Cấu hình băng thông truyền dẫn B config , (MHz) 1,4 6 1,08 3 15 2,7 5 25 4,5 10 50 9 15 75 13,5 20 100 18 1.5.2.2. Sắp xếp kênh tần số Các kênh của LTE được sắp xếp theo mành phổ 100 KHz, nghĩa là tần số trung tâm phải là một số nguyên lần 100 kHz. So sánh với UMTS sắp xếp kênh theo mành 200 KHz. Khoảng cách giữa các sóng mang sẽ phụ thuộc vào kịch bản triển khai, kích thước của khối tần số khả dụng và các băng thông kênh. Khoảng cách kênh chuẩn giữa hai sóng mang LTE được xác định như sau: Khoảng cách kênh chuẩn = (B channel1 - B channel2 )/2 (1.1) 1.6. Kết luận chương Mạng LTE LTE ra đời đã thể hiện những ưu điểm vượt trội so với các mạng thế hệ trước. Để đạt được các mục tiêu, LTE sẽ phải sử dụng các kỹ thuật mới: OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access - Truy cập đa phân chia theo tần số trực giao) cho hướng DL và SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access - Truy cập đa phân chia theo tần số sóng mang đơn) cho hướng UL, thêm vào đó, việc sử dụng thiêt bị ở phần truy nhập E-UTRAN của LTE, đơn giản chỉ là mạng gồm các eNodeB cũng là một yêu cầu tất yếu. Chương này đã trình bày đặc điểm cơ bản của công nghệ LTE, tổng quan kiến trúc mạng LTE LTE và những nghiên cứu về giao thức trên giao diện vô tuyến LTE… để làm cơ sở cho những chương sau nghiên cứu về thiết bị của LTE, cụ thể ở đây là thiết bị eNodeB trong LTE. 8 Chương 2- KIẾN TRÚC THU PHÁT SÓNG TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI DỘNG MỚI 2.2. Kiến trúc máy thu 2.2.1. Mức độ nhạy tham chuẩn Mức độ nhậy tham chuẩn là công suất thu trung bình tối thiểu tại connectơ anten mà tại đó yêu cầu thông lượng vẫn được thực hiện. Mục đích của yêu cầu này là để kiểm tra hệ số tạp âm của máy thu. Đối với các băng thông kênh ≤ 5MHz, kênh đo tham chuẩn được định nghĩa trên cơ sở tất cả các khối tài nguyên được ấn định cho băng thông kênh này. Đối với các băng thông > 5MHz, độ nhạy được đo bằng cách sử dụng các khối liên tục gồm 25RB. Độ nhạy được tính như sau:     IMrepRB MNFkHzNHzdBmdBmP   3,max 1 min 180.lg10.174  (2.1) 2.2.2. Dải động Yêu cầu dải động là một số đo khả năng máy thu thu được tín hiệu khi có mặt tín hiệu nhiễu trong kênh tần số thu mà tại đó yêu cầu về thông lượng vẫn được đảm bảo. Mục đích của yêu cầu này là đảm bảo rằng trạm gốc vẫn có thể thu được thông lượng cao khi có mặt nhiễu tăng và các mức tín hiệu mong muốn cao. Công suất tín hiệu nhiễu được xác định như sau:     dBNFkHzNHzdBmdBmI RB 20180.lg10/174  (2.2) Biết nhiễu ta có thể tính được công suất tín hiệu mong muốn như sau:   imreqmmIMreq mm MIdBmpm I p  3,3, .  (2.3) 2.2.3. Độ nhạy cảm máy thu với tín hiệu gây nhiễu a) Tổng quan Các kịch bản liên quan đến yêu cầu độ nhạy cảm đối với tín hiệu khác nhau được thể hiện trên hình 2.1. Trong tất cả các trường hợp khi tín hiệu gây nhiễu là một 9 tín hiệu LTE, nhiễu có cùng băng thông với tín hiệu mong muốn nhưng lớn nhất là 5MHz. Hình 2.1. Các yêu cầu đối với độ nhạy cảm của máy thu đối với tín hiệu liên quan đến: chặn, chọn lọc kênh lân cận (ACS), và chọn lọc trong băng (ICS). b) Chọn lọc trong băng (ICS) Yêu cầu chọn lọc trong băng (ICS: In channel Selectivity) là số đo khả năng máy thu thu được tín hiệu mong muốn tại các khối tài nguyên được ấn định cho nó khi có mặt tín hiệu nhiễu thu được tại mật độ phổ công suất lớn hơn mà vẫn đảm bảo yêu cầu thông lượng cực đại đối với kênh đo tham chuẩn được đặc tả. Mục đích của yêu cầu này là để đảm bảo độ chọn lọc khối tài nguyên lân cận trong băng. Công suất tín hiệu nhiễu được xác định như sau: I[dBm]=-174dBm/Hz +101g(N RB .180kHz)+NF+  req,3 +16dB (2.4) Biết nhiễu ta có thể tính được công suất tín hiệu mong muốn như sau: P mm [dBm] = -174dBm +101g(N RB .180kHz)+NF+  req,3 + D sen +M IM (2.5) c) Chọn lọc kênh lân cận (ACS) và nhiễu chặn băng hẹp Yêu cầu chọn lọc kênh lân cận (ACS) và chặn băng hẹp là số đo khả năng máy thu thu được tín hiệu mong muốn tại tần số được ấn định cho nó khi có mặt tín hiệu gây nhiễu kênh lân cận mà vẫn đảm bảo yêu cầu thông lượng. Mục đích của yêu cầu này là để kiểm chứng độ chọn lọc kênh lân cận. Độ chọn lọc và chặn băng hẹp có tầm quan trọng để tránh nhiễu giữa các nhà khai thác. ACS là hiệu số giữa công suất tín hiệu gây nhiễu trung bình (P min ) và công suất nhiễu cực đại cho phép (I max ) được tính toán như sau: 20MHz Chặn băng hẹp 1RB ACS Chặn (ngoài băng) CW Chặn (trong băng) Kịch bản ICS Các RB “mong muốn” Các RB “gây nhiễu” Tín hiệu LTE 10 3.max3. max ][ reqnmreq mm SNRPdVBmISNR I P  (2.6) d) Nhiễu chặn Yêu cầu chặn là số đo khả năng thu được tín hiệu mong muốn tại tần số kênh được ấn định khi có mặt một nhiễu không mong muốn mà vẫn đảm bảo yêu cầu thông lượng. Mục đích của yêu cầu này là để kiểm tra độ chọn lọc tại các tần số khác nhau ngoại trừ kênh lân cận. e) Phát xạ giả của máy thu Công suất phát xạ giả là công suất được tạo ra hay được khuếch đại trong máy thu và xuất hiện tại connecto anten thu trạm gốc. Yêu cầu tối thiểu đối với phát xạ giả máy thu được cho trong bảng 2.1. Bảng 2.1. Yêu cầu tối thiểu đối với phát xạ giả máy thu Dải tần Mức cực đại Băng thông đo 30MHz - 1 GHz -57 dBm 100 kHz 1GHz - 12.75 GHz -47 dBm 1 MHz f) Điều chế giao thoa máy thu Loại bỏ đáp ứng điều chế giao thoa là một số đo khả năng máy thu thu được tín hiệu mong muốn tại tần số kênh được ấn định cho nó khi có mặt hai tín hiệu gây nhiễu có quan hệ tần số đặc biệt với tín hiệu mong muốn mà vẫn đảm bảo yêu cầu thông lượng. Yêu cầu hiệu năng điều chế giao thoa quy định, công suất trung bình của tín hiệu mong muốn bằng P min + 6dB, công suất trung bình của tín hiệu gây nhiễu bằng -52dBm, dịch tần giữa tần số tín hiệu nhiễu CW với biên kênh tín hiệu mong muốn bằng 1,5 băng thông kênh tín hiệu gây nhiễu LTE và kiểu tín hiệu. 2.3. Kiến trúc máy phát và các bộ khuếch đại công suất 2.3.1 Công suất phát đầu ra Công suất đầu ra ảnh hưởng trực tiếp lên nhiễu giữa các ô sử dụng cùng kênh và biên độ phát xạ bên ngoài băng công tác. Vì thế nó ảnh hưởng đến khả năng hệ [...]... chuẩn, dải động, độ nhạy đối với nhiễu của máy thu, độ chọn lọc trong băng, chọn lọc kênh lân cận và nhiều chặn băng hẹp, nhiều chặn, phát xạ giá của máy thu, điều chế giao thoa ngoài ra chương cũng xét hiệu năng giải điều chế của eNodeB 13 Chương 3: KIẾN TRÚC ENODEB TRONG LTE 3.2 Giới thiệu chung về eNodeB cho LTE 3.2.1 Kiến trúc cơ sở của eNodeB: 3.2.1.1 Kiến trúc cơ sở Kiến trúc eNode được thiết kế... dịch vụ LTE trên hơn 50 nước trên thế giới Tính đến tháng 9/2013 trên thế giới có tổng số 298 nhà cung cấp cam kết triển khai mạng LTE trên 131 quốc gia Tính đến nay, TeliaSonera chỉ mới có hơn 5000 người thuê bao dịch vụ LTE với gần 900 eNodeB đã triển khai ở Thụy Điển Verizon USA đứng đầu trong bảng xếp hạng các nhà mạng có nhiều thuê bao LTE nhất, với 3,1 triệu thuê bao vàhơn 100 nghìn eNodeB đã... kiến trúc phần cứng của một eNodeB Các xu thế thiết kế các eNode hiện đại đều hướng đến đa băng đa chuẩn, số hoá và SDR Chương xét các kiến trúc eNodeB từ đó là cơ sở lựa chọn nhà cung cấp phù hợp với các nhà mạng Chương đã xét các giải pháp triển khai mạng DBS khác nhau, nghiên cứu cụ thể về thiết bị của eNodeB của hãng Huawei 20 Chương 4 - NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI ENODEB TRONG LTE TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI... triển khai eNodeB trên thế giới 4.1.1 Xu hướng triển khai - TeliaSonera là telco đầu tiên thương mại hóa LTE vào năm 2010, sau đó Telstra (Úc) là triển khai LTE rộng rãi đầu tiên trên thế giới vào cuối năm 2011 tại Úc Song song đó, Ericsson là nhà sản xuất thiết bị đầu tiên phát triển các hạ tầng phục vụ hệ thống mạng LTE - Ericsson và Alcatel-Lucent là các đối tác cung cấp cơ sở hạ tầng LTE, NodeB... đầu đưa ra các dịch vụ LTE từ năm 2010 Hiện nay Ericsson cũng là hãng cung cấp cơ sở hạ tầng LTE cho nhà mạng NTT DoCoMo - Nhà mạng với số thuê bao lớn nhất thế giới như China Mobile (Trung Quốc) và Bharti Airtel (Ấn Độ) đã kiên kết thành lập nhóm phát triển chuẩn LTE gọi tắt là GTI Huawei là nhà cung cấp chínhcơ sở hạ tầng LTE cho nhóm phát triển này 4.1.2 Tình hình triển khai LTE trên thế giới Cuối... với eNodeB và trước hết xét các yêu cầu đối với máy phát eNodeB Liên quan đến các yêu cầu này, chương đã xét các yêu cầu chất lượng tín hiệu phát (EVM), công suất đầu ra máy phát, các phát xạ không mong muốn, tỷ lệ rò kênh lân cận, đồng tồn tại với các hệ thống khác trên các sóng mang lân cận trong cùng băng tần công tác cũng như trong các băng tần lân cận Chương đã xét các yêu cầu đối với máy thu eNodeB. .. đồng ý cho 5 doanh nghiệp gồm VNPT, Viettel, FPT Telecom, CMC và VTC được thử nghiệm mạng di động 4G /LTE VNPT sẽ được VDC triển khai với 15 trạm eNodeB tại Hà Nội, bán kính phủ sóng mỗi trạm khoảng 1km Viettel đã bắt đầu thử nghiệm mạng LTE với 40 eNodeB phát tại 2 quận Đống Đa và Ba Đình ở Hà Nội, và 40 eNodeB tại quận Tân Bình và Tân Phú ở thành phố Hồ Chí Minh 22 Đối với các doanh nghiệp như FPT,... máy 19 inch - Kịch bản sử dụng cấu hình BBU+RRU+tường trong nhà - Kịch bản sử dụng cấu hình BBU+RRU+ ICR - Kịch bản sử dụng cấu hình BBU+RRU+ IMB03 - Kịch bản sử dụng cấu hình BBU+RRU+ OMB 4.4 Kết luận chương Trong chương này em đã trình bày tìm hiểu về tình hình triển khai LTE trên thế giới Chương trình bầy tình hình triển khai LTE và số lượng eNodeB triển khai tại một số quốc gia trên thế giới như... phần mềm eNodeB, đưa ra các tiêu chí chung thiết kế eNodeB làm cơ sở lựa chọn nhà cung cấp thiết bị, và nghiên cứu cụ thể về thiết bị eNodeB của Huawei - Phân thích tình hình triển khai eNodeB trên thế giới và ở Việt Nam Tuy nhiên, do kiến thức và thực nghiệm còn hạn chế nên luận văn mới chỉ dừng lại ở phần tìm hiểu về kiến trúc enNodeB, chưa nghiên cứu sâu về các vấn đề khai thác và bảo dưỡng eNodeB, ... bao vàhơn 100 nghìn eNodeB đã triển khai tại Mỹ và một số quốc gia khác NTT DoCoMo Nhật Bản với hơn 388 ngàn thuê bao với 10 nghìn eNodeB 21 Ở Châu Âu, nhà mạng có nhiều thuê bao LTE nhất là Vodafone D2 ở Đức với 52 ngàn thuê bao với 8 nghìn eNodeB 4.2 Tình hình triển khai eNodeB tại Việt Nam 4.2.1 Xu hướng nhu cầu sử dụng tại Việt Nam Hạ tầng mạng viễn thông của Việt Nam không ngừng được phát triển, . TRIỂN KHAI ENODEB TRONG LTE TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM 4 Chương 1- TỔNG QUAN VỀ VÔ TUYẾN TRONG LTE 1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE LTE là công. giải điều chế của eNodeB. 13 Chương 3: KIẾN TRÚC ENODEB TRONG LTE 3.2 Giới thiệu chung về eNodeB cho LTE 3.2.1 Kiến trúc cơ sở của eNodeB: 3.2.1.1