Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4g LTE

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHỊNG ISO 9001:2015 NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG 4G LTE ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỬ TRUYỀN THƠNG HẢI PHÒNG - 2019 CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AMPS Advanced Mobile Phone Sytem Hệ thống điện thoại di động tiên tiến BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng DL- Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống Enhanced Data Rates for GSM Tốc độ số liệu tăng cường để Evolution phát triển GSM General Packet Radio Service Dịch vụ vơ tuyến gói chung SCH EDGE GPRS HSCSD High Speed Circuit Switched Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao Data HSDPA High Speed Downlink Package Truy nhập gói đường xuống tốc Access độ cao MAC Medium Access Control Điều khiển truy cập môi trường MCCH Multicast Control Channel Kênh điều khiển multicast MCH Multicast Channel Kênh multicast MIMO Multiple input Multiple Output Đa nhập đa xuất MTCH Multicast Traffic Channel Kênh lưu lượng multicast PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển tìm gọi PCH Paging channe Kênh tìm gọi PDCP Packet Data Convergence Giao thức hội tụ số liệu gói Protocol PDU Protocol Data Unit Đơn vị liệu giao thức PHY Physical layer Lớp vật lý DTCH Dedicated Traffic Channel Kênh lưu lượng dành riêng RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến SDU Service Data Unit Đơn vị liệu dịch vụ TACS Total Access Communication Hệ thống giao tiếp truy cập tổng Sytem hợp Uplink shared channel Kênh chia sẻ đường lên ULSCH MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 13 CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG & GIỚI THIỆU VỀ MẠNG 4G LTE 15 1.Tổng quan hệ thống thông tin di động: 15 1.1.1 Hệ thống thông tin di động hệ thứ ( 1G) 15 1.1.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ hai ( 2G) 17 1.1.3 Hệ thống thông tin di động hệ thứ ( 3G) 22 1.1 Giới thiệu mạng 4G LTE 24 CHƯƠNG - KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC 28 1.1 Kiến trúc mạng LTE 28 1.1.1 Tổng quan cấu hình kiến trúc hệ thống 29 1.1.2 Thiết bị người dùng ( UE) 30 1.1.3 E-UTRAN NodeB (eNodeB) 31 1.1.4 MME (Mobility Management Entity) : 33 1.1.5 Cổng phục vụ ( S-GW) 36 2.1.6 Cổng mạng liệu gó i( P-GW) 38 2.1.7 Chức sách tính cước tài nguyên ( PCRF) 40 2.1.8 Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) 42 2.2.Các giao diện giao thức cấu hình kiến trúc hệ thống42 2.3 QoS kiến trúc dịch vụ mang chuyển 47 2.4 Giao thức trạng thái chuyển tiếp trạng thái 48 2.5 Hỗ trợ tính di động liên tục 49 2.6 Kiến trúc hệ thống phát quảng bá đa điểm 53 CHƯƠNG - TRUY CẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE………………….55 3.1 Các chế độ truy nhập vô tuyến 58 3.2 Băng tần truyền dẫn 58 3.3 Các băng tần hỗ trợ 59 3.4 Kỹ thuật đa truy nhập cho đường xuống OFDMA 61 3.4.1 OFDM 61 3.4.2 Các tham số OFDMA 64 3.4.3 Truyền dẫn liệu hướng xuống 67 1- Các kênh điều khiển hướng xuống 68 3.5 Kỹ thuật đa truy nhập đường lên LTE SC-FDMA 69 3.5.3 Truyền dẫn liệu hướng lên 72 3.6 Tổng quan kỹ thuật đa ăng ten MIMO 76 3.6.1 Đơn đầu vào Đơn đầu (SISO) 77 3.6.2 Đơn đầu vào đa đầu (SIMO) 78 3.6.3 Đa đầu vào đơn đầu (MISO) 78 3.6.4 Đa đầu vào đa đầu (MIMO) 78 3.6.5 Ăng ten MIMO 4G LTE 81 3.6.5.I Chế độ truyền dẫn đa ăng ten đường xuống LTE 82 3.6.5.2 Chế độ đa ăng ten hướng lên LTE 84 CHƯƠNG - LỚP VẬT LÝ LTE 86 4.1 Các kênh truyền tải ánh xạ c chúng tới kênh vật lý 86 4.2 Điều chế 88 4.3 Truyền tải liệu người sử dụng hướng lên 89 4.4 Truyền dẫn liệu người dùng hướng xuống 95 4.5 Truyền dẫn tín hiệu lớp vật lý hướng lên 99 4.5.1 Kênh điều khiển đường lên vật lý ( PUCCH) 101 4.5.2 Cấu hình PUCCH 102 4.5.3 Báo hiệu điều khiển PUSCH 102 4.6 Cấu trúc PRACH (Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý) 106 4.7 Truyền dẫn báo hiệu lớp vật lý hướng xuống 108 4.7.1 Kênh thị định dạng điều khiển vật lý (PCFICH) 108 4.7.2 Kênh điều khiển hướng xuống vật lý ( PCDCH) 109 4.7.3 Kênh thị HARQ vật lý ( PHICH) 111 4.7.4 Các chế độ truyền dẫn hướng xuống 111 4.7.5 Kênh quảng bá vật lý ( PBCH) 112 4.7.6 Tín hiệu đồng 113 4.8.1 Thủ tục HARQ 114 4.8.2 Ứng trước định thời 116 4.8.3 Điều khiển công suất 117 4.8.4 Nhắn tin 118 4.8.5 Thủ tục báo cáo phản hồi kênh 118 4.8.6 Hoạt động chế độ bán song công 119 4.8.7 Các lớp khả UE đặc điểm hỗ trợ 120 4.9 Đo lường lớp vật lý 121 4.9.1 Đo lường eNodeB 121 4.9.2 Đo lường UE 122 4.10 Cấu hình tham số lớp vật lý 122 CHƯƠNG - CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP 124 5.1 Thủ tục dị tìm 124 5.1.1 Các bước thủ tục dị tìm 124 5.1.2 Cấu trúc thời gian/tần số tín hiệu đồng 126 5.1.3 Dò tìm ban đầu dị tìm lân cận 128 5.2 Truy nhập ngẫu nhiên 130 5.2.1 Bước : Truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên 132 5.2.2 Bước : Đáp ứng truy nhập ngẫu nhiên 136 5.2.3 Bước 3: Nhận dạng thiết bị đầu cuối 137 5.2.4 Bước 4: Giải tranh chấp 138 KẾT LUẬN 140 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sự phân bố tần số hệ thống GSM 18 Hình 2.1 Phát triển kiến trúc 3GPP 28 Hình 2.2 Kiến trúc thành phần mạng 29 Hình 2.2 Kiến trúc hệ thống cho mạng có E-UTRAN 33 Hình 2.4 Nguyên tắc hoạt động MME 35 Hình 2.5 Kết nối S-GW tới nút logic khác 37 Hình 2.6: P-GW kết nối tới node logic khác chức 40 Hình 2.7: PCRF kết nối tới nút logic khác & chức 41 Hình 2.8: Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển EPS 43 Hình 2.9: Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người dùng EPC 45 Hình 2.10: Các ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển mặt phẳng người dùng cho giao diện X2 46 Hình 2.11 Kiến trúc dịch vụ mang truyền EPS 48 Hình 2.12 Trạng thái UE chuyển tiếp trạng thái 49 Hình 2.13 Hoạt động chuyển giao 51 Hình 2.14 Khu vực theo dõi cập nhật cho UE trạng thái RRC rảnh rỗi 52 Hình 2.15 Khu vực dịch vụ eMBMS khu vực MBSFN 54 Hình 2.16 Kiến trúc logic eMBMS 55 Hình 2.17 Kiến trúc mặt phẳng người dùng eMBMS cho đồng nội dung 56 Bảng 3.1 Các băng tần vận hành E-UTRAN ( TS 36.101 ) 61 Hình 3.1 Biểu diễn tần số-thời gian tín hiệu OFDM 62 Hình 3.2 Sự tạo ký hiệu OFDM có ích sử dụng IFFT 62 Hình 3.3 Sự tạo chuỗi tín hiệu OFDM 63 Hình 3.4 Cấp phát sóng mang cho OFDM & OFDMA 63 Hình 3.5 Cấu trúc khung loại 64 Hình 3.6 Cấu trúc khung loại 65 Hình 3.7 Tài nguyên đường xuống 65 Hình 3.8 Ghép kênh thời gian – tần số OFDMA 67 Hình 3.9 Phát thu OFDMA 68 Hình 3.10 Sơ đồ khối DFT-S-OFDM 70 Hình 3.11 Tài nguyên đường lên 71 Bảng 3.4 Các tham số cấu trúc khung đường lên ( FDD&TDD) 72 Hình 3.12 Phát & thu hướng lên LTE 74 Hình 3.13 So sánh OFDMA & SC-FDMA truyền chuỗi ký hiệu liệu QPSK 75 Hình 3.14 Các chế độ truy nhập kênh vô tuyến 77 Hình 3.15 MIMO 2×2 , chưa có tiền mã hóa 79 Hình 3.16 Xử lý tín hiệu cho phân tập phát ghép kênh không gian (MIMO) 81 Hình 3.17: Ăng ten MIMO chế độ hướng lên 85 Hình 4.1 Ánh xạ kênh truyền tải hướng lên tới kênh vật lý 87 Hình 4.3: Các chòm điểm điều chế LTE 88 Hình 4.4: Cấp phát tài nguyên hướng lên điều khiển lập biểu eNodeB 90 Hình 4.5 Cấu trúc khung LTE FDD 91 Hình 4.5: Cấu trúc khung LTE FDD 91 Hình 4.7: Cấu trúc khe đường lên với tiền tố vịng ngắn dài 92 Hình 4.8 Chuỗi mã hóa kênh PUSCH 94 Hình 4.9 Ghép kênh thông tin điều khiển liệu 94 Hình 4.10 Cấp phát tài nguyên đường xuống eNodeB 95 Hình 4.11 Cấu trúc khe đường xuống cho băng thông 1,4MHz 96 Hình 4.12 Chuỗi mã hóa kênh DL-SCH 96 Hình 4.13 Ví dụ chia sẻ tài nguyên đường xuống PDCCH & PDSCH 97 10 Hình 4.14 Sự tạo thành tín hiệu hướng xuống 98 Hình 4.15 Tài nguyên PUCCH 101 Hình 4.16 Nguyên tắc điều chế liệu điều khiển 103 Hình 4.17 Cấp phát trường liệu & điều khiển khác PUSCH 104 Hình 4.18 Các dạng phần mở đầu LTE RACH cho FDD 107 Hình 4.19 Vị trí PBCH tầ n số trung tâm 112 Hình 4.20 tín hiệu đồng khung 113 Hình 4.21 Vận hành LTE HARQ với tiến trình 115 Hình 4.22 Định thời LTE HARQ cho gói tin đường xuống 115 Hình 4.23 Điều khiển định thời hướng lên 116 Hình 4.24 Cơng suất hướng lên LTE với thay đổi tốc độ liệu 117 Hình 4.25 Thủ tục báo cáo thơng tin trạng thái kênh (CSI) 118 Hình 4.26 Tự cấu hình cho PCI 123 Hình 5.1 Các tín hiệu đồng sơ cấp & thứ cấp ( giả thiết chiều dài tiền tố vịng bình thường ) 125 Hình 5.2 Sự hình thành tín hiệu đồng miền tần số 127 Hình 5.3 Tổng quan thủ tục truy nhập ngẫu nhiên 131 Hình 5.4 Minh họa cho truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên 133 Hình 5.5 Định thời phần mở đầu eNodeB cho người sử dụng truy nhập ngẫu nhiên khác 134 Hình 5.6 Sự phát phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên miền tần số 135 11 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.2 Các thơng số hệ thống GSM 18 Bảng 2.1 Các giao thức giao diện LTE 47 Bảng 3.1 Các băng tần vận hành E-UTRAN ( TS 36.101 ) 61 Bảng 3.2 số lượng khối tài nguyên cho băng thông LTE khác (FDD&TDD) 66 Bảng 3.3 Tham số cấu trúc khung đường xuống ( FDD & TDD ) 66 12 kiến thức cấu trúc tín hiệu chuẩn bước Nhóm nhận dạng, nhiên chưa biết đến thiết bị đầu cuối sau bước Trong bước tiếp theo, thiết bị đầu cuối phát nhóm nhận dạng xác định định thời khung Điều thực cách quan sát cặp khe nơi tín hiệu đồng thứ cấp truyền bản, ( S1, S2) cặp phép chuỗi, nơi mà S1 S2 biểu diễn tín hiệu đồng thứ cấp khung số số 5, cặp đảo ngược ( S2, S1) cặp chuỗi hợp lệ Bằng cách khai thác tính này, thiết bị đầu cuối phân giải khơng rõ dàng định thời 5ms kết bước thủ tục dị tìm xác định định thời khung Hơn nữa, kết hợp (S1, S2) thể cho nhóm nhận dạng ơ, nhóm nhận dạng thu từ bước dị tìm thứ hai Từ nhóm nhận dạng ơ, thiết bị đầu cuối thu kiến thức chuỗi giảngẫu nhiên sử dụng để tạo tín hiệu chuẩn Một thủ tục dị tìm hồn thành, thiết bị đầu cuối nhận thông tin hệ thống phát quảng bá để có thơng số cịn lại, ví dụ như, băng thông truyền tải sử dụng ô 5.1.2 Cấu trúc thời gian/tần số tín hiệu đồng Cấu trúc thời gian/tần số tổng quát mơ tả tóm tắt minh họa hình 5.1 Như thấy hình, tín hiệu đồng sơ cấp thứ cấp truyền hai ký hiệu OFDM liên tiếp Cấu trúc lựa chọn phép xử lý quán tín hiệu đồng thứ cấp thiết bị đầu cuối Sau bước đầu tiên, tín hiệu đồng sơ cấp biết sử dụng để ước lượng kênh Ước lượng kênh sau sử dụng để xử lý quán tín hiệu nhận trước tới bước thứ hai để nhằm nâng cao hiệu suất Tuy nhiên, bố trí tín hiệu đồng sơ cấp thứ cấp cạnh mặt khác ngụ ý thiết bị đầu cuối bước thứ hai cần phải ước tính độ dài tiền tố vòng cách mò 126 mẫm Tuy nhiên, điều hoạt động phức tạp Trong nhiều trường hợp, thời gian định thời nhiều ô đồng bắt đầu khung ô cạnh bị trùng thời gian Một lý phải cho phép MBSFN hoạt động Tuy nhiên, hoạt động đồng ngụ ý truyền tín hiệu đồng sơ cấp ô khác sảy đồng thời Sự ước lượng kênh dựa tín hiệu đồng sơ cấp phản ánh phối hợp kênh từ tất tín hiệu đồng sơ cấp giống sử dụng tất ô Hiển nhiên việc giải điều chế quán tín hiệu đồng thứ cấp, khác ô khác nhau, ước tính kênh từ mạ ng lợi ích cần thiết, khơng phải ước tính việc phối hợp kênh từ tất ô Do đó, LTE hỗ trợ nhiều chuỗi cho tín hiệu đồng sơ cấp Trong trường hợp thu quán việc phân phối với thời gian đồng bộ, lân cận sử dụng chuỗi đồng sơ cấp khác để làm giảm bớt vấn đề ước lượng- kênh mô tả Hơn nữa, mơ tả tín hiệu đồng sơ cấp mang phần việc nhận dạng Hình 5.2 Sự hình thành tín hiệu đồng miền tần số Từ góc độ TDD, bố trí tín hiệu đồng phần cuối khe khung con, thay khe thứ có lợi ngụ ý hạn chế việc tạo thời gian bảo vệ đường lên đường xuống Ngoài ra, tín hiệu đồng đặt khe cuối khung con, khơng có khả để có thời gian bảo vệ cần thiết Ngoài ra, lưu ý 127 với hoạt động TDD, vị trí tín hiệu đồng ngụ ý ln nằm khung số số khung đường xuống Khi bắt đầ u thủ tục dị tìm ơ, băng thơng khơng cần thiết phải biết đến Về nguyên tắc, việc phát băng thơng truyền dẫn thực phần thủ tục dị tìm Tuy nhiên điều làm phức tạp thủ tục dị tìm chung, thích hợp để trì thủ tục dị tìm giống nhau, băng thông truyền dẫn tổng thể ô Thiết bị đầu cuối sau thơng báo băng thơng thực tế từ kênh quảng bá Vì để trì cấu trúc miền tần số gióng tín hiệu đồng bộ, băng thơng hệ thống ơ, tín hiệu đồng ln truyền cách sử dụng 72 sóng mang trung tâm, tương ứng với băng thông thứ tự 1MHz Hình 5.2 minh họa khả thực cho việc tạo tín hiệu đồng bộ, 36 sóng mang bên sóng mang DC miền tần số dành riêng cho tín hiệu đồng Bằng cách sử dụng IFFT, tín hiệu miền thời gian tương ứng tạo Kích thước IFFT số lượng sóng mang đưa khơng hình 5.2, tùy thuộc vào băng thơng hệ thống Các sóng mang khơng sử dụng cho truyền tín hiệu đồng sử dụng cho truyền liệu 5.1.3 Dị tìm ban đầu dị tìm lân cận Việc tìm ô để kết nối đến sau bật nguồn thiết bị đầu cuối rõ dàng trường hợp quan trọng Tuy nhiên, việc quan trọng không khả để xác định dự phòng cho việc chuyển giao phần việc hỗ trợ tính di động, thiết bị đầu cuối kết nối di chuyển từ ô tới ô khác Hai trườ ng hợp thường gọi tắt dị tìm ban đầu dị tìm lân cận Đối với việc dị tìm ô ban đầu, thiết bị đầu cuối thường tần số sóng mang mà tìm kiếm Để giải trường hợp này, 128 thiết bị đầu cuối cần phải dị tìm với tần số sóng mang phù hợp, cách lặp lặp lại thủ tục nói cho tần số sóng mang có đưa bở i quét tần số Rõ dàng là, điều thường làm tăng thời gian cần thiết cho việc dị tìm ơ, u cầ u thời gian dị tìm cho việc dị tìm ban đầu thường tương đối thoải mái Các phương thức thực riêng sử dụng để làm giảm thời gian từ bật nguồn tìm Ví dụ, thiết bị đầu cuối sử dụng thông tin bổ sung mà thiết bị đầu cuối có bắt đầu dị tìm tần số sóng mang với lần cuối kết nối tới Với việc dị tìm lân cận, có yêu cầu thời gian chặt chẽ Dị tìm lân cận chậm hơn, dài dẫn đến thiết bị đầu cuối chuyển giao tới với mức trung bình chất lượng vô tuyến tốt Nhưng điề u rõ dàng làm hỏng hiệu suất phổ tổng thể c hệ thống Tuy nhiên, trường hợp phổ biến chuyển giao liên- tần số, rõ dàng thiết bị đầu cuối khơng cần phải dị tìm tần số sóng mang lân cận Ngồi việc bỏ qua dị tìm nhiều tần số sóng mang, dị tìm ơ- lân cậ n liên- tần số dùng thủ tục tương tự việc dị tìm ban đầu Các đo đạc cho mục đích chuyển giao yêu cầu thiết bị đầu cuối nhận liệu đường xuống từ mạng Do đó, thiết bị đầu cuối phải có khả thực việc dị tìm lân cận trường hợp Đối với dị tìm ô-lân cận liên-tần số, vấn đề lớn dự phịng lân cận, truyền tần số thiết bị đầu cuối thực nhận liệu Nhận liệu dị tìm lân cận chức băng gốc riêng đơn giản, hoạt động tín hiệu thu Trường hợp chuyển giao liên-tần số, phức tạp tiếp nhận liệu dị tìm lân cận cần phải thực nhiều tần số khác Trang bị cho thiết bị đầu cuối có mạch thu RF riêng cho việc dị tìm lân cận, mặc 129 dù ngun tắc khơng hấp dẫn từ góc độ phức tạp Vì vậy, khoảng trống việc truyền tải liệu thiết bị đầu cuối điều hướng lại tới tần số khác cho mục đích đo đạc liên tần số, tạo Điều thực cách HSPA, cụ thể cách tránh lập kế hoạch cho thiết bị đầu cuối khung đường xuống 5.2 Truy nhập ngẫu nhiên Một yêu cầu cho hệ thống di động tế bào khả cho thiết bị đầu cuối yêu cầu thiết lập kết nối Điều thường gọi truy nhập ngẫu nhiên phụ vụ hai mục đích LTE, cụ thể thiết lập đồng hướng lên thiết lập nhận dạng thiết bị đầu cuối nhất, C-RNTI, biết đến hai mạng thiết bị đầu cuối Do đó, truy nhập ngẫu nhiên sử dụng không cho truy nhập ban đầu mà chuyể n giao từ LTE_DETACHED (LTE_tách biệt) LTE_IDLE (LTE_rảnh rỗi) tới LTE_ACTIVE (LTE_tích cực), sau thời gian khơng hoạt động hướng lên đồng hướng lên bị LTE_ACTIVE Tổng quan truy nhập ngẫu nhiên thể hình 5.3, bao gồm bốn bước : ❖ Bước bao gồm truyền tải phần mở đầu truy nhập- ngẫu nhiên, cho phép eNodeB ước tính định thời truyền tải thiết bị đầu cuối Đồng hướng lên cần thiết khơng thiết bị đầu cuối truyền liệu hướng lên 130 ❖ Bước thứ hai bao gồm mạng truyền lệnh ứng trước định thời đến để điều chỉnh định thời truyền thiết bị đầu cuối, dựa phép đo định thời bước Ngoài việc thiết lập đồng hướng lên, bước hai định nguồn tài nguyên hướng lên cho thiết bị đầu cuối sử dụng bước thứ ba thủ tục truy nhập ngẫu nhiên ❖ Bước thứ ba bao gồm truyền dẫn nhận dạng thiết bị đầu cuối di động cách sử dụng UL-SCH tương tự liệu lập lịch biểu thơng thường Nội dung xác tín hiệu phụ thuộc vào trạng thái thiết bị đầu cuối, đặc biẹt dù trước có biết đến mạng hay không ❖ Bước thứ tư bước cuối bao gồm truyền dẫn thông điệp phân giải tranh chấp từ mạng tới thiết bị đầu cuối DL-SCH Bước giải tranh chấp có nhiều thiết bị đầu cuối cố gắng để truy nhập vào hệ thống cách sử dụng tài nguyên truy nhập hệ thống Hình 5.3 Tổng quan thủ tục truy nhập ngẫu nhiên 131 5.2.1 Bước : Truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên Bước thủ tục truy nhập ngẫu nhiên việc truyền phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên Mục đích phần mở đầu để với mạng diện cố gắng truy nhập ngẫu nhiên để có đồng thời gian hướng lên hạm vi phần nhỏ tiền tố vòng hướng lên Nhìn chung, truyền dẫn phẩn mở đầu truy nhập ngẫu nhiên trực giao khơng trực giao với liệu người sử dụng Trong WCDMA phần mở đầu không trực giao với việc truyền liệu hướng lên Điều cung cấp lợi ích việc khơng có cấp phát nửa -tĩnh (semi-statically) nguồn tài nguyên cho truy nhập ngẫu nhiên Tuy nhiên, với việc điều khiển nhiễ u truy nhập ngẫu nhiên - tới - liệu, công suất truyền phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên phải điều khiển cẩn thận Trong WCDMA, điều giải thông qua việc sử dụng thủ tục dốc-công suất( power-ramping), mà thiết bị đầu cuối tăng công suất phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên phát thành cơng trạm gốc Mặc dù giải pháp phù hợp với vấn đề nhiễu, thủ tục dốc tạo độ trễ thủ tục truy nhập ngẫu nhiên tồn Do đó, từ quan điểm trễ, thủ tục truy nhập ngẫu nhiên khơng địi hỏi dốc cơng suất có lợi Trong LTE, việc truyền tải phần tiêu đề truy nhập ngẫu nhiên thực trực giao với truyền dẫn liệu người dùng hướng lên, kết khơng có dốc công suất cần thiết ( thông số kỹ thuật tất cho phép dốc công suất) Trực giao việc truyền liệu người dùng từ thiết bị đầu cuối khác cố gắng truy nhập ngẫu nhiên đạt hai miền thời gian miền tần số Mạng thông tin quảng bá tới tất thiết bị đầu cuối mà việc truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên tài nguyên thời gian - tần số cho phép Để tránh can nhiễu 132 liệu phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên, mạng tránh việc lập lịch biểu truyền dẫn hướng lên nguồn tài nguyên thời gian- tần số Điều minh họa hình 5.4 Từ đơn vị thời gian cho truyền liệu LTE 1ms, khung dành riêng cho truyền dẫn phần mở đầu Trong phạm vi tài nguyên dành riêng, phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên truyền Trong miền tần số, phần mở dầu truy nhập ngẫu nhiên có băng thông tương ứng với sáu khối tài nguyên ( 1,08MHz) Điều phù hợp với băng thông nhỏ mà LTE hoạt động Do đó, cấu trúc phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên tương tự đựoc sử dụng, băng thông truyền dẫn ô Đối với triển khai sử dụng cấp phát phổ lớ n hơn, nhiều tài nguyên truy nhập ngẫu nhiên xác định miền tần số, cung cấp khả truy nhập ngẫu nhiên tăng lên Hình 5.4 Minh họa cho truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên Một thiết bị đầu cuối thực cố gắng truy cập ngẫu nhiên, trước truyền dẫn phần mở đầu, đạt đồng đường xuống từ thủ tục dị tìm Tuy nhiên, định thời đường lên ( thảo luận ) chưa thiết lập Khởi đầu khung đường lên thiết bị đầu cuối định nghĩa tương bắt đầu khung đường xuống thiết bị đầu cuối Do trễ lan truyền trạm gốc thiết bị đầu cuối, việc truyền dẫn hướng lên bị chậm trễ tương định thời truyền dẫn hướng xuống trạm gốc Vì vậy, khoảng cách thiết bị đầu cuối trạm gốc chưa biết, 133 có khơng chắn việc định thời hướng lên tương ứng với hai lần khoảng cách trạm gốc thiết bị đầu cuối, lên tới 6,7^s/km Để tính tốn cho khơng chắn để tránh gây nhiễu với khung không sử dụng, khoảng thời gian bảo vệ sử dụng, mà chiều dài thực tế phần mở đầu ngắn 1ms Được minh họa hình 5.5, độ dài phần mở đầu khoảng thời gian bảo vệ Hình 5.5 Định thời phần mở đầu eNodeB cho người sử dụng truy nhập ngẫu nhiên khác Với chiều dài phần mở đầu khoảng 0,9ms, có 0,1ms thời gian bảo vệ cho phép kích thước lên tới 15km Trong ô lớn mà thời gian định thời không chắn thời gian bảo vệ lớn thời gian bảo vệ bản, thời gian bảo vệ bổ sung tạo cách không lập lịch biểu truyền dẫn hướng lên khung sau nguồn tài nguyên truy nhập ngẫu nhiên Các chuỗi phần mở đầu chia thành nhóm 64 chuỗi nhóm Như phần cấu hình hệ thống, cấp phát nhóm cách xác định một vài chuỗi Zadoff-Chu gốc dịch vòng cần thiết để tạo tập phần mở đầu Số lượng nhóm phả i đủ lớn để tránh cần thiết phải lập kế hoạch chuỗi cẩn thận ô Khi thực cố gắng truy nhập ngẫu nhiên, thiết bị đầu cuối chọn 134 chuỗi ngẫu nhiên từ tập chuỗi cấp phát cho ô mà thiết bị đầu cuối cố gắng truy nhập Một khơng có thiết bị đầu cuối khác thực cố gắng truy nhập ngẫu nhiênbằng cách sử dụng chuỗi tương tự thời điể m tức thời tương tự, khơng có xung đột sảy cố gắng có khả cao phát mạng Xử lý trạ m gốc việc thực riêng, nhờ có tiền tố vịng kèm phần mở đầu nên việc xử lý miền tần số có độ phức tạp thấp Một ví dụ quy chế minh họa hình 5.6 Hình 5.6 Sự phát phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên miền tần số Các mẫu cửa sổ thu thập chuyển đổi thành biểu diễn miền tần số cách sử dụng FFT Chiều dài sổ 0,8ms, tương đương với chiều dài chuỗi ZC mà khơng có tiền tố vịng Điều cho phép xử lý định thời không chắn lên tới 0,1ms phù hợp với thừoi gian bảo vệ xác định Đầu FFT, thể cho tín hiệu nhận miền tần số, nhân lên với biểu diễn miền tần s ố liên hợp phức chuỗi ZadoffChu gốc kết cho qua IFFT Bằng cách quan sát đầ u IFFT, phát thay đổi chuỗi Zadoff-Chu gốc 135 truyền trễ Về bản, đỉnh IFFT đầu khoảng i tương ứng với chuỗi dịch chuyển chu kỳ thứ i trễ đưa vị trí đỉnh khoảng Điều thực miền tần số tính tốn hiệu cho phép phát nhiều cố gắng truy nhập ngẫu nhiên cách sử dụng chuỗi dịch vòng khác tạo từ chuỗi Zadoff-Chu gốc; trường hợp có nhiều cố gắng truy nhập đơn giản đỉnh khoảng tương ứng 5.2.2 Bước : Đáp ứng truy nhập ngẫu nhiên Để đáp ứng cố gắng truy nhập ngẫu nhiên phát hiện, bước thứ hai thủ tục truy nhập ngẫu nhiên mạng truyền thơng điệp DL-SCH, có chứa : ❖ Chỉ số chuỗi phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên mạng phát với phản hồi hợp lệ ❖ Tính tốn hiệu chỉnh định thời cách thu nhận phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên ❖ Một trợ cấp lập lịch biểu, nguồn tài nguyên mà thiết bị đầu cuối sử dụng cho việc truyền tải thông điệp bước thứ ba ❖ Một nhận dạng tạm thời sử dụng cho truyền thông tiếp diễn thiết bị đầu cuối mạng Trong trường hợp mạng phát nhiều cố gắng truy nhập ngẫu nhiên ( từ thiết bị đầu cuối khác ), thông điệp phản hồi riêng lẻ nhiều thiết bị đầu cuối di động kết hợp vào truyề n dẫn đơn Vì vậy, thơng điệp phản hồi lập lịch biểu DL-SCH kênh điều khiển L1/L2 cách sử dụng nhận dạng dành riêng cho phản hồi truy nhập ngẫu nhiên Tất thiết bị đầu cuối truyền phần mở đầu giám sát kênh điều khiển L1/L2 cho phản hồi truy nhập ngẫu nhiên Sự định thời thông điệp phản hồi không cố định đặc tả kỹ thuật nhằm đáp ứng đầy đủ nhiều 136 truy nhập đồng thời Nó cung cấp vài linh hoạt việc vận hành trạm gốc Miễn thiết bị đầu cuối thực truy nhập ngẫu nhiên nguồn tài nguyên phần mở đầu khác sử dụng, không xung đột sảy từ việc truyền tín hiệu đường xuống điều rõ dàng với thiết bị đầu cuối mà có thơng tin bị liên quan Tuy nhiên, có xác xuất định tranh chấp, nhiều thiết bị đầu cuối sử dụng phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên giống lúc Trong trường hợp này, nhiều thiết bị đầu cuối phản ứng lại thông điệp phản hồi đường xuống diễn lúc xung đột sảy Việc giải ác xung đột phần bước trình bày Tranh chấp nguyên nhân mà HARQ không sử dụng cho truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên Một thiết bị đầu cuối nhận phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên dành cho thiết b ị đầu cuối khác có định thời hướng lên khơng xác Nếu HARQ dùng, định thời ACK/NACK cho thiết bị đầu cuối khơng gây nhiễu cho tín hiệu điều khiển hướng lên từ người sử dụng khác Sau thu nhận phẩn hồi truy nhập ngẫu nhiên bước hai, thiết bị đầu cuối hiệu chỉnh định thời truyền dẫn hướng lên tiếp tục tới bước ba 5.2.3 Bước 3: Nhận dạng thiết bị đầu cuối Sau bước thứ hai, hướng lên thiết bị đầu cuối đồng thời gian Tuy nhiên, trước liệu người sử dụng truyền tới / từ thiết bị đầu cuối, nhận dạng ô ( C-RNTI) phải gán cho thiết bị đầu cuối Tùy thuộc vào trạng thái thiết bị đầu cuối, cần phải trao đổi thơng điệp bổ sung Trong bước thứ ba, thiết bị đầu cuối trao đổi thông điệp cần thiết với mạng cách sử dụng nguồn tài nguyên phân công phẩn 137 hồi truy nhập ngẫu nhiên bước thứ hai Truyền dẫn thông điệp hướng lên theo cách giống với việc lập lịch biểu liệu hướng lên thay gắn vào phần mở đầu bước có lợi số lý Thứ nhất, số lượng thông tin truyền thiếu đồng hướng lên nên phải hạn chế tối đa cần thiết phải có khoảng thời gian bảo vệ lớn làm cho việc truyền dẫn tương đối tốn Thứ hai, việc sử dụng kế hoạch truyền dẫn hướng lên “ thông thường” cho phép việc truyền dẫn thông điệp với trợ giúp kích thước phương án điều chế cần phải điều chỉnh, ví dụ, với điều kiện vơ tuyến khác Cuối cùng, cho phép HARQ với kết hợp mềm cho thông điệp hướng lên Sau khía cạnh quan trọng, đặc biệt tình mà phủ sóng bị hạn chế, cho phép sử dụng một vài việc truyền phát lại để thu thập đủ lượng cho tín hiệu hướng lên nhằm đảm bảo xác suất đủ lớn truyền dẫn thành công Lưu ý, việc truyền phát lại RLC khơng sử dụng cho tín hiệu RRC hướng lên bước ba Một phần quan trọng thông điệp hướng lên bao gồm nhận dạng thiết bị đầu cuối mà việc nhận dạng sử dụng phần chế giải tranh chấp bước thứ tư Trong trường hợp thiết bị đầu cuối chế độ LTE_ACTIVE ( LTE_tích cực), kết nối đến biết có C-RNTI gán, C-RNTI sử dụng nhận dạng thiết bị đầu cuối thơng điệp hướng lên Nếu khơng nhận dạng thiết bị đầu cuối mạng lõi sử dụng mạng truy nhập vô tuyến cần phải tham gia vào mạng lõi trước trả lời thông điệp đường lên bước 5.2.4 Bước 4: Giải tranh chấp Bước cuối thủ tục truy nhập ngẫu nhiên gồm thông điệp đường xuống cho giải tranh chấp Lưu ý rằng, từ bước hai, nhiều thiết bị đầu cuối thực cố gắng truy nhập ngẫu nhiên đồng thời cách 138 sử dụng chuỗi phần mở đầu tương tự bước để lắng nghe thông điệp phản hồi tương tự bước thứ hai có nhận dạng tạm thời tương tự Do đó, bước thứ tư, thiết bị đầu cuối tiếp nhận thông điệp đường xuống so sánh nhận dạng thông điệp với nhận dạng chúng truyền bước thứ ba Chỉ thiết bị đầu cuối mà quan sát thấy phù hợp nhận dạng nhận bước thứ tư nhận dạng truyền phần bước thứ ba khai báo thủ tục truy nhập ngẫu nhiên thành công Nếu thiết bị đầu cuối chưa gán CRNTI, nhận dạng tạ m thời từ bước thứ hai nâng cấp tới C- RNTI Thông điệp giải tranh chấp truyền DL-SCH, cách sử dụng nhận dạng tạm thời từ bước thứ cho việc gán địa thiết bị đầu cuối kênh điều khiển L1/L2 Từ đồng hướng lên thiết lập, HARQ áp dụng cho tín hiệu đường xuống bước Các thiết bị đầu cuối có phù hợp nhận dạng mà chúng truyền bước thứ ba thông điệp chúng nhận bước thứ tư truyền xác nhận HARQ hướng lên Các thiết bị đầu cuối mà khơng tìm thấy phù hợp nhận dạng nhận bước thứ tư nhận dạng truyền tương ứng phần bước thứ ba coi thất bại thủ tục truy nhập ngẫu nhiên cần phải khởi động lại thủ tục truy nhập ngẫu nhiên từ bước Rõ dàng khơng có phản hồi HARQ truyền từ thiết bị đầu cuối 139 KẾT LUẬN Kết đạt đồ án Đồ án trình bày tồn cảnh dịch vụ lợi ích mà hệ thống thơng tin di đông 4G đạt để phục vụ sống người Đổng thời đồ án trình bày dịch vụ mà thống di động 4G cung cấp: thương mại di động, định vị/ dẫn, đặt hàng di động, chăm sóc sức khỏe, y tế cộng , chúng phục vụ, thay đổi lối sống người Những vấn đề kỹ thuật xây dựng tảng dịch vụ sở hạ tầng thống tác giả nghiên cứu trình bày luận văn Những cơng nghê then chốt để thống 4G đạt dung lượng lớn, tốc độ cao, bảo mật: kỹ thuật ăngten MIMO, OFCDM, chứng thực dựa sinh trắc học Trong đồ án, trình bày bốn miền mơ hình tham chiếu thống 4G: miền ứng dụng dịch vụ, miền tảng dịch vụ, miền mạng lõi chuyển mạch gói, miền truy cập vơ tuyến Ngoài ra, đặc điểm cấu trúc mạng NGN trình bày mạng NGN sở hạ tầng cho thống thông tin viễn thông nói chung thống di động nói riêng Từ trình bày thống di động sở hạ tầng mạng NGN Cuối đồ án trình bày hiên trạng thống mạng di động Việt Nam có đề xuất hướng triển khai thống 4G dựa tảng sở hạ tầng hiên có nhà cung cấp dịch vụ 140 ... chức nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin di động giới tiến hành nghiên cứu áp dụng thực tế chuẩn cho hệ thống thông tin di động: Thông tin di động 3G 1.1.3 Hệ thống thông tin di động hệ thứ... VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG & GIỚI THIỆU VỀ MẠNG 4G LTE 15 1.Tổng quan hệ thống thông tin di động: 15 1.1.1 Hệ thống thông tin di động hệ thứ ( 1G) 15 1.1.2 Hệ thống thông tin. .. VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG & GIỚI THIỆU VỀ MẠNG 4G LTE 1.Tổng quan hệ thống thông tin di động: Các hệ thống thông tin di động đời từ năm 1920, điện thoại di động sử dụng phương tiện thông tin