Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng

Luận văn Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng Công nghệ LTE cho mạng di động băng MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU .6 LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ LTE 1.1 Giới thiệu công nghệ LTE 1.2 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax triển vọng cho công nghệ LTE 10 1.2.1 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax .10 1.2.2 Những triển vọng cho công nghệ LTE 13 1.3 Mục tiêu thiết kế LTE 15 1.3.1 Tiềm công nghệ .15 1.3.2Hiệu suất hệ thống 16 1.3.3 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai .18 1.3.3.1 Độ linh hoạt phổ việc triển khai 19 1.3.4 Kiến trúc dịch chuyển (migration) .21 1.3.5 Quản lý tài nguyên vô tuyến 21 1.3.6 Độ phức tạp 22 1.3.7 Những vấn đề chung 22 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE 23 2.1Hệ thống truyền dẫn: đường xuống OFDM đường lên SC-FDMA 23 2.2Hoạch định phụ thuộc kênh truyền thích ứng tốc độ (Channel-dependent scheduling and rate adaptation) 25 2.2.1 Hoạch định đường xuống 26 2.2.2 Hoạch định đường lên .27 2.2.3 Điều phối nhiễu liên tế bào (Inter-cell interference coordination) 28 2.3 ARQ hỗn hợp với việc kết hợp mềm (Hybrid ARQ with soft combining) 29 2.4 Sự hỗ trợ nhiều anten (Multiple antenna support) 29 2.5 Hỗ trợ multicast broadcast 30 2.6 Tính linh hoạt phổ 31 2.6.1 Tính linh hoạt xếp song cơng 32 2.6.2 Tính linh hoạt băng tần hoạt động 32 2.6.3 Tính linh hoạt băng thông 33 CHƯƠNG KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN LTE 34 3.1 RLC: radio link control – điều khiển liên kết vô tuyến 37 3.2 MAC: điều khiển truy nhập môi trường (medium access control) 38 3.2.2 Hoạch định đường xuống 41 3.2.3 Hoạch định đường lên .43 3.2.4 Hybrid ARQ 46 3.3 PHY: physical layer - lớp vật lý .50 3.4 Các trạng thái LTE 53 3.5 Luồng liệu 54 GVHD: ThS Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng Công nghệ LTE cho mạng di động băng CHƯƠNG LỚP VẬT LÝ LTE 56 4.1 Kiến trúc miền thời gian toàn phần (Overall time-domain structure) 56 4.2 Sơ đồ truyền dẫn đường xuống 58 4.2.1 Tài nguyên vật lý đường xuống 58 4.2.2 Các tín hiệu tham khảo đường xuống .63 4.2.2.1 Các chuỗi tín hiệu tham khảo việc nhận dạng tế bào lớp vật lý (Reference signals sequences and physical layer cell identity) 64 4.2.2.2 Nhảy tần tín hiệu tham khảo (Reference signal frequency hopping) 65 4.2.2.3 Các tín hiệu tham khảo cho truyền dẫn đa anten (Reference signals for multi-antenna transmission) 66 4.2.3 Xử lý kênh truyền tải đường xuống 67 4.2.3.1 Chèn CRC 70 4.2.3.2 Mã hóa kênh .70 4.2.3.3 Chức Hybrid-ARQ lớp vật lý 71 4.2.3.4 Ngẫu nhiên hóa mức độ bit 71 4.2.3.5 Điều chế liệu 73 4.2.3.6 Ánh xạ anten 73 4.2.3.7 Ánh xạ khối tài nguyên 73 4.2.4 Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống 75 4.2.5 Truyền dẫn nhiều anten đường xuống 77 4.2.5.1 Hai anten mã hóa khối khơng gian-tần số (SFBC) 79 4.2.5.2 Tạo dạng tia (beam-forming) 79 4.2.5.3 Ghép kênh không gian .80 4.2.6 Multicast/broadcast sử dụng MBSFN .81 4.3 Scheme truyền dẫn đường lên .82 4.3.1 Tài nguyên vật lý đường lên 82 4.3.2 Tín hiệu tham khảo đường lên 86 4.3.2.1 Nhiều tín hiệu tham khảo 89 4.3.2.2 Tín hiệu tham khảo cho việc dị kênh 90 4.3.3 Xử lý kênh truyền tải đường lên .93 4.3.4 Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường lên 95 4.3.5 Định thời sớm đường lên (Uplink timing advance) 98 CHƯƠNG CÁC THỦ TỤC TRUY CẬP LTE 101 5.1 Dị tìm tế bào (cell search) 101 5.1.1 Thủ tục dị tìm cell (cell search) 101 5.1.2 Cấu trúc thời gian/tần số tín hiệu đồng 103 5.1.3 Dị tìm cell ban đầu kế cận .105 5.2 Truy cập ngẫu nhiên .106 5.2.1 Bước 1: Truyền dẫn Preamble truy cập ngẫu nhiên 107 5.2.2 Bước 2: Đáp ứng truy cập ngẫu nhiên 111 5.2.3 Bước 3: Nhận dạng đầu cuối 112 5.2.4 Bước 4: Giải tranh chấp 113 5.3 Paging 114 KẾT LUẬN 116 CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT .117 TÀI LIỆU THAM KHẢO .122 GVHD: ThS Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng Công nghệ LTE cho mạng di động băng DANH MỤC HÌNH VẼ 1.1 Kiến trúc mạng LTE 1.2 Lộ trình phát triển LTE cơng nghệ khác 1.3 Phân bố phổ băng tần lõi GHz nguyên IMT-2000 1.4 Một ví dụ cách thức LTE thâm nhập bước vào phân bố phổ hệ thống GSM triển khai 2.1 Hoạch định phụ thuộc kênh truyền đường xuống miền thời gian tần số 2.2 Một ví dụ điều phối nhiễu liên tế bào, nơi mà phần phổ bị giới hạn công suất truyền dẫn 2.3 FDD vs TDD 3.1 Kiến trúc giao thức LTE (đường xuống) 3.2 Phân đoạn hợp đoạn RLC 3.3 Ví dụ ánh xạ kênh logic lên kênh truyền dẫn 3.4 Việc lựa chọn định dạng truyền dẫn đường xuống (bên trái) đường lên (bên phải) 3.5 Giao thức hybrid-ARQ đồng khơng đồng 3.6 Nhiều tiến trình hybrid-ARQ song song 3.7 Mơ hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH 3.8 Mơ hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH 3.9 Các trạng thái LTE 3.10 Một ví dụ luồng liệu LTE 4.1 Cấu trúc miền thời gian LTE GVHD: ThS Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng Công nghệ LTE cho mạng di động băng 4.2 Các ví dụ việc định khung phụ đường lên/đường xuống trường hợp TDD so sánh với FDD 4.3 Tài nguyên vật lý đường xuống LTE 4.4 Cấu trúc miền tần số đường xuống LTE 4.5 Cấu trúc khung phụ khe thời gian đường xuống LTE 4.6 Khối tài nguyên đường xuống dành cho tiền tố chu trình bình thường 4.7 Cấu trúc tín hiệu tham khảo đường xuống LTE dành cho tiền tố chu trình bình thường 4.8 Cấu trúc tín hiệu tham khảo trường hợp truyền dẫn nhiều anten đường xuống 4.9 Xử lý kênh truyền tải đường xuống 4.10 Chèn CRC đường xuống 4.11 Khối mã hóa Turbo LTE 4.12 Chức Hybrid-ARQ lớp vật lý 4.13 Ngẫu nhiên hóa đường xuống 4.14 Điều chế liệu 4.15 Ánh xạ khối tài nguyên đường xuống 4.16 Chuỗi xử lý cho báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống 4.17 Lưới thời gian/tần số LTE 4.18 Các phần tử kênh điều khiển ứng cử kênh điều khiển 4.19 Ánh xạ anten LTE bao gồm việc ánh xạ lớp sau q trình tiền mã hóa 4.20 Mã hóa hai anten khối khơng gian-tần số kết cấu khung nhiều anten LTE 4.21 Tạo dạng tia (beam-forming) kết cấu khung nhiều anten LTE 4.22 Ghép kênh không gian kết cấu khung nhiều anten LTE 4.23 Những ký hiệu tham khảo riêng tế bào chung tế bào khung phụ MBSN 4.24 Kiến trúc truyền dẫn DFTS-OFDM 4.25 Kiến trúc miền tần số đường lên LTE 4.26 Cấu trúc khe thời gian khung phụ đường lên LTE 4.27 Cấp phát tài nguyên đường lên LTE GVHD: ThS Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng Công nghệ LTE cho mạng di động băng 4.28 Nhảy tần đường lên 4.29 Tín hiệu tham khảo đường lên chèn vào khối thứ tư khe thời gian đường lên 4.30 Sự hình thành tín hiệu tham khảo đường lên miền tần số 4.31 Phương pháp tạo tín hiệu tham khảo đường lên từ chuỗi Zadoff-Chu có độ dài tốt 4.32 Truyền dẫn tín hiệu tham khảo thăm dò kênh đường lên 4.33 Xử lý kênh truyền tải đường lên LTE 4.34 Ghép kênh liệu báo hiệu điều khiển đường lên L1/L2 trường hợp truyền dẫn đồng thời UL-SCH điều khiển L1/L2 4.35 Kiến trúc tài nguyên sử dụng cho báo hiệu điều khiển L1/L2 đường lên trường hợp không truyền dẫn đồng thời ULSCH 4.36 Đề xuất định thời đường lên 5.1 Tín hiệu đồng sơ cấp thứ cấp 5.2 Việc phát tín hiệu đồng miền tần số 5.3 Tổng quan thủ tục truy cập ngẫu nhiên 5.4 Miêu tả nguyên lý truyền dẫn preamble truy cập ngẫu nhiên 5.5 Định thời Preamble eNodeB cho người sử dụng truy cập ngẫu nhiên khác 5.6 Sự hình thành phần mở đầu truy cập ngẫu nhiên 5.7 Việc dị tìm phần mở đầu truy cập ngẫu nhiên miền tần số 5.8 Việc thu nhận khơng liên tục (DRX) cho tìm gọi (paging) GVHD: ThS Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng Công nghệ LTE cho mạng di động băng DANH MỤC BẢNG BIỂU 1.1 Tiến trình phát triển chuẩn 3GPP 1.2 LTE WiMAX 1.3 Các yêu cầu hiệu suất phổ lưu lượng người dùng 1.4 Yêu cầu thời gian gián đoạn, LTE-GSM LTE-WCDMA GVHD: ThS Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng Công nghệ LTE cho mạng di động băng LỜI MỞ ĐẦU Thông tin di động ngày trở thành ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh mang lại nhiều lợi nhuận cho nhà khai thác Sự phát triển thị trường viễn thông di động thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu triển khai hệ thống thông tin di động tương lai Hệ thống di động hệ thứ hai, với GSM CDMA ví dụ điển hình phát triển mạnh mẽ nhiều quốc gia Tuy nhiên, thị trường viễn thông mở rộng thể rõ hạn chế dung lượng băng thông hệ thống thông tin di động hệ thứ hai Sự đời hệ thống di động hệ thứ ba với công nghệ tiêu biểu WCDMA hay HSPA tất yếu để đáp ứng nhu cầu truy cập liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng thơng rộng người sử dụng Mặc dù hệ thống thông tin di động hệ 2.5G hay 3G phát triển không ngừng nhà khai thác viễn thông lớn giới bắt đầu tiến hành triển khai thử nghiệm chuẩn di động hệ có nhiều tiềm trở thành chuẩn di động 4G tương lai, LTE (Long Term Evolution) Các thử nghiệm trình diễn chứng tỏ lực tuyệt vời cơng nghệ LTE khả thương mại hóa LTE đến gần Trước đây, muốn truy cập liệu, bạn phải cần có đường dây cố định để kết nối Trong tương lai không xa với LTE, bạn truy cập tất dịch vụ lúc nơi di chuyển: xem phim chất lượng cao HDTV, điện thoại thấy hình, chơi game, nghe nhạc trực tuyến, tải sở liệu v.v… với tốc độ “siêu tốc” Đó khác biệt mạng di động hệ thứ (3G) mạng di GVHD: ThS Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng Công nghệ LTE cho mạng di động băng động hệ thứ tư (4G) Tuy mẻ mạng di động băng rộng 4G kỳ vọng tạo nhiều thay đổi khác biệt so với mạng di động Xuất phát từ vấn đề trên, em lựa chọn đề tài tốt nghiệp là: “Cơng nghệ LTE cho mạng di động băng rộng” Đề tài vào tìm hiểu tổng quan công nghệ LTE kỹ thuật thành phần sử dụng công nghệ để hiểu rõ thêm tiềm hấp dẫn mà công nghệ mang lại Đề tài em bao gồm chương:  Chương Giới thiệu công nghệ mục tiêu thiết kế LTE  Chương Tổng quan truy cập vô tuyến LTE  Chương Kiến trúc giao diện vô tuyến LTE  Chương Lớp vật lý LTE  Chương Các thủ tục truy cập LTE Tuy nhiên LTE công nghệ nghiên cứu, phát triển hoàn thiện giới hạn kiến thức người trình bày nên đồ án chưa đề cập hết vấn đề công nghệ LTE tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến thầy bạn Sinh viên thực Nguyễn Minh Tâm GVHD: ThS Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng Công nghệ LTE cho mạng di động băng CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ LTE 1.1 Giới thiệu công nghệ LTE LTE hệ thứ tư tương lai chuẩn UMTS 3GPP phát triển UMTS hệ thứ ba dựa WCDMA triển khai toàn giới Để đảm bảo tính cạnh tranh cho hệ thống tương lai, tháng 11/2004 3GPP bắt đầu dự án nhằm xác định bước phát triển lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term Evolution (LTE) 3GPP đặt yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho bit thơng tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt băng tần có băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với giao tiếp mở giảm đáng kể lượng tiêu thụ thiết bị đầu cuối Đặc tả kỹ thuật cho LTE hoàn tất dự kiến sản phẩm LTE mắt thị trường năm tới Các mục tiêu công nghệ là: - - - Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20 MHz: o Tải xuống: 100 Mbps; Tải lên: 50 Mbps Dung lượng liệu truyền tải trung bình người dùng MHz so với mạng HSDPA Rel 6: o Tải xuống: gấp đến lần; Tải lên: gấp đến lần Hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển thuê bao – 15 km/h Vẫn hoạt động tốt với tốc độ từ 15 – 120 km/h Vẫn trì hoạt động thuê bao di chuyển với tốc độ từ 120 – 350 km/h (thậm chí 500 km/h tùy băng tần) Các tiêu phải đảm bảo bán kính vùng phủ sóng 5km, giảm chút phạm vi đến 30km Từ 30 – 100 km khơng hạn chế GVHD: ThS Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng Công nghệ LTE cho mạng di động băng Trước truyền dẫn preamble, đầu cuối thực thử nghiệm truy cập ngẫu nhiên thu đồng đường xuống từ thủ tục dị tìm cell Tuy nhiên định thời đường lên chưa thiết lập Bắt đầu khung đường lên đầu cuối xác định có liên quan với bắt đầu khung đường xuống đầu cuối Do trễ truyền trạm gốc đầu cuối, truyền dẫn đường lên bị trễ tương định thời truyền dẫn đường xuống trạm gốc Do đó, khoảng cách trạm gốc đầu cuối không biết, có khơng chắn định thời đường lên tương ứng với hai lần khoảng cách trạm gốc đầu cuối, lên tới 6.7 μs/km Để tính tốn cho khơng chắn để tránh nhiễu với khung phụ mà không sử dụng cho truy cập ngẫu nhiên, khoảng thời gian bảo vệ sử dụng, nghĩa độ dài preamble thực tế ngắn 1ms Hình 5.5 minh hoạ độ dài preamble khoảng thời gian bảo vệ Với độ dài preamble LTE xấp xỉ 0.9 ms, 0.1 ms thời gian bảo vệ cho phép kích thước cell lên đến 15 km Ở cell lớn hơn, khơng chắn định thời lớn khoảng thời gian bảo vệ bản, khoảng thời gian bảo vệ bổ sung tạo cách không xếp (scheduling) truyền dẫn đường lên khung phụ theo sau tài nguyên truy cập ngẫu nhiên Preamble dựa Zadoff-Chu (ZC), chuỗi [131] chuỗi dịch tuần hồn Các chuỗi Zadoff-Chu sử dụng cho việc tạo tín hiệu tham khảo mơ tả chương 4, mơ tả cấu trúc chuỗi Từ chuỗi Zadoff-Chu gốc X (uZC) (k), chuỗi dịch tuần hoàn m-1 tạo cách dịch tuần hoàn [Mzc/m], với MZC độ dài chuỗi Zadoff-Chu gốc Hình 5.5 Định thời Preamble eNodeB cho người sử dụng truy cập ngẫu nhiên khác GVHD: ThS Trần Xuân Trường 109 SVTH: Nguyễn Minh Tâm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng Công nghệ LTE cho mạng di động băng Hình 5.6 Việc phát preamble truy cập ngẫu nhiên Chuỗi ZC dịch tuần hoàn sở hữu nhiều thuộc tính hấp dẫn Biên độ chuỗi khơng đổi, điều đảm bảo việc sử dụng khuếch đại cơng suất hiệu trì thuộc tính PAR thấp đường lên đơn sóng mang Các chuỗi có tự tương quan tuần hồn lý tưởng (auto-correlation), điều quan trọng cho việc thu đánh giá định thời xác eNodeB Cuối cùng, tương quan chéo preamble khác dựa dịch chuyển tuần hoàn [N/m] sử dụng phát preamble lớn thời gian truyền lớn cộng với trễ truyền lớn kênh Vì vậy, nhờ thuộc tính tương quan chéo lý tưởng, mà khơng có nhiễu bên cell nhiều thử nghiệm truy cập ngẫu nhiên sử dụng preamble lấy từ chuỗi gốc Zadoff-Chu giống Việc sinh preamble truy cập ngẫu nhiên minh hoạ hình 5.6 Mặc dù hình minh hoạ việc phát miền thời gian, việc phát miền tần số sử dụng thực thi Hơn nữa, phép việc xử lý miền tần số trạm gốc (được thảo luận nhiều bên dưới), tiền tố tuần hoàn bao gồm việc tạo preamble Hình 5.7 Việc dị tìm Preamle truy cập ngẫu nhiên miền tần số GVHD: ThS Trần Xuân Trường 110 SVTH: Nguyễn Minh Tâm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng Công nghệ LTE cho mạng di động băng Các chuỗi Preamble chia thành nhiều nhóm, nhóm 64 chuỗi Như phần cấu hình hệ thống, cell định nhóm cách xác định nhiều chuỗi Zadoff-Chu gốc dịch chuyển tuần hoàn yêu cầu để tạo tập hợp preamble Số lượng nhóm cần đủ lớn để tránh cần thiết cho việc lập kế hoạch chuỗi cẩn thận cell Khi thực thử nghiệm truy cập ngẫu nhiên, đầu cuối lựa chọn chuỗi ngẫu nhiên từ chuỗi cấp phát đến cell mà đầu cuối cố gắng truy cập Chỉ cần khơng có đầu cuối khác thực thử nghiệm truy cập ngẫu nhiên cách sử dụng chuỗi thời điểm khơng có xung đột xảy thử nghiệm phát mạng với khả cao Xử lý trạm gốc đặc điểm thực thi, nhờ tiền tố tuần hoàn nằm preamle, việc xử lý miền tần số có độ phức tạp thấp Một ví dụ điều hình 5.7 Các mẫu cửa sổ thu thập chuyển đổi thành biểu diễn miền tần số cách sử dụng FFT Độ dài cửa sổ 0.8 ms, với độ dài chuỗi ZC khơng có tiền tố tuần hồn Điều cho phép xử lý không chắn định thời lên đến 0.1ms phù hợp với khoảng thời gian bảo vệ xác định Đầu FFT, biểu diễn tín hiệu thu miền tần số, nhân với biểu diễn miền tần số liên hợp phức tạp (the complex-conjugate frequencydomain representation) chuỗi Zadoff-Chu gốc kết đưa qua IFFT Bằng cách quan sát đầu IFFT, có khả phát dịch chuyển chuỗi Zadoff-Chu gốc phát độ trễ Về bản, đỉnh đầu IFFT khoảng i tương ứng với chuỗi dịch tuần hoàn thứ i độ trễ cho vị trí đỉnh khoảng Việc thực thi miền tần số hiệu mặt tính tốn cho phép phát nhiều thử nghiệm truy cập ngẫu nhiên sử dụng chuỗi dịch tuần hoàn khác tạo từ chuỗi Zadoff-Chu gốc; trường hợp có nhiều thử nghiệm có đỉnh khoảng tương ứng 5.2.2 Bước 2: Đáp ứng truy cập ngẫu nhiên Trong đáp ứng cho thử nghiệm truy cập ngẫu nhiên phát hiện, mạng phát thông điệp DL-SCH, bước thứ hai thủ tục truy cập ngẫu nhiên, bao gồm: • Chỉ số (index) chuỗi preamle truy cập ngẫu nhiên mà mạng tìm thấy nhờ việc đáp ứng có hiệu lực GVHD: ThS Trần Xuân Trường 111 SVTH: Nguyễn Minh Tâm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng Công nghệ LTE cho mạng di động băng • Điều chỉnh định thời tính tốn đầu thu preamle truy cập ngẫu nhiên • Một chấp hận hoạch định, nguồn tài nguyên mà đầu cuối sử dụng cho việc truyền dẫn thơng điệp bước thứ ba • Một nhận dạng tạm thời sử dụng thông tin liên lạc khác đầu cuối mạng Trong trường hợp mạng phát có nhiều thử nghiệm truy cập ngẫu nhiên (từ đầu cuối khác nhau), thông điệp đáp ứng riêng biệt nhiều đầu cuối di động kết hợp truyền dẫn Do đó, thơng điệp đáp ứng xếp DL-SCH biểu thị kênh điều khiển L1/L2 cách sử dụng nhận dạng dành riêng cho đáp ứng truy cập ngẫu nhiên Tất đầu cuối phát preamble giám sát kênh điều khiển L1/L2 để đáp ứng truy cập ngẫu nhiên Trong đặc tính kỹ thuật, định thời thơng điệp đáp ứng khơng cố định - để đáp ứng cho nhiều truy cập đồng thời cách đầy đủ Nó vài độ linh hoạt thực thi trạm gốc Khi đầu cuối thực truy cập ngẫu nhiên nguồn tài nguyên giống sử dụng preamble khác nhau, khơng có xung đột xuất từ báo hiệu đường xuống đưa đến đầu cuối thơng tin có liên quan Tuy nhiên, có khả chắn tranh chấp, nhiều đầu cuối sử dụng preamble truy cập ngẫu nhiên thời điểm Trong trường hợp này, nhiều đầu cuối phản ứng lại thông điệp đáp ứng giống tranh chấp xuất Việc giải tranh chấp phần bước thảo luận bên Tranh chấp nguyên nhân hybrid ARQ khơng sử dụng cho truyền dẫn đáp ứng truy cập ngẫu nhiên Khi đầu cuối thu đáp ứng truy cập ngẫu nhiên dự định cho đầu cuối khác bị sai định thời đường lên Nếu hybrid ARQ sử dụng, định thời ACK/NAK cho đầu cuối khơng gây nhiễu loạn báo hiệu điều khiển đường lên từ người sử dụng khác Trong lúc thu nhận đáp ứng truy cập ngẫu nhiên bước hai, đầu cuối điều chỉnh định thời truyền dẫn đường lên tiếp tục đến bước thứ ba 5.2.3 Bước 3: Nhận dạng đầu cuối Sau bước thứ hai, đường lên đầu cuối đồng thời gian Tuy nhiên, trước liệu người dùng phát đến/từ đầu cuối, nhận dạng cell (C-RNTI) phải ấn định đến đầu cuối Phụ thuộc vào trạng thái đầu cuối, cần đến việc trao đổi thông điệp bổ sung GVHD: ThS Trần Xuân Trường 112 SVTH: Nguyễn Minh Tâm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng Công nghệ LTE cho mạng di động băng Trong bước thứ ba, đầu cuối phát thông điệp cần thiết đến mạng sử dụng nguồn tài nguyên ấn định đáp ứng truy cập ngẫu nhiên bước hai Việc truyền thông điệp đường lên với cách giống liệu đường lên hoạch định thay gắn với preamble bước thứ có lợi nhiều nguyên nhân Đầu tiên lượng thông tin phát vắng mặt đồng đường lên nên giảm thiểu nhu cầu cho khoảng thời gian bảo vệ lớn để tạo truyền dẫn liên quan đến chi phí Thứ hai, việc sử dụng sơ đồ phát đường lên thông thường cho truyền dẫn thông điệp cho phép điều chỉnh đến sơ đồ điều chế kích thước cho phép (grant size), chẳng hạn, điều kiện vô tuyến khác Cuối cùng, cho phép sử dụng hybrid ARQ với kết hợp mềm cho thông điệp đường lên Một khía cạnh quan trọng sau cùng, viễn cảnh giới hạn vùng phủ sóng, cho phép sử dụng nhiều truyền lại để tập hợp đủ lượng cho báo hiệu đường lên để đảm bảo khả đủ lớn truyền dẫn thành công Chú ý truyền lại RLC không sử dụng cho báo hiệu RRC đường lên bước ba Một phần quan trọng thông điệp đường lên bao gồm nhận dạng đầu cuối nhận dạng sử dụng phần chế giải tranh chấp bước bốn Khi trường hợp đầu cuối trạng thái LTE_ACTIVE, nghĩa kết nối đến cell nhận biết có C-RNTI ấn định, C-RNTI sử dụng nhận dạng đầu cuối thông điệp đường lên Mặc khác, nhận dạng đầu cuối mạng lõi sử dụng mạng truy cập vô tuyến cần bao hàm (involve) mạng lõi trước đáp ứng thông điệp đường lên bước 5.2.4 Bước 4: Giải tranh chấp Bước cuối thủ tục truy cập ngẫu nhiên bao gồm thông điệp đường xuống cho việc giải tranh chấp Chú ý từ bước thứ hai, nhiều đầu cuối thực thử truy cập ngẫu nhiên đồng thời sử dụng chuỗi preamble giống bước nghe thông điệp đáp ứng giống bước thứ hai có nhận dạng tạm thời giống Vì vậy, bước thứ tư, đầu cuối nhận thông điệp đường xuống so sánh nhận dạng thông điệp với nhận dạng mà chúng phát bước thứ Chỉ đầu cuối có trùng nhận dạng nhận bước nhận dạng phát phần bước thứ ba thiết lập thủ tục truy cập ngẫu nhiên thành công Nếu đầu cuối chưa ấn định C-RNTI, nhận dạng tạm thời từ bước thứ hai đề bạt đến C-RNTI; khơng đầu cuối giữ C-RNTI mà vừa ấn định GVHD: ThS Trần Xuân Trường 113 SVTH: Nguyễn Minh Tâm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng Công nghệ LTE cho mạng di động băng Thông điệp giải tranh chấp phát DL-SCH, sử dụng nhận dạng tạm thời từ bước thứ hai cho việc định vị thiết bị đầu cuối kênh điều khiển L1/L2 Kể từ đồng đường lên thiết lập, hybrid ARQ ứng dụng cho báo hiệu đường xuống bước Các đầu cuối có phù hợp nhận dạng mà chúng phát bước thứ ba thông điệp nhận bước thứ tư phát báo nhận hybrid ARQ đường lên Các đầu cuối khơng tìm phù hợp nhận dạng nhận bước nhận dạng tương ứng phát phần bước thứ xem thất bại thủ tục truy cập ngẫu nhiên cần khởi động lại thủ tục truy cập ngẫu nhiên từ bước Hiển nhiên, khơng có phản hồi hybrid ARQ phát từ đầu cuối 5.3 Paging Paging sử dụng cho thiết lập kết nối khởi tạo mạng Một giao thức paging hiệu cho phép đầu cuối ngủ mà không cần xử lý máy thu hầu hết thời gian thức dậy khoảng thời gian xác định trước để giám sát thông tin paging từ mạng Trong WCDMA, kênh thị paging riêng rẽ giám sát khoảng thời gian xác định trước, sử dụng để thị đến đầu cuối thơng tin paging phát Vì thị paging ngắn cách đáng kể so với khoảng thời gian thông tin paging, điều làm tối thiểu thời gian đầu cuối đánh thức Trong LTE, không sử dụng kênh thị paging riêng rẽ khả tiết kiệm công suất nhỏ khoảng thời gian ngắn báo hiệu điều khiển, tối đa ba ký tự OFDM mô tả chương Thay vào đó, chế giống truyền dẫn liệu đường xuống DL-SCH sử dụng đầu cuối di động giám sát báo hiệu điều khiển L1/L2 cho việc ấn định kế hoạch đường xuống Một chu trình DRX định nghĩa, cho phép đầu cuối nghỉ ngơi hầu hết thời gian thức dậy để giám sát báo hiệu điều khiển L1/L2 Nếu đầu phát nhóm nhận dạng sử dụng cho paging thức dậy, xử lý thông điệp paging tương ứng phát đường xuống Thông điệp paging bao gồm nhận dạng đầu cuối tìm gọi đầu cuối khơng tìm thấy nhận dạng loại bỏ thông tin nhận nghỉ ngơi theo chu trình DRX Hiển nhiên, định thời đường lên khơng nhận biết suốt chu trình DRX, khơng có báo hiệu ACK/NAK xãy hybrid ARQ với kết hợp mềm sử dụng cho thông điệp paging Chu trình DRX cho paging minh hoạ hình 5.8 GVHD: ThS Trần Xuân Trường 114 SVTH: Nguyễn Minh Tâm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng Công nghệ LTE cho mạng di động băng Hình 5.8 Việc nhận khơng liên tục (DRX) cho paging GVHD: ThS Trần Xuân Trường 115 SVTH: Nguyễn Minh Tâm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng Công nghệ LTE cho mạng di động băng KẾT LUẬN Sau gần tháng làm đồ án, dẫn tận tình thầy Trần Xuân Trường, động viên ủng hộ từ gia đình bè bạn giúp cho tơi hồn thành đồ án Đây dịp để tơi tự củng cố, hồn thiện nâng cao kiến thức Theo yêu cầu đề từ trước, đồ án làm bật ưu điểm công nghệ LTE, kỹ thuật tiên tiến sử dụng cơng nghệ Tuy cịn tiếp tục nghiên cứu, thử nghiệm phát triển với kết bước đầu khả quan lợi kiến trúc mạng đơn giản khả dễ dàng tích hợp với mạng 3G 2G mà khơng cần thay đổi tồn sở hạ tầng mạng có, cơng nghệ LTE chứng tỏ tiềm mạnh mẽ so với cơng nghệ đối thủ mà điển hình WiMAX Cho dù đời muộn so với WiMAX (đã triển khai thị trường), công nghệ LTE có tính cạnh tranh cao tương lai, ngồi ưu điểm sẵn có, LTE nhận nhiều ủng hộ “đại gia” ngành công nghệ viễn thông, Ericsson, Nokia-Siemens Networks, AlcatelLucent, T-Mobile, Vodafone, tập đoàn lớn khác gia nhập China Mobile, Huawei, LG Electronics, NTT DoCoMo Samsung GVHD: ThS Trần Xuân Trường 116 SVTH: Nguyễn Minh Tâm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng Công nghệ LTE cho mạng di động băng CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT Third Generation Partnership Project 3GPP Tổ chức chuẩn hóa mạng di động hệ thứ A Adaptive Antenna System Acknowledgement (In ARQ Protocols) Adjacent Channel Leakage Ratio Access Gateway (in LTE/SAE) Acknowledged Mode (RLC Configuration) Adaptive Modulation And Coding Automatic RepeatRequest AAS ACK ACLR AGW AM AMC ARQ Hệ thống antenna thích ứng Báo nhận (trong giao thức ARQ) Hệ số rò rỉ kênh lân cận Cổng truy nhập Chế độ báo nhận (cấu hình RLC) Mã hóa điều chế thích nghi u cầu lặp lại tự động B BCCH BCH BER BLER BM-SC BPSK BS BSC BTC BTS Broadcast Control Channel Broadcast Channel Bit-Error Rate Block-Error Rate Broadcast/Multicast Service Center Binary Phase-Shift Keying Base Station Base Station Controller Block Turbo Code Base Transceiver Station Kênh điều khiển quảng bá Kênh quảng bá Tỷ lệ lỗi bit Tỷ lệ lỗi khối Trung tâm dịch vụ broadcast/multicast Khóa dịch pha nhị phân Trạm gốc Khối điều khiển trạm gốc Mã turbo khối Trạm thu phát gốc C CC CDM CDMA CN CP CPC CPICH CQI CRC Convolutional Code Code-Division Multiplexing Code Division Multiple Access Core Network Cyclic Prefix Continuous Packet Connectivity Common Pilot Channel Channel Quality Indicator Cyclic Redundancy GVHD: ThS Trần Xuân Trường Mã chập Ghép kênh phân chia theo mã Đa truy nhập phân chia theo mã Mạng lõi Tiền tố tuần hoàn Khả kết nối gói liên tục Kênh hoa tiêu chung Chỉ thị chất lượng kênh truyền Kiểm tra tính dư tuần hoàn 117 SVTH: Nguyễn Minh Tâm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng Công nghệ LTE cho mạng di động băng Check Circuit Switched CS Chuyển mạch kênh D DCCH DCH DFE DFT DFTS-OFDM DL DL-SCH DPCCH DPCH DPDCH DRX DTCH DTX Dedicated Control Channel Dedicated Channel Decision Feedback Equalization Discrete Fourier Transform DFT-Spread OFDM, See Also SC-FDMA Downlink Downlink Shared Channel Dedicated Physical Control Channel Dedicated Physical Channel Dedicated Physical Data Channel Discontinuous Reception Dedicated Traffic Channel Discontinuous Transmission Kênh điều khiển dành riêng Kênh dành riêng Cân hồi tiếp để định Biến đổi fourier rời rạc OFDM trải phổ DFT, xem SC-FDMA Đường xuống Kênh chia sẻ đường xuống Kênh điều khiển vật lý dành riêng Kênh vật lý dành riêng Kênh liệu vật lý dành riêng Sự thu nhận không liên tục Kênh lưu lượng dành riêng Sự phát không liên tục E E-DCH eNodeB EPC ETSI Enhanced Dedicated Channel E-UTRAN NodeB Evolved Packet Core European Telecommunication Standards Institute Kênh dành riêng nâng cao NodeB E-UTRAN Lõi gói cải tiến Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu F Federal Communications Commission Frequency Division Duplex Frequency Division Multiplexing Frequency Division Multiple Access Fast Fourier Transform FCC FDD FDM FDMA FFT Hội đồng truyền thông liên bang Song công phân chia theo tần số Ghép kênh phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia theo tần số Biến đổi fourier nhanh G GERAN GPRS GSM EDGE RAN General Packet Radio Services GVHD: ThS Trần Xuân Trường Mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE Dịch vụ vơ tuyến gói tổng hợp 118 SVTH: Nguyễn Minh Tâm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng Công nghệ LTE cho mạng di động băng Global Sytem For Mobile Hệ thống truyền thơng di động tồn Communications cầu GSM H HARQ HSCSD HLR HS-DSCH HSDPA HSPA HSUPA Hybrid ARQ High Speed Circuit Switched Data Home Location Register High-Speed Downlink Shared Channel High Speed Downlink Packet Access High Speed Packet Access High Speed Uplink Packet Access ARQ hỗn hợp Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao Thanh ghi định vị thường trú Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao Truy nhập gói tốc độ cao Truy nhập gói đường lên tốc độ cao I IEEE IFFT IMS IMT-2000 IR ITU Institute Of Electrical And Electronics Engineers Inverse FFT IP Multimedia Subsystem International Mobile Telecommunications 2000 Incremental Redundancy International Telecommunications Union Viện kỹ sư điện điện tử FFT đảo ngược Hệ thống đa truyền thông IP Viễn thông di động quốc tế 2000 Sự dư thừa gia tăng Hiệp hội viễn thông quốc tế L LTE Long Term Evolution Sự phát triển dài hạn Medium Access Control Multimedia Broadcast/Multicast Service Multicast And Broadcast Service Multiple Input Multiple Ouput Mobile Switching Center Điều khiển truy nhập môi trường M MAC MBMS MBS MIMO MSC Broadcast đa truyền thông/dịch vụ multicast Dịch vụ multicast broadcast Nhiều đầu vào nhiều đầu Trung tâm chuyển mạch di động N NAK NodeB Negative Acknowledgement (In ARQ Protocols) NodeB, a logical node handling transmission/reception in GVHD: ThS Trần Xuân Trường 119 Báo nhận thất bại (trong giao thức ARQ) Một node logic điều khiển việc phát thu nhiều tế bào Có cịn xem tương ứng với trạm gốc SVTH: Nguyễn Minh Tâm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng Công nghệ LTE cho mạng di động băng multiple cells Commonly, but not necessarily, corresponding to a base station O Orthogonal Frequency Division Multiplexing Orthogonal Frequency Division Multiple Access Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao PAPR Peak to Average Power Ratio Hệ số cơng suất đỉnh trung bình PAR Peak to Average Ratio PCCH PCH Paging Control Channel Paging Channel Pre-coding Control Indication Physical Downlink Control Channel Packet Data Convergence Protocol Physical Downlink Shared Channel Protocol Data Unit Physical layer OFDM OFDMA P PCI PDCCH PDCP PDSCH PDU PHY Hệ số đỉnh trung bình (giống PAPR) Kênh điều khiển tìm gọi Kênh tìm gọi Chỉ thị điều khiển tiền mã hóa Kênh điều khiển đường xuống vật lý Giao thức hội tụ liệu gói Kênh chia sẻ đường xuống vật lý Đơn vị liệu giao thức Lớp vật lý Q Quadrature Amplitude Modulation Quality of Service Quadrature Phase Shift Keying QAM QoS QPSK Điều chế biên độ cầu phương Chất lượng dịch vụ Khóa dịch pha cầu phương R RAN RB RF RLC RNC ROHC RRC RS RSN Radio Access Network Resource Block Radio Frequency Radio Link Protocol Radio Network Controller Robust Header Compression Radio Resource Control Reference Symbol Retransmission Sequence Number Mạng truy nhập vô tuyến Khối tài nguyên Tần số vô tuyến Giao thức liên kết vơ tuyến Single Carrier FDMA FDMA đơn sóng mang Khối điều khiển mạng vô tuyến Nén tiêu đề mạnh mẽ Điều khiển tài nguyên vô tuyến Ký hiệu tham khảo Số thứ tự truyền lại S SC-FDMA GVHD: ThS Trần Xuân Trường 120 SVTH: Nguyễn Minh Tâm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng SDMA SFBC SIR SNR Công nghệ LTE cho mạng di động băng Spatial Division Multiple Access Space Frequency Block Coding Signal To Interference Ratio Signal To Noise Ratio Đa truy nhập phân chia theo không gian Time Dvision-Code Division Multiple Access Time Division Duplex Time Division Multiplexing Time Division Multiple Access Time DivisionSynchronous Code Division Multiple Access Transport Format Transport Format Combination Transparent Mode (RLC Configuration) Transmission Time Interval Đa truy nhập phân chia theo mã thời gian Song cơng phân chia thời gian Mã hóa khối khơng gian-tần số Hệ số tín hiệu nhiễu Hệ số tín hiệu tạp âm T TD-CDMA TDD TDM TDMA TD-SCDMA TF TFC TM TTI Ghép kênh phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia theo mã đồng bộ, phân chia theo thời gian Định dạng truyền tải Sự kết hợp định dạng truyền tải Chế độ suốt (cấu hình RLC) Khoảng thời gian truyền dẫn U UE UL UL-SCH UM UMTS UTRA UTRAN User Equipment, the 3GPP name for the mobile terminal Uplink Uplink Shared Channel Unacknowledgement Mode (RLC Configuration) Universal Mobile Telecommunications System Universal Terrestrial Radio Access Universal Terrestrial Radio Access Network Thiết bị người dùng, tên 3GPP đặt cho thiết bị đầu cuối di động Đường lên Kênh chia sẻ đường lên Chế độ không báo nhận (cấu hình RLC) Hệ thống viễn thơng di động tồn cầu Truy nhập vơ tuyến mặt đất tồn cầu Mạng truy nhập vơ tuyến mặt đất tồn cầu W WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập băng rộng phân chia theo mã Voice Over IP Thoại qua IP Zadoff-Chu Chuỗi Zadoff-Chu V VoIP Z ZC GVHD: ThS Trần Xuân Trường 121 SVTH: Nguyễn Minh Tâm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng Công nghệ LTE cho mạng di động băng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Erik Dahlman, Stefan Parkvall, Johan Sköld and Per Beming, “3G Evolution HSPA and LTE for Mobile Broadband”, Academic Press, 2007 [2] Rysavy Research, “EDGE, HSPA and LTE broadband innovation”, 3G Americas, 2008 [3] “The mobile broadband evolution: 3GPP Release and beyond HSPA+, SAE/LTE and LTE-advanced”, 3G Americas, 2009 [4] H Ekström, A Furuskär, J Karlsson, M Meyer, S Parkvall, J Torsner and M Wahlqvist, “Technical Solutions for the 3G Long-term Evolution”, IEEE Communications Magazine, March 2006 [5] “WiMax LTE: Chiến hay hịa?”, Tạp chí PCWorld Việt Nam, 2008 [6] www.tapchibcvt.gov.vn [7] www.thongtincongnghe.com [8] www.ieee.org [9] www.3gpp.org GVHD: ThS Trần Xuân Trường 122 SVTH: Nguyễn Minh Tâm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng GVHD: ThS Trần Xuân Trường Công nghệ LTE cho mạng di động băng 123 SVTH: Nguyễn Minh Tâm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax triển vọng cho công nghệ LTE 1.2.1 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax Về cơng nghệ, LTE WiMax có số khác biệt có nhiều điểm tương đồng Cả hai công nghệ. .. LTE 1.1 Giới thiệu công nghệ LTE 1.2 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax triển vọng cho công nghệ LTE 10 1.2.1 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax .10... luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp rộng Công nghệ LTE cho mạng di động băng CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ LTE 1.1 Giới thiệu công nghệ LTE LTE hệ thứ tư tương lai chuẩn UMTS