(TIỂU LUẬN) đề tài tìm HIỂU về MẠNG 4g

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - – ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ MẠNG 4G Họ tên sinh viên Mã số sinh viên Tên lớp học phần Mã lớp học phần Email liên hệ Số điện thoại Tp HCM, tháng năm 2022 TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G Giới thiệu 4G hệ mạng 3G, IEEE đặt nhàm phân biệt với chuẩn mạng trước (2G/3G) hệ thống thơng tin băng rộng xem IMT tiên tiến (IMT Advanced) định nghĩa ITU-R Hiện giới tồn chuẩn công nghệ lõi mạng 4G Mobile WiMax Long term Evolution (LTE) Cả WiMax LTE sử dụng công nghệ thu phát tiên tiến để nâng cao khả phát sóng hoạt động thiết bị, mạng lưới Các mục tiêu mà 4G hướng đến - Tốc độ liệu đề 100Mbps cho thuê bao di chuyển cao 1Gbps cho thuê bao di chuyển, băng thông linh động lên đến 40MHz - Băng thơng linh hoạt 5MHz đến 20MHz, lên tới 40MHz - Kết nối liền chuyển giao toàn cầu mạng qua đa mạng Ưu điểm 4G - Tốc độ liệu cao nhiều lần so với mạng 3G - Tăng hiệu sử dụng phổ giảm thời gian trể - Cấu trúc mạng đơn giản khơng cịn chuyển mạch kênh - Động rộng băng tần linh hoạt - Hiệu trải phổ tăng lần tăng 10 lần user/cell so với WCDMA Các kỹ thuật áp dụng - MIMO: để đạt hiệu suất phổ tần cao cách sử dụng phân tập theo không gian, đa anten đa người dùng - Sử dụng lưỡng tử hóa miền tần số, OFDM SCFDE: để tận dụng tính chọn lọc tần số kênh mà lượng tử phức tạp - Ghép kênh miền tần số OFDMA SC-FDMA: Tốc độ bit thay đổi việc gán cho người dùng kênh khác dựa điều kiện kênh - Mã hóa sửa lỗi Turbo: Để tối thiểu yêu cầu tỷ số SNR bên thu - Lâp biểu kênh độc lập: để sử dụng kênh thay đổi theo thời gian - Thích nghi đường truyền: điều chế thích nghi mã sửa lỗi THÀNH PHẦN MẠNG 4G I Mobile WiMax Tổng quan Mobile WiMax WiMax hệ thống truy nhập vi ba có tính tương tác toàn cầu dựa sở tiêu chuẩn kỹ thuật IEEE 802.16 WiMax hoạt động gần giốn với Wi-Fi được cải thiện nhiều để cá tăng tốc độ truyền dẫn liệu WiMax phục vụ chủ yếu cho mạng đô thị MAN Mạng WiMax mạng đô thị hữu tuyến mạng DSL sử dụng để phục vụ thuê bao vùng tới 50 km Một số đặc điểm chung Mobile WiMax Công nghệ WiMax đưa chuẩn IEEE 802.16, cơng nghệ có số điểm chung sau: - Phạm vi hoạt động WiMax đạt đến 50km điều kiện tầm nhìn thẳng LOS - Tốc độ truyền liệu thay đổi - Giao diện vô tuyến sử dụng công nghệ OFDM - Đa truy nhập OFDMA, chế độ song công cho phép sử dụng hai công nghệ song cơng phân chia theo thời gian tiến Tính bảo mật cao, hỗ trợ chuẩn mã mật liệu DES chuẩn mã mật tiên AES Hoạt động WiMax Thiết lập mạng WiMAX ta cần có trạm phát BS (giống BTS mạng thông tin di động) Nhiều BS kết nối, quản lý mạng dịch vụ truy cập ASN gateway (Access Service Network) ASN Gateway thực thể miêu tả diễn đàn WiMAX, nhiên mạng triển khai thực tế người ta hay gọi WAC (WiMAX Access Controller) Nhiều WAC tập hợp lại tạo thành ASN Nhiều ASN operator tạo thành NAP (Network Access Provider) chúng kết nối với nhiều mạng dịch vụ kết nối CSN (Core Service Network) ASN định nghĩa đường biên logic biểu diễn theo cách thuận lợi để mô tả tập hợp thực thể chức luồng tin tương ứng kết hợp với dịch vụ truy cập CSN định nghĩa tập chức mạng cung cấp dịch vụ kết nối IP cho thuê bao WiMAX Hình Mơ hình tham chiếu mạng WiMax Hỗ trợ khả chia sẻ ASN nhà cung cấp NAP nhà cung cấp NSP - Hỗ trợ dịch vụ cung cấp NSP đơn lẻ nhiều ASN - nhiều NAP quản lý - Hỗ trợ khả phát lựa chọn NSP khả nhập MS SS - Hỗ trợ NAP để triển khai nhiều sơ đồ mạng ASN - Hỗ trợ truy cập dịch vụ nhà cung cấp hành thông qua chức liên mạng Kiến trúc WiMAX cho phép dịch vụ IP Ethernet mạng tương thích IP di động chuẩn Mạng WiMAX có đặc tính sau đây: Tính bảo mật: Kiến trúc mạng WiMAX end-to-end dựa tảng bảo mật cho nhà khai thác sơ đồ mạng ASN áp dụng thông qua GreenField mơ hình triển khai liên mạng Di động chuyển giao: Kiến trúc mạng WiMAX end-to-end có khả để hỗ trợ di động chuyển giao (Mobility and handover) Tính mềm dẻo, khả mở rộng lựa chọn nhà khai thác: Cho phép người sử dụng lựa chọn tự động hay thủ công NAP NSP sẵn có, cung cấp số cơng nghệ ASN bao gồm: hub-and-spoke, phân cấp (hierachical), /hoặc kết nối multi –hop, hỗ trợ triển khai sở hạ tầng ngày phức tạp Kỹ thuật điều chế áp dụng Để đạt hiệu trải phổ tốt thông lượng kênh cao hơn, công nghệ WiMax áp dụng kỹ thuật sau: - Kỹ thuật phân chia tần số trực giao (OFDM) : WiMax sử dụng công nghệ OFDM giao diện vô tuyến để truyền tải liệu cho phép thuê bao truy nhập kênh OFDM sử dụng kỹ thuật truyền song song nhiều băng tần nên kéo dài thời gian truyền ký tự lên nhiều lần - Kỹ thuật truy cập kênh OFDMA: sử dụng kỹ thuật hỗ trợ WiMax truyền song công FDD TDD, phương pháp cho phép thay đổi độ rộng băng thơng lên xuống dẫn đến thay đổi tốc độ phát (upload) thu (download) liệu không cố định ASDL hay CDMA Kỹ thuật sử dụng nhiều sóng mang song song để truyền làm thời gian tồn tín hiệu dài hơn, kỹ thuật giảm tối đa tượng fading lựa chọn tần số ảnh hưởng đến tín hiệu cho phép tối ưu hóa mức điều chế kênh dựa chất lượng tín hiệu II LTE (Long Tern Evolution) Tổng quan LTE LTE bước dẫn đến hệ thống thông tin di động 4G Xây dựng tảng kỹ thuật họ hệ thống mạng tế bào 3GPP LTE gọi E-UTRA hay EUTRAN hệ thứ tư tương lai chuẩn UMTS 3GPP phát triển Đặc tính hệ thống LTE Tốc độ: Max Downlink = 100Mbps, Uplink = 50Mbps với hai anten thu anten phát Tính di động:Tốc độ di chuyển tối ưu 0-15km/h hoạt động tốt với tốc độ di chuyển từ 15-120km/h Phổ tần số: - Hoạt động chế độ FDD TDD - Độ phủ sóng từ 5-100 km Chất lượng dịch vụ: - Hỗ trợ tính đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS - Tiết kiệm chi phí triển khai vận hành Kiến trúc mạng 4G LTE Kiến trúc hệ thống 4G LTE gồm vùng chính: thiết bị người dùng (UE), E-UTRAN, mạng lõi EPC vùng dịch vụ Kiến trúc tổng quan UE, E-UTRAN EPC đại diện cho giao thức internet (IP) lớp kết nối, phần hệ thống gọi hệ thống gói phát triển (EPS) Chức lớp cung cấp kết nối dựa IP tối ưu hóa cao E-UTRAN tập chung vào nút, nút B phát triển (eNode B), đơn giản mạng lưới eNodeB kết nối tới eNodeB lân cận với giao diện Khu vực mạng lõi EPC không chứa vùng chuyển, kết nối trực tiếp với mạng chuyển mạch  Thiết bị người dùng (UE) - Là thiết bị mà người dùng đầu cuối sử dụng để liên lạc, thiết bị cầm tay điện thoại thông minh thẻ dư liệu người sử dụng - Các chức UE tảng cho ứng dụng truyền thông, mà có tín hiệu với mạng để thiết lập, trì loại bỏ liên kết thơng tin người dùng cần  Truy cập vô tuyến mặt đất E-UTRAN - Mạng truy nhập vô tuyến LTE gọi E-UTRAN đặc điểm tất dịch vụ, bao gồm dịch vụ thời gian thực, hỗ trợ qua kênh gói chia sẻ, - Mục đích LTE tối thiểu hóa số node, trạm gốc phức tạp NodeB mạng truy cập vô tuyến - Giao diện vô tuyến sử dụng E-UTRAN S1 X2 Trong S1 giao diện vơ tuyến kết nối eNodeB mạng lõi, X2 giao diện eNodeB với - E-UTRAN chịu trách nhiệm chức liên quan tới vô tuyến: quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến, nén header, bảo mật, kết nối đến mạng lõi EPC  Mạng lõi EPC - Là mở rộng hoàn toàn mạng lõi hệ thống 3G bao phủ miền chuyển mạch gói - EPC chia luồng liệu người dùng thành mặt phẳng người dùng mặt phẳng điều khiển - Thực thể EPC bao gồm: + MME (Mobility Management Entity): thực thể quản lý di động, điều khiển Node xử lý tín hiệu UE mạng lõi MME phần tử điều khiển EPC thực chúc liên quan đến thơng báo thiết lập, trì gửi thông báo chức liên quan đến quản lý kết nối việc kết nối bảo mật mạng UE + S-Gateway: vị trí kết nối giao tiếp liệu gói với E-UTRAN + P-Gateway: điểm đầu cuối cho phiên hướng mạng liệu gói bên ngồi + PCRF: điều khiển việc tạo bảng giá cấu hình hệ thống đa phương tiện IP IMS cho người dùng + HSS: nơi lưu trữ liệu thuê bao cho tất liệu người dùng Các kỹ thuật sử dụng rong 4G LTE LTE sử dụng kỹ thuật OFDMA cho truy cập đường xuống SC-FDMA cho truy cập đường lên kết hợp đồng thời với MIMO  Kỹ thuật đa truy nhập đường xuống OFDMA - Kỹ thuật điều chế OFDMA trường hợp đặc biệt phương pháp điều chế FDM, chia luồng liệu thành nhiều đường truyền băng hẹp vùng tần số sử dụng - LTE sử dụng OFDM kỹ thuật truy cập dường xuống chúng có ưu điểm sau: OFDM loại bỏ tượng nhiễu xun kí hiệu ISI Thực việc chuyển đổi chuỗi liệu từ nối tiếp sang song song ên thời gian symbol tăng lên phân tán theo thời gian gây trải Tối ưu hiệu phổ tần cho phép chồng phổ sóng mang Phù hợp cho việc thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng Cấu trúc máy thu đơn giản  Kỹ thuật đa truy cập đường lên SC-FDMA Khi truyền liệu từ UE đến mạng, cần có khuếch đại cơng suất để nâng tín hiệu từ UE đến mạng, cần có khuếch đại cơng suất để nâng tín hiệu đến lên mức đủ cao để mạng thu 3GPP tìm phương án truyền dẫn khác cho hướng lên LTE SC-FDMA chọn kết hợp kỹ thuật với PAPR thấp hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang  Kỹ thuật MIMO - Là kỹ thuật sử dụng phân tách không gian thông qua việc sử dụng ghép kênh theo không gian tạo chum tia - Sử dụng hai nhiều máy phát hai nhiều máy thu MIMO phần tất yếu LTE để đạt yêu cầu đầy tham vọng thông lượng hiệu sử dụng phổ MIMO cho phép sử dụng nhiều anten máy phát máy thu Với hướng tải xuống, MIMO 2x2 xem cấu hình bản, MIMO 4x4 đề cập đưa vào bảng đặc tả kỹ thuật chi tiết - MIMO lợi dụng tín hiệu đa đường máy phát máy thu để thiện dung lượng có sẵn cho kênh truyền Bằng cách sử dụng nhiều anten bên phát thu với việc xử lý tín hiệu số, kỹ thuật MIMO tao dòng liệu kênh truyền, từ làm tăng dung lượng kênh truyền 10 ...1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G Giới thiệu 4G hệ mạng 3G, IEEE đặt nhàm phân biệt với chuẩn mạng trước (2G/3G) hệ thống thơng tin băng rộng xem IMT tiên... Kết nối liền chuyển giao toàn cầu mạng qua đa mạng Ưu điểm 4G - Tốc độ liệu cao nhiều lần so với mạng 3G - Tăng hiệu sử dụng phổ giảm thời gian trể - Cấu trúc mạng đơn giản khơng cịn chuyển mạch... công nghệ lõi mạng 4G Mobile WiMax Long term Evolution (LTE) Cả WiMax LTE sử dụng công nghệ thu phát tiên tiến để nâng cao khả phát sóng hoạt động thiết bị, mạng lưới Các mục tiêu mà 4G hướng đến