hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 theo công nghệ lte và lte phát triển
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 4 THEO CÔNG NGHỆ LTE VÀ LTE PHÁT TRIỂN GVHD: T.S LÊ QUANG TUẤN SVTH: PHAN THÁI HẰNG MSSV: 06117023 PHẦN A: GIỚI THIỆU Đồ án tốt nghiệp Trang i LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, ngƣời thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả các thầy cô trong bộ môn Điện tử-Viễn thông cũng nhƣ các thầy cô trong khoa Điện-Điện tử đã luôn nhiệt tình hƣớng dẫn, truyền đạt kiến thức trong suốt thời gian học tập tại trƣờng, là nền tảng giúp ngƣời thực hiện có thể thực hiện đề tài tốt nghiệp này. Ngƣời thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Lê Quang Tuấn, ngƣời đã hết lòng hƣớng dẫn, chỉ bảo trong suốt thời gian làm đồ án, giúp ngƣời thực hiện có những hƣớng đi đúng đắn để có thể hoàn thành đề tài. Xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến những ngƣời bạn đã luôn hết lòng giúp đỡ ngƣời thực hiện trong thời gian qua. Một lần nữa xin chân thành cảm ơn! Ngƣời thực hiện đề tài Phan Thái Hằng Đồ án tốt nghiệp Trang ii QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI Họ và tên sinh viên: Phan Thái Hằng MSSV: 06117023 Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Tên đề tài: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 4 THEO CÔNG NGHỆ 4G LTE VÀ LTE PHÁT TRIỂN 1) Cơ sở ban đầu: 2) Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: 3) Các bản vẽ: 4) Giáo viên hƣớng dẫn: TS. Lê Quang Tuấn 5) Ngày giao nhiệm vụ: 6) Ngày hoàn thành nhiệm vụ: BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬTTP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Giáo viên hƣớng dẫn T.S Lê Quang Tuấn Ngày … tháng … năm 2011 Đồ án tốt nghiệp Trang iii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Ngày … tháng … năm 2011 Giáo viên hƣớng dẫn Đồ án tốt nghiệp Trang iv NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Ngày … tháng … năm 2011 Giáo viên phản biện 2 Ngày … tháng … năm 2011 Giáo viên phản biện 1 Đồ án tốt nghiệp Trang v LỜI NÓI ĐẦU Tiếp theo mạng thông tin di động (TTDĐ) thế hệ thứ 3(3G), Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) đang hƣớng tới một chuẩn cho mạng di động tế bào mới thế hệ thứ 4 (4G). 4G có những tính năng vƣợt trội nhƣ: cho phép thoại dựa trên nền IP, truyền số liệu và đa phƣơng tiện với tốc độ cao hơn rất nhiều so với các mạng di động hiện nay. Theo tính toán, tốc độ truyền dữ liệu có thể lên đến 100 Mb/s, thậm chí lên đến 1 Gb/s trong các điều kiện tĩnh. Nhu cầu của khách hàng luôn tác động lớn đến sự ra đời, tồn tại và phát triển của một công nghệ mới. Có thể nói, hiện nay có hai yếu tố từ nhu cầu của ngƣời dùng tác động đến sự phát triển của công nghệ 4G. Thứ nhất, đó là sự gia tăng về nhu cầu của các ứng dụng của mạng không dây và nhu cầu băng thông cao khi truy nhập internet. Thứ hai, ngƣời dùng luôn muốn công nghệ không dây mới ra đời vẫn sẽ cung cấp các dịch vụ và tiện ích theo cách tƣơng tự nhƣ mạng hữu tuyến, mạng không dây hiện có mà họ đang dùng với những thói quen của họ. Và hiển nhiên, nhu cầu về chất lƣợng dịch vụ cung cấp đƣợc tốt hơn, tốc độ cao hơn, tốc độ truy nhập Web, tải xuống các tài nguyên mạng nhanh hơn…là đích hƣớng tới của công nghệ di động 4G. Ở Việt Nam, hiện nay 3G đang phát triển rầm rộ và để tiến lên 4G không còn xa nữa. Theo tin từ Tập đoàn Bƣu chính viễn thông Việt Nam (VNPT), đơn vị này vừa hoàn thành việc lắp đặt trạm BTS sử dụng cho dịch vụ vô tuyến băng rộng công nghệ LTE, công nghệ tiền 4G đầu tiên tại Việt Nam và Đông Nam Á. Để hòa nhập với xu thế chung, ngƣời thực hiện đã chọn đề tài “ Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 theo công nghệ LTE và LTE phát triển” để có cơ hội nghiên cứu, tìm hiểu kĩ hơn về công nghệ mới này. Đồ án tốt nghiệp Trang vi Nội dung của đồ án này gồm có 3 phần: Phần A: Giới thiệu Phần B: Nội dung Chƣơng 1: Tổng quan các hệ thống thông tin di động Chƣơng 2: Hệ thống 4G LTE Chƣơng 3: Tổng quan mạng di động 4G LTE Advance Chƣơng 4: Mô phỏng Phần C: Phụ lục và tài liệu tham khảo Trong quá trình thực hiện đề tài, do khả năng còn hạn chế của ngƣời thực hiện mà đề tài còn có nhiều thiếu sót, rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô và bạn bè. Đồ án tốt nghiệp Trang vii MỤC LỤC Phần A: Giới thiệu Lời cảm ơn i Quyết định giao đề tài ii Nhận xét của giáo viên hƣớng dẫn iii Nhận xét của giáo viên phản biện iv Lời nói đầu iv Mục lục ivii Liệt kê bảng x Liệt kê hình xi Phần B: Nội dung CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1 1.1 Lịch sử phát triển của các hệ thống thông tin di động 1 1.1.1 Thế hệ 1G (First Generation) 1 1.1.2 Thế hệ 2G (Second Generation) 1 1.1.3 Thế hệ 3G (Third Generation) 2 1.2 Công nghệ 4G 4 CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG 4G LTE 13 2.1 Tổng quan 13 2.1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE 13 2.1.2 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax và những triển vọng cho công nghệ LTE 14 2.1.2.1 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax 14 2.1.2.2 Những triển vọng cho công nghệ LTE 18 2.1.3 Mục tiêu thiết kế LTE 20 2.1.3.1 Tiềm năng công nghệ 21 2.1.3.2 Hiệu suất hệ thống 22 2.1.3.3 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai 24 2.1.3.4 Kiến trúc và sự dịch chuyển (migration) 28 2.1.3.5 Quản lí tài nguyên vô tuyến 28 2.1.3.6 Độ phức tạp 29 2.1.3.7 Những vấn đề chung 29 Đồ án tốt nghiệp Trang viii 2.1.4 Các thông số lớp vật lý của LTE 29 2.1.5 Dịch vụ của LTE 30 2.1.6 Tình hình triển khai mạng LTE tại Việt Nam: VNPT liên doanh triển khai mạng LTE (4G) 33 2.2 Cấu trúc mạng 35 2.2.1 Mạng lõi 38 2.2.2 Mạng truy cập 41 2.2.3 Đƣờng giao tiếp giữa mạng lõi với mạng truy cập vô tuyến 42 2.2.4 Đƣờng giao tiếp với cơ sở dữ liệu ngƣời dùng 44 2.2.5 Cấu trúc chuyển vùng Roaming 44 2.2.6 Kết nối với các mạng khác 45 2.3 Kiến trúc giao thức 46 2.3.1 Mặt phẳng ngƣời dùng 46 2.3.2 Mặt phẳng điều khiển 47 2.4 Các kênh sử dụng trong E-UTRAN 50 2.4.1 Kênh vật lý : các kênh vật lý sử dụng cho dữ liệu ngƣời dùng bao gồm : 50 2.4.2 Kênh logic : đƣợc định nghĩa bởi thông tin nó mang bao gồm: 50 2.4.3 Kênh vận chuyển: bao gồm các kênh sau 51 2.5 Truyền dữ liệu hƣớng xuống 51 2.5.1 Nguyên tắc cơ bản của OFDM 51 2.5.2 Giải điều chế OFDM 55 2.5.3 Thực hiện OFDM sử dụng xử lý IFFT/FFT 56 2.5.4 Chèn cyclic prefix 58 2.5.5 Mô hình miền thời gian của truyền OFDM 60 2.5.6 Sự ƣớc lƣợng kênh và những symbol tham chiếu. 61 2.5.7 Tính đa dạng tần số với OFDM: điều quan trọng của mã kênh 62 2.5.8 Lựa chọn những thông số cơ bản của OFDM 64 2.5.8.1 Khoảng cách sóng mang con OFDM 64 2.5.8.2 Số sóng mang con 65 2.5.8.3 Chiều dài cyclic prefix 66 2.5.9 Sự biến đổi công suất truyền tức thời 67 2.5.10 OFDM nhƣ là kế hoạch đa truy nhập và ghép kênh 67 [...]... tiềm năng nhất cho truyền thông 4G Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) đã định nghĩa truyền thông di động thế hệ thứ 4 là IMT Advanced và chia thành hai hệ thống dùng cho di động tốc độ cao và di động tốc độ thấp 3GPP LTE là hệ thống dùng cho di động tốc độ cao Ngoài ra, đây còn là công nghệ hệ thống tích hợp đầu tiên trên thế Chƣơng 1: Tổng quan các hệ thống thông tin di động Đồ án tốt nghiệp Trang... bit và sự phát triển di động đến IMT-Advance 7 Hình 1.2 : Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động 4G 8 Hình 2.1 Lộ trình phát triển của LTE và các công nghệ khác 15 Hình 2.2 Mục tiêu thiết kế LTE 20 Hình 2.3 Phân bố phổ băng tần lõi tại 2 Ghz của nguyên bản IMT-2000 26 Hình 2 .4 Một ví dụ về cách thức LTE thâm nhập từng bƣớc vào phân bố phổ của một hệ thống GSM đã đƣợc triển. .. QUAN CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Lịch sử phát triển của các hệ thống thông tin di động 1.1.1 Thế hệ 1G (First Generation) Đây là hệ thống thông tin di động tƣơng tự sử dụng phƣơng thức đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA và điều chế tần số FM với các đặc điểm: Phƣơng thức truy nhập: FDMA Dịch vụ đơn thuần là thoại Chất lƣợng thấp Bảo mật kém Một số hệ thống điển hình: NMT (Nordic Mobile... hiện nay trong LTE là OFDM kết hợp với MIMO và SC-FDMA so với MC-MC-CDMA để lựa chọn đƣợc phƣơng pháp tốt nhất Chƣơng 1: Tổng quan các hệ thống thông tin di động Đồ án tốt nghiệp Trang 13 CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG 4G LTE 2.1 Tổng quan 2.1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE LTE là thế hệ thứ tƣ tƣơng lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển UMTS thế hệ thứ ba dựa trên WCDMA đã đƣợc triển khai trên toàn thế giới Để đảm... hoạch nghiên cứu LTE cho mình, hệ thống do 3GPP2 đề xuất là UMB (Ultra Mobile Broadband) Ngoài ra Wimax cũng có kế hoạch tiến tới 4G Một lộ trình tiến tới mạng 4G của các công nghệ đƣợc thể hiện nhƣ hình 1.2: Chƣơng 1: Tổng quan các hệ thống thông tin di động Đồ án tốt nghiệp Trang 8 Hình 1.2 : Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động 4G UMB Chuẩn UMB hiện nay đƣợc phát triển bởi 3GPP2... đƣợc triển khai tại Mỹ và Hàn Quốc PDC (Personal Digital Cellular) sử dụng phƣơng thức truy cập TDMA đƣợc triển khai tại Nhật Bản 1.1.3 Thế hệ 3G (Third Generation) Đây là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ điện thoại di động, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh…) 3G cung cấp cả hai hệ thống là chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh Hệ thống. .. 2.1.2 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax và những triển vọng cho công nghệ LTE 2.1.2.1 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax Về công nghệ, LTE và Wimax có một số khác biệt nhƣng cũng có nhiều điểm tƣơng đồng Cả hai công nghệ đều dựa trên nền tảng IP Cả hai đều dùng kĩ thuật MIMO để cải thiện chất lƣợng truyền/nhận tín hiệu, đƣờng xuống từ trạm thu phát đến thiết bị đầu cuối đầu đƣợc tăng tốc... sau 3G), ví dụ nhƣ HSPA, CDMA 1xEvDo và những thế hệ phát triển hơn nữa của chúng trong tƣơng lai Các hệ thống IMT-Advance: các hệ thống thuộc loại này đƣợc xem là hệ thống 4G Trong liên minh viễn thông quốc tế ITU, nhóm công tác 8F(ITU-R WP 8F) đang tiến hành nghiên cứu các hệ thống kế tiếp sau IMT-2000 ITU-R WP 8F tuyên bố rằng cần có các công nghệ vô tuyến di động mới để đáp ứng các khả năng cao... 3G LTE thay vì CDMA nhƣ trong 3G LTE- Advance Sự phát triển của LTE Advance/IMT Advance đƣợc chỉ ra ở bảng dƣới và sự tiến triển từ các dịch vụ của 3G đƣợc phát triển từ kĩ thuật UMTS/W-CDMA Chƣơng 1: Tổng quan các hệ thống thông tin di động Đồ án tốt nghiệp Trang 11 Bảng 1.1 So sánh thông số đặc di m của các hệ thống Một số đặc điểm của LTE Advance: Tốc độ dữ liệu đỉnh: 1 Gbps cho đƣờng xuống và. .. phải đến năm Chƣơng 2: Hệ thống 4G LTE Đồ án tốt nghiệp Trang 17 2010 ngƣời dùng mới đƣợc trải nghiệm Tuy nhiên LTE vẫn có lợi thế quan trọng so với WiMax LTE đƣợc hiệp hội các nhà khai thác GSM (GSM Association) chấp nhận là công nghệ băng rộng di động tƣơng lai của hệ di động hiện đang thống trị thị trƣờng di động toàn cầu với khoảng 2,5 tỉ thuê bao (theo Informa Telecoms & Media) và trong 3 năm tới