Nghiên cứu các thủ tục truy nhập trong LTE

Nghiên cứu các Thủ tục truy nhập trong LTE

I Đồ án tốt nghiệp SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải LỜI NÓI ĐẦU Trước khi truyền dẫn số liệu đầu cuối di động cần phải kết nối với mạng. Muốn kết nối truy nhập trong mạng ta cần thủ tục truy nhập mạng. Mạng di động nào cũng vậy và LTE cũng không ngoại lệ. Hai thủ tục được xét là: tìm ô và truy nhập ngẫu nhiên. Tìm ô là thủ tục mà một đầu cuối di động tìm một ô tiềm năng để kết nối. Kết quả của thủ tục này là đầu cuối nhận được số nhận dạng và ước tính định thời khung của ô được nhận dạng. Ngoài ra thủ tục tìm ô cũng cấp ước tính các thông số cần thiết để thu thông tin hệ thống trên kênh quảng bá, qua kênh này đầu cuối nhận được các thông số cần thiết để truy nhập hệ thống. Truy nhập ngẫu nhiên cho phép đầu cuối gửi yêu cầu thiết lập kết nối đến mạng. Kết quả của truy nhập này là thiết lập đồng bộ đường lên và thiết lập một nhận dạng đầu cuối duy nhất, trong đó mạng và đầu cuối đều biết nhận dạng này. Vì thế truy nhập ngẫu nhiên không chỉ được sử dụng cho truy nhập lần đầu, khi chuyển từ LTE DETACHED hay LTE- IDLE vào LTE-ACTIVE mà còn cả sau các chu kì không tích cực khi đồng bộ đường lên bị mất trong LTE-ACTIVE. Ngày nay hệ thống thông tin di động phát triển không ngừng và các nhà viễn thông trên thế giới đã tiến hành thử nghiệm một chuẩn di động mới với nhiều ưu điểm nổi trội năng lực tuyệt vời cũng như khả năng thương mại hóa! Đó là LTE! Do vậy việc nghiên cứu tìm hiểu về các thủ tục truy nhập trong LTE là một yêu cầu bức thiết mang tính thời đại. Xuất phát từ những suy nghĩ trên nên em lựa chọn đề tài: Nghiên cứu các thủ tục truy nhập trong LTE. Kết cấu đồ án gồm 4 chương: - Chương 1: Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động và tổng quan mạng 4G. - Chương 2: Tổng quan về công nghệ LTE và các vấn đề liên quan - Chương 3: Lớp vật lý trong mạng LTE - Chương 4: Các thủ tục truy nhập II Đồ án tốt nghiệp SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải Trong thời gian thực hiện đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế nên em rất mong nhận được sự đóng góp của thầy, cô và các bạn để đề tài được hòa thiện hơn. Hà Nội, Ngày Tháng Năm 2013 Sinh viên thực hiện Đỗ Bảo Sơn III Đồ án tốt nghiệp SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải MỤC LỤC NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU I MỤC LỤC III DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU THUẬT NGỮ VIẾT TẮT VII DANH MỤC HÌNH VẼ XVIII DANH MỤC BẢNG BIỂU XXI CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G 1 1.1 Sự phát triển của hệ thống thông tin di động 1 1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 (1G) 2 1. 1. 2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 (2G) 3 1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) 5 1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G) 7 1. 2 Tổng quan về mạng 4G 8 1. 3 Sự khác nhau giữa 3G và 4G 10 1. 3. 1 Ưu điểm nổi bật 11 1.3.2 Các ứng dụng đã tạo nên ưu điểm của 4G LTE so với 3G 11 Kết luận chương: 12 CHƢƠNG 2 : CẤU TRÚC MẠNG 4G LTE VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 13 2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE 13 2.2. Kiến trúc mạng LTE 20 2.2.1. Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống 21 IV Đồ án tốt nghiệp SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải 2.2.2. Thiết bị người dùng ( UE) 23 2.2.3. E-UTRAN nodeB (eNodeB) 24 2.2.4. Thực thể quản lý tính di động (MME) 25 2.2.5. Cổng phục vụ ( S-GW) 28 2.2.6. Cổng mạng dữ liệu gói( P-GW) 31 2.2.7. Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên ( PCRF) 33 2.2.8. Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) 34 2.3 Các giao diện và giao thức trong cấu hình kiến trúc cơ bản của hệ thống 34 2.4 QoS và kiến trúc dịch vụ mang chuyển 39 2.5. Giao thức trạng thái và chuyển tiếp trạng thái 40 2.6. Hỗ trợ tính di động liên tục 41 2.7. Kiến trúc hệ thống phát quảng bá đa điểm 44 Kết luận chương: 48 CHƢƠNG 3 - LỚP VẬT LÝ LTE 50 3.1. Các kênh truyền tải và ánh xạ của chúng tới các kênh vật lý 50 3.2. Truyền tải dữ liệu người sử dụng hướng lên 52 3.3. Truyền dẫn dữ liệu người dùng hướng xuống 56 3.4. Truyền dẫn tín hiệu lớp vật lý hướng lên 61 3.4.1. Kênh điều khiển đường lên vật lý ( PUCCH) 63 3.4.2. Cấu hình PUCCH 64 3.4.3. Báo hiệu điều khiển trên PUSCH 64 3.5. Cấu trúc PRACH (Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý) 68 3.6. Truyền dẫn báo hiệu lớp vật lý hướng xuống 69 3.6.1. Kênh chỉ thị định dạng điều khiển vật lý (PCFICH) 70 V Đồ án tốt nghiệp SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải 3.6.2. Kênh điều khiển hướng xuống vật lý ( PCDCH) 70 3.6.3. Kênh chỉ thị HARQ vật lý ( PHICH) 72 3.6.4. Các chế độ truyền dẫn hướng xuống 72 3.6.5. Kênh quảng bá vật lý ( PBCH) 73 3.6.6. Tín hiệu đồng bộ 74 3.7. Các thủ tục lớp vật lý 75 3.7.1. Thủ tục HARQ 75 3.7.2. Ứng trước định thời 76 3.7.3. Điều khiển công suất 77 3.7.4. Nhắn tin 78 3.7.5. Thủ tục báo cáo phản hồi kênh 79 3.7.6. Hoạt động chế độ bán song công 80 3.7.7. Các lớp khả năng của UE và các đặc điểm được hỗ trợ 80 3.8. Đo lường lớp vật lý 81 3.8.1. Đo lường eNodeB 81 3.8.2. Đo lường UE 82 3.9. Cấu hình tham số lớp vật lý 82 Kết luận chương 83 CHƢƠNG 4: CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP LTE 85 4.1 Tìm ô: 85 4.1.1. Thủ tục tìm ô: 86 4.1.2. Cấu trúc thời gian/tần số của các tín hiệu đồng bộ: 87 4.1.3. Tìm ô ban đầu và tìm ô lân cận: 89 4.2. Truy nhập ngẫu nhiên: 91 VI Đồ án tốt nghiệp SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải 4.2.1. Bước 1: Truyền dẫn tiền tố truy nhập 92 4.2.2 Bước 2: Trả lời truy nhập ngẫu nhiên: 97 4.2.3. Bước 3: Nhận dạng đầu cuối: 98 4.2.4. Bước 4: Phân giải va chạm: 99 4.2.5. Tìm gọi: 100 Kết luận chương: 102 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 103 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN VÀ ĐỌC DUYỆT 104 LỜI CẢM ƠN 105 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 VII Đồ án tốt nghiệp SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Tên viết tắt Tên tiếng anh Nghĩa tiếng việt 1G First Generation Thế thệ đầu tiên 2G Second Generation Thế hệ thứ hai 3G Third Generation Thế hệ thứ ba 4G Fourth Generation Thế hệ thứ tư 3GPP Third Generation Partnership Project Dự án các đối tác thế hệ thứ ba AAA Authentication, Authorization and Accounting Xác thực, cấp phép và tính cước ACF Analog Channel Filter Bộ lọc kênh tương tự ACIR Adjacent Channel Interference Rejection Loại bỏ nhiễu kênh lân cận ACK Acknowledgement Sự báo nhận ACLR Adjacent Channel Leakage Ratio Tỉ lệ dò kênh lân cận ACS Adjacent channel selectivity Chọn lọc kênh lân cận ADC Analog-to Digital Conversion Chuyển đổi tương tự - số ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số không đối xứng AM Acknowledged Mode Chế độ báo nhận AMBR Aggregate Maximum Bit Rate Tốc độ bít tối đa cấp phát AMD Acknowledged Mode Data Dữ liệu chế độ báo nhận AMR Adaptive Multi-Rate Đa tốc độ thích ứng AMR-NB Adaptive Multi-Rate Narrowband Băng hẹp đa tốc độ thích ứng AMR-WB Adaptive Multi-Rate Băng rộng đa tốc độ thích ứng VIII Đồ án tốt nghiệp SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải Wideband ARP Allocation Retention Priority Ưu tiên duy trì cấp phát ATB Adaptive Transmission Bandwidth Băng thông truyền dẫn thích nghi AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng thêm vào AMPS Advanced Mobile Phone Sytem Hệ thống điện thoại di động tiên tiến BB Baseband Băng gốc BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển phát quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh phát quảng bá AMPS Advanced Mobile Phone Sytem Hệ thống điện thoại di động tiên tiến BPF Band Pass Filter Bộ lọc băng tần BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân BS Base Station Trạm gốc BSC Base Station Controller Điều khiển trạm gốc BSR Buffer Status Report Báo cáo tình trạng bộ đệm BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc BW Bandwidth Dải thông CAZAC Constant Amplitude Zero Autocorrelation Codes Mã tự tương quan zero biên độ không đổi CBR Constant Bit Rate Tốc độ bít không đổi CCE Control Channel Element Phần tử kênh điều khiển CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung CDD Cyclic Delay Diversity Phân tập trễ vòng CDF Cumulative Density Function Chức năng mật độ tích lũy CDM Code Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo mã IX Đồ án tốt nghiệp SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã AIR Carrier to Interference Ratio Tỷ số sóng mang trên tập âm CP Cyclic Prefix Tiền tố vòng CPICH Common Pilot Channel Kênh điều khiển chung CQI Channel Quality Information Thông tin chất lượng kênh CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra dư vòng C-RNTI Ô Radio Network Temporary Identifier Nhận dạng tạm thời mạng vô tuyến tế bào CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh CSCF Call Session Control Function Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi D-BCH Dynamic Broadcast Channel Kênh phát quảng bá động DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng DCI Downlink Control Information Thông tin điều khiển đường xuống DFCHA Dynamic Frequency and Channel Allocation Cấp phát kênh và tần số động DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi fourier rời rạc DL Downlink Đường xuống UL uplink Đường lên DL-SCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống DPCCH Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng DTX Discontinuous Transmission Truyền phát không liên tục DwPTS Downlink Pilot Time Slot Khe thời gian điều khiển đường xuống E-DCH Enhanced DCH DCH được tăng cường X Đồ án tốt nghiệp SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution Tốc độ dữ liệu tăng cường cho GSM phát triển EPC Evolved Packet Core Mạng lõi gói phát triển EPDG Evolved Packet Data Gateway Cổng dữ liệu gói phát triển E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu phát triển EDO Evolution Data Only Chỉ có dữ liệu phát triển FD Frequency Domain Miền tần số FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia tần số FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia tần số FDPS Frequency Domain Packet Scheduling Lập biểu gói miền tần số FFT Fast Fourier Transform Biến đổi furier nhanh FS Frequency Selective Lựa chọn tần số GERAN GSM/EDGE Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến GSM/EDGE GGSN Gateway GPRS Support Node Nút cổng hỗ trợ GPRS GP Guard Period Khoảng bảo vệ GPRS General packet radio service Dịch vụ vô tuyến gói chung GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GRE Generic Routing Encapsulation Đống gói định tuyến chung GSM Global System for Mobile Communications Hệ thống truyền thông di động toàn cầu GTP GPRS Tunneling Protocol Giao thức đường hầm GPRS GTP-C GPRS Tunneling Protocol, Control Plane Mặt phẳng điều khiển, giao thức đường hầm GPRS [...]... số 89 Hình 4.4: Thủ tục truy nhập ngẫu nhiên 92 Hình 4.6: Minh họa nguyên lý truy n dẫn tiền tố ngẫu nhiên 94 Hình 4.6: Định thời tiền tố tại eNodeB cho các người sử dụng truy nhập ngẫu nhiên khác nhau 95 Hình 4.7: Tạo tiền tố truy nhập ngẫu nhiên 96 Hình 4.8: Phát hiện tiền tố truy nhập trong miền tần số 97 Hình 4.9: Thu không liên tục (DRX) đối với tìm... tới các nút logic khác và các chức năng chính 25 Hình 2.4 MME kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính 28 Hình 2.5 Các kết nối S-GW tới các nút logic khác và các chức năng chính 29 Hình 2.6 P-GW kết nối tới các node logic khác và các chức năng chính 32 Hình 2.7 PCRF kết nối tới các nút logic khác & các chức năng chính 33 Hình 2.8 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển trong. .. Bảng 2.1 : Các thông số lớp vật lý LTE 16 Bảng 2.2 : Tốc độ đỉnh của LTE theo lớp 16 Bảng 2.3: So sánh các dịch vụ 3G so với 4G LTE 17 Bảng 2.4 : So sánh giữa HSPA, WiMAX và LTE 19 Bảng 2.5 Tóm tắt các giao thức và giao diện trong cấu hình kiến trúc hệ thống cơ bản 39 Bảng 3.1 Dạng PDCCH và kích thước của chúng 70 Bảng 3.2 Các loại thiết bị LTE ... sử dụng công nghệ analog gọi là đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) để truy n kênh thoại trên sóng vô tuyến đến thuê bao điện thoại di động Với FDMA, người dùng được cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần số Trong trường hợp nếu số thuê bao nhiều vượt trội so với các kênh tần số có thể, thì một số người bị chặn lại không được truy cập 1.1.1.1 Đặc điểm  Mỗi MS... 4G cho phép truy n các ứng dụng phương tiện truy n thông phổ biến nhất, góp phần tạo nên các những ứng dụng mạnh mẽ cho các mạng không dây nội bộ (WLAN) và các ứng dụng khác Thế hệ 4 dùng kỹ thuật truy n tải truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM, là kỹ thuật nhiều tín hiệu được gởi đi cùng một lúc nhưng trên những tần số khác nhau Trong kỹ thuật OFDM, chỉ có một thiết bị truy n tín hiệu trên... IP, cung cấp các dịch vụ như điện thoại IP, truy cập internet băng rộng, các dịch vụ game và dòng HDTV đa phương tiện… 3GPP LTE được xem như là tiền 4G, nhưng phiên bản đầu tiên của LTE chưa đủ các tính năng theo yêu cầu của IMT Advanced LTE có tốc độ lý thuyết lên đến 100Mbps ở đường xuống và 50Mbps ở đường lên đối với băng thông 20MHz Và sẽ hơn nữa nếu MIMO, các anten mảng được sử dụng LTE được phát... 65 Hình 3.16 Cấp phát các trường dữ liệu & điều khiển khác nhau trên PUSCH 66 Hình 3.17 Các dạng phần mở đầu LTE RACH cho FDD 68 Bảng 3.1 Dạng PDCCH và kích thước của chúng 70 Hình 3.18 Vị trí PBCH tại các tần số trung tâm 73 Hình 3.19 các tín hiệu đồng bộ trong khung 74 Hình 3.20 Vận hành LTE HARQ với 8 tiến trình 76 Hình 3.21 Định thời LTE HARQ cho một gói tin... gian (Time Division Multiple Access - TDMA): phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khác nhau  Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access - CDMA): phục vụ các cuộc gọi theo các chuỗi mã khác nhau 1.1.2.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA Trong hệ thống TDMA phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này được dùng... phép truy n tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1 cho đến 1.5 Gbps Công nghệ 4G được hiểu là chuẩn tương lai của các thiết bị không dây Các nghiên cứu đầu tiên của NTT DoCoMo cho biết, điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu với tốc độ 100 Mbps khi di chuyển và tới 1 Gbps khi đứng yên, cho phép người sử dụng có thể tải và truy n lên hình ảnh động chất lượng cao Chuẩn 4G cho phép truy n... Size Kích thước khối truy n tải TACS Total Access Communication Hệ thống truy n thông truy nhập Sytem toàn phần TD Time Domain Miền thời gian TDD Time Division Duplex Song công phân chia thời gian TD -LTE Time Division Long Term Phân chia theo thời gian - LTE Evolution TD- Time Division Synchronous Phân chia theo thời gian – đa truy SCDMA Code SVTH: Đỗ Bảo Sơn Division Multiple nhập phân chia theo mã . nghiên cứu tìm hiểu về các thủ tục truy nhập trong LTE là một yêu cầu bức thiết mang tính thời đại. Xuất phát từ những suy nghĩ trên nên em lựa chọn đề tài: Nghiên cứu các thủ tục truy nhập trong. 4: CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP LTE 85 4.1 Tìm ô: 85 4.1.1. Thủ tục tìm ô: 86 4.1.2. Cấu trúc thời gian/tần số của các tín hiệu đồng bộ: 87 4.1.3. Tìm ô ban đầu và tìm ô lân cận: 89 4.2. Truy nhập. khi truy n dẫn số liệu đầu cuối di động cần phải kết nối với mạng. Muốn kết nối truy nhập trong mạng ta cần thủ tục truy nhập mạng. Mạng di động nào cũng vậy và LTE cũng không ngoại lệ. Hai thủ