các thủ tục truy nhập và đồng bộ đường xuống trong lte

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP VÀ ĐỒNG BỘ ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE Sinh viên thực hiện: Giảng viên hướng dẫn: TS. PHẠM HẢI ĐĂNG Hà Nội, 5-2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP VÀ ĐỒNG BỘ ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE Sinh viên thực hiện: Giảng viên hướng dẫn: TS. PHẠM HẢI ĐĂNG Cán bộ phản biện: PGS.TS. TRẦN THỊ C Hà Nội, 5-2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: .…………….………….…… Số hiệu sinh viên: ……………… Khoá:…………………….Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: ……………… 1. Đầu đề đồ án: ……………………………………………… ……………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… ……… 2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: …………………………………… …………………………………………… …… …………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………. … ……………………… ……………………………………………………………………………………. 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: ……………………………………………………………………………………………………………… …. ……………………………………………………………………………………………………………………………… …… …. ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……… ….…………………………………………………………………………………………… 4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): ……………………………………………………………………………………………………………………… …. ………………………………………………………………………………………………………………………… ……….…………………………………………………………………………………………………………. 5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: ……………………………………………………… …………………… 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ………………………………………………….…………… 7. Ngày hoàn thành đồ án: ……………………………………………………………………… ……… Ngày tháng năm Chủ nhiệm Bộ môn Giảng viên hướng dẫn Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm Cán bộ phản biện BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên: Ngành: Khoá: Giảng viên hướng dẫn: Cán bộ phản biện: 1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp: 2. Nhận xét của cán bộ phản biện: Ngày tháng năm Cán bộ phản biện ( Ký, ghi rõ họ và tên ) TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG HƯỚNG DẪN CÁCH TRÌNH BÀY VÀ VIẾT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Dành cho sinh viên Viện Điện tử - Viễn thông, ĐHBK Hà nội (kể từ K51) LỜI MỞ ĐẦU Thông tin di động ngày nay đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển rất nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà khai thác. Sự phát triển của thị trường viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu và triển khai các hệ thống thông tin di động mới trong tương lai. Hệ thống di động thế hệ thứ hai, với GSM và CDMA là những ví dụ điển hình đã phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia. Tuy nhiên, thị trường viễn thông càng mở rộng càng thể hiện rõ những hạn chế về dung lượng và băng thông của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai. Sự ra đời của hệ thống di động thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêu biểu như WCDMA hay HSPA là một tất yếu để có thể đáp ứng được nhu cầu truy cập dữ liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng thông rộng của người sử dụng Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ 3G hay 3.5G vẫn đang phát triển không ngừng nhưng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đã bắt đầu tiến hành triển khai thử nghiệm một chuẩn di động thế hệ mới có rất nhiều tiềm năng và có thể sẽ trở thành chuẩn di động 4G trong tương lai, đó là LTE (Long Term Evolution). Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này đã chứng tỏ năng lực tuyệt vời của công nghệ LTE và khả năng thương mại hóa LTE đã đến rất gần. Công nghệ LTE này dựa trên kỹ thuật OFDMA trên đường xuống và SC-FDMA trên đường lên. Tuy nhiên, chúng ta cũng được biết rằng các hệ thống OFDM rất nhạy cảm với các lỗi đồng bộ về thời gian và tần số, do đó cần yêu cầu sự đồng bộ chính xác cho việc trao đổi, truyền nhận dữ liệu. Hơn nữa, khi một thiết bị người dùng cá nhân (UE) hoạt động trong một hệ thống di động, chúng ta mong muốn phải thiết lập được kết nối tốc độ thật cao với những trạm dịch vụ tốt nhất, cũng như để xác nhận chính xác thiết bị đầu cuối cũng như vị trí hoạt động của thiết bị ấy. Xuất phát từ những vấn đề trên, em đã lựa chọn đề tài tốt nghiệp của mình là: “Các thủ tục truy nhập và đồng bộ đường xuống trong LTE”. Đề tài sẽ đi vào tìm hiểu tổng quan về công nghệ LTE nói chung cũ và những kỹ thuật và thành phần được sử dụng trong việc đồng bộ, thu nhận tín hiệu trong mạng LTE để có thể hiểu rõ thêm về những tiềm năng hấp dẫn mà công nghệ này sẽ mang lại. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS.Phạm Hải Đăng đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn em hoàn thành đồ án này Tuy nhiên do LTE là công nghệ vẫn đang được nghiên cứu, phát triển và hoàn thiện cũng như là do những giới hạn về kiến thức của người trình bày nên đồ án này chưa đề cập được hết các vấn đề của công nghệ LTE và không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn. CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ LTE 1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE LTE là thế hệ thứ tư tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. UMTS thế hệ thứ ba dựa trên WCDMA đã được triển khai trên toàn thế giới. Để đảm bảo tính cạnh tranh cho hệ thống này trong tương lai, tháng 11/2004 3GPP đã bắt đầu dự án nhằm xác định bước phát triển về lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term Evolution (LTE). 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho mỗi bit thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có và băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối. Đặc tả kỹ thuật cho LTE đang được hoàn tất và dự kiến sản phẩm LTE sẽ ra mắt thị trường trong 2 năm tới. Các mục tiêu của công nghệ này là: - Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20 MHz: o Tải xuống: 100 Mbps; Tải lên: 50 Mbps - Dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một người dùng trên 1 MHz so với mạng HSDPA Rel. 6: o Tải xuống: gấp 3 đến 4 lần; Tải lên: gấp 2 đến 3 lần. - Hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển của thuê bao là 0 – 15 km/h. Vẫn hoạt động tốt với tốc độ từ 15 – 120 km/h. Vẫn duy trì được hoạt động khi thuê bao di chuyển với tốc độ từ 120 – 350 km/h (thậm chí 500 km/h tùy băng tần) Hình 1.1 Kiến trúc của mạng LTE - Các chỉ tiêu trên phải đảm bảo trong bán kính vùng phủ sóng 5km, giảm chút ít trong phạm vi đến 30km. Từ 30 – 100 km thì không hạn chế. - Độ dài băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với các băng 1.25 MHz, 1.6 MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz cả chiều lên và xuống. Hỗ trợ cả 2 trường hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không. Để đạt được mục tiêu này, sẽ có rất nhiều kỹ thuật mới được áp dụng, trong đó nổi bật là kỹ thuật vô tuyến OFDMA (đa truy cập phân chia theo tần số trực giao), kỹ thuật anten MIMO (Multiple Input Multiple Output - đa nhập đa xuất). Ngoài ra hệ thống này sẽ chạy hoàn toàn trên nền IP (all-IP network), và hỗ trợ cả 2 chế độ FDD và TDD. [...]... OFDM là dễ bị ảnh hưởng bởi lỗi do đồng bộ, đặc biệt là lỗi đồng bộ tần số do mất tính trực giao giữa các sóng mang phụ thì vấn đề đồng bộ càng là một vấn đề quan trọng cần xem xét Chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn các lỗi gây ra sự mất đồng bộ và các phương pháp xử lý chúng: đồng bộ kí tự (symbol) để nhận biết khung; đồng bộ tần số lấy mẫu để điều chỉnh sai số lấy mẫu; đồng bộ tần số sóng mang để sửa chữa... CP, nhiễu ISI sẽ xảy ra Khi đó, yêu cầu về đồng bộ phải chặt chẽ hơn Có 3 phương pháp thực hiện đồng bộ kí tự là đồng bộ dựa vào tiền tố lặp CP, dựa vào pilot và đồng bộ khung dựa trên mã đồng bộ khung 1.6.1.1 Đồng bộ kí tự dựa vào tiền tố lặp CP Copy Nsymbol IFFT Khoảng bảo vệ Khoảng copied IFFT NIFFT Giống nhau CP Hình 2.4 Cấu trúc khung OFDM thực hiện đồng bộ Hình 3.4 cho ta thấy đặc điểm cấu trúc... cho đường xuống là 100 Mbit/s và đường lên là 50 Mbit/s, khi hoạt động trong phân bố phổ 20 MHz Khi mà phân bố phổ hẹp hơn thì tốc độ dữ liệu đỉnh cũng sẽ tỉ lệ theo Do đó, điều kiện đặt ra là có thể biểu diễn được 5 bit/s/Hz cho đường xuống và 2.5 bit/s/Hz cho đường lên Như sẽ được thảo luận dưới đây, LTE hỗ trợ cả chế độ FDD và TDD Rõ ràng, đối với trường hợp TDD, truy n dẫn đường lên và đường xuống, ... hợp mà hệ thống LTE được triển khai như là một hệ thống độc lập và trường hợp mà LTE được triển khai đồng thời với WCDMA/HSPA hoặc GSM Do đó mà yêu cầu này sẽ không làm giới hạn các tiêu chuẩn thiết kế Vấn đề cùng tồn tại và có thể hoạt động phối hợp với các hệ thống 3GPP khác và những yêu cầu tương ứng đã thiết lập ra những điều kiện về tính linh động giữa LTE và GSM, và giữa LTE và WCDMA/HSPA cho... này đề cập đến những yêu cầu chung trong LTE về những khía cạnh liên quan đến chi phí và dịch vụ Rõ ràng, mong muốn đặt ra là giảm thiểu các chi phí trong khi vẫn duy trì hiệu suất yêu cầu cho tất cả các dịch vụ Các vấn đề về đường truy n, hoạt động và bảo dưỡng cũng liên quan đến yếu tố chi phí Như vậy không chỉ giao tiếp vô tuyến, mà việc truy n tải đến các trạm gốc và hệ thống quản lý cũng phải được... và Sean Maloney, giám đốc tiếp thị của Intel, trong các phát biểu gần đây đều cho rằng WiMax có thể “hoà hợp” với LTE Trong cuộc đua 4G, WiMax và LTE hiện là hai công nghệ sáng giá nhất Liệu hai công nghệ này có thể cùng tồn tại độc lập hay sẽ sát nhập thành một chuẩn chung? Hiệu năng của WiMax và LTE tương đương nhau, do vậy việc quyết định hiện nay phụ thuộc vào yếu tố sẵn sàng và khả năng thâm nhập. .. chính xác Do đó cần phải ước lượng và đồng bộ chúng Vậy, nếu các đồng hồ tần số lấy mẫu ở phía phát và phía thu hoạt động chính xác thì khoảng dịch tần số sóng mang và khoảng thời gian symbol là những yếu tố chính ảnh hưởng đến sự mất đồng bộ Khoảng dịch tần số sóng mang gây ra nhiễu ICI và độ dịch khoảng thời gian gây ra nhiễu ISI Tổng quát, một quá trình đồng bộ trong hệ thống OFDM sẽ phải qua 3 bước... TDD truy n dữ liệu lên và xuống thông qua 1 kênh tần số (dùng phương thức phân chia thời gian), còn FDD cho phép truy n dữ liệu lên và xuống thông qua 2 kênh tần số riêng biệt Điều này có nghĩa LTE có nhiều phổ tần sử dụng hơn WiMax Tuy nhiên, sự khác biệt công nghệ không có ý nghĩa quyết định trong cuộc chiến giữa WiMax và TLE Bảng 1.1 Lộ trình phát triển của LTE và các công nghệ khác Tuy nhiên LTE. .. −2πε ρ m NS ) tăng tuyến tính trên các symbol N Có thể bám đuổi lỗi pha bằng cách dùng vòng khóa pha số DPLL Hàm truy n đạt của DPLL là: H ( z) = 2 2ηωn ( z − 1) + ωn 2 ( z − 1)2 + 2ηωn ( z − 1) + ωn η : hệ số tắt dần ωn Trong đó, : tần số của DPLL 1.6 Đồng bộ kí tự Đồng bộ kí tự cũng chính là đồng bộ thời gian vì nó khắc phục được lỗi thời gian Nhiệm vụ của đồng bộ kí tự là phải xác định được thời... vụ non-MBMS khác Và như vậy thì đương nhiên đặc tính kỹ thuật của LTE có khả năng cung cấp đồng thời cả dịch vụ thoại và dịch vụ MBMS 1.3.3 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai Các yêu cầu liên quan đến việc triển khai bao gồm các kịch bản triển khai, độ linh hoạt phổ, trải phổ, sự cùng tồn tại và làm việc với nhau giữa LTE với các công nghệ truy cập vô tuyến khác của 3GPP như GSM và WCDMA/HSPA Những . mình là: Các thủ tục truy nhập và đồng bộ đường xuống trong LTE . Đề tài sẽ đi vào tìm hiểu tổng quan về công nghệ LTE nói chung cũ và những kỹ thuật và thành phần được sử dụng trong việc đồng bộ, . tài: CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP VÀ ĐỒNG BỘ ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE Sinh viên thực hiện: Giảng viên hướng dẫn: TS. PHẠM HẢI ĐĂNG Cán bộ phản biện: PGS.TS. TRẦN THỊ C Hà Nội, 5-2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO. KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP VÀ ĐỒNG BỘ ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE Sinh viên thực hiện: Giảng viên hướng dẫn: TS. PHẠM HẢI ĐĂNG Hà