Dịch vụ thoại đã dẫn đường và được chứng minh là thành công cho di động 2G; ngày nay dịch vụ TV và video là động lực của mạng 3G và trong tương lai, mạng 4G là đích hướng tới nhằm cung c
ĐINH THỊ THANH HẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ==== ==== LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ TIẾP THEO G ĐINH THỊ THANH HẢI 2006 – 2008 HÀ NỘI 2008 HÀ NỘI - 2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204988261000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ==== ==== LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ TIẾP THEO G NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: ĐINH THỊ THANH HẢI Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM MINH HÀ HÀ NỘI - 2008 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân Các số liệu, kết trình bày luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình luận văn trước Tác giả luận án Đinh Thị Thanh Hải ii MỤC LỤC MỤC LỤC II DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ IV DANH MỤC CÁC BẢNG V DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TĂT VI LỜI MỞ ĐẦU IX CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 11 1.1 Lịch sử mạng di động 11 1.2 Mạng di động 3G 14 1.2.1 Tình hình thực tiễn mạng 3G giới Việt Nam 14 1.2.2 Những ưu điểm hạn chế 3G 17 CHƯƠNG CHUẨN HÓA MẠNG DI ĐỘNG 4G DỰA TRÊN 3G 22 2.1 Tình hình chuẩn hóa 22 2.2 Một số Tham số quan trọng 4G 24 2.3 Mạng 4G 25 2.3.1 3GPP (LTE: Long Term Evolution) 26 2.3.2 WiMAX 27 2.3.3 Kiến trúc ITU cho vùng phủ mạng truy nhập 28 2.4 Hoạt động chuẩn hóa 28 2.4.1 3GPP LTE 28 2.4.2 IMT-2000 hoạt động ITU 31 2.5 WWRF (Wireless World Research Forum) 35 CHƯƠNG MẠNG DI ĐỘNG 4G 37 3.1 Dựa 3G 37 3.2 Kiến trúc mạng 4G 38 3.3 Khung đặc tính mạng 4G 39 3.4 Tổng quan quy hoạch cho mạng 4G 40 3.4.1 Kỹ thuật hỗ trợ 4G 42 3.4.2 Kiến trúc mạng 4G 44 3.4.3 Quy hoạch mạng mạng 4G 45 3.5 Quy hoạch kiến trúc mơ hình tồn IP 47 3.6 Những thách thức hạn chế mạng 4G 52 3.6.1 Thuê bao di động 52 3.6.2 Mạng vô tuyến 52 iii 3.6.3 Chất lượng dịch vụ 55 3.7 Giới thiệu mạng di động UMTS-LTE 56 3.7.1 Tổng quan 56 3.7.2 Cải tiến kiến trúc hệ thống SAE 59 3.7.3 UTRAN cải tiến 61 3.7.4 Truyền dẫn đường xuống (downlink) 62 3.7.5 Truyền dẫn đường lên (uplink) 63 CHƯƠNG CÁC CÔNG NGHỆ QUAN TRỌNG ÁP DỤNG CHO 4G 65 4.1 IP di động mạng lõi toàn IP 65 4.1.1 IP di động 65 4.1.2 Mạng toàn IP 70 4.1.3 IP V6 71 4.2 Kỹ thuật đa sóng mang OFCDM 75 4.2.1 Đa đường OFDM 75 4.2.2 Giao thoa liên ký hiệu OFDM 79 4.2.3 Nguyên lý OFDM 80 4.3 Kỹ thuật MIMO (Multi input multi output) 87 4.4 Kỹ thuật SDR 93 4.5 Kỹ thuật ARQ (Adaptive Hybrid) 102 4.5.1 ARQ 103 4.5.2 Kết hợp ARQ FEC 106 4.6 Kỹ thuật AMC (Adaptive Modulation and Coding) 110 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 114 TÓM TẮT LUẬN VĂN 115 iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Ngăn xếp giao thức truyền tải mạng UMTS sử dụng ATM 20 Hình 2.1 IMT – hệ thống mạng 4G ITU 26 Hình 2.2 Kiến trúc mạng 3GPP LTE 27 Hình 2.3 Mơ hình tham chiếu mạng (NRM) WiMAX 27 Hình 2.4 Tổ chức 3GPP 29 Hình 2.5 Các phiên 3GPP cho UTRA 31 Hình 2.6 Định nghĩa IMT-2000 ITU-R 32 Hình 3.1 Kiến trúc phân lớp mạng hệ (DAB: Digital audio broadcasting; DVB: digital vidieo: broadcasting ) 38 Hình 3.2 Mạng toàn IP 49 Hình 3.3 Phân chia chức mạng truy nhập mạng lõi 59 Hình 3.4 Kiến trúc logic LTE/SAE .60 Hình 3.5 Kiến trúc mạng truy nhập LTE .61 Hình 4.1 Di động IP 68 Hình 4.2 Mạng toàn IP 70 Hình 4.3 Header IPv6 73 Hình 4.4 Các sóng mang với OFDMA 81 Hình 4.5 Sơ đồ khối máy phát OFDM đơn giản .82 Hình 4.6 Sơ đồ khối máy phát OFDM dựa vào chuyển đổi IFFT 83 Hình 4.7 Sơ đồ khối thu OFDM dựa vào FFTError! Bookmark not defined Hình 4.8 Máy phát OFCDM 83 Hình 4.9 Khái niệm hệ thống MC-CDMA truyền thống .84 Hình 4.10 Khái niệm hệ thống OFCDMA 84 Hình 4.11 Hệ thống OFCDM với ghép phân chia theo mã thời gian .85 Hình 4.12 Hệ thống OFCDM với ghép phân chia tần số 86 Hình 4.13 Thay đổi hệ số trải phổ theo tế bào .87 Hình 4.14 Hệ thống MIMO 88 Hình 4.15 Hệ thống MIMO Bell Lab : BLAST 90 Hình 4.16 Giao diện vơ tuyến cấu hình mềm 97 Hình 4.17Khái niệm SDR 98 Hình 4.18 Bộ lọc lựa chọn kênh miền số .99 Hình 4.19 Thực SDR kết hợp MC-CDMA 100 v Hình 4.20 Ví dụ stop and wait ARQ 105 Hình 4.21 Ví dụ lặp lựa chọn ARQ .105 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Một số diễn đàn chuẩn hóa 4G .22 Bảng 2.2 Một số tham số 4G 24 Bảng 4.1 Các chuẩn truyền thông vô tuyến .97 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TĂT 3GPP Third-Generation Partnership Project AAAC Authentication, authorisation, accouting, and charging AMC Adaptive Modulation and Coding AMPS Advanced Mobile Phone Service ARQ Automatic Repeat Request ATM Asynchronous Transfer Mode BLAST Bell Labs Layered Space Time CDMA Code Division Multiple Access CS Circuit Switching DCS Digital Cordless System DHCP Dynamic host configuration protocol DS-CDMA Direct spread – code division multiple access DSPs Digital signal Processors ETSI European Telecomunication Standards Institute EV-DO Evolution-Data Optimized FDMA Frequency Division Multiple Access FEC Forward Error Correction) FFT Fast fourier transform FHSS Frequency hopping spread spectrum FPGAs Field programmable gate arrays GSM Global System for Mobile HARQ Hybrid ARQ vii IMS IP Multimedia Subsystem IMTS Iroved Mobille Telephone Service IP Internet Protocol IS Irior Standard ISI Inter Symbol Interference ITU International Telecomunication Union LTE Long term evolution MIMO Multi input multi output MITF Mobile IT forum MT Mobile Terminal NGMC Next-Generation Mobile Comunications NMT-450 Nordic Mobile Telephone NRM Network Reference Model OFCDM Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access PAPR Peak to Average Power Ratio PDC Personal Digital Cellular PDCP Packet Data Convergence Protocol PDU Protocol data unit PDU Protocol Data Unit PS Packet Switching QOS Quality Of Service QPSK Quadrature Phase Shift Keying viii BPSK Binary Phase Shift Keying RF Radio frequency RLC Radio Link Control RNC Radio Network Controller RRC Radio Resource Control RRM Radio resource management RTT Round –trip Time) SAW Stop and Wait SC-FDMA Single cerrier frequency division multiple access SDO Sandards Developing Organization SDR Software Difined Radio SLA Service level agreement SR Selective-Repeat TACS Total Access Communication System TD-CDMA Time Division CDMA TDMA Time Division Multiple Access TSG Technical Specicication Group UMTS Universal Mobile Telecomunication Systems W-CDMA Wide band CDMA WG Working group WP8F Working party 8F WWRF Wireless World Research Forum