Nghiên ứu ông nghệ 4g và triển khai tại việt nam

Trang 3 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT3GPP Third Generation Partnership Project Nhóm c ng tác 3GPP A ACK Acknowledgement Xác nhn AMPS Advanced Mobile Phone System H thn thong tiên

CHUYÊN NGÀNH: K THU T VI N THÔNG Ỹ Ậ Ễ

NGƯỜI HƯỚ NG D Ẫ N KHOA H C Ọ

Hà N - 2017 ộ i

LỜI CAM ĐOAN

Trong quá trình th c hi  tài lu 

  c hii gian làm lu

nh

 tài lut nghim và s d ng m t   

s tài li c xu t b n, và m t s tài li u cùng v i m t s bài báo        

và các tc.Các tài li u tôi tham kh c trích trong

ph n tài li u tham kh  o

Tôi không s d ng sao chép vi ph   ra ví d  luc công b , tham kh o tài li 

a tôi, n u tôi vi ph m tôi hoàn toàn ch u trách nhi  c     

h  ng b o v  lui hc

Hà Ni, ngày 28 tháng 03 

Tác gi ả luận văn

TRẦN VĂN PHÚ

CDMA Code Division Multiple Access p phân chia theo mã

CPC Continuous Packet Connectivity Kt ni gói liên túc

CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung

CQI Channel Quality Indicator Ch   th ch  ng kênh 

D

DPCCH

Dedicated Physical Control

Channel u khi n v t lý riêng  

DRX Discontinuous Reception Thu không liên tc

DTX Discontinuous Transmission Phát không liên t c 

D-TxAA Dual Transmit -Diversity Adaptive Array

E

E-AGCH E-DCH Absolute Grant Channel Kênh c p phát tuy i E-DCH

E-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng nâng cao

EDGE

Enhanced Data rates for GSM

Evolution and Enhanced Data

rates for Global Channel

T s li phát trin GPRS

E-RGCH E-DCH Relative Grant Channel Kênh ci E-DCH

F

FDD Frequency Division Duplex

Ghép song công phân chia theo tn

s 

FDM Frequency Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo t n s

FDMA

Frequency Division Multiple

Access p phân chia theo t n s  

G

GERAN GSM EDGE RAN

M ng truy nh p vô tuy n GSM/   EDGE

GPRS General Packet Radio Services Dch v vô tuy n gói chuntg 

HOM High Order Modulation u ch b c   cao

High Speed Shared Control

Channel u khi n chia s t     cao

HSUPA

High Speed Uplink Packet

Access Truy nh p gói t  ng lên

I

IRC Interference Rejection Combining Kt hp trit nhiu

IMS Internet Multimedia Subsystem Phân h  n Internet

ML Maximum Likelihood Kh ng c  i  

MMSE Minimum Mean Square Error

Sai lc tiu

MRC Maximum Ratio Combining Kt h   p t l l n nh t 

PARC Per-Antenna Rate Control

PCI Precoding Control Indicator Ch   th u khi n ti n mã hóa  

PDC Personal Digital Cellular

R

RAN Radio Access Network M ng truy nh p vô tuy n   

RLC Radio Link Control u khi n liên k t vô tuy n   

S SAE System Architecture Evolution Phát tri n ki n trúc h   thng

SC Selective Combining Kt h a chp l n

S-CPICH Secondary CPICH Kênh CPICH th  c p

SDMA Spatial Division Multiple Access p phân chia không gian

SIC

Successive Interference

Combining Kt hp nhi u thành công 

SMS Short Message Service Dch v nh n tin 

SNR Signal to №ise Ratio T s tín hi u trên t p âm    

STBC Space-Time Block Coding Mã hóa khi không gian th i gian 

STTD Space-Time Transmit Diversity Phân t p phát không gian th i gian  

SU-MIMO Single User MIMO i dùng

SVD Sigular Value Decomposition Phân chia giá tr  

TDD Time Division Duplex

Ghéo song công phân chia theo

th i gian

TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thi gian

TDMA Time Division Multiple Access

p phân chia theo th i gian

Z

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

THUẬ T NG VI T T T ii Ữ Ế Ắ MỤ C LỤC ix

DANH MỤC CÁC HÌNH xii

DANH MỤC CÁC BẢNG xiv

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC TH H Ế Ệ THÔNG TIN DI ĐỘ NG 3

1.1.Gi i thi u 3 

1.2.Các th h   ng 6

m c a 4G 11 

1.4.So sánh t 3G và 4G 11

1.4.1.T i v t 12

1.4.2.T i lên t 13

  tr 14

1.5.Kt lu 15

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH CẤU TRÚC VÀ CÁC CÔNG NGH S D NG Ệ Ử Ụ TRONG M NG 4G 16Ạ 2.1.Cm công ngh 4G 16

2.1.1.E-UTRAN 18

2.1.1.1.Gii thiu 18

2.1.1.2.C u trúc 20

2.1.1.3.Kênh v t lý cho E-UTRAN 23

2.1.2.Các thành ph n và ch a EPC 30

2.2.Các công ngh s d ng trong 4G 34  

2.2.1.OFDM[12] 34

2.2.1.1.L ch s phát tri n 34  

2.2.1.2.T ng quan v  OFDM 36

n c a OFDM 36 

m c a OFDM 41 

2.2.2.UWB 42

2.2.2.1.T ng quan 42

m c a h th ng UWB 43   

2.2.2.3.Tiêu chu n c a UWB 43 

2.2.2.4 ng d ng c  a k thu t UWB 45

2.2.3.Millimeter Wireless 46

 46

2.2.5.D  t dài hn ( Long term power prediction ) 48

2.2.6.L p k ho ch gi   i dùng 49

u ch  u khi n công su t 49  

2.3.Kt lu 50

CHƯƠNG 3: TRIỂN KHAI 4G TRÊN TH GI I VÀ NG D NG TRI N Ế Ớ Ứ Ụ Ể KHAI TẠI VIỆT NAM 51

3.1 Tình hình tri n khai 4G trên th gi i 51  

u tiên trên th gi i tri n khai 4G LTE 51   

3.1.2.Tình hình ph sóng LTE trên th gi i 55  

3.1.3.T 4G cc trên th  gi i 58

3.2.Tình hình tri n khai 4G t i Vit Nam 59

3.2.1.Tri n khai Wimax t i Vit Nam 59

3.2.2.Tình hình tri n khai LTE t i Vi t Nam 61  

3.3.Thu n l n khai 4G t i Vi t Nam 64 

3.3.1.Thu n l i 64 

 65

3.4.Mt s  gi i pháp tri n khai 4G t i Vit Nam 66

3.5.Kt lu 66

KẾ T LUẬN VÀ KIẾ N NGHỊ 68

TÀI LIỆU THAM KH O 70Ả

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1.S   ng và c nh [3] 3  

Hình 1.2 S  t ng n quý 4 2013 4 Vi Hình 1.3.Th ph n ISP c a Vi] 5  

Hình 1.4.T ng quan v 3G IMT-2000 [4] 7  

Hình 1.5.T   t i v lý thuy t và th c t   m ng 3G và 4G (Mbps) [7] 12

Hình 1.6.Thi gian t i v c a m ng 3G và 4G các lo i file ( giây )[5] 13     

Hình 1.7.T   t i lên lý thuy t và th c t   m ng 3G và 4G (Mbps) [7] 14

   tr c a 4G LTE và 3G ( mili giây ) 15

Hình 2.1.Cu trúc m ng 4G 18 

Hình 2.2.Cu trúc E-UTRAN 20

Hình 2.3.Mt phu khi n và m t phi dùng 21

Hình 2.4.Cu trúc khung lo i 1 [6] 23 

Hình 2.5.Cu trúc khung lo i 2 [6] 24 

Hình 2.6.Ngun tài nguyên v t lý trong LTE [6] 25 

 kênh v t lý, giao v n và logic [6] 25  

Hình 2.8.Các ph n t và giao di n c a EPC 31  

Hình 2.9 So sánh k thu t sóng mang không ch ng xung (a) và k thu t sóng mang      chng xung (b) 37

Hình 2.10 S khác nhau gi a FDM và OFDM 38 

 kh i k thu t OFDM 39   

Hình 2.13 Sp x p t n s trong h th ng OFDM 40     

Hình 2.14 Ký hiu OFDM v i 4 thuê bao 41 

Hình 2.15.Mt n ph  nh b xu t CEPT(b) [8] 42 

Hình 2.16 H thng Antena MIMO 47

u tiên trên th gi i tri n khai 4G LTE 51   

Hình 3.2.So sánh ph sóng LTE toàn c u 57 

Hình 3.3.T   c a LTE toàn c u 58 

Hình 3.4.T   t i xung c a các nhà m n khai 4G 63

Hình 3.5.T   t i lên c a các nhà mn khai 4G 63

DANH MỤC CÁC BẢNG

B ng 1.1.S     r ng Vin quý 4 2013 ][9

4

B ng 1.2.Công ngh t    n 4G 8

B ng 1.3.So sánh công ngh 4G và công ngh 5G 10   

Bm giao di n vô tuy n E-UTRAN 19  

B ng 2.2.Các giao di n EPC 31  

B ng 2.3 Gi i hn b c x ng d ng truy n thông trong nhà và ngoài tr     i(M) 44

B ng 2.4 Gi i h n b c x ng d ng truy n thông trong nhà và ngoài tr i (Châu          Âu) 44

B ng 3.1.Li c và nhà cung cp 4G 52

LỜI NÓI ĐẦU

Hin nay,  Vi n t ng th i nhi u th h c a h      thng thông

ng Vi c tri n khai h th   ng 4G không ph i là v   c

xa nc nh ng xu th phát tri n chung v công ngh vi     c bi t là công ngh  ng và vic trên th gi n khai 4G thì vic nghiên c u, tìm hi u h th   ng 4G là c n thi  t

Vu ki n  Vi   h t ng vi n thông mà các nhà m 

qu n lý, vi c nâng c p và tri n khai t    c mng nh m m c

n lên công ngh 4G là hoàn toàn phù h p Qua t  c phát tri n, ta có th  t n d ng ngu   v t ch t s ng th i ti p c  c công ngh hi n  

i nh m xây d ng m t m   ng hic nhu c u 

ci dùng

   ng Vinaphone và Mobifone tri n khai 4G s m nh t và tri n    

u g p rút chu n b hoàn t t cho vi c tri n      khai cung c p d ch v 4G t i Vi t Nam Hi n t      

   NG TRI N KHAI CÔNG NGH 4G TRÊN TH   GII VÀ TRI N KHAI T I VIT NAM  

Cu  i th c hi   tài xin chân thành c   y/cô Vi n 

 n t - Vi i h c Bách Khoa N th c hi n lu  

c bi t là s   ng d n t n tình c a th y PGS.TS.    Phạm Ng c Nam,ọ thtrc tip ch d ng, t o m  u ki    em hoàn thành lu n v 

i th c hi  tài g i l i c  ng nghi

thc hi tài trong thi gian làm lu

Trong quá trình làm lu n ch c i th c hi n

   u thi u sót, rt mong s  n c a th y/cô và b n bè 

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC THẾ HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG

Chương này trình bày tổng quan về các thế h ệ thông tin di động trong đó trình

trong giai đoạn thử nghiệm của các nhà mạng và sẽ được triển khai tại Việt Nam

Thuê bao ( tri ệu) Tăng trư ởng(%)

Việt Nam Mỹ Châu Á Châu Âu Trung đông và Châu Phi Châu Đại Dương

Hình 1.2 Số thuê bao băng thông rộng tăng trưởng ở Việt Nam đến quý 4 2013

              



 Hình 1.3 trình bày th ph n ISP c a   Vi

Hình 1.3.Thị phần ISP của Việt Nam trong quý 4 năm 2013[9]

- 

- 

- tài chính

TDMA CDMA GSM PDC

GPRS EDGE 1xRTT

WCDMA CDMA2000

Bảng 1.3.So sánh công nghệ 4G và công nghệ 5G

    

trong 5G

P, 3G HSPA+  Mb/giây   3G  



 theo trong  14 Mb/giây

4G LTE-Advanced ,m        

 a 4G      trong         

       trong      TLE-    

Hình 1.6.Thời gian tải về của mạng 3G và 4G các loại file ( giây )[5]



3-

 

u

 



           trung bình 8 Mb/giây trong khi



3G 4G

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH CẤU TRÚC VÀ CÁC CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG

TRONG MẠNG 4G

Chương này trình bày về mô hình c u trúc, ấ đặc điểm c a công ngh 4G và các ủ ệ

ứng dụng được dùng trong m ng 4G Các ng dạ ứ ụng đó là các ứng d ng quan tr ng ụ ọ

mà tương lai sẽ đượ ức ng dụng trong đờ ối s ng của người dùng.Và công ngh 4G là ệ

m ng h  thng gói phát trinh trong phiên

b n 8 c u trúc c a h    thng LTE Các c u trúc LTE bao g m các m ng truy c p vô    tuy n m t toàn cu phát tri n (E-UTRAN) và m ng lõi gói phát tri n (EPC)   

C u trúc m ng 4G bao g  m:

- eNodeB

- MME: Thc th qung ( Mobility Management Entity )

- S-GW : C ng d ch v (Serving Gateway )   

- P-GW : C ng d u gói ( Packet Data Network Gateway)  li

- HSS : Máy ch thuê bao lân c n (Home Subscriber Server )  

HSS s k t h p c   nh v  ng trú HLR và trung tâm nh n th c



Thanh nh v  ng trú có ch   và c p nh t khi c n thi   

s d u ch a t t c   li    i dùng g m các thông tin nh n

Trung tâm nh n th c có ch  o nh ng thông tin b o m t t chu i nh     n

di dùng Thông tin b o m t này cung c  nh v  ng trú

n các th c th khác c a m ng    

Thông tin bo m t có ch   

+ Xác minh qua l i các thi t b  m ng

ng truy n d n vô tuy n   

m b o r ng d li u và tín hi u báo hi     c truy n trên m i dùng không b nghe lén hay truy c p trái phép  

- PCRF : chch v ( Policy and Charging Rules Function)

Qun lý các chính sách d ch v và g i thông tin v     QoS cho mi dùng

và các thông tin v cách tính toán PCRF là s k  t h a 2 chp c

+ PDF (The Policy Decision Function) th c th m ng có nhi m v       

nh ng chính sách d ch v   

+ CRF (The Charging Rules Function) cung c p các cách tính phí áp d ng cho  

t ng dòng d u ph c v CRF ch n nh ng cách tính phí chu n d a trên thông tin  li      cung c p t P-CSCF, t  d li u, lo i tín hi     

Hình 2.1.Cấu trúc mạng 4G2.1.1.E-UTRAN

2.1.1.1.Giới thiệu

E-UTRAN là m t m ng truy c p vô tuy n c a 3GPP LTE Nó là h      thng giao

di n m i, cung c p t     d u cao, li  tr th  lic t u gói Nó s d ng truy c p vô tuy   ng xu ng và SC-FDMA cho 

Bảng 2.1.Đặc điểm giao diện vô tuyến E-UTRAN

M ng truy c p vô tuy n E-UTRAN ch   

- Qun lý tài nguyên vô tuy n (RRM - Radio resource management) 

- L a ch n m t th c th qu     ng t i UE khi không có thông tin th c th quc cung cp b i các UE 

- Qun lý chuy n giao 

2.1.1.2.Cấu trúc

C u trúc E-UTRAN g m các e№deB có giao di n v i các thi t b       i dùng (UE) và cung c p m  i dùng (PDCP / RLC / MAC / PHY) và m u khing t i thi t b i dùng (UE)

e№deB h tr chn các quá trình l p v t lý khi truy n phát và nh n    thông qua các giao di n vô tuy u ch , gi u ch ; mã hóa kênh và gi i



   ki m soát tr m g c trong m ng    

 m soát tài nguyên vô tuy n, qu ng

vô tuy n, các giao th c lp 2 v giao di n vô tuy n   

Hình 2.2.Cấu trúc E-UTRAN

S phát tri n c a E-UTRAN t p trung vào nút e№deB phát tri n T t c        các chn k t thúc   m k t thúc cho t t c các   giao th c vô tuy n có liên quan E-UTRAN ch    n là m t m  i c a các

nút B k t n i v i nhau thông qua giao di n X2 Các nút B k t n i tr c ti p v i m         ng lõi EPC thông qua giao din S1

Các nút B cung c p E-UTRAN v   i s d ng và các giao th c m t ph ng   

kii cho th y m t cái nhìn t ng quan c a c hai giao th c Tron      g

m t ph   i s d ng, các giao thc bao g m giao th c h i t d u gói     li(PDCP -  u khi n liên k t vô tuy n (RLC),   

u khi n truy nh   ng (MAC), và l p v t lý (PHY) M t ph    u khi n g m thêm các giao th  u khi n tài nguyên vô tuy n (RRC)  

Hình 2.3.Mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng người dùngCác l p có các ch 

- Th c l t p không truy c p NAS (№n-Access Stratum): 

+ Qu n lý k t ni / phiên gia UE và mng lõi

+ Xác thc.



+ Qunh v 

- Nguu khi n vô tuy n RRC (Radio Control Resource)  

+ Thông tin h thng qun th t c l p không truy c p NAS    

và th t c lp truy c p AS (Access Stratum) 

+ Thit lp, duy trì k t n i RRC

+ Chg b o m t bao g m qu n lý khóa    

+ Chng

+ Chn lý QoS

ng UE và ki m soát các báo cáo 

+ B n tin tr c ti p NAS truy n gi a UE và NAS     

- Giao thc h   lii t d u gói PDCP (Packet Data Convergence Protocol) + Nén Header

+ Giao các chu i và truy n l     d u phiên SDU (Session liData Units ) ca PDCP

+ Dò g

+ M t mã và b o v toàn v n    

- u khi n liên k t vô tuy n RLC (Radio Link Control)   

+ Sa li qua ARQ

+ Phát hi n l i giao th  c và phc hi

+ Giao các chu i

- Lu khi n truy c ng MAC (Medium Access Control)

+ Cáo cáo thông tin

+ Sa li thông qua Hybrid ARQ (HARQ)

C u trúc khung lo   c minh h a trong hình 2.4 M i khung vô tuy  n

i khung con ( m i khung 1ms) 

M i khung con g m hai khe cùng kích c    chiu dài 0.5 ms Trong FDD,

ng xuc tách ra trong mi n t n s   

Hình 2.4.Cấu trúc khung loại 1 [6]

Khung c u trúc lo   c minh h a trong hình 2.5 M i khung vô tuy  n 10ms bao g m hai n a khung m i khung 5ms M i n a khung g m có tám khe có      

 c bi t: DwPTS, GP, và UpPTS 

Chiu dài c a DwPTS và UpPTS ch u c u hình v i t ng chi u dài c a       DwPTS, GP, và UpPTS b ng1ms Khung con 1 trong t t c c u hình, và khung con    

6 trong c u hình v m chuy n m ch, bao g m DwPTS, GP, và UpPTS   Khung con 6 trong các c u hình v i 10ms   m chuy n m ch bao g m ch    DwPTS Tt c khung con khác g m hai khe cùng c  

Hình 2.5.Cấu trúc khung loại 2 [6]

 i v c dành riêng cho quá trình chuyng xun

c giao cho m t trong hai  ng xu ng 

hong xuc tách ra trong min th i gian 

b.Tài nguyên vật lý trong LTE

Các ngu n tài nguyên v t lý LTE là m  t ngun tài nguyên thi gian   i -t n s , v

mt phn tài nguyên duy nhng vi mt sóng mang con OFDM trong kho ng thi gian m t symbol OFDM v i kho ng cách gi   

12 sóng mang con liên tic nhóm l  t o thành m t kh 

n c a phân b tài nguyên Trong ch     ng (Prefix cyclic), m t 

khe thi gian ch a 7 symbol OFDM và trong CP m r ng có 6 symbol   

Hình 2.6.Nguồn tài nguyên vật lý trong LTE [6]

c.Sơ đồ kênh v t lý, giao v n và logic ậ ậ

Hình 2.7 mô t các ánh x gi a các lo i khác nhau c a kênh logic, kênh giao     

v n, và kênh v t lý trong L  TE

Hình 2.7.Sơ đồ kênh vật lý, giao vận và logic [6]