Nghiên cứu cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng LTE

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/DFT Discrete Fourier Transform Phép biến đổi Fourier rời rạc NodeB enhanced Node B NodeB nâng cao E-UTRAN Evolved Universal Terrestria

Trang 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP

-

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ

TRONG MẠNG LTE

Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Học viên: VŨ TIẾN LẬP

Người HD khoa học: PGS.TS NGUYỄN HỮU THANH

THÁI NGUYÊN - 2013

Trang 2

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Họ và tên học viên : Vũ Tiến Lập

Ngày tháng năm sinh : Ngày 15 tháng 11 năm 1982

Nơi cơng tác : Trường Đại Học SPKT Nam Định

Cơ sở đào tạo : Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp Thái Nguyên Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử

TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH

VỤ TRONG MẠNG LTE

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Hữu Thanh

Trường Đại học Bách Khoa – Hà Nội Ngày giao đề tài: / /

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tên tơi là: Vũ Tiến Lập

Học viên lớp Cao học khố 13- Kỹ thuật điện tử - Trường Đại Học Kỹ Thuật Cơng

Nghiệp - Đại học Thái Nguyên

Xin cam đoan: Đề tài: “Nghiên cứu cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ trong

mang LTE” do thầy giáo PGS TS Nguyễn Hữu Thanh hướng dẫn là cơng trình

tổng hợp và nghiên cứu của riêng tơi Tất cả những nội dung trong luận văn đúng như

trong đề cương và yêu cầu của thầy giáo hướng dẫn Các tài liệu tham khảo đều cĩ

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và tốt nghiệp, tơi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cơ giáo trong bộ mơn Điện tử viễn thơng - khoa Điện tử - trường Đại học

Kỹ thuật Cơng nghiệp - Đại học Thái Nguyên và tơi đặc biệt muốn cảm ơn thầy

PGS.TS Nguyễn Hữu Thanh đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tơi trong thời gian thực

hiện đề tài, cảm ơn sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp trong thời gian qua

Mặc dù đã cố gắng, xong do điều kiện về thời gian và kinh nghiệm thực tế cịn nhiều hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sĩt Vì vậy, tơi rất mong nhận được sự đĩng gĩp ý kiến của các thầy cơ cũng như của các bạn bè, đồng nghiệp

Tơi xin chân thành cảm ơn!

Tác giả luận văn

Trang 5

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG ix

DANH MỤC CÁC HÌNH x

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ LTE 4

(Long term evolution) 4

1.1 Giới thiệu chương 4

1.2 Giới thiệu về cơng nghệ LTE [1], [2], [3], [4] 4

1.3 So sánh cơng nghệ LTE với cơng nghệ Wimax 7

Tổng kết chương: 9

CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC 10

2.2 Kiến trúc mạng LTE [1], [3], [4] 10

2.2.1 Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống 10

2.2.2 Thiết bị người dùng ( UE) 11

2.2.3 E-UTRAN NodeB (eNodeB) 11

2.2.4 Thực thể quản lý tính di động (MME) 12

2.2.5 Cổng phục vụ ( S-GW) 14

2.2.6 Cổng mạng dữ liệu gĩi( P-GW) 15

2.2.7 Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên ( PCRF) 16

2.2.8 Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) 17

2.2 Các giao diện và giao thức trong kiến trúc cơ bản của hệ thống [1] 17

2.3 Giao thức trạng thái và chuyển tiếp trạng thái [1], [3], [4] 21

2.4 Kiến trúc hệ thống phát quảng bá đa điểm [1], [4], [5] 22

2.5 Kiến trúc miền thời gian tồn phần(Overall time domai structure) 24

Trang 6

2.6 Hệ thống kênh truyền trong LTE [24] 26

2.6.1 Hệ thống kênh đường xuống [24] 27

2.6.2 Hệ thống kênh đường lên [24] 28

2.7 Các thủ tục lớp vật lý [1] 29

2.7.1 Thủ tục HARQ [1] 29

2.7.2 Ứng trước định thời [1] 30

2.7.3 Điều khiển cơng suất [1] 31

2.7.4 Nhắn tin [1] 31

2.7.5 Thủ tục báo cáo phản hồi kênh [1] 32

2.7.6 Hoạt động chế độ bán song cơng [1] 32

2.7.7 Các lớp khả năng của UE và các đặc điểm được hỗ trợ [1] 33

Tổng kết chương: 34

CHƯƠNG III: TRUY NHẬP VƠ TUYẾN TRONG LTE 35

3.2 Kỹ thuật đa truy nhập cho đường xuống OFDMA [1], [4], [5] 35

3.2.1 OFDM 35

3.2.2 Các tham số OFDMA [1] 37

3.2.3 Truyền dẫn dữ liệu hướng xuống [1] 39

3.3 Kỹ thuật đa truy nhập cho đường lên LTE SC-FDMA [1], [2], [3] 41

3.3.1 SC-FDMA 41

3.3.2 Các tham số SC-FDMA 43

3.3.3 Truyền dẫn dữ liệu hướng lên 44

3.4 Truy nhập ngẫu nhiên 45

Tổng kết chương 48

CHƯƠNG IV:CƠ CHẾ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG LTE 50

4.2 Giới thiệu về QoS [14] 50

4.3 Các thuộc tính của QoS 56

Trang 7

4.4 Kiến trúc QoS 59

4.5 Cơ chế nâng cao và đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng LTE [23] 61

4.5.1 Lập lịch và quản lý tài nguyên vơ tuyến trong mơi trường OFDMA-TDD 61

4.5.2 Quản lý tài nguyên vơ tuyến [23] 62

4.5.3 Cơ chế lập lịch [23] 72

4.5.4 Các yêu cầu lập lịch và báo cáo trạng thái bộ đệm 76

4.5.5 Các kỹ thuật lập lịch trong LTE [24] 78

4.6 Phân tích và đánh giá kết quả mơ phỏng [11], [17], [18], [19], [23] 91

4.6.1 Giới thiệu chương trình LTE System Level Simulation 92

4.6.2 Thiết lập mơ phỏng 92

4.6.3 Đánh giá kết quả và phân tích [11] 93

4.7 Thách thức về chất lượng và dịch vụ trong mạng LTE 112

4.8 Bảo mật dịch vụ trong mạng LTE 113

Tổng kết chương 115

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO 119

Trang 8

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

3GPP Third Generation Partnership

Project

Dự án các đối tác thế hệ thứ ba

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 dị kênh lân cận

ACS Adjacent channel selectivity Chọn lọc kênh lân cận

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số khơng đối

xứng

AM Acknowledged Mode Chế độ báo nhận

AMBR Aggregate Maximum Bit Rate Tốc độ bít tối đa cấp phát

AMC Adaptive Modulation and Coding Mã hĩa và điều chế đáp ứng

ARQ Automatic Repeat Request Giao thức tự động truyền lại

AMPS Advanced Mobile Phone Sytem Hệ thống điện thoại di động tiên tiến 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 Wideband Băng rộng đa tốc độ thích ứng ARP Allocation Retention Priority Ưu tiên duy trì cấp phát

ATB Adaptive Transmission Bandwidth Băng thơng truyền dẫn thích nghi AMPS Advanced Mobile Phone Sytem Hệ thống điện thoại di động tiên tiến BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển phát quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh phát quảng bá

BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bít

BLER Block Error Rate Tỉ lệ lỗi khối

BPSK Binary Phase Shift Keying Khĩa dịch pha nhị phân

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

CBR Constant Bit Rate Tốc độ bít khơng 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 vịng

CDF Cumulative Density Function Chức năng mật độ tích lũy

CDM Code Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo mã

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CIR Carrier to Interference Ratio Tỷ số sĩng mang trên tập âm

CP Multiple Cyclic Prefix Tiền tố vịng

CPICH Common Pilot Channel Kênh điều khiển chung

CQI Channel Quality Information Thơng tin chất lượng kênh

Trang 9

DFT Discrete Fourier Transform Phép biến đổi Fourier rời rạc

NodeB enhanced Node B NodeB nâng cao

E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial

Radio Access

Truy nhập vơ tuyến mặt đất tồn cầu phát triển

FDD Frequency Division Duplex Song cơng phân chia tần số

FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia tần số

EPS Evolved Packet System Hệ thống chuyển mạch gĩi phát

triển FFT Fast Fourier Transform Phép biến đổi Fourier nhanh

FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân tần số

GSM Global System for Mobile

Communication

Thơng tin di động thếhệthứ hai

GTP GPRS Tunneling Protocol Giao thức đường hầm GPRS

HARQ Hybrid Automatic Repeat Request Giao thức tự động truyền lại

ghép lai HSDPA High Speed Downlink Packet

Access

Truy cập gĩi tốc độ cao đường xuống

HSPA High Speed Packet Access Truy cập gĩi tốc độ cao

HSUPA High Speed Uplink Packet Access Truy cập gĩi tốc độ cao đường lên

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ISI Inter-Symbol Interference Xuyên nhiễu giữa các symbol LTE Long Term Evolution Cải tiến dài hạn

MAC Medium Access Control Lớp điều khiển truy cập

MCS Modulation and Coding Scheme Kỹ thuật mã hĩa và điều chế

MBMS Multimedia Broadcast Multicast

System

Hệ thống phát quảng bá đa điểm đa phương tiện

MIMO Multiple Input Multiple Output Kỹ thuật anten đa thu đa phát

MS Mobile Station Thiết bị đầu cuối

MME Mobility Management Entity Phần tử quản lý tính di động

PAPR Peak to Average Power Ratio Hệ số cơng suất đỉnh trên trung bình

PF Proportional Fair Thuật tốn cơng bằng tương xứng PCRF Policy and Charging Resource

Function

Chức năng tính cước tài nguyên và chính sách

PRB Physical Resource Block Khối tài nguyên vật lý

PC Power Control Điều khiển cơng suất

PCCPCH Primary Common Control Physical

Channel

Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp

P-GW Packet Data Network Gateway Cổng mạng dữ liệu gĩi

PCFICH Physical Control Format

Indicator Channel

Kênh chỉ thị dạng điều khiển vật lý

PDCP Packet Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ dữ liệu gĩi

PDN Packet Data Network Mạng dữ liệu gĩi

PMIP Proxy Mobile IP IP di động ủy nhiệm

PHY Physical Layer Lớp vật lý

PN Phase Noise Tiếng ồn pha

Trang 10

PRACH Physical Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý PRB Physical Resource Block Khối tài nguyên vật lý

PS Packet Switched Chuyển mạch gĩi

PUCCH Physical Uplink Control Channel Kênh điều khiển hướng lên vật lý PUSCH Physical Uplink Shared Channel Kênh chia sẻ hướng lên vật lý

QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế QAM

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế QPSK

OFDM Orthogona Frequency Division

Multiplexing

Ghép kênh phân tần sốtrực giao

OFDMA Orthogonal Frequency Division

Multiple Access

Đa truy cập phân chia tần số trực giao

RAN Radio Access Network Mạng truy cập vơ tuyến

RB Resource Block Khối tài nguyên

RLC Radio Link Protocol Giao thức liên kết vơ tuyến

RNC Radio Network Controller Điều khiển mạng vơ tuyến

RR Round Robin Thuật tốn Round Robin

RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vơ tuyến RTP Real-time Transport Protocol Giao thức truyền thời gian thực SAE System Architecture Evolution Hệ thống mạng lõi LTE

TB Transport Block Khối vận chuyển

TDD Time Division Duplex Ghép phân thời gian

TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian truyền

UE User Equipment Thiết bịngười dùng

UDP Unit Data Protocol Giao thức đơn vị dữ liệu

UMTS Universal Mobile

Telecommunications System

Hệ thống thơng tin di động tồn cầu

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network Hệ thống truy cập vơ tuyến UMTS WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia mã băng rộng

Trang 11

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các đặc điểm chính của cơng nghệ LTE 4

Bảng 1.2 Tiến trình phát triển của các chuẩn 3GPP 8

Bảng 1.3 LTE và WiMax 9

Bảng 2.2 Tĩm tắt các giao thức và giao diện trong cấu hình kiến trúc hệ thống cơ bản 21

Bảng 2.2 Các loại thiết bị LTE [1] 34

Bảng 3.1 Số lượng các khối tài nguyên cho băng thơng LTE khác nhau 39

Bảng 3.2 Tham số cấu trúc khung đường xuống ( FDD & TDD ) 39

Bảng 3.3 Hiển thị các thơng số cấu hình tổng quan 44

Bảng 4.1 Các tham số QoS trong mạng LTE 58

Bảng 4.2 Các ký hiệu sử dụng trong thuật tốn E-WFQ 87

Bảng 4.3 Các ký hiệu được sử dụng trong mơ hình tốn học [23] 89

Bảng 4.4 Các tham số mơ phỏng RR 93

Bảng 4.5 Bảng Các tham số mơ phỏng CQI 93

Bảng 4.6 Tĩm tắt các thiết lập mơ phỏng thiết yếu và các thơng số được sử dụng cho các kịch bản mơ phỏng khác nhau 93

Trang 12

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Lộ trình phát triển LTE và các cơng nghệ khác 7

Hình 2.2 Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ cĩ E-UTRAN [1] 11

Hình 2.2 eNodeB kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính [1] 12

Hình 2.3 MME kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính [1] 14

Hình 2.4 Các kết nối S-GW tới các nút logic khác và các chức năng chính [1] 15

Hình 2.5 P-GW kết nối tới các node logic khác và các chức năng chính [1] 16

Hình 2.6 PCRF kết nối tới các nút logic khác & các chức năng chính [1] 17

Hình 2.7 Kiến trúc phân lớp LTE [1] 17

Hình 2.8 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển trong EPS [1] 18

Hình 2.9 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người dùng trong EPC [1] 20

Hình 2.20 Các ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển và mặ phẳng người dùng cho giao diện X2 [1] 21

Hình 2.21 Trạng thái của UE và chuyển tiếp trạng thái [1] 22

Hình 2.22 Khu vực dịch vụ eMBMS và các khu vực MBSFN [1] 23

Hình 2.23 Kiến trúc logic eMBMS [1] 24

Hình 2.24 Kiến trúc mặt phẳng người dùng eMBMS cho đồng bộ nội dung 24

Hình 2.25 Cấu trúc miền thời gian LTE [1] 25

Hình 2.26 Các ví dụ chỉ định khung phụ đường lên/ đường xuống trong trường hợp TDD và sự so sánh FDD [1] 26

Hình 2.27 Kênh truyền đường xuống [24] 27

Hình 2.28 Kênh truyền đường lên [24] 29

Hình 2.29 Vận hành LTE HARQ với 8 tiến trình [1] 30

Hình 2.20 Định thời LTE HARQ cho một gĩi tin đường xuống duy nhất [1] 30

Hình 2.21 Điều khiển định thời hướng lên [1] 30

Hình 2.22 Cơng suất hướng lên LTE với thay đổi tốc độ dữ liệu [1] 31

Hình 2.23 Thủ tục báo cáo thơng tin trạng thái kênh (CSI) [1] 32

Hình 3.1 Biểu diễn tần số-thời gian của một tín hiệu OFDM [1] 35

Hình 3.2 Sự tạo ra ký hiệu OFDM cĩ ích sử dụng IFFT [1] 36

Hình 3.3 Sự tạo ra chuỗi tín hiệu OFDM [1] 36

Hình 3.4 Cấp phát sĩng mang con cho OFDM & OFDMA [1] 37

Hình 3.5 Cấu trúc khung loại 1, 37

Trang 13

Hình 3.6 Cấu trúc khung loại 2, [1] 38

Hình 3.7 Lưới tài nguyên đường xuống [1] 38

Hình 3.8 Ghép kênh thời gian – tần số OFDMA [1] 40

Hình 3.9 Phát và thu OFDMA [1] 41

Hình 3.10 Sơ đồ khối DFT-S-OFDM [1] 43

Hình 3.11 Lưới tài nguyên đường lên [1] 44

Hình 3.12 Phát & thu hướng lên LTE [1] 45

Hình 3.13 Tổng quan về thủ tục truy nhập ngẫu nhiên [1] 46

Hình 3.14 Minh họa cơ bản cho truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên 47

Hình 3.15 Định thời phần mở đầu tại eNodeB cho các người sử dụng truy nhập ngẫu nhiên khác nhau [1] 47

Hình 3.16 Sự phát hiện phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên trong miền tần số [1] 47

Hình 4.1 Dịch vụ và sự khác biệt thuê bao trong LTE [14] 51

Hình 4.2: Các thành phần cơ bản cung cấp chất lượng dịch vụ truy cập trong mạng [15] 52 Hình 4.3: Mối liên hệ giữa các khái niệm QoS theo ETSI 53

Hình 4.4: Khái niệm QoS và mối quan hệ QoS với chất lượng mạng 55

Hình 4.5 Đặc điểm QCI tiêu chuẩn 59

Hình 4.6: Kiến trúc dịch vụ trong mạng di động thế hệ sau 61

Hình 4.7: Mơ hình sử dụng các thuật tốn lập lịch [23] 62

Hình 4.8 Ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh trong mơi trường multi-cell [23] 66

Hình 4.9: Phương pháp sử dụng lại tần số từng phần (fractional frequency reuse) 67

Hình 4.10: Phương pháp chia nhỏ vùng phủ sĩng (sectoring) 67

Hình 4.11: Ghép dữ liệu của người sử dụng Ui vào khung OFDMA 68

Hình 4.12: Các thành phần của bộ lập lịch tại BS và MS [23] 73

Hình 4.13: Kế hoạch lập lịch đường xuống lớp MAC [23] 75

Hình 4.14 Kế hoạch lập lịch Round Robin 78

Hình 4.15 Thuật tốn lập lịch Round Robin trong LTE 79

Hình 4.16: Kế hoạch lập lịch Best CQI 80

Hình 4.17 Thuật tốn Best CQI trong LTE [24] 81

Hình 4.18 Thuật tốn lập lịch PF trong LTE 83

Hình 4.19 Sắp xếp các khối dữ liệu vào các kênh con lần lượt từ trên xuống dưới 91

Hình 4.20 Tổng quan các kịch bản mơ phỏng khác nhau trong mơ phỏng LTE [23] 92

Trang 14

Hình 4.21 SNR so với thơng lượng cho một người dùng 94

Hình 4.26 SNR so với thơng lượng cho người dùng duy nhất 101

Hình 4.27 SNR so với thơng lượng cho nhiều người dùng 102

Hình 4.28 SNR so với thơng lượng, dạng nhiều người dùng 103

Trang 15

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Cơng nghệ thơng tin di động băng rộng hiện nay đã trở thành thuật ngữ quen thuộc đối với mọi người tại Việt Nam nĩi riêng và thế giới nĩi chung Sau khi mạng 3G được triển khai, việc sử dụng internet băng rộng, dịch vụ nghe nhìn trực tuyến qua thiết bị di động đem lại nhiều tiện ích, sự tiện lợi cho người dùng, gĩp phần nâng cao chất lượng cuộc sống Cơng nghệ LTE ra đời là sự cải tiến đối với chuẩn thơng tin di động WCDMA/HSPA, vốn được nâng cấp từ chuẩn thơng tin di động GSM truyền thống, đưa mạng di động trở thành mạng hội tụ IP hồn tồn, nâng khả năng truy cập

dữ liệu với tốc độ lên đến hàng trăm Mb/s, hứa hẹn đem lại cho người dùng một mạng băng rộng thực sự mọi lúc mọi nơi Cơng nghệ LTE, được phát triển trên nền tảng IP hồn tồn, phục vụcho các dịch vụ VOIP, video, streaming, internet băng rộng Khi

đĩ lớp truy nhập của LTE cĩ nhiệm vụ đảm bảo và kiểm sốt chất lượng dich vụ QoS, nhằm phân bổ tài nguyên hợp lý và tối ưu cho người dùng, với khả năng truy cập dịch vụvới độ trễ thấp nhất, băng thơng rộng nhất cĩ thể Bộ lập lịch được sử dụng trong lớp MAC trong giao diện vơ tuyến là thành phần quan trọng thực hiện chức năng này, trong đĩ kỹ thuật lập lịch là thành phần cốt lõi của nĩ Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này đã chứng tỏ năng lực tuyệt vời của cơng nghệ LTE và khả năng thương mại hĩa LTE đã đến rất gần Trước đây, muốn truy cập dữ liệu, phải cần cĩ 1 đường dây

cố định để kết nối Trong tương lai khơng xa với LTE, cĩ thể truy cập tất cả các dịch

vụ mọi lúc mọi nơi trong khi vẫn di chuyển: xem phim chất lượng cao HDTV, điện thoại thấy hình, chơi game, nghe nhạc trực tuyến, tải cơ sở dữ liệu v.v… với một tốc

độ “siêu tốc” Đĩ chính là sự khác biệt giữa mạng di động thế hệ thứ 3 (3G) và mạng

di động thế hệ thứ tư (4G) Tuy vẫn cịn khá mới mẻ nhưng mạng di động băng rộng 4G đang được kỳ vọng sẽ tạo ra nhiều thay đổi khác biệt so với những mạng di động hiện nay Chính vì vậy, tơi đã lựa chọn làm luận văn tốt nghiệp về đề tài

“Nghiên cứu cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng LTE” (Long Term Evolution)

2 Mục đích nghiên cứu

Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan hệ thống thơng tin di động LTE, kiến trúc mạng

và truy nhập vơ tuyến trong mạng LTE cùng với cơ chế của các bộ lập lịch để nâng

Trang 16

cao chất lượng dịch vụ (QoS) trong mạng LTE luận văn tiến hành xây dựng các mơ hình, cách thức mơ phỏng, thực hiện mơ phỏng nhằm so sánh và đánh giá một số cơ chế lập lịch, đề xuất cơ chế lập lịch phù hợp cho hệ thống thơng tin di động LTE nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ trong mạng LTE

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

a Đối tượng nghiên cứu

Tổng quan về hệ thống thơng tin di động LTE Kiến trúc mạng và giao thức, truy nhập vơ tuyến và thủ tục dị tìm Tổng quan về chất lượng dịch vụ (QoS) Các thuộc tính của QoS

Cơ chế quản lý tài nguyên vơ tuyến,

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp tiếp cân thu thập thơng tin liên quan tới đề tài như kiến thức mạng thơng tin di động LTE, giao diện vơ tuyến LTE, các cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ trong

mạng LTE

Kết hợp lý thuyết đã nghiên cứu, tiến hành lập mơ hình, cách thức nhằm mơ phỏng

và tính tốn các thơng số chất lượng dịch vụ ứng với các cơ chế lập lịch, cơ chế quản

lý tài nguyên vơ tuyến Trong nội dung luận văn, các kết quả đạt được từ chương trình tính tốn và mơ phỏng bao gồm thơng lượng và BLER sử dụng chương trình

Matlab sẽ được sử dụng

Trang 17

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Các mạng thơng tin di động hiện nay tại Việt Nam đa số sử dụng cơng nghệ 2G GSM và 2,5G, hiện đã nâng cấp lên cơng nghệ 3G UMTS/WCDMA Cơng nghệ LTE

là bước tiếp theo để các mạng di động tiến lên 4G, nhằm tạo nên hệ thống thơng tin di động băng rộng mọi lúc mọi nơi Vì thế, hướng nghiên cứu này nhằm trang bị kiến thức về cơng nghệ di động LTE và các cơ chế như cơ chế lập lịch, cơ chế quản lý tài nguyên để gĩp phần chọn giải pháp tối ưu cho giao diện vơ tuyến, gĩp phần nâng cao chất lượng dịch vụ cho người sử dụng mạng LTE

6 Cấu trúc luận văn

Ngồi các phần mở đầu, kết luận và hướng phát triển, Tài liệu tham khảo, Phụ lục, luận văn gồm các chương sau:

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ LTE

( Long term evolution)

Nội dung trình bày tổng quan hệ thống thơng tin di động LTE và so sánh LTE

với cơng nghệ Wimax

CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC

Nội dung chương trình bày kiến trúc mạng và giao thức mạng trong LTE

CHƯƠNG III: TRUY NHẬP VƠ TUYẾN TRONG LTE

Nội dung chương trình bày về cách thức truy nhập vơ tuyến trong mạng LTE, từ

đĩ đưa ra cơ chế quản lý tài nguyên vơ tuyến trong mạng LTE

CHƯƠNG IV: CƠ CHẾ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG LTE

Nội dung chương trình bày khái niệm của QoS và các tham số của QoS và các cơ chế lập lịch trong mạng LTE và mơ hình, mơ phỏng kết quả các cơ chế lập lịch trong mạng LTE để nâng cao chất lượng dịch vụ trong mạng LTE

Trang 18

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ LTE

(Long term evolution) 1.1 Giới thiệu chương

Nội dung trình bày cái nhìn tổng quan hệ thống thơng tin di động LTE và so sánh LTE với cơng nghệ Wimax để tìm ra những ưu, nhược điểm của mạng LTE

1.2 Giới thiệu về cơng nghệ LTE [1], [2], [3], [4]

LTE là thế hệ thứ tư của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển UMTS thế hệ thứ ba dựa trên WCDMA đã được triển khai trên tồn 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 cơng 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 thơng tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện cĩ và băng tần mới, đơn giản hĩa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối

Giao diện khơng gian và các thuộc tính liên quan của hệ thơng LTE được tĩm tắt trong bảng

Bảng 1 1 Các đặc điểm chính của cơng nghệ LTE

Tốc độ dữ liệu đỉnh trong 20MHz Đường xuống: 173 và 326Mb/s tương ứng với cấu hình MINO 2*2 và 4*4

Đường lên: 86Mb/s với cấu hình 1*2 anten Điều chế QPSK; 16 QAM và 64 QAM

Các cơng nghệ khác Lập biểu chính xác kênh; liên kết thích ứng; điều khiển

Mục tiêu của LTE là cung cấp 1 dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, độ trễ thấp, các gĩi dữ liệu được tối ưu, cơng nghệ vơ tuyến hỗ trợ băng thơng một cách linh hoạt khi triển khai Đồng thời kiến trúc mạng mới được thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lưu lượng

Trang 19

chuyển mạch gĩi cùng với tính di động linh hoạt, chất lượng của dịch vụ, thời gian trễ tối thiểu

Tăng tốc độ truyền dữ liệu :

Trong điều kiện lý tưởng hệ thống hỗ trợ tốc độ dữ liệu đường xuống đỉnh lên tới 326Mb/s với cấu hình 4*4 MIMO (multiple input multiple output ) trong vịng 20MHZ băng thơng MIMO cho đường lên là khơng được sử dụng trong phiên bản đầu tiên của chuẩn LTE Tốc độ dữ liệu đỉnh đường lên tới 86Mb/s trong 20MHZ băng thơng Ngồi viêc cải thiện tốc độ dữ liệu đỉnh hệ thống LTE cịn cung cấp hiệu suất phổ cao hơn từ 2 đến 4 lần của hệ thống HSPA phiên bản 6

Dải tần co giãn được :

Dải tần vơ tuyến của hệ thống LTE cĩ khả năng mở rộng từ 1.4 MHz, 3MHz,

5 MHz, 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz cả chiều lên và xuống Điều này dẫn đến sự linh hoạt sử dụng được hiệu quả băng thơng Mức thơng suất cao hơn khi hoạt động

ở băng tần cao và đối với một số ứng dụng khơng cần đến băng tần rộng chỉ cần một băng tần vừa đủ thì cũng được đáp ứng

Đảm bảo hiệu suất khi di chuyển :

LTE tối ưu hĩa hiệu suất cho thiết bị đầu cuối di chuyển từ 0 đến 15km/h, vẫn

hỗ trợ với hiệu suất cao (chỉ giảm đi một ít) khi di chuyển từ 15 đến 120km/h, đối với vận tốc trên 120 km/h thì hệ thống vẫn duy trì được kết nối trên tồn mạng tế bào, chức năng hỗ trợ từ 120 đến 350km/h hoặc thậm chí là 500km/h tùy thuộc vào băng tần

Giảm độ trễ trên mặt phẳng người sử dụng và mặt phẳng điều khiển :

Giảm thời gian để một thiết bị đầu cuối (UE - User Equipment) chuyển từ trạng thái nghỉ sang nối kết với mạng, và bắt đầu truyền thơng tin trên một kênh truyền Thời gian này phải nhỏ hơn 100ms

Giảm độ trễ ở mặt phẳng người dùng: Nhược điểm của các mạng tổ ong (ơ) hiện nay là độ trễ truyền cao hơn nhiều so với các mạng đường dây cố định Điều này ảnh hưởng lớn đến các ứng dụng như thoại và chơi game …,vì cần thời gian thực Giao diện vơ tuyến của LTE và mạng lưới cung cấp khả năng độ trễ dưới 10ms cho việc truyền tải 1 gĩi tin từ mạng tới UE

Sẽ khơng cịn chuyển mạch kênh :

Tất cả sẽ dựa trên IP Một trong những tính năng đáng kể nhất của LTE là sự chuyển dịch đến mạng lõi hồn tồn dựa trên IP với giao diện mở và kiến trúc đơn giản hĩa Sâu xa hơn, phần lớn cơng việc chuẩn hĩa của 3GPP nhắm đến sự chuyển đổi kiến trúc mạng lõi đang tồn tại sang hệ thống tồn IP Trong 3GPP Chúng cho

Trang 20

phép cung cấp các dịch vụ linh hoạt hơn và sự liên hoạt động đơn giản với các mạng di động phi 3GPP và các mạng cố định EPC dựa trên các giao thức TCP/IP – giống như phần lớn các mạng số liệu cố định ngày nay, vì vậy cung cấp các dịch vụ giống

PC như thoại, video, tin nhắn và các dịch vụ đa phương tiện Sự chuyển dịch lên kiến trúc tồn gĩi cũng cho phép cải thiện sự phối hợp với các mạng truyền thơng khơng dây và cố định khác VoIP sẽ dùng cho dịch vụ thoại

Độ phủ sĩng từ 5-100km :

Trong vịng bán kính 5km LTE cung cấp tối ưu về lưu lượng người dùng, hiệu suất phổ và độ di động Phạm vi lên đến 30km thì cĩ một sự giảm nhẹ cho phép về lưu lượng người dùng cịn hiệu suất phổ thì lại giảm một cách đáng kể hơn nhưng vẫn cĩ thể chấp nhận được, tuy nhiên yêu cầu về độ di động vẫn được đáp ứng Dung lượng hơn 200 người/ơ (băng thơng 5MHz)

Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời

Tuy nhiên mạng LTE vẫn cĩ thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2G hiện tại Điều này hết sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai LTE vì khơng cần thay đổi tồn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã cĩ

OFDMA ,SC-FDMA và MIMO được sử dụng trong LTE:

Hệ thống này hỗ trợ băng thơng linh hoạt nhờ các sơ đồ truy nhập OFDMA & SC-FDMA Ngồi ra cịn cĩ song cơng phân chia tần số FDD và song cơng phân chia thời gian TDD Bán song cơng FDD được cho phép để hỗ trợ cho các người sử dụng với chi phí thấp, khơng giống như FDD, trong hoạt động bán song cơng FDD thì một

UE khơng cần thiết truyền & nhận đồng thời Điều này tránh việc phải đầu tư một bộ song cơng đắt tiền trong UE Truy nhập đường lên về cơ bản dựa trên đa truy nhập phân chia tần số đơn sĩng mang SC-FDMA hứa hẹn sẽ gia tăng vùng phủ sĩng đường lên do tỉ số cơng suất đỉnh-trung bình thấp (PARR) liên quan tới OFDMA

Giảm chi phí:

Yêu cầu đặt ra cho hệ thống LTE là giảm thiểu được chi phí trong khi vẫn duy trì được hiệu suất nhằm đáp ứng được cho tất cả các dịch vụ Các vấn đề đường truyền, hoạt động và bảo dưỡng cũng liên quan đến yếu tố chi phí, chính vì vậy khơng chỉ giao tiếp mà việc truyền tải đến các trạm gốc và hệ thống quản lý cũng cần xác định rõ, ngồi ra một số vấn đề cũng được yêu cầu như là độ phức tạp thấp, các thiết bị đầu cuối tiêu thụ ít năng lượng

Cùng tồn tại với các chuẩn và hệ thống trước

Trang 21

Hệ thống LTE phải cùng tồn tại và cĩ thể phối hợp hoạt động với các hệ thống 3GPP khác Người sử dụng LTE sẽ cĩ thể thực hiện các cuộc gọi từ thiết bị đầu cuối của mình và thậm chí khi họ khơng nằm trong vùng phủ sĩng của LTE Do đĩ, cho phép chuyển giao các dịch vụ xuyên suốt, trơi chảy trong khu vực phủ sĩng của HSPA, WCDMA hay GSM/GPRS/EDGE Hơn thế nữa, LTE hỗ trợ khơng chỉ chuyển giao trong hệ thống, liên hệ thống mà cịn chuyển giao liên miền giữa miền chuyển mạch gĩi và miền chuyển mạch kênh

1.3 So sánh cơng nghệ LTE với cơng nghệ Wimax

Về cơng nghệ LTE và WiMax cĩ một số khác biệt nhưng cũng cĩ nhiều điểm tương đồng Cả 2 cơng nghệ đều dựa trên nền tảng IP Cả hai đều dùng kỹ thuật MINO

để cải thiện chất lượng truyền/nhận tín hiệu, đường xuống từ trạm thu phát đến thiết bị đầu cuối đều được tăng tốc bằng kỹ thuật OFDM hỗ trợ truyền tải dữ liệu đa phương tiện và video Cơng nghệ WiMAX, hay cịn gọi là chuẩn 802.26 được biết tới là cơng nghệ khơng dây băng thơng rộng Khơng giống các chuẩn khơng dây khác, WiMAX cho phép truyền dữ liệu trên nhiều dải tần, cĩ thể tránh “đụng độ” với những ứng dụng khơng dây khác Theo lý thuyết chuẩn WiMax hiện tại 802.26e cho tốc độ tải xuống tối đa là 70Mbps, cịn LTE dự kiến cĩ thể cho tốc độ đến 300Mbps Tuy nhiên khi LTE được triển khai ra thị trường cĩ thể WiMax cũng sẽ được nâng cấp lên chuẩn 802.26m( cịn gọi là WiMax 2.0) cĩ tốc độ tương đương hoặc cao hơn

Hình 1.1 Lộ trình phát triển LTE và các cơng nghệ khác Đường lên từ thiết bị đầu cuối đến trạm thu phát cĩ sự khác nhau giữa 2 cơng nghệ WiMax dùng OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access là một biết thể của OFDM), cho phép tăng băng thơng bằng cách chia tách các kênh băng rộng thành nhiều kênh băng hẹp, mỗi kênh dùng tần số khác nhau để truyền đồng thời

Trang 22

các gĩi dữ liệu Cịn LTE dùng kỹ thuật SC-FDMA ( Single Carrier Frequency Division Multiple Access) Về lý thuyết SC- FDMA được thiết kế làm việc hiệu quả hơn và các thiết bị đầu cuối tiêu thụ năng lượng thấp hơn OFDMA LTE cịn ưu thế hơn WiMax vì được thiết kế tương thích với cả phương thức TDD (Time Division Duplex) và FDD( Frequency Division Duplex) Ngược lại WiMax hiện chỉ tương thích với TDD nhưng WiMax Forum đang làm việc với một phiên bản Mobile WiMax tích hợp FDD Mobile WiMAX cung cấp khả năng di động bằng cách cho phép chuyển kênh truyền dữ liệu từ một trạm thu phát này sang một trạm khác khi người dùng di chuyển giữa 2 trạm Tương tự phiên bản 802.21n của Wi-Fi, Mobile WiMAX dùng cơng nghệ MIMO (Multiple Input Multiple Output) cho phép phát và thu qua nhiều anten để cải thiện tốc độ và chất lượng tín hiệu Mobile Wimax được kỳ vọng cạnh tranh với các cơng nghệ di động, Wi-Fi và các cơng nghệ truy cập Internet như DSL TDD truyền dữ liệu lên xuống thơng qua 1 kênh tần số( dùng phương thức phân chia thời gian) cịn FDD cho phép truyền dữ liệu lên xuống thơng qua 2 kênh tần số riêng biệt Điều này cĩ nghĩa là LTE cĩ nhiều phổ tần sử dụng hơn WiMax

Bảng 1.2 Tiến trình phát triển của các chuẩn 3GPP

Phiên bản Thời điểm hồn tất Tính năng chính/ Thơng tin

Release99 Quí 1/2000 Giới thiệu UMTS (Universal Mobile

Telecommunications System) và WCDMA(Wideband CDMA) Release 4 Quí 2/2001 Bổ sung một số tính năng như mạng lõi dựa trên IP

và cĩ những cải tiến cho UMTS Release 5 Quí 1/2002 Giới thiệu IMS (IP Multimedia Subsystems) và

HSDPA (High Speed Download Packet Access) Release 6 Quí 4/2004 Kết hợp với Wireless Lan, thêm HSUPA( High

Speed upload Packet Access) và cas tính năng nâng cao cho IMS như Push to Talk over Cellular (PoC) Release 7 Quí 4/2007 Tập trung giảm độ trễ, cải thiện chất lượng dịch vụ

và các ứng dụng thời gian thực như VoIP Phuên bản này cũng tập trung vào HSPA+ High Speed Packet Evolution và EDGE Evolution

Release 8 Dự kiến cuối năm

2008 hoặc đầu năm

2009

Giới thiệu LTE và kiến trúc lại UMTS như là mạng

IP thế hệ thứ tư hồn tồn dự trên IP

Hiện tại WiMax cĩ lợi thế đi trước LTE: mạng WiMax đã được triển khai và thiết bị WiMax cũng đã cĩ mặt trên thị trường Cịn LTE vẫn cịn đang được triển khai

và trải nghiệm Tuy nhiên LTE vẫn cĩ lợi thế quan trọng so với WiMax LTE được

Trang 23

hiệp hội các nhà khai thác GSM chấp nhận là cơng nghệ băng thơng rộng di động tương lai của hệ di động hiện đang thống trị thị trường di động tồn cầu với khoảng 2,5 tỷ thuê bao và trong các năm tới cĩ thể chiếm 89% (theo Gartner) những con số trong mơ đối với WiMax Hơn nữa LTE cho phép tận dụng hạ tầng GSM cĩ sẵn trong khi WiMax phải xây dựng từ đầu Wimax và LTE là 2 cơng nghệ được đánh giá cao nhất khi triển khai 4G

Bảng 1.3 LTE và WiMax

Tính năng 3GPP LTE RAN1 802.26e/Mobile

WiMax R1

802.26e/Mobile WiMax R2

Băng tần dự kiến 700MHz-2,6GHz 2,3GHz, 2,5GHz,

3,3-3,8GHz

2,3GHz, 2,5GHz, 3,3-3,8GHz Tốc độ tối đa

Thời điểm hồn tất

chuẩn 2008 hoặc đầu năm Dự kiến cuối năm

Các đặc tính của LTE bao gồm:

- Linh hoạt sử dụng phổ băng hẹp như 1.4 Mhz hay băng rộng 20Mhz

- Hoạt động mềm dẻo cả ở trong chế độ TDD và FDD

- Giảm trễ để hỗ trợ triển khai các ứng dụng thoại và dữ liệu chất lượng cao

- Trễ vịng (round trip) giữa máy đầu cuối và trạm gốc là 10msec, và thời gian chuyển trạng thái từ hoạt động sang khơng hoạt động thấp hơn 100 msec

Tổng kết chương:

Tồn chương một đã đưa ra cái nhìn tổng quan nhất về một số cơng nghệ mạng truy nhập băng rộng, những đặc thù của các loại cơng nghệ truy nhập này nhằm tạo cơ

sở khách quan để đánh giá và lựa chọn cơng nghệ phù hợp

Chương này cũng trình bày rõ sự khác biệt gữa hai mơ hình ứng dụng LTE và WiMAX Dựa vào những đặc điểm khác nhau của hai cơng nghệ này giúp các nhà cung cấp dịch vụ trong từng hồn cảnh cụ thể sẽ lựa chọn mơ hình phù hợp trong triển khai thực tế

Trang 24

Với những tìm hiểu sơ lược ta cũng thấy cơng nghệ LTE tỏ ra cĩ rất nhiều đặc tính ưu việt trong việc triển khai dịch vụ băng thơng rộng cho cả thiết bị cố định, xách tay và di động, thậm chí đến các vùng mà với các cơng nghệ trước đây là khĩ khăn hoặc khơng thể Trong chương tiếp theo ta sẽ tìm hiểu sâu hơn

về kiến trúc mạng và các kỹ thuật được sử dụng trong cơng nghệ LTE tiền 4G

CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC 2.1 Giới thiệu chương

Chương này trình bày kiến trúc mạng và giao thức hệ thống trong mạng LTE, phân biệt các phân lớp trong eNodeB cũng như trình bày về các kỹ thuật quan trọng trong các phân lớp giao diện vơ tuyến LTE và các giao thức chuyển trạng thái, những kiến trúc hệ thống phát quảng bá đa điểm, hệ thống kênh truyền, các thủ tục lớp vật lý

2.2 Kiến trúc mạng LTE [1], [3], [4]

2.2.1 Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống

Trang 25

Hình 2.1 Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ cĩ E-UTRAN [1]

Hình 2.1 miêu tả kiến trúc và các thành phần mạng trong cấu hình kiến trúc nơi chỉ cĩ một E-UTRAN tham gia Hình này cũng cho thấy sự phân chia kiến trúc thành bốn vùng chính: thiết bị người dùng (UE) ; UTRAN phát triển( E-UTRAN); mạng lõi gĩi phát triển(EPC); và các vùng dịch vụ UE, E-UTRAN và EPC đại diện cho các giao thức internet (IP) ở lớp kết nối Đây là một phần của hệ thống được gọi là hệ thống gĩi phát triển (EPS) Chức năng chính của lớp này là cung cấp kết nối dựa trên IP và

nĩ được tối ưu hĩa cao cho mục tiêu duy nhất Tất cả các dịch vụ được cung cấp dựa trên IP, tất cả các nút chuyển mạch và các giao diện được nhìn thấy trong kiến trúc 3GPP trước đĩ khơng cĩ mặt ở E-UTRAN và EPC Cơng nghệ IP chiếm ưu thế trong truyền tải, nơi mà mọi thứ được thiết kế để hoạt động và truyền tải trên IP Các hệ thống con đa phương tiện IP ( IMS) là một ví dụ tốt về máy mĩc thiết bị phục vụ cĩ thể được sử dụng trong lớp kết nối dịch vụ để cung cấp các dịch vụ dựa trên kết nối IP được cung cấp bởi các lớp thấp hơn Ví dụ , để hỗ trợ dịch vụ thoại thì IMS cĩ thể cung cấp thoại qua IP ( VoIP) và sự kết nối tới các mạng chuyển mạch-mạch cũ PSTN và ISDN thơng qua các cổng đa phương tiện của nĩ điều khiển

2.2.2 Thiết bị người dùng ( UE)

UE là thiết bị mà người dùng đầu cuối sử dụng để liên lạc Thơng thường nĩ là những thiết bị cầm tay như điện thoại thơng minh hoặc một thẻ dữ liệu như mọi người vẫn đang sử dụng hiện tại trong mạng 2G và 3G Hoặc nĩ cĩ thể được nhúng vào, ví dụ một máy tính xách tay UE cũng cĩ chứa các mođun nhận dạng thuê bao tồn cầu ( USIM) Nĩ là một mođun riêng biệt với phần cịn lại của UE, thường được gọi là thiết bị đầu cuối (TE) USIM là một ứng dụng được đặt vào một thẻ thơng minh cĩ thể tháo rời được gọi là thẻ mạch tích hợp tồn cầu ( UICC) USIM được sử dụng để nhận dạng và xác thực người sử dụng để lấy khĩa bảo mật nhằm bảo vệ việc

truyền tải trên giao diện vơ tuyến

2.2.3 E-UTRAN NodeB (eNodeB)

Nút duy nhất trên E-UTRAN là E-UTRAN NodeB ( eNodeB) Đơn giản đặt eNB

là một trạm gốc vơ tuyến kiểm sốt tất cả các chức năng vơ tuyến liên quan trong phần cố định của hệ thống Các trạm gốc như eNB thường phân bố trên tồn khu vực phủ sĩng của mạng Mỗi eNB thường cư trú gần các anten vơ tuyến hiện tại của

chúng

Trang 26

Chức năng của eNB hoạt động như một cầu nối giữa 2 lớp là UE và EPC, nĩ là điểm cuối của tất cả các giao thức vơ tuyến về phía UE, và tiếp nhận dữ liệu giữa các kết nối vơ tuyến và các kết nối IP cơ bản tương ứng về phía EPC eNB cũng chịu trách nhiệm về nhiều các chức năng của mặt phẳng điều khiển (CP) eNB chịu trách nhiệm về quản lý tài nguyên vơ tuyến (RRM), tức là kiểm sĩat việc sử dụng giao diện

vơ tuyến , bao gồm : phân bổ tài nguyên dựa trên yêu cầu, ưu tiên và lập lịch trình lưu

lượng theo yêu cầu QoS, và liên tục giám sát tình hình sử dụng tài nguyên

Ngồi ra eNodeB cịn cĩ vai trị quan trọng trong quản lý tính di động (MM) Điều khiển eNB và đo đạc phân tích mức độ của tín hiệu vơ tuyến được thực hiện bởi

UE Hình 2.2 cho thấy các kết nối với eNB đã đến xung quanh các nút logic, và tĩm tắt các chức năng chính trong giao diện này

Cả hai MME và S-GW cĩ thể được gộp lại, cĩ nghĩa là một tập hợp các nút được phân cơng để phục vụ cho một tập hợp các eNB Từ một viễn cảnh eNB đơn này cĩ nghĩa là nĩ cĩ thể cần phải kết nối tới nhiều MME và S-GW Tuy nhiên mỗi UE sẽ được phục vụ bởi chỉ cĩ một MME và S-GW tại một thời điểm và eNB phải duy trì

theo dõi các liên kết này

Sự kết hợp này sẽ khơng bao giờ thay đổi từ một điểm eNodeB duy nhất, bởi vì

MME hoặc S-GW chỉ cĩ thể thay đổi khi kết hợp với sự chuyển giao liên eNodeB

Hình 2.2 eNodeB kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính [1]

2.2.4 Thực thể quản lý tính di động (MME)

Thực thể quản lý tính di động (MME) là thành phần điều khiển chính trong EPC Thơng thường MME sẽ là một máy chủ ở một vị trí an tồn tại các cơ sở của nhà điều

Trang 27

hành Nĩ chỉ hoạt động trong các CP, và khơng tham gia vào con đường của UP dữ

liệu

Ngồi giao diện cuối vào MME trong kiến trúc thể hiện trong hình 2.2, MME cịn cĩ một kết nối logic trực tiếp tới UE, và kết nối này được sử dụng như là kênh điều khiển chính giữa UE và mạng Sau đây là danh sách các chức năng chính của

MME trong cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống :

- Xác thực và bảo mật : khi một UE đăng ký vào mạng lần đầu tiên, MME sẽ khởi tạo sự xác thực, bằng cách thực hiện những điều sau: nĩ tìm ra danh tính thường trú của UE, hoăc từ các mạng truy nhập trước đĩ hoặc chính bản thân UE, yêu cầu từ bộ phục vụ thuê bao thường trú (HSS) trong mạng chủ của UE các điều khiển chứng thực cĩ chứa các mệnh lệnh chứng thực – trả lời các cặp tham số, gửi các thử thách với UE và so sánh các trả lời nhận được từ UE vào một trong những cái đã nhận

- Quản lý hồ sơ thuê bao và dịch vụ kết nối: vào thời điểm một UE đăng ký vào mạng, các MME sẽ chịu trách nhiệm lấy hồ sơ đăng ký của nĩ từ mạng chủ về Các MME sẽ lưu trữ thơng tin này trong suốt thời gian phục vụ UE Hồ sơ này xác định những gì các kết nối mạng dữ liệu gĩi được phân bổ tới các mạng ở tập tin đính kèm Các MME sẽ tự động thiết lập mặc định phần tử mang, cho phép các UE kết nối IP cơ bản Hình 2.3 cho thấy các kết nối MME đến quanh các nút logic, và tĩm tắt các chức năng chính trong giao diện này Về nguyên tắc MME cĩ thể được kết nối với bất kỳ MME khác trong hệ thống, nhưng thường kết nối được giới hạn trong một nhà điều hành mạng duy nhất Các kết nối giữa các MME với các MME lân cận được sử dụng trong chuyển giao

Trang 28

Hình 2.3 MME kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính [1]

Kết nối tới một số HSS cũng cần được hỗ trợ, các HSS nằm trong mạng chủ của người dùng , và một tuyến đường cĩ thể được tìm thấy dựa trên IMIS Mỗi MME được cấu hình để điều khiển một tập hợp các S-GW và eNodeB Cả hai S-GW và eNodeB cũng cĩ thể được kết nối tới các MME khác Các MME cĩ thể phục vụ một số UE cùng một lúc, trong khi mỗi UE sẽ chỉ kết nối tới một MME tại một thời điểm

2.2.5 Cổng phục vụ ( S-GW)

Trong cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống, chức năng cao cấp của S-GW là quản

lý đường hầm UP và chuyển mạch S-GW là một phần của hạ tầng mạng nĩ được duy

trì ở các phịng điều hành trung tâm của mạng

Khi giao diện S5/S8 dựa trên GTP, S-GW sẽ cĩ đường hầm GTP trên tất cả các giao diện UP của nĩ Ánh xạ giữa các luồng dịch vụ IP và đường hầm GTP được thực hiện trong P-GW, và S-GW khơng cần được kết nối với PCRF

S-GW cĩ một vai trị rất nhỏ trong các chức năng điều khiển Nĩ chỉ chịu trách nhiệm về nguồn tài nguyên của riêng nĩ, và nĩ cấp phát chúng dựa trên các yêu cầu từ MME, P-GW hoặc PCRF, từ đĩ mà các hành động được thiết lập , sửa đổi hoặc xĩa sạch các phần tử mang cho UE

Trang 29

Hình 2.4 Các kết nối S-GW tới các nút logic khác và các chức năng chính [1] Trong khi di chuyển giữa các eNodeB, S-GW hoạt động như nút cuối di động địa phương MME sẽ lệnh S-GW để chuyển sang đường hầm từ một eNodeB khác MME cũng cĩ thể yêu cầu S-GW cung cấp tài nguyên đường hầm cho dữ liệu chuyển tiếp khi cĩ nhu cầu cần chuyển dữ liệu từ eNodeB nguồn tới eNodeB đích trong thời điểm UE cĩ chuyển giao vơ tuyến

2.2.6 Cổng mạng dữ liệu gĩi( P-GW)

Cổng mạng dữ liệu gĩi (P-GW, cũng thường được viết tắt là PDN-GW) là tuyến biên giữa EPS và các mạng dữ liệu gĩi bên ngồi Nĩ là nút cuối di động mức cao nhất trong hệ thống, và nĩ thường hoạt động như là điểm IP của các thiết bị cho UE Nĩ thực hiện các chức năng chọn lưu lượng và lọc theo yêu cầu bởi các dịch vụ được đề cập Tương tự như S-GW, các P-GW được duy trì tại các phịng điều hành tại một vị trí trung tâm

Điển hình là P-GW cấp phát các địa chỉ IP cho UE, và UE sử dụng nĩ để giao tiếp với các máy chủ IP khác trong các mạng bên ngồi ( ví dụ như Internet ) Nĩ cũng cĩ thể là PDN bên ngồi mà UE đã được kết nối cấp phát các địa chỉ đĩ là để

sử dụng bởi các UE, các đường hầm GW cho tất cả lưu lượng vào mạng đĩ Các

P-GW thực hiện chức năng giao thức cấu hình máy chủ động (DHCP) khi cần, hoặc truy vấn một máy chủ DHCP bên ngồi, và cung cấp địa chỉ cho UE Ngồi ra tự cấu hình động được hỗ trợ bởi các tiêu chuẩn Chỉ IPv4, chỉ IPv6 hoặc cả hai, các địa chỉ cĩ thể được phân bổ tùy theo nhu cầu

P-GW bao gồm cả PCEF, cĩ nghĩa là nĩ thực hiện các chức năng chọn lưu lượng

và lọc theo yêu cầu bởi các chính sách được thiết lập cho UE và các dịch vụ nĩi đến,

nĩ cũng thu thập các báo cáo thơng tin chi phí liên quan

P-GW là điểm cuối di đơng mức cao nhất trong hệ thống Khi một UE di chuyển

từ một S-GW tới một cái khác, các phần tử mang phải được chuyển vào P-GW P-GW

sẽ nhận được chỉ dẫn để chuyển các luồng từ các S-GW mới

Hình 2.5 cho thấy các kết nối P-GW đã đến xung quanh các nút logic, và danh sách các chức năng chính trong giao diện này

Trang 30

Hình 2.5 P-GW kết nối tới các node logic khác và các chức năng chính [1]

Mỗi P-GW cĩ thể được kết nối tới một hoặc nhiều PCRF, S-GW và mạng bên ngồi Đối với một UE liên kết với P-GW thì chỉ cĩ duy nhất một S-GW, nhưng cĩ các kết nối tới nhiều các mạng bên ngồi và tương ứng cĩ nhiều các PCRF cĩ thể cần phải được hỗ trợ, nếu cĩ kết nối tới nhiều các PDN được hỗ trợ thơng qua một P-GW

2.2.7 Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên ( PCRF)

Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên(PCRF) là phần tử mạng chịu trách nhiệm về chính sách và điều khiển tính cước ( PCC) Nĩ tạo ra các quyết định về cách

xử lý các dịch vụ về QoS, và cung cấp thơng tin cho PCEF được đặt trong P-GW, để cho việc thiết lập các phần tử mang thích hợp và việc lập chính sách PCRF là một máy chủ và thường được đặt với các phần tử CN khác tại các trung tâm điều hành chuyển mạch

Trang 31

Hình 2.6 PCRF kết nối tới các nút logic khác & các chức năng chính [1]

Các kết nối giữa PCRF và các nút khác được thể hiện như trong hình 2.6, mỗi PCRF cĩ thể được kết nối với một hoặc nhiều AF, P-GW và S-GW Chỉ cĩ một PCRF liên kết với mỗi kết nối PDN đĩ là một UE duy nhất đã cĩ

2.2.8 Máy chủ thuê bao thường trú (HSS)

Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) là kho dữ liệu thuê bao cho tất cả dữ liệu người dùng thường xuyên Nĩ cũng ghi lại vị trí của người sử dụng ở mức độ của nút điều khiển mạng tạm trú, chẳng hạn như MME Nĩ là một máy chủ cơ sở dữ liệu và được duy trì tại các phịng trung tâm của nhà điều hành

HSS lưu trữ bản gốc của hồ sơ thuê bao, trong đĩ chứa các thơng tin về các dịch

vụ được áp dụng đối với người sử dụng, bao gồm thơng tin về các kết nối PDN được cho phép, và liệu cĩ chuyển tới một mạng tạm trú riêng được hay khơng HSS cũng lưu những nhận dạng của các P-GW được sử dụng

2.2 Các giao diện và giao thức trong kiến trúc cơ bản của hệ thống [1]

Mạng truy nhập LTE rất đơn giản và giảm thiểu chỉ cịn trạm gốc là eNodeB và phần giao diện vơ tuyến LTE phủ sĩng cho người dùng (UE) truy cập vào mạng Kiến trúc giao diện vơ tuyến LTE được chia thành hai phần là phần điều khiển và phần người dùng Phần điều khiển đảm nhận việc thiết lập kết nối, báo hiệu giữa UE

và eNodeB Phần người dùng cĩ nhiệm vụ truyền nhận và xử lý dữ liệu truy nhập giữa

UE và eNodeB Phần điều khiển bao gồm cĩ các lớp chính: lớp vật lý, lớp MAC, lớp RLC, lớp RRC Phần người dùng bao gồm các lớp chính: lớp vật lý, lớp MAC, lớp RLC, lớp PDCP

Hình 2.7 Kiến trúc phân lớp LTE [1]

Hình 2.7 cho thấy các giao thức CP liên quan tới kết nối của UE yới một PDN Các giao diện từ một MME được thể hiện bởi hai phần, phần trên hàng đầu là

Trang 32

các giao thức hướng tới E-UTRAN và UE, và phần dưới hiện thị các giao thức hướng tới các cổng Các giao thức hiển thị trong nền trắng được phát triển bởi 3GPP, trong khi các giao thức trong nền xám được phát triển trong IETF, và đại diện cho các cơng nghệ mạng tiểu chuẩn được sử dụng cho truyền tải trong EPS 3GPP chỉ xác định

những cách cụ thể mà các giao thức này được sử dụng

Lớp trên cùng trong CP là các lớp khơng truy cập (NAS), bao gồm cĩ hai giao thức riêng biệt được thực hiện truyền tải tín hiệu trực tiếp giữa UE mà MME Các giao

thức lớp NAS là :

Quản lý tính di động EPS ( EMM): các giao thức MME cĩ trách nhiệm về điều

khiển tính di động của UE trong hệ thống Nĩ bao gồm các chức năng kết nối vào và tách ra từ mạng, và thực hiện việc cập nhật vị trí Điều này được gọi là cập nhật khu vực theo dõi (TAU), và nĩ diễn ra trong chế độ nhàn dỗi Chú ý rằng các chuyển giao trong chế độ kết nối được xử lý bởi các giao thức lớp thấp hơn, nhưng các lớp EMM

khơng bao gồm các chức năng tái kích hoạt các UE từ chế độ nhàn rỗi

Hình 2.8 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển trong EPS [1]

Quản lý phiên EPS ( ESM): Giao thức này cĩ thể được sử dụng để điều khiển

việc quản lý phần tử mang giữa UE và MME, và nĩ được sử dụng bổ sung cho UTRAN trong việc quản lý phần tử mang Lưu ý rằng sẽ khơng sử dụng các thủ tục ESM nếu tình trạng của các phần tử mang là đã cĩ sẵn trong mạng lưới và quy trình E-UTRAN cĩ thể chạy ngay lập tức

Trang 33

E-Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/

Điều khiển tài nguyên vơ tuyến (RRC): Giao thức này nhằm kiểm sốt việc sử

dụng nguồn tài nguyên vơ tuyến Nĩ quản lý báo hiệu của UE và các kết nối dữ liệu,

và nĩ cũng bao gồm các chức năng chuyển giao

Giao thức hội tụ dữ liệu gĩi ( PDCP): Các chức năng chính của PDCP là nén

tiêu đề IP (UP), mã hĩa và bảo vệ sự tồn vẹn ( chỉ với CP)

Điều khiển liên kết vơ tuyến (RLC): Giao thức RLC cĩ trách nhiệm phân đoạn

và ghép nối các PDCP-PDU để truyền cho giao diện vơ tuyến Nĩ cũng thực hiện việc sửa lỗi với phương pháp yêu cầu truyền lại tự động (ARQ)

Điều khiển truy nhập mơi trường (MAC): Lớp MAC cĩ trách nhiệm lập kế

hoạch dữ liệu theo các ưu tiên và ghép kênh dữ liệu tới các khối truyền tải ở lớp 1 Lớp MAC cũng cung cấp việc sửa lỗi với HARQ

Lớp vật lý (PHY): Đây là lớp 1 của giao diện vơ tuyến LTE-UU nĩ cĩ các chức

năng giống như của DS-CDMA Trong EPC cĩ hai giao thức khác cho giao diện S5/S8 Các giao thức sau cĩ liên quan khi GTP được sử dụng trong S5/S8 :

- Mặt phẳng điều khiển giao thức đường hầm GPRS ( GTP-C) : Nĩ quản lý các kết nối UP trong EPC Nĩ bao gồm báo hiệu QoS và các thơng số khác Nếu GTP được sử dụng trong giao diện S5/S8 thì nĩ cịn quản lý các đường hầm GTP-U GTP-C cũng thực hiện các chức năng quản lý di động trong EPC Như việc khi các đường hầm GTP-U của một UE cần phải được chuyển từ một nút tới một nút khác

- Truyền tải UDP-IP : giao thức dữ liệu đơn vị ( UDP) và IP được sử dụng như

là truyền tải IP căn bản và tiêu chuẩn UDP được sử dụng thay vì giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP) bởi vì các lớp cao hơn đã được cung cấp sự truyền tải tin cậy với cơ chế khắc phục lỗi và truyền lại Các gĩi tin IP trong EPC cĩ thể được vận chuyển trên một loạt các cơng nghệ ở lớp 1 và lớp 2

Các giao thức sau được sử dụng khi S5/S8 dựa trên PMIP:

+ IP di động ủy nhiệm (PMIP) : PMIP là giao thức khác cho giao diện

S5/S8 nĩ giữ việc quản lý tính di động, nhưng khơng bao gồm các chức năng như quản lý phần tử mang

+ IP : PMIP chạy trực tiếp trên IP, và nĩ được sử dụng như là truyền tải IP tiêu chuẩn

UP được thể hiện như trong hình 2.8 minh họa cấu trúc giao thức UP cho UE kết nối với P-GW Bao gồm các lớp của người dùng IP cuối, tức là các giao thức thành

Trang 34

hình thành nên lớp 2 và được sử dụng để vận chuyển các gĩi tin IP đến người sử dụng cuối Cấu trúc giao thức là tương tự với CP Điều này ấn định một thực tế là tồn bộ hệ thống được thiết kế để vận chuyển dữ liệu gĩi chung, và cả hai tín hiệu CP và dữ liệu

UP cuối cùng đều là dữ liệu gĩi Chỉ cĩ kích thước khác nhau

Hình 2.9 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người dùng trong EPC [1]

Hầu hết các giao thức được đưa ra đã được nêu ở trên, ngoại trừ hai điều sau được lựa chọn trong bộ giao thức của giao diện S5/S8:

Mặt phẳng người dùng giao thức đường hầm GPRS ( GTP-U) : GTP-U được sử dụng khi S5/S8 là dựa trên GTP Dạng thức của GTP-U đĩ là đường hầm GTP-U được dùng để gửi các gĩi tin của người dùng IP cuối về một mang chuyển EPS Nĩ được sử dụng trong giao diện S1-U và sử dụng trong S5/S8 nếu CP sử dụng GTP-C Đĩng gĩi định tuyến chung ( GRE) : GRE sử dụng giao diện S5/S8 kết hợp với PMIP Dạng thức của GRE là một IP trong đường hầm IP để vận chuyển tất cả các dữ liệu thuộc về một kết nối của UE tới một PDN cụ thể GRE là chạy trực tiếp trên IP và UDP là khơng sử dụng Hình 2.20 minh họa cấu trúc giao thức giao diện X2, mà tương tự như của giao diện S1 Chỉ cĩ giao thức ứng dụng CP là khác nhau

Trang 35

Hình 2.10 Các ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển và mặ phẳng người dùng cho

giao diện X2 [1]

Bảng 2.1 Tĩm tắt các giao thức và giao diện trong cấu hình kiến trúc hệ thống cơ bản

2.3 Giao thức trạng thái và chuyển tiếp trạng thái [1], [3], [4]

Trong hệ thống LTE , điều khiển tài nguyên vơ tuyến (RRC) cĩ 2 chế độ là chế

độ RRC rảnh rỗi và chế độ RRC kết nối được mơ tả như trong hình 2.21 Một UE chuyển từ trạng thái RRC rảnh dỗi tới trạng thái RRC kết nối khi một kết nối RRC được thiết lập thành cơng Một UE cĩ thể chuyển từ trạng thái RRC kết nối tới trạng thái RRC rảnh dỗi bằng cách giải phĩng kết nối RRC Ở trạng thái RRC rảnh rỗi, UE

cĩ thể nhận các dữ liệu phát quảng bá / phát đa điểm, giám sát một kênh tìm gọi để phát hiện các cuộc gọi đến, thực hiện các phép đo ơ lân cận, lựa chọn / lựa chọn lại ơ

và thu được các thơng tin về hệ thống Hơn nữa, trong trạng thái RRC rảnh dỗi, mỗi

UE cĩ chu kỳ DRX ( thu khơng liên tục) riêng cĩ thể được cấu hình bởi các lớp phía trên để cho phép tiết kiệm điện năng cho UE Ngồi ra , tính di động được điều khiển bởi UE ở trong trạng thái RRC rảnh rỗi

Trang 36

Hình 2.11 Trạng thái của UE và chuyển tiếp trạng thái [1]

Trong chế độ RRC kết nối, việc truyền dữ liệu đơn hướng tới / từ UE và truyền

dữ liệu phát quảng bá / đa điểm tới UE cĩ thể diễn ra Tại các lớp thấp hơn, UE cĩ thể được cấu hình với một UE cụ thể DRX/ DTX ( truyền dẫn gián đoạn) Hơn nữa, các kênh điều khiển giám sát UE được liên kết với kênh dữ liệu dùng chung để xác định

dữ liệu và lập biểu cho nĩ, cung cấp kênh thơng tin phản hồi về chất lượng, thực hiện các phép đo ơ lân cận, báo cáo đo đạc và thu nhận các thơng tin hệ thống Khác với trạng thái RRC rảnh dỗi tính di động được điều khiển bởi mạng ở trạng thái này

2.4 Kiến trúc hệ thống phát quảng bá đa điểm [1], [4], [5]

Trong hệ thống LTE, MBMS sử dụng hoặc truyền đơn ơ hoặc truyền đa ơ Các MTCH và MCCH được ánh xạ vào DL-SCH cho truyền dẫn điểm-đa điểm và sự lập biểu được thực hiện bởi các eNB Các UE cĩ thể được cấp phát kênh phản hồi đường lên dành riêng giống với người dùng trong truyền đơn hướng, nĩ cho phép

HARQ ACK/NACK và phản hồi CQI

Việc truyền lại HARQ được thực hiện bằng cách sử dụng một nhĩm (dịch vụ cụ thể ) RNTI ( nhận dạng tạm thời mạng vơ tuyến ) kết hợp với truyền MTCH gốc Tất

cả các UE nhận được MBMS cĩ thể nhận được truyền lại và kết hợp với bản gốc được truyền đi ở cấp HARQ Các UE được cấp phát một kênh thơng tin phản hồi dành riêng cho đường lên khi đang ở trong trạng thái RRC kết nối Để tránh việc truyền MBMS khơng cần thiết trên MTCH trong một ơ mà khơng cĩ người sử dụng MBMS, mạng cĩ thể phát hiện sự cĩ mặt của người sử dụng quan tâm tới dịch vụ MBMS bởi

sự hỏi vịng hoặc thơng qua sự yêu cầu dịch vụ từ UE Việc truyền phát đa ơ giúp phát triển các dịch vụ truyền thơng đa phương tiện (eMBMS) được thực hiện bằng cách truyền sĩng giống nhau cùng một lúc từ nhiều ơ mạng Trong trường hợp này, MTCH

và MCCH được ánh xạ vào MCH cho truyền điểm – đa điểm Hình thức truyền đa ơ này được gọi là mạng đơn tần số phát quảng bá đa điểm (MBSFN) Truyền một MBSFN từ nhiều ơ trong một khu vực MBSFN được xem như là truyền đơn lẻ của

UE Một khu vực MBSFN bao gồm một nhĩm các ơ trong một khu vực MBSFN đồng bộ của một mạng được phối hợp để truyền MBSFN Một khu vực MBSFN đồng bộ được định nghĩa là một khu vực của mạng trong đĩ tất cả các eNB đều cĩ thể được đồng bộ và thực hiện truyền MBSFN Một khu vực dịch vụ MBMS cĩ thể gồm

Trang 37

nhiều khu vực MBSFN Một ơ trong một khu vực đồng bộ MBSFN cĩ thể hình thành một phần của nhiều SFN mỗi khu vực được đặc trưng bởi nội dung khác nhau và tập hợp các ơ mạng tham gia Một ví dụ về khu vực dịch vụ MBMS gồm 2 khu vực

MBSFN , khu vực A và khu vực B được mơ tả như hình 2.22

Hình 2.12 Khu vực dịch vụ eMBMS và các khu vực MBSFN [1]

Khu vực MBSFNA bao gồm các ơ từ A1 tới A5 , ơ AB1 và AB2 Khu vực MBSFNB bao gồm các ơ từ B1 tới B5, ơ AB1 và AB2 Các ơ AB1 và AB2 là một phần của cả 2 khu vực MBSFN A và B Ơ B5 là một phần của khu vực B nhưng khơng gĩp phần vào truyền MBSFN Một ơ được gọi là ơ khu vực dành riêng MBSFN Ơ khu vực dành riêng MBSFN cĩ thể được phép truyền tải các dịch vụ khác nguồn tài nguyên phân bố cho các MBSFN nhưng với khả năng hạn chế Khu vực đồng bộ MBSFN, khu vực MBSFN và các ơ dành riêng cĩ thể được cấu hình bán tĩnh bởi O & M

Kiến trúc MBMS cho truyền dẫn đa ơ được mơ tả trong hình 2.23 phần tử phối hợp phát đa điểm đa ơ ( MCE) là một phần tử logic, cĩ nghĩa là nĩ cũng cĩ thể là một phần của một bộ phận của mạng như eNB MCE thực hiện các chức năng như phân bổ nguồn tài nguyên vơ tuyến được sử dụng bởi tất cả các eNB trong khu vực MBSFN cũng như xác định cấu hình vơ tuyến bao gồm sơ đồ điều chế và mã hĩa Các MBMS

GW cũng là một phần tử logic mà chức năng chính là gửi / phát quảng bá các gĩi MBMS với giao thức SYNC tới mỗi eNB truyền dịch vụ MBMS GW chủ lớp DPCP của mặt phẳng người dùng và phát đa điểm sử dụng IP cho việc chuyển tiếp

dữ liệu người dùng MBMS tới eNB

Trang 38

Hình 2.13 Kiến trúc logic eMBMS [1]

Một yêu cầu quan trọng đối với truyền tải các dịch vụ MBMS đa ơ là việc đồng

bộ nội dung MBMS để cho phép hoạt động MBSFN Kiến trúc mặt phẳng người dùng eMBMS cho đồng bộ nội dung được thể hiện như trong hình 2.24

Hình 2.14 Kiến trúc mặt phẳng người dùng eMBMS cho đồng bộ nội dung

Lớp giao thức SYNC được định nghĩa dựa trên lớp mạng vận chuyển (TNL) để

hỗ trợ cơ chế đồng bộ hĩa nội dung Giao thức SYNC mang thơng tin bổ sung cho phép các eNB xác định thời điểm cho truyền khung vơ tuyến cũng như phát hiện mất gĩi Các eNB tham gia truyền MBMS đa ơ được yêu cầu phải tuân theo cơ chế đồng

bộ hĩa nội dung Các eNB chỉ truyền theo dịch vụ đơn ơ thì khơng bắt buộc phải tuân theo các yêu cầu thời gian nghiêm ngặt được chỉ định bởi giao thức SYNC

2.5 Kiến trúc miền thời gian tồn phần(Overall time domai structure)

Hình 2.25 minh họa về kiến trúc miền thời gian tồn phần bậc cao (High level time domai structure) trong truyền dẫn LTE với mỗi khung (vơ tuyến) cĩ chiều dài

Trang 39

phụ Tsubfame=1ms

Để cung cấp sự xác định về thời gian nhất quán và chính xác, mỗi khoảng thời gian khác nhau bên trong đặc điểm kỹ thuật vo tuyến LTE cĩ thể được trình bày thành nhiều đơn vị thời gian cơ bản Ts=1/30720000 Những khoảng thời gian được phác họa trong hình 2.26 vì vậy cũng cĩ thể được diễn đạt thành Tframe=3072000.Ts và

Tsubfame=30270.Ts

Hình 2.15 Cấu trúc miền thời gian LTE [1]

Trong cùng một sĩng mang, những khung phụ (Subframes) khác nhau của một khung cĩ thể được sử dụng cho truyền dẫn đường xuống hoặc truyền dẫn đường lên Như được minh họa 2.16a, đối với trường hợp FDD- hoạt động trong phổ theo cặp (Paired spectrum), tất cả các khung phụ của một sĩng mang được sủ dụng cho đường truyền dẫn xuống (một sĩng mang đương xuống- A downlink carrier) hoặc truyền dẫn đường lên ( một sĩng mang đường lên - An Uplink carrier) Mặt khác, đối với trường hợp hoạt động của TDD trong phổ khơng theo cặp ( Hình 2.16b), khung phụ thứ nhất

và thứ sáu của mỗi khung ( khung phụ 0 và khung phụ 5) luơn luơn được chỉ định cho truyền dẫn đường xuống trong khi những khung phụ cịn lại cĩ thể được chỉ định một cách linh hoạt để dùng cho cả truyền dẫn đường lên hoặc đường xuống

Trang 40

Hình 2.16 Các ví dụ chỉ định khung phụ đường lên/ đường xuống trong trường hợp

TDD và sự so sánh FDD [1]

2.6 Hệ thống kênh truyền trong LTE [24]

Giao diện vơ tuyến LTE bao gồm các kênh vật lý và kênh báo hiệu vật lý Kênh vật lý mang dữliệu từlớp trên bao gồm tín hiệu điều khiển, lập lịch, dữ liệu người dùng, báo hiệu, được dùng cho đồng bộ hệ thống, nhận dạng cell, đánh giá chất lượng kênh truyền

Các kênh vật lý đường xuống như kênh chia sẻ đường xuống vật lý (PDSCH), Kênh quảng bá vật lý (PBCH), Kênh multicast vật lý (PMCH), kênh chỉ số định dạng điều khiển vật lý (PCFICH), kênh điều khiển đường xuống vật lý (PDCCH), kênh chỉ

số HARQ vật lý (PHICH)

Kênh vật lý đường lên bao gồm: Kênh truy cập ngẫu nhiên vật lý (PRACH), Kênh điều khiển đường lên vật lý (PUCCH), Kênh chia sẻ đường lên vật lý (PUSCH) Liên quan đến tín hiệu vật lý, cĩ hai loại tín hiệu: tín hiệu tham chiếu và tín

hiệu đồng bộ Lớp vật lý cung cấp kênh vận chuyển đến lớp MAC và kênh vận chuyển cĩ đặc điểm là làm thếnào thơng tin truyền qua giao diện vơ tuyến MAC cung cấp những kênh logic khác qua RLC của lớp 2 và một kênh logic cĩ đặc điểm

là kiểu thơng tin truyền đi