Đang tải... (xem toàn văn)
Tìm hiểu trình bày về xu hướng công nghệ, quá trình phát triển của mạngthông tin di động 1G, 2G, 3G, LTE và cấu trúc mạng LTE các kĩ thuật sử dụngtrong hệ thống mạng LTE. Trình bày các khái niệm chung về quá trình handovercủa hệ thống di động, trình bày chi tiết về quá trình handover trong hệ thống thôngtin di động 4G với phần miêu tả tập trung vào quá trình chuyển giao dọc giữa cácmạng trong hệ thống 4G. Mô phỏng được quá trình chuyển giao trong mạng LTE
1 MỤC LỤC CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1 1.1 Lý do chọn đề tài 1 1.2 Mục tiêu của đề tài 1 1.3 Giới hạn và phạm vi của đề tài 1 1.4 Nội dung thực hiện 1 1.5 Phương pháp tiếp cận 2 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MẠNG LTE (4G) 3 2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE 3 2.1.1 Động cơ thúc đẩy 3 2.1.2 Các giai đoạn phát triển của LTE 4 2.1.3 Mục tiêu của LTE 4 2.1.4 Các đặc tính cơ bản của LTE 4 2.1.5 Các thông số lớp vật lý của LTE 6 2.1.6 Dịch vụ của LTE 7 2.2 Cấu trúc của LTE 9 2.2.1 Cấu trúc cơ bản SAE của LTE 9 2.2.2 Cấu trúc của LTE liên kết với các mạng khác 12 2.3 Các kênh sử dụng trong E-UTRAN 14 2.3.1 Kênh vật lý 14 2.3.2 Kênh logic 15 2.3.3 Kênh truyền tải 16 2.4 Giao thức của LTE (LTE Protocols) 16 2.5 Một số đặc tính của kênh truyền 19 2.5.1 Trải trễ đa đường 19 2.5.2 Các loại fading 20 2.6 Các kỹ thuật sử dụng trong LTE 20 2.6.1 Kỹ thuật truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM 20 2.6.2 Kỹ thuật SC-FDMA 30 2.6.3 Kỹ thuật đa anten MIMO 31 2 2.6.4 Mã hóa Turbo 34 2.7 Điều khiển công suất 35 2.7.1 Điều khiển công suất vòng hở 36 2.7.2 Điều khiển công suất vòng kín 36 2.8 Chuyển giao 38 2.8.1 Mục đích chuyển giao 38 2.8.2 Các loại chuyển giao (HO-handover) 39 2.8.3 Handover trong hệ thống thông tin di động 4G 42 2.8.4 Trình tự chuyển giao 44 2.8.5 Chuyển giao giữa mạng LTE và 3G 46 2.8.6 Chuyển giao đối với LTE 49 2.9 kết luận chương 51 CHƯƠNG 3 NỘI DUNG THỰC HIỆN 53 3.1 Tổng quan về OMNeT++ và Mobility Framework 53 3.1.1 Giới thiệu chung về OMNeT++ và Mobility Framework. 53 3.1.2 Khái quát về Omnet++ 55 3.1.2 Sử dụng Omnet++ 59 3.1.4 Hệ thống file 62 3.1.5 Import một chương tr ình 63 3.2 Thực hành thí nghiệm mô phỏng 64 3.2.1 Cài đặt chương tr ình mô ph ỏng 64 3.2.2 Thực hiện thí nghiệm mô phỏng 66 3.2.3 Chạy chương tr ình và phân tích k ết quả 74 3.3 Kết luận 80 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 81 4.1 Kết quả đạt được 81 4.2 Hướng phát triển của đề tài. 81 4.3 Hạn chế của đề tài 81 3 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2-1: So sánh về cấu trúc giữa UTMS và LTE 9 Hình 2-2: Cấu trúc cơ bản của LTE 10 Hình 2-3: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP 12 Hình 2-4: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP và không phải 3GPP 13 Hình 2-5: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập3GPP và liên mạng với CDMA 2000 13 Hình 2-6: Giao thức của UTRAN 17 Hình 2-7: Giao thức của E-UTRAN 17 Hình 2-8: Phân phối chức năng của các lớp MAC, RLC, PDCP 18 Hình 2-9: Nguyên lý của FDMA 20 Hình 2-10: Nguyên lý của FDMA 21 Hình 2-11: Nguyên lý đa sóng mang 21 Hình 2-12: So sánh phổ tần của OFDM với FDMA 22 Hình2-13: Tần số-thời gian của tín hiệu OFDM 22 Hình 2-14: Các song mang giao với nhau 23 Hình 2-15: Biến đổi FFT 24 Hình 2-16: Thu phát OFDM 24 Hình 2-17: Chuỗi bảo vệ GI 25 Hình 2-18: Tác dụng của chuỗi bảo vệ 26 Hình 2-19: Sóng mang con OFDMA 27 Hình 2-20: OFDM và OFDMA 27 Hình 2-21: Chỉ định tài nguyên của OFDMA trong LTE 28 Hình 2-22: Cấu trúc của một khối tài nguyên 28 Hình 2-23: Cấu trúc bố trí tín hiệu tham khảo 29 Hình 2-24: Đặc tính đường bao của tín hiệu OFDM 29 Hình 2-25: PAPR cho các tín hiệu khác nhau 30 Hình 2-26: Sơ đồ khối DFT-s-OFDM 31 Hình 2-27: Các chế độ truy nhập kênh vô tuyến 32 Hình 2-28: MIMO 2x2 không có tiền mã hóa 33 4 Hình 2-29: Điều khiển công suất vòng hở 36 Hình 2-30: Điều khiển công suất vòng kín 37 Hình 2-31: So sánh chuyển giao cứng và chuyển giao mềm 41 Hình 2-32: Chuyển giao ngang 43 Hình 2-33: chuyển giao dọc 43 Hình 2-34: Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao 45 Hình 2-35: Chuyển giao giữa LTE và 3G 46 Hình 2-36: Các thủ tục chuẩn bị chuyển giao từ LTE sang 3G 47 Hình 2-37: Quá trình chuyển giao từ LTE và 3G 48 Hình 2-38: Các loại chuyển giao 50 Hình 3-1: Cấu trúc liên kết của một chương tr ình mô ph ỏng trong OMNet++ 56 Hình 3-2: Các kết nối 57 Hình 3-3: Truyền message 59 Hình 3-4: Cửa sổ Import 64 Hình 3-5: chọn đường dẫn đến Project muốn import 65 Hình 3-6: Import một chương tr ình thành công 66 Hình 3-7: Hệ thống giao diện chính chương tr ình 66 Hình 3-8: giao diện kênh kết nối 67 Hình 3-9: giao điện configurator 68 Hình 3-10: giao diện module UE 69 Hình 3.10 giao diện eNode 72 Hình 3-11: giao diện chương tr ình mô ph ỏng 75 Hình 3-12: Giao diện người điều khiển của chương tr ình mô ph ỏng 75 Hình 3-13: UE gửi gói tin đến eNode 76 Hình 3-14: eNode gửi tin cho UE 76 Hình 3-15: UE các kênh hoa tiêu cho eNode 76 Hình 3-16: UE chuẩn bị chuyển giao 77 Hình 3-17: chuyển giao thành công 77 Hình 3-18: Giao diện lớp vật lý của UE 77 Hình 3-19: giao diện lớp vật lý eNode 78 5 Hình 3-20: Thời điểm gửi nhận gói tin ghi vào file elog 78 Hình 3-21: biểu đồ thể hiện thời gian trễ khi chuyển giao 79 Hình 3-22: Thời gian trung bình thực hiện chuyển giao 79 6 MỤC LỤC BẢNG BIÊU Bảng 2-1: Các thông số lớp vật lý LTEBảng 6 Bảng 2-2: Tốc độ đạt đỉnh của LTE theo lớp 6 Bảng 2-3: So sánh các dịch vụ của 3G so với 4G LTE 7 Bảng 2-4: Số khối tài nguyên theo băng thông kênh truyền 28 7 DANH MỤC VIẾT TẮT 3GPP Third Generation Partnership Project Dự án các đối tác thế hệ thứ ba AAA Authentication, Authorization and Accounting Xác thực, cấp phép và tính cước ACF Analog Channel Filter Bộ lọc kênh tương tự ACK Acknowledgement Sự báo nhận ACLR Adjacent Channel Leakage Ratio Tỉ lệ dò kênh lân cận AMBR Aggregate Maximum Bit Rate Tốc độ bít tối đa cấp phát AMD Acknowledged Mode Data Dữ liệu chế độ báo nhận ARP Allocation Retention Priority Ưu tiên duy trì cấp phát CDM Code Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo mã CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã DL Downlink Đường xuống UL Uplink Đường lên DL-SCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống DPCCH Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng E- UTRAN Evolved Universal Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu phát triển FFT Fast Fourier Transform Biến đổi furier nhanh FS Frequency Selective Lựa chọn tần số GERAN GSM/EDGE Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến GSM/EDGE GGSN Gateway GPRS Support Node Nút cổng hỗ trợ GPRS GW Gateway Cổng HARQ Hybrid Automatic RepeatQuest Yêu cầu lặp lại tự động hỗ hợp 8 HO Handover Sự chuyển vùng HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói đường xuống tốc độ Cao HS- DSCH High Speed Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ Cao HSCSD High Speed Circuit Switched Data Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ Cao HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao HS- PDSCH High Speed Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống vật lý tốc độ cao HSS Home Subscriber Server Máy chủ thuê bao thường trú HS- SCCH High Speed Shared Control Channel Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao HSUPA High Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ Cao IP Internet Protocol Giao thức Internet LTE Long Term Evolution Sự phát triển dài hạn MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi tr ƣ ờng MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động MBMS Multimedia Broadcast Multicast System Hệ thống phát quảng bá đa điểm đa phương tiện MBR Maximum Bit Rate Tốc độ bít tối đa MCH Multicast Channel Kênh đa điểm MCS Modulation and Coding Scheme Sơ đồ mã hóa và điều chế MGW Media Gateway Cổng phương tiện MIMO Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào đa đầu ra MME Mobility Management Entity Phần tử quản lý tính di động 9 MPR Maximum Power Reduction Sự giảm công suất tối đa OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia tần số trực Giao OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia tần số trực Giao PAPR Peak to Average Power Ratio Tỉ lệ công suất đỉnh tới trung bình PAR Peak-to-Average Ratio Tỉ lệ đỉnh-trung bình PC Power Control Điều khiển công suất PCCC Parallel Concatenated Convolution Coding Mã xoắn ghép song song PDN Packet Data Network Mạng dữ liệu gói PDU Payload Data Unit Đơn vị dữ liệu tải tin PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống vật lý P-GW Packet Data Network Gateway Cổng mạng dữ liệu gói PHICH Physical HARQ Indicator Channel Kênh chỉ thị HARQ vật lý PHY Physical Layer Lớp vật lý PLL Phase Locked Loop Vòng khóa pha PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PMIP Proxy Mobile IP IP di động ủy nhiệm PN Phase Noise Tiếng ồn pha 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 gói PSD Power Spectral Density Mật độ phổ công suất 10 PSS Primary Synchronization Signal Tín hiệu đồng bộ sơ cấp 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 biên độ cầu ph ƣơng QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ SCM Spatial Channel Model Chế độ kênh không gian SC- FDMA Single Carrier Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia tần số đơn sóng mang SCH Synchronization Channel Kênh đồng bộ SCTP Stream Control Transmission Protocol Giao thức truyền dẫn điều khiển luồng SDU Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ SFBC Space Frequency Block Coding Mã khối tần số không gian SFN System Frame Number Số khung hệ thống SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS S-GW Serving Gateway Cổng phục vụ SIB System Information Block Khối thông tin hệ thống SIMO Single Input Multiple Output Đơn đầu vào đa đầu ra SMS Short Message Service Dịch vụ bản tin ngắn SNR Signal to Noise Ratio Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu SON Self Optimized Networks Mạng tự tối ưu SR Scheduling Request Yêu cầu lập lịch biểu SRB Signaling Radio Bearer Phần tử mang báo hiệu vô tuyến SRS Sounding Reference Signals Tín hiệu chuẩn thăm dò SU- MIMO Single User Multiple Input Multiple Output Đơn người dùng - Đa đầu vào đa đầu ra [...]... nghiệm 2 Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++ CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MẠNG LTE (4G) 2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE Hệ thống 3GPP LTE, là bước tiếp theo cần hướng tới của hệ thống mạngkhông dây 3G dựa trên công nghệ di động GSM/UMTS, và là một trong nhữngcông nghệ tiềm năng nhất cho truyền thông 4G Liên minh Viễn thông Quốc tế(ITU) đã đ ịnh nghĩa truyền thông di động thế hệ thứ... quảngcáodi động M– Th chi ncácgiaodịch và Điện thoại cầm tay như thiếtbị comerce(thương thanhtoánquamạng di động thanh toán, với các chi tiết mại qua điện thanh toán qua m ạngtốcđộ thoại) cao đ cho phépcácgiao dịch thực hiện nhanh chóng Mạng dữ liệu di Truy cập đến các mạng nội Chuyển đổi file P2P, các ứng động( mobile data bộvà cơ sở dữ liệu cũng dụng kinh doanh, ứng dụng như cách sử dụng của các chiasẻ,... chủqua mạng chẳng hạn như kết nối đến trang chủ cho dịch vụ lướt web 2.2.2 Cấu trúc của LTE liên kết với các mạng khác Hình 2-3: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP 12 Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++ Hình 2-4: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập3GPP và không phải 3GPP Hình 2-5: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập3GPP và liên mạng với CDMA 2000 13 Tìm hiểu mạng LTE. .. những giao di n chuẩnhóa, miễn là tối ưu tính di động với LTE Với hệ thống 3GPP, điều này có nghĩa làm ột giao di n báo hiệu giữa SGSN (Serving GPRS Support Node) và mạng lõi mới,với hệ thống 3GPP2 cũng có một giao di n báo hiệu giữa CDMA RAN và mạng lõimới Ví dụ tín hiệu điều khiển cho di động được xử lý bởi node MobilityManagement Entity (MME), tách rời với Gateway Điều này thuận tiện cho việc tốiưu... chuyển giao trong mạng LTE hay LTE sang 3G… Sử dụng phầm mềm mô phỏng omnet++ để mô phỏng quá trình chuyển giao của mạng LTE 1.4 Nội dung thực hiện Hệ thống 4G được xây dựng nhằm chuẩn bị một cơ sở hạ tầng di động chung có khả năng phục vụ các dịch vụ hiện tại và tương lai Cơ sở hạ tầng 4G được thiết kế với điều kiện những thay đổi, phát triển về kỹ thuật có khả năng phù hợp với mạng hiện tại mà không... của hệ thống di động, trình bày chi tiết về quá trình handover trong hệ thống thông tin di động 4G với phần miêu tả tập trung vào quá trình chuyển giao dọc giữa các mạng trong hệ thống 4G Mô phỏng được quá trình chuyển giao trong mạng LTE 1.3 Giới hạn và phạm vi của đề tài Đề tài tìm hiểu cấu trúc mạng, các kĩ thuật sử dụng trong hệ thống mạng, các kênh, điểu khiển công xuất trong mạng LTE Tìm hiểu quá... thứ 4 là IMT Advanced và chiathành hai hệ thống dùng cho di động tốc độ cao và di động tốc độ thấp 3GPP LTElà hệ thống dùng cho di động tốc độ cao Ngoài ra, đây còn là công nghệ hệ thốngtích hợp đầu tiên trên thế giới ứng dụng cả chuẩn 3GPP LTE và các chuẩn dịch vụứng dụng khác, do đó người sử dụng có thể dễ dàng thực hiện cuộc gọi hoặc truyềndữ liệu giữa các mạng LTE và các mạng GSM/GPRS hoặc UMTS... thông tin di động, chuyển giao giữa 3G và 4G, quá trình chuẩn bị chuyển giao, quá trình chuyển giao, các loại chuyển giao, chuyển giao đối với mạng LTE 1.5 Cài đặt và mô phỏng quá trình chuyển giao trong mạng LTE Phương pháp tiếp cận - Cách tiếp cận : Nghiên cứu cấu trúc mạng LTE, các kĩ thuật sử dụng trong mạng LTE, tìm hiểu phần mềm mô phỏng omnet++ và cài đặt quá trình chuyển giao mạng LTE trên omnet++... tin di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ thế hệ di động thếhệ 1 đến thế hệ 3 và thế hệ đang phát triển trên thế giới - thế hệ 4 1.2 Mục tiêu của đề tài Tìm hiểu trình bày về xu hướng công nghệ, quá trình phát triển của mạng thông tin di động 1G, 2G, 3G, LTE và cấu trúc mạng LTE các kĩ thuật sử dụng trong hệ thống mạng LTE Trình bày các khái niệm chung về quá trình handover của hệ thống di. .. dụng cho các dịch vụ cótốc độ 5 Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++ cực cao Tính linh hoạt về băng tần của LTE có thể cho phép các nhà sảnxuất phát triển LTE trong những băng tần đã tồn tại của họ 2.1.5 Các thông số lớp vật lý của LTE Uplink Đa truy cập phân chia theo tần số trực Downlink Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Bảng 2-1: Các thông số lớp vật lý LTEBảng . pháp thực nghiệm. Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++ 3 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MẠNG LTE (4G) 2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE Hệ thống 3GPP LTE, là bước tiếp theo cần. về công nghệ LTE 3 2.1.1 Động cơ thúc đẩy 3 2.1.2 Các giai đoạn phát triển của LTE 4 2.1.3 Mục tiêu của LTE 4 2.1.4 Các đặc tính cơ bản của LTE 4 2.1.5 Các thông số lớp vật lý của LTE 6 2.1.6. trong mạng LTE hay LTE sang 3G… Sử dụng phầm mềm mô phỏng omnet++ để mô phỏng quá trình chuyển giao của mạng LTE. 1.4 Nội dung thực hiện Hệ thống 4G được xây dựng nhằm chuẩn bị một cơ sở hạ tầng