Đang tải... (xem toàn văn)
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 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.
MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ 1 MỤC LỤC BẢNG BIÊU 2 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 Repeat Quest Yêu cầu lặp lại tự động hỗ hợp 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 3 IP Internet Protocol Giao thức Internet LTE Long Term Evolution Sự phát triển dài hạn MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường 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 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 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 Điều chế biên độ cầu phƣơng 4 Modulation 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 S1AP S1 Application Protocol Giao thức ứng dụng S1 TACS Total Access Communication Sytem Hệ thống truyền thông truy nhập toàn phần TD Time Domain Miền thời gian TDD Time Division Duplex Song công phân chia thời gian TD-LTE Time Division Long Term Evolution Phân chia theo thời gian – LTE TD- SCDMA Time Division Synchronous Cod e Division Multiple Access Phân chia theo thời gian – đa truy nhập phân chia theo mã đồng bộ TPC Transmit Power Control Điều khiển công suất phát TRX Transceiver Bộ thu phát TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian truyền UDP Unit Data Protocol Giao thức đơn vị dữ liệu UE User Equipment Thiết bị đầu cuối UL Uplink Đường lên UL-SCH Uplink Shared Channel Kênh chia sẻ đường lên UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống thông tin di động toàn cầu UTRA Universal Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu 5 UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu VoIP Voice over IP Thoại qua IP WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng WLAN Wireless Local Area Network Mạng nội bộ không dây 6 Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++ CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý do chọn đề tài Thông tin di động là một lĩnh vực rất quan trọng trong đời sống xã hội. Xã hội càng phát triển, nhu cầu về thông tin di động của con người càng tăng lên và thông tin di động càng khẳng định được sự cần thiết và tính tiện dụng của nó. Cho đến nay, hệ thống thông tin di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ thế hệ di động thế hệ 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 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 trình chuyển giao, các kĩ thuật 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 làm ảnh hưởng đến các dịch vụ đang sử dụng. Để thực hiện 7 Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++ điều đó, cần tách biệt giữa kỹ thuật truy cập, kỹ thuật truyền dẫn, kỹ thuật dịch vụ (điều khiển kết nối) và các ứng dụng của người sử dụng Nội dung thực hiện/nghiên cứu cụ thể như sau: - Các đặc điểm kỹ thuật, cấu trúc mạng được sử dụng trong mạng LTE. - Các kênh sử dụng trong E-UTRAN, kỹ thuật sử dụngcho đường lên, đường xuống trong LTE. - trình bày khái quát về chuyển giao trong hệ thống 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. - Cài đặt và mô phỏng quá trình chuyển giao trong mạng LTE. 1.5 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++ - Sử dụng các phương pháp nghiên cứu: o Phương pháp đọc tài liệu; o Phương pháp phân tích mẫu; o Phương pháp thực nghiệm. 8 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 mạng không dây 3G dựa trên công nghệ di động GSM/UMTS, và là một trong những công nghệ tiềm năng nhất cho truyền thông 4G. Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) đã định nghĩa truyền thông di động thế hệ thứ 4 là IMT Advanced và chia thành hai hệ thống dùng cho di động tốc độ cao và di động tốc độ thấp. 3GPP LTE là hệ thống dùng cho di động tốc độ cao. Ngoài ra, đây còn là công nghệ hệ thống tích hợp đầu tiên trên thế giới ứng dụng cả chuẩn 3GPP LTE và các chuẩn dịch vụ ứng dụng khác, do đó người sử dụng có thể dễ dàng thực hiện cuộc gọi hoặc truyền dữ liệu giữa các mạng LTE và các mạng GSM/GPRS hoặc UMTS dựa trên WCDMA. Kiến trúc mạng mới được thiết kế với mục tiêu cung cấp lưu lượng chuyển mạch gói với dịch vụ chất lượng, độ trễ tối thiểu. Hệ thống sử dụng băng thông linh hoạt nhờ vào mô hình đa truy cập OFDMA và SC-FDMA. Thêm vào đó, FDD (Frequency Division Duplexing) và TDD (Time Division Duplexing), bán song công FDD cho phép các UE có giá thành thấp. Không giống như FDD, bán song công FDD không yêu cầu phát và thu tại cùng thời điểm. Điều này làm giảm giá thành cho bộ song công trong UE. Truy cập tuyến lên dựa vào đa truy cập phân chia theo tần số đơn sóng mang (Single Carrier Frequency Division multiple Access SC-FDMA) cho phép tăng vùng phủ tuyến lên làm tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình thấp (Peak-to-Average Power Ratio PAPR) so với OFDMA. Thêm vào đó, để cải thiện tốc độ dữ liệu đỉnh. 2.1.1 Động cơ thúc đẩy • Cần thế hệ tiếp theo để cải thiện các nhược điểm của 3G và đáp ứng nhu cầu của người sử dụng. • Người dùng đòi hỏi tốc độ dữ liệu và chất lượng dịch vụ cao hơn. • Tối ưu hệ thống chuyển mạch gói. • Tiếp tục nhu cầu của người dùng về giảm giá thành (CAPEX và OPEX). • Giảm độ phức tạp • Tránh sự phân đoạn không cần thiết cho hoạt động của một cặp hoặc không 9 Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++ phải một cặp dải thông. 2.1.2 Các giai đoạn phát triển của LTE • Bắt đầu năm 2004, dự án LTE tập trung vào phát triển thêm UTRAN và tối ưu cấu trúc truy cập vô tuyến của 3GPP. • Mục tiêu hướng đến là dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một người dùng trên 1 MHz so với mạng HSDPA Rel. 6: Tải xuống: gấp 3 đến 4 lần (100Mbps). Tải lên: gấp 2 đến 3 lần (50Mbps). • Năm 2007, LTE của kỹ thuật truy cập vô tuyến thế hệ thứ 3 –“EUTRA”- phát triển từ những bước khả thi để đưa ra các đặc tính kỹ thuật được chấp nhận. Cuối năm 2008 các kỹ thuật này được sử dụng trong thương mại. • Các kỹ thuật OFDMA được sử dụng cho đường xuống và SC-FDMA được sử dụng cho đường lên. 2.1.3 Mục tiêu của LTE • Tốc độ dữ liệu cao. • Độ trễ thấp. • Công nghệ truy cập sóng vô tuyến gói dữ liệu tối ưu 2.1.4 Các đặc tính cơ bản của LTE • Hoạt động ở băng tần: 700 MHz-2,6 GHz. • Tốc độ: - DL: 100Mbps( ở BW 20MHz) - UL: 50 Mbps với 2 aten thu một anten phát. • Độ trễ: nhỏ hơn 5ms. • Độ rộng BW linh hoạt :1,4 MHz; 3 MHz; 5 MHz; 10 MHz; 15 MHz; 20 MHz. Hỗ trợ cả 2 trường hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không. • Tính di động: Tốc độ di chuyển tối ưu là 0-15 km/h nhưng vẫn hoạt động tốt với tốc độ di chuyển từ 15-120 km/h, có thể lên đến 500 km/h tùy băng tần. • Phổ tần số: - Hoạt động ở chế độ FDD hoặc TDD. - Độ phủ sóng từ 5-100 km. - Dung lượng 200 user/cell ở băng tần 5 Mhz. • Chất lượng dịch vụ : - Hỗ trợ tính năng đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS. 10 [...]... Có nhiều loại chức năng khác nhau trong mạng tế bào Dựa vào chúng, mạng có thể được chia thành hai phần: mạng truy nhập vô tuyến và mạng lõi Những chức năng như điều chế, nén, chuyển giao thuộc về mạng truy nhập Còn những chức năng khác như tính cước hoặc quản lý di động là thành phần của mạng lõi Với LTE, mạng truy nhập là E-UTRAN và mạng lõi là EPC 14 Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển... 1xRTT, EV-DO) được kết hợp vào hệ thống mới thông qua những giao di n chuẩn hóa, miễn là tối ưu tính di động với LTE Với hệ thống 3GPP, điều này có nghĩa là một 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 lõi mới Ví dụ tín hiệu điều khiển cho di động được xử lý bởi node Mobility Management Entity (MME),... khai mạng và hoàn toàn cho phép chia tỉ lệ dung lượng một cách linh động Home Subscriber Server (HSS) nối đến Packet Core qua một giao di n IP, và không phải SS7 như đã sử dụng trong mạng GSM và WCDMA Mạng báo hiệu cho điều khiển chính sách và tính cước được dựa trên giao di n IP Hệ thống GSM và WCDMA/HSPA hiện tại được tích hợp vào hệ thống mới qua những giao di n được chuẩn hóa giữa SGSN và mạng. .. chủ qua 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 17 Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++ Hình 2-4: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP và không phải 3GPP Hình 2-5: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập3GPP và liên mạng với CDMA 2000 18 Tìm hiểu mạng LTE... trang web cá nhân Kinh nghiệm game trực tuyến vững chắc qua cả mạng cố định và di động Các dịch vụ quảng bá tivi, Tivi theo đúng yêu cầu dòng video chất lượng cao Lưu trữ và tải nhạc chất lượng cao Phân phối tỷ lệ rộng của các video clip, dịch vụ karaoke, video cơ bản quảng cáo di động Điện thoại cầm tay như thiết bị thanh toán, với các chi tiết thanh toán qua m ạng tốc độ cao để cho phép các giao dịch... (video/TV on demand) Nhạc Nội dung tin nhắn M – comerce (thương mại qua điện thoại) Mạng dữ liệu di động( mobile data netwoking) Tải đầy đủ các track và các dịch vụ âm thanh Tin nhắn đồng cấp sử dụng ba thành phần cũng như tương tác với các media khác Thực hiện các giao dịch và thanh toán qua mạng di động Truy cập đến các mạng nội bộvà cơ sở dữ liệu cũng như cách sử dụng của các ứng dụng như CRM Tạp chí... truyền 30 Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++ dữ liệu tốc độ thấp từ nhiều người sử dụng Hình 2-19: Sóng mang con OFDMA Hình 2-20: OFDM và OFDMA Tài nguyên thời gian - tần số được chia nhỏ theo cấu trúc sau : 1 radio frame có chi u dài là 10ms, trong đó chia thành nhiều subframe nhỏ có chi u dài là 1ms, và mỗi subframe nhỏ lại được chia thành 2 slot với chi u dài của mỗi... mạng truy nhập vô tuyến WCDMA/HSPA, và vì vậy được gọi là eNodeB (Enhance Node B) Những eNodeB có tất cả những chức năng cần thiết cho mạng truy nhập vô tuyến LTE, kể cả những chức năng liên quan đến quản lý tài nguyên vô tuyến Giao di n vô tuyến sử dụng trong E-UTRAN bây giờ chỉ còn là S1 và X2 Trong đó S1 là giao di n vô tuyến kết nối giữa eNodeB và mạng lõi S1 chia làm hai loại là S1-U là giao di n... mới này được thiết kế để tối ưu hiệu suất mạng, cải thiện hiệu quả chi phí và thuận tiện thu hút phần lớn dịch vụ trên nền IP Mạng truy nhập vô tuyến RAN (Radio Access Network): mạng truy nhập vô tuyến của LTE được gọi là E-UTRAN và một trong những đặc điểm chính của nó là tất cả các dịch vụ, bao gồm dịch vụ thời gian thực, sẽ được hỗ trợ qua những kênh gói được chia sẻ Phương pháp này sẽ tăng hiệu suất... thông tin điều khiển tới/từ một đầu cuối di động Kênh này được sử dụng cho cấu hình riêng của các đầu cuối di động chẳng hạn các bản tin chuyển giao khác nhau • Kênh điều khiển đa phương (MCCH) : được sử dụng để truyền thông tin cần thiết để thu kênh MTCH • Kênh lưu lượng riêng (DTCH): được sử dụng để truyền số liệu của người sử dụng đến/từ một đầu cuối di động Đây là kiểu logic được sử dụng để truyền