Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên omnet++

Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ MỤC LỤC CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1 1.1Lý do chọn đề tài 1 1.1Lý do chọn đề tài 1 1.2Mục tiêu của đề tài 1 1.2Mục tiêu của đề tài 1 1.3Giới hạn và phạm vi của đề tài 1 1.3Giới hạn và phạm vi của đề tài 1 1.4Nội dung thực hiện 1 1.4Nội dung thực hiện 1 1.5Phương pháp tiếp cận 2 1.5Phương pháp tiếp cận 2 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MẠNG LTE (4G) 4 2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE 4 2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE 4 2.1.1 Động cơ thúc đẩy 4 2.1.1 Động cơ thúc đẩy 4 2.1.2 Các giai đoạn phát triển của LTE 5 2.1.2 Các giai đoạn phát triển của LTE 5 2.1.3 Mục tiêu của LTE 5 2.1.3 Mục tiêu của LTE 5 2.1.4 Các đặc tính cơ bản của LTE 5 2.1.4 Các đặc tính cơ bản của LTE 5 2.1.5Các thông số lớp vật lý của LTE 6 2.1.5Các thông số lớp vật lý của LTE 6 2.1.6Dịch vụ của LTE 7 2.1.6Dịch vụ của LTE 7 2.2Cấu trúc của LTE 9 2.2Cấu trúc của LTE 9 2.2.1 Cấu trúc cơ bản SAE của LTE 9 1 Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ 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 2.2.2 Cấu trúc của LTE liên kết với các mạng khác 12 2.3Các kênh sử dụng trong E-UTRAN 14 2.3Các kênh sử dụng trong E-UTRAN 14 2.3.1 Kênh vật lý 14 2.3.1 Kênh vật lý 14 2.3.2 Kênh logic 15 2.3.2 Kênh logic 15 2.3.3 Kênh truyền tải 15 2.3.3 Kênh truyền tải 15 2.4 Giao thức của LTE (LTE Protocols) 16 2.4 Giao thức của LTE (LTE Protocols) 16 2.5 Một số đặc tính của kênh truyền 18 2.5 Một số đặc tính của kênh truyền 18 2.5.1 Trải trễ đa đường 19 2.5.1 Trải trễ đa đường 19 2.5.2 Các loại fading 19 2.5.2 Các loại fading 19 2.6 Các kỹ thuật sử dụng trong LTE 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 2.6.1 Kỹ thuật truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM 20 2.6.2 Kỹ thuật SC-FDMA 29 2.6.2 Kỹ thuật SC-FDMA 29 2.6.3 Kỹ thuật đa anten MIMO 30 2.6.3 Kỹ thuật đa anten MIMO 30 2.6.4 Mã hóa Turbo 33 2.6.4 Mã hóa Turbo 33 2.7 Điều khiển công suất 33 2 Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ 2.7 Điều khiển công suất 33 2.7.1 Điều khiển công suất vòng hở 34 2.7.1 Điều khiển công suất vòng hở 34 2.7.2 Điều khiển công suất vòng kín 35 2.7.2 Điều khiển công suất vòng kín 35 2.8 Chuyển giao 36 2.8 Chuyển giao 36 2.8.1 Mục đích chuyển giao 37 2.8.1 Mục đích chuyển giao 37 2.8.2 Các loại chuyển giao (HO-handover) 38 2.8.2 Các loại chuyển giao (HO-handover) 38 2.8.3 Handover trong hệ thống thông tin di động 4G 41 2.8.3 Handover trong hệ thống thông tin di động 4G 41 2.8.4 Trình tự chuyển giao 42 2.8.4 Trình tự chuyển giao 42 2.8.5 Chuyển giao giữa mạng LTE và 3G 45 2.8.5 Chuyển giao giữa mạng LTE và 3G 45 2.8.6 Chuyển giao đối với LTE 48 2.8.6 Chuyển giao đối với LTE 48 2.9 kết luận chương 50 2.9 kết luận chương 50 CHƯƠNG 3 NỘI DUNG THỰC HIỆN 53 3.1 Tổng quan về OMNeT++ và Mobility Framework 53 3.1 Tổng quan về OMNeT++ và Mobility Framework 53 3.1.1Giới thiệu chung về OMNeT++ và Mobility Framework 53 3.1.1Giới thiệu chung về OMNeT++ và Mobility Framework 53 3.1.2 Khái quát về Omnet++ 55 3.1.2 Khái quát về Omnet++ 55 3.1.2Sử dụng Omnet++ 59 3.1.2Sử dụng Omnet++ 59 3 Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ 3.1.4 Hệ thống file 61 3.1.4 Hệ thống file 61 3.1.5 Import một chương trình 62 3.1.5 Import một chương trình 62 3.2 Thực hành thí nghiệm mô phỏng 63 3.2 Thực hành thí nghiệm mô phỏng 63 3.2.1Cài đặt chương trình mô phỏng 63 3.2.1Cài đặt chương trình mô phỏng 63 3.2.2 Thực hiện thí nghiệm mô phỏng 65 3.2.2 Thực hiện thí nghiệm mô phỏng 65 3.2.3 Chạy chương trình và phân tích kết quả 73 3.2.3 Chạy chương trình và phân tích kết quả 73 3.3 Kết luận 79 3.3 Kết luận 79 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 81 4.1 Kết quả đạt được 81 4.1 Kết quả đạt được 81 4.2 Hướng phát triển của đề tài 81 4.2 Hướng phát triển của đề tài 81 4.3 Hạn chế của đề tài 81 4.3 Hạn chế của đề tài 81 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 4 Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Hình 2-6: Giao thức của UTRAN 16 Hình 2-7: Giao thức của E-UTRAN 17 Hình 2-8: Phân phối chức năng của các lớp MAC, RLC, PDCP 17 20 Hình 2-9: Nguyên lý của FDMA 20 20 Hình 2-10: Nguyên lý của FDMA 20 Hình 2-11: Nguyên lý đa sóng mang 20 Hình 2-12: So sánh phổ tần của OFDM với FDMA 21 Hình 2-13: Tần số-thời gian của tín hiệu OFDM 21 Hình 2-14: Các song mang giao với nhau 22 Hình 2-15: Biến đổi FFT 23 Hình 2-16: Thu phát OFDM 23 Hình 2-17: Chuỗi bảo vệ GI 24 Hình 2-18: Tác dụng của chuỗi bảo vệ 25 Hình 2-19: Sóng mang con OFDMA 26 Hình 2-20: OFDM và OFDMA 26 Hình 2-21: Chỉ định tài nguyên của OFDMA trong LTE 27 Hình 2-22: Cấu trúc của một khối tài nguyên 27 Hình 2-23: Cấu trúc bố trí tín hiệu tham khảo 28 Hình 2-24: Đặc tính đường bao của tín hiệu OFDM 28 Hình 2-25: PAPR cho các tín hiệu khác nhau 29 Hình 2-26: Sơ đồ khối DFT-s-OFDM 30 Hình 2-27: Các chế độ truy nhập kênh vô tuyến 31 Hình 2-28: MIMO 2x2 không có tiền mã hóa 32 Hình 2-29: Điều khiển công suất vòng hở 35 Hình 2-30: Điều khiển công suất vòng kín 36 Hình 2-31: So sánh chuyển giao cứng và chuyển giao mềm 39 Hình 2-32: Chuyển giao ngang 41 Hình 2-33: chuyển giao dọc 42 5 Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Hình 2-34: Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao 43 Hình 2-35: Chuyển giao giữa LTE và 3G 45 Hình 2-36: Các thủ tục chuẩn bị chuyển giao từ LTE sang 3G 46 Hình 2-37: Quá trình chuyển giao từ LTE và 3G 47 Hình 2-38: Các loại chuyển giao 49 Hình 3-1: Cấu trúc liên kết của một chương trình mô phỏng trong OMNet++ 56 Hình 3-2: Các kết nối 57 Hình 3-3: Truyền message 58 Hình 3-4: Cửa sổ Import 63 Hình 3-5: chọn đường dẫn đến Project muốn import 64 Hình 3-6: Import một chương trình thành công 65 Hình 3-7: Hệ thống giao diện chính chương trình 65 Hình 3-8: giao diện kênh kết nối 66 Hình 3-9: giao điện configurator 67 Hình 3-10: giao diện module UE 68 Hình 3.10 giao diện eNode 71 Hình 3-11: giao diện chương trình mô phỏng 74 Hình 3-12: Giao diện người điều khiển của chương trình mô phỏng 74 Hình 3-13: UE gửi gói tin đến eNode 75 Hình 3-14: eNode gửi tin cho UE 75 Hình 3-15: UE các kênh hoa tiêu cho eNode 75 Hình 3-16: UE chuẩn bị chuyển giao 76 Hình 3-17: chuyển giao thành công 76 Hình 3-18: Giao diện lớp vật lý của UE 76 Hình 3-19: giao diện lớp vật lý eNode 77 Hình 3-20: Thời điểm gửi nhận gói tin ghi vào file elog 77 Hình 3-21: biểu đồ thể hiện thời gian trễ khi chuyển giao 78 Hình 3-22: Thời gian trung bình thực hiện chuyển giao 78 6 Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ MỤC LỤC BẢNG BIÊU Bảng 2-1: Các thông số lớp vật lý LTE Bảng 6 Bảng 2-2: Tốc độ đạt đỉnh của LTE theo lớp 7 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 27 7 Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ 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 8 Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ 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 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 Kênh chỉ thị HARQ vật lý 9 Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Channel 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 Modulation Điều chế biên độ cầu phƣơng 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- Single User Multiple Input Đơn người dùng - Đa đầu vào đa 10 [...]... 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. .. 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++ - Sử dụng các phương pháp nghiên cứu: o Phương pháp... 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. .. 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... phương tiện và giữa những dịch vụ cố định và không dây 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... bây giờ chỉ còn là S1 và X2 Trong đó S1 là giao diện vô tuyến kết nối giữa eNodeB và mạng lõi S1 chia làm hai loại là S1-U là giao diện giữa eNodeB và SAE –GW và S1-MME là giao diện giữa eNodeB và MME X2 là giao diện giữa các eNodeB với nhau Hình 2-2: Cấu trúc cơ bản của LTE Mạng lõi: mạng lõi mới là sự mở rộng hoàn toàn của mạng lõi trong hệ thống 3G, và nó chỉ bao phủ miền chuyển mạch gói Vì vậy,... sử dụng trong mạng GSM và WCDMA Mạng báo hiệu cho điều khiển chính sách và tính cước được dựa trên giao diện IP Hệ thống GSM và WCDMA/HSPA hiện tại được tích hợp vào hệ thống mới qua những giao diện được chuẩn hóa giữa SGSN và mạng lõi mới Người ta cố gắng kết hợp truy nhập CDMA cũng sẽ đưa đến tính di động liên tục giữa LTE và CDMA, cho phép sự mềm dẻo trong việc chuyển lên LTE LTE-SAE tiếp nhận khái... 2.4 Giao thức của LTE (LTE Protocols) Ở LTE chức năng của RLC đã được chuyển vào eNodeB, cũng như chức năng của PDCP với mã hóa và chèn tiêu đề Vì vậy, các giao thức liên quan của lớp vô tuyến được chia trước đây ở UTRAN là giữa NodeB và RNC bây giờ chuyển thành giữa UE và eNodeB Hình 2-6: Giao thức của UTRAN 16 Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Hình 2-7: Giao thức của E-UTRAN Giao. .. Cấu trúc của LTE 2.2.1 Cấu trúc cơ bản SAE của LTE Hình 2-1: So sánh về cấu trúc giữa UTMS và LTE Hình trên cho ta thấy sự khác nhau về cấu trúc của UTMS và LTE Song song với truy nhập vô tuyến LTE, mạng gói lõi cũng đang cải tiến lên cấu trúc tầng SAE Cấu trúc 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... 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 . 41 2.8.4 Trình tự chuyển giao 42 2.8.4 Trình tự chuyển giao 42 2.8.5 Chuyển giao giữa mạng LTE và 3G 45 2.8.5 Chuyển giao giữa mạng LTE và 3G 45 2.8.6 Chuyển giao đối với LTE 48 2.8.6 Chuyển giao. 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. 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