Truy cập vô tuyến trong công nghệ LTE luận văn tốt nghiệp đại học

Lời nói đầu Thông tin liên lạc nhu cầu xã hội phát triển Để đáp ứng nhu cầu liên lạc ngày cao xã hội, thông tin di động nghiên cứu phát triển từ sớm, bắt đầu với hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ analog, mạng di động sử dụng công nghệ số ứng dụng rộng rãi phát triển vô mạnh mẽ Mặc dù hệ thống thông tin di động hệ 2.5G hay 3G phát triển không ngừng nhà khai thác viễn thông lớn giới bắt đầu tiến hành triển khai thử nghiệm chuẩn di động hệ có nhiều tiềm trở thành chuẩn di động 4G tương lai, LTE (Long Term Evolution) Các thử nghiệm trình diễn chứng tỏ lực tuyệt vời công nghệ LTE khả thương mại hóa LTE đến gần Trước đây, muốn truy cập liệu, bạn phải cần có đường dây cố định để kết nối Trong tương lai không xa với LTE, bạn truy cập tất dịch vụ lúc nơi di chuyển: Xem phim chất lượng cao HDTV, điện thoại thấy hình, chơi game, nghe nhạc trực tuyến, tải sở liệu v.v… với tốc độ “siêu tốc” Đó khác biệt mạng di động hệ thứ (3G) mạng di động hệ thứ tư (4G) Xuất phát từ vấn đề trên, em lựa chọn đề tài tốt nghiệp là: “Truy nhập vô tuyến công nghệ LTE” Đề tài vào tìm hiểu tổng quan công nghệ LTE kỹ thuật thành phần sử dụng công nghệ để hiểu rõ thêm tiềm hấp dẫn mà công nghệ mang lại Đề tài em bao gồm chương: Chương Lịch sử phát triển của thông tin di động Chương Tổng quan công nghệ LTE Chương Truy nhập vô tuyến LTE Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Điện Tử Viễn Thông giảng dạy cho em kiến thức chuyên môn, để em thực tốt đồ án Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Hồ Sỹ Phương tận tình hướng dẫn giúp em hoàn thành đề tài này! Do khuôn khổ viết hạn chế kiến thức không tránh khỏi thiếu sót lầm lẫn, em mong muốn nhận ý kiến đóng góp thêm để hoàn thiện kiến thức Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy giúp đỡ em hoàn thành đợt tốt nghiệp Nghệ An, tháng năm 2011 Sinh viên thực Nguyễn Văn Dũng Mục lục Lời nói đầu .1 Mục lục Danh mục hình vẽ Danh mục bảng Danh mục chữ viết tắt Chương Lịch sử phát triển của mạng thông tin di động 14 1.1 Mạng thông tin di động 1G .14 1.2 Mạng thông tin di động 2G .14 1.3 Mạng thông tin di động 3G 17 1.4 Mạng thông tin di động 4G 21 Chương Tổng quan công nghệ LTE 24 2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE .24 2.2 Cấu trúc hệ thống LTE 26 2.2.1 Truy nhập vô tuyến mặt đất E-UTRAN 27 2.2.2 EPC (evoled packet core ) .28 2.2.2.1 PDN Gateway (Packet Data Network Gateway) 28 2.2.2.2 Serving Gateway (SGW) 28 2.2.2.3 MME (Mobility Management Entity) 29 2.2.3 Các giao diện liên kết 30 2.2.4 Giao thức giao diện vô tuyến 30 2.2.5 Kênh chuyển tải .33 2.2.5.1 Kênh chuyển tải đường xuống 34 2.2.5.2 Kênh chuyền tải đường lên 34 2.2.6 Kênh logic .35 2.2.6.1 Các loại kênh logic điều khiển 35 2.2.6.2 Kênh logic lưu lượng 36 2.2.7 Kênh vật lý 36 2.2.7.1 Các loại kênh vật lý đường xuống 36 2.2.7.2 Các loại kênh vật lý đường lên 37 Chương Truy nhập vô tuyến công nghệ LTE 38 3.1 Truy nhập đường xuống 38 3.1.1 Khái quát công nghệ OFDM 38 3.1.2 Nguyên lý bản của OFDM .40 3.1.3 Các kỹ thuật điều chế OFDM 45 3.1.3.1 Điều chế BPSK 46 3.1.3.2 Điều chế QPSK 47 3.1.3.3 Điều chế QAM 50 3.1.4 Công nghệ OFDM đường xuống của LTE 51 3.1.4.1 Cấu trúc khung LTE miền thời gian 52 3.1.4.2 Đường xuống sóng mang khối tài nguyên .57 3.2 Công nghệ SC-FDMA đường lên của LTE 58 3.2.1 Cấu trúc Hybrid ARQ với kết hợp mềm .59 3.3 Đa truy nhập MIMO .61 3.4 Cấu trúc khung TDD và FDD 63 3.4.1 Cấu trúc khung loại 64 3.4.2 Cấu trúc khung Loại 66 3.5 Các thủ tục truy nhập LTE 66 3.5.1 Tìm Cell 67 3.5.2 Thủ tục tìm Cell .68 3.5.1.1 Cấu trúc thời gian/tần số tín hiệu đồng 69 3.5.1.2 Tìm ô ban đầu tìm ô lân cận 71 3.5.2 Truy nhập ngẫu nhiên 72 3.5.2.1 Bước 1: Truyền dẫn tiền tố truy nhập 74 3.5.2.2 Bước 2: Trả lời truy nhập ngẫu nhiên 78 3.5.2.3 Bước 3: Nhận dạng đầu cuối 79 3.5.2.4 Bước 4: Phân giải va chạm 80 3.5.3 Tìm gọi 81 Kết luận chung 83 Những kết đạt 83 Hướng phát triển 83 Tài liệu tham khảo 84 Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Quá trình phát triển của thông tin di động .21 Hình 2.1 Kiến trúc mạng LTE .26 Hình 2.2 Kiến trúc giao thức LTE (đường xuống) .31 Hình 2.3 Phân đoạn hợp đoạn RLC 32 Hình 2.4 Mối liên hệ giữa các kênh đường xuống 33 Hình 2.5 Các kênh đường lên .33 Hình 3.1 OFDM SC-FDMA 38 Hình 3.2 So sánh kỹ thuật sóng mang không chồng xung (a) và kỹ thuật sóng mang chồng xung (b) 41 Hình 3.3 Sơ đồ hệ thống OFDM 42 Hình 3.4 Symbol OFDM với subscriber 44 Hình 3.5 Phổ sóng mang OFDM 45 Hình 3.6 Biểu đồ không gian tín hiệu BPSK .47 Hình 3.7 Biểu đồ tín hiệu tín hiệu QPSK .49 Hình 3.8 Chùm tín hiệu M-QAM 51 Hình 3.9 Nguyên tắc OFDMA đường xuống 52 Hình 3.10 Cấu trúc khung miền thời gian LTE 52 Hình 3.11 Các ví dụ việc định khung phụ đường lên/đường xuống trường hợp TDD so sánh với FDD 53 Hình 3.12 Sơ đồ thời gian tần số tín hiệu OFDM .54 Hình 3.13 Cấu trúc miền tần số đường xuống LTE .54 Hình 3.14 Cấu trúc khung phụ khe thời gian đường xuống LTE 55 Hình 3.15 Khối tài nguyên đường xuống dành cho tiền tố chu trình bình thường 57 Hình 3.16 Điều chế SC-FDMA cho đường lên 58 Hình 3.17 Sơ đồ khối DFT-S- OFDM 59 Hình 3.18 Giao thức hybrid - ARQ đồng không đồng 61 Hình 3.19 Ví dụ công nghệ MIMO 62 Hình 3.20 Cấu trúc khung loại 65 Hình 3.21 Cấu trúc khung loại 66 Hình 3.22 Các tín hiệu đồng sơ cấp thứ cấp 68 Hình 3.23 Tạo tín hiệu đồng miền tần số .71 Hình 3.24 Tổng quan thủ tục truy nhập ngẫu nhiên .74 Hình 3.25 Minh họa nguyên lý truyền dẫn tiền tố ngẫu nhiên .76 Hình 3.26 Định thời tiền tố eNodeB cho người sử dụng truy nhập ngẫu nhiên 77 Hình 3.27 Tạo tiền tố truy nhập ngẫu nhiên 77 Hình 3.28 Thu không liên tục (DRX) tìm gọi 82 Danh mục các bảng biểu Bảng 3.1 Các dạng điều chế được sử dụng OFDM 45 Bảng 3.2 Mối quan hệ cặp bit điều chế tọa độ điểm tín hiệu điều chế QPSK tín hiệu không gian .49 Bảng 3.3 Thông số tiêu biểu cho truyền dẫn đường xuống .64 Các từ viết tắt Từ viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt 1G First Generation 2G Second Generation Hệ thống thông tin di động hệ Hệ thống thông tin di động hệ 3G Third Generation Hệ thống thông tin di động hệ 4G Fourth Generation Hệ thống thông tin di động hệ All IP Network Mạng toàn IP AIPN MC AMPS AM AWGN Adaptive Modulation Điều chế mã hoá thích nghi Coding Amercan Mobile Phone Hệ thống thông tin di động Mỹ System Amplitude Modulation Điều chế biên độ Additive White Gaussian Noise Nhiễu trắng BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bít BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc CDMA CMTS CRC DCCH DCH DFT Code Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo mã Access Cellular MobileTelephone System Cyclic Redundancy Hệ thống điện thoại di động tổ ong Kiểm tra tính dư tuần hoàn Dedicated Control Kênh điều khiển dành riêng Channel Dedicated Channel Discrete Fourier Kênh dành riêng Biến đổi fourier rời rạc Transform DFTS- DFT-Spread OFDM, See OFDM Also SC-FDMA DL DL-SCH DPCCH DPCH DTCH EDGE eNodeB EPC FBSS FDMA FDM OFDM trải phổ DFT, xem SC-FDMA Tuyến xuống DownLink Downlink Shared Channe Kênh chia sẻ đường xuống Dedicated Physical Kênh điều khiển vật lý dành riêng Control Channel Dedicated Physical Kênh vật lý dành riêng Channel Dedicated Traffic Kênh lưu lượng dành riêng Channe Enhanced Data Rate for Tốc độ số liệu gói tăng GSM Enhanced NodeB Các trạm sở LTE Evolved Packet Core Lõi gói cải tiến Fast Base Station Chuyển mạch trạm gốc nhanh Switching Frequency Division Đa truy nhập phân chia theo tần số Multiple Access Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần số Multiplexing FFT Fast Fourrier Transform Biến đổi Fourrier nhanh FM Frequency Modulation Điều chế tần số GERAN GMSC GPRS Mạng truy nhập vô tuyến GSM GSM EDGE RAN EDGE Gateway Mobile Services MSC cổng General Packet Radio Dịch vụ vô tuyến gói chung Service 10 sơ cấp biết sử dụng để ước tính kênh Ươc tính kênh đựơc sử dụng để xử lý quán tín hiệu thu trước bước thứ hai để cải thiện hiệu năng, nhiên việc đặt tín hiệu đồng sơ cấp thứ cấp cạnh có nghĩa bước thứ hai đầu cuối phải ước tính mù độ dài CP Tuy nhiên khai thác phức tạp Trong nhiều trường hơp, định thời nhiều ô đồng cho khởi đầu khung ô cạng trùng thời gian Lý phép khai thác MBSFN Tuy nhiên khai thác đồng có nghĩa phát tín hiệu đồng sơ cấp ô khác phải xẩy tai thời điểm Vì ước tính kênh dựa tín hiệu đồng sơ cấp phản ảnh kênh tổng hợp cho tất ô tín hiệu đồng sơ cấp sử dụng tất ô Rõ ràng rằng, để giải điều chế quán tín hiệu đồng thứ cấp ( tín hiệu khác ô khác nhau) ước tính kênh xét từ quan điểm ô cần thiết không cần thiết ước tính kênh tổng hợp từ tất ô Vì LTE hỗ trợ nhiều chuỗi cho tín hiệu dồng sơ cấp Trong trường hợp thu quán triển khai với việc ô đồng theo thời gian, ô lân cận sử dụng chuỗi đồng sơ cấp khác để giảm nhẹ vấn đề ước tính kênh đựơc trình bày trên, Ngoài tín hiệu đồng sơ cấp mang phần nhận dạng ô Từ quan điểm TDD, đặt tín hiệu đồng cuối khe thứ khung thay khe thứ hai có lợi giảm bới hạn chế liên quan đến việc tạo khoảng thời gian bảo vệ đường lên đường xuống Ngoài ra, cần lưu ý khai thác TDD, vị trí tín hiệu đồng khung không năm khung đường xuống Tại thời điểm đầu tìm ô, băng thông ô chưa cần biết Về nguyên tắc, tìm băng thông truyền dẫn thực phần tìm ô Tuy nhiên điều làm phức tạp hóa toàn thủ tục tìm ô, nên trì thủ tục tìm ô không phụ thuộc vào tổng băng thông truyền dẫn ô Sau đầu cuối thông báo băng thông ô 70 kênh quảng bá Để trì cấu trúc miền tần số tín hiệu đồng giống không phụ thuộc vào băng thông ô, tín hiệu đồng luôn phát 72 sóng mang trung tâm tương đương với băng thông 1MHz Hình 3.23 minh họa khả thực để tạo tín hiệu đồng Ba mươi sáu sóng mang hai phía sóng mang DC miền tần số dành riêng cho tín hiệu đồng Sử dụng IFFT, tín hiệu miền thời gian tương ứng tạo Kích thước IFFT số sóng mang đặt không hình 3.23 phụ thuộc vào băng thông hệ thống Các sóng mang không sử dụng cho truyền dẫn tín hiệu đồng sử dụng để truyền dẫn số liệu Hình 3.23 Tạo tín hiệu đồng miền tần số 3.5.1.2 Tìm ô ban đầu tìm ô lân cận Tìm ô để kết nối sau đầu cuối bật nguồn trường hợp quan trọng Tuy nhiên khả nhận dạng ô ứng cử để chuyển giao cho hỗ trợ di động đầu cuối chuyển từ kết nối sang kết nối khác không phần quan trọng Hai tình thường đựơc gọi tìm ô ban đầu tìm ô lân cận Để tìm ô ban đầu, đầu cuối di động thường tần số sóng mang ô mà tìm Để xử lý trường hợp này, đầu cuối cần tìm sóng mang thích hợp cách lặp thủ tục nói nhiều lần cho tất sóng mang có cho lưới tần số Rõ ràng cách làm thường làm tăng thời gian cần thiết tìm ô, yêu cầu thời gian tìm ô ban đầu 71 dễ rãi Các phương pháp đặc thù thực sử dụng để giảm thời gian từ lúc bật nguồn đến lúc tìm ô Chẳng hạn, đầu cuối sử dụng thông tin mà có bắt đầu tìm ô tần số mà kết nối đến lần cuối Mặt khác, tìm ô lân cận lại có yêu cầu định thời chặt chẽ Tìm ô lân cận chậm đầu cuối nhiều thời gian để chuyển giao đến ô có chất lượng kênh vô tuyến trung bình tốt Rõ ràng điều làm giảm hiệu suất sử dụng phổ tần tổng thể Tuy nhiên trường hợp chuyển giao tần số, rõ ràng đầu cuối di động không cần thiết phải tìm sóng mang ô lân cận Vì tìm kiếm ô nhiều sóng mang, nên tìm ô lân cận tần số sử dụng thủ tục tìm ô ban đầu Khi đầu cuối thu số liệu đường xuống từ mạng, cần đo đạc cho mục đích chuyển giao Vì đầu cuối phải có khả thực tìm ô lân cận trường hợp Đối với tìm ô lân cận tần số, vấn đề lớn ô lân cân ứng cử phát tần số giống tần số mà từ đầu cuối thu số liệu Thu số liệu tìm ô lân cận hai chức băng gốc tách biệt hoạt động tín hiệu thu Tuy nhiên trường hợp chuyển giao tần số phức tạp thu số liệu tìm ô lân cận cần thực tần số khác Về nguyên lý trang bị cho đầu cuối di động mạch thu vô tuyến riêng cho việc tìm ô lân cận, nhiên điều làm tăng tính phức tạp thực hiên Vì tạo khoảng trống truyền dẫn số liệu để khoảng thời gian đầu cuối chỉnh sóng đến tần số khác cho mục đích đo đạc Điều thực theo cách giống HSPA, cách tránh lập biểu đầu cuối vài khung 3.5.2 Truy nhập ngẫu nhiên Yêu cầu hệ thống tổ ong khả đầu cuối yêu cầu thiết lập kết nối Điều thường gọi truy nhập ngẫu 72 nhiên phục vụ hai mục đích LTE, thiết lập đồng đường lên thiết lập nhận dạng đầu cuối (C-RNTI), mạng đầu cuối biết nhận dạng Vì truy nhập ngẫu nhiên không sử dụng cho truy nhập lần đầu, chuyển từ LTE_DETACHED hay LTE-IDLE vào LTE_ACTIVE Tổng thể thủ tục truy nhập ngẫu nhiên (mình họa hình 3.24) bao gồm bốn bước: - Bước gồm truyền dẫn tiền tố truy nhập ngẫu nhiên phép eNodeB ước tính định thời truyền dẫn đầu cuối Đồng đường lên cần thiết đầu cuối phát số liệu đường lên - Bước thứ hai bao gồm phát lệnh định thời phát trước để điều chỉnh định thời phát đầu cuối dựa kết qủa đo định thời bước Ngoài việc thiết lập đồng đường lên, bước hai ấn định tài nguyên cho đầu cuối di động để sử dụng bước ba thủ tục truy nhập ngẫu nhiên - Bước ba bao gồm truyền dẫn nhận dang đầu cuối di động đến mạng kênh UL-SCH giống số liệu lập biểu thông thường Nội dung xác báo hiệu phụ thuộc vảo trạng thái đầu cuối chẳng hạn mạng có biết trước hay không - Bước thứ tư bước cuối bao gồm truyền dẫn tin phân giải xung đột từ mạng đến đầu cuối DL-SCH Bước phân giải xung đột nhiều đầu cuối tím cách truy nhập mạng cách sử dụng tài nguyên truy nhập ngẫu nhiên 73 Hình 3.24 Tổng quan thủ tục truy nhập ngẫu nhiên Chỉ bước thứ sử dụng xử lý lớp vật lý thiết kế đặc biệt cho truy nhập ngẫu nhiên Tất ba bước lại sử dụng xử lý lớp vật lý giống cho truyền dẫn số liệu đường lên đường xuống thông thường Dưới ta xét chi tiết bước 3.5.2.1 Bước 1: Truyền dẫn tiền tố truy nhập Bước thứ thủ tục truy nhập ngẫu nhiên truyền dẫn tiền tố truy nhập ngẫu nhiên Mục đích tiền tố để thông tin cho mạng có ý định truy nhập để nhận đồng thời gian đường lên giới hạn phần nhỏ CP đường lên Về tổng quát, truyền dẫn tiền tố truy nhập ngẫu nhiên trực giao không trực giao số liệu người sử dụng Trong WCDMA, tiền tố không trực giao truyền dẫn số liệu đường lên Điều có lợi không cần phải ấn định bán cố định tài nguyền cho truy nhập ngẫu nhiên Tuy nhiên để điều khiển nhiễu truy nhập ngẫu nhiên 74 số liệu, công suất phát tiền tố truy nhập ngẫu nhiên phải điều khiển cẩn thận Trong WCDMA, điều đựợc giải thủ tục tăng công suất nấc, đầu cuối tăng từ từ công suất theo nấc quy định trước trạm di động phát truy nhập ngẫu nhiên Mặc dù giải pháp thích hợp cho vấn đề nhiễu, thủ tục tăng nấc dẫn đến trễ tổng thể thủ tục truy nhập ngẫu nhiên Vì từ quan điểm trễ, thủ tục truy nhập ngẫu nhiên không đòi hỏi tăng nấc có lợi Trong LTE, truyền dẫn tiền tố truy nhập ngẫu nhiên thực trực giao với truyền dẫn số liệu người sử dụng kết không cần tăng công suất nấc (mặc dù đặc tả tiêu chuẩn cho phép tăng nấc) Trực giao số liệu cuả người sử dụng phát từ đầu cuối khác ý đồ truy nhập đạt miền thời gian miền tần số Mạng phát quảng bá thông tin đến tất đầu cuối tài nguyên thời giantần số dành cho truyền dẫn tiền tố truy nhập ngẫu nhiên Để tránh nhiễu số liệu tiền tố truy nhập ngẫu nhiên, mạng tránh lập biểu cho truyền dẫn đường lên tài nguyên thời gian-tần số Điều đựơc minh họa hình 3.25 Vì đơn vị thời gian để truyền dẫn số liệu LTE 1ms, khung đựơc dành trước cho truyền dẫn tiền tố Tiền tố truy nhập ngẫu nhiên phát tài nguyên dành trước Trong miền tần số, tiền tố truy nhập ngẫu nhiên có băng thông tương ứng với sáu khối tài nguyên (1,08 MHz) Điều hoàn toàn phù hợp với băng thông nhỏ mà LTE hoạt động (sáu khối tài nguyên) Vì thế, cấu trúc tiền tố truy nhập sử dụng không phụ thuộc vào băng thông truyền dẫn ô Đối với triển khai sử dụng ấn định băng thông lớn hơn, nhiều tài nguyên truy nhập ngẫu nhiên định nghĩa miền tần số để đảm bảo dung lượng truy nhập lớn 75 Hình 3.25 Minh họa nguyên lý truyền dẫn tiền tố ngẫu nhiên Để thực truy nhập nhẫu nhiên, đầu cuối di động phải nhận đươc đồng đường xuống thủ tục tìm ô trước phát tiền tố Tuy nhiên định thời đường lên chưa thiết lập Khởi đầu khung đường lên đầu cuối định nghiã tương đối so với khởi đầu khung đường xuống đầu cuối di động Do trễ truyền sóng trạm gốc đầu cuối, nên phát đường lên trễ tương đối so với định thời phát đường xuống trạm gốc Do khoảng cách trạm gốc đầu cuối di động không biết, nên có không rõ ràng định thời đường lên tương ứng với hai lần khoảng cách trạm gốc đầu cuối, để giải không rõ ràng tránh nhiễu giao thoa với khung tiếp theo, cần sử dụng khỏang bảo vệ, nghĩa độ dài tiền tố thực tế ngắn 1ms, Hình 3.26 minh họa độ dài tiền tố thời gian bảo vệ Với độ dài tiền tố vào khoảng 0,9ms, thời gian bảo vệ 0,1ms cho phép kích thước ô đến 15km, Trong ô lớn hơn, không rõ ràng lớn thời gian bào vệ, tạo thời gian bảo vệ bổ sung cách không lập biểu truyền dẫn khung tiếp sau tài nguyên truy nhập ngẫu nhiên 76 Hình 3.26 Định thời tiền tố eNodeB cho người sử dụng truy nhập ngẫu nhiên Việc tạo tiền tố truy nhập ngẫu nhiên minh họa hình 3.27 Mặc dù hình vẽ minh họa việc trình miền thời gian, thực tạo tiền tố truy nhập ngẫu nhiên miền tần số Ngoài để xử lý miền tần số tram gốc (sẽ xét đây), CP chèn vào trình tạo tiền tố Hình 3.27 Tạo tiền tố truy nhập ngẫu nhiên Các chuỗi tiền tố chia thành nhóm 64 chuỗi Sau lập cấu hình hệ thống, ô ấn định nhóm nói cách định nghĩa hay nhiều chuỗi Zadoff-Chu gốc dịch vòng cần thiết để tạo tập tiền tố Để đơn giản việc quy hoạch chuỗi ô, số nhóm phải đủ lớn Khi thực truy nhập ngẫu nhiên, đầu cuối chọn ngẫu nhiên chuỗi từ tập chuỗi ấn định cho ô mà tìm cách truy nhập Nếu 77 đầu cuối tìm cách truy nhập thời điểm chuỗi, va chạm ý đồ truy nhập mạng phát với xác suất cao 3.5.2.2 Bước 2: Trả lời truy nhập ngẫu nhiên Để trả lời truy nhập ngẫu nhiên (bước hai thủ tục truy nhập ngẫu nhiên), mạng phát tin DL-SCH chứa: - Chỉ số tiền tố truy nhập ngẫu nhiên mà mạng phát tiền tố trả lời hợp lệ - Hiệu chỉnh thời gian tính toán máy thu tiền tố truy nhập ngẫu nhiên - Cho phép lập biểu thỉ tài nguyên mà đầu cuối sử dụng cho truyền dẫn tin bước ba - Một nhận dạng tạm thời sử dụng cho thông tin đầu cuối mạng Trong trường hợp mạng phát nhiều ý đồ truy nhập ngẫu nhiên (từ đầu cuối khác nhau), nhiều tin trả lời cho đầu cuối di động kết hợp truyền dẫn Vì thế, tin trả lời lập biểu DL-SCH đựơc thị kênh điều khiển L1/L2 nhận dạng dành riêng cho trả lời truy nhập ngẫu nhiên Tất đầu cuối truyền tiền tố giảm sát kênh điều khiển L1/L2 để nhận trả lời truy nhập ngẫu nhiên Định thời của tin trả lời không đựơc quy định đặc tả để trả lời nhiều truy nhập đồng thời Điều đảm bảo mức độ linh hoạt định thực trạm gốc Nếu đầu cuối di động thực truy nhập ngẫu nhiên tài nguyên sử dụng tiền tố khác không xẩy va chạm từ báo hiệu đường xuống đầu cuối nhận biết rõ ràng thông tin dành cho Tuy nhiên có xác suất va chạm định nhiều đầu cuối sử dụng tiền tố thời điểm Trong trường hợp nhiều đầu cuối phản ứng lên trả lời đường xuống va chạm 78 xẩy Phân giải va chạm phận bước (sẽ xét đây) Va chạm lý HARQ không sử dụng để truyền dẫn trả lời truy nhập ngẫu nhiên Đầu cuối nhận trả lời truy nhập ngẫu nhiên dành cho đầu cuối khác định thời đường lên Nếu HARQ đựơc sử dụng, định thời ACK/NAK cho đầu cuối không gây nhiễu cho báo hiệu điều khiển đường lên từ người sử dụng khác Khi nhận trả lời truy nhập ngẫu nhiên bước thứ hai đầu cuối điều chỉnh định thời phát đường lên tiếp tục bước ba 3.5.2.3 Bước 3: Nhận dạng đầu cuối Sau bước hai, đường lên đầu cuối đồng Tuy nhiên trước truyền số liệu người sử dụng đến/từ đầu cuối di động, cần ấn định cho đầu cuối di động số nhận dạng ô (C-RNTI) Phụ thuộc vào trạng thái đầu cuối, cần thêm trao đổi tin Trong bước 3, đầu cuối phát tin cần thiết đến mạng cách sử dụng tài nguyên ấn định trả lời truy nhập ngẫu nhiên bước hai Các tin đường lên đựợc phát giống số liệu đường lên đựơc lập biểu mà không cần phải gắn vào tiền tố bước Cách làm đem lại số lợi ích sau Thứ nhất, khối lượng thông tin đựơc phát đồng đường lên bị giảm thiểu phải cần khoảng thời gian bảo vệ lớn điều làm tăng chi phí cho truyền dẫn Thứ hai, sử dụng sơ đồ truyền dẫn đường lên ‘bình thường’ cho phép điều chỉnh kích thước cho phép sơ đồ điều chế theo điều kiện vô tuyến khác Cuối cùng, cho phép sử dụng HARQ với kết hợp mềm cho tin đường lên Lợi ích cuối nét quan trọng kịch giới hạn vùng phủ, cho phép sử dụng nhiền lần phát lại để thu thập đủ lượng cho báo hiệu đường lên để đảm bảo xác suất truyền dẫn thành công đủ cao Lưu ý phát lại RLC không sử dụng cho báo hiệu RRC đường lên bước 79 Một phận quan tin đường lên phận chứa nhận dạng đầu cuối nhận dạng đựơc sử dụng phần chế phân giải xung đột bước bốn Trường hợp đầu cuối nằm trạng thái LTE_ACTIVE, nghĩa đựơc nối đến ô biết trước C-RNTI ấn định, the C-RNTI sử dụng làm nhận dạng tin đường lên Trái lại, nhận dạng đầu cuối cuả mạng lõi sử dụng mạng truy nhập vô tuyến cần yêu cầu tham gia mạng lõi trước trả lời tin đường lên bước 3.5.2.4 Bước 4: Phân giải va chạm Bước cuối thủ tục truy nhập ngẫu nhiên gồm tin cho phân giải xung đột Lưu ý từ bước thứ hai, nhiều đầu cuối thực truy nhập vô tuyến đồng thời sử dụng chuỗi tiền tố bước thứ để nghe tin trả lời bước thứ hai có nhận dạng tạm thời Vì thế, bước bốn, đầu cuối di động nhận tin đường xuống so sánh số nhận dạng tin với số nhận dạng tin đựơc phát bước ba Chỉ đầu cuối quan trắc đựơc phù hợp nhận dạng nhận tin thứ tư với nhận dạng đựơc phát bứơc ba thông báo thủ tục truy nhập ngẫu nhiên thành công Nếu đầu cuối chưa ấn định C-RNTI, số nhận dạng tạm thời bước hai đựơc chuyển thành C-RNTI, trái lại đầu cuối giữ nguyên C-RNTI ấn định Bản tin phân giải va chạm đựơc phát DL-SCH sử dụng nhận dạng tạm thời từ bước hai để trao đổi thông tin với đầu cuối kênh điều khiển L1/L2 Vì đồng đường lên đựơc thiết lập, HARQ đựơc áp dụng cho đường xuống bứơc Đầu cuối có phù hợp nhận dạng phát bước ba nhận dạng tin nhận đựơc bước bốn phát công nhận HARQ đường lên Đầu cuối không tìm đựơc phù hợp nhận dạng nhận đựơc bước bốn nhận dạng phát bước ba coi bị thất bại 80 thủ tục truy nhập ngẫu nhiên cần phải khởi động lại thủ tục truy nhập ngẫu nhiên từ bước thứ Tất nhiên phản hồi HARQ từ đầu cuối 3.5.3 Tìm gọi Tìm gọi sử dụng để thiết lập kết nối đựơc khởi đầu mạng Một thủ tục tìm gọi hiệu phải cho phép đầu cuối ngủ để máy thu thực xử lý hầu hết thời gian thức giấc khoảng thời gian ngắn quy định trứơc để giám sát thông tin tìm gọi từ mạng Trong WCDMA, kênh thị tìm gọi riêng sử dụng để thị cho đầu cuối thông tin tìm gọi phát đầu cuối phải giám sát kênh thời điểm quy định trứơc Vì thị tìm gọi ngắn so với thời gian truyền thông tin tìm gọi, nên cách làm giảm thiểu thời gian mà đầu cuối phải thức giấc Trong LTE, không sử dụng kênh thị tìm gọi riêng tiết kiệm công suất theo cách không đáng kể thời gian cuả báo hiệu điều khiển L1/L2 ngắn, nhiều ba ký hiệu Thay vào chế giống truyền dẫn số liệu đường xuống ‘bình thường’ kênh DL-SCH sử dụng đầu cuối di động gám sát báo hiệu điều khiển đường xuống cho ấn định lập biểu đường xuống Các chu kỳ DRX đựơc định nghĩa, đầu cuối ngủ hầu hết thời gian tỉnh giấc khoảng thời gian ngắn để giám sát báo hiệu điều khiển L1/L2 Nếu đầu cuối di động phát nhận dạng nhóm sử dụng để tìm gọi thức giấc, xử lý tin tương ứng đựơc phát đừơng xuống Bản tin tìm gọi bao gồm nhận dạng đầu cuối (các đầu cuối) đựơc tìm gọi đầu cuối không tìn thấy nhận dạng xoá thông tin nhận ngủ theo chu kỳ DRX Rõ ràng rằng, định thời đường lên không đựơc biết chu kỳ DRX, nên thực báo hiệu ACK/NAK thể sử dụng HARQ với kết hợp mềm cho tin tìm gọi Vì để trả lời tìm gọi đầu cuối phải thực thủ tục truy nhập ngẫu nhiên xét Chu kỳ DRX cho tìm gọi đựơc minh họa hình 3.28 81 Hình 3.28 Thu không liên tục (DRX) tìm gọi 82 Kết luận chung Những kết đạt Sau gần tháng làm đồ án, dẫn tận tình thầy Hồ Sỹ Phương, động viên ủng hộ từ gia đình bè bạn giúp cho em hoàn thành đồ án Đây dịp để em tự củng cố, hoàn thiện nâng cao kiến thức Do thời gian nghiên cứu tìm hiểu đề tài hạn chế, đồ án trình bày hết mục tiêu đề cập đến LTE Tuy nhiên đạt kết định, nêu lên được: - Quá trình phát triển của mạng thông tin di động và đặc điểm từng giai đoạn - Nắ m bắ t đượ c cá c vấ n bả n về công nghệ LTE kiế n trú c hệ thố ng, đặ c điể m, chứ c củ a cá c thà n h phầ n , và cá c kỹ thuậ t tiên tiế n dù n g công nghệ nà y - Truy nhập vô tuyến và các bước truy cập mạng công nghệ LTE Hướng phát triển Tuy tiếp tục nghiên cứu, thử nghiệm phát triển với kết bước đầu khả quan lợi kiến trúc mạng đơn giản khả dễ dàng tích hợp với mạng 3G 2G mà không cần thay đổi toàn sở hạ tầng mạng có, công nghệ LTE chứng tỏ tiềm mạnh mẽ so với công nghệ đối thủ mà điển hình WiMAX Cho dù đời muộn so với WiMAX (đã triển khai thị trường), công nghệ LTE có tính cạnh tranh cao tương lai, ưu điểm sẵn có, LTE nhận nhiều ủng hộ “đại gia” ngành công nghệ viễn thông, Ericsson, Nokia-Siemens Networks, Alcatel-Lucent, T-Mobile, Vodafone, tập đoàn lớn khác gia nhập China Mobile, Huawei, LG Electronics, NTT DoCoMo Samsung 83 Tài liệu tham khảo [1] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Sách “Thông tin di động hệ ba”, Nhà xuất Bưu Điện, 2001 [2] 3GPP TS 36.300, EUTRA and EUTRAN overall description, Stage Available at http://www.3gpp.org [3] Erik Dahlman, Stefan Parkvall, Johan Sköld and Per Beming, “3G Evolution HSPA and LTE for Mobile Broadband”, Academic Press, 2007 [4] Rysavy Research, “EDGE, HSPA and LTE broadband innovation”, 3G Americas, 2008 [5] Freescale Semiconductor, Inc Long Term Evolution Protocol Overview 10/2008 [6] Ahmed Hamza Long Term Evolution (LTE) - A Tutorial October 13, 2009 [7] Rysavy Research, HSPA to LTE-Advanced: 3GPP Broadband Evolution to IMT - Advanced (4G), September 2009 84 [...]... thêm nhiều dịch vụ truy cập sóng vô tuyến mới dựa trên nền tảng IP tối ưu, và đặc biệt thuận tiện cho việc nâng cấp mạng từ 3G lên 4G ∗ Các đặc điểm của công nghệ Tăng cường giao diện không gian cho phép tăng tốc độ số liệu: LTE được xây dựng trên một mạng truy nhập vô tuyến hoàn toàn mới dựa trên công nghệ OFDM Được chỉ rõ trong 3GPP Release 8, giao diện không gian LTE kết hợp đa truy nhập và điều... đặc biệt là sự xuất hiện của ba công nghệ cho việc phát triển mạng di động tế bào LTE (Long-Term Evolution), UMB (Ultramobile Broadband) và WiMAX II (IEEE 802.16m) Ba công nghệ này có thể được xem là các công nghệ tiền 4G Chúng sẽ là các công nghệ quan trọng giúp ITU xây dựng các phát hành cho chuẩn 4G trong thời gian tới ∗ LTE (Long-Term Evolution) Tổ chức chuẩn hóa công nghệ mạng thông tin di động 3G... được gọi với một tên khác là WiMAX WiMAX hoạt động trong dải tần từ 10GHz đến 66 GHz IEEE 802.16m hay còn gọi là WiMAX II là công nghệ duy nhất trong các công nghệ tiền 4G được xây dựng hoàn toàn dựa trên công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA WiMAX II được phát triển lên từ chuẩn IEEE 802.16e Công nghệ WiMAX II sẽ hỗ trợ tốc độ truy n dữ liệu lên tới 100Mb/s cho các ứng dụng di... dụng công nghệ đa truy cập thông qua mã Nhờ công nghệ này mà CDMA có thể nâng cao dung lượng cung cấp đồng thời các cuộc gọi trong một cell cao hơn hẳn so với hai công nghệ trên - PDC (Personal Digital Cellular): Là chuẩn được phát triển và sử dụng duy nhất tại Nhật Bản Giống như D-AMPS và GSM, PDC sử dụng TDMA ∗ GPRS (General Packet Radio Service) GPRS chính là bước đệm giữa 2G với 3G trong công nghệ. .. truy n tải được dùng cho truy n dẫn dữ liệu đường xuống trong LTE 2.2.5.2 Kênh chuyền tải đường lên ∗ UL - SCH (Uplink shared channel): Kênh chia sẻ đường lên Kênh chia sẻ đường lên là kênh truy n tải được dùng cho truy n dẫn dữ liệu đường lên trong LTE 34 ∗ RACH (Random Access Channel): Kênh truy cập ngẫu nhiên Các thủ tục RACH được sử dụng trong bốn trường hợp: - Đầu tiên truy cập từ trạng thái bị ngắt... 3GPP truy cập ở trạng thái nhàn rỗi hoặc bận 2.2.4 Giao thức giao diện vô tuyến Dữ liệu được truy n trên đường xuống dưới dạng các gói IP trên một trong những tải tin SAE (SAE bearers) Trước khi truy n đi qua giao diện vô 30 tuyến, những gói IP đến (incoming IP packets) sẽ đi qua nhiều phần tử, được tổng kết dưới đây và được mô tả chi tiết hơn trong những phần sau: Hình 2.2 Kiến trúc giao thức LTE. .. Khoảng cách truy n cho WiMAX II sẽ khoảng 2 km ở môi trường thành thị và là khoảng 10 km cho các khu vực nông thôn 23 Chương 2 Tổng quan về công nghệ LTE 2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE LTE (Long Term Evolution) còn được gọi là EUTRA (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access) hay E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network) là công nghệ có khả năng cung cấp cho người dùng tốc độ truy cập dữ... diện không gian LTE và thực hiện quản lý tài nguyên vô tuyến cho hệ thống truy nhập tiên tiến Chức năng của enodeB : - Chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến; - Nén IP header và mã hoá dòng dữ liệu người sử dụng; - Định tuyến dữ liệu mặt phẳng người sử dụng (user plane) hướng tới cổng dịch vụ Serving Gateway; - Lập lịch và truy n dẫn những thông báo tìm gọi (bắt nguồn từ MME); - Lập lịch và truy n dẫn thông... động 1G ∗ Lịch sử phát triển Công nghệ di động đầu tiên là công nghệ tương tự, là hệ thống truy n tín hiệu tương tự (analog), là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại, được khơi mào ở Nhật vào năm 1979 Những công nghệ chính thuộc thế hệ thứ nhất này có thể kể đến là: NMT (Nordic Mobile Telephone) được sử dụng ở các nước Bắc Âu, Tây Âu và Nga Cũng có một số công nghệ khác như AMPS (Advanced... Division Duplexing ) và TDD (time Division Duplexing) [2] 2.2 Cấu trúc hệ thống LTE Interrn et SGi Serving GW HSS S5 S6 S11 MME SCP Serving -GW S1 eNodeB X2 Mobile Divice 26 eNodeB Hình 2.1 Kiến trúc của mạng LTE [4] Hệ thống LTE được chia làm hai phần chính: Phần truy nhập vô tuyến mặt đất và hệ thống mạng lõi 2.2.1 Truy nhập vô tuyến mặt đất E-UTRAN E-UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access Network) ... thống LTE Trong chương giúp hiểu phương thức truy nhập vô tuyến mạng Công nghệ LTE hỗ trợ truy nhập đường lên đường xuống theo hai phương thức khác nhau: Đường lên sử dụng phương thức đa truy. .. xuất ba công nghệ cho việc phát triển mạng di động tế bào LTE (Long-Term Evolution), UMB (Ultramobile Broadband) WiMAX II (IEEE 802.16m) Ba công nghệ xem công nghệ tiền 4G Chúng công nghệ quan... điểm công nghệ Tăng cường giao diện không gian cho phép tăng tốc độ số liệu: LTE xây dựng mạng truy nhập vô tuyến hoàn toàn dựa công nghệ OFDM Được rõ 3GPP Release 8, giao diện không gian LTE