KIẾN TRÚC GIAO THỨC của 4g LTE

Thông tin di động MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH Thông tin di động I KIẾN TRÚC GIAO THỨC CỦA 4G-LTE Tổng quan kiến trúc giao thức LTE cho đường xuống minh họa hình Kiến trúc giao thức LTE liên quan đến đường lên tương tự với kiến trúc đường xuống ,và có số khác biệt lựa chọn định dạng truyền tải (transport format selection) truyền dẫn đa anten (multi-antenna transmission) Dữ liệu truyền đường xuống dạng gói IP tải tin SAE (SAE bearers) Trước truyền qua giao diện vô tuyến, gói IP đến (incoming IP packets) qua nhiều phần tử • Giao thức hội tụ số liệu gói (Packet Data Convergence ProtocolHinh 1.:Kiến trúc giao thức LTE (đường xuống) PDCP): thực việc nén tiêu đề IP (IP header) để làm giảm số lượng bit cần thiết cho việc truyền dẫn thông qua giao diện vô tuyến Cơ chế nén tiêu đề dựa ROHC, thuật toán nén tiêu đề tiêu chuẩn sử dụng WCDMA tiêu chuẩn thông tin di động khác PDCP đảm nhiệm việc mã hóa bảo vệ tính toàn vẹn liệu truyền Tại phía thu, • Thông tin di động giao thức PDCP thực công việc giải nén giải mã thông tin Chỉ có phần tử PDCP tải tin vô tuyến cấu hình cho thiết bị đầu cuối di động • Điều khiển liên kết vô tuyến (Radio Link Control - RLC): đảm nhiệm việc phân đoạn / ghép nối, điều khiển việc truyền lại phân phát lên lớp cao theo thứ tự Không giống WCDMA, giao thức RLC định vị eNodeB v có loại node đơn kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến LTE (LTE radio access network architecture).RLC cung cấp dịch vụ cho PDCP dạng tải tin vô tuyến.Chỉ có phần tử RLC tải tin vô tuyến cấu hình cho thiết bị đầu cuối di động • Điều khiển truy cập môi trường (Medium Access Control - MAC): điều khiển việc truyền lại hybrid-ARQ hoạch định đường lên, đường xuống Chức hoạch định định vị eNodeB, có phần tử MAC cho tế bào, cho đường lên đường xuống.Phần giao thức hybrid ARQ có mặt đầu cuối phát thu giao thức MAC Khối MAC cung cấp dịch vụ cho RLC dạng kênh logic • Lớp vật lý (Physical layer – PHY): điều khiển việc mã hóa / giải mã,điều chế / giải điều chế, ánh xạ đa anten (multi antenna mapping), chức lớp vật l tiêu biểu khác Lớp vật lý cung cấp dịch vụ cho lớp MAC dạng kênh chuyển tải (transport channels).Những phần sau cung cấp mô tả chi tiết giao thức RLC MAC LTE tổng quan lớp vật lý nhận từ lớp MAC II CÁC KÊNH TRÊN GIAO DIỆN VÔ TUYẾN LTE Hình 2.1 cho thấy kênh logic, kênh truyền tải, kênh vật lý xếp kênh logic lên kênh truyền tải, kênh truyền tải lên kênh vật lý Từ hình 9.9 ta thấy cấu trúc kênh 4G LTE đơn giản hóa so với 3G Trừ kênh điều khiển RACH BCH xếp kênh vật lý riêng (PRACH/PBCH), tất kênh lại xếp lên kênh vật lý chia sẻ: PDSCH/PUSCH Các kênh điều khiển mặt phẳng CP bao gồm: BCCH (Broadcast Control Channel): kênh điều khiển quảng bá PCCH (Paging Control Channel): kênh điều khiển tìm gọi CCCH (Common Control Channel): kênh điều khiển chung MCCH (Multicast Control Channel): kênh điều khiển đa phương tiện Thông tin di động DCCH (Dedicated Control Channel): kênh điều khiển riêng Các kênh lưu lượng mặt phẳng UP bao gồm: DTCH (Dedicated Traffic Channel): kênh lưu lượng riêng MTCH (Multicast Traffic Channel): kênh lưu lượng đa phương tiện Hình 2.: Các kênh logic, kênh truyền tải, kênh vật lý xếp Bảng 2.1 Danh sách kênh logic Nhóm Kênh logic kênh CCH BCCH (Broadcast Control (Control Channel): Kênh điều khiển Channel): quảng bá Kênh điều khiển PCCH (Paging Control Channel): Kênh điều khiển tìm gọi CCCH (Common Control Channel): Kênh điều khiển chung DCCH (Dedicated Control Channel): Kênh điều khiển riêng Ứng dụng Kênh đường xuống để phát quảng bá thông tin hệ thống Từ thông tin UE biết được: nhà khai thác ô phục vụ, cấu hình kênh chung ô, cách truy nhập mạng Kênh đường xuống để phát quảng bá thông tin tìm gọi Kênh sử dụng để tìm gọi UE cho phiên thông tin kết cuối UE Kênh hai chiều để phát thông tin điều khiển mạng UE Được sử dụng kết nối RRC truy nhập ô Thông thường kênh sử dụng giai đoạn sớm trình thiết lập thông tin Kênh hai chiều điểm tới điểm để phát thông tin điều khiển riêng UE mạng Được thiết lập bỏi thiết lập kết nối RRC Thông tin di động TCH DTCH (Dedicated Traffic (Traffic Channel): Kênh lưu lượng Channel): riêng Kênh lưu lượng MCCH (Multicast Control Channel): Kênh điều khiển MTCH (Multicast Traffic Channel): Kênh lưu lượng đa phương tiện Trong ngữ cảnh DCCH, thông tin điều khiển chứa báo hiệu RRC NAS Các báo hiệu lớp ứng dụng (SIP RTCP) không xử lý DCCH Kênh điểm đến điểm riêng cho UE để truyền số liệu người sử dụng báo hiệu lớp ứng dụng liên quan đến luồng số liệu DTCH tồn đường lên đường xuống Kênh đường xuống điểm đa điểm sử dụng để phát thông tin điều khiển MBMS Kênh UE sử dụng để thu MBMS Kênh đường xuống điểm đa điểm mạng sử dụng để phát lưu lượng từ mạng đến UE Kênh UE sử dụng để thu MBMS Thông tin di động Bảng 2.2 Danh sách kênh truyền tải Tên kênh BCH (Broadcast Channel): Kênh quảng bá PCH (Paging Channel): Kênh tìm gọi Ứng dụng Khuôn dạng truyền tải cố định quy định trước Phát quảng bá thông tin hệ thống E-UTRAN toàn ô Hỗ trợ thu không liên tục (DRX) cho UE để tiết kiệm nguồn điện Phát quảng bá toàn ô Được xếp lên tài nguyên vật lý mà tài nguyên có sử dụng cho kênh điều khiển lưu lượng MCH (Multicast Phát toàn ô Hỗ trợ MBSFN kết hợp với phát Channel): Kênh đa MBMS nhiều ô Hỗ trợ ấn định tài nguyên bán phương tiện cố định DL-SCH (Downlink Để truyền tải thông tin điều khiển lưu lượng Hỗ Share Channel): Kênh trợ HARQ Hỗ trợ HARQ chia sẻ đường xuống Hỗ trợ thích ứng đường truyền di động cách thay đổi sơ đồ điều chế mã hóa kênh thay đổi công suất Cố thể hỗ trợ quảng bá toàn ô Có thể quảng hỗ trợ tạo búp Hỗ trợ ấn định tài nguyên động lẫn bán cố định Hỗ trợ thu không liên tục cho người dùng tiết kiệm nguồn điện RACH ( random Kênh chung đường lên access channel :kênh Kênh mang thông tin tối thiểu truy nhập ngẫu nhiên) Có thể kênh va chạm UL-SCH ( Uplink Kênh đường lên có chức giống DL-SCH shared channel : kênh Có thể hỗ trợ tạo búp chia sẻ đường lên ) Hỗ trợ thích ứng đường truyền động cách thay đổi công suất có khả thay đổi sơ đồ điều chế mã hóa kênh Thông tin di động Bảng 2.3 danh sách kênh vật lý Tên kênh ứng dụng PDSCH ( physical downlink shared Mang thông tin DL-SCH , PCH báo channel : kênh vật lý chia sẻ đường hiệu lớp cao xuống Điều chế QPSK, 16QAM, 64QAM PDCCH (physical downlink control Kênh đường xuống channel : kênh vật lý điều khiển đường Thông tin cho người dùng ấn định xuống ) tài nguyên PCH ( kênh tìm gọi ) DL-SCH ( kênh ghép vào ) thông tin HARQ liên quan đén DL-SCH Mang thông tin cho phép lập biểu đường lên Điều chế QPSK PCFICH ( Physical control format Kênh đường xuống channel : kênh vật lý thị khuôn Chỉ thị số lượng kênh ký hiệu dạng điều khiển OFDM sử dụng cho PDCCH Điều chế QPSK PHICH ( physical HARQ indicator Kênh đường xuống channel : kênh vật lý thị HQRQ Mang HARQ ACK/NACK để trả lời cho truyền dẫn đường lên Điều chế QPSK PBCH ( physical broadcast channel : Kênh đường xuống kênh vật lý quảng bá : kênh vệ lý Khối truyền tải BCH xếp lên quảng bá bốn khung khoảng thời gian 40ms Định thời 40ms phát mù ( báo hiệu định thời 40ms này) Mỗi khung tự giả mã ( tách BCH từ lần thu điều khiển truyền sóng tốt Điều chế QPSK Thông tin di động PMCH ( physical multicast channel : Kênh đường xuống kênh vật lý đa phương ) Mang MCH Điều chế QPSK , 16QAM, 64QAM PRACH ( physical random access Kênh đường lên channel : kênh vật lý truy nhập mã Mang tiền tố truy nhập ngẫu nhiên ngẫu nhiên ) Các tiên tố truy nhập ngẫu nhiên tạo từ chuỗi zadoff- Chu với vùng tương quan không , tạo từ nhiều chuỗi zadoff- Chu gốc PUSCH ( physical uplink shared channel : kênh vật lý chia sẻ đường sẻ đường lên PUCCH ( physical uplink control channel : kênh vật lý điều khiển đường lên) III Kênh đường lên Mang UL-SCH Điều chế QPSK, 16QAM,64QAM Kênh đường lên Mang HARQ ACK//NACK để trả lời cho truyền dẫn đường xuống Mang yêu cầu lập biể Mang báo cáo Điều chế BPSK QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG LTE Vùng đeo bám (TA) Thực thể quản lý di động (MME): node điều khiến quan trọng cùa mạng truy nhập LTE MME quàn lý tính lưu động, xác nhận UE tham số bảo mật Một số chức quản lý vị trí UE Vùng đeo bám (TA): nhóm BTS (vài trăm) cạnh mà MME quản lý Vị trí UE MME nhận biết với độ xác đến phạm vi TA Khi UE trạng thái rỗi, lần chuyển dịch từ TA sang TA khác phải thực thủ tục TA để thông báo cho MME TA Thông tin di động Kích thước TA phải chọn hợp lý để không bị lớn (dễ giảm tải báo hiệu tìm gọi) không bị nhỏ (Tránh thường xuyên báo hiệu cập nhật vị trí) Hình 3.: Vùng đeo bám (TA) Chuyển giao nội LTE E-UTRAN(evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network): mạng truy nhập vô tuyến cải tiến Các chuyển giao E-UTRAN xây dựng nguyên tắc sau: Các chuyển giao mạng điều khiển E-UTRAN định chuyển giao chuyển giao đến ô Chuyển giao theo kết đo UE Các kết đo báo cáo đo điều khiển thông số E-UTRAN cung cấp Các chuyển giao UE với chủ đích không tổn thất cách chuyển lưu lượng eNodeB nguồn eNodeB gói Kết nối SI mạng lõi cập nhật chuyển giao vô tuyến hoàn thành Cách làm gọi chuyển mạch đường truyền muộn Mạng lõi không điều khiển chuyển giao Thông tin di động 10 Thông tin di động Báo hiệu cho chuyển giao Các thủ tục báo hiệu chia thành ba giai đoạn: chuẩn bị chuyển giao (Hình 3.2), thực chuyển giao (Hình 3.3) hoàn thành chuyển giao (Hình 3.4) Hình 3.: Chuẩn bị chuyển giao Chức bật cổng mạng dịch vụ (S-GW) quản lý đường hầm chuyển mạch Trong thời gian chuyển giao, S-GW nhận lệnh từ MME đề chuyển mạch đường hầm từ eNodeB tới eNodeB khác MME lệnh cho S-GW cung cấp tài nguyên đường hầm cho chuyển tiếp dừ liệu từ eNodeB nguồn tới eNodeB đích yêu cầu cho chuyển tiếp liệu Nếu trình chuyển giao cần thay đồi S-GW, MME điều khiển đường hẳm thay đồi từ S-GW cũ sang S-GW (1) eNodeB nguồn cấu hình thủ tục đo UE với tin điều khiển đo Bản tin định rõ báo cáo đo lường ngưỡng (2) Khi tín hiệu eNodeB lân cận đạt ngưỡng báo cáo UE gửi báo cáo đo lường cho eNodeB nguồn Các báo cáo gửi định kỳ (3) eNodeB nguồn định bàn giao dựa báo cáo UE (4) eNodeB nguồn gửi yêu cầu chuyển giao tới eNodeB đích 11 Thông tin di động (5) eNodeB đích thực điều khiển kết nạp UE (6) eNodeB đích trả lời xác nhận chuyển giao Hình 3.: Thực chuyển giao (7) eNodeB nguồn gửi lệnh cho UE bắt đầu chuyển giao bắt đầu gửi gói thông tin UE cho eNodeB đích (8) eNodeB nguồn gửi thông tin trạng thái tới eNodeB đích cho biết gói công nhận UE Các eNodeB đích bắt đầu đệm gói tin từ eNodeB nguồn (9) UE đồng với eNodeB đích truy cập vào ô mà eNodeB quản lý (10) eNodeB đích ấn định đường lên định thời trước cho UE (11)UE khẳng định chuyển giao chuyển tới eNodeB Lúc này, eNodeB đích bắt đầu gửi liệu đến UE 12 Thông tin di động Hình 3.: Hoàn thành chuyển giao (12) eNodeB đích gửi yêu cầu chuyển mạch đến MME để thông báo cho MME biết UE thay đổi eNodeB (13) MME gửi yêu câu cập nhật mặt người sử dụng (UP) tới S-GW (14) S-GW chuyển mạch đường truyền xuống cho eNodeB đích (15) S-GW gửi tin xác nhận cập nhật mặt người sử dụng (UP) tới MME (16) MME xác nhận chuyển mạch đường truyền tới eNodeB đích (17) eNodeB đích gửi tin cho phép giải phóng tài nguyên cho eNodeB nguồn (18) eNodeB nguồn giải phóng tài nguyên phục vu UE Chuyển giao hệ thống Các chuyển giao RAT gọi chuyển giao LTE GERAN, UTRAN hay cdma2000 cho dịch vụ thời gian thực phi thời gian thực Chuyển giao RAT điều khiển hệ thống truy cập nguồn Hệ thống khởi đầu đo định chuyển giao 13 Thông tin di động Chuyển giao RAT chuyển giao ngược tài nguyên vô tuyến dành trước hệ thống đích trước phát lệnh chuyển giao tới UE Vì hệ thống GERAN không hỗ trợ chuyển giao chuyển giao gói (PHO) nên tài nguyên không dành trước trước chuyển giao Báo hiệu truyền qua mạng lõi giao diện trực tiếp hệ thống truy nhập vô tuyến khác Chuyển giao RAT giống chuyển giao nội LTE trường hợp nút lõi chuyển mạch gói bị thay đổi Tất thông tin từ hệ thống đích truyền suốt qua hệ thống nguồn đến UE Số liệu người sử dụng truyền từ nguồn đến hệ thống đích để tránh liệu Để đẩy nhanh thủ tục chuyển giao UE không cần thiết phải báo hiệu đến mạng lõi An ninh QoS context chuyển từ nguồn đến hệ thống đích S-GW sử dụng neo di động chuyển giao hệ thống Tổng quan chuyển giao hệ thống cho hình 3.5 Hình 3.: Tổng quan chuyển giao từ LTE đến UTRAN/GERAN 14