Nghiên cứu triển khai mạng LTE tại tỉnh thừa thiên huế luận văn ths kỹ thuật điện tử

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN MẠNH TIẾN NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI MẠNG LTE TẠI TỈNH THỪA THIÊN HUẾ LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Hà Nội - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN MẠNH TIẾN NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI MẠNG LTE TẠI TỈNH THỪA THIÊN HUẾ Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60.52.02.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN QUỐC TUẤN Hà Nội - 2015 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS TS Nguyễn Quốc Tuấn, người thầy ln tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện tốt cho em suốt thời gian làm luận văn Hỗ trợ dẫn giúp em hoàn thành phần thực nghiệm Xin cảm ơn thầy, cô khoa Điện tử viễn thông, trường Đại học Công nghệ - ĐHQG Hà nội tạo điều kiện giúp đỡ, bảo cho lời khuyên vô quý báu Em xin trân trọng cảm ơn ! Học viên Nguyễn Mạnh Tiến LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn kết riêng tôi, hướng dẫn PGS TS Nguyễn Quốc Tuấn, không chép Nội dung luận văn có tham khảo sử dụng tài liệu thông tin đăng tải tác phẩm, tạp chí trang Website theo danh mục tài liệu tham khảo luận văn Tác giả luận văn Nguyễn Mạnh Tiến MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT .5 DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ .10 LỜI MỞ ĐẦU 12 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ MẠNG DI ĐỘNG THẾ HỆ 1G/2G/3G VÀ 4G 14 1.1 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động 14 1.1.1 Thế hệ 1G (First Generation) 14 1.1.2 Thế hệ 2G (Second Generation) 15 1.1.3 Thế hệ 3G (Third Generation) 15 1.1.4 Thế hệ 4G (Fourth Generation) 17 1.2 Tổng quan mạng 4G .18 1.3 Kết luận chương 20 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ MẠNG LTE CHO MẠNG 4G 21 2.1 Giới thiệu công nghệ LTE 21 2.1.1 Mục tiêu LTE 21 2.1.2 Các đặc tính LTE 22 2.1.3 Các thông số lớp vật lý LTE 23 2.2 Cấu trúc LTE .24 2.3 Các kênh sử dụng E-UTRAN 29 2.4 Một số đặc tính kênh truyền 30 2.4.1 Trải trễ đa đường .31 2.4.2 Các loại fading 31 2.4.3 Dịch tần Doppler 31 2.4.4 Nhiễu MAI LTE 32 2.5 Các kỹ thuật cho truy nhập vô tuyến LTE 32 2.5.1 Công nghệ đa truy nhập cho đường xuống OFDM OFDMA 32 2.5.2 Kỹ thuật đa truy nhập cho đường lên SC-FDMA 40 2.5.4 Kỹ thuật đa anten MIMO 42 2.5.5 Mã hóa Turbo 45 2.5.6 Thích ứng đường truyền 45 2.5.7 Lập biểu phụ thuộc kênh .46 2.5.8 HARQ với kết hợp mềm 46 2.6 Chuyển giao 47 2.6.1 Mục đích chuyển giao 47 2.6.2 Trình tự chuyển giao 47 2.6.3 Các loại chuyển giao 50 2.6.4 Chuyển giao LTE 52 2.7 Điều khiển công suất 53 2.7.1 Điều khiển cơng suất vịng hở 54 2.8 Kết luận chương 56 CHƯƠNG 3: TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI CUNG CẤP DỊCH VỤ VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG VÀ XU THẾ THỊ TRƯỜNG TẠI VIỆT NAM 58 3.1 Tình hình triển khai cung cấp dịch vụ vô tuyến băng rộng 58 3.2 Đánh giá tình hình triển khai LTE giới, kinh nghiệm quốc tế cấp phép triển khai LTE 59 3.2.1 Tình hình triển khai LTE giới 59 3.2.2 Tiến trình thương mại hóa cơng nghệ LTE 60 3.2.3 Các dịch vụ triển khai mạng 4G LTE/SAE 60 3.2.4 Định hướng cấp phép mạng 4G LTE/SAE 60 3.3 Khả triển khai LTE-Advanced Việt Nam 60 3.4 Kết luận chương 61 CHƯƠNG 4: QUY HOẠCH DUNG LƯỢNG MẠNG 4G LTE VÀ ÁP DỤNG TRIỂN KHAI TẠI TỈNH TT-HUẾ 62 4.1 Quy hoạch LTE Tỉnh Thừa Thiên Huế 63 4.2 Tính tốn truyền sóng Thừa Thiên Huế .67 4.2.1 Phân bố Nakagami-m 67 4.2.2 Dung lượng LTE 69 4.3 Giải thuật lập lịch LTE MatLab 72 4.3.1 Thuật toán Round Robin 75 4.3.2.Giải thuật lập lịch Best CQI (Max Rate) .78 4.3.3 Giải thuật lập lịch Proportional Fair (PF) 81 4.4 Kết luận chương 86 KẾT LUẬN 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 NHỮNG TỪ VIẾT TẮT Hệ thống thông tin di động hệ 1G One Generation Cellular 2G Second Generation Cellular 3G Third Generation Cellular 4G Four Generation Cellular 3GPP Third Generation Patnership Project Dự án hợp tác hệ thứ Hệ thống thông tin di động hệ thứ hai Hệ thống thông tin di động hệ thứ ba Hệ thống thông tin di động hệ thứ tư A ACK Tín hiệu xác nhận BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BTS Base Station Trạm gốc BW Band Width Băng thông CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã CP Cycle Prefix Tiền tố lặp ACK B C D DL-SCH Downlink Share Channel Kênh chia sẻ đường xuống DL Hướng xuống Downlink E EDGE Enhance Data rates for GSM Tốc độ liệu tăng cường cho Evolution mạng GSM cải tiến E- Evolved UMTS Terrestrial Radio UTRAN Access EPC Evolved Packet Core Mạng lõi gói eNodeB Enhance NodeB NodeB cải tiến Mạng truy nhập vô tuyến cải tiến F FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số FDD FrequencyDivision FEC Duplexing Forward Error Correction Sửa lỗi hồi tiếp Ghép kênh phân chia theo tần số G GSM Global System for Mobile GERAN GSM/EDGE Radio Access Network Hệ thống di động toàn cầu Mạng truy nhập vô tuyến GSM/EDGE GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ gói vơ tuyến thơng dụng GI Guard Interval Khoảng bảo vệ H Truy nhập gói đường xuống tốc độ HSDPA High Speed Downlink Packet Access HDTV High Definition Television Tivi có độ phân giải cao HSOPA High Speed OFDM Packet Access Truy cập gói OFDM tốc độ cao HO Handover Chuyển giao HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao HSS Home Subscriber Server Quản lý thuê bao cao I ITU International Telecommunication Union Đơn vị viễn thông quốc tế Giao thức internet IP Internet Protocol IMS IP Multimedia Sub-system ISI Inter-Symbol Interference Nhiễu liên ký tự IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier ngược Long Term Evolution Tiến hóa lâu dài MS Mobile Station Trạm di động MIMO Multi Input Multi Output Đa ngõ vào đa ngõ Hệ thống đa phương tiện sử dụng IP L LTE M MME Mobility Management Entity Quản lý tính di động MAC Medium Access Control Điều khiển trung nhập trung bình MUMIMO Đa người dung – Đa ngõ vào đa ngõ Multi User – MIMO MoU Minutes of Using Thời gian sử dụng MCS Modulation Coding Scheme Kỹ thuật mã hóa điều chế O OFDM OFDMA Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần số Multiple Orthogonal trực giao Frequency Division Đa truy nhập phân chia theo tần số Multiple Access trực giao P Tỷ số công suất đỉnh công PAPR Peak-to-Average Power Ratio P2P Point to Point Điểm đến điểm PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh vật lý chia sẻ đường xuống PUCCH Physical Uplink Control Channel PDCCH Physical Downlink Control Channel suất trung bình Kênh vật lý điều khiển đường lên Kênh vật lý điều khiển đường xuống PBCH Physical Broadcast Channel Kênh vật lý quảng bá PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển tin nhắn PCH Paging Channel Kênh tin nhắn Quality of Services Chất lượng dịch vụ RLC Radio Link Control Điều khiển kết nối vô tuyến RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến RB Resource Block Khối tài nguyên RE Resource Element Thành phần tài nguyên RSRP Reference Signal Receive Power Công suất thu tín hiệu tham khảo RSRQ Reference Signal Receive Quality Chất lượng thu tín hiệu tham khảo Q QoS R Reference Signal Tín hiệu tham khảo SDR Software - Defined Radio Phần mềm nhận dạng vô tuyến SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu SC- Single Carrier Frequency Division Đa truy cập phân chia theo tần số FDMA multiple Access trực giao đơn sóng mang SMS Short Message Service Tin nhắn ngắn SAE System Architecture Enhance Cấu trúc hệ thống tăng cường SGSN Serving GPRS Support Node Nút cung cấp dịch vụ GPRS RS S SUMIMO Single User Multi Input Multi Output Đơn user-Đa ngõ vào đa ngõ T TDMA Time Division Multiple Access TTI TTI Time Transmit Interval TDD Time Division Duplexing Đa truy cập phân chia theo thời gian Khoảng thời gian phát Ghép kênh phân chia theo thời gian U UL UTRAN UTMS Đường lên Uplink UTMS Terrestrial Radio Access Networks Universal Telecommunication Mobile System Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất Hệ thống thông tin di động User Equipment Thiết bị người dùng (Di động) VHE Virtual Home Environment Môi trường nhà ảo VoIP Voice IP Thoại sử dụng IP UE V W WCDMA WAP Wideband Code Division Multiple Đa truy cập phân chia theo mã Access băng Wireless Applicaion protocol Giao thức ứng dụng không dây 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phần tiếng việt: Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Giáo trình thơng tin di động”, Hà Nội 2002 Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Giáo trình lý thuyết trải phổ đa truy nhập vô tuyến”, Hà Nội 2004 Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Giáo trình thơng tin di động hệ thứ 3”, Hà Nội 2004 Trịnh Anh Vũ, Nguyễn Viết Kính, “Giáo trình thơng tin số”, Hà Nội Phần tiếng anh: Leonhard Korowajczuk, “LTE WiMAX Network Planning and Optimizin” Year 2011 John Wiley & Sons, Ltd Ajay R Mishra - Nokia network, “Advanced Cellular Network Planning andOptimisation”, John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester,West Sussex PO19 8SQ, England Tshiteya Dikambal “Downlink Scheduling in 3GPP Long Term Evolution (LTE)” Master thesis Wireless and Mobile Communication (WMC) Group Faculty of Electrical Engineering, Mathematics an, d Computer Science Delft University of Technology, 2011, Holland K Norlund, T Ottosson, A Brunstrom, “Fairness Measures for Best Effort Traffic in WirelessNetworks” Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 2004, IEEE, Vol 4, pp.2953-2957, September 2004 R Elliott, “A Measure of Fairness of Service for Scheduling Algorithms in Multiuser Systems”Electrical and Computer Engineering, 2002, IEEE vol 3, pp 1583-1588, August 2002 10 David Tse and Pramod Viswanath (2005), “Fundamentals of wireless communication”, Cambridge University 11 3GPP (2011), Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) Medium Access Control (MAC) protocol specification (3GPP TS 36.321 version 10.0.0 Release 10) 12 Nokia Siemens Network (2008), LTE SAE overview v1.0 13 Nokia Siemens Network (2008), LTE Air interface v1.0 14 Bong Youl (Brian) Cho (2011), LTE MAC/RLC/PDCP/RRC 92 15 Kambiz Homayounfar, Bijan Rohani (2008), CQI Measurement and Reporting in LTE: A New Framework 16 Erik Eriksson (2008), Channel Quality Information Reporting and Channel Quality Dependent Scheduling in LTE 17 Kristoffer Roberg (2010), Simulation of scheduling algorithms for femtocells in an LTE environment 18 Albert Serra Pagès (2009), A Long Term Evolution Link Level Simulator, Universitat Politècnica de Catalunya 19 Roke (2009), LTE eNodeB MAC Scheduler Interface 20 Bilal Sadiq, Ritesh Madan, Ashwin Sampath (2009), Downlink Scheduling for Multi-class Traffic in LTE 21 Tshiteya Dikamba (2011), Downlink Scheduling in 3GPP Long Term Evolution (LTE) 22 Raymond Kwan, Cyril Leung, and Jie Zhang (2010), Downlink Resource scheduling in an LTE System 23 Bilal Sadiq, Ritesh Madan, Ashwin Sampath (2009), Downlink Scheduling for Multi-class Traffic in LTE 24 Zhiqiang Tang (2010), Traffic Scheduling for LTE Advanced 25 Madhusudan Hosaagrahara, Harish Sethu (2006), Max-Min Fair Scheduling in Input-Queued Switches, IEEE 26 Stefan Schwarz, Christian Mehlfuhrer, Markus Rupp (2009), Low Complexity Approximate Maximum Throughput Scheduling for LTE 27 Zeljko Ilic, Alen Bazant, Borivoj Modlic (2008), An efficient data rate maximization algorithm for OFDM based wireless networks 28 Harold J.Kushner, Philip A.Whiting (2004), Asymptotic Properties of Proportional-Fair Sharing Algorithms: Extensions of the Algorithm UserLevel Performance of Channel-Aware 29 Josep Colom Ikuno, Martin Wrulich, Markus Rupp (2011), Vienna LTE Simulators System Level Simulator Documentation v1.3r427, Institute of Communications and Radio-Frequency Engineering, Vienna University of Technology, Austria