Tìm hiểu công nghệ small cell trong mạng di động lte và lte advanced

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - - ĐÀO HỒNG QUÂN TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ SMALL CELL TRONG MẠNG DI ĐỘNG LTE VÀ LTE - ADVANCED Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS VƯƠNG HỒNG NAM Hà Nội - Năm 2018 MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƢƠNG CÔNG NGHỆ LTE 1.1 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động 1.1.1 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (1G) .6 1.1.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (2G) 1.1.3 Hệ thống thông tin di động hệ (3G) 1.1.4 Hệ thống thông tin di động hệ (4G) 10 1.2 Tổng quan công nghệ LTE 11 1.2.1 Giới thiệu công nghệ LTE 11 1.2.2 Tiềm công nghệ 12 1.2.3 Hiệu suất hệ thống 14 1.2.4 Quản lý tiềm vô tuyến 15 1.3 Kiến trúc mạng LTE 15 1.3.1 Tổng quan cấu hình kiến trúc hệ thống .17 1.3.2 Thiết bị người dùng (UE) 18 1.3.3 E-UTRAN NodeB (eNodeB) .19 1.3.4 Thực thể quản lý tính di động (MME) 21 1.3.5 Cổng phục vụ (S-GW) .24 1.3.6 Cổng mạng liệu gói (P-GW) 26 1.3.7 Chức sách tính cước tài nguyên (PCRF) 28 1.3.8 Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) 29 1.4 Xử lý tín hiệu băng gốc đƣờng xuống trạm gốc LTE/LTE-A 30 1.4.1 Sơ đồ tổng quan xử lý băng gốc 30 1.4.2 Chức khối mã hóa nguồn 31 1.4.3 Q trình xử lý giao diện vơ tuyến .37 1.4.4 Phương pháp đa truy nhập OFDMA 44 1.5 Xử lý tín hiệu băng gốc đƣờng lên trạm gốc LTE/LTE-A .45 1.5.1 Sơ đồ tổng quan xử lý băng gốc đường lên trạm gốc di động 45 1.5.2 Đa truy nhập đơn sóng mang SC-FDMA 46 1.6 Kỹ thuật đa anten MIMO 49 1.7 Kết luận chƣơng 51 CHƢƠNG MẠNG DI ĐỘNG 4G LTE-ADVANCED .52 2.1 Sự phát triển LTE để tiến lên LTE-Advanced 52 2.2 Kiến trúc mạng LTE-Advanced .54 2.2.1 Mạng truy nhập LTE-Advanced E-UTRAN .54 2.2.2 Mạng lõi gói phát triển EPC 55 2.3 Các công nghệ sử dụng LTE-Advanced 55 2.3.1 Cộng gộp sóng mang (Carrier Aggregation) 55 2.3.2 Giải pháp đa anten .56 2.3.3 Truyền dẫn đa điểm phối hợp 57 2.3.4 Các lặp chuyển tiếp 57 2.4 Kết luận chƣơng 59 CHƢƠNG 3: CÔNG NGHỆ SMALL CELL TRONG MẠNG 4G LTE ADVANCED 60 3.1 Tổng quan công nghệ small cell 60 3.1.1 Giới thiệu chung small cell 60 3.1.2 Kiến trúc 4G small cell 62 3.1.3 Các vấn đề cần ý small cells 66 3.2 Femtocell .68 3.2.1 Giới thiệu chung Femtocell 68 3.2.2 Chế độ hoạt động thiết bị femtocell 71 3.2.3 Sơ đồ khối nguyên lý chung cho thiết bị Femtocell 73 3.2.4 Sơ đồ khối phân hệ RF 74 3.3 Picocell 75 3.3.1 Giới thiệu chung Picocell 75 3.3.2 Sơ đồ khối nguyên lý chung cho thiết bị Picocell 78 3.3.3 Sơ đồ khối phân hệ RF 79 3.4 Microcell 80 3.4.1 Giới thiệu chung Microcell 80 3.4.2 Sơ đồ khối nguyên lý chung cho thiết bị Microcell 82 3.4.3 Sơ đồ khối phân hệ RF 83 3.5 Kết luận chƣơng 83 KẾT LUẬN 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Thuật ngữ 3G 4G 3GPP 3GPP2 BS BSS BSC BTS CDMA CRC CN CRN CoA EIRP FDD FDMA HSDPA CRN CoA EIRP FDD FDMA Tiếng Anh Third Generation Fourth Generation 3rd Generation partnership Project 3rd Generation partnership Project Base Station Base Station System Base Station Controller Base Tranciver Station Code Division Multiple Access Cyclic Redundancy Code Core Network Carrier to Noise Ratio Care of Address Effective Isotropically Radiated Power Frequency Division Duplex Frequency Divison MultiAccess High Speed Downlink Packet Access Carrier to Noise Ratio Care of Address Effective Isotropically Radiated Power Frequency Division Duplex Frequency Divison MultiAccess Tiếng Việt Thế hệ thứ ba Thế hệ thứ tƣ Đề án đối tác hệ thứ ba Đề án đối tác hệ thứ ba Trạm gốc Hệ thống trạm gốc Bộ điều khiển trạm gốc Trạm thu phát gốc Đa truy nhập phân chia theo mã Mã vòng dƣ Mạng lõi Tỉ số sóng mang tạp âm Địa tạm thời Công suất phát xạ đẳng hƣớng hiệu dụng Ghép song công phân chia theo tần số Đa truy cập phân chia theo tần số Hệ thống truy cập gói đƣờng xuống tốc độ cao Tỉ số sóng mang tạp âm Địa tạm thời Công suất phát xạ đẳng hƣớng hiệu dụng Ghép song công phân chia theo tần số Đa truy cập phân chia theo tần số HSDPA IP IPv6 ITU MAC MN MNN MS MSC MIMO MCCDMA NEMO NGN OSI OFDM QOS RNC RNS RO RR RINR TCP UMTS UWB WLAN High Speed Downlink Packet Access Internet Protocol Internet Protocol version International Telecommunication Union Medium Access Control Mobile Note Mobile Network Note Mobile Station Mobile Service Center Multi Input – Multi Output Multi Carrier CDMA Network Mobility Next Genaration Network Open Systems Interconnection Orthononal Frequency Division Multiplexing Quality of Service Radio Network Controller Radio Network Subsystem Route Optimization Return Routability Signal to Interference And Noise Power Ratio Transmision Control Protocol Universal Mobile Telecommunnication System Ultra Wide Band Wireless Lan Hệ thống truy cập gói đƣờng xuống tốc độ cao Giao thức internet Giao thức internet phiên Liên minh viễn thông quốc tế Điều khiển thâm nhập môi trƣờng Nút di động Nút mạng di động Trạm di động Trung tâm dịch vụ di động Ăng ten nhiều kênh vào- nhiều kênh Đa truy cập phân chia theo mã sóng mang Tính di động mạng Thế hệ mạng sau Mơ hình liên kết hệ thống mở Ghép kênh đa truy cập phân chia theo mã tần số trực giao Chất lƣợng dịch vụ Bộ điều khiển mạng vô tuyến Hệ thống mạng vơ tuyến Tối ƣu hóa đƣờng Khả định tuyến đƣờng Tỉ số cơng suất tín hiệu nhiễu tạp âm Giao thức điều khiển truyền dẫn Hệ thống viễn thơng di động tồn cầu Băng tần cực rộng Mạng cục không dây DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ Loại Số Bảng Bảng Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ 1.1 3.1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ 1.16 1.17 1.18 1.19 1.20 1.21 Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ 1.22 1.23 1.24 1.25 1.26 Tên bảng hình vẽ Ánh xạ điều chế QPSK Đặc trƣng loại small cell khác macrocell Yêu cầu trễ mặt LTE Phát triển kiến trúc 3GPP hƣớng tới kiến trúc phẳng Kiến trúc hệ thống cho mạng có E-UTRAN eNodeB kết nối tới nút logic khác chức MME kết nối tới nút logic khác chức Các kết nối S-GW tới nút logic khác chức P-GW kết nối tới node logic khác chức PCRF kết nối tới nút logic khác chức Sơ đồ xử lý băng gốc L1 (đƣờng xuống) Phân nhỏ khối liệu Bộ mã hóa Turbo 1/3 Q trình điều chỉnh tốc độ Bộ đệm vịng Minh họa q trình rate-matching Chase Combining Minh họa trình rate-matching Incremental Redundancy Quá trình nối khối mã sau rate matching 16QAM Ánh xạ liệu vào hai lớp Layer Layer Minh họa thực tiền mã hóa q trình truyền phân tập Minh họa cấp phát tài nguyên FDD LTE/FDD LTE-A Minh họa nguyên lý tạo tín hiệu OFDM sử dụng điều chế QPSK sóng mang Tín hiệu OFDM miền thời gian OFDM OFDMA Xử lý băng gốc đƣờng lên kênh PUSCH trạm gốc di động Minh họa khác biệt OFDM SC-FDMA Sơ đồ thực SC-FDMA Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ 1.27 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ Hình vẽ 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 MIMO 2×2 , khơng có tiền mã hóa Kiến trúc E-UTRAN LTE-Advanced Chồng giao thức Kết hợp sóng mang cơng nghệ Carrier Aggregation Truyền dẫn đa điểm phối hợp Chuyển tiếp LTE-Advanced Kiến trúc 4G small cell Kiến trúc Dedicated HeNB-GW Kiến trúc tích hợp hồn tồn HeNB-GW Kiến trúc sử dụng HeNB-GW cho C-plane Handover cho small cell Thiết bị femtocell Mơ hình triển khai thiết bị femtocell Sơ đồ khối nguyên lý thiết bị Femtocell Sơ đồ khối phân hệ RF Thiết bị picocell Kịch mạng cho đƣờng truyền di động picocell 60 GHz đô thị đƣợc hỗ trợ đầy đủ với sở hạ tầng cáp quang đa dạng Sơ đồ khối nguyên lý thiết bị Picocell Sơ đồ khối phân hệ RF Thiết bị microcell Kiến trúc microcell với UE macrocell Sơ đồ khối nguyên lý thiết bị Microcell Sơ đồ khối phân hệ RF MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Tiếp theo mạng thông tin di động (TTDĐ) hệ thứ (3G), Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) hƣớng tới chuẩn cho mạng di động tế bào hệ thứ (4G) 4G có tính vƣợt trội nhƣ: cho phép thoại dựa IP, truyền số liệu đa phƣơng tiện với tốc độ cao nhiều so với mạng di động Theo tính tốn, tốc độ truyền liệu lên đến 100 Mb/s, chí lên đến Gb/s điều kiện tĩnh Trong bối cảnh ngƣời ta chuyển hƣớng sang nghiên cứu hệ thống thơng tin di động có tên gọi 4G mà tảng công nghệ LTE LTE-Advanced Nhu cầu khách hàng tác động lớn đến đời, tồn phát triển công nghệ Có thể nói, có hai yếu tố từ nhu cầu ngƣời dùng tác động đến phát triển nghệ 4G Thứ nhất, gia tăng nhu cầu ứng dụng mạng không dây nhu cầu băng thông cao truy nhập internet Thứ hai, ngƣời dùng muốn công nghệ không dây đời cung cấp dịch vụ tiện ích theo cách tƣơng tự nhƣ mạng hữu tuyến, mạng khơng dây có mà họ dùng với thói quen họ Và hiển nhiên, nhu cầu chất lƣợng dịch vụ cung cấp đƣợc tốt hơn, tốc độ cao hơn, tốc độ truy nhập Web, tải xuống tài nguyên mạng nhanh hơn,… đích hƣớng tới cơng nghệ di động 4G Ngày nay, thiết bị di động thƣờng gặp vấn đề tắc nghẽn mạng làm việc gây ảnh hƣởng đến nhu cầu sử dụng thuê bao, đặc biệt tòa nhà trung tâm thành phố nhƣng không nằm vùng phủ sóng tháp di động truyền thống, tịa nhà nhiều bê tơng cốt thép Từ đó, sản phẩm cơng nghệ small cell (phủ sóng diện hẹp) đời để khắc phục đƣợc nhƣợc điểm trên, đáp ứng nhu cầu nâng cao chất lƣợng mạng trải nghiệm tốt cho ngƣời dùng, đồng thời đảm bảo chi phí đầu tƣ vận hành mức hợp lý tối ƣu Mặc dù công nghệ 4G LTE khiến mạng di động băng thông rộng 3G sử dụng trở nên lỗi thời, nhƣng với mạng LTE Advanced, tốc độ truyền tải liệu đƣợc đẩy lên chạm mốc 1Gbps, nhanh gấp 10 lần so với tốc độ mạng 4G LTE Xuất phát từ thực tiễn trên, tơi chọn đề tài “ Tìm hiểu cơng nghệ small cell (phủ sóng diện hẹp) mạng 4G-LTE Advanced” để nghiên cứu viết luận văn thạc sĩ Lịch sử nghiên cứu: từ tháng 09 năm 2017 đến tháng 09 năm 2018 Mục đích nghiên cứu, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu: - Tìm hiểu tổng quan hệ thống thơng tin di động 4G-LTE 4G-LTE Advanced - Nghiên cứu công nghệ small cell mạng 4G LTE-Advanced ứng dụng thực tiễn Đối tƣợng nghiên cứu - Hệ thống thông tin di động 4G-LTE 4G LTE-Advanced - Nguyên lý trạm gốc di động tổng quan dạng small cell Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu nằm phạm vi tìm hiểu, trau dồi nâng cao kiến thức công nghệ phát triển sử dụng hệ thống thông tin di động Các luận điểm đóng góp luận văn - Nắm đƣợc kiến thức công nghệ sử dụng mạng di động - Tìm hiểu, nghiên cứu cơng nghệ small cell sử dụng mạng 4G LTE Advanced Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp chuyên gia: Tham khảo ý kiến chuyên gia có kinh nghiệm để từ làm sở hồn thành luận văn - Phƣơng pháp nghiên cứu tài liệu: Tìm kiếm, thu thập tài liệu liên quan mạng Internet, thƣ viện, từ trích lọc thơng tin cần thiết phục vụ cho thực luận văn - Giảm tải lƣu lƣợng cho macrocell tăng hiệu hoạt động cho macrocell - Giải vấn đề thiếu hụt tài nguyên - Cung cấp kết nối ổn định tốc độ cao, tiền đề cho phát triển dịch vụ kèm Hình 4.7 mơ tả thiết bị femtocell đƣợc triển khai hệ thống mạng vĩ mô macrocell, thiết bị thƣờng đƣợc kết nối tới hệ thống mạng lõi nhà cung cấp dịch vụ mạng thông qua đƣờng kết nối internet cố định Hình 3.7 Mơ hình triển khai thiết bị femtocell Một thiết bị femtocell cung cấp dịch vụ cho số lƣợng ngƣời dùng định, với thiết bị femtocell gia đình thƣờng đến ngƣời dùng lúc, cịn với thiết bị femtocell nơi cơng cộng cung cấp lên tới 16 ngƣời dùng lúc 3.2.2 Chế độ hoạt động thiết bị femtocell Thiết bị femtocell đƣợc cấu hình để hoạt động ba chế độ: 71 - Chế độ hoạt động đƣợc gọi chế độ truy cập đóng (closed subscriber group – CSG), chế độ femtocell cung cấp dịch vụ cho ngƣời dùng đƣợc đăng ký danh sách cho phép Khi hệ thống có nhiều femtocell hoạt động chế độ này, femtocell gây nhiễu xuyên kênh lớn tới hệ thống mạng vĩ mô macrocell Vì nhà cung cấp mạng cố gắng hạn chế sử dụng femtocell hoạt động chế độ truy cập đóng - Một tùy chọn phƣơng thức hoạt động cho femtocell chế độ truy cập mở Những femtocell hoạt động chế độ cho phép ngƣời dùng truy cập vào Và đơi q nhiều ngƣời truy cập, femtocell trở nên tải cung cấp dịch vụ cho ngƣời chủ thiết bị - Femtocell hoạt động chế độ thứ ba chế độ truy cập hỗn hợp Khi ngƣời dùng danh sách đăng ký femtocell chƣa sử dụng hết băng thông, femtocell cho phép ngƣời dùng chƣa đăng ký truy cập vào Chế độ hoạt động tổng hợp lợi ích hai chế độ bên trên, nhƣng có nhiều femtocell hoạt động chế độ này, hệ thống mạng có vấn đề liên quan đến chọn trạm truy cập chế độ chuyển giao, chế độ chuyển giao, hệ thống mạng khơng thể biết xác băng thơng femtocell đích có cịn trống cho ngƣời dùng khơng nằm danh sách đăng ký 72 3.2.3 Sơ đồ khối nguyên lý chung cho thiết bị Femtocell Hình 3.8 Sơ đồ khối nguyên lý thiết bị Femtocell Trên hình 4.8 sơ đồ nguyên lý chung thiết bị Femtocell Access Point Trên sơ đồ bao gồm khối xử lý nhƣ sau: - Khối xử lý băng gốc: Các thuật tốn xử lý băng gốc đƣợc lập trình vi xử lý DSPs FPGA Trong có số thuật tốn đƣợc tách xử lý chip xử lý băng gốc chuyên dụng có tốc độ cao nhằm tăng hiệu chung hệ thống - Khối cao tần (RF): Đƣợc kết nối với khối xử lý băng gốc thông qua giao diện RFIC Giao diện có nhiệm vụ chuyển đổi tƣơng tự - số số - tƣơng tự tốc độ cao Trong khối cao tần, tín hiệu tƣơng tự đƣợc nâng tần khuếch đại đƣa anten phát ngƣợc lại hạ tần khuếch đại tín hiệu từ anten thu Hai ứng dụng WCDMA LTE/LTE-A sử dụng hai khối RF khác - Khối xử lý ngăn xếp giao thức (L2 L3) có nhiệm vụ thực tác vụ đóng khung liệu theo chuẩn giao tiếp đƣa liệu đƣợc xử lý vào khối điều khiển Ethernet Khối Ethernet kết nối trực tiếp với đƣờng truyền internet bên ngồi thơng qua TCP/IP 73 - Khối xử lý bảo mật (Security Engine): Tham gia vào việc mã hóa, giải mã bảo mật liệu trình FAP kết nối với ngƣời dùng Ngoài ra, số thiết bị ngoại vi đƣợc sử dụng hỗ trợ cho thiết bị femtocell nhƣ nhớ Flash, khối định vị GPS,… 3.2.4 Sơ đồ khối phân hệ RF Trên hình 4.9 sơ đồ khối phân hệ RF cho thiết bị Femtocell Tín hiệu phát từ phân hệ băng gốc đƣợc thông qua giao thức RFIC truyền tời phân hệ RF dƣới dạng tƣơng tự Tín hiệu đƣợc khuếch đại đƣợc lên anten phát thông qua khối PA Duplexer Ở phía thu, tín hiệu từ anten đƣợc tách thông qua Duplexer khuếch đại khối LNA trƣớc đƣa vào giao tiếp RFIC Hình 3.9 Sơ đồ khối phân hệ RF 74 3.3 Picocell 3.3.1 Giới thiệu chung Picocell Picocell trạm phát sóng nhỏ tƣơng tự nhƣ access point Nó thƣờng có kích cỡ nhỏ, tích hợp anten phát tín hiệu với nguồn tiêu thụ thấp Nó kết nối với BSC nhà mạng Giống nhƣ trạm phát sóng chuẩn, BSC quản lý việc truyền tải liệu picocell mạng, thực handover cell gán tài nguyên cho ngƣời dùng khác Picocell kết nối với mạng core thông qua hệ thống cáp quang, cáp điện kết nối Ethernet Thông thƣờng picocell có tích hợp anten tồn hƣớng Trong mạng di động, picocell thƣờng đƣợc sử dụng để mở rộng phạm vi phủ sóng đến khu vực nhà, nơi tín hiệu ngồi trời khơng tốt, để tăng dung lƣợng mạng khu vực có thuê bao điện thoại dày đặc Trong giải pháp small cell, Picocell giải pháp có quy mơ vừa, cho phép thiết lập trạm gốc sử dụng văn phịng khu vực cơng cộng Bằng việc sử dụng thiết bị Picocell Access Point, kết nối với sở hạ tầng mạng di động có thơng qua đƣờng truyền internet băng rộng, dịch vụ di động đƣợc cung cấp thẳng tới ngƣời dùng mà không cần qua macrocell nhƣ phƣơng pháp truyền thống Hình 3.10 Thiết bị picocell 75 Trong mạng di động không dây, chẳng hạn nhƣ GSM, trạm gốc picocell thƣờng có giá thành thấp, kích thƣớc nhỏ, thiết bị đơn giản hợp lý kết nối với trạm điều khiển sở (BSC) Nhiều đầu picocell kết nối với BSC: BSC thực quản lý tài nguyên vô tuyến điện chuyển giao chức năng, tổng hợp liệu để chuyển đến Trung tâm chuyển mạch điện thoại di động (MSC) cổng hỗ trợ GPRS (GGSN) Kết nối đầu picocell BSC thƣờng dây dẫn nhà Các hệ thống đƣợc triển khai ban đầu (những năm 1990) sử dụng liên kết PDH nhƣ liên kết E1/T1, hệ thống gần sử dụng cáp Ethernet, máy bay sử dụng kết nối vệ tinh Ngày nay, ngƣời ta phát triển đầu thiết bị khơng có picocell, mà nhiều chức BSC số MSC Hình thức picocell đơi đƣợc gọi điểm truy cập trạm sở femtocell doanh nghiệp Trong trƣờng hợp này, thiết bị chứa tất khả cần thiết để kết nối trực tiếp với Internet, mà không cần sở hạ tầng BSC/MSC Đây cách để tiết kiệm chi phí Picocells cung cấp nhiều lợi ích "small cell" (tƣơng tự nhƣ femtocells) cải thiện lƣợng liệu cho ngƣời dùng di động tăng dung lƣợng mạng di động Đặc biệt, việc tích hợp picocell với macrocell thơng qua mạng Heterogeneous có ích việc chuyển giao không ngừng tăng dung lƣợng liệu di động Picocells có sẵn cho hầu hết cơng nghệ di động bao gồm GSM, CDMA, UMTS LTE 76 Hình 3.11 Kịch mạng cho đƣờng truyền di động picocell 60 GHz đô thị đƣợc hỗ trợ đầy đủ với sở hạ tầng cáp quang đa dạng Một số đặc điểm picocell kể đến: - Phủ sóng cho khu vực nhà (indoor) nơi mà macrocell đảm bảo dịch vụ suy hao sóng - Phủ sóng cho khu vực công cộng nhỏ - Tái sử dụng băng tần khu vực indoor, góp phần tăng dung lƣợng mạng - Tiết kiệm lƣợng - Giảm tải lƣu lƣợng cho macrocell tăng hiệu hoạt động cho macrocell - Giải vấn đề thiếu hụt tài nguyên - Cung cấp kết nối ổn định tốc độ cao, tiền đề cho phát triển dịch vụ kèm - Rẻ so với trạm phát sóng chuẩn chi phí lắp đặt thấp 77 - Tăng vùng phủ nhà cách hiệu chúng đƣợc lắp đặt nhà Vùng phủ sóng cell nhỏ so với trạm phát sóng ngồi trời - Picocell đƣợc triển khai vùng nhà có mật độ ngƣời dùng cao - Ngồi ra, picocell khơng tăng dung lƣợng bên tịa nhà mà cịn tăng dung lƣợng ngồi trời giảm nhiễu ngồi trời trùng chéo cell ngồi trời giảm Về bản, thiết bị picocell đƣợc thiết kế tƣơng đồng với femtocell, với khả đáp ứng dịch vụ cho nhiều ngƣời sử dụng (50-100 ngƣời) bán kính phủ sóng rộng 3.3.2 Sơ đồ khối nguyên lý chung cho thiết bị Picocell Hình 3.12 Sơ đồ khối nguyên lý thiết bị Picocell Trên hình 4.12 sơ đồ nguyên lý chung thiết bị Picocell Trên sơ đồ bao gồm khối xử lý nhƣ sau: - Khối xử lý băng gốc - Khối cao tần (RF) 78 - Khối xử lý ngăn xếp giao thức (L2 L3) - Khối xử lý bảo mật (Security Engine) Các khối xử lý có nhiệm vụ chức tƣơng tự nhƣ khối xử lý thiết bị femtocell Ngoài ra, số thiết bị ngoại vi đƣợc sử dụng hỗ trợ cho thiết bị picocell nhƣ nhớ Flash, khối định vị GPS, 3.3.3 Sơ đồ khối phân hệ RF Trên hình 4.13 sơ đồ khối phân hệ RF cho thiết bị Picocell Tín hiệu phát từ phân hệ băng gốc đƣợc thông qua giao thức RFIC truyền tời phân hệ RF dƣới dạng tƣơng tự Tín hiệu đƣợc khuếch đại đƣợc lên anten phát thông qua khối PA Duplexer Ở phía thu, tín hiệu từ anten đƣợc tách thông qua Duplexer khuếch đại khối LNA trƣớc đƣa vào giao tiếp RFIC ANT1 BPF LNA LNA RX Duplexer ATTENUATOR PA COUPLER ISO Analog Linearizer TX RF IC interface ISOLATOR DRIVER AMP RF IC LTE Transceiver FDD/TDD ANT2 BPF LNA LNA RX Duplexer ATTENUATOR TX ISOLATOR DRIVER AMP Analog Linearizer Hình 3.13 Sơ đồ khối phân hệ RF 79 PA COUPLER ISO 3.4 Microcell 3.4.1 Giới thiệu chung Microcell Trong giải pháp small cell, microcell giải pháp có quy mô lớn nhất, cho phép thiết lập trạm gốc sử dụng khu vực lớn tập trung đông ngƣời nhƣ sân vận động, trung tâm thƣơng mại, ga tàu điện ngầm, etc Bằng việc sử dụng thiết bị Microcell Access Point, kết nối với sở hạ tầng mạng di động có thơng qua đƣờng truyền internet băng rộng, dịch vụ di động đƣợc cung cấp thẳng tới ngƣời dùng mà không cần qua macrocell nhƣ phƣơng pháp truyền thống Microcell cell mạng điện thoại di động đƣợc cung cấp trạm sở di động có cơng suất thấp, phủ sóng khu vực định nhƣ trung tâm mua sắm, khách sạn, trạm trung chuyển, Microcell thƣờng lớn picocell, nhƣng thƣờng khó phân biệt đƣợc chúng Microcell sử dụng điều khiển nguồn để giới hạn bán kính vùng phủ sóng Hình 3.14 Thiết bị microcell Giống nhƣ picocells, microcells thƣờng đƣợc sử dụng để bổ sung dung lƣợng mạng khu vực có nhiều thuê bao điện thoại, chẳng hạn nhƣ trạm xe lửa Microcells thƣờng đƣợc triển khai tạm thời kiện thể thao dịp khác mà dung lƣợng có khơng đáp ứng đủ phải cần thêm 80 Hình 3.15 Kiến trúc microcell với UE macrocell Một số đặc điểm picocell kể đến: - Phủ sóng cho khu vực nhà lớn nhƣ TTTM, ga tàu điện ngầm nơi mà macrocell đảm bảo dịch vụ suy hao sóng - Phủ sóng cho khu vực công cộng lớn - Tái sử dụng băng tần khu vực indoor, góp phần tăng dung lƣợng mạng - Tiết kiệm lƣợng - Giảm tải lƣu lƣợng cho macrocell tăng hiệu hoạt động cho macrocell - Giải vấn đề thiếu hụt tài nguyên - Cung cấp kết nối ổn định tốc độ cao, tiền đề cho phát triển dịch vụ kèm 81 Về bản, thiết bị microcell đƣợc thiết kế tƣơng đồng với femtocell picocell, với khả đáp ứng dịch vụ cho nhiều ngƣời sử dụng (200 -300 + ngƣời) bán kính phủ sóng rộng 3.4.2 Sơ đồ khối ngun lý chung cho thiết bị Microcell Hình 3.16 Sơ đồ khối nguyên lý thiết bị Microcell Trên hình 4.16 sơ đồ nguyên lý chung thiết bị Microcell Trên sơ đồ bao gồm khối xử lý nhƣ sau: - Khối xử lý băng gốc - Khối cao tần (RF) - Khối xử lý ngăn xếp giao thức (L2 L3) - Khối xử lý bảo mật (Security Engine) Các khối xử lý có nhiệm vụ chức tƣơng tự nhƣ khối xử lý thiết bị femtocell Ngoài ra, số thiết bị ngoại vi đƣợc sử dụng hỗ trợ cho thiết bị microcell nhƣ nhớ Flash, khối định vị GPS, 82 3.4.3 Sơ đồ khối phân hệ RF Trên hình 4.17 sơ đồ khối phân hệ RF cho thiết bị Microcell Tín hiệu phát từ phân hệ băng gốc đƣợc thông qua giao thức RFIC truyền tời phân hệ RF dƣới dạng tƣơng tự Tín hiệu đƣợc khuếch đại đƣợc lên anten phát thông qua khối PA Duplexer Ở phía thu, tín hiệu từ anten đƣợc tách thơng qua Duplexer khuếch đại khối LNA trƣớc đƣa vào giao tiếp RFIC ANT1 BPF LNA LNA RX ADAM ATTEN Doherty PA Duplexer COUPLER AMP ISO Linearizer TX RF IC interface ISO DRI RF IC LTE Transceiver FDD/TDD ANT2 BPF LNA LNA RX ADAM ATTEN TX ISO DRI AMP Doherty PA Duplexer COUPLER ISO Linearizer Hình 3.17 Sơ đồ khối phân hệ RF 3.5 Kết luận chƣơng Chương khái quát nét đặc trưng công nghệ small cell ưu điểm, khác dạng small cell Từ đó, ta thấy được, đời sản phẩm cơng nghệ small cell (phủ sóng diện hẹp) bước tiến áp dụng mạng di động LTE-Advanced để đáp ứng nhu cầu nâng cao chất lượng mạng trải nghiệm tốt cho người dùng, đồng thời đảm bảo chi phí đầu tư vận hành mức hợp lý tối ưu 83 KẾT LUẬN Công nghệ small cell đƣợc triển khai số nƣớc giới nhƣng Việt Nam cịn mẻ Với khả giải toán tắc nghẽn mạng tịa nhà trung tâm thành phố mà khơng nằm vùng phủ sóng tháp di động truyền thống, tịa nhà nhiều bê tơng cốt thép, cơng nghệ công nghệ tiên tiến giải pháp tối ƣu để đem đến cho ngƣời dùng trải nghiệm tốt nhất, đáp ứng đƣợc nhu cầu ngày cao chất lƣợng mạng LTE – Advanced cơng nghệ truyền tải tốc độ cao sử dụng băng tần hiệu thỏa mãn yêu cầu chất lƣợng đa dạng dịch vụ cho khách hàng nhu cầu sử dụng dịch vụ truy cập Internet tốc độ cao dành cho thiết bị di động Từ sở trên, việc nghiên cứu small cell LTE – Advanced đòi hỏi thiết yếu, làm sở cho việc triển khai thực tế Ở Việt Nam với phát triển nhanh chóng nhu cầu truyền tải tốc độ cao hệ thống thông tin di động, việc nắm bắt công nghệ LTE – Advanced kết hợp công nghệ small cell cần thiết, đóng vai trị định cho bƣớc phát triển nhà mạng Việt Nam 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO Moe Rahnema and Marcin Dryjanski (2017), “From LTE to LTE- Advanced Pro and 5G (Mobile Communications)”, Artech House, Massachusetts USA Johan Skold, Stefan Parkvall and Erik Dahlman (2011), “4G: LTE/LTEAdvanced for Mobile Broadband”, Academic Press, Massachusetts USA Johan Skold, Stefan Parkvall and Erik Dahlman (2007), “3G Evolution HSPA and LTE Mobile Broadband”, Academic Press, Massachusetts USA Agilent Technologies (2009), “3GPP Long Term Evolution: System Overview, Product Development, and Test Challenges Faroog Khan (2009), “LTE for 4G Mobile Broadband: Air Interface Technologies and Performance”, Cambridge University Press, UK 85 ... CHƢƠNG MẠNG DI ĐỘNG 4G LTE- ADVANCED .52 2.1 Sự phát triển LTE để tiến lên LTE- Advanced 52 2.2 Kiến trúc mạng LTE- Advanced .54 2.2.1 Mạng truy nhập LTE- Advanced E-UTRAN .54 2.2.2 Mạng. .. CHƢƠNG 3: CÔNG NGHỆ SMALL CELL TRONG MẠNG 4G LTE ADVANCED 60 3.1 Tổng quan công nghệ small cell 60 3.1.1 Giới thiệu chung small cell 60 3.1.2 Kiến trúc 4G small cell ... - Tìm hiểu tổng quan hệ thống thông tin di động 4G -LTE 4G -LTE Advanced - Nghiên cứu công nghệ small cell mạng 4G LTE- Advanced ứng dụng thực tiễn Đối tƣợng nghiên cứu - Hệ thống thông tin di động