Nghiên cứu giải pháp liên kết mạng trong lte (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - Phạm Thanh Bình NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP LIÊN KẾT MẠNG TRONG LTE Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60.52.70 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ HÀ NỘI -2012 Luận văn hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học : TS Trần Thiện Chính Phản biện 1: …………………………………………………………… Phản biện 2: …………………………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc :… … ngày … tháng … năm 2012 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng LỜI MỞ ĐẦU Thơng tin di động ngày trở thành ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh mang lại nhiều lợi nhuận cho nhà khai thác dịch vụ Gần công nghệ phát triển tương lai (LTE) xuất nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động 3G ý Các thử nghiệm trình diễn chứng tỏ lực tuyệt vời công nghệ LTE khả thương mại hóa LTE đến gần Ở nước ta, “tiếp nhận công nghệ”, để tiếp nhận cơng nghệ nghiên cứu, nắm bắt công nghệ, kỹ thuật cần thiết Do nghiên cứu cơng nghệ LTE ứng dụng mạng thông tin di động hướng nghiên cứu đón đầu cơng nghệ mới, dịch vụ Chính vậy, tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu giải pháp liên kết mạng LTE” nhằm đón đầu ứng dụng cơng nghệ vào thực tế mạng thông tin di động Việt Nam Kết cấu luận văn gồm 03 chương với nội dung sau: Chương 1: Tổng quan mạng thơng tin di động Chương 2: Mạng thông tin di động băng rộng LTE Chương 3: Giải pháp liên kết mạng LTE Tuy nhiên, LTE công nghệ tiếp tục nghiên cứu, phát triển, hoàn thiện luận văn chưa thể hết vấn đề công nghệ LTE khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến thầy cơ, chun gia đồng nghiệp Chương TỔNG QUAN MẠNG THƠNG TIN DI ĐỘNG Trong chương này, trình bày q trình phát triển mạng thơng tin di động Đồng thời, giới thiệu động lực phát triển LTE, ủng hộ sẵn sàng nhà khai thác mạng, nhà sản xuất thiết bị để đưa LTE trở thành tiêu chuẩn mạng 4G toàn cầu 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Nửa đầu thập niên 1990 “Dịch vụ viễn thông chủ yếu thoại” Từ 1995 - 2000 “Sự phát triển di động Internet” Từ 2000 - 2005 xem bùng nổ “Mobile Internet” Từ 2005 đến phát triển mạnh mẽ “Phủ sóng tồn cầu Mobile Broadband” 1.2 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THEO 3GPP TỪ R99 ĐẾN R8 Lịch trình nghiên cứu 3GPP lộ trình tăng tốc độ liệu công bố 3GPP Bảng 1.1 Hình 1.1 Bảng 1.1 Lịch trình nghiên cứu phát triển 3GPP Rel-99 Năm phát hành 03-2000 Rel-4 03-2001 TD-SCDMA Rel-5 06-2002 HSDPA Rel-6 03-2005 HSUPA (truy nhập gói đường lên tốc độ cao) Rel-7 12-2007 HSPA+ (64QAM DL, 16QAM UL, MIMO) Nghiên cứu tính khả thi LTE SAE Release Tính W-CDMA (FDD & TDD) Rel-8 12-2008 LTE: OFDMA (đa truy nh ậ p theo t ầ n s ố trự c giao), SC-CDMA ( đa truy nhập theo mã đơn sóng mang) SAE ( phát triển kiến trúc hệ thống): mạng lõi IP HSPA cải tiến Hình 1.1: Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu 3GPP 1.2.1 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R99 (R3) Hình 1.2: Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3 1.2.2 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R4 Hình 1.3: Kiến trúc mạng phân bố theo công bố 3GPP R4 1.2.3 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R5 R6 Hình 1.4: Kiến trúc mạng 3GPP R5 R6 1.2.4 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R7 R8 Hình 1.5: Sự phát triển kiến trúc 3GPP 1.3 ĐỘNG LỰC PHÁT TRIỂN LTE 1.3.1 Sự ủng hộ Kế hoạch thử nghiệm triển khai công nghệ LTE công ty viễn thông hàng đầu giới hợp tác thúc đẩy triển khai mạnh mẽ toàn giới 1.3.2 Phát triển thiết bị nội dung số Các nhà sản xuất thiết bị cầm tay sản phẩm BlackBerry nhà cung cấp nội dung số Google ủng hộ công nghệ LTE 1.3.3 Nhu cầu phát triển LTE Hình 1.6: Dự báo nhu cầu phát triển UMTS-HSPA-LTE 1.4 KẾT LUẬN Chương giới thiệu q trình phát triển mạng thơng tin di động, động lực phát triển LTE Sự ủng hộ nhà cung cấp dịch vụ nhà sản xuất thiết bị Sự phát triển tất yếu nhu cầu thị trường xu hướng phát triển công nghệ mới, LTE đưa khả tái sử dụng phần lớn sở hạ tầng, với việc tái sử dụng phổ tần có họ Chính vậy, LTE chọn công nghệ cho hệ 4G chương thảo luận kiến trúc mạng thông tin di động băng rộng LTE Chương MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG BĂNG RỘNG LTE Chương ủng hộ sẵn sàng nhà cung cấp dịch vụ, nhà cung cấp thiết bị nội dung số Trong chương này, luận văn tập trung thảo luận vấn đề, kiến trúc hệ thống phần tử chức hệ thống LTE 2.1 CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG PHÁT TRIỂN T ƠNG LAI LTE 2.1.1 Giới thiệu LTE Hình 2.1: Lộ trình phát triển mạng thông tin di động lên LTE 2.1.2 Các yêu cầu tính LTE * Giao diện vô tuyến nâng cao cho phép tăng tốc độ liệu * Độ rộng băng thông linh hoạt * Hiệu sử dụng phổ tần cao * Giảm trễ * Mơi trường tồn IP * Cùng tồn với hệ thống tiêu chuẩn trước * Khả giảm chi phí Bảng 2.1: Tốc độ liệu đỉnh đường lên đường xuống LTE Tốc độ đỉnh đường xuống (DL) (64QAM) Cấu hình antenna SISO 2x2 MIMO 4x4 MIMO Tốc độ đỉnh (Mbps) 100 172,8 326,4 Tốc độ đỉnh đ ờng lên (UL) Kiểu điều chế QPSK 16QAM 64QAM Tốc độ đỉnh (Mbps) 50 57,6 86,4 2.1.3 Băng tần triển khai LTE Bảng 2.2: Băng tần triển khai LTE Băng tần EUTRA Băng tần đ ờng lên BS nhận, UE phát Băng tần đ ờng xuống BS phát, UE nhận FUL_low – FUL_high FDL_low – FDL_high 1920 – 1980 MHz 1850 – 1910 MHz 2110 – 2170 MHz 1930 – 1990 MHz FDD FDD … … … FDD 13 777 – 787 MHz 746 – 756 M FDD 14 788 – 798 MHz 758 – 768 MHz FDD … … … 17 704 – 716 MHz 734 – 746 MHz … … … 33 1900 – 1920 MHz 1900 – 1920 MHz TDD … … … TDD 39 1880 – 1920 MHz 1880 – 1920 MHz TDD 40 2300 – 2400 MHz 2300 – 2400 MHz TDD Chế độ song h ớng FDD 18 Hình 3.4: Thực chuyển giao Hình 3.5: Hồn thành chuyển giao 3.1.3 Chuyển giao liền mạch 3.1.4 Chuyển giao khơng tổn hao 19 Các gói truyền lại, gói nhận Các gói 1, 2, xác nhận Các gói 1, 2, 3, 4, truyền Hình 3.6: Chuyển giao khơng tổn hao đường lên Gói cuối Các gói 1, 2, truyền Các gói 1, 2, xác nhận Các gói truyền lại, gói nhận Các gói 1, nhận Hình 3.7: Chuyển giao khơng tổn hao đường xuống 20 3.2 CHUYỂN GIAO GIỮA HAI MẠNG E-UTRAN Hình 3.8 Thủ tục chuyển giao giao diện S1 3.3 LIÊN KẾT MẠNG GIỮA E-UTRAN VỚI CÁC CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP VÔ TUẾN (RAT) KHÁC 3.3.1 Liên kết với mạng 3GPP khác 3.3.1.1 Kiến trúc hệ thống liên kết mạng Hình 3.9 mơ tả kiến trúc thành phần mạng kiến trúc mạng mạng truy nhập 3GPP 21 Hình 3.9: Liên kết E-UTRAN với mạng 3GPP khác 3.3.1.2 Chuyển giao LTE mạng truy nhập 3GPP khác Hình 3.10: Chuyển giao từ E-UTRAN đến UTRAN/GERAN 22 3.3.2 Liên kết với mạng CDMA2000 3.3.2.1 Kiến trúc hệ thống liên kết mạng Hình 3.11 mơ tả kiến trúc hệ thống liên kết mạng EUTRAN mạng liệu gói tốc độ cao (HRPD) CDMA2000 Nó đưa mạng liệu gói tốc độ cao tiến hóa (E-HRPD) với số điều chỉnh để thích hợp cho kết nối tới mạng lõi EPC Hình 3.11: Liên kết E-UTRAN với mạng CDMA2000 23 3.3.2.2 Chuyển giao LTE mạng truy nhập CDMA2000 Hình 3.12: Đường hầm điều khiển E-UTRAN E-HRPD 3.4 HỖ TRỢ DỊCH VỤ CHUYỂN MẠCH KÊNH VỚI CÁC MẠNG TRUY NHẬP 3GPP KHÁC 3.4.1 Giới thiệu 3.4.2 Dự phòng chuyển mạch kênh (CSFB) Dự phòng chuyển mạch kênh EPS giải pháp dành cho mạng không hỗ trợ gọi VoIP UTRAN Iu-ps SGSN Gs Gb Uu GERAN S3 Iu-cs MSC Server A Um SGs UE LTE-Uu S1-MME E-UTRAN MME Hình 3.13: Kiến trúc EPS cho dự phịng chuyển mạch kênh 24 Đối với gọi di động đến hình 3.14 Hình 3.14: Dự phịng chuyển mạch kênh - Cuộc gọi di động đến Đối với gọi di động hình 3.15 Hình 3.15: Dự phịng chuyển mạch kênh - Cuộc gọi động 3.4.3 Cuộc gọi liên tục vô tuyến riêng biệt (SR-VCC) Khi gọi VoIP hỗ trợ LTE, phải cần chuyển giao gọi VoIP từ LTE sang mạng GSM, WCDMA CDMA đầu cuối LTE khỏi vùng phủ LTE Chức gọi SR-VCC, mô tả Hình 3.16 Và thủ tục SR-VCC trình 25 bày Hình 3.17 Hình 3.16: Cuộc gọi liên tục vơ tuyến riêng biệt (SR-VCC) Hình 3.17: Thủ tục SR-VCC 3.5 ỨNG DỤNG TRIỂN KHAI LTE TẠI GTEL MOBILE Mạng lõi chuyển mạch gói mạng di động GTEL Mobile bao gồm phân hệ chuyển mạch gói (SGSN, GGSN), HLR sở hạ tầng đường trục IP/MPLS với dung lượng, khả 26 phần cứng sẵn sàng hỗ trợ cho WCDMA/HSPA LTE Vì để triển khai LTE cần tiến hành nâng cấp gói dịch vụ, chức phục vụ LTE MME, SGW, HSS mà không cần nâng cấp, thay đổi thiết kế, kiến trúc phần cứng mạng lõi làm ảnh hưởng tới dịch vụ thoại dịch vụ chuyển mạch kênh truyền thống 3.5.1 Hệ thống chuyển mạch gói Hệ thống tổng thể mạng chuyển mạch gói di động GTEL Mobile mơ tả hình vẽ sau: GR Xs Roaming Ericsson PS Core - HN Ericsson PS Core - HC GR Xs Roaming Juniper IP/MPLS HNSF 01& HCSF 01& HCIDN 01 HNIDN 01 HNCG01 HCGG 01 HNAAA01 HNSS 01 HNSR01 Ju nip erHNR1 HNSS 02 HNSR02 Ju nip erHNR2 Ju nip erHCR1 HCSR01 HCSS HCSR02 HCSS 02 HCSG 01 HCGG 01 Ju nip erHCR2 HNAAA01 HCSG 01 HCEDN01 HNEDN01 Ju nip erDNR1 Junip erDNR2 BSC ISPs Internet BSC Huawei ISPs Internet Huawei Hình 3.18: Hệ thống chuyển mạch gói GTEL Mobile Kiến trúc logic hệ thống chuyển mạch gói GSM/WCDMA GTel Mobile theo tiêu chuẩn 3GPP hình 3.19 sau: 27 Hình 3.19: SGSN GGSN hệ thống GSM/WCDMA 3.5.2 Hệ thống HLR Hình 3.20: Kiến trúc hệ thống HLR GTEL Mobile 28 3.5.3 Hệ thống đ ờng trục IP Hình 3.21: Hệ thống IP đường trục Sơ đồ vật lý lớp mạng tổng thể mạng IP/MPLS hình vẽ 3.22: Hình 3.22: Sơ đồ lớp mạng tổng thể hệ thống IP/MPLS 29 3.5.4 Giải pháp nâng cấp mạng lõi GTEL Mobile hỗ trợ LTE Quá trình nâng cấp mạng lõi chuyển mạch gói Gtel Mobile để triển khai LTE mơ tả hình 3.23 Hình 3.23: Quá trình nâng cấp mạng chuyển mạch gói hỗ trợ LTE Hình 3.24: Mạng chuyển mạch gói sau nâng cấp hỗ trợ LTE 30 Bảng 3.1: Nâng cấp SGSN R8 thành SGSN MME2010B Product number 25/FAJ 121 0839/A INF 903 0452/19 25/FAJ 121 0758 25/FAJ 121 0835 25/INF 901 5784 25/FAJ 121 0480 INF 901 5739/3 INF 901 6587/26 Mô tả Triple Access GSM WCDMA and LTE from Dual Access Access Mode Reconfiguration Fee (including cables) ANR Support CS Fallback to GSM/WCDMA Real-time Performance Management SW Bundle UE Tracer MME SW Feature Package 25 kSAU SW License SGSN-MME 2010B 25 kSAU Upgrade SW License Bảng 3.2: Nâng cấp GGSN R8 thành GGSN-MPG Product number Mô tả 1/FAJ 121 0785 INF 903 5310/101 INF 903 0191/113 Serving Gateway Support GGSN HW Base Upgrade from M20 to M120 SW Upgrade from GGSN 2009B to GGSN-MPG 2010B License Upgrade 2-Port Gigabit Erthenet PIC 1000Base-T INF 903 0191/107 Upgrade CB + RE Redundancy kit INF 903 0191/108 Upgrade Flexible PIC Concentrator (FPC2) INF 903 0191/109 Upgrade Forwarding Engine Board (FEB) INF 903 0191/103 Upgrade GGSN3-C PIC (3rd generation) INF 903 0191/104 Upgrade GGSN3-U/I PIC (3rd generation) INF 901 6597/3 31 Để triển khai LTE, hệ thống HLR cần nâng cấp gói dịch vụ HSS Kiến trúc ngHLR hỗ trợ HSS mơ tả hình vẽ 3.25 Hình 3.25: Hệ thống HLR sau nâng cấp 3.6 KẾT LUẬN Trong chương trình bày vấn đề chuyển giao hai eNodeB, chuyển giao hai mạng E-UTRAN Liên kết mạng LTE với mạng 3GPP 3GPP2 đề cập Giải pháp hỗ trợ gọi chuyển mạch kênh: dự trữ chuyển mạch kênh (CSFB) gọi liên tục vô tuyến riêng biệt (SR-VCC) trình bày Đồng thời, chương nghiên cứu ứng dụng triển khai công nghệ LTE cho mạng thông tin di động GTel Mobile Để hỗ trợ LTE, cần giải pháp nâng cấp gói phần mềm, tính hỗ trợ LTE mà khơng cần nâng cấp mặt phần cứng 32 KẾT LUẬN Sau trình nghiên cứu thực luận văn, đạt kết sau: - Giới thiệu cơng nghệ LTE, tính LTE - Trình bày kiến trúc mạng LTE/SAE chức phần tử mạng - Nghiên cứu giải pháp liên kết mạng LTE: Chuyển giao hai eNodeB; Chuyển giao hai mạng EUTRAN; Liên kết mạng E-UTRAN với mạng truy nhập vô tuyến 3GPP 3GPP2; Hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch kênh với mạng truy nhập vô tuyến khác ... Trong chương sau, luận văn nguyên cứu vấn đề chuyển giao mạng LTE, giải pháp liên kết mạng LTE với mạng vô tuyến có, ứng dụng triển khai Gtel Mobile 16 Chương GIẢI PHÁP LIÊN KẾT MẠNG TRONG LTE. .. 32 KẾT LUẬN Sau trình nghiên cứu thực luận văn, đạt kết sau: - Giới thiệu công nghệ LTE, tính LTE - Trình bày kiến trúc mạng LTE/ SAE chức phần tử mạng - Nghiên cứu giải pháp liên kết mạng LTE: ... Chương 2: Mạng thông tin di động băng rộng LTE Chương 3: Giải pháp liên kết mạng LTE Tuy nhiên, LTE công nghệ tiếp tục nghiên cứu, phát triển, hoàn thiện luận văn chưa thể hết vấn đề công nghệ LTE