Nghiên cứu các đặc trưng của công nghệ lte cho mạng di động thế hệ thứ tư

384.6 TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG đồ án tốt nghiệp đại học Đề tài: NGHIấN CU CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA CÔNG NGHỆ LTE CHO MẠNG DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ TƢ Mã số s : PGS TS Lƣu Tiến Hƣng : Hồ Thị Thơm : 50K1 - ĐTVT : 0951080289 NGHỆ AN - 2014 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo khoa Điện tử - Viễn thông, Trƣờng đại học Vinh hƣớng dẫn, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cho em trình học tập Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS TS Lƣu Tiến Hƣng, ngƣời tận tình bảo, bổ sung kiến thức cho em, giúp em hoàn thành tốt đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Nghệ An 22 tháng 01 năm 2014 Sinh viên thực HỒ THỊ THƠM i TĨM TẮT Chúng tơi nghiên cứu, tìm hiểu cơng nghệ LTE ứng dụng kỹ thuật viễn thơng Có thể nhận thấy cơng nghệ LTE có ƣu điểm vƣợt trội so với công nghệ khác, đặc biệt hệ thống mạng không dây WWAN Đồ án tìm hiểu đời số đặc điểm, tính năng, u cầu cơng nghệ LTE Để đạt đƣợc tốc độ cao, giảm chi phí, tiết kiệm thời gian bit thông tin, sử dụng linh hoạt băng tần,… LTE cần có trợ giúp hệ thống truy nhập vô tuyến nhƣ: OFDMA, SC-FDMA kỹ thuật ăng-ten MIMO Bên cạnh LTE có kiến trúc hệ thống độc đáo, mà số khả liên kết đƣợc với mạng hệ di động trƣớc LTE công nghệ cho mạng di động 4G, yêu cầu đặt phát triển mạng cần giảm chi phí, tốc độ liệu cao, vùng phủ sóng rộng khả di chuyển Trong đồ án phát triển cơng nghệ LTE tồn giới Việt Nam đƣợc đề cập đến SUMMARY We have studied the LTE technology and its applications in telecommunications engineering It can be seen LTE technology has advantages compared to other technologies, especially in wireless WWAN networks The topic was introduced the history, characteristics and features of LTE technology requirements To achieve high speed, reducing costs, saving time on each bit of information, flexible use of frequencies, LTE needs the help of wireless access systems, such as: OFDMA, SC - FDMA and MIMO antenna techniques And besides , the LTE system architecture also very unique, but one of them is the ability to link with the mobile network generations ahead LTE is a new technology for 4G mobile networks , the requirements set forth in developing this network needs to reduce costs, high data rate, large coverage and mobility In this topic, the development of LTE technology worldwide and in Vietnam also mentioned ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii MỞ ĐẦU xii CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG VIỄN THÔNG 1.1 Mạng có dây 1.1.1 Công nghệ cáp đồng trục 1.1.2 Công nghệ đƣờng dây thuê bao số DSL 1.1.3 Công nghệ truyền dẫn cáp quang FTTx 1.2 Mạng không dây 1.2.1 Mạng WPAN 1.2.2 Mạng WLAN 1.2.3 Mạng WMAN 10 1.2.4 Mạng WRAN 10 1.2.5 Mạng WWAN 11 1.3 Sự đời công nghệ LTE 12 CHƢƠNG HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN VÀ KIẾN TRÚC HỆ THỐNG LTE 15 2.1 Hệ thống truyền dẫn đƣờng xuống OFDMA 15 2.1.1 Nguyên lý OFDM 15 2.1.2 Sự trực giao 20 2.1.3 Các kĩ thuật điều chế OFDM 23 2.1.4 OFDM LTE (OFDMA) 27 2.2 Hệ thống truyền dẫn hƣớng lên SC-FDMA 33 2.2.1 Nguyên lý truyền dẫn hƣớng lên 33 2.2.2 Các tham số SC- FDMA 35 2.2.3 Dữ liệu truyền thông đƣờng lên 36 iii 2.2.4 Các thủ tục lớp vật lý đƣờng lên 36 2.3 Kĩ thuật đa ăng-ten MIMO 38 2.3.1 Đặc điểm chung 38 2.3.2 Hệ thống MIMO LTE 39 2.3.3 Các độ lợi hệ thống MIMO 41 2.4 Tính linh hoạt phổ 43 2.4.1 Sự linh hoạt xếp song công 44 2.4.2 Độ linh hoạt phổ 44 2.5 Kiến trúc hệ thống LTE 46 2.5.1 Kiến trúc mạng đơn giản 46 2.5.2 Khả liên kết với mạng hệ trƣớc 51 CHƢƠNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LTE CHO VIỆC PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THỨ (4G) 55 3.1 Giới thiệu mạng 4G 55 3.1.1 Những yêu cầu mục tiêu thiết kế hệ thống 4G 56 3.2 Hệ thống LTE việc phát triển hệ thống 4G 60 3.2.1 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax 60 3.2.2 Kiến trúc giao thức LTE 61 3.3 Sự phát triển công nghệ LTE giới Việt Nam 71 3.3.1 Thế giới 71 3.3.2 Việt Nam 73 KẾT LUẬN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các loại xDSL Bảng 1.2 Bảng so sánh công nghệ mạng WPAN Bảng 1.3 Bảng so sánh chuẩn 802.16 10 Bảng 1.4 Bảng so sánh số công nghệ hệ mạng WWAN 11 Bảng 2.1 Các dạng điều chế OFDM 23 Bảng 2.2 Thông số điều chế QPSK 25 Bảng 2.3 Biểu đồ tần số thời gian OFDMA 28 Bảng 2.4 Các thông số cấu trúc khung đƣờng xuống chung 31 Bảng 2.5 Bảng thống kê kích thƣớc IFFT 33 Bảng 2.6 Các thông số cấu trúc khung chung đƣờng lên 36 Bảng 3.1 Bảng so sánh tổng thể LTE Wimax 61 v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Cáp đồng trục Hình 1.2 Mạng cáp đồng trục Hình 1.3 Mơ hình hệ thống FTTx Hình 1.4 Phân loại mạng vô tuyến Hình 1.5 Mơ hình mạng WPAN Hình 1.6 Mơ hình mạng WLAN chuẩn 802.11 Hình 1.7 Mơ hình mạng sở Hình 1.8 Mơ hình mạng mở rộng Hình 1.9 Các hệ di động từ trƣớc tới nhóm mạng WWAN 11 Hình 1.10 Kiến trúc mạng LTE 13 Hình 2.1 Phổ tín hiệu FDM OFDM 16 Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống OFDM 16 Hình 2.3 Sơ đồ khoảng bảo vệ 18 Hình 2.4.a) Điều hiệu OFDM băng tần sở phức sử dụng kỹ thuật chế cao tần tín tƣơng tự b) Điều chế cao tần tín hiệu OFDM băng tần sở phức sử dụng kỹ thuật số 19 Hình 2.5 Sơ đồ thời gian-tần số tín hiệu OFDM 20 Hình 2.6 Mật độ phổ cơng suất sóng mang Ψi(t) 21 Hình 2.7 Phổ biên độ sóng mang có tần số trực giao 22 Hình 2.8 Phổ biên độ n sóng mang có tần số trực giao 22 Hình 2.9.a) Tác động nhiễu đến hệ thống đơn; b).Tác động nhiễu đến hệ thống đa sóng mang 22 Hình 2.10 Biểu đồ khơng gian tín hiệu BPSK 24 Hình 2.11 Biểu đồ tín hiệu tín hiệu QPSK 26 Hình 2.12 Chùm tín hiệu M-QAM 27 Hình 2.13 So sánh OFDM OFDMA 27 Hình 2.14 Nguyên tắc OFDMA việc truyền liệu hƣớng xuống 29 Hình 2.15 Cấu trúc khung chung LTE đƣờng xuống 30 Hình 2.16 Nguồn lƣới đƣờng xuống 30 vi Hình 2.17 Tạo tín hiệu đồng miền tần số 32 Hình 2.18 Nguyên tắc SC-FDMA việc truyền liệu hƣớng lên 35 Hình 2.19 Cấu trúc khe đƣờng lên 36 Hình 2.20 Cấu trúc khung truy cập ngẫu nhiên 37 Hình 2.21 Truy nhập ngẫu nhiên Preamble 37 Hình 2.22 Hệ thống MIMO so với hệ thống khác 39 Hình 2.23 Mơ hình trực quan hệ thống MIMO 2x2 40 Hình 2.24 Tạo dạng tia khung nhiều ăng-ten LTE 42 Hình 2.25 Hệ thống V-BLAST 43 Hình 2.26 Mơ hình FDD TDD 44 Hình 2.27 Phân bố phổ băng tần lõi 2GHz nguyên IMT-2000 45 Hình 2.28 Cách thức LTE thâm nhập bƣớc vào phân bố phổ hệ thống GSM đƣợc triển khai 46 Hình 2.29 Kiến trúc mạng LTE 47 Hình 2.30 Nối kết liên mạng LTE UMTS 52 Hình 2.31 Kiến trúc mạng UMTS 52 Hình 3.1 Quá trình phát triển công nghệ thông tin di động 4G 55 Hình 3.2 Cấu hình hệ thống 4G 58 Hình 3.3 Liên lạc thơng qua kết nối multi-hop 59 Hình 3.4 Kiến trúc giao thức LTE 61 Hình 3.5 Luồng liệu LTE 62 Hình 3.6 Phân đoạn hợp đoạn RLC 64 Hình 3.7 Sự ánh xạ kênh logic với kênh truyền dẫn 67 Hình 3.8 Giao thức hybrid-ARQ đồng khơng đồng 68 Hình 3.9 Mơ hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH 70 Hình 3.10 Mơ hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho UL-SCH 71 vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Kí hiệu viết tắt 3GPP A ACK ADSL 10 BPL 11 12 13 14 15 16 BS BSS BSC BTS C 17 18 19 20 21 22 23 24 CN CP CQI D DCCH DCH DFT ARQ B BCCH BCH BER CDMA DFTS-OFDM 25 26 27 28 29 30 31 32 33 DL DL-SCH DPCCH DPCH DPDCH DSL E eNodeB ESS Thuật ngữ tiếng Anh Thuật ngữ tiếng Việt Third Generation Partnership Tổ chức chuẩn hóa mạng di Project động hệ thứ Acknowledgement Asymmetric Digital Subcriber Line Automatic Repeat-Request Báo nhận Đƣờng dây thuê bao bất đối xứng Yêu cầu lặp lại tự động Broadcast Control Channel Broadcast Channel Bit-Error Rate Broadband over Power Line Technologies Base Station Basic service sets Base Station Controller Base Transceiver Station Kênh điều khiển quảng bá Kênh quảng bá Tỷ lệ lỗi bit Công nghệ băng thông rộng qua đƣờng dây điện lực Trạm gốc Mơ hình mạng sở Khối điều khiển trạm gốc Trạm thu phát gốc Code Division Multiple Access Core Network Cyclic Prefix Channel Quality Indicator Đa truy nhập phân chia theo mã Mạng lõi Tiền tố tuần hoàn Chất lƣợng kênh dẫn Dedicated Control Channel Dedicated Channel Discrete Fourier Transform Kênh điều khiển dành riêng Kênh dành riêng Biến đổi fourier rời rạc DFT-Spread OFDM, Also SC-FDMA See OFDM trải phổ DFT, đƣợc xem nhƣ SC-FDMA Downlink Downlink Shared Channel Dedicated Physical Control Channel Đƣờng xuống Kênh chia sẻ đƣờng xuống Kênh điều khiển vật lý dành riêng Dedicated Physical Channel Kênh vật lý dành riêng Dedicated Physical Channel Digital Subcriber Line E-UTRAN NodeB Extended Service Set viii Data Kênh liệu vật lý dành riêng Đƣờng dây thuê bao số NodeB E-UTRAN Mơ hình mạng mở rộng 34 35 EPC 36 37 F 38 39 EDGE FDD FDM FDMA 40 FFT 41 42 G 43 44 GGSN GPRS GSM 45 46 47 H HARQ 48 49 HSPA 50 51 I 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 Evolved Packet Core Lõi gói cải tiến Enhanced Data Rates for Tốc độ liệu cải tiến để GSM Evolution phát triển Song công phân chia theo tần số Frequency Division Ghép kênh phân chia theo Multiplexing tần số Frequency Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo Access tần số Fast Fourier Transform Biến đổi fourier nhanh Frequency Division Duplex Gateway GPRS Support Nút hỗ trợ cổng GPRS Node General Packet Radio Dịch vụ vô tuyến gói tổng Services hợp Global Sytem For Mobile Hệ thống truyền thơng di Communications động tồn cầu Hybrid ARQ High Speed Downlink Packet Access High Speed Packet Access High Speed Uplink Packet Access ARQ hỗn hợp Truy nhập gói đƣờng xuống tốc độ cao Truy nhập gói tốc độ cao Truy nhập gói đƣờng lên tốc độ cao Institute Of Electrical And Electronics Engineers Independent Basic Service sets Inserve Fast Fourier Transformation International Mobile Telecommunications 2000 International Telecommunications Union Viện kỹ sƣ điện điện tử Long Term Evolution Sự phát triển dài hạn Broadcast đa truyền thông/dịch vụ multicast Dịch vụ multicast broadcast MCH Multimedia Broadcast/Multicast Service Multicast And Broadcast Service Multiple Input Multiple Ouput Multicast Channel MAC Medium Access Control HSDPA HSUPA IEEE IBSS IFFT IMT-2000 ITU L LTE M MBMS MBS MIMO ix Mơ hình mạng độc lập Biến đổi Fourier Nhanh đảo ngƣợc Viễn thông di động quốc tế 2000 Hiệp hội viễn thông quốc tế Nhiều đầu vào nhiều đầu Kênh multicast Điều khiển truy cập môi trƣờng 3.2.2.1 Giao thức hội tụ số liệu gói PDCP Giao thức hội tụ số liệu gói PDCP : thực việc nén tiêu đề IP để làm giảm số lƣợng bit cần thiết cho việc truyền dẫn thông qua giao diện vô tuyến PDCP đảm nhiệm việc mã hóa bảo vệ tính tồn vẹn liệu đƣợc truyền Tại phía thu, giao thức PDCP thực công việc giải nén giải mã thơng tin Chỉ có phần tử PDCP tải tin vô tuyến đƣợc cấu hình cho thiết bị đầu cuối di động 3.3.2.2 Điều khiển liên kết vô tuyến RLC Điều khiển liên kết vô tuyến RLC: đảm nhiệm việc phân đoạn/ghép nối, điều khiển việc truyền lại phân phát lên lớp cao theo thứ tự RLC cung cấp dịch vụ cho PDCP dƣới dạng tải tin vô tuyến Chỉ có phần tử RLC tải tin vơ tuyến đƣợc cấu hình cho thiết bị đầu cuối di động Tƣơng tự nhƣ WCDMA/HSPA, RLC LTE thực nhiệm vụ phân đoạn gói IP, đƣợc xem nhƣ RLC SDU: phần tử liệu đến từ lớp giao thức cao đƣợc xem nhƣ đơn vị liệu dịch vụ SDU) từ PDCP thành đơn vị nhỏ hơn, RLC PDU: phần tử tƣơng ứng đến từ lớp giao thức thấp đƣợc biểu thị nhƣ đơn vị liệu giao thức PDU) điều khiển việc truyền lại PDU bị nhận nhầm, nhƣ xóa bỏ PDU bị nhân đơi ghép nối PDU nhận đƣợc Cuối cùng, RLC đảm bảo việc phân phát theo trình tự RLC SDU lên lớp bên Cơ chế truyền lại RLC có trách nhiệm: cung cấp liệu phân phát không bị lỗi cho lớp cao Để làm đƣợc điều này, có giao thức truyền lại hoạt động phần tử RLC phía đầu thu đầu phát Bằng việc giám sát số thứ tự đến, RLC thu phát PDU bị thiếu Các báo cáo trạng thái đƣợc phản hồi trở RLC phát, yêu cầu truyền lại PDU bị thiếu Khi phản hồi trạng thái báo cáo đƣợc cấu hình, báo cáo đặc trƣng chứa thơng tin PDU đƣợc truyền Dựa báo cáo trạng thái thu đƣợc, phần tử RLC đầu phát đƣa hành động thích hợp truyền lại PDU bị thiếu đƣợc yêu cầu Khi RLC đƣợc cấu hình để yêu cầu truyền lại PDU bị thiếu, đƣợc gọi hoạt động chế độ báo nhận AM Thông thƣờng AM đƣợc sử dụng cho 63 dịch vụ dựa TCP (giao thức điều khiển truyền vận, TCP hoạt động tầng thứ 4-tầng giao vận lớp OSI, TCP đảm bảo chuyển giao liệu tới nơi nhận cách đáng tin cậy thứ tự, nhờ vào chế quản lý luồng lƣu thông mạng chế tránh tắt nghẽn mạng) nhƣ truyền tập tin mà yếu tố phân phát liệu không bị lỗi đƣợc đặt lên hàng đầu Tƣơng tự nhƣ WCDMA/HSPA, RLC đƣợc cấu hình theo chế độ khơng báo nhận UM chế độ suốt TM Trong chế độ UM, cung cấp việc phân phát thứ tự lên lớp cao hơn, nhƣng không truyền lại PDU bị thiếu Thông thƣờng UM đƣợc sử dụng cho dịch vụ nhƣ VoIP mà việc phân phát không lỗi không quan trọng thời gian phân phát ngắn TM, đƣợc hỗ trợ, nhƣng đƣợc sử dụng cho mục đích riêng biệt nhƣ truy cập ngẫu nhiên [10] Mặc dù RLC có khả kiểm soát lỗi truyền dẫn nhiễu, biến đổi kênh truyền khơng thể dự đốn, v.v…, nhƣng hầu hết trƣờng hợp lỗi đƣợc kiểm soát giao thức hybrid-ARQ dựa MAC Việc sử dụng chế truyền lại RLC mà trở nên khơng cần thiết Ngồi việc điều khiển việc truyền lại phân phát theo trình tự, RLC chịu trách nhiệm việc phân đoạn ghép nối theo nhƣ minh họa hình 3.6 Hình 3.6 Phân đoạn hợp đoạn RLC Dựa định scheduler, lƣợng liệu đƣợc lựa chọn để truyền từ đệm RLC SDU SDU đƣợc phân đoạn/ghép nối để tạo thành RLC PDU Do đó, LTE kích thƣớc RLC PDU thay đổi cách động Khi mà tốc độ liệu cao kích thƣớc PDU lớn, cịn mà tốc độ liệu thấp, địi hỏi kích thƣớc PDU phải nhỏ khơng tải trọng trở nên lớn Vì vậy, tốc độ liệu nằm khoảng từ vài kbit/s tới trăm Mbit/s, kích thƣớc PDU động đƣợc điều chỉnh Từ RLC, lịch trình chế thích ứng tốc độ đƣợc định vị trạm sở eNodeB 64 3.2.2.3 Điều khiển truy nhập môi trƣờng MAC Điều khiển truy cập môi trƣờng: Điều khiển việc truyền lại hybrid-ARQ hoạch định đƣờng lên, đƣờng xuống Phần giao thức hybrid ARQ có mặt đầu cuối phát thu giao thức MAC a Ghép kênh - Kênh logic: MAC cung cấp dịch vụ cho RLC dƣới dạng kênh logic Một kênh logic đƣợc định nghĩa dạng thơng tin mà mang theo thƣờng đƣợc phân loại thành kênh điều khiển, đƣợc dùng cho việc truyền dẫn thông tin cấu hình điều khiển cần thiết cho hoạt động hệ thống LTE, kênh lƣu lƣợng, đƣợc sử dụng cho liệu ngƣời dùng Tập hợp loại kênh logic đƣợc định cho LTE bao gồm: - Kênh điều khiển quảng bá BCCH: đƣợc sử dụng cho việc truyền dẫn thông tin điều khiển hệ thống từ mạng tới tất thiết bị đầu cuối di động tế bào Trƣớc truy nhập vào hệ thống, thiết bị đầu cuối di động cần phải đọc thông tin đƣợc truyền kênh BCCH để tìm cách thức hệ thống đƣợc cấu hình, ví dụ nhƣ băng thơng hệ thống - Kênh điều khiển tìm gọi PCCH: đƣợc sử dụng cho việc tìm gọi thiết bị đầu cuối di động mà mạng khơng biết đƣợc vị trí mức tế bào tin nhắn tìm gọi cần đƣợc truyền nhiều tế bào - Kênh điều khiển dành riêng DCCH: đƣợc dùng cho việc truyền dẫn thông tin điều khiển tới từ thiết bị đầu cuối di động Kênh đƣợc sử dụng cho việc cấu hình riêng lẻ thiết bị đầu cuối di động - Kênh điều khiển multicast MCCH: đƣợc dùng cho việc truyền dẫn thông tin điều khiển đƣợc yêu cầu cho việc tiếp nhận MTCH, xem phần dƣới - Kênh lƣu lƣợng dành riêng DTCH : đƣợc dùng cho việc truyền liệu ngƣời dùng đến từ thiết bị đầu cuối di động - Kênh lƣu lƣợng multicast MTCH : đƣợc dùng cho truyền dẫn đƣờng xuống dịch vụ MBMS - Kênh truyền tải: Từ lớp vật lý, lớp MAC sử dụng dịch vụ dƣới dạng kênh truyền tải Một kênh truyền tải đƣợc định nghĩa đặc tính mà thông tin đƣợc truyền qua giao diện vô tuyến Theo ghi từ HSPA, 65 phần đƣợc kế thừa cho LTE, liệu kênh truyền tải đƣợc tổ chức thành khối truyền tải Trong khoảng thời gian truyền tải TTI, khối truyền tải với kích thƣớc đƣợc truyền qua giao diện vô tuyến Liên kết với khối truyền tải định dạng truyền tải TF, xác định cách thức mà khối truyền tải đƣợc truyền thông qua giao diện vô tuyến Định dạng truyền tải bao gồm thơng tin kích thƣớc khối truyền tải, sơ đồ điều chế, ánh xạ ăng-ten Cùng với việc phân bố tài nguyên, lƣu lƣợng mã cuối nhận đƣợc từ định dạng truyền tải Bằng việc thay đổi định dạng truyền tải, lớp MAC mà nhận đƣợc tốc độ liệu khác Tập hợp loại kênh truyền tải đƣợc định cho LTE bao gồm: - Kênh quảng bá BCH: Có định dạng truyền tải cố định, đƣợc cung cấp đặc tính kỹ thuật Nó đƣợc dùng cho việc truyền dẫn thông tin kênh logic BCCH - Kênh Paging PCH: Đƣợc dùng cho việc paging thông tin kênh logic PCCH Kênh PCH hỗ trợ việc thu nhận không liên tục nhằm cho phép thiết bị đầu cuối di động tiết kiệm lƣợng pin cách ngủ thức nhận PCH thời điểm xác định trƣớc - Kênh chia sẻ đƣờng xuống DL-SCH: kênh truyền tải đƣợc dùng cho truyền dẫn liệu đƣờng xuống LTE Nó hỗ trợ đặc tính LTE nhƣ chế thích ứng tốc độ động hoạch định phụ thuộc kênh truyền miền thời gian tần số, hybrid ARQ, ghép kênh không gian - Kênh chia sẻ đƣờng lên UL-SCH: Tƣơng tự với đƣờng xuống DL-SCH Một chức MAC việc ghép kênh logic khác ánh xạ kênh logic với kênh truyền tải tƣơng ứng Không giống với MAC HSDPA, MAC LTE hỗ trợ ghép kênh RLC PDU từ nhiều truyền tải vô tuyến khác vào khối truyền tải Vì có vài mối quan hệ loại thông tin cách thức mà đƣợc truyền tồn giới hạn việc ánh xạ kênh logic với kênh truyền tải Một ví dụ ánh xạ kênh logic với kênh truyền tải đƣợc đƣa hình 3.7 66 Hình 3.7 Sự ánh xạ kênh logic với kênh truyền dẫn b Hybrid ARQ Hybird ARQ LTE đáp ứng mục đích tƣơng tự với chế hybird ARQ HSPA – cung cấp sức chịu đựng để chống lại lỗi truyền dẫn Nó công cụ để nâng cao suất Khi mà chế truyền lại hybird-ARQ nhanh, nhiều dịch vụ cho phép nhiều truyền lại, cách thiết lập chế điều khiển tốc độ ẩn vịng lặp kín Tuy nhiên, hybrid-ARQ khơng đƣợc áp dụng cho tất dạng lƣu lƣợng Ví dụ, truyền dẫn broadcast, mà thông tin giống đƣợc dành cho nhiều ngƣời dùng, thông thƣờng không phụ thuộc vào hybrid ARQ Vì vậy, hybrid ARQ đƣợc hỗ trợ cho DLSCH UL-SCH Giao thức hybrid-ARQ LTE giống với giao thức tƣơng ứng đƣợc sử dụng cho HSPA, việc sử dụng nhiều tiến trình stop-and-wait song song Trong lúc tiếp nhận khối truyền tải, đầu thu tìm cách giải mã khối truyền tải khai báo cho đầu phát kết hoạt động giải mã thông qua bit đơn ACK/NAK để thị việc giải mã có thành cơng hay không truyền lại khối truyền tải đƣợc u cầu Để tối thiểu hóa chi phí, bit đơn ACK/NAK đƣợc sử dụng, đầu thu phải biết bit ACK/NAK thu đƣợc đƣợc liên kết với tiến trình hybrid-ARQ Tƣơng tự với HSPA, giao thức không đồng sở cho hoạt động hybrid-ARQ đƣờng xuống Vì vậy, truyền lại đƣờng xuống xảy thời điểm sau việc truyền dẫn đƣợc khởi tạo số tiến trình hybridARQ tƣờng minh đƣợc sử dụng để thị tiến trình đƣợc định địa Sự truyền lại đƣờng lên, mặt khác, lại dựa giao thức đồng truyền lại xảy thời gian xác định trƣớc sau khởi tạo trình truyền dẫn số 67 tiến trình nhận đƣợc hoàn toàn Hai trƣờng hợp đƣợc minh họa hình 3.9 Trong giao thức hybrid-ARQ khơng đồng bộ, truyền lại lý thuyết đƣợc hoạch định tƣơng tự với việc khởi tạo trình truyền dẫn Mặt khác giao thức đồng bộ, thời điểm truyền lại đƣợc cố định lần khởi đầu trình truyền dẫn đƣợc hoạch định, phải đƣợc tính đến cho hoạt động hoạch định Tuy nhiên, lịch trình phân biệt từ phần tử hybrid-ARQ eNodeB đầu cuối di động thực truyền lại hay khơng Hình vẽ 3.8 sau giao thức hybrid-ARQ đồng khơng đồng Hình 3.8 Giao thức hybrid-ARQ đồng không đồng Cơ chế hybrid-ARQ sửa lỗi truyền dẫn nhiễu biến đổi kênh truyền khơng dự đốn đƣợc Vì RLC có khả yêu cầu truyền lại, mà nghe khơng cần thiết Tuy nhiên, truyền lại RLC cần thiết mà chế hybrid-ARQ dựa MAC có khả sửa hầu hết lỗi truyền dẫn, nhƣng hybrid-ARQ đơi thất bại việc phân phối khối liệu mà không bị lỗi tới RLC, gây khoảng trống thứ tự khối liệu không lỗi đƣợc phân phối tối RLC Điều thƣờng xảy tín hiệu phản hồi bị sai, ví dụ, NAK đƣợc thể sai thành ACK đầu phát, nguyên nhân việc mát liệu Xác suất xảy điều khoảng 1%, xác suất lỗi cao dịch vụ dựa TCP yêu cầu việc phân phối gói TCP gần nhƣ khơng đƣợc lỗi Một cách cụ thể hơn, nghĩa tốc độ liệu đƣợc trì 100 Mbit/s xác suất gói liệu chấp nhận đƣợc phải thấp 10-5 Về bản, TCP xem tất lỗi gói 68 liệu tắt nghẽn Các lỗi gói liệu kích hoạt chế tránh tắc nghẽn, với tăng lên tƣơng ứng tốc độ liệu, trì chất lƣợng tốt tốc độ liệu cao, RLC-AM đáp ứng mục tiêu quan trọng cho việc đảm bảo phân phối liệu không bị lỗi tới TCP Tuy chế hybrid-ARQ thực việc truyền lại nhanh, cần thiết phải gửi bit báo cáo tình trạng ACK/NAK tới đầu phát nhanh tốt – lần cho chu kỳ TTI Mặc dù lý thuyết đạt đƣợc xác suất lỗi thấp theo mong muốn phản hồi ACK/NAK, nhƣng xác suất lỗi thấp lại kèm với chi phí tƣơng đối cao mặt công suất truyền dẫn ACK/NAK Việc giữ chi phí cách hợp lý thơng thƣờng dẫn đến tỷ lệ lỗi phản hồi khoảng 1% nhƣ định đến tỷ lệ lỗi dƣ hybrid-ARQ Tuy báo cáo trạng thái RLC đƣợc phát thƣờng xuyên đáng kể so với ACK/NAK hybridARQ, nhƣng chi phí việc đạt đƣợc độ tin cậy 10-5 thấp nhỏ Vì vậy, việc phối hợp hybrid ARQ với RLC mang lại kết hợp tốt thời gian nhỏ chi phí phản hồi vừa phải mà hai thành phần bổ sung cho Vì RLC hybrid ARQ đƣợc định vị node, khả tƣơng tác chúng trở nên chặt chẽ Ví dụ, chế hybrid-ARQ phát đƣợc lỗi phục hồi, việc truyền báo cáo trạng thái RLC đƣợc kích hoạt thay phải đợi để phát báo cáo trạng thái theo định kỳ Điều khiến cho RLC truyền lại PDUs bị nhanh Cho nên, mức độ đó, việc kết hợp hybrid ARQ RLC xem nhƣ chế truyền lại với hai chế phản hồi trạng thái Trên lý thuyết, có tranh luận đƣợc tạo trƣờng hợp tƣơng ứng HSPA Tuy nhiên, việc RLC hybrid ARQ đƣợc định vị node khác HSPA nhìn chung làm cho tƣơng tác chúng trở nên không chặt chẽ c L p vật lý Lớp vật lý chịu trách nhiệm cho việc mã hóa/ giải mã, điều chế/giải điều chế, xử lý ánh xạ đa ăng-ten chức lớp vật lý tiêu biểu khác Lớp vật lý cung cấp dịch vụ cho lớp MAC dƣới dạng kênh chuyển tải Các khối lớp vật lý đƣợc điều khiển động lớp MAC đƣợc thể màu xám, khối vật lý đƣợc cấu hình bán tĩnh đƣợc thể màu trắng 69 Hình 3.9 Mơ hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH Khi đầu cuối di động đƣợc hoạch định chu kỳ khoảng thời gian TTI kênh DL-SCH, lớp vật lý nhận khối truyền tải mang liệu để truyền Với khối truyền tải, mã CRC đƣợc đính kèm khối truyền tải đƣợc đính kèm CRC nhƣ đƣợc mã hóa riêng biệt với Tốc độ mã hóa kênh hồn tồn đƣợc định kích thƣớc khối truyền tải, sơ đồ điều chế, lƣợng tài nguyên đƣợc cấp phát cho việc truyền dẫn Tất đại lƣợng đƣợc lựa chọn scheduler đƣờng xuống Đầu cuối di động đƣợc hoạch định thu tín hiệu đƣợc phát thực tiến trình lớp vật lý ngƣợc lại Lớp vật lý đầu cuối di động thông báo cho giao thức hybrid-ARQ biết việc truyền dẫn có đƣợc giải mã thành cơng hay khơng Thông tin đƣợc sử dụng phần chức MAC hybrid-ARQ đầu cuối di động để định có u cầu truyền lại hay khơng Việc xử lý lớp vật lý kênh UL-SCH gần giống với việc xử lý DL-SCH Tuy nhiên, scheduler MAC eNodeB chịu trách nhiệm lựa chọn định dạng truyền tải cho đầu cuối di động tài nguyên đƣợc sử dụng cho truyền dẫn đƣờng lên Việc xử lý lớp vật lý UL-SCH đƣợc thể dƣới dạng đơn giản qua hình 3.10 70 Hình 3.10 Mơ hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho UL-SCH Các kênh truyền tải đƣờng xuống lại dựa quy trình xử lý lớp vật lý chung nhƣ DL-SCH, có số giới hạn Đối với việc quảng bá thông tin hệ thống kênh BCH, đầu cuối di động phải có khả thu đƣợc kênh thông tin nhƣ bƣớc trƣớc truy cập vào hệ thống Do đó, định dạng truyền tải phải đƣợc ƣu tiên gửi tới thiết bị đầu cuối, điều khiển động tự động tới tham số truyền dẫn từ lớp MAC trƣờng hợp 3.3 Sự phát triển công nghệ LTE gi i Việt Nam 3.3.1 Thế gi i Sau 3G, giới lại tiếp tục tìm hệ thơng tin di động nhằm thỏa mãn nhu cầu ngày cao tốc độ chất lƣợng dịch vụ ngƣời dùng Trong số cơng nghệ tiêu biểu có khả đáp ứng tiêu chuẩn cho hệ viễn thông tiếp theo, WiMAX LTE hai công nghệ bậc đƣợc ngồi ngành viễn thơng quan tâm đến Theo báo cáo 4G Americas – tổ chức thƣơng mại công nghiệp bao gồm nhà cung cấp dịch vụ viễn thông nhà sản xuất thiết bị hàng đầu cho thấy, giới có 150 nhà khai thác triển khai 71 dịch vụ LTE thƣơng mại 67 quốc gia, 50 mạng số triển khai tháng qua Ông Chris Pearson – Chủ tịch tổ chức 4G Americas cho biết: “Sự gia tăng triển khai băng rộng di động LTE toàn giới chƣa có 4G Americas dự kiến có 100 mạng LTE triển khai năm 2013, chí có điều đáng ngạc nhiên dựa dự báo nhà phân tích số mạng dự kiến triển khai LTE-Avandced năm nhà khai thác đầu tƣ vào phát triển mạng LTE họ”[10] Báo cáo đƣa số số đáng ý sau: - Trên phạm vi toàn cầu: + Hiện có 150 mạng LTE thƣơng mại, vào cuối năm 2013 dự kiến có 256 mạng LTE thƣơng mại đƣợc triển khai + Cho đến có gần 450 nhà mạng cam kết triển khai LTE + 63 triệu thuê bao LTE vào cuối năm 2012, dự kiến năm 2013 có 134 triệu thuê bao LTE + Dự báo đến cuối năm 2017 có gần tỷ thuê bao LTE - Khu vực Bắc Mỹ: + 22 mạng LTE thƣơng mại triển khai Canada Mỹ + 33 triệu thuê bao LTE chiếm 52% thuê bao toàn cầu vào cuối năm 2012 + Dự báo có 58 triệu thuê bao LTE vào cuối năm 2013 - Khu vực Mỹ - Latinh: + 13 mạng LTE thƣơng mại triển khai Antigua & Barbuda, Bolivia, Brazil, Colombia, Cộng hòa Dominican, México, Paraguay, Puerto Rico Uruguay + 93 ngàn thuê bao LTE vào cuối năm 2012 + Dự báo có triệu thuê bao LTE vào cuối năm 2013 Bên cạnh theo số liệu thống kê ABI Research khu vực châu ÁThái Bình Dƣơng đến quý năm 2012 có 34,6 triệu thuê bao LTE dự kiến số tăng nhanh chóng năm 2013 đạt 72,1 triệu thuê bao Trong số đó, nhà khai thác Hàn Quốc tích cực thúc đẩy LTE kể từ triển khai nhƣ SK Telecom, nhà khai thác có số thuê bao lớn dành đƣợc triệu thuê bao vào cuối năm 2012 mục tiêu đạt đƣợc 13 triệu thuê bao vào cuối năm 2013 72 Ơng Chris Pearson giải thích thêm: “Trong LTE đƣợc quan tâm giới HSPA HSPA+ cung cấp đƣờng xƣơng sống cho phát triển băng rộng di động, cung cấp chuyển vùng với băng tần toàn cầu, 500 mạng thƣơng mại tỷ kết nối HSPA HSPA+ tiếp tục cung cấp tảng quan trọng cho kết nối băng rộng di động toàn cầu, dịch vụ liệu nhanh lúc, nơi đƣờng phát triển tƣơng lai” Cũng nhƣ HSPA có cải tiến đáng kể thơng qua bƣớc phát triển nó, LTE tiến triển nhanh chóng lên LTE-Advanced thơng qua chu kỳ nâng cấp nhanh chóng đƣợc hoạch định Trong số đặc điểm công nghệ tƣơng lai LTE, phiên thứ 10 3GPP LTE-Advanced sử dụng phƣơng pháp tổng hợp sóng mang (CA: Carrier Aggregation) Phƣơng pháp tổng hợp sóng mang xem sóng mang đƣợc tổng hợp nhƣ sóng mang thành phần, sóng mang thành phần có băng thơng 1,4; 3; 5; 10; 15 20MHz có tối đa sóng mang thành phần đƣợc tổng hợp băng thơng tổng hợp tối đa lên tới 100MHz Nhƣ phƣơng pháp nhằm mục đích tăng băng thơng tăng đƣợc tốc độ bít Mặc dầu, giới LTE chủ yếu sử dụng phổ tần số băng tần 700MHz, 1800MHz 2,6GHz Một số băng tần khác nhƣ AWS 17002100MHz bắt đầu thu hút ý nhà khai thác đƣợc triển khai rộng rãi khu vực châu Mỹ 3.3.2 Việt Nam Ở Việt Nam, từ đƣợc Bộ Thông tin Truyền thông cấp giấy phép thử nghiệm dịch vụ 4G, doanh nghiệp viễn thông VNPT, Viettel Telecom, VTC, FPT CMC có chiến lƣợc cụ thể để triển khai hệ thống cho riêng tất chọn LTE công nghệ để thử nghiệm Ngày 8/10/2010, Ericsson Việt Nam vừa phối hợp với Cục Tần số VTĐ (Bộ Thông tin Truyền thông) để trình diễn cơng nghệ LTE trƣớc đại diện VTĐ mạng di động Việt Nam với tốc độ khả quan, tuyến xuống đạt 80 Mbps tuyến lên 20 Mbps theo công nghệ FDD-LTE VNPT, nhà điều hành mạng lớn Việt Nam Vinaphone Mobifone, trở thành đơn vị tiên phong việc triển khai thử nghiệm hệ mạng Đúng vào dịp kỷ niệm 1000 năm 73 Thăng long – Hà Nội, ngày 10/10/2010, VNPT lắp đặt thành công trạm BTS cơng nghệ LTE phát sóng thử nghiệm Hà Nội với 15 trạm BTS giai đoạn 1, mở rộng việc thử nghiệm thành phố Hồ Chí Minh giai đoạn [10] VNPT kết hợp với tập đồn viễn thơng Alltech Telecom (Nga) mở liên doanh RusViet Telecom (RVT) để cung cấp dịch vụ công nghệ di động hệ tiền 4G LTE Về phía Viettel, sau đạt đƣợc thành công sau thử nghiệm Hà Nội vào tháng 12/2010 quận Đống Đa Ba Đình, Viettel tiếp tục thử nghiệm LTE quận Tân Bình, thành phố Hồ Chí Minh Theo kế hoạch, q trình thử nghiệm Viettel kết hợp với Huawei bao gồm lắp đạt / tích hợp thiết bị tuần, sau đo kiểm dùng thử tháng để đánh giá tính so sánh kết với 3G WiMAX Mặc dù, không tuyên bố rầm rộ nhƣ VNPT Viettel, nhƣng FPT Telecom, đại gia khác lĩnh vực truyền thông Việt Nam, cho biết họ tiến hành thử nghiệm hệ mạng viễn thông sử dụng công nghệ LTE nhƣng thời gian bắt đầu cung cấp dịch vụ đối tác thử nghiệm chƣa đƣợc FPT Telecom tiết lộ Điều cho thấy nhà cung cấp mạng viễn thông Việt Nam bắt đầu quan tâm nhiều đến hệ thông tin di động thứ tƣ, mà đặc biệt công nghệ LTE Tuy nhiên, nƣớc ta, theo nhiều chuyên gia phân tích nhận định chƣa triển khai đƣợc rộng rãi LTE thị trƣờng nhiều nguyên nhân, có, nhu cầu băng rộng nƣớc ta chƣa cao - mạng 3G đáp ứng nhu cầu ngƣời dùng, việc khai triển mạng 3G tốn không nhƣng chƣa khôi phục lại vốn đầu tƣ nguyên nhân thiết bị hỗ trợ LTE chƣa nhiều Từ đó, đại diện nhà mạng cho rằng, tại, chƣa cần phải thay đổi quy hoạch trƣớc thời điểm triển khai 4G LTE Việt Nam Điều có nghĩa, việc triển khai 4G Việt Nam phải đợi tới sau 2015 tính tốn đƣợc Kết luận chƣơng Chƣơng chúng tơi tìm hiểu đƣợc nội dung sau đây: - Tổng quan mạng 4G, tìm hiểu đởi mạng di động hệ trƣớc để đến mạng 4G từ giúp thấy đƣợc mạng 4G chiếm ƣu 74 lợi ích cho ngƣời sử dụng Để thấy rõ điều mạng di động ln phải đạt đƣợc mục tiêu tốc độ, băng thông, vùng phủ sóng khả di chuyển - Các đặc điểm kỹ thuật công nghệ LTE việc phát triển hệ thống 4G LTE giúp mạng 4G đạt đƣợc tốc độ nhanh nhƣ nhờ kiến trúc vật lý linh hoạt cho đƣờng lên đƣờng xuống So sánh công nghệ LTE với công nghệ khác để thấy rõ ƣu điểm bật lợi ích đem lại cho ngƣời sử dụng Tìm hiểu kiến trúc giao diện vô tuyến LTE để thấy khả đặc biệt liên kết với mạng hệ trƣớc cách dễ dàng - Tìm hiểu phát triển cơng nghệ LTE tồn giới Việt Nam giúp thấy rõ loại cơng nghệ có lợi ích lớn cho ngƣời sử dụng phát triển rộng rãi tƣơng lai 75 KẾT LUẬN Qua việc tìm hiểu, thực nội dung đồ án nhƣ trình bày trên, chúng tơi có số kết luật nhƣ sau: Công nghệ LTE công nghệ mới, đƣợc tiếp tục nghiên cứu triển khai toàn giới, với khả truyền tải tốc độ cao kiến trúc mạng đơn giản, sử dụng băng tần hiệu hồn tồn tƣơng thích với hệ thống trƣớc dựa mạng tồn IP LTE trở thành hệ thống thơng tin di động tồn cầu tƣơng lai Vì việc tìm hiểu cơng nghệ LTE cần thiết có ý nghĩa thực tế Trong đồ án đề cập cách tổng quan công nghệ LTE, trọng tâm gồm phần : Tổng quan mạng viễn thông Hệ thống truy nhập vô tuyến kiến trúc hệ thống LTE Công nghệ LTE cho việc phát triển hệ thống thông tin di động thứ tƣ (4G) LTE công nghệ bật mạng không dây WWAN, công nghệ phát triển sau so với WIMAX, nhƣng với đặc tính tuyệt vời mà đem lại, nên có nhiều nhà mạng lớn giới ủng hộ lựa chọn để triển khai Các nhà chế tạo thiết bị đầu cuối tiến hành tích hợp cơng nghệ LTE vào sản phẩm Tại Việt Nam nhà mạng tiến hành thử ngiệm công nghệ LTE đạt đƣợc kết khả quan Đồ án làm bật ƣu điểm công nghệ LTE, nhƣ kỹ thuật tiên tiến đƣợc sử dụng công nghệ Tuy đƣợc tiếp tục nghiên cứu, thử nghiệm phát triển nhƣng với kết bƣớc đầu khả quan nhƣ lợi kiến trúc mạng đơn giản khả dễ dàng tích hợp với mạng 3G 2G mà khơng cần thay đổi tồn sở hạ tầng mạng có Cơng nghệ LTE chứng tỏ đƣợc tiềm mạnh mẽ so với cơng nghệ đối thủ mà điển hình WiMAX 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Rysavy Research, “EDGE, HSPA and LTE broadband innovation”, 3G Americas, 2008 [2] “The mobile broadband evolution: 3GPP Release and beyond HSPA+, SAE/LTE and LTE-advanced”, 3G Americas, 2009 [3] H Ekström, A Furuskär, J Karlsson, M Meyer, S Parkvall, J Torsner and M Wahlqvist, “Technical Solutions for the 3G Long-term Evolution”, IEEE Communications Magazine, March 2006 [4] Tạp chí PCWorld Việt Nam, số 6, năm 2008 [5] www.tapchibcvt.gov.vn, truy cập lần cuối ngày 9/1/2014 [6] www.thongtincongnghe.com Truy cập lần cuối ngày 9/1/2014 [7] www.3gpp.org Truy cập lần cuối ngày 9/1/2014 [8] www.cdg.org site Truy cập lần cuối ngày 9/1/2014 [9] www.vienthongkysu.com Truy cập lần cuối ngày 9/1/2014 [10] www.vntelecom.org Truy cập lần cuối ngày 9/1/2014 77 ... cho mạng di động từ so sánh cơng nghệ với để thấy ƣu điểm bật công nghệ đặc biệt mạng WWAN bật công nghệ LTE cho mạng thông tin di động 4G 14 CHƢƠNG HỆ THỐNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN VÀ KIẾN TRÚC HỆ... mạng vô tuyến di? ??n rộng WWAN cơng nghệ LTE cơng nghệ có tiềm để trở thành chuẩn 4G, cung cấp tốc độ truyền liệu lớn công nghệ 1.3 Sự đời công nghệ LTE Công nghệ tiến hóa dài hạn (LTE) đời đánh... là: - Hiểu đƣợc loại công nghệ cho mạng băng rộng có số cơng nghệ nhƣ, WCDMA, WIFI, WIMAX đặc biệt cơng nghệ LTE - Tìm hiểu đƣợc phƣơng thức truy nhập giúp cho công nghệ LTE để đạt đƣợc tốc độ