Nghiên cứu về truy nhập vô tuyến và chuyển giao trong mạng thông tin di động lte

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: NGHIÊN CỨU VỀ TRUY NHẬP VÔ TUYẾN VÀ CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE SVTH: TRẦN VIỆT ANH LỚP: 49K ĐTVT GVHD: TS NGUYỄN THỊ QUỲNH HOA MSSV: 0851085165 NGHỆ AN, 12/2012 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT ĐỒ ÁN DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 10 CHƢƠNG I CƠ SỞ VÀ GIỚI THIỆU LTE 15 1.1 Lịch sử phát triển Long Term Evolution (LTE) 15 1.1.1 Khái quát tiến trình phát triển LTE 15 1.1.2 LTE bối cảnh vô tuyến di động .15 1.1.3 Q trình tiêu chuẩn hóa 3GPP 18 1.2 Các đặc điểm công nghệ LTE 19 1.2.1 Các đặc điểm bật 19 1.2.2 Các công nghệ LTE 21 1.3 Mục tiêu thiết kế LTE 24 CHƢƠNG II TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE 28 2.1 Các chế độ truy nhập vô tuyến 28 2.2 Băng tần truyền dẫn 28 2.3 Các băng tần hỗ trợ 29 2.4 Công nghệ OFDMA đa truy nhập cho đƣờng xuống 30 2.4.1 OFDM .30 2.4.2 Các tham số OFDM 32 2.4.3 Truyền dẫn liệu hƣớng xuống 35 2.5 Công nghệ SC-FDMA đa truy nhập cho đƣờng lên 37 2.5.1 SC-FDMA 38 2.5.2 Các tham số SC-FDMA 39 2.5.3 Truyền dẫn liệu hƣớng lên 40 2.5.4 So sánh OFDMA SC-FDMA .42 2.6 Lập biểu phụ thuộc kênh thích ứng tốc độ 44 2.6.1 Lập biểu đƣờng xuống .45 2.6.2 Lập biểu đƣờng lên 45 2.6.3 HAQR với kết hợp mềm 46 2.7 Kỹ thuật đa anten MIMO 46 2.7.1 SISO (1 đầu vào đầu ra) 47 2.7.2 SIMO (1 đầu vào nhiều đầu ra) 47 2.7.3 MISO (nhiều đầu vào đầu ra) 48 2.7.4 MIMO (nhiều đầu vào nhiều đầu ra) 48 CHƢƠNG III CHUYỂN GIAO TRONG LTE 51 3.1 Mục đích chuyển giao 51 3.2 Trình tự chuyển giao 51 3.3 Các thủ tục truy nhập LTE .54 3.3.1 Tìm cell 54 3.3.2 Truy nhập ngẫu nhiên 56 3.3.3 Tìm gọi 57 3.4 Các loại chuyển giao 58 3.5 Chuyển giao LTE 60 3.5.1 Thủ tục chuyển giao 62 3.5.2 Báo hiệu .64 3.5.3 Phép đo chuyển giao 67 3.5.4 Quan hệ láng giềng tự động 67 3.5.5 Chuyển giao liên hệ thống 69 3.6 Đo đạc chuyển giao lọc 70 3.6.1 Đo đạc chuyển giao lấy trung bình miền tần số miền thời gian 71 3.6.2 Quyết định báo cáo chuyển giao 74 3.6.3 Chuyển giao mạng hỗn hợp .74 KẾT LUẬN .81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 LỜI NĨI ĐẦU Cụm từ LTE khơng cịn xa lạ ngày hôm Một chuẩn công nghệ vô tuyến di động đƣợc mắt cách không lâu đƣợc triển khai rộng rãi số nƣớc giới Việt Nam tiến hành áp dụng thử nghiệm dịch vụ chuẩn LTE hai thành phố lớn TP Hồ Chí Minh Hà Nội LTE đƣợc biết đến chuẩn công nghệ phát triển sau công nghệ 3G LTE cung cấp cho ngƣời dùng nhiều loại hình dịch vụ dạng gói All-in-One tốc độ cao đặc trƣng phổ biến video streaming, live tv, hd video call, video conference, vod-tvod Với nhiều đặc điểm trội, tính tƣơng thích cao LTE tƣơng lai mạng di động cốt lõi công nghiệp viễn thơng tồn giới Là kỹ sƣ Điện tử viễn thông, xuất phát từ vấn đề em định lựa chọn đề tài “Nghiên cứu truy nhập vô tuyến chuyển giao mạng thông tin di động LTE” để nắm bắt hiểu rõ tính ƣu việt LTE Đây công nghệ quan trọng, bật đƣợc ứng dụng LTE nhằm đem đến hiệu cao tối ƣu cho ngƣời dùng Đồ án sâu tìm hiểu cách thức truy nhập vô tuyến LTE chuyển giao thiết bị di động Nội dung đồ án bao gồm chƣơng  Chƣơng trình bày sở giới thiệu LTE Trong chƣơng này, LTE đƣợc giới thiệu cách khái quát lịch sử phát triển, đặc điểm bật công nghệ đƣợc sử dụng  Chƣơng giới thiệu truy nhập vô tuyến LTE Ở đây, chế độ truy nhập đƣờng lên đƣờng xuống đƣợc đề cập đến nghiên cứu cách kỹ lƣỡng  Chƣơng nghiên cứu chuyển giao LTE Chƣơng tập trung vào vấn đề khác chuyển giao nhƣ loại thủ tục chuyển giao, chuyển giao nội mạng LTE liên mạng hệ thống vô tuyến di động Do tầm hiểu biết hạn chế thời gian nghiên cứu không nhiều đề đề tài không tránh khỏi đƣợc thiếu sót Em mong nhận đƣợc góp ý từ phía q thầy bạn bè nội dung đề tài Em xin chân thành cảm ơn cô giáo TS Nguyễn Thị Quỳnh Hoa ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn tận tình, giúp em thực hồn thành đồ án cách sn sẻ nhất! Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Điện tử - Viễn thông trƣờng Đại Học Vinh giảng dạy em suốt năm học qua, cung cấp cho em lƣợng kiến thức tảng khơng nhỏ để em hồn thành đƣợc đồ án này! Vinh, ngày 25 tháng 12 năm 2012 Người thực Trần Việt Anh TĨM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án trình bày công nghệ LTE Đây công nghệ với nhiều ƣu điểm vƣợt trội tiên tiến Đặc biệt đồ án sâu nghiên cứu kỹ thuật truy nhập vô tuyến kỹ thuật chuyển giao LTE Trong kỹ thuật truy nhập vơ tuyến cơng nghệ OFDMA đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao cho đƣờng xuống công nghệ SC-FDMA đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang cho đƣờng lên đƣợc ý đến Nắm bắt đƣợc lý lựa chọn công nghệ khác cho đƣờng lên đƣờng xuống Bên cạnh vấn đề chuyển giao LTE bao gồm chuyển giao nội mạng LTE chuyển giao liên hệ thống đƣợc trình bày cụ thể Những thuật toán chuyển giao dựa đo đạc RSS lọc tuyến tính cho ta kết chuyển giao tốt điều kiện khách quan nhƣ chủ quan ngƣời sử dụng ABSTRACT This thesis provides information about the LTE technology This is a technology with many outstanding features and advanced Especially going research projects on radio access technology and technology handover in LTE In digital radio access technology OFDMA multiple access orthogonal frequency division downlink and SC-FDMA technology frequency division multiple access uplink single-carrier for attention Understanding the reasons for choosing different technologies for the uplink and downlink Besides the problem of handover in LTE, LTE network include transfer and transfer system are presented in detail The handover algorithm based on RSS measurements and linear filters have delivered better results in the objective and subjective conditions of use DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các đặc điểm LTE 20 Bảng 2.1 Các băng tần vận hành E-UTRAN (TS 36.101) .29 Bảng 2.2 Số lƣợng khối tài nguyên cho băng thông LTE khác .34 Bảng 2.3 Tham số cấu trúc khung đƣờng xuống (FDD TDD) 35 Bảng 2.4 Các tham số cấu trúc khung đƣờng lên (FDD TDD) 40 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 3GPP tổ chức sáu vùng SDO 18 Hình 1.2 Cấu trúc nhóm làm việc 3GPP 19 Hình 1.3 Miền tần số cơng nghệ đa truy nhập LTE 22 Hình 2.1 Biểu diễn tần số - thời gian tín hiệu OFDM 31 Hình 2.2 Sự tạo ký hiệu OFDM có ích sử dụng IFFT 32 Hình 2.3 Sự tạo chuỗi tín hiệu OFDM 32 Hình 2.4 Cấu trúc khung loại .33 Hình 2.5 Cấu trúc khung loại 33 Hình 2.6 Cấu trúc lƣới tài nguyên đƣờng xuống cho FDD TDD 34 Hình 2.7 Ghép kênh thời gian-tần số OFDMA .36 Hình 2.8 Phát thu OFDMA 36 Hình 2.9 Sơ đồ khối DFT-S-OFMA 38 Hình 2.10 Lƣới tài nguyên đƣờng lên .39 Hình 2.11 Phát thu hƣớng lên 41 Hình 2.12 Quá trình chuỗi ký hiệu QPSK OFDM SC-FDMA 43 Hình 2.13 Lập biểu phụ thuộc kênh đƣờng xuống miền thời gian miền tần số 44 Hình 2.14 Các chế độ truy nhập kênh vơ tuyến .47 Hình 2.15 MIMO 2x2 khơng có tiền mã hóa 49 Hình 3.1 Nguyên tắc chung thuật toán chuyển giao 53 Hình 3.2 Tín hiệu động thứ thứ hai 54 Hình 3.3 Thủ tục truy nhập ngẫu nhiên 56 Hình 3.4 Sự tiếp nhận khơng liên tục cho tìm gọi (DRX) .57 Hình 3.5 Chuyển giao mềm 58 Hình 3.6 Chuyển giao mềm – mềm 59 Hình 3.7 Chuyển giao cứng .59 Hình 3.8 Các loại chuyển giao LTE .60 Hình 3.9 Thủ tục chuyển giao tần số 62 Hình 3.10 Chuyển đổi mặt phẳng sử dụng chuyển giao 63 Hình 3.11 Chuẩn bị chuyển giao 64 Hình 3.12 Thực chuyển giao 66 Hình 3.13 Hồn thành chuyển giao 66 Hình 3.14 Nhận dạng cell láng giềng tự động tần số .68 Hình 3.15 Chuyển giao inter-RAT từ E-UTRAN tới UTRAN/GERAN 69 Hình 3.16 Các giai đoạn trình chuyển giao cứng 71 Hình 3.17 Cấu trúc tín hiệu tham chiếu đƣờng xuống cho LTE PRB .72 Hình 3.18 Khởi tạo chuyển giao gồm đo đạc chuyển giao, lọc báo cáo UE 73 Hình 3.19 Chu kỳ đo đạc chuyển giao Tm chu kỳ cập nhật định Tu 74 Hình 3.20 Chuyển giao ngang chuyển giao dọc 76 Hình 3.21 Phân loại đề xuất định chuyển giao dọc 78 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT T vi t tắt 4G 3GPP 3GPP2 ADSL N ti n An N ti n Vi t Hệ thống thông tin di động hệ Fourth Generation 3rd Generation Partnership Project 3rd Generation Partnership Project Asymmetric Digital Subscriber Line Chƣơng trình đối tác hệ thứ ba Chƣơng trình đối tác hệ thứ ba-2 Đƣờng dây thuê bao số bất đối xứng AGW Access Gateway Cổng truy nhập ACK Acknowledgement Sự báo nhận ARQ Automatic Repeat- reQuest Phát lại tự động CAC Call Admission Control Điều khiển đăng nhập gọi CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CP Cyclic Prefix Tiền tố vịng CQI Channel Quality Indiction Thơng tin chất lƣợng kênh truyền DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng DFT DFTSOFDM Discrete Fourier Transform DFT-Spread OFDM, See Also SC-FDMA Biến đổi fourier rời rạc OFDM trải phổ DFT, đƣợc xem nhƣ SC-FDMA DCI Down Control Information Thông tin điều khiển đƣờng xuống DL-SCH Downlink Shared Channe Kênh chia sẻ đƣờng xuống DTX Discontinuous Transmission Truyền phát không liên tục DRX Discontinuous Reception Chu kỳ nhận gián đoạn DwPTS Downlink Pilot Time Slot Khe thời gian dẫn hƣớng đƣờng xuống EDGE Enhanced Data Rate for GSM Tốc độ liệu tăng cƣờng cho GSM phát triển eNodeB Enhanced NodeB Các trạm sở LTE 10 hệ láng giềng tự động đƣợc miêu tả hình 3.14 UE chuyển động đến cell nhận dạng PCI (Physical Cell Identity) dựa tín hiệu đồng UE gửi báo cáo phép đo đạc tới eNodeB mà báo cáo mức ngƣỡng chuyển giao đƣợc thực Tuy nhiên eNodeB kết nối X2 tới cell ID cell vật lý không đủ để nhận dạng cell số lƣợng lớn ID cell vật lý 504, mạng lớn có hàng chục nghìn cell Do việc phục vụ eNodeB yêu cầu UE phải giải mã ID cell toàn cầu ID cell toàn cầu nhận dạng cell nhất, dựa vào ID cell toàn cầu mà dịch vụ eNodeB tìm thấy địa lớp vận chuyển cell đích sử dụng thơng tin từ MME thiết lập kết nối X2 Dịch vụ eNodeB xử lý với chuyển giao Kết nối X2 cần đƣợc tạo kết nối cũ sử dụng đƣợc loại bỏ cell đƣợc thêm vào hệ thống hay thay đổi hệ thống anten 1: UE báo cáo tín hiệu cell láng giềng bao gồm ID cell vật lý 2: Yêu cầu báo cáo ID cell toàn cầu 3: UE đọc ID cell toàn cầu từ BCH 4: UE báo cáo ID cell tồn cầu Hình 3.14 Nhận dạng cell láng giềng tự động tần số 68 Sự phát sinh tính lân cận tần số đơn giản UE nhận dạng đƣợc tất cell tần số Trong trƣờng hợp cell láng giềng liên tần số eNodeB phải yêu cầu UE thực phép đo liên tần số eNodeB phải lập lịch cho chênh lệch tín hiệu, cho phép UE tiến hành thực phép đo đạc [2] 3.5.5 Chuyển giao liên hệ thống 2G/3G RAN SGSN Cập nhật định tuyến mp sử dụng Tín hiệu chuyển giao MME Quản lý di động liên hệ thống GW LTE RAN Hình 3.15 Chuyển giao inter-RAT từ E-UTRAN tới UTRAN/GERAN Trong hình 3.15 mô tả chuyển giao liên hệ thống từ E-UTRAN tới mạng bên ngồi Chuyển giao cơng nghệ truy nhập vô tuyến (inter-RAT) đƣợc tham chiếu chuyển giao liên hệ thống E-UTRAN GERAN/UTRAN CDMA2000 cho dịch vụ thời gian thực thời gian ảo Chuyển giao inter-RAT đƣợc điều khiển hệ thống truy nhập cuối nguồn để bắt đầu phép đo định thực chuyển giao Chuyển giao inter-RAT chuyển giao ngƣợc, tài nguyên vô tuyến đƣợc dành riêng cho hệ thống đích trƣớc lệnh chuyển giao tới đƣợc UE Hệ thống GERAN không hỗ trợ chuyển giao chuyển mạch gói, tài nguyên không đƣợc dành riêng cho hệ thống trƣớc chuyển giao Tín hiệu đƣợc đƣa đến mạng lõi, khơng có giao diện trực tiếp hệ thống truy nhập 69 vô tuyến khác Chuyển giao inter-RAT tƣơng tự nhƣ chuyển giao bên LTE trƣờng hợp Node mạng lõi bị thay đổi Tất thơng tin hệ thống đích đƣợc chuyển tới UE thông qua hệ thống nguồn Dữ liệu ngƣời sử dụng đƣợc đẩy từ hệ thống nguồn tới hệ thống đích để tránh mát liệu ngƣời dùng Để tăng thủ tục chuyển giao UE khơng cần phải phát tin báo hiệu tới mạng lõi Sự bảo mật QoS đƣợc chuyển từ hệ thống nguồn tới hệ thống đích Thời gian chuyển giao liên hệ thống xảy ngắn Thời gian gián đoạn UE xét đƣợc xác định thời gian TTI cuối chứa khối vận chuyển phía E-UTRAN thời gian UE bắt đầu truyền dẫn kênh DPCCH phía UTRAN Khi mà UE vào UTRAN, nhiên đƣợc kết nối với cell liên kết chuyển giao mềm đƣợc bổ sung riêng UE khơng thể trực tiếp vào chuyển giao mềm UTRAN UE không yêu cầu đọc số khung hệ thống SFN (System Frame Number) từ UTRAN trƣớc chuyển giao liên hệ thống E-UTRAN hỗ trợ chuyển giao tới hệ thống 3GPP nhƣ CDMA2000 [2] 3.6 Đo đạc c uyển i o lọc Một mục tiêu LTE cung cấp truy nhập không đứt quãng đến dịch vụ đa thoại đa phƣơng tiện, đạt đƣợc hỗ trợ chuyển giao từ cell (cell phục vụ) đến cell khác (cell mục tiêu) Do đó, chuyển giao chức quan trọng việc cung cấp QoS đặc biệt với dịch vụ nhạy cảm với trễ Các kiến trúc hệ thống phân cấp LTE tạo điều kiện cho việc sử dụng chuyển giao cứng Chuyển giao cứng đƣợc chuẩn hóa cho LTE chuyển giao mềm khơng có LTE Chuyển giao LTE đƣợc hỗ trợ ngƣời dùng điều khiển mạng thƣờng dựa đo đạc kênh đƣờng xuống xử lý (lọc) ngƣời dùng Trọng tâm mục vấn đề đo đạc chuyển giao đƣờng xuống lọc chuyển giao nội mạng LTE, tần số Các đo đạc chuyển giao đƣợc thực đƣờng xuống từ tế bào phục vụ tế bào lân cận đƣợc xử lý UE Quá trình xử lý đƣợc thực để lọc ảnh hƣởng fadinh nhanh sai số đo lƣờng/ƣớc lƣợng L1 (Layer 70 Physical) Một chuyển giao dựa đo đạc xử lý đƣợc báo cáo lại cho eNodeB phục vụ cách định kỳ kiện dựa vào trạng thái đƣờng lên cách sử dụng báo hiệu RRC (Radio Resource Control) Do chuyển giao đƣợc khởi tạo dựa báo cáo kiện đƣờng lên tiêu chuẩn định đƣợc đáp ứng Chuyển giao sau đƣợc thực cách chuyển việc điều khiển UE đến tế bào mục tiêu, thực thủ tục mạng với hỗ trợ UE [1] Ô mục tiêu Ô phục vụ 1-Đo đạc chuyển giao 2-Xử lý đo đạc đƣờng xuống 3-Báo cáo đƣờng lên 4-Quyết định thực chuyển giao Hình 3.16 Các giai đoạn trình chuyển giao cứng 3.6.1 Đo đạc chuyển giao lấy trung bình miền tần số miền thời gian LTE sử dụng băng thơng mở rộng lên đến 20MHz (1,4; 3; 5; 10; 15; 20MHz) dựa số lƣợng sóng mang đƣợc sử dụng Fadinh đa đƣờng lựa chọn tần số có tác động vào chuyển giao phụ thuộc vào băng thơng đo lƣờng Đối với tín hiệu băng rộng (ví dụ: 10MHz) fadinh đa đƣờng chọn lọc tần số khơng có tác động đến tổng cơng suất nhận đƣợc tín hiệu tham chiếu tính trung bình miền tần số Tuy nhiên, tín hiệu băng hẹp fadinh đa đƣờng gây cơng suất 71 tín hiệu giảm nhanh chóng dƣới mức suy hao trung bình cục thấp (low local mean path loss) Do đo đạc phải đƣợc cập nhập với tốc độ tƣơng ứng với thay đổi suy hao trung bình cục khơng thiết đáp ứng với thay đổi fadinh đa đƣờng Quyết định chuyển giao thƣờng dựa đo đạc kênh đƣờng xuống bao gồm RSS CIR (Carrier to Interference Ratio) 14 ký hiệu OFDM NBW sóng mang 12 sóng mang 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 11 11 10 11 12 13 Ký hiệu tham khảo thứ Ký hiệu tham khảo thứ hai Ký hiệu liệu Hình 3.17 Cấu trúc tín hiệu tham chiếu đƣờng xuống cho LTE PRB UE đo RSS bao gồm suy hao, tăng ích anten fading nhanh lấy trung bình tất kí tự tham chiếu băng thơng đo (BWm) Trung bình fading nhanh tất kí tự tham chiếu đƣợc thực L1 đƣợc gọi lọc L1 Việc sử dụng băng thơng mở rộng LTE cho phép thực đo lƣờng chuyển giao băng thông khác Do đó, băng thơng đo tham số lọc L1 cần đƣợc tối ƣu hóa cho môi trƣờng khác [1] RSS downlink từ cell thứ k, RSSk: RSSk  P J all reference symbols in BWm Gkj (3.1) Trong đó: P cơng suất phát kí tự tham chiếu, Gkj kênh tăng ích ký tự tham chiếu thứ j từ cell thứ k CIR thu đƣợc đƣờng xuống từ cell thứ k, CIRk: CIRk  RSSk I k  N0 (3.2) Trong I k  i  k RSSi tổng công suất nhiễu nhận đƣợc N0 tạp âm nhiệt Một 72 quan sát chuyển giao đơn đƣợc định nghĩa giá trị kỳ vọng đo đƣợc RSS CIR quan sát ký tự tham chiếu băng thông đo khoảng thời gian truyền dẫn (TTI) 1ms với 14 ký hiệu OFDM [1] Các đo đạc chuyển giao lấy trung bình miền tần số ( Q ) RSS CIR (tỉ lệ sóng mang giao thoa) đƣợc lọc UE lọc IIR (Infinite Impulse Responseđáp ứng xung vô hạn) bậc Hơn nữa, kết đo đạc lọc đƣợc báo cáo đến eNodeB, thực định chuyển giao dựa tiêu chuẩn định Các đo đạc lấy trung bình miền tần số đƣợc báo cáo định kỳ tới eNodeB đƣợc xử lý eNodeB Giá trị đo đạc chuyển giao lọc ( Q ) đƣợc cập nhật chu kỳ đo đạc chuyển giao (Tm) UE nhƣ đầu lọc IIR bậc Sự ảnh hƣởng tƣơng đối đến Q đo đạc gần đo đạc cũ đƣợc điều khiển hệ số β, đƣợc chọn tùy thuộc vào chu kì cập nhật định chuyển giao Tu Tm, β = Tm / Tu, Tu bội số ngun Tm Tu cịn đƣợc gọi chu kì lọc L3 (hoặc cửa sổ trung bình miền thời gian) Q n   Q n  (1   )Q n 1 (3.3) L3 lọc thông số Đƣờng xuống Ký hiệu tham khảo RSS/CIR Đo lƣờng Q Bộ lọc lớp vật lý Q Q Bộ lọc lớp vật lý Tm Kích hoạt tiêu chuẩn kiện Xử lý Tu Lớp vật lý đánh giá kiện Đƣờng lên RRC Báo cáo Báo cáo Hình 3.18 Khởi tạo chuyển giao gồm đo đạc chuyển giao, lọc báo cáo UE Các lọc L1 L3 đƣợc sử dụng để tính trung bình ảnh hƣởng fading đa đƣờng, xác định suy hao trung bình cục bao gồm log-normal shadowing, suy hao phụ thuộc khoảng cách, tăng ích antenna Vì mẫu log-normal shadowing đƣợc tƣơng quan khơng gian chu kì lọc bị ảnh hƣởng mức độ tƣơng quan diện tín hiệu Chu kỳ lọc đƣợc tùy chọn phụ thuộc vào mức độ tƣơng quan diện mẫu log-normal shadowing Ở tốc độ cao mẫu log-normal shadowing thƣờng tƣơng quan, xác 73 có chu kì lọc ngắn cho ngƣời dùng tốc độ chậm để mơ tả xác ảnh hƣởng log-normal shadowing Bộ lọc L3 đƣợc gọi “bộ lọc tuyến tính” Q Q (3.3) có đơn vị tuyến tính, đƣợc gọi “bộ lọc logarit”, có đơn vị logarit (ví dụ: dB) Các lọc L3 tuyến tính logarit đƣợc đánh giá cho Tu khác tốc độ ngƣời dùng [1] 3.6.2 Quyết định báo cáo chuyển giao Các kiện báo cáo chuyển giao dựa đo đạc đƣợc xử lý, Q kiện chuyển giao đƣợc kích hoạt điều kiện (3.4) thỏa mãn, Hm giá trị biên chuyển giao Sự kiện chuyển giao (3.4) đƣợc kiểm tra báo cáo Tu nhƣ hình 3.19 Các tế bào mục tiêu (TC) đƣợc định nghĩa tế bào mà UE đạt đƣợc Q lớn nhất, trừ tế bào phục vụ (SC) Một ngƣời dùng biên tế bào thực chuyển giao đến tế bào mục tiêu trở tế bào phục vụ sau thời gian ngắn đƣợc cho thực chuyển giao ping-pong Chuyển giao ping-pong chuyển giao không cần thiết đƣợc giảm cách sử dụng đếm thời gian gọi đếm tránh chuyển giao (handover avoidance timer) Bộ đếm giới hạn thời gian hai lần chuyển giao liên tiếp ngƣời sử dụng Trong mục này, định chuyển giao đƣợc giả định dựa (3.4) đƣợc thực đếm tránh chuyển giao hết hạn [1] Q (n)TC  Q (n) SC  H m [dB] (3.4) Báo cáo chuyển giao TTI Tm Tm Báo cáo chuyển giao Tm Tu Tu Đo TTI Khơng đo TTI Hình 3.19 Chu kỳ đo đạc chuyển giao Tm chu kỳ cập nhật định Tu 3.6.3 Chuyển giao mạng hỗn hợp Chuyển giao đƣợc hiểu chuyển tiếp truyền tín hiệu tế bào khác Một phƣơng án chuyển giao đƣợc yêu cầu để trì kết nối thiết bị di chuyển, đồng thời giảm can nhiễu đến q trình truyền thơng tin Do 74 đó, chuyển giao phải có độ trễ thấp, trì mát liệu tối thiểu, nhƣ có khả mở rộng tới mạng lớn Phƣơng án chuyển giao đƣợc nghiên cứu kỹ lƣỡng triển khai hệ thống di động, đƣợc gọi mạng không dây phạm vi rộng (WWANs), ngày quan trọng mạng khác, chẳng hạn nhƣ mạng LAN không dây (WLAN), nghiên cứu truyền thông không dây 4G ngày phổ biến Chuyển giao đƣợc phân loại chuyển giao ngang dọc nhƣ hình 3.20  Chuyển giao ngang chuyển đổi truyền dẫn tín hiệu từ trạm gốc đến trạm gốc lân cận địa lý hỗ trợ công nghệ ngƣời dùng chuyển vùng Chuyển giao ngang đƣợc gọi chuyển giao công nghệ Mỗi máy chủ tế bào di động di chuyển từ tế bào đến tế bào lân cận (hỗ trợ công nghệ), mạng trao đổi thƣờng xuyên tự động trao đổi trách nhiệm phủ sóng từ trạm gốc đến trạm gốc khác Mỗi trạm gốc thay đổi, nhƣ thủ tục hay phƣơng thức trao đổi, đƣợc biết đến nhƣ chuyển giao ngang Trong mạng hoạt động phù hợp, chuyển giao diễn sn sẻ hiệu quả, mà khơng có khoảng trống truyền dẫn có đảm bảo trạm gốc xử lý với nút di động Ngƣời dùng di động không tham gia chuyển giao ngang diễn không nhận biết đƣợc trình chuyển giao xác định trạm gốc quản lý tín hiệu thời điểm định  Chuyển giao dọc diễn giao diện mạng khác thƣờng đại diện cho công nghệ khác Kiến trúc chuyển giao dọc phƣơng án chuyển giao đóng vai trị chủ đạo tiêu chuẩn IEEE 802.21 mở đƣờng cho xuất môi trƣờng liên mạng chồng lấn 4G Có hai loại chuyển giao dọc: chuyển giao dọc hƣớng lên chuyển giao dọc hƣớng xuống Chuyển giao dọc hƣớng lên chuyển vùng đến vùng chồng lấn với tế bào kích thƣớc lớn băng thông thấp nhƣ WANs (mạng di động) Chuyển giao dọc hƣớng xuống chuyển vùng đến với vùng chồng lấn với tế bào kích thƣớc nhỏ băng thông lớn Chuyển giao dọc hƣớng xuống khơng quan trọng chuyển giao hƣớng lên, thiết bị di động ln ln trì kết nối với lớp chồng lấn phía khơng hồn tồn chuyển giao Một chuyển giao dọc tự nguyện hay bắt buộc, tuỳ thuộc vào hƣớng chuyển 75 giao Khi chuyển giao từ mạng WLAN đến mạng tế bào, độ trễ vùng truyền tải chuyển giao ngắn, thời điểm chuyển giao ƣu tiên lần cƣờng độ tín hiệu suy giảm Trong trƣờng hợp chuyển giao bắt buộc không kết nối Mặt khác, mạng di động bao phủ khu vực rộng lớn thời gian chuyển giao không quan trọng, thời điểm chuyển giao ƣa thích từ mạng tế bào đến mạng WLAN lần cƣờng độ tín hiệu WLAN đạt đến mức chấp nhận đƣợc Chuyển giao tự nguyện trƣờng hợp này, thời gian chuyển giao không quan trọng D Điểm truy cập/ trạm gốc Chuyển giao ngang Chuyển giao dọc B C B C chồng chéo lên C phủ bên A A Hình 3.20 Chuyển giao ngang chuyển giao dọc Cả hai trình chuyển giao ngang dọc bao gồm ba giai đoạn: định chuyển giao, chuyển đổi kết nối vô tuyến cấp phát kênh Các giai đoạn cụ thể nhƣ sau  Quyết định chuyển giao Quyết định chuyển giao ngang chủ yếu phụ thuộc vào chất lƣợng kênh phản ánh qua cƣờng độ tín hiệu nhận đƣợc tài nguyên trống tế bào mục tiêu Nhiều hệ thống giới hạn nhiễu, có nghĩa cƣờng độ tín hiệu dấu hiệu đầy đủ chất lƣợng kênh Chuyển giao đƣợc thực RSS từ trạm gốc lân cận vƣợt RSS từ trạm gốc giá trị ngƣỡng đƣợc xác định trƣớc 76 Trong chuyển giao dọc, nhiều đặc tính mạng có ảnh hƣởng đến việc chuyển giao có nên diễn hay khơng Hầu hết đặc tính khơng cần thiết chuyển giao ngang Trong thực tế, có cƣờng độ tín hiệu độ khả dụng kênh đƣợc xem xét chuyển giao ngang Các đặc tính chuyển giao đƣợc phân loại việc phân loại tùy thuộc vào mức độ phù hợp ứng dụng chúng [7]  Chuyển đổi kết nối vô tuyến Chuyển đổi kết nối vơ tuyến, phần thứ hai q trình chuyển giao, đề cập đến việc tạo kết nối tới gọi trạm gốc Các liên kết vô tuyến đƣợc chuyển giao từ trạm gốc cũ đến trạm gốc Nếu chuyển đổi kết nối vô tuyến nằm tế bào phục vụ, gọi tắt chuyển giao tế bào, khơng có hoạt động chuyển đổi kết nối đƣợc yêu cầu Tuy nhiên, việc chuyển giao đƣợc thực từ tế bào tới tế bào khác, đƣợc gọi chuyển giao liên tế bào, yêu cầu hoạt động định tuyến lại chuyển giao để kết nối đƣờng truyền dẫn thiết bị di động đến trạm gốc Khi thủ tục chuyển giao bắt đầu, phƣơng án chuyển giao thay đổi cách tiếp cận để chuyển gọi đến liên kết Hai phƣơng pháp tiếp cận chuyển giao thuận nghịch Trong chuyển giao nghịch trạm gốc phục vụ cũ chuẩn bị chuyển giao, khơng có truy cập đến trạm gốc mục tiêu đơn vị điều khiển trạm gốc xác nhận việc phân bổ tài nguyên Trong chuyển giao thuận trình chuyển giao đƣợc khởi tạo phƣơng tiện trạm gốc mục tiêu mà không dựa vào trạm gốc cũ giai đoạn sơ trình chuyển giao Mỗi phƣơng pháp có ƣu khuyết điểm Lợi chuyển giao nghịch thông tin báo hiệu đƣợc truyền thơng qua liên kết vơ tuyến có, vậy, việc thành lập kênh báo hiệu không cần thiết giai đoạn ban đầu trình chuyển giao Tuy nhiên, hạn chế trình chuyển giao khơng thành cơng chất lƣợng kết nối trạm gốc phục vụ nhanh chóng xấu (ví dụ: di chuyển nhanh) Loại chuyển giao đƣợc sử dụng hầu hết mạng di động Chuyển giao thuận, trái lại trình chuyển giao nhanh hơn, nhƣng vấn đề giảm độ tin cậy chuyển giao [7]  Cấp phát kênh 77 Giai đoạn chuyển giao cuối cấp phát kênh bao gồm phân bổ tài nguyên trạm gốc Nếu gọi đƣợc thừa nhận để truy cập vào mạng, thuật toán kiểm soát đăng nhập gọi (Call Admission Control) đƣa định chấp nhận từ chối gọi dựa theo số tài nguyên trống so với yêu cầu QoS, tác động đến QoS kết nối xảy nhƣ kết kết nối [7] Hàm định chuyển giao dọc Sẵn sàng Cƣờng độ tín hiệu Chất lƣợng dịch vụ Điều kiện mạng Năng lƣợng tiêu thụ Chi phí dịch vụ Hiệu hệ thống Điện thoại di động nút điều kiện Thông tin địa lý Bảo mật Chuyển giao chủ động Vận tốc Hình 3.21 Phân loại đề xuất định chuyển giao dọc Hình 3.21 thể mối quan hệ hàm chuyển giao dọc thông số mạng thực trình chuyển giao Quá trình chuyển giao dọc đƣợc định hàm chuyển giao dọc (VHDF) VHDF đƣợc sử dụng để đo đạc việc cải thiện đạt đƣợc cách chuyển giao đến mạng i cụ thể Do tầm quan trọng nó, thơng số mạng sau đƣợc chọn cho VHDF: Chi phí dịch vụ (C): Các chi phí dịch vụ khác đến ngƣời dùng vấn đề lớn, đơi yếu tố định lựa chọn mạng Năng lƣợng tiêu thụ (P): Chuyển giao dọc đến mạng tiêu thụ công suất lớn không thích hợp pin thiết bị đầu cuối di động gần nhƣ cạn kiệt thời gian pin tƣơng đối ngắn Bảo mật (S): Khi thơng tin trao đổi đƣợc giữ bí mật, mạng với mã hóa cao đƣợc ƣa thích Điều kiện mạng (D): Băng thông khả dụng đƣợc sử dụng để điều kiện mạng yếu tố quan trọng, đặc biệt lƣu lƣợng thoại video Hiệu suất mạng (F): Trong số trƣờng hợp nhiễu kết nối mạng khơng ổn 78 định ngăn cản định chuyển giao Để biết thông tin tham số đề cập trên, tham khảo phần trƣớc Khi ngƣời dùng chuyển vùng mạng khác nhau, VHDF đƣợc đánh giá cho tất mạng truy cập Mạng có giá trị tính toán cao cho VHDF hấp dẫn cho ngƣời dùng dựa số tham chiếu cụ thể Chất lƣợng mạng Qi, cung cấp đo đạc tính phù hợp mạng i định, đƣợc đo thông qua hàm: 1  Qi  f  , Si , , Di , Fi  pi  Ci  (3.5) Để phù hợp nhiều hoàn cảnh khác nhau, có cần thiết rõ ràng phải cân nhắc yếu tố liên quan đến mức độ ảnh hƣởng đến định chuyển giao dọc Vì vậy, trọng số hàm khác đƣợc giới thiệu:   1 Qi  f  C , S Si , P , d Di ,  f Fi  pi  Ci  (3.6) Trong ωc, ωs, ωp, ωd, ωf trọng số cho tham số mạng Các giá trị trọng số số thập phân (tức là, nằm khoảng từ đến 1) Hơn nữa, tổng tất trọng số Mỗi trọng số tỉ lệ với ý nghĩa tham số đến định chuyển giao theo chiều dọc Trọng số nhân tố lớn, nhân tố quan trọng ngƣời dùng ngƣợc lại Những trọng số đƣợc lấy từ ngƣời dùng thông qua giao diện ngƣời dùng Mặc dù thêm nhân tố khác VHDF để có đƣợc chất lƣợng mạng Qi, tham số mạng có đơn vị khác nhau, dẫn đến cần thiết việc chuẩn hóa Phƣơng trình chuẩn hóa cuối cho mạng n là: Qi   C (1/ Ci ) max(1/ C1 , ,1/ Cn )  C Si max( S1, , Sn )  f Fi  C 1/ Pi max(1/ P1, , Pn )  d Di max( D1, , Dn )  (3.7) max( F1 , , Fn ) Giả sử thiết bị đầu cuối di động phát mạng Nó tính tốn chất lƣợng mạng Qi cho mạng cho mạng vừa đƣợc phát Các trọng số có giá trị cố định (nhƣng khác nhau) định mức độ ƣu tiên với đặc tính khác VHDF đơn giản tính tốn Qi dựa phƣơng trình (3.7) Các mạng với Qi cao mạng ƣa thích Nếu mạng phát nhận đƣợc Qi cao 79 hơn, chuyển giao dọc diễn ra, không thiết bị trì kết nối với mạng thời [7] 80 KẾT LUẬN Nội dung đồ án gói gọn chƣơng giải đƣợc số vấn đề liên quan đến công nghệ sử dụng LTE nhƣ sau: Lịch sử đời phát triển công nghệ LTE hệ thống vô tuyến di động giới Khái quát số đặc điểm đáng ý, bật đƣợc sử dụng công nghệ LTE Nghiên cứu công nghệ OFDMA sử dụng cho truy nhập đƣờng lên nghiên cứu công nghệ SC-FDMA sử dụng cho truy nhập đƣờng xuống truy nhập vô tuyến Nghiên cứu thủ tục đƣợc thực trình chuyển giao nội mạng LTE, vấn đề đo đạc chuyển giao lọc, qua hiểu rõ nắm bắt đƣợc cốt lõi trình chuyển giao đƣợc thực LTE Với vốn kiến thức có giới hạn với việc cơng nghệ LTE chƣa thực đƣợc đem vào ứng dụng rộng rãi mạng vô tuyến di động nên có số vấn đề chƣa đƣợc nghiên cứu cách kỹ lƣỡng, cịn nhiều thiếu sót Tuy nhiên, đồ án dừng lại việc nghiên cứu nhƣng phần cho thấy đƣợc ƣu điểm mà công nghệ LTE mang lại, tiềm mà LTE mang lại lớn việc áp dụng vào việc triển khai hệ thống toàn cầu nói chung Việt Nam nói riêng Nhƣng kèm với việc triển khai hệ thống LTE việc phát triển thiết bị phần cứng bên phía ngƣời dùng không phần quan trọng Để LTE phát huy đƣợc hết ƣu điểm tính điều phải đƣợc phát triển song song với 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] M Anas, Uplink Radio Resource Management for QoS Provisioning in Long Term Evolution with Emphasis on Admission Control and Handover, Ph.D dissertation, Faculty of Engineering, Science and Medicine of Aalborg University, Aalborg, Denmark, January 2009 [2] H Holma, A Toskala, LTE for UMTS OFDMA and SC-FDMA Based Radio Access, Wiley, 2009 [3] Harri Holma and Antti Toskala both of Nokia, Filand, WCDMA for UMTSHSPA Evolution and LTE, John Wiley & Sons, Ltd 2007 [4] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Giáo trình Lộ trình phát triển thơng tin di động 3G lên 4G, Học Viện Cơng nghệ Bƣu Viễn thông, Nhà xuất Thông tin truyền thông, 2010 [5] Erik Dahlmam, Stefan Parkvall, Johan Skold and Per Beming, 3G Evolution HSPA and LTE for Mobile Broadband, Academic Press, 2007 [6] C.Gessner, “UMTS Long Term Evolution (LTE) Technology Introduction”, Rohde- Schwarz, 2008 [7] A.Hasswa and H Hassanein, Handoffs in Fourth Generation Heterogeneous Networks, IEEE Communications Magazine, 2006 [8] Agilent 3GPP Long Term Evolution, System Overview, Product Development and Test Challenges, Curent to June 2009 3GPP LTE standard 82 ... thiệu truy nhập vô tuyến LTE Ở đây, chế độ truy nhập đƣờng lên đƣờng xuống đƣợc đề cập đến nghiên cứu cách kỹ lƣỡng  Chƣơng nghiên cứu chuyển giao LTE Chƣơng tập trung vào vấn đề khác chuyển giao. .. cao LTE tƣơng lai mạng di động cốt lõi cơng nghiệp viễn thơng tồn giới Là kỹ sƣ Điện tử viễn thông, xuất phát từ vấn đề em định lựa chọn đề tài ? ?Nghiên cứu truy nhập vô tuyến chuyển giao mạng thông. .. bày cơng nghệ LTE Đây công nghệ với nhiều ƣu điểm vƣợt trội tiên tiến Đặc biệt đồ án sâu nghiên cứu kỹ thuật truy nhập vô tuyến kỹ thuật chuyển giao LTE Trong kỹ thuật truy nhập vơ tuyến cơng nghệ