intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

Luận văn: Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng

Chia sẻ: Pham Chi Chi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:124

398
lượt xem
203
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thông tin di động ngày nay đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển rất nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà khai thác. Sự phát triển của thị trường viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu và triển khai các hệ thống thông tin di động mới trong tương lai. Hệ thống di động thế hệ thứ hai, với GSM và CDMA là những ví dụ điển hình đã phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia. Tuy nhiên, thị trường viễn thông càng mở rộng càng thể hiện rõ những hạn chế về...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Luận văn: Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng

  1. Luận văn Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng
  2. Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ......................................................................................................3 DANH MỤC BẢNG BIỂU.................................................................................................6 LỜI MỞ ĐẦU......................................................................................................................7 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ LTE.............9 1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE....................................................................................9 1.2 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax và những triển vọng cho công nghệ LTE................................................................................................................................10 1.2.1 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax...............................................10 1.2.2 Những triển vọng cho công nghệ LTE.............................................................13 1.3 Mục tiêu thiết kế LTE.............................................................................................15 1.3.1 Tiềm năng công nghệ.......................................................................................15 1.3.2Hiệu suất hệ thống.............................................................................................16 1.3.3 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai.........................................................18 1.3.3.1 Độ linh hoạt phổ và việc triển khai............................................................19 1.3.4 Kiến trúc và sự dịch chuyển (migration).........................................................21 1.3.5 Quản lý tài nguyên vô tuyến............................................................................21 1.3.6 Độ phức tạp......................................................................................................22 1.3.7 Những vấn đề chung........................................................................................22 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE....................23 2.1Hệ thống truyền dẫn: đường xuống OFDM và đường lên SC-FDMA.....................23 2.2Hoạch định phụ thuộc kênh truyền và sự thích ứng tốc độ (Channel-dependent scheduling and rate adaptation).....................................................................................25 2.2.1 Hoạch định đường xuống..................................................................................26 2.2.2 Hoạch định đường lên.......................................................................................27 2.2.3 Điều phối nhiễu liên tế bào (Inter-cell interference coordination)...................28 2.3 ARQ hỗn hợp với việc kết hợp mềm (Hybrid ARQ with soft combining)..............29 2.4 Sự hỗ trợ nhiều anten (Multiple antenna support)...................................................29 2.5 Hỗ trợ multicast và broadcast..................................................................................30 2.6 Tính linh hoạt phổ...................................................................................................31 2.6.1 Tính linh hoạt trong sắp xếp song công............................................................32 2.6.2 Tính linh hoạt trong băng tần hoạt động...........................................................32 2.6.3 Tính linh hoạt về băng thông............................................................................33 CHƯƠNG 3 KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN LTE.............................................34 3.1 RLC: radio link control – điều khiển liên kết vô tuyến...........................................37 3.2 MAC: điều khiển truy nhập môi trường (medium access control)..........................38 3.2.2 Hoạch định đường xuống..................................................................................41 3.2.3 Hoạch định đường lên.......................................................................................43 3.2.4 Hybrid ARQ......................................................................................................46 3.3 PHY: physical layer - lớp vật lý...............................................................................50 3.4 Các trạng thái LTE...................................................................................................53 3.5 Luồng dữ liệu...........................................................................................................54 GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm 1
  3. Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng CHƯƠNG 4 LỚP VẬT LÝ LTE......................................................................................56 4.1 Kiến trúc miền thời gian toàn phần (Overall time-domain structure).....................56 4.2 Sơ đồ truyền dẫn đường xuống................................................................................58 4.2.1 Tài nguyên vật lý đường xuống........................................................................58 4.2.2 Các tín hiệu tham khảo đường xuống...............................................................63 4.2.2.1 Các chuỗi tín hiệu tham khảo và việc nhận dạng tế bào lớp vật lý (Reference signals sequences and physical layer cell identity).............................64 4.2.2.2 Nhảy tần tín hiệu tham khảo (Reference signal frequency hopping). .......65 4.2.2.3 Các tín hiệu tham khảo cho truyền dẫn đa anten (Reference signals for multi-antenna transmission)...................................................................................66 4.2.3 Xử lý kênh truyền tải đường xuống..................................................................67 4.2.3.1 Chèn CRC..................................................................................................70 4.2.3.2 Mã hóa kênh...............................................................................................70 4.2.3.3 Chức năng Hybrid-ARQ lớp vật lý...........................................................71 4.2.3.4 Ngẫu nhiên hóa mức độ bit........................................................................71 4.2.3.5 Điều chế dữ liệu........................................................................................73 4.2.3.6 Ánh xạ anten..............................................................................................73 4.2.3.7 Ánh xạ khối tài nguyên..............................................................................73 4.2.4 Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống.....................................................75 4.2.5 Truyền dẫn nhiều anten đường xuống...........................................................77 4.2.5.1 Hai anten mã hóa khối không gian-tần số (SFBC)....................................79 4.2.5.2 Tạo dạng tia (beam-forming).....................................................................79 4.2.5.3 Ghép kênh không gian...............................................................................80 4.2.6 Multicast/broadcast sử dụng MBSFN...............................................................81 4.3 Scheme truyền dẫn đường lên.................................................................................82 4.3.1 Tài nguyên vật lý đường lên.............................................................................82 4.3.2 Tín hiệu tham khảo đường lên..........................................................................86 4.3.2.1 Nhiều tín hiệu tham khảo..........................................................................89 4.3.2.2 Tín hiệu tham khảo cho việc dò kênh........................................................90 4.3.3 Xử lý kênh truyền tải đường lên.......................................................................93 4.3.4 Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường lên..............................................................95 4.3.5 Định thời sớm đường lên (Uplink timing advance)..........................................98 CHƯƠNG 5 CÁC THỦ TỤC TRUY CẬP LTE............................................................101 5.1 Dò tìm tế bào (cell search).....................................................................................101 5.1.1 Thủ tục dò tìm cell (cell search).....................................................................101 5.1.2 Cấu trúc thời gian/tần số của các tín hiệu đồng bộ........................................103 5.1.3 Dò tìm cell ban đầu và kế cận.........................................................................105 5.2 Truy cập ngẫu nhiên...............................................................................................106 5.2.1 Bước 1: Truyền dẫn Preamble truy cập ngẫu nhiên........................................107 5.2.2 Bước 2: Đáp ứng truy cập ngẫu nhiên............................................................111 5.2.3 Bước 3: Nhận dạng đầu cuối...........................................................................112 5.2.4 Bước 4: Giải quyết tranh chấp........................................................................113 5.3 Paging....................................................................................................................114 KẾT LUẬN......................................................................................................................116 CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT.........................................................................117 TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................122 GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm 2
  4. Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng DANH MỤC HÌNH VẼ 1.1 Kiến trúc của mạng LTE 1.2 Lộ trình phát triển của LTE và các công nghệ khác 1.3 Phân bố phổ băng tần lõi tại 2 GHz của nguyên bản IMT-2000 1.4 Một ví dụ về cách thức LTE thâm nhập từng bước vào phân bố phổ của một hệ thống GSM đã được triển khai 2.1 Hoạch định phụ thuộc kênh truyền đường xuống trong miền thời gian và tần số 2.2 Một ví dụ về điều phối nhiễu liên tế bào, nơi mà các phần phổ bị giới hạn bởi công suất truyền dẫn 2.3 FDD vs. TDD 3.1 Kiến trúc giao thức LTE (đường xuống) 3.2 Phân đoạn và hợp đoạn RLC 3.3 Ví dụ về sự ánh xạ các kênh logic lên các kênh truyền dẫn 3.4 Việc lựa chọn định dạng truyền dẫn trong đường xuống (bên trái) và đường lên (bên phải) 3.5 Giao thức hybrid-ARQ đồng bộ và không đồng bộ 3.6 Nhiều tiến trình hybrid-ARQ song song 3.7 Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH 3.8 Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH 3.9 Các trạng thái LTE 3.10 Một ví dụ về luồng dữ liệu LTE 4.1 Cấu trúc miền thời gian LTE GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm 3
  5. Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng 4.2 Các ví dụ về việc chỉ định khung phụ đường lên/đường xuống trong trường hợp TDD và sự so sánh với FDD 4.3 Tài nguyên vật lý đường xuống LTE 4.4 Cấu trúc miền tần số đường xuống LTE 4.5 Cấu trúc khung phụ và khe thời gian đường xuống LTE 4.6 Khối tài nguyên đường xuống dành cho tiền tố chu trình bình thường 4.7 Cấu trúc tín hiệu tham khảo đường xuống LTE dành cho tiền tố chu trình bình thường 4.8 Cấu trúc tín hiệu tham khảo trong trường hợp truyền dẫn nhiều anten đường xuống 4.9 Xử lý kênh truyền tải đường xuống 4.10 Chèn CRC đường xuống 4.11 Khối mã hóa Turbo LTE 4.12 Chức năng Hybrid-ARQ lớp vật lý 4.13 Ngẫu nhiên hóa đường xuống 4.14 Điều chế dữ liệu 4.15 Ánh xạ khối tài nguyên đường xuống 4.16 Chuỗi xử lý cho báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống 4.17 Lưới thời gian/tần số LTE 4.18 Các phần tử kênh điều khiển và các ứng cử kênh điều khiển 4.19 Ánh xạ anten LTE bao gồm việc ánh xạ lớp sau quá trình tiền mã hóa 4.20 Mã hóa hai anten khối không gian-tần số trong kết cấu khung nhiều anten LTE 4.21 Tạo dạng tia (beam-forming) trong kết cấu khung nhiều anten LTE 4.22 Ghép kênh không gian trong kết cấu khung nhiều anten LTE 4.23 Những ký hiệu tham khảo riêng tế bào và chung tế bào trong các khung phụ MBSN 4.24 Kiến trúc cơ bản của truyền dẫn DFTS-OFDM 4.25 Kiến trúc miền tần số đường lên LTE 4.26 Cấu trúc khe thời gian và khung phụ đường lên LTE 4.27 Cấp phát tài nguyên đường lên LTE GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm 4
  6. Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng 4.28 Nhảy tần đường lên 4.29 Tín hiệu tham khảo đường lên được chèn vào trong khối thứ tư của mỗi khe thời gian đường lên 4.30 Sự hình thành tín hiệu tham khảo đường lên miền tần số 4.31 Phương pháp tạo ra tín hiệu tham khảo đường lên từ chuỗi Zadoff-Chu có độ dài tốt nhất 4.32 Truyền dẫn các tín hiệu tham khảo thăm dò kênh đường lên 4.33 Xử lý kênh truyền tải đường lên LTE 4.34 Ghép kênh dữ liệu và báo hiệu điều khiển đường lên L1/L2 trong trường hợp truyền dẫn đồng thời UL-SCH và điều khiển L1/L2 4.35 Kiến trúc tài nguyên được sử dụng cho báo hiệu điều khiển L1/L2 đường lên trong trường hợp không truyền dẫn đồng thời UL- SCH 4.36 Đề xuất định thời đường lên 5.1 Tín hiệu đồng bộ sơ cấp và thứ cấp 5.2 Việc phát tín hiệu đồng bộ trong miền tần số 5.3 Tổng quan của thủ tục truy cập ngẫu nhiên 5.4 Miêu tả nguyên lý của truyền dẫn preamble truy cập ngẫu nhiên 5.5 Định thời Preamble ở eNodeB cho người sử dụng truy cập ngẫu nhiên khác nhau 5.6 Sự hình thành phần mở đầu truy cập ngẫu nhiên 5.7 Việc dò tìm phần mở đầu truy cập ngẫu nhiên trong miền tần số 5.8 Việc thu nhận không liên tục (DRX) cho tìm gọi (paging) GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm 5
  7. Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng DANH MỤC BẢNG BIỂU 1.1 Tiến trình phát triển các chuẩn của 3GPP 1.2 LTE và WiMAX 1.3 Các yêu cầu về hiệu suất phổ và lưu lượng người dùng 1.4 Yêu cầu về thời gian gián đoạn, LTE-GSM và LTE-WCDMA GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm 6
  8. Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng LỜI MỞ ĐẦU Thông tin di động ngày nay đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển rất nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà khai thác. Sự phát triển của thị trường viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu và triển khai các hệ thống thông tin di động mới trong tương lai. Hệ thống di động thế hệ thứ hai, với GSM và CDMA là những ví dụ điển hình đã phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia. Tuy nhiên, thị trường viễn thông càng mở rộng càng thể hiện rõ những hạn chế về dung lượng và băng thông của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai. Sự ra đời của hệ thống di động thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêu biểu như WCDMA hay HSPA là một tất yếu để có thể đáp ứng được nhu cầu truy cập dữ liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng thông rộng của người sử dụng. Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ 2.5G hay 3G vẫn đang phát triển không ngừng nhưng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đã bắt đầu tiến hành triển khai thử nghiệm một chuẩn di động thế hệ mới có rất nhiều tiềm năng và có thể sẽ trở thành chuẩn di động 4G trong tương lai, đó là LTE (Long Term Evolution). Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này đã chứng tỏ năng lực tuyệt vời của công nghệ LTE và khả năng thương mại hóa LTE đã đến rất gần. Trước đây, muốn truy cập dữ liệu, bạn phải cần có 1 đường dây cố định để kết nối. Trong tương lai không xa với LTE, bạn có thể truy cập tất cả các dịch vụ mọi lúc mọi nơi trong khi vẫn di chuyển: xem phim chất lượng cao HDTV, điện thoại thấy hình, chơi game, nghe nhạc trực tuyến, tải cơ sở dữ liệu v.v… với một tốc độ “siêu tốc”. Đó chính là sự khác biệt giữa mạng di động thế hệ thứ 3 (3G) và mạng di GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm 7
  9. Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng động thế hệ thứ tư (4G). Tuy vẫn còn khá mới mẻ nhưng mạng di động băng rộng 4G đang được kỳ vọng sẽ tạo ra nhiều thay đổi khác biệt so với những mạng di động hiện nay. Xuất phát từ những vấn đề trên, em đã lựa chọn đề tài tốt nghiệp của mình là: “Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng”. Đề tài sẽ đi vào tìm hiểu tổng quan về công nghệ LTE cũng như là những kỹ thuật và thành phần được sử dụng trong công nghệ này để có thể hiểu rõ thêm về những tiềm năng hấp dẫn mà công nghệ này sẽ mang lại. Đề tài của em bao gồm 5 chương:  Chương 1 Giới thiệu về công nghệ và mục tiêu thiết kế LTE  Chương 2 Tổng quan về truy cập vô tuyến trong LTE  Chương 3 Kiến trúc giao diện vô tuyến LTE  Chương 4 Lớp vật lý LTE  Chương 5 Các thủ tục truy cập LTE Tuy nhiên do LTE là công nghệ vẫn đang được nghiên cứu, phát triển và hoàn thiện cũng như là do những giới hạn về kiến thức của người trình bày nên đồ án này chưa đề cập được hết các vấn đề của công nghệ LTE và không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn. Sinh viên thực hiện Nguyễn Minh Tâm GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm 8
  10. Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ LTE 1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE LTE là thế hệ thứ tư tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. UMTS thế hệ thứ ba dựa trên WCDMA đã được triển khai trên toàn thế giới. Để đảm bảo tính cạnh tranh cho hệ thống này trong tương lai, tháng 11/2004 3GPP đã bắt đầu dự án nhằm xác định bước phát triển về lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term Evolution (LTE). 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho mỗi bit thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có và băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối. Đặc tả kỹ thuật cho LTE đang được hoàn tất và dự kiến sản phẩm LTE sẽ ra mắt thị trường trong 2 năm tới. Các mục tiêu của công nghệ này là: - Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20 MHz: Tải xuống: 100 Mbps; Tải lên: 50 Mbps o - Dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một người dùng trên 1 MHz so với mạng HSDPA Rel. 6: Tải xuống: gấp 3 đến 4 lần; Tải lên: gấp 2 đến 3 lần. o - Hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển của thuê bao là 0 – 15 km/h. Vẫn hoạt động tốt với tốc độ từ 15 – 120 km/h. Vẫn duy trì được hoạt động khi thuê bao di chuyển với tốc độ từ 120 – 350 km/h (thậm chí 500 km/h tùy băng tần) - Các chỉ tiêu trên phải đảm bảo trong bán kính vùng phủ sóng 5km, giảm chút ít trong phạm vi đến 30km. Từ 30 – 100 km thì không hạn chế. GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm 9
  11. Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng Hình 1.1 - Kiến trúc của mạng LTE - Độ dài băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với các băng 1.25 MHz, 1.6 MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz cả chiều lên và xuống. Hỗ trợ cả 2 trường hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không. Để đạt được mục tiêu này, sẽ có rất nhiều kỹ thuật mới được áp dụng, trong đó nổi bật là kỹ thuật vô tuyến OFDMA (đa truy cập phân chia theo tần số trực giao), kỹ thuật anten MIMO (Multiple Input Multiple Output - đa nhập đa xuất). Ngoài ra hệ thống này sẽ chạy hoàn toàn trên nền IP (all-IP network), và hỗ trợ cả 2 chế độ FDD và TDD. 1.2 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax và những triển vọng cho công nghệ LTE 1.2.1 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax Về công nghệ, LTE và WiMax có một số khác biệt nhưng cũng có nhiều điểm tương đồng. Cả hai công nghệ đều dựa trên nền tảng IP. Cả hai đều dùng kỹ thuật MIMO để cải thiện chất lượng truyền/nhận tín hiệu, đường xuống từ trạm thu phát đến thiết bị đầu cuối đều được tăng tốc bằng kỹ thuật OFDM hỗ trợ truyền tải dữ liệu đa phương tiện và video. Theo lý thuyết, chuẩn WiMax hiện tại (802.16e) cho tốc độ tải xuống tối đa là 70Mbps, còn LTE dự kiến có thể cho tốc độ đến 300Mbps. Tuy nhiên, khi LTE được triển khai ra thị trường có thể WiMax cũng sẽ được nâng cấp lên chuẩn 802.16m (còn được gọi là WiMax 2.0) có tốc độ tương đương hoặc cao hơn. GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm 10
  12. Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng Hình 1.2 Lộ trình phát triển của LTE và các công nghệ khác. Đường lên từ thiết bị đầu cuối đến trạm thu phát có sự khác nhau giữa 2 công nghệ. WiMax dùng OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access – một biến thể của OFDM), còn LTE dùng kỹ thuật SC-FDMA (Single Carrier - Frequency Division Multiple Access). Về lý thuyết, SC-FDMA được thiết kế làm việc hiệu quả hơn và các thiết bị đầu cuối tiêu thụ năng lượng thấp hơn OFDMA. LTE còn có ưu thế hơn WiMax vì được thiết kế tương thích với cả phương thức TDD (Time Division Duplex) và FDD (Frequency Division Duplex). Ngược lại, WiMax hiện chỉ tương thích với TDD (theo một báo cáo được công bố đầu năm nay, WiMax Forum đang làm việc với một phiên bản Mobile WiMax tích hợp FDD). TDD truyền dữ liệu lên và xuống thông qua 1 kênh tần số (dùng phương thức phân chia thời gian), còn FDD cho phép truyền dữ liệu lên và xuống thông qua 2 kênh tần số riêng biệt. Điều này có nghĩa LTE có nhiều phổ tần sử dụng hơn WiMax. Tuy nhiên, sự khác biệt công nghệ không có ý nghĩa quyết định trong cuộc chiến giữa WiMax và TLE. Bảng 1.1: Tiến trình phát triển các chuẩn của 3GPP Phiên Thời điểm hoàn tất Tính năng chính / Thông tin bản Release Giới thiệu UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) và WCDMA Quí 1/2000 99 (Wideband CDMA). Release Bổ sung một số tính năng như mạng lõi dựa trên IP và có những cải tiến cho Quí 2/2001 4 UMTS. GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm 11
  13. Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng Release Giới thiệu IMS (IP Multimedia Subsystems) và HSDPA (High-Speed Download Quí 1/2002 5 Packet Access). Release Kết hợp với Wireless LAN, thêm HSUPA (High-Speed Upload Packet Access) Quí 4/2004 6 và các tính năng nâng cao cho IMS như Push to Talk over Cellular (PoC). Tập trung giảm độ trễ, cải thiện chất lượng dịch vụ và các ứng dụng thời gian Release Quí 4/2007 thực như VoIP. Phiên bản này cũng tập trung vào HSPA+ (High Speeed Packet 7 Evolution) và EDGE Evolution. Dự kiến cuối năm Release Giới thiệu LTE và kiến trúc lại UMTS như là mạng IP thế hệ thứ tư hoàn toàn 2008 hoặc đầu năm 8 dựa trên IP. 2009 Hiện tại WiMax có lợi thế đi trước LTE: mạng WiMax đã được triển khai và thiết bị WiMax cũng đã có mặt trên thị trường, còn LTE thì sớm nhất cũng phải đến năm 2010 người dùng mới được trải nghiệm. Tuy nhiên LTE vẫn có lợi thế quan trọng so với WiMax. LTE được hiệp hội các nhà khai thác GSM (GSM Association) chấp nhận là công nghệ băng rộng di động tương lai của hệ di động hiện đang thống trị thị trường di động toàn cầu với khoảng 2,5 tỉ thuê bao (theo Informa Telecoms & Media) và trong 3 năm tới có thể chiếm thị phần đến 89% (theo Gartner) – những con số “trong mơ” đối với WiMax. Hơn nữa, LTE cho phép tận dụng dụng hạ tầng GSM có sẵn (tuy vẫn cần đầu tư thêm thiết bị) trong khi WiMax phải xây dựng từ đầu. Bảng 1.2: LTE và WIMAX Tính năng 3GPP LTE RAN1 802.16e/Mobile WiMax R1 802.16m/Mobile WiMax R2 Ghép kênh TDD, FDD TDD TDD, FDD Băng tần dự kiến 700MHz – 2,6GHz 2,3GHz, 2,5GHz, 3,3-3,8GHz 2,3GHz, 2,5GHz, 3,3-3,8GHz Tốc độ tối đa 300Mbps /100Mbps 70Mbps /70Mbps 300Mbps /100Mbps (Download/Upload) Di động 350km/h 120km/h 350km/h Phạm vi phủ sóng 5/30/100km 1/5/30km 1/5/30km Số người dùng VoIP đồng 80 50 100 thời Dự kiến cuối năm 2008 hoặc 2005 Thời điểm hoàn tất chuẩn Dự kiến trong năm 2009 đầu năm 2009 Triển khai ra thị trường 2009-2010/2012 2007-2008/2009 2010 GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm 12
  14. Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng Thời thế đổi thay, nhận thấy lợi thế của LTE, một số nhà khai thác mạng đã cân nhắc lại việc triển khai WiMax và đã có nhà khai thác quyết định từ bỏ con đường WiMax để chuyển sang LTE, đáng kể trong số đó có hai tên tuổi lớn nhất tại Mỹ là AT&T và Verizon Wireless. Theo một khảo sát do RCR Wireless News và Yankee Group thực hiện gần đây, có đến 56% nhà khai thác di động chọn LTE, chỉ có 30% đi theo 802.16e. Khảo sát cho thấy các nhà khai thác di động ở Bắc Mỹ và Tây Âu nghiêng về LTE, trong khi các nước mới phát triển (đặc biệt là ở khu vực châu Á - Thái Bình Dương) thì ủng hộ WiMax. Nhiều hãng sản xuất thiết bị đi nước đôi, một mặt tuyên bố vẫn ủng hộ WiMax, mặt khác lại dốc tiền đầu tư cho LTE. Ngay như Intel, đầu tàu hậu thuẫn WiMax, cũng “đổi giọng”. Cả Siavash M. Alamouti, giám đốc kỹ thuật Wireless Mobile Group và Sean Maloney, giám đốc tiếp thị của Intel, trong các phát biểu gần đây đều cho rằng WiMax có thể “hoà hợp” với LTE. Trong cuộc đua 4G, WiMax và LTE hiện là hai công nghệ sáng giá nhất. Liệu hai công nghệ này có thể cùng tồn tại độc lập hay sẽ sát nhập thành một chuẩn chung? Hiệu năng của WiMax và LTE tương đương nhau, do vậy việc quyết định hiện nay phụ thuộc vào yếu tố sẵn sàng và khả năng thâm nhập thị trường. 1.2.2 Những triển vọng cho công nghệ LTE - Các đại gia viễn thông hướng đến LTE: Nhận thấy tiềm năng to lớn của công nghệ này, ngành công nghiệp di động đang đoàn kết xung quanh hệ thống LTE với hầu hết các công ty viễn thông hàng đầu thế giới: Alcatel-Lucent, Ericsson, France Telecom/Orange, Nokia, Nokia Siemens Networks, AT&T, T-Mobile, Vodafone, China Mobile, Huawei, LG Electronics, NTT DoCoMo, Samsung, Signalion, Telecom Italia, ZTE... Kế hoạch thử nghiệm và triển khai công nghệ này đang được các công ty trên cùng hợp tác thúc đẩy, dự kiến vào khoảng năm 2009-2010 sẽ được thương mại hóa đến với người dùng. Mạng NTT DoCoMo của Nhật sẽ đi tiên phong khi đặt mục tiêu khai trương dịch vụ vào năm 2009. Các mạng Verizon Wireless, Vodafone, và China Mobile tuyên bố hợp tác thử nghiệm LTE vào năm nay. Việc triển khai cơ sở hạng tầng cho LTE sẽ bắt đầu vào nửa sau của năm 2009 và kế hoạch cung cấp dịch vụ sẽ bắt đầu vào năm 2010. GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm 13
  15. Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng Với việc dành được số lượng giấy phép sử dụng băng tần 700 MHz thứ 2 sau Verizon, mạng AT&T cũng lên kế hoạch sử dụng băng tần này cho LTE. Hãng này tuyên bố có đủ băng thông 20 MHz dành cho LTE để phủ sóng 82% dân số của 100 thành phố hàng đầu của Mỹ. Như vậy 2 mạng chiếm thị phần lớn nhất của Mỹ đều chọn LTE là giải pháp tiến lên 4G. Mạng Telstra của Úc gần đây cũng đã xác nhận phát triển theo hướng LTE. Hãng TeliaSonera, nhà cung cấp lớn nhất cho thị trường Bắc Âu và vùng Baltic cũng cam kết sẽ sử dụng công nghệ LTE cho các thị trường của mình. Ngày 11/6/2008, theo Financial Times, cổ phiếu của Nortel, nhà sản xuất viễn thông nổi tiếng của Canada, đã tăng 13% khi hãng tuyên bố tập trung các nỗ lực nghiên cứu không dây vào công nghệ LTE thay vì công nghệ đối thủ WiMAX. - Tương lai không còn xa Vào ngày 19/12/2007, hãng Nokia Siemens Networks đã công bố thử nghiệm thành công công nghệ LTE với tốc độ lên đến 173 Mb/s trong môi trường đô thị với nhiều thuê bao cùng lúc. Trên băng tần 2,6 GHz với 20MHz băng thông, tốc độ này đã vượt xa tốc độ yêu cầu là 100 Mbps. Giám đốc kỹ thuật của hãng, ông Stephan Scholz phát biểu: “Khi thế giới tiến gần đến con số 5 tỉ thuê bao vào năm 2015, theo tiên đoán của chúng tôi, các nhà cung cấp dịch vụ di động sẽ phải sử dụng tất cả các băng tần với một cấu trúc mạng đơn giản nhất và hiệu quả chi phí cao nhất để phục vụ lưu lượng liên lạc cao hơn 100 lần. Cuộc thử nghiệm thực tế này là một chứng minh ban đầu quan trọng cho khái niệm về LTE”. Cuộc gọi thoại đầu tiên giữa 2 điện thoại LTE đã được trình diễn vào Hội nghị Thế giới di động (Mobile World Congress) được tổ chức vào tháng 2/2008 tại Barcelona, Tây Ban Nha. Vào tháng 3 vừa qua, mạng NTT DoCoMo đã thử nghiệm LTE đạt đến tốc độ 250Mbps. Tại các triển lãm viễn thông quốc tế gần đây, các nhà sản xuất Huawei, Motorola, Ericsson… cũng đã biểu diễn LTE với các ứng dụng như xem tivi chất lượng cao HDTV, chơi game online… Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này đã chứng tỏ khả năng tuyệt vời của công nghệ LTE và khả năng thương mại hóa LTE đã đến rất gần. GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm 14
  16. Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng Trước đây, muốn truy cập dữ liệu, bạn phải cần 1 đường dây cố định để kết nối. Trong tương lai không xa với LTE, bạn có thể truy cập tất cả các dịch vụ mọi lúc mọi nơi trong khi vẫn di chuyển: xem phim chất lượng cao, điện thoại thấy hình, chơi game trực tuyến, tải cơ sở dữ liệu v.v… Và hãy nhớ: với tốc độ siêu tốc. 1.3 Mục tiêu thiết kế LTE Những hoạt động của 3GPP trong việc cải tiến mạng 3G vào mùa xuân năm 2005 đã xác định đối tượng, những yêu cầu và mục tiêu cho LTE. Những mục tiêu và yêu cầu này được dẫn chứng bằng tài liệu trong văn bản 3GPP TR 25.913. Những yêu cầu cho LTE được chia thành 07 phần khác nhau như sau: • Tiềm năng, dung lượng. • Hiệu suất hệ thống • Các vấn đề liên quan đến việc triển khai • Kiến trúc và sự dịch chuyển (migration) • Quản lý tài nguyên vô tuyến • Độ phức tạp • Những vấn đề chung 1.3.1 Tiềm năng công nghệ Yêu cầu được đặt ra là việc đạt tốc độ dữ liệu đỉnh cho đường xuống là 100 Mbit/s và đường lên là 50 Mbit/s, khi hoạt động trong phân bố phổ 20 MHz. Khi mà phân bố phổ hẹp hơn thì tốc độ dữ liệu đỉnh cũng sẽ tỉ lệ theo. Do đó, điều kiện đặt ra là có thể biểu diễn được 5 bit/s/Hz cho đường xuống và 2.5 bit/s/Hz cho đường lên. Như sẽ được thảo luận dưới đây, LTE hỗ trợ cả chế độ FDD và TDD. Rõ ràng, đối với trường hợp TDD, truyền dẫn đường lên và đường xuống, theo định nghĩa không thể xuất hiện đồng thời. Do đó mà yêu cầu tốc độ dữ liệu đỉnh cũng không thể trùng nhau đồng thời. Mặt khác, đối với trường hợp FDD, đặc tính của LTE cho phép quá trình phát và thu đồng thời đạt được tốc độ dữ liệu đỉnh theo phần lý thuyết ở trên. Yêu cầu về độ trễ được chia thành: yêu cầu độ trễ mặt phẳng điều khiển (the control-plane latency requirements) và yêu cầu độ trễ mặt phẳng người dùng (the user-plane latency requirements). Yêu cầu độ trễ control-plane xác định độ trễ của việc chuyển từ các trạng thái thiết bị đầu cuối không tích cực khác nhau sang GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm 15
  17. Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng trạng thái tích cực khi đó thiết bị đầu cuối di động có thể gửi và nhận dữ liệu. Có hai cách xác định: cách xác định thứ nhất được thể hiện qua thời gian chuyển tiếp từ trạng thái tạm trú (camped state) chẳng hạn như trạng thái Release 6 idle mode, khi đó thì thủ tục chiếm 100 ms; cách xác định thứ hai được thể hiện qua thời gian chuyển tiếp từ trạng thái ngủ chẳng hạn như trạng thái Release 6 Cell_PCH, khi đó thì thủ tục chiếm 50 ms. Trong cả hai thủ tục này, thì độ trễ chế độ ngủ và việc báo hiệu non-RAN đều được loại trừ. (Chế độ Release 6 idle là 1 trạng thái mà khi thiết bị đầu cuối không được nhận biết đối với mạng truy nhập vô tuyến, nghĩa là, mạng truy nhập vô tuyến không có bất cứ thuộc tính nào của thiết bị đầu cuối và thiết bị đầu cuối cũng không được chỉ định một tài nguyên vô tuyến nào. Thiết bị đầu cuối có thể ở trong chế độ ngủ và chỉ lắng nghe hệ thống mạng tại những khoảng thời gian cụ thể. Trạng thái Release 6 Cell_PCH là trạng thái khi mà thiết bị đầu cuối không được nhận biết đối với mạng truy nhập vô tuyến. Tuy mạng truy nhập vô tuyến biết thiết bị đầu cuối đang ở trong tế bào nào nhưng thiết bị đầu cuối lại không được cấp phát bất cứ tài nguyên vô tuyến nào. Thiết bị đầu cuối lúc này có thể đang trong chế độ ngủ). Yêu cầu độ trễ mặt phẳng người dùng được thể hiện quan thời gian để truyền một gói IP nhỏ từ thiết bị đầu cuối tới nút biên RAN hoặc ngược lại được đo từ lớp IP. Thời gian truyền theo một hướng sẽ không vượt quá 5 ms trong mạng không tải (unloaded network), nghĩa là không có một thiết bị đầu cuối nào khác xuất hiện trong tế bào. Xét về mặt yêu cầu đối với độ trễ mặt phẳng điều khiển, LTE có thể hỗ trợ ít nhất 200 thiết bị đầu cuối di động ở trạng thái tích cực khi hoạt động ở khoảng tần 5 MHz. Trong mỗi phân bố rộng hơn 5 MHz, thì ít nhất có 400 thiết bị đầu cuối được hỗ trợ. Số lượng thiết bị đầu cuối không tích cực trong tế bào không nói rõ là bao nhiêu nhưng có thể là cao hơn một cách đáng kể. 1.3.2 Hiệu suất hệ thống Các mục tiêu thiết kế công năng hệ thống LTE sẽ xác định lưu lượng người dùng, hiệu suất phổ, độ linh động, vùng phủ sóng, và MBMS nâng cao. Nhìn chung, các yêu cầu đặc tính LTE có liên quan đến hệ thống chuẩn sử dụng phiên bản 6 HSPA. Đối với trạm gốc, giả định có một anten phát và hai anten thu, trong khi đó thì thiết bị đầu cuối có tối đa là một anten phát và hai anten thu. Tuy nhiên, một điều quan trọng cần lưu ý là những đặc tính nâng cao như là một phần của việc cải tiến HSPA thì không được bao gồm trong tham chiếu chuẩn. Vì thế, mặc dù thiết bị đầu cuối trong hệ thống chuẩn được giả định là có hai anten GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm 16
  18. Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng thu thì một bộ thu RAKE đơn giản vẫn được áp dụng. Tương tự, ghép kênh không gian cũng không được áp dụng trong hệ thống chuẩn. Yêu cầu lưu lượng người dùng được định rõ theo hai điểm: tại sự phân bố người dùng trung bình và tại sự phân bố người dùng phân vị thứ 5 (khi mà 95% người dùng có được chất lượng tốt hơn). Mục tiêu hiệu suất phổ cũng được chỉ rõ, và trong thuộc tính này thì hiệu suất phổ được định nghĩa là lưu lượng hệ thống theo tế bào tính theo bit/s/MHz/cell. Những mục tiêu thiết kế này được tổng hợp trong bảng 1.3. Bảng 1.3 - Các yêu cầu về hiệu suất phổ và lưu lượng người dùng Mục tiêu đường xuống so Mục tiêu đường lên so với Phương pháp đo hiệu suất với cơ bản cơ bản Lưu lượng người dùng 3 lần – 4 lần 2 lần – 3 lần trung bình (trên 1 MHz) Lưu lượng người dùng tại biên tế bào (trên 1 MHz, 2 lần – 3 lần 2 lần – 3 lần phân vị thứ 5) Hiệu suất phổ 3 lần – 4 lần 2 lần – 3 lần (bit/s/Hz/cell) Yêu cầu về độ linh động chủ yếu tập trung vào tốc độ di chuyển của các thiết bị đầu cuối di động. Tại tốc độ thấp, 0-15 km/h thì hiệu suất đạt được là tối đa, và cho phép giảm đi một ít đối với tốc độ cao hơn. Tại vận tốc lên đến 120 km/h, LTE vẫn cung cấp hiệu suất cao và đối với vận tốc trên 120 km/h thì hệ thống phải duy trì được kết nối trên toàn mạng tế bào. Tốc độ tối đa có thể quản lý đối với một hệ thống LTE có thể được thiết lập đến 350 km/h (hoặc thậm chí đến 500 km/h tùy thuộc vào băng tần). Một yếu tố quan trong đặc biệt là dịch vụ thoại được cung cấp bởi LTE sẽ ngang bằng với chất lượng mà WCDMA/HSPA hỗ trợ. Yêu cầu về vùng phủ sóng chủ yếu tập trung vào phạm vi tế bào (bán kính), nghĩa là khoảng cách tối đa từ vùng tế bào (cell site) đến thiết bị đầu cuối di động trong cell. Đối với phạm vi tế bào lên đến 5 km thì những yêu cầu về lưu lượng người dùng, hiệu suất phổ và độ linh động vẫn được đảm bảo trong giới hạn không bị ảnh hưởng bởi nhiễu. Đối với những tế bào có phạm vi lên đến 30 km thì có một sự giảm nhẹ cho phép về lưu lượng người dùng và hiệu suất phổ thì lại giảm một cách đáng kể hơn nhưng vẫn có thể chấp nhận được. Tuy nhiên, yêu cầu về độ di động vẫn được đáp ứng. Khi mà phạm vi tế bào lên đến 100 km thì không thấy có đặc tính kỹ thuật về yêu cầu hiệu suất nào được nói rõ trong trường hợp này. GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm 17
  19. Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng Những yêu cầu MBMS nâng cao xác định cả hai chế độ: broadcast (quảng bá) và unicast. Nhìn chung, LTE sẽ cung cấp những dịch vụ tốt hơn so với những gì có thể trong phiên bản 6. Yêu cầu đối với trường hợp broadcast là hiệu suất phổ 1 bit/s/Hz, tương ứng với khoảng 16 kênh TV di động bằng cách sử dụng khoảng 300 kbit/s trong mỗi phân bố phổ tần 5 MHz. Hơn nữa, nó có thể cung cấp dịch vụ MBMS với chỉ một dịch vụ trên một sóng mang, cũng như là kết hợp với các dịch vụ non-MBMS khác. Và như vậy thì đương nhiên đặc tính kỹ thuật của LTE có khả năng cung cấp đồng thời cả dịch vụ thoại và dịch vụ MBMS. 1.3.3 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai Các yêu cầu liên quan đến việc triển khai bao gồm các kịch bản triển khai, độ linh hoạt phổ, trải phổ, sự cùng tồn tại và làm việc với nhau giữa LTE với các công nghệ truy cập vô tuyến khác của 3GPP như GSM và WCDMA/HSPA. Những yêu cầu về kịch bản triển khai bao gồm: trường hợp mà hệ thống LTE được triển khai như là một hệ thống độc lập và trường hợp mà LTE được triển khai đồng thời với WCDMA/HSPA hoặc GSM. Do đó mà yêu cầu này sẽ không làm giới hạn các tiêu chuẩn thiết kế. Những yêu cầu về độ linh hoạt phổ và triển khai sẽ được phác thảo chi tiết hơn trong phần 1.3.3.1. Vấn đề cùng tồn tại và có thể hoạt động phối hợp với các hệ thống 3GPP khác và những yêu cầu tương ứng đã thiết lập ra những điều kiện về tính linh động giữa LTE và GSM, và giữa LTE và WCDMA/HSPA cho thiết bị đầu cuối di động hỗ trợ những công nghệ này. Bảng 1.4 liệt kê những yêu cầu về sự gián đoạn, đó là, thời gian gián đoạn dài nhất trong liên kết vô tuyến khi phải di chuyển giữa các công nghệ truy cập vô tuyến khác nhau, bao gồm cả dịch vụ thời gian thực và phi thời gian thực. Có một điều đáng chú ý là những yêu cầu này không được chặt chẽ cho lắm đối với vấn đề gián đoạn trong chuyển giao và hy vọng khi mà triển khai thực tế thì sẽ đạt được những giá trị tốt hơn đáng kể. Yêu cầu về việc cùng tồn tại và có thể làm việc với nhau cũng xác định việc chuyển đổi lưu lượng multicast từ phương pháp broadcast trong LTE thành phương pháp unicast trong cả GSM hoặc WCDMA, mặc dù không có số lượng cho trước. Bảng 1.4 - Yêu cầu về thời gian gián đoạn, LTE-GSM và LTE-WCDMA GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm 18
  20. Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng 1.3.3.1 Độ linh hoạt phổ và việc triển khai Nền tảng cho những yêu cầu về độ linh hoạt phổ là những điều kiện để LTE có thể được triển khai trên những băng tần IMT-2000 hiện hành, nghĩa là khả năng cùng tồn tại với các hệ thống đã được triển khai trên những băng tần này, bao gồm WCDMA/HSPA và GSM. Một phần liên quan đến những yêu cầu LTE về mặt độ linh hoạt phổ là khả năng triển khai việc truy nhập vô tuyến dựa trên LTE cho dù phân bố phổ là theo cặp hay đơn lẻ, như vậy LTE có thể hỗ trợ cả Song công phân chia theo tần số (FDD) và song công phân chia theo thời gian (TDD). Sơ đồ song công hay việc qui hoạch song công là một thuộc tính của công nghệ truy cập vô tuyến. Tuy vậy, một phân bố phổ cho trước thì cũng được liên kết với một qui hoạch song công cụ thể. Hệ thống FDD được triển khai theo một cặp phân bố phổ, với một dải tần cho truyền dẫn đường xuống và một dải tần khác dành cho đường lên. Còn hệ thống TDD thì được triển khai trong các phân bố phổ đơn lẻ. Lấy một ví dụ là phổ của IMT-2000 tại tần số 2 GHz, gọi là băng tần lõi IMT-2000. Như trình bày trong hình 1.3, nó bao gồm cặp băng tần 1920-1980 MHz và 2110-2170 MHz dành cho truy cập vô tuyến dựa trên FDD, và hai băng tần là 1910-1920 MHz và 2010-2025 MHz dành cho truy cập vô tuyến dựa trên TDD. Chú ý là có thể vì những qui định của địa phương và vùng mà việc sử dụng phổ của IMT-2000 có thể khác so với những gì được trình bày ở đây. Hình 1.3 – Phân bố phổ băng tần lõi tại 2 GHz của nguyên bản IMT-2000 GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm 19
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2