Cụng trỡnh c hon thnh ti: Trng i Hc K Thut Cụng Nghip Thỏi N Ngi hng dn khoa hc: PGS.TS Nguyn Thanh H Chuyờn Ngnh: K thut o in n v cụng tỏc: i hc Thỏi Nguyờn Phn bin 1: TS o Huy Du Đại học Thái Nguyên TRNG I HC K THUT CễNG NGHIP THI NGUYấN NGUYN TH THANH NHN NGHIấN CU, PHN TCH CễNG NGH THEN CHT NHM NG DNG CHO MNG DI NG TH H SAU Chuyờn ngnh: K Thut in T Mã số: 60.52.02.03 Tóm tắt Luận văn thạc sĩ K THUT IN T Thái Nguyên - Năm 2014 Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Thanh Hà Chuyên Ngành: Kỹ thuật đo điện Đơn vị công tác: Đại học Thái Nguyên Phản biện 1: TS Đào Huy Du Phản biện 2: PGS. TS Lại Khắc Lãi Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn họp tại: HT 201A8 – Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Vào hồi 15 giờ15 phút đến 16 giờ 00 phút. ngày 18 tháng 04 năm 2014 LỜI MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây, thông tin di động phát triển một cách mạnh mẽ không chỉ ở các nước phát triển mà hầu hết các quốc gia trên thế giới. Dịch vụ thông tin di động ngày nay không chỉ hướng tới khách hàng giàu có mà hướng tới tất cả mọi đối tượng có nhu cầu về thông tin liên lạc. Với khả năng đáp ứng nhu cầu thông tin"mọi lúc, mọi nơi", thông tin di động ngày càng thu hút nhiều người sử dụng. Thông tin di động từ khi ra đời đã trải qua nhiều thế hệ và hiện nay mạng thông tin di động 3G đang được sử dụng rộng rãi với các giải pháp kỹ thuật công nghẹ được sử dụng để có thể khai thác tài nguyên vô tuyến như là TDMA, FDMA, SDMA và CDMA nhưng thực tế cho thấy chưa tìm thấy ở các thông tin di động trước đây một phương pháp nào có thể tối ưu hóa phổ tần, một tài nguyên vô cùng quan trọng trong thông tin vô tuyến. Để đáp ứng được nhu cầu sử dụng của con người trong thời đại ngày nay thì các nhà cung cấp phải nâng cấp cơ sở hạ tầng của mình. Bên cạnh việc nâng cấp cơ sở hạ tầng của các mạng cũ thì các nhà cung cấp mạng cũng đã và đang nghiên cứu tiến hành và xây dựng một mô hình mạng mới để có thể phục vụ cho tương lai đó là mạng thông tin di động tiền 4G (LTE) của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. Tác giả giới thiệu tổng quan về sự phát triển của 3G lên 4G được thể hiện ở chương 1 [1] LTE được xây dựng dựa trên nền tảng IP và sử dụng kỹ thuật OFDM đây là giải pháp công nghệ tiên tiến có thể khắc phục được nhược điểm về hiệu quả sử dụng phổ tần thấp của các hệ thống di động trước đây. Chu kỳ ký hiệu lớn cho phép công nghệ OFDM có thể truyền dữ liệu tốc độ cao qua kênh vô tuyến và nó sử dụng các sóng mang con trực giao để truyền dữ liệu vì thế có thể tối ưu băng tần sử dụng. Kỹ thuật OFDM là một công nghệ then chốt được tác giả trình bày ở chương 2 [1] , [2] ,[3]. Mục tiêu thiết kế của LTE nhằm đạt được tốc độ truyền dẫn đường xuống tối đa là 100Mbps. Người sử dụng sẽ cảm thấy điện thoại của họ được kết nối mọi lúc. Chính vì vậy tôi đã đề xuất ứng dụng triển khai mạng 4G cho Phú Thọ và nội dung này được thể hiện ở chương 3 [1] ,[3]. thực tế có thể xem xét để thay đổi cho phù hợp với điều kiện và sự phát triển thực tế, dự kiến trong năm 2015 là thời điểm chín muồi để có thể triển khai dịch vụ 4G. Do đó tôi đã chọn đề tài luận văn là: “Nghiên cứu, phân tích công nghệ then chốt nhằm ứng dụng cho mạng di đông thế hệ sau”. Nội dung của luận văn này bao gồm có 3 chương: Chương I: Tổng quan về hệ thống thông tin di động Chương II: Các công nghệ then chốt của mạng di động thế hệ sau Chương III: Triển khai mạng 4G/LTE 2. Mục tiêu nghiên cứu + Phân tích quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động + Nghiên cứu, phân tích công nghệ then chốt (OFDM) nhằm ứng dụng cho mạng di động thế hệ sau + Phân tích các khía cạnh liên quan đến triển khai mạng 4G/LTE + Nghiên cứu, phân tích giao diện vô tuyến trong mạng LTE + Đề xuất, ứng dụng triển khai mạng 4G/LTE 3. Đối tượng, phương pháp nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động, đặc điểm kỹ thuật công nghệ OFDM, giao diện vô tuyến trong mạng LTE và ứng dụng cho mạng 4G/LTE. - Phương pháp nghiên cứu Đề tài nghiên cứu phân tích công nghệ then chốt (OFDM) nhằm ứng dụng cho mạng di động thế hệ sau để từ đó đi sâu vào triển khai mạng 4G/LTE nhằm đạt được tốc độ truyền dẫn đường xuống tối đa là 100Mbsp 4. Ý nghĩa của đề tài - Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về 3G và lộ trình phát triển lên 4G. Cấu trúc đặc điểm của OFDM và các cải tiến nâng cao như điều chế, điều khiển tốc độ lập biểu đường lên, lập biểu đường xuống, … để có thể giúp các nhà cung cấp dịch vụ lựa chọn đúng đắn giải pháp công nghệ nhằm đáp ứng các nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng. - Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu của đề tài là bước tiến nhằm nâng cao tốc độ và khả năng cũng như giảm độ trễ trên đường truyền, công nghệ OFDM có thể truyền dữ liệu tốc độ cao qua kênh vô tuyến và nó sử dụng các sóng mang con trực giao để truyền dữ liệu vì thế có thể tối ưu băng tần sử dụng 5. Bố cục của luận văn Nội dung của luận văn này bao gồm có 3 chương: Chương I: Tổng quan về hệ thống thông tin di động Chương II: Các công nghệ then chốt của mạng di động thế hệ sau Chương III: Triển khai mạng 4G/LTE CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1. Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động Ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940, đến nay thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ.Thế hệ không dây thứ 1 là thế hệ thông tin tương tự sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia phân chia theo tần số (FDMA).Thế hệ thứ 2 sử dụng kỹ thuật số với công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo mã (CDMA).Thế hệ thứ 3 ra đời đánh giá sự nhảy vọt nhanh chóng về cả dung lượng và ứng dụng so với các thế hệ trước đó, và có khả năng cung cấp các dịch vụ đa phương tiện gói là thế hệ đang được triển khai ở một số quốc gia trên thế giới. LTE là một trong số các con đường tiến tới 4G. LTE sẽ tồn tại trong giai đoạn đầu của 4G, tiếp theo nó sẽ là IMT-Adv. LTE cho phép chuyển đổi từ 3G UMTS sang giai đoạn đầu của 4G sau đó sang IMT-Adv. Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động trên thế giới được thể hiện sự phát triển của hệ thống điện thoại tổ ong (CMTS : Cellular Mobile Telephone System) và nhắn tin (PS : Paging System) tiến tới một hệ thống chung toàn cầu trong tương lai. Hình1.1: Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động 4G,[1] 1.2.Kiến trúc của LTE Hình1.2. :Kiến trúc mô hình B1 của E-UTRAN cho trường hợp không chuyển mạng Trên mô hình kiến trúc (Hinh 1.2) các ký hiệu được sử dụng như sau: R1, R2, R3 là tên các điểm tham khảo. Gx+ ký hiệu cho Gx phát triển hay mở rộng. PCRF1 1985 1995 2000 2005 2010 2015 t TriÓn khai LTE 1G 2G 3G 3G+ E3G GSM CDMA one LTE ATM - Avd 4G WCDMA CDMA 2001 Wifi/TEEE 802.11 < 10kbps AMPS TACS Wimax/TEE E802.16e < 200kbps < 300kbps - 10Mbps < 100Mbps 100Mbps-1Gbps C¸c IP tuú chän (IMS ) HSS Truy nhËp IP cña WLAN 3GPP Internet PCFIR Lâi gãi ph¸t triÓn SGSN GERAN UTRAN E-RAN Gb Iu R3 R1 R2 Gn Gi (Policy and Charging Rules Function: Chức năng các qui tắc tính cước và chính sách) thể hiện chức năng các qui tắc tính cước và chính sách phát triển. Các đường nối và các đường tròn không liên tục thể hiện các phần tử và các giao diện mới của kiến trúc LTE [1]. 1.2.Các sơ đồ truyền dẫn 1.2.1. Lập biểu phụ thuộc kênh và thích ứng tốc độ . Đối với LTE các quyết định lập biểu được thực hiện một lần trong 1ms và tính hạt trong miền tần số là 180Khz. Điều này cho phép bộ lập biểu bám theo các thay đổi kênh khá nhanh [1] Hình 1.3 : Lập biểu phụ thuộc kênh đường xuống trong miền thời gian và miền tần số. Lập biểu đường xuống Trên đường xuống mỗi đầu cuối báo cao ước tính chất lượng kênh tức thời cho trạm gốc. Các ước tính này nhận được bằng cách đo một tín hiệu tham khảo được phát đi từ trạm gốc và cũng được sử dụng cho mục đích giải điều chế. Dựa trên ước tính chất lượng kênh bộ lập biểu đường xuống ấn định các tài nguyên cho các người sử dụng. Về nguyên tắc đầu cuối được lập biểu có thể được ấn định một tổ hợp bất kỳ gồm các khối tài nguyên rộng 180khz trong mỗi khoảng thời gian lập biểu 1ms. Lập biểu đường lên Đường lên của LTE được xây dựng trên cơ sở phân tách trực giao các người sử dụng và đây là nhiệm vụ của bộ lập biểu đường lên. Bộ lập biểu đường lên ấn định các tài nguyên cho các người sử dụng khác nhau (TDMA/FDMA) trong cả miền thời gian và miền tần số. Quyết định lập biểu được đưa ra mỗi 1ms một lần để điều khiển các đầu cuối nào được quyền phát trong ô trong khoảng thời gian cho trước và trên các tài nguyên tần số nào cũng như tốc độ số liệu đường lên là bao nhiêu (khuôn dạng truyền tải). Lưu ý rằng các đầu cuối được ấn định một vùng tần số liên tục do truyền dẫn đơn sóng mang được được sử dụng cho đường lên của LTE. 1.2.2. Điều phối nhiễu giữa các ô Điều phối nhiễu giữa các biên ô là một chiến lược trong đó các tốc độ số liệu tại biên ô được tăng nhờ xét đến nhiễu giữa các người sử dụng. Về cơ bản đều phối nhiễu giữa các ô có nghĩa là đưa ra các hạn chế nhất định (miền thời gian) cho các bộ lập biểu đường lên và đường xuống để điều khiển nhiễu giữa các ô. Bằng cách hạn chế công suất của một bộ phận trong ô, nhiễu trong các ô lân cận trong phần phổ này sẽ giảm. Phần phổ này có thể được sử dụng để cung cấp tốc độ số liệu cao hơn cho các người sử dụng trong các ô lân cận . Về thực chất hệ số tái sử dụng tần số trên các phần khác nhau của ô sẽ khác nhau. (hình 1.4). Hình 1.4 : Thí dụ về điều phối nhiễu giữa các ô trong đó một số phần phổ bị hạn chế công suất Lưu ý rằng điều phối nhiễu giữa các ô chủ yếu là một chiến lược lập biểu với xét đến tình trạng trong các ô lân cận. Như vậy điều phối nhiễu ô lân cận là một vấn đề của thực hiện và có lẽ khó đưa vào các đặc tả. Điều này cũng có nghĩa là điều phối nhiễu giữa các ô có thể được áp dụng chỉ cho một tập các ô được chọn phụ thuộc vào các yêu cầu của một triển khai cụ thể. 1.3. Kiến trúc giao thức LTE Tổng quan kiến trúc giao thức LTE cho đường xuống được minh hoạ trên( hình 1.5). Trong các phần trình bày dưới đây ta sẽ hiểu rằng không phải tất cả các thực thể được minh hoạ trên (hình 1.5) là đều được áp dụng trong tất cả các tình huống. Chẳng hạn cả lập biểu MAC lẫn HARQ với kết hợp mềm đều không được sử dụng cho quảng bá thông tin hệ thống. Ngoài ra cấu trúc giao thức LTE liên quan đến truyền dẫn đường lên cũng giống với cấu trúc đường xuống trên (hình 1.5). Mặc dù có một số điểm khác biệt liên quan đến chọn khuôn dạng truyền tải và truyền dẫn đa ăng ten MAC Gói IP Nén tiêu đề Mật mã PDCP #1 RLC #1 Phân doạn , ARQ Ghép kênh , MA C HARQ Mã hóa Điều chế Sắp xếp tài nguyên và ăng ten Gói IP Nén tiêu đề Mật mã PDCP #1 RLC #1 Phân doạn , ARQ Ghép kênh , MAC HARQ Mã hóa Điều chế Sắp xếp tài nguyên và ăng ten MAC PHY Người sử dụng # i Người sử dụng thứ # j Các kênh mang SAE Các kênh mang Vô tuyến Các kênh mang Logic Các kênh mang Truyền tải Chọn tải tin Xử lý ưu tiên Chọn tải tin Điều khiển phát lại Sơ đồ điều chế Ấn định tài nguyên và ăng ten Bộ lập biểu MAC eNodeB Đầu cuối di động (UE) PHY Hình 1.5: Kiến trúc giao thức LTE (đường xuống). Số liệu cần phát trên đường xuống sẽ được đưa vào gói IP trên các kênh SAE. Trước khi được phát trên giao diện vô tuyến các gói IP được đưa qua nhiều thực thể giao thức. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Mạng thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ như thế hệ 1 (1G), thế hệ 2 (2G), thế hệ 3(3G), thế hệ 3(3G), thế hệ thứ 4(4G) LTE là một trong số các con đường tiến tới 4G. LTE sẽ tồn tại trong giai đoạn đầu của 4G Công nghệ điều chế sóng mang trực giao OFDM có nhiều tính năng vượt trội so với điều chế đơn sóng mang truyền thống như khả năng thích hợp cho hệ thống tốc độ cao, khả năng thích hợp với các hệ thống không dây cố định, tính hiệu quả trong các môi trường đa đường truyền dẫn, khả năng chống fading chọn lọc tần số. Ngoài ra công nghệ này có thể loại bỏ được hầu hết giao thoa giữa các sóng mang và giao thoa giữa các ký hiệu. Đặc biệt OFDM có thể khắc phục hiện tượng không có đường dẫn thẳng bằng tín hiệu đa đường dẫn. Tuy nhiên OFDM không phải là không có nhược điểm, đó là nó đòi hỏi khắt khe về vấn đề đồng bộ vì sự sai lệch về tần số, ảnh hưởng của hiệu ứng Doppler khi di chuyển và lệch pha sẽ gây ra nhiễu giao thoa tần số ICI (Inter Carrier Interference) mà kết quả là phá bỏ sự trực giao giữa các tần số sóng mang và làm tăng tỷ số bit lỗi (BER). Ngoài ra OFDM chịu anht hưởng của nhiễu xung. OFDM đang chứng tỏ những ưu điểm của mình trong các hệ thống viễn thông trên thực tế, đặc biệt là trong các hệ thống vô tuyên đòi hỏi tốc độ cao như [...]... cho doanh nghiệp phát triển mạng lưới ứng dụng công nghệ mới Quy hoạch 300 vị trí trạm thu phát sóng thông tin di động để đáp ứng xu hướng phát triển chung của công nghệ, khi mạng thông tin di động phát triển lên các thế hệ tiếp theo (4G), ứng dụng công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng tốc độ cao… Quỹ vị trí này chỉ được sử dụng khi các doanh nghiệp phát triển mạng lưới lên thế hệ tiếp theo, ứng dụng. .. ngường sử dụng Qua một thời gian học tập tại khoa Điện tử- Trường đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên, được sự giúp đỡ tận tình của Thầy giáo PGS.TS Nguyễn Thanh Hà và các thầy cô giáo trong khoa Đến nay em đã kết thúc khóa học và hoàn thành luận văn của mình Với mục tiêu nghiên cứu, phân tích về công nghệ then chốt nhằm ứng dụng cho mạng di dộng thế hệ sau và áp dụng triển khai 4G cho Viễn thông...thông tin di động thế hệ tiếp theo, hệ thống truyền hình số và đặc biệt việc ứng dụng công nghệ OFDM là một trong những vấn đề then chốt trong hệ thống 4G/LTE CHƯƠNG II: CÁC CÔNG NGHỆ THEN CHỐT CỦA MẠNG DI ĐỘNG THẾ HỆ SAU 2.1 Mở đầu: Trong chương này trước hết ta sẽ xét nguyên lý OFDM và ứng dụng của nó trong mô hình lớp vật lý OFDMA đường xuống của... dẫn đường xuống cho LTE và cũng được sử dụng cho các công nghệ không dây băng rộng khác như Wimax và các công nghệ truyền hình quảng bá DVB Đây là một công nghệ đầy hứa hẹn cho thông tin đường lên tốc độ cao trong các hệ thống thông tin di động tương lai DFTS-OSDM có hiệu quả thông lượng và mức độ phức tạp tương tự như OFDM Ưu điểm chính của DFTS – OFDM là tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung... thống vô tuyên đòi hỏi tốc độ cao như thông tin di động thế hệ tiếp theo, hệ thống truyền hình số và đặc biệt việc ứng dụng công nghệ OFDM là một trong những vấn đề then chốt trong hệ thống 4G/LTE sẽ trình bày ở chương 3 CHƯƠNG 3: TRIỂN KHAI MẠNG 4G/LTE Điều đâu tiên cần lưu ý khi nói đến LTE là sự thay đổi trong tần số và băng thông sử dụng LTE có thể sử dụng băng thông linh hoạt từ 1,25 MHz đến 20 MHz... cho đường lên và đường xuống, đang được áp dụng ở Bắc Mỹ, Châu Âu và một số thị trường Châu Á Kỹ thuật Time Division Duplexing (TDD) sử dụng chung một tần số cho cả đường xuống và đường lên là những gì đang được thực hiện ở Trung Quốc và Ấn độ Kỹ thuật OFDMA được dùng cho đường xuống, SC-FDMA dùng cho đường lên để tiết kiệm công suất 3.1.Lợi ích của công nghệ LTE Lợi ích lớn nhất của LTE theo quan điểm... tính năng này không có ở hệ thống 3G Phân tích đã cho thấy hệ thống 4G sẽ cho giá cả rẻ hơn so với 3G do nó được xây dựng trên cơ sở mạng hiện có và không mất chi phí lớn khi chuyển đổi thiết bị Chính vì những ưu điểm trên mà em đã chọn việc thiết kế mạng 4G cho viễn thông Phú Thọ Việc thiết kế mạng 4G cho Viễn thông Phú Thọ cũng có đặc thù theo địa lý vùng miền Do dân cứ phân bố không đều chỉ chủ... khu công nghiệp ven thành phố, các thị tứ không đông dân có thể sử dụng thêm các node chuyển tiếp sẽ tiếp kiệm được chi phí và nâng cao hiệu quả vùng phủ sóng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận văn đã hoàn thành được các mục tiêu đề ra ban đầu bám sát đề cương nghiên cứu và hoàn thành đúng hạn Trên cơ sở tham khảo nhiều tài liệu và nhiều vấn đề liên quan tới nội dung luận văn, tác giả đã tìm hiểu về Công nghệ. .. số sử dụng có sẵn Tất nhiên kênh rộng hơn, cao hơn có nghĩa là tốc độ dữ liệu tốt hơn, tiếp cận với một người sử dụng nhiều hơn (nếu tất cả các yếu tố khác được coi là giống nhau) Các nhà mạng lựa chọn băng tần tùy thuộc vào quốc gia và quy định sử dụng băng tần của đất nước đó Hầu hết các băng tần sử dụng kỹ thuật FDD (Frequense Division Duplexing), kỹ thuật này sử dụng hai băng tần riêng biệt cho đường... khai 4G cho Viễn thông Phú Thọ luận văn đã hoàn thành được tất cả các mục tiêu đã đề ra Kiến nghị + Tính toán, quy hoạch 4G/LTE + Nghiên cứu hệ thống truyền thông tốc độ Gigabit sử dụng xử lý tín hiệu thời gian Tác giả mong rằng đề tài này sẽ được đưa vào ứng dụng cho các nhà mạng của Tỉnh Phú Thọ Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong nghiên cứu và trình bày nhưng luận văn vẫn không thể tránh khỏi những