Đang tải... (xem toàn văn)
Báo cáo mạng di động 4g LTE Hệ thống viễn thôngViện điện tử viễn thôngĐH Bách Khoa Hà Nội
Hệ thống viễn thông MỞ ĐẦU Công nghệ viễn thông đã c ó n h ữ n g p h á t t r i ể n v ư ợ t b ậ c trong những năm gần đây. Khi mà công nghệ mạng thông tin di động thế hệ thứ ba 3G chưa có đủ thời gian để khẳng định vị thế của mình trên toàn cầu, người ta đã bắt đầu nói về công nghệ 4G (Fourth Generation). Từ thế hệ mạng di động đầu tiên 1G ,trong hơn một thập kỷ qua, thế giới đã chứng kiến sự thành công to lớn của mạng thông tin di động thế hệ thứ hai 2G. Mạng 2G có thể phân ra 2 loại: mạng 2G dựa trên nền TDMA và mạng 2G dựa trên nền CDMA. Sau đó mạng thông tin di động thế hệ thứ ba 3G đã và đang được triển khai nhiều nơi trên thế giới. Cải tiến nổi bật nhất của mạng 3G so với mạng 2G là khả năng cung ứng truyền thông gói tốc độ cao nhằm triển khai các dịch vụ truyền thông đa phương tiện. Mạng 3G bao gồm mạng UMTS sử dụng kỹ thuật WCDMA, mạng CDMA2000 sử dụng kỹ thuật CDMA và mạng TD-SCDMA được phát triển bởi Trung Quốc. Trong giai đoạn hiện tại, khái niệm về mạng di đông thứ tư 4G đã tồn tại và hình thành các chuẩn kĩ thuật với mục đích người sử dụng có thể truy cập tất cả các dịch vụ mọi lúc mọi nơi trong khi vẫn di chuyển: xem phim chất lƣ ợng 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”. Mạng 4G được triển dựa trên cơ sở hạ tầng của mạng di động 3G , giai đoạn đầu của quá trình được gọi thế hệ “mạng di động tiền 4G LTE” . Đây là một công nghệ mới đang được triển khai thí điểm ở một số quốc gia trên thế giới, tại Việt Nam cũng đang được thử nghiệm bởi Viettel… CHƯƠNG I : TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G Mạng di động 4G LTE Page 1 Hệ thống viễn thông Hệ thống thông tin di động 3G là hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 , là thế hệ phát triển sau hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) và hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G). Chuẩn IMT-2000 (International Mobil Telecommunication -2000) cho hệ thống 3G được đưa ra bởi ITU năm 1992 với các ưu điểm : • Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao. • Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat, ). • Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền hình, nghe nhạc, ). • Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, ). • Sử dụng chung một công nghệ thống nhất, đảm bảo sự tương thích toàn cầu giữa các hệ thống. IMT-2000 có khả năng cung cấp băng thông 2Mbps, nhưng thực tế triển khai chỉ ra rằng với băng thông này việc chuyển giao rất khó, vì vậy chỉ có những người sử dụng không di động mới được đáp ứng băng thông kết nối này, còn khi đi bộ băng thông sẽ là 384 Kbps, khi di chuyển bằng ô tô sẽ là 144Kbps. 1.1 UMTS (W-CDMA) UMTS (Universal Mobile Telephone System), dựa trên công nghệ W-CDMA, là giải pháp được ưa chuộng cho các nước đang triển khai các hệ thống GSM muốn chuyển lên 3G. UMTS được hỗ trợ bởi Liên Minh Châu Âu và được quản lý bởi 3GPP tổ chức chịu trách nhiệm cho các công nghệ GSM, GPRS. UMTS hoạt động ở băng thông 5MHz , cho phép các cuộc gọi có thể chuyển giao một cách hoàn hảo giữa các hệ thống UMTS và GSM đã có. Đặc điểm của WCDMA : • WCDMA sử dụng kênh truyền dẫn 5 MHz để chuyển dữ liệu. Nó cũng cho phép việc truyền dữ liệu ở tốc độ 384 Kbps trong mạng di động và 2 Mbps trong hệ thống tĩnh. • Kết cấu phân tầng: Hệ thống UMTS dựa trên các dịch vụ được phân tầng, không giống như mạng GSM. Ở trên cùng là tầng dịch vụ, đem lại những ưu điểm như triển khai nhanh các dịch vụ, hay các địa điểm được tập trung hóa. Tầng giữa là tầng điều khiển, giúp cho việc nâng cấp các quy trình và cho phép mạng lưới có thể được phân chia linh hoạt. Cuối cùng là tầng kết nối, bất kỳ công nghệ truyền dữ liệu nào cũng có thể được sử dụng và dữ liệu âm thanh sẽ được chuyển qua ATM/AAL2 hoặc IP/RTP. • Tần số: hiện tại có 6 băng sử dụng cho UMTS/WCDMA, tập trung vào Mạng di động 4G LTE Page 2 Hệ thống viễn thông UMTS tần số cấp phát trong 2 băng đường lên (1885 MHz– 2025 MHz) và đường xuống (2110 MHz – 2200 MHz). Sự phát triển của WCDMA lên 3.5G là HsxPA 1 . 2 CDMA 2000 Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, chuẩn này là sự tiếp nối đối với các hệ thống đang sử dụng công nghệ CDMA trong thế hệ 2. CDMA2000 được quản lý bởi 3GPP2, một tổ chức độc lập và tách rời khỏi 3GPP của UMTS. CDMA2000 có tốc độ truyền dữ liệu từ 144Kbps đến Mbps. 1.3 TD-SCDMA Chuẩn được ít biết đến hơn là TD-SCDMA đang được phát triển tại Trung Quốc bởi các công ty Datang và Siemens. Hiện tại có nhiều chuẩn công nghệ cho 2G nên sẽ có nhiều chuẩn công nghệ 3G đi theo, tuy nhiên trên thực tế chỉ có 2 tiêu chuẩn quan trọng nhất đã có sản phẩm thƣơng mại và có khả năng đƣợc triển khai rộng rãi trên toàn thế giới là WCDMA (FDD) và CDMA 2000. WCDMA được phát triển trên cơ sở tương thích với giao thức của mạng lõi GSM (GSM MAP), một hệ thống chiếm tới 65% thị trường thế giới. Còn CDMA 2000 nhằm tuơng thích với mạng lõi IS-41, hiện chiếm 15% thị trường. CHƯƠNG II : CẤU TRÚC MẠNG LTE 2.1 Công nghệ LTE Hệ thống LTE phát triển trên nền tảng GSM/UTMS , là một trong những công Mạng di động 4G LTE Page 3 Hệ thống viễn thông nghệ tiềm năng nhất cho truyền thông 4G (hệ thống tiền 4G). Kiến trúc mạng mới được thiết kế với mục tiêu cung cấp lưu lượng chuyển mạch gói với dịch vụ chất lượng, độ trễ tối thiểu. Hệ thống sử dụng băng thông linh hoạt nhờ vào mô hình đa truy cập OFDMA và SC-FDMA. Thêm vào đó, FDD (Frequency Division Duplexing) và TDD (Time Division Duplexing), bán song công FDD cho phép các UE có giá thành thấp. Không giống như FDD, bán song công FDD không yêu cầu phát và thu tại cùng thời điểm. Điều này làm giảm giá thành cho bộ song công trong UE. Truy cập tuyến lên dựa vào đa truy cập phân chia theo tần số đơn sóng mang (Single Carrier Frequency Division multiple Access SC-FDMA) cho phép tăng vùng phủ tuyến lên làm tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình thấp (Peak-to-Average Power Ratio PAPR) so với OFDMA. Khi cải thiện tốc độ dữ liệu đỉnh, hệ thống LTE sử dụng hai đến bốn lần hệ số phổ cell so với hệ thống HSPA Release 6. Đặc tính cơ bản của hệ thống LTE : -Hoạt động ở băng tần : 700 MHz-2,6 GHz. -Tốc độ: • DL : 100Mbps( ở BW 20MHz) • UL : 50 Mbps với 2 aten thu một anten phát. -Độ trễ : nhỏ hơn 5ms -Độ rộng BW linh hoạt : 1,4MHz; 3MHz; 5MHz; 10MHz; 15MHz; 20 MHz. Hỗ trợ cả 2 trường hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không. -Tính di động : Tốc độ di chuyển tối ưu là 0-15 km/h nhưng vẫn hoạt động tốt với tốc độ di chuyển từ 15-120 km/h, có thể lên đến 500 km/h tùy băng tần. -Phổ tần số: • Hoạt động ở chế độ FDD hoặc TDD • Độ phủ sóng từ 5-100 km • Dung lượng 200 user/cell ở băng tần 5Mhz. -Chất lượng dịch vụ : Mạng di động 4G LTE Page 4 Hệ thống viễn thông • Hỗ trợ tính năng đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS. • VoIP đảm bảo chất lượng âm thanh tốt, trễ tối thiểu thông qua mạng UTMS Thông số vật lí : Kỹ thuật truy cập UL DTFS-OFDM (SC-FDMA) DL OFDMA Băng thông 1.4MHz, 3MHz , 5MHz, 10MHz, 1 MHz, 20MHz TTI tối thiểu 1ms Chiều dài CP Ngắn 4.7µs Dài 16.7 µs Điều chế QPSK, 16QAM, 64QAM Ghép kênh không gian 1 lớp cho UL/UE Lên đến 4 lớp cho DL/UE Sử dụng MU-MIMO cho UL và DL 2.2 Cấu trúc của LTE. Sự khác nhau giữa SAE và LTE Mạng di động 4G LTE Page 5 Hệ thống viễn thông Trước tiên ta xem sự khác nhau về cấu trúc của UTMS và LTE. Song song với truy nhập vô tuyến LTE, mạng gói lõi cũng đang cải tiến lên cấu trúc tầng SAE. Cấu trúc mới này được thiết kế để tối ưu hiệu suất mạng, cải thiện hiệu quả chi phí và thuận tiện thu hút phần lớn dịch vụ trên nền IP. Mạng truy nhập vô tuyến RAN (Radio Access Network): mạng truy nhập vô tuyến của LTE được gọi là E-UTRAN và một trong những đặc điểm chính của nó là tất cả các dịch vụ, bao gồm dịch vụ thời gian thực, sẽ được hỗ trợ qua những kênh gói được chia sẻ. Phương pháp này sẽ tăng hiệu suất phổ, làm cho dung lượng hệ thống trở nên cao hơn. Một kết quả quan trọng của việc sử dụng truy nhập gói cho tất cả các dịch vụ là sự tích hợp cao hơn giữa những dịch vụ đa phương tiện và giữa những dịch vụ cố định và không dây. Có nhiều loại chức năng khác nhau trong mạng tế bào. Dựa vào chúng, mạng có Mạng di động 4G LTE Page 6 Hệ thống viễn thông thể được chia thành hai phần: mạng truy nhập vô tuyến và mạng lõi. Những chức năng như điều chế, nén, chuyển giao thuộc về mạng truy nhập. Còn những chức năng khác như tính cước hoặc quản lý di động là thành phần của mạng lõi. Với LTE, mạng truy nhập là E-UTRAN và mạng lõi là EPC. Mục đích chính của LTE là tối thiểu hóa số node. Vì vậy, người phát triển đã chọn một cấu trúc đơn node. Trạm gốc mới phức tạp hơn NodeB trong mạng truy nhập vô tuyến WCDMA/HSPA, và vì vậy được gọi là eNodeB (Enhance Node B). Những eNodeB có tất cả những chức năng cần thiết cho mạng truy nhập vô tuyến LTE, kể cả những chức năng liên quan đến quản lý tài nguyên vô tuyến. Giao diện vô tuyến sử dụng trong E-UTRAN bây giờ chỉ còn là S1 và X2. Trong đó S1 là giao diện vô tuyến kết nối giữa eNodeB và mạng lõi. S1 chia làm hai loại là S1-U là giao diện giữa eNodeB và SAE –GW và S1-MME là giao diện giữa eNodeB và MME. X2 là giao diện giữa các eNodeB với nhau. Mạng di động 4G LTE Page 7 Hệ thống viễn thông Mạng lõi: mạng lõi mới là sự mở rộng hoàn toàn của mạng lõi trong hệ thống 3G, và nó chỉ bao phủ miền chuyển mạch gói. Vì vậy, nó có một cái tên mới : Evolved Packet Core (EPC). Cùng một mục đích như E-UTRAN, số node trong EPC đã được giảm. EPC chia luồng dữ liệu người dùng thành mặt phẳng người dùng và mặt phẳng điều khiển. Một node cụ thể được định nghĩa cho mỗi mặt phẳng, cộng với Gateway chung kết nối mạng LTE với internet và những hệ thống khác. EPC gồm có một vài thực thể chức năng. - MME (Mobility Management Entity): chịu trách nhiệm xử lý những chức năng mặt bằng điều khiển, liên quan đến quản lý thuê bao và quản lý phiên. Mạng di động 4G LTE Page 8 Hệ thống viễn thông - Gateway dịch vụ (Serving Gateway): là vị trí kết nối của giao tiếp dữ liệu gói với E- UTRAN. Nó còn hoạt động như một node định tuyến đến những kỹ thuật 3GPP khác. - P-Gateway (Packet Data Network): là điểm đầu cuối cho những phiên hướng về mạng dữ liệu gói bên ngoài. Nó cũng là Router đến mạng Internet. - PCRF (Policyand Charging Rules Function): điều khiển việc tạo ra bảng giá và cấu hình hệ thống con đa phương tiện IP IMS (the IP Multimedia Subsystem) cho mỗi người dùng. - HSS (Home Subscriber Server): là nơi lưu trữ dữ liệu của thuê bao cho tất cả dữ liệu của người dùng. Nó là cơ sở dữ liệu chủ trung tâm trong trung tâm của nhà khai thác. Các miền dịch vụ bao gồm IMS (IP Multimedia Sub-system) dựa trên các nhà khai thác, IMS không dựa trên các nhà khai thác và các dịch vụ khác. IMS là một kiến trúc mạng nhằm tạo sự thuận tiện cho việc phát triển và phân phối các dịch vụ đa phương tiện đến người dùng, bất kể là họ đang kết nối thông qua mạng truy nhập nào. IMS hỗ trợ nhiều phương thức truy nhập như GSM, UMTS, CDMA2000, truy nhập hữu tuyến băng rộng như cáp xDSL, cáp quang, cáp truyền hình, cũng như truy nhập vô tuyến băng rộng WLAN, WiMAX. IMS tạo điều kiện cho các hệ thống mạng khác nhau có thể tương thích với nhau. IMS hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích cho cả người dùng lẫn nhà cung cấp dịch vụ. Nó đã và đang được tập trung nghiên cứu cũng như thu hút được sự quan tâm lớn của giới công nghiệp. Tuy nhiên IMS cũng gặp phải những khó khăn nhất định và cũng chưa thật sự đủ độ chín để thuyết phục các nhà cung cấp mạng đầu từ triển khai nó. Kiến trúc IMS được cho là khá phức tạp với nhiều thực thể và vô số các chức năng khác nhau. Mạng di động 4G LTE Page 9 Hệ thống viễn thông Cấu trúc LTE liên kết với mạng khác: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP Mạng di động 4G LTE Page 10 [...]... nghệ LTE, trọng tâm gồm các phần : o Tổng quan về hệ thống di động 3G o Cấu trúc mạng LTE o Truy cập vô tuyến trong LTE o Kỹ thuật sử dụng trong LTE Mạng di động 4G LTE Page 34 Hệ thống viễn thông TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 www.Vntelecom.org 2 Lộ trình phát triển 3G lên 4G –TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng 3 Lộ trình triển khai LTE –Tập đoàn viễn thông Viettel 4 Kỹ thuật điều chế đa sóng mang –Phan Minh Đức Mạng di động. .. 2.4 Giao thức của LTE (LTE Protocols) Ở LTE chức năng của RLC đã được chuyển vào eNodeB, cũng như chức năng của PDCP với mã hóa và chèn tiêu đề Vì vậy, các giao thức liên quan của lớp Mạng di động 4G LTE Page 13 Hệ thống viễn thông vô tuyến được chia trước đây ở UTRAN là giữa NodeB và RNC bây giờ chuyển thành giữa UE và eNodeB Giao thức của UTRAN Giao thức của E-UTRAN Mạng di động 4G LTE Page 14 Hệ thống... thiết bị di động chỉ dùng một anten để giảm chi phí cho thiết bị di động Về hoạt động, nhiều thiết bị đầu cuối di động có thể phát liên tục trên cùng một kênh truyền, nhiều kênh truyền, nhưng không gây ra can nhiễu với nhau bởi vì các tín hiệu hoa tiêu (pilot) trực giao lẫn nhau Kỹ thuật được đề cập đến, đó là kỹ thuật đa truy nhập miền không gian (SDMA) hay còn gọi là MIMO ảo Mạng di động 4G LTE Page... dài CP mở rộng Chỉ định tài nguyên của OFDMA trong LTE Mạng di động 4G LTE Page 25 Hệ thống viễn thông Cấu trúc của một khối tài nguyên Tín hiệu tham khảo (RS) : LTE sử dụng các tín hiệu tham khảo đặc biệt để dễ dàng ước lượng dịch sóng mang, ước lượng kênh truyền, đồng bộ thời gian…Các tín hiệu tham khảo được bố trí như hình sau: Mạng di động 4G LTE Page 26 Hệ thống viễn thông Cấu trúc bố trí tín... phổ tần của OFDM với FDMA Mạng di động 4G LTE Page 18 Hệ thống viễn thông Tần số-thời gian của tín hiệu OFDM LTE sử dụng OFDM trong kỹ thuật truy cập đường xuống vì nó có các ưu điểm sau: -OFDM có thể loại bỏ hiện tượng nhiễu xuyên kí hiệu ISI (Inter-Symbol Interference) nếu độ dài chuỗi bảo vệ (guard interval) lớn hơn độ trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh truyền Mạng di động 4G LTE Page 19 Hệ thống viễn... tới/từ một đầu cuối di động Kênh này được sử dụng cho cấu hình riêng của các đầu cuối di động chẳng hạn các bản tin chuyển giao khác nhau -Kênh điều khiển đa phương (MCCH) : được sử dụng để truyền thông tin cần thiết Mạng di động 4G LTE Page 12 Hệ thống viễn thông để thu kênh MTCH -Kênh lưu lượng riêng (DTCH) : được sử dụng để truyền số liệu của người sử dụng đến/từ một đầu cuối di động Đây là kiểu logic... năng của MAC(Medium Access Control) bao gồm : -Lập biểu -Điều khiển ưu tiên (Priority handling) -Ghép nhiều kênh logic khác nhau trên một kênh truyền đơn RLC Chức năng của PDCP bao gồm: -Mã hóa (ciphering) -Chèn tiêu đề Mạng di động 4G LTE Page 15 Hệ thống viễn thông CHƯƠNG III : TRUY CẬP VÔ TUYẾN VÀ CÁC KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG LTE 3.1 Các chế độ truy nhập vô tuyến Giao di n không gian LTE hỗ trợ cả...Hệ thống viễn thông Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập3GPP và không phải 3GPP Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập3GPP và liên mạng với CDMA 2000 Mạng di động 4G LTE Page 11 Hệ thống viễn thông 2.3 Các kênh sử dụng trong E-UTRAN Kênh vật lý : các kênh vật lý sử dụng cho dữ liệu người dùng bao gồm: -PDSCH... : Được sử dụng để truyền thông tin điều khiển hệ thống từ mạng đến tất cả máy di động trong cell Trước khi truy nhập hệ thống, đầu cuối di động phải đọc thông tin phát trên BCCH để biết được hệ thống được lập cấu hình như thế nào, chẳng hạn băng thông hệ thống -Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH) : được sử dụng để tìm gọi các đầu cuối di động vì mạng không thể biết được vị trí của chúng ở cấp độ ô và vì... OFDM trong các hệ thống thông tin di động là cần dịch các tần số tham khảo đối với các đầu cuối phát đồng thời Dịch tần phá hỏng tính trực giao của các cuộc truyền dẫn đến nhiễu đa truy nhập Vì vậy nó rất nhạy cảm với dịch tần Ở LTE chọn khoảng cách giữa các sóng mang là 15KHz, đối với khoảng cách này là khoảng cách đủ lớn đối với dịch tần Doppler Mạng di động 4G LTE Page 20 Hệ thống viễn thông Để . TIN DI ĐỘNG 3G Mạng di động 4G LTE Page 1 Hệ thống viễn thông Hệ thống thông tin di động 3G là hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 , là thế hệ phát triển sau hệ thống thông tin di động. v.v… với một tốc độ “siêu tốc”. Mạng 4G được triển dựa trên cơ sở hạ tầng của mạng di động 3G , giai đoạn đầu của quá trình được gọi thế hệ mạng di động tiền 4G LTE . Đây là một công nghệ mới. của LTE. Sự khác nhau giữa SAE và LTE Mạng di động 4G LTE Page 5 Hệ thống viễn thông Trước tiên ta xem sự khác nhau về cấu trúc của UTMS và LTE. Song song với truy nhập vô tuyến LTE, mạng