Nghiên cứu các thủ tục truy nhập trong LTE

I
Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải
LỜI NÓI ĐẦU
Trước khi truyền dẫn số liệu đầu cuối di động cần phải kết nối với mạng.
Muốn kết nối truy nhập trong mạng ta cần thủ tục truy nhập mạng. Mạng di động
nào cũng vậy và LTE cũng không ngoại lệ. Hai thủ tục được xét là: tìm ô và truy
nhập ngẫu nhiên.
Tìm ô là thủ tục mà một đầu cuối di động tìm một ô tiềm năng để kết nối.
Kết quả của thủ tục này là đầu cuối nhận được số nhận dạng và ước tính định thời
khung của ô được nhận dạng. Ngoài ra thủ tục tìm ô cũng cấp ước tính các thông số
cần thiết để thu thông tin hệ thống trên kênh quảng bá, qua kênh này đầu cuối nhận
được các thông số cần thiết để truy nhập hệ thống.
Truy nhập ngẫu nhiên cho phép đầu cuối gửi yêu cầu thiết lập kết nối đến
mạng. Kết quả của truy nhập này là thiết lập đồng bộ đường lên và thiết lập một
nhận dạng đầu cuối duy nhất, trong đó mạng và đầu cuối đều biết nhận dạng này. Vì
thế truy nhập ngẫu nhiên không chỉ được sử dụng cho truy nhập lần đầu, khi chuyển
từ LTE DETACHED hay LTE- IDLE vào LTE-ACTIVE mà còn cả sau các chu kì
không tích cực khi đồng bộ đường lên bị mất trong LTE-ACTIVE.
Ngày nay hệ thống thông tin di động phát triển không ngừng và các nhà viễn
thông trên thế giới đã tiến hành thử nghiệm một chuẩn di động mới với nhiều ưu
điểm nổi trội năng lực tuyệt vời cũng như khả năng thương mại hóa! Đó là LTE! Do
vậy việc nghiên cứu tìm hiểu về các thủ tục truy nhập trong LTE là một yêu cầu bức
thiết mang tính thời đại. Xuất phát từ những suy nghĩ trên nên em lựa chọn đề tài:
Nghiên cứu các thủ tục truy nhập trong LTE.
Kết cấu đồ án gồm 4 chương:
- Chương 1: Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động và tổng quan
mạng 4G.
- Chương 2: Tổng quan về công nghệ LTE và các vấn đề liên quan
- Chương 3: Lớp vật lý trong mạng LTE

- Chương 4: Các thủ tục truy nhập
II
Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải
Trong thời gian thực hiện đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế
nên em rất mong nhận được sự đóng góp của thầy, cô và các bạn để đề tài được hòa
thiện hơn.
Hà Nội, Ngày Tháng Năm 2013
Sinh viên thực hiện


Đỗ Bảo Sơn

III
Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải
MỤC LỤC

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
LỜI NÓI ĐẦU I
MỤC LỤC III
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU THUẬT NGỮ VIẾT TẮT VII
DANH MỤC HÌNH VẼ XVIII
DANH MỤC BẢNG BIỂU XXI
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ
TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G 1
1.1 Sự phát triển của hệ thống thông tin di động 1
1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 (1G) 2
1. 1. 2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 (2G) 3
1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) 5
1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G) 7
1. 2 Tổng quan về mạng 4G 8
1. 3 Sự khác nhau giữa 3G và 4G 10
1. 3. 1 Ưu điểm nổi bật 11
1.3.2 Các ứng dụng đã tạo nên ưu điểm của 4G LTE so với 3G 11
Kết luận chương: 12
CHƢƠNG 2 : CẤU TRÚC MẠNG 4G LTE VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 13
2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE 13
2.2. Kiến trúc mạng LTE 20

2.2.1. Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống 21
IV
Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải
2.2.2. Thiết bị người dùng ( UE) 23
2.2.3. E-UTRAN nodeB (eNodeB) 24
2.2.4. Thực thể quản lý tính di động (MME) 25
2.2.5. Cổng phục vụ ( S-GW) 28
2.2.6. Cổng mạng dữ liệu gói( P-GW) 31
2.2.7. Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên ( PCRF) 33
2.2.8. Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) 34
2.3 Các giao diện và giao thức trong cấu hình kiến trúc cơ bản của hệ thống 34
2.4 QoS và kiến trúc dịch vụ mang chuyển 39
2.5. Giao thức trạng thái và chuyển tiếp trạng thái 40
2.6. Hỗ trợ tính di động liên tục 41
2.7. Kiến trúc hệ thống phát quảng bá đa điểm 44
Kết luận chương: 48
CHƢƠNG 3 - LỚP VẬT LÝ LTE 50
3.1. Các kênh truyền tải và ánh xạ của chúng tới các kênh vật lý 50
3.2. Truyền tải dữ liệu người sử dụng hướng lên 52
3.3. Truyền dẫn dữ liệu người dùng hướng xuống 56
3.4. Truyền dẫn tín hiệu lớp vật lý hướng lên 61
3.4.1. Kênh điều khiển đường lên vật lý ( PUCCH) 63
3.4.2. Cấu hình PUCCH 64
3.4.3. Báo hiệu điều khiển trên PUSCH 64
3.5. Cấu trúc PRACH (Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý) 68
3.6. Truyền dẫn báo hiệu lớp vật lý hướng xuống 69
3.6.1. Kênh chỉ thị định dạng điều khiển vật lý (PCFICH) 70
V

Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải
3.6.2. Kênh điều khiển hướng xuống vật lý ( PCDCH) 70
3.6.3. Kênh chỉ thị HARQ vật lý ( PHICH) 72
3.6.4. Các chế độ truyền dẫn hướng xuống 72
3.6.5. Kênh quảng bá vật lý ( PBCH) 73
3.6.6. Tín hiệu đồng bộ 74
3.7. Các thủ tục lớp vật lý 75
3.7.1. Thủ tục HARQ 75
3.7.2. Ứng trước định thời 76
3.7.3. Điều khiển công suất 77
3.7.4. Nhắn tin 78
3.7.5. Thủ tục báo cáo phản hồi kênh 79
3.7.6. Hoạt động chế độ bán song công 80
3.7.7. Các lớp khả năng của UE và các đặc điểm được hỗ trợ 80
3.8. Đo lường lớp vật lý 81
3.8.1. Đo lường eNodeB 81
3.8.2. Đo lường UE 82
3.9. Cấu hình tham số lớp vật lý 82
Kết luận chương 83
CHƢƠNG 4: CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP LTE 85
4.1 Tìm ô: 85
4.1.1. Thủ tục tìm ô: 86
4.1.2. Cấu trúc thời gian/tần số của các tín hiệu đồng bộ: 87
4.1.3. Tìm ô ban đầu và tìm ô lân cận: 89
4.2. Truy nhập ngẫu nhiên: 91
VI
Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải
4.2.1. Bước 1: Truyền dẫn tiền tố truy nhập 92
4.2.2 Bước 2: Trả lời truy nhập ngẫu nhiên: 97
4.2.3. Bước 3: Nhận dạng đầu cuối: 98
4.2.4. Bước 4: Phân giải va chạm: 99
4.2.5. Tìm gọi: 100
Kết luận chương: 102
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 103
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN VÀ ĐỌC DUYỆT 104
LỜI CẢM ƠN 105
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 106

VII
Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Tên viết tắt
Tên tiếng anh
Nghĩa tiếng việt
1G
First Generation
Thế thệ đầu tiên
2G
Second Generation
Thế hệ thứ hai
3G
Third Generation
Thế hệ thứ ba
4G
Fourth Generation
Thế hệ thứ tư
3GPP
Third Generation Partnership
Project
Dự án các đối tác thế hệ thứ ba
AAA
Authentication, Authorization
and Accounting
Xác thực, cấp phép và tính cước
ACF

Analog Channel Filter
Bộ lọc kênh tương tự
ACIR
Adjacent Channel Interference
Rejection
Loại bỏ nhiễu kênh lân cận
ACK
Acknowledgement
Sự báo nhận
ACLR
Adjacent Channel Leakage
Ratio
Tỉ lệ dò kênh lân cận
ACS
Adjacent channel selectivity
Chọn lọc kênh lân cận
ADC
Analog-to Digital Conversion
Chuyển đổi tương tự - số
ADSL
Asymmetric Digital
Subscriber Line
Đường dây thuê bao số không đối
xứng
AM
Acknowledged Mode
Chế độ báo nhận
AMBR
Aggregate Maximum Bit Rate
Tốc độ bít tối đa cấp phát

AMD
Acknowledged Mode Data
Dữ liệu chế độ báo nhận
AMR
Adaptive Multi-Rate
Đa tốc độ thích ứng
AMR-NB
Adaptive Multi-Rate
Narrowband
Băng hẹp đa tốc độ thích ứng
AMR-WB
Adaptive Multi-Rate
Băng rộng đa tốc độ thích ứng
VIII
Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải
Wideband
ARP
Allocation Retention Priority
Ưu tiên duy trì cấp phát
ATB
Adaptive Transmission
Bandwidth
Băng thông truyền dẫn thích nghi
AWGN
Additive White Gaussian
Noise
Nhiễu Gauss trắng thêm vào
AMPS

Advanced Mobile Phone
Sytem
Hệ thống điện thoại di động tiên
tiến
BB
Baseband
Băng gốc
BCCH
Broadcast Control Channel
Kênh điều khiển phát quảng bá
BCH
Broadcast Channel
Kênh phát quảng bá
AMPS
Advanced Mobile Phone
Sytem
Hệ thống điện thoại di động tiên
tiến
BPF
Band Pass Filter
Bộ lọc băng tần
BPSK
Binary Phase Shift Keying
Khóa dịch pha nhị phân
BS
Base Station
Trạm gốc
BSC
Base Station Controller
Điều khiển trạm gốc

BSR
Buffer Status Report
Báo cáo tình trạng bộ đệm
BTS
Base Transceiver Station
Trạm thu phát gốc
BW
Bandwidth
Dải thông
CAZAC
Constant Amplitude Zero
Autocorrelation Codes
Mã tự tương quan zero biên độ
không đổi
CBR
Constant Bit Rate
Tốc độ bít không đổi
CCE
Control Channel Element
Phần tử kênh điều khiển
CCCH
Common Control Channel
Kênh điều khiển chung
CDD
Cyclic Delay Diversity
Phân tập trễ vòng
CDF
Cumulative Density Function
Chức năng mật độ tích lũy
CDM

Code Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo mã
IX
Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải
CDMA
Code Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo mã
AIR
Carrier to Interference Ratio
Tỷ số sóng mang trên tập âm
CP
Cyclic Prefix
Tiền tố vòng
CPICH
Common Pilot Channel
Kênh điều khiển chung
CQI
Channel Quality Information
Thông tin chất lượng kênh
CRC
Cyclic Redundancy Check
Kiểm tra dư vòng
C-RNTI
Ô Radio Network Temporary
Identifier
Nhận dạng tạm thời mạng vô
tuyến tế bào

CS
Circuit Switched
Chuyển mạch kênh
CSCF
Call Session Control Function
Chức năng điều khiển phiên cuộc
gọi
D-BCH
Dynamic Broadcast Channel
Kênh phát quảng bá động
DCCH
Dedicated Control Channel
Kênh điều khiển riêng
DCI
Downlink Control Information
Thông tin điều khiển đường
xuống
DFCHA
Dynamic Frequency and
Channel Allocation
Cấp phát kênh và tần số động
DFT
Discrete Fourier Transform
Biến đổi fourier rời rạc
DL
Downlink
Đường xuống
UL
uplink
Đường lên

DL-SCH
Downlink Shared Channel
Kênh chia sẻ đường xuống
DPCCH
Dedicated Physical Control
Channel
Kênh điều khiển vật lý riêng
DTX
Discontinuous Transmission
Truyền phát không liên tục
DwPTS
Downlink Pilot Time Slot
Khe thời gian điều khiển đường
xuống
E-DCH
Enhanced DCH
DCH được tăng cường
X
Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải
EDGE
Enhanced Data Rates for GSM
Evolution
Tốc độ dữ liệu tăng cường cho
GSM phát triển
EPC
Evolved Packet Core
Mạng lõi gói phát triển
EPDG

Evolved Packet Data Gateway
Cổng dữ liệu gói phát triển
E-UTRAN
Evolved Universal Terrestrial
Radio Access
Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn
cầu phát triển
EDO
Evolution Data Only
Chỉ có dữ liệu phát triển
FD
Frequency Domain
Miền tần số
FDD
Frequency Division Duplex
Song công phân chia tần số
FDM
Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia tần số
FDPS
Frequency Domain Packet
Scheduling
Lập biểu gói miền tần số
FFT
Fast Fourier Transform
Biến đổi furier nhanh
FS
Frequency Selective
Lựa chọn tần số

GERAN
GSM/EDGE Radio Access
Network
Mạng truy nhập vô tuyến
GSM/EDGE
GGSN
Gateway GPRS Support Node
Nút cổng hỗ trợ GPRS
GP
Guard Period
Khoảng bảo vệ
GPRS
General packet radio service
Dịch vụ vô tuyến gói chung
GPS
Global Positioning System
Hệ thống định vị toàn cầu
GRE
Generic Routing
Encapsulation
Đống gói định tuyến chung
GSM
Global System for Mobile
Communications
Hệ thống truyền thông di động
toàn cầu
GTP
GPRS Tunneling Protocol
Giao thức đường hầm GPRS
GTP-C

GPRS Tunneling Protocol,
Control Plane
Mặt phẳng điều khiển, giao thức
đường hầm GPRS
XI
Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải
GUTI
Globally Unique Temporary
Identity
Nhận dạng tạm thời duy nhất toàn
cầu
GW
Gateway
Cổng
HARQ
Hybrid Automatic Repeat
reQuest
Yêu cầu lặp lại tự động hỗ hợp
HO
Handover
Sự chuyển vùng
HSDPA
High Speed Downlink Packet
Access
Truy nhập gói đường xuống tốc
độ cao
HS-DSCH
High Speed Downlink Shared

Channel
Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ
cao
HSCSD
High Speed Circuit Switched
Data
Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ
cao
HSPA
High Speed Packet Access
Truy nhập gói tốc độ cao
HS-PDSCH
High Speed Physical
Downlink Shared Channel
Kênh chia sẻ đường xuống vật lý
tốc độ cao
HSS
Home Subscriber Server
Máy chủ thuê bao thường trú
HS-SCCH
High Speed Shared Control
Channel
Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ
cao
HSUPA
High Speed Uplink Packet
Access
Truy nhập gói đường lên tốc độ
cao
ICI

Inter-carrier Interference
Nhiễu liên sóng mang
ICIC
Inter-ô Interference Control
Điều khiển nhiễu liên ô
ID
Identity
Nhận dạng
IFFT
Inverse Fast Fourier
Transform
Biến đổi furier nhanh nghịch đảo
IMS
IP Multimedia Subsystem
Hệ thống con đa phương tiện IP
IMT
International Mobile
Telecommunications
Truyền thông di động quốc tế
XII
Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải
IP
Internet Protocol
Giao thức Internet
ISDN
Integrated Services Digital
Network
Mạng số dịch vụ tích hợp

ISI
Inter Symbols Interference
Nhiễu liên ký tự
LNA
low noise amplifier
Khuyêch đại âm nhiễu thấp
LO
Local Oscillator
Bộ dao động nội
LOS
Line of Sight
Tầm nhìn thẳng
LTE
Long Term Evolution
Sự phát triển dài hạn
MAC
Medium Access Control
Điều khiển truy nhập môi trường
MAP
Mobile Application Part
Phần ứng dụng di động
MBMS
Multimedia Broadcast
Multicast System
Hệ thống phát quảng bá đa điểm
đa phương tiện
MBR
Maximum Bit Rate
Tốc độ bít tối đa
MCH

Multicast Channel
Kênh đa điểm
MCS
Modulation and Coding
Scheme
Sơ đồ mã hóa và điều chế
MGW
Media Gateway
Cổng phương tiện
MIMO
Multiple Input Multiple
Output
Đa đầu vào đa đầu ra
MIP
Mobile IP
IP di động
MM
Mobility Management
Quản lý tính di động
MME
Mobility Management Entity
Phần tử quản lý tính di động
MPR
Maximum Power Reduction
Sự giảm công suất tối đa
MSC
Mobile Switching Center
Chung tâm chuyển mạch di động
NACK
Negative Acknowledgement

Báo nhận không thành công
NAS
Non-access Stratum
Tầng không truy nhập
NAS
Network Address Table
Bảng địa chỉ mạng
NB
Narrowband
Băng hẹp
XIII
Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải
NMT
Nordic Mobile Telephone
Điện thoại di động Bắc Âu
OFDM
Orthogonal Frequency
Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia tần số trực
giao
OFDMA
Orthogonal Frequency
Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia tần số trực
giao
O&M
Operation and Maintenance
Vận hành và bảo dưỡng

PAPR
Peak to Average Power Ratio
Tỉ lệ công suất đỉnh tới trung bình
PAR
Peak-to-Average Ratio
Tỉ lệ đỉnh-trung bình
PC
Power Control
Điều khiển công suất
PCCC
Parallel Concatenated
Convolution Coding
Mã xoắn ghép song song
PCCPCH
Primary Common Control
Physical Channel
Kênh vật lý điều khiển chung sơ
cấp
PCFICH
Physical Control Format
Indicator Channel
Kênh chỉ thị dạng điều khiển vật
lý
PCH
Paging Channel
Kênh nhắn tin
PCI
Physical Ô Identity
Nhận dạng ô vật lý
PCM

Pulse Code Modulation
Điều chế xung mã
PCRF
Policy and Charging Resource
Function
Chức năng tính cước tài nguyên
và chính sách
PCS
Personal Communication
Services
Dịch vụ truyền thông cá nhân
PDCCH
Physical Downlink Control
Channel
Kênh điều khiển đường xuống vật
lý
PDCP
Packet Data Convergence
Protocol
Giao thức hội tụ dữ liệu gói
PDN
Packet Data Network
Mạng dữ liệu gói
PDU
Payload Data Unit
Đơn vị dữ liệu tải tin
XIV
Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải

PDSCH
Physical Downlink Shared
Channel
Kênh chia sẻ đường xuống vật lý
P-GW
Packet Data Network Gateway
Cổng mạng dữ liệu gói
PHICH
Physical HARQ Indicator
Channel
Kênh chỉ thị HARQ vật lý
PHY
Physical Layer
Lớp vật lý
PLL
Phase Locked Loop
Vòng khóa pha
PLMN
Public Land Mobile Network
Mạng di động mặt đất công cộng
PMIP
Proxy Mobile IP
IP di động ủy nhiệm
PN
Phase Noise
Tiếng ồn pha
PRACH
Physical Random Access
Channel
Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý

PRB
Physical Resource Block
Khối tài nguyên vật lý
PS
Packet Switched
Chuyển mạch gói
PSD
Power Spectral Density
Mật độ phổ công suất
PSS
Primary Synchronization
Signal
Tín hiệu đồng bộ sơ cấp
PUCCH
Physical Uplink Control
Channel
Kênh điều khiển hướng lên vật lý
PUSCH
Physical Uplink Shared
Channel
Kênh chia sẻ hướng lên vật lý
QAM
Quadrature Amplitude
Modulation
Điều chế biên độ cầu phương
QCI
QoS Class Identifier
Nhận dạng cấp QoS
QoS
Quality of Service

Chất lượng dịch vụ
QPSK
Quadrature Phase Shift Keying
Khóa dịch pha vuông góc
RACH
Random Access Channel
Kênh truy nhập ngẫu nhiên
RAN
Radio Access Network
Mạng truy nhập vô tuyến
XV
Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải
RAR
Random Access Response
Đáp ứng truy nhập ngẫu nhiên
RB
Resource Block
Khối tài nguyên
RBG
Radio Bearer Group
Nhóm truyền tải vô tuyến
RF
Radio Frequency
Tần số vô tuyến
RI
Rank Indicator
Chỉ thị bậc
RLC

Radio Link Control
Điều khiển kết nối vô tuyến
RNC
Radio Network Controller
Điều khiển mạng vô tuyến
RRC
Radio Resource Control
Điều khiển tài nguyên vô tuyến
RRM
Radio Resource Management
Quản lý tài nguyên vô tuyến
RS
Reference Signal
Tín hiệu chuẩn
RSCP
Received Symbol Code Power
Công suất mã ký hiệu nhận được
RSRP
Reference Symbol Received
Power
Công suất thu được ký hiệu chuẩn
RSRQ
Reference Symbol Received
Quality
Chất lượng thu được ký hiệu
chuẩn
RSSI
Received Signal Strength
Indicator
Chỉ thị cường độ tín hiệu thu được

SAE
System Architecture Evolution
Phát triển kiến trúc hệ thống
SCCPCH
Secondary Common Control
Physical Channel
Kênh vật lý điều khiển chung thứ
cấp
SCM
Spatial Channel Model
Chế độ kênh không gian
SC-FDMA
Single Carrier Frequency
Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia tần số đơn
sóng mang
SCH
Synchronization Channel
Kênh đồng bộ
SCTP
Stream Control Transmission
Protocol
Giao thức truyền dẫn điều khiển
luồng
SDU
Service Data Unit
Đơn vị dữ liệu dịch vụ
SFBC
Space Frequency Block
Mã khối tần số không gian

XVI
Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải
Coding
SFN
System Frame Number
Số khung hệ thống
SGSN
Serving GPRS Support Node
Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS
S-GW
Serving Gateway
Cổng phục vụ
SIB
System Information Block
Khối thông tin hệ thống
SIMO
Single Input Multiple Output
Đơn đầu vào đa đầu ra
SMS
Short Message Service
Dịch vụ bản tin ngắn
SNR
Signal to Noise Ratio
Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu
SON
Self Optimized Networks
Mạng tự tối ưu
SR

Scheduling Request
Yêu cầu lập lịch biểu
S-RACH
Short Random Access Channel
Kênh truy nhập ngẫu nhiên ngắn
SRB
Signaling Radio Bearer
Phần tử mang báo hiệu vô tuyến
SRS
Sounding Reference Signals
Tín hiệu chuẩn thăm dò
SSS
Secondary Synchronization
Signal
Tín hiệu đồng bộ thứ cấp
SU-MIMO
Single User Multiple Input
Multiple Output
Đơn người dùng - Đa đầu vào đa
đầu ra
S1AP
S1 Application Protocol
Giao thức ứng dụng S1
TA
Tracking Area
Khu vực theo dõi
TBS
Transport Block Size
Kích thước khối truyền tải
TACS

Total Access Communication
Sytem
Hệ thống truyền thông truy nhập
toàn phần
TD
Time Domain
Miền thời gian
TDD
Time Division Duplex
Song công phân chia thời gian
TD-LTE
Time Division Long Term
Evolution
Phân chia theo thời gian - LTE
TD-
SCDMA
Time Division Synchronous
Code Division Multiple
Phân chia theo thời gian – đa truy
nhập phân chia theo mã đồng bộ
XVII
Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải
Access
TPC
Transmit Power Control
Điều khiển công suất phát
TRX
Transceiver

Bộ thu phát
TTI
Transmission Time Interval
Khoảng thời gian truyền
UDP
Unit Data Protocol
Giao thức đơn vị dữ liệu
UE
User Equipment
Thiết bị đầu cuối
UL
Uplink
Đường lên
UL-SCH
Uplink Shared Channel
Kênh chia sẻ đường lên
UMTS
Universal Mobile
Telecommunications System
Hệ thống thông tin di động toàn
cầu
UpPTS
Uplink Pilot Time Slot
Khe thời gian dẫn hướng đường
lên
USIM
Universal Subscriber Identity
Module
Modun nhận dạng thuê bao toàn
cầu

UTRA
Universal Terrestrial Radio
Access
Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn
cầu
UTRAN
Universal Terrestrial Radio
Access Network
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
toàn cầu
V-MIMO
Virtual MIMO
MIMO ảo
VoIP
Voice over IP
Thoại qua IP
WCDMA
Wideband Code Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã
băng rộng
WLAN
Wireless Local Area Network
Mạng nội bộ không dây
X1AP
X1 Application Protocol
Giao thức ứng dụng X1

XVIII
Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1: Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động tế bào 1
Hình 2.1 Phát triển kiến trúc 3GPP hướng tới kiến trúc phẳng hơn 21
Hình 2.2. Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có E-UTRAN 22
Hình 2.3 eNodeB kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính 25
Hình 2.4 MME kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính 28
Hình 2.5. Các kết nối S-GW tới các nút logic khác và các chức năng chính 29
Hình 2.6 P-GW kết nối tới các node logic khác và các chức năng chính 32
Hình 2.7 PCRF kết nối tới các nút logic khác & các chức năng chính 33
Hình 2.8 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển trong EPS 35
Hình 2.9 ngăn xếp giao thức mặt phẳng người dùng trong EPC 37
Hình 2.10 Các ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng người dùng
cho giao diện X2 38
Hình 2.11 Kiến trúc dịch vụ mang truyền EPS 40
Hình 2.12. Trạng thái của UE và chuyển tiếp trạng thái 41
Hình 2.13. Hoạt động chuyển giao 43
Hình 2.14. Khu vực theo dõi cập nhật cho UE ở trạng thái RRC rảnh rỗi 44
Hình 2.15. Khu vực dịch vụ eMBMS và các khu vực MBSFN 46
Hình 2.16 Kiến trúc logic eMBMS 47
Hình 2.17 Kiến trúc mặt phẳng người dùng eMBMS cho đồng bộ nội dung 48
Hình 3.1 Ánh xạ của các kênh truyền tải hướng lên tới các kênh vật lý 51
Hình 3.2 Ánh xạ các kênh truyền tải hướng xuống tới các kênh vật lý 52
Hình 3.3 Cấp phát tài nguyên hướng lên được điều khiển bởi bộ lập biểu eNodeB 52

XIX
Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải
Hình 3.4 Cấu trúc khung LTE FDD 53
Hình 3.5 Tốc độ dữ liệu giữa các TTI theo hướng đường lên 54
Hình 3.6 Cấu trúc khe đường lên với tiền tố vòng ngắn và dài 54
Hình 3.7 Chuỗi mã hóa kênh PUSCH 56
Hình 3.8 Ghép kênh của thông tin điều khiển và dữ liệu 56
Hình 3.9 Cấp phát tài nguyên đường xuống tại eNodeB 57
Hình 3.10 Cấu trúc khe đường xuống cho băng thông 1,4MHz 58
Hình 3.11 Chuỗi mã hóa kênh DL-SCH 59
Hình 3.12 Ví dụ về chia sẻ tài nguyên đường xuống giữa PDCCH & PDSCH 60
Hình 3.13 Sự tạo thành tín hiệu hướng xuống 61
Hình 3.14 Tài nguyên PUCCH 63
Hình 3.15 Nguyên tắc điều chế dữ liệu và điều khiển 65
Hình 3.16 Cấp phát các trường dữ liệu & điều khiển khác nhau trên PUSCH 66
Hình 3.17 Các dạng phần mở đầu LTE RACH cho FDD 68
Bảng 3.1 Dạng PDCCH và kích thước của chúng 70
Hình 3.18 Vị trí PBCH tại các tần số trung tâm 73
Hình 3.19 các tín hiệu đồng bộ trong khung 74
Hình 3.20 Vận hành LTE HARQ với 8 tiến trình 76
Hình 3.21 Định thời LTE HARQ cho một gói tin đường xuống duy nhất 76
Hình 3.22 Điều khiển định thời hướng lên 77
Hình 3.23 Công suất hướng lên LTE với thay đổi tốc độ dữ liệu 78
Hình 3.24 Thủ tục báo cáo thông tin trạng thái kênh (CSI) 79
Hình 3.25 Tự cấu hình cho PCI 83
Hình 4.1. Các tín hiệu đổng bộ sơ cấp và thứ cấp 85
XX
Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải
Hình 4.2 Lập biểu phụ thuộc đường xuống trong miền thời gian và tần số. 88
Hình 4.3: Tạo tín hiệu đồng bộ trong miền tần số 89
Hình 4.4: Thủ tục truy nhập ngẫu nhiên. 92
Hình 4.6: Minh họa nguyên lý truyền dẫn tiền tố ngẫu nhiên. 94
Hình 4.6: Định thời tiền tố tại eNodeB cho các người sử dụng truy nhập ngẫu nhiên
khác nhau. 95
Hình 4.7: Tạo tiền tố truy nhập ngẫu nhiên. 96
Hình 4.8: Phát hiện tiền tố truy nhập trong miền tần số 97
Hình 4.9: Thu không liên tục (DRX) đối với tìm gọi. 101


















XXI

Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải
DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 : Các thông số lớp vật lý LTE 16
Bảng 2.2 : Tốc độ đỉnh của LTE theo lớp 16
Bảng 2.3: So sánh các dịch vụ 3G so với 4G LTE 17
Bảng 2.4 : So sánh giữa HSPA, WiMAX và LTE 19
Bảng 2.5 Tóm tắt các giao thức và giao diện trong cấu hình kiến trúc hệ thống cơ
bản. 39
Bảng 3.1 Dạng PDCCH và kích thước của chúng 70
Bảng 3.2 Các loại thiết bị LTE 81

1
Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ
TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G
Thông tin di động là một lĩnh vực rất quan trọng trong đời sống xã hội.
Xã hội càng phát triển, nhu cầu về thông tin di động của con người càng tăng
lên và thông tin di động càng khẳng định được sự cần thiết và tính tiện dụng của
nó. Cho đến nay, hệ thống thông tin di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển,
từ thế hệ di động thế hệ 1 đến thế hệ 3 và thế hệ đang phát triển trên thế giới -
thế hệ 4. Trong chương này sẽ trình bày khái quát về các đặc tính chung của
các hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G.
1.1 Sự phát triển của hệ thống thông tin di động
Khi các ngành thông tin quảng bá bằng vô tuyến phát triển thì ý tưởng về thiết
bị điện thoại vô tuyến ra đời và cũng là tiền thân của mạng thông tin di động sau
này. Năm 1946, mạng điện thoại vô tuyến đầu tiên được thử nghiệm tại ST
Louis, bang Missouri của Mỹ.

Hình 1: Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động tế bào
2
Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải
Sau những năm 50, việc phát minh ra chất bán dẫn cũng ảnh hưởng lớn đến
lĩnh vực thông tin di động. Ứng dụng các linh kiện bán dẫn vào thông tin di động
đã cải thiện một số nhược điểm mà trước đây chưa làm được.
Thuật ngữ thông tin di động tế bào ra đời vào những năm 70, khi kết
hợp được các vùng phủ sóng riêng lẻ thành công, đã giải được bài toán khó về
dung lượng.

1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 (1G)
Những hệ thống thông tin di động đầu tiên, nay được gọi là thế hệ thứ nhất
(1G), sử dụng công nghệ analog gọi là đa truy nhập phân chia theo tần số
(FDMA) để truyền kênh thoại trên sóng vô tuyến đến thuê bao điện thoại di
động. Với FDMA, người dùng được cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự
các kênh trong lĩnh vực tần số. Trong trường hợp nếu số thuê bao nhiều vượt trội
so với các kênh tần số có thể, thì một số người bị chặn lại không được truy cập
1.1.1.1
Đặc điểm


Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến.


Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể.

 Trạm thu phát gốc BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS
trong
cell.

 Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di động tiên tiến AMPS.
1.1.1.2 Những hạn chế của hệ thống thông tin di động thế hệ 1
Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản.
Tuy nhiên hệ thống không thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả
dung lượng và tốc độ. Nó bao gồm các hạn chế sau :
 Phân bổ tần số rất hạn chế, dung lượng nhỏ.
 Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xảy ra khi máy di động chuyển dịch trong
môi
trường fading đa tia.


Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạ
tầng.


Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi.

3
Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải
 Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt ở châu Âu, làm
cho
thuê bao không thể sử dụng được máy di động của mình ở các nước khác.

 Chất lượng thấp và vùng phủ sóng hẹp.
Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử
dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với kỹ thuật đa truy cập
mới ưu điểm hơn về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp. Vì vậy đã xuất
hiện hệ thống thông tin di động thế hệ 2.
1. 1. 2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 (2G)
Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời
gian (TDMA) đầu tiên trên thế giới được ra đời ở châu Âu và có tên gọi là
GSM. Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế
hệ 2 lúc đó đã đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công
nghệ số. Hệ thống 2G hấp dẫn hơn hệ thống 1G bởi vì ngoài dịch vụ thoại
truyền thống, hệ thống này còn có khả năng cung cấp một số dịch vụ truyền dữ
liệu và các dịch vụ bổ sung khác. Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động số
GSM được đưa vào từ năm 1993, hiện nay đang được Công ty VMS và GPC
khai thác rất hiệu quả với hai mạng thông tin di động số VinaPhone và MobiFone

theo tiêu chuẩn GSM.
Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 đều sử dụng kỹ thuật điều chế số. Và
chúng sử dụng 2 phương pháp đa truy cập:
 Đa truy cập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access -
TDMA):
phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khác nhau.

 Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access - CDMA):
phục vụ các cuộc gọi theo các chuỗi mã khác nhau.
1.1.2.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA
Trong hệ thống TDMA phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thành
các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này được dùng chung cho N kênh liên lạc,
mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian (Time slot) trong chu kỳ một khung. Tin
tức được tổ chức dưới dạng gói, mỗi gói có bit chỉ thị đầu gói, chỉ thị cuối gói,
4
Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Đỗ Bảo Sơn GVHD: TS. Trịnh Quang Khải
các bit đồng bộ và các bit dữ liệu. Không như hệ thống FDMA, hệ thống TDMA
truyền
dẫn dữ liệu không liên tục và chỉ sử dụng cho dữ liệu số và điều chế số.

Các đặc điểm của TDMA
 TDMA có thể phân phát thông tin theo hai phương pháp là phân định
trước và phân phát theo yêu cầu. Trong phương pháp phân định trước, việc phân
phát các cụm được định trước hoặc phân phát theo thời gian. Ngược lại trong
phương pháp phân định theo yêu cầu các mạch được tới đáp ứng khi có cuộc gọi
yêu cầu, nhờ đó tăng được hiệu suất sử dụng mạch.
 Trong TDMA các kênh được phân chia theo thời gian nên nhiễu giao
thoa giữa các kênh kế cận giảm đáng kể.

 TDMA sử dụng một kênh vô tuyến để ghép nhiều luồng thông tin thông qua
việc phân chia theo thời gian nên cần phải có việc đồng bộ hóa việc truyền dẫn để
tránh trùng lặp tín hiệu. Ngoài ra, vì số lượng kênh ghép tăng nên thời gian trễ do
truyền dẫn đa đường không thể bỏ qua được, do đó sự đồng bộ phải tối ưu.
1.1.2.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA
Đối với hệ thống CDMA, tất cả người dùng sẽ sử dụng cùng lúc một băng
tần. Tín hiệu truyền đi sẽ chiếm toàn bộ băng tần của hệ thống. Tuy nhiên, các
tín hiệu của mỗi người dùng được phân biệt với nhau bởi các chuỗi mã. Thông tin
di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thể
chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi, mà không sợ gây
nhiễu lẫn nhau.
Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại mỗi cell trong toàn mạng, và những
kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên PN.
Trong hệ thống CDMA, tín hiệu bản tin băng hẹp được nhân với tín hiệu
băng thông rất rộng, gọi là tín hiệu phân tán. Tín hiệu phân tán là một chuỗi mã
giả ngẫu nhiên mà tốc độ chip của nó rất lớn so với tốc độ dữ liệu. Tất cả các users
trong một hệ thống CDMA dùng chung tần số sóng mang và có thể được phát
đồng thời. Mỗi user có một từ mã giả ngẫu nhiên riêng của nó và nó được xem là
trực giao với các từ mã khác. Tại máy thu, sẽ có một từ mã đặc trưng được tạo