Nghiên cứu, phân tích công nghệ then chốt nhằm ứng dụng cho mạng di động thế hệ sau

S húa bi Trung tõm Hc liu

i

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






Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ii
LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Nguyễn Thị Thanh Nhàn
Học viên lớp cao học khóa 14- Kỹ thuật Điện Tử- Trƣờng ĐHKTCN Thái
Nguyên
Tôi xin cam đoan: Đề tài: “Nghiên cứu, phân tích công nghệ then chốt
nhằm ứng dụng cho mạng di động thế hệ sau”do thầy giáo PGS.TS. Nguyễn
Thanh Hà hƣớng dẫn là công trình nghiên cứu của tôi. Tất cả những nội dung
trong luận văn là trung thực và chƣa từng ai công bố (Trừ các phần tham khảo đẵ

đƣợc nêu rõ trong luận văn). Các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ
ràng.
Thái Nguyên, ngày……. tháng…….năm 2014
Học viên



Nguyễn Thị Thanh Nhàn




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

iii
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và tốt nghiệp, tôi đã nhận đƣợc sự giúp đỡ tận
tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Điện tử viễn thông – khoa Điện tử - trƣờng
Đại học kỹ thuât công nghiệp – Đại học Thái Nguyên. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn
đối với các thầy cô giáo và Phòng đào tạo sau đại học vì sự giúp đỡ tận tình này.
Tôi đặc biệt muốn cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thanh Hà đã tận tình giúp đỡ, hƣớng
dẫn tôi trong thời gian thực hiện đề tài, cảm ơn sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè và
các đồng nghiệp trong thời gian qua.
Mặc dù đã cố gắng, song do điều kiện về thời gian và kinh nghiệm thực tế
còn nhiều hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, tôi rất mong nhận đƣợc
sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng nhƣ của bạn bè đồng nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày…….tháng…….năm 2014
Học viên

Nguyễn Thị Thanh Nhàn


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

iv
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN iii
MỤC LỤC iv
DANH MỤC CÁC HÌNH vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TĂT x
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4
1.1. Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động 4
1.1.1. Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1 4
1.1.2. Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 5
1.1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ ba. 7
1.1.4. Hệ thống thông tin di động thứ 4 8
1.2. Truy nhập vô tuyến LTE 13
1.2.1. Các sơ đồ truyền dẫn 13
1.2.2. Lập biểu phụ thuộc kênh và thích ứng tốc độ 15
1.2.2.1. Lập biểu đƣờng xuống 16
1.2.2.2. Lập biểu đƣờng lên 17
1.2.2.3. Điều phối nhiễu giữa các ô 17
1.2.3. HARQ với kết hợp mềm 18
1.2.4. Hỗ trợ đa ăng ten 18
1.2.5. Hỗ trợ quảng bá và đa phƣơng 19

1.2.6. Linh hoạt phổ 20
1.2.6.1.Linh hoạt trong sắp xếp song công 20
1.2.6.2. Linh hoạt trong khai thác băng tần 21
1.2.6.3. Linh hoạt băng thông 22
1.3. Kiến trúc giao diện vô tuyến 22
1.3.1. Kiến trúc giao thức LTE 23
1.3.2. Điều khiển liên kết vô tuyến, RLC 24
1.3.3. Điều khiển truy nhập môi trƣờng, MAC 26
1.3.3.1. Các kênh logic và các kênh truyền tải 26

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

v
1.3.3.2. Lập biểu đƣờng xuống 29
1.3.3.3. Lập biểu đƣờng lên 31
1.3.3.4. HARQ 33
1.3.4. Lớp vật lý 37
1.3.5. Các trạng thái của LTE 39
1.3.6. Luồng số liệu 41
1.4. Hiệu quả của LTE 42
1.4.1. Tốc độ số liệu đỉnh 42
1.4.2. Thông lƣợng số liệu 43
1.4.3. Hiệu suất phổ tần 43
1.4.4. Hỗ trợ di động 45
1.4.5. Vùng phủ 45
1.4.6. MBMS tăng cƣờng 46
1.4.7. Triển khai phổ tần 46
1.4.8. Đồng tồn tại và tƣơng tác với các 3GPP RAT 47
1.4.9. Các vấn đề về mức độ phức tạp 48
KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 48

CHƢƠNG II: CÁC CÔNG NGHỆ THEN CHỐT CỦA MẠNG DI ĐỘNG 50
THẾ HỆ SAU 50
2.1 Mở đầu: 50
2.2. Tóm tắt nguyên lý OFDM 50
2.3. Ƣớc tính kênh và các ký hiệu tham khảo 52
2.4. Mã hóa kênh và phân tập tần số bằng OFDM 54
2.5. Lựa chọn các thông số OFDM cơ sở 56
2.5.1. Khoảng cách giữa các sóng mang con của OFDM 56
2.5.2. Số lƣợng các sóng mang con 57
2.5.3. Độ dài CP 58
2.6. Ảnh hƣởng của thay đổi mức công suất tức thời. 58
2.7. Sử dụng OFDM cho ghép kênh và đa truy nhập 59
2.8. Phát quảng bá và đa phƣơng trong nhiều ô và OFDM. 61
2.9. Ƣu điểm và nhƣợc điểm của kỹ thuật OFDM: 64

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

vi
2.9.1.Ƣu điểm: 64
2.9.2.Nhƣợc điểm: 64
2.10. Kỹ thuật MIMO 65
2.10.1. Giới thiệu chung: 65
2.10.2. Ƣu điểm của hệ thống MIMO 65
2.11. Tổng quan SC-FDMA: 66
Kết luận chƣơng 2 68
CHƢƠNG 3: TRIỂN KHAI MẠNG 4G/LTE 69
3.1.Lợi ích của công nghệ LTE 69
3.2. Mạng lƣới toàn cầu và sự tăng trƣởng thuê bao LTE 71
3.3. Ứng dụng của 4G LTE trong việc nâng cao chất lƣợng thoại 72
3.4. Đặc điểm mạng thông tin di động của Phú Thọ 73

3.5. Nhu cầu và hƣớng phát triển từ 2G/3G lên 4G tỉnh Phú Thọ 74
3.6. Nghiên cứu triển khai mạng thông tin di động 4G cho VNPT Phú Thọ. 75
3.7. Quy hoạch mạng thông tin di động 4G cho Tỉnh Phú Thọ 76
KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 78
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

vii
DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Hệ thống điện thoại di động 4
Hình 1. 2: Kế hoạch nghiên cứu tiêu chuẩn E- UTRAN,[1] 9
Hình1.3: Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động 4G,[1] 11
Hình1.4. :Kiến trúc mô hình B1 của E-UTRAN cho trƣờng hợp không chuyển
mạng 13
Hình 1.5 : Lập biểu phụ thuộc kênh đƣờng xuống trong miền thời gian và miền tần
số. 16
Hình 1.6 : Thí dụ về điều phối nhiễu giữa các ô trong đó một số phần phổ bị hạn
chế công suất . 18
Hình 1.7: FDD và TDD 21
Hình 1.8: Kiến trúc giao thức LTE (đƣờng xuống). 24
Hình 1.9. Phân đoạn và móc nối RLC 26
Hình 1.10. Thí dụ về sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải 29
Hình 1.11. Chọn khuôn dạng truyền tải trên đƣờng xuống (trái), 33
trên đƣờng lên (phải). 33
Hình 1.12. Giao thức HARQ đồng bộ và không đồng bộ 35
Hình 1.13. Nhiều xử lý HARQ 35
Hình 1.14. mô tả đơn giản cấu trúc và xử lý lớp vật lý cho DL – SCH 38

Hình 1.15: Xử lý lớp vật lý ở dạng đƣợc đơn giản hóa cho UL-SCH 39
Hình 1.16. Các trạng thái của LTE 40
Hình2. 1: Ký hiệu điều chế và phổ của tín hiệu OFDM 51
Hình2. 2: Biểu diễn tín hiệu truyền dẫn OFDM trong không gian hai chiều 52
(tần số - thời gian) [1]. 52
Hình2. 3: Mô hình OFDM trong miền tần số 53
Hình2. 4: Mô hình kênh phát thu OFDM miền tần số với bộ cân 53
bằng một nhánh 53
Hình2. 5: Các ký hiệu tham khảo trên trục thời gian tần số 54
Hình2. 6: Giải thích vai trò của mã hóa kênh trong OFDM 55
Hình2. 7: Phổ của tín hiệu OFDM cơ sở 5MHz 57

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

viii
Hình2. 8: OFDM đƣợc sử dụng cho sơ đồ ghép kênh/đa truy nhập. 59
a)đƣờng xuống, b) đƣờng lên 59
Hình2. 9: Ghép kênh ngƣời sử dụng OFDMA phân bố 60
Hình2. 10: Điều khiển định thời phát đƣờng lên 61
Hình2. 11: Phát quảng bá đa ô, đơn ô và phát đơn phƣơng. 62
Hình2. 12: Tƣơng đƣơng giữa phát quảng bá đa ô đƣợc đồng bộ và truyền dẫn đa
đƣờng 64
Hình2. 13: Mô tả nguyên lý SC-FDMA. 68
Hình 3.1:Quá trình chuyển hoá từ 3G lên 4G/LTE 70
Hình 3.2: Mạng lƣới toàn cầu của LTE 71
Hình 3.3: Sự tăng trƣởng thuê bao LTE 72


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ix
DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng1.1: Mục tiêu của 4G 9
Bảng 1.2. Tổng kết các thế hệ thông tin di động 11
Bảng1.3: So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng phổ tần giữa LTE trên
đƣờng xuống và HSDPA 44
Bảng1.4.: So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng phổ tần giữa LTE trên
đƣờng lên và HSUPA,[1] 45
Bảng 3.1: Diện tích và dân số tỉnh phú thọ 76

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

x

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TĂT

Chữ viết
tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt
2G
Second Generation
Thế hệ thứ hai
3G
Third Generation
Thế hệ thứ ba
3GPP
3
ird

Generation Partnership Project
Đế án các đối tác thế hệ thứ ba
3GPP 2
3
ird
Generation Partnership Project
Đế án các đối tác thế hệ thứ ba 2
AAS
Adaptive Antenna System
Hệ thống ăng ten thích ứng
ACK
Acknowledgment
Công nhận
AM
Acknowledgment Mode
Chế độ công nhận
AMC
Adaptive Modulation and Coding
Mã hoá và điều chế thích ứng
AMR
Adaptive Multirate
Đa tốc độ thích ứng
ARQ
Automatic Repeat-reQuest
Yêu cầu phát lại tự động
AWGN
Additive White Gaussian Noise
Tạp âm Gauss trắng cộng
BCCH
Broadcast Control Channel

Kênh điều khiển quảng bá
BCH
Broadcast Channel
Kênh quảng bá
BER
Bit Error Rate
Tỷ số lỗi bit
BM-SC
Broadcast / Multicast Service
Center
Trung tâm dịch vụ quảng bá đa phƣơng
BS
Base Station
Trạm gốc
BTS
Base Tranceiver Station
Trạm thu phát gốc
CDMA
Code Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã
CN
Core Network
Mạng lõi
CP
Cyclic Prefix
Tiền tố chu trình

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

xi

CPC
Continuous Packet Connectivity
Kết nối gói liên tục
CPICH
Common Pilot Channel
Kênh hoa tiêu chung
CQI
Channel Quanlity Indicator
Chỉ thị chất lƣợng kênh
CRC
Cyclic Redundancy Cheek
Kiểm tra vòng dƣ
CS
Circuit Switch
Chuyển mạch kênh
DCCH
Dedicated Control Channel
Kênh điều khiển riêng
DCH
Dedicated Channel
Kênh riêng
DFT
Discrete Fourier Transform
Biến đổi Fourier rờảcạc
DFTS-
OFDM
DTF-Spread OFDM
OFDM trải phổ DFT
DL
DawnLink

Đƣờng xuống
DPCCH
Dedicated Physical Control
Channel
Kênh điều khiển vật lý riêng
DPCH
Dedicated Physical Channel
Kênh vật lý riêng
DPDCH
Dedicated Physical Datal Channel
Kênh số liệu vật lý riêng
DRX
Discontinuous Reception
Thu không liên tục
DSCH
Downlink Shared Channel
Kênh chia sẻ đƣờng xuống
DTX
Discontinuous Transmission
Phát không liên tục
EDGE
Enhanced Data for GSM Evolution
Phát triển tăng cƣờng số liệu cho GSM
EDCH
Enhanced Dedicate Channel
Kênh riêng tăng cƣờng
EDCCH
Enhanced Dedicate Control
Channel
Kênh điều khiển riêng tăng cƣờng

EDDCH
Enhanced Dedicate DataChannel
Kênh số liệu riêng tăng cƣờng
eNodeB
E-UTRAN Node B
Nút B của E-UTRAN
E-UTRA
Evolved UTRA

Truy cập vô tuyến mặt đất ÚMT phát triển

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

xii
EtrPS
Extended Real Time Packet Sevice
Dịch vụ gói thời gian thực mở rộng
FDD
Frequency Division Dupolex
Ghép song công phân chia theo tần số
FDM
Frequency Division Multiplex
Ghép kêng phân chia theo tần số
FDMA
Frequency Division Multiplex Access
Đa truy nhập phân chia theo tần số
F-DPCH
Fractional DPCH
DPCH một phần
FEC

Forward Error Correction
Hiệu chỉnh lỗi trƣớc
FFT
Fast Fourier Transform
Biến đổi Fourier nhanh
GERAN
GSM EDGE Radio Acess Network
Mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE
GGSN
Gateway GPRS Support Node
Nút hỗ trợ GPRS cổng
GPRS
General Packet Radio Service
Dịch vụ vô tuyến nói chung
GPS
Global Positionning System
Hệ thống định vị toàn cầu
GSM
Global System For Mobile
Communication
Hệ thống thông tin di động toàn cầu
HARQ
Hybrid Automatic Repeat request
Yêu cầu phát lại tự động linh hoạt
HCR
High Chip Rate
Tốc độ chip cao
HLR
Home Location Register
Bộ ghi định vị thƣờng trú

HSDPA
High Speed Downlink Packet
Access
Truy nhập gói đƣờng xuống tốc độ cao
HSPA
High Speed Packet Access
Truy nhập gói tốc độ cao
HSS
Home Subscriber Server
Service thuê bao nhà
HSUPA
High Speed Upnlink Packet Access
Truy nhập gói đƣờng lên tốc độ cao
IDFT
Inverse Discrete Fourier Transform
Biến đổi Fourier dời dạc ngƣợc
IDFMA
Interleaved FDMA
FDMA đan xen
IFFT
Inverse Fast Fourier Transform
Biến đổi Fourier nhanh ngƣợc
IMS
IP Multimedia Supsystem
Phân hệ đa phƣơng tiện IP
IMT-2000
International Mobile
Thông tin di động quốc tế 2000

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

xiii
Telecommunication 2000
IR
Incremental Redundancy
Phần dƣ tăng
IRC
Interferrence Rejection Combining
Kết hợp loại nhiễu
ISDN
Intergrated Services Digital
Network
Mang số đa dịch vụ tích hợp
ITU
International Telecommunications
Union
Liên đoàn viễn thông quốc tế
ITU-R
International Telecommunications
Union – Radio Dector
Liên đoàn viễn thông quốc tế bộ phận vô
tuyến
LCR
Low Chip Rate
Tốc độ chip thấp
LTE
Long Term Evolution
Phát triển dài hạn
MAC
Medium Access Control

Điều khiển truy nhập môi trƣờng
MBMS
Multimedia Broadcast Multicast
Service
Dịch vụ quảng bá đa phƣơng tiện
MBS
Multicast Broadcast Service
Dịch vụ quảng bá đa phƣơng
MBSFN
Multicast Broadcast Single
Frequency Network
Mạng đơn tần quảng bá đa phƣơng
MCCH
MBMS Control Channel
Kênh điều khiển MBMS
MCE
MBMS Coordination Entity
Thực tế điều phối MBMS
MCH
Multicast Control Channel
Kênh điều khiển đa phƣơng
MICH
MBMS Indicator Channel
Kênh chỉ thị MBMS
MIMO
Multi-Input Multi-Output
Nhiều đầu vào - nhiều đầu ra
MMS
Multimedia Messaging Service
Dịch vụ nhắn tin đa phƣơng tiện

MMSE
Minimum Mean Square Error
Sai số bình phƣơng trung bình cực tiểu
MRC
Maximum Ratio Combining
Kết hợp tỷ lệ cực đại
MSC
Mobile Services Switching Center
Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di
động
MSCH
MSC Scheduling Channel
Kênh lập biểu MBMS

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

xiv
MTCH
MBMS Trafic Channel
Kênh lƣu lƣợng MBMS
NACK
Non- Acknowledgement
Không công nhận
NRTPS
Non-Real-Time Polling Service
Dịch vụ thăm dò phí thời gian thực
OFDM
Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

OFDMA
Orthogonal Frequency Division
Multiplexing Access
Đa truy nhập phân chia theo tần số trực
giao
PAPR
Peak to Average Power Radio
Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung
bình
PAR
Peak to Average Radio
Tỷ số đỉnh trên trung bình
PDCCH
Physical Dedicate Control Channel
Kênh điều khiển riêng vật lý
PDCP
Packet-Data Convergence Protocol
Giao thức hội tụ số liệu gói
PDSCH
Physical Downlink Shared Channel
Kênh chia sẻ đƣờng xuống vật lý
PDU
Packet Data Unit
Đơn vị số liệu gói
PHY
Physical Layer
Lớp vật lý
PS
Packet Switch n
Chuyển mạch gói

PSTN
Public Switched Telephone
Network
Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng
QAM
Quadrature Amplitude Modulation
Điều chế biên độ vuông góc
QoS
Qualiti of Service
Chất lƣợng dịch vụ
RAB
Radio Access Bearer
Kênh mạng truy nhập vô tuyến
RAN
Radio AccessBearer Network
Mạng truy nhập vô tuyến
RAT
Radio Access Technology
Công nghệ truy nhập vô tuyến
RB
Resource Block
Khối tài nguyên
RF
Radio Frequency
Tần số vô tuyến
RLC
Radio Link Control
Điều khiển kết nối vô tuyến
RNC
Radio Network Control

Bộ điều khiển mạng vô tuyến
RRC
Radio Resource Control
Điều khiển tài nguyên vô tuyến
RRM
Radio Resource Managament
Quản lý tài nguyên vô tuyến
RS
Reference Symbol
Ký hiệu tham khảo
RSN
Retransmission Sequence Number
Số trình tự phát lại
RTP
Reat Time Protocol
Giao thức thời gian thực

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

xv
RTPS
Reat Time Protocol Service
Dịch vụ thăm dò thời gian thực
RU
Resource Unit
Đơn vi tài nguyên
RV
Redundancy Version
Phiên bản dƣ
SA

System Aspects
Các khía cạnh hệ thống
SAE
System Architecture Evolution
Phát triển kiến trúc mạng
SCFDMA
Single Carrier-Frequency Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo tần số sóng
mang
SCH
Synchronization Channel
Kênh đồng bộ
SDMA
Spatial Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo không gian
SDU
Service Data Unit
Đơn vị số liệu dịch vụ
SF
Spreading Factor
Hệ số trải phổ
SFBC
Space Frequency Block Code
Mã khối không gian tần số
SFN
Single Frequency Network
Mạng tần số đơn
SGSN
Serving GPRS Support Node

Nút hỗ trợ GPRS phục vụ
SIC
Sucessive Interference Combining
Kết hợp loại bỏ nhiếu lần lƣợt
SIM
Subscriber Identify Module
Modun nhận dạng thuê bao
SINR
Singnal to Interference Plus Noise
Radio
Tỷ số tín hiệu trên nhiếu cộng tạp âm
SMS
Short Message Service
Dịch vụ tin nhắn ngắn
SNR
Singnal to Noise Ratio
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
SRNS
Serving Radio Network Subsystem
Phân hệ mạng vô tuyến phục vụ
STBC
Space Time Block Code
Mã khối không gian thời gian
STC
Space Time Code
Mã không gian thời gian
STTD
Space Time Transmit Diversity
Phân tập phát không gian thời gian
TCP

Transmission Control Protocol
Giao thức điều khiển truyền dẫn
TD-
CDMA
Time Division Code Multiple
Đa truy nhập phân chia theo mã - phân
chia theo thời gian
TDD
Time Division Duplex
Ghép song công phân chia theo thời gian
TDMA
Time Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo thời gian
TD-
SCDMA
Time Division-Synchronous Code
Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã đồng bộ -
Phân chia theo thời gian

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

xvi
TF
Transport Format
Khuôn dạng truyền tải
TFC
Transport Format Combination
Kết hợp khuôn dạng truyền tải
TM

Transparent Mode
Chế độ trong suốt
TR
Technical Report
Báo cáo kỹ thuật
TRCH
Transport Channel
Kênh truyền tải
TS
Technical Specication
Đặc tả kỹ thuật
TSG
Technical Specication Group
Nhóm đặc tả kỹ thuật
TSN
Technical Sequence Number
Số trình tự phát
TSTD
Time Switched transmit Diversity
Phân tập phát chuyển mạch theo thời gian
TTI
Transmission Time Intetval
Khoảng thời gian phát
UE
User Equipment
Thiết bị ngƣời sử dụng
UL
Uplink
Đƣờng lên
UM

Unacknowledged Mode
Chế độ không công nhận
UMTS
Universal Mobile
Telecommunication System
Hệ thống thông tin di động toàn cầu
UTRA
UMTS Terrestrial Radio Access
Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS
UTRAN
UMTS Terrestrial Radio
AccessNetwork
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS
WCDMA
Wideband Code Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng
WG
Working Group
Nhóm cộng tác
WLAN
Wireless Local Area Network
Mạng nội vùng không dây
VoIP
Voice over IP
Thoại trên IP
ZF
Zezo Focing
Cƣỡng bức về không

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1
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 nƣớc phát triển mà hầu hết các quốc gia trên thế giới. Dịch vụ
thông tin di động ngày nay không chỉ hƣớng tới khách hàng giàu có mà hƣớng tới
tất cả mọi đối tƣợng 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 ngƣời 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 đƣợc sử dụng rộng rãi với các giải pháp kỹ thuật công
nghẹ đƣợc sử dụng để có thể khai thác tài nguyên vô tuyến nhƣ là TDMA, FDMA,
SDMA và CDMA nhƣng thực tế cho thấy chƣa tìm thấy ở các thông tin di động
trƣớc đây một phƣơng pháp nào có thể tối ƣu hóa phổ tần, một tài nguyên vô cùng
quan trọng trong thông tin vô tuyến.
Để đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng của con ngƣời 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 tƣơng 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 đƣợc thể hiện ở chƣơng 1
[1]
LTE đƣợc 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 đƣợc nhƣợc điểm về hiệu quả sử
dụng phổ tần thấp của các hệ thống di động trƣớc 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 ƣu băng tần sử dụng.
Kỹ thuật OFDM là một công nghệ then chốt đƣợc tác giả trình bày ở chƣơng 2 [1]

,[2] ,[3]. Mục tiêu thiết kế của LTE nhằm đạt đƣợc tốc độ truyền dẫn đƣờng xuống
tối đa là 100Mbps. Ngƣời sử dụng sẽ cảm thấy điện thoại của họ đƣợc kết nối mọi
lúc.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

2
Chính vì vậy tôi đã đề xuất ứng dụng triển khai mạng 4G cho Phú Thọ và nội
dung này đƣợc thể hiện ở chƣơng 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 chƣơng:
Chƣơng I: Tổng quan về hệ thống thông tin di động
Chƣơng II: Các công nghệ then chốt của mạng di động thế hệ sau
Chƣơng 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 tƣợng, phƣơng pháp nghiên cứu
- Đối tƣợng nghiên cứu
Đối tƣợng 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.
- Phƣơng 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
đƣợc tốc độ truyền dẫn đƣờng 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 nhƣ
điều chế, điều khiển tốc độ lập biểu đƣờng lên, lập biểu đƣờng xuống, … để có thể

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

3
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 ngƣời sử dụng.

- Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của đề tài là bƣớc tiến nhằm nâng cao tốc độ và khả năng cũng
nhƣ giảm độ trễ trên đƣờng 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 ƣu băng tần sử dụng
5. Bố cục của luận văn
Nội dung của luận văn này bao gồm có 3 chƣơng:
Chƣơng I: Tổng quan về hệ thống thông tin di động
Chƣơng II: Các công nghệ then chốt của mạng di động thế hệ sau
Chƣơng III: Triển khai mạng 4G/LTE



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

4

CHƢƠNG 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 tƣơng 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
lƣợng và ứng dụng so với các thế hệ trƣớc đó, và có khả năng cung cấp các dịch vụ
đa phƣơng tiện gói là thế hệ đang đƣợc triển khai ở một số quốc gia trên thế giới.
Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động trên thế giới đƣợc 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 tƣơng lai.
Hình dƣới thể hiện một mạng điện thoại di động tổ ong bao gồm các trạm
gốc(BTS).

Hình 1.1: Hệ thống điện thoại di động
1.1.1. Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1
Phƣơng pháp đơn giản nhất về truy nhập kênh là đa truy nhập phân chia tần
số . Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phƣơng pháp đa truy cập phân chia theo tần
số (FDMA) và chỉ hổ trợ các dịch vụ thoại tƣơng tự và sử dụng kỹ thuật điều chế

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

5
tƣơng tự để mang dữ liệu thoại của mỗi ngƣời sử dụng .Với FDMA , khách hàng
đƣợc cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần số. Sơ
đồ báo hiệu của hệ thống FDMA khá phức tạp, khi MS bật nguồn để hoạt động thì

nó dò sóng tìm đến kênh điều khiển dành riêng cho nó. Nhờ kênh này, MS nhận
đƣợc dữ liệu báo hiệu gồm các lệnh về kênh tần số dành riêng cho lƣu lƣợng ngƣời
dùng . Trong trƣờng hợp nếu số thuê bao nhiều hơn so với các kênh tần số có thể,
thì một số ngƣời bị chặn lại không đƣợc truy cập.
Đa truy nhập phân chia theo tần số nghĩa là nhiều khách hàng có thể sử dụng
đƣợc dãi tần đã gán cho họ mà không bị trùng nhờ việc chia phổ tần ra thành nhiều
đoạn .Phổ tần số quy định cho liên lạc di dộng đƣợc chia thành 2N dải tần số kế
tiếp, và đƣợc cách nhau bằng một dải tần phòng vệ. Mỗi dải tần số đƣợc gán cho
một kênh liên lạc. N dải kế tiếp dành cho liên lạc hƣớng lên, sau một dải tần
phân cách là N dải kế tiếp dành riêng cho liên lạc hƣớng xuống .
Đặc điểm :
-Mỗi MS đƣợc 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 .
-BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS .
Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di động tiên tiến (Advanced
Mobile phone System - AMPS).
Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 sử dụng phƣơng pháp đa truy cập
đơn giản. Tuy nhiên hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng của
ngƣời dùng về cả dung lƣợng và tốc độ. Vì các khuyết điểm trên mà nguời ta
đƣa ra hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 ƣu điểm hơn thế hệ 1 về cả dung
lƣợng và các dịch vụ đƣợc cung cấp.
1.1.2. Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao cả về số lƣợng và chất
lƣợng, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 đƣợc đƣa ra để đáp ứng kịp thời số
lƣợng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số .
Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng điều chế số .Và chúng
sử dụng 2 phƣơng pháp đa truy cập :

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

6
Đa truy cập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access -
TDMA).
Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access -
CDMA).
Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA.
Với phƣơng pháp truy cập TDMA thì nhiều ngƣời sử dụng một sóng mang và
trục thời gian đƣợc chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để dành cho nhiều ngƣời
sử dụng sao cho không có sự chồng chéo. Phổ quy định cho liên lạc di động đƣợc
chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này dùng chung cho N kênh liên
lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ một khung. Các thuê bao
khác dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian, mỗi thuê bao đƣợc cấp phát cho một
khe thời gian trong cấu trúc khung.
Đặc điểm :
-Tín hiệu của thuê bao đƣợc truyền dẫn số.
-Liên lạc song công mỗi hƣớng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong đó
một băng tần đƣợc sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy di động và
một băng tần đƣợc sử dụng để truyền tín hiệu từ máy di động đến trạm gốc. Việc
phân chia tần nhƣ vậy cho phép các máy thu và máy phát có thể hoạt động cùng
một lúc mà không sợ can nhiễu nhau.
-Giảm số máy thu phát ở BTS.
-Giảm nhiễu giao thoa.
Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global
System for Mobile Communications - GSM).
Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn kỹ thuật FDMA. Hệ
thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tƣơng tự có khả năng xử lý không quá 106
lệnh trong 01 giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử lý hơn 50x106
lệnh trên giây.
Đa truy cập phân chia theo mã CDMA.
Với phƣơng pháp đa truy cập CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều

ngƣời sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi
mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau. Những ngƣời sử dụng nói trên đƣợc phân biệt với

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

7
nhau nhờ dùng một mã đặc trƣng không trùng với bất kỳ ai. Kênh vô tuyến CDMA
đƣợc dùng lại mỗi cell trong toàn mạng, và những kênh này cũng đƣợc phân biệt
nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên (Pseudo Noise - PN).
Đặc điểm của CDMA:
-Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz.
-Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp.
-Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cƣờng độ trƣờng rất
nhỏ và chống fading hiệu quả hơn FDMA,TDMA
-Việc các thuê bao MS trong cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền
dẫn vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn vấn đề,chuyển giao
trở thành mềm, điều khiển dung lƣợng cell rất linh hoạt.
1.1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ ba.
Công nghệ thông tin di động số thế hệ ba. Công nghệ này liên quan đến những
cải tiến đang đƣợc thực hiện trong lĩnh vực truyền thông không dây cho điện thoại
và dữ liệu thông qua bất kỳ chuẩn nào trong những chuẩn hiện nay. Đầu tiên là
tăng tốc độ bit truyền từ 9.5Kbps lên 2Mbps. Khi số lƣợng thiết bị cầm tay đƣợc
thiết kế để truy cập Internet gia tăng, yêu cầu đặt ra là phải có đƣợc công nghệ
truyền thông không dây nhanh hơn và chất lƣợng hơn. Công nghệ này sẽ nâng cao
chất lƣợng thoại, và dịch vụ dữ liệu sẽ hỗ trợ việc gửi nội dung video và multimedia
đến các thiết bị cầm tay và điện thoại di động.
Các hệ thống thông tin di động số hiện nay đang ở giai đoạn chuyển từ thế hệ
2.5G sang thế hệ 3 (3 - Generation). Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng và các dịch
vụ thông tin di động, ngay từ đầu những năm đầu của thập kỷ 90 ngƣời ta đã tiến
hành nghiên cứu hoạch định hệ thống thông tin di động thế hệ ba. ITU-R đang tiến

hành công tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000. Ở
châu Âu ETSI đang tiến hành tiêu chuẩn hóa phiên bản này với tên gọi là UMTS
(Universal Mobile Telecommunnication System). Hệ thống mới này sẽ làm việc ở
dải tần 2GHz. Nó sẽ cung cấp nhiều loại hình dịch vụ bao gồm các dịch vụ thoại và
số liệu tốc độ cao, video và truyền thanh. Tốc độ cực đại của ngƣời sử dụng có thể
lên đến 2Mbps. Ngƣời ta cũng đang tiến hành nghiên cứu các hệ thống vô tuyến thế
hệ thứ tƣ có tốc độ lên đến 32Mbps.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

8
Hệ thống thông tin di động thế hệ ba đƣợc xây dựng trên cơ sở IMT – 2000
với các tiêu chí sau :
- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz với đƣờng lên có dải tần 1885-
2025MHz và đƣờng xuống có dải tần 2110-2200MHz.
- Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến,
tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến, đồng thời tƣơng tác với mọi
loại dịch vụ viễn thông.
- Hệ thống thông tin di động 3G sử dụng các môi trƣờng khai thác khác nhau.
- Có thể hỗ trợ các dịch vụ nhƣ : Môi trƣờng thông tin nhà ảo (VHE – Vitual
Home Environment) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạch
toàn cầu; Đảm bảo chuyển mạng quốc tế; Đảm bảo các dịch vụ đa phƣơng tiện đồng
thời cho thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói.
- Dể dàng hỗ trợ các dich vụ mới xuất hiện.
Các hệ thống thông tin di động thế hệ hai phát triển thông dụng nhất hiện nay
là: GSM, cdmaOne (IS-95), TDMA (IS-136), PDC. Trong quá trình thiết kế hệ
thống thông tin di động thế hệ ba, các hệ thống thế hệ hai đƣợc cơ quan chuẩn hóa
của từng vùng xem xét để đƣa ra các đề xuất tƣơng ứng thích hợp với mỗi vùng.
1.1.4. Hệ thống thông tin di động thứ 4
Nghiên cứu phát triển tiêu chuẩn LTE đƣợc tiến hành trong các E-UTRAN

TSG.
Trong các cuộc họp của RAN TSG chỉ có một vài vấn đề kỹ thuật là đƣợc
tán thành.
Thậm trí trong các cuộc họp sau các vấn đề này vẫn đƣợc xem xét lại. 3GPP
đã vạch ra kế hoạch làm việc chi tiết cho các nhóm nghiên cứu TSG RAN Lộ trình
phát triển của LTE gắn liền với lộ trình phát triển 3GPP.
Các vấn đề nghiên cứu đƣợc thực hiện trong TSG.
TSG RAN: Nghiên cứu tiêu chuẩn cho giao diện vô tuyến
TSG SA: Nghiên cứu kiến trúc mạng.
Kế hoạch nghiên cứu phát triển tiêu chuẩn LTE đƣợc cho trên hình 1.2



S húa bi Trung tõm Hc liu

9












Hỡnh 1. 2: K hoch nghiờn cu tiờu chun E- UTRAN,[1]

ITM-ADVANCED v l trỡnh phỏt trin ti 4G:
Trong ITU nhúm cụng tỏc 8F(ITU-RWP 8F)ang tin hnh nghiờn cu cỏc h
thng tip sau IMT- 2000. Bng 1.1 cho thy mc tiờu ca 4G.
Bng1.1: Mc tiờu ca 4G
Tc s liu
100Mbps cho vựng rng , 1Gbps cho vựng hp
Kt ni mng
Hon ton IP
Thụng tin
Rng khp ,m di ng , liờn tc
Tr
Thp hn 3G
Tr kt ni
Thp hn 5ms
Tr truyn dn
Thp hn 5ms
Giỏ thnh trờn 1bit
1/10 1/100 thp hn 3G
Giỏ thnh c s h tng
Thp hn 3G ( khong 1/10 )

ITU-R WP 8F tuyờn b rng cn cú cỏc cụng ngh vụ tuyn di ng mi cho
cỏc kh nng cao hn IMT - 2000 tuy nhiờn vn cha ch rừ cụng ngh no. Thut
ng IMT- Adv cng s cú cỏc bc phỏt trin ging nh IMT- 2000 v cha cỏc
kh nng ca cỏc h thng trc ú. Quỏ trỡnh nh ngha IMT-Adv cũn c khi
tho trong WP 8F v s hon ton ging nh quỏ trỡnh nghiờn cu cỏc khuyn ngh
Quyết định
yêu cầu
Quyết định sơ đồ đa truy
nhập, kiến trúc RAN

Thông qua TR
Hoàn thành giai đoạn 2: LTE
Quyết định phân chia
chức năng RAN-CN
Quyết định chi tiết di
động và cấu trúc kênh


Thông qua TR
Hoàn thành giai đoạn 2: SAE


12 3 6 9 12 3 6 9 12 3 6 9



2005 2006 2007