đồ án môn học: Tìm hiểu công nghệ LTE

GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 1






LI NÓI





Trong những năm gần đây, mạng không dây ngày càng trở nên phổ biến với sự ra đời của
hàng loạt những công nghệ khác nhau như Wi-Fi (802.1x), WiMax (802.16)... Cùng với đó
là tốc độ phát triển nhanh, mạnh của mạng viễn thông phục vụ nhu cầu sử dụng của hàng triệu
người mỗi ngày. Hệ thống
di

động
thế hệ thứ hai, với GSM và CDMA là những ví dụ điển hình
đã phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia. Tuy nhiên, thị trường viễn thông càng mở rộng càng
thể hiện rõ những hạn chế về dung lượng và băng thông của các hệ thống thông tin di động thế
hệ thứ hai. Sự ra đời của hệ thống di động thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêu biểu
như
WCDMA hay HSPA là một tất yếu để có thể đáp ứng được nhu cầu truy cập dữ liệu, âm
thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng thông rộng của người sử dụng.
Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ 2.5G hay 3G vẫn đang phát triển không
ngừng nhưng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đã bắt đầu tiến hành triển khai thử

nghiệm một chuẩn di động thế hệ mới có rất nhiều tiềm năng và có thể sẽ trở thành chuẩn di
động 4G trong tương lai, đó là LTE (Long Term Evolution). Các cuộc thử nghiệm và trình
diễn này đã chứng tỏ năng lực tuyệt vời của công nghệ LTE và khả năng thương mại hóa LTE
đã đến rất gần.
Trước
đây, muốn truy cập dữ liệu, phải cần có 1 đường dây cố định để kết nối. Trong
tương
lai

không
xa với LTE, có thể truy cập tất cả các dịch vụ mọi lúc mọi nơi trong khi vẫn
di chuyển: xem phim chất
lượng
cao HDTV, điện thoại thấy hình, chơi game, nghe nhạc trực
tuyến, tải cơ sở dữ liệu v.v… với một tốc độ “siêu tốc”. Đó chính là sự khác biệt giữa mạng di
động thế hệ thứ 3 (3G) và mạng di động
thế hệ
thứ tư (4G). Tuy vẫn còn khá mới mẻ nhưng
mạng di động băng rộng 4G đang được kỳ vọng sẽ tạo
ra
nhiều thay đổi khác biệt so với
những mạng di động hiện nay. Chính vì vậy, em đã lựa chọn làm đồ
án
môn học về đề tài
“Công nghệ LTE (Long Term Evolution)”.
Đồ án đi vào tìm hiểu tổng quan về công nghệ LTE để có thể hiểu rõ thêm về những
tiềm năng hấp dẫn mà công nghệ này sẽ mang lại

GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 2

Đề tài gồm 4
chương
:

CHƢƠNG
1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ LTE

CHƢƠNG
2: NGHIÊN CỨU VỀ KIẾN TRÚC MẠNG LTE

CHƢƠNG
3:TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE
CHƢƠNG
4: TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI LTE TRÊN THẾ GIỚI VÀ
VIỆT NAM
Để thực hiện đồ án tốt môn học này, em đã sử dụng những kiến thức được trang
bị trong những năm
học cao đẳng

và
những kiến thức chọn lọc từ các tài liệu của
các thầy giáo, cô giáo trong và ngoài trường . Ngoài ra, đồ án còn sử dụng những
tài liệu phổ biến rộng rãi trên Internet.
Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do hạn chế về thời gian cũng như những hiểu

biết có hạn của một sinh viên nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót. Để đồ án được
hoàn thiện hơn, em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của các thầy giáo, cô
giáo cũng
như
các bạn sinh viên.






Sinh viên thực hiện : NGHIÊM 

GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 3






M



LỜI NÓI ĐẦU ......................................................................................................................... 1
MỤC LỤC ................................................................................................................................ 3
DANH MỤC VIẾT TẮT ......................................................................................................... 5
DANH MỤC HÌNH VẼ ......................................................................................................... 12
CHƯƠNG 1-TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE .......................................................... 14

1- Tổng quan về hệ thống thông tin di động ............................................................ 13
1.1- Tổng quan về thế hệ 1G ....................................................................................... 13
1.2- Tổng quan về thế hệ 2G ...................................................................................... 14
1.3- Thế hệ 3G ............................................................................................................. 14
1.4- Giới thiệu công nghệ LTE ................................................................................. 168
CH
Ư
ƠNG
2 – KIẾN TRÚC
MẠNG
LTE ........................................................................... 18
2.1- Kiến trúc mạng LTE ............................................................................................... 18
2.1.1- Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống ........................................... 20
2.1.2- Thiết bị
người
dùng ( UE) ................................................................................... 21
2.1.3- E-UTRAN NodeB (eNodeB) ............................................................................... 22
2.1.4- Thực thể quản lý tính di động (MME) .............................................................. 23
2.1.5- Cổng phục vụ ( S-GW) ....................................................................................... 25
2.1.6- Cổng mạng dữ liệu gói ( P-GW) ...................................................................... 27
2.1.7- Chức năng chính sách và tính
cước
tài nguyên ( PCRF) .................................... 29
2.1.8- Máy chủ thuê bao
thường
trú (HSS) ................................................................. 30
CH
Ư
ƠNG
3 - TRUY

NHẬP
VÔ TUYẾN TRONG
LTE
........................................................ 31
3.1-Các chế độ truy nhập vô tuyến
............................................................................. 31
3.2.1-Kỹ thuật đa truy nhập cho đường xuống OFDM .............................................. 32
3.2.2- Kỹ thuật đa truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDMA ........................ 35
3.2.3- Truyền dẫn dữ liệu
hướng
xuống ..................................................................... 39
3.3- Kỹ thuật đa truy nhập đ
ư
ờng lên LTE SC-FDMA .................................................. 40
3.3.1- SC-FDMA ........................................................................................................... 42

GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 4


3.3.2- Các tham số SC-FDMA ....................................................................................... 42
3.3.3- Truyền dẫn dữ liệu
hướng
lên ........................................................................... 44
3.3.4- So sánh OFDMA và SC-FDMA ............................................................................ 45
3.4- Kỹ thuật MIMO ..................................................................................................... 47


CHƯƠNG 4-TRIỂN KHAI LTE TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM ………………48
4.1-Triển khai LTE trên thế giới…………………………………………………….……….……...…48

4.2-Triển khai LTE tại Việt Nam……………………………………………………..………………...52
KIẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI………………………………….……….……54
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN………………………………………….………….55
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT……………………………………….………………56
LỜI CẢM ƠN…………………………………………………………………..……………………………57
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………………………………58



GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 5





DANH   VIT





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 cƣớc
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
Đƣờng
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 Wideband Băng rộng đa tốc độ thích ứng
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

GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 6






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
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
đ
ư
ờng
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
EDGE Enhanced Data Rates for GSM
Evolution
Tốc độ dữ liệu tăng cƣờng 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

GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 7

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 đƣờng hầm GPRS
GTP-C GPRS Tunneling Protocol,
Control Plane
Mặt phẳng điều khiển, giao thức
đƣờng hầm GPRS
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 đƣờng 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

GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 8






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
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

GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 9






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
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 phƣơng
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
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

GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 10

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 đƣợc
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 Coding Mã khối tần số không gian
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
ư
u

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 thƣớc khối truyền tải

GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 11






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 Access
Phân chia theo thời gian – đa truy
nhập phân chia theo mã đồng bộ
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 hƣớng đƣờng
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

GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 12






DANH  HÌNH





Hình 1.1 Tiến trình phát triển của thông tin di động -------------------------------------- 13
Hình 1.2 Các tuỳ chọn phát triển lên LTE --------------------------------------------------- 18
Hình 2.1. Sự chuyển đổ cấu trúc UTRAN sang E-UTRAN ----------------------------- 19
Hình 2.2 Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có E-UTRAN --------------------------------

20
Hình 2.3 eNodeB kết nối tới các nút logic khác và các chức năng
chính --------------
23
Hình 24 MME kết nối tới các nút logic khác và các chức năng
chính -----------------
25
Hình 2.5. Các kết nối S-GW tới các nút logic khác và các chức năng
chính --------
26

Hình 2.6 P-GW kết nối tới các node logic khác và các chức năng
chính --------------
28
Hình 2.7 PCRF kết nối tới các nút logic khác & các chức năng chính ----------------- 30
Hình 3.0 So sánh phổ tần của OFDM với FDMA ------------------------------------------ 32
Hình 3.1 Biểu diễn tần số thời gian của một tín hiệu OFDM ----------------------------- 33
Hình 3.2 Các sóng mang trực giao với nhau ------------------------------------------------ 33
Hình 3.3 Biến đổi FFT -------------------------------------------------------------------------- 34
Hình 3.4 Sơ đồ tạo chuỗi ký hiệu OFDMA-------------------------------------------------- 34
Hình 3.5 OFDM và OFDMA ----------------------------------------------------------------

35
Hình 3.6 Cấu trúc khung loại 1 -------------------------------------------------------------- 36
Hình 3.7 Cấu trúc khung loại 2 -------------------------------------------------------------- 36
Hình 3.8 Cấu trúc khối tài nguyên ---------------------------------------------------------- 37
Hình 3.9 Ghép kênh thời gian tần số -------------------------------------------------------- 39
Hình 3.12 Phát và thu hướng lên LTE -------------------------------------------------------- 42
Hình 3.13So sánh OFDMA với SC-FDMA ------------------------------------------------- 4
5

Hình 3.14 Mô hình SU-MIMO và MU-MIMO ------------------------------------------- 46
Hình 3.15 Ghép kênh không gian ----------------------------------------------------------- 46
Hình 4.1 Samsung Craft chiếc điện thoại sử dụng LTE đầu tiên ------------------------ 51
Hình 4.2 laptop X430 -------------------------------------------------------------------------

52
Hình 4.3 Ericsson phối hợp với cục tần số vô tuyến điện thử nghiệm LTE tại Hà Nội 53
Hình 4.4 Trạm gốc LTE ---------------------------------------------------------------------- 53

GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ

SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 13



CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE


Hệ thống thông tin di động phát triển rất mạnh mẽ trong thời gian gần đây.
Các bước tiến mạnh
mẽ

của
mạng có thể thấy rõ qua các quá trình phát triển hệ
thống thông tin di động từ 1G đến hiện nay.
1/ Tổng quan về hệ thống thông tin di động
1.1/ Tổng quan về thế hệ 1G
Đây là hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng phương thức đa truy
nhập phân chia theo tần số FDMA và điều chế tần số FM với các đặc điểm :
 Phương thức truy nhập: FDMA.

 Dịch vụ đơn thuần là thoại.

 Chất lượng thấp.

 Bảo mật kém.

Một số hệ thống sử dụng :

 NMT (Nordic Mobile Telephone): sử dụng băng tần 450Mhz triển
khai tại các nước Bắc Âu vào năm 1981.

 TACS (Total Access Communication System): triển khai ở Anh vào
năm
1985.

 AMPS (Advance Mobile Phone System): triển khai tại Bắc Mỹ vào
năm 1978 tại băng tần 800Mhz.


Hình 1.1 Tiến trình phát triển của thông tin di
động


GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 14


1.2 /Tổng quan về thế hệ 2G

Hệ thống mạng 2G được đặc trưng bởi công nghệ chuyển mạch kỹ thuật số
(digital circuit-switched). Kỹ thuật này chiếm ưu thế hơn 1G với các đặc
điểm sau:
 Dung lượng tăng.
 Chất lượng thoại tốt hơn
 Hỗ trợ các dịch vụ số liệu
 Phương thức truy nhập : TDMA, CDMA băng hẹp. Một số hệ thống
điển hình :
 GSM (Global System for Mobile Phone) sử dụng phương thức truy
cập TDMA được triển khai tại châu Âu.
 D-AMPS (IS-136-Digital Advance Mobile Phone System) sử
dụng phương thức truy cập TDMA được triển khai tại Mỹ.

 IS-95 (CDMA One) sử dụng phương thức truy cập CDMA được
triển khai tại Mỹ và Hàn Quốc.
 PDC (Personal Digital Cellular) sử dụng phương thức truy cập
TDMA được triển khai tại Nhật Bản.

1.3/ Thế hệ 3G :

Hệ thống mạng được sử dụng phỗ biến hiện nay, có các ưu điểm mạnh
mẽ so với 2 thế hệ cũ. Đây là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ điện thoại
di động, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi
email, tin nhắn nhanh, Hình ảnh…). 3G cung cấp cả hai hệ thống là chuyển
mạch gói và chuyển mạch kênh. Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập
radio hoàn toàn khác so
với hệ thống 2G hiện nay. Điểm mạnh của công
nghệ này so với 2G là cho phép
truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, hình ảnh
chất lượng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở các tốc
độ khác nhau.
Mạng 3G đặc trưng bởi tốc độ dữ liệu cao, capacity của hệ thống lớn,
tăng hiệu quả sử dụng phổ tần và nhiều cải tiến khác. Có một loạt các chuẩn
công nghệ di động 3G, tất cả đều dựa trên CDMA, bao gồm: UMTS (dùng cả
FDD lẫn TDD), CDMA2000 và TD-SCDMA :
 UMTS (đôi khi còn được gọi là 3GSM) sử dụng kỹ thuật đa

GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 15

truy cập WCDMA. UMTS được chuẩn hoá bởi 3GPP. UMTS là công
nghệ 3G được lựa chọn bởi hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ
GSM/GPRS để đi lên 3G. Tốc độ dữ liệu tối đa là 1920Kbps (gần

2Mbps). Nhưng trong thực tế tốc độ này chỉ tầm 384Kbps. Để cải
tiến tốc độ dữ liệu của 3G, hai kỹ thuật HSDPA và HSUPA đă được
đề nghị. Khi cả 2 kỹ thuật này được triển khai, người ta gọi chung là
HSPA. HSPA thường được biết đến như là công nghệ 3,5G.
 HSDPA: Tăng tốc độ downlink (đường xuống, từ NodeB về người
dùng di động). Tốc độ tối đa lý thuyết là 14,4Mbps, nhưng trong thực
tế nó chỉ đạt tầm 1,8Mbps (hoặc tốt lắm là 3,6Mbps). Theo một báo
cáo của GSA tháng 7 năm 2008, 207 mạng HSDPA đă và
đang

bắ
t
đầu triển khai, trong đó đă thương mại hoá ở 89 nước trên thế giới.
 HSUPA: tăng tốc độ uplink (đường lên) và cải tiến QoS. Kỹ thuật
này cho phép
người

dùng
upload thông tin với tốc độ lên đến
5,8Mbps (lý thuyết). Cũng trong cùng báo cáo trên của GSA, 51 nhà
cung cấp dịch vụ thông tin di động đă triển khai mạng HSUPA ở 35
nước và 17 nhà cung cấp mạng lên kế hoạch triển khai mạng HSUPA.
 CDMA2000: bao gồm CDMA2000 1xRTT (Radio Transmission

Technology), CDMA2000 (Evolution -Data Optimized) và
CDMA2000
EV-DV(Evolution -Data and Voice). CDMA2000 được chuẩn hoá
bởi
3GPP2.
CDMA2000 là công nghệ 3G được lựa chọn bởi các nhà cung cấp

mạng CDMA-One.
CDMA2000 1xRTT: chính thức được công nhận như là một công
nghệ 3G, tuy nhiên nhiều người xem nó như là một công nghệ 2,75G
đúng hơn là 3G. Tốc độ của 1xRTT có thể đạt đến 307Kbps, song
hầu hết các mạng đă triển khai chỉ giới hạn tốc độ peak ở 144Kbps.
CDMA2000 EV-DO: sử dụng một kênh dữ liệu 1,25MHz chuyên
biệt và có thể cho tốc độ dữ liệu đến 2,4Mbps cho đường xuống và
153Kbps cho đường lên. 1xEV-DO Rev A hỗ trợ truyền thông gói
IP, tăng tốc độ đường xuống đến 3,1Mbps và đặc biệt có thể đẩy
tốc độ đường lên đến 1,2Mbps. Bên cạnh đó, 1xEV-DO Rev B cho
phép nhà cung cấp mạng gộp đến 15 kênh 1,25MHz lại để truyền
dữ liệu với tốc độ 73,5Mbps.

GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 16

 CDMA2000 EV-DV: tích hợp thoại và dữ liệu trên cùng một kênh

1,25MHz. CDMA2000 EV-DV cung cấp tốc độ peak đến 4,8Mbps
cho đường xuống và đến 307Kbps cho đường lên. Tuy nhiên từ năm
2005, Qualcomm đă dừng vô thời hạn việc phát triển của 1xEV-DV vì
đa phần các nhà cung cấp mạng CDMA như Verizon Wireless và
Sprint đă chọn EV-DO.
 TD-SCDMA là chuẩn di động được đề nghị bởi "China
Communications Standards Association" và được ITU duyệt vào năm
1999. Đây là chuẩn 3G của Trung Quốc.
TD-SCDMA dùng song công TDD. TD-SCDMA có thể hoạt động trên
một dăi tần hẹp 1,6MHz (cho tốc độ 2Mbps) hay 5MHz (cho tốc độ
6Mbps). Ngày xuất hành của TD-SCDMA đă bị đẩy lùi nhiều
lần.

Nhiều

thử nghiệm về công nghệ này đă diễn ra từ đầu năm
2004 cũng như trong
thế vận hội Olympic gần đây.

 1.4/ Giới thiệu công nghệ LTE :

LTE là thế hệ thứ tư tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển.
UMTS thế hệ thứ ba dựa trên WCDMA đă được triển khai trên toàn
thế giới. Để đảm bảo tính cạnh tranh cho hệ thống này trong tương lai,
tháng 11/2004 3GPP đă bắt đầu dự án nhằm xác định bước phát triển về
lâu dài cho công nghệ di
động

UMTS
với tên gọi Long Term
Evolution (LTE). 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, bao
gồm:

Giảm
chi phí cho mỗi bit thông tin
 Cung cấp dịch vụ tốt hơn
 Sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có và băng tần mới
 Đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở
 Giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối. Các mục
tiêu của công nghệ này là:
    Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20Mhz.

    Tải lên: 50 Mbps.

    Tải xuống: 100 Mbps.

   Dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một
người dùng trên 1Mhz so với mạng HSDPA Rel.6.

    Tải lên: gấp 2 đến 3 lần.

    Tải xuống: gấp 3 đến 4 lần.

GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 17


   Hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển của thuê bao
là 0-15 km/h. Vẫn hoạt động tốt
với

tốc
độ từ 15-120
km/h. Vẫn duy trước được hoạt động khi thuê bao di
chuyển với tốc độ từ 120-350 km/h (thậm chí 500 km/h
tùy băng tần).
 Các chỉ tiêu trên phải đảm bảo trong bán kính vùng phủ sóng
5km, giảm chút ít trong phạm vi đến 30km. Từ 30-100km thì
không hạn chế.
 Độ dài băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với các băng tần
1.25Mhz, 1.6 Mhz, 10Mhz, 15Mhz và 20Mhz cả chiều lên và
chiều

xuống. Hỗ trợ cả hai trường hợp độ dài băng lên và băng
xuống bằng nhau hoặc không.
Để đạt được mục tiêu này, sẽ có rất nhiều kĩ thuật mới được áp dụng,
trong đó nổi bật là kĩ thuật vô tuyến OFDMA (đa truy cập phân chia
theo tần số trực giao), kĩ thuật anten MIMO (Multiple Input Multiple
Output). Ngoài ra hệ thống này sẽ chạy hoàn toàn trên nền IP (all-IP
Network),
và

hỗ
trợ cả hai chế độ FDD và TDD.


Hình 1.2 C

GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 18




CH
Ư
ƠNG
2 – KIẾN TRÚC
MẠNG
LTE

2.1/ Kiến trúc mạng LTE

LTE được thiết kế để hỗ trợ cho các dịch vụ chuyển mạch gói, đối lập với
chuyển mạch kênh truyền thống. Nó hướng đến cung cấp các kết nối IP giữa các UE
và PDN, mà không có
bất

kì
sự ngắt quãng nào đối với những ứng dụng của người
dùng trong suốt quá trình di chuyển. Trong khi thuật ngữ LTE đề cập quanh sự tiến
triển việc truy cập vô tuyến thông qua E-UTRAN, nó còn được kết hợp cùng với
các phương diện cải tiến “ không vô tuyến” dưới thuật ngữ SAE bao gồm mạng lõi
gói cải tiến EPC. LTE cùng với SAE tạo thành hệ thống gói cải tiến EPS.
Hình 2.1 cho chúng ta thấy các thành phần chính của 1 mạng lõi và mạng
vô tuyến LTE (b)
và

cấu
thành phần chính của mạng UMTS. Chúng ta thấy mạng
LTE ít phức tạp hơn do các eNodeB được kết nối với nhau hoặc kết nối trực tiếp tới
mạng lõi nên các RNC bị gỡ bỏ. Các chức năng của RNC được chuyển một phần
sang trạm cơ sở và một phần sang nút Gateway của mạng lõi. Vì không còn RNC
nữa nên các eNodeB thực hiện chức năng quản lý dữ liệu truyền tải một cách tự
lập và đảm bảo
dịch vụ.


GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 19

a b

Hình 2.1: Sự chuyển đổi cấu trúc UTRAN sang E-UTRAN






2.1.1/ Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống
Hình 2.2 miêu tả kiến trúc và các thành phần mạng trong cấu hình kiến trúc nơi
chỉ có
mộ
t
E-UTRAN
tham gia. Hình này cũng cho thấy sự phân chia kiến trúc
thành bốn vùng chính: thiết bị người dùng (UE) ; UTRAN phát triển( E-UTRAN);
mạng lõi gói phát triển(EPC); và các vùng dịch vụ.

GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 20


Hình 2.2. Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có
E-UTRAN



UE, E-UTRAN và EPC đại diện cho các giao thức internet (IP) ở lớp kết nối.
Đây là một phần của hệ thống được gọi là hệ thống gói phát triển (EPS). Chức năng

chính của lớp này là cung cấp kết nối dựa trên IP và nó được tối
ưu
hóa cao cho
mục tiêu duy nhất. Tất cả các dịch vụ được cung cấp dựa trên IP, t
ấ
t
cả
các nút
chuyển mạch và các giao diện được nhìn thấy trong kiến trúc 3GPP trước đó không
có mặt ở E-UTRAN và EPC. Công nghệ IP chiếm
ưu
thế trong truyền tải, nơi mà
mọi thứ được thiết kế để
hoạ
t động và truyền tải trên IP.
Các hệ thống con đa phương tiện IP ( IMS) là một ví dụ tốt về máy móc thiết
b
ị
phục vụ có thể được sử dụng trong lớp kết nối dịch vụ để cung cấp các dịch vụ
dựa

trên kết nối IP được cung cấp bởi các lớp thấp hơn. Ví dụ , để hỗ trợ dịch vụ thoại
thì IMS có thể cung cấp thoại qua IP ( VoIP) và sự kết nối tới các mạng chuyển
mạch-mạch cũ PSTN và ISDN thông qua các cổng đa phương tiện của nó điều
khiển.
Sự phát triển của E-UTRAN tập chung vào một nút, nút B phát triển ( eNode B).
Tất cả các chức năng vô tuyến kết thúc ở đó, tức là eNB là điểm kết thúc cho tất cả
các giao thức vô tuyến có liên quan. E-UTRAN chỉ đơn giản là một mạng lưới của
các eNodeB được kết nối tới các eNodeB lân cận với giao diện X2.

GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 21

Một trong những thay đổi kiến trúc lớn là trong khu vực mạng lõi là EPC không
có chứa một vùng chuyển mạch-mạch, và không có kết nối trực tiếp tới các mạng
chuyển mạch mạch truyền thống
như
ISDN và PSTN là cần thiết trong lớp này. Các
chức năng của EPC là
tương
đương với vùng chuyển mạch gói của mạng 3GPP hiện
tại. Tuy nhiên những thay đổi đáng kể trong việc bố trí các nút chức năng và kiến
trúc phần này nên được coi
như
là hoàn tòan mới.
Hình 2.2 cho thấy có một phần tử gọi là SAE GW.
Như
hình 2.2 cho thấy đó là
sự kết hợp của hai cổng là cổng phục vụ (S-GW) và cổng mạng dữ liệu gói( P-
GW) điều này
được
định nghĩa
cho

các
xử lý UP trong EPC. Gộp chúng lại với
nhau thành SAE GW. Cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống và chức năng của nó
được ghi trong 3GPP TS 23.401.

2.1.2. Thiết bị

người
dùng ( UE)
UE là thiết bị mà
người
dùng đầu cuối sử dụng để liên lạc. Thông thường nó là
những thiết bị cầm tay như điện thoại thông minh hoặc một thẻ dữ liệu như mọi
người vẫn đang sử dụng hiện tại trong mạng 2G và 3G. Hoặc nó có thể được nhúng
vào, ví dụ một máy tính xách tay. UE cũng có chứa các mođun nhận dạng thuê bao
toàn cầu( USIM). Nó là một mođun riêng biệt với phần còn lại của UE, thường
được
gọ
i
là
thiết bị đầu cuối (TE). USIM là một ứng dụng được đặt vào một thẻ
thông minh có thể tháo rời được gọi là thẻ mạch tích hợp toàn cầu ( UICC). USIM
được sử dụng để nhận dạng và xác thực người sử dụng để lấy khóa bảo mật nhằm
bảo vệ việc truyền tải trên giao diện vô tuyến.
Các chức năng của UE là nền tảng cho các ứng dụng truyền thông, mà có tín hiệu
với mạng để thiết lập, duy trì và loại bỏ các liên kết thông tin người dùng cần. Điều
này bao gồm các chức năng quản lý tính di động
như
chuyển giao, báo cáo vị trí của
thiết bị, và các UE phải thực hiện theo hướng dẫn của mạng. Có lẽ quan trọng nhất
là UE cung cấp giao diện người sử dụng cho người dùng cuối để các ứng dụng
như
VoIP có thể được sử dụng để thiết lập một cuộc gọi thoại.

GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 22

2.1.3/ E-UTRAN NodeB (eNodeB)
Nút duy nhất trên E-UTRAN là E-UTRAN NodeB ( eNodeB). Đơn giản đặt eNB
là một trạm gốc vô tuyến kiểm soát tất cả các chức năng vô tuyến liên quan trong
phần cố định của hệ thống. Các trạm gốc như eNB thường phân bố trên toàn khu
vực phủ sóng của mạng. Mỗi eNB thường
cư
trú gần các anten vô tuyến hiện tại của
chúng.
Chức năng của eNB hoạt động như một cầu nối giữa 2 lớp là UE và EPC, nó là
điểm cuối của tất cả các giao thức vô tuyến về phía UE, và tiếp nhận dữ liệu giữa
các kết nối vô tuyến và các kết nối IP cơ bản
tương
ứng về phía EPC. Trong vai trò
này các EPC thực hiện mã hóa / giải mã các dữ liệu UP, và cũng có nén / giải nén
tiêu đề IP, tránh việc gửi đi lặp lại giống nhau hoặc dữ liệu liên tiếp trong tiêu đề IP.
eNB cũng chịu trách nhiệm về nhiều các chức năng của mặt phẳng điều khiển
(CP). eNB chịu trách nhiệm về
quản

lý
tài nguyên vô tuyến (RRM), tức là kiểm sóat
việc sử dụng giao diện vô tuyến , bao gồm : phân bổ tài nguyên dựa trên yêu cầu,
ưu
tiên và lập lịch trình lưu lượng theo yêu cầu QoS, và liên tục giám sát tình hình
sử dụng tài nguyên.

Ngoài ra eNodeB còn có vai trò quan trọng trong quản lý tính di động (MM).
Điều khiển eNB và đo đạc phân tích mức độ của tín hiệu vô tuyến được thực hiện
bởi UE. Điều này bao gồm trao đổi tín hiệu chuyển giao giữa eNB khác và MME.
Khi một UE mới kích hoạt theo yêu cầu của eNB và kết nối vào mạng, eNB cũng
chịu trách nhiệm về việc định tuyến khi này nó sẽ đề nghị các MME mà trước đây
đã phục vụ cho UE, hoặc lựa chọn một MME mới nếu một tuyến đường đến các
MME trước đó không có sẵn hoặc thông tin định tuyến vắng mặt.
Hình 2.3 cho thấy các kết nối với eNB đã đến xung quanh các nút logic, và tóm
tắt các chức năng chính trong giao diện này. Trong tất cả các kết nối eNB có thể là
trong mối quan hệ một – nhiều
hoặc

nhiều
– nhiều. Các eNB có thể phục vụ đồng
thời nhiều UE trong vùng phủ sóng của nó
nhưng
mỗi
UE

ch
ỉ được kết nối tới một
eNB trong cùng một thời điểm. Các eNB sẽ cần kết nối tới các eNB lân cận với nó
trong khi chuyển giao có thể cần thực hiện.
Cả hai MME và S-GW có thể được gộp lại, có nghĩa là một tập hợp các nút được
phân công để phục vụ cho một tập hợp các eNB. Từ một viễn cảnh eNB đơn này có
nghĩa là nó có thể cần phải kết nối tới nhiều MME và S-GW. Tuy nhiên mỗi UE sẽ
được phục vụ bởi chỉ có một MME và S-GW tại một thời điểm và eNB phải duy trì
theo dõi các liên kết này.
Sự kết hợp này sẽ không bao giờ thay đổi từ một điểm eNodeB duy nhất, bởi vì
MME hoặc S-GW chỉ có thể thay đổi khi kết hợp với sự chuyển giao liên

eNodeB.




GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 23





Hình 2.3 eNodeB kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính

2.1.4/ Thực thể quản lý tính di động (MME)
Thực thể quản lý tính di động(MME) là thành phần điều khiển chính trong EPC.
Thông thường MME sẽ là một máy chủ ở một vị trí an toàn tại các cơ sở của nhà
điều hành. Nó chỉ hoạt động trong các CP, và không tham gia vào con đường của
UP dữ liệu.
Ngoài giao diện cuối vào MME trong kiến trúc thể hiện trong hình 2.2, MME còn
có một kết nối logic trực tiếp tới UE, và kết nối này được sử dụng
như
là kênh điều
khiển chính giữa UE và mạng. Sau đây là danh sách các chức năng chính của MME
trong cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống :
 Xác thực và bảo mật : khi một UE đăng ký vào mạng lần đầu tiên, MME sẽ
khởi tạo sự xác thực, bằng cách thực hiện những điều sau: nó tìm ra danh tính
thường trú của UE, hoăc từ các mạng truy nhập trước đó hoặc chính bản thân UE,
yêu cầu từ bộ phục vụ thuê bao thường trú (HSS) trong mạng chủ của UE các điều
khiển chứng thực có chứa các mệnh lệnh chứng thực – trả lời các cặp tham số, gửi

các thử thách với UE và so sánh các trả lời nhận được từ UE vào một trong những
cái đã nhận từ mạng chủ. Chức năng này là cần thiết để đảm bảo các yêu cầu bảo
vệ với UE. Các MME có thể lặp lại chức năng xác thực khi cần thiết hoặc theo chu
kỳ. Các chức năng này dùng để bảo vệ các thông tin liên lạc khỏi việc nghe trộm
và từ sự thay đổi của bên thứ ba tương ứng trái phép. Để bảo vệ sự riêng tư của
UE, MME cũng phân bổ cho mỗi UE một mã tạm thời gọi là mã nhận dạng tạm
thời duy nhất toàn cầu(GUTI), do
đó

cần
phải gửi mã nhận dạng
th
ư
ờng
trú UE –

GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 24






mã nhận dạng thuê bao di động quốc tế ( IMIS) qua giao diện vô tuyến được giảm
thiểu. Các GUTI có thể được cấp trở lại, ví dụ định kỳ để ngăn chặn theo dõi UE.
 Quản lý tính di động: MME theo dõi vị trí của tất cả các UE trong khu vực
của mình, khi một UE đăng ký vào mạng lần đầu tiên, MME sẽ tạo ra một lối vào
cho UE và tín hiệu với vị trí tới HSS trong mạng chủ của UE. MME yêu cầu tài
nguyên thích hợp được thiết lập trong eNodeB, cũng như trong các S-GW mà nó

lựa chọn cho UE. Các MME sau đó tiếp tục theo dõi vị trí của UE hoặc là dựa trên
mức độ của eNB, nếu UE vẫn kết nối, tức là truyền thông đang hoạt động hoặc ở
mức độ khu vực theo dõi (TA). MME điều khiển các thiết lập và giải phóng nguồn
tài nguyên dựa trên những thay đổi chế độ hoạt
động

của
UE. MME cũng tham gia
vào việc điều khiển tín hiệu chuyển giao của UE trong chế độ hoạt động giữa các
eNB, S-GW hoặc MME. MME tham gia vào mọi thay đổi của eNB vì không có
phần tử điều khiển mạng vô tuyến riêng biệt nên nó đã ẩn hầu hết các sự kiện này.
Một UE ở trạng thái rảnh dỗi nó sẽ báo cáo vị trí của nó hoặc là định kỳ, hoặc là
khi nó chuyển tới một khu vực theo dõi. Nếu dữu liệu nhận được từ bên ngoài cho
một UE rảnh dỗi, MME sẽ được thông báo, nó sẽ yêu cầu các eNB trong TA đã
được lưu giữ cho UE tới vị trí nhớ của UE.
 Quản lý hồ sơ thuê bao và dịch vụ kết nối: vào thời điểm một UE đăng ký
vào mạng, các
MME

sẽ
chịu trách nhiệm lấy hồ sơ đăng ký của nó từ mạng chủ về.
Các MME sẽ lưu trữ thông tin này trong suốt thời gian phục vụ UE. Hồ sơ này xác
định những gì các kết nối mạng dữ liệu gói được phân bổ tới các mạng ở tập tin
đính kèm. Các MME sẽ tự động thiết lập mặc định phần tử mang, cho phép các UE
kết
nố
i
IP
cơ bản. Điều này bao gồm tín hiệu CP với eNB và S-GW. Tại bất kỳ thời
điểm nào sau này, các MME có thể cần tới được tham gia vào việc thiết lập phần tử

mang dành riêng cho các dịch vụ được hưởng lợi xử lý cao hơn. Các MME có thể
nhận được các yêu cầu thiết lập một phần tử mang dành riêng, hoặc từ các S-GW
nếu yêu cầu bắt nguồn từ khu vực dịch vụ điều hành, hoặc trực tiếp từ UE, nếu UE
yêu cầu kết nối cho một dịch vụ mà không được biết đến bởi khu vực dịch vụ điều
hành, và do đó không thể được bắt đầu từ đó .
Hình 2.4 cho thấy các kết nối MME đến quanh các nút logic, và tóm tắt các chức
năng chính trong giao diện này. Về nguyên tắc MME có thể được kết nối với bất kỳ
MME khác trong hệ thống, nhưng thường kết nối được giới hạn trong một nhà điều
hành mạng duy nhất. Các kết nối từ xa giữa các MME có thể được sử dụng khi một
UE đã đi xa, trong khi đi đăng ký với một MME mới sau đó tìm kiếm nhận dạng
thư
ờng

trú
mới của UE, sau đó lấy nhận dạng thường trú của UE, mã nhận dạng
thuê bao di động quốc tế (IMIS), từ MME truy cập trước đó. Các kết nối giữa các
MME với các MME lân cận được sử dụng trong chuyển giao.

GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 25







Hình 2.4 MME kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính
Kết nối tới một số HSS cũng cần được hỗ trợ, các HSS nằm trong mạng chủ của
người dùng , và một tuyến đường có thể được tìm thấy dựa trên IMIS. Mỗi MME

được cấu hình để điều khiển một tập hợp các S-GW và eNodeB. Cả hai S-GW và
eNodeB cũng có thể được kết nối tới các MME khác.
Các

MME
có thể phục vụ
một số UE cùng một lúc, trong khi mỗi UE sẽ chỉ kết nối tới một MME tại một thời
điểm.

2.1.5/ Cổng phục vụ ( S-GW)
Trong cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống, chức năng cao cấp của S-GW là quản
lý đường hầm UP và chuyển mạch. S-GW là một phần của hạ tầng mạng nó được
duy trì ở các phòng điều hành trung tâm của mạng.
Khi giao diện S5/S8 dựa trên GTP, S-GW sẽ có đường hầm GTP trên tất cả các
giao diện UP của nó. Ánh xạ giữa các luồng dịch vụ IP và đường hầm GTP được
thực hiện trong P-GW, và S-GW không cần được kết nối với PCRF. Toàn bộ điều
khiển có liên quan tới các đường hầm GTP, đến từ MME hoặc P-GW. Khi sử dụng
giao diện PMIP S5/S8. S-GW sẽ thực hiện việc ánh xạ giữa các dòng dịch vụ IP
trong các đường hầm S5/S8 và đường hầm GTP trong giao diện S1-U, và sẽ kết nối
tới PCRF để nhận được thông tin ánh xạ.
S-GW có một vai trò rất nhỏ trong các chức năng điều khiển. Nó chỉ chịu trách
nhiệm về nguồn tài nguyên của riêng nó, và nó cấp phát chúng dựa trên các yêu cầu
từ MME, P-GW hoặc PCRF, từ đó mà các hành động được thiết lập , sửa đổi hoặc
xóa sạch các phần tử mang cho UE. Nếu các lênh trên
đư
ợc

nhận
từ P-GW hoặc
PCRF thì S-GW cũng sẽ chuyển tiếp các lệnh đó tới MME để nó có thể điều khiển