BÁO CÁO CHI TIẾT CƠ SỞ LÝ THUYẾT MẠNG LTE 4G CHO MẠNG DI ĐỘNG

1
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1
1.1 Lý do chọn đề tài 1
1.2 Mục tiêu của đề tài 1
1.3 Giới hạn và phạm vi của đề tài 1
1.4 Nội dung thực hiện 1
1.5 Phương pháp tiếp cận 2
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MẠNG LTE (4G) 3
2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE 3
2.1.1 Động cơ thúc đẩy 3
2.1.2 Các giai đoạn phát triển của LTE 4
2.1.3 Mục tiêu của LTE 4
2.1.4 Các đặc tính cơ bản của LTE 4
2.1.5 Các thông số lớp vật lý của LTE 6
2.1.6 Dịch vụ của LTE 7
2.2 Cấu trúc của LTE 9
2.2.1 Cấu trúc cơ bản SAE của LTE 9
2.2.2 Cấu trúc của LTE liên kết với các mạng khác 12
2.3 Các kênh sử dụng trong E-UTRAN 14
2.3.1 Kênh vật lý 14
2.3.2 Kênh logic 15
2.3.3 Kênh truyền tải 16
2.4 Giao thức của LTE (LTE Protocols) 16
2.5 Một số đặc tính của kênh truyền 19
2.5.1 Trải trễ đa đường 19
2.5.2 Các loại fading 20
2.6 Các kỹ thuật sử dụng trong LTE 20
2.6.1 Kỹ thuật truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM 20
2.6.2 Kỹ thuật SC-FDMA 30
2.6.3 Kỹ thuật đa anten MIMO 31

2
2.6.4 Mã hóa Turbo 34
2.7 Điều khiển công suất 35
2.7.1 Điều khiển công suất vòng hở 36
2.7.2 Điều khiển công suất vòng kín 36
2.8 Chuyển giao 38
2.8.1 Mục đích chuyển giao 38
2.8.2 Các loại chuyển giao (HO-handover) 39
2.8.3 Handover trong hệ thống thông tin di động 4G 42
2.8.4 Trình tự chuyển giao 44
2.8.5 Chuyển giao giữa mạng LTE và 3G 46
2.8.6 Chuyển giao đối với LTE 49
2.9 kết luận chương 51
CHƯƠNG 3 NỘI DUNG THỰC HIỆN 53
3.1 Tổng quan về OMNeT++ và Mobility Framework 53
3.1.1 Giới thiệu chung về OMNeT++ và Mobility Framework. 53
3.1.2 Khái quát về Omnet++ 55
3.1.2 Sử dụng Omnet++ 59
3.1.4 Hệ thống file 62
3.1.5 Import một chương tr
ình
63
3.2 Thực hành thí nghiệm mô phỏng 64
3.2.1 Cài đặt chương tr
ình mô ph
ỏng 64
3.2.2 Thực hiện thí nghiệm mô phỏng 66
3.2.3 Chạy chương tr
ình và phân tích k
ết quả 74

3.3 Kết luận 80
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 81
4.1 Kết quả đạt được 81
4.2 Hướng phát triển của đề tài. 81
4.3 Hạn chế của đề tài 81
3
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2-1: So sánh về cấu trúc giữa UTMS và LTE 9
Hình 2-2: Cấu trúc cơ bản của LTE 10
Hình 2-3: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP 12
Hình 2-4: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP và không phải 3GPP 13
Hình 2-5: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập3GPP và liên mạng với CDMA
2000 13
Hình 2-6: Giao thức của UTRAN 17
Hình 2-7: Giao thức của E-UTRAN 17
Hình 2-8: Phân phối chức năng của các lớp MAC, RLC, PDCP 18
Hình 2-9: Nguyên lý của FDMA 20
Hình 2-10: Nguyên lý của FDMA 21
Hình 2-11: Nguyên lý
đa sóng mang
21
Hình 2-12: So sánh phổ tần của OFDM với FDMA 22
Hình2-13: Tần số-thời gian của tín hiệu OFDM 22
Hình 2-14: Các song mang giao với nhau 23
Hình 2-15: Biến đổi FFT 24
Hình 2-16: Thu phát OFDM 24
Hình 2-17: Chuỗi bảo vệ GI 25
Hình 2-18: Tác dụng của chuỗi bảo vệ 26
Hình 2-19: Sóng mang con OFDMA 27
Hình 2-20: OFDM và OFDMA 27

Hình 2-21: Chỉ định tài nguyên của OFDMA trong LTE 28
Hình 2-22: Cấu trúc của một khối tài nguyên 28
Hình 2-23: Cấu trúc bố trí tín hiệu tham khảo 29
Hình 2-24: Đặc tính đường bao của tín hiệu OFDM 29
Hình 2-25: PAPR cho các tín hiệu khác nhau 30
Hình 2-26: Sơ đồ khối DFT-s-OFDM 31
Hình 2-27: Các chế độ truy nhập kênh vô tuyến 32
Hình 2-28: MIMO 2x2 không có tiền mã hóa 33
4
Hình 2-29: Điều khiển công suất vòng hở 36
Hình 2-30: Điều khiển công suất vòng kín 37
Hình 2-31: So sánh chuyển giao cứng và chuyển giao mềm 41
Hình 2-32: Chuyển giao ngang 43
Hình 2-33: chuyển giao dọc 43
Hình 2-34: Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao 45
Hình 2-35: Chuyển giao giữa LTE và 3G 46
Hình 2-36: Các thủ tục chuẩn bị chuyển giao từ LTE sang 3G 47
Hình 2-37: Quá trình chuyển giao từ LTE và 3G 48
Hình 2-38: Các loại chuyển giao 50
Hình 3-1: Cấu trúc liên kết của một chương tr
ình mô ph
ỏng trong OMNet++ 56
Hình 3-2: Các kết nối 57
Hình 3-3: Truyền message 59
Hình 3-4: Cửa sổ Import 64
Hình 3-5: chọn đường dẫn đến Project muốn import 65
Hình 3-6: Import một chương tr
ình thành công
66
Hình 3-7: Hệ thống giao diện chính chương tr

ình
66
Hình 3-8: giao diện kênh kết nối 67
Hình 3-9: giao điện configurator 68
Hình 3-10: giao diện module UE 69
Hình 3.10 giao diện eNode 72
Hình 3-11: giao diện chương tr
ình mô ph
ỏng 75
Hình 3-12: Giao diện người điều khiển của chương tr
ình mô ph
ỏng 75
Hình 3-13: UE gửi gói tin đến eNode 76
Hình 3-14: eNode gửi tin cho UE 76
Hình 3-15: UE các kênh hoa tiêu cho eNode 76
Hình 3-16: UE chuẩn bị chuyển giao 77
Hình 3-17: chuyển giao thành công 77
Hình 3-18: Giao diện lớp vật lý của UE 77
Hình 3-19: giao diện lớp vật lý eNode 78
5
Hình 3-20: Thời điểm gửi nhận gói tin ghi vào file elog 78
Hình 3-21: biểu đồ thể hiện thời gian trễ khi chuyển giao 79
Hình 3-22: Thời gian trung bình thực hiện chuyển giao 79
6
MỤC LỤC BẢNG BIÊU
Bảng 2-1: Các thông số lớp vật lý LTEBảng 6
Bảng 2-2: Tốc độ đạt đỉnh của LTE theo lớp 6
Bảng 2-3: So sánh các dịch vụ của 3G so với 4G LTE 7
Bảng 2-4: Số khối tài nguyên theo băng thông kênh truyền 28
7

DANH MỤC VIẾT TẮT
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
ACK
Acknowledgement
Sự báo nhận
ACLR
Adjacent Channel Leakage Ratio
Tỉ lệ dò kênh lân cận
AMBR
Aggregate Maximum Bit Rate
Tốc độ bít tối đa cấp phát
AMD
Acknowledged Mode Data
Dữ liệu chế độ báo nhận
ARP
Allocation Retention Priority
Ưu tiên duy trì cấp phát
CDM
Code Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo mã

CDMA
Code Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã
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
E-
UTRAN
Evolved Universal Terrestrial
Radio Access
Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn
cầu phát triển
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
GW
Gateway
Cổng
HARQ
Hybrid Automatic RepeatQuest
Yêu cầu lặp lại tự động hỗ hợp
8
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
IP
Internet Protocol
Giao thức Internet
LTE
Long Term Evolution
Sự phát triển dài hạn

MAC
Medium Access Control
Điều khiển truy nhập môi tr
ƣ
ờng
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
MME
Mobility Management Entity

Phần tử quản lý tính di động
9
MPR
Maximum Power Reduction
Sự giảm công suất tối đa
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
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
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
10
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 ph
ƣơng
QoS
Quality of Service

Chất lượng dịch vụ
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 ưu
SR
Scheduling Request
Yêu cầu lập lịch biểu
SRB
Signaling Radio Bearer
Phần tử mang báo hiệu vô tuyến
SRS
Sounding Reference Signals
Tín hiệu chuẩn thăm dò
SU-
MIMO
Single User Multiple Input

Multiple Output
Đơn người dùng - Đa đầu vào đa
đầu ra
11
S1AP
S1 Application Protocol
Giao thức ứng dụng S1
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 Cod
eDivision 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
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
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
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Lý do chọn đề tài
Thông tin di động là một l
ĩnh v
ực 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 đ
ã tr
ải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ thế hệ di
động thếhệ 1 đến thế hệ 3 và thế hệ đang phát triển trên thế giới - thế hệ 4.
1.2 Mục tiêu của đề tài
Tìm hiểu trình bày về xu hướng công nghệ, quá trình phát triển của mạng

thông tin di động 1G, 2G, 3G, LTE và cấu trúc mạng LTE các k
ĩ thu
ật sử dụng
trong hệ thống mạng LTE. Trình bày các khái niệm chung về quá trình handover
của hệ thống di động, trình bày chi tiết về quá trình handover trong hệ thống thông
tin di động 4G với phần miêu tả tập trung vào quá trình chuyển giao dọc giữa các
mạng trong hệ thống 4G. Mô phỏng được quá trình chuyển giao trong mạng LTE.
1.3 Giới hạn và phạm vi của đề tài
Đề tài tìm hiểu cấu trúc mạng, các k
ĩ thu
ật sử dụng trong hệ thống mạng, các
kênh, điểu khiển công xuất trong mạng LTE. Tìm hiểu quá trình chuyển giao, các k
ĩ
thuật chuyển giao trong mạng LTE hay LTE sang 3G…
Sử dụng phầm mềm mô phỏng omnet++ để mô phỏng quá trình chuyển giao
của mạng LTE.
1.4 Nội dung thực hiện
Hệ thống 4G được xây dựng nhằm chuẩn bị một cơ sở hạ tầng di động chung
có khả năng phục vụ các dịch vụ hiện tại và tương lai. Cơ sở hạ tầng 4G được thiết
kế với điều kiện những thay đổi, phát triển về kỹ thuật có khả năng phù hợp với
mạng hiện tại mà không làm ảnh hưởng đến các dịch vụ đang sử dụng. Để thực hiện
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
2
điều đó, cần tách biệt giữa kỹ thuật truy cập, kỹ thuật truyền dẫn, kỹ thuật dịch vụ
(điều khiển kết nối) và các ứng dụng của người sử dụng
Nội dung thực hiện/nghiên cứu cụ thể như sau:
- Các đặc điểm kỹ thuật, cấu trúc mạng được sử dụng trong mạng LTE.
- Các kênh sử dụng trong E-UTRAN, kỹ thuật sử dụngcho đường lên,
đường xuống trong LTE.
- trình bày khái quát về chuyển giao trong hệ thống thông tin di động,

chuyển giao giữa 3G và 4G, quá trình chuẩn bị chuyển giao, quá trình
chuyển giao, các loại chuyển giao, chuyển giao đối với mạng LTE.
- Cài đặt và mô phỏng quá trình chuyển giao trong mạng LTE.
1.5 Phương pháp tiếp cận
- Cách tiếp cận : Nghiên cứu cấu trúc mạng LTE, các k
ĩ thu
ật sử dụng trong
mạng LTE, tìm hiểu phần mềm mô phỏng omnet++ và cài đặt quá trình
chuyển giao mạng LTE trên omnet++
- Sử dụng các phương pháp nghiên cứu:
o Phương pháp đọc tài liệu;
o Phương pháp phân tích mẫu;
o Phương pháp thực nghiệm.
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
3
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MẠNG LTE (4G)
2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE
Hệ thống 3GPP LTE, là bước tiếp theo cần hướng tới của hệ thống mạngkhông
dây 3G dựa trên công nghệ di động GSM/UMTS, và là một trong nhữngcông nghệ
tiềm năng nhất cho truyền thông 4G. Liên minh Viễn thông Quốc tế(ITU) đ
ã đ
ịnh
ngh
ĩa truy
ền thông di động thế hệ thứ 4 là IMT Advanced và chiathành hai hệ thống
dùng cho di động tốc độ cao và di động tốc độ thấp. 3GPP LTElà hệ thống dùng cho
di động tốc độ cao. Ngoài ra, đây còn là công nghệ hệ thốngtích hợp đầu tiên trên
thế giới ứng dụng cả chuẩn 3GPP LTE và các chuẩn dịch vụứng dụng khác, do đó
người sử dụng có thể dễ dàng thực hiện cuộc gọi hoặc truyềndữ liệu giữa các mạng
LTE và các mạng GSM/GPRS hoặc UMTS dựa trênWCDMA. Kiến trúc mạng mới

được thiết kế với mục tiêu cung cấp lưu lượngchuyển mạch gói với dịch vụ chất
lượng, độ trễ tối thiểu. Hệ thống sử dụng băngthông linh hoạt nhờ vào mô hình
đa
truy cập OFDMA và SC-FDMA. Thêm vào đó,FDD (Frequency Division
Duplexing) và TDD (Time Division Duplexing), bánsong công FDD cho phép các
UE có giá thành thấp. Không giống như FDD, bánsong công FDD không yêu cầu
phát và thu tại cùng thời điểm. Điều này làm giảm giá thành cho bộ song công trong
UE. Truy cập tuyến lên dựa vào đa truy cập phânchia theo tần số đơn sóng mang
(Single Carrier Frequency Division multiple AccessSC-FDMA) cho phép tăng vùng
phủ tuyến lên làm tỷ số công suất đỉnh trên côngsuất trung bình thấp (Peak-to-
Average Power Ratio PAPR) so với OFDMA. Thêmvào đó, để cải thiện tốc độ dữ
liệu đỉnh, hệ thống LTE sử dụng hai đến bốn lần hệ sốphổ cell so với hệ thống
HSPA Release 6.
2.1.1 Động cơ thúc đẩy
 Cần thế hệ tiếp theo để cải thiện các nhược điểm của 3G và đáp ứng nhu cầu
của người sử dụng.
 Người dùng đ
òi h
ỏi tốc độ dữ liệu và chất lượng dịch vụ cao hơn.
 Tối ưu hệ thống chuyển mạch gói.
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
4
 Tiếp tục nhu cầu của người dùng về giảm giá thành (CAPEX và OPEX).
 Giảm độ phức tạp
 Tránh sự phân đoạn không cần thiết cho hoạt động của một cặp hoặc không
phải một cặp dải thông.
2.1.2 Các giai đoạn phát triển của LTE
 Bắt đầu năm 2004, dự án LTE tập trung vào phát triển thêm UTRAN và tối
ưu cấu trúc truy cập vô tuyến của 3GPP.
 Mục tiêu hướng đến là dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một

người dùng trên 1 MHz so với mạng HSDPA Rel. 6: Tải xuống: gấp 3 đến 4
lần (100Mbps). Tải lên: gấp 2 đến 3 lần (50Mbps).
 Năm 2007, LTE của kỹ thuật truy cập vô tuyến thế hệ thứ 3 –“EUTRA”-
phát triển từ những bước khả thi để đưa ra các đặc tính kỹ thuật được chấp
nhận. Cuối năm 2008 các kỹ thuật này được sử dụng trong thương mại.
 Các kỹ thuật OFDMA được sử dụng cho đường xuống và SC-FDMA đượcsử
dụng cho đường lên.
2.1.3 Mục tiêu của LTE
 Tốc độ dữ liệu cao.
 Độ trễ thấp.
 Công nghệ truy cập sóng vô tuyến gói dữ liệu tối ưu
2.1.4 Các đặc tính cơ bản của LTE
 Hoạt động ở băng tần: 700 MHz-2,6 GHz.
 Tốc độ:
- DL: 100Mbps( ở BW 20MHz)
- UL: 50 Mbps với 2 aten thu một anten phát.
 Độ trễ: nhỏ hơn 5ms.
 Độ rộng BW linh hoạt :1,4 MHz; 3 MHz; 5 MHz; 10 MHz; 15 MHz; 20
MHz. Hỗ trợ cả 2 trường hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau
hoặc không.
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
5
 Tính di động: Tốc độ di chuyển tối ưu là 0-15 km/h nhưng vẫn hoạt động
tốt với tốc độ di chuyển từ 15-120 km/h, có thể lên đến 500 km/h tùy băng
tần.
 Phổ tần số:
- Hoạt động ở chế độ FDD hoặc TDD.
- Độ phủ sóng từ 5-100 km.
- Dung lượng 200 user/cell ở băng tần 5Mhz.
 Chất lượng dịch vụ :

- Hỗ trợ tính năng đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS.
- VoIP đảm bảo chất lượng âm thanh tốt, trễ tối thiểu thông qua
mạngUMTS.
 Liên kết mạng:
- Khả năng liên kết với các hệ thống UTRAN/GERAN hiện có và các hệ
thống không thuộc 3GPP cũng sẽ được đảm bảo.
- Thời gian trễ trong việc truyền tải giữa E-UTRAN và UTRAN/GERAN
sẽ nhỏ hơn 300ms cho các dịch vụ thời gian thực và 500ms cho các dịch
vụ còn lại.
- Chi phí: chi phí triển khai và vận hành giảm.
Băng thông linh hoạt trong vùng từ 1.4 MHz đến 20 MHz, điều này có ngh
ĩalà
nó có thể hoạt động trong các dải băng tần của 3GPP. Trong thực tế, hiệu suấtthực
sự của LTE tùy thuộc vào băng thông chỉ định cho các dịch vụ và không có sựlựa
chọn cho phổ tần của chính nó. Điều này giúp đáng kể cho các nhà khai tháctrong
chiến lược về kinh tế và kỹ thuật. Triển khai tại các tần số cao, LTE là chiếnlược
hấp dẫn tập trung vào dung lượng mạng, trong khi tại các tần số thấp nó có thểcung
cấp vùng bao phủ khắp nơi. Mạng LTE có thể hoạt động trong bất cứ dải tầnđược
sử dụng nào của 3GPP. Nó bao gồm băng tần lõi của IMT-2000 (1.9-2 GHz)và dải
mở rộng (2.5 GHz), c
ũng như t
ại 850-900 MHz, 1800 MHz, phổ AWS (1.7-2.1
GHz)…Băng tần chỉ định dưới 5MHz được định ngh
ĩa b
ởi IUT thì phù hợp vớidịch
vụ IMT trong khi các băng tần lớn hơn 5MHz th
ì s
ử dụng cho các dịch vụ cótốc độ
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
6

cực cao. Tính linh hoạt về băng tần của LTE có thể cho phép các nhà sảnxuất phát
triển LTE trong những băng tần đ
ã t
ồn tại của họ.
2.1.5 Các thông số lớp vật lý của LTE
Bảng 2-1: Các thông số lớp vật lý LTEBảng
Kỹ thuật truy cập
Uplink
Đa truy cập phân chia theo tần số trực
giao đơn sóng mang (SC-FDMA)
Downlink
Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao
(OFDMA)
Băng thông
1.4MHz, 3 MHz , 5 MHz, 10 MHz, 15
MHz, 20MHz
Thời gian tối thiểu
1ms
Khoảng cách sóng mang con
15KHz
Chiều dài CP
Ngắn
4.7µs
Dài
16.7 µs
Điều chế
QPSK, 16QAM, 64QAM
Ghép kênh không gian
1 lớp cho UL/UE
Lên đến 4 lớp cho DL/UE

Sử dụng MU-MIMO cho UL và DL
Bảng 2-2: Tốc độđạtđỉnh của LTE theo lớp
Lớp
1
2
3
4
5
Tốc độ đạt
đỉnh Mbps
DownLink
10
50
100
150
300
UpLink
5
25
50
50
75
Dung lượng cho các chức năng lớp vật lý
Băng thông RF
20MHz
Điều chế
DownLink
QPSK, 16QAM, 64QAM
UpLink
QPSK, 16QAM

QPSK,
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
7
16QAM,
64QAM
2.1.6 Dịch vụ của LTE
Qua việc kết nối của đường truyền tốc độ rất cao, băng thông linh hoạt,
hiệusuất sử dụng phổ cao và giảm thời gian trễ gói, LTE hứa hẹn sẽ cung cấp nhiều
dịchvụ đa dạng hơn. Đối với khách hàng, sẽ có thêm nhiều ứng dụng về dòng dữ
liệulớn, tải về và chia sẻ video, nhạc và nội dung đa phương tiện. Tất cả các dịch vụ
sẽ cần lưu lượng lớn hơn để đáp ứng đủ chất lượng dịch vụ, đặc biệt là với mong
đợicủa người dùng về đường truyền TV độ rõ nét cao.
Đ
ối với khách hàng là
doanhnghiệp, truyền các tập tin lớn với tốc độ cao, chất lượng video hội nghị
tốt…LTE sẽmang đặc tính của “Web 2.0” ngày nay vào không gian di động lần đầu
tiên. Dọctheo sự bảo đảm về thương mại, nó sẽ băng qua những ứng dụng thời gian
thực nhưgame đa người chơi và chia sẻ tập tin.
Bảng 2-3: So sánh các dịch vụ của 3G so với 4G LTE
Dịch vụ
Môi trường 3G
Môi trường 4G
Thoai (rich voice)
Âm thanh thời gian thực
VoIP, video hội nghịchất
lượng cao
Tin nhắn P2F(P2F
messaging)
SMS, MMS, các email ưu
tiênthấp

Các tin nhắn photo, IM,
email di động, tin nhắn video
Lướt
web(browsing)
Truy cập đến các dịch
vụonline trực tuy ến, Trình
duyệtWAPthôngqua
GPRSvà mạng 3G.
Duyệt siêu nhanh, tải các nội
dung lên các mạng xã hội.
Thông tin cước
phí(paid
information)
Người dùngtrảquahoặc trên
mạng tính cước chuẩn.
Chínhyếulàdựatrên thông
tin văn bản.
Tạp chí trực tuyến, dòng âm
thanh ch ất lượng cao.
Riêng tư
(personalization)
Chủyếulàâmthanh chuông
(ringtone), c
ũng bao g
ồm
màn hình
Âmthanhthực(thuâm gốc
từngười nghệs
ĩ),các trang
web cá nhân.

Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
8
chờ(screensavers)và nhạc
chờ(ring tone).
Games
Tảivềvàchơigametrựctuyến.
Kinh nghiệm
gametrựctuyếnvữngchắcquacả
mạng cố định và di động.
Video/TV theo
yêu
cầu (video/TV on
demand)
Chạy và có thể tải video.
Cácdịchvụquảngbá tivi, Tivi
theođúngyêucầudòng video
chất lượng cao.
Nhạc
Tảiđầyđủcáctrack và các
dịch vụ âm thanh.
Lưutrữvàtảinhạcchất lượng
cao
Nội dung tin nhắn
Tin nhắn đồng cấp sử dụng
ba thành phầnc
ũngnhư
tươngtácvớicácmedia khác.
Phân phối tỷ lệ rộng của
cácvideoclip,dịchvụ
karaoke,videocơbản

quảngcáodi động.
M –
comerce(thương
mại qua điện
thoại)
Thựchiệncácgiaodịch và
thanhtoánquamạng di động.
Điện thoại cầm tay như thiếtbị
thanh toán, với các chi tiết
thanh toán qua m ạngtốcđộ
cao đểcho phépcácgiao dịch
thực hiện nhanh chóng.
Mạng dữ liệu di
động(mobile data
netwoking)
Truy cập đến các mạng nội
bộvà cơ sở dữ liệu c
ũng
như cách sử dụng của các
ứng dụng như CRM.
Chuyển đổi file P2P, các ứng
dụng kinh doanh, ứng dụng
chiasẻ, thông tinM2M,diđộng
intranet/extranet.
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
9
2.2 Cấu trúc của LTE
2.2.1 Cấu trúc cơ bản SAE của LTE
Hình 2-1: So sánh về cấu trúc giữa UTMS và LTE
Hình trên cho ta thấy sự khác nhau về cấu trúc của UTMS và LTE. Songsong

với truy nhập vô tuyến LTE, mạng gói lõi c
ũng đang c
ải tiến lên cấu trúc tầngSAE.
Cấu trúc mới này được thiết kế để tối ưu hiệu suất mạng, cải thiện hiệu quảchi phí
và thuận tiện thu hút phần lớn dịch vụ trên nền IP.
Mạng truy nhập vô tuyến RAN (Radio Access Network): mạng truy nhập
vôtuyến của LTE được gọi là E-UTRAN và một trong những đặc điểm chính của nó
làtất cả các dịch vụ, bao gồm dịch vụ thời gian thực, sẽ được hỗ trợ qua những
kênhgói được chia sẻ. Phương pháp này sẽ tăng hiệu suất phổ, làm cho dung lượng
hệthống trở nên cao hơn. Một kết quả quan trọng của việc sử dụng truy nhập gói
chotất cả các dịch vụ là sự tích hợp cao hơn giữa những dịch vụ đa phương tiện và
giữanhững dịch vụ cố định và không dây.
Có nhiều loại chức năng khác nhau trong mạng tế bào. Dựa vào chúng,
mạngcó thể được chia thành hai phần: mạng truy nhập vô tuyến và mạng lõi. Những
chứcnăng như điều chế, nén, chuyển giao thuộc về mạng truy nhập. Còn những
chứcnăng khác như tính cước hoặc quản lý di động là thành phần của mạng lõi.
VớiLTE, mạng truy nhập là E-UTRAN và mạng lõi là EPC.
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
10
Mục đích chính của LTE là tối thiểu hóa số node. Vì vậy, người phát triển
đ
ãch
ọn một cấu trúc đơn node. Trạm gốc mới phức tạp hơn NodeB trong mạng
truynhập vô tuyến WCDMA/HSPA, và vì vậy được gọi là eNodeB (Enhance Node
B).Những eNodeB có tất cả những chức năng cần thiết cho mạng truy nhập vô
tuyếnLTE, kể cả những chức năng liên quan đến quản lý tài nguyên vô tuyến.
Giao diện vô tuyến sử dụng trong E-UTRAN bây giờ chỉ còn là S1 và
X2.Trong đó S1 là giao diện vô tuyến kết nối giữa eNodeB và mạng lõi. S1 chia
làmhai loại là S1-U là giao diện giữa eNodeB và SAE –GW và S1-MME là giao
diệngiữa eNodeB và MME. X2 là giao diện giữa các eNodeB với nhau.

Hình 2-2: Cấu trúc cơ bản của LTE
Mạng lõi: mạng lõi mới là sự mở rộng hoàn toàn của mạng lõi trong hệ
thống3G, và nó chỉ bao phủ miền chuyển mạch gói. Vì vậy, nó có một cái tên
mới:Evolved Packet Core (EPC).
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
11
Cùng một mục đích như E-UTRAN, số node trong EPC đ
ã đư
ợc giảm.
EPCchia luồng dữ liệu người dùng thành mặt phẳng người dùng và mặt phẳng
điềukhiển. Một node cụ thể được định ngh
ĩa cho m
ỗi mặt phẳng, cộng với
Gatewaychung kết nối mạng LTE với internet và những hệ thống khác. EPC gồm
có một vàithực thể chức năng.
 MME (Mobility Management Entity): chịu trách nhiệm xử lý những chức
năng mặt bằng điều khiển, liên quan đến quản lý thuê bao và quản lý phiên.
 Gateway dịch vụ (Serving Gateway): là vị trí kết nối của giao tiếp dữ liệu
gói với E-UTRAN. Nó còn hoạt động như một node định tuyến đến những
kỹ thuật 3GPP khác.
 P-Gateway (Packet Data Network): là điểm đầu cuối cho những phiên
hướng về mạng dữ liệu gói bên ngoài. Nó c
ũng l
à Router đ
ến mạng
Internet.
 PCRF (Policyand Charging Rules Function): điều khiển việc tạo ra bảng giá
và cấu hình hệ thống con đa phương tiện IP IMS (the IP Multimedia
Subsystem) cho mỗi người dùng.
 HSS (Home Subscriber Server): là nơi lưu trữ dữ liệu của thuê bao cho tất

cả dữ liệu của người dùng. Nó là cơ sở dữ liệu chủ trung tâm trong trung
tâm của nhà khai thác.
Các miền dịch vụ bao gồm IMS (IP Multimedia Sub-system) dựa trên cácnhà
khai thác, IMS không dựa trên các nhà khai thác và các dịch vụ khác. IMS làmột
kiến trúc mạng nhằm tạo sự thuận tiện cho việc phát triển và phân phối các dịchvụ
đa phương tiện đến người dùng, bất kể là họ đang kết nối thông qua mạng truynhập
nào. IMS hỗ trợ nhiều phương thức truy nhập như GSM, UMTS, CDMA2000,truy
nhập hữu tuyến băng rộng như cáp xDSL, cáp quang, cáp truyền hình, c
ũngnhư truy
nhập vô tuyến băng rộng WLAN, WiMAX. IMS tạo điều kiện cho các hệthống
mạng khác nhau có thể tương thích với nhau. IMS hứa hẹn mang lại nhiều lợiích
cho cả người dùng lẫn nhà cung cấp dịch vụ.
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
12
Nó đ
ã và đang đư
ợc tập trungnghiên cứu c
ũ
ng như thu hút được sự quan tâm
lớn của giới công nghiệp. Tuy nhiênIMS c
ũng g
ặp phải những khó khăn nhất định
và c
ũng chưa th
ật sự đủ độ chín đểthuyết phục các nhà cung cấp mạng đầu từ triển
khai nó. Kiến trúc IMS được cho làkhá phức tạp với nhiều thực thể và vô số các
chức năng khác nhau.IMS dựa trên các nhà khai thác: là IMS đ
ã đư
ợc tích hợp sẵn
trong cấu trúccủa hệ thống 3GPP.

 IMS không dựa trên các nhà khai thác: là IMS không được định ngh
ĩa trong
các chuẩn. Các nhà khai thác có thể tích hợp dịch vụ này trong mạng của
họ. Các UE kết nối đến nó qua vài giao thức được chấp thuận và dịch vụ
video streaming là 1 ví dụ.
 Các dịch khác không được cung cấp bởi 3GPP và cấu trúc phụ thuộc vào
yêu cầu của dịch vụ. Cấu hình
đi
ển hình sẽ được UE kết nối đến máy
chủqua mạng chẳng hạn như kết nối đến trang chủ cho dịch vụ lướt web.
2.2.2 Cấu trúc của LTE liên kết với các mạng khác
Hình 2-3: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
13
Hình 2-4: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập3GPP và không phải 3GPP
Hình 2-5: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập3GPP và liên mạng với CDMA
2000
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
14
Hệ thống 3GPP hiện tại (GSM và WCDMA/HSPA) và 3GPP2
(CDMA20001xRTT, EV-DO) được kết hợp vào hệ thống mới thông qua những giao
diện chuẩnhóa, miễn là tối ưu tính di động với LTE. Với hệ thống 3GPP, điều này
có nghĩa làmột giao diện báo hiệu giữa SGSN (Serving GPRS Support Node) và
mạng lõi mới,với hệ thống 3GPP2 c
ũng có m
ột giao diện báo hiệu giữa CDMA
RAN và mạng lõimới.
Ví dụ tín hiệu điều khiển cho di động được xử lý bởi node
MobilityManagement Entity (MME), tách rời với Gateway. Điều này thuận tiện cho
việc tốiưu trong triển khai mạng và hoàn toàn cho phép chia tỉ lệ dung lượng một

cách linhđộng. Home Subscriber Server (HSS) nối đến Packet Core qua một giao
diện IP, vàkhông phải SS7 như đã sử dụng trong mạng GSM và WCDMA. Mạng
báo hiệu chođiều khiển chính sách và tính cướcđược dựa trên giao diện IP. Hệ thống
GSM vàWCDMA/HSPA hiện tại được tích hợp vào hệ thống mới qua những giao
diện được
chuẩn hóa giữa SGSN và mạng lõi mới. Người ta cố gắng kết hợp truy nhập
CDMAc
ũng s
ẽ đưa đến tính di động liên tục giữa LTE và CDMA, cho phép sự mềm
dẻotrong việc chuyển lên LTE.
LTE-SAE tiếp nhận khái niệm QoS theo từng lớp. Điều này cung cấp mộtgiải
pháp đơn giản và đến bây giờ vẫn hiệu quả cho những nhà khai thác có được
sựphân biệt giữa những dịch vụ gói.
2.3 Các kênh sử dụng trong E-UTRAN
2.3.1 Kênh vật lý
Các kênh vật lý sử dụng cho dữ liệu người dùng bao gồm:
 PDSCH (Physical Downlink Shared Channel) : phụ tải có ích (payload)
 PUSCH (Physical Uplink Shared Channel) : PUSCH được dùng để mang dữ
liệu người dùng. Các tài nguyên cho PUSCH được chỉ định trên
mộtsubframe cơ bản bởi việc lập biểu đường lên. Các sóng mang được chỉ
định
là 12 khối tài nguyên (RB) và có thể nhảy từ subframe này đến