Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên omnet++

Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1
1.1Lý do chọn đề tài 1
1.1Lý do chọn đề tài 1
1.2Mục tiêu của đề tài 1
1.2Mục tiêu của đề tài 1
1.3Giới hạn và phạm vi của đề tài 1
1.3Giới hạn và phạm vi của đề tài 1
1.4Nội dung thực hiện 1
1.4Nội dung thực hiện 1
1.5Phương pháp tiếp cận 2
1.5Phương pháp tiếp cận 2
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MẠNG LTE (4G) 4
2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE 4
2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE 4
2.1.1 Động cơ thúc đẩy 4
2.1.1 Động cơ thúc đẩy 4
2.1.2 Các giai đoạn phát triển của LTE 5
2.1.2 Các giai đoạn phát triển của LTE 5
2.1.3 Mục tiêu của LTE 5
2.1.3 Mục tiêu của LTE 5
2.1.4 Các đặc tính cơ bản của LTE 5
2.1.4 Các đặc tính cơ bản của LTE 5
2.1.5Các thông số lớp vật lý của LTE 6
2.1.5Các thông số lớp vật lý của LTE 6
2.1.6Dịch vụ của LTE 7
2.1.6Dịch vụ của LTE 7
2.2Cấu trúc của LTE 9
2.2Cấu trúc của LTE 9
2.2.1 Cấu trúc cơ bản SAE của LTE 9

1
Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ
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
2.2.2 Cấu trúc của LTE liên kết với các mạng khác 12
2.3Các kênh sử dụng trong E-UTRAN 14
2.3Các kênh sử dụng trong E-UTRAN 14
2.3.1 Kênh vật lý 14
2.3.1 Kênh vật lý 14
2.3.2 Kênh logic 15
2.3.2 Kênh logic 15
2.3.3 Kênh truyền tải 15
2.3.3 Kênh truyền tải 15
2.4 Giao thức của LTE (LTE Protocols) 16
2.4 Giao thức của LTE (LTE Protocols) 16
2.5 Một số đặc tính của kênh truyền 18
2.5 Một số đặc tính của kênh truyền 18
2.5.1 Trải trễ đa đường 19
2.5.1 Trải trễ đa đường 19
2.5.2 Các loại fading 19
2.5.2 Các loại fading 19
2.6 Các kỹ thuật sử dụng trong LTE 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
2.6.1 Kỹ thuật truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM 20
2.6.2 Kỹ thuật SC-FDMA 29
2.6.2 Kỹ thuật SC-FDMA 29
2.6.3 Kỹ thuật đa anten MIMO 30
2.6.3 Kỹ thuật đa anten MIMO 30
2.6.4 Mã hóa Turbo 33

2.6.4 Mã hóa Turbo 33
2.7 Điều khiển công suất 33
2
Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ
2.7 Điều khiển công suất 33
2.7.1 Điều khiển công suất vòng hở 34
2.7.1 Điều khiển công suất vòng hở 34
2.7.2 Điều khiển công suất vòng kín 35
2.7.2 Điều khiển công suất vòng kín 35
2.8 Chuyển giao 36
2.8 Chuyển giao 36
2.8.1 Mục đích chuyển giao 37
2.8.1 Mục đích chuyển giao 37
2.8.2 Các loại chuyển giao (HO-handover) 38
2.8.2 Các loại chuyển giao (HO-handover) 38
2.8.3 Handover trong hệ thống thông tin di động 4G 41
2.8.3 Handover trong hệ thống thông tin di động 4G 41
2.8.4 Trình tự chuyển giao 42
2.8.4 Trình tự chuyển giao 42
2.8.5 Chuyển giao giữa mạng LTE và 3G 45
2.8.5 Chuyển giao giữa mạng LTE và 3G 45
2.8.6 Chuyển giao đối với LTE 48
2.8.6 Chuyển giao đối với LTE 48
2.9 kết luận chương 50
2.9 kết luận chương 50
CHƯƠNG 3 NỘI DUNG THỰC HIỆN 53
3.1 Tổng quan về OMNeT++ và Mobility Framework 53
3.1 Tổng quan về OMNeT++ và Mobility Framework 53
3.1.1Giới thiệu chung về OMNeT++ và Mobility Framework 53
3.1.1Giới thiệu chung về OMNeT++ và Mobility Framework 53

3.1.2 Khái quát về Omnet++ 55
3.1.2 Khái quát về Omnet++ 55
3.1.2Sử dụng Omnet++ 59
3.1.2Sử dụng Omnet++ 59
3
Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ
3.1.4 Hệ thống file 61
3.1.4 Hệ thống file 61
3.1.5 Import một chương trình 62
3.1.5 Import một chương trình 62
3.2 Thực hành thí nghiệm mô phỏng 63
3.2 Thực hành thí nghiệm mô phỏng 63
3.2.1Cài đặt chương trình mô phỏng 63
3.2.1Cài đặt chương trình mô phỏng 63
3.2.2 Thực hiện thí nghiệm mô phỏng 65
3.2.2 Thực hiện thí nghiệm mô phỏng 65
3.2.3 Chạy chương trình và phân tích kết quả 73
3.2.3 Chạy chương trình và phân tích kết quả 73
3.3 Kết luận 79
3.3 Kết luận 79
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 81
4.1 Kết quả đạt được 81
4.1 Kết quả đạt được 81
4.2 Hướng phát triển của đề tài 81
4.2 Hướng phát triển của đề tài 81
4.3 Hạn chế của đề tài 81
4.3 Hạn chế của đề tài 81
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
4
Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ
Hình 2-6: Giao thức của UTRAN 16
Hình 2-7: Giao thức của E-UTRAN 17
Hình 2-8: Phân phối chức năng của các lớp MAC, RLC, PDCP 17
20
Hình 2-9: Nguyên lý của FDMA 20
20
Hình 2-10: Nguyên lý của FDMA 20
Hình 2-11: Nguyên lý đa sóng mang 20
Hình 2-12: So sánh phổ tần của OFDM với FDMA 21
Hình 2-13: Tần số-thời gian của tín hiệu OFDM 21
Hình 2-14: Các song mang giao với nhau 22
Hình 2-15: Biến đổi FFT 23
Hình 2-16: Thu phát OFDM 23
Hình 2-17: Chuỗi bảo vệ GI 24
Hình 2-18: Tác dụng của chuỗi bảo vệ 25
Hình 2-19: Sóng mang con OFDMA 26
Hình 2-20: OFDM và OFDMA 26
Hình 2-21: Chỉ định tài nguyên của OFDMA trong LTE 27
Hình 2-22: Cấu trúc của một khối tài nguyên 27
Hình 2-23: Cấu trúc bố trí tín hiệu tham khảo 28
Hình 2-24: Đặc tính đường bao của tín hiệu OFDM 28
Hình 2-25: PAPR cho các tín hiệu khác nhau 29
Hình 2-26: Sơ đồ khối DFT-s-OFDM 30
Hình 2-27: Các chế độ truy nhập kênh vô tuyến 31

Hình 2-28: MIMO 2x2 không có tiền mã hóa 32
Hình 2-29: Điều khiển công suất vòng hở 35
Hình 2-30: Điều khiển công suất vòng kín 36
Hình 2-31: So sánh chuyển giao cứng và chuyển giao mềm 39
Hình 2-32: Chuyển giao ngang 41
Hình 2-33: chuyển giao dọc 42
5
Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ
Hình 2-34: Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao 43
Hình 2-35: Chuyển giao giữa LTE và 3G 45
Hình 2-36: Các thủ tục chuẩn bị chuyển giao từ LTE sang 3G 46
Hình 2-37: Quá trình chuyển giao từ LTE và 3G 47
Hình 2-38: Các loại chuyển giao 49
Hình 3-1: Cấu trúc liên kết của một chương trình mô phỏng trong OMNet++ 56
Hình 3-2: Các kết nối 57
Hình 3-3: Truyền message 58
Hình 3-4: Cửa sổ Import 63
Hình 3-5: chọn đường dẫn đến Project muốn import 64
Hình 3-6: Import một chương trình thành công 65
Hình 3-7: Hệ thống giao diện chính chương trình 65
Hình 3-8: giao diện kênh kết nối 66
Hình 3-9: giao điện configurator 67
Hình 3-10: giao diện module UE 68
Hình 3.10 giao diện eNode 71
Hình 3-11: giao diện chương trình mô phỏng 74
Hình 3-12: Giao diện người điều khiển của chương trình mô phỏng 74
Hình 3-13: UE gửi gói tin đến eNode 75
Hình 3-14: eNode gửi tin cho UE 75
Hình 3-15: UE các kênh hoa tiêu cho eNode 75
Hình 3-16: UE chuẩn bị chuyển giao 76

Hình 3-17: chuyển giao thành công 76
Hình 3-18: Giao diện lớp vật lý của UE 76
Hình 3-19: giao diện lớp vật lý eNode 77
Hình 3-20: Thời điểm gửi nhận gói tin ghi vào file elog 77
Hình 3-21: biểu đồ thể hiện thời gian trễ khi chuyển giao 78
Hình 3-22: Thời gian trung bình thực hiện chuyển giao 78
6
Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ
MỤC LỤC BẢNG BIÊU
Bảng 2-1: Các thông số lớp vật lý LTE Bảng 6
Bảng 2-2: Tốc độ đạt đỉnh của LTE theo lớp 7
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 27
7
Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ

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 Repeat Quest Yêu cầu lặp lại tự động hỗ hợp
HO Handover Sự chuyển vùng
HSDPA High Speed Downlink Packet
Access
Truy nhập gói đường xuống tốc độ
Cao
HS-
DSCH
High Speed Downlink Shared

Channel
Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ
Cao
HSCSD High Speed Circuit Switched
Data
Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ
Cao
HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao
8
Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ
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 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
MME Mobility Management Entity Phần tử quản lý tính di động
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 Kênh chỉ thị HARQ vật lý
9
Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ
Channel
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
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- Single User Multiple Input Đơn người dùng - Đa đầu vào đa
10
Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ
MIMO Multiple Output đầu ra
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
e 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
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
11
Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Lý do chọn đề tài
Thông tin di động là một lĩnh vực rất quan trọng trong đời sống xã hội. Xã hội
càng phát triển, nhu cầu về thông tin di động của con người càng tăng lên và thông
tin di động càng khẳng định được sự cần thiết và tính tiện dụng của nó. Cho đến
nay, hệ thống thông tin di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ thế hệ di
động thế hệ 1 đến thế hệ 3 và thế hệ đang phát triển trên thế giới - thế hệ 4.
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 kĩ thuật 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 kĩ thuật sử dụng trong hệ thống mạng, các
kênh, điểu khiển công xuất trong mạng LTE. Tìm hiểu quá trình chuyển giao, các kĩ
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

1
Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ
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 kĩ thuật 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.
2
Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ
3
Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ
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 mạng
không dây 3G dựa trên công nghệ di động GSM/UMTS, và là một trong những
công nghệ tiềm năng nhất cho truyền thông 4G. Liên minh Viễn thông Quốc tế
(ITU) đã định nghĩa truyền thông di động thế hệ thứ 4 là IMT Advanced và chia

thành hai hệ thống dùng cho di động tốc độ cao và di động tốc độ thấp. 3GPP LTE
là hệ thống dùng cho di động tốc độ cao. Ngoài ra, đây còn là công nghệ hệ thống
tích hợp đầu tiên trên thế giới ứng dụng cả chuẩn 3GPP LTE và các chuẩn dịch vụ
ứng dụng khác, do đó người sử dụng có thể dễ dàng thực hiện cuộc gọi hoặc truyền
dữ liệu giữa các mạng LTE và các mạng GSM/GPRS hoặc UMTS dựa trên
WCDMA. Kiến trúc mạng mới được thiết kế với mục tiêu cung cấp lưu lượng
chuyển mạch gói với dịch vụ chất lượng, độ trễ tối thiểu. Hệ thống sử dụng băng
thông linh hoạt nhờ vào mô hình đa truy cập OFDMA và SC-FDMA. Thêm vào đó,
FDD (Frequency Division Duplexing) và TDD (Time Division Duplexing), bán
song công FDD cho phép các UE có giá thành thấp. Không giống như FDD, bán
song công FDD không yêu cầu phát và thu tại cùng thời điểm. Điều này làm giảm
giá thành cho bộ song công trong UE. Truy cập tuyến lên dựa vào đa truy cập phân
chia theo tần số đơn sóng mang (Single Carrier Frequency Division multiple Access
SC-FDMA) cho phép tăng vùng phủ tuyến lên làm tỷ số công suất đỉnh trên công
suất trung bình thấp (Peak-to-Average Power Ratio PAPR) so với OFDMA. Thêm
vào đó, để cải thiện tốc độ dữ liệu đỉnh.
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 đòi hỏi tốc độ dữ liệu và chất lượng dịch vụ cao hơn.
• Tối ưu hệ thống chuyển mạch gói.
• 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
4
Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ
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 được
sử 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.
• 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 5 Mhz.
• Chất lượng dịch vụ :
- Hỗ trợ tính năng đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS.

5
Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ
- VoIP đảm bảo chất lượng âm thanh tốt, trễ tối thiểu thông qua mạng
UMTS.
• 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 nghĩa
là nó có thể hoạt động trong các dải băng tần của 3GPP. Trong thực tế, hiệu suất
thực sự của LTE tùy thuộc vào băng thông chỉ định cho các dịch vụ và không có sự
lựa chọn cho phổ tần của chính nó. Triển khai tại các tần số cao, LTE là chiến lược
hấp dẫn tập trung vào dung lượng mạng, trong khi tại các tần số thấp nó có thể cung
cấp vùng bao phủ khắp nơi. Mạng LTE có thể hoạt động trong bất cứ dải tần được
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), cũng như tại 850-900 MHz, 1800 MHz, phổ AWS (1.7- 2.1
GHz)…Băng tần chỉ định dưới 5MHz được định nghĩa bởi IUT thì phù hợp với
dịch vụ IMT trong khi các băng tần lớn hơn 5MHz thì sử dụng cho các dịch vụ có
tốc độ cực cao. Tính linh hoạt về băng tần của LTE có thể cho phép các nhà sản
xuất phát triển LTE trong những băng tần đã tồn tại của họ.
2.1.5 Các thông số lớp vật lý của LTE
Bảng 2-1: Các thông số lớp vật lý LTE Bảng
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, 3MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz,
20MHz
Thời gian tối thiểu
1ms
Khoảng cách sóng mang con
15KHz
6
Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ
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 độ đạt đỉnh 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,
16QAM,
64QAM

2.1.6 Dịch vụ của LTE
Qua việc kết nối của đường truyền tốc độ rất cao, băng thông linh hoạt, hiệu
suất sử dụng phổ cao và giảm thời gian trễ gói, LTE hứa hẹn sẽ cung cấp nhiều dịch
vụ đa dạng hơn. Đối với khách hàng, sẽ có thêm nhiều ứng dụng về dòng dữ liệu
lớn, 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 đợi
của người dùng về đường truyền TV độ rõ nét cao. Đối với khách hàng là doanh
nghiệp, truyền các tập tin lớn với tốc độ cao, chất lượng video hội nghị tốt…LTE sẽ
mang đặc tính của “Web 2.0” ngày nay vào không gian di động lần đầu tiên. Dọc
theo sự bảo đảm về thương mại, nó sẽ băng qua những ứng dụng thời gian thực như
game 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 nghị chất
lượng cao
7
Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ
Tin nhắn P2F (P2F
messaging)
SMS, MMS, các email ưu
tiên thấp
Các tin nhắn photo, IM,
email di động, tin nhắn
video
Lướt web(browsing) Truy cập đến các dịch
vụ online trực tuy ến, Trình
duyệt WAP thông qua
GPRS và mạng 3G.
Duyệt siêu nhanh, tải các
nội dung lên các mạng xã

hội.
Thông tin cước phí
(paid information)
Người dùng trả qua hoặc
trên mạng tính cước chuẩn.
Chính yếu là dựa trên
thông tin văn bản.
Tạp chí trực tuyến, dòng
âm thanh ch ất lượng cao.
Riêng tư
(personalization)
Chủ yếu là âm thanh
chuông (ringtone), cũng
bao gồm màn hình chờ
(screensavers)và nhạc chờ
(ring tone).
Âm thanh thực(thu âm
gốc từ người nghệ sĩ), các
trang web cá nhân.
Games Tải về và chơi game trực
tuyến.
Kinh nghiệm game trực
tuyến vững chắc qua cả
mạng cố định và di động.
Video/TV theo yêu
cầu (video/TV on
demand)
Chạy và có thể tải video. Các dịch vụ quảng bá
tivi, Tivi theo đúng yêu
cầu dòng video chất lượng

cao.
Nhạc Tải đầy đủ các track và các
dịch vụ âm thanh.
Lưu trữ và tải nhạc chất
lượng cao
Nội dung tin nhắn Tin nhắn đồng cấp sử dụng
ba thành phần cũng như
tương tác với các media
khác.
Phân phối tỷ lệ rộng của
các video clip, dịch vụ
karaoke, video cơ bản
quảng cáo di động.
M – comerce
(thương mại qua điện
thoại)
Thực hiện các giao dịch và
thanh toán qua mạng di
động.
Điện thoại cầm tay như
thiết bị thanh toán, với
các chi tiết thanh toán
qua m ạng tốc độ cao để
cho phép các giao dịch
thực hiện nhanh chóng.
Mạng dữ liệu di
động(mobile data
netwoking)
Truy cập đến các mạng nội
bộvà cơ sở dữ liệu cũng

như cách sử dụng của các
ứng dụng như CRM.
Chuyển đổi file P2P, các
ứng dụng kinh doanh, ứng
dụng chia sẻ, thông tin
M2M, di động
8
Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ
intranet/extranet.
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. Song song
với truy nhập vô tuyến LTE, mạng gói lõi cũng đang cải tiến lên cấu trúc tầng SAE.
Cấu trúc mới này được thiết kế để tối ưu hiệu suất mạng, cải thiện hiệu quả chi phí
và thuận tiện thu hút phần lớn dịch vụ trên nền IP.
Mạng truy nhập vô tuyến RAN (Radio Access Network): mạng truy nhập vô
tuyến của LTE được gọi là E-UTRAN và một trong những đặc điểm chính của nó là
tất cả các dịch vụ, bao gồm dịch vụ thời gian thực, sẽ được hỗ trợ qua những kênh
gói được chia sẻ. Phương pháp này sẽ tăng hiệu suất phổ, làm cho dung lượng hệ
thống trở nên cao hơn. Một kết quả quan trọng của việc sử dụng truy nhập gói cho
tất cả các dịch vụ là sự tích hợp cao hơn giữa những dịch vụ đa phương tiện và giữa
những dịch vụ cố định và không dây.
Có nhiều loại chức năng khác nhau trong mạng tế bào. Dựa vào chúng, mạng
có thể được chia thành hai phần: mạng truy nhập vô tuyến và mạng lõi. Những chức
năng như điều chế, nén, chuyển giao thuộc về mạng truy nhập. Còn những chức
năng khác như tính cước hoặc quản lý di động là thành phần của mạng lõi. Với
LTE, mạng truy nhập là E-UTRAN và mạng lõi là EPC.
9
Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ

Mục đích chính của LTE là tối thiểu hóa số node. Vì vậy, người phát triển đã
chọn một cấu trúc đơn node. Trạm gốc mới phức tạp hơn NodeB trong mạng truy
nhập vô tuyến WCDMA/HSPA, và vì vậy được gọi là eNodeB (Enhance Node B).
Những eNodeB có tất cả những chức năng cần thiết cho mạng truy nhập vô tuyến
LTE, kể cả những chức năng liên quan đến quản lý tài nguyên vô tuyến.
Giao diện vô tuyến sử dụng trong E-UTRAN bây giờ chỉ còn là S1 và X2.
Trong đó S1 là giao diện vô tuyến kết nối giữa eNodeB và mạng lõi. S1 chia làm
hai loại là S1-U là giao diện giữa eNodeB và SAE –GW và S1-MME là giao diện
giữa eNodeB và MME. X2 là giao diện giữa các eNodeB với nhau.
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 thống
3G, và nó chỉ bao phủ miền chuyển mạch gói. Vì vậy, nó có một cái tên mới:
Evolved Packet Core (EPC).
10
Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ
Cùng một mục đích như E-UTRAN, số node trong EPC đã được giảm. EPC
chia luồng dữ liệu người dùng thành mặt phẳng người dùng và mặt phẳng điều
khiển. Một node cụ thể được định nghĩa cho mỗi mặt phẳng, cộng với Gateway
chung kết nối mạng LTE với internet và những hệ thống khác. EPC gồm có một vài
thực thể chức năng.
• MME (Mobility Management Entity): chịu trách nhiệm xử lý những chức
năng mặt bằng điều khiển, liên quan đến quản lý thuê bao và quản lý phiên.
• Gateway dịch vụ (Serving Gateway): là vị trí kết nối của giao tiếp dữ liệu
gói với E-UTRAN. Nó còn hoạt động như một node định tuyến đến những
kỹ thuật 3GPP khác.
• P-Gateway (Packet Data Network): là điểm đầu cuối cho những phiên
hướng về mạng dữ liệu gói bên ngoài. Nó cũng là Router đến mạng
Internet.
• PCRF (Policyand Charging Rules Function): điều khiển việc tạo ra bảng giá
và cấu hình hệ thống con đa phương tiện IP IMS (the IP Multimedia

Subsystem) cho mỗi người dùng.
• HSS (Home Subscriber Server): là nơi lưu trữ dữ liệu của thuê bao cho tất
cả dữ liệu của người dùng. Nó là cơ sở dữ liệu chủ trung tâm trong trung
tâm của nhà khai thác.
Các miền dịch vụ bao gồm IMS (IP Multimedia Sub-system) dựa trên các nhà
khai thác, IMS không dựa trên các nhà khai thác và các dịch vụ khác. IMS là một
kiến trúc mạng nhằm tạo sự thuận tiện cho việc phát triển và phân phối các dịch vụ
đa phương tiện đến người dùng, bất kể là họ đang kết nối thông qua mạng truy nhập
nào. IMS hỗ trợ nhiều phương thức truy nhập như GSM, UMTS, CDMA2000, truy
nhập hữu tuyến băng rộng như cáp xDSL, cáp quang, cáp truyền hình, cũng như
truy nhập vô tuyến băng rộng WLAN, WiMAX. IMS tạo điều kiện cho các hệ thống
mạng khác nhau có thể tương thích với nhau. IMS hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích
cho cả người dùng lẫn nhà cung cấp dịch vụ.
Nó đã và đang được tập trung nghiên cứu cũng như thu hút được sự quan tâm
lớn của giới công nghiệp. Tuy nhiên IMS cũng gặp phải những khó khăn nhất định
11
Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ
và cũng chưa thật sự đủ độ chín để thuyết phục các nhà cung cấp mạng đầu từ triển
khai nó. Kiến trúc IMS được cho là khá phức tạp với nhiều thực thể và vô số các
chức năng khác nhau. IMS dựa trên các nhà khai thác: là IMS đã được tích hợp sẵn
trong cấu trúc của hệ thống 3GPP.
• IMS không dựa trên các nhà khai thác: là IMS không được định nghĩa 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 điển hình sẽ được UE kết nối đến máy chủ
qua 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

12
Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ
Hình 2-4: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP và không phải 3GPP
Hình 2-5: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập3GPP và liên mạng với CDMA
2000
13
Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ
Hệ thống 3GPP hiện tại (GSM và WCDMA/HSPA) và 3GPP2 (CDMA2000
1xRTT, EV-DO) được kết hợp vào hệ thống mới thông qua những giao diện chuẩn
hóa, miễn là tối ưu tính di động với LTE. Với hệ thống 3GPP, điều này có nghĩa là
một giao diện báo hiệu giữa SGSN (Serving GPRS Support Node) và mạng lõi mới,
với hệ thống 3GPP2 cũng có một giao diện báo hiệu giữa CDMA RAN và mạng lõi
mới.
Ví dụ tín hiệu điều khiển cho di động được xử lý bởi node Mobility
Management Entity (MME), tách rời với Gateway. Điều này thuận tiện cho việc tối
ưu trong triển khai mạng và hoàn toàn cho phép chia tỉ lệ dung lượng một cách linh
động. Home Subscriber Server (HSS) nối đến Packet Core qua một giao diện IP, và
không phải SS7 như đã sử dụng trong mạng GSM và WCDMA. Mạng báo hiệu cho
điều khiển chính sách và tính cước được dựa trên giao diện IP. Hệ thống GSM và
WCDMA/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
CDMA cũng sẽ đưa đến tính di động liên tục giữa LTE và CDMA, cho phép sự
mềm dẻo trong việc chuyển lên LTE.
LTE-SAE tiếp nhận khái niệm QoS theo từng lớp. Điều này cung cấp một
giải pháp đơn giản và đến bây giờ vẫn hiệu quả cho những nhà khai thác có được sự
phân 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 một
subframe 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 subframe
khác. PUSCH có thể dùng các kiểu điều chế QPSK, 16QAM, 64QAM.
• PUCCH(Physical Uplink Control Channel): có chức năng lập biểu,
ACK/NAK.
14