Nghiên cứu triển khai mạng LTE tại tỉnh thừa thiên huế luận văn ths kỹ thuật điện tử

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN MẠNH TIẾN

NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI MẠNG LTE TẠI TỈNH THỪA
THIÊN HUẾ

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Hà Nội - 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN MẠNH TIẾN

NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI MẠNG LTE TẠI TỈNH THỪA
THIÊN HUẾ
Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
Mã số: 60.52.02.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. NGUYỄN QUỐC TUẤN

Hà Nội - 2015

1

LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS. TS. Nguyễn Quốc Tuấn, người
thầy đã luôn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em trong
suốt thời gian làm luận văn. Hỗ trợ và chỉ dẫn giúp em hoàn thành phần thực
nghiệm.
Xin được cảm ơn các thầy, cô trong khoa Điện tử viễn thông, trường Đại học
Công nghệ - ĐHQG Hà nội đã tạo điều kiện giúp đỡ, chỉ bảo và cho tôi những lời
khuyên vô cùng quý báu.
Em xin trân trọng cảm ơn !

Học viên

Nguyễn Mạnh Tiến


2

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là kết quả của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn
của PGS. TS. Nguyễn Quốc Tuấn, không sao chép của ai. Nội dung luận văn có
tham khảo và sử dụng các tài liệu thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí
và các trang Website theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn.

Tác giả luận văn

Nguyễn Mạnh Tiến

3
MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN........................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................2
MỤC LỤC..............................................................................................................3
NHỮNG TỪ VIẾT TẮT .......................................................................................5
DANH MỤC BẢNG ..............................................................................................9
DANH MỤC HÌNH VẼ.......................................................................................10
LỜI MỞ ĐẦU......................................................................................................12
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ
MẠNG DI ĐỘNG THẾ HỆ 1G/2G/3G VÀ 4G..................................................14
1.1. Lịch sử phát triển của các hệ thống thông tin di động .................................14
1.1.1. Thế hệ 1G (First Generation)............................................................... 14
1.1.2. Thế hệ 2G (Second Generation)...........................................................15
1.1.3. Thế hệ 3G (Third Generation) ............................................................. 15
1.1.4. Thế hệ 4G (Fourth Generation)............................................................ 17
1.2. Tổng quan về mạng 4G...............................................................................18
1.3. Kết luận chương 1 ......................................................................................20
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ MẠNG LTE CHO MẠNG 4G ............................ 21
2.1. Giới thiệu về công nghệ LTE......................................................................21
2.1.1. Mục tiêu của LTE................................................................................21
2.1.2. Các đặc tính cơ bản của LTE ............................................................... 22
2.1.3. Các thông số lớp vật lý của LTE..........................................................23
2.2. Cấu trúc của LTE .......................................................................................24
2.3. Các kênh sử dụng trong E-UTRAN ............................................................ 29
2.4. Một số đặc tính của kênh truyền .................................................................30
2.4.1. Trải trễ đa đường.................................................................................31
2.4.2. Các loại fading ....................................................................................31
2.4.3. Dịch tần Doppler .................................................................................31

2.4.4. Nhiễu MAI đối với LTE ......................................................................32
2.5. Các kỹ thuật cho truy nhập vô tuyến trong LTE..........................................32
2.5.1. Công nghệ đa truy nhập cho đường xuống OFDM và OFDMA ...........32
2.5.2. Kỹ thuật đa truy nhập cho đường lên SC-FDMA .................................40
2.5.4. Kỹ thuật đa anten MIMO.....................................................................42
2.5.5. Mã hóa Turbo......................................................................................45


4
2.5.6. Thích ứng đường truyền ......................................................................45
2.5.7. Lập biểu phụ thuộc kênh .....................................................................46
2.5.8. HARQ với kết hợp mềm......................................................................46
2.6. Chuyển giao ............................................................................................... 47
2.6.1. Mục đích chuyển giao .........................................................................47
2.6.2. Trình tự chuyển giao ...........................................................................47
2.6.3. Các loại chuyển giao ...........................................................................50
2.6.4. Chuyển giao đối với LTE ....................................................................52
2.7. Điều khiển công suất ..................................................................................53
2.7.1. Điều khiển công suất vòng hở.............................................................. 54
2.8. Kết luận chương 2 ......................................................................................56
CHƯƠNG 3: TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI CUNG CẤP DỊCH VỤ VÔ TUYẾN
BĂNG RỘNG VÀ XU THẾ THỊ TRƯỜNG TẠI VIỆT NAM .........................58
3.1. Tình hình triển khai cung cấp dịch vụ vô tuyến băng rộng..........................58
3.2. Đánh giá tình hình triển khai LTE trên thế giới, kinh nghiệm quốc tế về cấp
phép triển khai LTE...........................................................................................59
3.2.1. Tình hình triển khai LTE trên thế giới .................................................59
3.2.2. Tiến trình thương mại hóa của công nghệ LTE ....................................60
3.2.3. Các dịch vụ triển khai trên nền mạng 4G LTE/SAE............................. 60
3.2.4. Định hướng cấp phép mạng 4G LTE/SAE...........................................60
3.3. Khả năng triển khai LTE-Advanced ở Việt Nam ........................................60

3.4. Kết luận chương .........................................................................................61
CHƯƠNG 4: QUY HOẠCH DUNG LƯỢNG MẠNG 4G LTE VÀ ÁP DỤNG
TRIỂN KHAI TẠI TỈNH TT-HUẾ....................................................................62
4.1. Quy hoạch LTE tại Tỉnh Thừa Thiên Huế...................................................63
4.2. Tính toán truyền sóng Thừa Thiên Huế.......................................................67
4.2.1. Phân bố Nakagami-m ..........................................................................67
4.2.2. Dung lượng LTE .................................................................................69
4.3. Giải thuật lập lịch LTE MatLab ..................................................................72
4.3.1. Thuật toán Round Robin......................................................................75
4.3.2.Giải thuật lập lịch Best CQI (Max Rate)...............................................78
4.3.3. Giải thuật lập lịch Proportional Fair (PF).............................................81
4.4. Kết luận chương 4 ......................................................................................86
KẾT LUẬN..........................................................................................................88
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................91


5
NHỮNG TỪ VIẾT TẮT

Hệ thống thông tin di động thế hệ

1G

One Generation Cellular

2G

Second Generation Cellular

3G

Third Generation Cellular

4G

Four Generation Cellular

3GPP

Third Generation Patnership Project Dự án hợp tác thế hệ 3

thứ nhất
Hệ thống thông tin di động thế hệ
thứ hai
Hệ thống thông tin di động thế hệ
thứ ba
Hệ thống thông tin di động thế hệ
thứ tư

A
ACK

Tín hiệu xác nhận

BCCH

Broadcast Control Channel

Kênh điều khiển quảng bá

BCH

Broadcast Channel

Kênh quảng bá

BTS

Base Station

Trạm gốc

BW

Band Width

Băng thông

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo mã

CP

Cycle Prefix

Tiền tố lặp

ACK
B

C

D
DL-SCH Downlink Share Channel

Kênh chia sẻ đường xuống

DL

Hướng xuống

Downlink

E
EDGE

Enhance

Data

rates

for

GSM Tốc độ dữ liệu tăng cường cho

Evolution

mạng GSM cải tiến

E-

Evolved UMTS Terrestrial Radio

UTRAN

Access

EPC

Evolved Packet Core

Mạng lõi gói

eNodeB

Enhance NodeB

NodeB cải tiến

Mạng truy nhập vô tuyến cải tiến


6
F
FDMA

Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số

FDD

FrequencyDivision

FEC

Duplexing Forward Error Correction Sửa lỗi hồi tiếp

Ghép kênh phân chia theo tần số

G
GSM

Global System for Mobile

GERAN GSM/EDGE Radio Access Network

Hệ thống di động toàn cầu
Mạng

truy

nhập

vô

tuyến

GSM/EDGE

GPRS

General Packet Radio Service

Dịch vụ gói vô tuyến thông dụng

GI

Guard Interval

Khoảng bảo vệ

H
Truy nhập gói đường xuống tốc độ

HSDPA

High Speed Downlink Packet Access

HDTV

High Definition Television

Tivi có độ phân giải cao

HSOPA

High Speed OFDM Packet Access

Truy cập gói OFDM tốc độ cao

HO

Handover

Chuyển giao

HSPA

High Speed Packet Access

Truy nhập gói tốc độ cao

HSS

Home Subscriber Server

Quản lý thuê bao

cao

I
ITU

International

Telecommunication

Union

Đơn vị viễn thông quốc tế
Giao thức internet

IP

Internet Protocol

IMS

IP Multimedia Sub-system

ISI

Inter-Symbol Interference

Nhiễu liên ký tự

IFFT

Inverse Fast Fourier Transform

Biến đổi Fourier ngược

Long Term Evolution

Tiến hóa lâu dài

MS

Mobile Station

Trạm di động

MIMO

Multi Input Multi Output

Đa ngõ vào đa ngõ ra

Hệ thống đa phương tiện sử dụng
IP

L
LTE

M


7
MME

Mobility Management Entity

Quản lý tính di động

MAC

Medium Access Control

Điều khiển trung nhập trung bình

MUMIMO

Đa người dung – Đa ngõ vào đa ngõ

Multi User – MIMO

ra

MoU

Minutes of Using

Thời gian sử dụng

MCS

Modulation Coding Scheme

Kỹ thuật mã hóa và điều chế

O
OFDM

OFDMA

Orthogonal

Frequency

Division Ghép kênh phân chia theo tần số

Multiple
Orthogonal

trực giao
Frequency

Division Đa truy nhập phân chia theo tần số

Multiple Access

trực giao

P
Tỷ số công suất đỉnh trên công

PAPR

Peak-to-Average Power Ratio

P2P

Point to Point

Điểm đến điểm

PDSCH

Physical Downlink Shared Channel

Kênh vật lý chia sẻ đường xuống

PUCCH Physical Uplink Control Channel
PDCCH Physical Downlink Control Channel

suất trung bình

Kênh vật lý điều khiển đường lên
Kênh vật lý điều khiển đường
xuống

PBCH

Physical Broadcast Channel

Kênh vật lý quảng bá

PCCH

Paging Control Channel

Kênh điều khiển tin nhắn

PCH

Paging Channel

Kênh tin nhắn

Quality of Services

Chất lượng dịch vụ

RLC

Radio Link Control

Điều khiển kết nối vô tuyến

RRC

Radio Resource Control

Điều khiển tài nguyên vô tuyến

RB

Resource Block

Khối tài nguyên

RE

Resource Element

Thành phần tài nguyên

RSRP

Reference Signal Receive Power

Công suất thu tín hiệu tham khảo

RSRQ

Reference Signal Receive Quality

Chất lượng thu tín hiệu tham khảo

Q
QoS
R


8
Reference Signal

Tín hiệu tham khảo

SDR

Software - Defined Radio

Phần mềm nhận dạng vô tuyến

SNR

Signal to Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

SC-

Single Carrier Frequency Division Đa truy cập phân chia theo tần số

FDMA

multiple Access

trực giao đơn sóng mang

SMS

Short Message Service

Tin nhắn ngắn

SAE

System Architecture Enhance

Cấu trúc hệ thống tăng cường

SGSN

Serving GPRS Support Node

Nút cung cấp dịch vụ GPRS

RS
S

SUMIMO

Single User Multi Input Multi Output Đơn user-Đa ngõ vào đa ngõ ra

T
TDMA

Time Division Multiple Access

TTI

TTI Time Transmit Interval

TDD

Time Division Duplexing

Đa truy cập phân chia theo thời
gian
Khoảng thời gian phát
Ghép kênh phân chia theo thời
gian

U
UL

UTRAN

UTMS

Đường lên

Uplink
UTMS

Terrestrial

Radio

Access

Networks
Universal

Telecommunication

Mobile System

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất

Hệ thống thông tin di động

User Equipment

Thiết bị người dùng (Di động)

VHE

Virtual Home Environment

Môi trường nhà ảo

VoIP

Voice IP

Thoại sử dụng IP

UE
V

W
WCDMA
WAP

Wideband Code Division Multiple Đa truy cập phân chia theo mã
Access

băng

Wireless Applicaion protocol

Giao thức ứng dụng không dây

91

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Phần tiếng việt:
1.

Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Giáo trình thông tin di động”, Hà Nội 2002.

2.

Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Giáo trình lý thuyết trải phổ và đa truy nhập vô
tuyến”, Hà Nội 2004.

3.

Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Giáo trình thông tin di động thế hệ thứ 3”, Hà Nội
2004.

4.

Trịnh Anh Vũ, Nguyễn Viết Kính, “Giáo trình thông tin số”, Hà Nội.

Phần tiếng anh:
5.

Leonhard Korowajczuk, “LTE WiMAX Network Planning and Optimizin”.
Year 2011. John Wiley & Sons, Ltd

6.

Ajay R. Mishra - Nokia network, “Advanced Cellular Network Planning
andOptimisation”, John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate,
Chichester,West Sussex PO19 8SQ, England

7.

Tshiteya Dikambal “Downlink Scheduling in 3GPP Long Term Evolution
(LTE)” Master thesis Wireless and Mobile Communication (WMC) Group
Faculty of Electrical Engineering, Mathematics an, d Computer Science Delft
University of Technology, 2011, Holland

8.

K. Norlund, T. Ottosson, A. Brunstrom, “Fairness Measures for Best Effort
Traffic

in

WirelessNetworks”

Personal,

Indoor

and

Mobile

Radio

Communications, 2004, IEEE, Vol. 4, pp.2953-2957, September 2004.
9.

R. Elliott, “A Measure of Fairness of Service for Scheduling Algorithms in
Multiuser Systems”Electrical and Computer Engineering, 2002, IEEE vol 3,
pp 1583-1588, August 2002.

10. David Tse and Pramod Viswanath (2005), “Fundamentals of wireless
communication”, Cambridge University.
11. 3GPP (2011), Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) Medium
Access Control (MAC) protocol specification (3GPP TS 36.321 version 10.0.0
Release 10).
12. Nokia Siemens Network (2008), LTE SAE overview v1.0
13. Nokia Siemens Network (2008), LTE Air interface v1.0
14. Bong Youl (Brian) Cho (2011), LTE MAC/RLC/PDCP/RRC.


92
15. Kambiz Homayounfar, Bijan Rohani (2008), CQI Measurement and Reporting
in LTE: A New Framework.
16. Erik Eriksson (2008), Channel Quality Information Reporting and Channel
Quality Dependent Scheduling in LTE.
17. Kristoffer Roberg (2010), Simulation of scheduling algorithms for femtocells
in an LTE environment.
18. Albert

Serra

Pagès

(2009),

A

Long

Term Evolution

Link Level

Simulator, Universitat Politècnica de Catalunya.
19. Roke (2009), LTE eNodeB MAC Scheduler Interface.
20. Bilal Sadiq, Ritesh Madan, Ashwin Sampath (2009), Downlink Scheduling for
Multi-class Traffic in LTE
21. Tshiteya Dikamba (2011), Downlink Scheduling in 3GPP Long Term
Evolution (LTE).
22. Raymond Kwan, Cyril Leung, and Jie Zhang (2010), Downlink Resource
scheduling in an LTE System.
23. Bilal Sadiq, Ritesh Madan, Ashwin Sampath (2009), Downlink Scheduling for
Multi-class Traffic in LTE.
24. Zhiqiang Tang (2010), Traffic Scheduling for LTE Advanced.
25. Madhusudan Hosaagrahara, Harish Sethu (2006), Max-Min Fair Scheduling in
Input-Queued Switches, IEEE.
26. Stefan Schwarz, Christian Mehlfuhrer, Markus Rupp (2009), Low Complexity
Approximate Maximum Throughput Scheduling for LTE.
27. Zeljko Ilic, Alen Bazant, Borivoj Modlic (2008), An efficient data rate
maximization algorithm for OFDM based wireless networks.
28. Harold J.Kushner, Philip A.Whiting (2004), Asymptotic Properties of
Proportional-Fair Sharing Algorithms: Extensions of the Algorithm UserLevel Performance of Channel-Aware.
29. Josep Colom Ikuno, Martin Wrulich, Markus Rupp (2011), Vienna LTE

Simulators System Level Simulator Documentation v1.3r427, Institute of
Communications and Radio-Frequency Engineering, Vienna University of
Technology, Austria.