HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Phạm Thanh Bình

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP LIÊN KẾT MẠNG
TRONG LTE

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
Mã số: 60.52.70

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

HÀ NỘI -2012

Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học : TS. Trần Thiện Chính

Phản biện 1:
……………………………………………………………

Phản biện 2:
……………………………………………………………



trở

thành

một

ngành

công
nghiệp

viễn thông phát

triển

rất

nhanh

và

mang lại nhiều lợi

nhuận
cho các nhà khai thác dịch vụ.
Gần đây công nghệ phát triển tương lai (LTE) đã xuất hiện và
đang được các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động 3G chú ý. Các
cuộc


nghệ,

kỹ

thuật

là

rất

cần

thiết.

Do

đó

nghiên

cứu

công

nghệ
LTE

ứng

dụng

dịch

vụ

mới.

Chính

vì

vậy,

tác

giả

đã

lựa
chọn

đề

tài

“
Nghiên

cứu


chương

với

các

nội

dung

chính

như

sau:

Chương

1:
Tổng quan mạng thông tin di động.
Chương

2:
Mạng thông tin di động băng rộng LTE.
Chương

3:
Giải pháp liên kết mạng trong LTE.
Tuy nhiên, do LTE là công nghệ



TIN

DI

ĐỘNG

Trong

chương

này,

sẽ

trình

bày

quá

trình

phát

triển

mạng
thông


SỬ

PHÁT

TRIỂN

MẠNG

THÔNG

TIN

DI

ĐỘNG

Nửa đầu thập niên 1990 “Dịch vụ viễn thông chủ yếu là thoại”.
Từ 1995 - 2000 đó là “Sự phát triển của di động và Internet”.
Từ 2000 - 2005 được xem như là bùng nổ “Mobile Internet”.
Từ

2005

đến

nay

phát

triển


R99

ĐẾN

R8

Lịch

trình

nghiên

cứu

trong

3GPP

và

lộ

trình

tăng

tốc

độ

Tính

năng

chính

Rel
-
99

03
-
2000

W
-
CDMA

(FDD

&

TDD)

Rel-4 03-2001 TD-SCDMA
Rel-5 06-2002 HSDPA
Rel-6 03-2005 HSUPA (truy nhập gói đường lên tốc độ cao)

Rel-7

Hình

1.1:

Lộ

trình

tăng

tốc

độ

truyền

số

liệu

của

Hình

1.2:

Kiến

trúc

3G

WCDMA

UMTS

R3

4

1.2.2.

Kiến

trúc

3G

WCDMA


phân

bố

theo

công

bố

3GPP

R41.2.3.

Kiến

trúc

3G

WCDMA

UMTS

R5

và

3GPP

R5

và

R6

5

1.2.4.

Kiến

trúc

3G

WCDMA

UMTS

R7

và

R8

ĐỘNG

LỰC

PHÁT

TRIỂN

LTE

1.3.1.

Sự

ủng

hộ

Kế hoạch thử nghiệm và triển khai công nghệ LTE đang được
các công ty viễn thông hàng đầu

thế

giới

cùng hợp tác thúc đẩy và
triển khai mạnh mẽ trên toàn thế giới.
1.3.2.

Phát

Hình

1.6:

Dự

báo

nhu


phát

triển

công

nghệ

mới,

LTE

đưa

ra

khả
năng tái sử dụng phần lớn cơ sở hạ tầng, cùng với việc tái sử dụng
phổ tần hiện có của họ. Chính vì vậy, LTE được chọn là công nghệ
cho

thế

hệ

4G

và


TIN

DI

ĐỘNG

BĂNG

RỘNG

LTE

Chương 1 đã chỉ ra sự ủng hộ và sẵn sàng của các nhà cung
cấp

dịch

vụ,

của

các

nhà

cung

cấp

thiết

G

LAI

LTE

2.1.1.

Giới

thiệu

LTE Hình

2.1:

Lộ



tính

năng

cơ

bản

của

LTE

* Giao diện vô tuyến nâng cao cho phép tăng tốc độ dữ liệu
* Độ rộng băng thông linh hoạt
* Hiệu quả sử dụng phổ tần cao
* Giảm trễ
* Môi trường toàn IP.
* Cùng tồn tại với các hệ thống và tiêu chuẩn trước.
* Khả năng giảm chi phí.
B
ả
ng

2.2:

Băng

t
ầ

đ
ỉ
nh

đư
ờ
ng

lên

và

đư
ờ
ng

xu
ố
ng

c
ủ
a

LTE8
BS

nhận,

UE

phát

Băng

tần

đờng

xuống

BS

phát,

UE

nhậnChế

độ

song


MHz FDD
2 1850 – 1910 MHz 1930 – 1990 MHz FDD
… … … FDD
13 777 – 787 MHz 746 – 756 M FDD
14 788 – 798 MHz 758 – 768 MHz FDD
… … …
17 704 – 716 MHz 734 – 746 MHz FDD
… … …
33 1900 – 1920 MHz 1900 – 1920 MHz TDD
… … … TDD
39 1880 – 1920 MHz 1880 – 1920 MHz TDD
40 2300 – 2400 MHz 2300 – 2400 MHz TDD
T
ố
c

đ
ộ

đ
ỉ
nh

đ
ư
ờ
ng

xu

ộ

đ
ỉ
nh

(Mbps)

100

172,8

326,4

T
ố
c

đ
ộ

đ
ỉ
nh

đ

ờ
ng


nh

(Mbps)

50

57,6

86,4

B
ả
ng

2.3:

M
ộ
t

vài

d
ị
ch

v
ụ

và


Các

dịch

vụ

của

LTE
D
ị
ch

v
ụ

Môi

tr

ờ
ng

hi
ệ
n


trực

tuyến,

giới

hạn

truy

cập WAP qua mạng GPRS và
3G

Duyệt

web siêu nhanh, tải

nội

dung

lên

các

trang

mạng xã hội



trên

văn

b
ả
nBáo

điện

tử,

luồng

âm

thanh chất lượng cao
Cá nhân
hóa
Phần

lớn

là

nhạc

trang

web

di

đ
ộ
ng

cá

nhânTrò chơi
Trò chơi trực tuyến và có thể
tải về
Trải

nghiệm

trò

chơi

trực

tuyến như nhau ở cả mạng



video có thể tải về
Dịch

vụ

truyền

hình

quảng

bá,

truyền

hình

theo

yêu

cầu, luồng video chất
lư
ợ
ng

cao

Tin


bên

thứ

ba

cũng

như

tương

tác

với phương tiện khác
Phân bố trên phạm vi rộng

các

đoạn

video,

dịch

vụ

karaoke,


bạc)

và

phương

tiện

thanh toán thông qua mạng di

động
Điện

thoại

di

động

như

là

thiết bị thanh toán, với chi

tiết

thanh

toán

10

2.2.

KIẾN

TRÚC

HỆ

THỐNG

LTE

Hình

2.2

mô

tả

kiến

trúc

và

các


tuyến

E-
UTRAN, mạng lõi chuyển mạch gói (EPC) và phần dịch vụ.
Hình



2.3.1.

Thiết

bị

người

dùng

(UE)

11

2.3.2.

E-UTRAN

Nút

B

(eNodeB)

Chỉ

có

duy nhất

eNodeB

và

các

nút

logic
xung quanh (UEs, MME, S-GW, eNodeBs khác) và tóm tắt các chức
năng chính của các giao diện này.

Quản lý di động
Điều khiển kênh mang
Bảo mật
Quản lý tài nguyên vô tuyến
Quản lý di động
Điều khiển kênh mang
Phân phát dữ liệu người dùng
Cung cấp đường hầm dữ liệu
người dùng cho UP và DL

Chuyển giao giữa các eNodeB
Chuyển tiếp dữ liệu DL trong khi
chuyển giao
Bảo mật và tối ưu


quản

lý

di

động

(MME).

Thực thể quản lý di động MME là thành phần điều khiển chính
trong EPC. Nó chỉ hoạt động trong miền điều khiển (CP) mà không
tham gia vào miền dữ liệu người dùng (UP).
Các

chức

năng

chính

của

MME

trong

kiến

trúc


tóm

tắt

các

chức
năng chính của các giao diện này.

Nhận thực và bảo mật
Quản lý vị trí
Thông tin thuê bao

Điều khiển đường hầm
Chuyển giao giữa 2 MME
Di chuyển ở trạng thái Idle
giữa 2 MME
cho dữ liệu người dùng Chuyển giao giữa 2 eNodeB
Quản lý kênh mang
Tìm gọi

Quản lý di động
Quản lý kênh được yêu cầu từ UE

Trong

cấu

hình

kiến

trúc

hệ

thống

cơ

bản,

chức

năng

của

S-
GW là quản lý và chuyển mạch đường hầm dữ liệu người dùng. S-
GW là một phần không thể thiếu của cơ sở hạ tầng mạng.
S-GW có vai

trò thứ yếu trong chức năng điều khiển. Nó chỉ

13
GTP S5/S8:

Điều khiển đường hầm GTP
Đường hầm GTP để phân phát
dữ liệu UL và DL
PMIP S5/S8:

Các luồng dịch vụ IP

Điều khiển đường hầm GTP
và các luồng dịch vụ IP
Điều khiển di động S-GW Đường hầm dữ liệu người dùng
để phân phát dữ liệu UL và DL
PMIP S5/S8:


các

nút

khác2.3.5.

Gateway

mạng

dữ

liệu

gói

(P-GW)

P-GW

hay

còn

gọi


và

thông

thường

nó

hoạt
động như điểm truy nhập IP cho thiết bị người dùng (UE). Nó thực
hiện chức năng lọc và mở lưu lượng khi dịch vụ yêu cầu. Tương tự
với S-GW, P-GW cũng là thành phần quan trọng của mạng.
Hình 2.6 chỉ ra kết nối giữa P-GW và các nút logic xung quanh
nó và các chức năng chính trong các giao diện này.
14
Yêu cầu thông tin điều khiển
cước và chính sách (PCC)
Các qui tắc PCC


và

các

nút

khác2.3.6.

Chức

năng

quy

định

chính

sách

và

tính

cớc



Yêu cầu thông tin điều khiển cước
và chính sách (PCC)
Các qui tắc PCC
Các qui tắc QoS khi S5/S8 là PMIP

Yêu cầu điều khiển QoS khi S5/S8 là PMIP
Các qui tắc QoS để ghép luồng dữ liệu IP và
đường hầm GTP trong S1 khi S5/S8 là PMIP Hình

2.7:

Kết

nối

giữa

PCRF

với

các

nút

khác

vụ

(Services

Domain)

Miền dịch vụ có thể bao gồm nhiều hệ thống con và các do đó
có thể chứa nhiều nút logic. Dưới đây là các loại dịch vụ có thể cung
cấp và loại cơ sở hạ tầng cần để cung cấp các dịch vụ:
* Các dịch vụ nhà mạng dựa trên IMS
* Các dịch vụ nhà mạng không dựa trên IMS
* Những dịch vụ khác không được cung cấp bởi nhà mạng
2.4.

KẾT

LUẬN

Chương

này

đã

trình

bày về

các


GIẢI

PHÁP

LIÊN

KẾT

MẠNG

TRONG

LTE

Trong chương trước, luận văn đã thảo luận các vấn đề, các tính năng
quan

trọng

của

LTE,

cũng

như

kiến

trúc


tục

chuyển

giao

Tổng

quan

về

thủ

tục

chuyển

giao

và

chuyển

mạch

dữ

liệu


trễ
Dữ liệu trong vô tuyến
Báo hiệu trong vô tuyến
Đường hầm GTP
Báo hiệu S1
Báo hiệu X2

Báo hiệu GTP

Hình

3.1:

Thủ

tục


mạch

đờng

trễ Hình

3.2:

Chuyển

mạch

dữ

liệu


Hình

3.3:

Chuẩn

bị

chuyển

giao

18 Hình

3.5:

Hoàn

thành

chuyển

giao3.1.3.

Chuyển

giao

liền

mạch

3.1.4.

Chuyển


được
truyền
lại, mặc
dù gói 4
đã được
nhận

Hình

3.6:

Chuyển

giao

không

tổn

hao

trong

đường

lên



Các gói 1, 2 và 4
đã được nhận

Hình

3.7:

Chuyển

giao

không

tổn

hao

trong

đường

xuống

20

3.2.

CHUYỂN

Hình

3.8.

Thủ

tục

chuyển

giao

trên

giao

diện

S13.3.

LIÊN


Liên

kết

với

các

mạng

3GPP

khác

3.3.1.1.

Kiến

trúc

hệ

thống

liên

kết

mạng



Hình

3.9:

Liên

kết

giữa

E-UTRAN

nhập

3GPP

khác Hình

3.10:

Chuyển

giao

từ

E-UTRAN

đến


kết

mạng

Hình

3.11

mô

tả

kiến

trúc

hệ

thống

liên

kết

mạng

giữa

E-
UTRAN

Hình

3.11:

Liên


truy

nhập

CDMA2000

Hình

3.12:

Đường

hầm

điều

CÁC

MẠNG

TRUY

NHẬP

3GPP

KHÁC

3.4.1.

Giới

thiệu

3.4.2.

Dự

phòng

chuyển

mạch

kênh


MSC

ServerSGs

UE

LTE-Uu

S1-MME

E-UTRAN

MMEHình

3.13:

Kiến

trúc

EPS

cho