S húa bi Trung tõm Hc liu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

i

Đại học Thái Nguyên
TRNG I HC K THUT CễNG NGHIP THI NGUYấN NGUYN TH THANH NHN NGHIấN CU, PHN TCH CễNG NGH THEN CHT
NHM NG DNG CHO MNG DI NG TH H SAU

Chuyờn ngnh: K Thut in T
Mã số: 60.52.02.03 Tóm tắt Luận văn thạc sĩ K THUT IN T
đƣợc nêu rõ trong luận văn). Các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ
ràng.
Thái Nguyên, ngày……. tháng…….năm 2014
Học viên
Nguyễn Thị Thanh Nhàn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

iii
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và tốt nghiệp, tôi đã nhận đƣợc sự giúp đỡ tận
tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Điện tử viễn thông – khoa Điện tử - trƣờng
Đại học kỹ thuât công nghiệp – Đại học Thái Nguyên. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn
đối với các thầy cô giáo và Phòng đào tạo sau đại học vì sự giúp đỡ tận tình này.
Tôi đặc biệt muốn cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thanh Hà đã tận tình giúp đỡ, hƣớng
dẫn tôi trong thời gian thực hiện đề tài, cảm ơn sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè và
các đồng nghiệp trong thời gian qua.
Mặc dù đã cố gắng, song do điều kiện về thời gian và kinh nghiệm thực tế
còn nhiều hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, tôi rất mong nhận đƣợc
sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng nhƣ của bạn bè đồng nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày…….tháng…….năm 2014
Học viên


1.2.6. Linh hoạt phổ 20
1.2.6.1.Linh hoạt trong sắp xếp song công 20
1.2.6.2. Linh hoạt trong khai thác băng tần 21
1.2.6.3. Linh hoạt băng thông 22
1.3. Kiến trúc giao diện vô tuyến 22
1.3.1. Kiến trúc giao thức LTE 23
1.3.2. Điều khiển liên kết vô tuyến, RLC 24
1.3.3. Điều khiển truy nhập môi trƣờng, MAC 26
1.3.3.1. Các kênh logic và các kênh truyền tải 26

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

v
1.3.3.2. Lập biểu đƣờng xuống 29
1.3.3.3. Lập biểu đƣờng lên 31
1.3.3.4. HARQ 33
1.3.4. Lớp vật lý 37
1.3.5. Các trạng thái của LTE 39
1.3.6. Luồng số liệu 41
1.4. Hiệu quả của LTE 42
1.4.1. Tốc độ số liệu đỉnh 42
1.4.2. Thông lƣợng số liệu 43
1.4.3. Hiệu suất phổ tần 43
1.4.4. Hỗ trợ di động 45
1.4.5. Vùng phủ 45
1.4.6. MBMS tăng cƣờng 46
1.4.7. Triển khai phổ tần 46
1.4.8. Đồng tồn tại và tƣơng tác với các 3GPP RAT 47
1.4.9. Các vấn đề về mức độ phức tạp 48
KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 48

3.5. Nhu cầu và hƣớng phát triển từ 2G/3G lên 4G tỉnh Phú Thọ 74
3.6. Nghiên cứu triển khai mạng thông tin di động 4G cho VNPT Phú Thọ. 75
3.7. Quy hoạch mạng thông tin di động 4G cho Tỉnh Phú Thọ 76
KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 78
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

vii
DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Hệ thống điện thoại di động 4
Hình 1. 2: Kế hoạch nghiên cứu tiêu chuẩn E- UTRAN,[1] 9
Hình1.3: Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động 4G,[1] 11
Hình1.4. :Kiến trúc mô hình B1 của E-UTRAN cho trƣờng hợp không chuyển
mạng 13
Hình 1.5 : Lập biểu phụ thuộc kênh đƣờng xuống trong miền thời gian và miền tần
số. 16
Hình 1.6 : Thí dụ về điều phối nhiễu giữa các ô trong đó một số phần phổ bị hạn
chế công suất . 18
Hình 1.7: FDD và TDD 21
Hình 1.8: Kiến trúc giao thức LTE (đƣờng xuống). 24
Hình 1.9. Phân đoạn và móc nối RLC 26
Hình 1.10. Thí dụ về sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải 29
Hình 1.11. Chọn khuôn dạng truyền tải trên đƣờng xuống (trái), 33
trên đƣờng lên (phải). 33
Hình 1.12. Giao thức HARQ đồng bộ và không đồng bộ 35
Hình 1.13. Nhiều xử lý HARQ 35
Hình 1.14. mô tả đơn giản cấu trúc và xử lý lớp vật lý cho DL – SCH 38

ix
DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng1.1: Mục tiêu của 4G 9
Bảng 1.2. Tổng kết các thế hệ thông tin di động 11
Bảng1.3: So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng phổ tần giữa LTE trên
đƣờng xuống và HSDPA 44
Bảng1.4.: So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng phổ tần giữa LTE trên
đƣờng lên và HSUPA,[1] 45
Bảng 3.1: Diện tích và dân số tỉnh phú thọ 76

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

x

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TĂT

Chữ viết
tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt
2G
Second Generation
Thế hệ thứ hai
3G
Third Generation
Thế hệ thứ ba
3GPP
3
ird

Kênh điều khiển quảng bá
BCH
Broadcast Channel
Kênh quảng bá
BER
Bit Error Rate
Tỷ số lỗi bit
BM-SC
Broadcast / Multicast Service
Center
Trung tâm dịch vụ quảng bá đa phƣơng
BS
Base Station
Trạm gốc
BTS
Base Tranceiver Station
Trạm thu phát gốc
CDMA
Code Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã
CN
Core Network
Mạng lõi
CP
Cyclic Prefix
Tiền tố chu trình

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

xi

Đƣờng xuống
DPCCH
Dedicated Physical Control
Channel
Kênh điều khiển vật lý riêng
DPCH
Dedicated Physical Channel
Kênh vật lý riêng
DPDCH
Dedicated Physical Datal Channel
Kênh số liệu vật lý riêng
DRX
Discontinuous Reception
Thu không liên tục
DSCH
Downlink Shared Channel
Kênh chia sẻ đƣờng xuống
DTX
Discontinuous Transmission
Phát không liên tục
EDGE
Enhanced Data for GSM Evolution
Phát triển tăng cƣờng số liệu cho GSM
EDCH
Enhanced Dedicate Channel
Kênh riêng tăng cƣờng
EDCCH
Enhanced Dedicate Control
Channel
Kênh điều khiển riêng tăng cƣờng

Forward Error Correction
Hiệu chỉnh lỗi trƣớc
FFT
Fast Fourier Transform
Biến đổi Fourier nhanh
GERAN
GSM EDGE Radio Acess Network
Mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE
GGSN
Gateway GPRS Support Node
Nút hỗ trợ GPRS cổng
GPRS
General Packet Radio Service
Dịch vụ vô tuyến nói chung
GPS
Global Positionning System
Hệ thống định vị toàn cầu
GSM
Global System For Mobile
Communication
Hệ thống thông tin di động toàn cầu
HARQ
Hybrid Automatic Repeat request
Yêu cầu phát lại tự động linh hoạt
HCR
High Chip Rate
Tốc độ chip cao
HLR
Home Location Register
Bộ ghi định vị thƣờng trú


xiii
Telecommunication 2000
IR
Incremental Redundancy
Phần dƣ tăng
IRC
Interferrence Rejection Combining
Kết hợp loại nhiễu
ISDN
Intergrated Services Digital
Network
Mang số đa dịch vụ tích hợp
ITU
International Telecommunications
Union
Liên đoàn viễn thông quốc tế
ITU-R
International Telecommunications
Union – Radio Dector
Liên đoàn viễn thông quốc tế bộ phận vô
tuyến
LCR
Low Chip Rate
Tốc độ chip thấp
LTE
Long Term Evolution
Phát triển dài hạn
MAC
Medium Access Control

MMSE
Minimum Mean Square Error
Sai số bình phƣơng trung bình cực tiểu
MRC
Maximum Ratio Combining
Kết hợp tỷ lệ cực đại
MSC
Mobile Services Switching Center
Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di
động
MSCH
MSC Scheduling Channel
Kênh lập biểu MBMS

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

xiv
MTCH
MBMS Trafic Channel
Kênh lƣu lƣợng MBMS
NACK
Non- Acknowledgement
Không công nhận
NRTPS
Non-Real-Time Polling Service
Dịch vụ thăm dò phí thời gian thực
OFDM
Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

PSTN
Public Switched Telephone
Network
Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng
QAM
Quadrature Amplitude Modulation
Điều chế biên độ vuông góc
QoS
Qualiti of Service
Chất lƣợng dịch vụ
RAB
Radio Access Bearer
Kênh mạng truy nhập vô tuyến
RAN
Radio AccessBearer Network
Mạng truy nhập vô tuyến
RAT
Radio Access Technology
Công nghệ truy nhập vô tuyến
RB
Resource Block
Khối tài nguyên
RF
Radio Frequency
Tần số vô tuyến
RLC
Radio Link Control
Điều khiển kết nối vô tuyến
RNC
Radio Network Control

System Aspects
Các khía cạnh hệ thống
SAE
System Architecture Evolution
Phát triển kiến trúc mạng
SCFDMA
Single Carrier-Frequency Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo tần số sóng
mang
SCH
Synchronization Channel
Kênh đồng bộ
SDMA
Spatial Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo không gian
SDU
Service Data Unit
Đơn vị số liệu dịch vụ
SF
Spreading Factor
Hệ số trải phổ
SFBC
Space Frequency Block Code
Mã khối không gian tần số
SFN
Single Frequency Network
Mạng tần số đơn
SGSN
Serving GPRS Support Node

Transmission Control Protocol
Giao thức điều khiển truyền dẫn
TD-
CDMA
Time Division Code Multiple
Đa truy nhập phân chia theo mã - phân
chia theo thời gian
TDD
Time Division Duplex
Ghép song công phân chia theo thời gian
TDMA
Time Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo thời gian
TD-
SCDMA
Time Division-Synchronous Code
Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã đồng bộ -
Phân chia theo thời gian

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

xvi
TF
Transport Format
Khuôn dạng truyền tải
TFC
Transport Format Combination
Kết hợp khuôn dạng truyền tải
TM

Unacknowledged Mode
Chế độ không công nhận
UMTS
Universal Mobile
Telecommunication System
Hệ thống thông tin di động toàn cầu
UTRA
UMTS Terrestrial Radio Access
Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS
UTRAN
UMTS Terrestrial Radio
AccessNetwork
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS
WCDMA
Wideband Code Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng
WG
Working Group
Nhóm cộng tác
WLAN
Wireless Local Area Network
Mạng nội vùng không dây
VoIP
Voice over IP
Thoại trên IP
ZF
Zezo Focing
Cƣỡng bức về không


,[2] ,[3]. Mục tiêu thiết kế của LTE nhằm đạt đƣợc tốc độ truyền dẫn đƣờng xuống
tối đa là 100Mbps. Ngƣời sử dụng sẽ cảm thấy điện thoại của họ đƣợc kết nối mọi
lúc.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

2
Chính vì vậy tôi đã đề xuất ứng dụng triển khai mạng 4G cho Phú Thọ và nội
dung này đƣợc thể hiện ở chƣơng 3 [1] ,[3]. thực tế có thể xem xét để thay đổi cho
phù hợp với điều kiện và sự phát triển thực tế, dự kiến trong năm 2015 là thời điểm
chín muồi để có thể triển khai dịch vụ 4G. Do đó tôi đã chọn đề tài luận văn là:
“Nghiên cứu, phân tích công nghệ then chốt nhằm ứng dụng cho mạng di đông thế
hệ sau”.
Nội dung của luận văn này bao gồm có 3 chƣơng:
Chƣơng I: Tổng quan về hệ thống thông tin di động
Chƣơng II: Các công nghệ then chốt của mạng di động thế hệ sau
Chƣơng III: Triển khai mạng 4G/LTE
2. Mục tiêu nghiên cứu
+ Phân tích quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động
+ Nghiên cứu, phân tích công nghệ then chốt (OFDM) nhằm ứng dụng cho
mạng di động thế hệ sau
+ Phân tích các khía cạnh liên quan đến triển khai mạng 4G/LTE
+ Nghiên cứu, phân tích giao diện vô tuyến trong mạng LTE
+ Đề xuất, ứng dụng triển khai mạng 4G/LTE
3. Đối tƣợng, phƣơng pháp nghiên cứu
- Đối tƣợng nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là quá trình phát triển của các hệ thống thông tin
di động, đặc điểm kỹ thuật công nghệ OFDM, giao diện vô tuyến trong mạng LTE
và ứng dụng cho mạng 4G/LTE.
- Phƣơng pháp nghiên cứu

4

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1. Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động
Ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940, đến nay thông tin di động đã trải qua
nhiều thế hệ.Thế hệ không dây thứ 1 là thế hệ thông tin tƣơng tự sử dụng công
nghệ đa truy cập phân chia phân chia theo tần số (FDMA).Thế hệ thứ 2 sử dụng kỹ
thuật số với công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia
theo mã (CDMA).Thế hệ thứ 3 ra đời đánh giá sự nhảy vọt nhanh chóng về cả dung
lƣợng và ứng dụng so với các thế hệ trƣớc đó, và có khả năng cung cấp các dịch vụ
đa phƣơng tiện gói là thế hệ đang đƣợc triển khai ở một số quốc gia trên thế giới.
Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động trên thế giới đƣợc thể
hiện sự phát triển của hệ thống điện thoại tổ ong (CMTS : Cellular Mobile
Telephone System) và nhắn tin (PS : Paging System) tiến tới một hệ thống chung
toàn cầu trong tƣơng lai.
Hình dƣới thể hiện một mạng điện thoại di động tổ ong bao gồm các trạm
gốc(BTS).

Hình 1.1: Hệ thống điện thoại di động
1.1.1. Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1
Phƣơng pháp đơn giản nhất về truy nhập kênh là đa truy nhập phân chia tần
số . Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phƣơng pháp đa truy cập phân chia theo tần
số (FDMA) và chỉ hổ trợ các dịch vụ thoại tƣơng tự và sử dụng kỹ thuật điều chế

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

5
tƣơng tự để mang dữ liệu thoại của mỗi ngƣời sử dụng .Với FDMA , khách hàng
đƣợc cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần số. Sơ
đồ báo hiệu của hệ thống FDMA khá phức tạp, khi MS bật nguồn để hoạt động thì

6
Đa truy cập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access -
TDMA).
Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access -
CDMA).
Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA.
Với phƣơng pháp truy cập TDMA thì nhiều ngƣời sử dụng một sóng mang và
trục thời gian đƣợc chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để dành cho nhiều ngƣời
sử dụng sao cho không có sự chồng chéo. Phổ quy định cho liên lạc di động đƣợc
chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này dùng chung cho N kênh liên
lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ một khung. Các thuê bao
khác dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian, mỗi thuê bao đƣợc cấp phát cho một
khe thời gian trong cấu trúc khung.
Đặc điểm :
-Tín hiệu của thuê bao đƣợc truyền dẫn số.
-Liên lạc song công mỗi hƣớng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong đó
một băng tần đƣợc sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy di động và
một băng tần đƣợc sử dụng để truyền tín hiệu từ máy di động đến trạm gốc. Việc
phân chia tần nhƣ vậy cho phép các máy thu và máy phát có thể hoạt động cùng
một lúc mà không sợ can nhiễu nhau.
-Giảm số máy thu phát ở BTS.
-Giảm nhiễu giao thoa.
Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global
System for Mobile Communications - GSM).
Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn kỹ thuật FDMA. Hệ
thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tƣơng tự có khả năng xử lý không quá 106
lệnh trong 01 giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử lý hơn 50x106
lệnh trên giây.
Đa truy cập phân chia theo mã CDMA.
Với phƣơng pháp đa truy cập CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều

hành công tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000. Ở
châu Âu ETSI đang tiến hành tiêu chuẩn hóa phiên bản này với tên gọi là UMTS
(Universal Mobile Telecommunnication System). Hệ thống mới này sẽ làm việc ở
dải tần 2GHz. Nó sẽ cung cấp nhiều loại hình dịch vụ bao gồm các dịch vụ thoại và
số liệu tốc độ cao, video và truyền thanh. Tốc độ cực đại của ngƣời sử dụng có thể
lên đến 2Mbps. Ngƣời ta cũng đang tiến hành nghiên cứu các hệ thống vô tuyến thế
hệ thứ tƣ có tốc độ lên đến 32Mbps.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

8
Hệ thống thông tin di động thế hệ ba đƣợc xây dựng trên cơ sở IMT – 2000
với các tiêu chí sau :
- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz với đƣờng lên có dải tần 1885-
2025MHz và đƣờng xuống có dải tần 2110-2200MHz.
- Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến,
tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến, đồng thời tƣơng tác với mọi
loại dịch vụ viễn thông.
- Hệ thống thông tin di động 3G sử dụng các môi trƣờng khai thác khác nhau.
- Có thể hỗ trợ các dịch vụ nhƣ : Môi trƣờng thông tin nhà ảo (VHE – Vitual
Home Environment) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạch
toàn cầu; Đảm bảo chuyển mạng quốc tế; Đảm bảo các dịch vụ đa phƣơng tiện đồng
thời cho thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói.
- Dể dàng hỗ trợ các dich vụ mới xuất hiện.
Các hệ thống thông tin di động thế hệ hai phát triển thông dụng nhất hiện nay
là: GSM, cdmaOne (IS-95), TDMA (IS-136), PDC. Trong quá trình thiết kế hệ
thống thông tin di động thế hệ ba, các hệ thống thế hệ hai đƣợc cơ quan chuẩn hóa
của từng vùng xem xét để đƣa ra các đề xuất tƣơng ứng thích hợp với mỗi vùng.
1.1.4. Hệ thống thông tin di động thứ 4
Nghiên cứu phát triển tiêu chuẩn LTE đƣợc tiến hành trong các E-UTRAN

ITM-ADVANCED v l trỡnh phỏt trin ti 4G:
Trong ITU nhúm cụng tỏc 8F(ITU-RWP 8F)ang tin hnh nghiờn cu cỏc h
thng tip sau IMT- 2000. Bng 1.1 cho thy mc tiờu ca 4G.
Bng1.1: Mc tiờu ca 4G
Tc s liu
100Mbps cho vựng rng , 1Gbps cho vựng hp
Kt ni mng
Hon ton IP
Thụng tin
Rng khp ,m di ng , liờn tc
Tr
Thp hn 3G
Tr kt ni
Thp hn 5ms
Tr truyn dn
Thp hn 5ms
Giỏ thnh trờn 1bit
1/10 1/100 thp hn 3G
Giỏ thnh c s h tng
Thp hn 3G ( khong 1/10 )

ITU-R WP 8F tuyờn b rng cn cú cỏc cụng ngh vụ tuyn di ng mi cho
cỏc kh nng cao hn IMT - 2000 tuy nhiờn vn cha ch rừ cụng ngh no. Thut
ng IMT- Adv cng s cú cỏc bc phỏt trin ging nh IMT- 2000 v cha cỏc
kh nng ca cỏc h thng trc ú. Quỏ trỡnh nh ngha IMT-Adv cũn c khi
tho trong WP 8F v s hon ton ging nh quỏ trỡnh nghiờn cu cỏc khuyn ngh
Quyết định
yêu cầu
Quyết định sơ đồ đa truy
nhập, kiến trúc RAN