HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

NGUYỄN QUANG HUY NGHIÊN CỨU VỀ QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG MẠNG LTE Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
Mã số: 60.52.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2014

Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN PHẠM ANH
DŨNG


khi di chuyển trên các tàu điện tốc độ cao. Tất nhiên di động cũng
phải trả giá bằng mức độ phức tạp của mạng các giải thuật mạng và
quản lý mạng trở nên phức tạp. Mục tiêu của mạng LTE đảm bảo
được tính di động liền mạch trong khi vẫn duy trì khả năng quản lý
mạng đơn giản.
Xuất phát từ khả năng đó của mạng LTE em chọn đề tài: Nghiên
cứu về quản lý di động trong mạng LTE.
Về nội dung, luận văn được chia làm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ LTE
Chương 2: Tìm hiểu về khả năng quản lý tính di động của mạng
GSM/GPRS, WCDMA UMTS.
Chương 3: Quản lý tính di động trong mạng LTE 2
CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE
1.1 Giới Thiệu Chung Về Công Nghệ LTE
LTE (Long Term Evolution: phát triển dài hạn) là thế hệ thứ tư
tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. UMTS thế hệ thứ ba
dựa trên WCDMA đã được triển khai trên toàn thế giới. 3GPP đặt ra
yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho mỗi bit thông tin,
cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có và
băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và
giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối.
1.2 Các Đặc Điểm Của Công Nghệ LTE
Các mục tiêu thiết kế chính của công nghệ LTE là:
- Hệ thống phải hỗ trợ tốc độ đỉnh đường xuống là 100Mbps và
đường lên là 50Mpbs trong băng thông 20MHz.
- Tại điểm 5% CDF (xác suất 5% mất thông tin), thông lượng
trung bình của người sử dụng trên 1MHz gấp 2 đến 3 lần R6 HSPA

gọi, MS phải đo cường độ tín hiệu cũng như chất lượng tín hiệu từ
các BTS lân cận để chọn lại ô.
Các MS phải báo các kết quả đo BTS phục vụ và các BTS lân
cận (tới 6 tế bào) ít nhất là một lần trong một giây. Báo cáo được
thực hiện ở tốc độ ít nhất 130bit/s ở các kênh SACCH.
2.2.2 Điểu khiển công suất và TA (Timing Advance)
 Điều khiển công suất
4
Điều khiển công suất để giảm nhiễu và tăng thời gian làm việc
của accqui (pin) trong MS.
 TA (Định trước thời gian)
GSM sử dụng sơ đồ đa truy nhập phân chia theo thời gian
(TDM), vì thế BTS phải thu các tín hiệu từ các MS ở gần. Đối với
các MS ở xa, do trễ truyền sóng các cụm số liệu được phát đi tù các
khe thời gian phát đi từ MS tại các vị trí khác nhau trong ô có thể bị
trễ khác nhau nên chúng có thể chồng lấn lên nhau. Để tránh được
điều này cần định thời trước thời gian (Timing Advance) sao cho các
MS ở xa BTS phát sớm hơn các MS ở gần BTS.
2.2.3 Chọn ô (Cell Selection) và chọn lại ô (Cell Reslection)
Chọn ô được thực hiện khi MS lần đầu đăng ký với mạng (bật
nguồn hoặc chuyển mạng).
Chọn lại ô là quá trình mà trong đó MS chọn một ô mới để giám
sát khi nó đăng ký với mạng và đã ở trong một ô. Cần lưu ý rằng
chọn ô và chọn lại ô do MS tự thực hiện mà không có sự điều kiển
của mạng. Mạng chỉ thực hiện điều này khi MS đã có kênh TCH. Khi
MS chọn một ô mới, nó không thông báo với mạng trừ khi ô mới này
thuộc một LA (vùng định vị) mới.
2.2.4 Chuyển Giao
Chuyển giao là quá trình xảy ra khi MS đang có cuộc gọi hoặc
đang tiến hành cuộc gọi ở một kênh lưu lượng hoặc kênh riêng trong

 Giữa các chế độ truy nhập khác nhau: giữa FDD và TDD.
6
 Chuyển giao mềm, mềm hơn.
 Chuyển giao cứng.
2.3.3 Quản lý di động trong chế độ RRC-IDLE
2.3.3.1 Chọn ô (Cell Selection) và chọn lại ô (Cell Reselection)
UE chọn một ô phù hợp của PLMN (mạng thông tin đi động)
được chọn dựa trên các kết quả đo. Thủ tục này thường được gọi là
chọn ô (Cell Selection). Nếu UE có thể tìm thấy một ô là ứng cử tốt
nhất để chọn lại (Cell Reselection theo tiêu chuẩn chọn lại, nó chọn
lai ô này và cắm trại tai ô này sau đó lại kiểm tra xem ô này có thể
phù hợp cho cắm trại hay không).
 Chọn ô (Cell Selection)
Tiêu chuẩn chọn lại ô dựa trên các thông số S
rxlev
>0 và S
qual
>0
theo các phương trình sau:
S
rxlev
= Q
rxlevmeas
– Q
rxlevmin
– P
conpensation

S
qual

 Chọn lại ô (Cell Reselection)
7
Chọn lại ô xảy ra khi E/UE đang cắm trại bình thường tại một ô
nhưng phát hiện một ô mới tốt hơn. Để chọn lại ô, các ô để cắm trại
được phân hạng theo tiêu chí R:
R
s
= Q
meas,s
+ Q
hyst,s

R
n
= Q
meas,s
- Q
ofset,s/n

Trong đó:
- Q
meas
có thể là CPICH RSCP [dBm] hoặc E
c
/I
o
[dB]
- Q
hyst
là trễ công suất hoặc trễ chất lượng cho ô đang phục vụ

.
Tiêu chuẩn của chọn lại ô phải đạt được tiêu chí S và hạng của ô
lân cận phải cao hơn hạng của ô đang phục vụ và các ô khác sau một
khoảng thời gian trễ chọn lại ô T
reselection
:
S
n
> 0
Q
n
> Q
s
+ Q
ofset,s/n
+ Q
hyst,s

T ≥ T
reselection

S
n
là tiêu chí chọn ô
Q
n
và Q
s
là CPICH RSCP hoặc E
c

của ô đang phục vụ.
T
reselection
trễ chọn lại ô: UE chỉ chọn lại ô một khi ô này có cấp
hạng tốt hơn ô đang phục vụ trong khoang thời gian T
reselection
.
2.3.3.2 Quản lý di động trong trạng thái CELL-DCH của chế độ
RRC-CONNECTED: chuyển giao
Trong chế độ trạng thái Cell-DCH của chế độ RRC-Connected di
động sẽ được thực hiện bằng chuyển giao mềm (thay đổi tập tích cực)
hoặc chuyển giao cứng do mạng điều khiển. Trong khi GSM chỉ có
thể thực hiện chuyển giao cứng thì WCDMA có thể thực hiện ba kiểu
chuyển giao: (1) chuyển giao mềm, (2) chuyển giao mềm hơn và (3)
chuyển giao cứng.
2.4 Quản lý tính di động trong HSPA
2.4.1 Các trạng thái 3G UMTS với HSDPA/HSUPA của UE
Trong chế độ rỗi, sau khi UE bật nguồn, nó chọn một mạng di
động để kết nối. UE chọn một ô thích hợp của mạng này để nhận
được các dịch vụ từ nó và điều chỉnh đến kênh điều khiển và cắm trại
tại ô này. Trong trạng thái rỗi UTRAN không thông tin về UE, mạng
chỉ có thể tìm được UE qua tìm gọi và UE phải giám sát tìm gọi.
Trong chế độ kết nối, UE có bốn trạng thái.
9

Hình 2.9: Các trạng thái RRC với HSDPA/HSUPA
2.4.2 Quản lý di động trong HSDPA
HSDPA không sử dụng chuyển mạch mềm, vì truyền dẫn HS-DSCH
và HS-DCCH chỉ xảy ra trong một ô được gọi là “ô phục vụ HS-
DSCH”. RNC quyết định ô phục vụ HS-DSCH cho HSDPA UE. Ô

2.4.2.5 Chuyển giao HS-DSCH sang ô chỉ có DCH
Sau Khi RNC phục vụ quyết định khởi xướng chuyển giao này,
bản tin chuẩn bị lập lại cấu hình đường truyền vô tuyến được gửi đến
các NodeB tham gia, đồng thời bản tin lập lại cấu hình kênh vật lý
RRC được gửi đến người sử dụng. Chuyển giao HS-DSCH sang
DCH dẫn đến khởi tạo lại các PDU trong MAC-hs trong ô nguồn, sau
đó các PDU này được khôi phục lại thông qua phát lại của các lớp
cao hơn, chẳng hạn các phát lại RLC.

11
CHƯƠNG 3 - QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG MẠNG LTE
3.1 Các Giao Thức Trên Giao Diện Vô Tuyến LTE
So sánh với mô hình OSI (Open System Interconnection: kết nối
hệ thống mở) ta thấy RRC nằm trong OSI L3 (L3: Layer 3); PDCP,
RLC và MAC là ba lớp con của OSI L2 và PHY nằm trong OSI L1.

Hình 3.2 Ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến của LTE
3.2 Các trạng thái LTE UE
Trong LTE UE có thể có hai bộ máy trạng thái đầu cuối, các
bộ máy trạng thái này không chỉ được duy trì trong UE mà cả
trong mạng. Bộ máy thứ nhất được đặt tại lớp RRC và được duy
trì trong eNodeB, bộ máy thứ hai được đặt tại lớp MM (Mobility
Management: quản lý di động) và được duy trì tại S-GW trong
mạng lõi.
Tại lớp RRC có hai trạng thái RRC-CONNECTED (RRC kết
nối) và RRC-IDLE (RRC rỗi) tùy thuộc vào kết nối RRC có được
thiết lập hay không.
12
Trong trạng thái RRC-IDLE, UE giám sát kênh tìm gọi và phát
hiện các cuộc gọi vào, nhận thông tin hệ thống và thực hiện đo đạc

vô tuyến đủ tốt. Sau đó chọn ô, EU phải đăng ký với mạng để nâng
cấp PLMN được chọn thành PLMN được đăng ký.
3.4.1.2. Chọn ô và chọn lại ô
Khi UE bật nguồn lần đầu, nó sẽ khởi đầu thủ tục chọn ô. UE
quét các kênh tần số vô tuyến trong các băng tần của E – UTRA
theo khả năng của nó để tìm một ô thích hợp. Trên mỗi tần số
sóng mang. UE chỉ cần tìm ô mạnh nhất, chọn ô lần đầu được sử
dụng để bảo đảm rằng UE nhận được sự phục vụ (hay trở lại vùng
phục vụ) nhanh nhất.
UE cũng có thể đã lưu thông tin về các tần số sóng mang khả
dụng và các ô lân cận. Sau khi UE đã hạ trại tại một ô, nó sẽ tiếp tục
tìm một ô tốt hơn như là ứng cử cho chọn lại theo tiêu chuẩn chọn lại.
Để hạn chế các đo đạc chọn lại ô, chuẩn đưa ra quy định là nếu
S
servingcell
(công suất thu từ ô phục vụ) đủ lớn, UE không cần thiết phải
thực hiện bất kỳ một đo đạc nào trên cùng tần số hoặc giữa các hệ
thống. Đo trên cùng một tần số khởi động khi S
servingcell
< S
intrasearch
.
Các đo đạc trên các tần số khác nhau được khởi động thì S
servingcell
<
S
intersearch.

a) Chọn lại trên cùng một tần số và đồng mức ưu tiên
Hạng của ô được sử dụng để tìm ra ô tốt nhất cho EU hạ trại đối

reselection
được sử dụng để hạn chế việc chọn lại quá thường xuyên.

Hình 3.12: Giải thuật chọn lại ô trên cùng một tần số
b) Chọn lại ô giữa các tần số hoặc RAT
Chọn lại ô giữa các tần số và giữa các RAT (công nghệ truy
nhập vô tuyến) dựa trên cùng một phân hạng như chọn lại ô trong
cùng một tần số. Để UE có thể quyết định xem có thể đảm bảo
chất lượng tốt hay không mạng ấn định cho mỗi tần số hoặc RAT
một mức ngưỡng (Thresh
x,high
) cần được đảm bảo trước khi thực
hiện chọn lớp này.
15
3.4.1.3. Quản lý vị trí đầu cuối di động
Khi tích cực, vị đầu cuối được biết chính xác đến mức ô, vì
mạng cần phản ứng nhanh với sự thay đổi vị trí của đầu cuối.
Trong trường hợp này di động của đầu cuối được quản lý bởi các
thủ tục chuyển giao.
Đối với tất cả các đầu cuối không tích cực (đang nằm trong chế
độ IDLE), quản lý vị trí vẫn là một thành phần quan trọng vì mạng
cần biết được vị trí hiện thời của đầu cuối tại mọi thời điểm cho
trường hợp phiên kết cuối tại đầu cuối hoặc các dịch vụ đẩy xuống.
Tuy nhiên các thủ tục của chế độ IDLE. Không đòi hỏi mạng phải
biết vị trí của từng đầu cuối ở mức độ chính xác cao (mức ô).
3.4.2.1 Chuyển giao nội LTE
Di động của UE chỉ được điều khiển bởi chuyển giao khi tồn tại
RRC. Vì không có trạng thái CELL_PCH như trong UTRAN nên di
động dựa trên UE chỉ có thể khi UE nằm trong trạng thái RRC-
_CONNECTED. Các chuyển giao trong E_UTRAN được xây dựng

Tất cả các thông tin từ hệ thống đích được truyền trong suốt
qua hệ thống nguồn đến UE. Số liệu của người sử dụng có thể
được chuyền từ nguồn đến hệ thống đích đển tránh mất số liệu.
An ninh và QoS Context được chuyển từ nguồn đến một hệ
thống đích. S-GW có thể được sử dụng như một neo di động
trong chuyển giao giữa cá hệ thống.
17

Hình 3.25 Tổng quan chuyển giao từ LTE đến UTRAN/GERAN

3.5 Lưu đồ đo của UE trong chuyển giao nội tần LTE (Intra
Frequency)
Chọn lại ô trên cùng một tần số được xây dựng trên tiêu chuẩn
phân hạng. Để làm điều này, UE cần đo các ô lân cận nằm trong danh
mục ô lân cận của ô đang phục vụ Để hạn chế các đo đạc chọn lại ô,
chuẩn đưa ra quy định là nếu S
servingcell
(công suất thu từ ô phục vụ) đủ
lớn, UE không cần thiết phải thực hiện bất kỳ một đo đạc nào trên
cùng tần số hoặc giữa các hệ thống. Đo trên cùng một tần số khởi
động khi S
servingcell
< S
intrasearch
(Intrasearch: tìm ô trên cùng tần số)
18

Hình 3.28 Lưu đồ đo của UE trong chuyển giao nội tần LTE
S
s

với các thế hệ mạng trước:
+ Khả năng chuyển giao nhanh vì có cấu trúc phẳng hơn, do UE
kết nối trực tiếp với EnodeB và các EnodeB cũng đươc kết nối với
nhau.
+ Trong LTE chỉ có chuyển giao cứng nên sẽ đỡ
tốn tài nguyên hơn.
Luận văn này nghiên cứu khả năng chuyển giao từ
LTE tới các mạng di động hiện tại và trong mạng LTE. Chuyển giao
về mạng 2G, 3G cần phải được coi trọng vì 2 mạng này đang phổ
biến. Tuy nhiên sẽ tập trung vào việc chuyển giao sang mạng 3G vì
là mục có mức ưu tiên cao hơn. Luận văn đưa ra tổng quan, các mô
hình chuyển giao điển hình. Còn các yếu tố thương mại, các yêu cầu
của nhà mạng và người dùng về tính di động liên tục sẽ được nghiên
cứu dựa trên các mô phỏng và các kết quả trong thực tế khi được
triển khai.
20

KẾT LUẬN
Để duy trì lợi thế cạnh tranh của mình của các mạng di động
trong tương lai, 3GPP đã bắt đầu làm việc trên công nghệ LTE. LTE
là công nghệ gói tối ưu dành cho truy nhập vô tuyến với độ trễ thấp
và băng thông lớn. Các dịch vụ trễ thấp như các kết nối thoại và
video theo thời gian thực có thể được duy trì ngay cả khi di chuyển
tốc độ cao. Di động là một đặc tính rất quan trọng trong hệ thống
thông tin di động nó đem lại tính liên tục của kết nối khi đang di
chuyển ở tốc độ chậm, tốc độ cao có thể lên tới 350km/h. Tất nhiên
di động cũng phải trả giá bằng mức độ phức tạp của mạng các giải