1
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1
1.1 Lý do chọn đề tài 1
1.2 Mục tiêu của đề tài 1
1.3 Giới hạn và phạm vi của đề tài 1
1.4 Nội dung thực hiện 1
1.5 Phương pháp tiếp cận 2
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MẠNG LTE (4G) 3
2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE 3
2.1.1 Động cơ thúc đẩy 3
2.1.2 Các giai đoạn phát triển của LTE 4
2.1.3 Mục tiêu của LTE 4
2.1.4 Các đặc tính cơ bản của LTE 4
2.1.5 Các thông số lớp vật lý của LTE 6
2.1.6 Dịch vụ của LTE 7
2.2 Cấu trúc của LTE 9
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
2.3 Các kênh sử dụng trong E-UTRAN 14
2.3.1 Kênh vật lý 14
2.3.2 Kênh logic 15
2.3.3 Kênh truyền tải 16
2.4 Giao thức của LTE (LTE Protocols) 16
2.5 Một số đặc tính của kênh truyền 19
2.5.1 Trải trễ đa đường 19
2.5.2 Các loại fading 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
2.6.2 Kỹ thuật SC-FDMA 30
2.6.3 Kỹ thuật đa anten MIMO 31

3.3 Kết luận 80
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 81
4.1 Kết quả đạt được 81
4.2 Hướng phát triển của đề tài. 81
4.3 Hạn chế của đề tài 81
3
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
Hình 2-6: Giao thức của UTRAN 17
Hình 2-7: Giao thức của E-UTRAN 17
Hình 2-8: Phân phối chức năng của các lớp MAC, RLC, PDCP 18
Hình 2-9: Nguyên lý của FDMA 20
Hình 2-10: Nguyên lý của FDMA 21
Hình 2-11: Nguyên lý
đa sóng mang
21
Hình 2-12: So sánh phổ tần của OFDM với FDMA 22
Hình2-13: Tần số-thời gian của tín hiệu OFDM 22
Hình 2-14: Các song mang giao với nhau 23
Hình 2-15: Biến đổi FFT 24
Hình 2-16: Thu phát OFDM 24
Hình 2-17: Chuỗi bảo vệ GI 25
Hình 2-18: Tác dụng của chuỗi bảo vệ 26
Hình 2-19: Sóng mang con OFDMA 27
Hình 2-20: OFDM và OFDMA 27

ình
66
Hình 3-8: giao diện kênh kết nối 67
Hình 3-9: giao điện configurator 68
Hình 3-10: giao diện module UE 69
Hình 3.10 giao diện eNode 72
Hình 3-11: giao diện chương tr
ình mô ph
ỏng 75
Hình 3-12: Giao diện người điều khiển của chương tr
ình mô ph
ỏng 75
Hình 3-13: UE gửi gói tin đến eNode 76
Hình 3-14: eNode gửi tin cho UE 76
Hình 3-15: UE các kênh hoa tiêu cho eNode 76
Hình 3-16: UE chuẩn bị chuyển giao 77
Hình 3-17: chuyển giao thành công 77
Hình 3-18: Giao diện lớp vật lý của UE 77
Hình 3-19: giao diện lớp vật lý eNode 78
5
Hình 3-20: Thời điểm gửi nhận gói tin ghi vào file elog 78
Hình 3-21: biểu đồ thể hiện thời gian trễ khi chuyển giao 79
Hình 3-22: Thời gian trung bình thực hiện chuyển giao 79
6
MỤC LỤC BẢNG BIÊU
Bảng 2-1: Các thông số lớp vật lý LTEBảng 6
Bảng 2-2: Tốc độ đạt đỉnh của LTE theo lớp 6
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 28
7

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

Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ
Cao
HSPA
High Speed Packet Access
Truy nhập gói tốc độ cao
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

Phần tử quản lý tính di động
9
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

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
10
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 ph
ƣơng
QoS
Quality of Service

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-
MIMO
Single User Multiple Input

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

thông tin di động 1G, 2G, 3G, LTE và cấu trúc mạng LTE các k
ĩ thu
ật 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 k
ĩ thu
ật sử dụng trong hệ thống mạng, các
kênh, điểu khiển công xuất trong mạng LTE. Tìm hiểu quá trình chuyển giao, các k
ĩ
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
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
2
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,

được thiết kế với mục tiêu cung cấp lưu lượngchuyển mạch gói với dịch vụ chất
lượng, độ trễ tối thiểu. Hệ thống sử dụng băngthông 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), bánsong công FDD cho phép các
UE có giá thành thấp. Không giống như FDD, bánsong 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 phânchia theo tần số đơn sóng mang
(Single Carrier Frequency Division multiple AccessSC-FDMA) cho phép tăng vùng
phủ tuyến lên làm tỷ số công suất đỉnh trên côngsuất trung bình thấp (Peak-to-
Average Power Ratio PAPR) so với OFDMA. Thêmvào đó, để cải thiện tốc độ dữ
liệu đỉnh, hệ thống LTE sử dụng hai đến bốn lần hệ sốphổ cell so với hệ thống
HSPA Release 6.
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 đ
òi h
ỏi tốc độ dữ liệu và chất lượng dịch vụ cao hơn.
 Tối ưu hệ thống chuyển mạch gói.
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
4
 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
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

- Hỗ trợ tính năng đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS.
- VoIP đảm bảo chất lượng âm thanh tốt, trễ tối thiểu thông qua
mạngUMTS.
 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 ngh
ĩalà
nó có thể hoạt động trong các dải băng tần của 3GPP. Trong thực tế, hiệu suấtthực
sự của LTE tùy thuộc vào băng thông chỉ định cho các dịch vụ và không có sựlựa
chọn cho phổ tần của chính nó. Điều này giúp đáng kể cho các nhà khai tháctrong
chiến lược về kinh tế và kỹ thuật. Triển khai tại các tần số cao, LTE là chiếnlược
hấp dẫn tập trung vào dung lượng mạng, trong khi tại các tần số thấp nó có thểcung
cấp vùng bao phủ khắp nơi. Mạng LTE có thể hoạt động trong bất cứ dải tầnđược
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), c
ũng như t
ại 850-900 MHz, 1800 MHz, phổ AWS (1.7-2.1
GHz)…Băng tần chỉ định dưới 5MHz được định ngh
ĩa b
ởi IUT thì phù hợp vớidịch
vụ IMT trong khi các băng tần lớn hơn 5MHz th
ì s
ử dụng cho các dịch vụ cótốc độ
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
6

Sử dụng MU-MIMO cho UL và DL
Bảng 2-2: Tốc độđạtđỉnh 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

Các tin nhắn photo, IM,
email di động, tin nhắn video
Lướt
web(browsing)
Truy cập đến các dịch
vụonline trực tuy ến, Trình
duyệtWAPthôngqua
GPRSvà mạng 3G.
Duyệt siêu nhanh, tải các nội
dung lên các mạng xã hội.
Thông tin cước
phí(paid
information)
Người dùngtrảquahoặc trên
mạng tính cước chuẩn.
Chínhyếulàdựatrên thông
tin văn bản.
Tạp chí trực tuyến, dòng âm
thanh ch ất lượng cao.
Riêng tư
(personalization)
Chủyếulàâmthanh chuông
(ringtone), c
ũng bao g
ồm
màn hình
Âmthanhthực(thuâm gốc
từngười nghệs
ĩ),các trang
web cá nhân.

quảngcáodi động.
M –
comerce(thương
mại qua điện
thoại)
Thựchiệncácgiaodịch và
thanhtoánquamạng di động.
Điện thoại cầm tay như thiếtbị
thanh toán, với các chi tiết
thanh toán qua m ạngtốcđộ
cao đểcho phépcácgiao dịch
thực hiện nhanh chóng.
Mạng dữ liệu di
động(mobile data
netwoking)
Truy cập đến các mạng nội
bộvà cơ sở dữ liệu c
ũng
như cách sử dụng của các
ứng dụng như CRM.
Chuyển đổi file P2P, các ứng
dụng kinh doanh, ứng dụng
chiasẻ, thông tinM2M,diđộng
intranet/extranet.
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
9
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. Songsong

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
thống3G, và nó chỉ bao phủ miền chuyển mạch gói. Vì vậy, nó có một cái tên
mới:Evolved Packet Core (EPC).
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
11
Cùng một mục đích như E-UTRAN, số node trong EPC đ
ã đư
ợc giảm.
EPCchia luồng dữ liệu người dùng thành mặt phẳng người dùng và mặt phẳng
điềukhiển. Một node cụ thể được định ngh
ĩa cho m
ỗi mặt phẳng, cộng với
Gatewaychung kết nối mạng LTE với internet và những hệ thống khác. EPC gồm
có một vàithực 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 c
ũng l
à Router đ
ến 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

 IMS không dựa trên các nhà khai thác: là IMS không được định ngh
ĩa 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
đi
ển hình sẽ được UE kết nối đến máy
chủqua 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
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
13
Hình 2-4: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập3GPP và không phải 3GPP
Hình 2-5: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập3GPP và liên mạng với CDMA
2000
Tìm hiểu mạng LTE và mô phỏng quá trình chuyển giao trên Omnet++
14
Hệ thống 3GPP hiện tại (GSM và WCDMA/HSPA) và 3GPP2
(CDMA20001xRTT, EV-DO) được kết hợp vào hệ thống mới thông qua những giao
diện chuẩnhóa, miễn là tối ưu tính di động với LTE. Với hệ thống 3GPP, điều này
có nghĩa làmột giao diện báo hiệu giữa SGSN (Serving GPRS Support Node) và
mạng lõi mới,với hệ thống 3GPP2 c
ũng có m
ột giao diện báo hiệu giữa CDMA
RAN và mạng lõimới.
Ví dụ tín hiệu điều khiển cho di động được xử lý bởi node
MobilityManagement Entity (MME), tách rời với Gateway. Điều này thuận tiện cho
việc tốiưu trong triển khai mạng và hoàn toàn cho phép chia tỉ lệ dung lượng một