TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
_____________________________
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
TRUY NHẬP VÔ TUYẾN VÀ KIẾN TRÚC GIAO
DIỆN VÔ TUYẾN TRONG CÔNG NGHỆ LTE
Sinh viên thực hiện:
NGUYỄN THỊ SONG
Lớp 48K ĐTVT
Niên khóa:
2007 - 2012
Giảng viên hướng dẫn: TS. NGUYỄN THỊ QUỲNH HOA
Nghệ An, 01 - 2012
1
MỤC LỤC
MỤC LỤC..............................................................................................................................2
2
2.3.1. Nguyên lý của OFDM .......................................................................................46
Hình 2.1. Phổ và dạng xung của mỗi sóng mang cho truyền OFDM [1].............................46
Ta ký hiệu N là tổng của sóng mang con của hệ thống truyền dẫn OFDM và P là số sóng
mang con mà một máy phát trong hệ thống có thể sử dụng, thì sơ đồ khối của hệ thống
OFDM được biểu diễn trên hình 2.2 [1]..............................................................................47
Hình 2.2. Sơ đồ khối của hệ thống OFDM (gồm cả thu và phát) [1]...................................47
Hình 2.3. Giải thích ý nghĩa chèn CP [1].............................................................................50
2.3.2. Công nghệ OFDM cho đường xuống ...............................................................52
Hình 2.4. Biểu diễn tần số/ thời gian của một tín hiệu OFDM [5]......................................52
Hình 2.5. Sự tạo ra ký hiệu OFDM có ích sử dụng IFFT [5]...............................................53
2.3.3. Kỹ thuật OFDMA...............................................................................................53
Hình 2.6. Cấp phát sóng mang con cho OFDM và OFDMA...............................................54
2.3.4. Cấu trúc khung LTE trong miền thời gian và tần số..........................................55
Hình 2.7. Cấu trúc khung miền thời gian LTE [2]...............................................................55
Bảng 2.1. Số lượng các khối tài nguyên cho băng thông LTE khác nhau FDD và TDD....56
Hình 2.8. Lưới tài nguyên đường xuống [6]........................................................................56
Hình 2.9. Ví dụ về xác định các khung con đương xuống/ đường lên
trong trường
hợp FDD (a) và TDD (b) [2]................................................................................................57
Hình 2.10. Cấu trúc miền tần số đường xuống LTE [2] .....................................................58
Hình 2.11. Cấu trúc khung con và khe đường xuống [2].....................................................59
2.4. Công nghệ SC-FDMA trong đường lên của LTE..........................................................60
2.4.1. SC-FDMA ..........................................................................................................60
Hình 2.12. Sơ đồ khối DFT-S-OFDM [5]............................................................................61
Hình 3.6. Nhiều xử lý HARQ [2].........................................................................................85
3.4. Lớp vật lý ( PHY- Physical layer) ................................................................................87
Hình 3.7. Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH [2]............................................88
Hình 3.8. Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho UL-SCH [2]...........................................88
3.5. Luồng dữ liệu ...............................................................................................................89
..............................................................................................................................................90
Hình 3.9. Thí dụ về luồng dữ liệu LTE...............................................................................90
3.6. Kết luận.........................................................................................................................90
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..........................................................................91
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................92
LỜI NÓI ĐẦU
Thông tin di động ngày nay đã trở thành một ngành công nghiệp viễn
thông phát triển rất nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà khai thác.
Sự phát triển của thị trường viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽ việc
nghiên cứu và triển khai các hệ thống thông tin di động trong tương lai. Hệ
thống di động thế hệ thứ hai, với GSM và CDMA là những ví dụ điển hình
4
đang phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia. Tuy nhiên, thị trường viễn thông
càng mở rộng càng thể hiện những hạn chế về dung lượng và băng thông của
các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai. Sự ra đời của hệ thống thông tin
di động thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêu biểu như WCDMA hay HSPA là
một tất yếu để có thể đáp ứng được nhu cầu truy nhập dữ liệu, âm thanh, hình
ảnh với tốc độ cao, băng thông rộng của người sử dụng.
Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ 2.5G hay 3G vẫn đang
phát triển không ngừng nhưng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới
đã bắt đầu tiến hành triển khai thử nghiệm một chuẩn di động thế hệ mới có
không trách khỏi thiếu sót cũng như nhầm lẫn, em rất mong nhận được sự góp
ý của các thầy cô, các bạn để nội dung đồ án được hoàn thiện hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Điện Tử Viễn
Thông trường Đại Học Vinh đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức cho
em trong suốt thời gian học tập tại trường. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn
chân thành sâu sắc đến cô giáo TS. Nguyễn Thị Quỳnh Hoa đã tận tình
hướng dẫn em hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này!
Cảm ơn tất cả bạn bè đã giúp đỡ tôi và chia sẽ những khó khăn trong
quá trình thực hiện đồ án này!
Vinh, ngày tháng 01 năm 2012
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Song
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Thông tin di động đang phát triển như vũ bão, chất lượng và dịch vụ
ngày càng được nâng cao đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người sử dụng.
Mặc dù hệ thống thông tin di động 2.5G, 3G đang được phát triển không
ngừng nhưng Liên Minh Viễn Thông quốc Tế ITU đang hướng tới một chuẩn
cho mạng di động mới thế hệ thứ 4 (4G) đó là LTE. Với LTE bạn có thể truy
cập tất cả các dịch vụ mọi lúc mọi nơi với tốc độ cao. Vì vậy trong đồ án này
6
em tập trung đi vào giới thiệu về công nghệ LTE và đặc biệt là các kỹ thuật
truy nhập vô tuyến gồm có truy nhập đường xuống OFDM và truy nhập
đường lên dựa trên công nghệ DFTS-OFDM hay còn gọi là SC-FDMA.
Ngoài ra còn tìm hiểu về kiến trúc giao diện vô tuyến LTE.
PROJECT SUMMARY
1.5.4. Hiệu suất phổ tần .............................................................................................36
Bảng 1.3. So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng phổ tần........................................36
giữa LTE và HSDPA............................................................................................................36
Hiệu suất phổ tần (bit/Hz/s).................................................................................................36
Bảng 1.4. So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng phổ tần.........................................36
giữa LTE và HSUPA............................................................................................................37
1.5.5. Hỗ trợ di động ....................................................................................................37
1.5.6. Vùng phủ ...........................................................................................................38
1.5.7. MBMS tăng cường ............................................................................................38
1.5.8. Kiến trúc mạngLTE...........................................................................................39
Hình 1.13. Kiến trúc cho hệ thống mạng chỉ có E-UTRAN [5]..........................................40
1.6. Kết luận.........................................................................................................................43
Chương 2..............................................................................................................................44
TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG CÔNG NGHỆ LTE..................................................44
2.1. Các chế độ truy nhập vô tuyến......................................................................................44
2.2. Băng tần truyền dẫn......................................................................................................45
2.3. Kỹ thuật đa truy nhập cho đường xuống OFDMA.......................................................46
2.3.1. Nguyên lý của OFDM .......................................................................................46
Hình 2.1. Phổ và dạng xung của mỗi sóng mang cho truyền OFDM [1].............................46
Ta ký hiệu N là tổng của sóng mang con của hệ thống truyền dẫn OFDM và P là số sóng
mang con mà một máy phát trong hệ thống có thể sử dụng, thì sơ đồ khối của hệ thống
OFDM được biểu diễn trên hình 2.2 [1]..............................................................................47
Hình 2.2. Sơ đồ khối của hệ thống OFDM (gồm cả thu và phát) [1]...................................47
Hình 2.3. Giải thích ý nghĩa chèn CP [1].............................................................................50
2.3.2. Công nghệ OFDM cho đường xuống ...............................................................52
Hình 2.4. Biểu diễn tần số/ thời gian của một tín hiệu OFDM [5]......................................52
8
Hình 2.5. Sự tạo ra ký hiệu OFDM có ích sử dụng IFFT [5]...............................................53
Chương 3..............................................................................................................................71
KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN TRONG LTE.......................................................71
3.1. Kiến trúc giao thức LTE...............................................................................................71
3.2. Điều khiển liên kết vô tuyến RLC................................................................................73
Hình 3.2. Phân đoạn và móc nối RLC [2]............................................................................75
3.3. Điều khiển truy nhập môi trường MAC........................................................................75
9
3.3.1. Kênh logic và các kênh truyền tải (Logical channels and transport channels)...75
Hình 3.3. Thí dụ về sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải [2]..............................78
3.3.2. Lập biểu đường xuống........................................................................................78
3.3.3. Lập biểu đường lên.............................................................................................80
Hình 3.4. Chọn khuôn dạng truyền tài trên đường xuống (trái), trên đường lên (phải)[2]. .82
3.3.4. Hybrid ARQ (HARQ)........................................................................................83
Hình 3.5. Giao thức HARQ đồng bộ và không đồng bộ [2]...............................................85
Hình 3.6. Nhiều xử lý HARQ [2].........................................................................................85
3.4. Lớp vật lý ( PHY- Physical layer) ................................................................................87
Hình 3.7. Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH [2]............................................88
Hình 3.8. Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho UL-SCH [2]...........................................88
3.5. Luồng dữ liệu ...............................................................................................................89
..............................................................................................................................................90
Hình 3.9. Thí dụ về luồng dữ liệu LTE...............................................................................90
3.6. Kết luận.........................................................................................................................90
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..........................................................................91
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................92
10
Chương 2..............................................................................................................................44
TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG CÔNG NGHỆ LTE..................................................44
2.1. Các chế độ truy nhập vô tuyến......................................................................................44
2.2. Băng tần truyền dẫn......................................................................................................45
2.3. Kỹ thuật đa truy nhập cho đường xuống OFDMA.......................................................46
2.3.1. Nguyên lý của OFDM .......................................................................................46
Hình 2.1. Phổ và dạng xung của mỗi sóng mang cho truyền OFDM [1].............................46
Ta ký hiệu N là tổng của sóng mang con của hệ thống truyền dẫn OFDM và P là số sóng
mang con mà một máy phát trong hệ thống có thể sử dụng, thì sơ đồ khối của hệ thống
OFDM được biểu diễn trên hình 2.2 [1]..............................................................................47
Hình 2.2. Sơ đồ khối của hệ thống OFDM (gồm cả thu và phát) [1]...................................47
Hình 2.3. Giải thích ý nghĩa chèn CP [1].............................................................................50
2.3.2. Công nghệ OFDM cho đường xuống ...............................................................52
Hình 2.4. Biểu diễn tần số/ thời gian của một tín hiệu OFDM [5]......................................52
Hình 2.5. Sự tạo ra ký hiệu OFDM có ích sử dụng IFFT [5]...............................................53
2.3.3. Kỹ thuật OFDMA...............................................................................................53
Hình 2.6. Cấp phát sóng mang con cho OFDM và OFDMA...............................................54
2.3.4. Cấu trúc khung LTE trong miền thời gian và tần số..........................................55
Hình 2.7. Cấu trúc khung miền thời gian LTE [2]...............................................................55
Bảng 2.1. Số lượng các khối tài nguyên cho băng thông LTE khác nhau FDD và TDD....56
Hình 2.8. Lưới tài nguyên đường xuống [6]........................................................................56
Hình 2.9. Ví dụ về xác định các khung con đương xuống/ đường lên
trong trường
hợp FDD (a) và TDD (b) [2]................................................................................................57
Hình 2.10. Cấu trúc miền tần số đường xuống LTE [2] .....................................................58
Hình 2.11. Cấu trúc khung con và khe đường xuống [2].....................................................59
2.4. Công nghệ SC-FDMA trong đường lên của LTE..........................................................60
3.3.4. Hybrid ARQ (HARQ)........................................................................................83
Hình 3.5. Giao thức HARQ đồng bộ và không đồng bộ [2]...............................................85
Hình 3.6. Nhiều xử lý HARQ [2].........................................................................................85
3.4. Lớp vật lý ( PHY- Physical layer) ................................................................................87
Hình 3.7. Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH [2]............................................88
Hình 3.8. Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho UL-SCH [2]...........................................88
3.5. Luồng dữ liệu ...............................................................................................................89
..............................................................................................................................................90
Hình 3.9. Thí dụ về luồng dữ liệu LTE...............................................................................90
3.6. Kết luận.........................................................................................................................90
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..........................................................................91
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................92
13
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
Nghĩa tiếng Anh
Nghĩa tiếng Việt
1G
First Generation
Hệ thống thông tin di động thế hệ 1
2G
Project
Authentication,
thứ ba-2
AAA
Authorization and
Xác thực, cấp phép và tính cước
ACK
AIPN
AM
Accounting
Acknowledgement
All IP Network
Acknowledged Mode
Amercan Mobile Phone
Sự báo nhận
Mạng toàn IP
Chế độ báo nhận
AMPS
AMR-WB
System
Adaptive MultiRateWideBand
BTS
Base Station Controller
Base Transceiver Station
Code Division Multiple
Bộ điều khiển trạm gốc
Trạm thu phát gốc
CDMA
CDS
CP
CPC
CTC
CQI
CRC
C-RNTI
DCCH
DCH
DFDMA
DFT
Access
Channel Dependent
Scheduling
Cyclic Prefix
Continous Packet
Đa truy nhập phân chia theo mã
Lập biểu phụ thuộc kênh
Transform
DFT-Spread OFDM, See
OFDM trải phổ DFT, cũng được
OFDM
Also SC-FDMA
xem như là SC-FDMA
DL-SCH
Downlink Shared Channe
Kênh chia sẻ đường xuống
DTCH
Dedicated Traffic Channe
Kênh lưu lượng dành riêng
DTX
Discontinuous
Transmission
Truyền phát không liên tục
Terrestrial Radio Access
EDGE
E-RAN
FDD
FDM
FDMA
Network
Evolved Radio Access
Network
Frequency Division
Duplex
Frequency Division
Multiplexing
Frequency Division
Multiple Access
Dịch vụ đa phương quảng bá tăng
cường
Mạng lõi gói phát triển
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
toàn cầu phát triển
Mạng truy nhập vô tuyến phát triển
Song công phân chia tần số
Ghép kênh phân chia theo tần số
Đa truy nhập phân chia theo tần số
Nút cổng hỗ trợ GPRS
Dịch vụ vô tuyến gói chung
Global System for Mobile
Hệ thống thông tin di động toàn cầu
Hybrid Automatic Repeat
Tự động lặp lại yêu cầu theo hình
reQuest
High Speed Packet Access
High Speed Downlink
thức lai
Truy nhập gói tốc độ cao
Truy nhập gói đường xuống tốc độ
Packet Access
cao
16
HS-DSCH
HSS
HS-SCCH
Access
Kênh điều khiển chia sẽ tốc độ cao
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao
Inter Access System
Ký hiệu cho quản lý di động giữa
Mobility Management
các hệ thống truy nhập
Inter Channel Interference
Inter- Cell Interference
Nhiễu xuyên kênh
Control
Inverse Discrete Fourier
Transform
Inverse Fast Fourrier
Transform
IP Multimedia Subsystem
International Mobile
Telecommunications
Internet Protocol
Integrated Services Digital
Network
Inter Symbol Interference
Tiến hóa lâu dài
Điều khiển truy nhập đa phương
17
tiện
Multimedia
MBMS
MBS
MBSFN
MCCH
MCH
MIMO
MME
MMS
MSC
MTCH
NAK
OFDM
OFDMA
PAPR
PCCH
PCG
PCH
Broadcast/Multicast
Service
Negative
di động
Kênh lưu lượng đa phương
Báo nhận thất bại (trong giao thức
Acknowledgement
Orthogonal Frequency
ARQ)
Ghép kênh phân chia theo tần số
Division Multiplex
Orthogonal Frequency
trực giao
Đa truy nhập phân chia theo tần số
Division Multiple Access
Peak to Average Power
Ratio
Paging Control channal
Project Coordination
Group
Paging Channel
trực giao
Tỉ lệ công suất đỉnh trên công
suất trung bình
Kênh điều khiển tìm gọi
Telephone Network
Quadrature Amplitude
Modulation
Quality of Service
Quadrature Phase Shift
chính sách
Giao thức hội tụ dữ liệu gói
Đơn vị dữ liệu tải tin
Cổng mạng dữ liệu gói
Lớp vật lý
Chuyển song song sang nối tiếp
Tín hiệu đông bộ sơ cấp
Mạng điện thoại chuyển mạch công
cộng
Điều chế biên độ cầu phương
Chất lượng dịch vụ
Khóa dịch pha cầu phương
RAN
Keying
Radio Access Network
Mạng truy nhập vô tuyến
RF
Radio Frequency
Single Carrier FDMA
FDMA đơn sóng mang
SCH
SDU
SGSN
Synchronization Channel
Service Data Unit
Serving GPRS Support
Kênh đồng bộ
Đơn vị dữ liệu dịch vụ
Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS
19
Node
S-GW
TASC
TDD
TDM
TDMA
TDSCDMA
TS
TSG
TTI
Phân chia theo thời gian- đa truy
nhập phân chia theo mã đồng bộ
Thông số kỹ thuật
Nhóm đặc tả kỹ thuật
Khoảng thời gian chuyển
UE
Interval
User Equipment
UL-SCH
Uplink Shared Channel
Kênh chia sẽ đường lên
Universal Mobile
Hệ thống viễn thông di động toàn
Telecommunication System
Universal Subscribber
cầu
UMTS
USIM
UTRA
Working Groups
Worldwide
rộng
Nhóm công tác
Khả năng tương tác toàn cầu với truy
Interoperability for
nhập vi ba
UTRAN
20
Microwave Access
WLAN
Wireless Local Area
Network
Mạng vùng nội hạt vô tuyến
Chương 1
LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G LÊN 4G
Chương này sẽ trình bày các hoạt động nghiên cứu phát triển 3G và
lộ trình lên 4G đang được tiến hành trong 3GPP là tổ chức chịu trách
nhiệm cho việc phát triển và hài hòa các tiêu chuẩn được phát hành của
UMTS UTRAN (WCDMA và TD-SDMA). Quá trình nghiên cứu phát triển
Group).
22
- TSG RAN (Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến). TSG
RAN tập trung lên giao diện vô tuyến và các giao diện bên trong giữa các
trạm thu phát gốc (BTS) các bộ điều khiển trạm gốc (RNC) cũng như giao
diện giữa RNC và mạng lõi. TSG RAN chịu trách nhiêm cho các tiêu chuẩn
HSDPA và HSUPA.
- TSG CT (lõi và các đầu cuối): TSG CT tập trung lên các vấn đề
mạng lõi cũng như báo hiệu giữa mạng lõi và các đầu cuối.
- TSG SA (dịch vụ và kiến trúc hệ thống): TSG SA tập trung lên các
dịch vụ và kiến trúc hệ thống tổng thể.
- TSG GERAN (GSM/EDGE RAN): TSG RAN tập trung lên các vấn
đề về RAN nhưng cho giao diện vộ tuyến dựa trên GSM/GPRS/EDGE [1].
• Chuẩn hóa HSDPA
Khi phát hành 3 (R3) hoàn thành, HSDPA và HSUPA vẫn chưa được
đưa vào kế hoạch nghiên cứu. Trong năm 2000, khi tiến hành hiệu chỉnh
WCDMA và nghiên cứu R4 kể cả TD-SCDMA, người ta nhận thấy rằng cần
có một số cải thiện cho truy nhập gói. Để cho phép phát triển này, nghiên cứu
khả thi (danh mục nghiên cứu) cho HSDPA vào đầu năm 2000. Nghiên cứu
này được bắt đầu theo các nguyên tắc của 3GPP (phải có ít nhất 4 hãng ủng
hộ). Các hãng ủng hộ bắt đầu nghiên cứu HSDPA gồm Motorola và Nokia
thuộc phía các nhà máy, và BT/Cellnet, T-Mobile và NTTDoCoMo thuộc
phía các nhà khai thác [1].
Nghiên cứu khả thi đã kết thúc tại phiên họp toàn thể TSG RAN. Trong
danh mục nghiên cứu HSDPA có các vấn đề nghiên cứu để cải thiện truyền
dẫn số liệu gói đường xuống so với R3. Các chuyên đề như phát lại lớp vật lý
-
Lập biểu nhanh đường lên dựa trên nút B.
- Độ dài thời gian truyền dẫn (TTI-Transmission Time Interval)
đường lên ngắn hơn, thiết lập TTI nhanh.
24
Hình 1.3. Các kỹ thuật được xem xét nghiên cứu cho HSUPA[1]
Danh mục nghiên cứu này kết thúc vào 03/2004 với khuyến nghị bắt
đầu nghiên cứu trong 3GPP để đặc tả HARQ (Hybrid Automatic Repeat
Request: Yêu cầu phát lại tự động) lớp vật lý nhanh và cơ chế lập biểu dựa
trên nút B cho đường lên cũng như độ dài TTI ngắn hơn. Ngoài ra, cơ chế
thiết lập kênh DCH (Dedicated Channel: Kênh điều khiển) nhanh hơn không
đưa vào khuyến nghị này, nhưng các vấn đề này đã được đề cập trong danh
mục nghiên cứu khác đối với phát hành 3GPP R6. Hình 1.4 trình bày các kỹ
thuật được lựa chọn cho danh mục nghiên cứu HSUPA [1].
Hình 1.4. Các kỹ thuật được lựa chọn cho nghiên cứu HSUPA [1]
25
Copyright: Tài liệu đại học ©