LỜI CẢM ƠN
Sau 15 tuần tìm hiểu và thực hiện, đồ án “Nghiên cứu ảnh hưởng của lớp
vật lý đến chất lượng dịch vụ của công nghệ LTE” đã cơ bản hoàn thành. Để đạt
được kết quả này, em đã nỗ lực hết sức đồng thời cũng nhận được rất nhiều
sự quan tâm, giúp đỡ, ủng hộ của các thầy cô, bạn bè.
Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Bộ môn Điện Tử Viễn
Thông và Truyền Thông, Khoa Công Nghệ Thông Tin, Trường Đại học Công
Nghệ Thông Tin và Truyền Thông và các thầy cô đặc biệt là Thầy Nguyễn Anh
Tuấn đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn em hoàn thành đề tài này.
Em xin cảm ơn các bạn bè trong lớp, các anh chị, đóng góp ý kiến cho em
trong quá trình thực hiện đồ án.
Đồ án đã hoàn thành với một số kết quả nhất định, tuy nhiên vẫn không
tránh khỏi sai sót. Kính mong sự cảm thông và đóng góp ý kiến từ các thầy
cô và các bạn.

Thái nguyên, tháng 06 năm 2012
Lê Thị Tươi

1


LỜI CAM ĐOAN
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng thời gian quy định và đáp ứng được
yêu cầu đề ra, em đã cố gắng tìm hiểu, học hỏi, tích lũy kiến thức đã học. Em có
tham khảo một số tài liệu ðã nêu trong phần “Tài liệu tham khảo” nhưng không
sao chép nội dung từ bất kỳ đồ án nào khác.
Em xin cam đoan đồ án là công trình nghiên cứu của cá nhân nghiên cứu,
xây dựng dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn Anh Tuấn. Nội dung lý
thuyết trong đồ án có sự tham khảo và sử dụng của một số tài liệu, thông tin được
đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và các trang web theo danh mục tài liệu của đồ
án.

2.7. Truyền dẫn báo hiệu lớp vật lý hướng xuống ........................................... 37
2.7.1. Kênh chỉ thị định dạng điều khiển vật lý (PCFICH) .......................... 37
2.7.2. Kênh điều khiển hướng xuống vật lý (PCDCH)................................. 38
2.7.3. Kênh chỉ thị HARQ vật lý (PHICH) .................................................. 40
2.7.4. Kênh quảng bá vật lý (PBCH) ........................................................... 40
2.7.4. Tín hiệu đồng bộ ............................................................................... 40

3


2.8. Các thủ tục lớp vật lý............................................................................... 41
2.8.1. Thủ tục HARQ .................................................................................. 41
2.8.2. Ứng trước định thời ........................................................................... 43
2.8.3. Điều khiển công suất ......................................................................... 44
2.8.4. Hoạt động chế độ bán song công ....................................................... 44
2.8.5. Các lớp khả năng của UE và các đặc điểm được hỗ trợ ..................... 45
2.9. Đo lường lớp vật lý ................................................................................. 46
2.9.1. Đo lường eNodeB ............................................................................. 46
2.9.2. Đo lường UE ..................................................................................... 47
2.10 Tổng kết chương .................................................................................... 47
3.1 Tổng quan về chất lượng dịch vụ trong công nghệ LTE............................ 48
3.1.1 Khái niệm về chất lượng dịch vụ là gì?............................................... 48
3.1.2 Các tham số QoS trong mạng di động 4G ........................................... 50
3.2 Ảnh hưởng lớp vật lý của công nghệ LTE (Long Term Evolution) đến chất
lượng dịch vụ QoS (Quality of Service) ......................................................... 52
3.2.1 Mô phỏng các kỹ thuật điều chế LTE để đánh giá chất lượng dịch vụ 56
3.2.2 Nhận xét kết quả mô phỏng các kỹ thuật điều chế LTE để đánh giá chất
lượng dịch vụ .............................................................................................. 64
3.3 Các giải pháp nhằm cải thiện chất lượng QoS........................................... 67
3.4 Những ảnh hưởng đến QoS khi triển khai công nghệ LTE ở Việt Nam..... 67

Hình 3.1: Khái niệm QoS và mối quan hệ QoS với chất lượng mạng ................. 49
Hình 3.2: mô hình điều chế và giải điều chế QPSK ........................................... 56
Hình 3.3: Mô phỏng điều chế QPSK với SNR = 10 ........................................... 59
Hình 3.4: Mô phỏng điều chế QPSK với SNR = 11 ........................................... 59
Hình 3.5: Mô hình điều chế và giải điều chế QAM ............................................ 60
Hình 3.6 tỷ số SNR = 8...................................................................................... 65
Hình 3.7 tỷ số SNR = 10.................................................................................... 65
Hình 3.8 tỷ số SNR = 11.................................................................................... 65
Hình 3.9 tỷ số SNR = 18.................................................................................... 65
Hình 3.10 tỷ số SNR = 21.................................................................................. 66

5


Hình 3.11 tỷ số SNR = 28.................................................................................. 66
Hình 3.12: Model và thiết bị usb........................................................................ 69
Hình 3.13: Giao diện phần mềm Viettel............................................................. 70
Hình 3.14: Phần mềm quản lý mạng Viettel ...................................................... 70
Hình 3.15 Tốc độ tại server Hà Nội ................................................................... 70
Hình 3.16 Tốc độ tại server Hồ Chí Minh .......................................................... 70
Hình 3.17 Tốc độ tại server Phnom Penh ........................................................... 71
Hình 3.18: Kết quả Thử nghiệm trên speedtest.net tại Hà Nội ........................... 71

6


THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Third Generation Partnership
3GPP


Broadcast Channel

Kênh phát quảng bá

BPSK

Binary Phase-Shift Keying

Khóa dịch pha nhị phân
C

Constant Amplitude Zero

Mã tự tương quan zero biên độ không đổi

CAZAC

Autocorrelation Codes

CBR

Constant Bit Rate

Tốc độ bít không đổi

CCE

Control Channel Element

Phần tử kênh điều khiển


CIR

Carrier to Interference Ratio

Tỷ số sóng mang trên tập âm

European Conference of Postal
and Telecommunications

Hội nghị Châu Âu về quản lý Bưu chính

CEPT

Administations

Viễn thông

CN

Core network

Mạng lõi

CP

Cyclic Prefix

Tiền tố vòng


Discrete Fourier Transform

Biến đổi fourier rời rạc

Dedicated Physical Control
DPCCH

Channel

Kênh điều khiển vật lý riêng

DRX

Discontinuous Reception

Thu không liên tục

DSL

Digital Subscriber Line

Đường dây thuê bao số

DTX

Discontinuous Transmission

Phát không liên tục

DwPTS


phát triển

EPC

Evolved Packet Core

Mạng lõi phát triển

UMTS

Terrestrial Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

F
FDD

Frequency Division Duplex

Ghép song công phân chia theo tần số

Frequency Division Multiple
FDMA

Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

Frequency Domain Packet
FDPS



Cổng
H

Hybrid Automatic Repeat
HARQ

reQuest

Yêu cầu lặp lại tự động hỗ hợp

HOM

High Order Modulation

Điều chế bậc cao

High Speed Downlink Packet
HSDPA

Access

Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống

HS-

High Speed Dedicated Physical

DPCCH


cao

HSS

Home Subscriber Server

Máy chủ thuê bao thường trú

HS-

High Speed Shared Control

SCCH

Channel

Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao

High Speed Uplink Packet
HSUPA

Access

Truy nhập gói tốc độ cao đường lên
I

EEE

Institute of Electrical and
Electronics Engineers

International
ITU

Telecommunication Union

Tổ chức Viễn thông quốc tế

International
Telecommunication Union ITU-R

Radio

Thông tin vô tuyến - Radio
J
L

LTE

Long Term Evolution

Phát triển dài hạn
M

MAC

Medium Access Control

Điều khiển truy nhập môi trường

Dedicated Control Channel


MIMO đa người dùng

MUMIMO

N
NACK

Negative Acknowledgement

Không xác nhận

NAS

Non-access Stratum

Tầng không truy nhập

NMT

Nordic Mobile Telephone

Điện thoại di động Bắc Âu
O

O&M

Operation and Maintenance

Vận hành và bảo dưỡng


PBCH

Physical Broadcast Channel

Kênh quảng bá vật lý

PC

Power Control

Điều khiển công suất

Parallel Concatenated

Mã xoắn ghép song song

PCCC

Convolution Coding

PCCH

Paging Control Channel

Kênh điều khiển tìm gọi

Physical Control Format
PCFICH


Chức năng chính sách và tính cước tài

Function

nguyên

Personal Communication
PCS

Services

Dịch vụ truyền thông cá nhân

Physical Downlink Control
PDCCH

CHannel

Kênh điều khiển hướng xuống vật lý

Packet Data Convergence
PDCP

Protocol

Giao thức hội tụ dữ liệu gói

PDN

Packet Data Network


Physical Random Access
PRACH

Channel

Kênh truy cập ngẫu nhiên vật lý

PSD

Power Spectral Density

Mật độ phổ công suất

PSS

Primary Synchronization Signal Tín hiệu đồng bộ chính
Physical Uplink Control

PUCCH

Channel

Kênh điều khiển hướng lên vật lý

Physical Uplink Shared
PUSCH

Channel



Radio Network Controller

Phần điều khiển mạng vô tuyến

RRM

Radio Resource Management

Quản lý tài nguyên vô tuyến

Reference Symbol Received
RSRP

Power

Công suất thu tín hiệu chuẩn

Reference Symbol Received
RSRQ

Quality

Chất lượng thu tín hiệu chuẩn

Received Signal Strength
RSSI

Indicator



Short Message Service

Dịch vụ nhắn tin ngắn

SON

Self Optimized Networks

Mạng tự tổ chức

SRS

Sounding Reference Signals

Tín hiệu chuẩn thăm dò

Secondary Synchronization
SSS

Signal

Tín hiệu đồng bộ thứ cấp

Single User MIMO

MIMO đơn người dùng

SUMIMO



Transmission Time Interval

Khoảng thời gian truyền dẫn
U

UE

User Eqipment

Thiết bị người dùng

Universal Mobile
UMTS

Telecommunications System

Hệ thống viễn thông di dộng toàn cầu

UpPTS

Uplink Pilot Time Slot

Khe thời gian dẫn hướng đường lên

Universal Terrestrial Radio
UTRAN

Access Network


Mạng cục bộ không dây

Wireless Local Area Network

14


LỜI MỞ ĐẦU
Thông tin liên lạc là một nhu cầu của bất kỳ một xã hội phát triển nào. Để
đáp ứng nhu cầu liên lạc ngày càng cao của xã hội, thông tin di động đã được
nghiên cứu và phát triển từ rất sớm, bắt đầu với các hệ thống thông tin di động sử
dụng công nghệ analog, cho đến nay các mạng di động sử dụng công nghệ số
đang được ứng dụng rộng rãi và phát triển vô cùng mạnh mẽ. Một xu hướng rõ
nét trong lĩnh vực thông tin di động hiện nay là các nhà cung cấp dịch vụ ngoài
việc mở rộng dung lượng khai thác hiện có thì việc áp dụng nghiên cứu cũng như
xác định lộ trình phát triển công nghệ để tăng cường khả năng cung cấp đa dịch
vụ tốt hơn đến khách hàng ngày càng được quan tâm nhiều hơn.
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 rất nhiều
tiềm năng và có thể sẽ trở thành chuẩn di động 4G trong tương lai, đó là LTE.
Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này đã chứng tỏ năng lực tuyệt vời của công
nghệ LTE và khả năng thương mại hóa LTE đã đến rất gần.
Tuy vẫn còn khá mới mẻ nhưng mạng di động băng rộng 4G đang được kỳ
vọng sẽ tạo ra nhiều thay đổi khác biệt so với những mạng di động hiện nay.
Chính vì vậy, em đã lựa chọn làm về đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của lớp vật
lý đến chất lượng dịch vụ của công nghệ LTE”.
Đề tài gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ LTE (Long Term Evolution)
Chương 2: Nghiên cứu lớp vật lý trong công nghệ LTE (Long Term Evolution)

chuẩn khác nhau không tương thích như: GSM (hệ thống di động toàn cầu) chủ
yếu ở châu Âu, TDMA (đa truy nhập phân chia theo thời gian) IS-54/IS-136 ở
Mỹ, PDC (hệ thống di động tế bào số cá nhân) ở Nhật và CDMA (đa truy nhập
phân chia theo mã) IS95, một hệ thống khác tại Mỹ. Các hệ thống này hoạt động
rộng khắp trên lãnh thổ quốc gia hoặc quốc tế và hiện nay chúng vẫn chiếm vai
trò là các hệ thống chủ đạo, mặc dù tốc độ dữ liệu của các thuê bao trong hệ
thống bị giới hạn nhiều.
Bước chuyển tiếp giữa 2G và 3G là 2.5G. Thế hệ 2.5G được phát triển từ
2G với dịch vụ dữ liệu và các phương thức chuyển mạch gói, và nó cũng chú
trọng tới các dịch vụ 3G cho các mạng 2G. Về cơ bản nó là sự phát triển của
công nghệ 2G để tăng dung lượng trên các kênh tần số vô tuyến của 2G và bước
đầu đưa các dịch vụ dữ liệu dung lượng cao hơn vào, có thể nâng tới 384Kbps.
Một khía cạnh rất quan trọng của 2.5G là các kênh dữ liệu được tối ưu hoá cho
dữ liệu gói truy nhập vào Internet từ các thiết bị di động như điện thoại, PDA

16


hoặc máy tính xách tay. Trên cùng một mạng lưới với 2G, thế hệ 2.5G đã đưa
internet vào thế giới thông tin di động cá nhân. Đây thực sự đã là một khái niệm
mang tính cách mạng cho hệ thống viễn thông lai ghép.
Trong thập kỷ 90, các nhà nghiên cứu đã định nghĩa ra hệ thống di động thế
hệ kế tiếp, thế hệ thứ 3, đã loại trừ được những sự không tương thích của các hệ
thống trước đây và thực sự trở thành hệ thống toàn cầu. Hệ thống 3G có các kênh
thoại chất lượng cao cũng như các khả năng về dữ liệu băng rộng, có thể đạt tới
2Mbps.
Các hệ thống 3G hứa hẹn cung cấp những dịch vụ viễn thông tốc độ cao
hơn, bao gồm thoại, fax và internet ở bất cứ thời gian nào, bất cứ nơi đâu với sự
chuyển vùng roaming toàn cầu không gián đoạn. Chuẩn 3G toàn cầu của ITU đã
mở đường cho các ứng dụng và dịch vụ sáng tạo (ví dụ loại hình giải trí đa

 Giới hạn phổ và phân bố phổ.
Trong các lĩnh vực thông tin di động, dịch vụ di động 4G là sự phát triển
của các dịch vụ thông tin di động 3G. Các dịch vụ di động 4G được chào đón bởi
khả năng cung cấp băng thông rộng, dung lượng lớn, truyền dẫn dữ liệu tốc độ
cao, cung cấp cho người sử dụng những hình ảnh video màu chất lượng cao, các
trò chơi đồ hoạ 3D linh hoạt, các dich vụ âm thanh số. Việc phát triển công nghệ
giao thức đầu cuối dung lượng lớn, các dich vụ gói dữ liệu tốc độ cao, công nghệ
dựa trên nền tảng phần mềm công cộng mang đến các chương trình ứng dụng
download, công nghệ truy nhập vô tuyến đa mode, và công nghệ mã hoá media
chất lượng cao trên nền các mạng di động. Với sự xuất hiện của mạng 4G, nó sẽ
giải quyết được:
o Hỗ trợ các dịch vụ tương tác đa phương tiện: truyền hình hội nghị,
Internet không dây,…
o Băng thông rộng hơn, tốc độ bit lớn hơn.
o Tinh di động toàn cầu và tính di chuyển dịch vụ.
o Giá thành hạ.
o Tăng độ khả dụng của hệ thống thông tin di động.
1.1.2 Giới thiệu công nghệ LTE (Long Term Evolution)
1.1.2.1 LTE là gì?
LTE (Long Term Evolution) còn được gọi là EUTRA (Evolved UMTS
Terrestrial Radio Access) hay E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio

18


Access Network) là công nghệ có khả năng cung cấp cho người dùng tốc độ truy
cập dữ liệu nhanh, cho phép phát triển thêm nhiều dịch vụ truy cập sóng vô tuyến
mới thuận tiện cho việc nâng cấp mạng từ 3G lên 4G.
LTE là thế hệ thứ tư của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. UMTS thế hệ
thứ ba dựa trên WCDMA đã được triển khai trên toàn thế giới. Để đảm bảo tính


Tốc độ dữ liệu đỉnh
trong 20MHz

Đường xuống: 173 và 326 Mbps tương ứng với cấu
hình MIMO 2 * 2 và 4 * 4
Đường lên: 86Mbps với cấu hình 1 * 2 anten

Điều chế

QPSK; 16 QAM và 64 QAM

Mã hóa kênh

Mã tubo

Bảng 1.1: Các đặc điểm chính của công nghệ LTE
19


Mục tiêu của LTE là cung cấp 1 dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, độ trễ thấp, các
gói dữ liệu được tối ưu, công nghệ vô tuyến hỗ trợ băng thông một cách linh hoạt
khi triển khai. Đồng thời kiến trúc mạng mới được thiết kế với mục tiêu hỗ trợ
lưu lượng chuyển mạch gói cùng với tính di động linh hoạt, chất lượng của dịch
vụ, thời gian trễ tối thiểu.
- Tăng tốc độ truyền dữ liệu: Trong điều kiện lý tưởng hệ thống hỗ trợ tốc
độ dữ liệu đường xuống đỉnh lên tới 326Mbps với cấu hình 4*4 MIMO (multiple
input multiple output) trong vòng 20MHz băng thông. MIMO cho đường lên là
không được sử dụng trong phiên bản đầu tiên của chuẩn LTE. Tốc độ dữ liệu
đỉnh đường lên tới 86Mbps trong 20MHz băng thông.

mạng số liệu cố định ngày nay - vì vậy cung cấp các dịch vụ giống PC như thoại,
video, tin nhắn và các dịch vụ đa phương tiện. Sự chuyển dịch lên kiến trúc toàn
gói cũng cho phép cải thiện sự phối hợp với các mạng truyền thông không dây và
cố định khác. VoIP sẽ dùng cho dịch vụ thoại.
- Độ phủ sóng từ 5-100km: Trong vòng bán kính 5km LTE cung cấp tối ưu
về lưu lượng người dùng, hiệu suất phổ và độ di động. Phạm vi lên đến 30km thì
có một sự giảm nhẹ cho phép về lưu lượng người dùng còn hiệu suất phổ thì lại
giảm một cách đáng kể hơn nhưng vẫn có thể chấp nhận được, tuy nhiên yêu cầu
về độ di động vẫn được đáp ứng. Dung lượng hơn 200 người/ô (băng thông
5MHz).
- Kiến trúc mạng: Sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời, tuy nhiên
mạng LTE vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2G hiện tại.
Điều này hết sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai LTE vì không cần
thay đổi toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có.
- OFDMA, SC-FDMA và MIMO được sử dụng trong LTE: Hệ thống này
hỗ trợ băng thông linh hoạt nhờ các sơ đồ truy nhập OFDMA & SC-FDMA.
Ngoài ra còn có song công phân chia tần số FDD và song công phân chia thời
gian TDD. Bán song công FDD được cho phép để hỗ trợ cho các người sử dụng
với chi phí thấp không giống như FDD, trong hoạt động bán song công FDD thì
một UE không cần thiết truyền & nhận đồng thời. Điều này tránh việc phải đầu
tư một bộ song công đắt tiền trong UE. Truy nhập đường lên về cơ bản dựa trên
đa truy nhập phân chia tần số đơn sóng mang SC-FDMA hứa hẹn sẽ gia tăng

21


vùng phủ sóng đường lên do tỉ số công suất đỉnh - trung bình thấp (PARR) liên
quan tới OFDMA.
- Giảm chi phí: Yêu cầu đặt ra cho hệ thống LTE là giảm thiểu được chi phí
trong khi vẫn duy trì được hiệu suất nhằm đáp ứng được cho tất cả các dịch vụ.


Hình 1.2: Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có E-UTRAN
Hình trên miêu tả kiến trúc và các thành phần mạng trong cấu hình kiến trúc
nơi chỉ có một E-UTRAN tham gia. Hình này cũng cho thấy sự phân chia kiến
trúc thành bốn vùng chính: Thiết bị người dùng (UE), UTRAN phát triển (EUTRAN), mạng lõi gói phát triển (EPC), và các vùng dịch vụ.

23


1.2.1 Thiết bị người dùng (UE)
Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ
thống. UE gồm hai phần:
 Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment): Là đầu cuối vô tuyến được sử
dụng cho thông tin vô tuyến.
 Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM): Là một thẻ thông minh chứa
thông tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu giữ
các khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối.
1.2.2 Mạng truy cập vô tuyến phát triển (E-UTRAN)
E-UTRAN là một cấu trúc phẳng, có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên
quan đến truy cập vô tuyến. UTRAN gồm duy nhất một phần tử là Nút B phát
triển (eNodeB). Các eNodeB kết nối với nhau thông qua đường giao tiếp X2, và
kết nối với EPC bằng đường giao tiếp S1. Bởi vì không còn phần tử điều khiển ở
trung ương trong mạng vô tuyến nữa, nên giờ đây các trạm cơ sở thực hiện chức
năng quản lý dữ liệu truyền tải một cách tự lập, và bảo đảm chất lượng dịch vụ.
Chức năng của eNodeB hoạt động như một cầu nối giữa 2 lớp là UE và
EPC, nó là điểm cuối của tất cả các giao thức vô tuyến về phía UE, và tiếp nhận
dữ liệu giữa các kết nối vô tuyến và các kết nối IP cơ bản tương ứng về phía
EPC. Trong vai trò này các EPC thực hiện mã hóa/giải mã các dữ liệu UP, và
cũng có nén/giải nén tiêu đề IP, tránh việc gửi đi lặp lại giống nhau hoặc dữ liệu
liên tiếp trong tiêu đề IP.

1.2.3 Mạng lõi (EPC - Evolved Packet Core)
Các phần tử chính của mạng gói lõi phát triển như sau:

25