- Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học 1 TRANG PHỤ BÌA LUẬN VĂN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI. - Họ và tên tác giả luận văn VŨ THANH TÙNG TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG LTE (4G) Chuyên ngành: Kĩ thuật Viễn thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT KĨ THUẬT VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. - PHẠM DOÃN TĨNH Hà Nội – Năm 2015 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật này là do tôi nghiên cứu và được thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy TS. - Hà Nội, tháng 10 năm 2015 Học viên Vũ Thanh Tùng Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học 3 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được luận văn này em xin chân thành cảm ơn sâu sắc thầy giáo TS.Phạm Doãn Tĩnh đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đúng tiến độ đề ra, hoàn thành theo đề cương đã được Viện Điện tử - Viễn thông phê duyệt. - Hà Nội, tháng 10 năm 2015 Học viên Vũ Thanh Tùng Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học 4 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 2G Second Generation 3G Third Generation 3GPP Third Generation Partnership Project 4G Fourth Generation CoS Classify of Service FDD Frequency Division Duplex FDMA Frequency Division Multiple Access GERAN GSM EDGE Radio Access Network GPRS General Packet Radio Service GSM Global System for Mobile HARQ Hybrid Automatic Repeat Request HSDPA High Speed Downlink Packet Access HSPA High Speed Packet Access HSS Home Subscriber Server HSUPA High Speed Uplink Packet Access IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineer IMS Internet Multimedia Subsystem IMT-2000 International Mobile Telecommunication 2000 I-RAT Inter Radio Access Technology I-SHO Inter-System Handover KPI Key Performance Index LTE Long Term Evolution MAC Medium Access Control MCH Multicast Channel MCS Modulation and Coding Scheme MIMO Multiple Input Multiple Output MME Mobility Management Entity MTU Maximum Transfer Unit NACK Negative Acknowledgement NAS Non-Access Stratum NRT Non Real Time OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access PAPR Peak to Average Power Ratio PCEF Policy Control Enforcement PCH Paging Channel Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học 5 PCI Physical Cell Identification PCRF Policy & Charge Rules Function PDCCH Physical Downlink Control Channel PDCP Packet Data Convergence Protocol PDU Payload Data Units PLMN Public Land Mobile Network PUCCH Physical Uplink Control Channel QCI QoS Class Indicator QoS Quality of Service RAB Radio Access Bearer RACH Random Access Channel RLC Radio Link Control RSCP Received Scrambling Code Power RSRP Reference Signal Received Power RT Real Time SAE System Architecture Evolution SC-FDMA Single Carrier - Frequency Division Multiple Access TCP/IP Transport Control Protocol/Internet Protocol TDMA Time Division Multiple Access TM Transparent Mode TTI Transmit Time Interval TTL Time To Live TTT Time to Trigger UL-SCH Uplink Shared Channel UM Unacknowledgement Mode USIM Universal Subscriber Identity Module UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network WCDMA Widthband Code Division Multiple Access Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học 6 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Tiến trình phát triển của mạng di động Hình 1.2 Danh mục thiết bị LTE – các mục UE của Release 8 (LTE) Hình 1.3 H.3. - Sơ đồ vật lý tổng quan của mạng 3G Hình 1.4 Chế độ R99_Cell-DCH Hình 1.5 Chế độ R99_Cell-FACH Hình 1.6 Các trạng thái của UE Hình 1.7 Các trạng thái của LTE Hình 1.8 Các dịch vụ 3G và các lớp QoS Hình 1.9 Nguyên tắc cơ bản của R5 Hình 1.10 Các đặc điểm kĩ thuật của dịch vụ HSDPA Hình 1.11 Nguyên tắc cơ bản của R6 Hình 1.12 Công nghệ MIMO và 16 QAM của dịch vụ HSPA+ Hình 1.13 Công nghệ MIMO và 64 QAM của dịch vụ HSPA+ Hình 1.14 Cơ chế thu/phát của mạng LTE Hình 1.15 Cơ chế thu/phát của mạng LTE chú trọng tới mào đầu Hình 1.16 Giới hạn khả năng công nghệ mạng di động thế hệ mới Hình 1.17 Biểu đồ phát triển của băng thông Hình 1.18 Sơ đồ vật lý của mạng LTE Hình 1.19 Các phương pháp đa truy nhập Hình 1.20 Truyền dẫn mạng LTE Hình 1.21 Cấu trúc mạng cơ bản LTE Hình 1.22 Topology của mạng LTE 1 Hình 1.23 Topology của mạng LTE 2 Hình 1.24 Mạng LTE Core (EPC) Hình 1.25 Topology kết nối Roaming Hình 1.26 Mặt bằng thuê bao (User Plane) của LTE Hình 1.27 Chuối bản tin thiết lập kết nối Hình 1.28 Các thủ tục thiếp lập RAB Hình 1.29 Chuyển mạch từ Serving-Gateway mới tới PDN-Gateway Hình 1.30 Cấp phát QoS và TFT từ PDN-Gateway tới Serving-Gateway Hình 1.31 Lọc gói cho các dịch vụ mang và ánh xạ giữa LTE-Uu và S1-U Hình 1.32 Thiết lập dịch vụ mang từ mạng (IMS) Hình 1.33 Các dịch vụ mang của giao diện LTE-Uu và S1-U Hình 1.34 Thông tin về QCI Hình 1.35 Mặt bằng người sử dụng Hình 1.36 HSS Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học 7 Hình 1.37 PDN-Gateway Hình 1.38 PDN-Gateway kết nối với mạng không tuân theo 3GPP Hình 1.39 Các giao thức NAS giữa UE và MME Hình 1.40 Nguyên tắc dùng chung MME Hình 1.41 Nguyên lý chia sẻ mạng core Hình 1.42 Chức năng của UE (User Plane) Hình 1.43 Chức năng của eNodeB (User Plane) Hình 1.44 Giao thức mạng TCP/IP Hình 1.45 Giao thức TCP Hình 1.46 Mô hình tham chiếu OSI Hình 1.47 Sơ đồ vật lý kết nối với FTP Server Hình 1.48 Giao thức lớp ứng dụng mô hình TCP/IP Hình 1.49 Thông tin của giao thức UDP 1 Hình 1.50 Thông tin của giao thức UDP 2 Hình 1.51 Giao thức Ping 1 Hình 1.52 Giao thức Ping 2 Hình 1.53 Giao thức Ping không thành công Hình 1.54 Kết quả test Latency (RTT) của mạng LTE Hình 1.55 Liên kết các mạng TCP/IP Hình 1.56 Giao thức IP Hình 1.57 MTU của mạng TCP/IP Hình 1.58 Sự phân mảnh trong mạng TCP/IP Hình 1.59 Time to Live (TTL) Hình 1.60 Địa chỉ IP v4 Hình 1.61 Địa chỉ IP số thập phân Hình 1.62 Phân lớp địa chỉ IP Hình 1.63 Các địa chỉ IP đặc biệt Hình 1.64 Mạng IP Hình 1.65 Giao thức IPv6 Hình 1.66 Cấu trúc của địa chỉ IPv6 Hình 1.67 Giao thức IPv4 Hình 1.68 Type of Service Hình 1.69 Differentiated Services Hình 1.70 So sánh giao thức IPv4 và IPv6 Hình 1.71 DSCP ECN Hình 1.72 Phân loại và đánh dấu gói tin Hình 1.73 Các dịch vụ khác nhau (DiffServ) Hình 1.74 Expedite Forwarding PHB Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học 8 Hình 1.75 Best Effort Hình 1.76 Weight Fair Queueing Hình 1.77 Các phương thức đa truy nhập OFDM và OFDMA Hình 1.78 Các kĩ thuật Antenna tiên tiến (MIMO) Hình 1.79 SDMA Hình 1.80 Phân tập trễ theo chu trình Hình 1.81 FDD Hình 1.82 TDD Hình 1.83 Các Subframe đặc biệt trong chế độ TDD Hình 1.84 Ấn định các subframe trong LTE TDD Hình 1.85 Các độ rộng băng thông sóng mang Hình 1.86 Các band E-UTRA và độ rộng băng thông của kênh Hình 1.87 Cấu trúc khe và các nguồn tài nguyên vật lý Hình 1.88 Số lượng của các RB trong băng thông truyền Hình 1.89 Thành phần nguồn (RE) Hình 1.90 Đa đường truyền kết hợp Hình 1.91 OFDMA cho đường xuống Hình 1.92 SC-FDMA cho đường lên Hình 2.1 Các trạng thái của LTE_UE Hình 2.2 LTE HO tới mạng 2G và 3G Hình 2.3 UE bật nguồn Hình 2.4 Quản lý di động EPS Hình 2.5 Cập nhật vùng định vị Hình 2.6 Các bản tin của thủ tục TAU Hình 2.7 IMSI và S-TMSI Hình 2.8 Thủ tục yêu cầu RRC Connection Hình 2.9 Thiết lập SAE dành riêng Hình 2.10 Thiết lập RRC Connected khi có bản tin tìm gọi Hình 2.11 Cấu trúc kênh sử dụng trong chế RRC Idle (Idle mode) Hình 2.12 Trạng thái cell và lớp truy nhập Hình 2.13 Các tín hiệu tham chiếu của RSRP Hình 2.14 Kênh P-SCH và S-SCH Hình 2.15 Chu trình của UE từ lúc bật máy đến RRC Idle Hình 2.16 Thủ tục và tiêu chuẩn tính của Cell Reselection Hình 2.17 Nguyên lý của Cell Reselection Hình 2.18 Các trạng thái E-UTRA và các thủ tục di động inter-RAT Hình 2.19 Thủ tục kích hoạt HO Hình 2.20 Báo hiệu intra-LTE HO, inter-eNodeB Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học 9 Hình 2.21 Cấu trúc roaming cho mạng truy nhập intra-3GPP Hình 2.22 Inter-RAT HO từ E-UTRAN tới UTRAN, giai đoạn chuẩn bị Hình 2.23 Inter-RAT HO từ E-UTRAN tới UTRAN, giai đoạn thực hiện Hình 2.24 Thuật toán quyết định chuyển giao cứng Hình 2.25 OptimizeRatio của thuật toán chuyển giao cứng Hình 2.26 OptimizeRatio của thuật toán chuyển giao tích hợp Hình 2.27 OptimizeRatio của thuật toán chuyển giao có sự ràng buộc RSRP trung bình Hình 2.28 Số cuộc chuyển giao trung bình của UE bình trong một đơn vị thời gian Hình 3.1 Tỷ lệ sử dụng smartphone ở một số quốc gia Hình 3.2 Sản lượng bán ra và thị phần của 05 thương hiệu Tablet hàng đầu ở VN DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các bối cảnh di động của UE Bảng 2.2 Báo cáo đo kích hoạt sự kiện cho E-UTRA và inter-RAT Bảng 2.3 Các tham số đánh giá thuật toán quyết định HO Bảng 2.4 Đánh giá thuật toán quyết định chuyển giao cứng Bảng 2.5 Đánh giá thuật toán quyết định chuyển giao tích hợp Bảng 2.6 Đánh giá thuật toán quyết định chuyển giao có sự ràng buộc RSRP trung bình Bảng 2.7 Tổng hợp kết quả đánh giá thuật toán quyết định HO Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học 10 MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LUẬN VĂN. - 12 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM KĨ THUẬT CỦA MẠNG LTE (4G. - Giới thiệu về mạng LTE. - Cấu trúc mạng LTE. - Giao diện vô tuyến cơ bản của mạng LTE. - 77 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG THỨC CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG LTE (4G. - Các bối cảnh di động của thuê bao. - Quản lý sự di động thuê bao trong trạng thái RRC Idle. - Các trạng thái RRC của mạng LTE (RRC States. - Quản lý sự di động thuê bao trong trạng thái RRC Connected (Handover. - 121 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học 11 CHƯƠNG 3: TƯƠNG LAI SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ LTE TRÊN THẾ GIỚI VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LTE Ở VIỆT NAM. - Tương lai sử dụng công nghệ LTE trên thế giới. - Đánh giá về triển vọng sử dụng thiết bị di động cầm tay ở Việt Nam. - 143 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học 12 LỜI MỞ ĐẦU 1. - Lý do chọn đề tài Trong những năm đầu thế kỉ thứ XXI, cùng với sự phát triển như vũ bão của số lượng thuê bao di động cũng là sự phát triển không ngừng các nhu cầu đỏi hỏi về chất lượng dịch vụ và tốc độ sử dụng dịch vụ ngày càng cao hơn, thuê bao có thể sử dụng nhiều ứng dụng tốt trên nền tảng thiết bị di động thông minh (smartphone). - Do đó, mạng điện thoại di động thế hệ thứ 4 (4G) ra đời là tất yếu để đáp ứng được những nhu cầu bức thiết của đời sống xã hội, của thuê bao. - Đó cũng là sự phát triển theo trình tự logic tất yếu từ mạng di động thế hệ thứ nhất (1G) tới mạng di động thế hệ thứ 2 (2G), mạng di động thệ hệ thứ 3 (3G) và mạng di động thế hệ thứ 4 (4G). - Mạng di động 4G là sự kế thừa những ưu điểm vượt trội của các mạng di động thế hệ trước và bổ sung cho mình những ưu điểm tốt hơn để đáp ứng được đòi hỏi của xã hội và thuê bao trong xu thế toàn cầu hóa và kết nỗi thông tin nhanh ở khắp mọi nơi trên thế giới. - Một số ưu điểm của mạng thế hệ 4G đó là băng thông rộng hơn và hiệu quả sử dụng băng thông tốt hơn, chất lượng dịch vụ tốt và vùng phủ rộng, tốc độ truyền dữ liệu cao và ổn định có thể truyền dữ liệu cho các dịch vụ đòi hỏi độ nét cao, tích hợp các thiết bị ở nhiều phân lớp khác nhau trên nền tảng công nghệ chuyển mạch gói IP. - Qua phân tích ở trên ta có thể thấy rằng thế hệ 4G phù hợp với xu thế phát triển của mạng di động tại Việt Nam, điều đó cũng thôi thúc các nhà vận hành mạng nghiên cứu công nghệ, làm chủ công nghệ và sớm đưa mạng di động thế hệ 4G vào phục vụ người sử dụng trong tương lai. - Lịch sử nghiên cứu Lịch sử hình thành nghiên cứu mạng LTE (4G) là dựa vào các kiến thức đã nghiên cứu từ thế hệ mạng 2G, mạng 3G, các kiến thức thực tế, kinh nghiệm làm việc, kĩ năng công việc để kế thừa và tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện mạng 4G. - Từ xu thế phát triển tất yếu của công nghệ mạng di động dẫn tới sự thôi thúc việc làm chủ cộng nghệ, cập nhật những kiến thức mới để phục vụ cho việc quy hoạch, thiết kế vận hành, triển khai, giám sát và tối ưu hóa mạng di động LTE trong tương lai. - Mục đích nghiên cứu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học 13 Từ các lập luận ở trên, thì nhiệm vụ của luận văn tốt nghiệp sẽ phân tích rõ các đặc điểm kĩ thuật, các ưu điểm của mạng 4G, các thuật toán quan trọng, sơ đồ cấu trúc, chức năng thiết bị, cơ chế tổ chức kênh truyền qua giao diện vô tuyến và cơ chế cấp phát kênh… Đặc biệt sẽ tìm hiểu rõ về thuật toán quan trọng của mạng di động thế hệ 4G là thuật toán chuyển giao (HO) để giúp bản thân em và các bạn đọc có sự hiểu biết sâu về mạng di động 4G. - Phạm vi nghiên cứu là các tài liệu theo tiêu chuẩn 3GPP, các bài thuyết trình của các học giả nổi tiếng, các quy trình và hướng dẫn vận hành của các nhà mạng đã có kinh nghiệm khai thác mạng LTE. - Chương 1: Giới thiệu công nghệ và đặc điểm kĩ thuật của mạng LTE (4G. - Chương 2: Phương thức chuyển giao trong mạng LTE (4G. - Luận văn cũng giúp em phân tích sâu hơn về thuật toán HO các thống số quan trọng của nó, giúp cho các bạn đọc có thể hiểu và sử dụng tốt thuật toán HO trong quá trình khai thác và tối ưu mạng LTE. - Luận văn cũng cấp được các luận cứ của bản thân để thấy rõ được tính cấp thiết triển khai mạng LTE tại Việt Nam trong tương lại gần. - Và luận văn cũng đưa ra các bước triển khai cơ bản mạng LTE bạn đọc có thể tham khảo (chương 2, chương 3). - Nghiên cứu các tài liệu theo tiêu chuẩn 3GPP và từ các kinh nghiệm về việc triển khai mạng di động thế hệ 2G, 3G để làm rõ các vấn để lý thuyết phù hợp với thực tế. - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học 14 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM KĨ THUẬT CỦA MẠNG LTE (4G) Chương này đưa ra một cách nhìn xuyên suốt về sự hình thành và phát triển của 3GPP Long Term Evolution như là công nghệ mạng di động thế hệ thứ 4 (4G) và giải thích các khái niệm chính được sử dụng trong mạng LTE. - Mô tả chi tiết hơn của mạng LTE được đưa ra theo tài liệu [3]. - Nội dung của chương này bao gồm: Phần 1 giới thiệu về mạng LTE và tiến trình hình thành và phát triển của nó. - Phần 4 giới thiệu về giao diện vô tuyến cơ bản của mạng LTE với các kênh vô tuyến tham gia vào quá trình HO. - Giới thiệu về mạng LTE: 1.1.1. - Tiến trình phát triển của mạng di động: Hình 1.1. - Tiến trình phát triển của mạng di động [3] Nhìn sơ đồ ta thấy mạng di động phát triển theo trình tự từ thế hệ 2G 2.5G 3G Evolved 3G. - Sự phát triển của mạng di động tương ứng với sự phát triển của tốc độ truyền dữ liệu và tích hợp nhiều dịch vụ trên nền tảng mạng di động. - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học 15 Các Release (phiên bản) 3GPP tương ứng của mạng di động là. - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội/Viện đào tạo sau Đại học 16 Hình 1.2. - Sơ đồ vật lý tổng quan của mạng 3G [2] Trong mạng UMTS, phân mạng UTRAN đươc tạo bởi các RNC, các Node B và các giao diện định rõ
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt