Đang tải... (xem toàn văn)
Quyền đồ án gồm 4 chương : Chương1: Giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin di động LTELTEAdvance. Chương 2: Hệ thống thông tin di động LTELTEAdvanced sử dụng femtocell. Chương 3: Một số giải pháp cho hệ thống LTELTEAdvanced sử dụng femtocell. Chương 4: Kết luận và kiến nghị.
Đồ án Tốt nghiệp Đại học Mở đầu Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 1 MỞ ĐẦU Thông tin di động số đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới với những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong cuộc sống hằng ngày. Các kĩ thuật không ngừng đƣợc hoàn thiện đáp ứng nhu cầu của ngƣời tiêu dùng. Để đáp ứng nhu cầu băng thông lớn, tốc độ ngày càng cao của con ngƣời thì 3G cũng nhƣ phát triển lên 4G ngày càng trở lên vô cùng cấp thiết. Để có thể tạo ra một mạng 4G(LTE) đáp ứng đƣợc các nhu cầu ngƣời sử dụng, và áp dụng triển khai thực tế, các nhà mạng các công ty sản xuất thiết bị cũng nhƣ các tổ chức tiêu chuẩn đã không ngừng nghiên cứu và thử nghiệm. Việc áp dụng các lý thuyết cơ bản, các ứng dụng thực tế đã đem lại kết quả khả quan cho sự phát triển 4G. Một giải pháp tƣơng đối đơn giản đó là làm giảm khoảng cách đến với thiết bị ngƣời dùng di động, thì hiệu quả mang lại là rất lớn. Khi trạm gốc đƣợc đặt trong nhà sẽ có khả năng cung cấp một dịch vụ băng thông rộng và tốc độ cao. Và truyền tải thoại không có ƣu cầu quá cao sẽ vẫn đƣợc duy trì trên trạm gốc của nhà cung cấp dịch vụ đặt bên ngoài. Nhƣng thực tế nó cũng gặp phải thách thức về nhiễu giữ trạm gốc trong nhà và trạm gốc bên ngoài. Các nhà cung cấp thiết bị hay các tổ chức nghiên cứu cũng đƣa ra các giải pháp cho thách thức này. Vì vậy, trong đồ án này, em nghiên cứu đề tài: “Hệ thống thông tin di động sử dụng Femtocell” với trọng tâm là tìm hiểu một số thuật toán điều khiển công suất cho mạng thông tin di động sử dụng femtocell ở Chƣơng 3. Quyền đồ án gồm 4 chƣơng là: Chương1: Giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin di động LTE/LTE-Advance. Chương 2: Hệ thống thông tin di động LTE/LTE-Advanced sử dụng femtocell. Chương 3: Một số giải pháp cho hệ thống LTE/LTE-Advanced sử dụng femtocell. Chương 4: Kết luận và kiến nghị. Trong quá trình làm đồ án khó tránh khỏi sai sót, em rất mong sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và sự góp ý của các bạn để đồ án đƣợc hoàn thiện hơn. Em chân thành cảm ơn thầy Trƣơng Trung Kiên đã giúp em hoàn thành đồ án này! Hà Nội, ngày 26 tháng 11 năm 2012. Ngƣời thực hiện Phạm Phƣơng Đông Đồ án Tốt nghiệp Đại học Mục lục Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 1 MỤC LỤC CHƢƠNG1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE/LTE ADVANCED 9 1.1 Tổng quan về lịch sử thông tin di động 9 1.1.1 Hệ thống 1G 9 1.1.2 Hệ thống 2G 9 1.1.3 Hệ thống 3G 13 1.1.4 Hệ thống 4G 16 1.2 Tổng quan LTE/LTE Advanced 18 1.2.1Lịch sử ra đời LTE 18 1.2.2 Mong muốn đặt ra cho LTE 19 1.2.3 Các truy cập vô tuyến trong LTE 20 1.2.4 Sử dụng hệ thống MIMO trong LTE : 25 1.2.5 Các băng tần hỗ trợ : 27 1.2.6 LTE Advanced 28 1.3 Các phƣơng pháp tăng hiệu quả hệ thống thông tin di động (LTE) 29 CHƢƠNG2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE\LTE-ADVACEDSỬ DỤNG FEMTOCELL 32 2.1 Giới thiệu về Femtocell 32 2.2 Các khía cạnh kỹ thuật Femtocell 35 2.2.1 Tiêu chuẩn Femtocell 35 2.2.2 Đƣờng lên và xuống Femtocell 37 2.2.3 Kết nối Femtocell tới mạng lõi 42 2.3 Thách thức đối với Femtocell 49 2.3.1 Thách thức về kỹ thuật 49 2.3.2 Các vấn đề kinh tế và quản lý 55 CHƢƠNG 3 MỘT SỐ GIẢI PHÁP CHO HỆ THỐNG LTE\LTE ADVANCED SỬ DỤNG FEMTOCELL 59 3.1 Quản lý công suất cho mạng femtocell xanh 59 3.1.1Femtocell môi trƣờng doanh nghiệp 60 3.1.2 Thuật toán điểu khiển công suất 62 3.1.3 Ví dụ Femtocell tối ƣu hóa 68 3.2 Thiết lập công suất thích ứng 69 3.2.1 Đề án mức công suất thích nghi 70 3.3 Đánh giá và mô phỏng 74 Đồ án Tốt nghiệp Đại học Mục lục Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 2 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 4.1 Kết luận 81 4.2 Kiến nghị 81 Đồ án Tốt nghiệp Đại học Mục lục Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 3 MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG Hình 1.1: Mạng tế bào tái sử dụng tần số. 10 Hình 1.2: Cặp băng tần đƣờng lên và xuống trong GMS 900 11 Hình 1.3: Tổng quan mạng 3G 13 Hình 1.4: Tiến trình phát triển thông tin di động 17 Hình 1.5: Số lƣợng thuê bao di động 2008-2017 18 Hình 1.6: Sơ đồ thu phát OFDM 21 Hình 1.7: OFDMA 22 Hình 1.8: Thu và phát SC-FDMA 24 Hình 1.9: Nguyên tắc của truyền MIMO 26 Hình 1.10:Giải pháp small cell 31 Hình 2.1: Femtocell đơn giản 33 Hình 2.2: Tổng quát Femtocell 35 Hình 2.3: Mô hình truyền thống. 40 Hình 2.4: Mô hình 4G Marcocell đang dùng 41 Hình 2.5: Mô hình BS ngẫu nhiên hoàn toàn 41 Hình 2.6: Kiến trúc giải pháp Iub-trên-IP 43 Hình 2.7: Bộ giao thức của giải pháp « Iub trên IP » 43 Hình 2.8: Kiến trúc giải pháp Iu trên IP 45 Hình 2.9: Bộ giao thức của giải pháp « Iu trên IP » 45 Hình 2.10:Bộ giao thức của giải pháp dựa trên UMA/GAN 47 Hình 2.11: Kiến trúc giải pháp dựa trên IMS/SIP 48 Hình 2.12:Bộ giao thức của giải pháp dựa trên IMS/SIP 48 Hình 2. 13: Phối nhiễu trong Femtocell 50 Hình 2.14: Liên kết di động cân bằng mạng không đồng nhất 52 Hình 3.1: Femtocell triển khai trong doanh nghiệp 60 Hình 3.2: Femtocells triển khai trong chế độ rỗi 63 Hình 3.3: Sơ đồ thuật toán tối ƣu hóa công suất văn phòng 65 Hình 3.4: Đo sự can thiệp tế bào khác 66 Hình 3.5: Hìnhảnh của đề án thiết lập công suất 71 Hình 3.6: Sơ đồ thuật toán công suất thích ứng 72 Hình 3.7: Thâm nhập ƣớc tính tổn thất giữa femtocell BS và macrocell MS 74 Đồ án Tốt nghiệp Đại học Mục lục Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 4 Hình 3.8: Trƣờng hợp CR=2km; PL =30dB 77 Hình 3.9: Trƣờng hợp CR=2km; PL =10 dB 78 Hình 3.10: Trƣờng hợp CR=0,289km; PL=10 dB 79 Hình 3.11: Trƣờng hợp CR= 0,289Km; PL= 30dB 80 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Các băng tần sử dụng trong LTE ………………………………………… …28 Bảng 2: So sáng LTE-Advanced với LTE ….……………………………………… ….29 Bảng 3: Các thông số thiết lập macrocell giả định………………………………………73 Bảng 4: Các thông số thiết lập femtocell giả định………………………… …………74 Đồ án Tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 5 KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT STT Kí hiệu Tên tiếng anh Tên tiếng việt 1 AAA Authentication, Authorization, and Accounting Xác thực, ủy quyền và tính cƣớc 2 ACS Auto Configuration Server Máy chủ cấu hình tự động 3 AF Amplify-and-forward Khuếch đại và chuyển tiếp 4 AMPS Advanced Mmobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên tiến 5 ATM Asynchronous Transfer Mode Chuyển mạch gói không đồng bộ 6 BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit 7 BS Base Station Trạm gốc 8 BSC Base Station Central Trung tâm trạm gốc 9 BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát sóng di động 10 CC Call Control Điều khiển cuộc gọi 11 CDMA Code Division Multiple Access Da truy nhập phân mã 12 CSCF Call Session Control Function Chức năng điều khiển phiên gọi 13 CSI Channel State Information Kênh thông tin trạng thái 14 CSG Close Subscriber Group Nhóm thuê bao đóng 15 D-AMPS Digital AMPS Hệ thống điện thoại di động số tiên tiến Đồ án Tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 6 16 DF Decode-and-Forward Giải mã và chuyển tiếp 17 DL Downlink Đƣờng xuống 18 DTF Domain Transfer Function Chuyển giao chức năng mềm 19 DTM Dynamic synchronous Transfer Mode Phƣơng thức truyền tải đồng bộ động 20 EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution Công nghệ di động đƣợc nâng cấp từ GPRS 21 FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh 22 FDD Frequency Division Duplex Truyền song công phân chia theo tần số 23 FDMA Frequency Division Mutiple Access Đa truy nhập phân tần số 24 FGW Femtocell GateWay Cổng femtocell 25 FM Frequency Modulation Điều chế tần số 26 F-RS Fixed Relay Station Trạm chuyển tiếp cố định 27 GAN Generic Access Network Truy cập mạng chung 28 GANC GAN controller Điều khiển truy nhập mạng chung 29 GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp 30 GSM Global System for Mobile Communications Hệ thống thông tin di động toàn cầu 31 HO Hand Over Chuyển giao 32 HSPA High Speed Packet Access Truy cập gói tốc độ cao 33 HSS Home Subscriber Server Thuê bao máy chủ nhà 34 IDFT Inverse Discrecte Fourier Transform Biến đổi rời rạc Fourier Đồ án Tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 7 đảo 35 IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi nhanh Fourier đảo 36 IMS IP Multimedia Subsystem IP đa phƣơng tiện hệ thống phụ 37 ITU International Telecommunication Union Liên minh viễn thông Quốc tế 38 LOS Line of Sight Tầm nhìn thẳng 39 LTE Long Term Evolution Tiến hóa dài hạn 40 MBSFN Methods Broadcast Single Frequency Network Phƣơng pháp mạng phát sóng tần số duy nhất 41 MIMO Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào đa đầu ra 42 MM Mobility Management Quản lý di động 43 MME Mobility Management Entity Thực thể quản lý tính di động 44 M-RS Mobile Relay Station Chuyển tiếp trạm điện thoại di động 45 MS Mobilde Station Trạm di động 46 MSC Mobile Switching Center Tổng đài chuyển mạch di động 47 OFDM Orthogonal frequency division multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao 48 OSG Open Subscriber Group Nhóm thuê bao mở 49 PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ lệ công suất đỉnh so với trung bình 50 PDG Packet Data Gateway Cổng gói dữ liệu 51 QI Quality Indicator Chỉ số chất lƣợng 52 QoS Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ Đồ án Tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 8 53 RNC Radio Network Controller Khối điều khiển mạng vô tuyến 54 RSSI Received Signal Strength Indicator Chỉ số cƣờng độ tín hiệu nhận đƣợc 55 RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến 56 SC-FDMA Single Carrier-Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân tần một kênh truyền duy nhất 57 SDMA Space Domain Multiple Access Đa truy nhập miền không gian 58 SIP Session Initiation Protocol Giao thức phiên khởi đầu 59 SIPTO Selected IP Traffic Offload Chọn giảm tải lƣu lƣợng IP 60 SINR Signal to Interference plus Noise Ratio Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cộng tạp âm 61 SGSN Serving GPRS Support Node Nốt hỗ trợ phụ vụ GPRS 62 SNR Signal to Noise Ratio Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu 63 TACS Total Access Communication Sytem Hệ thống giao tiếp truy cập tổng hợp 64 TDD Time Division Duplex Truyền song công phân chia theo thời gian 65 TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân theo thời gian 66 UE User Equipment Thiết bị ngƣời dùng 67 UL Up Link Đƣờng lên 68 UMTS Universal Mobile Telecommunications Systems Hệ thống viễn thông di động toàn cầu Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chƣơng 1. Tổng quan về LTE/LTE Advanced Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 9 CHƢƠNG1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE/LTE ADVANCED Thông tin di động không còn là khái niệm xa lạ và sự phát triển nhanh chóng của nó cũng đƣợc nhìn thấy rõ ràng. Theo Martin Cooper Arraycomm: "Khả năng di động đã tăng gấp đôi sau 30 tháng kể từ hơn 104 năm qua". Và tốc độ của nó có thể vƣợt ngoài dự đoán trƣớc đây. Trong chƣơng 1 em muốn giới thiệu khái quát nhất về hệ thống thông tin di động từ thế hệ đầu tiên là 1G đến thế hệ mới nhất là 4G(LTE). Đồng thời trình bày tổng quan về hệ thống LTE/LTE-Advanced. Một số cách làm tăng hiệu quả hệ thống các giải pháp mới nhằm đáp ứng đƣợc sự tăng trƣởng của hệ thống. 1.1 Tổng quan về lịch sử thông tin di động 1.1.1 Hệ thống 1G Công nghệ di động đầu tiên là công nghệ tƣơng tự, là hệ thống truyền tín hiệu tƣơng tự (analog), là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại, đƣợc khơi mào ở Nhật vào năm 1979. Những công nghệ chính thuộc thế hệ thứ nhất này có thể kể đến là : NMT (Nordic Mobile Telephone) đƣợc sử dụng ở các nƣớc Bắc Âu, Tây Âu và Nga. Cũng có một số công nghệ khác nhƣ AMPS (Advanced Mobile Phone Sytem – hệ thống điện thoại di động tiên tiến) đƣợc sử dụng ở Mỹ và Úc; TACS (Total Access Communication Sytem – hệ thống giao tiếp truy cập tổng hợp) đƣợc sử dụng ở Anh, C-45 ở Tây Đức, Bồ Đào Nha và Nam Phi, Radiocom 2000 ở Pháp; và RTMI ở Italia. Hầu hết các hệ thống đều là hệ thống analog và yêu cầu chuyển dữ liệu chủ yếu là âm thanh. Với hệ thống này, cuộc gọi có thể bị nghe trộm bởi bên thứ ba. Một số chuẩn trong hệ thống này là: NTM, AMPS, Hicap, CDPD, Mobitex, DataTac. Những điểm yếu của thế hệ 1G là dung lƣợng thấp, xác suất rớt cuộc gọi cao, khả năng chuyển cuộc gọi không tin cậy, chất lƣợng âm thanh kém, không có chế độ bảo mật…do vậy hệ thống 1G không thể đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng . 1.1.2 Hệ thống 2G Năm 1982, hội nghị quản lý bƣu điện và viễn thông ở Châu Âu (CEPT – European Conference of Postal and Telecommunications adminstrations) thành lập 1 nhóm nghiên cứu, GSM – Group Speciale Mobile, mục đích phát triển chuẩn mới về [...]... học Chƣơng 2 Hệ thống LTE sử dụng Femtocell CHƢƠNG2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE\LTEADVACEDSỬ DỤNG FEMTOCELL Trong chƣơng 1 đã có giới tổng quan về tiến trình phát triển đi lên của hệ thống thông tin di động LTE Trình bày một vài giải pháp cơ bản giúp tăng hiệu quả hệ thống thông tin di ộng nói chung cũng nhƣ LTE nói riêng Và trong chƣơng 2 em xin trình bày một giải pháp mới đƣợc áp dụng trên LTE... Advanced Lịch sử ra đời, tổng quan và khái quát về công nghệ 4G(LTE) em sẽ trình bày trong phần 2 của chƣơng 1 1.1.5 Thống kê và dự đoán về thông tin di động Dựa trên nhƣng kiến thức trên ta có thể có cái nhìn tổng quan về hệ thống thông tin di động Tiến trình phát triển của công nghệ thông tin di động có thể đƣợc khái quá qua mô hình dƣới đây: Hình 1.4: Tiến trình phát triển thông tin di động Báo Lenta... hệ thông thông tin di động nói chung, cũng nhƣ thúc đẩy hoàn thiện hệ thống LTE Đã có rất nhiều các giải pháp đƣợc nêu ra và đã áp dụng Trong phần 2.4 đã giới thiệu công nghệ đa an-ten một trong những giải pháp tăng hiệu quả cho LTE Ngoài ra còn rất nhiều các giải pháp làm tăng hiệu quả cho hệ thống thông tin di động nhƣ: Tăng phổ tần: Với những nghiên cứu làm tăng hiệu quả cho hệ thống thông tin di. .. thì một hệ thống thông tin di động có thể cho ta cải tiến hiệu quả gấp 5 lần ban đầu Đã có rất nhiều các nghiên cứu và công nghệ áp dụng để chia nhỏ tần số cũng nhƣng tăng số lƣợng ngƣời sử dụng trong một băng tần Nhƣng công nghệ OFDMA áp dụng cho đƣờng xuống trong LTE là một sự tối ƣu trong sử dụng tần số Điều chế: Thiết kế các bộ điều chế tốt hơn sẽ mang lại hiệu quả gấp 5 lần cho hệ thống di động Thực... nhiều cải tiến mới cũng nhƣ việc sử dụng triệt để nguồn tài nguyên tần số vô tuyến Hệ thống thông tin mạng tế bào đã đƣợc triển khai góp phần tái sử dụng tần số Hình sau đây là hệ thống di động tế bào tái sử dụng tần số Hình 1.1: Mạng tế bào tái sử dụng tần số Ta thấy mỗi vùng đƣợc phân chia thành 7 nhóm tế bào đánh số từ Cell 1 đến Cell 7 Các tế bào đánh số khác nhau sẽ sử dụng cùng một nhóm tần số giống... nghiệp Đại học Chƣơng 2 Hệ thống LTE sử dụng Femtocell 2.2 Các khía cạnh kỹ thuật Femtocell Hình 2.2: Tổng quát Femtocell Hình vẽ trên cho thấy khái quát rõ hơn về Femtocell, có thể coi hệ thống thông tin di động với nốt B cải tiến đặt trong nhà.Các thiết bị LTE trong nhà khi sử dụng dịch vụ dữ liệu tốc độ cao sẽ đƣợc HeNB kết nối với Internet qua đƣờng backhaul, mạng lõi di động đƣợc kết nối với internet... chuẩn công nghệ chính sau: - D-AMPS (Digital AMPS): Đƣợc sử dụng tại Bắc Mỹ D-AMPS đang dần đƣợcthay thế bởi GSM/GPRS và CDMA2000 - GSM (Global System for Mobile Communications): Các hệ thống triển khai GSM đƣợc sử dụng rất rộng rãi trên thế giới (ngoại trừ Bắc Mỹ, Nhật) Hệ thống GSM dồn kênh phân chia tần số đƣợc sử dụng, với mỗi đầu cuối di động truyền thông trên một tần số và nhận thông tin trên một... sử dụng nhƣ là: - Chính sách mở hoàn toàn: mọi thuê bao bất kỳ đều có thể truy cập femtocell khi nằm trong vùng phủ của nó Chính sách này không đảm bảo tính bảo mật cũng nhƣ lợi ích cho thuê bao chính trong nhà Nhƣng nó giúp phần sử dụng hiệu quả hệ thống thông tin di động đảm bảo tính trong suốt cho mạng vô tuyến Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 32 Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chƣơng 2 Hệ thống LTE sử dụng Femtocell. .. giả sử một đầu cuối có 8 khe thời gian Đây là công nghệ di động thế hệ 2.75G 1.1.3 Hệ thống 3G Hình 1.3: Tổng quan mạng 3G Mạng 3G (Third-generation technology) là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ điện thoại di động, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh ) 3G cung cấp cả hai hệ thống là chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh Hệ thống. .. gần đây là giải pháp femtocell hay còn gọi là trạm gốc trong nhà (home base station BSs) Thiết bị BS đƣợc lắp trực tiếp trong nhà thỏa mãn yêu cầu giảm khoảng cách đồng thời tiết kiệm năng lƣợng Giải pháp Femtocell hứa hẹn sẽ tạo ra một hệ thống thông tin di động hội tụ cao về thoại và dữ liệu Trong chƣơng tiếp theo em xin trình bày về hệ thống LTE/LTE-Advanced sử dụng công nghệ Femtocell Phạm Phƣơng . thông tin di động (LTE) 29 CHƢƠNG2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTELTE-ADVACEDSỬ DỤNG FEMTOCELL 32 2.1 Giới thiệu về Femtocell 32 2.2 Các khía cạnh kỹ thuật Femtocell 35 2.2.1 Tiêu chuẩn Femtocell. cứu đề tài: “Hệ thống thông tin di động sử dụng Femtocell với trọng tâm là tìm hiểu một số thuật toán điều khiển công su t cho mạng thông tin di động sử dụng femtocell ở Chƣơng 3. Quyền đồ. thống thông tin di động LTE/LTE-Advance. Chương 2: Hệ thống thông tin di động LTE/LTE-Advanced sử dụng femtocell. Chương 3: Một số giải pháp cho hệ thống LTE/LTE-Advanced sử dụng femtocell.