Đang tải... (xem toàn văn)
Trong những năm gần đây, mạng không dây ngày càng trở lên phổ biến với sự ra đời của hàng loạt những công nghệ khác nhau như Wi-Fi (802.1x), WiMax (802.6). Cùng với đó là tốc độ phát triển nhanh, mạnh của hệ thống viễn thông phục vụ nhu cầu sử dụng của hàng triệu người mỗi ngày. Hệ thống di động thế hệ thứ hai, với GSM và CDMA là những ví dụ điển hình phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia. Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ 2.5G hay 3G vần đang phát triển không ngừng nhưng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đã bắt đầu tiến hành triển khai đưa vào dùng trong một số nước trên thế giới và tương lai không xa Việt Nam cũng đưa vào dùng đó là một chuẩn di động thế hệ mới có rất nhiều tiềm năng và nó là một chuẩn di động 4G LTE ( Long Term Evolution). Trước đây muốn truy cập dữ liệu, phải cần có một đường dây cố định để kết nối. Nhưng với LTE có thể truy cập tất cả các dịch vụ mọi lúc mọi nơi trong khi vẫn di chuyển: xem phim chất lượng cao HDTV, điện thoại thấy hình, chơi game, nghe nhạc trực tuyến, tải cơ sở dữ liệu... với một tốc độ “siêu tốc ”. Đó chính là sự khác biệt giữa mạng di động thế hệ thứ 3 (3G) và mạng di động thế hệ thứ 4 (4G). Tuy vẫn còn khá mới mẻ nhưng mạng di động băng rộng 4G đang được kỳ vọng tại Việt Nam sẽ tạo ra nhiều thay đổi khác biệt so với những mạng di động hiện nay. Chính vì vậy, đồ án tốt nghiệp em chọn đề tài “Hệ Thống Thông Tin Di Động 4G LTE (Long Term Evolution)”.
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ- ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài : “HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G LTE” Giảng viên hướng dẫn : TS. LÊ MINH HIẾU Sinh viên thực hiện : CAO MINH QUÝ Lớp : K14D Khoá : 2011-2015 Hệ : ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Hà Nội, tháng 05/2015 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do – Hạnh phúc KHOA CN ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Họ và tên sinh viên: CAO MINH QUÝ Lớp: K14D Khoá: 2011 - 2015 Ngành đào tạo: Điện tử Viễn thông Hệ đào tạo: Đại học chính quy 1/ Tên đồ án tốt nghiệp: “Hệ Thống Thông Tin Di Động 4G LTE ” 2/ Nội dung chính của đồ án: 1/ Chương 1: Tổng quan các hệ thống thông tin di động. 2/ Chương 2: Kiến trúc mạng 4G. 3/ Chương 3: Truy nhập vô tuyến trong LTE. 4/ Chương 4: Kiến trúc EnodeB trong LTE 5/ Chương 5: Triển khai LTE tại Việt Nam. 3/ Cơ sở dữ liệu ban đầu: Theo tiêu chuẩn kĩ thuật mạng 4G 4/ Ngày giao đồ án: / 03 /2015 5/ Ngày nộp đồ án : 05 /2015 TRƯỞNG KHOA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN GVHD: TS. LÊ MINH HIẾU 2 SVTH: CAO MINH QUÝ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, mạng không dây ngày càng trở lên phổ biến với sự ra đời của hàng loạt những công nghệ khác nhau như Wi-Fi (802.1x), WiMax (802.6). Cùng với đó là tốc độ phát triển nhanh, mạnh của hệ thống viễn thông phục vụ nhu cầu sử dụng của hàng triệu người mỗi ngày. Hệ thống di động thế hệ thứ hai, với GSM và CDMA là những ví dụ điển hình phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia. Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ 2.5G hay 3G vần đang phát triển không ngừng nhưng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đã bắt đầu tiến hành triển khai đưa vào dùng trong một số nước trên thế giới và tương lai không xa Việt Nam cũng đưa vào dùng đó là một chuẩn di động thế hệ mới có rất nhiều tiềm năng và nó là một chuẩn di động 4G LTE ( Long Term Evolution). Trước đây muốn truy cập dữ liệu, phải cần có một đường dây cố định để kết nối. Nhưng với LTE có thể truy cập tất cả các dịch vụ mọi lúc mọi nơi trong khi vẫn di chuyển: xem phim chất lượng cao HDTV, điện thoại thấy hình, chơi game, nghe nhạc trực tuyến, tải cơ sở dữ liệu với một tốc độ “siêu tốc ”. Đó chính là sự khác biệt giữa mạng di động thế hệ thứ 3 (3G) và mạng di động thế hệ thứ 4 (4G). Tuy vẫn còn khá mới mẻ nhưng mạng di động băng rộng 4G đang được kỳ vọng tại Việt Nam sẽ tạo ra nhiều thay đổi khác biệt so với những mạng di động hiện nay. Chính vì vậy, đồ án tốt nghiệp em chọn đề tài “Hệ Thống Thông Tin Di Động 4G LTE (Long Term Evolution)”. Với mục đích đó đề tài được chia ra làm năm chương: Chương 1: Tổng quan các hệ thống thông tin di động Chương 2: Kiến trúc mạng 4G. Chương 3: Truy nhập vô tuyến trong LTE. Chương 4: Kiến trúc EnodeB trong LTE Chương 5: Triển khai LTE tại Việt Nam. GVHD: TS. LÊ MINH HIẾU 3 SVTH: CAO MINH QUÝ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đối với các thầy cô giáo trường Viện Đại Học Mở Hà Nội, đặc biệt là các thầy cô giáo trong khoa Công Nghệ Điện Tử Thông Tin đã tạo điều kiện tốt cho em trong suốt quá trình học tập và giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Em cũng xin chân thành cảm ơn thầy giáo Lê Minh Hiếu đã nhiệt tình hướng dẫn để em hoàn thành tốt đề tài đồ án tốt nghiệp. Để thực hiện đồ án tốt nghiệp này, em đã sử dụng những kiến thức chọn lọc từ các tài liệu của các thầy giáo, cô giáo trong và ngoài trường. Ngoài ra đồ án còn sử dụng những tài liệu phổ biến rộng rãi trên Internet. Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do hạn chế về thời gian cũng như hiểu biết kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế của một sinh viên nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của các Thầy giáo Cô giáo cũng như các bạn sinh viên. Em xin chân thành cảm ơn! GVHD: TS. LÊ MINH HIẾU 4 SVTH: CAO MINH QUÝ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NHẬN XÉT ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… GVHD: TS. LÊ MINH HIẾU 5 SVTH: CAO MINH QUÝ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC MỤC LỤC 6 DANH MỤC HÌNH VẼ 7 DANH MỤC BẢNG BIỂU 9 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1 CHƯƠNG 2 – KIẾN TRÚC MẠNG 4G 13 CHƯƠNG 3: TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE 29 CHƯƠNG 4: KIẾN TRÚC ENODEB TRONG LTE 51 CHƯƠNG 5: TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI LTE TẠI VIỆT NAM\ 58 KẾT LUẬN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 GVHD: TS. LÊ MINH HIẾU 6 SVTH: CAO MINH QUÝ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Tiến trình phát triển của hệ thống thông tin di động 1 Hình 1.2: Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động 4G 7 Hình 2.3 Phát triển kiến trúc 3GPP hướng tới kiến trúc phẳng hơn 13 Hình 2.4 Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có E-UTRAN 14 Hình 2.5 eNodeB kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính 17 Hình 2.6 MME kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính 19 Hình 2.7 Các kết nối S-GW tới các nút logic khác và các chức năng chính 20 Hình 2.8 P-GW kết nối tới các node logic khác và các chức năng chính 22 Hình 2.9 PCRF kết nối tới các nút logic khác & các chức năng chính 23 Hình 2.10 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển trong EPS 25 Hình 2.11 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người dùng trong EPC 26 Hình 2.12 Các ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng người dùng cho giao diện X2 27 Hình 3.13 Biểu diễn tần số-thời gian của một tín hiệu OFDM 31 Hình 3.0.14 Sự tạo ra ký hiệu OFDM có ích sử dụng IFFT 32 Hình 3.15 Sự tạo ra chuỗi tín hiệu OFDM 32 Hình 3.16 Cấp phát sóng mang con cho OFDM & OFDMA 33 Hình 3.17 Cấu trúc khung loại 1 33 Hình 3.18 Cấu trúc khung loại 2 34 Hình 3.19 Lưới tài nguyên đường xuống 35 Hình 3.20 Sơ đồ khối DFT-S-OFDM 37 Hình 3.21 Lưới tài nguyên đường lên 38 Hình 3.22 Ghép kênh thời gian – tần số OFDMA 39 Hình 3.23 Phát và thu OFDMA 40 Hình 3.24 Phát & thu hướng lên LTE 42 GVHD: TS. LÊ MINH HIẾU 7 SVTH: CAO MINH QUÝ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 3.25 So sánh OFDMA & SC-FDMA truyền một chuỗi các ký hiệu 43 Hình 3.26 Các chế độ truy nhập kênh vô tuyến 44 Hình 3.27 MIMO 2×2 , không có tiền mã hóa 46 Hình 3.28 Xử lý tín hiệu cho phân tập phát và ghép kênh không gian (MIMO) 47 Hình 3.29 Đa người sử dụng MIMO trong hướng lên 50 Hình 4.30 Kiến trúc chung của một BTS 51 Hình 4.31 Kiến trúc phần mềm của ENODE 51 Hình 4.32 Kiến trúc tổng quát phần cứng của một eNodeB 52 Hình 4.33 Cấu trúc máy phát đổi tần trong eNodeB 52 Hình 4.34 Cấu trúc tổng quát phần cứng của một máy thu đổi tần (heterodyne) 53 Hình 4.35 Thực hiện phát/thu biến đổi qua trung tần số 53 Hình 5.36 Ericsson phối hợp với Cục Tần số Vô tuyến điện thử nghiệm công nghệ 60 Hình 5.37 Trạm gốc LTE 60 GVHD: TS. LÊ MINH HIẾU 8 SVTH: CAO MINH QUÝ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các đặc điểm chính của mạng LTE 10 Bảng 2.2 Các giao thức và giao diện LTE 28 Bảng 3.3 Các băng tần vận hành E-UTRAN (TS 36.101) 31 Bảng 3.4 Số lượng các khối tài nguyên cho băng thông LTE khác nhau (FDD&TDD) 35 Bảng 3.5 Tham số cấu trúc khung đường xuống ( FDD & TDD ) 36 Bảng 3.6 Các tham số cấu trúc khung đường lên ( FDD&TDD) 38 Bảng 4.7 Đặc tả kỹ thuật của DBS 54 Bảng 4.8 Mô tả các cửa trên các phiến hoặc module của BBU 55 Bảng 4.9 Đặc tả thông số kỹ thuật của BBU3900 56 Bảng 4.10 Các cấu hình điển hình của DBS (BBS3900) 57 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 3GPP Third Generation Partnership Project Dự án các đối tác thế hệ thứ ba ACK Acknowledgement Sự báo nhận AMPS Advanced Mobile Phone Sytem Hệ thống điện thoại di động tiên tiến BB Baseband Băng gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CQI Channel Quality Information Thông tin chất lượng kênh DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng DCI Downlink Control Information Thông tin điều khiển đường xuống DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi fourier rời rạc DL Downlink Đường xuống DL-SCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống DPCCH Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng DwPTS Downlink Pilot Time Slot Khe thời gian điều khiển đường xuống E-DCH Enhanced DCH DCH được tăng cường EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution Tốc độ dữ liệu tăng cường cho GSM phát triển EPC Evolved Packet Core Mạng lõi gói phát triển EPDG Evolved Packet Data Gateway Cổng dữ liệu gói phát triển E-TRAN Evolved Universal Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu phát triển FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia tần số FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia tần số GGSN Gateway GPRS Support Node Nút cổng hỗ trợ GPRS GP Guard Period Khoảng bảo vệ GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GRE Generic Routing Encapsulation Đống gói định tuyến chung GSM Global System for Mobile Communication Hệ thống truyền thông di động toàn cầu GTP GPRS Tunneling Protocol Giao thức đường hầm GPRS [...]... lĩnh vực như: Dịch vụ dữ liệu máy tính, dịch vụ viễn thông, dịch vụ nội dung số như âm thanh hình ảnh Những lý do trên thúc đẩy các tổ chức nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin di dộng trên thế giới tiến hành nghiên cứu và đã áp dụng trong thực tế chuẩn mới cho hệ thống thông tin di động: Thông tin di động 3G 1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 ( 3G ) Vào năm 1992 , ITU công bố chuẩn IMT-2000... QUAN CÁC HỆ THỐNG TTDĐ giới là WCDMA (FDD) và CDMA 2000 WCDMA được phát triển trên cơ sở tương thích với giao thức của mạng lõi GSM (GSM MAP), một hệ thống chiếm tới 65% thị trường thế giới Còn CDMA 2000 nhằm tương thích với mạng lõi IS-41, hiện chiếm 15% thị trường 1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G) : o Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 sang thế hệ 4 qua giai đoạn trung gian là thế hệ 3,5... Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu VoIP Voice over IP Thoại qua IP WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng Wireless Local Area Network Mạng nội bộ không dây WLAN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG TTDĐ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Tổng quan về hệ thống thông tin di động 1.1.1 Hệ thống thông. .. Nga AMPS ( Advance Mobile Phone Sytem – Hệ thống điện thoại di động tiên tiến ) được sử dụng ở Mỹ và Úc TACS (Total Access Communication Sytem – Hệ thống truyền thông truy nhập toàn phần ) được sử dụng ở Anh Hình 1.1: Tiến trình phát triển của hệ thống thông tin di động Hầu hết các hệ thống đều là hệ thống tương tự và dịch vụ truyền chủ yếu là thoại Với hệ thống này, cuộc gọi có thể bị nghe trộm... chủ yếu của thế hệ 1G là dung lượng thấp, xác suất rớt cuộc gọi cao, khả năng chuyển cuộc gọi không tin cậy, chất lượng âm thanh kém, không có chế độ bảo mật do vậy hệ thống 1G không thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng GVHD: TS LÊ MINH HIẾU 1 SVTH: CAO MINH QUÝ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG TTDĐ 1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ( 2G ) Hệ thống di động thế hệ thứ 2 sử dụng... thông tin di động 1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất ( 1G ) Công nghệ di động đầu tiên là công nghệ tương tự, là hệ thống truyền tín hiệu tương tự, là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại, được khơi mào ở Nhật Bản vào năm 1979 Những công nghệ chính thuộc thế hệ thứ nhất này có thể kể đến là: NMT ( Nordic Mobile Telephone – Điện thoại di động Bắc Âu ) được sử dụng ở các nước Bắc... được phục hồi duy nhất ở thiết bị thuê bao ( máy điện thoại di động ) với mã ngẫu nhiên tương ứng IS 95(2G) phát triển tiếp lên IS 95B (2.5G) Mặc dù hệ thống thông tin di động 2G được coi là những tiến bộ đáng kể nhưng vẫn gặp phải các hạn chế sau: Tốc độ thấp và tài nguyên hạn hẹp.Vì thế cần thiết phải chuyển đổi lên mạng thông tin di động thế hệ tiếp theo để cải thiện dịch vụ truyền số liệu, nâng cao... bao di chuyển cao và 1Gbps cho thuê bao ít di chuyển, băng thông linh động lên đến 40MHz Sử dụng hoàn toàn trên nền IP, cung cấp các dịch vụ như điện thoại IP, truy cập internet băng rộng, các dịch vụ game và dòng HDTV đa phương tiện… GVHD: TS LÊ MINH HIẾU 6 SVTH: CAO MINH QUÝ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG TTDĐ Hình 1.2: Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động 4G 1.1.4.2... LTE 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 cạnh tranh cho hệ thống này trong tương lai, tháng 11/2004 3GPP đã bắt đầu dự án nhằm xác định bước phát triển về lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term Evolution (LTE) 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho mỗi bít thông. .. 20MHZ băng thông Ngoài viêc cải thiện tốc độ dữ liệu đỉnh hệ thống LTE còn cung cấp hiệu suất phổ cao hơn từ 2 đến 4 lần của hệ thống HSPA phiên bản 6 Dải tần co giãn được : Dải tần vô tuyến của hệ thống LTE có khả năng mở rộng từ 1.4 MHz, 3MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz cả chiều lên và xuống Điều này dẫn đến sự linh hoạt sử dụng được hiệu quả băng thông Mức công suất cao hơn khi hoạt động ở băng . CÁC HỆ THỐNG TTDĐ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1. Tổng quan về hệ thống thông tin di động 1.1.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất ( 1G ). Công nghệ di động. nghiên cứu và đã áp dụng trong thực tế chuẩn mới cho hệ thống thông tin di động: Thông tin di động 3G. 1.1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 ( 3G ) Vào năm 1992 , ITU công bố chuẩn IMT-2000. hiện chiếm 15% thị trường. 1.1.4. Hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G) : o Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 sang thế hệ 4 qua giai đoạn trung gian là thế hệ 3,5 có tên là mạng truy nhập