Đồ Án Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng

LỜI MỞ 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 mới trong tương lai. Hệ thống di động thế
hệ thứ hai, với GSM và CDMA là những ví dụ điển hình đã phát triển mạnh mẽ ở
nhiều quốc gia. Tuy nhiên, thị trường viễn thông càng mở rộng càng thể hiện rõ
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 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
cập 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 rất nhiều tiềm
năng và có thể sẽ trở thành chuẩn di động 4G trong tương lai, đó là LTE (Long
Term Evolution). 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.
Trước đây, muốn truy cập dữ liệu, bạn phải cần có 1 đường dây cố định để kết nối.
Trong tương lai không xa với LTE, bạn 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 v.v với một tốc độ “siêu
tốc”. Đó chính là sự khác biệt giữa mạng di động thế hệ thứ 3 (3G) và mạng di
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường 7 SVTH: Nguyễn Minh Tâm
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng
động thế hệ thứ tư (4G). 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.
Xuất phát từ những vấn đề trên, em đã lựa chọn đề tài tốt nghiệp của mình
là: “Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng”. Đề tài sẽ đi vào tìm hiểu tổng
quan về công nghệ LTE cũng như là những kỹ thuật và thành phần được sử dụng
trong công nghệ này để có thể hiểu rõ thêm về những tiềm năng hấp dẫn mà công
nghệ này sẽ mang lại.
Đề tài của em bao gồm 5 chương:
 Chương 1 Giới thiệu về công nghệ và mục tiêu thiết kế LTE
 Chương 2 Tổng quan về truy cập vô tuyến trong LTE
 Chương 3 Kiến trúc giao diện vô tuyến LTE
 Chương 4 Lớp vật lý LTE
 Chương 5 Các thủ tục truy cập LTE
Tuy nhiên do LTE là công nghệ vẫn đang được nghiên cứu, phát triển và
hoàn thiện cũng như là do những giới hạn về kiến thức của người trình bày nên đồ
án này chưa đề cập được hết các vấn đề của công nghệ LTE và không thể tránh
khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn.

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ 3
DANH MỤC BẢNG BIỂU . 6
LỜI MỞ ĐẦU 7
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ LTE . 9
1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE 9
1.2 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax và những triển vọng cho công nghệ
LTE 10
1.2.1 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax . 10
1.2.2 Những triển vọng cho công nghệ LTE . 13
1.3 Mục tiêu thiết kế LTE . 15
1.3.1 Tiềm năng công nghệ . 15
1.3.2Hiệu suất hệ thống . 16
1.3.3 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai . 18
1.3.3.1 Độ linh hoạt phổ và việc triển khai 19
1.3.4 Kiến trúc và sự dịch chuyển (migration) . 21
1.3.5 Quản lý tài nguyên vô tuyến 21
1.3.6 Độ phức tạp 22
1.3.7 Những vấn đề chung 22
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE 23
2.1Hệ thống truyền dẫn: đường xuống OFDM và đường lên SC-FDMA . 23
2.2Hoạch định phụ thuộc kênh truyền và sự thích ứng tốc độ (Channel-dependent
scheduling and rate adaptation) . 25
2.2.1 Hoạch định đường xuống 26
2.2.2 Hoạch định đường lên . 27
2.2.3 Điều phối nhiễu liên tế bào (Inter-cell interference coordination) . 28
2.3 ARQ hỗn hợp với việc kết hợp mềm (Hybrid ARQ with soft combining) 29
2.4 Sự hỗ trợ nhiều anten (Multiple antenna support) . 29
2.5 Hỗ trợ multicast và broadcast 30
2.6 Tính linh hoạt phổ . 31
2.6.1 Tính linh hoạt trong sắp xếp song công 32
2.6.2 Tính linh hoạt trong băng tần hoạt động . 32
2.6.3 Tính linh hoạt về băng thông 33
CHƯƠNG 3 KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN LTE . 34
3.1 RLC: radio link control – điều khiển liên kết vô tuyến . 37
3.2 MAC: điều khiển truy nhập môi trường (medium access control) 38
3.2.2 Hoạch định đường xuống 41
3.2.3 Hoạch định đường lên . 43
3.2.4 Hybrid ARQ 46
3.3 PHY: physical layer - lớp vật lý . 50
3.4 Các trạng thái LTE . 53
3.5 Luồng dữ liệu . 54
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường 1 SVTH: Nguyễn Minh Tâm
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
CHƯƠNG 4 LỚP VẬT LÝ LTE 56
4.1 Kiến trúc miền thời gian toàn phần (Overall time-domain structure) . 56
4.2 Sơ đồ truyền dẫn đường xuống 58
4.2.1 Tài nguyên vật lý đường xuống 58
4.2.2 Các tín hiệu tham khảo đường xuống . 63
4.2.2.1 Các chuỗi tín hiệu tham khảo và việc nhận dạng tế bào lớp vật lý
(Reference signals sequences and physical layer cell identity) . 64
4.2.2.2 Nhảy tần tín hiệu tham khảo (Reference signal frequency hopping) 65
4.2.2.3 Các tín hiệu tham khảo cho truyền dẫn đa anten (Reference signals for
multi-antenna transmission) . 66
4.2.3 Xử lý kênh truyền tải đường xuống 67
4.2.3.1 Chèn CRC 70
4.2.3.2 Mã hóa kênh . 70
4.2.3.3 Chức năng Hybrid-ARQ lớp vật lý . 71
4.2.3.4 Ngẫu nhiên hóa mức độ bit 71
4.2.3.5 Điều chế dữ liệu 73
4.2.3.6 Ánh xạ anten 73
4.2.3.7 Ánh xạ khối tài nguyên 73
4.2.4 Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống . 75
4.2.5 Truyền dẫn nhiều anten đường xuống . 77
4.2.5.1 Hai anten mã hóa khối không gian-tần số (SFBC) 79
4.2.5.2 Tạo dạng tia (beam-forming) . 79
4.2.5.3 Ghép kênh không gian . 80
4.2.6 Multicast/broadcast sử dụng MBSFN . 81
4.3 Scheme truyền dẫn đường lên . 82
4.3.1 Tài nguyên vật lý đường lên . 82
4.3.2 Tín hiệu tham khảo đường lên 86
4.3.2.1 Nhiều tín hiệu tham khảo 89
4.3.2.2 Tín hiệu tham khảo cho việc dò kênh 90
4.3.3 Xử lý kênh truyền tải đường lên . 93
4.3.4 Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường lên 95
4.3.5 Định thời sớm đường lên (Uplink timing advance) 98
CHƯƠNG 5 CÁC THỦ TỤC TRUY CẬP LTE 101
5.1 Dò tìm tế bào (cell search) . 101
5.1.1 Thủ tục dò tìm cell (cell search) . 101
5.1.2 Cấu trúc thời gian/tần số của các tín hiệu đồng bộ 103
5.1.3 Dò tìm cell ban đầu và kế cận . 105
5.2 Truy cập ngẫu nhiên . 106
5.2.1 Bước 1: Truyền dẫn Preamble truy cập ngẫu nhiên 107
5.2.2 Bước 2: Đáp ứng truy cập ngẫu nhiên 111
5.2.3 Bước 3: Nhận dạng đầu cuối . 112
5.2.4 Bước 4: Giải quyết tranh chấp 113
5.3 Paging 114
KẾT LUẬN 116
CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT . 117
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 122