Đồ án Nghiên cứu hệ thống thông tin di động tiền 4G LTE (Long Term Evolution)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG  
ISO 9001:2015  
NGHIÊN CỨU HTHNG  
THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G LTE  
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HC HỆ CHÍNH QUY  
NGÀNH ĐIỆN TTRUYỀN THÔNG  
HẢI PHÒNG - 2019  
1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO  
TRƯNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG  
ISO 9001:2015  
NGHIÊN CỨU HTHNG  
THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G LTE  
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HC HỆ CHÍNH QUY  
NGÀNH ĐIỆN TTRUYỀN THÔNG  
Sinh viên: Nguyn Chiến Thng  
Người hướng dn: Th.S Đỗ Anh Dũng  
HẢI PHÒNG - 2019  
2
Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam  
Độc lp TDo Hạnh Phúc  
----------------o0o-----------------  
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG  
NHIM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIP  
Sinh viên : Nguyn Chiến Thng MSV : 1412103003  
Lp : ĐT1801- Ngành Điện TTruyền Thông  
Tên đề tài : Nghiên cứu hthống thông tin di động 4G LTE  
3
CÁC THUT NGVIT TT  
AMPS Advanced Mobile Phone Sytem Hthống điện thoại di động tiên  
tiến  
BCCH Broadcast Control Channel  
BCH Broadcast Channel  
DCCH Dedicated Control Channel  
Kênh điều khin quảng bá  
Kênh quảng bá  
Kênh điu khiển dành riêng  
Kênh chia sẻ đường xung  
DL-  
Downlink Shared Channel  
SCH  
EDGE  
Enhanced Data Rates for GSM Tốc độ sliệu tăng cường để  
Evolution  
phát triển GSM  
GPRS  
General Packet Radio Service  
Dch vụ vô tuyến gói chung  
Sliu chuyn mạch kênh tốc  
độ cao  
HSCSD High Speed Circuit Switched  
Data  
HSDPA High Speed Downlink Package Truy nhập gói đường xung tc  
Access  
độ cao  
MAC  
Medium Access Control  
Điu khin truy cập môi trường  
Kênh điu khin multicast  
Kênh multicast  
MCCH Multicast Control Channel  
MCH Multicast Channel  
MIMO Multiple input Multiple Output Đa nhập đa xuất  
MTCH Multicast Traffic Channel Kênh lưu lượng multicast  
PCCH  
PCH  
Paging Control Channel  
Paging channe  
Kênh điu khiển tìm gọi  
Kênh tìm gọi  
PDCP  
Packet Data Convergence  
Protocol  
Giao thc hi tsliệu gói  
PDU  
PHY  
Protocol Data Unit  
Physical layer  
Đơn vị dliu giao thc  
Lp vt lý  
4
DTCH Dedicated Traffic Channel  
Kênh lưu lượng dành riêng  
Điu khiển liên kết vô tuyến  
Đơn vị dliu dch vụ  
Hthng giao tiếp truy cp tng  
hp  
RLC  
Radio Link Control  
Service Data Unit  
Total Access Communication  
Sytem  
SDU  
TACS  
UL-  
Uplink shared channel  
Kênh chia sẻ đường lên  
SCH  
5
MC LC  
CHƯƠNG 3 - TRUY CẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE………………….55  
6
 
7
8
DANH MỤC HÌNH  
9
10  
11  
LỜI NÓI ĐẦU  
Trong những năm gần đây,mạng không dây ngày càng trở nên phổ biến  
vi sự ra đời của hàng loạt những công nghệ khác nhau như Wi-Fi (802.1x),  
WiMax (802.16)... Cùng với đó là tốc độ phát triển nhanh, mnh ca mng  
viễn thông phục vnhu cu sdng của hàng triệu người mỗi ngày. Hệ thng  
di động thế hthhai, vi GSM CDMA là những ví dụ điển hình đã phát  
trin mnh mẽ ở nhiu quốc gia. Tuy nhiên, thị trường viễn thông càng mở  
rộng càng thể hiện rõ những hn chế về dung lượng và băng thông của các hệ  
thống thông tin di động thế hthhai. Sự ra đời ca hthống di động thế hệ  
thba với các công nghệ tiêu biểu như WCDMA hay HSPA là một tt yếu để  
có thể đáp ứng được nhu cu truy cp dliệu, âm thanh, hình ảnh vi tốc độ  
cao, băng thông rộng của người sdng.  
Cũng giống như các thuật ng2G hay 3G, 4G chỉ là một tviết tt ca cm  
từ “fourth generation” (thế hthứ 4) để thun tiện cho các chương trình  
marketing của các nhà mạng. Dch vviễn thông hay kết nối không dây sử  
dụng công nghệ này thực ra rất khác biệt nhau và phụ thuộc vào các nhà cung  
cp dch vụ nhưng thông thường, mt mạng không dây sử dụng công nghệ 4G  
sẽ có tốc độ nhanh hơn mạng 3G từ 4 đến 10 ln.  
Hin thế giới đang tồn ti 2 chuẩn công nghệ lõi của mạng 4G là WiMax và  
Long Term Evolution (LTE). WiMax là chuẩn kết nối không dây được phát  
trin bởi IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) còn LTE là  
chun do 3GPP, mt bphn của liên minh các nhà mạng sdụng công nghệ  
GSM. Cả WiMax và LTE đều sdụng các công nghệ thu phát tiên tiến để  
nâng cao khả năng bắt sóng và hoạt động ca thiết b, mạng lưới. Tuy nhiên,  
mỗi công nghệ đều sdng mt dải băng tần khác nhau.  
Mng 4G vi tốc độ cao hơn hẳn sẽ giúp cho tốc độ truyn ti ca dliệu trên  
các hệ thng mạng được ci thiện đáng kể và đưa các dịch vcao cấp như sử  
dng ng dụng di động, trên video trực tiếp trên mạng, hi nghtruyền hình  
hay chơi game trực tuyến… sẽ bùng nổ thc s.  
13  
Tuy nhiên, điểm “lợi hại” nhất ca mạng 4G là nó có thể thay thế một cách hoàn  
hảo các đường truyn Internet cố định (kcả đường truyền cáp quang) với tốc độ  
không thua kém, vùng phủ sóng rộng lớn hơn và có tính di động rt cao.  
Để tài “Nghiên cứu hthống thông tin di động tin 4G LTE (Long Term  
Evolution)” ca em tp trung đi vào tìm hiểu tng quan về công nghệ LTE  
cũng như là những kthuật và thành phần được sdụng trong công nghệ này  
để có thể hiểu rõ thêm về nhng tiềm năng hp dẫn mà công nghệ này mang  
lại và tình hình triển khai công nghệ này trên thế giới và tại VIT NAM .  
Đề tài gồm 5 chương :  
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HTHỐNG THÔNG TIN DI  
ĐỘNG VÀ GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ LTE 4  
CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC 4  
CHƯƠNG 3: TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE  
CHƯƠNG 4: LỚP VẬT LÝ LTE  
CHƯƠNG 5: CÁC THỦ TC TRUY NHP  
Để thc hiện đồ án tốt nghiệp này, em đã sử dng nhng kiến thức được  
trang bị trong 5 năm đại học và những kiến thc chn lc từ các tài liệu ca  
các thầy giáo, cô giáo trong và ngoài trường . Ngoài ra, đồ án còn sử dng  
những tài liệu phbiến rộng rãi trên Internet.  
Mặc dù đã rất cgắng, nhưng do hạn chế vthời gian cũng như những  
hiu biết có hạn ca một sinh viên nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót. Để  
đồ án được hoàn thiện hơn, em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của  
các thầy giáo, cô giáo cũng như các bạn sinh viên.  
Sinh viên thực hin : Nguyn Chiến Thng  
14  
CHƯƠNG 1 - TNG QUAN VHTHỐNG THÔNG TIN DI  
ĐỘNG & GII THIU VMNG 4G LTE  
1.Tng quan vhthống thông tin di động:  
Các hthng thông tin di động đầu tiên ra đời tnhng năm 1920, khi đó  
đin thoi di động chỉ đưc sdng như là các phương tin thông tin gia các  
đơn vcnh sát Mỹ. Ngày 17/6/1946 hãng AT&T và Southwestern Bell  
gii thiu thông tin di động đầu tiên M, hthng đầu tiên này gm 6 kênh  
băng tn 150 MHz, là hthng bán song công, có độ rng kênh là 60 KHz  
(gp 2 ln kênh thông tin di động tương tngày nay, trong khi đó CDMA là  
1.25 MHz và WCDMA là 5MHz). Khi hthng này ra đời và được ng dng  
vào các thành phln M, thì nhu cu người sdng vượt quá dung lượng,  
nên độ rng kênh được gim xuống còn 30 KHz. Các hthng di động đầu  
tiên này ít tin li và dung lượng rt thp so vi các hthng hin nay.  
1.1.1. Hthống thông tin di động thế hthnht ( 1G)  
Nhng năm cui thp niên 70, hthng đin thoi di động thế hthnht  
được phát trin, đó là hthng thông tin di động tương tsdng phương  
pháp đa truy cp phân chia theo tn sFDMA (Frequency Division Multiple  
Access) cung cp nhng dch vchyếu là thoi. Thế hmạng điện thoi di  
động đầu tiên sử dụng các chuyển mạch tương tự, là hệ thng truyền tín hiệu  
tương tự.  
Có thkể đến như NMT (Nordic Mobile Telephone) ca công ty Ericsson  
(Thy Đin); hai versions đang tn ti là NMT450 hot động ti 450 MHz  
band và NMT900 hot động ti 900 MHz band. AMPS (Advanced Mobile  
Phone System) là hthng đin thoi di động tong do AT&T và công ty  
Motorola (M) đề xut sdng năm 1982. Các hthng ktrên là các hệ  
thng 1G. Tuy nhiên các hthng 1G này có nhng hn chế như sau: phân bố  
tn srt hn chế, dung lượng thp, tiếng n khó chu và nhiu xy ra khi di  
15  
     
động chuyn dch trong môi trường phađing đa tia, không đáp ng được các  
dch vmi hp dn đối vi khách hàng, không cho phép gim đáng kgiá  
thành ca thiết bdi động và cơ shtng, không đảm bo tính bí mt ca  
các cuc gi, không tương thích gia các hthng khác nhau, đặc bit châu  
Âu, làm cho thuê bao không thsdng được máy di động ca mình nước  
khác. Bng 1.1 lit kê một vài thông schính ca các hthng di động:  
Tham số  
Băng tần  
AMPS  
800 MHz  
30 KHz  
45 MHz  
832  
NMT 900  
900 MHz  
25 / 12.5 KHz  
45 MHz  
NMT 450  
450 470 MHz  
25 / 29 KHz  
10 MHz  
Khoảng cách kênh  
Khoảng cách song công  
Các kênh  
1000 ( 1999)  
FM  
180 / 225  
FM  
Loại điều chế  
FM  
Kế hoạch ô  
4, 7, 12  
4, 9, 12  
7
Điều chế kênh điều  
khin  
FSK  
FFSK  
FFSK  
Độ lệch kênh điều khin  
Mã kênh điều khin  
8 KHz  
3.5 MHz  
NRZ  
3.5 MHz  
NRZ  
Manchester  
Dung lượng kênh điều  
khin  
77000  
13000  
13000  
Tốc độ truyn dn  
10 Kbps  
1.2 Kbps  
1.2 Kbps  
Bảng 1.1 Các thông số ca một vài hệ thống thông tin di động  
Nhược điểm ca thế hệ 1G là dung lượng thấp, xác suất rt cuc gi cao,  
khả năng chuyển cuc gọi không tin cậy, chất lượng âm thanh kém, không có  
chế độ bo mt...  
16  
1.1.2. Hthống thông tin di động thế hthhai ( 2G)  
Khi số lượng thuê bao di động tăng lên nhanh chóng, hệ thống thông tin di  
động thnht sdụng các bộ chuyn mạch tương tự đã không còn đáp ứng  
được nữa. Các nhà mạng cn phi có bin pháp nâng cao dung lượng ca  
mng, cht lượng các cuc đàm thoại cũng như cung cp thêm mt slượng  
dch vbsung cho mng. Để gii quyết vn đề này các nhà nghiên cứu áp  
dng vic shóa hthng đin thoi di động cùng vi các kthut đa truy  
nhp mi, và điu này dn ti sra đời ca hthng đin thoi di động thế hệ  
thứ 2 hay còn gọi tắt là 2G.  
Hthng 2G da trên nn tng công nghkthuật điện ts, ng dng kỹ  
thut đa truy cp phân chia theo thi gian (TDMA - Time Division Multiple  
Access) và đa truy nhp phân chia theo mã (CDMA Code Division Multiple  
Access). Hthng này có nhiều ưu điểm vượt trội hơn hệ thống thông tin di  
động thế hthnht vì ngoài dch vthoi truyn thng.  
Hthng 2G còn cung cp thêm mt sdch vtruyn dliu, tuy tc độ  
còn thp. Mt shthng di động 2G tiêu biểu như GSM (Global System for  
Mobile Communication), IS-95 (Iterim Standard-95).  
Trong đó GSM được sdng rng rãi nht, hthng thông tin di động  
GSM đầu tiên được trin khai vào khong năm 1991. GSM kết hp kthut  
truy nhp TDMA và FDMA và sdng hai di tn sxung quanh 900 MHz,  
(hình 1.1).  
Băng tn đầu tiên cho đường lên hot động 890 MHz đến 915 MHz.  
Băng tn thhai dành cho đường xung hoạt động ti 935 MHz đến 960  
MHz. Mi kênh vt lý có băng thông là 200 KHz và có 8 khe thi gian, mi  
khe thi gian được gán cho mt người sdng. Để tăng thêm dung lượng cho  
các hthng thông tin di động, tn sca các hthng được chuyn tvùng  
800 900 MHz vào vùng 1.8 1.9 GHz. Mt snước đã đưa vào sdng cả  
hai tn s(Dual Band).  
17  
 
Uplink  
Downlink  
Frequency  
( MHz )  
890  
915  
935  
960  
Hình 1.1 Sự phân bố tn strong hthng GSM  
TDMA  
Sơ đồ đa truy nhập  
Phân bố tn số  
đường lên: 890-915 MHz  
Đường xung: 935-960 MHz  
200 KHz  
Băng thông kênh  
Tốc độ điều chế dliu trên kênh vô tuyến  
270.8333 Kb/s  
0.3 GMSK  
Điều chế  
Mã hoá kênh  
kết hợp mã hoá khối và mã xoắn  
Bảng 1.2 Các thông số chính của hthng GSM  
Ktkhi ra đời, các hthng GSM đã phát trin vi mt tc độ hết sc  
nhanh chóng và có mt nhiu quc gia. Vit Nam hthng thông tin di  
động sGSM được đưa vào tnăm 1993 và được khai thác, áp dụng rộng rãi  
trên toàn quốc  
Có 4 chuẩn chính đối vi hthng 2G: HThống Thông Tin Di Động  
Toàn Cầu (GSM); AMPS s(D-AMPS); Đa Truy Cập Phân Chia Theo Mã  
IS-95; và Mạng tế bào Số Cá Nhân (PDC). GSM đạt đuợc thành công nhất và  
đuợc sdng rộng rãi trong hệ thng 2G.  
GSM  
GSM cơ bản sdụng băng tần 900MHz. Sdng kthuật đa truy nhập  
theo thi gian TDMA. nhung ở đây cũng có một snhng phát sinh, 2 vấn đề  
18  
   
quan trọng là hệ thống mô hình số 1800 (DCS 1800; cũng đuợc biết nhu GSM  
1800) và PCS 1900 (hay GSM 1900). Sau này chỉ đuợc sdng Bắc Mĩ và  
Chilê, và DCS 1800 thì đuợc tìm thấy mt skhu vực khác trên thế gii.  
Nguyên do đầu tiên về băng tần smới là do sự thiếu dung luợng đối vi  
băng tầng 900 MHz. Băng tần 1800MHz có thể đuợc sdụng ý nghĩa và phổ  
biến hơn đối vi ngui sdụng. vì thế nó đã trở nên hoàn toàn phổ biến, đặc  
bit trong nhng khu vực đông dân cư. Vì thế đồng thi cả 2 băng tần di động  
đều đuợc sdng, ở đây điện thoi sdụng băng tần 1800MHz khi có thành  
phần khác sử dụng lên trên mạng 900MHz.  
Hthống GSM 900 làm việc trong một băng tần hẹp, dài tần cơ bản từ  
(890- 960MHz). Trong đó băng tần cơ bản đuợc chia làm 2 phn :  
+ Đuờng lên từ (890 - 915) MHz.  
+ Đuờng xung t(935 - 960)MHz.  
Băng tần gồm 124 sóng mang đuợc chia làm 2 băng, mỗi băng rộng  
25MHz,khoảng cách giữa 2 sóng mang kề nhau là 200KHz. Mỗi kênh sử  
dng 2 tn số riêng biệt cho 2 đuờng lên và xuống gọi là kênh song công.  
Khoảng cách giữa 2 tn số là không đổi bng 45MHz. Mi kênh vô tuyến  
mang 8 khe thời gian TDMA và mỗi khe thi gian là một kênh vật lý trao đổi  
thông tin giữa MS và mạng GSM. Tốc độ t6.5 - 13 Kbps.  
Từ năm 1989 GSM được chuyển nhượng cho Viện tiêu chuẩn vin  
thông Châu Âu (ETSI) và được viện phát triển qua nhiều giai đoạn. Đến  
năm 1997 mới hoàn thành tiêu chuẩn đầy đủ thành GSM 2G có kết hp vi  
dch vsliu chuyn mch tốc độ cao (HSCSD) và dịch vtruyền sóng vô  
tuyến gói đa dụng (GPRS).  
Trong đó :  
HSCSD ( High Speed Circuit Switched Data) - Chuyn mch kênh  
tốc độ cao:  
Nhược điểm các hệ thống thông tin di động sdụng công nghệ GSM là  
tốc độ truyn dliu chm. Tốc độ vmặt lý thuyêt là 14.4Kbps, thực tế đo  
19  
được chkhong 9.6Kbps. Do vậy khi áp dụng công nghệ HSCSD sẽ làm tăng  
tốc độ truyn ti dliu chthng. Cốt lõi công nghệ này là việc sdng  
ghép kênh theo thời gian, mt trm di động có thể sdng nhiu khe thi  
gian cho mt kết ni dliu tối đa là 4 khe thi gian. Mt khe thời gian có thể  
sdng tốc độ 9.6Kbps hoặc 14.4Kbps. Toàn bộ tốc độ chính là số khe thi  
gian nhân với tốc độ dliu ca mt khe thi gian. HSCSD phân bố vic sử  
dng khe thi gian một cách liên tục ngay cả khi không dliu truyn đi.  
GPRS (General Packet Radio Service) - Dch vtruyn dliệu theo gói:  
GPRS là một hthống vô tuyến thuộc giai đoạn trung gian, nhưng vẫn  
là hệ thng 3G nếu xét về mạng lõi. GPRS cung cấp các kết ni sliu  
chuyn mạch gói với tốc độ truyền lên tới 171,2Kbps (tốc độ sliệu đỉnh) và  
htrgiao thức Internet TCP/IP và X25, nhờ vậy tăng cường đáng kể các  
dch vsliu ca GSM.  
Việc tích hợp GPRS vào mạng GSM được thc hin rt đơn giản. Mt  
phần các khe trên giao diện vô tuyến dành cho GPRS, cho phép ghép kênh số  
liệu gói được lp lịch trình trước đối vi mt strạm di động. Phân hệ trm  
gc chcần nâng cấp mt phn nhỏ liên quan đến khối điều khiển gói (PCU-  
Packet Control Unit) để cung cp khả năng định tuyến gói giữa các đầu cui  
di động các nút cổng (gateway). Một nâng cấp nhvphn mềm cũng cần  
thiết để htrợ các hệ thống mã hoá kênh khác nhau. Mạng lõi GSM được to  
thành từ các kết ni chuyn mạch kênh được mrng bằng cách thêm vào các  
nút chuyển mch sliệu và gateway mới, được gọi là GGSN (Gateway GPRS  
Support Node) SGSN (Serving GPRS Support Node). GPRS là một gii  
pháp đã được chuẩn hoá hoàn toàn với các giao diện mrộng và có thể  
chuyn thẳng lên 3G về cấu trúc mạng lõi.  
EDGE ( Enhanced Data Rates for GSM Evolution): Tốc độ sliệu tăng  
cường để phát triển GSM: EDGE có thể phát nhiều bit gp 3 ln GPRS trong  
mt chu kỳ. Đây là lý do chính cho tốc độ bit EDGE cao hơn. ITU đã định  
20  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 140 trang yennguyen 30/03/2022 7380
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Nghiên cứu hệ thống thông tin di động tiền 4G LTE (Long Term Evolution)", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfdo_an_nghien_cuu_he_thong_thong_tin_di_dong_tien_4g_lte_long.pdf