Xemtailieu Tải về Tìm hiểu về công nghệ LTE
LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, mạng không dây ngày càng trở nên phổ biến với sự ra đời của hàng loạt những công nghệ khác nhau như Wi-Fi , WiMax ... Cùng với đó là tốc độ phát triển nhanh, mạnh của mạng 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 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, phải cần có 1 đường dây cố định để kết nối. Trong tương lai không xa 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 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 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. Đề tài “Tìm hiểu về công nghệ LTE’’ giúp chung ta hiểu và đón trước công nghệ nhằm phục vụ cho chung ta nói chung, nghành ‘’Điện Tử viễn thông ‘’nói riêng!! 1 MỤC LỤC PHẦN 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG & GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ(LTE) 4 1.1Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất ( 1G)………………………...4 1.2.Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ( 2G)……………………4 1.1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 ( 3G)…………………..5 1.1.4 Tiền 4g: LTE(Long Term Evolution)…………………………….5 1.1.5 thế hệ 4G………………………………………………………5 1.2. Giới thiệu về công nghệ LTE ………………………………...................6 1.2.1 ưu điểm………………………………………………………….. 7 PHẦN 2 – KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC 2.1. Kiến trúc mạng LTE …………………………………………………….9 2.2. Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống ………………………9 2.3. Thiết bị người dùng ( UE) ……………………………………………..12 2.4. Thực thể quản lý tính di động (MME) …………………………………13 2.5. Cổng phục vụ ( S-GW)………………………………………………….14 2.6. Cổng mạng dữ liệu goi( P-GW)……………………………………….. 15 2.7. Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên ( PCRF)………………. 16 2.8. Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) ……………………………………16 PHẦN 3 - TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE (các chức năng)…………..17 3.1. Các chế độ truy nhập vô tuyến ………………………………………… 17 3.2. Băng tần truyền dẫn …………………………………………………….17 3.3. Thủ tục điều khiển định thời………………………………………….. 17 3.4 Chức năng nhắn tin ……………………………………………………...18 3.5 Thủ tục báo cáo phản hồi kênh ( phản hồi khi vắng mặt)………………..18 3.6 Hoạt động chế độ bán song công ………………………………………..18 3.7 Đo lường UE ( người dùng- tính cước)…………………………………..19 3.8 hình tham số lớp vật lý …………………………………………………..19 PHẦN 5 – CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP ………………………………...…….20 5.1. Thủ tục dò tìm ô ………………………………………………………….20 5.2. Dò tìm ban đầu và dò tìm ô lân cận (gjảm nghẽn mạng)………………….21 5.3.Truy nhập ngẫu nhiên ……………………………………………………..21 PHẦN 6 – TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI LTE TRÊN THẾGIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM 22 6.1. Triển khai LTE trên thế giới ……………………………………………..22 6.1.1Thương mại hoa…………………………………………………… 23 6.1.2 Các nhà phát triển thiết bị ………………………………………… 24 6.2. Triển khai LTE tại VIỆT NAM …………………………………………..24 6.3 4G trò chơi không dễ cho các nhà mạng…………………………………25 PHẦN 7:KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN …………………………………27 2 . PHẦN 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG & GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LTE 1.1.1Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất ( 1G) the first gerneration • NHƯỢC ĐIỂM: - Dung lượng (capacity) thấp - Kỹ thuật chuyển mạch tương tự (circuit-switched) - Xác suất rớt cuộc gọi cao - Khả năng handoff (chuyển cuộc gọi giữa các tế bào) không tin cậy - Chất lượng âm thanh rất kém - Không có chế độ bảo mật... 1.1.2.Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ( 2G) • Những hệ thống mạng 2G thì có dung lượng lớn hơn những hệ thống mạng thế hệ thứ nhất..(bao gồm GSM và CDMA) 3 -Hệ Thống Thông Tin Di Động Toàn Cầu (GSM) -HSCSD ( High Speed Circuit Switched Data) - Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao: • ƯU ĐIỂM: - Dung lượng lớn - Độ bảo mật cao (High Security) - Nhiều dịch vụ kèm theo như truyền dữ liệu, fax, SMS (tin nhắn văn bản),MMS (tin nhắn đa phương tiện)… 1.1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 ( 3G) Ưu điểm: + Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao. +Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat, ...). + Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền hình, nghe nhạc,...). + Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, ...). +Sử dụng chung một công nghệ thống nhất, đảm bảo sự tương thích toàn cầu giữa các hệ thống. 1.1.4 Tiền 4g: LTE(Long Term Evolution) là gì? Tốc độ của nó là bao nhiêu? LTE viết tắt của từ Long Term Evolution (Tiến hóa lâu dài), là một hệ thống công nghệ được phát triển từ họ công nghệ GSM/UMTS (WCDMA, HSPA) đang được nghiên cứu, thử nghiệm để tạo nên một hệ thống truy cập băng rộng di động thế hệ mới, hướng đến thế hệ thứ 4 – 4G * LTE, hệ thống mạng viễn thông mới được triển khai, hứa hẹn tốc độ rất cao đáp ứng các cuộc hội hoại video call, và truyền hình qua internet. * Tốc độ nhanh. LTE có nghĩa long-term evolution, được phát triển vào năm 2009 tại… Nó có tốc độ rất nhanh, trung bình khoảng 33.4Mbps. Tốc độ download khoảng 5 đến 12Mbps và upload khoảng 2 đến 5Mbps. * Độ trễ ít. LTE có độ trễ ít hơn , do vậy nó rất có lợi cho các cuộc thoại hoặc truyền hình qua IP. Tốc độ trễ bằng nửa mạng 3G, và các thuê bao chỉ bị trễ khoảng ba mươi phần nghìn giây.Tiền 4G không phải là vấn đề. Các chuyên gia liên minh viễn thông quốc tế gây ra một cuộc tranh cãi vào năm ngoái khi cho rằng LTE hay Wimax sẽ đủ chuẩn như 4G trong version tiếp theo. Tốc độ sẽ đạt hơn 100Mbps. 4 * Kết luận: Thực chất công nhệ 4G do các nhà mạng triển khai chưa hẳn là 4G vì tốc độ chưa đạt chuẩn 1.1.5 4G, *Hay 4-G, (fourth-generation), là công nghệ truyền thông không dây thứ tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1 cho đến 1,5 Gb/giây. Tên gọi 4G do IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) đặt ra để diễn đạt ý nghĩa "3G và hơn nữa"Công nghệ 4G được hiểu là chuẩn tương lai của các thiết bị không dây. điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu với tốc độ 100Megabyte/giây khi di chuyển và tới 1 Gb/giây khi đứng yên, cho phép người sử dụng có thể tải và truyền lên hình ảnh động chất lượng cao. Mạng điện thoại 3G hiện tại của có tốc độ tải là 384 kilobyte/giây và truyền dữ liệu lên với tốc độ 129 kilobyte/giây. 1.2. Giới thiệu về công nghệ LTE 1.2.1 : ĐỊNH NGHĨA *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 bit thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có và băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối 5 Băng tần Song công 1,25 – 20 MHz FDD , TDD , bán song công FDD (FDDsong công phân chia tần số 5HZ) 350 km/h Di động Đa truy nhập MIMO (số đầu vào and ra) Tốc độ dữ liệu đỉnh trong 20MHz Điều chế Mã hóa kênh Các công nghệ khác Đường xuống OFDMA Đường lên SC-FDMA Đường xuống 2 * 2 ; 4 * 2 ; 4 * 4 Đường lên 1*2;1*4 Đường xuống : 173 và 326 Mb/sƯ tương ứng với cấu hình MIMO 2 * 2 và 4 * 4 Đường lên : 86Mb/s với cấu hình 1 * 2 anten QPSK ; 16 QAM và 64 QAM Mã tubo Lập biểu chính xác kênh; liên kết thích ứng ; điều khiển công suất ; ICIC và ARQ hỗn hợp 6 Các đặc điểm chính của công nghệ LTE Mục tiêu của LTE :là cung cấp 1 dịch vụ dữ liệu tốc độ cao , độ trễ thấp , các gói dữ liệu đƯợc tối Ưu , công nghệ vô tuyến hỗ trợ băng thông một cách linh hoạt khi triển khai. Đồng thời kiến trúc mạng mới đƯợc thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lƯu lượng chuyển mạch gói cùng với tính di động linh hoạt , chất lƯợng của dịch vụ thời gian trễ tối thiểu. o 1.2.2 Ưu điểm : -Tăng tốc độ truyền dữ liệu :Trong điều kiện lý tưởng hệ thống hỗ trợ tốc độ dữ liệu đường xuống đỉnh lên tới 326Mb/s -Dải tần co giãn được :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 -Đảm bảo hiệu suất khi di chuyển :chức năng hỗ trợ từ 120 đến350km/h hoặc thậm chí là 500km/h tùy thuộc vào băng tần. -Giảm độ trễ trên mặt phẳng người sử dụng:Giảm thời gian để một thiết bị chuyển từ trạng thái nghỉ sang nối kết với mạng và bắt đầ truyền thông tin trên một kênh truyền.Thời gian này phải nhỏ hơn 100ms. -Sẽ không còn chuyển mạch kênh :Tất cả sẽ dựa trên IP.Chúng cho phép cung cấp các dịch vụ linh hoạt hơn và sự liên hoạt động đơn giản với các mạng di động -Độ phủ song từ 5-100km :Trong vòng bán kính 5km -100m LTE cung cấp tối ưu về lưu lượng người dùng -Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời. Tuy nhiên mạng LTE vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2G hiện tại. Điều này hết sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai LTE vì không cần thay đổi toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có. -Giảm chi phí :là độ phức tạp thấp,các thiết bị đầu cuối tiêu thụ ít năng lượng. -Cùng tồn tại với các chuẩn và hệ thống trước: LTE phải cùng tồn tại và có thể phối hợp hoạt động với các hệ thống 3GPP khác .Ngƣời sử dụng LTE sẽ có thể thực hiện các cuộc gọi từ thiết bị đầu cuối của mình và thậm chí khi họ không nằm trong vùng phủ sóng của LTE. 7 PHẦN 2 – KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC LTE Kiến trúc của mạng LTE 2.1. Kiến trúc mạng LTE 8 Phát triển kiến trúc 3GPP hướng tới kiến trúc phẳng hơn • Kiến trúc mạng LTE: được thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lưu lượng chuyển mạch gói với tính di động linh hoạt , chất lượng dịch vụ với độ trễ tối thiểu. Một phương pháp chuyển mạch gói cho phép hỗ trợ tất cả các dịch vụ bao gồm cả thoại thông qua các kết nối gói. Kết quả là trong một kiến trúc phẳng hơn. Đặc điểm kiến trúc phẳng với ít nút tham gia sẽ làm giảm độ trễ và cải thiện hiệu suất. + Thực thể quản lý tính di động (MME) + eNB :là nút B phát triển +SAE/GW:phần tử quản lý di động /cổng +RNC:là phần điều khiển mạng vô tuyến +GGSN: (The Gateway GPRS Support Node)là một thành phần chính của mạng GPRS ó trách nhiệm để ảnh hưởng lẫn nhau giữa các mạng GPRS và mạng gói bên ngoài chuyển sang + Serving GPRS Support Node (SGSN)Chịu trách nhiệm cho việc cung cấp các gói dữ liệu từ các trạm điện thoại di động trong khu vực dịch vụ địa lý của nó 2.2. Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống * Hình miêu tả kiến trúc và các thành phần mạng trong cấu hình kiến trúc nơi chỉ có một E-UTRAN tham gia. Hình này cũng cho thấy sự phân chia kiến trúc thành bốn vùng chính: thiết bị người dùng (UE) ; UTRAN phát triển( E-UTRAN); mạng lõi gói phát triển(EPC); và các vùng dịch vụ. 9 *UTRAN là mạng truy nhập vô tuyến. được thiết kế mới cho UMTS, nó có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan tới truy nhập mạng qua giao diện vô tuyến. Như vậy thông qua UTRAN thì các thiết bị đầu cuối mới có thể truy nhập được mạng và sử dụng dịch vụ. UTRAN được xây dựng để có cấu trúc và giao diện thuận tiện cho việc sử dụng các công nghệ truy nhập vô tuyến mới CDMA đồng thời cũng kết nối để sử dụng các dịch vụ cũ. Nó giúp cho một thiết bị đầu cuối thiết lập kết nối, sử dụng dịch vụ. Nó có thể chia thành hai thành phần chính : + Nút B – Node B: là thành phần mạng thực hiện nhiệm vụ thu phát song trong một hay nhiều cell. Hay nói cách khác, nó có nhiệm vụ tập hợp và chuyển các giao diện vô tuyến giữa mạng và thuê bao Uu thành các giao diện và ngược lại. Thành phần có chức năng tương tự trong GSM là BTS (Base Traceiver Station) 10 - Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC (Radio Network Controller): Sở hữu và quản lý các tài nguyên vô tuyến trong vùng phục vụ của nó, tức là các node B nối tới nó. RNC là điểm truy nhập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi Core Network. Chức năng này tương đương với thành phần BSC (Base Station Controller) trong GSM Cấu trúc của mạng truy nhập vô tuyến Mạng truy nhập vô tuyến được giới hạn bởi hai giao diện: một là giao diện Uu giữa UTRAN và thiết bị đầu cuối UE, hai là giao diện Iu giữa UTRAN và phần mạng lõi CN Cấu trúc của UTRAN gồm một hay nhiều khối RNS (Radio Network Subsystem) nối tới mạng lõi CN qua giao diện Iu. Mỗi khối RNS gồm một RNC và nhiều node B nối tới RNC qua giao diện Iub. Node B gồm nhiều cell, các cell có thể sử dụng thu phát theo công nghệ FDD (Frequency Division Duplex) hoặc TDM (Time Division Duplex). Trong UTRAN, các RNC có thể kết nối với nhau thông qua giao diện Iur. RNC là phần tử duy nhất trong mạng UMTS điều khiển nguồn tài nguyên vô tuyến. Nó quản lý nhiều Node B và thông qua giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC (Radio Resource Control) để định nghĩa các bản tin và các thủ tục giữa đầu cuối và UTRAN. Các chức năng của RNC là: - Quản lý tài nguyên vô tuyến qua giao diện Iub - Điều khiển các node B - Quản lý lưu lượng - Thực hiện việc phân tập dữ liệu đến một hay nhiều node B - Gán mã định kênh - Thu thập các bản tin đo lường + Node B là một trạm thu phát song, nó tương đương với BTS trong hệ thống GSM. Trong một node B có thể có một hay nhiều cell. Chức năng chính của nó là thực hiện các chức năng của lớp vô tuyến như mã hóa kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ. Ngoài ra nó còn tham gia thực hiện một số chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòng trong… Thêm vào đó vì bản thân node B chứa cả lớp vô tuyến vật lý nên nó cũng phải thực hiện một số chức năng như phát hiện lỗi trên đường truyền vô tuyến, đo song vô tuyến và gửi bản tin lên trên, đồng bộ thời gian, tần số Giao thức vô tuyến dùng trong mạng truy nhập vô tuyến Các giao thức phải được xây dựng để đáp ứng các yêu cầu: - Tốc độ bit có thể thay đổi trong kênh riêng. Đặc tính này đặc biệt có ích khi đầu cuối yêu cầu phục vụ nhiều dịch vụ đồng thời và nó giúp tối ưu việc sử dụng tài nguyên - Có khả năng ghép nhiều kênh truyền logic trên một kênh truyền tải riêng - Có khả năng ghép nhiều kênh truyền tải dành riêng trên một kênh vật lý - Kênh chung đường xuống được chia sẻ bởi nhiều người như vậy sẽ tiện lợi cho các ứng dụng Internet - Kênh chung đường lên có thể được dung để cung cấp dịch vụ về dữ liệu 11 Các giao thức vô tuyến trong UTRAN được khuyến nghị theo ba lớp của mô hình mở. Đó là các lớp : Vật lý (physical layer), Dữ liệu (data link layer), mạng (network layer) VD: Xuất phát từ bài toán thực tế của nhà cung cấp dịch vụ Vinaphone, để phủ sóng hết toàn bộ gần 90 triệu dân số Việt Nam, người ta tính cần phải dùng tới gần 7000 node B. mà cứ 14 node B = 1 STM1. Các STM1, E1 thuê lại của các bưu điện tỉnh, VTN---- dẫn đến rất tốn kém, và chúng ta cần đến giải pháp IP RAN (do sự hạn chế của công nghệ TDM trong mạng truy nhâp vô tuyến) 2.3. Thiết bị người dùng ( UE) UE là thiết bị mà người dùng đầu cuối sử dụng để liên lạc. Thông thường nó là những thiết bị cầm tay như điện thoại thông minh hoặc một thẻ dữ liệu như mọi người vẫn đang sử dụng hiện tại trong mạng 2G và 3G Các chức năng của UE là nền tảng cho các ứng dụng truyền thông, mà có tín hiệu với mạng để thiết lập, duy trì và loại bỏ các liên kết thông tin người dùng cần. Điều này bao gồm các chức năng quản lý tính di động như chuyển giao, báo cáo vị trí của thiết bị, và các UE phải thực hiện theo hướng dẫn của mạng. Có lẽ quan trọng nhất là UE cung cấp giao diện người sử dụng cho người dùng cuối để các ứng dụng như VoIP có thể được sử dụng để thiết lập một cuộc gọi thoại. 2.3. E-UTRAN NodeB (eNodeB) Đơn giản đặt eNodeB là một trạm gốc vô tuyến kiểm soát tất cả các chức năng vô tuyến liên quan trong phần cố định của hệ thống. Các trạm gốc như eNB thường phân bố trên toàn khu vực phủ sóng của mạng. Mỗi eNB thường cư trú gần các anten vô tuyến hiện tại của chúng. 12 + Chức năng của eNB hoạt động như một cầu nối giữa 2 lớp là UE và EPC, nó là điểm cuối của tất cả các giao thức vô tuyến về phía UE, và tiếp nhận dữ liệu giữa các kết nối vô tuyến và các kết nối IP cơ bản tương ứng về phía EPC + eNodeB còn có vai trò quan trọng trong quản lý tính di động (MM) +Điều khiển eNB và đo đạc phân tích mức độ của tín hiệu vô tuyến được thực hiện bởi UE + Hình cho thấy các kết nối với eNB đã đến xung quanh các nút logic, và tóm tắt các chức năng chính trong giao diện này. Trong tất cả các kết nối eNB có thể là trong mối quan hệ một – nhiều hoặc nhiều – nhiều. Các eNB có thể phục vụ đồng thời nhiều UE trong vùng phủ sóng của nó nhưng mỗi UE chỉ được kết nối tới một eNB trong cùng một thời điểm. Các eNB sẽ cần kết nối tới các eNB lân cận với nó trong khi chuyển giao có thể cần thực hiện. 2.4. Thực thể quản lý tính di động (MME) * thực thể quản lý tính di động(MME) là thành phần điều khiển chính trong EPC. Thông thường MME sẽ là một máy chủ ở một vị trí an toàn tại các cơ sở của nhà điều hành. Nó chỉ hoạt động trong các CP, và không tham gia vào con đường của UP dữ liệu. * Danh sách các chức năng chính của MME trong cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống a: Xác thực và bảo mật -khi một UE đăng ký vào mạng lần đầu tiên, MME sẽ khởi tạo sự xác thực, bằng cách thực hiện những điều sau: nó tìm ra danh tính thường trú của UE, hoăc từ các mạng truy nhập trước đó hoặc chính bản thân UE, yêu cầu từ bộ phục vụ thuê bao thường trú (HSS) trong mạng chủ của UE các điều khiển chứng thực có chứa các mệnh lệnh chứng thực – trả lời các cặp tham số, gửi các thử thách với UE và so sánh các trả lời nhận được từ UE vào một trong những cái đã nhận từ mạng chủ.Chức năng này là cần thiết để đảm bảo các yêu cầu bảo vệ với UE b: Quản lý tính di động (MME) -MME theo dõi vị trí của tất cả các UE trong khu vực của mình, khi một UE đăng ký vào mạng lần đầu tiên. -MME điều khiển các thiết lập và giải phóng nguồn tài nguyên dựa trên những thay đổi chế độ hoạt động của UE. MME cũng tham gia vào việc điều khiển tín hiệu chuyển giao của UE. C: Quản lý hồ sơ thuê bao và dịch vụ kết nối: - O thời điểm một UE đăng ký vào mạng, các MME sẽ chịu trách nhiệm lấy hồ sơ đăng ký của nó từ mạng chủ về. Các MME sẽ lưu trữ thông tin này trong suốt thời gian phục vụ UE. Hồ sơ này xác định những gì các kết nối mạng dữ liệu gói được phân bổ tới các mạng ở tập tin đính kèm. 13 2.1.4 MME kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính Hình 2.1.4 cho thấy các kết nối MME đến quanh các nút logic, và tóm tắt các chức năng chính trong giao diện này. Về nguyên tắc MME có thể được kết nối với bất kỳ MME khác trong hệ thống, nhưng thường kết nối được giới hạn trong một nhà điều hành mạng duy nhất. Các kết nối từ xa giữa các MME có thể được sử dụng khi một UE đã đi xa, trong khi đi đăng ký với một MME mới sau đó tìm kiếm nhận dạng thường trú mới của UE, sau đó lấy nhận dạng thường trú của UE, mã nhận dạng thuê bao di động quốc tế (IMIS), từ MME truy cập trước đó. Các kết nối giữa các MME với các MME lân cận được sử dụng trong chuyển giao 2.5. Cổng phục vụ ( S-GW) -S-GW là quản lý đường hầm UP và chuyển mạch. S-GW là một phần của hạ tầng mạng nó được duy trì ở các phòng điều hành trung tâm của mạng. -S-GW có một vai trò rất nhỏ trong các chức năng điều khiển. Nó chỉ chịu trách nhiệm về nguồn tài nguyên của riêng nó, và nó cấp phát chúng dựa trên các yêu cầu từ MME 14 - Trong khi di chuyển giữa các eNodeB, S-GW hoạt động như nút cuối di động địa phương. MME sẽ lệnh S-GW để chuyển sang đường hầm từ một eNodeB khác.MME cũng có thể yêu cầu S-GW cung cấp tài nguyên đường hầm cho dữ liệu chuyển tiếp khi có nhu cầu cần chuyển dữ liệu từ eNodeB nguồn tới eNodeB đích trong thời điểm UE có chuyển giao vô tuyến. Các tình huống di chuyển cũng bao gồm sự thay đổi từ một S-GW tới một cái khác, và MME sẽ điều khiển sự thay đổi này cho phù hợp bằng cách loại bỏ các đường hầm trong S-GW cũ và thiết lập chúng trong S-GW mới. -Trong hình 2.5 cho thấy S-GW được kết nối tới các nút logic khác và danh sách các chức năng chính trong các giao diện này. Tất cả các giao diện được cấu hình theo kiểu một – nhiều từ S-GW được thấy. Một S-GW có thể chỉ phục vụ một khu vực địa lý nhất định với một tập giới hạn các eNodeB, và tương tự có thể có một tập giới hạn của các MME điều khiển khu vực đó 2.6. Cổng mạng dữ liệu goi( P-GW) -Cổng mạng dữ liệu gói là tuyến biên giữa EPS và các mạng dữ liệu gói bên ngoài. Nó là nút cuối di động mức cao nhất trong hệ thống, và nó thường hoạt động như là điểm IP của các thiết bị cho UE. Nó thực hiện các chức năng chọn lưu lượng và lọc theo yêu cầu bởi các dịch vụ được đề cập. Tương tự như S-GW, các P-GW được duy trì tại các phòng điều hành tại một vị trí trung tâm. -P-GW bao gồm cả PCEF, có nghĩa là nó thực hiện các chức năng chọn lưu lượng và lọc theo yêu cầu bởi các chính sách được thiết lập cho UE và các dịch vụ nói đến, nó cũng thu thập các báo cáo thông tin chi phí liên quan. Hình 2.1.6 P-GW kết nối tới các node logic khác và các chức năng chính - P-GW là điểm cuối di đông mức cao nhất trong hệ thống. Khi một UE di chuyển từ một S-GW tới một cái khác, các phần tử mang phải được chuyển vào P-GW. PGW sẽ nhận được chỉ dẫn để chuyển các luồng từ các S-GW mới. 15 -Hình 2.1.6 cho thấy các kết nối P-GW đã đến xung quanh các nút logic, và danh sách các chức năng chính trong giao diện này - Mỗi P-GW có thể được kết nối tới một hoặc nhiều PCRF, S-GW và mạng bên ngoài. Đối với một UE liên kết với P-GW thì chỉ có duy nhất một S-GW, nhưng có các kết nối tới nhiều các mạng bên ngoài và tương ứng có nhiều các PCRF có thể cần phải được hỗ trợ, nếu có kết nối tới nhiều các PDN được hỗ trợ thông qua một P-GW 2.7. Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên ( PCRF) Là phần tử mạng chịu trách nhiệm về chính sách và điều khiển tính cước ( PCC). Nó tạo ra các quyết định về cách xử lý các dịch vụ về QoS, và cung cấp thông tin cho PCEF được đặt trong P-GW, và nếu được áp dụng cho cả BBERF được đặt trong S-GW, để cho việc thiết lập các phần tử mang thích hợp và việc lập chính sách. PCRF là một máy chủ và thường được đặt với các phần tử CN khác tại các trung tâm điều hành chuyển mạch. 2.1.7 :PCRF kết nối tới các nút logic khác & các chức năng chính Các kết nối giữa PCRF và các nút khác được thể hiện như trong hình 2.7, mỗi PCRF có thể được kết nối với một hoặc nhiều AF, P-GW và S-GW. Chỉ có một PCRF liên kết với mỗi kết nối PDN đó là một UE duy nhất đã có. 2.8. Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) (HSS) là kho dữ liệu thuê bao cho tất cả dữ liệu người dùng thường xuyên. Nó cũng ghi lại vị trí của người sử dụng ở mức độ của nút điều khiển mạng tạm trú, chẳng hạn như MME. Nó là một máy chủ cơ sở dữ liệu và được duy trì tại các phòng trung tâm của nhà điều hành. 16 HSS lưu trữ bản gốc của hồ sơ thuê bao, trong đó chứa các thông tin về các dịch vụ được áp dụng đối với người sử dụng, bao gồm thông tin về các kết nối PDN được cho phép, và liệu có chuyển tới một mạng tạm trú riêng được hay không? HSS cũng lưu những nhận dạng của các P-GW được sử dụng. Khóa thường trực được sử dụng để tính toán xác thực và được gửi tới mạng tạm trú để xác thực người dùng và các khóa phát sinh tiếp sau để mã hóa và bảo vệ tính toàn vẹn là được lưu trữ tại các trung tâm xác thực(AUC PHẦN 3 - TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE (các chức năng) 3.1. Các chế độ truy nhập vô tuyến Giao diện không gian LTE hỗ trợ cả hai chế độ là song công phân chia theo tần số ( FDD) và song công phân chia theo thời gian ( TDD), mỗi chế độ có một cấu trúc khung riêng. Chế độ bán song công FDD cho phép chia sẻ phần cứng giữa đường lên và đường xuống vì đường lên và đường xuống không bao giờ sử dụng đồng thời. Kỹ thuật này được sử dụng trong một số dải tần và cũng cho phép tiết kiệm chi phí trong khi giảm một nửa khả năng truyền dữ liệu. Giao diện không gian LTE cũng hỗ trợ phát đa phương tiện và các dịch vụ phát quảng bá đa điểm (MBMS). Một công nghệ tương đối mới cho nội dung phát sóng như truyền hình kỹ thuật số tới UE bằng cách sử dụng các kết nối điểm- đa điểm. 3.2. Băng tần truyền dẫn LTE phải hỗ trợ thị trường không dây quốc tế , các quy định về phổ tần trong khu vực và phổ tần sẵn có. Để đạt được điều này các thông số kỹ thuật bao gồm băng thông kênh biến đổi có thể lựa chọn từ 1,4 tới 20MHz 3.3. Thủ tục điều khiển định thời Thủ tục điều khiển định thời là cần thiết để cho sự truyền dẫn hướng lên từ các người sử dụng khác nhau tới eNodeB về bản chất là trong phạm vi tiền tố vòng. Như vậy đồng bộ hướng lên là cần thiết để tránh nhiễu giữa những người sử dụng bằng việc lập lịch truyền dẫn hướng lên trên cùng khung con. eNodeB liên tục có các biện pháp định thời tín hiệu hướng lên của UE và điều chỉnh thời điểm truyền dẫn đường lên 17 Các lệnh ứng trước định thời được gửi chỉ khi việc điều chỉnh định thời là thực sự cần thiết. Độ phân giải của một lênh ứng trước định thời là 0,52µs, và ứng trước định thời được xác định một cách tương đối so với thời điểm của khung vô tuyến đường xuống đã nhận được trên UE. 3.4. chức năng nhắn tin Cho phép nhắn tin, UE sẽ được cấp phát một khoảng nhắn tin và một khung con riêng trong khoảng thời gian mà thông điệp tin nhắn có thể được gửi đi.Các tiêu chí thiết kế chính trong nhắn tin là nhằm đảm bảo đủ một chu kỳ cho các thiết bị để tiết kiệm năng lượng và cũng để đảm bảo thời gian đáp ứng đủ nhanh cho cuộc gọi đến. 3.5. Thủ tục báo cáo phản hồi kênh ( phản hồi khi vắng mặt) Mục đích của báo cáo phản hồi trạng thái kênh là để cung cấp cho eNodeB thông tin về trạng vắng mặt kênh đường xuống nhằm giúp tối ưu hóa quyết định lập lịch biểu gói tin. Điều này tạo ra một khả năng cho việc lập lịch biểu gói tin trong miền tần số (FDPS), đây là một phương pháp nhằm phân chia các nguồn tài nguyên vô tuyến trong miền tần số cho các người sử dụng khác nhau nhằm tối ưu hóa hiệu suất hệ thống. 3.6. Hoạt động chế độ bán song công Các thông số kỹ thuật của LTE cũng cho phép chế độ hoạt động bán song công, trong đó về cơ bản là hoạt động trong chế độ FDD ( ví dụ, tần số thu và phát là riêng rẽ ) nhưng truyền dẫn và thu nhận không diễn ra đồng thời như trong chế độ TDD. Tác động đối với tốc độ dữ liệu có thể là đường lên hoặc đường xuống sẽ không còn được độc lập nhưng tốc độ dữ liệu sẵn có trong một hướng truyền dẫn sẽ phụ thuộc vào việc các nguồn tài nguyên được cấp phát cho các hướng khác nhau 18 3.7 . Đo lường UE ( người dùng- tính cước) Đối với UE các phép đo sau đây được thực hiện bên trong hệ thống LTE : +Công suất thu tín hiệu chuẩn (RSRP), mà đối với một ô riêng biệt đó là mức trung bình của công suất đo được ( và mức trung bình giữa các nhánh thu được ) của các thành phần tài nguyên có chứa các tín hiệu chuẩn ô cụ thể. + Chất lượng thu tín hiệu chuẩn ( RSRQ) nó là tỉ số của RSRP và UTRAN mang chỉ thị cường độ tín hiệu nhận được (RSSI), với các tín hiệu chuẩn. + UTRAN , đây là tổng công suất dải rộng thu được trên một tần số nhất định, nó bao gồm nhiễu từ toàn bộ vũ trụ vào tần số cụ thể, cho dù đó là sự can nhiễu giữa các ô hoặc từ mọi nguồn nhiễu nào khác. UTRAN không phải là báo cáo của UE như là một phép đo riêng lẻ, nhưng nó chỉ được sử dụng trong việc tính toán các giá trị RSRQ và cước bên UE. 3.8 hình tham số lớp vật lý Các tham số lớp vật lý để cấu hình cho kết nối trong một ô cụ thể là trách nhiệm của eNodeB cụ thể Thiết lập các kết nối X2 Khi lắp đặt một ô mạng mới, theo nguyên tắc là ô có thể chọn ngẫu nhiên PCI và khi báo cáo đo lường đầu tiên đã thu được từ UE bất kỳ, nó sẽ nghiên cứu các PCI đang sử dụng ở gần. Sau đó khi eNodeB đã biết được các ô lân cận và nó có thể thiết lập các kết nối X2 Một khi các kết nối X2 cung cấp thông tin về các giá trị PCI được sử dụng trong các ô lân cận, ô có thể xác định xem PCI nó lựa chọn có cần phải điều chỉnh hay không. Hoặc, 19 PCI có thể được lấy trực tiếp , như vậy tránh được các xung đột ban đầu cho PCI giữa các ô gần nhau. PHẦN 5 – CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP 5.1. Thủ tục dò tìm ô Dò tìm ô là thủ tục mà theo đó thiết bị đầu cuối tìm thấy một ô mạng để có khả năng kết nối tới. Như là một phần của thủ tục dò tìm ô, thiết bị đầu cuối đã tìm được nhận dạng của một ô và ước tính sự định thời khung của ô được xác định Để tránh việc lập kế hoạch ô phức tạp, số lượng các nhận dạng ô lớp vật lý phải có đủ lớn. LTE hỗ trợ 510 nhận dạng ô khác nhau, được chia thành 170 nhóm nhận dạng ô. Để giảm sự phức tạm trong việc dò tìm ô, dò tìm ô trong LTE thường được thực hiện trong một vài bước, tương tự như thủ tục dò tìm ô ba bước trong WCDMA. Để hỗ trợ thiết bị đầu cuối trong thủ tục này, LTE cung cấp một tín hiệu đồng bộ sơ cấp và một tín hiệu đồng bộ thứ cấp trên đường xuống. Các tín hiệu đồng bộ sơ cấp và thứ cấp là các chuỗi riêng, được chèn vào hai ký hiệu OFDM cuối cùng trong khe đầu tiên của khung con số 0 và số 5 như được minh hoạ t. Ngoài các tín hiệu đồng bộ, thủ tục dò tìm ô cũng có thể lợi dụng các tín hiệu tham chiếu như là một phần hoạt động của nó. Các tín hiệu đồng bộ sơ cấp & thứ cấp Hơn nữa, khi có một ánh xạ một-một giữa mỗi một sự nhận dạng trong một nhóm nhận dạng ô và mỗi một dãy trực giao trong ba chuỗi là được sử dụng khi tạo ra tín hiệu chuẩn. Thiết bị đầu cuối khác cũng có được một phần kiến thức về cấu trúc tín hiệu chuẩn trong bước này. Nhóm ô nhận dạng, tuy nhiên vẫn chưa biết đến thiết bị đầu cuối sau bước này. 5.2. Dò tìm ban đầu và dò tìm ô lân cận (gjảm nghẽn mạng) 20 Tải về bản full