Giải pháp tối ưu dung lượng trong hệ thống thông tin di động LTE

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

DƯƠNG NGUYỄN HIỂN HOÀNG

GIẢI PHÁP TỐI ƯU DUNG LƯỢNG

TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN

DI ĐỘNG LTE

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

Bình Định – Năm 2021

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

DƯƠNG NGUYỄN HIỂN HOÀNG

GIẢI PHÁP TỐI ƯU DUNG LƯỢNG

TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN

DI ĐỘNG LTE

Chuyên ngành : Kỹ thuật viễn thông

Mã số : 8520208

Người hướng dẫn: TS. Hồ Văn Phi

Bình Định – Năm 2021

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan các lý thuyết và kết quả mô phỏng, đo đạc là chính xác

trung thực, rõ ràng. Luận văn được tác giả tìm hiểu, nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của

TS. Hồ Văn Phi.

Trong luận văn có sử dụng các tài liệu tham khảo được trích dẫn theo danh mục

tài liệu tham khảo của luận văn.

Bình Định, ngày 01 tháng 06 năm 2021

Người thực hiện

Dương Nguyễn Hiển Hoàng

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn tới quý thầy cô khoa Kỹ thuật và Công

nghệ, đặc biệt là TS. Hồ Văn Phi đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ trong suốt quá trình

hoàn thành luận văn tốt nghiệp.

Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn sự động viên, giúp đỡ của gia đình, bạn bè

trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.

Bình Định, ngày 01 tháng 06 năm 2021

Người thực hiện

Dương Nguyễn Hiển Hoàng

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH VẼ

MỞ ĐẦU …………………………………………………………………………..1

1. Lý do chọn đề tài .......................................................................................... 1

2. Tình hình nghiên cứu ................................................................................... 2

3. Mục tiêu của đề tài ....................................................................................... 3

4. Nội dung chính đề tài ................................................................................... 4

5. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 4

6. Ý nghĩa khoa học của đề tài ......................................................................... 4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN MẠNG DI ĐỘNG LTE.........................................5

1.1. Giới thiệu mạng thông tin (NGN) ........................................................... 5

1.2. Đặc điểm mạng NGN................................................................................ 5

1.3. Khái niệm mạng LTE............................................................................... 8

1.4. Kỹ thuật đa truy nhập của mạng LTE.................................................... 9

1.4.1. Kỹ thuật OFDM...................................................................................9

1.4.2. Kỹ thuật OFDMA ..............................................................................10

1.4.3. Kỹ thuật SC-FDMA...........................................................................11

1.5. Cấu trúc mạng LTE ............................................................................... 13

1.5.1. Thiết bị người dùng (UE)..................................................................14

1.5.2. E-UTRAN và Evolved Packet Core (EPC) E-UTRAN......................14

1.6. Cấu trúc giao thức E-UTRAN ............................................................... 15

1.6.1. Điều khiển vô tuyến (RLC)................................................................18

1.6.2. Điều khiển truy nhập trung gian (MAC) ..........................................19

1.6.3 Các kênh logic và kênh truyền tải......................................................19

1.7. Tóm tắt chương 1 ................................................................................... 20

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LẬP KẾ HOẠCH MẠNG...............................................21

2.1. Những vấn đề cơ bản trong thiết kế tế bào ........................................... 21

2.1.1. Phân loại tế bào ...............................................................................21

2.1.1.1. Sử dụng lại tần số.......................................................................23

2.1.1.2. Tính toán lưu lượng ...................................................................25

2.1.1.3. Chuyển giao................................................................................27

2.1.1.4. Chia tế bào..................................................................................28

2.1.2. Quá trình tính toán hệ thống tế bào ................................................29

2.2 Các mô hình tính toán……………………………………………………30

2.3. Mô hình Macrocell ................................................................................. 32

2.4. Mô hình Microcell .................................................................................. 33

2.4.1. Mô hình Microcell hai chiều ...........................................................34

2.4.2. Mô hình 3 chiều...............................................................................36

2.5. Mô hình truyền sóng trong nhà ............................................................. 36

2.6. Tính toán vùng phủ sóng........................................................................ 37

2.7. Tính toán lưu lượng................................................................................ 39

2.8. Số kênh yêu cầu ...................................................................................... 40

2.9. Tính toán can nhiễu................................................................................ 41

2.10. Tóm tắt chương 2................................................................................... 43

CHƯƠNG 3. TỐI ƯU MẠNG DI ĐỘNG LTE.................................................44

3.1. Bài toán tối ưu............................................................................................44

3.2. Phương pháp Gradient .......................................................................... 45

3.3. Quy hoạch tuyến tính ............................................................................. 46

3.4. Quy hoạch phi tuyến .............................................................................. 47

3.4.1. Quy hoạch dạng toàn phương...........................................................47

3.4.1.1. Dạng chính tắc ...........................................................................48

3.4.1.2. Dạng chuẩn ................................................................................48

3.4.1.3. Dạng hỗn hợp.............................................................................48

3.4.2. Phương pháp Hildreth-D’Esopo .......................................................49

3.5. Các giải thuật cho bài toán tối ưu cấu trúc mạng di động thế hệ mới. 49

3.5.1. Thuật toán di truyền cơ bản ..............................................................50

3.5.2. Thuật toán di truyền đa mục tiêu……………………………………53

3.5.3. Thuật toán Tabu Search……………………………………………..54

3.6. Mô phỏng, tính toán và đánh giá………………………………………..56

3.6.1. Mô phỏng, tính toán và đánh giá……………………………………56

3.6.2. Mô phỏng cường độ Erlang theo kênh……………………………...59

3.6.3. Mô phỏng, tính toán xác suất vùng phủ ...........................................61

3.6.3.1. Tính toán xác suất vùng phủ......................................................61

3.6.3.2. Mô phỏng kết quả xác suất của vùng phủ……………………...64

3.7. Tóm tắt chương 3…………………………………………………………69

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU.....................................................70

TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................72

DANH MỤC VIẾT TẮT

STT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

1 3GPP

Third Generation Patnership

Project

Dự án hợp tác thế hệ 3

2 ARQ Automatic Repeat Request

Tham số tự động yêu cầu truyền

lại khi gói tin kém

3 CSFB Circuit Switched Fall Back Tính năng chuyển về mạch kênh

4 DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng

5 DL-SCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống

6 DSL Digital Subcriber Line Kênh thuê bao số

7

E- UTRAN

EPC

Evolved UMTS Terrestrial

Radio Access

Mạng truy nhập vô tuyến cải

tiến

8 eNodeB

Evolved Packet Core

Enhance NodeB

Mạng lõi gói NodeB cải tiến

9 EPC Evolved Packet Core

Phần mạng lõi của hệ thống

LTE

10 FDD Frequency Division Duplex Ghép kênh phân chia theo tần số

11 GSM Global System for Mobile Hệ thống di động toàn cầu

12 HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao

13 HSS Home Subscriber Server Quản lý thuê bao

14 KPI Key Performance Indicator Chỉ số đánh giá hiệu năng