Nghiên cứu công nghệ 4g và triển khai 4g cho VNPT hòa bình

MỞ ĐẦU Trước sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của các dịch vụ số liệu, trước xu hướng tích hợp và IP hoá đã đặt ra các yêu cầu mới đối với công nghiệp Viễn thông di động.. Tuy nhiên, mạng d

-

NGUYỄN ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ 4G VÀ TRIỂN KHAI 4G CHO VNPT HÒA BÌNH

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử

Mã số: 60.52.70

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2013

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ XUÂN CÔNG

Phản biện 1: ……… Phản biện 2: ………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

MỞ ĐẦU

Trước sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của các dịch vụ số liệu, trước xu hướng tích hợp và IP hoá đã đặt ra các yêu cầu mới đối với công nghiệp Viễn thông di động Mạng thông tin di động thế hệ ba ra đời đã khắc phục được các nhược điểm của các mạng thông tin di động thế hệ trước đó Tuy nhiên, mạng di động này cũng có một số nhược điểm như: Tốc độ truyền dữ liệu vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của người dùng, khả năng đáp ứng các dịch vụ thời gian thực như hội nghị truyền hình là chưa cao, rất khó trong việc download các file dữ liệu lớn, khi đưa một dịch vụ mới vào mạng sẽ gặp rất nhiều vấn đề do tốc độ mạng thấp, tài nguyên băng tần ít,…

Trong bối cảnh đó người ta đã chuyển hướng sang nghiên cứu hệ thống thông tin di động mới có tên gọi là 4G Sự ra đời của hệ thống này mở ra khả năng tích hợp tất cả các dịch vụ, cung cấp băng thông rộng, dung lượng lớn, truyền dẫn

dữ liệu tốc độ cao, cung cấp cho người sử dụng những hình ảnh video màu chất lượng cao, các trò chơi đồ hoạ 3D linh hoạt, các dich vụ âm thanh số Việc phát triển công nghệ giao thức đầu cuối dung lượng lớn, các dich vụ gói dữ liệu tốc độ cao, công nghệ dựa trên nền tảng phần mềm công cộng mang đến các chương trình ứng dụng chất lượng cao trên nền các mạng di động

Hiện nay thị trường di động Việt Nam có số thuê bao không ngừng tăng, nhu cầu về việc sử dụng các dịch vụ và các dịch vụ đa phương tiện ngày càng cao

và càng đòi hỏi cao hơn trong tương lai Do đó việc nghiên cứu một công nghệ mới để đáp ứng các nhu cầu thị trường trong tương lai là rất cần thiết Với cơ sở lý thuyết trên để ứng dụng thực tế triển khai cho Viễn thông Hòa Bình

Luận văn bao gồm có 3 chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Công nghệ 4G LTE

Chương 3: Nghiên cứu mạng 4G cho VNPT Hòa Bình

Với mong muốn phục vụ người dùng các dịch vụ chất lượng cao, Việc nghiên cứu các xu hướng phát triển về công nghệ và dịch vụ mới để đáp ứng mục tiêu này

Công nghệ 4G với những tính năng ưu việt của nó cũng như lợi ích trong việc cung cấp và sử dụng dịch vụ là một xu hướng tất yếu cho các nhà cung cấp dịch vụ di động

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Mạng thông tin di động hiện nay

1.1.1 Lịch sử phát triển

Lịch sử ra đời và sự phát triển của dịch vụ di động từ thế hệ đầu tiên 1G tới thế hệ 4G trải qua nhiều giai đoạn khác nhau Quá trình bắt đầu với các thiết kế đầu tiên được biết đến như là 1G trong những năm 70 của thế kỷ trước! Các hệ thống ra đời sớm nhất được thực hiện dựa trên công nghệ tương tự và cấu trúc tế bào cơ bản của thông tin di động

Các hệ thống 2G này cung cấp các dịch vụ thông tin dữ liệu chuyển mạch kênh ở tốc độ thấp Tính cạnh tranh lại một lần nữa dẫn tới việc thiết kế và thực hiện các hệ thống bị phân hoá thành các chuẩn khác nhau không tương thích như: GSM (hệthống di động toàn cầu) chủ yếu ở châu Âu, TDMA (đa truy nhập phân chia theo thời gian) IS-54/IS-136 ở Mỹ, PDC (hệ thống di động tế bào số cá nhân) ở Nhật và CDMA (đa truy nhập phân chia theo mã) IS95, một hệ thống khác tại Mỹ Các hệ thống này hoạt động rộng khắp trên lãnh thổ quốc gia hoặc quốc tế

và hiện nay chúng vẫn chiếm vai trò là các hệ thống chủ đạo, mặc dù tốc độ dữ liệu của các thuê bao trong hệ thống bị giới hạn nhiều

Bước chuyển tiếp giữa 2G và 3G là 2.5G Thế hệ 2,5G được phát triển từ 2G với dịch vụ dữ liệu và các phương thức chuyển mạch gói, và nó cũng chú trọng tới các dịch vụ 3G cho các mạng 2G

1 G

+

IMT-Advanced 4G

GSM cdmaOne

WCDMA cdma20001x

HSPA 1XEVDO

LTE/UMB

Hình 1.1 Lộ trình phát triển thông tin di động lên 4G

Các hệ thống 3G hứa hẹn cung cấp những dịch vụ viễn thông tốc độ cao hơn, bao gồm thoại, fax và internet ở bất cứ thời gian nào, bất cứ nơi đâu với

sự chuyển vùng roaming toàn cầu không gián đoạn Chuẩn 3G toàn cầu của ITU

đã mở đường cho các ứng dụng và dịch vụ sáng tạo Mạng 3G đầu tiên được thiết lập tại Nhật bản Các mạng 2.5G, như là GPRS (dịch vụ vô tuyến gói chung)

triển khai rộng rãi ở Châu Âu Công nghệ 3G hỗ trợ băng thông 144 Kbps với tốc

độ di chuyển lớn (trên xe hơi), 384 Kbps (trong một khu vực), và 2 Mbps (đối với trường hợp trong nhà)

1.1.2 Đánh giá ưu nhược điểm của mạng thông tin di động hiện nay

a) Mạng thông tin di động 3G

Mạng thông tin di động thế hệ ba ra đời đã khắc phục được các nhược điểm của các mạng thông tin di động thế hệ trước đó Với việc cấu trúc mạng dùng giao thức IP kết hợp với công nghệ ATM, cùng với việc hỗ trợ tốc độ lên tới 2Mbps, mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA có thể hỗ trợ người dùng các dịch vụ như: hội nghị truyền hình, truy cập internet tốc độ cao, download các file dữ liệu nhỏ,…

Tuy nhiên, mạng di động này cũng có một số nhược điểm như: Tốc độ truyền dữ liệu là 2Mbps, vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của người dùng, khả năng đáp ứng các dịch vụ thời gian thực như hội nghị truyền hình là chưa cao, rất khó trong việc download các file dữ liệu lớn,…

Mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA chưa đáp ứng được các yêu cầu như:

Hàng nghìn tỷ được các nhà mạng Việt Nam đầu tư cho 3G, nhưng xem ra

kế hoạch thu hồi vốn khó được hoàn tất đúng thời gian dự định

Các nhà mạng cung cấp dịch vụ 3G khác sau những đầu tư ban đầu khá rầm rộ, ở thời điểm hiện tại phải tính toán, đã giảm tốc độ phát triển 3G, cụ thể giảm tốc độ mở rộng vùng phủ sóng và nâng cao chất lượng phủ sóng 3G

1.2 Giới thiệu về hệ thống thông tin di động 4G

Đối với các nước đang phát triển, nơi mà việc truy cập kết nối băng thông rộng cố định đang bị giới hạn, 4G sẽ mang lại kết nối tốc độ cao hơn nhiều và giúp họ cạnh tranh trên quy mô toàn cầu Các nhân viên cũng có được những lợi ích từ 4G để thực hiện nhanh chóng các công việc như kiểm tra mail và đọc tài liệu Tóm lại, với 4G, bạn có thể thực hiện công việc nhanh hơn, làm việc từ xa và khai thác nhiều dịch vụ đám mây khác qua các thiết bị di động của mình

1.2.2 Đặc điểm mạng thông tin di động 4G

Mạng 4G ra đời là cuộc cách mạng về tốc độ truyền dữ liệu, khả năng tương tác, giao tiếp giữa các mạng khác nhau Nó là sự kết hợp giữa các mạng khác nhau dựa trên nền IP

Mục đích chính của mạng là cho phép người dùng có thể truy nhập và khai thác các dịch vụ trong mạng với tốc độ cao, chất lượng tốt, an toàn, bảo mật Vì

vậy, để đáp ứng được các nhu cầu và các dịch vụ đó, mạng 4G phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

a) Mạng 4G phải đáp ứng được yêu cầu tích hợp được các mạng khác như các mạng di động thế hệ 2, thế hệ 3, thế hệ 3,5G,… và WLAN, WiMAX, và các mạng không dây khác

Mạng 4G có khả năng kết hợp với các mạng khác nhau dựa trên nền giao thức IP, với tốc độ cao, nó cung cấp các dịch vụ đa dạng thời gian thực, các ứng dụng chất lượng cao,… Đây là yếu tố rất quan trọng giúp cho một mạng, công nghệ mới đạt được thành công

b) Mạng có tính mở

Xem xét các ứng dụng, dịch vụ mạng hiện nay, chúng ta thấy rằng các hệ thống mạng hiện nay vẫn đang phát triển như là các hệ thống đóng Trong mạng thế hệ hai, dịch vụ cung cấp chỉ là những dịch vụ đơn giản như tin nhắn SMS, MMS,… Các mạng di động thế hệ ba đã bắt đầu cung cấp một số ứng dụng, dịch

vụ nhưng còn rất ít, chất lượng chưacao Cấu trúc mở của mạng 4G cho phép hệ thống cài đặt các thành phần mới với các giao diện mới giữa các cấu trúc khác nhau trên các lớp

Do đó mạng phải đảm bảo cho khả năng đáp ứng các nhu cầu này ngay từ thời điểm hiện tại cho đến tương lai

c) Đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng đa phương tiện trên nền IP

Để đảm bảo chất lượng dịch vụ, cần sự kết hợp chặt chẽ giữa các lớp truy nhập, truyền tải và các dịch vụ Internet Đặc biệt đối với các vấn đề về độ trễ mạng, băng thông dịch vụ…vv Mạng 4G yêu cầu tốc độ truyền dữ liệu cao, độ trễ nhỏ, dịch vụ thời gian thực, chất lượng cao

d) Đảm bảo tính an toàn, bảo mật thông tin

Đây là yêu cầu quan trọng hàng đầu của hệ thống Hệ thống thông tin càng phát triển, càng có nhiều người dùng ở các mạng khác nhau cung truy nhập vào hệ thống thì thông tin bí mật của người dùng càng không đảm bảo an toàn e) Mạng đảm bảo tính di động:

Một trong những vấn đề quan trọng của 4G đó là cách để truy nhập nhiều mạng di động và không dây khác nhau Có ba khả năng: Sử dụng thiết bị đa chế

độ, vùng phủ đa dịch vụ, hoặc sử dụng giao thức truy nhập chung

f) Mạng phải đảm bảo về tốc độ:

Mạng mới ra đời phải có tốc độ truyền dữ liệu cao, đáp ứng được yêu cầu của người sử dụng Tốc độ truyền dữ liệu trong mạng mới có thể lên đến 1Gbps, và 100Mbps

1.2.3 Xu hướng công nghệ

Hiện thế giới đang tồn tại 2 chuẩn công nghệ lõi của mạng 4G là WiMax

và Long Term Evolution (LTE) WiMax là chuẩn kết nối không dây được phát triển bởi IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) còn LTE là chuẩn do 3GPP, một bộ phận của liên minh các nhà mạng sử dụng công nghệ GSM Cả WiMax và LTE đều sử dụng các công nghệ thu phát tiên tiến để nâng cao khả năng bắt sóng và hoạt động của thiết bị, mạng lưới Tuy nhiên, mỗi công nghệ đều sử dụng một dải băng tần khác nhau

1.2.4 Thực tế triển khai thử nghiệm

VH- Bộ TT&TT đồng ý cho 5 doanh nghiệp VNPT, Viettel, FPT Telecom, CMC và VTC được thử nghiệm mạng di động 4G trước khi đấu giá lấy tần số và giấy phép 4G

Ngay sau khi được Bộ Thông tin và Truyền thông cấp giấy phép thử nghiệm dịch vụ công nghệ 4G, Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT) đã nỗ lực khẩn trương triển khai và lắp đặt thành công trạm BTS công nghệ LTE đầu tiên tại Việt Nam

VNPT là một trong năm doanh nghiệp được Bộ Thông tin và Truyền thông cấp giấy phép thử nghiệm dịch vụ công nghệ 4G Ngay sau khi có được giấy phép này, VNPT đã khẩn trương tiến hành thực hiện Dự án thử nghiệm cung cấp dịch

vụ vô tuyến băng rộng công nghệ LTE (Long Term Evolution), công nghệ Tiền 4G

Trạm BTS công nghệ LTE này được đặt tại nhà Internet, lô 2A, làng Quốc

tế Thăng Long, Cầu Giấy, Hà Nội (trụ sở của công ty Điện toán và truyền số liệu VDC) Với tốc độ truy cập Internet lên đến 60 Mb/giây, dịch vụ truy cập Internet

vô tuyến LTE hứa hẹn sẽ mang tới cho khách hàng các ứng dụng đòi hỏi băng thông lớn như video, HDTV, giải trí trực tuyến,

Doanh nghiệp thứ 2 trong ngành viễn thông Việt Nam là Tập đoàn Viettel

đã cho thử nghiệm hệ thống 4G tại thành phố Hồ Chí Minh bằng việc thiết lập hoàn chỉnh một mạng hoàn toàn mới với 40 trạm phát LTE (4G) và 200 thiết bị đầu cuối

Cùng với các doanh nghiệp lớn, các doanh nghiệp nhỏ hơn cũng đang tìm cách triển khai 4G bằng việc liên kết giữa doanh nghiệp có hạ tầng mạng và đơn

vị khai thác nội dung

1.3 Kết luận chương

Các mạng thông tin di động thế hệ 3 WCDMA và thế hệ 3,5G HSDPA và HSUPA ra đời đã phần nào đáp ứng được nhu cầu của người tiên dùng như: tốc độ truyền dữ liệu lên tới 2Mbps đối với mạng WCDMA, 10Mbps đường xuống đối với công nghệ 3,5G, có thể truy nhập được nhiều dịch vụ như: truyền hình hội nghị, truy nhập Internet tốc độ cao

Tuy nhiên, các mạng di động này còn nhiều nhược điểm như: tốc độ truyền

dữ liệu chưa cao, do đó chất lượng của các dịch vụ thời gian thực chưa cao, tốc độ truyền dữ liệu vẫn còn thấp, đặc biệt là tính di động kém

Trong tương lai, người sử dụng mong muốn được sử dụng nhiều loại hình dịch vụ khác nhau với tốc độ truyền cao lên tới hàng trăm Mbps, hàng Gbps, có chất lượng tốt, có thể thâm nhập vào mạng từ mọi nơi, có khả năng sử dụng các dịch vụ mới một cách dễ dàng

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ 4G LTE

2.1 Mô hình mạng thông tin di động 4G/LTE

2.1.1 Tổng quan

LTE (Long Term Evolution: phát triển dài hạn) là tên dành cho tiêu chuẩn mới do 3GPP phát trển để đáp ứng các yêu cầu không ngừng tăng về tốc độ số liệu để đáp ứng các dịch vụ đa phương tiện IP LTE là bước phát triển tiếp sau của các hệ thống 2G và 3G để tiến đến cung cấp mức độ chất lượng tương tự như các mạng hữa tuyển hiện nay

Các mục tiêu thiết kế chính của LTE bao gồm:

Hệ thống phải hỗ trợ tốc độ đỉnh đường lên là 100Mbps và đường xuống

là 50Mbps trong băng thông 20 MHz hay tương đương với các giá trị hiệu suất phổ tần đỉnh là 5bps/Hz đường xuống và 2,5bps/Hz đường lên Hệ thống tham chuẩn có 2 anten trong UE cho đừơng xuống và 1 anten trong UE cho đường lên

Truyền dẫn đa anten là một trong số các công nghệ quan trọng nhất để đạt đựơc các mục tiêu tốc độ cao cho LTE Trên đường xuống LTE phiên bản đầu hỗ trợ một, hai hay bốn anten phát trong eNodeB và một, hai hay bốn anten thu trong

UE Đa anten có thể được sử dụng theo nhiều cách: để nhận được phân tập phát thu hay để nhận được ghép kênh không gian nhằm tăng tốc độ số liệu bằng cách tạo ra nhiều kênh con song khi điều kiện cho phép Tuy nhiên trên đường lên LTE chỉ hỗ trợ một anten phát tai UE và một, hai hay bốn anten thu tại eNodeB Vì thế trên đường lên đa anten chỉ được sử dụng cho phân tập thu Để đạt được các mục tiêu khác nhau

LTE sử dụng đa anten với các công nghệ MIMO khác nhau bao gồm SU- MIMO (Single-User MIMO: MIMO đơn người sử dụng), MU-MIMO (Multi-User MIMO: MIMO đa người sử dụng, tiền mã hóa cấp hạng 1 vòng kín và tạo búp dành riêng Các sơ đồ SU-MIMO được đặc tả cho cấu hình hai hay bốn anten phát trên đường xuống để hỗ trợ truyền dẫn nhiều lớp không gian (lên đến bốn lớp) cho một UE Sơ đồ phân tập phát được đặc tả cho bốn anten phát trên đường xuống và hai anten phát trên đường lên Sơ đồ MU- MIMO cho phép ấn định các lớp không gian khác nhau cho các người sử dụng khác nhau trong cùng một tài nguyên thời gian-tần số và được hỗ trợ cả ở đường lên lẫn đường xuống Sơ đồ tiền mã hóa vòng kín cấp hạng 1 được sử dụng để cải thiện vùng phủ sóng sử dụng công nghệ SU-MIMO dựa trên tín hiệu tham chuẩn chung đặc thù ô với việc

sử dụng một bản tin báo hiệu điều khiển thông lượng thấp để

2.1.2 Mô hình mạng thông tin di động 4G/LTE:

Lớp dịch vụ

Signaling SGW Mobility

Security SEG Billing

System IP

multimedia

MGW

MGW MGW

Lớp truy nhập vô tuyến

Hình 2.1 Mô hình cấu trúc mạng 4G/LTE

Phạm vi của mạng 4G sẽ bao phủ toàn bộ từ các phần truyền dẫn vô tuyến, truyền dẫn trong mạng lõi đến tận các ứng dụng trên thiết bị đầu cuối Với yêu cầu một kiến trúc phân lớp cho hệ thống, nhằm đảm bảo tính mở và tính thích ứng cho

hệ thống, các thành phần chức năng trong mạng sẽ được chuẩn hoá theo các chức năng chung và mỗi chức năng chung này sẽ đại diện cho chức năng trong 1 lớp Với yêu cầu này, chúng tôi phân chia cấu trúc mạng trên cơ sở của 4 lớp chức năng, tương ứng với 4 phạm vi chức năng của các thành phần trong hệ thống mạng

Nút duy nhất trong E-UTRAN là eNodeB (evolved Node B: Nút B phát triển) eNodeB là trạm gốc vô tuyến chịu trách nhiệm điều khiển tất cả các chức năng liên quan đến vô tuyến trong phần cố định của hệ thống eNodeB thông thường được phân bố trên các vùng phủ sóng của mạng, eNodeB được đặt gần các anten vô tuyến thực tế

Về mặt chức năng eNodeB hoạt động như một cầu nối lớp 2 giữa UE và EPC và là điểm kết cuối của tất cả các giao thức vô tuyến hướng đến UE và chuyển tiếp số liệu giữa kết nối vô tuyến và kết nối dựa trên IP tương ứng đến EPC Trong vai trò này, eNodeB thực hiện mật mã hóa/giải mật mã hóa số liệu và

đồng thời nén/giải nén tiêu đề IP eNodeB cũng chịu trách nhiệm cho nhiều chức năng của mặt phẳng điều khiển (CP) eNodeB chịu trách nhiệm quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM: Radio Resource Management), nghĩa là điều khiển mức

độ sử dụng giao diện vô tuyến bao gồm: ấn định các tài nguyên vô tuyến theo yêu cầu, đặt mức ưu tiên và lập biểu lưu lượng theo chất lượng dịch vụ (QoS) yêu cầu và thường xuyên giám sát tình trạng sử dụng tài nguyên

2.2 Các giao thức trên giao diện vô tuyến LTE

Giao diện vô tuyến được ký hiệu là LTE Uu 4G LTE không sử dụng RNC Các chức năng trước đây của RNC được đặt ngay trong eNodeB để có thể xử lý nhanh hơn các thay đổi trên đường truyền vô tuyến nhanh hơn Ngoài ra mạng lõi

là mạng lõi gói phát triển được xây dựng trên nền IP Giao diện vô tuyến giữa UE

và eNodeB được ký hiệu là LTE Uu

2.3 Quản lý di động trong 4G LTE

Vị trí của được MME nhận biết với độ chính xác đến vùng theo bám (TA: Tracking Area) Khi UE ở trạng thái rỗi, mỗi lần chuyển dịch từ một TA này sang một TA khác nó phải thực hiện thủ tục TA để thông báo cho MME về TA mới Kích thước TA phải được chọn hợp lý để không bị lớn quá (dể giảm tải báo hiệu tìm gọi) và không bị nhỏ quá (đến tránh thường xuyên báo hiệu cập nhật vị trí) Cũng giống như vùng định tuyến (RA: Routing Area) trong WCDMA/HSPA, TA trong LTE thông thường bao phủ vài trăm BTS

2.4 Cấu trúc tài nguyên truyền dẫn trong LTE

Các tài nguyên trong LTE có các kích thước thời gian, tần số và không gian Kích thước không gian được đo bằng ‘lớp’ và đựơc truy nhập bởi nhiều anten phát và nhiều anten thu

Các thông số của khối tài nguyên RB số các sóng mang trong một khối tài nguyên NRC là 12 hoặc 24 đối với các trường hợp băng thông sóng mang con bằng 15 kHz và 7,5KHz Băng thông sóng mang con 7,5kHz chỉ được sử dụng cho truyền dẫn MBSFN (MB Single Frequency Network) Mỗi khe bao gồm 7 ký hiệu OFDM trong trường hợp độ dài CP bình thường hoặc 6 ký hiệu OFDM trong trường hợp độ dài CP mở rộng và được lập cấu hình theo đặc điểm của ô

Theo quy định số RB tối thiểu trong miền tần số là 6 (tương ứng với 6x12= 72 sóng mang con và băng thông truyền dẫn là 1,08MHz) và số RB cực đại trong trong miền tần số là 100 (tương ứng với 100x12=1200 sóng mang con

và băng thông truyền dẫn là 18MHz)

2.5 Quy hoạch tần số trong LTE

Bảng 2.1 liệt kê các băng tần hiện thời được quy định cho LTE Hiện thời

có 17 băng cho FDD và 8 băng cho TDD Mỗi khi có thể, các quy định vô tuyến cho FDD và TDD được duy trì như nhau để đảm bảo sự tương đồng tối đa giữa hai chế độ này

Bảng 2.1 Các băng tần LTE

BăngLTE Đường lên Đường xuống Chế độ song

công

1 1920MHz-1980 MHz 2110 MHz - 2170 MHz FDD

sử dụng hơn để đạt đựơc các tốc độ số liệu người sử dụng cao Không như các ô Femto (các BTS có kích thước nhỏ và rẻ tiền đặt gần thuê bao để hỗ trợ tốc độ số liệu cao), các nút chuyển tiếp (RN: Relay Node) rất hấp dẫn vì chúng cho phép lắp đặt đơn giản và là giải pháp kinh tế cho các triển khai mật độ ô cao vì không cần đường trục hữu tuyến Có thể đạt đựơc thông lượng cao trên các đường truy nhập vô tuyến nhờ RN ở gần và vùng phủ sóng nhỏ hơn của nó Đường trục từ

RN đến eNodeB cũng hưởng lợi từ vị trí RN tốt hơn so với UE được phục vụ và

vì thế cho phép eNodeB thông qua RN cung cấp vùng phủ tốt hơn với hiệu suất phổ tần cao hơn

Về căn bản, xét từ góc độ đầu cuối, RN lớp 2 sẽ hoạt động giống như một eNodeB bình thường bao gồm cả lập biểu và quản lý tài nguyên, nhưng đường

trục được thực hiện bởi một đường truyền LTE đến eNodeB bằng cách sử dụng một băng tần bổ sung (ngoài băng) hay cùng băng (trong băng) cho đường truy nhập này Phương pháp thứ hai cũng thường đựơc sử dụng vì nó không cần cấp phép tần số bổ sung và không cần cách ly cao đối với tự nhiễu nhờ việc sử dụng phân cách TDMA giữa phát RN đến các đầu cuối và thu từ eNodeB (một giải pháp đơn giản cho phân cách TDMA là RN dành trứơc một số khung con MBSFN) Khung con MBSFN cho phép truyền dẫn không liên tục từ eNodeB Trước đây nó được đưa ra để hỗ trợ khai thác phát quảng bá đơn sóng mang từ một số eNodeB, nhưng bây giờ cũng dùng để che dấu đường trục đối với các đầu cuối R6 để đạt được khai thác RN hoàn toàn tương thích ngược

Hình 2.2 Nút chuyển tiếp

2.7 Kỹ thuật đa anten trong LTE

3GPP đã hoàn thiện đặc tả chuẩn LTE Các công nghệ MIMO được đưa ra trong LTE như ghép kênh không gian, phân tập phát và tạo búp là các phần tử then chốt để cung cấp tốc độ số liệu đỉnh cao hơn với hiệu suất phổ tốt hơn và là các công nghệ căn bản để hỗ trợ dịch vụ số liệu băng rộng không dây tương lai

3GPP đã đặc tả công nghệ E-UTRAN hay còn gọi là LTE được xây dựng trên cơ sở truyền dẫn OFDM để hỗ trợ tốc độ bit lên đến 300 Mbps cho đường xuống và 75Mbps cho đường lên Trong LTE MIMO được sử dụng để cải thiện tốc độ số liệu đỉnh đường xuống, vùng phủ sóng cũng như thông lượng trung bình LTE sử dụng đa anten với các công nghệ MIMO khác nhau bao gồm SU-MIMO (Single-User MIMO: MIMO đơn người sử dụng), MU-MIMO (Multi-User MIMO: MIMO đa người sử dụng, tiền mã hóa vòng kín và tạo búp dành riêng Các sơ đồ SU-MIMO được đặc tả cho cấu hình hai hay bốn anten phát trên đường xuống để hỗ trợ truyền dẫn nhiều lớp không gian (lên đến bốn lớp) cho một UE

Công nghệ SU-MIMO hiện có được mở rộng để hỗ trợ cấu hình với tám anten phát trên đường xuống và bốn anten phát trên đường lên Ngoài ra truyền dẫn đa điểm phối hợp nhiều ô (CoMP) cũng đang được tích cực nghiên cứu và đánh giá

LTE hỗ trợ di động trên toàn mạng và được tối ưu hóa cho tốc độ di động thấp từ o đến 15km/giờ Tốc độ di động cao hơn từ 15 đến 120 km/giờ cũng đựơc

hỗ trợ với hiệu năng cao Ngoài ra LTE cũng có thể hỗ trợ tốc độ từ 120 đến 350km/giờ (thậm chí lên đến 500 km/giờ)

2.7.1 SU-MIMO đường xuống trong LTE

Sơ đồ SU-MIMO được áp dụng cho PDSCH (kênh vật lý chia sẻ đường xuống) Bằng ghép kênh không gian của SU-MIMO, hệ thống LTE cung cấp tốc

độ đường xuống 150Mbps với hai anten phát và 300Mbps với bốn anten phát Tồn tại hai chế độ khai thác trong ghép kênh không gian SU-MIMO: chế độ ghép kênh không gian vòng kín và ghép kênh không gian vòng hở

a) Mô hình truyền dẫn SU-MIMO đường xuống

Mô hình truyền dẫn SU-MIMO tổng quát cho trường hợp truyền dẫn vòng kín được cho trên hình 2.7 Mô hình trên hình vẽ sử dụng cấp hạng L với P cửa anten cho truyền dẫn SU-MIMO từ eNodeB đến UE (đường xuống) trên tài nguyên thời gian tần số được cấp phát riêng cho UE Để mô hình này hoạt động

số lượng anten phát tại eNodeB (P) và số lượng các anten tại UE (M) phải bằng hoặc lớn số luồng (>L) Từ mô hình này ta thấy tại eNodeB, L luồng (hay còn gọi

là L lớp) được tiền mã hóa bởi bộ tiền mã hóa đựơc chọn lựa từ thông tin phản hồi

từ UE (RI: Rank Indication: chỉ thị cấp hạng, PMI: Precoder Matrix Indication: chỉ ma trận tiền mã) và được phát đi từ P anten theo L búp sóng đến các anten của

Hình 2.3 Mô hình truyền dẫn SU-MIMO

b) Xử lý tín hiệu số trong SU-MIMO đường xuống

Ghép kênh không gian vòng kín với L lớp và P anten phát (P>L) được minh họa trên hình 2.8