Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 theo công nghệ LTE và LTE phát triển

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 theo công nghệ LTE và LTE phát triển

TRUONG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THONG

ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

HỆ THÓNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

THE HE THỨ 4 THEO CÔNG NGHỆ LTE

VA LTE PHAT TRIEN

MSSV: 06117023

PHAN A: GIOI THIEU

LOI CAM ON

7

Đầu tiên, người thực hiện dé tài xin gửi lời cảm ơn

chân thành đến tất cả các thầy cô trong bộ môn

Điện tử- Viễn thông cũng như các thầy cô trong khoa

Điện-Điện tử đã luôn nhiệt tình hướng dẫn, truyền đạt

kiến thức trong suốt thời gian học tập tại trường, là nền tảng

giúp người thực hiện có thé thực hiện đề tài tốt nghiệp nay

Người thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến

Thầy Lê Quang Tuấn, người đã hết lòng hướng dẫn,

chỉ bảo trong suốt thời gian làm đồ án, giúp người thực hiện

có những hướng đi đúng đắn để có thể hoàn thành đề tài

Xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến những người bạn đã luôn

hết lòng giúp đỡ người thực hiện trong thời gian qua

Một lần nữa xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài

Phan Thái Hằng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CONG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM VIỆT NAM

KY THUATTP HO CHi MINH Độc lập — Tự do - Hạnh phúc

solLice

QUYET DINH GIAO DE TAI

Họ và tên sinh viên:

Tên đề tài: HE THONG THONG TIN DI DONG THE HE THU 4 THEO

CONG NGHE 4G LTE VA LTE PHAT TRIEN

1) Co sé ban dau:

3) Cac ban vé:

4) Giáo viên hướng dẫn: TS Lê Quang Tuấn

5) Ngày giao nhiệm vụ:

6) Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

Giáo viên hướng dẫn Ngày tháng năm 2011

T.S Lê Quang Tuấn

NHAN XET CUA GIAO VIEN HUONG DAN

Ngày tháng năm 2011 Giáo viên hướng dân

NHAN XET CUA GIAO VIEN PHAN BIEN

LỜI NÓI ĐẦU

Tiếp theo mạng thông tin di động (TTDĐ) thế hệ thứ 3(3G), Liên minh Viễn thông

quốc tế (ITU) đang hướng tới một chuẩn cho mạng đi động tế bào mới thế hệ thứ 4 (4G) 4G có những tính năng vượt trội như: cho phép thoại dựa trên nền IP, truyền

số liệu và đa phương tiện với tốc độ cao hơn rất nhiều so với các mạng di động hiện

nay Theo tính toán, tốc độ truyền đữ liệu có thể lên đến 100 Mb/s, thậm chí lên đến

1 Gb/s trong các điều kiện tĩnh

Nhu cầu của khách hàng luôn tác động lớn đến sự ra đời, tồn tại và phát triển của một công nghệ mới Có thể nói, hiện nay có hai yếu tố từ nhu cầu của người dùng

tác động đến sự phát triển của công nghệ 4G Thứ nhất, đó là sự gia tăng về nhu cầu của các ứng dụng của mạng không dây và nhu cầu băng thông cao khi truy nhập

internet Thứ hai, người đùng luôn muốn công nghệ không dây mới ra đời vẫn sẽ

cung cấp các dịch vụ và tiện ích theo cách tương tự như mạng hữu tuyến, mạng

không đây hiện có mà họ đang dùng với những thói quen của họ Và hiển nhiên,

nhu cầu về chất lượng dịch vụ cung cấp được tốt hơn, tốc độ cao hơn, tốc độ truy nhập Web, tải xuống các tài nguyên mạng nhanh hơn là đích hướng tới của công

nghệ di động 4G

Ở Việt Nam, hiện nay 3G đang phát triển rằm rộ và để tiến lên 4G không còn xa

nữa Theo tin từ Tập đoàn Bưu chính viễn thông Việt Nam (VNPT), đơn vị này vừa hoàn thành việc lắp đặt trạm BTS sử dụng cho dịch vụ vô tuyến băng rộng công

nghệ LTE, công nghệ tiền 4G đầu tiên tại Việt Nam và Đông Nam Á

Để hòa nhập với xu thế chung, người thực hiện đã chọn đề tài “ Hệ thống thông tin

di động thé hệ thứ 4 theo công nghệ LTE và LTE phát triển” để có cơ hội nghiên

cứu, tìm hiểu kĩ hơn về công nghệ mới này

Nội dung của đồ án này gồm có 3 phần:

Phần C: Phụ lục và tài liệu tham khảo

Trong quá trình thực hiện đề tài, do khả năng còn hạn chế của người thực hiện mà

đề tài còn có nhiều thiếu sót, rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô và bạn bè

MỤC LỤC

Phần A: Giới thiệu

Quyết định giao d6 tai eceecccccccscssssssessesssessessessssssessessussssssessussesesessessusseeesessesesessees ii

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Nhận xét của giáo viên phản biện

Lời nói đầu

Mục lục

Lit K6 Wim 0 .44 ÔỎ xi

Phần B: Nội dung

CHƯƠNG 1: TONG QUAN CAC HE THONG THONG TIN DI ĐỘNG 1

1.1 Lịch sử phát triên của các hệ thông thông tin di động - - 1

1.1.1 Thế hệ 1G (First Generation) ¿- + + +++++++++zxetrxerrxerxxerrxerrx 1 1.1.2 Thế hệ 2G (Second Generation) . -¿- + +++2+z++zxxzzxezzx 1 1.1.3 Thế hệ 3G (Third Generation) - + + +++++++2++z+xezxxzzxezxx 2

CHƯƠNG 2: HỆ THÓNG 4G L/TE cccccccccccccccccrrrrrrrrrrrrrrrrree 13

MO nh 18

2.1.1 Giới thiệu về công nghệ L/TE 2 2 5£ S2 £+EE££E££x£+zE+rxerxecree 13

2.1.2 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax và những triển vọng cho

2.1.2.1 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimaxx .- «5s «<ss 14

2.1.3 Mục tiêu thiết kế L/TE 2-2 ©2++©+++2x++EE+vEExerkxerkxerkrerxrrrkrerree 20 2.1.3.1 Tiềm năng công nghỆ se 2s s©ssssSseSssssessevseessessersze 21 2.1.3.2 Hiệu suất hệ thống .-e- 2 se sesss+©ssss£vseEssvssesserserssessrrsze 22 2.1.3.3 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai .e s-ssssssessss 24

2.1.3.4 Kiến tric va su dich chuyén (migration) .- -se-s-scssssssessss 28

2.1.3.5 Quản lí tài nguyên vô tuyến .e-s s-sessssesssssesserssessessrssse 28

2.1.3.6 Độ phỨc tạp co s5 5 5s 9 9 9 TH n c 00000008009 0000600 29

2.1.3.7 Những vấn đề chung se sessss©sssssvseSssvssesserserssessrrse 29

2.1.4 Các thông số lớp vật lý của L/TE ¿+ ©+©+++cx++zx++rxeerxeersee 29

2.1.5 Dịch vụ của ILUTTE - 5+ +11 2x 91 21 E1 v.v vn gi 30

2.1.6 Tình hình triển khai mạng LTE tại Việt Nam: VNPT liên doanh triển khai

mạng LƯTTE (4C) - << 1 TT Hi 33 2.2 Cấu trúc mạng -2+++2CEEY++++tt2EEEEY+rrtttEEEEYvrrrtrrrkrxrrrrrrrrrrrrrrrrre 35

VN Linh 38

2.2.3 Đường giao tiếp giữa mạng lõi với mạng truy cập vô tuyến 42

2.2.4 Đường giao tiếp với cơ sở dữ liệu người dùng - +22 44

2.2.6 Kết nối với các mạng khác . - ¿+ ©+++++tx+erx+erxxerxrerreerxee 45

2.4.1 Kênh vật lý : các kênh vật lý sử dụng cho đữ liệu người đùng bao gồm :50

2.4.3 Kênh vận chuyên: bao gồm các kênh sau

2.5 Truyền đữ liệu hướng xuống

2.5.1 Nguyên tắc cơ bản của OFDM

2.5.2 Giải điều chế OEDM

2.5.3 Thực hiện OEDM sử dụng xử lý IFFT/FFT

2.5.5 Mô hình miễn thời gian của truyền OFDM -. -2 5+- +52 60

2.5.6 Sự ước lượng kênh và những symbol tham chiếu - 61 2.5.7 Tính đa dạng tần số với OFDM: điều quan trọng của mã kênh 62

2.5.8 Lựa chọn những thông số cơ bản của OFDM - 55252 64

2.5.8.1 Khoảng cách sóng mang con OEDM se<ssessesesseseeseseeses 64

2.5.8.2 S6 SONG MANY CON .ssessesssessesseessessessuessecsessesssessecsessesssecsesssesseesecsess 65

2.5.8.3 Chiều dai cyclic prefix .ccccccccsccsssssseesseesssesseesseesseecseesseesseesseesseeasees 66

2.5.9 Sự biến đôi công suất truyền tức thời -2- 2 + ©sz+zx+zxecxecxee 67 2.5.10 OFDM nhw là kế hoạch đa truy nhập và ghép kênh - 67

2.5.11 Truyén broadcast/multicast da cell va OFDM c.cccssesssessesseeseesesseeees 69 2.6 Truyền đữ liệu hướng lên -+V++++£+22E2E+++++tttvvvrrrrrrrrrvrrrcree 71 biên cớGadaD 73 2.7.1 Cơ bản về MIMO L/TE - 2-2: ©2+©2+2+++EE++EE+eEExerxxerxrerxrerkrerxee 73

2.7.2 SU-MIMO (Single user MĨIMO) - 5 55 + + sesererereree 74

2.7.3 MU-MIMO 2¿- 5c ©2s2 x2 x222121121171121171171111 71.11 c11ecrkee 74

2.7.4 Ghép kênh không gi1an - + +4 %4 E1 EExExkEkB vn ghn rn rhrn 76

b.9 00 (059) 8087 544 77 CHƯƠNG 3 TÔNG QUAN MẠNG DI ĐỘNG 4G LTE ADVANCE 82

EM 82

3.2 Những công nghệ thành phần đề xuất cho LTE-Advance 83

3.2.1 Truyền dẫn băng rộng hơn và chia sẻ phô tần - 2-2-2 25s 83

3.2.3 Truyền dẫn đa điểm phối hợp - ¿+ ©++©+++zx+ezxxerzeerxs 84 3.2.4 Các bộ lặp và các bộ chuyén tiép ccecccecseessessseesseessecsseesseesseesseesseesseess 85 3.2.5 MCMC CDMA vcsscssssssessssssssessscssscssscesscssscssecssscesscssecssecssecssecasecssecsseess 86 3.2.5.1 Hé théng Multicarrier CDMA .cccssessesssessesssessessessesssessessesseesecsees 86 3.2.5.2 Hé théng Multicode CDMA .c.ccsssessesssessessesssessessessesssecsessesseesecsess 90 3.2.5.3 Hé thong MCMC CDMA ccscssssssessesssessesssssessessessesssessesssesseesecsess 94 CHƯƠNG 4: MO PHONG Wu ccscsssessssssssesseesssesssecssessscsssesssessscssecssecssecssecsseesseesseess 98

4.1 Giao diện chính chương trình - - 5+ ++£ E++k£Ek+keEeEkrkerkrkekrkrkerkrkek 98

4.2 Hệ thống thu phát SC-FDMA 22¿+2VV22¿+2EEE22+EEEEEEe+EE2EEesrrrrecree 100

443 Mô phỏng hệ thống SCFDMA 10 user trong các trường hợp: cô định, di

4.4 So sánh hệ thống SC-FDMA và MCMC-CDMA -c-+- 108 Phần C: Phụ lục và tài liệu tham khảo

LIỆT KẾ BẢNG

Bảng 1.1 So sánh thông số đặc điểm của các hệ thống . . - 11 Bảng 2.1 Tiến trình phát triển các chuân của 3GPP +: 16

Bang 2.2 LTE va WIMAX .csscssssessssessssesessecesseccsnecessecessecsssesseeesneeesneeesneeess 17

Bảng 2.3 Các yêu cầu về hiệu suất phô và lưu lượng người đùng 23

Bảng 2.4 Yêu cầu về thời gian gián đoạn, LTE-GSM và LTE-WCDMA 25

Bảng 2.5 Các thông số lớp vật lí của L/TE 2 ¿- ¿©+2cx++cx++zxeee 29 Bảng 2.6 Tốc độ đỉnh của LTE theo lớp - 2- + 5+©+2cxe+zx++zxee2 30

Bảng 2.7 So sánh các dịch vụ của 3G so với 4G L/T - - «5s +<s++ 31

LIỆT KẾ HÌNH

Hình 1.1 : Tốc độ bit và sự phát triển đi động đến IMT-Advance 7

Hình 1.2 : Quá trình phát triển các công nghệ thông tin đi động 4G 8 Hình 2.1 Lộ trình phat trién của LTE và các công nghệ khác 15

Hình 2.2 Mục tiêu thiết kế L/TE 2-2 £ E+Ex££E££EE+EEEEEvEEerxrrrerreee 20 Hình 2.3 Phân bố phổ băng tân lõi tại 2 Ghz của nguyên ban IMT-2000 26 Hình 2.4 Một vi dụ về cách thức LTE thâm nhập từng bước vào phân bố phố

của một hệ thông GSM đã được triên khai .- - 5s ++s£+£+sx+erexss 27

Hình 2.6 Hệ thống mạng lỗi - 2-22 52 +#2+++EE++EE+2Ex+rxevrxezrxeee 37 Hình 2.7 Sự chuyên đổi trong cau trúc mạng từ UTRAN sang E-UTRAN 36 Hình 2.8 Cấu trúc EPS 2¿©22++22++222+222211222112711271121112111 11 re 37 Hình 2.9 Các thành phần trong mạng EPS -2 2- 2 5225252 37

Hình 2.10 Phân chia chức năng giữa E-UTRAN và EPC - 39

Hình 2.11 Cấu trúc chuyên vùng truy cập với P-GW trong mạng nhà 44

Hình 2.13 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người dùng của E-UTRAN 46 Hình 2.14 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiến của E-ƯTRAN 4

Hình 2.15 Kiến trúc giao thức - ¿ + ++++++x++rx++rxerxezrxesrxrrrxree 46 Hình 2.16: Khoảng cách sóng mang con OFDM - 5 + ++s£s<+s£+s+ 52

Hình 2.17: Điều chế OFDM - 2-©¿+2++++E+++2EEE+2EEEtSEEEttrrvrrrrrrrrer 33 Hình 2.18: Lưới thời gian tần số OFDM - -¿- ¿©2++cxe+rxezrxeee 54 Hình 2.19: Nguyên tắc cơ bản của giải điều chế OFDM - 55 Hình 2.20: Điều chế OFDM bằng xử lý IFFT -¿- 2 s++cx+22sze2 57 Hình 2.21: Giải điều chế OFDM bằng xử lý FFT .ccscessesssecsseesseesseeeseessees 58

Hình 2.22: Sự phân tán thời gian và thời gian nhận được tín hiệu tương ứng 58

Hình 2.24: Mô hình miền tần số của truyền nhận OFDM 60 Hình 2.25: Sự cân bằng một nhánh tại đầu thu OFDM - 61

Hình 2.26: Lưới thời gian tần số với những symbol tham chiếu biết trước 62

Hình 2.27: Truyền đơn sóng mang băng rộng và OFDM qua kênh lựa chọn tần

Hình 2.28: Mã kênh kết hợp với xen tần số trong truyền OFDM 64 Hình 2.29: Phổ của tín hiệu OFDM 5MHz và phổ WCDMA 66 Hình 2.30: Kế hoạch đa truy nhập/đa ghép kênh người dùng 67

Hình 2.31: Phân chia ghép kênh người dùng - «5 + «5s £s<+s£ss+ 68 Hình 2.32: Kế hoạch truyền Broadcast .2 2-©5+c5+2cx+2cxesrxrsrxree 69 Hình 2.33: Truyén Broadcast và Unicast - 2- 5+ c5+2cx++cxesrxeerxeee 70 Hình 2.34: Sự tương đương giữa truyền đồng thời và truyền đa tuyến 71

Hình 2.35 Sơ đồ khối DET-s-OEDM -2-©22¿222+++ccvsrrvrrrrrrrer 72 Hình 2.36 Mô hình SU-MIMO và MU-MIMO -2- 2-5555: 74 Hình 2.37 Hình minh họa MU-MIMO và SU-MIMO . - 75 Hình 2.38 Các chế độ chính trong MIMO -2- 2-52 ©2+z<+cx>xz+ceez 75

Hình 2.39 Ghép kênh không gian - - - + + + S+ +3 £*E+*E*E£Eeekrskrkrsee 76

Hình 2.40 Bộ thu phát MIMO-OFDM .2-22- 5+©++2cx+cxesrxrerxree 77 Hình 3.1 Vi du vê khối kêt tập sóng mang -2- 2 +2 ©5+2:s++s++2 84 Hình 3.2 Truyền dẫn đa điểm phối hợp - 2 ¿- + cs+2cs++cx++cxce2 85

Hình 3.4 Sự tạo tín hiệu MC-CDMA cho một người dùng . 87

Hình 3.5: Nguyên tắc tạo tín higu MC-CDMA .cssesscessessesssessessssssesseeseesees 88 Hình 3.7: Sơ đồ khối bộ phát Multi-code CDMA kiểu truyền song song 90 Hình 3.8: Sơ đồ khối bộ thu Multi-code CDMA kiểu truyền song song 91 Hình 3.9: Mô hình bộ phát và bộ thu hệ théng Multi-code CDMA kiéu 92 Hình 3.10: Mô hình Multi-code CDMA tổng quát . 2 -+: 93

Hình 3.1 1: Sự tạo tín hiệu rời rạc PMC-MC-CDMA - 5+ s+<s5+ 95 Hình 3.12: Sơ đồ rút gọn cho sự tao tín hiệu rời rạc PMC-MC-CDMA 95

NOI DUNG

CHUONG 1: TONG QUAN CAC HE THONG

THONG TIN DI DONG

1.1 Lịch sử phát triển của các hệ thống thông tin di động

1.1.1 Thé hé 1G (First Generation)

Đây là hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA và điều chế tần số EM với các đặc điểm:

Phương thức truy nhập: FDMA

Dịch vụ đơn thuần là thoại

Hệ thống mạng 2G được đặc trưng bởi công nghệ chuyên mạch kỹ thuật số (digital

circuit-switched) Kỹ thuật này chiếm ưu thế hơn 1G với các đặc điểm sau:

Dung lượng tăng

Chất lượng thoại tốt hơn

GSM (Global System for Mobile Phone) str dung phuong thức truy cập TDMA

được triển khai tại châu Âu

D-AMPS (IS-136-Digital Advance Mobile Phone System) sử dụng phương thức

truy cập TDMA được triển khai tại Mỹ

1S-95 (CDMA One) sử dụng phương thức truy cập CDMA được triển khai tại Mỹ

cung cấp cả hai hệ thống là chuyển mạch gói và chuyên mạch kênh Hệ thống 3G

yêu cầu một mạng truy cập radio hoàn toàn khác so với hệ thống 2G hiện nay Điểm mạnh của công nghệ này so với 2G là cho phép truyền, nhận các đữ liệu, âm thanh,

hình ảnh chất lượng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở các tốc độ khác nhau

Mạng 3G đặc trưng bởi tốc độ dữ liệu cao, capacity của hệ thống lớn, tăng hiệu quả

sử dung phô tần và nhiều cải tiến khác Có một loạt các chuẩn công nghệ di động

3G, tất cả đều dựa trên CDMA, bao gồm: UMTS (dùng cả FDD lẫn TDD),

CDMA2000 và TD-SCDMA:

UMTS (đôi khi còn được gọi là 3GSM) sử dung ky thuat da truy cap WCDMA

UMTS được chuẩn hoá bởi 3GPP UMTS là công nghệ 3G được lựa chọn bởi hầu hết các nhà cung cấp dich vy GSM/GPRS dé đi lên 3G Tốc độ dữ liệu tối đa là 1920Kbps (gần 2Mbps) Nhưng trong thực tế tốc độ này chỉ tầm 384Kbps thôi Để cải tiến tốc độ dữ liệu của3G, hai kỹ thuật HSDPA và HSUPA đã được đề nghị Khi

cả 2 kỹ thuật này được triển khai, người ta gọi chung là HSPA HSPA thường được

biết đến như là công nghệ 3,5G

Chương 1: Tổng quan các hệ thống thông tin di động

HSDPA: Tăng tốc độ downlink (đường xuống, từ NodeB về người dùng di động)

Tốc độ tối đa lý thuyết là 14,4Mbps, nhưng trong thực tế nó chỉ đạt tầm 1,8Mbps

(hoặc tốt lắm là 3,6Mbps) Theo một báo cáo củaGSA tháng 7 năm 2008, 207 mạng HSDPA đã và đang bắt đầu triển khai, trong đó 207 đã thương mại hoá ở 89 nước trên thế giới

HSUPA: tăng tốc độ uplink (đường lên) và cải tiến QoS Kỹ thuật này cho phép người đùng upload thông tin với tốc độ lên đến 5,8Mbps (lý thuyết) Cũng trong

cùng báo cáo trên của GSA, 51 nhà cung cấp dịch vụ thông tin đi động đã triển khai

mạng HSUPA ở 35 nước và 17 nhà cung cấp mạng lên kế hoạch triển khai mạng HSUPA

CDMA2000: bao gồm CDMA2000 IxRTT (Radio Transmission Technology), CDMA2000 (Evolution -Data Optimized) va CDMA2000 EV-DV(Evolution -Data and Voice) CDMA2000 được chuẩn hoá bởi 3GPP2 CDMA2000 là công nghệ 3G được lựa chọn bởi các nhà cung cấp mạng CdmaOne

CDMA2000 1xRTT: chính thức được công nhận như là một công nghệ 3G, tuy nhiên nhiều người xem nó như là một công nghệ 2,75G đúng hơn là 3G Tốc độ của

1xRTT cé thể đạt đến 307Kbps, song hầu hết các mạng đã triển khai chỉ giới han tốc độ peak ở 144Kbps

CDMA2000 EV-DO: sử dụng một kênh dữ liệu 1,25MHz chuyên biệt và có thé

cho tốc độ đữ liệu đến 2,4Mbps cho đường xuống và 153Kbps cho đường lên

1xEV-DO Rev A hỗ trợ truyền thông gói IP, tăng tốc độ đường xuống đến 3,1Mbps

và đặc biệt có thể đây tốc độ đường lên đến 1,2Mbps Bên cạnh đó, IxEV-DO Rev

B cho phép nhà cung cấp mạng gộp đến 15 kênh 1,25MHz lại dé truyền dữ liệu với

tốc độ 73,5Mbps

CDMA2000 EV-DYV: tích hợp thoại và đữ liệu trên cùng một kênh 1,25MHz

CDMA2000 EV-DV cung cấp tốc độ peak đến 4,8Mbps cho đường xuống và đến

307Kbps cho đường lên Tuy nhiên từ năm 2005, Qualcomm đã dừng vô thời hạn

Chương 1: Tổng quan các hệ thống thông tin di động

việc phát triển của IxEV-DV vì đa phần các nhà cung cấp mạng CDMA như

Verizon Wireless va Sprint da chon EV-DO

TD-SCDMA 1a chuan di déng duge dé nghi béi "China Communications Standards

Association" và được ITU duyét vào năm 1999 Đây là chuẩn 3G của Trung Quốc

TD-SCDMA dùng song công TDD TD-SCDMA có thể hoạt động trên một đãi tần hep 1,6MHz (cho tốc độ 2Mbps) hay 5MHz (cho tốc độ 6Mbps) Ngày xuất hành cia TD-SCDMA di bj day lùi nhiều lần Nhiều thử nghiệm về công nghệ này đã

diễn ra từ đầu năm 2004 cũng như trong thế vận hội Olympic gần đây

1.2 Công nghệ 4G

Nhu cầu đối với các hệ thống sau 3G

Khi nhìn vào tương lai, câu hỏi chính đặt ra cho các nhà cung cấp thiết bị mạng là khi nào và tại sao người dùng cần đến các mạng không dây sau 3G Mười mấy năm

trước, điện thoại là ứng dụng đầu tiên được di động hóa Vài năm sau thì SMS (Short Message Service) trở thành ứng dụng truyền dữ liệu di động đầu tiên vào

được thị trường đại chúng Đến nay thì những mạng điện thoại di động đơn giản

nhất cũng có khả năng truyền SMS đo bởi yêu cầu thấp về băng thông của nó Có thể xem SMS chính là dịch vụ tiên phong của những dịch vụ truyền đữ liệu khác như e-mail di động, đuyệt Web di động và nhiều địch vụ khác nữa Những ứng dụng như vậy trở thành hiện thực nhờ sự xuất hiện các mạng không dây truyền các

gói dữ liệu theo giao thức IP Đến nay thì dung lượng các mạng 3G và 3.5G vẫn đủ cho yêu cầu về bandwidth của các ứng dụng này và số lượng người dùng hiện có Nhưng đã có thé thay trong tương lai không xa, một số xu hướng sẽ làm tăng yêu

Chương 1: Tổng quan các hệ thống thông tin di động

tăng lượng dữ liệu cần được truyền đi cho mỗi trang Web Việc tải xuống âm nhạc

và phim ảnh cũng đang trở nên phô biến hơn, làm tăng hơn nữa yêu cầu về băng

thông

Các mạng xã hội di động: tương tự như trong Internet đường đây cố định, có một

dòng ứng dụng mới đang thay đôi cách thức con người sử dung Internet Trong quá

khứ, người đùng chủ yếu chỉ tiêu thụ nội dung Ngày nay thì các blog, các site chia

sẻ hình ảnh và các cổng truyền tải phim đang định hình lại Internet, bởi vì người

dùng không chỉ tiêu thụ nội dung nữa mà nay đã dùng mạng để chia sẻ những ý

tưởng, hình ảnh và phim ảnh của họ với người khác

Voice over IP: thế giới thoại đường dây cố định đang nhanh chóng chuyển sang hướng VoIP Nhiều khả năng là chỉ khoảng năm năm nữa, nhiều mạng thoại chuyển kênh đường dây cô định hiện nay sẽ chuyển hoàn toàn sang truyền thoại dựa trên

IP Tương tự như vậy, về phương điện truy cập mạng, nhiều người đùng sẽ sử dụng

VoIP như dịch vụ thoại chính của họ, ví dụ như qua các mạng DSL hoặc TV cáp Hiện nay có thê thấy những động thái chuyển dịch này rồi, bởi vì thị trường thoại

chuyền kênh đang chịu áp lực ngày càng tăng do sự sụt giảm số lượng thuê bao Kết quả là, nhiều nhà cung cấp dịch vụ thoại đường dây cô định không còn đầu tư vào

công nghệ chuyên kênh nữa Có thé quan sát thấy một xu hướng tương tự trong các

mạng không dây Tuy nhiên, sự dịch chuyển ở đây chậm hơn nhiều, đặc biệt là do yêu cầu về băng thông cao hơn đề truyền các cuộc thoại qua một đường truyền chuyển gói

Sự thay thế cho đường dây có định: trong khi lượng thông thoại ngày càng tăng thì doanh thu ngày càng giảm ở các mạng đường dây cố định lẫn không dây do cước

thuê bao ngày càng giảm VÌ vậy, ở nhiều nước, các nhà cung cấp dịch vụ không dây đang cố gắng kềm giữ hoặc tăng doanh thu bình quân trên mỗi thuê bao bằng

cách chào mời khả năng truy cập Internet cho máy PC, máy tính xách tay và các

thiết bị đi động trên các mạng UMTS/HSDPA hoặc CDMA của họ Như vậy là họ bắt đầu cạnh tranh trực tiếp với các nhà cung cấp dịch vụ DSL và cáp Muốn cạnh

tranh thành công, họ cũng phải tăng thêm băng thông trên mạng của mình

Sự cạnh tranh từ những nhà cung cấp dịch vụ Internet không dây khác: ở một số nước, các nhà cung cấp dịch vụ khác đã và đang chào mời khả năng truy cập

Chương 1: Tổng quan các hệ thống thông tin di động

Internet không đây broadband bằng các mạng Wifi hoặc Wimax/802.16 Những nhà cung cấp như thế cạnh tranh trực tiếp với các nhà cung cấp dịch vụ UMTS và

CDMA truyền thống vẫn đang hoạt động trong thị trường này

Một số công nghệ không dây hiện đang được xây đựng hoặc đang trong giai đoạn

triển khai ban đầu, được thiết kế để đáp ứng nhu cầu tương lai này: LTE của 3GPP,

HSPA+ và Wimax Câu hỏi đặt ra là trong bối cảnh như vậy, những công nghệ nào

là 3G hiện nay, và công nghệ nào được xem là 4G trong tương lai?

Cơ quan chịu trách nhiệm phân loại các mạng không dây là [TU (International Telecommunication Union) ITU phân loại các mạng viễn thông đi động quốc tế

(international mobile telecommunication_IMT) như sau:

Các hệ thống IMT-2000: tức những hệ thống mà ta gọi là 3G hiện nay, vi du UMTS

và CDMA2000

Các hệ thống Enhanced IMT-2000: sự phát triển của các hệ thống IMT-2000 (tức sau 3G), ví dụ như HSPA, CDMA 1xEvDo và những thế hệ phát triển hơn nữa của

chúng trong tương lai

Các hệ thống IMT-Advance: các hệ thống thuộc loại này được xem là hệ thống 4G

Trong liên minh viễn thông quốc tế ITU, nhóm công tác 8F(ITU-R WP 8F) dang

tiến hành nghiên cứu các hệ thống kế tiếp sau IMT-2000 ITU-R WP 8F tuyên bố

rằng cần có các công nghệ vô tuyến di động mới đề đáp ứng các khả năng cao hơn IMT-2000, tuy nhiên vẫn chưa chỉ rõ đó là công nghệ nào Thuật ngữ IMT-Adv

cũng sẽ có các bước phát triển giỗng như IMT-2000 và sẽ có các khả năng của các

hệ thống trước đó

Trong giới nghiên cứu, một số đề án đang được tiến hành trong IMT-Advance và

thế hệ sau của truy nhập vô tuyến Chăng hạn như đề án Winner được hỗ trợ một

phần kinh tế từ liên minh châu Âu là đề án dành cho nghiên cứu vấn đề này Khái niệm của Winner có rất nhiều các phần tử gần giống với LTE Tuy nhiên Winner

đặt mục tiêu cho tốc độ số liệu cao hơn và vì thế được thiết kế cho băng thông rộng

hơn 20Mhz

Chương 1: Tổng quan các hệ thống thông tin di động

LTE là một trong các con đường tiến tới 4G LTE sẽ tồn tại trong giai đoạn đầu của

4G, tiếp theo đó sẽ là IMT Adv LTE cho phép chuyển đổi dần từ 3G UMTS sang giai đoạn đầu của 4G sau đó sang IMT Adv Chuyên đổi dần tit LTE sang IMT Adv

là chìa khóa của thành công trên thị trường 3GPP đã bắt đầu hướng đến IMT-

Advance cũng cho vô tuyến vùng nội hạt đưới cái tên LTE-Advance LTE-Advance

là một phần của 3GPP Release 10 và IMT-Advance sẽ được triển khai vào năm

Hình 1.1 : Tốc độ bit và sự phát triển di động đến IMT-Advance

Ngoài LTE của 3GPP còn có các hướng chuyển đổi khác sang 4G 3GPP2 cũng đã

và đang thực hiện kế hoạch nghiên cứu LTE cho mình, hệ thống do 3GPP2 đề xuất

là UMB (Ultra Mobile Broadband) Ngoài ra Wimax cũng có kế hoạch tiến tới 4G

Một lộ trình tiến tới mạng 4G của các công nghệ được thê hiện như hình 1.2:

Chương 1: Tổng quan các hệ thống thông tin di động

Một số đặc điểm kỹ thuật như sau:

> Cac kỹ thuật Multiple radio và antenna tiên tiến:

Multiple Input Multiple Output (MIMO), đa truy nhập phân chia theo không gian (Spatial Division Multiple Access (SDMA)) và kỹ thuật beamforming antenna

Chương 1: Tổng quan các hệ thống thông tin đi động

4

Các kỹ thuật quản lý nhiễu tiên tiến (Improved interference management

techniques)

Tốc độ đữ liệu cao nhất (peak data rates)

Lên tới 288 Mbps đường lên, 75 Mbps đường xuống

Lên tới 1000 người sử dụng VoIP đồng thời (với sự cấp phát 20 MHz FDD)

IEEE 802.x

Chuan nay bat nguồn tir mang WiFi, sau đó tiến lên 802.16e rồi 802.16m và bây giờ

là 802.20

Chuẩn IEEE 802.20 còn được gọi là truy nhập vô tuyến băng rộng di động WBMA

(Mobile Broadband Wireless Access) Nó có thể hỗ trợ ngay cả khi đang di chuyển

với vận tốc lên tới 250 kmih

Trong khi chuyển vùng (roaming) của WïMAX nhìn chung bị giới hạn trong một phạm vi nhất định, thì chuan IEEE 802.20 giống như 3G có khả năng hỗ trợ chuyển

vùng toàn cầu Ngoài ra, cũng giống như WïMAX, IEEE 802.20 cũng hỗ trợ các kỹ thuật QoS nhằm cung cấp những dịch vụ có yêu cầu cao về độ trễ, jitter Trong

mạng EEE 802.20, việc đồng bộ giữa đường lên và đường xuống đều được thực hiện hiệu quả Dự kiến, chuẩn IEEE 802.20 tương lai sẽ kết hợp một số tính năng

của IEE 802.16e va cdc mạng dữ liệu 3G, nhằm cung cấp và tao ra một mạng truyền

thông da dang (rich communication)

3GPP LTE

Hệ thống 3GPP LTE, là bước tiếp theo cần hướng tới của hệ thống mạng không dây

3G dựa trên công nghệ di động GSM/UMTS, và là một trong những công nghệ tiềm

năng nhất cho truyền thông 4G Liên minh Viễn thông Quốc tế (TU) đã định nghĩa

truyền thông di động thế hệ thứ 4 là IMT Advanced và chia thành hai hệ thống dùng

cho đi động tốc độ cao và di động tốc độ thấp 3GPP LTE là hệ thống đùng cho di động tốc độ cao Ngoài ra, đây còn là công nghệ hệ thống tích hợp đầu tiên trên thế

Chương 1: Tổng quan các hệ thống thông tin di động

giới ứng đụng cả chuân 3GPP LTE và các chuẩn dịch vụ ứng dụng khác, do đó

người sử dụng có thé dé dang thực hiện cuộc gọi hoặc truyền dữ liệu giữa các mạng LTE va cac mang GSM/GPRS hoac UMTS dua trén WCDMA

3GPP LTE cé kha nang cap phat phổ tần linh động và hỗ trợ các dịch vụ đa phương

tiện với tốc độ trên 100Mb/s khi đi chuyển ở tốc độ 3km/h, và đạt 30Mb/s khi di chuyến ở tốc độ cao 120km/h thì tốc độ truyền là trên 30 Mb/s Tốc độ này nhanh hơn gấp 7 lần so với tốc độ truyền đữ liệu của công nghệ HSDPA (truy nhập gói dữ

liệu tốc độ cao) Do công nghệ này cho phép sử dụng các dịch vụ đa phương tiện

tốc độ cao trong khi di chuyển @ bat kỳ tốc độ nào nên nó có thể hỗ trợ sử dụng các

dịch vụ nội dung có dung lượng lớn với độ phân giải cao ở cả điện thoại di động, máy tính bỏ túi PDA, điện thoại thông minh

Ưu điểm nỗi bật:

Dung lượng truyền trên kênh đường xuống có thể đạt 100 Mbps và trên kênh đường lên có thé dat 50 Mbps

Tăng tốc độ truyền trên cả người sử dụng và các mặt phẳng điều khién

Sẽ không còn chuyển mạch kênh Tắt cả sẽ dựa trén IP VoIP sé dung cho dich vu

thoại

Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời Tuy nhiên mạng 3GPP

LTE van co thé tích hợp một cách dé dàng với mạng 3G và 2G hiện tại Điều này

hết sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai 3GPP LTE vì không cần thay đổi toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có

OFDMA va MIMO được sử dụng trong 3G LTE thay vì CDMA như trong 3G

Bang 1.1 So sánh thông số đặc diễm của các hệ thống

Approx years of initial 2003 / 2005 /6 2008 /9 2009 / 10

roll out 4 HSDPA

2007/8 HSUPA

Access methodology CDMA CDMA CDMA OFDMA / OFDMA /

SC-FDMA SC-FDMA

Một số đặc điểm của LTE Advance:

Tốc độ đữ liệu đỉnh: 1 Gbps cho đường xuống và 500 Mbps cho đường lên

Băng thông sử dụng: 20Mhz_ 100Mhz

Hiệu quả phổ đỉnh: 30bps/Hz cho đường xuống và 15 bps/Hz cho đường lên

Thời gian chờ: nhỏ hơn 50 ms khi chuyển từ trạng thái rỗi sang trạng thái kết nối và

nhỏ hơn 5ms cho mỗi chuyển mạch gói riêng lẻ

Tính di động: giống LTE

Khả năng tương thích: LTE Advance có khả năng liên kết mạng với LTE và các hệ

thống của 3GPP

Một số kĩ thuật đùng trong LTE-Advance:

Có một số kĩ thuật chính giúp cho LTE Advance đạt được tốc độ đữ liệu cao

MIMO và OFDM là hai kĩ thuật cơ bản Bên cạnh đó, còn có một số kĩ thuật khác

Chương 1: Tổng quan các hệ thống thông tin đi động

sẽ được triển khai Trong số đó, kĩ thuật MC-MC-CDMA (Multicode Multicarrier

Code Devision Multiple Access) là một ứng cử đang được nghiên cứu và ban cai

hiện nay

Trong khuôn khô đề tài, người thực hiện sẽ tiến hành nghiên cứu, mô phỏng nhằm

so sánh các kĩ thuật đang sử dụng hiện nay trong LTE là OFDM kết hợp với MIMO

và SC-FDMA so với MC-MC-CDMA để lựa chọn được phương pháp tốt nhất

Chương 1: Tổng quan các hệ thống thông tin di động

2.1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE

LTE là thế hệ thứ tư tương lai của chuân 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 chỉ 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 kế năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối Các mục tiêu của công nghệ này là:

Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20Mhz:

Hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển của thuê bao là 0-15 km/h Vẫn hoạt động tốt

với tốc độ từ 15-120 km/h Vẫn duy trì được hoạt động khi thuê bao di chuyên với

tốc độ từ 120-350 km/h (thậm chí 500 km/h tùy băng tần)

Các chỉ tiêu trên phải đảm bảo trong bán kính vùng phủ sóng 5km, giảm chút ít

trong phạm vi đến 30km Từ 30-100km thì không hạn chế

Độ đài băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với các băng tần 1.25Mhz, 1.6 Mhz,

10Mhz, 15Mhz và 20Mhz cả chiều lên và chiều xuống Hỗ trợ cả hai trường hợp độ

dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không

Chương 2: Hệ thống 4G LTE

Để đạt được mục tiêu này, sẽ có rất nhiều kĩ thuật mới được áp dụng, trong đó nỗi bật là kĩ thuật vô tuyến OFDMA (đa truy cập phân chia theo tần số trực giao), kĩ thuật anten MIMO (Multiple Input Multiple Output) Ngoai ra hé thống này sẽ chạy

hoàn toàn trên nén IP (all-IP Network), va hé trợ ca hai chế độ FDD và TDD

2.1.2 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax và những triển vọng cho công nghệ LTE

2.1.2.1 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax

Về công nghệ, LTE và Wimax có một số khác biệt nhưng cũng có nhiều điểm

tương đồng Cả hai công nghệ đều dựa trên nền tảng IP Cả hai đều dùng kĩ thuật MIMO để cải thiện chất lượng truyền/nhận tín hiệu, đường xuống từ trạm thu phát

đến thiết bị đầu cuối đầu được tăng tốc bằng kĩ thuật OFDM hỗ trợ truyền tải đữ

liệu đa phương tiện và video Theo lý thuyết, chuẩn Wimax hiện tại (802.16e) cho

tốc độ tải xuống tối đa là 70Mbps, còn LTE dự kiến có thể cho tốc độ đến 300Mbps Tuy nhiên, khi LTE được triển khai ra thị trường có thể Wimax cũng sẽ

được nâng cấp lên chuẩn 802.16m (còn được gọi là Wimax 2.0) có tốc độ tương đương hoặc cao hơn

Chương 2: Hệ thống 4G LTE

+ IEEE 802.20 has not been scheduled yet

Source: 3GPP (www.3gnn.org) WiMAX Forum SDR Forum

Hình 2.1 Lộ trình phát triển của LTE và các công nghệ khác

Đường lên từ thiết bị đầu cuối đến trạm thu phát có sự khác nhau giữa 2 công nghệ WiMax ding OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access — mét bién thé cia OFDM), con LTE ding ky thuat SC-FDMA (Single Carrier - Frequency Division Multiple Access) Vé lý thuyết, SC-FDMA được thiết kế làm việc hiệu qua hơn và các thiết bị đầu cuối tiêu thụ năng lượng thấp hơn OFDMA

LTE còn có ưu thế hơn WiMax vì được thiết kế tương thích với cả phương thức

TDD (Time Division Duplex) va FDD (Frequency Division Duplex) Ngược lại,

WiMax hién chỉ tương thích với TDD (theo một báo cáo được công bố đầu năm

nay, WiMax Forum đang làm việc với một phiên bản Mobile WiMax tich hợp

FDD) TDD truyền đữ liệu lên và xuống thông qua 1 kênh tần số (đùng phương

thức phân chia thời gian), còn FDD cho phép truyền dữ liệu lên và xuống thông qua

2 kênh tần số riêng biệt Điều này có nghĩa LTE có nhiều phổ tần sử dụng hơn

Chương 2: Hệ thống 4G LTE

WiMax Tuy nhiên, sự khác biệt công nghệ không có ý nghĩa quyết định trong cuộc

chiến giữa WiMax và LTE

Tính năng chính / Thông tin

Giới thiệu UMTS (Universal Mobile

(Wideband CDMA)

Bồ sung một số tính năng như mạng lõi dựa trên IP

và có những cải tiến cho UMTS

Giới thiệu IMS (IP Multimedia Subsystems) va

HSDPA (High-Speed Download Packet Access)

Kết hợp với Wireless LAN, thêm HSUPA (High- Speed Upload Packet Access) và các tính năng nâng cao cho IMS như Push to Talk over Cellular (PoC) Tập trung giảm độ trễ, cải thiện chất lượng dịch vụ

và các ứng dụng thời gian thực nhu VoIP Phiên bản này cũng tập trung vào HSPA+ (High Speeed Packet Evolution) và EDGE Evolution

Giới thiệu LTE và kiến trúc lại UMTS như là mạng

IP thế hệ thứ tư hoàn toàn dựa trên IP

Hiện tại WiMax có lợi thế đi trước LTE: mạng WïMax đã được triển khai và thiết

bị WiMax cũng đã có mặt trên thị trường, còn LTE thì sớm nhất cũng phải đến năm

Chương 2: Hệ thống 4G LTE

2010 người đùng mới được trải nghiệm Tuy nhiên LTE vẫn có lợi thế quan trọng

so với WiMax LTE được hiệp hội các nhà khai thác GSM (GSM Association) chấp

nhận là công nghệ băng rộng di động tương lai của hệ di động hiện đang thống trị

thị trường di động toàn cầu với khoảng 2,5 tỉ thuê bao (theo Informa Telecoms & Media) và trong 3 năm tới có thể chiếm thị phần đến 89% (theo Gartner) Hơn nữa, LTE cho phép tận dụng dụng hạ tầng GSM có sẵn (tuy vẫn cần đầu tư thêm thiết bị) trong khi WiMax phải xây dựng từ đầu

Chương 2: Hệ thống 4G LTE

Nhận thấy lợi thế của LTE, một số nhà khai thác mạng đã cân nhắc lại việc triển

khai WiMax và đã có nhà khai thác quyết định từ bỏ con đường WiMax để chuyển

sang LTE, đáng kể trong số đó có hai tên tuổi lớn nhất tại Mỹ là AT&T và Verizon

Wireless Theo một khảo sát do RCR Wireless News và Yankee Group thực hiện

gần đây, có đến 56% nhà khai thác di động chọn LTE, chỉ có 30% đi theo 802.16e

Khảo sát cho thấy các nhà khai thác di động ở Bắc Mỹ và Tây Âu nghiêng về LTE,

trong khi các nước mới phát triển (đặc biệt là ở khu vực châu Á - Thái Bình Dương)

thì ủng hộ WiMax

Trong cuộc đua 4G, WiMax và LTE hiện là hai công nghệ sáng giá nhất Liệu hai công nghệ này có thể cùng tồn tại độc lập hay sẽ sát nhập thành một chuẩn chung?

Hiệu năng của WïMax và LTE tương đương nhau, do vậy việc quyết định hiện nay

phụ thuộc vào yếu tố sẵn sàng và khả năng thâm nhập thị trường

2.1.2.2 Những triển vọng cho công nghệ LTE

Các tập đoàn viễn thông hướng đến LTE

Nhận thấy tiềm năng to lớn của công nghệ này, ngành công nghiệp di động đang

đoàn kết xung quanh hệ thống LTE với hầu hết các công ty viễn thông hàng đầu thế giới: Alcatel-Lucent, Ericson, France Telecom/Orange, Nokia, Nokia Siemens Network, AT&T, T-Mobile, Vodafone, China Mobile, Huawei, LG Electronic, NTT DoCoMo, Samsung, Signalion, Telecom Italia, ZTE Ké hoach thir nghiém va

triển khai công nghệ này đang được các công ty trên cùng hợp tác thúc đây, dự kiến

vào khoảng năm 2009-2010 sẽ được thương mại hóa đến với người dùng

Mạng NTT DoCoMo của Nhật sẽ đi tiên phong khi đặt mục tiêu khai trương dich

vụ vào năm 20009

Các mạng Verizon Wireless, Vodafone, và China Mobile tuyên bố hợp tác thử

nghiệm LTE vào năm nay Việc triển khai cơ sở hạ tầng cho LTE sẽ bắt đầu vào nửa sau của năm 2009 và kế hoạch cung cấp dịch vụ sẽ bắt đầu vào năm 2010

Chương 2: Hệ thống 4G LTE

Với việc giành được số lượng giấy phép sử dụng băng tần 700Mhz thứ 2 sau Verizon, mạng AT&T cũng lên kế hoạch sử dụng băng tan nay cho LTE Hang nay

tuyên bố có đủ băng thông 20Mhz dành cho LTE để phủ sóng 82% dân số của 100

thành phố hàng đầu của Mỹ Như vậy 2 mạng chiếm thị phần lớn nhất của Mỹ đều

chọn LTE là giải pháp tiến lên 4G

Mạng Telstra của Úc gần đây cũng đã xác nhận phát triển theo hướng LTE Hãng

TeliaSonera, nhà cung cấp lớn nhất cho thị trường Bắc Âu và vùng Baltic cũng cam

kết sẽ sử dụng công nghệ LTE cho các thị trường của mình

Ngày 11/6/2008, theo Financial Times, cổ phiếu của Nortel, nhà sản xuất viễn thông

nổi tiếng của Canada, đã tăng 13% khi hãng tuyên bố tập trung các nỗ lực nghiên

cứu không dây vào công nghệ LTE thay vì công nghệ đối thủ Wimax

Tương lai không còn xa

Vào ngày 19/12/2007, hãng Nokia Siemens Networks đã công bố thử nghiệm thành công công nghệ LTE với tốc độ lên đến 173 Mb/s trong môi trường đô thị với

nhiều thuê bao cùng lúc Trên băng tần 2.6 Ghz với 20 Mhz băng thông, tốc độ này

đã vượt xa tốc độ yêu cầu là 100 Mbps

Giám đốc kĩ thuật của hãng, ông Stephan Scholz phát biêu: “Khi thế giới tiến đến

gần con số 5 tỉ thuê bao vào năm 2015, theo tiên đoán của chúng tôi, các nhà cung

cấp dịch vụ đi động sẽ phải sử dụng tất cả các băng tần với một cấu trúc mạng đơn

giản nhất và hiệu quả chỉ phí cao nhất để phục vụ lưu lượng liên lạc cao hơn 100

lần Cuộc thử nghiệm thực tế này là một chứng minh ban đầu quan trọng cho khái niệm LTE”

Cuộc gọi thoại đầu tiên giữa 2 điện thoại LTE đã được trình diễn vào Hội nghị Thế

giới di động (Mobile World Congress) được tổ chức vào tháng 2/2008 tai Barcelona, Tây Ban Nha Vào tháng 3 vừa qua, mạng NTT DoCoMo đã thử nghiệm

LTE đạt đến tốc độ 250 Mbps

Chương 2: Hệ thống 4G LTE

Tại các triển lãm viễn thông quốc tế gần đây, các nhà sản xuất Huawei, Motorola,

Ericson cũng đã biểu diễn LTE với các ứng dụng như xem tivi chất lượng cao HDTV, choi game online

Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này đã chứng tỏ khả năng tuyệt vời của công nghệ LTE và khả năng thương mại hóa LTE đã đến rất gần

Trước đây, muốn truy cập đữ liệu, bạn phải cần 1 đường dây cô định để kết ni

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 chuyên: xem phim chất lượng cao, điện thoại thấy hình,

chơi game trực tuyến, tải cơ sở dữ liệu v.v với tốc độ siêu tốc

2.1.3 Mục tiêu thiết kế LTE

Bắt đầu các dịch vụ mới dựa

tên những khả năng mới

Các dịch vụ cao cấp nhờ nâng

cao phẩm chất, ính năng mạng « 100 Mbits (tốc độ cao nhất của

môi trường di động); 1Gbits (tốc độ

'ối đa của môi trường trong nhà)

Thời gian trễ + ' 50 ms hoặc nhỏ hơn

Hình 2.2 Mục tiêu thiết kế LTE

Những hoạt động của 3GPP trong việc cải tiến mạng 3G vào mùa xuân năm 2005

đã được xác định đối tượng, những yêu cầu và mục tiêu cho LTE Những mục tiêu

và yêu cầu này được dẫn chứng bằng tài liệu trong văn bản 3GPP TR 25.913 Những yêu cầu cho LTE được chia thành 7 phần khác nhau như sau:

Tiềm năng, dung lượng

Hiệu suất hệ thống

Các vân đê liên quan đến việc triên khai

Chương 2: Hệ thống 4G LTE

Kién tric va su dich chuyén (migration)

Quản lí tài nguyên vô tuyến

Độ phức tạp

Những vấn đề chung

2.1.3.1 Tiềm năng công nghệ

Yêu cầu được đặt ra là việc đạt tốc độ đữ liệu đỉnh cho đường xuống là 100Mbit/s

và cho đường lên là 50Mbit/s, khi hoạt động trong phân bố phổ 20 Mhz Khi mà phân bố phổ hẹp hơn thì tốc độ dữ liệu đỉnh cũng sẽ tỉ lệ theo Do đó, điều kiện đặt

ra là có thê biêu diễn được 5 bit/s⁄Hz cho đường xuống và 2.5 bit/s/Hz cho đường lên Như sẽ được thảo luận dưới đây, LTE hỗ trợ cả chế độ FDD và TDD Rõ ràng,

đối với trường hợp TDD, truyền dẫn đường lên và đường xuống theo định nghĩa không thể xuất hiện đồng thời Do đó mà yêu cầu tốc độ dữ liệu đỉnh cũng không thể trùng nhau đồng thời Mặt khác, đối với trường hợp FDD, đặc tính của LTE cho phép quá trình phát và thu đồng thời đạt được tốc độ dữ liệu đỉnh theo phần lý thuyết ở trên

Yêu cầu về độ trễ được chia thành: yêu cầu độ trễ mặt phẳng điều khiển và yêu cầu

độ trễ mặt phẳng người dùng Yêu cầu độ trễ mặt phẳng điều khiển xác định độ trễ

của việc chuyển từ trạng thái thiết bị đầu cuối không tích cực khác nhau sang trạng

thái tích cực, khi đó thiết bị đầu cuối di động có thể gửi và nhận đữ liệu Có hai

cách xác định: cách xác định thứ nhất được thể hiện qua thời gian chuyến tiếp từ

trạng thái tạm trú (camped state) chẳng hạn như trạng thái Release 6 Idle mode, khi

đó thì thủ tục chiếm 100ms; cách xác định thứ hai được thể hiện qua thời gian chuyển tiếp từ trạng thái ngủ chẳng hạn như trạng thái Release 6 Cell-PCH Khi đó

thì thủ tục chiếm 50ms Trong cả hai thủ tục này thì độ trễ chế độ ngủ và việc báo hiệu non-RAN đều được loại trừ (Chế độ Release 6 idle là 1 trạng thái mà khi thiết

bị đầu cuối không được nhận biết đối với mạng truy nhập vô tuyến, nghĩa là mạng

truy nhập vô tuyến không có bất cứ thuộc tính nào của thiết bị đầu cuối và thiết bị

Chương 2: Hệ thống 4G LTE

đầu cuối cũng không được chỉ định một tài nguyên vô tuyến nào Thiết bị đầu cuối

có thể ở trong chế độ ngủ và chỉ lắng nghe hệ thống mạng tại những khoảng thời

gian cụ thể Trạng thái Release 6 Cell-PCH là trạng thái mà khi thiết bị đầu cuối

không được nhận biết đối với mạng truy nhập vô tuyến Tuy mạng truy nhập vô tuyến biết thiết bị đầu cuối đang ở trong tế bào nào nhưng thiết bị đầu cuối lại không được cấp phát bắt cứ tài nguyên vô tuyến nào Thiết bị đầu cuối lúc này có thể đang trong chế độ ngủ)

Yêu cầu độ trễ mặt phẳng người dùng được thể hiện qua thời gian đề truyền một gói

IP nhỉ từ thiết bị đầu cuối tới nút biên RAN hoặc ngược lại được đo từ lớp IP Thời

gian truyền theo một hướng sẽ không vượt quá 5ms trong mạng không tải (unloaded

network), nghĩa là không có một thiết bị đầu cuối nào khác xuất hiện trong tế bảo

Xét về mặt yêu cầu đối với độ trễ mặt phẳng điều khiển, LTE có thể hỗ trợ ít nhất

200 thiết bị đầu cuối đi động ở trong trạng thái tích cực khi hoạt động ở khoảng tần

5Mhz Trong mỗi phân bố rộng hơn 5Mhz, thì ít nhất có 400 thiết bị dầu cuối được

hỗ trợ Số lượng thiết bị đầu cuối không tích cực trong tế bào không nói rõ là bao nhiêu nhưng có thể là cao hơn một cách đáng kê

2.1.3.2 Hiệu suất hệ thống

Các mục tiêu thiết kế công năng hệ thống LTE sẽ xác định lưu lượng người dùng, hiệu suất phổ, độ linh động, vùng phủ sóng, và MBMS nâng cao

Nhìn chung, các yêu cầu đặc tính LTE có liên quan đến hệ thống chuẩn sử dụng

phiên bản 6 HSPA Đối với trạm gốc, giả định có một anten phát và hai anten thu, trong khi đó thì thiết bị đầu cuối có tối đa là một anten phát và hai anten thu Tuy nhiên, một điều quan trọng cần lưu ý là những đặc tính nâng cao như là một phần

của việc cải tiến HSPA thì không được bao gồm trong tham chiếu chuẩn Vì thế,

mặc đù thiết bị đầu cuối trong hệ thống chuẩn được giả định là có hai anten thu thi một bộ thu RAKE đơn giản vẫn được áp dụng Tương tự, ghép kênh không gian cũng không được áp dụng trong hệ thống chuẩn

Chương 2: Hệ thống 4G LTE

Yêu cầu lưu lượng người dùng được định rõ theo hai điểm: tại sự phân bố người

dùng trung bình và tại sự phân bố người dùng vị thứ 5 (khi mà 95% người đùng có

được chất lượng tốt hơn) Mục tiêu hiệu suất phổ cũng được chỉ rõ, và trong thuộc

tính này thì hiệu suất phô được định nghĩa là lưu lượng hệ thống theo tế bào tính

theo bit/s/Mhz/cell Những mục tiêu thiết kế này được tổng hợp trong bảng 2.3

Bảng 2.3 Các yêu cầu về hiệu suất phổ và lưu lượng người dùng

tá z | Mục tiêu đường xuống so | Mục tiêu đường lên so với

Phương § phap pháp đo hiệu suat ‹ * với cơ bản xẻ - $ cơ bản

Lưu lượng người dùng tại

phân vị thứ 5)

Co ] 3 lan — 4 lan 2 lân - 3 lan

(bit/s/Hz/cell)

Yêu cầu về độ linh động chủ yếu tập trung vào tốc độ di chuyên của các thiết bị đầu

cuối di động Tại tốc độ thấp, 0-15 km/h thì hiệu suất đạt được là tối đa, và cho

phép giảm đi một ít đối với tốc độ cao hơn Tại vận tốc lên đến 120 km/h, LTE vẫn

cung cấp hiệu suất cao và đối với vận tốc trên 120 kmih thì hệ thống phải duy trì

được kết nối trên toàn mạng tế bào Tốc độ tối đa có thể quản lí đối với một hệ thống LTE có thể được thiết lập 1én dén 350 km/h (hoặc thậm chí đến 500 km/h tùy

thuộc vào băng tần) Một yếu tố quan trọng đặc biệt là dịch vụ thoại được cung cấp

bởi LTE sẽ ngang bằng với chất lượng mà WCDMA/HSPA hỗ trợ

Yêu cầu về vùng phủ sóng chủ yếu tập trung vào phạm vi tế bào (bán kính), nghĩa

là khoảng cách tối đa từ vùng tế bao (cell site) đến thiết bị đầu cuối di động trong cell Đối với phạm vi tế bào lên đến 5 km thì những yêu cầu về lưu lượng người

dùng, hiệu suất phố và độ linh động vẫn được đảm bảo trong giới hạn không bị ảnh

hưởng bởi nhiễu Đối với những tế bào có phạm vi lên đến 30 km thì có một sự

giảm nhẹ cho phép về lưu lượng người dùng và hiệu suất phổ thì lại giảm một cách đáng kế hơn nhưng vẫn có thể chấp nhận được Tuy nhiên, yêu cầu về độ di động

Chương 2: Hệ thống 4G LTE