nghiên cứu hệ thống LTE và LTE advance

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 ngƣời dùng tác động đến sự phát tri

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

THẾ HỆ THỨ 4 THEO CÔNG NGHỆ LTE

VÀ LTE PHÁT TRIỂN

GVHD: T.S LÊ QUANG TUẤN SVTH: PHAN THÁI HẰNG MSSV: 06117023

PHẦN A: GIỚI THIỆU

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, người thực hiện đề 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 thể thực hiện đề tài tốt nghiệp này

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!

Phan Thái Hằng

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI

Họ và tên sinh viên:

Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông

Tên đề tài: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 4 THEO

CÔNG NGHỆ 4G LTE VÀ LTE PHÁT TRIỂN

1) Cơ sở ban đầu:

2) Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

3) Các bản vẽ:

4) Giáo viên hướng dẫn: TS Lê Quang Tuấn

5) Ngày giao nhiệm vụ:

6) Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KỸ THUẬTTP HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA

VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày … tháng … năm 2011

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Ngày … tháng … năm 2011

Giáo viên phản biện 2

Ngày … tháng … năm 2011

Giáo viên phản biện 1

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 di 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 dữ 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 dùng 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 dây 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 rầm 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 thế 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

Lời cảm ơn i

Quyết định giao đề tài ii

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn iii

Nhận xét của giáo viên phản biện iv

Lời nói đầu iv

Mục lục ivii

Liệt kê bảng x

Liệt kê hình xi

Phần B: Nội dung CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1

1.1 Lịch sử phát triển của các hệ thống thông tin di động 1

1.1.1 Thế hệ 1G (First Generation) 1

1.1.2 Thế hệ 2G (Second Generation) 1

1.1.3 Thế hệ 3G (Third Generation) 2

1.2 Công nghệ 4G 4

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG 4G LTE 13

2.1 Tổng quan 13

2.1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE 13

2.1.2 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax và những triển vọng cho công nghệ LTE 14

2.1.2.1 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax 14

2.1.2.2 Những triển vọng cho công nghệ LTE 18

2.1.3 Mục tiêu thiết kế LTE 20

2.1.3.1 Tiềm năng công nghệ 21

2.1.3.2 Hiệu suất hệ thống 22

2.1.3.3 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai 24

2.1.3.4 Kiến trúc và sự dịch chuyển (migration) 28

2.1.3.5 Quản lí tài nguyên vô tuyến 28

2.1.3.6 Độ phức tạp 29

2.1.3.7 Những vấn đề chung 29

2.1.4 Các thông số lớp vật lý của LTE 29

2.1.5 Dịch vụ của LTE 30

2.1.6 Tình hình triển khai mạng LTE tại Việt Nam: VNPT liên doanh triển khai mạng LTE (4G) 33

2.2 Cấu trúc mạng 35

2.2.1 Mạng lõi 38

2.2.2 Mạng truy cập 41

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 44

2.2.5 Cấu trúc chuyển vùng Roaming 44

2.2.6 Kết nối với các mạng khác 45

2.3 Kiến trúc giao thức 46

2.3.1 Mặt phẳng người dùng 46

2.3.2 Mặt phẳng điều khiển 47

2.4 Các kênh sử dụng trong E-UTRAN 50

2.4.1 Kênh vật lý : các kênh vật lý sử dụng cho dữ liệu người dùng bao gồm : 50 2.4.2 Kênh logic : được định nghĩa bởi thông tin nó mang bao gồm: 50

2.4.3 Kênh vận chuyển: bao gồm các kênh sau 51

2.5 Truyền dữ liệu hướng xuống 51

2.5.1 Nguyên tắc cơ bản của OFDM 51

2.5.2 Giải điều chế OFDM 55

2.5.3 Thực hiện OFDM sử dụng xử lý IFFT/FFT 56

2.5.4 Chèn cyclic prefix 58

2.5.5 Mô hình miền thời gian của truyền OFDM 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 64

2.5.8.1 Khoảng cách sóng mang con OFDM 64

2.5.8.2 Số sóng mang con 65

2.5.8.3 Chiều dài cyclic prefix 66

2.5.9 Sự biến đổi công suất truyền tức thời 67

2.5.10 OFDM như là kế hoạch đa truy nhập và ghép kênh 67

2.5.11 Truyền broadcast/multicast đa cell và OFDM 69

2.6 Truyền dữ liệu hướng lên 71

2.7 MIMO 73

2.7.1 Cơ bản về MIMO LTE 73

2.7.2 SU-MIMO (Single user MIMO) 74

2.7.3 MU-MIMO 74

2.7.4 Ghép kênh không gian 76

2.8 MIMO-OFDM 77

CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN MẠNG DI ĐỘNG 4G LTE ADVANCE 82

3.1 Tổng quan 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 phổ tần 83

3.2.2 Giải pháp đa anten 84

3.2.3 Truyền dẫn đa điểm phối hợp 84

3.2.4 Các bộ lặp và các bộ chuyển tiếp 85

3.2.5 MCMC CDMA 86

3.2.5.1 Hệ thống Multicarrier CDMA 86

3.2.5.2 Hệ thống Multicode CDMA 90

3.2.5.3 Hệ thống MCMC CDMA 94

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG 98

4.1 Giao diện chính chương trình 98

4.2 Hệ thống thu phát SC-FDMA 100

4.3 Mô phỏng hệ thống SCFDMA 10 user trong các trường hợp: cố định, di chuyển chậm (đi bộ), di chuyển nhanh (đi xe)………108

4.4 So sánh hệ thống SC-FDMA và MCMC-CDMA 108

Phần C: Phụ lục và tài liệu tham khảo

LIỆT KÊ BẢNG

Bảng 1.1 So sánh thông số đặc diểm của các hệ thống 11

Bảng 2.1 Tiến trình phát triển các chuẩn của 3GPP 16

Bảng 2.2 LTE và WIMAX 17

Bảng 2.3 Các yêu cầu về hiệu suất phổ và lưu lượng người dùng 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 LTE 29

Bảng 2.6 Tốc độ đỉnh của LTE theo lớp 30

Bảng 2.7 So sánh các dịch vụ của 3G so với 4G LTE 31

LIỆT KÊ HÌNH

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

Hình 1.2 : Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động 4G 8

Hình 2.1 Lộ trình phát triển của LTE và các công nghệ khác 15

Hình 2.2 Mục tiêu thiết kế LTE 20

Hình 2.3 Phân bố phổ băng tần lõi tại 2 Ghz của nguyên bản IMT-2000 26

Hình 2.4 Một ví dụ về cách thức LTE thâm nhập từng bước vào phân bố phổ của một hệ thống GSM đã được triển khai 27

Hình 2.5 Bộ thu phát sóng 37

Hình 2.6 Hệ thống mạng lõi 37

Hình 2.7 Sự chuyển đổi trong cấu trúc mạng từ UTRAN sang E-UTRAN 36

Hình 2.8 Cấu trúc EPS 37

Hình 2.9 Các thành phần trong mạng EPS 37

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

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

Hình 2.12 Kiến trúc liên mạng với 3G UMTS 45

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 khiển của E-UTRAN 47

Hình 2.15 Kiến trúc giao thức 48

Hình 2.16: Khoảng cách sóng mang con OFDM 52

Hình 2.17: Điều chế OFDM 53

Hình 2.18: Lưới thời gian tần số OFDM 54

Hình 2.19: Nguyên tắc cơ bản của giải điều chế OFDM 55

Hình 2.20: Điều chế OFDM bằng xử lý IFFT 57

Hình 2.21: Giải điều chế OFDM bằng xử lý FFT 58

Hình 2.22: Sự phân tán thời gian và thời gian nhận được tín hiệu tương ứng 58 Hình 2.23: Chèn cyclic prefix 59

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 số 63

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 68

Hình 2.32: Kế hoạch truyền Broadcast 69

Hình 2.33: Truyền Broadcast và Unicast 70

Hình 2.34: Sự tương đương giữa truyền đồng thời và truyền đa tuyến 71

Hình 2.35 Sơ đồ khối DFT-s-OFDM 72

Hình 2.36 Mô hình SU-MIMO và MU-MIMO 74

Hình 2.37 Hình minh họa MU-MIMO và SU-MIMO 75

Hình 2.38 Các chế độ chính trong MIMO 75

Hình 2.39 Ghép kênh không gian 76

Hình 2.40 Bộ thu phát MIMO-OFDM 77

Hình 3.1 Vi du vê khối kêt tập sóng mang 84

Hình 3.2 Truyền dẫn đa điểm phối hợp 85

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

Hình 3.5: Nguyên tắc tạo tín hiệu MC-CDMA 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 thống Multi-code CDMA kiểu 92

Hình 3.10: Mô hình Multi-code CDMA tổng quát 93

Hình 3.11: Sự tạo tín hiệu rời rạc PMC-MC-CDMA 95

Hình 3.12: Sơ đồ rút gọn cho sự tạo tín hiệu rời rạc PMC-MC-CDMA 95

Hình 3.13: Sự tạo tín hiệu rời rạc MMC-MC-CDMA 96

NỘI DUNG

 Dịch vụ đơn thuần là thoại

 TACS (Total Access Communication System): triển khai ở Anh vào năm 1985

 AMPS (Advance Mobile Phone System): triển khai tại Bắc Mỹ vào năm 1978 tại băng tần 800Mhz

 GSM (Global System for Mobile Phone) sử dụng phương 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

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

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

sử dụng phổ 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 dụng kỹ thuật đa truy cập WCDMA

UMTS được chuẩn hoá bởi 3GPP UMTS là công nghệ 3G được lựa chọn bởi hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ GSM/GPRS để 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

 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 dùng 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 di 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 1xRTT (Radio Transmission Technology),

CDMA2000 (Evolution -Data Optimized) và 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 có thể đạt đến 307Kbps, song hầu hết các mạng đã triển khai chỉ giới hạn tốc độ peak ở 144Kbps

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

cho tốc độ dữ 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 đẩy tốc độ đường lên đến 1,2Mbps Bên cạnh đó, 1xEV-DO Rev

B cho phép nhà cung cấp mạng gộp đến 15 kênh 1,25MHz lại để truyền dữ liệu với tốc độ 73,5Mbps

 CDMA2000 EV-DV: tích hợp thoại và dữ 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

việc phát triển của 1xEV-DV vì đa phần các nhà cung cấp mạng CDMA như

Verizon Wireless và Sprint đã chọn EV-DO

- TD-SCDMA là chuẩn di động được đề nghị bởi "China Communications Standards

Association" và được ITU duyệt vào năm 1999 Đây là chuẩn 3G của Trung Quốc TD-SCDMA dùng song công TDD TD-SCDMA có thể hoạt động trên một dãi tần hẹp 1,6MHz (cho tốc độ 2Mbps) hay 5MHz (cho tốc độ 6Mbps) Ngày xuất hành của TD-SCDMA đã bị đẩy 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 do bởi yêu cầu thấp về băng thông của nó Có thể xem SMS chính là dịch vụ tiên phong của những dịch vụ truyền dữ liệu khác như e-mail di động, duyệt Web di động và nhiều dịch 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 thể thấy trong tương lai không xa, một số xu hướng sẽ làm tăng yêu cầu về bandwidth:

 Mức độ sử dụng mạng không dây ngày càng tăng: do giá thành ngày càng hạ, ngày càng có nhiều người sử dụng các ứng dụng không dây cần truy cập mạng

 Nội dung đa phương tiện: tuy những nỗ lực đầu tiên di động hóa Web chỉ đạt được các trang Web chủ yếu là văn bản, nhưng nội dung đồ họa ngày càng trở nên phổ biến hơn Một hình ảnh có thể nói thay cho hàng nghìn từ ngữ, nhưng nó cũng làm

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

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

 Các mạng xã hội di động: tương tự như trong Internet đường dây cố định, có một dòng ứng dụng mới đang thay đổi cách thức con người sử dụng Internet Trong quá khứ, người dùng 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 cố định hiện nay sẽ chuyển hoàn toàn sang truyền thoại dựa trên

IP Tương tự như vậy, về phương diện truy cập mạng, nhiều người dùng sẽ sử dụng VoIP như dịch vụ thoại chính của họ, ví dụ như qua các mạng DSL hoặc TV cáp Hiện nay có thể thấy những động thái chuyển dịch này rồi, bởi vì thị trường thoại chuyển 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 cố định không còn đầu tư vào công nghệ chuyển kênh nữa Có thể 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 để truyền các cuộc thoại qua một đường truyền chuyển gói

 Sự thay thế cho đường dây cố 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 di 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

Internet không dây 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 dựng 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 ITU (International Telecommunication Union) ITU phân loại các mạng viễn thông di 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, ví dụ 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) đang

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 để 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 giống 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 Chẳng 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

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 Chuyển đổi dần từ 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 dưới cái tên LTE-IMT-Advance LTE-IMT-Advance

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

2013 hoặc sau đó

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 thể hiện như hình 1.2:

Hình 1.2 : Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động 4G

 UMB

Chuẩn UMB hiện nay được phát triển bởi 3GPP2 với kế hoạch là sẽ thương mại hoá trước 2009

Một số đặc điểm kỹ thuật như sau:

 Các 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

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

techniques)

 Tốc độ dữ 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)

Trong khi chuyển vùng (roaming) của WiMAX nhìn chung bị giới hạn trong một phạm vi nhất định, thì chuẩn IEEE 802.20 giống như 3G có khả năng hỗ trợ chuyển vùng toàn cầu Ngoài ra, cũng giống như WiMAX, 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 và các mạng dữ liệu 3G, nhằm cung cấp và tạo ra một mạng truyền thông đa dạng (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 (ITU) đã định nghĩa truyền thông di động thế hệ thứ 4 là IMT Advanced và chia thành hai hệ thống dùng cho di động tốc độ cao và di động tốc độ thấp 3GPP LTE là hệ thống dùng cho di động tốc độ cao Ngoài ra, đây còn là công nghệ hệ thống tích hợp đầu tiên trên thế

giới ứng dụng cả chuẩn 3GPP LTE và các chuẩn dịch vụ ứng dụng khác, do đó người sử dụng có thể dễ dàng thực hiện cuộc gọi hoặc truyền dữ liệu giữa các mạng LTE và các mạng GSM/GPRS hoặc UMTS dựa trên WCDMA

3GPP LTE có khả năng cấp phát phổ tần linh động và hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện với tốc độ trên 100Mb/s khi di chuyển ở tốc độ 3km/h, và đạt 30Mb/s khi di chuyển 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 dữ 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 ở bất 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 nổi bật:

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

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

 Sẽ không còn chuyển mạch kênh Tất cả sẽ dựa trên IP VoIP sẽ dùng cho dich vụ thoại

 Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời Tuy nhiên mạng 3GPP 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 3GPP LTE vì không cần thay đổi toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có

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

 LTE-Advance

Sự phát triển của LTE Advance/IMT Advance được chỉ ra ở bảng dưới và sự tiến triển từ các dịch vụ của 3G được phát triển từ kĩ thuật UMTS/W-CDMA

Bảng 1.1 So sánh thông số đặc diểm của các hệ thống

Một số đặc điểm của LTE Advance:

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

 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 dùng trong LTE-Advance:

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

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

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 bàn cãi hiện nay

Trong khuôn khổ 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 2: HỆ THỐNG 4G LTE

2.1 Tổng quan

2.1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE

LTE là thế hệ thứ tư tương lai 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 Các mục tiêu của công nghệ này là:

 Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20Mhz:

 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 dài 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

Để đạt được mục tiêu này, sẽ có rất nhiều kĩ thuật mới được áp dụng, trong đó nổi 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) Ngoài ra hệ thống này sẽ chạy hoàn toàn trên nền IP (all-IP Network), và hỗ trợ cả 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 dữ 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

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 dùng OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access – một biến thể của OFDM), còn LTE dùng kỹ thuật SC-FDMA (Single Carrier - Frequency Division Multiple Access) Về lý thuyết, SC-FDMA được thiết kế làm việc hiệu quả 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) và FDD (Frequency Division Duplex) Ngược lại, WiMax hiện 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 tích hợp FDD) TDD truyền dữ liệu lên và xuống thông qua 1 kênh tần số (dùng 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

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

Bảng 2.1: Tiến trình phát triển các chuẩn của 3GPP

Phiên

bản

Thời điểm hoàn tất Tính năng chính / Thông tin

Release

99 Quí 1/2000

Giới thiệu UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) và WCDMA (Wideband CDMA)

Release

4 Quí 2/2001 Bổ sung một số tính năng như mạng lõi dựa trên IP

và có những cải tiến cho UMTS

Release

5 Quí 1/2002 Giới thiệu IMS (IP Multimedia Subsystems) và

HSDPA (High-Speed Download Packet Access)

Release

6 Quí 4/2004

Kết hợp với Wireless LAN, thêm HSUPA Speed Upload Packet Access) và các tính năng nâng cao cho IMS như Push to Talk over Cellular (PoC)

(High-Release

7 Quí 4/2007

Tập trung giảm độ trễ, cải thiện chất lượng dịch vụ

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

Release

8

Dự kiến cuối năm 2008 hoặc đầu năm 2009

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 WiMax đã được triển khai và thiết

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

2010 người dùng 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

Bảng 2.2: LTE và WIMAX

RAN1

802.16e/Mobile WiMax R1

802.16m/Mobile WiMax R2

Ghép kênh TDD, FDD TDD TDD, FDD

Băng tần dự kiến 700MHz –

2,6GHz

2,3GHz, 2,5GHz, 3,3-3,8GHz

2,3GHz, 2,5GHz, 3,3-3,8GHz

Tốc độ tối đa

(Download/Upload)

300Mbps /100Mbps

70Mbps /70Mbps

300Mbps /100Mbps

2009-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 WiMax 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 dộng 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… Kế hoạch thử nghiệm và triển khai công nghệ này đang được các công ty trên cùng hợp tác thúc đẩy, 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 dịch

vụ vào năm 2009

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

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 tần này cho LTE Hãng này 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

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 biểu: “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 di động sẽ phải sử dụng tất cả các băng tần với một cấu trúc mạng đơn giản nhất và hiệu quả chi 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 tại Barcelona, Tây Ban Nha Vào tháng 3 vừa qua, mạng NTT DoCoMo đã thử nghiệm LTE đạt đến tốc độ 250 Mbps

Tại các triễn 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, chơi 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 dữ liệu, bạn phải cần 1 đường dây cố định để kết nối 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 chuyển: 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

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 vấn đề liên quan đến việc triển khai

 Kiến trúc và sự dịch chuyển (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 dữ 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 thể biểu 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 dữ liệu Có hai cách xác định: cách xác định thứ nhất được thể hiện qua thời gian chuyển 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

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 bất 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 để 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 bào

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 di 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 kể

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 dùng có được chất lượng tốt hơn) Mục tiêu hiệu suất phổ cũng được chỉ rõ, và trong thuộc tính này thì hiệu suất phổ 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

Yêu cầu về độ linh động chủ yếu tập trung vào tốc độ di chuyển 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 km/h 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 lên đến 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 bào (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 phổ 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 kể hơn nhưng vẫn có thể chấp nhận được Tuy nhiên, yêu cầu về độ di động