Công nghệ LTE và vấn đề chuẩn quốc gia cho thiết bị đầu cuối áp dụng tại Việt Nam

Nhằm đáp ứng nhu cầu trên đề tài nghiên cứu về: “Công nghệ LTE và vấn đề chuẩn quốc gia cho thiết bị đầu cuối áp dụng tại Việt Nam” sau khi hoàn thành sẽ đáp ứng nhu cầu quản lý nhà nướ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ỨNG VĂN NGUYỆN

CÔNG NGHỆ LTE VÀ VẤN ĐỀ CHUẨN QUỐC GIA CHO THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI ÁP DỤNG TẠI VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

HÀ NỘI – 2013

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ỨNG VĂN NGUYỆN

CÔNG NGHỆ LTE VÀ VẤN ĐỀ CHUẨN QUỐC GIA CHO THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI ÁP DỤNG TẠI VIỆT NAM

NGÀNH: CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ – VIỄN THÔNG

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

MÃ SỐ: 60520203

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRỊNH ANH VŨ

HÀ NỘI – 2013

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung của luận văn “Công nghệ LTE và vấn đề chuẩn quốc gia cho thiết bị đầu cuối áp dụng tại Việt Nam” là sản phẩm do tôi thực hiện

dưới sự hướng dẫn của PGS.TS.Trịnh Anh Vũ Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều được trình bày hoặc là của cá nhân hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan của mình

LỜI CẢM ƠN Trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể các các thầy cô giáo trong Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ tận tình và chu đáo để tôi có môi trường tốt học tập và nghiên cứu

Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Trịnh Anh

Vũ người trực tiếp đã hướng dẫn, chỉ bảo tôi tận tình trong suốt quá trình nghiên cứu

và hoàn thiện luận văn này

Một lần nữa tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi trong thời gian vừa qua Tôi xin kính chúc các thầy cô giáo, các anh chị và các bạn mạnh khỏe và hạnh phúc

Hà Nội, ngày 09 tháng 9 năm 2013

TÁC GIẢ

Ứng Văn Nguyện

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 5

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 8

DANH MỤC CÁC BẢNG 9

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 10

MỞ ĐẦU 11

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE 13

1.1 Giới thiệu 13

1.2 Các công nghệ cơ bản trong LTE 14

1.2.1 Các thông số kỹ thuật 14

1.2.3 Băng tần triển khai LTE 14

1.2.4 Các kỹ thuật cho truy nhập vô tuyến trong LTE 16

1.2.5 Công nghệ đa anten MIMO 20

1.3 Mô hình kiến trúc LTE 23

1.4 Các dịch vụ của LTE 24

1.5 Công nghệ LTE- Advaced 26

1.5.1 Giới thiệu về công nghệ LTE- Advanced 26

1.5.2 Đặc điểm của LTE-Advanced 27

1.6 So sánh công nghệ LTE và WiMAX 28

1.7 Kết luận chương 32

Chương 2 TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI LTE TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM LTE TẠI VIỆT NAM 33

2.1 Tình hình triển khai mạng LTE trên thế giới 33

2.2 Tình hình thương mại hóa LTE trên thế giới 34

2.3 Tình hình triển khai LTE-Advanced trên thế giới 34

2.4 Tình hình triển khai LTE tại Việt Nam 34

2.4.1 Mục đích thử nghiệm LTE tại Việt Nam 34

2.4.2 Tiêu chuẩn và công nghệ thử nghiệm LTE tại Việt Nam 35

2.4.3 Kết quả thử nghiệm LTE tại Việt Nam 36

2.4.4 Quy hoạch, lựa chọn băng tần triển khai mạng LTE tại Việt Nam 39

2.4.5 Kết luận chương 41

Chương 3 NGHIÊN CỨU TÌNH HÌNH VÀ XU HƯỚNG TIÊU CHUẨN TIÊU CHUẨN HÓA ĐỐI VỚI HỆ THỐNG LTE CỦA CÁC TỔ CHỨC QUỐC TẾ VÀ

VIỆT NAM 42

3.1 Các tổ chức tiêu chuẩn lớn trên thế giới 42

3.1.1 Tổ chức tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO) 42

3.1.2 Uỷ ban Kỹ thuật điện Quốc tế (IEC) 43

3.1.3 Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) 45

3.2 Các tổ chức tiêu chuẩn hóa khu vực 46

3.2.1 Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu – European Telecommunication standardization Institute (ETSI) 46

3.2.2 Liên minh Viễn thông Châu Á - Thái Bình Dương – Asian-Pacific Telecommunity (APT) 47

3.3 Tình hình tiêu chuẩn hóa đối với hệ thống LTE 48

3.3.1 Một số tiêu chuẩn của 3GPP có liên quan đến LTE 48

3.3.2 ETSI đã đưa ra một số tiêu chuẩn cho thiết bị LTE như sau 48

3.4 Băng tần khả dụng cho LTE 49

3.5 Tình hình sử dụng tần số cho mạng di động tại Việt Nam 52

3.5.1 Mạng di động 2G, 3G 52

3.5.2 Mạng thông tin di động 4G 53

3.6 Kết luận chương 54

Chương 4 ĐỀ XUẤT XÂY DỰNG QUY CHUẨN KỸ THUẬT CHO THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI LTE TẠI VIỆT NAM 55

4.1 Sự cần thiết của việc xây dựng quy chuẩn kỹ thuật cho thiết bị đầu cuối LTE 55

4.2 Tình hình nhập khẩu thiết bị trạm gốc và thiết bị đầu cuối LTE 57

4.2.1 Thiết bị trạm gốc 57

3.6.2 Thiết bị đầu cuối LTE 58

4.3 Lý do, mục đích xây dựng quy chuẩn cho thiết bị đầu cuối LTE 59

4.4 Sở cứ xây dựng quy chuẩn cho thiết bị đầu cuối LTE 60

4.4.1 Yêu cầu cụ thể đối với quy chuẩn quốc gia về thiết bị vô tuyến 60

4.4.2 Quy hoạch băng tần 2,6 GHz 60

4.4.3 Lựa chọn tài liệu tham chiếu chính 60

4.5 Yêu cầu chung về xây dựng Quy chuẩn kỹ thuật 62

4.5.1 Quy định pháp lý chung về tiêu chuẩn, quy chuẩn 62

4.5.2 Nguyên tắc cơ bản của hoạt động trong lĩnh vực tiêu chuẩn và lĩnh vực quy chuẩn kỹ thuật 62

4.5.3 Mục tiêu xây dựng quy chuẩn kỹ thuật quốc gia 63

4.5.4 Đối tượng quy chuẩn kỹ thuật quốc gia 63

4.6 Nội dung Quy chuẩn kỹ thuật 64

4.7 Kết luận chương 68

4.8 Đánh giá khả năng áp dụng quy chuẩn kỹ thuật cho thiết bị đầu cuối LTE tại Việt Nam 68

KẾT LUẬN 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

3GPP The 3rd Generation Partnership

FDD Frequency-Division Duplexing Song công phân chia theo tần số

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp

Association

Hiệp hội các nhà cung cấp di động toàn cầu

ISO International Organization for

LTE

Advanced Long Term Evolution-Advanced LTE mở rộng

PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ lệ công suất đỉnh so với trung bình

SAE System Architecture Evolution Kiến trúc hệ thống mở rộng

Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia tần số - đơn sóng mang

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 - Các thông số kỹ thuật của LTE 14

Bảng 1 2 - Băng tần hoạt động của LTE 15

Bảng 1.3 - Tốc độ truyền tải dữ liệu 28

Bảng 1.4 - Dung lượng tế bào 28

Bảng 1.5 - Băng tần hoạt động cho LTE Advance 28

Bảng 1.6 - Bảng so sánh chung WiMAX và LTE (phần vô tuyến) 29

Bảng 1.7 - So sánh các giới hạn khả năng công nghệ 31

Bảng 3.1 – Băng tần LTE được cấp phép tại một số nước trên thế giới 50

Bảng 3.2 - Băng tần hoạt động của các nhà khai thác di động tại Việt Nam 53

Bảng 4.1 – Danh sách thiết bị trạm gốc công nghệ LTE nhập về Việt Nam 58

Bảng 4.2 - Một số thiết bị đầu cuối hỗ trợ LTE được nhập vào Việt Nam 59

Bảng 4.3 - Các yêu cầu kỹ thuật trong ETSI EN 301 908-14 V5.2.1 (2011-05) 61

Bảng 4.4 - Bảng đối chiếu nội dung QCVN với tài liệu tham chiếu 65

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 - Logo LTE 13

Hình 1.2 - Các tùy chọn nâng cấp lên LTE 13

Hình 1.3 - Ghép kênh OFDM 17

Hình 1.4 - Các ký tự trong OFDM 17

Hình 1.5 - So sánh FDM và OFDM 17

Hình 1.6 - Các kênh con trong OFDMA 18

Hình 1.7 - Điều chế SC-FDMA cho hướng lên 19

Hình 1.8 - Nguyên tắc của truyền MIMO 20

Hình 1.9 - Mô hình trực quan của một hệ thống MIMO 21

Hình 1.10 - Kỹ thuật Beamforming 21

Hình 1.11 - Ghép kênh không gian giúp tăng tốc độ truyền 22

Hình 1.12 - Phân tập không gian giúp cải thiện SNR 22

Hình 1.13 – Kiến trúc của mạng UMTS 3G và mạng E-UTRA 23

Hình 1.14 - Mạng SAE dựa trên 3GPP 24

Hình 1.15 - Các phiên bản LTE 27

Hình 1.16 - So sánh về tốc độ dữ liệu giữa WiMAX và LTE 30

Hình 1.17 - Đánh giá hiệu quả sử dụng phổ tần số WiMAX và LTE 31

Hình 2 1 - Bản đồ triển khai LTE trên thế giới 33

Hình 2 2 - Sơ đồ hệ thống LTE của VNPT 37

Hình 2 3 - Sơ đồ hệ thống LTE của Viettel 38

Hình 3 1 - Cấu trúc mô hình của ISO 43

Hình 3 2 - Các băng tần dự kiến khả dụng cho LTE 49

Hình 4 1 - Hình ảnh khối RRU trong hệ thống LTE nhập về Việt Nam 57

Hình 4 2 - Thông số kỹ thuật của khối RRU nhập về Việt Nam 58

MỞ ĐẦU Ngày nay, chất lượng sản phẩm, hàng hoá không những là thước đo quan trọng khẳng định sự tồn tại của doanh nghiệp mà còn là chuẩn mực trong các quan hệ kinh

tế, thương mại và sức cạnh tranh của nền kinh tế Việc quản lý chất lượng sản phẩm, hàng hoá và dịch vụ theo tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật là phương thức quản lý thông dụng nhất mà nước ta và các nước trên thế giới đã và đang thực hiện Đây là công cụ

kỹ thuật quan trọng để quản lý chất lượng sản phẩm, hàng hoá và dịch vụ vì tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật quy định các yêu cầu an toàn mà sản phẩm, hàng hoá và dịch vụ phải đạt được để có thể được đưa vào lưu thông, tiêu dùng; đồng thời nó cũng

là căn cứ để đánh giá sản phẩm, hàng hóa và dịch vụ có đảm bảo yêu cầu an toàn hay không Do đó, việc xây dựng một hệ thống Quy chuẩn kỹ thuật chính xác và đầy đủ sẽ tạo ra công cụ phục vụ cho công tác quản lý nhà nước về chất lượng sản phẩm hàng hóa

Tại Việt Nam hiện đã triển khai và đưa vào sử dụng mạng di động thế hệ 3 (3G)

sử dụng công nghệ W-CDMA FDD Các mạng 3G sẽ vẫn duy trì tính cạnh tranh cao trong một vài năm tới nhờ những sự tăng cường đến từ HSPA và HSPA+ Tuy nhiên, trong thập kỉ tới lưu lượng số liệu sẽ tăng một cách đáng kể Các dịch vụ này sẽ đòi hỏi lượng tài nguyên mạng nhiều hơn so với các dịch vụ thoại truyền thống, vì vậy việc tăng dung lượng số liệu sẽ phải đi cùng với việc hạ thấp chi phí Do đó, các mạng thế hệ sau sẽ có tính khả thi và các cách tiếp cận mới đối với giao diện không gian, mạng truy nhập vô tuyến, mạng lõi, giảm sự phân cấp mạng và loại bỏ tắc nghẽn nút

cổ chai Công nghệ LTE sẽ đáp ứng các yêu cầu đó

Trong tương lai, công nghệ LTE (Long Term Evolution) mang tới khả năng truyền Internet di động tốc độ cao hơn và đồng thời là cầu nối thu hẹp khoảng cách giữa tốc độ tăng trưởng doanh thu và lưu lượng dành cho các nhà cung cấp dịch vụ di động Theo nghiên cứu của Informa, LTE như là một sự lựa chọn hàng đầu nhờ có công nghệ truy cập thế hệ mới, với hơn 100 nhà khai thác mạng trên toàn cầu đang có

ý định triển khai LTE

Tại Việt Nam, Bộ Thông tin & Truyền thông đã cấp giấy phép thử nghiệm công nghệ LTE cho VNPT, Viettel, FPT Telecom, CMC và VTC Xu hướng trong tương lai gần, công nghệ LTE sẽ là lựa chọn hàng đầu để triển khai ở Việt Nam Tuy nhiên hiện nay chưa có quy chuẩn kỹ thuật để đánh giá xét cấp chứng nhận hợp quy cho thiết bị

đầu cuối LTE, do đó gây không ít khó khăn trong quản lý của Bộ Thông tin & Truyền

thông và hoạt động sản xuất, kinh doanh của các doanh nghiệp

Nhằm đáp ứng nhu cầu trên đề tài nghiên cứu về: “Công nghệ LTE và vấn đề chuẩn quốc gia cho thiết bị đầu cuối áp dụng tại Việt Nam” sau khi hoàn thành sẽ

đáp ứng nhu cầu quản lý nhà nước về lĩnh vực Công nghệ thông tin và truyền thông trong gian đoạn tới, đảm bảo quyền lợi, tính an toàn cho người sử dụng, cũng như đảm bảo hoạt động sản xuất, kinh doanh của các doanh nghiệp

Đề tài này giúp tôi có thêm các kiến thức cần thiết về công nghệ LTE đồng thời

có thể ứng dụng kết quả thu được từ đề tài vào công tác thực tế đang triển khai tại cơ

quan tôi là công tác “Chứng nhận và Công bố hợp quy sản phẩm, hàng hóa chuyên ngành Công nghệ thông tin và truyền thông”

Nội dung luận văn được chia thành bốn (04) chương như sau:

Chương 1 Tổng quan về công nghệ LTE

Chương 2 Tình hình triển khai LTE trên thế giới và triển khai thử nghiệm tại Việt Nam

Chương 3 Tình hình và xu hướng tiêu chuẩn hóa đối với hệ thống LTE trên thế giới và tại Việt Nam

Chương 4 Đề xuất xây dựng Quy chuẩn kỹ thuật cho thiết bị đầu cuối LTE tại Việt Nam

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE Nội dung chương này sẽ trình bày tổng quan về công nghệ LTE, các công nghệ

sử dụng và các yêu cầu kỹ thuật sử dụng trong công nghệ LTE, các dịch vụ mà LTE mang lại Chương này cũng trình bày mô hình kiến trúc của LTE, các băng tần khả dụng và xu hướng phát triển của LTE trong tương lai, so sánh công LTE so với công nghệ WiMAX

1.1 Giới thiệu

LTE (viết tắt của cụm từ Long Term Evolution) còn được gọi là E-UTRA (viết

tắt của cụm từ Evolved Universal Terrestrial Radio Access), công nghệ này được

coi như công nghệ di động thế hệ thứ 4 (4G, nhưng thực chất LTE mới chỉ được coi như 3,9 G) 4G LTE là một chuẩn cho truyền thông không dây tốc độ dữ liệu cao dành cho điện thoại di động và các thiết bị đầu cuối dữ liệu

Hình 1.1 - Logo LTE Công nghệ LTE dựa trên các công nghệ mạng GSM/EDGE và UMTS/HSPA, LTE nhờ sử dụng các kỹ thuật điều chế mới và một loạt các giải pháp công nghệ khác như lập lịch phụ thuộc kênh và thích nghi tốc độ dữ liệu, kỹ thuật đa anten để tăng dung lượng và tốc độ dữ liệu Các tiêu chuẩn của LTE được tổ chức 3GPP (Dự án đối tác thế hệ thứ 3) ban hành và được quy định trong một loạt các chỉ tiêu kỹ thuật của Phiên bản 8 (Release 8), với những cải tiến nhỏ được mô tả trong Phiên bản 9

Hình 1.2 - Các tùy chọn nâng cấp lên LTE

1.2 Các công nghệ cơ bản trong LTE

1.2.1 Các thông số kỹ thuật

Bảng 1.1 - Các thông số kỹ thuật của LTE

Băng thông kênh, 1 khối

UL: Đa người dùng kết hợp MIMO

Tốc độ dữ liệu lớn nhất

DL: 150 Mb/s (UE nhóm 4, 2x2 MIMO, 20 MHz), 300 Mb/s (UE nhóm 5, 4x4 MIMO, 20 MHz)

UL: 75 Mb/s (20 MHz)

1.2.3 Băng tần triển khai LTE

Công nghệ LTE phù hợp triển khai trên độ rộng băng tần trong phạm vi từ 1,25 MHz đến 20 MHz, hơn thế nữa, nó có thể hoạt động trong tất cả các băng tần 3GPP theo cặp phổ tần hoặc không theo cặp phổ tần Như vậy, mạng LTE có thể triển khai trên bất cứ băng tần nào được sử dụng bởi các hệ thống 3GPP

Băng tần hoạt động dành cho công nghệ LTE được khuyến nghị trong 3GPP TS 36.101 version 10.3.0 Release 10 được chỉ ra như trong bảng dưới đây

Bảng 1 2 - Băng tần hoạt động của LTE

STT

Băng tần hoạt động trên đường lên (MHz) ( FUL_low - FUL_high)

Băng tần hoạt động trên đường xuống (MHz) (FDL_low - FDL_high)

STT

Băng tần hoạt động trên đường lên (MHz) ( FUL_low - FUL_high)

Băng tần hoạt động trên đường xuống (MHz) (FDL_low - FDL_high)

1.2.4 Các kỹ thuật cho truy nhập vô tuyến trong LTE

Đường xuống và đường lên trong LTE dựa trên việc sử dụng nhiều các công nghệ đa truy nhập, cụ thể:

- Đa truy nhập phân chia tần số trực giao cho đường xuống (OFDMA)

- Đa truy nhập phân chia tần số - đơn sóng mang (SC-FDMA) cho đường lên 1.2.4.1 Công nghệ đa truy nhập cho đường xuống OFDM và OFDMA

1.2.4.1 1 Công nghệ OFDM

OFDM là kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM phân toàn

bộ băng tần thành nhiều kênh băng hẹp, mỗi kênh có một sóng mang Các sóng mang này trực giao với các sóng mang khác có nghĩa là có một số nguyên lần lặp trên một chu kỳ kí tự Vì vậy, phổ của mỗi sóng mang bằng “không” tại tần số trung tâm của tần số sóng mang khác trong hệ thống Kết quả là không có nhiễu giữa các sóng mang phụ (về mặt lý thuyết)

Hình 1.3 - Ghép kênh OFDM

a, Nguyên lý OFDM

Nguyên lý cơ bản của OFDM là chia nhỏ một luồng dữ liệu tốc độ cao trước khi phát thành nhiều luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát mỗi luồng dữ liệu đó trên một sóng mang con khác nhau Các sóng mang này trực giao với nhau, điều này được thực hiện bằng cách chọn độ giãn tần số một cách hợp lý Bởi vì khoảng thời gian ký tự tăng lên do các sóng mang con song song có tốc độ thấp hơn, vì vậy lượng nhiễu gây

ra do độ trải trễ đa đường được giảm xuống

Hình 1.4 - Các ký tự trong OFDM Công nghệ OFDM khắc phục được vấn đề nhiễu ISI bằng cách sử dụng khoảng bảo vệ tại đoạn bắt đầu của kí tự Khoảng thời gian bảo vệ chính là phần kí tự bị ảnh hưởng bởi ISI còn khoảng dữ liệu tiếp theo khoảng bảo vệ chính là khoảng tải tin

Hình 1.5 - So sánh FDM và OFDM Hình trên minh họa sự khác nhau giữa kỹ thuật điều chế đa sóng mang và kỹ thuật đa sóng mang trực giao Bằng cách sử dụng kỹ thuật đa sóng mang trực giao, ta

có thể tiết kiệm được khoảng 50% băng thông Tuy nhiên, trong kỹ thuật đa sóng

mang trực giao, chúng ta cần triệt để giảm xuyên nhiễu giữa các sóng mang, nghĩa là các sóng này cần phải trực giao với nhau

b) Các ưu điểm cơ bản của kỹ thuật OFDM

- Công nghệ này thích hợp cho hệ thống tốc độ cao

- Thích hợp với các ứng dụng không dây

- Rất hiệu quả trong các môi trường truyền dẫn đa đường

- Sử dụng dải tần rất hiệu quả do cho phép chồng phổ giữa các sóng mang con

- Hạn chế được ảnh hưởng của fading và hiệu ứng đa đường bằng cách chia kênh fading chọn lọc tần số thành các kênh con fading phẳng tương ứng với các tần

số sóng mang OFDM khác nhau

- Phương pháp này có ưu điểm quan trọng là loại bỏ được hầu hết giao thoa giữa các sóng mang và giao thoa giữa các tín hiệu

- Giải quyết vấn đề fading bằng quá trình thực hiện điều chế và giải điều chế trong OFDM nhờ sử dụng phép biến đổi FFT

- OFDM đang chứng tỏ những ưu điểm của mình trong các hệ thống viễn thông trên thực tế đặc biệt là trong các hệ thông vô tuyến đòi hỏi tốc độ cao như thông tin di động và cả trong truyền hình số

Hình 1.6 - Các kênh con trong OFDMA

Để giảm bớt fading lựa chọn tần số, các sóng mang của một trong các kênh con được trải rộng theo phổ kênh Khoảng sóng mang có thể dùng được phân thành một số nhóm liên tiếp Mỗi nhóm chứa một số các sóng mang liên tiếp NE, sau đó loại trừ các kênh con pilot được gán ban đầu Một kênh con có một thành phần từ mỗi nhóm được định vị qua một quá trình giả ngẫu nhiên dựa vào sự hoán vị, với NG là số thành phần kênh con.Với N=2048, đường xuống NG = 48 và NE = 32, đường lên NG = 53 và NE

= 32

1.2.4.2 Công nghệ đa truy nhập cho đường lên SC-FDMA

Đối với việc truyền dữ liệu ở hướng lên, 3GPP đã chọn một phương thức điều chế khác Việc truyền OFDMA phải chịu một PAPR (tỷ lệ công suất đỉnh so với trung bình) cao, điều này có thể dẫn đến những hệ quả tiêu cực đối với việc thiết kế một bộ phát sóng nhúng trong UE đó là khi truyền dữ liệu từ UE đến mạng, cần có một bộ khuếch đại công suất để nâng tín hiệu đến lên một mức đủ cao để mạng bắt được Bộ khuếch đại công suất là một trong những thành phần tiêu thụ năng lượng lớn nhất trong một thiết bị Bởi vì cả mức tiêu thụ năng lượng lẫn tốc độ truyền đều quan trọng đối với các nhà thiết kế UE, cho nên bộ khuếch đại công suất nên tiêu thụ càng ít năng lượng càng tốt Như vậy, UE nào sử dụng phương thức điều chế có tỉ lệ PAPR càng thấp thì thời gian hoạt động của nó ở một tốc độ truyền nhất định càng dài Một phương thức điều chế tương tự với OFDMA cơ bản, nhưng có một PAPR tốt hơn, đó

là SC-FDMA Do PAPR của nó tốt hơn, nó được 3GPP chọn để truyền dữ liệu ở hướng lên SC-FDMA cũng truyền dữ liệu qua giao tiếp vô tuyến trong nhiều kênh con, nhưng bổ sung thêm một bước xử lý Khối xử lý bổ sung trong SC-FDMA trải thông tin của mỗi bit ra trên tất cả các kênh con Cùng một số bit được nhóm lại với nhau, nhưng trong OFDM, các nhóm bit này là dữ liệu nhập cho hàm IFFT, còn trong SC-FDMA, các bit này được đưa vào một hàm FFT trước, dữ liệu xuất của quá trình này là cơ sở cho việc tạo ra các kênh truyền con cho hàm IFFT theo sau Do không phải tất cả các kênh con đều được dùng bởi UE, nên nhiều kênh được đặt ở mức không Những kênh này có thể được dùng bởi các UE khác hoặc không Ở phía máy thu, tín hiệu được giải điều chế, được khuếch đại và được xử lý bởi hàm FFT theo cách giống như trong OFDMA Nhưng biểu đồ biên độ kết quả không được phân tích trực tiếp để tái tạo dòng dữ liệu ban đầu, mà được nạp vào một hàm IFFT để gỡ bỏ tác dụng của quá trình xử lý tín hiệu bổ sung đã được thực hiện ở phía máy phát Ra khỏi hàm IFFT này, tín hiệu lại trở thành tín hiệu miền thời gian Tiếp đến, tín hiệu miền thời gian này được cung cấp cho một khối phát hiện, khối này tái tạo lại các bit dữ liệu ban đầu Như vậy, thay vì phát hiện các bit trên nhiều kênh con khác nhau, người ta chỉ dùng một hàm phát hiện duy nhất trên một kênh truyền duy nhất

Hình 1.7 - Điều chế SC-FDMA cho hướng lên

1.2.4.3 Sự khác biệt giữa OFDMA và SC-FDMA

OFDMA tạo ra các nhóm bit vào (0 và 1) để lắp ráp vào các kênh con, sau đó các kênh con này được xử lý bởi hàm IFFT để có được một tín hiệu miền thời gian Ngược lại, SC-FDMA trước hết qua một hàm FFT trên các nhóm bit dữ liệu vào rồi đưa kết quả vào hàm IFFT để hàm này tạo ra tín hiệu miền thời gian Đây là lý do khiến đôi khi SC-FDMA còn được gọi là phương thức OFDM trải FFT

1.2.5 Công nghệ đa anten MIMO

1.2.5.1 Đặc điểm chung

Các hệ thống thông tin không dây luôn được nghiên cứu nhằm cải thiện chất lượng, dung lượng của hệ thống cũng như khả năng chống lại hiện tượng đa đường Đối với các hệ thống thông tin chất lượng của tín hiệu có thể được cải thiện bằng cách tăng công suất, dung lượng của hệ thống có thể tăng khi tăng băng thông Tuy nhiên công suất cũng chỉ có thể tăng tới một mức gới hạn nào đó, vì công suất phát càng tăng thì hế thống càng gây nhiễu cho các hệ thống xung quanh, băng thông của hệ thống cũng không thể tăng lên mãi vì việc phân bố băng thông đã được định chuẩn sẵn

Hệ thống MIMO có thể tăng dung lượng kênh truyền, sử dụng băng thông hiệu quả nhờ ghép kênh không gian, cải thiện chất lượng của hệ thống đáng kể nhờ vào phân tập tại phía phát và phía thu mà không cần tăng công suất phát cũng như tăng băng thông của hế thống

Hình 1.8 - Nguyên tắc của truyền MIMO

Do những ưu điểm của MIMO và OFDM nên việc kết hợp chúng là một giải pháp hứa hẹn cho hệ thống thông tin không dây băng rộng

1.2.5.2 Sử dụng hệ thống MIMO trong LTE

Chuẩn LTE chỉ định hai và bốn cuộc truyền riêng biệt trên cùng một băng tần, tức đòi hỏi phải có hai hoặc bốn anten tương ứng ở cả máy phát lẫn máy thu Những cuộc truyền như vậy được gọi là 2x2 MIMO và 4x4 MIMO Trong thực tế, 2x2 MIMO

sẽ được dùng trước do những ràng buộc về kích cỡ của các UE và do yêu cầu các anten phải được đặt cách nhau ít nhất một nửa bước sóng

MIMO chỉ được dùng cho truyền hướng xuống trong LTE, bởi vì bộ phát sóng của trạm cơ sở ít bị ràng buộc về công suất hơn bộ phát sóng ở hướng lên Ở hướng lên, thật khó cho các UE sử dụng MIMO do bởi kích cỡ anten hạn chế và công suất ngõ ra của nó, cho nên chuẩn LTE hiện nay không có MIMO ở hướng lên

Hình 1.9 - Mô hình trực quan của một hệ thống MIMO 1.2.5.3 Các độ lợi trong hệ thống MIMO

Hệ thống MIMO sử dụng đa anten phát và thu có thể cung cấp 3 độ lợi: độ lợi Beamforming, độ lợi ghép kênh không gian và độ lợi phân tập không gian

a) Độ lợi Beamforming

Beamforming giúp hệ thống tập trung năng lượng bức xạ theo hướng mong muốn giúp tăng hiệu quả công suất, giảm can nhiễu và tránh được các can nhiễu tới từ các hướng không mong muốn, từ đó giúp cải thiện chất lượng kênh truyền và tăng độ bao phủ của hệ thống Để có thể thực hiện Beamforming, khoảng cách giữa các anten trong

hệ thống MIMO thường nhỏ hơn bước sóng λ (thông thường là λ/2) Beamforming thường được thực hiện trong môi trường ít tán xạ

Hình 1.10 - Kỹ thuật Beamforming

b) Độ lợi ghép kênh không gian

Hình 1.11 - Ghép kênh không gian giúp tăng tốc độ truyền

Tận dụng các kênh truyền song song có được từ đa anten tại phía phát và phía thu trong hệ thống MIMO, các tín hiệu sẽ được phát độc lập và đồng thời ra các anten, nhằm tăng dung lượng kênh truyền mà không cần tăng công suất phát hay tăng băng thông hệ thống Dung lượng hệ thống sẽ tăng tuyến tính theo số các kênh truyền song song trong hệ thống

c) Độ lợi phân tập

Hình 1.12 - Phân tập không gian giúp cải thiện SNR Trong truyền dẫn vô tuyến, mức tín hiệu luôn thay đổi, bị phadinh liên tục theo không gian thời gian và tần số, khiến cho tín hiệu tại nơi thu không ổn định, việc phân tập cung cấp cho các bộ thu các bản sao tín hiệu giống nhau qua các kênh truyền phadinh khác nhau, bộ thu có thể lựa chọn hay kết hợp các bản sao tín hiệu này để giảm tốc độ sai bít BER, chống phadinh qua đó tăng độ tin cậy của hệ thống

1.3 Mô hình kiến trúc LTE

Hình 1.13 – Kiến trúc của mạng UMTS 3G và mạng E-UTRA

Hệ thống LTE bao gồm các thành phần chính là phần mạng lõi (SAE-System Architecture Evolution hay EPC- Evolved Packet Core), các trạm phát sóng eNodeB

và các thiết bị đầu cuối (UE: User equipments)

SAE hay còn được gọi là (EPC) là cốt lõi kiến trúc mạng thông thường được định nghĩa trong 3GPP Rel-8 Nó sẽ hỗ trợ truy cập của LTE, cùng với tất cả các loại công nghệ truy cập vô tuyến bao gồm 3GPP 2G GPRS, 3G UMTS, và không truy cập như 3GPP CDMA, WiMAX và Wifi

SAE được phát triển từ mạng CORE PS cung cấp cho người dùng quản lý di động và quản lý phiên Hệ thống SAE còn tương thích với nhiều loại công nghệ truy cập vô tuyến SAE bao gồm ba thành phần chính:

- Mobility Management Entity (MME);

- Seving Gatewway (S-GW);

- PDN Gateway (P-GW)

a) Mobility Management Entity (MME) phần thực thể điều khiển định tuyến bên trong SAE, thực hiện quản lý di động và cung cấp chức năng tương tự như SGSN-C (điều khiển định tuyến)

b) Serving Gatewway (S-GW) là ranh giới cung cấp các giao diện với E-UTRAN có chức năng định tuyến và chuyển tiếp gói tin, điểm kết nối cho các eNodeB và kết nối

di động cho mạng di động 3GPP;

c) PDN Gateway (P-GW) cung cấp kết nối với mạng dữ liệu bên ngoài Chức năng của nó là tương tự như GGSN và SGSN-U (định tuyến người dùng)

Ngoài ra, HSS và PCRF cũng bao gồm trong mạng SAE để hỗ trợ các dữ liệu quản lý thuê bao và chức năng điều khiển

d) Evolved NodeB

- Không còn RNC như trong hệ thống 3G;

- Các Evolved NodeB kiểm soát toàn bộ chức năng quản lý về vô tuyến;

- Điều này làm cho việc quản lý về vô tuyến nhanh hơn và có khả năng làm cho kiến trúc mạng đơn giản hơn

Hình 1.14 - Mạng SAE dựa trên 3GPP 1.4 Các dịch vụ của LTE

Hệ thống thông tin di động LTE có thể đáp ứng được tốc độ truy nhập lên tới 200Mb/s, hỗ trợ roaming toàn cầsu dựa trên mạng lõi thuần IP, tương tác mạnh với các mạng khác cùng tồn tại Nhờ đó nó hứa hẹn sẽ cung cấp nhiều dịch vụ phong phú và

đa dạng

Cũng giống như hệ thống thông tin di dộng thế hệ 3, các hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo (LTE) cũng sẽ cung cấp các loại dich vụ: di động, viễn thông và internet nhưng với tốc độ cao hơn lên đến 200 Mbit/s và điều đáng quan tâm hơn là các dịch vụ đa phương tiện Với khả năng cung cấp các dịch vụ tốc độ bit cao, các hệ thống thông tin di động thế hệ 4 dễ dàng cung cấp các dịch vụ điện thọai hình, tải dữ liệu nhanh, các dịch vụ thông tin về vị trí, các dịch vụ thương mại di động, các dịch vụ phân phối nội dung, các dịch vụ hỗ trợ tải dữ liệu, các dịch vụ điều khiển từ xa, các dịch số liệu tốc độ bít thấp, dịch vụ số liệu bít cao Nói chung các dịch vụ được phân thành hai loại chính là dịch vụ cơ sở và dịch vụ đa phương tiện và qui vào 3 hình thức dịch vụ: dịch vụ thời gian thực và thời gian không thực, dịch vụ nội dung, dịch vụ quản lý Một số dịch vụ điển hình:

- Dịch vụ thoại (Voice Telephone): LTE vẫn cung cấp các dịch vụ thoại khác nhau đang tồn tại như chờ cuộc gọi, chuyển cuộc gọi, gọi ba bên, các thuộc tính AIN khác nhau, Centrex, Class… Tuy nhiên cần lưu ý là 4G không cố gắng lặp lại các dịch vụ thoại truyền thống hiện đang cung cấp; dịch vụ thì vẫn đảm bảo nhưng công nghệ thì thay đổi

- Tin nhắn (Messaging): Không giống như dịch vụ tin nhắn thông thường trong mạng 2G, 3G chỉ đơn thuần là bản tin text Tin nhắn trong LTE cho phép email đi kèm

và có thể được sử dụng trong việc thanh toán trực tuyến cho các dịch vụ gia đình

- Truyền thông tốc độ cao (High Multimedia): LTE cho phép truy cập internet tốc

độ cao phục vụ cho các ứng dụng theo yêu cầu như: video độ phân giải cao, audio chất lượng CD hoặc các ứng dụng mua bán trực tuyến với các sản phẩm hữu hình như âm nhạc, phần mềm…

+ Video Mobile trực tuyến: Hiện nay, đa số các điện thoại di động đều được trang

bị camera hiện đại, có khả năng quay được những video chất lượng cao, nhu cầu về việc xem các video trực tuyến có độ nét cao ngày càng lớn Việc phát triển dịch vụ LTE sẽ giúp cho người dùng có thể tải các dữ liệu truyền hình đạt chất lượng một cách nhanh hơn, rẻ hơn và kết nối không dây được tốt hơn

+ Game cầm tay/di động: Các game thủ được đánh giá là những người có nhu cầu mạnh về tốc độ cũng như khả năng di động của dịch vụ LTE Với sự phát triển LTE, các game thủ trực tuyến có thể dễ dàng chơi game khi đa di chuyển với tốc độ cao (khi

đi ô tô, đi xe máy…)

+ Mobile IPTV: Mobile IPTV là công nghệ cho phép người sử dụng có thể truyền và nhận các dịch vụ đa phương tiện như tivi, video, nhạc, văn bản… với nền tảng IP thông qua mạng di động Với Mobile IPTV, người dùng có thể xem bất kỳ chương trình TV nào mình yêu thích vào bất kỳ thời điểm nào kể cả khi đang di chuyển + Hội nghị truyền hình (Web Conference): Thông qua 4G việc sử dụng hội nghị truyền hình thông qua điện thoại khi đang di chuyển sẽ trở thành hiện thực

- Dịch vụ dữ liệu (Data Service): Cho phép thiết lập kết nối thời gian thực giữa các đầu cuối, cùng với các đặc tả giá trị gia tăng như tính tin cậy và phục hồi nhanh kết nối, các kết nối chuyển mạch ảo (SVC- Switched Virtual Connection) và quản lý dải tần, điều khiển cuộc gọi… Tóm lại các dịch vụ dữ liệu có khả năng thiết lập kết nối theo băng thông và chất lượng dịch vụ QoS theo yêu cầu

- Dịch vụ đa phương tiện (Multimedia Service): Cho phép nhiều người tham gia tương tác với nhau qua thoại, video, dữ liệu Các dịch vụ này cho phép khách hàng vừa nói chuyện, vừa hiển thị thông tin Ngoài ra, các máy tính còn có thể cộng tác với nhau

- Tính toán mạng công cộng (PNC Public Network Computing): Cung cấp các dịch vụ tính toán dựa trên cơ sở mạng công cộng cho thương mại và các khách hàng

Ví dụ nhà cung cấp mạng công cộng có thể cung cấp khả năng lưu trữ và xử lý riêng (như làm chủ một trang web, lưu trữ/ bảo vệ/ dự phòng các file số liệu hay chạy một ứng dụng tính toán)

- Bản tin hợp nhất (Unified Messaging): Hỗ trợ cung cấp các dịch vụ voice mail, email, fax mail, pages qua các giao diện chung Thông qua các giao diện này, người sử dụng sẽ truy nhập (cũng như được thông báo) tất cả các loại tin nhắn trên, không phụ thuộc vào hình thức truy nhập (hữu tuyến hay vô tuyến, máy tính, thiết bị dữ liệu vô tuyến) Đặc biệt kỹ thuật chuyển đổi lời nói sang file văn bản và ngược lại được thực hiện ở server ứng dụng cần phải được sử dụng ở dịch vụ này

- Môi giới thông tin (Information Brokering): Bao gồm quảng cáo, tìm kiếm và cung cấp thông tin đến khách hàng tương ứng với nhà cung cấp Ví dụ như khách hàng

có thể nhận thông tin trên cơ sở các tiêu chuẩn cụ thể hay trên các cơ sở tham chiếu cá nhân…

- Thương mại điện tử (E-Commerce/ M-Commerce): Cho phép khách hàng mua hàng hóa, dịch vụ được xử lý bằng điện tử trên mạng; có thể bao gồm cả việc xử lý tiến trình, kiểm tra thông tin thanh toán tiền, cung cấp khả năng bảo mật… Ngân hàng tại nhà và đi chợ tại nhà nằm trong danh mục các dịch vụ này; bao gồm cả các ứng dụng thương mại, ví dụ như quản lý dây chuyển cung cấp và các ứng dụng quản lý tri thức

- Trò chơi tương tác trên mạng (Interactive Gaming): Cung cấp cho khách hàng một phương thức gặp nhau trực tuyến và tạo ra các trò chơi tương tác (chẳng hạn như video games)

- Thực tế phân tán ảo (Distributed Virtual Reality): Tham chiếu đến sự thay đổi được tạo ra có tính chất kỹ thuật của các sự kiện, con người, địa điểm, kinh nghiệm,… của thế giới thực, ở đó những người tham dự và các nhà cung cấp kinh nghiệm ảo là phân tán về địa lý Dịch vụ này yêu cầu sự phối hợp rất phức tạp của các tài nguyên khác nhau

- Quản lý tại gia (Home Manager): Với sự ra đời của các thiết bị mạng thông minh, các dịch vụ này có thể giám sát và điều khiển các hệ thống bảo vệ tại nhà, các hệ thống đang hoạt động, các hệ thống giải trí, và các công cụ khác

tại nhà

1.5 Công nghệ LTE- Advaced

1.5.1 Giới thiệu về công nghệ LTE- Advanced

LTE Advanced là phát triển của công nghệ LTE, công nghệ này được chuẩn hóa bởi 3GPP trong phiên bản 8 và 9 Dự án LTE-Advanced được nghiên cứu và chuẩn

hóa bởi 3GPP vào năm 2009 với các đặc điểm nhằm đáp ứng hoặc vượt hơn so với những yêu cầu của thế hệ công nghệ vô tuyến di động thế hệ thứ 4 (4G) IMT-Advanced được thiết lập bởi ITU LTE-Advanced tương thích ngược và thuận với LTE

Hình 1.15 - Các phiên bản LTE ITU đã đưa ra các yêu cầu cho IMT-Advanced nhằm tạo ra định nghĩa chính thức

về 4G Thuật ngữ 4G sẽ áp dụng trên các mạng tuân theo các yêu cầu của Advanced xoay quanh báo cáo ITU-R M.2134 Một số yêu cầu then chốt bao gồm:

IMT Hỗ trợ độ rộng băng tần lên đến và bao gồm 40 MHz

- Khuyến khích hỗ trợ các độ rộng băng tần rộng hơn (chẳng hạn 100 MHz)

- Hiệu quả sử dụng phổ tần đỉnh đường xuống tối thiểu là 15 b/s/Hz (giả sử sử dụng MIMO 4x4)

- Hiệu quả sử dụng phổ tần đỉnh đường lên tối thiểu là 6,75 b/s/Hz (giả sử sử dụng MIMO 4x4)

- Tốc độ thông lượng lý thuyết là 1,5 Gb/s (trong phiên bản trước đây, 1Gb/s thường được coi là mục tiêu của hệ thống 4G)

Đầu tháng 01/2012, Liên minh Viễn thông Quốc tế ITU đã chấp nhận Advanced và WirelessMAN-Advanced (thường được gọi là WiMAX 2) là hai công nghệ đạt tiêu chuẩn mạng 4G LTE Advanced và WiMAX 2 là phiên bản tiếp theo của LTE và WiMAX

LTE-1.5.2 Đặc điểm của LTE-Advanced

LTE Advanced có những ưu điểm vượt trội sau:

- Tốc độ dữ liệu cực đại: Tốc độ 1 Gbps dữ liệu sẽ được thực hiện bằng MIMO 4x4 và truyền thông băng rộng hơn khoảng 70 MHz

- Hiệu quả phổ cực đại

Bảng 1.3 - Tốc độ truyền tải dữ liệu

- Tăng dung lượng và khả năng truyền qua biên tế bào

Bảng 1.4 - Dung lượng tế bào

- Tăng cường triển khai trong eNB và HNB ở LTE-Advanced

Bảng 1.5 - Băng tần hoạt động cho LTE Advance

1.6 So sánh công nghệ LTE và 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 70 Mbps, còn LTE có thể cho tốc độ đến 100Mbps

Đường lên từ thiết bị đầu cuối đến trạm thu phát có sự khác nhau giữa hai công nghệ WiMAX dùng OFDMA còn LTE dùng kỹ thuật SC-FDMA 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 và FDD Ngược lại, WiMAX hiện chỉ tương thích với 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

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 mới bắt đầu được triển khai Tuy nhiên LTE được hiệp hội các nhà khai thác GSM 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 ba năm tới

có thể chiếm thị phần đến 89% (theo Gartner) Hơn nữa, LTE cho phép tận dụng dụng

hạ tầng GSM có sẵn trong khi WiMAX phải xây dựng từ đầu

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

Bảng 1.6 - Bảng so sánh chung WiMAX và LTE (phần vô tuyến)

Các dịch vụ Dữ liệu gói, VoIP Dữ liệu gói, VoIP

và roaming toàn cầu

được chuẩn theo 3GPP

Yếu tố WiMAX (802.16e) LTE Đánh giá

Cả 2 đều linh hoạt

Phổ

Có cấp phép và không cấp phép; 2,3;2,5;3,5;5,8 GHz

Có cấp phép; các băng tần IMT-2000

LTE ưu thế ở các băng thấp, do đó có

ưu điểm về vùng phủ

Điều chế và

mã hóa

CC+CTC (+BTC+LDPC)

eNodeB; 1,2,4; UE:

1,2 Closed + Open loop

LTE hoạt động giả thiết là 2 anten DL cho mỗi UE

Các chế độ

MIMO

Phân cực + ghép kênh không gian

Phân cực + ghép kênh không gian

LTE hiệu quả hơn,

ví dụ tối ưu VoIP

Hình 1.16 - So sánh về tốc độ dữ liệu giữa WiMAX và LTE

Xét về tốc độ dữ liệu, WiMAX chỉ tương đương HSPA, trong khi LTE cho phép đạt tốc độ cao đến 150 Mb/s trong băng thông 2x20MHz do ít phần mào đầu hơn

Hình 1.17 - Đánh giá hiệu quả sử dụng phổ tần số WiMAX và LTE

Về hiệu quả sử dụng phổ tần số, WiMAX tương đương HSPA, LTE cũng có hiệu quả sử dụng cao hơn

Bảng 1.7 - So sánh các giới hạn khả năng công nghệ

WCDMA HSPA R6

HSPA R7 (HSPA+)

WiMAX TDD 20MHz

LTE R8 2x20MHz

Tốc độ bit lý thuyết trong

thị (trong nhà– ngoài trời)

2,8 – 7,4

2,8 – 7,4

km

1.7 Kết luận chương

Công nghệ LTE dựa trên các công nghệ mạng GSM/EDGE và UMTS/HSPA do đó

sẽ tận dùng được hạ tầng mạng của công nghệ này, đảm bảo sự kế thừa phát triển rất lớn cho LTE LTE nhờ sử dụng các mô hình điều chế mới (DL: OFDMA và UL: SC-FDMA) và một loạt các giải pháp công nghệ khác như lập lịch phụ thuộc kênh và thích nghi tốc độ dữ liệu, kỹ thuật đa anten (MIMO) để tăng dung lượng và tốc độ dữ liệu lên tới 300 Mb/s cho đường Downlink và lên tới 75 Mb/s cho đường Uplink Mô hình truyền của LTE cũng được thiết kế tương thích với cả hai phương thức truyền là TDD và FDD và có thể triển khai ở nhiều băng tần khác nhau đảm bảo sự mềm dẻo cho công nghệ này có thể triển khai rộng khắp trên thế giới Ngoài ra, công nghệ này liên tục được chuẩn hóa bởi tổ chức 3GPP và các tổ chức quốc tế khác, hiện này có phiên bản cao hơn của LTE là LTE-Advaced đã được triển khai ở một số nước trên thế giới và mang lại nhiều kết quả rất khả quan Ngoài cung cấp các dịch vụ cơ bản như trong mạng GSM/EDGE và UMTS/HSPA, công nghệ LTE còn cung cấp nhiều yêu cầu nâng cao với tốc độ mạnh mẽ mà công nghệ khác không thể đáp ứng hoặc đáp ứng chưa đủ như: Hội nghị truyền hình, Truyền thông tốc độ cao

So với công nghệ WiMAX, cho dù cả hai công nghệ LTE và WiMAX 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 Tuy nhiên công nghệ LTE lại có nhiều phổ tần sử dụng hơn WiMAX, tốc độ cao hơn Điều tạo ra ưu thế vượt trội của LTE so với WiMAX là LTE cho phép tận dụng dụng hạ tầng GSM có sẵn trong khi WiMAX phải xây dựng từ đầu LTE cũng được hiệp hội các nhà khai thác GSM 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

Tất cả những điều trên có thể cho ta thấy tương lai của công nghệ LTE là rất có triển vọng phát triển và có thể được triển khai thương mại rộng rãi trong thực tế, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng cũng như nhu cầu phát triển của xã hội

Chương 2 TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI LTE TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRIỂN KHAI

THỬ NGHIỆM LTE TẠI VIỆT NAM

Nội dung chương này khảo sát tình hình triển khai LTE trên thế giới và tại Việt Nam, từ đó đánh giá được xu hướng phát triển công nghệ cũng như xu hướng kỹ thuật của công nghệ LTE trên thế giới cũng như tại Việt Nam

2.1 Tình hình triển khai mạng LTE trên thế giới

Theo báo cáo mới nhất của Hiệp hội thông tin di động trên trang www.gsacom.com thì đến tháng 9 năm 2013 trên thế giới:

+ Có 456 nhà cung cấp đang đầu tư phát triển LTE tại 143 nước

+ 113 nhà mạng đang triển khai LTE ở quá 12 tháng

+ 50 nhà mạng khác cam kết và đang thử nghiệm công nghệ LTE Trong đó có 3 nhà mạng của Việt Nam đã thử nghiệm LTE: VNPT, Viettel và FPT

+ Có 406 nhà mạng của 125 quốc gia đã tiến hành thương mại hóa dịch vụ trên nền LTE Đến Q2 năm 2013 là khoảng 126,1 triệu thuê bao LTE

+ Có 1240 sản phẩm đầu cuối LTE được sản xuất bởi 120 nhà sản xuất

Hình 2 1 - Bản đồ triển khai LTE trên thế giới

(Nguồn: LTEmaps.org) (Màu đỏ: cam kết triển khai; Màu xanh: đã triển khai)

2.2 Tình hình thương mại hóa LTE trên thế giới

Vào ngày 14/12/2009, LTE được thương mại hóa đầu tiên trên thế giới bằng việc

ra mắt ở hai thủ đô Stockholm (Thụy Điển) và Oslo (Nauy) của hãng viễn thông TeliaSonera Hai hãng cung cấp thiết bị cho TeliaSonera là Huawei và Ericsson (khoảng 0,6 triệu thuê bao LTE) Telia Sonera là doanh nghiệp đầu tiên triển khai LTE

Theo dữ liệu từ Hiệp hội các nhà cung cấp di động toàn cầu (GSA), LTE được mong đợi trở thành chuẩn kế tiếp cho công nghệ di động băng rộng và những hãng Viễn thông bắt đầu chuyển đổi các mạng của họ Đến hết năm 2010 đã có 17 mạng LTE được triển khai cung cấp dịch vụ Năm 2011 đã có thêm 30 mạng LTE Đến hết năm 2012 đã có thêm 146 mạng LTE tại 59 quốc gia Đến 5/9/2013, trên thế giới có 213 mạng LTE, dự kiến cuối năm có tới 260 mạng LTE được triển khai

Theo dự báo của các nhà phân tích thì đến năm 2015, trên toàn thế giới có 3,4 tỷ thuê bao băng rộng, trong đó: 220 triệu thuê bao LTE (6,47%); 196 triệu TD-SCDMA (5,76%); 426 triệu thuê bao CDMA2000 và EVDO (12,53%); 74 triệu Mobile WiMAX (2,18%); 2,5 tỷ thuê bao HSPA (73,06%) trên 43 băng tần số

2.3 Tình hình triển khai LTE-Advanced trên thế giới

Về LTE-Advanced, tháng 12/2012, ITU thống nhất đưa LTE-Advanced và WirelessMAN-Advanced là các chuẩn chính thức của IMT-Advanced (ITU coi là 4G) ITU cũng thấy rằng 4G có thể cũng sẽ được áp dụng cho các phiên bản trước đây của các công nghệ này (LTE và WiMAX và các công nghệ 3G cải tiến khác) Hiện nay, các nhà khai thác vẫn đang tiếp tục nghiên cứu phát triển mạng 4G thực sự thế hệ sau (LTE-Advanced) bất chấp một thực tế là thế giới hầu như vẫn đang triển khai thương mại hóa công nghệ LTE Ví dụ: Tại Hàn Quốc nhà mạng SK Telecom ở Hàn Quốc đã chính thức triển khai mạng LTE-Advanced (LTE-A) thương mại đầu tiên của thế giới

từ tháng 6 năm 2013

2.4 Tình hình triển khai LTE tại Việt Nam

2.4.1 Mục đích thử nghiệm LTE tại Việt Nam

Quyết định số 32/2012/QĐ-TTg ngày 27/7/2012 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Quy hoạch phát triển viễn thông quốc gia đến năm 2020 đã nêu rõ “Từ nay đến năm 2014 từng bước nghiên cứu, thử nghiệm, đánh giá và từ năm 2015 xem xét triển khai dịch vụ viễn thông di động băng rộng thế hệ tiếp theo tại các băng tần mới đã được quy hoạch phù hợp với xu hướng chung của thế giới và điều kiện phát triển cụ thể của Việt Nam” Do đó trong giai đoạn từ 2012-2015 Bộ Thông tin và Truyền thông chỉ cấp phép thử nghiệm mạng và dịch vụ viễn thông di động băng rộng thế hệ tiếp theo

Các mục đích chính của việc thử nghiệm:

- Thử nghiệm đánh giá công nghệ LTE tại các thành phố lớn của Việt Nam, nơi tập trung các thuê bao sẵn sàng sử dụng dịch vụ khi được cung cấp

- Đánh giá khả năng thương mại dịch vụ viễn thông LTE

Thời gian thử nghiệm: Bộ Thông tin và Truyền thông đã xây dựng khung cấp phép thử nghiệm cung cấp dịch vụ viễn thông WiMAX, LTE trong đó tổ chức thử nghiệm từ tháng 9/2010 đến tháng 9/2012

- Xác định được mức độ cạnh tranh với 3G

- Đánh giá nhu cầu đối với dữ liệu tốc độ cao và chất lượng dịch vụ

- Đánh giá mức độ giảm của CAPEX và OPEX

- Tối ưu hóa mạng lưới, đánh giá mức độ phức tạp khi chuyển đổi sang LTE

- Đánh giá sự tương thích và hướng người sử dụng đối với các đầu cuối LTE

Ngày 01 tháng 9 năm 2010 Bộ Thông tin và Truyền thông đã cấp phép cho 05 doanh nghiệp được thử nghiệm mạng và dịch vụ viễn thông công nghệ LTE, bao gồm:

- Tập đoàn Bưu chính, Viễn thông Việt Nam (VNPT);

- Tập đoàn Viễn thông Quân đội (Viettel);

- Tổng công ty Truyền thông Đa phương tiện (VTC);

- Công ty Cổ phần Viễn thông FPT (FPT Telecom);

- Công ty Cổ phần Hạ tầng Viễn thông CMC (CMCTI)

2.4.2 Tiêu chuẩn và công nghệ thử nghiệm LTE tại Việt Nam

Các tiêu chuẩn và công nghệ chung của hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo được áp dụng trong quá trình thử nghiệm, doanh nghiệp có thể lựa chọn công nghệ phù hợp với nhu cầu Các tiêu chuẩn được áp dụng như sau:

- Độ rộng băng thông linh hoạt: 1,4 MHz; 3 MHz; 5 MHz; 10 MHz; 15 MHz; 20MHz

Hỗ trợ cả 2 trường hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không

- Tính di động: Tốc độ di chuyển tối ưu là 0-15 km/h nhưng vẫn hoạt động tốt với tốc

độ di chuyển từ 15-120 km/h, có thể lên đến 200 km/h tùy băng tần