Tìm hiểu công nghệ 4g LTE advanced

Sự ra đời của hệ thống này mở ra khảnăng tích hợp tất cả các dịch vụ, cung cấp băng thông rộng, dung lượng lớn, truyềndẫn dữ liệu tốc độ cao, cung cấp cho người sử dụng những hình ảnh vi

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin được gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo đã giảng dậy emtại trường Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã giúp em học tập kiến thức vàrèn luyện trong khoa Viễn thông cùng với sự hướng dẫn tận tình của TS Nguyễn ĐứcThủy giúp em hoàn thiện đồ án này

Trước sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của các dịch vụ số liệu, trước xu hướngtích hợp và IP hoá đã đặt ra các yêu cầu mới đối với công nghiệp Viễn thông di động.Mạng thông tin di động thế hệ ba ra đời đã khắc phục được các nhược điểm của cácmạng thông tin di động thế hệ trước đó Tuy nhiên, mạng di động này cũng có một sốnhược điểm như: Tốc độ truyền dữ liệu vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu ngày càng caocủa người dùng, khả năng đáp ứng các dịch vụ thời gian thực như hội nghị truyền hình

là chưa cao, rất khó trong việc download các file dữ liệu lớn, khi đưa một dịch vụ mớivào mạng sẽ gặp rất nhiều vấn đề do tốc độ mạng thấp, tài nguyên băng tần ít,…

Trong bối cảnh đó các nhà nghiên cứu đã chuyển hướng sang nghiên cứu hệthống thông tin di động mới có tên gọi là 4G Sự ra đời của hệ thống này mở ra khảnăng tích hợp tất cả các dịch vụ, cung cấp băng thông rộng, dung lượng lớn, truyềndẫn dữ liệu tốc độ cao, cung cấp cho người sử dụng những hình ảnh video màu chấtlượng cao, các trò chơi đồ hoạ 3D linh hoạt, các dich vụ âm thanh số Việc phát triểncông nghệ giao thức đầu cuối dung lượng lớn, các dich vụ gói dữ liệu tốc độ cao, côngnghệ dựa trên nền tảng phần mềm công cộng mang đến các chương trình ứng dụngchất lượng cao trên nền các mạng di động

Hiện nay thị trường di động Việt Nam có số thuê bao không ngừng tăng, nhucầu về việc sử dụng các dịch vụ và các dịch vụ đa phương tiện ngày càng cao và càngđòi hỏi cao hơn trong tương lai Do đó việc triển khai một công nghệ mới như 4G LTEAdvanced để đáp ứng các nhu cầu thị trường trong tương lai là rất cần thiết

Sau một thời gian tìm hiểu, cùng với sự hướng dẫn của tiến sĩ Nguyễn Đức

Thủy, em đã hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Tìm hiểu công nghệ 4G

LTE -Advanced” Nội dung báo cáo gồm những phần chính sau:

 Chương 1: Giới thiệu về các hệ thống thông tin di động, tổng quan về mạng 4G LTE

 Chương 2: Kiến trúc và các kỹ thuật sử dụng trong 4G Advanced

LTE- Chương 3: Triển khai 4G tại Việt Nam

Do 4G LTE-Advanced là một công nghệ tiên tiến, mới triển khai ở Việt Namcùng với khả năng tìm hiểu còn hạn chế, chưa được đầy đủ và xác thực nên đồ án cònnhiều thiếu sót, mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô để bài viết được hoàn thiệnhơn

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH v

KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT vii

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG, TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G LTE 1

1.1 Sự phát triển của hệ thống thông tin di động 1

1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1G (First Generation) 2

1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 2G (Second Generation) 3

1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3G (Th Generation) 6

1.2 Tổng quan về hệ thống thông tin di động 4G LTE 9

1.3 Tổng quan hệ thống thông tin di động 4G LTE Advanced 12

1.4 Động lực cho sự phát triển 4G LTE Advanced 14

CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC VÀ CÁC KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG 4G LTE-ADVANCED 17

2.1.Công nghệ mạng 4G LTE 17

2.1.1.Kiến trúc mạng LTE 17

2.1.2 Truy nhập vô tuyến trong LTE 18

2.1.3.Kỹ thuật đa truy nhập 19

2.1.4.Kỹ thuật đa anten MIMO 22

2.1.5.Lớp vật lý LTE 24

2.1.6.Các thủ tục truy nhập LTE 35

2.2.CÔNG NGHỆ LTE – ADVANCED TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 37

2.2.1.Băng thông và phổ tần 38

2.2.2.Giải pháp đa anten 39

2.2.3.Truyền dẫn đa điểm phối hợp 39

2.2.4 Các bộ lặp và chuyển tiếp 40

2.2.5.MCMC CDMA 41

2.2.5.Hệ thống Multicode CDMA 45

CHƯƠNG 3: TRIỂN KHAI 4G LTE TẠI VIỆT NAM 53

3.1.Những yếu tố thúc đẩy phát triển 4G LTE tại Việt Nam 53

3.1.1.Tình hình thế giới và trong nước 53

3.1.2.Thành công từ các thử nghiệm 56

3.1.3.Yếu tố chi phí, giá thành 59

3.2.Khó khăn và thách thức khi triển khai 4G LTE tại Việt Nam 62

3.3.Triển khai 4G LTE-A tại nhà mạng Mobifone 63

KẾT LUẬN 66

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH

Hình 1.1: Sự phát triển của các hệ thống thông tin di động 1

Hình 1.2: DynaTAC 8000x: Điện thoại 1G của Motorola sản xuất năm 1974 2

Hình 1.3: Cấu trúc cơ bản hệ thống GSM 4

Bảng 1.1: Các yêu cầu đối với LTE phiên bản đầu có so sánh với HSPA 10

Bảng 1.2: Các mục tiêu của mạng 4G 12

Bảng 1.3: So sánh các yêu cầu của IMT-Advanced với các yêu cầu LTE-Advanced 14

Hình 2.1: Kiến trúc mạng 4G LTE 17

Hình 2.2: Phát triển kiến trúc 3GPP hướng tới kiến trúc phẳng hơn 18

Hình 2.3: OFDMA và SC-FDMA truyền một chuỗi ký hiệu dữ liệu QPSK 21

Hình 2.4: Các chế độ truy nhập kênh vô tuyến 22

Hình 2.5: MIMO 2x2 không có tiền mã hóa 23

Hình 2.6: Các chòm điểm điều chế trong LTE 25

Hình 2.7: Cấp phát tài nguyên hướng lên được điều khiển bởi bộ lập biểu eNodeB 26

Hình 2.8: Cấu trúc khung LTE FDD 27

Hình 2.9: Tốc độ dữ liệu giữa các TTI theo hướng lên 27

Hình 2.11: Chuỗi mã hóa kênh PUSCH 29

Hình 2.12: Ghép kênh của thông tin điều khiển và dữ liệu 30

Hình 2.13: Cấp phát tài nguyên đường xuống tại eNodeB 31

Hình 2.14: Cấu trúc khe đường xuống cho băng thông 1.4 MHz 32

Hình 2.15: Chuỗi mã hóa kênh DL-SCH 32

Hình 2.16: Ví dụ về chia sẻ tài nguyên đường xuống giữa 33

Hình 2.17: Sự tạo thành tín hiệu hướng xuống 34

Hình 2.18: Thủ tục truy nhập ngẫu nhiên 37

Hình 2.19: Ví dụ về khối tập kết sóng mang 39

Hình 2.20: Truyền dẫn đa điểm phối hợp 40

Hình 2.21: Chuyển tiếp trong LTE-Advanced 41

Hình 2.22: Sự tạo tín hiệu MC-CDMA cho một người dùng 42

Hình 2.23: Nguyên tắc tạo tín hiệu MC- CDMA 43

Hình 2.24: Máy phát MC-CDMA tuyến xuống 44

Hình 2.25: Sơ đồ khối bộ phát Multi-code CDMA kiểu truyền song song 45

Hình 2.26: Sơ đồ khối bộ thu Multi-code CDMA kiểu truyền song song 46

Hình 2.27: Mô hình bộ phát và thu hệ thống Multi-code CDMA kiểu truyền M-ary 47

Hình 2.28: Mô hình Multi-code CDMA tổng quát 48

Hình 2.29: Sự tạo tín hiệu rời rạc PMC-MC-CDMA 50

Hình 2.30: Sơ đồ rút gọn cho sự tạo tín hiệu rời rạc PMC-MC-CDMA 50

Hình 2.31: Sự tạo tín hiệu rời rạc MMC-MC-CDMA 51

Hình 3.1: Lộ trình triển khai LTE Advanced và LTE Advanced Pro 53

Hình 3.2: Số lượng mẫu thiết bị hỗ trợ người dùng LTE qua các năm 55

Hình 3.3: Tốc độ đo thử nghiệm 4G Viettel tại Vũng Tàu 57

Hình 3.4: Tốc độ đo và so sánh 4G với 3G của Vinaphone trong lần đầu thử nghiệm tại thành phố Hồ Chí Minh 58

Hình 3.5: Tốc độ đo thử nghiệm của Mobifone 59

Bảng 3.1: Các gói cước 4G của Viettel 60

Bảng 3.2: Giá cước 4G của Vinaphone 61

Bảng 3.3: Các gói cước 4G của Mobifone 61

Hình 3.6: Điện thoại 4G vẫn có giá thành khá đắt so với thu nhập người dân 62

Hình 3.7: Mạng 4G Mobifone 64

Bảng 3.4: 4G Mobifone tuân thủ 3GPP Release 10 trở lên 65

KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

1G One Generation Cellular Hệ thống thông tin di độngthế hệ

thứ nhất2G Second Generation Cellular Hệ thống thông tin di độngthế hệ

thứ hai3G Third Generation Cellular Hệ thống thông tin di độngthế hệ

thứ ba4G Four Generation Cellular Hệ thống thông tin di độngthế hệ

thứ tư3GPP Third Generation Patnership

Project

Dự án hợp tác thế hệ 3

BCC Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã

DSC Downlink Share Channel Kênh chia sẻ đường xuống

EDRSE Enhance Data rates for GSM

Evolution Tốc độ dữ liệu tăng cường cho mạngE-UTRAN Evolved UMTS Terrestrial Radio

Access

Mạng truy nhập vô tuyến cải tiến

FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số

FD FrequencyDivision Ghép kênh phân chia theo tần sốDFEC Duplexing Forward Error Correction Sửa lỗi hồi tiếp

GSM Global System for Mobile Hệ thống di động toàn cầu

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ gói vô tuyến thông dụng

HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói đường xuống tốc độ

caoHSOPA High Speed OFDM Packet Access Truy cập gói OFDM tốc độ caoHSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao

HSS Home Subscriber Server Quản lý thuê bao

ITU International Telecommunication

IPS IP Multimedia Sub-system Hệ thống đa phương tiện sử dụng IPISI Inter-Symbol Interference Nhiễu liên ký tự

IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier ngược

LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn

MIMO Multi Input Multi Output Đa ngõ vào đa ngõ ra

MNE Mobility Management Entity Quản lý tính di động

MAC Medium Access Control Điều khiển trung nhập trung bìnhMU-MIMO Multi User – MIMO Đa người dùng - MIMO

MCS Modulation Coding Scheme Kỹ thuật mã hóa và điều chế

OFDM Orthogonal Frequency Division

Multiple Ghép kênh phân chia theo tần số trực giaoPAPR Peak-to-Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh trên công

suất trung bìnhPDSC Physical Downlink Shared Channel Kênh vật lý chia sẻ đường xuốngPUCC Physical Uplink Control Channel Kênh vật lý điều khiển đường lên PDCC Physical Downlink Control

Channel

Kênh vật lý điều khiển đường xuống

PBC Physical Broadcast Channel Kênh vật lý quảng bá

PCC Paging Control Channel Kênh điều khiển tin nhắn

QoS Quality of Services Chất lượng dịch vụ

RLC Radio Link Control Điều khiển kết nối vô tuyến

RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến

RSRP Reference Signal Receive Power Công suất thu tín hiệu tham khảo

RSRQ Reference Signal Receive Quality Chất lượng thu tín hiệu tham khảoSDR Software - Defined Radio Phần mềm nhận dạng vô tuyếnSNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

SC-FDMA Single Carrier Frequency Division multiple Access

Đa truy cập phân chia theo tần số trực giao đơn sóng mang

SMS Short Message Service Tin nhắn ngắn

SAE System Architecture Enhance Cấu trúc hệ thống tăng cường

SGPRS Serving GPRS Support Node Nút cung cấp dịch vụ GPRS

SU-MIMO Single User Multi Input Multi Output

Đơn user MIMOTDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo thời gianTTI Time Transmit Interval Khoảng thời gian phát

TDD Time Division Duplexing Ghép kênh phân chia theo thời gianTPC Transmit Power Command Lệnh công suất phát

UMB Ultra Mobile Broadband Di động băng rộng mở rộng

UTRAN UTMS Terrestrial Radio Access

Networks

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất

UTMS Universal Telecommunication

Mobile System

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

VHE Virtual Home Environment Môi trường nhà ảo

WCDMA Wideband Code Division Multiple

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI

ĐỘNG, TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G LTE.

Thông tin di động là một lĩnh vực rất quan trọng của đời sống xã hội Nhờ có sựbùng nổ thông tin di động tại Việt Nam đã đem lại sự tiện ích, phát triển về nhiều mặtkinh tế, xã hội, chính trị… Từ khi hình thành và phát triển, công nghệ thông tin diđộng đã trải qua các thế hệ: 1G (First Generation), 2G (Second Generation), 3G(Third Generation), 4G (Fourth Generation), 5G (đang nghiên cứu) Tại Việt Nam, cácnhà mạng Viettel, Vinaphone, Mobiphone đã thử nghiệm, xây dựng cơ sở hạ tầng vàbước đầu triển khai hệ thống di động 4G LTE

1.1 Sự phát triển của hệ thống thông tin di động

Khi các ngành thông tin quảng bá bằng vô tuyến phát triển thì ý tưởng về cácthiết bị điện thoại vô tuyến ra đời và cũng là tiền thân của mạng thông tin di động saunày Năm 1946, mạng điện thoại vô tuyến đầu tiên được thử nghiệm tại ST Louis,bang Missouri của Mỹ

Sau những năm 50, việc phát minh ra chất bán dẫn cũng ảnh hưởng lớn đến lĩnhvực thông tin di động Ứng dụng các linh kiện bán dẫn vào thông tin di động đã cảithiện một số nhược điểm mà trước đây chưa làm được và linh kiện bán dẫn ngày nayđóng vai trò không thể thiếu trong các thiết bị di động của người dung

Thuật ngữ thông tin di động tế bào ra đời vào những năm 70, khi kết hợp đượccác vùng phủ sóng riêng lẻ thành công, đã giải được bài toán khó về dung lượng

Hình 1.1: Sự phát triển của các hệ thống thông tin di động

1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1G (First Generation)

Những hệ thống thông tin di động đầu tiên, nay được gọi là thế hệ thứ nhất(1G), dịch vụ đơn thuần là thoại Các hệ thống 1G đảm bảo truyền dẫn tương tự dựatrên FDM với kết nối mạng lõi dựa trên TDM Với FDMA, người dùng được cấp phátmột kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần số Trong trường hợpnếu số thuê bao nhiều vượt trội so với các kênh tần số có thể, thì một số người bị chặnlại không được truy cập

Đặc điểm của hệ thống 1G là mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thờigian thông tuyến, nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau đáng kể.Trạm thuphát gốc BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS trong cell Hệ thống sửdụng phương pháp đa truy nhập đơn giản do đó khi nhu cầu người dùng tăng về cả về

số lượng, dung lượng, tốc độ thì nó bộc lộ các hạn chế bao gồm:

- Phân bổ tần số rất hạn chế, dung lượng nhỏ

- Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xảy ra khi máy di động chuyển dịchtrong môi trường fading đa tia

- Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi

- Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt ở châu

Âu, làm cho thuê bao không thể sử dụng được máy di động của mình ở cácnước khác

- Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ

sở hạ tầng

Hình 1.2: DynaTAC 8000x: Điện thoại 1G của Motorola sản xuất năm 1974

Một số hệ thống điển hình:

- NMT (Nordic Mobile Telephone System) : Hệ thống điện thoại diđộng Bắc Âu sử dụng băng tần 900 MHz triển khai tại các nước Bắc Âu vàonăm 1981

- TACS (Total Access Communication System): Hệ thống thôngtin truy nhập tổng thể được triển khai tại Anh vào năm 1985

- AMPS (Advanced Mobile Phone System): Hệ thống điện thoạitiên tiến được triển khai ở Bắc Mỹ năm 1978 hoạt động trên băng tần 800 MHz.Thông thường, các công nghệ 1G được triển khai tại một nước hoặc nhóm cácnước, không được tiêu chuẩn hóa bởi các cơ quan tiêu quốc tế và không có ý địnhdành cho sử dụng quốc tế

1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 2G (Second Generation)

Khác với hệ thống thông tin di động 1G, các công nhệ 2G được thiết kế để triểnkhai quốc tế Thiết kế 2G nhấn mạnh hơn lên tính tương thích, khả năng chuyển mạchphức tạp và sử dụng truyền dẫn tiếng số hóa trên vô tuyến Tính năng cuối cùng chính

là yêu cầu đối với 2G Là thế hệ kết nối thông tin di động mang tính cải cách cũng nhưkhác hoàn toàn so với thế hệ đầu tiên Thế hệ 2G sử dụng các tín hiệu kỹ thuật số thaycho tín hiệu analog của thế hệ 1G và được áp dụng lần đầu tiên tại Phần Lan bởiRadiolinja (hiện là nhà cung cấp mạng con của tập đoàn Elisa Oyj) trong năm 1991.Mạng 2G mang tới cho người sử dụng di động ba lợi ích tiến bộ trong suốt một thờigian dài: mã hoá dữ liệu theo dạng kỹ thuật số, phạm vi kết nối rộng hơn 1G và đặcbiệt là sự xuất hiện của tin nhắn dạng văn bản đơn giản – SMS Theo đó, các tin hiệuthoại khi được thu nhận sẽ đuợc mã hoá thành tín hiệu kỹ thuật số dưới nhiều dạng mãhiệu (codecs), cho phép nhiều gói mã thoại được lưu chuyển trên cùng một băngthông, tiết kiệm thời gian và chi phí Song song đó, tín hiệu kỹ thuật số truyền nhậntrong thế hệ 2G tạo ra nguồn năng lượng sóng nhẹ hơn và sử dụng các chip thu phátnhỏ hơn, tiết kiệm diện tích bên trong thiết bị hơn…

Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thờigian (TDMA) đầu tiên trên thế giới được ra đời ở châu Âu và có tên gọi là GSM Với

sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 lúc đó đãđáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số Hệ thống2G hấp dẫn hơn hệ thống 1G bởi vì ngoài dịch vụ thoại truyền thống, hệ thống nàycòn có khả năng cung cấp một số dịch vụ truyền dữ liệu và các dịch vụ bổ sung khác

Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động số GSM được đưa vào từ năm 1993 Hiệnnay, các mạng di động Viettel, Vinaphone, Mobiphone, Vietnammobile…vẫn đangkhai thác rất hiệu quả dịch vụ 2G theo tiêu chuẩn GSM Tuy nhiên, hiện này Viettel đã

có đề xuất muốn khai tử mạng 2G để sử dụng lại băng tần cho 4G

-A Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA

Trong hệ thống TDMA phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chiathành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này được dùng chung cho N kênh liênlạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian (Time slot) trong chu kỳ một khung Tin tứcđược tổ chức dưới dạng gói, mỗi gói có bit chỉ thị đầu gói, chỉ thị cuối gói, các bitđồng bộ và các bit dữ liệu Không như hệ thống FDMA, hệ thống TDMA truyền dẫn

dữ liệu không liên tục và chỉ sử dụng cho dữ liệu số và điều chế số

Các đặc điểm của TDMA

- TDMA có thể phân phát thông tin theo hai phương pháp là phânđịnh trước và phân phát theo yêu cầu Trong phương pháp phân định trước,việc phân phát các cụm được định trước hoặc phân phát theo thời gian Ngượclại trong phương pháp phân định theo yêu cầu các mạch được tới đáp ứng khi

có cuộc gọi yêu cầu, nhờ đó tăng được hiệu suất sử dụng mạch

- Trong TDMA các kênh được phân chia theo thời gian nên nhiễugiao thoa giữa các kênh kế cận giảm đáng kể.

- TDMA sử dụng một kênh vô tuyến để ghép nhiều luồng thông tinthông qua việc phân chia theo thời gian nên cần phải có việc đồng bộ hóa việctruyền dẫn để tránh trùng lặp tín hiệu Ngoài ra, vì số lượng kênh ghép tăng nênthời gian trễ do truyền dẫn đa đường không thể bỏ qua được, do đó sự đồng bộphải tối ưu

B Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

Đối với hệ thống CDMA, tất cả người dùng sẽ sử dụng cùng lúc một băng tần.Tín hiệu truyền đi sẽ chiếm toàn bộ băng tần của hệ thống Tuy nhiên, các tín hiệu củamỗi người dùng được phân biệt với nhau bởi các chuỗi mã Thông tin di động CDMA

sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vôtuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi, mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau

Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại mỗi cell trong toàn mạng, và những kênhnày cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên PN

Trong hệ thống CDMA, tín hiệu bản tin băng hẹp được nhân với tín hiệu băngthông rất rộng, gọi là tín hiệu phân tán Tín hiệu phân tán là một chuỗi mã giả ngẫunhiên mà tốc độ chip của nó rất lớn so với tốc độ dữ liệu Tất cả các users trong một hệthống CDMA dùng chung tần số sóng mang và có thể được phát đồng thời Mỗi user

có một từ mã giả ngẫu nhiên riêng của nó và nó được xem là trực giao với các từ mãkhác Tại máy thu, sẽ có một từ mã đặc trưng được tạo ra để tách sóng tín hiệu có từ

mã giả ngẫu nhiên tương quan với nó Tất cả các mã khác được xem như là nhiễu Đểkhôi phục lại tín hiệu thông tin, máy thu cần phải biết từ mã dùng ở máy phát Mỗithuê bao vận hành một cách độc lập mà không cần biết các thông tin của máy khác

Đặc điểm của CDMA:

- Chất lượng thoại cao hơn, dung lượng hệ thống tăng đáng kể (cóthể gấp từ 4 đến 6 lần hệ thống GSM), độ an toàn (tính bảo mật thông tin) caohơn do sử dụng dãy mã ngẫu nhiên để trải phổ, kháng nhiễu tốt hơn, khả năngthu đa đường tốt hơn, chuyển vùng linh hoạt Do hệ số tái sử dụng tần số là 1nên không cần phải quan tâm đến vấn đề nhiễu đồng kênh

- CDMA không có giới hạn rõ ràng về số người sử dụng nhưTDMA và FDMA Còn ở TDMA và FDMA thì số người sử dụng là cố định,không thể tăng thêm khi tất cả các kênh bị chiếm.

- Hệ thống CDMA ra đời đã đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn dịch

vụ thông tin di động tế bào Đây là hệ thống thông tin di động băng hẹp với tốc

độ bit thông tin của người sử dụng là 8-13 kbps

Một số hệ thống điển hình:

- GSM (Global System for Mobile Communication: Thông tin diđộng toàn cầu) sử dụng phương thức truy nhập TDMA được triển khai tại ChâuÂu

- D-AMPS (IS-136- Digital Advanced Mobile Phone System: Hệthống điện thoại di động tiên tiến số) được triển khai tại Mỹ

- IS 95 (CDMA one) sử dụng phương thức truy nhập CDMA đượctriển khai tại Mỹ và Hàn Quốc

- PDC (Personal Digital Cellular: Điện thoại di động số cá nhân) sửdụng phương pháp đa truy nhập TDMA được triển khai tại Nhật Bản

1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3G (Th Generation)

Hệ thống thông tin di động chuyển từ thế hệ 2 sang thế hệ 3 qua một giai đoạntrung gian là thế hệ 2,5G sử dụng công nghệ TDMA trong đó kết hợp nhiều khe hoặcnhiều tần số hoặc sử dụng công nghệ CDMA trong đó có thể chồng lên phổ tần củathế hệ hai nếu không sử dụng phổ tần mới, bao gồm các mạng đã được đưa vào sửdụng như: GPRS, EDGE và CDMA2000-1x

GPRS (General Packet Radio Service: Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp) là mộtdịch vụ dữ liệu di động dạng gói dành cho những người dùng hệ thống thông tin diđộng toàn cầu (GSM) và điện thoại di động IS-136 Nó cung cấp dữ liệu ở tốc độ từ 56đến 114 kbps GPRS có thể được dùng cho những dịch vụ như truy cập Giao thức Ứngdụng Không dây (WAP), Dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS), Dịch vụ nhắn tin đa phươngtiện (MMS), và với các dịch vụ liên lạc Internet như email và truy cập World WideWeb Dữ liệu được truyền trên GPRS thường được tính theo từng megabyte đi qua,trong khi dữ liệu liên lạc thông qua chuyển mạch truyền thống được tính theo từngphút kết nối, bất kể người dùng có thực sự đang sử dụng dung lượng hay đang trongtình trạng chờ GPRS là một dịch vụ chuyển mạch gói nỗ lực tối đa, trái với chuyểnmạch, trong đó một mức Chất lượng dịch vụ (QoS) được bảo đảm trong suốt quá trìnhkết nối đối với người dùng cố định

Các hệ thống di động 2G kết hợp với GPRS thường được gọi là "2.5G", cónghĩa là, một công nghệ trung gian giữa thế hệ điện thoại di động thứ hai (2G) và thứ

ba (3G) Nó cung cấp tốc độ truyền tải dữ liệu vừa phải, bằng cách sử dụng các kênh

Đa truy cập theo phân chia thời gian (TDMA) đang còn trống, ví dụ, hệ thống GSM

Trước đây đã có suy nghĩ sẽ mở rộng GPRS để bao trùm những tiêu chuẩn khác,nhưng thay vào đó những mạng đó hiện đang được chuyển đổi để sử dụng chuẩnGSM, do đó GSM là hình thức mạng duy nhất sử dụng GPRS GPRS được tích hợpvào GSM Release 97 và những phiên bản phát hành mới hơn Ban đầu nó được Việntiêu chuẩn Viễn thông châu Âu (ETSI) đặt tiêu chuẩn, nhưng nay là Dự án Đối tác Thế

hệ thứ ba (3GPP)

Thông thường, dữ liệu GPRS được tính theo kilobyte thông tin truyền nhận,trong khi kết nối dữ liệu theo dạng chuyển mạch được tính theo giây Cách tính saukhông phù hợp vì ngay cả khi không có dữ liệu truyền dẫn, những người dùng tiềmnăng khác vẫn không thể tận dụng được băng thông

Phương pháp đa truy cập dùng trong GSM kết hợp GPRS dựa trên song côngchia theo tần số (FDD) và đa truy cập theo phân chia thời gian (TDMA) Trong suốtmột phiên kết nối, người dùng được gán cho một cặp kênh tần số tải lên và tải xuống.Cái này sẽ phối hợp với ghép kênh thống kê theo miền thời gian, có nghĩa là liên lạctheo chế độ gói tin, điều này sẽ giúp cho vài người dùng có thể chia sẻ cùng một kênhtần số Các gói này có độ dài cố định, tùy theo khoảng thời gian GSM Tải xuống sửdụng định thời gói theo cơ chế tới trước làm trước (FIFO), trong khi tải lên sử dụng

mô hình rất giống với reservation ALOHA Điều này có nghĩa là slotted Aloha ALOHA) được dùng để tham vấn chỗ trống trong bước tranh chấp, và sau đó dữ liệuthật sự được truyền bằng cách sử dụng TDMA động với định thời đến trước làm trước

(S-3G là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (ThirdGeneration) Đã có rất nhiều người nhầm lẫn một cách vô ý hoặc hữu ý giữa hai kháiniệm 3G và UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems) Mạng 3G(Third-generation technology) là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ điện thoại diđộng, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tinnhắn nhanh, hình ảnh ) 3G cung cấp cả hai hệ thống là chuyển mạch gói và chuyểnmạch kênh Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập radio hoàn toàn khác so với hệthống 2G hiện nay Điểm mạnh của công nghệ này so với công nghệ 2G và 2.5G làcho phép truyền, nhận các dữ 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 Với công nghệ 3G, cácnhà cung cấp có thể mang đến cho khách hàng các dịch vụ đa phương tiện, như âmnhạc chất lượng cao; hình ảnh video chất lượng và truyền hình số; Các dịch vụ định vịtoàn cầu (GPS); E-mail;video streaming; High-ends games;

Quốc gia đầu tiên đưa mạng 3G vào sử dụng rộng rãi là Nhật Bản Vào năm

2001, NTT Docomo là công ty đầu tiên ra mắt phiên bản thương mại của mạng CDMA Năm 2003 dịch vụ 3G bắt đầu có mặt tại châu Âu Tại châu Phi, mạng 3Gđược giới thiệu đầu tiên ở Maroc vào cuối tháng 3 năm 2007 bởi Công ty Wana

W-Để hiểu thế nào là công nghệ 3G, hãy xét qua đôi nét về lịch sử phát triển củacác hệ thống điện thoại di động Mặc dù các hệ thống thông tin di động thử nghiệmđầu tiên được sử dụng vào những năm 1930 - 1940 trong các sở cảnh sát Hoa Kỳnhưng các hệ thống điện thoại di động thương mại thực sự chỉ ra đời vào khoảng cuốinhững năm 1970 đầu những năm 1980 Các hệ thống điện thoại thế hệ đầu sử dụngcông nghệ tương tự và người ta gọi các hệ thống điện thoại kể trên là các hệ thống 1G.

Khi số lượng các thuê bao trong mạng tăng lên, người ta thấy cần phải có biệnpháp nâng cao dung lượng của mạng, chất lượng các cuộc đàm thoại cũng như cungcấp thêm một số dịch vụ bổ sung cho mạng Để giải quyết vấn đề này người ta đã nghĩđến việc số hoá các hệ thống điện thoại di động, và điều này dẫn tới sự ra đời của các

hệ thống điện thoại di động thế hệ 2 Ở châu Âu, vào năm 1982 tổ chức các nhà cungcấp dịch vụ viễn thông châu Âu (CEPT – Conférence Européene de Postes etTelécommunications) đã thống nhất thành lập một nhóm nghiên cứu đặc biệt gọi làGroupe Spéciale Mobile (GSM) có nhiệm vụ xây dựng bộ các chỉ tiêu kỹ thuật chomạng điện thoại di động toàn châu Âu hoạt động ở dải tần 900 MHz Nhóm nghiêncứu đã xem xét nhiều giải pháp khác nhau và cuối cùng đi đến thống nhất sử dụng kỹthuật đa truy nhập phân chia theo thời gian băng hẹp (Narrow Band TDMA) Năm

1988 phiên bản dự thảo đầu tiên của GSM đã được hoàn thành và hệ thống GSM đầutiên được triển khai vào khoảng năm 1991 Kể từ khi ra đời, các hệ thống thông tin diđộng GSM đã phát triển với một tốc độ hết sức nhanh chóng, có mặt ở 140 quốc gia và

có số thuê bao lên tới gần 1 tỷ Lúc này thuật ngữ GSM có một ý nghĩa mới đó là Hệthống thông tin di động toàn cầu (Global System Mobile) Cũng trong thời gian kểtrên, ở Mỹ các hệ thống điện thoại tương tự thế hệ thứ nhất AMPS được phát triểnthành các hệ thống điện thoại di động số thế hệ 2 tuân thủ tiêu chuẩn của hiệp hội viễnthông Mỹ IS-136 Khi công nghệ CDMA (Code Division Multiple Access – IS-95) rađời, các nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động ở Mỹ cung cấp dịch vụ mode songsong, cho phép thuê bao có thể truy cập vào cả hai mạng IS-136 và IS-95

Các tiêu chuẩn 3G thương mại: Công nghệ 3G được nhắc đến như là một

chuẩn IMT-2000 của Tổ chức Viễn thông Thế giới (ITU), thống nhất trên thế giới.Tuy nhiên, trên thực tế các nhà sản xuất thiết bị viễn thông lớn trên thế giới đã xâydựng thành 4 chuẩn 3G thương mại chính:

- W-CDMA: Tiêu chuẩn W-CDMA là nền tảng của chuẩn UMTS(Universal Mobile Telecommunication System), dựa trên kỹ thuật CDMA trảiphổ dãy trực tiếp, trước đây gọi là UTRA FDD, được xem như là giải phápthích hợp với các nhà khai thác dịch vụ di động (Mobile network operator) sửdụng GSM, tập trung chủ yếu ở châu Âu và một phần châu Á (trong đó có ViệtNam) UMTS được tiêu chuẩn hóa bởi tổ chức 3GPP, cũng là tổ chức chịu tráchnhiệm định nghĩa chuẩn cho GSM, GPRS và EDGE FOMA, thực hiện bởicông ty viễn thông NTT DoCoMo Nhật Bản năm 2001, được coi như là mộtdịch vụ thương mại 3G đầu tiên Tuy nhiên, tuy là dựa trên công nghệ W-

CDMA, công nghệ này vẫn không tương thích với UMTS (mặc dù có các bướctiếp hiện thời để thay đổi lại tình thế này).

- CDMA 2000: Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, làthế hệ kế tiếp của các chuẩn 2G CDMA và IS-95 Các đề xuất của CDMA2000nằm bên ngoài khuôn khổ GSM tại Mỹ, Nhật Bản và Hàn Quốc CDMA2000được quản lý bởi 3GPP2, là tổ chức độc lập với 3GPP Có nhiều công nghệtruyền thông khác nhau được sử dụng trong CDMA2000 bao gồm 1xRTT,CDMA2000-1xEV-DO và 1xEV-DV CDMA 2000 cung cấp tốc độ dữ liêu từ

144 kbit/s tới trên 3 Mbit/s Chuẩn này đã được chấp nhận bởi ITU Người tacho rằng sự ra đời thành công nhất của mạng CDMA-2000 là tại KDDI củaNhật Bản, dưới thương hiệu AU với hơn 20 triệu thuê bao 3G Kể từ năm 2003,KDDI đã nâng cấp từ mạng CDMA2000-1x lên mạng CDMA2000-1xEV-DO(EV-DO) với tốc độ dữ liệu tới 2.4 Mbit/s Năm 2006, AU dự kiến nâng cấpmạng lên tốc độ Mbit/s SK Telecom của Hàn Quốc đã đưa ra dịch vụCDMA2000-1x đầu tiên năm 2000, và sau đó là mạng 1xEV-DO vào tháng 2năm 2002

- TD-CDMA: Chuẩn TD-CDMA, viết tắt từ Time-division-CDMA,trước đây gọi là UTRA TDD, là một chuẩn dựa trên kỹ thuật song công phânchia theo thời gian (Time-division duplex) Đây là một chuẩn thương mại ápdụng hỗn hợp của TDMA và CDMA nhằm cung cấp chất lượng dịch vụ tốt hơncho truyền thông đa phương tiện trong cả truyền dữ liệu lẫn âm thanh, hình ảnh.Chuẩn TD-CDMA và W-CMDA đều là những nền tảng của UMTS, tiêu chuẩnhóa bởi 3GPP, vì vậy chúng có thể cung cấp cùng loại của các kênh khi có thể.Các giao thức của UMTS là HSDPA/HSUPA cải tiến cũng được thực hiện theochuẩn TD-CDMA

- TD-SCDMA: Chuẩn được ít biết đến hơn là TD-SCDMA (TimeDivision Synchronous Code Division Multiple Access) đang được phát triển tạiTrung Quốc bởi các công ty Datang và Siemens, nhằm mục đích như là mộtgiải pháp thay thế cho W-CDMA Nó thường xuyên bị nhầm lẫn với chuẩn TD-CDMA Cũng giống như TD-CDMA, chuẩn này dựa trên nền tảng UMTS-TDDhoặc IMT 2000 Time-Division (IMT-TD) Tuy nhiên, nếu như TD-CDMA hìnhthành từ giao thức mang cũng mang tên TD-CDMA, thì TD-SCDMA phát triểndựa trên giao thức của S-CDMA

1.2.Tổng quan về hệ thống thông tin di động 4G LTE

LTE (Long Term Evolution: Phát triển dài hạn) là tên danh cho tiêu chuẩn mới

do 3GPP phát triển để đáp ứng các yêu cầu không ngừng tang về tốc độ số liệu để đápứng các dịch vụ đa phương tiện IP LTE là bước phát triển tiếp sau của các hệ thống2G và 3G để tiến đến cung cấp mức độ chất lượng tương tự như các hệ thống hữutuyến hiện nay

Các mục tiêu chính của LTE bao gồm:

- Hệ thống phải hỗ trợ tốc độ đỉnh đường lên là 100Mbps và đườngxuống là 50Mbps trong bang thong 20 MHz hay tương đương với các giá trịhiệu suất phổ tần đinh là 5bps/Hz đường lên Hệ thống tham chuẩn có 2 antentrong UE đường xuống và 1 anten cho UE đường lên

- Tại điểm 5% CDF (xác suất 5% mất thông tin), thông lượng trungbình của người sử dụng lên 1 MHz gấp từ hai đến ba lần R6 HSPA

- Hiệu suất phổ tần đường xuống gấp từ ba đến bốn lần R6 HSPA

và đường lên gấp từ hai đến ba lần R6 HSPA trong mạng có tải

Bảng 1.1: Các yêu cầu đối với LTE phiên bản đầu có so sánh với HSPA

Các công nghệ quan trọng nhất trong mạng truy nhập vô tuyến của LTE làOFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex), ấn định tài nguyên động đa kíchthước (thời gian, tần số) và thích ứng đường truyền, truyền dẫn MIMO (Multiple InputMultiple Output), mã hóa Turbo và HARQ (Hybrid Automatich Repeat Request) vớikết hợp mềm

Trong chế độ FDD, trên đường xuống LTE sử dụng OFDMA với truyền dẫnOFDM, đường lên LTE sử dựng SC-FDMA với truyền dẫn DFTS-OFDM Mỗi kýhiệu OFDM được phát trên các sóng mang con có băng thông 15 hoặc 7,5 MHz Mỗikhung dài 1ms được chia thành hai khe dài 0,5 ms và chứa một số ký hiệu OFDM (14chế độ 15 KHz và 12 cho chế độ 7,5 KHz…)

Trong LTE, cả sơ đồ truyền dẫn đường lên và đường xuống đều có thể ấn địnhcác băng tần khác nhau cho các người sử dụng theo nguyên lý FDMA Ấn định này cóthể được điều chỉnh động theo thời gian dựa trên lập biểu Kiểu ấn định này được gọi

là ấn định tài nguyên động đa kích thước (thời gian, tần số) Để ấn định tài nguyênthuận tiện, tài nguyên LTE có thể được trình bày dưới dạng lời thời gian - tần số Phần

tử nhỏ nhất của lưới thời gian, tần số được gọi là phần tử tài nguyên bao gồm một sóngmang con trong khoảng thời gian một ký hiệu Đơn vị ấn định thời gian nhỏ nhất làkhối tài nguyên gồm 12 sóng mang con trong một khe thời gian

Truyền dẫn đa anten là một trong những công nghệ quan trọng nhất để đạt đượccác mục tiêu tốc độ cao cho LTE Trên đường xuống của LTE phiên bản đầu hỗ trợmột, hai, hoặc bốn anten phát trong eNode B và một, hai, hay bốn anten thu trong UE

Đa anten có thể được sử dụng theo nhiều cách: để nhận được sự phân tập phát/thu hay

để nhận được ghép kênh không gian nhằm tăng tốc độ số liệu bằng cách tạo ra nhiềukênh con song khi điều kiện cho phép Tuy nhiên, trên đường lên LTE chỉ hỗ trợ mộtanten phát tại UE và một, hai, hay bốn anten thu tại eNode B Vì thế trền đường lên đaanten chỉ được sử dụng cho phân tập thu

LTE sử dụng đa anten với các công nghệ MIMO khác nhau bao gồm SU-MIMO(Singer User MIMO: MIMO đơn người sử dụng), MU-MIMO (Multi-User MIMO:MIMO đa người sử dụng, tiền mã hóa cấp hạng 1 (Rank-1) vòng kín và tạo búp dànhriêng Các sơ đồ SU-MIMO được đặc tả cho cấu hình hai hay bốn anten phát trênđường xuống để hỗ trợ truyền dẫn nhiều lớp trong không gian (lên đến bốn lớp) chomột UE Sơ đồ phân tập phát được đặc tả cho 4 anten phát trên đường xuống và haianten phát trên đường lên (phiên bản cải tiến) Sơ đồ MU-MIMO cho phép ấn định cáclớp không gian khác nhau cho các người sử dụng khác nhau trong cùng một tài nguyênthời gian - tần số và được hỗ trợ cả ở đường lên lẫn đường xuống Sơ đồ tiền mã hóavòng kín rank-1 được sử dụng để cải thiện vùng phủ song sử dụng công nghệ SU-MIMO dựa trên tín hiệu tham chuẩn chung đặc thù ô với việc sử dụng một bản tin báohiệu điều khiển thông lượng thấp để giảm chi phí băng thông bổ sung Sơ đồ tạo búpdành riêng được sử dụng để mở rộng vùng phủ số liệu khi tách số liệu dựa trên tín hiệutham chuẩn riêng được hỗ trợ bởi UE

LTE sử dụng mã hóa turbo để hiệu chỉnh lỗi cho kênh số liệu Trong trường hợpkênh chia sẻ đường xuống (DL-SCH) bộ mã hóa turbo với tỷ lệ mã 1/3 được sử dụngcùng với phối hợp tốc độ để thích ứng tỷ lệ mã với mức mong muốn Trong mỗikhung 1ms, một hoặc hai từ mã (với MIMO đa từ mã) được mã hóa và được phát

LTE hỗ trợ HARQ và chuyển giao mềm Trong sơ đồ HARQ, máy thu sử dụng

mã phát hiện lỗi (CRC) để kiểm tra xem gói thu sau sửa lỗi có chữa lỗi hay không.Trong trường hợp NACK, gói được phát lại Gói mắc lỗi được lưu trong bộ nhớ đệm,sau đó được kết hợp với phát lại (hay các phát) lại để tạo nên một gói tin cậy hơn LTE

sử dụng kết hợp tăng phần dư (IR: Incremental Redundancy) trong đó phát lại là cácphiên bản phần dư khác nhau của mã turbo

1.3 Tổng quan hệ thống thông tin di động 4G LTE Advanced

Để đáp ứng nhu cầu tăng không ngừng về các dịch vụ viễn thông tiên tiến, tháng10/2005 ITU-R (ITU-R Working party) bắt đầu định nghĩa hệ thống thông tin di độngthế hệ 4 (4G) gọi là IMT-Advanced theo mô hình chuẩn hóa tàn cầu được sử dụng với3G (IMT-2000) Mục tiêu của định nghĩa này là để đặc tả tập các yêu cầu liên quanđến dung lượng và chất lượng dịch vụ sao cho bất cứ một công nghệ nào đáp ứng đượccác yêu cầu này đều được ITU đưa vào tập các tiêu chẩn của IMT-Advanced Cuộcchạy đua đến IMT-Advanced chỉ thực sự bắt đầu vào năm 2008 khi có thông tư(Circular Letter) về việc đưa ra xem xét các đề xuất Ngay trước khi có thông tư này,3GPP đã thiết lập hoạt động tiêu chuẩn hóa LTE như một nhiệm vụ để xây dựngchương trình khung tiến đến 4G 3GPP chia chương trình này thành 2 giai đoạn: Giaiđoạn đầu hoàn thành tiêu chuẩn LTE đầu tiên (LTE R8), giai đoạn sau cải tiến LTEcho phù hợp với 4G thông qua một công nghệ mới gọi là LTE Advanced trong cácphát hành 9 và 10 (R9 và R10) Theo kế hoạch này, vào tháng 12 năm 2008 3GPPchuẩn y các đặc tả LTE R8 bao gồm E-UTRAN (Evolved-UTRAN) và EPC (EvolvedPacket Core) Mặt khác danh mục nghiên cứu LTE (LTE Study Item) cũng được khởiđộng vào tháng 5 năm 2008 và dự kiến hoàn thành vào năm 2009 theo kế hoạch choIMT-Advanced của IMT-R

IMT-Advanced (International Mobile Telecommunication-Advanced: Thông tin

di động quốc tế tiên tiến) là một khái niệm cho các hệ thống thông tin động đạt đượccác tiêu chí của một hệ thống thông tin di động 4G

Tốc độ số liệu 100Mbps cho vùng rộng, 1 Gbps cho vùng hẹp

Bảng 1.2: Các mục tiêu của mạng 4G

Các khả năng mới của các hệ thống IMT-Advanced được thiết kế để xử lý để cóthể hỗ trợ được nhiều tốc độ số liệu tùy theo yêu cầu dịch vụ và kinh tế trong các môitrường đa người sử dụng với tốc độ đỉnh lên tới 100 Mbps cho di động tốc độ cao và 1Gbps cho di động tốc độ thấp

3GPP đã tổ chức hội thảo về IMT-Advanced và đưa ra các quyết định, tiêuchuẩn cho LTE Advanced:

- LTE-Advanced sẽ là phát triển của LTE Do đó nó phải tươngthích ngược được với LTE R8

- Các yêu cầu của LTE Advanced sẽ đáp ứng hoặc vượt các tiêuchuẩn của IMT-Advanced

- LTE-Advanced phải hỗ trợ đáng kể tốc độ số liệu đỉnh để đatđược các yêu cầu của ITU Trước tiên tập trung lên các người sử dụng di độngtốc độ thấp Ngoài ra, cần phải cải thiện hơn nữa các tốc độ số liệu tại biên ô

- Tốc độ số liệu dỉnh là 1Gbps cho đường xuống (DL) và 500 Mbpscho đường lên (UL)

- Về trễ, trong UP thời gian chuyển từ trạng thái rỗi sang trạng tháikết nối nhỏ hơn 50 ms Trong trạng thái tích cực, một người sử dụng chỉ cầnchưa đến 10 ms để đạt được đồng bộ và bộ lập biểu phải giảm tối đa trễ mặtphẳng CP

- Hệ thống phải hỗ trợ hiệu suất phổ tần đỉnh lên đến 30bps/Hz chođường xuống 15bps/Hz với cấu hình anten 8x8 cho đường xuống và 4x4 chođường lên

- 3GPP định nghĩa kịch bản phủ sóng cơ sở vùng đô thị với khoảngcách giữa các site là 500m và các người sử dụng đi bộ Theo giả thiết này, hiệusuất phổ tần trung bình của người sử dụng trên đường xuống là 2.4 bps/Hz/ôcho cấu hình anten 2x2;2,6bps/Hz/ô cho cấu hình anten 4x2 và 3,7bps cho cấuhình anten 4x4 Trong khi đó, trên đường lên hiệu suất phổ tần trung bình là1,2bps/Hz/ô cho cấu hình anten 1x2 và 2,0bps/Hz/ô cho cấu hình anten 2x4

- Trong cùng kịch bản như trên với 10 người sử dụng hiệu suất phổtần trung bình của người sử dụng biên ô trên đường xuống là 0,07 bps/Hz/ô chocấu hình anten 2x2; 0,09 bps/Hz/ô cho cấu hình anten 4x2 và 1,2 bps/Hz/ô chocấu hình anten 4x4 Trên đường lên hiệu suất phổ tần trung bình sẽ là 0,04bps/Hz/ô cho cấu hình 1x2 và 0,07 bps/Hz/ô cho cấu hình anten 2x4

- Các yêu cầu về tính di động và vùng phủ giống như LTE R10.Chỉ có một số điểm khác biệt đối với triển khai trong nhà do cần thiết phải bổsung một số điểm cho LTE-Advanced

- LTE Advanced phải đảm bảo tương thích ngược với LTE R8 vàcác hệ thống trước đây của 3GPP

-Yêu cầu ITU-R M2134 Yêu cầu LTE-Advanced

TR 36.913Tốc độ số liệu đỉnh

2,0 (4x4)Hiệu suất phổ

trung bình biên

ô [bps/Hz/ô]

0,09 (4x2)0,12 (4x4)

Bảng 1.3: So sánh các yêu cầu của IMT-Advanced với các yêu cầu

LTE-Advanced

1.4.Động lực cho sự phát triển 4G LTE Advanced

Mạng và dịch vụ di động 4G mở ra cơ hội lớn cho Việt Nam Cụ thể, các doanhnghiệp có cơ hội phát triển kinh doanh trên môi trường số mọi lúc, mọi nơi với chi phítối thiểu, tạo thuận lợi cho việc kết nối thông suốt giá trị sản xuất, hàng hóa, dịch vụ,phân phối trong nước và quốc tế, Chính phủ có điều kiện triển khai chính quyền điện

tử rộng khắp

Theo báo cáo của Hiệp hội các nhà cung cấp dịch vụ di động toàn cầu (GSA),tính đến hết quý I-2016, số lượng thuê bao 4G LTE đạt 1,29 tỷ với bình quân 2 triệuthuê bao mới mỗi ngày được các nhà mạng khai thác Hiện tại, trên thế giới đã có 503

mạng 4G LTE được thương mại hóa tại 167 quốc gia tính đến tháng 5-2016 (theothống kê từ GSA).

Tại Việt Nam, theo Thứ trưởng Bộ TT& TT Phan Tâm, năm 2009, Việt Nam đãchính thức khai trương mạng di động 3G VinaPhone đầu tiên Đến nay, các nhà mạngviễn thông lớn tại Việt Nam đã phủ sóng dịch vụ 3G trên toàn quốc Bộ TT&TT cũng

đã sớm cho phép các doanh nghiệp viễn thông tại Việt Nam thử nghiệm công nghệmạng di động thế hệ tiếp theo 4G LTE

Đầu năm 2016, Chương trình phát triển băng rộng quốc gia đến 2020 đã đượcThủ tưởng Chính phủ Việt Nam phê duyệt và ban hành với nhiệm vụ trọng tâm là xâydựng được hạ tầng băng rộng có thể phủ sóng 3G/4G đến 95% dân số vào năm 2020.Ngoài ra, để tạo điều kiện hỗ trợ doanh nghiệp trong việc triển khai 4G LTE, BộThông tin và Truyền thông sẽ tập trung xây dựng chính sách rõ ràng trong việc dùng

hạ tầng kỹ thuật , thúc đẩy phát triển các ứng dụng nội dung, CNTT trên hạ tầng viễnthông băng rộng,…Song song với sự chuẩn bị từ phía nhà nước, các doanh nghiệp viễnthông cũng đang gấp rút xây dựng chiến lược phát triển từ đây đến 2020 với trọng tâm

là 4G LTE.Hiện tại 3 doanh nghiệp lớn: Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam(VNPT), Tập đoàn Viễn thông Quân đội (Viettel), Tổng Công ty Viễn thông -MobiFone đang trong quá trình đánh giá kết quả thử nghiệm và hoàn tất thủ tục xincấp phép chính thức triển khai thương mại hệ thống thông tin di động 4G dựa trêncông nghệ LTE/LTE-Adv tại băng tần 1800MHz

Về những cơ hội mà mạng 4G LTE mang lại, mạng và dịch vụ di động băngrộng công nghệ 4G mở ra cơ hội to lớn, góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh quốcgia, phục vụ cộng đồng như giám sát và bảo vệ môi trường, xây dựng ngôi nhà thôngminh, thành phố thông minh, chăm sóc sức khỏe…Tuy nhiên, triển khai 4G trong giaiđoạn hiện nay đi kèm với nhiều thách thức mà Việt Nam cần phải đối mặt, chẳng hạnnhư vùng phủ sóng, an toàn bảo mật, năng lực mạng lưới, bảo đảm chất lượng dịch vụ

và giá cả thiết bị phải phù hợp với người dùng Để vượt qua những thách thức này cần

có sự phối hợp đồng bộ giữa chính sách quản lý và cam kết mạnh mẽ từ phía nhàmạng

Như vậy, Năm 2016 là thời điểm thích hợp để đưa công nghệ mới 4G vào thịtrường với mức độ phổ cập tốt nhất

Kết luận chương 1: Chương thứ nhất của đồ án đã khái quát những nét đặc

trưng, sự phát triển của các hệ thống thông tin di động 1G, 2G, 3G, 4G đồng thời sơlược tổng quan về thống 4G LTE và hệ thống 4G LTE Advanced Càng về các thế hệtiếp theo thì các thông số của hệ thống ngày càng được cải thiện Hiện nay, sự phát

triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin truyền thông, sự phát triển cơ sở hạ tầng, thiết

bị di động… là động lực phát triển để năm 2016 là năm nước ta chính thức triển khaicác dịch vụ 4G

CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC VÀ CÁC KỸ THUẬT SỬ DỤNG

TRONG 4G LTE-ADVANCED 2.1.Công nghệ mạng 4G LTE

2.1.1.Kiến trúc mạng LTE

Hình 2.1: Kiến trúc mạng 4G LTE

Nhiều các mục tiêu ngụ ý rằng một kiến trúc phẳng là cần thiết, kiến trúc phẳngvới ít nút tham gia sẽ làm giảm độ trễ và cải thiện hiệu suất Bắt đầu từ phiên bản 7,3GPP đã phát triển ý tưởng đường hầm trực tiếp cho phép mặt phẳng người dùng bỏqua SGSN

- - - mặt phẳng điều khiển

mặt phẳng người dùng

Hình 2.2: Phát triển kiến trúc 3GPP hướng tới kiến trúc phẳng hơn

Kiến trúc mạng LTE được thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lưu lượng chuyển mạchgói với tính di động linh hoạt, chất lượng dịch vụ (QoS) và độ trễ tối thiểu Mộtphương pháp chuyển mạch gói cho phép hỗ trợ tất cả các dịch vụ bao gồm cả thoạithông qua các kết nối gói Kết quả là trong một kiến trúc phẳng hơn, rất đơn giản chỉvới 2 loại nút cụ thể là nút B phát triển (eNB) và phần tử quản lý di động/cổng(MME/GW) Điều này hoàn toán trái ngược với nhiều nút mạng trong kiến trúc mạngphân cấp hiện hành của hệ thống 3G Một thay đổi lớn nữa là phần điều khiển mạng vôtuyến (RNC) được loại bỏ khỏi đường dữ liệu và chức năng của nó hiện nay đượcthành lập ở eNB Một số ích lợi của một nút duy nhất trong mạng truy nhập là giảm độtrễ và phân phối của việc xử lý tải RNC vào nhiều eNB Việc loại bỏ RNC ra khỏimạng truy nhập có thể một phần do hệ thống LTE không hỗ trợ chuyển giao mềm

2.1.2 Truy nhập vô tuyến trong LTE

2.1.2.1.Các chế độ truy nhập vô tuyến

Giao diện không gian LTE hỗ trợ cả hai chế độ là song công phân chia theo tần

số (FDD) và song công phân chia theo thời gian (TDD), mỗi chế độ có một cấu trúckhung riêng Chế độ bán song công FDD cho phép chia sẻ phần cứng giữa đường lên

và đường xuống vì đường lên và đường xuống không bao giờ sử dụng đồng thời Kỹ

thuật này được sử dụng trong một số dải tần và cũng cho phép tiết kiệm chi phí trongkhi giảm một nửa khả năng truyền dữ liệu

Giao diện không gian LTE cũng hỗ trợ phát đa phương tiện và các dịch vụ phátquảng bá đa điểm (MBMS) Một công nghệ tương đối mới cho nội dung phát sóng nhưtruyền hình kỹ thuật số tới UE bằng cách sử dụng các kết nối điểm-đa điểm Các thông

số kỹ thuật 3GPP cho MBMS đầu tiên được xuất hiện trong UMTS phiên bản 6 LTExác định là một cấp cao hơn dịch vụ eMBMS, mà nó sẽ hoạt động qua một mạng đơntần số phát quảng bá/đa điểm (MBSFN), bằng cách sử dụng một dạng sóng đồng bộthời gian chung mà có thể truyền tới đa ô trong một khoảng thời gian nhất định.MBSFN cho phép kết hợp qua vô tuyến của truyền đa ô tới UE, sử dụng tiền tố vòng(CP) để bảo vệ các sự sai khác do trễ khi truyền tải, để các UE truyền tải như là từ một

tế bào lớn duy nhất Công nghệ này giúp cho LTE có hiệu suất cao cho truyền tảiMBMS

2.1.2.2.Băng tần truyền dẫn

LTE phải hỗ trợ thị trường không dây quốc tế, các quy định về phổ tần trongkhu vực và phổ tần sẵn có Để đạt được điều này các thông số kỹ thuật bao gồm băngthông kênh biến đổi có thể lựa chọn từ 1,4 tới 20MHz Với khoảng cách giữa các sóngmang con là 15kHz Nếu eMBMS mới được sử dụng, cũng có thể khoảng cách giữacác sóng mang con là 7,5kHz Khoảng cách giữa các sóng mang con là một hằng số và

nó không phụ thuộc vào băng thông của kênh 3GPP đã xác định giao diện vô tuyếncủa LTE là băng thông không thể biết, nó cho phép giao diện vô tuyến thích ứng vớibăng thông kênh khác nhau với ảnh hưởng nhỏ nhất vào hoạt động của hệ thống

Giá trị nhỏ nhất của tài nguyên có thể được phân bố ở đường lên và đườngxuống được gọi là một khối tài nguyên (RB) Một RB có độ rộng là 180kHz và kéo dàitrong một khe thời gian là 0,5ms Với LTE tiêu chuẩn thì một RB bao gồm 12 sóngmang con với khoảng cách giữa các sóng mang con là 15kHz, và cho eMBMS với tùychọn khoảng cách giữa các sóng mang con là 7,5kHz và một RB gồm 24 sóng mangcon cho 0,5ms

2.1.3.Kỹ thuật đa truy nhập.

Kế hoạch truyền dẫn đường xuống cho E-UTRAN chế độ FDD và TDD đượcdựa trên kỹ thuật OFDM truyền thống Trong hệ thống OFDM phổ tần có sẵn được

chia thành nhiều sóng mang, được gọi là các sóng mang con Mỗi sóng mang con đượcđiều chế độc lập bởi một dòng dữ liệu tốc độ thấp Tuy nhiên, việc truyền OFDMAphải chịu một tỷ lệ công suất đỉnh-đến-trung bình (PAPR) cao, điều này có thể dẫn đếnnhững 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 tínhiệu đến lên một mức đủ cao để mạng thu được Bộ khuếch đại công suất là một trongnhững thành phần tiêu thụ năng lượng lớn nhất trong một thiết bị, và vì thế nên hiệuquả công suất càng cao càng tốt để làm tăng tuổi thọ pin của máy 3GPP đã tìm mộtphương án truyền dẫn khác cho hướng lên LTE SC-FDMA được chọn bởi vì nó kếthợp các kỹ thuật với PAPR thấp của các hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang, nhưGSM và CDMA, với khả năng chống được đa đường và cấp phát tần số linh hoạt củaOFDMA.

Một sự so sánh giữa OFDMA và SC-FDMA được thể hiện như trong hình 2.3,

ví dụ này chỉ sử dụng bốn (M) sóng mang con trong hai chu kỳ ký hiệu với dữ liệu tảitrọng được biểu diễn bởi điều chế khóa dịch pha cầu phương (QPSK) Các tín hiệuLTE được cấp phát trong các đơn vị của 12 sóng mang con lân cận Bên trái hình 2.4,

M các sóng mang con 15kHz liền kề đã được đặt vào địa điểm mong muốn trong băngthông kênh và mỗi sóng mang con được điều chế với chu kỳ ký hiệu OFDMA là66,7μs bởi một ký hiệu dữ liệu QPSK Trong ví dụ này, bốn sóng mang con, bốn kýhiệu được đưa ra song song Đây là các ký hiệu dữ liệu QPSK do đó chỉ có pha củamỗi sóng mang con là được điều chế và công suất của sóng mang con vẫn giữ khôngđổi giữa các ký hiệu Sau một chu kỳ ký hiệu OFDMA trôi qua, các CP được chèn vào

và bốn ký hiệu tiếp theo được truyền đi song song Để cho hình ảnh nhìn được rõ dàngnên các CP được hiển thị như một khoảng trống, tuy nhiên, nó thực sự được lấp đầyvới một bản sao của sự kết thúc của ký hiệu tiếp theo, có nghĩa là công suất truyền dẫn

là liên tục nhưng có một sự gián đoạn pha ở biên của ký hiệu Để tạo ra tín hiệu truyền

đi, một IFFT được thực hiện trên mỗi sóng mang con để tạo ra M tín hiệu miền thờigian Chúng lần lượt là vector tổng hợp để tạo ra dạng sóng miền thời gian cuối cùngđược sử dụng để truyền dẫn

Hình 2.3: OFDMA và SC-FDMA truyền một chuỗi ký hiệu dữ liệu QPSK

Sự tạo thành tín hiệu SC-FDMA được bắt đầu với một qui trình đặc biệt rồi sau

đó nó cũng tiếp tục một cách tương tự như OFDMA Tuy nhiên trước hết ta sẽ xemhình bên phải của hình 2.3 Sự khác biệt rõ ràng nhất là OFDMA truyền bốn ký hiệu

dữ liệu QPSK song song trên mỗi sóng mang con, trong khi SC-FDMA truyền bốn kýhiệu dữ liệu QPSK trong loạt bốn lần, với mỗi ký hiệu dữ liệu chiếm M×15kHz băngthông

Nhìn một cách trực quan, tín hiệu OFDMA rõ dàng là đa sóng mang với một kýhiệu dữ liệu trên mỗi sóng mang con, nhưng tín hiệu SC-FDMA xuất hiện như nhiềuhơn một sóng mang đơn (vì thế mà có “SC” trong tên SC-FDMA) với mỗi ký hiệu dữliệu được biểu diễn bằng một loạt tín hiệu Lưu ý rằng chiều dài ký hiệu OFDMA vàSC-FDMA là như nhau với 66,7μs, tuy nhiên, ký hiệu SC-FDMA có chứa M các kýhiệu con mà biểu diễn cho dữ liệu điều chế Đó là việc truyền tải song song của nhiềucác ký hiệu tạo ra PAPR cao không mong muốn với OFDMA Bằng cách truyền M các

ký hiệu dữ liệu trong dãy vào M thời điểm, SC-FDMA chiếm băng thông cũng như đasóng mang OFDMA nhưng chủ yếu là PAPR tương tự như được sử dụng cho các kýhiệu dữ liệu gốc Thêm vào cùng nhau nhiều dạng sóng QPSK băng hẹp trongOFDMA sẽ luôn tạo ra các đỉnh cao hơn có thể thấy trong băng thông rộng hơn, dạngsóng QPSK đơn sóng mang SC-FDMA

2.1.4.Kỹ thuật đa anten MIMO

Trung tâm của LTE là ý tưởng của kỹ thuật đa anten, được sử dụng để tăngvùng phủ sóng và khả năng của lớp vật lý Thêm vào nhiều anten hơn với một hệthống vô tuyến cho phép khả năng cải thiện hiệu suất bởi vì các tín hiệu phát ra sẽ cócác đường dẫn vật lý khác nhau Có ba loại chính của kỹ thuật đa anten Đầu tiên nógiúp sử dụng trực tiếp sự phân tập đường dẫn trong đó một sự bức xạ đường dẫn có thể

bị mất mát do fading và một cái khác có thể không Thứ hai là việc sử dụng kỹ thuậthướng búp sóng(beamforming) bằng cách điều khiển mối tương quan pha của các tínhiệu điện phát ra vào các anten với năng lượng truyền lái theo tự nhiên Loại thứ ba sửdụng sự phân tách không gian ( sự khác biệt đường dẫn bằng cách tách biệt các anten )thông qua việc sử dụng ghép kênh theo không gian và sự tạo chùm tia, còn được gọi là

kỹ thuật đa đầu vào, đa đầu ra (MIMO )

Hình 2.4 cho thấy, có 4 cách để thực hiện việc sử dụng kênh vô tuyến Để đơngiản các vị dụ được miêu tả chỉ sử dụng một hoặc hai anten

Hình 2.4: Các chế độ truy nhập kênh vô tuyến

Bao gồm :

- Đơn đầu vào đơn đầu ra (SISO)

- Đơn đầu vào đa đầu ra (SIMO)

- Đa đầu vào đơn đầu ra (MISO)

- Đa đầu vào đa đầu ra (MIMO)LTE sử dụng kỹ thuật đa anten MIMO, ta tập trung tìm hiểu về kỹ thuật này Từhình 2.4, ta có thể thấy MIMO yêu cầu 2 hoặc nhiều máy phát và hai hoặc nhiều máy

thu MIMO làm tăng công suất phổ bằng cách phát nhiều luồng dữ liệu cùng một lúctrong cùng một tần số và thời gian, tận dụng đầy đủ các lợi thế của các đường dẫn khácnhau trong kênh vô tuyến Đối với một hệ thống được mô tả như MIMO, nó phải có ítnhất là nhiều máy thu với nhiều luồng phát Số lượng các luồng phát không đượcnhầm lẫn với số lượng các ăng ten phát Hãy xem xét trường hợp phân tập phát(MISO) trong đó có hai máy phát nhưng chỉ có một dòng dữ liệu Thêm nữa sự phântập thu (SIMO) không chuyển cấu hình này vào MIMO, mặc dù hiện tại có hai antenphát và hai anten thu có liên quan Nói cách khác SIMO+MISO # MIMO Nếu Nluồng dữ liệu được truyền từ ít hơn N anten, dữ liệu có thể không được giải xáo trộnmột cách đầy đủ bởi bất kỳ máy thu nào từ đó tạo ra sự chồng chéo các luồng màkhông có sự bổ sung của phân tập theo không gian thì chỉ tạo ra nhiễu Tuy nhiên vềmặt không gian việc tách biệt N các luồng qua tối thiểu N anten, N máy thu sẽ có thểtái tạo lại đầy đủ dữ liệu ban đầu và nhiễu trong kênh vô tuyến là đủ thấp Một yếu tốquan trọng cho hoạt động MIMO là việc truyền từ mỗi anten phải là duy nhất để mỗimáy thu có thể xác định được cái gì mà nó đã nhận được Việc nhận dạng này thườngđược thực hiện với các tín hiệu chỉ đạo, trong đó sử dụng các mẫu trực giao cho mỗianten Sự phân tập không gian của kênh vô tuyến nghĩa là MIMO có khả năng làmtăng tốc độ dữ liệu Hình thức cơ bản nhất của MIMO đó là gán một dòng dữ liệu chomỗi anten và được thể hiện như trong hình 2.5:

Hình 2.5: MIMO 2x2 không có tiền mã hóa

Trong dạng này, một luồng dữ liệu duy nhất được gán cho một anten và đượcbiết đến như ánh xạ trực tiếp Sau đó chúng được trộn lẫn với nhau trên kênh, mỗianten thu sẽ nhận một sự kết hợp của các luồng Bên thu sẽ sử dụng một bộ lọc đểnghịch đảo và tổng hợp các luồng nhận được rồi tái tạo lại dữ liệu gốc Một dạng tiêntiến hơn của MIMO là tiền mã hóa đặc biệt để phù hợp với việc truyền dẫn ở chế độ

đặc biệt của kênh Kết quả này tối ưu trong mỗi luồng được lan truyền qua nhiều hơnmột anten phát Với kỹ thuật này để làm việc hiệu quả máy phát phải có sự hiểu biết vềcác điều kiện kênh truyền, và trong trường hợp FDD các điều kiện này phải được cungcấp trong thời gian thực bởi thông tin phản hồi từ UE Như vậy nó sẽ làm phức tạpthêm một cách đáng kể cho việc tối ưu hóa nhưng hệ thống có thể làm việc với hiệusuất cao hơn Tiền mã hóa với hệ thống TDD không yêu cầu nhận phản hồi bởi vì máyphát sẽ xác định một cách độc lập các điều kiện của kênh truyền bởi việc phân tích cáctín hiệu nhận được trên cùng một tần số

Những lợi ích về mặt lý thuyết của MIMO là chức năng của số lượng các antentruyền và nhận, các điều kiện lan truyền vô tuyến, SNR và khả năng của máy phát đểthích nghi với các điều kiện thay đổi Trường hợp lý tưởng là một trong các đường dẫntrong kênh truyền vô tuyến là hoàn toàn không tương quan, như thể riêng biệt, các kếtnối cáp vật lý không có xuyên âm giữa máy phát và máy thu Điều kiện như vậy gầnnhư là không đạt được trong không gian tự do Các giới hạn trên của MIMO đạt đượctrong các điều kiện lý tưởng là dễ dàng xác định, và cho một hệ thống 2×2 với hailuồng dữ liệu đồng thời làm tăng gấp đôi công suất và tốc độ dữ liệu là có thể MIMOhoạt động tốt nhất trong các điều kiện SNR cao với đường tầm nhìn cực tiểu Kết quả

là, MIMO đặc biệt phù hợp với môi trường trong nhà, có thể tạo ra một mức độ caocủa đa đường và tầm nhìn cực tiểu

Hình 2.6: Các chòm điểm điều chế trong LTE

Điều chế PRACH là điều chế pha và các chuỗi được sử dụng là được tạo ra từcác chuỗi Zadoff–Chu với những sự khác biệt về pha giữa các ký hiệu khác nhau củacác chuỗi Tùy thuộc vào chuỗi được chọn dẫn đến tỉ lệ đỉnh- trung bình (PAR) hoặchơn nữa giá trị Metric khối (CM) thực tế là có phần thấp hơn hoặc cao hơn so với giátrị của QPSK

Sử dụng điều chế QPSK cho phép hiệu quả công suất phát tốt khi vận hành tạichế độ công suất truyền tải đầy đủ cũng như điều chế sẽ quyết định kết quả của CM(đối với SC-FDMA) và do đó nó cũng yêu cầu thiết bị khuyếch đại chờ để truyền Cácthiết bị sẽ sử dụng công suất phát tối đa thấp hơn khi vận hành với điều chế 16QAMhoặc 64QAM

Trong hướng đường xuống, các phương pháp điều chế cho dữ liệu người sửdụng cũng tương tự như trong hướng lên Theo lý thuyết thì hệ thống OFDM có thể sửdụng các điều chế khác nhau cho mỗi sóng mang con Để có kênh thông tin chất lượng(và báo hiệu) với độ chi tiết như vậy là sẽ không thể khả thi do dẫn đến chi phí quámức Nếu điều chế riêng từng sóng mang con sẽ có quá nhiều bít trong hướng đườngxuống dành cho báo nhận trong các tham số của mỗi sóng mang con và trong hướngđường lên phản hồi chỉ thị chất lượng kênh (CQI) sẽ cần phải quá chi tiết để đạt đượcmức độ chi tiết các sóng mang con để có thể thích ứng

Ngoài ra khóa dịch pha nhị phân(BPSK) đã được xác định cho các kênh điềukhiển, trong đó sử dụng hoặc là BPSK hoặc là QPSK cho truyền dẫn các thông tin điềukhiển

2.1.5.2.Truyền tải dữ liệu người sử dụng hướng lên

Dữ liệu người sử dụng trong hướng lên được mang trên PUSCH, trong đó mộtcấu trúc khung 10ms và được dựa trên sự cấp phát tài nguyên miền thời gian và miềntần số với 1ms và khoảng chia 180kHz Việc phân bổ tài nguyên đi kèm từ một bộ lậpbiểu được đặt tại eNodeB, được minh họa trong hình 2.7:

Hình 2.7: Cấp phát tài nguyên hướng lên được điều khiển bởi bộ lập biểu

eNodeB

Do đó không có sự cố định các nguồn tài nguyên cho các thiết bị, và cũngkhông cần tín hiệu trước từ eNodeB các nguồn tài nguyên chỉ cần truy nhập ngẫunhiên là có thể được sử dụng Đối với mục đích này các thiết bị có nhu cầu cần phảicung cấp thông tin cho các bộ lập lịch biểu đường lên của các yêu cầu truyền dẫn (bộđệm trạng thái) nó có cũng như dựa trên các nguồn tài nguyên công suất truyền tảihiện sẵn có

Cấu trúc khung thông qua cấu trúc khe 0,5ms và sử dụng 2 khe (1 khung con)thời gian được cấp phát Chu kỳ cấp phát ngắn hơn 0,5ms có thể có được qua cường

độ tín hiệu nhất là với một số lượng lớn người sử dụng Cấu trúc khung 10ms đượcminh họa trong hình 2.8 Cấu trúc khung về cơ bản là phù hợp cho cả hai chế độ FDD

và TDD, nhưng chế độ TDD có các phần bổ sung cho các điểm chuyển tiếp đườnglên/đường xuống trong khung

Hình 2.8: Cấu trúc khung LTE FDD

Trong khe 0,5ms có cả các ký hiệu tham chiếu và các ký hiệu dữ liệu người sửdụng Tốc độ dữ liệu của người dùng là tạm thời do đó những sự thay đổi như là mộtchức năng của phân bổ tài nguyên đường lên tùy thuộc vào băng thông tạm thời đượccấp phát Băng thông có thể được cấp phát giữa 0 và 20MHz trong các bậc của180kHz Cấp phát là liên tục như truyền dẫn đường lên là FDMA được điều chế chỉvới một ký hiệu được truyền tại một thời điểm Băng thông khe được điều chỉnh giữacác TTI liên tiếp được minh họa như trong hình 2.9 Nơi mà tăng gấp đôi tốc độ dữliệu kết quả là tăng gấp đôi băng thông được sử dụng Các ký hiệu tham chiếu luônchiếm cùng một không gian trong miền thời gian và do đó tốc độ dữ liệu cao hơn kếtquả là sự tăng tương ứng với tốc độ dữ liệu ký hiệu tham chiếu

Hình 2.9: Tốc độ dữ liệu giữa các TTI theo hướng lên

Tiền tố vòng(Cyclic Prefix) sử dụng trong đường lên có hai giá trị có thể phụthuộc vào việc một tiền tố vòng là ngắn hoặc dài được áp dụng Các thông số khác làkhông thay đổi và do đó khe 0,5ms có thể chứa cả 6 hoặc 7 ký hiệu như được chỉ ratrong hình 2.10 Các tải trọng dữ liệu bị giảm bớt nếu một tiền tố vòng mở rộng được

sử dụng Nhưng nó không được sử dụng thường xuyên thường là có lợi về hiệu suất vì

có 7 ký hiệu lớn hơn nhiều so với sự suy giảm có thể có từ nhiễu liên ký tự do sự trễcủa kênh dài hơn so với tiền tố vòng

Hình 2.10: Cấu trúc khe đường lên với tiền tố vòng ngắn và dài

Kết quả là tốc độ dữ liệu hướng lên tức thời trên một khung con 1ms là mộtchức năng của điều chế, số lượng các khối tài nguyên được cấp phát, và tổng số chiphí cho thông tin điều khiển cũng như là tốc độ mã hóa kênh được áp dụng Phạm vicủa tốc độ dữ liệu đỉnh hướng lên tức thời khi được tính toán từ các nguồn tài nguyênlớp vật lý là trong khoảng từ 700kbps tới 86Mbps Không có đa anten cho truyền tảihướng lên được xác định trong phiên bản 8 Tốc độ dữ liệu tức thời cho một UE phụthuộc vào các đặc điểm đường lên LTE từ các yếu tố sau:

- Phương thức điều chế được áp dụng: với 2, 4 hoặc 6 bits trên kýhiệu điều chế tùy thuộc vào trình tự điều chế với QPSK, 16QAM và64QAM tương ứng

- Băng thông được áp dụng: đối với 1,4MHz có chi phí là lớn nhất

do có các kênh chung và các tín hiệu đồng bộ Băng thông tạm thời củakênh có thể biến đổi giữa sự cấp phát tối thiểu là 12 sóng mang con (mộtkhối tài nguyên là 180kHz) và băng thông của hệ thống lên đến 1200 sóngmang con với băng thông 20MHz

- Tốc độ mã hóa kênh được áp dụng

- Tốc độ dữ liệu trung bình phụ thuộc vào thời gian phân bổ tàinguyên miền

Các ô hoặc các khu vực cụ thể, năng suất dữ liệu tối đa có thể được tăng lên vớiMIMO ảo (V-MIMO) Trong V-MIMO thì eNodeB sẽ xử lý truyền từ hai UE khác

nhau (với mỗi một ăngten phát đơn) như là một kiểu truyền dẫn MIMO V-MIMOkhông góp phần vào tốc độ dữ liệu tối đa cho người dùng đơn lẻ

Hình 2.11: Chuỗi mã hóa kênh PUSCH

Chuỗi mã hóa kênh cho đường lên được thể hiện như trong hình 2.11, nơi mà dữliệu và các thông tin điều khiển được mã hóa riêng và sau đó được ánh xạ tới các kýhiệu riêng để truyền Thông tin điều khiển có địa điểm riêng quanh các ký hiệu thamchiếu, thông tin điều khiển lớp vật lý được mã hóa riêng biệt và được đặt vào một tậpcác ký hiệu điều chế được xác định trước

Mã hóa kênh được chọn cho dữ liệu người dùng LTE là mã turbo Mã hóa là mãchập ghép song song (PCCC) bộ mã hóa kiểu turbo Mã turbo đan xen của WCDMAđược sửa đổi để phù hợp hơn với đặc tính của LTE, cấu trúc khe và cũng cho phép sựlinh hoạt hơn để thực hiện việc sử lý tín hiệu song song với tốc độ dữ liệu tăng lên

LTE cũng sử dụng kết hợp với sự phát lại lớp vật lý, thường được gọi là yêu cầulặp lại thích ứng hỗn hợp (HARQ) Trong khi vận hành lớp vật lý HARQ cũng nhận

lưu trữ các gói tin khi việc kiểm tra CRC thất bại và kết hợp gói tin nhận được khinhận được một sự truyền lại.

Dữ liệu và thông tin điều khiển được ghép theo thời gian ở mức thành phần tàinguyên Dữ liệu được điều khiển một cách độc lập với các thông tin điều khiển, nhưngthời gian điều chế trong một 1ms TTI là như nhau

Hình 2.12: Ghép kênh của thông tin điều khiển và dữ liệu

2.1.5.3.Truyền tải dữ liệu người sử dụng hướng xuống

Dữ liệu người dùng hướng xuống được mang trên kênh chia sẻ đường xuống vật

lý (PDSCH) Tương tự việc phân bổ tài nguyên 1ms cũng là hợp lệ trên đường xuống.Các sóng mang con được cấp phát các đơn vị tài nguyên của 12 sóng mang con dẫnđến các đơn vị cấp phát là 180kHz (khối tài nguyên vật lý, PRBs) Với PDSCH, đatruy nhập là OFDMA, mỗi sóng mang con được truyền đi song song với 15kHz và do

đó tốc độ dữ liệu của người sử dụng phụ thuộc vào số lượng các sóng mang con đượccấp phát (hoặc các khối tài nguyên trong thực tế) cho một người dùng nhất định.eNodeB cấp phát khối tài nguyên dựa trên chỉ số chất lượng kênh (CQI) từ thiết bị đầucuối Tương tự như đường lên, các khối tài nguyên được cấp phát trong miền thời gian

và miền tần số, được minh họa như trong hình 2.13: