TÌM HIỂU hệ THỐNG LTE a

có sơ đồ nguyên lý, sơ đồ khối, sơ đồ thuật toán và hướng dẫn chi tiết về TÌM HIỂU hệ THỐNG LTE a ...................................................................................................................................................................................

MỤC LỤC CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CƠ BẢN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG………1

1.1.Mạng thông tin di động 1G……….……… 1

1.2 Mạng thông tin di động 2G……… 1

1.3 Mạng thông tin di động 2.5G………2

1.4 Mạng thông tin di động 3G……… 3

1.5 Mạng di động 3.5G……… ……… ………3

1.6 Mạng di động 4G……… ….…… 4

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LTE-A……….…5

2.1 Tổng quan về công nghệ LTE-A ……….………5

2.2 Tương lai phát triển của công nghệ LTE-A……….…… …… 6

2.3 Những yêu cầu cần thiết cho việc thi công……… 7

2.4 Độ rộng phổ và việc triển khai……….……….………7

2.5 Độ phức tạp……….…….… 9

2.6 Những vấn đề chung……….9

3.2 Sự hỗ trợ nhiều anten ……… ……… 13

3.2.1 Tính linh hoạt phổ….……… …… 14

3.2.2 Tính linh hoạt trong sắp xếp song công……….……… 15

3.2.3 Tính linh hoạt trong băng tần hoạt động…….…….……… 15

3.2.4 Tính linh hoạt về băng thông…….……… 15

CHƯƠNG IV: CẤU TRÚC VẬT LÝ LTE-A……… 16

4.1 Kiến trúc miền thời gian toàn phần……… …16

4.2 Điều chế……… 17

4.3 Điều chế dữ liệu……….……… …… 17

4.4 Ánh xạ anten……… 18

4.5 Mã hóa kênh………18

CHƯƠNG V: CÁC THỦ TỤC TRUY CẬP LTE-A………….……… 19

5.1 Dò tìm tế bào……… ………19

5.2 Truy nhập ngẫu nhiên……….20

5.3 Paging……….………21

CHƯƠNG VI: MÔ PHỎNG……… ….… 22

6.1 Mô phỏng điều chế trong LTE-A……….……….… 22

6.2 Nhận xét ……… ……… 28

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… ……….29

Hình 2-2: Phân bố phổ băng tần lõi tại 2 GHz của nguyên bản IMT-2000….… …8Hình 2-3: Một ví dụ về cách thức LTE-A thâm nhập từng bước vào phân bố phổcủa một hệ thống GSM đã được triển khai……….………8Hình 3-1: Hoạch định phụ thuộc kênh trong miền tần số và thời gian…… … 11Hình 3-2: Một ví dụ về điều phối nhiễu liên tế bào, nơi mà các phần phổ bị giới hạnbởi công suất truyền dẫn………12Hình 3-3: FDD vs TDD FDD: Frequency Division Duplex; TDD: Time DivisonDuplex; DL:Downlink; UL: Uplink……… 14Hình 4-1: Cấu trúc miền thời gian LTE-A……… …… 16Hình 4-2: Các ví dụ về việc chỉ định khung phụ đường lên/đường xuống trongtrường hợp TDD và sự so sánh với FDD……… ……… 16Hình 4-3: Các chòm điểm điều chế trong LTE-A……… 17Hình 5-1: Tổng quan của thủ tục truy cập ngẫu nhiên……… …20

Hình 6-8: Kết quả mô phỏng 16QAM theo FDD………25

Hình 6-9: Số liệu điều chế 64QAM theo TDD………26

Hình 6-10: Kết quả mô phỏng 64QAM theo TDD……… 26

Hình 6-11: Số liệu điều chế 64QAM theo FDD………27

Hình 6-12: Kết quả mô phỏng 64QAM theo FDD………27

B

C

theo mã

D

E

Evolution

Công nghệ di động được nâng cấp từ GPRS

HS-DSCH High-Speed Downlink Shared

tốc độ cao

I

IEEE

Institute Of Electrical And

thông IPIMT-2000

Multiple Access theo tần số trực giao

Q

phương

S

theo không gian

thời gian

theo thời gianTD-SCDMA

Time Division- Synchronous Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã đồng bộ, phân chia theo thời gian

U

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CƠ BẢN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

1.1.Mạng thông tin di động 1G

Là mạng thông tin di động không dây cơ bản đầu tiên trên thế giới Nó là hệthống giao tiếp thông tin qua kết nối tín hiệu analog được giới thiệu lần đầu tiên vàonhững năm đầu thập niên 80 Nó sử dụng các anten thu phát sóng gắn ngoài, kết nốitheo tín hiệu analog tới các trạm thu phát sóng và nhận tín hiệu xử lý thoại thôngqua các module gắn trong máy di động Chính vì thế mà các thế hệ máy di động đầutiên trên thế giới có kích thước kha to và cồng kềnh do tích hợp cùng lúc 2 modulethu tín hiệu và phát tín hiệu.Tiêu biểu cho thế hệ mạng di động 1G là các thiết bị thuphát tín hiệu analog to và khá kềnh càng Là thế hệ mạng di động đầu tiên với tầnvới tần số chỉ từ 150MHz

chuẩn phổ biến trên toàn 6 Châu lục Và hiện nay vẫn đang được sử dụng bởihơn 80% nhà cung cấp mạng di động toàn cầu

trên nhưng nó lại dựa trên nền CDMA và hiện cũng đang được cung cấp bởi

60 nhà mạng GSM trên toàn thế giới

IS-95 hay còn gọi là CDMAOne, ( nền tảng CDMA) được sử dụng rộng rãi tại Hoa

Kỳ và một số nước Châu Á và chiếm gần 17% các mạng toàn cầu

• PDC (nền tảng TDMA) tại Japan.

tại Canada

nhất tính đến thời điểm này và được cung cấp hầu hết tại các nước trên thếgiới cũng như Hoa Kỳ

1.3 Mạng thông tin di động 2.5G

Là thế hệ kết nối thông tin di động bản lề giữa 2G và 3G Chữ số 2.5G chính

là biểu tượng cho việc mạng 2G được trang bị hệ thống chuyển mạch gói bên cạnh

hệ thống chuyển mạch theo kênh truyền thống

Mạng 2.5G cung cấp một số lợi ích tương tự mạng 3G và có thể dùng cơ sở hạ tầng

có sẵn của các nhà mạng 2G trong các mạng GSM và CDMA Và tiến bộ duy nhấtchính là GPRS – công nghệ kết nối trực tuyến, lưu chuyển dữ liệu được dùng bởicác nhà cung cấp dịch vụ viễn thông GSM Bên cạnh đó, một vài giao thức, chẳnghạn như EDGE cho GSM và CDMA20001x-RTT cho CDMA, có thể đạt được chấtlượng gần như các dịch vụ cơ bản 3G (bởi vì chúng dùng một tốc độ truyền dữ liệuchung là 144Kbit/s), nhưng vẫn được xem như là dịch vụ 2.5G (hoặc là nghe có vẻphức tạp hơn là 2.75G) bởi vì nó chậm hơn vài lần so với dịch vụ 3G thực sự

- EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), hay còn gọi là EGPRS là mộtcông nghệ di động được nâng cấp cao từ GPRS cho phép truyền dữ liệu với tốc độ

có thể lên đến 384Kbit/s dành cho người dùng cố định hoặc di chuyển chậm,144Kbit/s cho người dùng di chuyển với tốc độ cao Trên đường tiến đến 3G,EDGE dùng phương thức điều chế 8-PSK để tăng tốc độ dữ liệu truyền Chính vìthế, để triển khai EDGE, các nhà cung cấp mạng phải thay đổi trạm phát sóng BTScũng như là thiết bị di động so với mạng GPRS

1.4 Mạng thông tin di động 3G

Là thế hệ truyền thông di động thứ ba, tiên tiến hơn hẳn các thế hệ trước đó

Nó cho phép người sử dụng di động truyền tải cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoàithoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh,…) Với 3G, di động đã cóthể truyền tải dữ liệu trực tuyến, online, chat, xem tivi,…

Thế giới 3G được chia thành phần riêng biệt:

truy cập vô tuyến W-CDMA, là giải pháp nói chung thích hợp với các nhàkhai thác dịch vụ di động sử dụng GSM

2001, được coi như là một dịch vụ thương mại 3G đầu tiên Tuy là dựa trêncông nghệ W-CDMA

CDMA 2000 cung cấp tốc độ dữ liệu từ 144Kbit/s tới trên 3Mbit/s

được dùng trong một diện rộng WAN, tốc độ tối đa là 384 Kbit/s Khi dùngtrong mạng cục bộ LAN, tốc độ tối đa chỉ là 1,8 Mbit/s

1.5 Mạng di động 3.5G

Là hệ thống mạng di động truyền tải tốc độ cao HSDPA (High speedDownlink Packet Access), phát triển từ 3G Nó được kết hợp từ 2 công nghệ kết nốikhông dây hiện đại HSPA và HSUPA, cho phép tốc độ truyền dẫn lên đến 7.2Mbp/s

từ chính chiếc di động của mình.

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LTE-A

2.1 Tổng quan về công nghệ LTE-A

LTE-A là thế hệ thứ tư tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển.UMTS thế hệ thứ ba dựa trên WCDMA đã được triển khai trên toàn thế giới 3GPPđặt ra yêu cầu cao cho LTE-A, bao gồm giảm chi phí cho mỗi bit thông tin, cungcấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các bang tần hiện có và băng tần mới, đơngiản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ởthiết bị đầu cuối

Tháng 6/2013, công ty viễn thông Hàn Quốc SK Telecom đã giới thiệu côngnghệ mà họ mệnh danh “mạng LTE tiên tiến nhất trên thế giới” LTE-A Theonhững gì SK công bố, mạng này mang lại tốc độ truyền tải dữ liệu nhanh gấp đôi sovới mạng LTE-A thông thường và điều này là một tin vui cho những người dùngthiết bị thông minh thế hệ mới Chỉ tới tháng 10 năm ngoái thôi, đã có tới cả triệungười đăng ký sử dụng dịch vụ này ở Hàn Quốc Ở đất nước này, người dùng LTE-

A có thể tải một bộ phim 800MB chỉ trong 43 giây Không sớm thì muộn, làn sóng

sử dụng công nghệ này sẽ lan ra khắp thế giới do nhu cầu sử dụng băng thông diđộng ngày càng tăng cao

+ Tốc độ tải xuống đạt 3Gbps

+ Tốc độ tải lên 1,5Gbps

- Hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển của thuê bao là 0 – 15 km/h Vẫn hoạt độngtốt với tốc độ từ 15 – 120 km/h Vẫn duy trì được hoạt động khi thuê bao di chuyểnvới tốc độ từ 120 – 350 km/h (thậm chí 500 km/h tùy băng tần)

- Các chỉ tiêu trên phải đảm bảo trong bán kính vùng phủ sóng 5km, giảm chút íttrong phạm vi đến 30km Từ 30 – 100 km thì không hạn chế

Hình 2-1: Cấu trúc của mạng LTE-A[6]

- Độ dài băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với các băng 1.25 MHz, 1.6 MHz,2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz cả chiều lên và xuống Hỗ trợ cả 2trường hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không

Để đạt được mục tiêu này, sẽ có rất nhiều kỹ thuật mới được áp dụng, trong đó nổibật là kỹ thuật vô tuyến OFDMA (đa truy cập phân chia theo tần số trực giao), kỹthuật anten MIMO (Multiple Input Multiple Output - đa nhập đa xuất) Ngoài ra hệthống này sẽ chạy hoàn toàn trên nền IP (all-IP network), và hỗ trợ cả 2 chế độTDD (time division duplex) và FDD (frequecy division duplex)

2.2 Tương lai phát triển của công nghệ LTE-A

Hiện tại, các nhà mạng đang ráo riết tìm kiếm sự thay thế cho công nghệLTE-A ra đời 4 năm trước Các doanh nghiệp viễn thông lớn toàn cầu như AT&T(Mỹ), Telstra (Úc), NTT Docomo (Nhật) và Telenor Sweden (Thuỵ Điển) đều chobiết họ đang thử nghiệm công nghệ LTE-A và dự kiến có thể đưa ra sử dụng rộngrãi vào năm nay Theo dự báo của ABI Research, số lượng người dùng sử dụngLTE-Advanced vào

năm 2018 sẽ đạt tới 500 triệu, gấp 5 lần số người dùng LTE hiện nay Các chuyêngia công nghệ cũng nhận định rằng LTE cần phải cải tiến và LTE-A sẽ là chuẩnthống trị trong tương lai gần Họ cũng coi công nghệ này mới thật sự là 4G do đápứng đầy đủ các tiêu chí kỹ thuật mà Liên minh Viễn thông Quốc tế (InternationalTelecommunication Union) đặt ra cho hệ thống mạng không dây thế hệ thứ 4.

2.3 Những yêu cầu cần thiết cho việc thi công

Các yêu cầu liên quan đến việc triển khai bao gồm các kịch bản triển khai,

độ linh hoạt phổ, trải phổ, sự cùng tồn tại và làm việc với nhau giữa LTE với cáccông nghệ truy cập vô tuyến khác của 3GPP như GSM và WCDMA/HSPA

Những yêu cầu về kịch bản triển khai bao gồm: trường hợp mà hệ thống LTE-Ađược triển khai như là một hệ thống độc lập và trường hợp mà LTE –A được triểnkhai đồng thời với WCDMA/HSPA hoặc GSM Do đó mà yêu cầu này sẽ khônglàm giới hạn các tiêu chuẩn thiết kế

Vấn đề cùng tồn tại và có thể hoạt động phối hợp với các hệ thống 3GPP khác vànhững yêu cầu tương ứng đã thiết lập ra những điều kiện về tính linh động giữaLTE-A và GSM, và giữa LTE-A và WCDMA/HSPA cho thiết bị đầu cuối di động hỗtrợ những công nghệ này Có một điều đáng chú ý là những yêu cầu này khôngđược chặt chẽ cho lắm đối với vấn đề gián đoạn trong chuyển giao và hy vọng khi

mà triển khai thực tế thì sẽ đạt được những giá trị tốt hơn đáng kể

2.4 Độ rộng phổ và việc triển khai

Nền tảng cho những yêu cầu về độ linh hoạt phổ là những điều kiện để LTE –A có thể được triển khai trên những băng tần IMT-2000 hiện hành, nghĩa là khả năng cùng tồn tại với các hệ thống đã được triển khai trên những băng tần này, bao gồm WCDMA/HSPA và GSM Một phần liên quan đến những yêu cầu LTE-A về mặt độlinh hoạt phổ là khả năng triển khai việc truy nhập vô tuyến dựa trên LTE -A cho dù

Hình 2-2: Phân bố phổ băng tần lõi tại 2 GHz của nguyên bản IMT-2000.[3]

Hình 2-3: Một ví dụ về cách thức LTE-A thâm nhập từng bước vào phân bố phổ

của một hệ thống GSM đã được triển khai.[3]

Yêu cầu về độ linh hoạt phổ đòi hỏi LTE-A phải có khả năng mở rộng trong miềntần số và có thể hoạt động trong nhiều băng tần khác nhau Yêu cầu về độ linh hoạttrong tài liệu tham khảo được liệt kê thành danh sách các phân bố phổ của LTE-A(1.25, 1.6, 2.5, 5, 10, 15 và 20 MHz) Ngoài ra, LTE-A còn có khả năng hoạt độngtheo cặp phổ cũng như là đơn lẻ LTE -A cũng có thể triển khai trong nhiều băng tầnkhác nhau

2.5 Những vấn đề chung

Phần này đề cập đến những yêu cầu chung trong LTE-A về những khía cạnhliên quan đến chi phí và dịch vụ Rõ ràng, mong muốn đặt ra là giảm thiểu các chiphí trong khi vẫn duy trì hiệu suất yêu cầu cho tất cả các dịch vụ Các vấn đề vềđường truyền, hoạt động và bảo dưỡng cũng liên quan đến yếu tố chi phí Như vậykhông chỉ giao tiếp vô tuyến, mà việc truyền tải đến các trạm gốc và hệ thống quản

lý cũng phải được xác định rõ Một yêu cầu quan trọng về giao tiếp nhiều nhà cungcấp (multi-vendor interfaces) cũng thuộc vào loại yêu cầu này Ngoài ra thì các vấn

đề như: độ phức tạp thấp, thiết bị đầu cuối di động tiêu thụ ít năng lượng cũng đượcđòi hỏi

CHƯƠNG III KHÁI QUÁT VỀ TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE-A

3.1 Hoạch định phụ thuộc kênh truyền và sự thích ứng tốc độ

Trung tâm của hệ thống truyền dẫn LTE-A là việc sử dụng kỹ thuật truyềndẫn chia sẻ kênh truyền (shared channel transmission), khi đó tài nguyên miền tần

số - thời gian được chia sẻ tự động giữa những người dùng Kỹ thuật này tương tựvới phương pháp được dùng trong HSDPA, mặc dù cũng thấy rõ sự khác nhau trongviệc chia sẻ tài nguyên giữa thời gian và tần số trong trường hợp của LTE-A vàgiữa thời gian và mã phân kênh (channelization codes) trong trường hợp củaHSDPA Việc sử dụng truyền dẫn chia sẻ kênh truyền rất phù hợp với những yêucầu đặt ra của dữ liệu gói do tài nguyên cần phải thay đổi nhanh chóng cũng như làcho phép nhiều công nghệ quan trọng khác được dùng bởi LTE-A

3.1.1 Hoạch định đường xuống

Trong đường xuống, mỗi thiết bị đầu cuối sẽ báo cáo một đánh giá về chấtlượng kênh truyền tức thời cho trạm gốc Những đánh giá này có được bằng cách đolường một tín hiệu tham khảo, được truyền từ trạm gốc và nó cũng được sử dụngcho mục đích giải điều chế Dựa trên những đánh giá về chất lượng kênh truyền,scheduler đường xuống có thể ấn định lượng tài nguyên cấp phát cho các ngườidùng và chất lượng kênh truyền vẫn được đảm bảo Trên lý thuyết, một thiết bị đầucuối được phân bố có thể được chỉ định một tổ hợp bất kỳ của các khối tài nguyênrộng 180 KHz trong mỗi khoảng thời gian phân bố 1ms (1ms scheduling interval)

Hình 3-1: Hoạch định phụ thuộc kênh trong miền tần số và thời gian.[3]

3.1.2 Hoạch định đường lên

Đường lên LTE-A dựa trên sự phân cách trực giao giữa các người dùng lànhiệm vụ của scheduler đường lên là phân phát tài nguyên cả về thời gian và tần số(kết hợp TDMA/FDMA) cho các người dùng khác nhau Quyết định phân bố đượcđưa ra sau mỗi 1 ms, có nhiệm vụ điều khiển những thiết bị đầu cuối nào được phéptruyền đi thuộc phạm vi 1 cell trong suốt một khoảng thời gian cho trước, và quyếtđịnh tài nguyên tần số nào được dùng cho quá trình truyền dẫn cũng như là tốc độ

dữ liệu nào đang được sử dụng Chú ý rằng chỉ một miền tần số kề nhau có thểđược cấp cho những thiết bị đầu cuối trong đường lên như là một hệ quả của việc sửdụng truyền dẫn đơn sóng mang cho đường lên LTE-A

Trạng thái kênh truyền cũng cần được quan tâm trong quá trình hoạch định đườnglên, tương tự như hoạch định đường xuống Việc thu thập thông tin về trạng tháikênh truyền đường lên không phải là một tác vụ đơn giản Do đó, một số phương

không được sử dụng.

Hình 3-2: Một ví dụ về điều phối nhiễu liên tế bào, nơi mà các phần phổ bị giới hạn

bởi công suất truyền dẫn.[3]

3.1.3 Điều phối nhiễu liên tế bào

LTE-A cung cấp sự trực giao giữa những người dùng trong một tế bào trong

cả đường lên và đường xuống Vì vậy, hiệu năng của LTE-A về mặt hiệu suất phổ

và tốc độ dữ liệu khả dụng nói một cách tương đối thì có nhiều giới hạn bởi nhiễu

từ những tế bào khác (inter-cell interference) hơn so với WCDMA/HSPA Do đó,các phương pháp để làm giảm và điều khiển nhiễu liên tế bào có khả năng mang lạinhững lợi ích thật sự cho hiệu suất của hệ thống LTE-A, đặc biệt về mặt các dịch vụ(tốc độ dữ liệu, v.v…) có thể được cung cấp cho người dùng tại biên tế bào (celledge)

Điều phối nhiễu liên tế bào là một chiến lược hoạch định mà trong đó tốc độ dữ liệutại biên tế bào được tăng lên bằng cách giám sát nhiễu liên tế bào Về cơ bản, việcđiều phối nhiễu liên tế bào sẽ đưa đến những giới hạn chính xác đối với schedulerđường lên và đường xuống trong tế bào để kiểm soát nhiễu liên tế bào Bằng việchạn chế công suất phát của các thành phần phổ (parts of the spectrum) trong tế bào,

mà nhiễu xuất hiện trong những tế bào lân cận thuộc thành phần phổ này sẽ đượcgiảm bớt Thành phần phổ này có thể được sử dụng để cung cấp tốc độ dữ liệu caohơn cho những người dùng thuộc tế bào lân cận Thực ra thì hệ số tái sử