QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE

Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 lúc đó đã đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số.. 1 Đa truy cập phân ch

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE

GVHD: TS Lê Quang Tuấn SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dương MSSV: 06117013

TP.Hồ Chí Minh - Tháng 1/ 2011

PHẦN A GIỚI THIỆU

LỜI CẢM ƠN

Sau khoảng thời gian học tập tại trường, đây là khoảng thời gian khó quên đối với chúng em Thầy cô đã chỉ bảo tận tình để giúp cho chúng em trang bị kiến thức để vững vàng bước vào đời

Để được như ngày hôm nay, em xin gởi lời cảm ơn đến các thầy

cô trong bộ môn Điện Tử Viễn Thông cũng như các thầy cô trong khoa

Điện-Điện tử đã hướng dẫn, truyền đạt kiến thức cho chúng em Em xin

gởi lời cảm ơn đặc biệt đến thầy TS Lê Quang Tuấn, công ty Viễn

Thông Quốc nội (VTN), người đã trực tiếp tận tình hướng dẫn để em có thể hoàn thành đề tài này

Xin gởi lời cám ơn đến ba má đã động viên giúp đỡ cả về vật chất

và tinh thần cho con bao nhiêu năm qua, đồng cảm ơn đến bạn bè đã luôn luôn ở bên cạnh mình

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc Người thực hiện

Nguyễn Thị Thùy Dương



QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thùy Dương

MSSV: 06117013

Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Tên đề tài: QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE VÀ ÁP DỤNG CHO TP.HCM

1) Cơ sở ban đầu:

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

3) Các bản vẽ:

4) Giáo viên hướng dẫn: TS Lê Quang Tuấn

5) Ngày giao nhiệm vụ:

6) Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

TP HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘICHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Giáo viên hướng dẫn

TS Lê Quang Tuấn

Ngày … tháng … năm 2011 Chủ nhiệm bộ môn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày … tháng … năm 2011

Giáo viên hướng dẫn

TS Lê Quang Tuấn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Ngày … tháng … năm 2011

Giáo viên phản biện 2

Ngày … tháng … năm 2011

Giáo viên phản biện 1

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành công nghệ viễn thông đã chứng kiến những phát triển ngoạn mục trong những năm gần đây Khi mà công nghệ mạng thông tin di động thế hệ thứ ba 3G chưa có đủ thời gian để khẳng định vị thế của mình trên toàn cầu, người ta đã bắt đầu nói về công nghệ 4G (Fourth Generation) từ nhiều năm gần đây Thế nhưng, nói một cách chính xác thì 4G là gì? Liệu có một định nghĩa thống nhất cho thế hệ mạng thông tin di động tương lai 4G?

Ngược dòng thời gian

Trong hơn một thập kỷ qua, thế giới đã chứng kiến sự thành công to lớn của mạng thông tin di động thế hệ thứ hai 2G Mạng 2G có thể phân ra 2 loại: mạng 2G dựa trên nền TDMA và mạng 2G dựa trên nền CDMA Đánh dấu điểm mốc bắt đầu của mạng 2G là sự ra đời của mạng D-AMPS (hay IS-136) dùng TDMA phổ biến ở

Mỹ Tiếp theo là mạng CdmaOne (hay IS-95) dùng CDMA phổ biến ở châu Mỹ và một phần của châu Á, rồi mạng GSM dùng TDMA, ra đời đầu tiên ở Châu Âu và hiện được triển khai rộng khắp thế giới Sự thành công của mạng 2G là do dịch vụ

và tiện ích mà nó mạng lại cho người dùng, tiêu biểu là chất lượng thoại và khả năng di động

Hình : Sơ đồ tóm lược quá trình phát triển của mạng thông tin di động tế bào Tiếp nối thế hệ thứ 2, mạng thông tin di động thế hệ thứ ba 3G đã và đang được triển khai nhiều nơi trên thế giới Cải tiến nổi bật nhất của mạng 3G so với mạng 2G là khả năng cung ứng truyền thông gói tốc độ cao nhằm triển khai các

thuật WCDMA, mạng CDMA2000 sử dụng kỹ thuật CDMA và mạng TD-SCDMA được phát triển bởi Trung Quốc Gần đây công nghệ WiMAX cũng được thu nhận vào họ hàng 3G bên cạnh các công nghệ nói trên Tuy nhiên, câu chuyện thành công của mạng 2G rất khó lặp lại với mạng 3G Một trong những lý do chính là dịch vụ

mà 3G mang lại không có một bước nhảy rõ rệt so với mạng 2G Mãi gần đây người

ta mới quan tâm tới việc tích hợp MBMS (Multimedia broadcast and multicast service) và IMS (IP multimedia subsystem) để cung ứng các dịch vụ đa phương tiện

Khái niệm 4G bắt nguồn từ đâu?

Có nhiều định nghĩa khác nhau về 4G, có định nghĩa theo hướng công nghệ,

có định nghĩa theo hướng dịch vụ Đơn giản nhất, 4G là thế hệ tiếp theo của mạng thông tin di động không dây 4G là một giải pháp để vượt lên những giới hạn và những điểm yếu của mạng 3G Thực tế, vào giữa năm 2002, 4G là một khung nhận thức để thảo luận những yêu cầu của một mạng băng rộng tốc độ siêu cao trong tương lai mà cho phép hội tụ với mạng hữu tuyến cố định 4G còn là hiện thể của ý tưởng, hy vọng của những nhà nghiên cứu ở các trường đại học, các viện, các công

ty như Motorola, Qualcomm, Nokia, Ericsson, Sun, HP, NTT DoCoMo và nhiều công ty viễn thông khác với mong muốn đáp ứng các dịch vụ đa phương tiện mà mạng 3G không thể đáp ứng được

Theo dòng phát triển…

Ở Nhật, nhà cung cấp mạng NTT DoCoMo định nghĩa 4G bằng khái niệm đa phương tiện di động (mobile multimedia) với khả năng kết nối mọi lúc, mọi nơi, khả năng di động toàn cầu và dịch vụ đặc thù cho từng khách hàng NTT DoCoMo xem 4G như là một mở rộng của mạng thông tin di động tế bào 3G Quan điểm này được xem như là một “quan điểm tuyến tính” trong đó mạng 4G sẽ có cấu trúc tế bào được cải tiến để cung ứng tốc độ lên trên 100Mb/s Với cách nhìn nhận này thì 4G sẽ chính là mạng 3G LTE , UMB hay WiMAX 802.16m Nhìn chung đây cũng

là khuynh hướng chủ đạo được chấp nhận ở Trung Quốc và Hàn Quốc

Bên cạnh đó, mặc dù 4G là thế hệ tiếp theo của 3G, nhưng tương lai không hẳn chỉ giới hạn như là một mở rộng của mạng tế bào Ví dụ ở châu Âu, 4G được xem như là khả năng đảm bảo cung cấp dịch vụ liên tục, không bị ngắt quãng với

khả năng kết nối với nhiều loại hình mạng truy nhập vô tuyến khác nhau và khả năng chọn lựa mạng vô tuyến thích hợp nhất để truyền tải dịch vụ đến người dùng một cách tối ưu nhất Quan điểm này được xem như là “quan điểm liên đới” Do đó, khái niệm “ABC-Always Best Connected” (luôn được kết nối tốt nhất) luôn được xem là một đặc tính hàng đầu của mạng thông tin di động 4G Định nghĩa này được nhiều công ty viễn thông lớn và nhiều nhà nghiên cứu, nhà tư vấn viễn thông chấp nhận nhất hiện nay Dù theo quan điểm nào, tất cả đều kỳ vọng là mạng thông tin di động thế hệ thứ tư 4G sẽ nổi lên vào khoảng 2010-2015 như là một mạng vô tuyến băng rộng tốc độ siêu cao Ở Việt Nam , hiện nay 3G đang phát triển rầm rộ và để tiến lên 4G không còn xa nữa Theo tin từ Tập đoàn Bưu chính viễn thông Việt Nam (VNPT), đơn vị này vừa hoàn thành việc lắp đặt trạm BTS sử dụng cho dịch

vụ vô tuyến băng rộng công nghệ LTE (Long Term Evolution), công nghệ tiền 4G đầu tiên tại Việt Nam và Đông Nam Á

Đồ án nghiên cứu về Công nghệ 4G LTE là công nghệ còn mới mẻ và phù hợp với thực trạng hiện nay của Việt Nam

Nội dung của đồ án bao gồm 3 phần :

Phần A : Giới thiệu Phần B : Nội dung Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan

về mạng 4G Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan Chương 3 : Quy hoạch mạng 4G LTE và áp dụng cho TP HCM Chương 4 : Mô phỏng

Phần C : Phụ lục và tài liệu tham khảo

Trong quá trình thực hiện đề tài, người thực hiện có những hạn chế về khả năng và còn nhiều sai sót , rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô và bạn bè

MỤC LỤC

PHẦN A : GIỚI THIỆU

LỜI CẢM ƠN i

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI ii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv

MỤC LỤC viii

MỤC LỤC HÌNH xii

MỤC LỤC BẢNG xv

PHẦN B : NỘI DUNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G 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 1 (1G) 2

1 1 2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 (2G) 3

1 1 3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) 6

1 1 4 Hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G) 7

1 2 Tổng quan về mạng 4G [12] 8

1 3 Sự khác nhau giữa 3G và 4G 10

1 3 1 Ưu điểm nổi bật 11

1.3.2 Các ứng dụng đã tạo nên ưu điểm của 4G LTE so với 3G 11

CHƯƠNG 2 : CẤU TRÚC MẠNG 4G LTE VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 14

2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE 14

2.2 Cấu trúc của LTE [1] 24

2.3 Các kênh sử dụng trong E-UTRAN 29

2.4 Giao thức của LTE (LTE Protocols) [2] 31

2.5 Một số đặc tính của kênh truyền 34

2.5.1 Trải trễ đa đường 34

2.5.2 Các loại fading 34

2.5.3 Dịch tần Doppler 35

2.5.4 Nhiễu MAI đối với LTE 35

2.6 Các kỹ thuật sử dụng trong LTE 36

2.6.1 Kỹ thuật truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM [1] 36

2.6.2 Kỹ thuật SC-FDMA [1] 46

2.6.3 Kỹ thuật MIMO [1] 48

2.6.4 Mã hóa Turbo [18] 50

2.6.5 Thích ứng đường truyền [18] 51

2.6.6 Lập biểu phụ thuộc kênh [18] 52

2.6.7 HARQ với kết hợp mềm [18] 52

2.7 Chuyển giao 53

2.7.1 Mục đích chuyển giao 53

2.7.2 Trình tự chuyển giao 54

2.7.3 Các loại chuyển giao 56

2.7.4 Chuyển giao đối với LTE [3] 59

2.8 Điều khiển công suất [3] 60

2.8.1 Điều khiển công suất vòng hở [8] 61

2.8.2 Điều khiển công suất vòng kín [8] 62

CHƯƠNG 3 : QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE VÀ ÁP DỤNG CHO TP.HCM 65

3 1 Khái quát về quá trình quy hoạch mạng LTE 65

3 2 Dự báo lưu lượng và phân tích vùng phủ 66

3 2 1 Dự báo lưu lượng 66

3 2 2 Phân tích vùng phủ 67

3 3 Quy hoạch chi tiết 67

3 3 1 Quy hoạch vùng phủ 67

3 3 1 1 Quỹ đường truyền [2] 68

3 3 1 2 Các mô hình truyền sóng 77

3 3 1 3 Tính bán kính cell 83

3 3 2 Quy hoạch dung lượng 85

3 4 Quy hoạch cho TP Hồ Chí Minh 90

3.5 Tối ưu mạng 91

3.6 Điều khiển công suất kênh PUSCH của LTE [7] 92

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG 95

4.1 Các lưu đồ 95

4.2 Quy hoạch mạng LTE 96

4.2.1 Quy hoạch vùng phủ 97

4.2.1.1 Quỹ đường truyền 97

4.2.1.2 Các mô hình truyền sóng 98

4.2.1.3 Quy hoạch vùng phủ 100

4.2.2 Quy hoạch dung lượng của LTE 100

4.2.3 Tối ưu số trạm 102

4.2.4 So sánh vùng phủ của LTE và WCDMA 103

4.3 Chuyển giao và Điều khiển công suất 105

4.3.1 Giao diện chính 105

4.3.2 Điều khiển công suất 106

4.3.3 Chuyển giao 109

4.3.3.1 Trường hợp chuyển giao thành công 110

4.3.3.2 Trường hợp chuyển giao bị rớt 111

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 113

PHẦN C: PHỤ LỤC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 1 : CÁC TỪ VIẾT TẮT 114

PHỤ LỤC 2 : HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG 119

CHƯƠNG TRÌNH 119

TÀI LIỆU THAM KHẢO 122

MỤC LỤC HÌNH

Hình 2.1: So sánh về cấu trúc giữa UTMS và LTE 24

Hình 2.2: Cấu trúc cơ bản của LTE 25

Hình 2.3: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP 27

Hình 2.4 : Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập3GPP và không phải 3GPP 28

Hình 2.6: Giao thức của UTRAN 31

Hình 2.7: Giao thức của E-UTRAN 32

Hình 2.8: Phân phối chức năng của các lớp MAC, RLC, PDCP 32

Hình 2.9 : Truyền đơn sóng mang 36

Hình 2.10 : Nguyên lý của FDMA 36

Hình 2.11 : Nguyên lý đa sóng mang 36

Hình 2.12 : So sánh phổ tần của OFDM với FDMA 37

Hình 2.13 : Tần số-thời gian của tín hiệu OFDM 37

Hình 2.14 : Các sóng mang trực giao với nhau 38

Hình 2.15 : Biến đổi FFT 39

Hình 2.16 : Thu phát OFDM 39

Hình 2.17: Chuỗi bảo vệ GI 40

Hình 2.18 Tác dụng của chuỗi bảo vệ 41

Hình 2.19 Sóng mang con OFDMA 42

Hình 2.20 OFDM và OFDMA 42

Hình 2.21 : Chỉ định tài nguyên của OFDMA trong LTE 43

Hình 2.22 : Cấu trúc của một khối tài nguyên 44

Hình 2.23 : Cấu trúc bố trí tín hiệu tham khảo 45

Hình 2.24: Đặc tính đường bao của tín hiệu OFDM 45

Hình 2.25: PAPR cho các tín hiệu khác nhau 46

Hình 2.26: OFDMA và SC-FDMA 47

Hình 2.28 Mô hình SU-MIMO và MU-MIMO 49

Hình 2.29: Ghép kênh không gian 50

Hình 2.30 Điều chế thích nghi 51

Hình 2.31: Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao 55

Hình 2.32 : Chuyển giao mềm 57

Hình 2.33 : Chuyển giao mềm - mềm hơn 58

Hình 2.34 : Chuyển giao cứng 58

Hình 2.35: Các loại chuyển giao 59

Hình 2.36: Điều khiển công suất vòng hở 62

Hình 2.37: Điều khiển công suất vòng kín 63

Hình 3 1: Khái quát về quá trình quy hoạch mạng LTE 65

Hình 3 2 : Các tham số của mô hình Walfisch-Ikegami 79

Hình 3 3: Quan hệ giữa băng thông kênh truyền và băng thông cấu hình 88

Hình 4.1 : Lưu đồ phần mô phỏng quy hoạch LTE 95

Hình 4.2 : Lưu đồ phần chuyển giao và điều khiển công suất 96

Hình 4.3: Giao diện phần quy hoạch mạng LTE 96

Hình 4.4: Quỹ đường truyền của LTE 97

Hình 4.5 Môi trường truyền sóng trong nhà 98

Hình 4.6 : Môi trường truyền sóng ngoài trời 99

Hình 4.7: Môi trường xe cộ 99

Hình 4.8: Quy hoạch vùng phủ LTE 100

Hình 4.9 : Quy hoạc dung lượng LTE 101

Hình 4.10: Tính toán tốc độ đỉnh 102

Hình 4.11: Tối ưu số trạm 102

Hình 4.12 : So sánh quỹ đường truyền lên của LTE và WCDMA 103

Hình 4.13: So sánh quỹ đường truyền xuống của LTE và WCDMA 103

Hình 4.14: So sánh vùng phủ của LTE và WCDMA 104

Hình 4.15: Giao diện phần chuyển giao và điều khiển công suất 105

Hình 4.16: Nhập dữ liệu cho điều khiển công suất 106

Hình 4.17: Điều khiển công suất ở LTE 107

Hình 4.18: Nhập liệu của WCDMA 108

Hình 4.19: So sánh điều khiển công suất của LTE và WCDMA 109

Hình 4.20: Trường hợp chuyển giao thành công 110

Hình 4.21: Trường hợp chuyển giao bị rớt 111

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 2.1 : Các thông số lớp vật lý LTE 17

Bảng 2.2 : Tốc độ đỉnh của LTE theo lớp 18

Bảng 2.3 : So sánh các dịch vụ của 3G so với 4G LTE 19

Bảng 2.4 : So sánh giữa HSPA, WiMAX và LTE 21

Bảng 2.5 : Số khối tài nguyên theo băng thông kênh truyền 43

Bảng 3 1 :Ví dụ về quỹ đường lên của LTE 71

Bảng 3 2 : Ví dụ của quỹ đường xuống LTE 73

Bảng 3 3 : So sánh quỹ đường truyền lên của các hệ thống 74

Bảng 3 4 : So sánh về quỹ đường truyền xuống của các hệ thống 75

Bảng 3 5 : Các giá trị K sử dụng cho tính toán vùng phủ sóng 85

Bảng 3 6 : Tốc độ bit đỉnh tương ứng với từng tốc độ mã hóa và băng thông 86

Bảng 3 7 Giá trị của băng thông cấu hình tương ứng với băng thông kênh truyền[4] 88

Bảng 3.8 Diện tích và dân số từng quận của TP.HCM [11] 90

Bảng 3.9 Các lớp công suất của UE [10] 93

PHẦN B NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI

ĐỘNG VÀ TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G

Thông tin di động là một lĩnh vực rất quan trọng trong đời sống xã hội Xã hội càng phát triển, nhu cầu về thông tin di động của con người càng tăng lên và thông tin di động càng khẳng định được sự cần thiết và tính tiện dụng của nó Cho đến nay, hệ thống thông tin di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ thế hệ

di động thế hệ 1 đến thế hệ 3 và thế hệ đang phát triển trên thế giới - thế hệ 4 Trong chương này sẽ trình bày khái quát về các đặc tính chung của các hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G

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 thiết bị điện thoại vô tuyến ra đời và cũng là tiền thân của mạng thông tin di động sau này 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 lĩnh vực thông tin di động Ứng dụng các linh kiện bán dẫn vào thông tin di động đã cải thiện một số nhược điểm mà trước đây chưa làm được

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

Hình 1: Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động tế bào

1 1 1 1 Đặc điểm

Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến

Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể

Trạm thu phát gốc BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS trong cell

Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di động tiên tiến AMPS

1 1 1 2 Những hạn chế của hệ thống thông tin di động thế hệ 1

Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản Tuy nhiên hệ thống không thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ Nó bao gồm các hạn chế sau :

Phân bổ tần số rất hạn chế, dung lượng nhỏ

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

Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạ tầng 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 các nước khác Chất lượng thấp và vùng phủ sóng hẹp

 Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với kỹ thuật đa truy cập mới ưu điểm hơn về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp Vì vậy đã xuất hiện

hệ thống thông tin di động thế hệ 2

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

Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian (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 đã đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số Hệ thống 2G hấp dẫn hơn hệ thống 1G bởi vì ngoài dịch vụ thoại truyền thống, hệ thống này còn 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, hiện nay đang được Công ty VMS và GPC khai thác rất hiệu quả với hai mạng thông tin di động số VinaPhone và MobiFone theo tiêu chuẩn GSM

Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 đều sử dụng kỹ thuật điều chế số

Và chúng sử dụng 2 phương pháp đa truy cập:

Đa truy cập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access - TDMA): phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khác nhau

Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access - CDMA): phục

vụ các cuộc gọi theo các chuỗi mã khác nhau

1 1 2 1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA:

Trong hệ thống TDMA phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này được dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian (Time slot) trong chu kỳ một khung Tin tức được tổ chức dưới dạng gói, mỗi gói có bit chỉ thị đầu gói, chỉ thị cuối gói, các bit đồng 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 phân định 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 Ngược lại 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 nhiễu giao thoa giữa các kênh kế cận giảm đáng kể

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

1 1 2 2 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 của mỗi 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 vô tuyến 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 kênh này 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 băng thông rất rộng, gọi là tín hiệu phân tán Tín hiệu phân tán là một chuỗi mã giả ngẫu

nhiên mà tốc độ chip của nó rất lớn so với tốc độ dữ liệu Tất cả các users trong một

hệ thống 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 mã khác 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 Để khôi phục lại tín hiệu thông tin, máy thu cần phải biết từ mã dùng ở máy phát Mỗi thuê 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 (có thể gấp từ 4 đến 6 lần hệ thống GSM), độ an toàn (tính bảo mật thông tin) cao hơn do sử dụng dãy mã ngẫu nhiên để trải phổ, kháng nhiễu tốt hơn, khả năng thu đa đường tốt hơn, chuyển vùng linh hoạt Do hệ số tái sử dụng tần số là 1 nên không cần phải quan tâm đến vấn đề nhiễu đồng kênh

- CDMA không có giới hạn rõ ràng về số người sử dụng như TDMA 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

1 1 3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G)

Hệ thống thông tin di động chuyển từ thế hệ 2 sang thế hệ 3 qua một giai đoạn trung gian là thế hệ 2, 5 sử dụng công nghệ TDMA trong đó kết hợp nhiều khe hoặc nhiều tần số hoặc sử dụng công nghệ CDMA trong đó có thể chồng lên phổ tần của thế hệ hai nếu không sử dụng phổ tần mới, bao gồm các mạng đã được đưa vào sử dụng như: GPRS, EDGE và CDMA2000-1x Ở thế hệ thứ 3 này các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s Để phân biệt với các hệ thống thông tin

di động băng hẹp hiện nay, các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 gọi là các hệ thống thông tin di động băng rộng

Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000 đã được

đề xuất, trong đó 2 hệ thống W-CDMA và CDMA2000 đã được ITU chấp thuận và đưa vào hoạt động trong những năm đầu của những thập kỷ 2000 Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA, điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ 3

W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là sự nâng cấp của

các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, IS-136

CDMA2000 là sự nâng cấp của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ CDMA: IS-95

Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3

Thông tin di động thế hệ thứ 3 xây dựng trên cơ sở IMT-2000 được đưa vào phục vụ từ năm 2001 Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng cũng đồng thời bảo đảm sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ 2 Tốc độ của thế hệ thứ ba được xác định như sau:

- 384 Kb/s đối với vùng phủ sóng rộng

- 2 Mb/s đối với vùng phủ sóng địa phương

Các tiêu chí chung để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba (3G):

- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau:

 Đường lên : 1885-2025 MHz

 Đường xuống : 2110-2200 MHz

- Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến:

 Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến

 Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông

- Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau: trong công sở, ngoài đường, trên xe, vệ tinh

- Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:

 Môi trường thông tin nhà ảo (VHE: Virtual Home Environment) trên cơ

sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu

 Đảm bảo chuyển mạng quốc tế

 Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch kênh và số liệu chuyển mạch theo gói

- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

Thế hệ 4 dùng kỹ thuật truyền tải truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM, là kỹ thuật nhiều tín hiệu được gởi đi cùng một lúc nhưng trên những tần số khác nhau Trong kỹ thuật OFDM, chỉ có một thiết bị truyền tín hiệu trên nhiều tần

số độc lập (từ vài chục cho đến vài ngàn tần số) Thiết bị 4G sử dụng máy thu vô tuyến xác nhận bởi phần mềm SDR (Software - Defined Radio) cho phép sử dụng băng thông hiệu quả hơn bằng cách dùng đa kênh đồng thời Tổng đài chuyển mạch mạng 4G chỉ dùng chuyển mạch gói, do đó, giảm trễ thời gian truyền và nhận dữ liệu

1 2 Tổng quan về mạng 4G [12]

4G là hệ thống thông tin băng rộng được xem như IMT tiên tiến (IMT Advanced) được định nghĩa bởi ITU-R Tốc độ dữ liệu đề ra là 100Mbps cho thuê bao di chuyển cao và 1Mbps cho thuê bao ít di chuyển, băng thông linh động lên đến 40MHz Sử dụng hoàn toàn trên nền IP, cung cấp các dịch vụ như điện thoại IP, truy cập internet băng rộng, các dịch vụ game và dòng HDTV đa phương tiện…

3GPP LTE được xem như là tiền 4G, nhưng phiên bản đầu tiên của LTE chưa đủ các tính năng theo yêu cầu của IMT Advanced LTE có tốc độ lý thuyết lên đến 100Mbps ở đường xuống và 50Mbps ở đường lên đối với băng thông 20MHz

Và sẽ hơn nữa nếu MIMO, các anten mảng được sử dụng LTE được phát triển đầu tiên ở hai thủ đô Stockholm và Olso vào ngày 14/12/2009 Giao diện vô tuyến vật lý đầu tiên được đặt tên là HSOPA (High Speed OFDM Packet Access), bây giờ có tên là E-UTRA (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access) Thực tế cho thấy, hầu hết các hãng sản xuất thiết bị viễn thông hàng đầu thế giới: Alcatel-Lucent, Ericsson, Motorola, Nokia, Nokia Siemens Networks, Huawei, LG Electronics, Samsung, NEC, Fujitsu đã bắt tay với các nhà mạng lớn trên thế giới (Verizon Wireless, AT&T, France Telecom-Orange, NTT DoCoMo, T-Mobile, China Mobile, ZTE ) thực hiện các cuộc thử nghiệm quan trọng trên công nghệ LTE và đã đạt những thành công đáng kể

LTE Advanced là ứng viên cho chuẩn IMT-Advanced, mục tiêu của nó là hướng đến đáp ứng được yêu cầu của ITU LTE Advanced có khả năng tương thích với thiết bị và chia sẻ băng tần với LTE phiên bản đầu tiên

Di động WiMAX (IEEE 802 16e-2005) là chuẩn truy cập di động không dây băng rộng (MWBA) cũng được xem là 4G, tốc độ bít đỉnh đường xuống là 128 Mbps và 56 Mbps cho đường xuống với độ rộng băng thông hơn 20 MHz

UMB (Ultra Mobile Broadband) : UMB được các tổ chức viễn thông của Nhật Bản, Trung Quốc, Bắc Mỹ và Hàn Quốc cùng với các hãng như Alcatel-Lucent, Apple, Motorola, NEC và Verizon Wireless phát triển từ nền tảng CDMA UMB có thể hoạt động ở băng tần có độ rộng từ 1,25 MHz đến 20 MHz và làm việc

ở nhiều dải tần số, với tốc độ truyền dữ liệu lên tới 288 Mbps cho luồng xuống và

75 Mbps cho luồng lên với độ rộng băng tần sử dụng là 20 MHz Qualcomm là hãng đi đầu trong nỗ lực phát triển UMB, mặc dù hãng này cũng đồng thời phát triển cả công nghệ LTE

Mục tiêu và cách tiếp cận

4G cung cấp QoS và tốc độ phát triển hơn nhiều so với 3G đang tồn tại, không chỉ là truy cập băng rộng, dịch vụ tin nhắn đa phương tiện (MMS), chat video, TV di động mà còn các dịch vụ HDTV, các dịch vụ tối thiểu như thoại, dữ liệu và các dịch vụ khác Nó cho phép chuyển giao giữa các mạng vô tuyến trong khu vực cục bộ và có thể kết nối với hệ thống quảng bá video số

Các mục tiêu mà 4G hướng đến : Băng thông linh hoạt giữa 5 MHz đến 20 MHz, có thể lên đến 40 MHz

Tốc độ được quy định bởi ITU là 100 Mbps khi di chuyển tốc độ cao và 1 Gbps đối với thuê bao đứng yên so với trạm

Tốc độ dữ liệu ít nhất là 100 Mbps giữa bất kỳ hai điểm nào trên thế giới Hiệu suất phổ đường truyền là 15bit/s/Hz ở đường xuống và 6.75 bit/s/Hz ở đường lên (có nghĩa là 1000 Mbps ở đường xuống và có thể nhỏ hơn băng thông 67 MHz)/

Hiệu suất sử dụng phổ hệ thống lên đến 3 bit/s/Hz/cell ở đường xuống và 2.25 bit/s/Hz/cell cho việc sử dụng trong nhà

Chuyển giao liền (Smooth handoff) qua các mạng hỗn hợp

Kết nối liền và chuyển giao toàn cầu qua đa mạng

Chất lượng cao cho các dịch vụ đa phương tiện như âm thanh thời gian thực, tốc độ dữ liệu cao, video HDTV, TV di động…

Tương thích với các chuẩn không dây đang tồn tại Tất cả là IP, mạng chuyển mạch gói không còn chuyển mạch kênh nữa

- MIMO : để đạt được hiệu suất phổ tần cao bằng cách sử dụng phân tập

theo không gian, đa anten đa người dùng

- Sử dụng lượng tử hóa trong miền tần số, chẳng hạn như OFDM hoặc FDE (single carrier frequency domain equalization) ở đường xuống : để tận dụng thuộc tính chọn lọc tần số của kênh mà không phải lượng tử

SC-phức tạp

- Ghép kênh trong miền tần số chẳng hạn như OFDMA hoặc SC-FDMA ở đường xuống : tốc độ bit thay đổi bằng việc gán cho người dùng các kênh

con khác nhau dựa trên điều kiện kênh

- Mã hóa sửa lỗi Turbo : để tối thiểu yêu cầu về tỷ số SNR ở bên thu

Lập biểu kênh độc lập : để sử dụng các kênh thay đổi theo thời gian

Thích nghi đường truyền : điều chế thích nghi và các mã sửa lỗi

1 3 Sự khác nhau giữa 3G và 4G

Hiện nay, công nghệ 3G cho phép truy cập Internet không dây và các cuộc gọi có hình ảnh 4G được phát triển trên các thuộc tính kế thừa từ công nghệ 3G Về mặt lý thuyết, mạng không dây sử dụng công nghệ 4G sẽ có tốc độ nhanh hơn mạng

3G từ 4 đến 10 lần Tốc độ tối đa của 3G là tốc độ tải xuống 14Mbps và 5.8Mbps tải lên Với công nghệ 4G, tốc độ có thể đạt tới 100Mbps đối với người dùng di động và 1Gbps đối với người dùng cố định 3G sử dụng ở các dải tần quy định quốc

tế cho UL : 1885-2025 MHz; DL : 2110-2200 MHz; với tốc độ từ 144kbps-2Mbps,

độ rộng BW: 5 MHz Đối với 4G LTE thì Hoạt động ở băng tần : 700 MHz-2,6 GHz với mục tiêu tốc độ dữ liệu cao, độ trễ thấp, công nghệ truy cập sóng vô tuyến gói dữ liệu tối ưu Tốc độ DL :100Mbps( ở BW 20MHz), UL : 50 Mbps với 2 aten thu một anten phát Độ trễ nhỏ hơn 5ms với độ rộng BW linh hoạt là ưu điểm của LTE so với WCDMA, BW từ 1.25 MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 MHz Hiệu quả trải phổ tăng 4 lần và tăng 10 lần số người dùng/cell so với WCDMA

1 3 1 Ưu điểm nổi bật

Tốc độ dữ liệu cao hơn rất nhiều lần so với 3G Tăng hiệu quả sử dụng phổ và giảm thời gian trễ Cấu trúc mạng sẽ đơn giản hơn, và sẽ không còn chuyển mạch kênh nữa Hiệu quả trải phổ tăng 4 lần và tăng 10 lần user/cell so với WCDMA

Độ rộng băng tần linh hoạt cũng là một ưu điểm quan trọng của LTE đối với WCDMA

1.3.2 Các ứng dụng đã tạo nên ưu điểm của 4G LTE so với 3G

Hiệu suất phổ cao

- OFDM ở DL

 Chống nhiễu đa đường

 Hầu hết dữ liệu người dùng thì ít hơn di động

- SC-FDMA ở UL

 PAPR thấp

 Người dùng trực giao trong miền tần số

- MIMO

Tốc độ dữ liệu cao -Phát nhiều dòng dữ liệu độc lập song song qua các anten riêng lẻ => tăng tốc độ dữ liệu (sử dụng MIMO)

Độ trễ thấp -Thời gian cài đặt và thời gian trì hoãn chuyển tiếp ngắn -Trễ HO và thời gian ngắt ngắn : TTI ngắn, trạng thái RRC đơn giản Giá thành rẻ

-Cấu trúc mạng đơn giản, giảm các thành phần của mạng Chất lượng dịch vụ cao

-Sử dụng các tần số cấp phép để đảm bảo chất lượng dịch vụ : LTE sử dụng các dải tần số khác nhau : 2100 MHz, 1900 MHz, 1700 MHz, 2600 MHz, 900 MHz, 800 MHz

-Luôn luôn thử nghiệm ( giảm thời gian trễ trong điều khiển định tuyến) -Giảm độ trễ khứ hồi ( round trip delay)

Tần số tái sử dụng linh hoạt Giảm nhiễu liên cell với tần số tái sử dụng lớn hơn 1

-Sử dụng hai dải tần số:

 Dải 1 : hệ số tái sử dụng lớn hơn 1 => công suất phát cao hơn

 Dải 2 : phổ còn lại -Các user ở cạnh cell : sử dụng dải 1 => SIR tốt -Các user ở trung tâm cell : sử dụng toàn bộ băng => tốc độ dữ liệu cao Dung lượng và vùng bao phủ của WCDMA UL bị giới hạn bởi can nhiễu: can nhiễu bên trong cell và can nhiễu liên cell Nhưng đối với LTE thì : do tính trực giao nên can nhiễu trong cùng một cell có thể không xét đến và giảm can nhiễu inter-cell bằng tái sử dụng cục bộ, thêm các anten có thể triệt can nhiễu

 Chương 1 đã khái quát được những nét đặc trưng, ưu nhược điểm và sự

phát triển của các hệ thống thông tin di động thế hệ 1, 2 và 3, 4 đồng thời đã

sơ lượt tổng quan của hệ thống thông tin di động thế hệ 4 Hai thông số quan trọng đặc trưng cho các hệ thống thông tin di động số là tốc độ bit thông tin của người sử dụng và tính di động, ở các thế hệ tiếp theo các thông

số này càng được cải thiện Nêu được ưu điểm của 4G so với 3G và các cơ

sở để hình thành ưu điểm đó Để tìm hiểu thêm về 4G ta qua chương tiếp theo

CHƯƠNG 2 : CẤU TRÚC MẠNG 4G LTE VÀ CÁC

VẤN ĐỀ LIÊN QUAN

Hệ thống 4G được xây dựng nhằm chuẩn bị một cơ sở hạ tầng di động chung có khả năng phục vụ các dịch vụ hiện tại và tương lai Cơ sở hạ tầng 4G được thiết kế với điều kiện những thay đổi, phát triển về kỹ thuật có khả năng phù hợp với mạng hiện tại mà không làm ảnh hưởng đến các dịch vụ đang sử dụng Để thực hiện điều đó, cần tách biệt giữa kỹ thuật truy cập, kỹ thuật truyền dẫn, kỹ thuật dịch vụ (điều khiển kết nối) và các ứng dụng của người sử dụng Chương này sẽ trình bày hệ thống di động 4G LTE :các đặc điểm kỹ thuật, so sánh LTE với WiMAX, cấu trúc mạng 4G LTE sẽ như thế nào, nó liên kết với các mạng khác ra sao, các kênh sử dụng trong E-UTRAN, các kỹ thuật sử dụngcho đường lên, đường xuống trong LTE, đồng thời khái quát về các thủ tục liên quan đến giao diện vô tuyến bao gồm chuyển giao và điều khiển công suất

2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE

Hệ thống 3GPP LTE, là bước tiếp theo cần hướng tới của hệ thống mạng không dây 3G dựa trên công nghệ di động GSM/UMTS, và là một trong những công nghệ tiềm năng nhất cho truyền thông 4G Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) đã định nghĩa truyền thông di động thế hệ thứ 4 là IMT Advanced và chia thành hai hệ thống dùng cho di động tốc độ cao và di động tốc độ thấp 3GPP LTE

là hệ thống dùng cho di động tốc độ cao Ngoài ra, đây còn là công nghệ hệ thống tích hợp đầu tiên trên thế giới ứng dụng cả chuẩn 3GPP LTE và các chuẩn dịch vụ ứng dụng khác, do đó người sử dụng có thể dễ dàng thực hiện cuộc gọi hoặc truyền

dữ liệu giữa các mạng LTE và các mạng GSM/GPRS hoặc UMTS dựa trên WCDMA Kiến trúc mạng mới được thiết kế với mục tiêu cung cấp lưu lượng chuyển mạch gói với dịch vụ chất lượng, độ trễ tối thiểu Hệ thống sử dụng băng thông linh hoạt nhờ vào mô hình đa truy cập OFDMA và SC-FDMA Thêm vào đó, FDD (Frequency Division Duplexing) và TDD (Time Division Duplexing), bán song công FDD cho phép các UE có giá thành thấp Không giống như FDD, bán song công FDD không yêu cầu phát và thu tại cùng thời điểm Điều này làm giảm

giá thành cho bộ song công trong UE Truy cập tuyến lên dựa vào đa truy cập phân chia theo tần số đơn sóng mang (Single Carrier Frequency Division multiple Access SC-FDMA) cho phép tăng vùng phủ tuyến lên làm tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình thấp (Peak-to-Average Power Ratio PAPR) so với OFDMA Thêm vào đó, để cải thiện tốc độ dữ liệu đỉnh, hệ thống LTE sử dụng hai đến bốn lần hệ số phổ cell so với hệ thống HSPA Release 6

Động cơ thúc đẩy

- Cần thế hệ tiếp theo để cải thiện các nhược điểm của 3G và đáp ứng nhu cầu

của người sử dụng

- Người dùng đòi hỏi tốc độ dữ liệu và chất lượng dịch vụ cao hơn

- Tối ưu hệ thống chuyển mạch gói

- Tiếp tục nhu cầu đòi hỏi của người dùng về giảm giá thành (CAPEX và

OPEX)

- Giảm độ phức tạp

- Tránh sự phân đoạn không cần thiết cho hoạt động của một cặp hoặc không

phải một cặp dải thông Các giai đoạn phát triển của LTE

- Bắt đầu năm 2004, dự án LTE tập trung vào phát triển thêm UTRAN và tối

ưu cấu trúc truy cập vô tuyến của 3GPP

- Mục tiêu hướng đến là dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một người dùng trên 1 MHz so với mạng HSDPA Rel 6: Tải xuống: gấp 3 đến 4 lần (100Mbps) Tải lên: gấp 2 đến 3 lần (50Mbps)

- Năm 2007, LTE của kỹ thuật truy cập vô tuyến thế hệ thứ 3 –“EUTRA”- phát triển từ những bước khả thi để đưa ra các đặc tính kỹ thuật được chấp nhận Cuối năm 2008 các kỹ thuật này được sử dụng trong thương mại

- Các kỹ thuật OFDMA được sử dụng cho đường xuống và SC-FDMA được

sử dụng cho đường lên

Mục tiêu của LTE

- Tốc độ dữ liệu cao

- Độ trễ thấp

- Công nghệ truy cập sóng vô tuyến gói dữ liệu tối ưu

Các đặc tính cơ bản của LTE

- 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 500 km/h tùy băng tần

 Hỗ trợ tính năng đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS

 VoIP đảm bảo chất lượng âm thanh tốt, trễ tối thiểu thông qua mạng UMTS

- Liên kết mạng:

 Khả năng liên kết với các hệ thống UTRAN/GERAN hiện có và các

hệ thống không thuộc 3GPP cũng sẽ được đảm bảo

 Thời gian trễ trong việc truyền tải giữa E-UTRAN và UTRAN/GERAN sẽ nhỏ hơn 300ms cho các dịch vụ thời gian thực và 500ms cho các dịch vụ còn lại

- Chi phí: chi phí triển khai và vận hành giảm Băng thông linh hoạt trong vùng từ 1.4 MHz đến 20 MHz, điều này có nghĩa

là nó có thể hoạt động trong các dải băng tần của 3GPP Trong thực tế, hiệu suất thực sự của LTE tùy thuộc vào băng thông chỉ định cho các dịch vụ và không có sự lựa chọn cho phổ tần của chính nó Điều này giúp đáng kể cho các nhà khai thác trong chiến lược về kinh tế và kỹ thuật Triển khai tại các tần số cao, LTE là chiến lược hấp dẫn tập trung vào dung lượng mạng, trong khi tại các tần số thấp nó có thể cung cấp vùng bao phủ khắp nơi Mạng LTE có thể hoạt động trong bất cứ dải tần được sử dụng nào của 3GPP Nó bao gồm băng tần lõi của IMT-2000 (1.9-2 GHz)

và dải mở rộng (2.5 GHz), cũng như tại 850-900 MHz, 1800 MHz, phổ AWS 2.1 GHz)…Băng tần chỉ định dưới 5MHz được định nghĩa bởi IUT thì phù hợp với dịch vụ IMT trong khi các băng tần lớn hơn 5MHz thì sử dụng cho các dịch vụ có tốc độ cực cao Tính linh hoạt về băng tần của LTE có thể cho phép các nhà sản xuất phát triển LTE trong những băng tần đã tồn tại của họ

Các thông số lớp vật lý của LTE [14]

Khoảng cách sóng mang con 15KHz

Chiều dài CP Ngắn 4.7µs

Dài 16.7 µs

Ghép kênh không gian 1 lớp cho UL/UE

Lên đến 4 lớp cho DL/UE

Sử dụng MU-MIMO cho UL và DL

Bảng 2.2 : Tốc độ đỉnh của LTE theo lớp

Tốc độ đỉnh Mbps

cần lưu lượng lớn hơn để đáp ứng đủ chất lượng dịch vụ, đặc biệt là với mong đợi của người dùng về đường truyền TV độ rõ nét cao Đối với khách hàng là doanh nghiệp, truyền các tập tin lớn với tốc độ cao, chất lượng video hội nghị tốt…LTE sẽ mang đặc tính của “Web 2.0” ngày nay vào không gian di động lần đầu tiên Dọc theo sự bảo đảm về thương mại, nó sẽ băng qua những ứng dụng thời gian thực như game đa người chơi và chia sẻ tập tin

Bảng 2.3 : So sánh các dịch vụ của 3G so với 4G LTE

Dịch vụ Môi trường (3G) Môi trường 4G

Thoai (rich voice) Âm thanh thời gian thực VoIP, video hội nghị chất

lượng cao

Tin nhắn P2F(P2F messaging)

SMS, MMS, các email ưu tiên thấp

Các tin nhắn photo, IM, email di động, tin nhắn video

Lướt web(browsing)

Truy cập đến các dịch vụ online trực tuyến, Trình duyệt WAP thông qua GPRS và mạng 3G

Duyệt siêu nhanh, tải các nội dung lên các mạng xã hội

Thông tin cước phí(paid

information)

Người dùng trả qua hoặc trên mạng tính cước chuẩn Chính yếu là dựa trên thông tin văn bản

Tạp chí trực tuyến, dòng âm thanh chất lượng cao

Riêng tư(personalization)

Chủ yếu là âm thanh chuông(ringtone), cũng bao gồm màn hình chờ (screensavers)và nhạc chờ(ring tone)

Âm thanh thực(thu âm gốc

từ người nghệ sĩ), các trang web cá nhân

Games Tải về và chơi game trực Kinh nghiệm game trực

tuyến tuyến vững chắc qua cả

mạng cố định và di động

Video/TV theo yêu cầu (video/TV on demand)

Chạy và có thể tải video Các dịch vụ quảng bá tivi,

Tivi theo đúng yêu cầudòng video chất lượng cao

Nhạc Tải đầy đủ các track và các

dịch vụ âm thanh

Lưu trữ và tải nhạc chất lượng cao

Nội dung tin nhắn Tin nhắn đồng cấp sử dụng ba

thành phần cũng như tương tác với các media khác

Phân phối tỷ lệ rộng của các video clip, dịch vụ karaoke, video cơ bản quảng cáo di động

comerce( thương mại qua điện thoại)

M-Thực hiện các giao dịch và thanh toán qua mạng di động

Điện thoại cầm tay như thiết

bị thanh toán, với các chi tiết thanh toán qua mạng tốc độ cao để cho phép các giao dịch thực hiện nhanh chóng

Mạng dữ liệu di động(mobile data netwoking)

Truy cập đến các mạng nội bộ

và cơ sở dữ liệu cũng như cách sử dụng của các ứng dụng như CRM

Chuyển đổi file P2P, các ứng dụng kinh doanh, ứng dụng chia sẻ, thông tin M2M, di động intranet/extranet

So sánh LTE với HSPA và WiMAX [17]

Bảng 2.4 : So sánh giữa HSPA, WiMAX và LTE

Phiên bản 3GPP release 6 802.16e (2005) 3GPP release 8 (3/2009)

Cơ sở hạ tầng và các thiết bị có giá trị

Bắt đầu năm

2007

Bắt đầu năm 2007 Bắt đầu năm 2010

Dải tần hoạt động

700MHz, 850 MHz,1.5 GHz, 1.8 GHz, 1.7/2.1 GHz

2.5GHz, 2.6GHz, 3.5GHz, 3.65 GHz, 5.8 GHz,

700MHz, 850 MHz,1.5 GHz, 1.8 GHz, 1.7/2.1 GHz, 2.1GHz, 2.3GHz, 2.6GHz

Các thông

số hướng đến

Tốc độ dữ liệu lên 5.6 Mbps đối với kênh 5MHz, bán kính cell là 680m

Tốc độ dữ liệu lên 75Mbps/25 Mbps đối với kênh 10MHz với 2x2 MIMO, bán kính cell lên đến 2-7Km, 100-200 người dùng

Tốc độ dữ liệu lên 100Mbps/50 Mbps đối với kênh 10MHz với 2x2 MIMO, bán kính cell lên đến 5Km, lớn hơn 400 người dùng

Khả năng tương thích lùi

Tương thích lùi với Release 99

Không tương thích lùi với 3GPP hoặc 3GPP2

Kế thừa chuẩn 3GPP, nhưng khác kỹ thuật nên đòi hỏi thiết bị mới ở RAN nếu dải tần khác nhau được sử dụng

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 kỹ

thuật MIMO để cải thiện chất lượng truyền/nhận tín hiệu, đường xuống từ trạm thu phát đến thiết bị đầu cuối đều được tăng tốc bằng kỹ thuật OFDM hỗ trợ truyền tải

dữ liệu đa phương tiện và video

Đường lên từ thiết bị đầu cuối đến trạm thu phát có sự khác nhau giữa 2 công nghệ WiMax dùng OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access – một biến thể của OFDM), còn LTE dùng kỹ thuật SC-FDMA (Single Carrier - Frequency Division Multiple Access) Về lý thuyết, SC-FDMA được thiết

kế làm việc hiệu quả hơn và các thiết bị đầu cuối tiêu thụ năng lượng thấp hơn OFDMA

LTE còn có ưu thế hơn WiMax vì được thiết kế tương thích với cả phương thức TDD (Time Division Duplex) và FDD (Frequency Division Duplex) Ngược lại, WiMax hiện chỉ tương thích với TDDs TDD truyền dữ liệu lên và xuống thông qua 1 kênh tần số (dùng phương thức phân chia thời gian), còn FDD cho phép truyền dữ liệu lên và xuống thông qua 2 kênh tần số riêng biệt Điều này có nghĩa LTE có nhiều phổ tần sử dụng hơn WiMax Tuy nhiên, sự khác biệt công nghệ không có ý nghĩa quyết định trong cuộc chiến giữa WiMax và LTE

Trên thế giới, 4G dù chưa phải phổ biến song cũng đã có quốc gia và các hãng viễn thông triển khai Chẳng hạn như Ericsson Tháng 1/2009, Ericsson và nhà mạng tại Thụy Điển đã triển khai thương mại TeliaSonera mạng LTE/4G đầu tiên tại Thụy Điển Tới tháng 1/2010 đã triển khai diện rộng mạng TeliaSonera trên toàn quốc ở Na Uy và Thụy Điển Ngoài ra, Ericsson đã ký hợp đồng triển khai LTE trong thời gian tới với các nhà mạng AT&T (Mỹ), MetroPCS, Verizon Wireless (Mỹ), NTT Docomo (Nhật) Ericsson cũng đã tiến hành các thử nghiệm LTE/4G với các mạng Telstra, SingTel, T-Mobile Hungary, Zain Saudia Arabia

Với Việt Nam, ở thời điểm này, cơ quan quản lý nhà nước chưa đưa ra quyết định sẽ đi lên 4G bằng Wimax hay LTE mà quan điểm sẽ tổ chức một hội thảo giữa

Bộ với các doanh nghiệp để tìm ra sự lựa chọn hợp lý nhất Theo phân tích của các chuyên gia, hiện tại Wimax có lợi thế đi trước LTE Không chỉ trên thế giới mà ngay cả ở Việt Nam, mạng Wimax đã được triển khai cung cấp thử nghiệm từ năm

2004 tới giờ Còn LTE, lại được cho rằng phải tới khoảng năm 2012-2013 mới trở