hệ thống mạng 4g – lte

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất 1G, sử dụng công nghệ analog gọi là đa truy cập phân chia theo tần số FDMA để truyền kênh thoại trên sóng vô tuyến đến thuê bao điện thoại di đ

MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN

ĐỀ TÀI :

MẠNG 4G – LTE GVBM: ThS PHÙ TRẦN TÍN

SVTH:

1.NGUYỄN NGỌC SINH 11031331

2.NGUYỄN QUỐC HIỀN 13023651

3 ĐẶNG THÁI SƠN 11070441

4 LÊ TUẤN ANH 13043461

5 HUỲNH MINH HIỂN 13047181

6 NGUYỄN MAI VĂN 12134261

MỤC LỤC

Contents

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 ngườicàng 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 đãtrải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ thế hệ di động thế hệ 1đến 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

I Giới Thiệu Về Hệ Thống Thông Tin Di Động.

Thông tin di động là hệ thống thông tin liên lạc thông qua sóngđiện Các dịch vụ của điện thoại di động cho đến đầu những năm 1960mới xuất hiện, các hệ thống điện thoại di động đầu tiên này chưa tiệnlợi và dung lượng rất thấp so với các hệ thống hiện nay

Khi các ngành thông tin quảng bá bằng vô tuyến phát triển thì ýtưởng về thiết bị điện thoại vô tuyến ra đời và cũng là tiền thân củamạng thông tin di động sau này Năm 1946, mạng điện thoại vô tuyếnđầu tiên được thử nghiệm tại ST Louis, bang Missouri của Mỹ

Sau những năm 50, việc phát minh ra chất bán dẫn cũng ảnhhưởng lớn đến lĩnh vực thông tin di động Ứng dụng các linh kiện bándẫn vào thông tin di động đã cải thiện một số nhược điểm mà trước đâychưa làm được

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

1. Các thế hệ mạng di động.

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

1.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G).

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất 1G, sử dụng công

nghệ analog gọi là đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) để truyền

kênh thoại trên sóng vô tuyến đến thuê bao điện thoại di động Các hệthống này phát triển ở cả Châu Âu, Bắc Mỹ và Nhật Bản

• Năm 1967, Nhật Bản đưa vào hệ thống di động tổ ong tương tựđầu tiên của hãng NTT

• Năm 1981, hệ thống điện thoại di động của Bắc Âu Nordic Mobile Telephone) được đưa vào khai thác Hệ thốngnày hoạt động ở cả hai băng tần 450-900MHz

(NMT-• Tiếp đó năm 1983, Mỹ cho ra đời hệ thống thông tin di độngtiên tiến (AMPS-Advance Mobile Phone System)

• Năm 1985, hệ thống thông tin truy nhập toàn phần Total Access Communication) được bắt đầu sử dụng ở nướcAnh và sau đó là ở Đức

(TACS-• Năm 1991, Mỹ phát triển hệ thống AMPS thành hệ thốngAMPS băng hẹp N-AMPS (Narrowband AMPS) Với một số

thay đổi về băng tần, hệ thống N-AMPS có thể phục vụ nhiềuthuê bao hơn mà không cần thêm các cell mới Vào thời điểmnày ở Mỹ cũng đã đưa vào thử nghiệm hệ thống số đầu tiên làIS-54 nhưng không thành công

1.1.1.Đặc điểm

• Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thôngtuyến

• 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 việcvới mỗi MS trong cell

• Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di độngtiên tiến AMPS

1.1.2.Những hạn chế

 Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cậpđơn giản Tuy nhiên hệ thống không thỏa mãn nhu cầu ngàycàng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ Nó baogồm 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 chuyểndịch 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 ởchâu Âu, làm cho thuê bao không thể sử dụng được máy diđộng 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 chuyểnsang sử dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động cùngvới kỹ thuật đa truy cập mới ưu điểm hơn về cả dung lượng vàcác dịch vụ được cung cấp Vì vậy đã xuất hiện Hệ thốngthông tin di động thế hệ 2

1.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 ( 2G và 2.5G).

Hệ thống di động thế hệ thứ 2 sử dụng truyền vô tuyến số choviệc truyền tải Những hệ thống mạng 2G thì có dung lượng lớn hơnnhững hệ thống mạng thế hệ thứ nhất Một kênh tần số thì đồng thờiđược chia ra cho nhiều người dùng bởi việc chia theo mã (CodeDivision Multiple Access - CDMA): phục vụ các cuộc gọi theo cácchuỗi mã khác nhau hoặc chia theo thời gian (Time Division MultipleAccess - TDMA): phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khácnhau.

1.2.1.Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA:

Vào cuối thập niên 1980, các hệ thống thế hệ thứ 2 (2G) sử dụngcông nghệ số đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) ra đời Các

hệ thống này có ưu điểm là sử dụng hiệu quả băng tần được cấp phát,đảm bảo chất lượng truyền dẫn yêu cầu, đảm bảo được an toàn thôngtin, cho phép chuyển mạng quốc tế…Đến đầu thập niên 1990, côngnghệ TDMA được dùng cho hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM

ở Châu Âu

Trong hệ thống TDMA phổ tần số quy định cho liên lạc di độngđược chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này được dùngchung 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 dạnggói, mỗi gói có bit chỉ thị đầu gói, chỉ thị cuối gói, các bit đồng bộ vàcác bit dữ liệu Không như hệ thống FDMA, hệ thống TDMA truyềndẫn 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 làphân định trước và phân phát theo yêu cầu Trong phương pháp phânđịnh trước, việc phân phát các cụm được định trước hoặc phân pháttheo thời gian Ngược lại trong phương pháp phân định theo yêu cầucác mạch được tới đáp ứng khi có cuộc gọi yêu cầu, nhờ đó tăng đượchiệu suất sử dụng mạch

- Trong TDMA các kênh được phân chia theo thời gian nênnhiễu giao thoa giữa các kênh kế cận giảm đáng kể

- TDMA sử dụng một kênh vô tuy ến để ghép nhiều luồng thôngtin 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 sốlượng kênh ghép tăng nên thời gian trễ do truy ền dẫn đa đường khôngthể bỏ qua được, do đó sự đồng bộ phải tối ưu

1.2.2.Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

Năm 1985 công nghệ CDMA ra đời, đó là công nghệ đa thâmnhập theo mã sử dụng kỹ thuật trải phổ được nghiên cứu và triển khaibởi hãng Qualcomm Communication Công nghệ này trước đó được

sử dụng chủ yếu trong quân sự và đến nay đã được sử dụng rộng rãinhiều nơi trên thế giới Giữa thập kỷ 1990, đa truy cập phân chia theo

mã (CDMA) trở thành loại hệ thống 2G thứ 2 khi người Mỹ đưa ratiêu chuẩn nội địa IS-95

Đối với hệ thống CDMA, tất cả người dùng sẽ sử dụng cùng lúcmột băng tần Tín hiệu truyền đi sẽ chiếm toàn bộ băng tần của hệthống Tuy nhiên, các tín hiệu của mỗi người dùng được phân biệt vớinhau bởi các chuỗi mã Thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trảiphổ cho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyếnđồng 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 ngẫunhiên PN

Trong hệ thống CDMA, tín hiệu bản tin băng hẹp được nhân vớitín hiệu băng thông rất rộng, gọi là tín hiệu phân tán Tín hiệu phântán là một chuỗi mã giả ngẫu nhiên mà tốc độ chip của nó rất lớn so vớitốc độ dữ liệu Tất cả các users trong một hệ thống CDMA dùng chungtần 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 táchsóng tín hiệu có từ mã giả ngẫu nhiên tương quan với nó Tất cả các mãkhác được xem như là nhiễu Để khôi phục lại tín hiệu thông tin, máythu cần phải biết từ mã dùng ở máy phát Mỗi thuê bao vận hành mộtcách độc lập mà không cần biết các thông tin của máy khác

 Đặc điểm của CDMA

- Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz

- Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp

- Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuy ến sử dụng cócường độ trư ờng rất nhỏ và chống fading hiệu quả hơn FDMA,TDMA

- Việc các thuê bao MS trong cell dùng chung tần số khiến chothiết bị truyền dẫn vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần sốkhông còn vấn đề, chuyển giao trở thành mềm, điều khiển dung lượngcell rất linh hoạt

- 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 mậtthông tin) cao hơn do sử dụng dãy mã ngẫu nhiên để trải phổ, khángnhiễu tốt hơn, khả năng thu đa đường tốt hơn, chuy ển vùng linh hoạt

Do hệ số tái sử dụng tần số là 1 nên không cần phải quan tâm đếnvấn đề nhiễu đồng kênh

- CDMA không có giới hạn rõ ràng về số người sử dụngnhư 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 bănghẹp với tốc độ bit thông tin của người sử dụng là 8-13 kbps

1.2.3.Quá trình phát triển 2.5G

Năm 1993 tại Nhật Bản, NTT đưa ra tiêu chuẩn di động số đầutiên của nước này (JPD-Japanish Personal Digital Cellular System) vàphát triển hệ thống thông tin di động số cá nhân (PDC-Personal DigitalCellular) với băng tần hoạt động là 900-1400MHz Ở Mỹ tiếp tục pháttriển hệ thống số IS54 thành phiên bản mới là IS-136 hay còn gọi làAMPS số (D-AMPS ) và đã đạt được nhiều thành công

Như vậy có 4 chuẩn chính đối với hệ thống 2G bao gồm: HệThống Thông Tin Di Động Toàn Cầu (GSM) và những dẫn xuất củanó; AMPS số (D-AMPS); Đa Truy Cập Phân Chia Theo Mã IS-95; vàMạng Tế Bào Số Hóa Cá Nhân (PDC) GSM đạt được thành công nhất

và được sử dụng rộng rãi trong hệ thống 2G

Tuy nhiên GSM mới chỉ cung cấp được các dịch vụ thoại và nhắntin ngắn, trong khi nhu cầu truy nhập internet và các dịch vụ từ người

sử dụng là rất lớn nên GSM phát triển lên 2.5G

Quá trình phát triển 2.5G : GSM  HSCSD ( High SpeedCircuit Switched Data)  GPRS (General Packet Radio Service) EDGE ( Enchanced Data Rates for GSM Evolution) Hệ thống 2.5Gcho tốc độ bit Data cao hơn 2G, hỗ trợ kết nối Internet và sử dụngphương thức chuyển mạch gói Mặc dù tiến bộ đáng kể nhưng 2.5G

vẫn gặp phải các hạn chế sau: tốc độ thấp và tài nguyên hạn hẹp, vì thếcần thiết phải chuyển đổi lên mạng thông tin di động thế hệ tiếp theo.

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

Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-2000 (InternationalMobil Telecommunication-2000) cho hệ thống 3G với các ưu điểmchính được mong đợi đem lại bởi hệ thống 3G là:

• Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao

• Các dịch vụ tin nhắn ( e-mail, fax, SMS, chat, )

• Các dịch vụ đa phương tiện ( xem phim, xem truyền hình, nghenhac, )

• Truy nhập Internet ( duyệt Web, tải tài liệu, )

• Sử dụng chung một công nghệ thống nhất, đảm bảo sự tươngthích toàn cầu giữa các hệ thống

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 CDMAIMT-2000

đã được ITU chấp thuận và đưa vào hoạt động trong những năm đầucủa 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 chogiao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ 3

 W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là sự nângcấp của các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng côngnghệ TDMA như: GSM, IS-136 CDMA2000 là sự nâng cấp của hệthống 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 3Thông tin di động thế hệ thứ 3 xây dựng trên cơ sở IMT-2000được 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 liêntục 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

• 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 HomeEnvironment) 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 chothoại, số liệu chuyển mạch kênh và số liệu chuyển mạchtheo gói

 Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

Để thỏa mãn các dịch vụ đa phương tiện cũng như đảm bảo khảnăng truy nhập cập Internet băng thông rộng, IMT-2000 hứa hẹn cungcấp băng thông 2Mbps, nhưng thực tế triển khai chỉ ra rằng với băngthông này việc chuyển giao rất khó, vì vậy chỉ khi làm việc tại một chỗmới được đáp ứng băng thông kết nối này, còn khi đi bộ băng thông sẽ

là 384Kbps, khi di chuyển bằng ô tô sẽ là 144Kbps Các hệ thống 3Gđiển hình là:

• UMTS (Universal Mobile Telephone System): dựa trên côngnghệ W-CDMA, là giải pháp được ưa chuộng cho các nướcđang triển khai các hệ thống GSM muốn chuyển lên 3G

• CDMA2000: Một chuẩn quan trọng khác của 3G, chuẩn này là

sự tiếp nối đối với các hệ thống đang sử dụng công nghệCDMA trong thế hệ 2

• TD-SCDMA: được phát triển tại Trung Quốc bởi các công tyDatang và Siemens

Hệ thống 3,5G là sự nâng cấp của 3G sử dụng các công nghệ nhưcông nghệ truy cập gói dữ liệu tốc độ cao HSPDA (High SpeedDownlink Packet Acces), song công phân chia theo thời gian TDD(Time Division Duplex) và các công nghệ đặc quyền như Flash OFDM.Tại Nhật Bản, NTT Docomo đã có kế hoạch khai trương các dịch vụHSDPA vào 2005

1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 ( 4G ).

Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 sang thế hệ 4 qua giai đoạntrung gian là thế hệ 3,5 có tên là mạng truy nhập gói đường xuống tốc

độ cao HSDPA Thế hệ 4 là công nghệ truyền thông không dây thứ

tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lýtưởng lên tới 1 cho đ ến 1.5Gbps Công nghệ 4G được hiểu là chuẩn

tương lai của các thiết bị không dây Các nghiên cứu đầu tiên củaNTT

DoCoMo cho biết, điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu với tốc độ

100 Mbps khi di chuyển và tới 1 Gbps khi đứng yên, cho phép người

sử dụng có thể tải và truyền lên hình ảnh động chất lượng cao Chuẩn4G cho phép truyền các ứng dụng phương tiện truyền thông phổ biếnnhất, góp phần tạo nên các những ứng dụng mạnh mẽ cho các mạngkhông dây nội bộ (WLAN) và các ứng dụng khác

Thế hệ 4 dùng kỹ thuật truyền tải truy cập phân chia theo tần sốtrực giao OFDM, là kỹ thuật nhiều tín hiệu được gởi đi cùng một lúcnhưng trên những tần số khác nhau Trong kỹ thuật OFDM, chỉ có mộtthiết bị truyền tín hiệu trên nhiều tần số độc lập (từ vài chục cho đếnvài ngàn tần số) Thiết bị 4G sử dụng máy thu vô tuyến xác nhận bởiphần mềm SDR (Software – Defined Radio) cho phép sử dụng băngthông hiệu quả hơn bằng cách dùng đa kênh đồng thời Tổng đàichuyển mạch mạng 4G chỉ dùng chuyển mạch gói, do đó, giảm trễ thờigian truyền và nhận dữ liệu

II. Tổng Quan Về Mạng 4G.

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 là100Mbps cho thuê bao di chuyển cao và 1Gbps cho thuê bao ít dichuyển, băng thông linh động lên đến 40MHz Sử dụng hoàn toàn trênnền IP, cung cấp các dịch vụ như điện thoại IP, truy cập internet băngrộng, các dịch vụ game và dòng HDTV đa phương tiện…

Hiện thế giới đang tồn tại 2 chuẩn công nghệ lõi của mạng 4G làWiMax và Long Term Evolution (LTE) WiMax là chuẩn kết nốikhông dây được phát triển bởi IEEE (Institute of Electrical andElectronics Engineers) còn LTE là chuẩn do 3GPP, một bộ phận củaliên minh các nhà mạng sử dụng công nghệ GSM Cả WiMax và LTE

đều sử dụng các công nghệ thu phát tiên tiến để nâng cao khả năng bắtsóng và hoạt động của thiết bị, mạng lưới Tuy nhiên, mỗi công nghệđều sử dụng một dải băng tần khác nhau

 Mục tiêu và cách tiếp cận

4G cung cấp QoS và tốc độ phát triển hơn nhiều so với 3Gđang tồn tại, không chỉ là truy cập băng rộng, dịch vụ tin nhắn đaphương tiện (MMS), chat video,TV di động mà còn các dịch vụHDTV, các dịch vụ tối thiểu như thoại, dliệu và các dịch vụ khác Nócho 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

• Tốc độ dữ liệu ít nhất là 100 Mbps giữa bất kỳ hai điểmnào 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 ởđường xuống và có thể nhỏ hơn băng thông 67 MHz)/

• Hiệu suất sử dụng phổ hệ thống lên đến 3 bit/s/Hz/cell ởđường xuống và 2.25 bit/s/Hz/cell cho việc sử dụng trongnhà

• 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 âmthanh 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 chuyểnmạch kênh nữa

- MIMO : để đạt được hiệu suất phổ tần cao bằng cách sửdụng phân tập theo không gian , đa anten đa người dùng

- Sử dụng lượng tử hóa trong miền tần số, chẳng hạn nhưOFDM hoặc SCFDE (single carrier frequency domainequalization) ở đường xuống : để tận dụng thuộc tính chọn lọctần số của kênh mà không phải lượng tử phức tạp

- Ghép kênh trong miền tần số chẳng hạn như OFDMAhoặc SC-FDMA ở đường xuống : tốc độ bit thay đổi bằng việcgán cho người dùng các kênh con khác nhau dựa trên điều kiệnkênh

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

ưu Tốc độ DL :100Mbps( ở BW 20MHz), UL : 50 Mbps với 2aten thu một anten phát Độ trễ nhỏ hơn 5ms với độ rộng BWlinh hoạt là ưu điểm của LTE so với WCDMA, BW từ 1.2 MHz,2.5 MHz, 5MHz, 10 MHz, 15MHz, 20 MHz Hiệu quả trải phổtăng 4 lần và tăng 10 lần số người dùng/cell so vớiWCDMA

2.1.1. 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 mạchkênh nữa.

Hiệu quả trải phổ tăng 4 lần và tăng 10 lần user/cell so vớiWCDMA

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

2.1.2.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

 Độ trễ thấp -Thời gian cài đặt và th ời gian trì hoãn chuyển tiếp ngắn.-Trễ HO và thời gian ngắt ngắn : TTI ngắn, trạng thái RRCđơn 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 dịchvụ: LTE sử dụng các dải tần số khác nhau : 2100MHz, 1900MHz,1700MHz, 2600MHz, 900MHz, 800MHz

-Luôn luôn thử nghiệm ( giảm thời gian trễ trong điều khiểnđịnh 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 caohơn

• 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 cannhiễu: can nhiễu bên trong cell và can nhiễu liên cell Nhưng đối vớiLTE thì: do tính trực giao nên can nhiễu trong cùng một cell có thểkhông 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, 4đồng 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 thôngtin di động số là tốc độ bit thông tin của người sử dụng và tính diđộng, ở các thế hệ tiếp theo các thông số này càng được cải thiện Nêuđược 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:CÔNG NGHỆ MẠNG 4G – LTE

1. Công nghệ LTE

1.1 Giới thiệu

LTE (viết tắt của cụm từ Long Term Evolution, có nghĩa là Tiếnhóa dài hạn), công nghệ này được coi như công nghệ di động thế hệ thứ

4 (4G, nhưng thực chất LTE mới chỉ được coi như 3,9G)

4G – LTE là một chuẩn cho truyền thông không dây tốc độ dữ liệucao dành cho điện thoại di động và các thiết bị đầu cuối dữ liệu Nódựa trên các công nghệ mạng GSM/EDGE và UMTS/HSPA, LTE nhờ

sử dụng các kỹ thuật điều chế mới và một loạt các giải pháp công nghệkhác như lập lịch phụ thuộc kênh và thích nghi tốc độ dữ liệu, kỹ thuật

đa anten để tăng dung lượng và tốc độ dữ liệu

Kiến trúc mạng mới được thiết kế với mục tiêu “tiến hoá” các côngnghệ truy cập vô tuyến đê đảm bảo tính cạnh tranh của 3GPP trongkhoảng thời gian 10 năm Các yêu cầu cho LTE đã được định nghĩa vàhoàn tất vào tháng 6/2015

Các yêu cầu của LTE:

• Giảm trễ cả về thiết lập kết nối và độ trễ truyền dẫn

• Tăng tỷ lệ dữ liệu người dùng

• Tăng tốc độ bit, thống nhất về cùng cấp dịch vụ

• Hỗ trợ lên đến 200 người dùng hoạt động trong một cell(5MHz)

• Hiệu suất cao trong khoảng 15 – 120km/h

• Giảm chi phí trên bit dữ liệu, nâng cao hiệu qur phổ truyền dẫn

• Tính linh hoạt hơn trong việc sử dụng phổ tần, trong cả băngmới và băng đã tồn tại

• Đơn giản hoá cấu trúc mạng

• Di động đồng nhất, bao gồm giữa các côg nghệ truy cập vôtuyến khác nhau

• Hợp lý điện năng tiêu thụ cho các thiết bị đầu cuối di động

Hệ thống băng thông linh hoạt hơn nhờ vào mô hình đa truy cậpOFDMA và SC-FDMA Thêm vào đó, FDD và TDD, bán song côngFDD cho phép các UE có giá thành thấp Không giống như FDD, bánsong công FDD không yêu cầu phát và thu tại cùng thời điểm điều nàylàm giảm giá thành cho bộ song công trong UE Truy cập tuyến lên dựavào đa truy cập phân chia theo tần số sóng mang, cho phép tăng vùngphủ tuyến lên, làm tỉ số công suất đỉnh trên công suất trung bình thấp

so với OFDMA

LTE sử dụng tần số một cách linh động, có thể hoạt động ở băngtần có độ rộng từ 1,25MHz cho tới 20MHz Tốc độ truyền dữ liệu lớnnhất (về lý thuyết) của LTE có thể đạt tới 25Mbps khi độ rộng băngthông là 20MHz

1.2 Các giai đoạn phát triển LTE

Bắt đầu năm 2004, dự án LTE tập trung vào phát triển thêmUTRAN và tối ưu cấu trúc truy cập vô tuyến của 3GPP

Mục tiêu hướng đến là dung lượng dữ liệu truyền tải trung bìnhcủa một người dùng trên 1MHz 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 kí thuật truy cập vô tuyến thế hệ thứ 3

“EUTRA” phát triển từ những bước khả thi để đưa ra các đặc tính kĩthuật được chấp nhận Cuối 2003, các kĩ thuật này được sử dụng trongthương mại

Các kĩ thuật OFDMA được sử dụng cho đường xuống và FDMA được sử dụng cho đường lên

SC-1.3 Tình hình triển khai LTE trên thế giới

Theo thống kê và dự báo trên trang www.gsacom.com thì đếntháng 9/2012 trên thế giới

• Có 347 nhà cung cấp đang đầu tư phát triển LTE

• 292 nhà mạng đang lên kế hoạch triển khai LTE ở 93 quốc gia

• 55 nhà mạng trên 11 quốc gia khác cam kết và đang thử nghiệmcông nghệ LTE Trong đó có 3 nhà mạng của Việt Nam:VNPT, Viettel và FPT

Có 96 nhà mạng của 46 quốc gia đã tiền hành thương mại hoá dịch

vụ trên nền LTE Đến tháng 6/2012 là khoảng 28 triệu thuê bao LTE

Dự kiến hết năm 2012 sẽ có 152 nhà mạng cung cấp dịch vụ chính thức

ở 65 quốc gia trên toàn thế giới

Có 417 sản phẩm đầu cuối LTE được sản xuất bởi 67 nhà sản xuất

2. So sánh dịch vụ 3G với 4G – LTE

Công nghệ 4G được phát triển dựa trên sự kế thừa của công nghệ 3G Mạng không dây công nghệ 4G có tốc độ nhanh hơn mạng 3G từ 4 đến 10 lần 3G có tốc độ tải xuống tối đa là 14Mbps và tải lên là

5.8Mbps Tuy nhiên, đối với công nghệ 4G tốc độ tối đa có thể tải xuống là 100Mbps đối với người dùng di động và 1Gbps đối với người dùng cố định

3G sử dụng dải tần quy định cho UL là 1885 – 2025 MHz, DL là

2110 – 2200 MHz, với tốc độ từ 144kbps – 2Mbps, độ rộng BW là 5MHz 4G – LTE động ở dải tần quy định cho UL là 50 Mbps và DL là

100 Mbps với tốc độ cao, độ trễ thấp, độ rộng BW là 20 MHz Đặc biệt, độ trễ nhỏ hơn 5ms và độ rộng linh hoạt của công nghệ LTE so với 3G

Dễ thấy, công nghệ 4G có tốc độ dữ liệu cao hơn rất hiều lần so với 3G Tăng hiệu quả sử dụng phổ và giảm thời gian trễ Cấu trúc mạng đơn giản hơn và hoàn toàn không có chuyển mạch kênh Hiệu quả trải phổ tăng 4 lần và tăng 10 lần số người dùng/ cell so với

WCDMA Ngoài ra, độ rộng băng tần linh hoạt cũng là ưu điểm uan trọng của LTE đối với WCDMA

Với những ưu điểm trên, công nghệ 4G – LTE cung cấp nhiều dịch vụ đa dạng hơn Ứng dụng đa dạng về dòng dữ liệu lớn, tải về và chia sẻ video, nhạc và nội dung đa phương tiện Có thể so sánh dịch vụnhư bảng dưới đây

3G 4G Thoại Âm thanh thời gian thực VoIP, video hội nghi chất lượng caoTin nhắn SMS, MMS Tin nhắn photo, email di động, tin nhắn video

Lướt web

Truy cập 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

Cước phí

Dựa trên tính cước chuẩn.

Chính yếu là dựa trên thông tin văn bản

Tạp chí trực tuyến, dòng

âm thanh chất lượng cao Game Tải về và chơi game trực tuyến Chơi trực tuyến trên cả mạng di động lẫn cố địnhNhạc Tải các track và các dịch vụ âm thanh Lưu trữ và tải nhạc chất lượng cao

Thương mại qua điện

vụ nhanh chóng

Mạng dữ liệu di động Truy cập đến các mạng nội bộ và cơ sở dữ liệu

Chuyển đổi file P2P, các ứng dụng kinh doanh, chia sẻ, thông tin M2M,

di động intranet/ extranet

So sánh LTE, HSPA và WIMAX

LTE HSPA WiMAX Phiên bản 3GPP Rel.8 (3/2009) 3GPP Rel.6 802.16e (2005)

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

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

Các thông

số hướng

đến

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

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

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

Khả năng

tương thích

lùi

Kế thừa chuẩn 3GPP, nhưng khác kĩ thuật nên đòi hỏi thiết bị mới ở RAN nếu dãi tần khác nhau đc sử dụng

Tương thích với Rel.99

Không tương thích lùi với 3GPP hay 3GPP2

Về công nghệ LTE và WiMAX có nhiều điểm tương đồng

• Cả hai công nghẹ đều dựa trên nền tảng IP

• Đều dùng kĩ thuật MIMO để cải thiện chất lượng truyền /nhận tín hiệu, đường xuống từ trạm thu phát đến thiết bị đầu cuối đều đc tăng tốc độ bằng kĩ 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

• LTE dùng kĩ thuật SC-FDMA

Về lí 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

• LTE đc thiết kế tương thích với cả phương thức TDD và FDD

• 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)

FDD cho phép truyền dữ liệu lên và xuống thông qua 2 kênh tần

số khác biệt

 Điều này có nghĩa LTE có nhiều phổ tần sử dụng hơn WiMax

So với WiMax, LTE có một lợi thế mạnh được cho là rất quan

3. CẤU TRÚC LTE VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN.

3 Thông Số Yêu Cầu LTE

3.1.1.Thông số vật lí của LTE

Kỹ thuật truy cập UL DTFS-OFDM (SC-FDMA)

DL OFDMA Băng thông 1.4MHz, 3 MHz , 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 MHz TTI tối thiểu 1ms

Khoảng cách sóng mang con 15KHz

Chiều dài CP Ngắn 4.7µs

Dài 16.7 µs Điều chế QPSK, 16QAM, 64QAM

Ghép kênh không gian

1 lớp cho UL/UE Lên đến 4 lớp cho DL/UE

Sử dụng MU-MIMO cho UL và DL

3.1.2.Các đặc tính cơ bản của LTE

- Hoạt động ở băng tần : 700 MHz-2,6 GHz

- Tốc độ:

• 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 chỉđịnh 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 m ở rộng (2.5 GHz), cũng như tại 850 -900 MHz, 1800 MHz, phổ AWS (1.7-2.1 GHz)…Băng tần chỉ định dưới 5MHz được định nghĩa bởi IUT thì phù hợp vớidịch 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

Có nhiều loại chức năng khác nhau trong mạng tế bào Dựa vào chúng, mạng có thể được chia thành hai phần: mạng truy nhập vô tuyến

và mạng lõi Những chức năng như điều chế, nén, chuyển giao thuộc về mạng truy nhập Còn những chức năng khác như tính cước hoặc quản lý di động là thành phần của mạng lõi Với LTE, mạng truy nhập là E-UTRAN và mạng lõi là EPC

Mục đích chính của LTE là tối thiểu hóa số node Vì vậy, người phát triển đã chọn một cấu trúc đơn node Trạm gốc mới phức tạp hơn NodeB trong mạng truy nhập vô tuyến WCDMA/HSPA, và vì vậy được gọi là eNodeB (Enhance Node B) Những eNodeB có tất cả

những chức năng cần thiết cho mạng truy nhập vô tuyến LTE, kể cả những chức năng liên quan đến quản lý tài nguyên vô tuyến

Giao diện vô tuyến sử dụng trong E-UTRAN bây giờ chỉ còn là S1 và X2 Trong đó S1 là giao diện vô tuyến kết nối giữa eNodeB và mạng lõi S1 chia làm hai loại là S1-U là giao diện giữa eNodeB và SAE –GW và S1-MME là giao diện giữa eNodeB và MME X2 là giaodiện giữa các eNodeB với nhau.

Hình 1 – Cấu trúc cơ bản của LTE

Mạng lõi: mạng lõi mới là sự mở rộng hoàn toàn của mạng lõi trong hệ thống 3G, và nó chỉ bao phủ miền chuyển mạch gói Vì vậy, nó có một cái tên mới: Evolved Packet Core (EPC)

Cùng một mục đích như E-UTRAN, số node trong EPC đã được giảm EPC chia luồng dữ liệu người dùng thành mặt phẳng người dùng và mặt phẳng điều khiển Một node cụ thể được định nghĩacho mỗi mặt phẳng, cộng với Gateway chung kết nối mạng LTE với internet và những hệ thống khác EPC gồm có một vài thực thể chức năng

- MME (Mobility Management Entity): chịu trách nhiệm xử lý những chức năng mặt bằng điều khiển, liên quan đến quản lý thuê bao và quản lý phiên.

- Gateway dịch vụ (Serving Gateway): là vị trí kết nối của giao tiếp dữ liệu gói với E-UTRAN Nó còn hoạt động như một node định tuyến đến những kỹ thuật 3GPP khác

- P-Gateway (Packet Data Network): là điểm đầu cuối cho những phiên hướng về mạng dữ liệu gói bên ngoài Nó cũng

là Router đến mạng Internet

- PCRF (Policyand Charging Rules Function): điều khiển việc tạo

ra bảng giá và cấu hình hệ thống con đa phương tiện IP IMS (the

IP Multimedia Subsystem) cho mỗi người dùng

- HSS (Home Subscriber Server): là nơi lưu trữ dữ liệu của thuê bao cho tất cả dữ liệu của người dùng Nó là cơ sở dữ liệu chủtrung tâm trong trung tâm của nhà khai thác

4 TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE

Các chế độ truy nhập vô tuyến

Giao diện không gian LTE hỗ trợ cả hai chế độ là song công phânchia theo tần số ( FDD) và song công phân chia theo thời gian( TDD), mỗi chế độ có một cấu trúc khung riêng Chế độ bán songcông FDD cho phép chia sẻ phần cứng giữa đường lên và đườngxuống vì đường lên và đường xuống không bao giờ sử dụng đồngthời

Giao diện không gian LTE cũng hỗ trợ phát đa phương tiện và cácdịch vụ phát quảng bá đa điểm (MBMS) Một công nghệ tương đốimới cho nội dung phát sóng như truyền hình kỹ thuật số tới UEbằng cách sử dụng các kết nối điểm - đa điểm LTE sẽ hoạt độngqua một mạng đơn tần số phát quảng bá / đa điểm(MBSFN), bằngcách sử dụng một dạng sóng đồng bộ thời gian chung mà có thểtruyền 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 tốvòng (CP) để bảo vệ các sự sai khác do trễ khi truyền tải, để các UEtruyền tải như là từ một tế bào lớn duy nhất Công nghệ này giúpcho LTE có hiệu suất cao cho truyền tải MBMS

Băng tần truyền dẫn

LTE phải hỗ trợ thị trường không dây quốc tế , các quy định vềphổ tần trong khu vực và phổ tần sẵn có Để đạt được điều này cácthông số kỹ thuật bao gồm băng thông kênh biến đổi có thể lựa chọn

từ 1,4 tới 20MHz Với khoảng cách giữa các sóng mang con là15kHz Nếu eMBMS mới được sử dụng , cũng có thể khoảng cáchgiữa các sóng mang con là 7,5kHz Khoảng cách giữa các sóngmang con là một hằng số và nó không phụ thuộc vào băng thôngcủa kênh 3GPP đã xác định giao diện vô tuyến của LTE là băngthông không thể biết, nó cho phép giao diện vô tuyến thích ứng vớibăng thông kênh khác nhau với ảnh hưởng nhỏ nhất vào hoạt độngcủa hệ thống

Giá trị nhỏ nhất của tài nguyên có thể được phân bố ở đường lên

và đường xuống được gọi là một khối tài nguyên (RB) Một RB có

độ rộng là 180kHz và kéo dài trong một khe thời gian là 0,5ms VớiLTE tiêu chuẩn thì một RB bao gồm 12 sóng mang con với khoảngcách giữa các sóng mang con là 15kHz, và cho eMBMS với tùychọn khoảng cách giữa các sóng mang con là 7,5kHz và một RBgồm 24 sóng mang con cho 0,5ms

Các băng tần được hỗ trợ

Các thông số kỹ thuật của LTE là được thừa hưởng tất cả các băngtần đã xác định cho UMTS, vẫn đang được phát triển thêm Tại thờiđiểm hiện nay được đăng ký có 15 băng tần FDD và 8 băng tầnTDD đang được khai thác Quan trọng là sự chồng chéo giữa mộtvài băng tần đang tồn tại, nhưng điều này không cần thiết phải đơngiản hóa các thiết kế từ khi có thể có các yêu cầu về hiệu suất băngtần cụ thể dựa trên các nhu cầu của khu vực, không có sự nhất trínào về việc băng tần LTE đầu tiên sẽ được triển khai , vì câu trả lờinày phụ thuộc nhiều vào các biến đổi của từng vùng Sự thiếu đồngthuận này nó dẫn tới một sự phức tạp đáng kể cho các nhà sản xuấtthiết bị, trái ngược với sự khởi đầu của GSM và WCDMA, cả haiđều đã được xác định với chỉ một băng tần Các băng tần vận hànhcho E-UTRAN được chỉ ra trong bảng 3.1

Băng tần vận hành

E-UTRAN

Băng tần vận hành đường lên (UL) ;

BS thu , UE phát

Băng tần vận hành đường xuống (DL);

BS phát , UE thu Chế độ song công

12 698 – 716 MHz 728 – 746 MHz FDD

4.1. Kỹ thuật đa truy nhập cho đường xuống OFDMA

OFDMA là phương pháp đa truy nhập vô tuyến dựa trên OFDM được

sử dụng trong các hệ thống thông tin di động băng rộng thay thếCDMA.Trong đó OFDM là công nghệ truyền dẫn đa sóng mang tiết kiệmbăng tần sẽ được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin vô tuyếnbăng rộng tốc độ cao Nội dung chương này ta sẽ xét đến nguyên lý OFDM

và ứng dụng nó trong mô hình lớp vật lý OFDMA đường xuống của LTE

4.1.1. Nguyên lý OFDM

4.1.1.1. Khái quát chung

Truyền dẫn OFDM là kiểu truyền dẫn đa sóng mang với một số đặc trưng cơ bản sau :

Sử dụng nhiều sóng mang băng hẹp : Nguyên lý cơ bản của OFDM làchia một luồng dữ liệu tốc độ cao thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn

và phát đồng thời trên một số các sóng mang con song song băng hẹp

Trong OFDM, dữ liệu trên mỗi sóng mang chồng lên dữ liệu trên cácsóng mang lân cận Sự chồng chập này là nguyên nhân làm tăng hiệu quả

sử dụng phổ trong OFDM (hình 2.1)

Hình 2.1 Hiệu quả sử dụng phổ của OFDM

4.1.1.2. Tính chất trực giao trong OFDM

Các tín hiệu được gọi là trực giao nếu chúng độc lập tuyến tính vớinhau Trực giao là một đặc tính giúp cho các tín hiệu đa thông tin (multipleinformation signal) được truyền một cách hoàn hảo (không bị lỗi) qua mộtkênh truyền thông thường và được tách mà không gây nhiễu xuyên kênh.Việc mất tính trực giao sẽ tạo ra sự chồng lắp giữa các tín hiệu mang thôngtin và làm suy giảm chất lượng tín hiệu

Máy phát Máy thu

Hình 2.2 Máy phát và thu các sóng mang con trực giao

• Các sóng mang con trực giao lẫn nhau thỏa :

OFDM đạt được tính trực giao trong miền tần số bằng cách chia các tín hiệu mang thông tin riêng biệt vào mỗi sóng mang con khác nhau Tín hiệu OFDM bao gồm các hàm sin cơ bản, mỗi hàm tương ứng với một sóng mang con Tần số ở băng tần gốc của mỗi sóng mang con được chọn bằng số

nguyên lần của nghịch đảo thời gian của một ký hiệu Do đó, tất cả các sóng mang con đều có số nguyên lần chu kỳ trong mỗi symbol Kết quả là các sóngmang con trực giao với nhau

Tập hợp các hàm sẽ trực giao với nhau nếu chúng thỏa điều kiện trongphương trình (2.1) Nếu 2 hàm bất kỳ trong tập hợp các hàm trực giao khinhân với nhau và lấy tích phân trong khoảng thời gian một ký hiệu, kết quả

sẽ bằng không Một cách khác, nếu chúng ta xem xét bộ thu kết hợp cho mộttrong các hàm trực giao (dùng để tách hàm trực giao cần thiết), khi đó bộthu chỉ nhận được kết quả của hàm đó Kết quả từ tất cả các hàm khác trongtập hợp sau khi lấy tích phân đều bằng không và do đó không gây ảnhhưởng

Trong miền tần số, phổ của các sóng mang con chồng lấn lên nhaunhưng không gây nhiễu giao thoa lẫn nhau là nhờ vào tính trực giao giữa