Nghiên cứu công nghệ LTE và ứng dụng trong mạng 4g

Tuy nhiên, mạng di động này cũng có một số nhược điểm như: Tốc độ truyền dữ liệu lớn nhất là 14,4Mbps, vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của người dùng, khả năng đáp ứng các dị

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

LÊ THỊ ÁI THI

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ LTE

VÀ ỨNG DỤNG TRONG MẠNG 4G

Chuyên ngành: Công nghệ thông tin

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GSTS NGUYỄN THÚC HẢI

Hà Nội – Năm 2014

Xin gửi lời cảm ơn các tác giả của các tài liệu mà tôi đã tham khảo, trích dẫn trong luận văn nhưng không có điều kiện xin phép

Cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè đã động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận này Mặc dù tôi đã cố gắng hoàn thành luận văn bằng tất cả nhiệt huyết và năng lực nhưng chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận được ý kiến góp ý của quý Thầy Cô và các anh chị đồng nghiệp

Cuối cùng xin gửi đến tất cả mọi người lời chúc sức khỏe, hạnh phúc và thành đạt

Nha Trang tháng 2 năm 2014

Học viên Lê Thị Ái Thi

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ những nội dung và số liệu trong luận văn này do tôi

tự tìm hiểu, nghiên cứu và thực hiện

Học viên Lê Thị Ái Thi

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC CÁC BẢNG 9

DANH MỤC CÁC HÌNH 10

MỞ ĐẦU 11

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ CÔNG NGHỆ LTE 13

1.1 Sự phát triển của mạng thông tin di động 13

1.2 Lộ trình phát triển lên 4G 16

1.3 Giới thiệu tổng quan về LTE 20

1.3.1 Khái niệm 20

1.3.2 Các tính năng của LTE 20

1.3.3 Các dịch vụ của LTE 22

CHƯƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT QUAN TRỌNG CỦA LTE 25

2.1 OFDMA của LTE 25

2.1.1 Nguyên lý hoạt động thu phát tín hiệu của OFDM 25

2.1.2 Mã hóa kênh và phân tập tần số trong truyền dẫn OFDM 26

2.1.3 Sử dụng OFDM cho ghép kênh và đa truy cập 28

2.2 SC-FDMA trong LTE 30

2.3 Kỹ thuật đa anten trong LTE 34

2.3.1 Giới thiệu chung 34

2.3.2 SU- MIMO đường xuống trong LTE 35

2.3.3 MU - MIMO trong LTE 37

2.3.3.1 MIMO đa người sử dụng (MU-MIMO) đường xuống 37

2.3.3.2 MIMO đa người sử dụng (MU-MIMO) đường lên 40

CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP THOẠI TRONG LTE 43

3.1 Giới thiệu chung về thoại trong LTE 43

3.1.1 Giới thiệu 43

3.1.2 Các giải pháp cho VoLTE 43

3.2 Giải pháp dùng CSFB cho thoại trên LTE 46

3.2.1 Mô tả về CSFB 46

3.2.2 Phương thức hoạt động 48

3.2.3 Ưu nhược điểm của giải pháp CSFB 51

2.3 Giải pháp dùng SRVCC cho thoại trên LTE 51

2.3.1 Khái niệm về SRVCC 51

2.3.2 Nguyên lý hoạt động SRVCC 53

2.3.3 Ưu nhược điểm của SRVCC 56

CHƯƠNG 4: QUÁ TRÌNH THỬ NGHIỆM LTE CỦA VIETTEL VÀ ĐỀ XUẤT58 4.1 Tình hình triển khai LTE tại Việt Nam và thế giới 58

4.1.1 Tình hình triển khai LTE trên thế giới 58

4.1.2 Tình hình triển khai LTE tại Việt Nam 60

4.2 Quá trình thử nghiệm LTE tại Tập đoàn Viettel 61

4.2.1 Cơ sở để tiến hành thử nghiệm LTE 61

4.2.1.1 Tiêu chuẩn công nghệ thử nghiệm 61

4.2.1.2Lưu lượng phục vụ tối đa của một trạm phát sóng 62

4.2.1.3 Băng tần sử dụng 62

4.2.1.4 Các giao diện và kết nối trong mạng LTE Viettel 63

4.2.2 Kết quả mô phỏng và thiết kế trạm thử nghiệm 65

4.2.2.1 Tiến độ triển khai dự án 65

4.2.2.2 Kết quả mô phỏng vùng phủ tại HCM 66

4.2.3 Kết quả thử nghiệm 72

4.2.3.1 Hiệu quả sử dụng tần số 72

4.2.3.2 Khả năng phục vụ, lưu lượng, chất lượng dịch vụ thoại, dữ liệu, đa phương tiện 72

4.2.3.3 Tốc độ thấp nhất, cao nhất đối với dịch vụ vô tuyến di động băng rộng theo đường lên và xuống (khai báo trên hệ thống) 74

4.2.3.4 Tỷ lệ thiết lập dịch vụ thành công, độ trễ truyền data, độ trễ thiết lập dịch vụ, độ trễ chuyển giao 74

4.2.3.5 Các dịch vụ thử nghiệm 76

4.3 Đề xuất 76

4.3.1 Đề xuất với kết quả thử nghiệm của Viettel 76

4.3.2 Đề xuất chung cho các nhà mạng về vùng phủ mạng vô tuyến 4G 77

KẾT LUẬN 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CQI Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lƣợng kênh

CSSR Call Set-up Success Rate Tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành

công CPE Customer Premises Equipment Thiết bị truyền thông cá nhân DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc

DFTS –

OFDM

DFT – Spread OFDM OFDM trải phổ

DVB Digital Video Broadcasting Chuẩn Truyền Dẫn

EPC Evolved Packet Core Mạng lõi gói phát triển

E – UTRA Evolved UTRA Truy nhập vô tuyến mặt đất

UMTS phát triển FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo

thời gian FDMA Frequency Division Multiplex

Access

Đa truy nhập phân chia theo tần

số FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh

GERAN GSM EDGE Radio Access

Network

Mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

HSDPA High Speed Downlink Packet

Access

Truy nhập gói đường xuống tốc

độ cao HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao

HSUPA High Speed Uplink Packet

Biến đổi Fourier rời rạc ngược

IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh ngược IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP IMT – 2000 International Mobile

Telecommunications 2000

Thông tin di động quốc tế 2000

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ITU International

Telecommunications Union

Liên đoàn Viễn thông quốc tế

MBMS Multimedia Broadcast Multicast

Service

Dịch vụ quảng bá đa phương đa phương tiện

MCS Modulation and Coding Scheme Sơ đồ mã hóa và điều chế

MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động

OFDMA Orthogonal Frequency

Division Multiplexing Access

Đa truy nhập phân chia theo tần

số trực giao PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh trên công

suất trung bình PCI Precoding Control Indication Chỉ thị điều khiển tiền mã hóa

QAM Quadrature Amplitude

Modulation

Điều chế biên độ vuông góc

QoS Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

SAE System Architecture Evolution Phát triển kiến trúc mạng

SC – FDMA Single Carrier – Frequency

Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần

số đơn sóng mang SDMA Spatial Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia không

gian SMS Short Message Service Dịch vụ bản tin ngắn

TCP/IP Transmission Control Protocol

IP

Giao thức điều khiển truyền dẫn

IP TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo

thời gian

UMTS Universal Mobile

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Mục tiêu của 4G 17

Bảng 1.2 Dịch vụ và ứng dụng của LTE 23

Bảng 4.1 Lưu lượng phục vụ tối đa của một trạm phát sóng LTE 62

Bảng 4.2 Thiết kế trạm thực thế tại HCM 68

Bảng 4.3 Thiết kế trạm thực tế tại Hà Nội 71

Bảng 4.4 Lưu lượng phục vụ tối đa của một trạm gốc tại HCM 72

Bảng 4.5 Lưu lượng phục vụ tối đa của một trạm gốc tại Hà Nội 72

Bảng 4.6 Lưu lượng trung bình của một trạm gốc tại HCM 73

Bảng 4.7 Lưu lượng trung bình của một trạm gốc tại HN 73

Bảng 4.8 Tỷ lệ thiết lập dịch vụ thành công đo kiểm 74

Bảng 4.9 Tỷ lệ thiết lập dịch vụ thành công 74

Bảng 4.10 Độ trễ truyền data 75

Bảng 4.11 Độ trễ thiết lập dịch vụ 75

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Sự phát triển của mạng thông tin di động tế bào 13

Hình 1.2 Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G 18

Hình 2.1 sơ đồ khối của thiết bị đầu cuối OFDM 26

Hình 2.2 Giải thích vai trò của mã hóa kênh trong OFDM 27

Hình 2.3 OFDM được sử dụng cho sơ đồ ghép kênh/đa truy nhập 28

Hình 2.4 Ghép kênh người sử dụng/OFDMA phân bố 29

Hình 2.5 Điều khiển định thời phát đường lên 30

Hình 2.6 SC-FDMA trên cơ sở DFTS-OFDM 31

Hình 2.7 Khác nhau trong việc truyền ký hiệu số liệu OFDMA và SC-FDMA 32

Hình 2.8 Các phương pháp ấn định sóng mang con nhiều người sử dụng 33

Hình 2.9 Sơ đồ sắp xếp: a) LFDMA và b) IFDMA 33

Hình 2.9 Mô hình truyền dẫn SU-MIMO tổng quát 35

Hình 2.10 Xử lý tín hiệu SU-MIMO vòng kín phía phát 36

Hình 2.11 MU-MIMO cho nhiều UE sử dụng cùng tài nguyên thời gian tần số 40

Hình 2.12 MU-MIMO đường lên 40

Hình 2.13 Ghép kênh số liệu và tín hiệu tham chuẩn trên đường lên 41

Hình 3.1 Giao thức truyền thông tin từ thiết bị đầu cuối đến IMS 44

Hình 3.2 Mô tả 2 giải pháp chính để cung cấp dịch vụ thoại trên LTE 45

Hình 3.3 Tiến trình chuẩn hóa VoLTE 45

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động CSFB 47

Hình 3.5 Sơ đồ giao điện SGs dùng trong CFSB 47

Hình 3.6 Sơ đồ dự phòng chuyển mạch kênh 48

Hình 3 7 So sánh thời gian thiết lập cuộc gọi 2G/3G và CSFB 49

Hình 3 8 Sơ đồ phương pháp RIM giảm thời gian kết nối 2G/3G 50

Hình 3 9 Sơ đồ phương pháp DMCR giảm thời gian kết nối 3G 50

Hình 3.10 Kiến trúc VoLTE dựa trên SRVCC 52

Hình 3.11 Sơ đồ SRVCC khi chuyển giao giữa LTE và 2G/3G 53

Hình 3.12 Sơ đồ tiến trình chuyển giao từ LTE sang 2G/3G 55

Hình 4.1 Biểu đồ tăng trưởng số nhà mạng LTE đến 2013 59

Hình 4.2 Biểu đồ lượng thuê bao LTE đến 2013 60

Hình 4.3 Các kết nối và giao diện trong mạngLTE Viettel 63

Hình 4.4 Kết quả mô phỏng vùng phủ tại HCM Thiết kế trạm thực thế tại HCM 66

Hình 4 5 Kết quả mô phỏng vùng phủ tại HNI Thiết kế trạm thực tế tại HNI 69

MỞ ĐẦU

1.Lý do chọn đề tài

Trước sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của các dịch vụ số liệu, xu hướng tích hợp

và IP hoá đã đặt ra các yêu cầu mới đối với công nghiệp viễn thông di động Mạng thông tin di động thế hệ ba ra đời đã khắc phục được các nhược điểm của các mạng thông tin di động thế hệ trước đó Tuy nhiên, mạng di động này cũng có một số nhược điểm như: Tốc độ truyền dữ liệu lớn nhất là 14,4Mbps, vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của người dùng, khả năng đáp ứng các dịch vụ thời gian thực như hội nghị truyền hình là chưa cao, rất khó trong việc download các file

dữ liệu lớn, tính mở của mạng chưa cao, khi đưa một dịch vụ mới vào mạng sẽ gặp rất nhiều vấn đề do tốc độ mạng thấp, tài nguyên băng tần ít

Trong bối cảnh đó người ta đã chuyển hướng sang nghiên cứu công nghệ mới thuộc hệ thống thông tin di động thứ 4 như là công nghệ LTE, WIMAX Sự ra đời của các công nghệ này mở ra khả năng tích hợp tất cả các dịch vụ, cung cấp băng thông rộng, dung lượng lớn, truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao, cung cấp cho người sử dụng những hình ảnh video màu chất lượng cao, các trò chơi đồ hoạ 3D linh hoạt, các dịch vụ âm thanh số

Hiện nay thị trường di động Việt Nam số thuê bao không ngừng tăng, nhu cầu

về việc sử dụng các dịch vụ và các dịch vụ đa phương tiện ngày càng cao và càng đòi hỏi cao hơn trong tương lai Do đó việc nghiên cứu một công nghệ mới vừa tận dụng được cơ sở hạ tầng cũ 2G, 3G vừa đáp ứng các nhu cầu thị trường trong tương lai là rất cần thiết Và công nghệ LTE là một sự lựa chọn phù hợp Đó chính là lý do

mà tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu công nghệ LTE và ứng dụng trong mạng 4G”

2 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Với đề tài: “Nghiên cứu công nghệ LTE và ứng dụng trong mạng 4G” tác giả

đã nghiên cứu tổng quát về công nghệ LTE; các kỹ thuật quan trọng của LTE như

OFDMA, SC-FDMA, đa anten MIMO; các giải pháp thoại cho LTE; quá trình thử nghiệm LTE của công ty viễn thông Viettel; từ đó luận văn đề xuất riêng cho Viettel bổ sung thêm giải pháp CSFB; đề xuất chung cho các nhà mạng di động giải pháp về vùng phủ mạng vô tuyến 4G

3 Phương pháp nghiên cứu

- Tổng hợp và kế thừa những kết quả liên quan đã có

- Nghiên cứu lý thuyết, tăng cường trao đổi khoa học, tham gia báo cáo tại các hội thảo khoa học

- Thực nghiệm và đánh giá kết quả đạt được

4 Nội dung chính của luận văn

Chương 1: Giới thiệu tổng quan hệ thống thông tin di động và công nghệ LTE; giới thiệu về sự phát triển thông tin di động thế hệ 1G, 2G, 3G và lộ trình tiến

đến 4G, tổng quan về công nghệ LTE

Chương 2: Các kỹ thuật quan trọng của LTE; trình bày các đặc tả kỹ thuật,

nguyên lý hoạt động của đường xuống download OFDMA và đường lên upload FDMA; trình bày kỹ thuật đa anten MIMO gồm SU-MIMO và MU-MIMO

SC-Chương 3: Giải pháp thoại cho LTE; giới thiệu chung về VoLTE, trình bày

phương thức hoạt động và ưu nhược điểm của 2 giải pháp thoại CSFB và SRVCC;

Chương 4: Quá trình thử nghiệm LTE của Viettel và các đề xuất; trình bày

tình hình triển khai LTE hiện nay trên thế giới và tại Việt Nam, trình bày cơ sở thử nghiệm, mô phỏng thử nghiệm LTE dựa trên phần mềm chuyên dụng, kết quả thử nghiệm thực tế tại Hà Nội và tp Hồ Chí Minh Từ đó nêu ra đề xuất cho Viettel là

bổ sung thêm giải pháp CSFB để cung cấp dịch vụ thoại; ngoài ra còn có đề xuất

chung cho các nhà mạng di động giải pháp về vùng phủ mạng vô tuyến 4G

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ CÔNG NGHỆ LTE

1.1 Sự phát triển của mạng thông tin di động.[11]

Lịch sử ra đời và sự phát triển của dịch vụ di động từ thế hệ đầu tiên 1G tới thế hệ 4G trải qua nhiều giai đoạn khác nhau Thế hệ đầu tiên (1G) khởi đầu từ những năm 80s Đó là thế hệ điện thoại di động analog Thế hệ thứ 2G bắt đầu nổi lên từ nhưng năm đầu của thập kỷ 90 Thế hệ thứ 2G là công nghệ di động kỹ thuật

số, cung cấp dịch vụ voice và cả data Thế hệ thứ 3 bắt đầu từ năm 2001 ở Nhật, đặc trưng bởi dịch vụ thoại, dữ liệu và đa phương tiện với tốc độ cao Hệ thống tiền-4G, những viên đá tảng cho thế hệ thứ 4G, hy vọng sẽ được thương mại hóa vào khoảng đầu năm 2010 Một thế hệ 4G sẽ cất cánh vào những năm 2012 Con đường phát triển của các công nghệ mạng tế bào được thể hiện ở hình dưới đây

Hình 1.1 Sự phát triển của mạng thông tin di động tế bào

Thế hệ thứ nhất (1G): Mạng di động thế hệ thứ nhất khơi mào ở Nhật vào

năm 1979 Đây là hệ thống truyền tín hiệu tương tự (analog) Những công nghệ chính thuộc thế hệ thứ nhất này có thể kể đến là AMPS (Advanced Mobile Phone System), TACS ( Total Access Communication System), JTACS ( Japan TACS), NMT (Nordic Mobile Telephone) Tuy chưa hoàn hảo về mặt công nghệ và kỹ

thuật, thế hệ thông tin di động 1G này thực sự là một mốc phát triển quan trọng của ngành viễn thông (khái niệm di động (mobile) đã bắt đầu đi vào phục vụ nhu cầu liên lạc của con người trong đời sống hằng ngày) Những điểm yếu nổi bật của thế

hệ 1G liên quan đến chất lượng truyền tin kém, vấn đề bảo mật và việc sử dụng kém hiệu quả tài nguyên tần số

Thế hệ thứ hai (2G): Hệ thống mạng 2G được đặc trưng bởi công nghệ

chuyển mạch kỹ thuật số (digital circuit-switched) Kỹ thuật này cho phép sử dụng tài nguyên băng tần hiệu quả hơn nhiều so với 1G Hầu hết các thuê bao di động trên thế giới hiện đang dùng công nghệ 2G này Công nghệ 2G sẽ còn tồn tại thêm một thời gian dài nữa trước khi 3G thay thế hoàn toàn nó Những chuẩn di động 2G chính bao gồm GSM (Global System for Mobile Communication), IS-136 và CdmaOne

- GSM sử dụng kỹ thuật đa truy cập TDMA và song công FDD GSM đã trở thành

công nghệ truyền thông có tốc độ phát triển nhanh nhất từ trước đến nay và là một chuẩn di động được triển khai rộng rãi trên thế giới

- IS-136, được biết đến với tên D-AMPS (Digital-AMPS), sử dụng kỹ thuật đa truy

cập TDMA và song công TDD Công nghệ này được triển khai nhiều ở Châu Mĩ, đặc biệt là ở Mỹ và Canada IS-136 được triển khai như một mạng overlay kỹ thuật

số, phủ trên nền hạ tầng mạng AMPS IS-136 cho tốc độ dữ liệu lên đến 30Kbps

- CdmaOne là tên gọi của chuẩn di động ITU IS-95 sử dụng kỹ thuật đa truy cập

CDMA CDMA được chuẩn hoá năm 1993 Ngày nay, có 2 phiên bản IS-95, gọi là IS-95A và IS-95B IS-95A dùng FDD với độ rộng kênh là 1,25MHz cho mỗi hướng lên và xuống Tốc độ dữ liệu tối đa của IS-95A là 14,4 Kbps IS-95B có thể cung ứng tốc độ dự liệu lên đến 115Kbps bằng cách gộp 8 kênh lại với nhau Với tốc độ này, IS-95B còn được xem như là công nghệ 2,5G

Công nghệ 2,5G đặc trưng bởi dịch vụ dự liệu tốc độ cải tiến Chuẩn chính của thế hệ này là GPRS, EDGE và IS-95B GPRS là một bước phát triển tiếp theo

để cung cấp dịch vụ dự liệu tốc độ cao cho người dùng GSM và IS-136 Lý thuyết

mà nói thì GPRS có thể cung ứng tốc độ dự liệu lên đến 172,2 Kbps GPRS là một

giải pháp chuyển mạch gói Đây cũng là một bước đệm trong quá trình chuyển từ thế hệ 2G lên 3G của các nhà cung cấp dịch vụ GSM/IS-136 Trên con đường dài đi đến 3G, EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution and Enhanced Data rates for Global Channel) đã ra đời để cải tiến tốc độ dữ liệu hơn nữa (tốc độ tối

đa tầm 384Kbps) EDGE đôi khi còn được trích dẫn như công nghệ 2,75G

Thế hệ thứ ba (3G): Mạng 3G đặc trưng bởi tốc độ dự liệu cao, capacity của

hệ thống lớn, tăng hiệu quả sử dụng phổ tần và nhiều cải tiến khác Có một loạt các chuẩn công nghệ di động 3G, tất cả đều dựa trên CDMA, bao gồm: UMTS (dùng cả FDD lẫn TDD), CDMA2000 và TD-SCDMA

- UMTS (đôi khi còn được gọi là 3GSM) sử dụng kỹ thuật đa truy cập WCDMA

UMTS được chuẩn hoá bởi 3GPP UMTS là công nghệ 3G được lựa chọn bởi hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ GSM/GPRS để đi lên 3G Tốc độ dữ liệu tối đa là 1920Kbps (gần 2Mbps) Nhưng trong thực tế tốc độ này chỉ tầm 384Kbps thôi Để cải tiến tốc độ dữ liệu của 3G, hai kỹ thuật HSDPA và HSUPA đã được đề nghị Khi cả 2 kỹ thuật này được triển khai, người ta gọi chung là HSPA HSPA thường được biết đến như là công nghệ 3,5G

 HSDPA: Tăng tốc độ downlink (đường xuống, từ NodeB về người dùng di

động) Tốc độ tối đa lý thuyết là 14,4Mbps, nhưng trong thực tế nó chỉ đạt tầm 1,8Mbps (hoặc tốt lắm là 3,6Mbps) Theo một báo cáo của GSA tháng 7 năm 2008,

207 mạng HSDPA đã và đang bắt đầu triển khai, trong đó 207 đã thương mại hoá ở

89 nước trên thế giới

 HSUPA: tăng tốc độ uplink (đường lên) và cải tiến QoS Kỹ thuật này cho

phép người dùng upload thông tin với tốc độ lên đến 5,8Mbps (lý thuyết) Cũng trong cùng báo cáo trên của GSA, 51 nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động đã triển khai mạng HSUPA ở 35 nước và 17 nhà cung cấp mạng lên kế hoạch triển khai mạng HSUPA

CDMA2000 kế thừa của 2G CdmaOne, đại diện cho họ công nghệ bao gồm

CDMA2000 1xRTT (Radio Transmission Technology), CDMA2000 EV-DO (Evolution -Data Optimized) và CDMA2000 EV-DV(Evolution -Data and Voice)

CDMA2000 được chuẩn hoá bởi 3GPP2 Lẽ thường tình thì CDMA2000 là công nghệ 3G được lựa chọn bởi các nhà cung cấp mạng CdmaOne

 CDMA2000 1xRTT: chính thức được công nhận như là một công nghệ 3G,

tuy nhiên nhiều người xem nó như là một công nghệ 2,75G đúng hơn là 3G Tốc độ của 1xRTT có thể đạt đến 307Kbps, song hầu hết các mạng đã triển khai chỉ giới hạn tốc độ peak ở 144Kbps

thể cho tốc độ dữ liệu đến 2,4Mbps cho đường xuống và 153Kbps cho đường lên 1xEV-DO Rev A hỗ trợ truyền thông gói IP, tăng tốc độ đường xuống đến 3,1Mbps

và đặc biệt có thể đẩy tốc độ đường lên đến 1,2Mbps Bên cạnh đó, 1xEV-DO Rev

B cho phép nhà cung cấp mạng gộp đến 15 kênh 1,25MHz lại để truyền dữ liệu với tốc độ 73,5Mbps

1,25MHz CDMA2000 EV-DV cung cấp tốc độ peak đến 4,8Mbps cho đường xuống và đến 307Kbps cho đường lên Tuy nhiên từ năm 2005, Qualcomm đã dừng

vô thời hạn việc phát triển của 1xEV-DV vì đa phần các nhà cung cấp mạng CDMA như Verizon Wireless và Sprint đã chọn EV-DO

TD-SCDMA là chuẩn di động được đề nghị bởi “China Communications Standards

Association” và được ITU duyệt vào năm 1999 Đây là chuẩn 3G của Trung Quốc TD-SCDMA dùng song công TDD TD-SCDMA có thể hoạt động trên một dãi tần hẹp 1,6MHz (cho tốc độ 2Mbps) hay 5MHz (cho tốc độ 6Mbps)

1.2 Lộ trình phát triển lên 4G

[1]Trong liên minh viễn thông quốc tế ITU, nhóm công tác 8F(ITU-R WP 8F) đang tiến hành nghiên cứu các hệ thống kế tiếp sau IMT-2000, mục tiêu của 4G được cho bảng 1

[7] [14] Cho đến nay, chưa có một chuẩn nào rõ ràng cho 4G được thông qua Tuy nhiên, những công nghệ phát triển cho 3G hiện nay sẽ làm tiền đề cho ITU xem xét để phát triển cho chuẩn 4G Các sở cứ quan trọng để ITU thông qua cho chuẩn 4G chính là từ hỗ trợ của các hãng di động toàn cầu; các tổ chức chuẩn hóa

và đặc biệt là sự xuất hiện của các công nghệ mạng di động tế bào tiền 4G Chúng

sẽ là các công nghệ quan trọng giúp ITU xây dựng các chuẩn 4G trong thời gian tới

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

Thông tin Rộng khắp, di động, liên tục

Giá thành/bit 1/10 – 1/100 thấp hơn 3G

Giá thành cơ sở hạ tầng Thấp hơn 3G ( khoảng 1/10 )

Bảng 1.1 Mục tiêu của 4G

Các hãng đã sẵn sàng để làm việc với công nghệ 4G, các nhà đầu tư như NTT DoCoMo và Sprint Nextel đang đầu tư vào các thử nghiệm cho công nghệ này nhằm mục đích thu được những kinh nghiệm làm việc với 4G cũng như nâng cao hiệu năng cho 4G trước khi chính thức được đưa vào khai thác

Theo các nhà phân tích, các công nghệ như EV-DO và HSPA sẽ không còn

đủ mạnh vào những năm 2011-2012 Theo họ, rất nhiều thiết bị đầu cuối sử dụng các công nghệ 3G hay 3,5G đều có bộ vi xử lý không thực sự phù hợp cho các ứng dụng đa phương tiện, mặc dù tính năng này mạng đã hỗ trợ Vì thế mà các thiết bị đầu cuối sẽ phải cải tiến trước khi người dùng nghĩ đến chi phí mà họ phải trả cho các thiết bị đầu cuối để sử dụng các dịch vụ tốc độ cao đã tương xứng hay chưa Hiện tại, các nhà đầu tư có thể mở rộng khả năng cho mạng 3G bằng cách nâng cấp lên 3,5G; điều đó đồng nghĩa với việc ứng dụng 4G sẽ bị chậm lại

Hiện nay, phần lớn các nhà khai thác viễn thông đều lên kế hoạch thực hiện 4G tại các vùng đô thị, nơi mà có nhiều các tổ chức, công ty cũng như số lượng khách hàng lớn - các đối tượng luôn mong muốn các dịch vụ chất lượng tốt và tốc

độ truyền dữ liệu cao Tuy nhiên, trước mắt các nhà đầu tư sẽ tiếp tục cung cấp các

dịch vụ 3G cũng như 3,5G và nó được xem như là quá trình thực hiện từng bước cho 4G Điều này không chỉ giúp họ tiếp tục mở rộng vùng phủ sóng, gia tăng số lượng khách hàng mà còn giúp thu hồi vốn đã đầu tư cho 3G Với người dùng, có thể chuyển dễ dàng sang công nghệ 4G, bởi với họ đơn giản đó chỉ là sự mở rộng các ứng dụng của mạng 3G hay 3,5G mà họ đang dùng

Hình 1.2 Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G [11] LTE (Long Term Evolution) và WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) là hai ứng cử viên sáng giá cho mạng di động thế hệ thứ 4 Mỗi một công nghệ có những thế mạnh và những điểm yếu riêng

WiMAX với mục đích ban đầu chỉ hướng đến thị trường Internet băng rộng

ở các vùng hẻo lánh Tiếp theo, WiMAX hướng đến cung cấp giải pháp Internet băng rộng di động Kể từ đó, nó được xem như là một đối thủ cạnh tranh của mạng thông tin di động 3G và bây giờ là 3G LTE

So với WiMAX, 3G LTE đã có một công nghệ đi trước là 2G, 3G với số lượng thuê bao đã có sẵn Đây là một lợi thế lớn để triển khai 3G LTE Đặc biệt các thiết bị di động 3G LTE sẽ tương thích với các mạng thông tin di động thế hệ trước,

do vậy người dùng sẽ có thể chuyển giao dễ dàng giữa mạng 3G LTE với các mạng

2G GSM/GPRS/EDGE và 3G UMTS đã tồn tại Điều này cho phép những nhà cung cấp mạng 3G LTE có thể triển khai mạng dần dần cũng giống hệt khi họ nâng cấp mạng 2G lên 3G

Trong khi đó WiMAX phải triển khai mạng từ con số không Do WiMAX không tương thích với các chuẩn di động không dây trước đó nên việc thiết bị đầu cuối WiMAX có được tích hợp với chip 2G/3G hay không vẫn còn là một câu hỏi

mở Nó hoàn toàn không phải là một câu hỏi về kỹ thuật mà là một vấn đề mang tính chiến lược Nó tùy thuộc vào tác nhân nào sẽ triển khai mạng WiMAX trong tương lai : nhà cung cấp mạng thông tin di động 2G/3G hiện tại hay một nhà cung cấp mạng WiMAX hoàn toàn mới Nếu là một nhà cung cấp mạng 2G/3G thì chắc chắn họ sẽ triển khai 3G LTE nếu như WiMAX không mang lại lợi ích nào đặc biệt vượt trội so với 3G LTE Nếu nhà cung cấp chỉ có mạng 2G/2.5G, họ cũng có thể chọn lựa WiMAX như một sự nhảy cóc lên « gần » 4G thay vì đi lên 3G/3.5G rồi LTE

Như đã phân tích ở trên, việc triển khai LTE từ mạng 3G, 3.5G có sẵn là một con đường dễ dàng Làm như vậy các nhà cung cấp mạng có thể triển khai LTE dần dần không cần thiết phải đảm bảo một vùng phủ rộng kín Bên cạnh nhà cung cấp mạng vẫn tận dụng được mạng lõi 3G đã có, tận dụng hệ thống quản lý thuê bao và tính cước có sẵn Từ này đến khi 3G LTE hoàn thiện và được vào sử dụng, 3.5G có

đủ khả năng để đáp ứng nhu cầu dịch vụ băng rộng trước khi WiMAX thực sự chiếm được một thị phần quan trọng Và thực tế có thể nhận thấy là các nhà cung cấp mạng 3G/3.5G họ không hề vội vàng trong việc tiến đến LTE Về khía cạnh kinh tế họ sẽ không triển khai LTE trước khi thu lại được vốn và lãi từ việc nâng cấp lên 3G

Theo các cuộc khảo sát gần đây có hơn 80% nhà cung cấp dịch vụ di động (telco) trên thế giới hiện đang sử dụng công nghệ GSM (gồm GSM, GPRS/EDGE, HSPA) Theo giới chuyên gia phân tích và đánh giá, lợi thế về hạ tầng sẵn có và số lượng người sử dụng đông đảo là lý do chính để phát triển thị trường di động băng thông rộng với công nghệ HSPA và tiếp theo sẽ là LTE Đặc tả kỹ thuật của công

nghệ LTE có khả năng tương thích gần như hoàn hảo với công nghệ nền tảng GSM Không chỉ GSM, các telco sử dụng công nghệ CDMA cũng không bỏ qua cơ hội chuyển tiếp lên 4G với công nghệ LTE đầy hấp lực này Vì thế nhiều "ông lớn" trên thế giới đã, đang và sẽ triển khai mạng di động 4G bằng công nghệ LTE

1.3 Giới thiệu tổng quan về LTE

1.3.1 Khái niệm

[15] LTE là viết tắt của Long Term Evolution (Sự tiến hóa trong tương lai xa) miêu tả công việc chuẩn hóa của 3GPP để xác định phương pháp truy nhập vô tuyến tốc độ cao mới cho các hệ thống truyền thông di động

LTE là bước tiếp theo dẫn đến hệ thống thông tin di động 4G Xây dựng trên các nền tảng kỹ thuật của họ các hệ thống mạng tế bào 3GPP (bao gồm GSM, GPRS và EDGE, WCDMA và HSPA), LTE cung cấp một con đường tiến hóa đến các tốc độ cao hơn và độ trễ thấp hơn Cùng với sự hiệu quả hơn trong sử dụng phổ tần hữu hạn của các nhà khai thác, LTE cho một môi trường dịch vụ di động hấp dẫn và phong phú hơn

1.3.2 Các tính năng của LTE [15]

Từ quan điểm kỹ thuật, mục đích cơ bản của LTE là cung cấp các tốc độ số liệu cao hơn cho cả truyền dẫn đường lên và đường xuống Ngoài việc tăng tốc độ

số liệu thực, LTE còn làm giảm trễ gói; giới hạn xác định tình trạng phản ứng lại của trò chơi điện tử, VoIP, thoại video và các dịch vụ thời gian thực

Từ khía cạnh nhà khai thác, độ rộng băng tần kênh linh hoạt và chế độ hòa hợp FDD/TDD của LTE cho phép sử dụng sóng mang hiện tại và nguồn phổ tần trong tương lai một cách hiệu quả hơn

Sau đây là các đặc điểm quan trọng của LTE:

- Tăng cường giao diện không gian cho phép tăng tốc độ số liệu: LTE được xây dựng trên một mạng truy nhập vô tuyến hoàn toàn mới dựa trên công nghệ OFDM Được chỉ rõ trong 3GPP Release 8, giao diện không gian LTE kết hợp đa truy nhập

và điều chế dựa trên OFDMA cho đường xuống, SC-FDMA cho đường lên Ở LTE,

hiệu quả sử dụng phổ tần của OFDM được tăng cường lên nhờ các sơ đồ điều chế bậc cao, cùng với các kỹ thuật vô tuyến bổ sung như MIMO Kết quả là thông lượng trung bình gấp 5 lần của HSPA, tốc độ số liệu đường xuống cực đại về mặt lý thuyết là 300 Mbit/s cho mỗi phổ tần 20 MHz, tốc độ đường lên theo lý thuyết của LTE có thể đạt 75 Mbit/s cho mỗi phổ tần 20 MHz

- Hiệu quả sử dụng phổ tần cao: Hiệu quả sử dụng phổ tần cao hơn của LTE cho phép các nhà khai thác cung cấp ngày càng tăng số lượng khách hàng trong vùng phổ tần đang tồn tại và trong tương lai với chi phí phân phối mỗi bit được giảm xuống

- Kế hoạch tần số linh hoạt: LTE có thể được cung cấp tối ưu trong ô có kích thước lên đến 5 km, khả dụng trong ô có bán kính lên đến 30 km, và sự thực thi bị giới hạn trong các ô có bán kính lên đến 100 km

- Trễ được giảm: Bằng cách giảm thời gian round-trip xuống còn 5 ms hoặc thậm chí ít hơn (so với 40-50 ms cho HSPA), LTE cung cấp trải nghiệm người sử dụng đáp ứng nhanh hơn Điều này cho phép các dịch vụ tương tác, thời gian thực như là trò chơi điện tử nhiều người, hội thảo video/audio chất lượng cao

- Môi trường toàn IP: Một trong những tính năng đáng kể nhất của LTE là sự chuyển dịch đến mạng lõi hoàn toàn dựa trên IP với giao diện mở và kiến trúc đơn giản hóa Sâu xa hơn, phần lớn công việc chuẩn hóa của 3GPP nhắm đến sự chuyển đổi kiến trúc mạng lõi đang tồn tại sang hệ thống toàn IP Trong 3GPP, sự khởi đầu này được xem như Tiến hóa kiến trúc hệ thống (SAE) và hiện nay được gọi là Lõi gói cải tiến (EPC) Chúng cho phép cung cấp các dịch vụ linh hoạt hơn và sự liên hoạt động đơn giản với các mạng di động phi 3GPP và các mạng cố định EPC dựa trên các giao thức TCP/IP – giống như phần lớn các mạng số liệu cố định ngày nay-

vì vậy cung cấp các dịch vụ giống PC như thoại, video, tin nhắn và các dịch vụ đa phương tiện Sự chuyển dịch lên kiến trúc toàn gói cũng cho phép cải thiện sự phối hợp với các mạng truyền thông không dây và cố định khác

- Cùng tồn tại với các chuẩn và hệ thống trước: Người sử dụng LTE sẽ có thể thực hiện các cuộc gọi từ thiết bị đầu cuối của mình và phải truy nhập đến các dịch

vụ số liệu cơ sở, thậm chí khi họ nằm trong vùng không phủ sóng LTE Do đó, cho phép chuyển giao các dịch vụ xuyên suốt, liền, trôi chảy trong khu vực phủ sóng của HSPA, WCDMA hay GSM/GPRS/EDGE Hơn thế nữa, LTE/SAE hỗ trợ không chỉ chuyển giao trong hệ thống, liên hệ thống mà còn chuyển giao liên miền giữa miền chuyển mạch gói và miền chuyển mạch kênh

- Khả năng giảm chi phí: Đưa ra những tính năng như RAN đa nhà cung cấp hoặc mạng tự tối ưu SON sẽ giúp giảm OPEX và cung cấp tiềm năng giảm chi phí trên mỗi bit thấp hơn

- Công nghệ LTE phù hợp triển khai trên độ rộng băng tần trong phạm vi từ 1.25 MHz đến 20 MHz, hơn thế nữa, nó có thể hoạt động trong tất cả các băng tần 3GPP theo cặp phổ tần hoặc không theo cặp phổ tần Như vậy, mạng LTE có thể triển khai trên bất cứ băng tần nào được sử dụng bởi các hệ thống 3GPP Bao gồm các băng tần lõi IMI-2000 (1.9-2 GHz) và các băng mở rộng (2.5 GHz) cũng như là 850-900MHz, 1800MHz, 1.7-2.1 GHz và băng UHF gần đây được xem xét ở Hội nghị thông tin vô tuyến thế giới ( World Radiocommunication Conference -WRC-07) cho các dịch vụ di động ở một số trên thế giới Ngoài các vị trí hiện tại, một số lượng ứng cử viên băng tần dưới 5 GHz cũng được ITU công nhận như là sự phù hợp tiềm năng của các dịch vụ IMT như LTE Trong khi khai thác các băng tần cao hơn 5 GHz cho việc cung cấp tốc độ số liệu cực cao thông qua triển khai mạng LTE

là khả thi, thách thức đặt ra liên quan đến việc cung cấp các vùng phủ sóng quốc gia/diện rộng ở chi phí thực tế

1.3.3 Các dịch vụ của LTE [15]

Tốc độ truyền đường xuống (và đường lên) rất cao với sự linh hoạt hơn, hiệu quả sử dụng phổ tần và giảm trễ gói, LTE hứa hẹn tăng cường việc phân phối các dịch vụ băng rộng di động và thêm tính năng cho các dịch vụ giá trị gia tăng mới đang tồn tại

Chỉ mục dịch vụ Môi trường hiện tại Môi trường LTE

Thoại Audio thời gian thực VoIP, hội thảo video chất

lượng cao Nhắn tin P2P SMS, MMS, email với quyền ưu

tiên thấp

Tin nhắn hình ảnh, IM, email di động, tin nhắn video

Trình duyệt Truy nhập đến các thông tin dịch

vụ trực tuyến cho những người

sử dụng nào chi trả giá mạng chuẩn Hiên tại giới hạn việc duyệt WAP trên các mạng GPRS

và 3G

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

Thông tin trả trước Nội dung cho người sử dụng nào

trả trên cước mạng chuẩn Phần lớn là thông tin dựa trên văn bản

Báo điện tử, luồng audio chất lượng cao

Cá nhân hóa Phần lớn là nhạc chuông Âm thực (bản ghi gốc của

các nghệ sĩ), các trang web

di động cá nhân hóa Trò chơi điện tử Trò chơi điện tử trực tuyến và có

thể tải về

Trải nghiệm trò chơi điện

tử như nhau ở cả mạng di động và cố định

TV/Video theo yêu

cầu Nội dung video có thể tải về và theo luồng Các dịch vụ truyền hình quảng bá, truyền hình theo

yêu cầu thực, luồng video chất lượng cao

Âm nhạc Dịch vụ radio tương tự và tải về

toàn bộ bài

Lưu trữ và tải xuống âm nhạc chất lượng cao Tin nhắn nội dung

và phương tiện

Nhắn tin peer – to – peer nhờ sử dụng nội dung bên thứ ba cũng như là tương tác với phương tiện khác

Phân bố trên phạm vi rộng các đoạn video, dịch vụ karaoke, quảng cáo di động dựa trên video M-thương mại Đặt các giao dịch (bao gồm cả

đánh bạc) và phương tiện chi trả trên mạng di động

Điện thoại di động như là thiết bị chi trả, với chi tiết

về sự chi trả được tải trên các mạng tốc độ cao để cho phép hoàn thiện các giao dịch tốc độ cao Mạng số liệu di động Truy nhập các mạng Internet nội

bộ và cơ sở dữ liệu cũng như là

sử dụng các ứng dụng như CRM

Truyền tập P2P, các ứng dụng kinh doanh, chia sẻ ứng dụng, truyền thông M2M, mạng Internet nội bộ/mạng nội bộ mở rộng

di động

Bảng 1.2 Dịch vụ và ứng dụng của LTE

Kết chương:

Trong chương 1 đầu tiên giới thiệu về sự phát triển của hệ thống thông tin di động thế hệ 1G đến 4G Đưa ra các mốc thời gian hoạt động, công nghệ sử dụng và các dịch vụ kèm theo để có cái nhìn tổng quan về sự phát triển của công nghệ viễn thông

Tiếp theo chỉ ra lộ trình phát triển lên 4G của IMT-2000, các bước hình thành, các đặc điểm kỹ thuật, mục tiêu mà 4G phải đạt được, so sánh công nghệ chính là LTE và Wimax để thấy vì sao tác giả chọn đề tài

Giới thiệu tổng quan về công nghệ LTE, các đặc điểm chính và các dịch vụ phục vụ

CHƯƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT QUAN TRỌNG CỦA LTE

2.1 OFDMA của LTE

Trong phần này trình bày nguyên lý OFDM và ứng dụng của nó trong mô hình lớp vật lý OFDMA đường xuống của LTE OFDM đã được tiếp nhận là sơ đồ truyền dẫn đường xuống cho LTE và cũng được sử dụng cho các công nghệ không dây băng rộng khác như WiMAX và các công nghệ truyền hình quảng bá DVB

2.1.1 Nguyên lý hoạt động thu phát tín hiệu của OFDM [6]

Kiểu truyền dẫn OFDM là dạng truyền dẫn đa sóng mang, có hai đặc điểm:

sử dụng nhiều sóng mang băng hẹp (ví dụ đối với WCDMA đa sóng mang băng thông là 20MHz dùng cho 4 sóng mang mỗi băng tần con là 5MHz; khi OFDM cũng với băng tần 20MHz nhưng có thể sử dụng đến 2048 sóng mang con, nên băng tần coi là 15KHz); sóng mang con trực giao nhau và khoảng cách giữa hai sóng mang con liền kề bằng đại lượng nghịch đảo của thời gian ký hiệu điều biến sóng mang con Vì thế các sóng mang con của OFDM được đặt gần nhau hơn so với FDM

Những tín hiệu OFDM được tạo ra trong miền tần số vì khó tạo ra những bank lớn các bộ dao động và những máy thu khóa pha trong miền tương tự Phần máy phát biến đổi dữ liệu số cần truyền, ánh xạ vào biên độ và pha của các tải phụ Sau đó nó biến đổi biểu diễn phổ của dữ liệu vào trong miền thời gian nhờ sử dụng biến đổi Fourier rời rạc đảo (inverse Discrecte Fourier Transform) Biến đổi nhanh Fourier đảo (Inverse Fast Fourier Transform) thực hiện cùng một thuật toán như IDTF, ngoại trừ rằng nó tính hiệu quả hơn nhiều và do vậy nó được sử dụng trong tất cả các hệ thống thực tế Để truyền tín hiệu OFDM tín hiệu miền thời gian được tính toán được phách lên tần số cần thiết Máy thu thực hiện thuật toán ngược lại với máy phát Khi dịch tín hiệu RF xuống băng cơ sở để xử lý, sau đó sử dụng biến đổi Fourier nhanh (FFT) để phân tích tín hiệu trong miền tần số Sau đó biên độ và pha của các tải phụ được chọn ra và đuợc biến đổi ngược lại thành dữ liệu số Biến đổi nhanh Fourier đảo (IFFT) và biến đổi Fourier nhanh(FFT) là hàm bổ sung và

thuật ngữ thích hợp nhất được dùng phụ thuộc vào liệu tín hiệu đang được thu hoặc đang được phát Trong nhiều trường hợp tín hiệu là độc lập với sự phân biệt này nên thuật ngữ FFT và IFFT có thể được sử dụng thay thế cho nhau

Hình 2.1 sơ đồ khối của thiết bị đầu cuối OFDM

2.1.2 Mã hóa kênh và phân tập tần số trong truyền dẫn OFDM [1] [3]

Chất lượng kênh vô tuyến bị phađing chọn lọc tần số luôn luôn thay đổi trong miền tần số Hình 2.2a và b cho thấy sự phụ thuộc của chất lượng kênh vô tuyến (công suất tín hiệu thu hoặc tỷ số tín hiệu trên tạp âm) vào tần số cho trường hợp đơn sóng mang băng rộng (WCDMA chẳng hạn) (hình 2.2a) và đa sóng mang (OFDM) (hình 2.2b) Trong trường hợp truyền dẫn đơn sóng mang, mỗi ký hiệu điều chế được truyền trên một băng thông rộng, trong đó do ảnh hưởng của pha đinh chọn lọc tần số băng thông này có thể bao gồm cả vùng tần số có chất lượng truyền dẫn cao và vùng tần số có chất lượng truyền dẫn thấp Việc truyền dẫn thông tin trên một băng tần rộng gồm nhiều dải băng với chất lượng khác nhau này đựơc gọi là phân tập tần số

Trái lại trong trường hợp OFDM, mỗi ký hiệu chỉ được truyền trên một băng thông hẹp Vì thế một số ký hiệu có thể rơi vào vùng tần số có chất lượng kênh rất thấp Vì thế từng ký hiệu riêng lẻ thông thường sẽ không nhận được phân tập tần số ngay cả khi kênh mang tính chọn lọc tần số cao Kết quả là tỷ lệ lỗi bit cơ sở của truyền dẫn OFDM trên kênh chọn lọc tần số tương đối kém và kém hơn nhiều so

với tỷ số lỗi bit cơ sở trong trường hợp truyền dẫn đơn sóng mang băng rộng

Tuy nhiên trong thực tế mã hóa kênh được sử dụng trong hầu hết các hệ thống thông tin số nhất là trong trường hợp thông tin di động Trong mã hóa kênh mỗi bit thông tin được truyền phân tán trên nhiều bit mã Nếu sau đó các bit mã này thông qua các ký hiệu điều chế được sắp xếp lên các sóng mang con và các sóng mang con này được phân bố hợp lý trên toàn bộ băng thông truyền dẫn của tín hiệu OFDM (hình 2.2c), thì mỗi bit thông tin sẽ nhận được phân tập tần số (nghĩa là mỗi bit này được truyền trên các băng tần có chất lượng khác nhau của kênh) mặc dù các sóng mang con và cả các bit mã không nhận được phân tập tần số Phân bố các bit mã trong miền tần số như trên hình 2.2c đôi khi đựơc gọi là đan xen tần số Đan xen tần số trong trường hợp này giống như đan xen trong miền thời gian được sử dụng kết hợp với mã hóa kênh để chống phađinh thay đổi theo thời gian

b) Tín hiệu OFDM Các sóng mang con bị chất lượng kênh rất xấu a) Đơn sóng mang băng rộng

1

c c2 c3c4

b

c) Mã hóa kênh kết hợp với với đan xen tần số để cung

cấp phân tập tần số cho truyền dẫn OFDM

Hình 2.2 Giải thích vai trò của mã hóa kênh trong OFDM

Như vậy, tương phản với truyền dẫn đơn sóng mang băng rộng, mã hóa kênh (kết hợp với đan xen tần số) là khâu quan trọng để truyền dẫn OFDM nhận được ích lợi từ phân tập tần số trong kênh chọn lọc tần số Vì mã hóa kênh thường được sử dụng trong thông tin di động nên đây không phải là nhược điểm quá nghiêm trọng của OFDM, ngoài ra cũng cần nhấn mạnh rằng ngay cả khi tỷ lệ mã khá cao hệ

thống vẫn nhận được một lượng phân tập tần số sẵn có

2.1.3 Sử dụng OFDM cho ghép kênh và đa truy cập [1] [3] [6]

Hình 2.3 mô tả sử dụng OFDM cho đa truy nhập OFDM để có thể truyền dẫn đồng thời các đến/từ các máy đầu cuối bằng phân chia tần số Phương pháp này được gọi là ghép kênh các người sử dụng cho đường xuống (từ trạm gốc đến các máy đầu cuối di động) và đa truy nhập cho đường lên (từ các máy đầu cuối di động đến trạm gốc)

Hình 2.3 OFDM được sử dụng cho sơ đồ ghép kênh/đa truy nhập Trên đường xuống, OFDM được sử dụng làm sơ đồ ghép kênh các người sử dụng Trong khoảng thời gian một ký hiệu OFDM, toàn bộ các sóng mang con khả dụng được chia thành các tập con khác nhau và được gán cho các người sử dụng khác nhau để truyền đến các đầu cuối khác nhau (hình 2.4a)

Tương tự trên đường lên, OFDM được sử dụng làm sơ đồ đa truy nhập Trong khoảng thời gian một ký hiệu OFDM toàn bộ các sóng mang con khả dụng được chia thành các tập con khác nhau và được gán cho các người sử dụng khác nhau để truyền từ các đầu cuối khác nhau đến trạm gốc (hình 2.4b) Sơ đồ đa truy nhập đường lên sử dụng OFDM được gọi là đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) đối với đường từ

MS đến BS

Hình 2.3 giả thiết rằng các sóng mang con liên tiếp được sử dụng để truyền đến/từ máy di động đầu cuối Tuy nhiên các tập con sóng mang con được phân bố

trên toàn bộ các sóng mang con khả dụng cũng được sử dụng để truyền đến/từ các máy đầu cuối di động (hình 2.4) Lợi ích của các sơ đồ OFDM phân bố là có thể nhận được phân tập tần số bổ sung trải rộng trên toàn băng thông rộng hơn cho từng đường truyền

Hình 2.4 Ghép kênh người sử dụng/OFDMA phân bố Trong trường hợp OFDMA được sử dụng cho đường lên, tín hiệu OFDM phát đi từ các đầu cuối di động khác nhau được ghép kênh theo tần số, điều quan trọng là các truyền dẫn từ các đầu cuối ở các vị trí khác nhau so với trạm gốc phải đến trạm gốc một cách đồng bộ theo thời gian Đặc biệt là sự mất đồng bộ giữa các truyền dẫn từ các đầu cuối di động khác nhau tại trạm gốc phải nhỏ hơn độ dài CP

để đảm bảo tính trực giao giưã các sóng mang con thu được từ các đầu cuối di động khác nhau để tránh nhiễu giữa các người sử dụng

Do khác nhau về khoảng cách từ các đầu cuối di động đến trạm gốc và vì thế dẫn đến khác nhau về thời gian truyền lan (sự khác nhau có thể vượt xa độ dài CP), nên cần phải điều khiển định thời phát của từng đầu cuối (hình 2.5) Điều khiển định thời phát nhằm điều chỉnh định thời phát cuả từng đầu cuối di động để đảm bảo rằng các truyền dẫn đường lên được đồng bộ tại trạm gốc Do thời gian truyền lan thay đổi khi đầu cuối di động chuyển động trong ô, điều khiển đinh thời phát phải là một quá trình tích cực liên tục điều chỉnh định thời phát cho từng đầu cuối di động

Phát từ UE Thu tại BS

Không đồng chỉnh thời gian Có đồng chỉnh thời gianUE#1

UE#2

UE#2 UE#1

1

 2

lý và trải Doppler nhỏ nhiễu này thường tương đối nhỏ Tuy nhiên điều này chỉ xảy

ra khi coi rằng các sóng mang con khác nhau được thu tại trạm gốc với công suất gần như nhau Trên đường lên do khoảng cách giữa các đầu cuối di động đến trạm gốc khác nhau vì thế suy hao đường truyền của các đường truyền này cũng có thể rất khác nhau Nếu hai đầu cuối phát cùng một công suất thì do khoảng cách khác nhau công suất tín hiệu thu tại trạm gốc từ hai đầu cuối này có thể rất khác nhau và

vì thế tín hiệu thu từ trạm đầu cuối mạnh hơn sẽ gây nhiễu đối với tín hiệu thu yếu hơn cho dù vẫn duy trì được trực giao hoàn hảo giữa các sóng mang con Để tránh điều này cần phải thực hiện điều khiển công suất phát của các đầu cuối ở một mức

độ nhất định đối với OFDMA đường lên bằng cách giảm công suất của đầu cuối ở gần trạm gốc để đảm bảo công suất của các tín hiệu thu gần như nhau

2.2 SC-FDMA trong LTE [3] [6]

Trong các ứng dụng thông tin di động, OFDMA có ưu điểm rất lớn về khả năng đề kháng đối với ảnh hưởng của truyền tín hiệu đa đường Khả năng đề kháng này đạt được nhờ việc hệ thống OFDM phát thông tin trên N sóng mang con băng hẹp trực giao với mỗi sóng mang con hoạt động tại tốc độ bit chỉ bằng 1/N tốc độ bit của thông tin cần truyền Tuy nhiên dạng sóng OFDM thể hiện sự thăng giáng đường bao rất lớn dẫn đến PAPR cao Tín hiệu với PAPR cao đòi hỏi các bộ khuyếch đại công suất có tính tuyến tính cao để tránh làm méo tín hiệu Để đạt được mức độ tuyến tính này, bộ khuyếch đại phải làm việc ở chế độ công tác với độ lùi (so với điểm bảo hòa) cao Điều này dẫn đến hiệu suất sử dụng công suất (tỷ số

công suất phát với công suất tiêu thụ một chiều) thấp vì thế đặc biệt ảnh hưởng đối với các thiết bị cầm tay Một vấn đền khác gặp phải ở OFDMA trong các hệ thống thông tin di động là cần dịch các tần số tham khảo đối với các đầu cuối phát đồng thời Dịch tần phá hoại tính trực giao của các cuộc truyền dẫn đến nhiễu đa truy nhập

Để khắc phục nhược điểm này, 3GPP đã nghiên cứu sử dụng phương pháp

đa truy nhập đường lên sử dụng DFTS-OFDM với tên gọi là SC-FDMA và áp dụng cho LTE Giống như trong OFDMA, các máy phát trong hệ thống SC-FDMA sử dụng các tần số trực giao khác nhau (các sóng mang con) để phát đi các ký hiệu thông tin Tuy nhiên các ký hiệu này được phát đi lần lượt chứ không phải song song Vì thế không như OFDMA, cách sắp xếp này làm giảm đáng kể sự thăng giáng của đường bao tín hiệu của dạng sóng phát Vì thế các tín hiệu SC-FDMA có PAPR thấp hơn các tín hiệu OFDMA Tuy nhiên trong các hệ thống thông tin di động bị ảnh hưởng của truyền dẫn đa đường, SC-FDMA đựơc thu tại BTS bị nhiễu giữa các ký hiệu khá lớn BTS sử dụng bộ cân bằng thích ứng miền tần số để loại bỏ nhiễu này Cách tổ chức này phù hợp cho các hệ thống thông tin di động nó cho phép giảm yêu cầu đối khuyếch đại tuyến tính trong máy cầm tay với trả giá bằng

bộ cân bằng thích ứng miền tần số phức tạp trong BTS Hình 2.6 mô tả nguyên lý SC-FDMA

DTF (P) IFFT

sung

DTF (P) IFFT

Hình 2.6 SC-FDMA trên cơ sở DFTS-OFDM

Hình 2.6a mô tả trường hợp đa truy nhập của hai đầu cuối được ấn định băng thông bằng nhau (có cùng P), còn hình 2.6b mô tả trường hợp đa truy nhập của hai

đầu cuối được ấn định băng thông khác nhau

Bằng cách dịch các đầu ra của DFT đến các đầu vào thích hợp của IFFT, hệ thống có thể phát tín hiệu vào đúng vị trí miền tần số được quy định theo lập biểu

OFDMA truyền các ký hiệu số liệu đồng thời còn SC-FDMA truyền các ký hiệu số liệu lần lượt

Chuỗi các ký hiệu số liệu QPSK cần truyền

Các ký hiệu điều chế QPSK

Ký ệu

SC-FDA

Hình 2.7 Khác nhau trong việc truyền các ký hiệu số liệu theo thời gian đối

với OFDMA và SC-FDMA

Giống như OFDMA, thông lượng SC-FDMA phụ thuộc vào cách sắp đặt các

ký hiệu thông tin lên các sóng mang con Có hai cách phân lô các sóng mang con giữa các máy đầu cuối Trong SC-FDMA khoanh vùng (LFDMA: Localized SC-FDMA) hay còn được gọi là DFTS-OFDM khoanh vùng (Locallized DTFS-OFDM), mỗi đầu cuối sử dụng một tập sóng mang con liền kề để phát đi ký hiệu của mình Vì thế băng thông truyền dẫn LFDMA bằng một phần băng thông hệ thống Trong SC-FDMA phân bố (DFDMA: Distributed FDMA) hay còn gọi là DTFS-OFDM phân bố (Distributed DFTS-OFDM), các sóng mang dành cho một đầu cuối được phân bố trên toàn bộ băng tần tín hiệu Một phương án của SC-FDMA phân bố được gọi là SC-FDMA đan xen (IFDMA: Interleaved SC-FDMA),

trong đó các sóng mang con được chiếm bởi một đầu cuối cách đều nhau và các sóng mang con giữa chúng để rỗng dành cho các đầu cuối khác Hình 2.7 cho thấy hai cách sắp xếp nói trên, trong đó có ba đầu cuối, mỗi đầu cuối phát đi các ký hiệu trên bốn sóng mang con trong một hệ thống có 12 sóng mang con Trên hình 2.7a, trong cách sắp xếp IFDMA đầu cuối 1 sử dụng các sóng mang con 0, 3, 6 và 9 còn trong các sắp xếp LFDMA (hình 2.7b) đầu cuối 1 sử dụng các sóng mang con 0,1,2,3

Đầu cuối 1 Đầu cuối 2 Đầu cuối 3

a) Chế độ phân bố (IFDMA) b) Chế độ khoanh vùng (LFDMA)

Hình 2.8 Các phương pháp ấn định sóng mang con nhiều người sử dụng

IFFT (N)

DFI

(P)

P=5

DFI (P) P=5

IFFT (N)

0 0 0 0

0

0

Hình 2.9 Sơ đồ sắp xếp: a) LFDMA và b) IFDMA

Xét về khả năng đề kháng đối với lỗi truyền dẫn (điều này ảnh hưởng lên thông lượng), SC-FDMA phân bố có khả năng đề kháng pha đinh chọn lọc tần số tốt hơn SC-FDMA khoanh vùng vì thông tin cần truyền được trải rộng trên toàn bộ băng tần tín hiệu Do vậy nó sẽ cung cấp khả năng phân tập tần số Trái lại LFDMA cho phép đạt được phân tập đa người sử dụng khi xảy ra phađinh chọn lọc tần số

nếu nó ấn định cho từng người sử dụng phần băng tần trong đó người sử dụng này

có đặc trưng truyền dẫn tốt nhất (độ lợi kênh cao) Phân tập đa người sử dụng dựa trên việc phađinh độc lập đối với các máy phát khác nhau Hệ thống cũng cần có bộ lập biểu theo kênh (CDS: Channel Dependent Scheduler) cho các sóng mang CDS đòi hỏi hệ thống giám sát chất lượng kênh truyền phụ thuộc tần số cho từng đầu cuối và thích ứng ấn định sóng mang con để thay đổi đáp ứng tần số kênh của tất cả các đầu cuối

2.3 Kỹ thuật đa anten trong LTE [4] [6]

2.3.1 Giới thiệu chung

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

hệ thống cũng không thể tăng lên mãi vì việc phân bố băng thông đã được định chuẩn sẵn

MIMO (multi input multi output) hay còn gọi là kỹ thuật sử dụng nhiều ăng ten phát và nhiều ăng ten thu để truyền và nhận dữ liệu Hệ thống MIMO có thể tăng dung lượng kênh truyền , sử dụng băng thông rất hiệu quả nhờ ghép kênh không gian, cải thiện chất lượng của hệ thống đáng kể nhờ vào phân tập tại phía phát và phía thu (STB, STTC) mà không cần tăng công suất phát cũng như tăng băng thông của hệ thống

MIMO là một phần tất yếu của LTE để đạt được các yêu cầu đầy tham vọng

về thông lượng và hiệu quả trải phổ MIMO cho phép sử dụng nhiều anten ở máy phát và máy thu Với hướng DL, MIMO 2x2 (2 anten ở thiết bị phát, 2 anten ở thiết

bị thu) được xem là cấu hình cơ bản, và MIMO 4x4 cũng được đề cập và đưa vào bảng đặc tả kỹ thuật chi tiết Hiệu năng đạt được tùy thuộc vào việc sử dụng MIMO

Trong đó, kỹ thuật ghép kênh không gian và phát phân tập là các đặc tính nổi bật của MIMO trong công nghệ LTE

Ghép kênh không gian cho phép phát các chuỗi dữ liệu khác nhau đồng thời nhằm tận dụng triệt để tài nguyên sóng của kênh vô tuyến Các chuỗi dữ liệu này có thể là của một người dùng đơn lẻ (single user MIMO hay SU-MIMO) hay nhiều người dùng (Multi User MIMO hay MU-MIMO)

2.3.2 SU- MIMO đường xuống trong LTE

Sơ đồ SU-MIMO được áp dụng cho PDSCH (kênh vật lý chia sẻ đường xuống) Bằng ghép kênh không gian của SU-MIMO, hệ thống LTE cung cấp tốc độ đường xuống 150Mbps với hai anten phát và 300Mbps với bốn anten phát Tồn tại hai chế độ khai thác trong ghép kênh không gian SU-MIMO: chế độ ghép kênh không gian vòng kín và ghép kênh không gian vòng hở

Mô hình truyền dẫn SU-MIMO tổng quát cho trường hợp truyền dẫn vòng kín được cho trên hình 2.9 Mô hình trên hình vẽ sử dụng cấp hạng L với P cửa anten cho truyền dẫn SU-MIMO từ eNodeB đến UE (đường xuống) trên tài nguyên thời gian tần số được cấp phát riêng cho UE Để mô hình này hoạt động số lượng anten phát tại eNodeB (P) và số lượng các anten tại UE (M) phải bằng hoặc lớn số luồng (≥L) Mô hình này cũng áp dụng cho SU-MIMO vòng hở với ngoại lệ

là trong SU- MIMO vòng hở không có thông tin chọn tiền mã hóa phản hồi từ UE

Hình 2.9 Mô hình truyền dẫn SU-MIMO tổng quát

Quá trình xử lý tín hiệu số phía phát trong SU-MIMO đường xuống

Ghép kênh không gian vòng kín với L lớp và N anten phát (N≥L) được minh họa trên hình 2.10

Hình 2.10 Xử lý tín hiệu SU-MIMO vòng kín phía phát Chuỗi xử lý tín hiệu trên hình 2 bao gồm ba quá trình xử lý chính:

- Sắp xếp Q từ mã cần phát vào L lớp khác nhau (phân luồng cho các từ mã)

- Tiền mã hóa

- Sắp xếp các từ mã sau tiền mã hóa lên các tài nguyên truyền dẫn trước khi đưa đến N anten để phát đi

Quá trình xử lý tín hiệu số phía thu trong SU-MIMO đường xuống

Xử lý thu tuyến tính có thể được sử dụng kết hợp với quá trình khôi phục tín hiệu ghép không gian Tuy nhiên, hệ thống có thể đạt được hiệu năng giải điều chế tốt hơn nếu áp dụng xử lý thu phi tuyến trong trường hợp ghép kênh không gian

Giải pháp máy thu tối ưu cho các tín hiệu ghép không gian là áp dụng tách tín hiệu khả giống cực đại (ML: Maximum-Likelihood) Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, tách tín hiệu ML quá phức tạp Vì thế đã có một số đề xuất để giảm độ phức tạp cho hầu hết các sơ đồ ML

Một giải pháp khác, xử lý phi tuyến để giải điều chế các tín hiệu ghép không gian được gọi là khử nhiễu lần lượt (SIC: Successive Interferrence Cancellation) SIC dựa trên giả thiết là các tín hiệu đã được mã hóa riêng biệt trước khi ghép không gian Quá trình này thường được gọi là truyền dẫn nhiều từ mã (Multi-Codeword) Trong trường hợp đa từ mã, các CRC cá lẻ được gắn vào các khối

thông tin nhỏ hơn (cho từng từ mã) và sau đó các khối nhỏ này được mã hóa kênh

và điều chế riêng rẽ Cần lưu ý rằng trong trường hợp truyền dẫn đa từ mã, điều chế

và mã hóa khác nhau có thể được áp dụng cho từng luồng cá lẻ dẫn đến sơ đồ PARC (per antenna control: điều khiển theo từng anten) Truyền dẫn đa từ mã cho phép loại nhiễu sau giải mã hiệu quả hơn bằng cách sử dụng máy thu MMSE-SIC

Sở dĩ như vậy vì có thể kiểm tra CRC trên từng từ mã trước khi loại bỏ nó từ tổng tín hiệu Bằng cách làm này, chỉ các từ mã thu đúng là được loại bỏ nhờ vậy tránh được truyền lan nhiễu trong quá trình loại bỏ

2.3.3 MU - MIMO trong LTE

2.3.3.1 MIMO đa người sử dụng (MU-MIMO) đường xuống

Các sơ đồ được trình bày trên đây đều liên quan đến truyền dẫn cho một người sử dụng (UE) Ghép kênh không gian chia sẻ SINR cao giữa một số lớp để đạt được tốc độ số liệu đỉnh cao cho một người sử dụng Tuy nhiên ta cũng có thể

sử dụng cùng một nguyên tắc chia sẻ SINR cao của ghép kênh không gian để truyền dẫn đến nhiều người sử dụng đồng thời Thực chất, MIMO đa người sử dụng (MU-MIMO) là phân đoạn không gian và truyền dẫn đến nhiều người sử dụng đồng thời trên các phần tử tài nguyên giống nhau, mặc dù từ các ô khác nhau,

có thể được xem như là một dạng ghép kênh không gian Tuy nhiên 3GPP cũng đồng ý hỗ trợ sơ đẳng ghép kênh không gian cho các UE khác nhau trong cùng một

ô Sơ đồ này giống như đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA) nhưng trong 3GPP đựơc gọi là MU-MIMO (MIMO đa người sử dụng) Khác với SU-MIMO, mục tiêu của MU-MIMO là hỗ trợ SDMA cho các cấu hình anten tương thích, nghĩa là các cấu hình anten được đặt cách nhau nửa bước sóng tại phía eNodeB dẫn đến các kênh có tương quan cao Bằng cách lập biểu đồng thời cho một

số UE nằm tại các phương vật lý đủ cách biệt nhau và tập trung truyền dẫn vào các búp hẹp đến từng UE để có thể duy trì nhiễu thấp giữa các UE đựơc lập biểu đồng thời trong cùng một ô Vì kênh có tương quan cao, mỗi UE được phục vụ bởi tạo

búp cấp hạng đơn (Rank-1) Rõ ràng rằng điều này hướng đến các kịch bản có trải góc nhỏ tại eNodeB

Trong chế độ MU-MIMO, truyền dẫn đến một số đầu cuối được thực hiện trên cùng một tài nguyên thời gian-tần số bằng cách khai thác phân tập không gian của kênh truyền sóng Để khai thác toàn diện các chế độ truyền dẫn MU-MIMO, các không gian dự định cho truyền dẫn đến các đầu cuối đích phải đủ phân cách, lý tưởng phải trực giao tại cả đầu phát lẫn đầu thu Về lý thuyết độ lợi hiệu năng của MU-MIMO so với SU-MIMO được kỳ vọng tăng đáng kể trong các kênh tương quan không gian cùng với tăng số lượng anten tại eNodeB

LTE đã đưa ra rất nhiều chức năng cần thiết cho kiểu SDMA kinh điển này Tạo búp dựa trên trên bảng mã được hỗ trợ bởi sơ đồ tiền mã hóa phụ thuộc kênh cho truyền dẫn rank-3 Vì thế các UE được lập cấu hình cho sơ đồ tiền mã hóa phụ thuộc kênh rank-1 và báo cáo vectơ tiền mã hóa tương ứng cho eNodeB Như vậy một chức năng thực sự quan trọng đặc thù MU-MIMO là các UE phải có khả năng rút ra đựơc tỷ số công suất giữa các tín hiệu tham chuẩn và và công suất trên một phần tử tài nguyên số liệu và anten sử dụng để truyền dẫn cho nó để có thể thực hiện giải điều chế Vấn đề tỷ số công suất là rất quan trọng vì các UE chia sẻ cùng tài nguyên và vì thế có thể chia sẻ công suất hữu hạn của các PA Điều này có thể dẫn đến thăng giáng công suất với tốc độ khung con truyền dẫn đến UE Vì UE không nhất thiết phải ước tính mù tỷ số công suất này cho tất cả các điều chế khác nhau, nên cần thông báo các thăng giáng công suất này đến UE Đối với truyền dẫn QPSK, UE có thể không cần biết tỷ số công suất, nhưng đối với điều chế bậc cao hơn (16QAM, 64QAM) UE cần được thông báo tỷ số công suất tất nhiên không phải cho mỗi khung con

Vấn đề căn bản trong MU-MIMO là các UE có thể được lập biểu đồng thời (cung cấp cùng một tài nguyên) nếu các búp sóng ưu việt của chúng đủ phân cách

Bộ lập biểu cần phối hợp các UE có số liệu cần truyền, báo cáo các búp tương thích

và có địa lý đủ cao.Vì thế để MU-MIMO có lợi, tải hệ thông phải cao với nhiều UE

tích cực yêu cầu số liệu trong từng khung Điều này cho phép bộ lập biểu tìm đựơc nhiều UE có thể được lập biểu đồng thời trên các búp ít gây nhiễu nội ô

Đối với MU-MIMO đường xuống, có thể chia kỹ thuật này theo các loại đang được nghiên cứu tại 3GPP: các luồng cố định và các luồng đặc thù người sử dụng

Trong MU-MIMO luồng cố định, eNodeB sẽ phát nhiều luồng còn bộ lập biểu sẽ ấn định từng người sử dụng vào luồng thích hợp để đạt được hiệu năng tốt nhất Phương pháp này phù hợp cho trường hợp tốc độ di động cao và có thể làm việc không cần các hoa tiêu dành riêng Ngoài ra hiệu năng của phương pháp này

có thể được cải thiện với sử dụng các phần tử anten gần nhau trong không gian với các búp hẹp hơn Trong trường hợp các luồng đặc thù người sử dụng, các luồng được tạo ra cho từng người sử dụng tùy theo CQI của từng người sử dụng

Trong trường hợp UE phản hồi CSI đến eNodeB, các luồng đặc thù người sử dụng sẽ cải thiện SINR nhiều hơn các luồng cố định Điều quan trọng là kênh không đựơc thay đổi đáng kể trong khi đo CQI và phản hồi về eNodeB Phương pháp này phù hợp cho các kịch bản di động tốc độ thấp và trung bình Các kỹ thuật MU-MIMO được phân loại thành các kỹ thuật bảng mã đơn nhất và bảng mã không đơn nhất

MU-MIMO dựa trên bảng mã đơn nhất tạo búp từ một bảng mã đơn nhất tối

ưu Tuy nhiên phương pháp bảng mã không đơn nhất có hiệu năng tốt hơn MIMO bảng mã đơn nhất vì kênh thực tế mã UE trải nghiệm không phù hợp hoàn toàn với từ mã đơn nhất Điều này sẽ gây ra nhiễu giữa các người sử dụng và giảm hiệu năng Trong trường hợp MU-MIMO dựa trên bảng mã không đơn nhất các búp

MU-có thể hướng chính xác đến UE, nhưng nếu sử dụng các luồng bảng mã không đơn nhất đặc thù người sử dụng thì cần có tín hiệu tham chuẩn đặc thù người sử dụng

để ước tính kênh

Hình 2.11 trình bày mô hình MU-MIMO với tạo búp dựa trên bảng mã cho nhiều UE sử dụng cùng một tài nguyên thời gian-tần số

Hình 2.11 MU-MIMO với tạo búp dựa trên bảng mã cho nhiều UE sử dụng

cùng tài nguyên thời gian tần số

2.3.3.2 MIMO đa người sử dụng (MU-MIMO) đường lên

Trong R8, UE sử dụng một anten phát và nhiều anten thu Vì thế SU- MIMO không thể sử dụng trên đường lên nhưng có thể sử dụng MU-MIMO đường lên Hỗ trợ nhiều anten phát tại UE chỉ được áp dụng cho LTE-Advanced Khi kênh không gian giữa UE1 và eNodeB rất khác kênh không gian giữa UE2 và eNodeB, cả hai

UE đều có thể sử dụng cùng một tài nguyên thời gian tần số Hình 2.12 cho thấy thí

dụ về MU-MIMO đường lên cho UE1 và UE2 MU-MIMO có lợi khi có nhiều người sử dụng trong một đoạn ô (các người sử dụng VoIP) và số anten thu tại eNodeB lớn hơn hoặc bằng hai

Hình 2.12 MU-MIMO đường lên

Để hỗ trợ MU-MIMO đường lên, các tín hiệu tham chuẩn cho các UE được lập biểu phải khác nhau và phải có tương quan chéo tốt Nếu hai hay nhiều người sử dụng trong cùng một đoạn ô được ấn định cùng một tài nguyên tần số, các tín hiệu tham chuẩn cho chúng phải được rút ra từ cùng một chuỗi với ’dịch vòng’ trong