do an mon hoc tim hieu cong nghe lte

GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ SVTH: NGHIÊM VĂN HUY

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, mạng không dây ngày càng trở nên phổ biến với sự ra đời của

hàng loạt những công nghệ khác nhau như Wi-Fi (802.1x), WiMax (802.16)... Cùng với đó

là tốc độ phát triển nhanh, mạnh của mạng viễn thông phục vụ nhu cầu sử dụng của hàng triệu

người mỗi ngày. Hệ thống di động thế hệ thứ hai, với GSM và CDMA là những ví dụ điển hình

đã phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia. Tuy nhiên, thị trường viễn thông càng mở rộng càng

thể hiện rõ những hạn chế về dung lượng và băng thông của các hệ thống thông tin di động thế

hệ thứ hai. Sự ra đời của hệ thống di động thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêu biểu như

WCDMA hay HSPA là một tất yếu để có thể đáp ứng được nhu cầu truy cập dữ liệu, âm

thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng thông rộng của người sử dụng.

Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ 2.5G hay 3G vẫn đang phát triển không

ngừng nhưng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đã bắt đầu tiến hành triển khai thử

nghiệm một chuẩn di động thế hệ mới có rất nhiều tiềm năng và có thể sẽ trở thành chuẩn di

động 4G trong tương lai, đó là LTE (Long Term Evolution). Các cuộc thử nghiệm và trình

diễn này đã chứng tỏ năng lực tuyệt vời của công nghệ LTE và khả năng thương mại hóa LTE

đã đến rất gần.

Trước đây, muốn truy cập dữ liệu, phải cần có 1 đường dây cố định để kết nối. Trong

tương lai không xa với LTE, có thể truy cập tất cả các dịch vụ mọi lúc mọi nơi trong khi vẫn

di chuyển: xem phim chất lượng cao HDTV, điện thoại thấy hình, chơi game, nghe nhạc trực

tuyến, tải cơ sở dữ liệu v.v… với một tốc độ “siêu tốc”. Đó chính là sự khác biệt giữa mạng di

động thế hệ thứ 3 (3G) và mạng di động thế hệ thứ tư (4G). Tuy vẫn còn khá mới mẻ nhưng

mạng di động băng rộng 4G đang được kỳ vọng sẽ tạo ra nhiều thay đổi khác biệt so với

những mạng di động hiện nay. Chính vì vậy, em đã lựa chọn làm đồ án môn học về đề tài

“Công nghệ LTE (Long Term Evolution)”.

Đồ án đi vào tìm hiểu tổng quan về công nghệ LTE để có thể hiểu rõ thêm về những

tiềm năng hấp dẫn mà công nghệ này sẽ mang lại


Đề tài gồm 4 chương :

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ LTE

CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ KIẾN TRÚC MẠNG LTE

CHƢƠNG 3:TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE

CHƢƠNG 4: TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI LTE TRÊN THẾ GIỚI VÀ

VIỆT NAM

Để thực hiện đồ án tốt môn học này, em đã sử dụng những kiến thức được trang

bị trong những năm học cao đẳng và những kiến thức chọn lọc từ các tài liệu của

các thầy giáo, cô giáo trong và ngoài trường . Ngoài ra, đồ án còn sử dụng những

tài liệu phổ biến rộng rãi trên Internet.

Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do hạn chế về thời gian cũng như những hiểu

biết có hạn của một sinh viên nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót. Để đồ án được

hoàn thiện hơn, em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của các thầy giáo, cô

giáo cũng như các bạn sinh viên.

Sinh viên thực hiện : NGHIÊM VĂN HUY


MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ......................................................................................................................... 1

MỤC LỤC ................................................................................................................................ 3

DANH MỤC VIẾT TẮT ......................................................................................................... 5

DANH MỤC HÌNH VẼ ......................................................................................................... 12

CHƯƠNG 1-TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE .......................................................... 14

1- Tổng quan về hệ thống thông tin di động ............................................................ 13

1.1- Tổng quan về thế hệ 1G ....................................................................................... 13

1.2- Tổng quan về thế hệ 2G ...................................................................................... 14

1.3- Thế hệ 3G ............................................................................................................. 14

1.4- Giới thiệu công nghệ LTE ................................................................................. 168

CHƯƠNG 2 – KIẾN TRÚC MẠNG LTE ........................................................................... 18

2.1- Kiến trúc mạng LTE ............................................................................................... 18

2.1.1- Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống ........................................... 20

2.1.2- Thiết bị người dùng ( UE) ................................................................................... 21

2.1.3- E-UTRAN NodeB (eNodeB) ............................................................................... 22

2.1.4- Thực thể quản lý tính di động (MME) .............................................................. 23

2.1.5- Cổng phục vụ ( S-GW) ....................................................................................... 25

2.1.6- Cổng mạng dữ liệu gói ( P-GW) ...................................................................... 27

2.1.7- Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên ( PCRF) .................................... 29

2.1.8- Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) ................................................................. 30

CHƯƠNG 3 - TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE ........................................................ 31

3.1-Các chế độ truy nhập vô tuyến ............................................................................. 31

3.2.1-Kỹ thuật đa truy nhập cho đường xuống OFDM .............................................. 32

3.2.2- Kỹ thuật đa truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDMA ........................ 35

3.2.3- Truyền dẫn dữ liệu hướng xuống ..................................................................... 39

3.3- Kỹ thuật đa truy nhập đường lên LTE SC-FDMA .................................................. 40

3.3.1- SC-FDMA ........................................................................................................... 42


3.3.2- Các tham số SC-FDMA ....................................................................................... 42

3.3.3- Truyền dẫn dữ liệu hướng lên ........................................................................... 44

3.3.4- So sánh OFDMA và SC-FDMA ............................................................................ 45

3.4- Kỹ thuật MIMO ..................................................................................................... 47

CHƯƠNG 4-TRIỂN KHAI LTE TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM ………………48

4.1-Triển khai LTE trên thế giới…………………………………………………….……….……...…48

4.2-Triển khai LTE tại Việt Nam……………………………………………………..………………...52

KIẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI………………………………….……….……54

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN………………………………………….………….55

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT……………………………………….………………56

LỜI CẢM ƠN…………………………………………………………………..……………………………57

TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………………………………58


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

3GPP Third Generation Partnership

Project

Dự án các đối tác thế hệ thứ ba

AAA Authentication, Authorization

and Accounting

Xác thực, cấp phép và tính cƣớc

ACF Analog Channel Filter Bộ lọc kênh tương tự

ACIR Adjacent Channel Interference Rejection

Loại bỏ nhiễu kênh lân cận

ACK Acknowledgement Sự báo nhận

ACLR Adjacent Channel Leakage Ratio Tỉ lệ dò kênh lân cận

ACS Adjacent channel selectivity Chọn lọc kênh lân cận

ADC Analog-to Digital Conversion Chuyển đổi tương tự - số

ADSL Asymmetric Digital Subscriber

Line

Đƣờng dây thuê bao số không đối

xứng

AM Acknowledged Mode Chế độ báo nhận

AMBR Aggregate Maximum Bit Rate Tốc độ bít tối đa cấp phát

AMD Acknowledged Mode Data Dữ liệu chế độ báo nhận

AMR Adaptive Multi-Rate Đa tốc độ thích ứng

AMR-NB Adaptive Multi-Rate Narrowband Băng hẹp đa tốc độ thích ứng

AMR-WB Adaptive Multi-Rate Wideband Băng rộng đa tốc độ thích ứng

ARP Allocation Retention Priority Ưu tiên duy trì cấp phát

ATB Adaptive Transmission

Bandwidth

Băng thông truyền dẫn thích nghi

AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng thêm vào

AMPS Advanced Mobile Phone Sytem Hệ thống điện thoại di động tiên

tiến

BB Baseband Băng gốc

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển phát quảng bá

BCH Broadcast Channel Kênh phát quảng bá

AMPS Advanced Mobile Phone Sytem Hệ thống điện thoại di động tiên

tiến

BPF Band Pass Filter Bộ lọc băng tần

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân

BS Base Station Trạm gốc

BSC Base Station Controller Điều khiển trạm gốc

BSR Buffer Status Report Báo cáo tình trạng bộ đệm

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

BW Bandwidth Dải thông

CAZAC Constant Amplitude Zero

Autocorrelation Codes

Mã tự tương quan zero biên độ

không đổi


CBR Constant Bit Rate Tốc độ bít không đổi

CCE Control Channel Element Phần tử kênh điều khiển

CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung

CDD Cyclic Delay Diversity Phân tập trễ vòng

CDF Cumulative Density Function Chức năng mật độ tích lũy

CDM Code Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo mã

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

AIR Carrier to Interference Ratio Tỷ số sóng mang trên tập âm

CP Cyclic Prefix Tiền tố vòng

CPICH Common Pilot Channel Kênh điều khiển chung

CQI Channel Quality Information Thông tin chất lượng kênh

CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra dư vòng

C-RNTI Ô Radio Network Temporary Identifier

Nhận dạng tạm thời mạng vô tuyến tế bào

CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh

CSCF Call Session Control Function Chức năng điều khiển phiên cuộc

gọi

D-BCH Dynamic Broadcast Channel Kênh phát quảng bá động

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng

DCI Downlink Control Information Thông tin điều khiển đường xuống

DFCHA Dynamic Frequency and Channel

Allocation

Cấp phát kênh và tần số động

DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi fourier rời rạc

DL Downlink Đường xuống

UL uplink Đường lên

DL-SCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống

DPCCH Dedicated Physical Control

Channel

Kênh điều khiển vật lý riêng

DTX Discontinuous Transmission Truyền phát không liên tục

DwPTS Downlink Pilot Time Slot Khe thời gian điều khiển đường

xuống

E-DCH Enhanced DCH DCH được tăng cường

EDGE Enhanced Data Rates for GSM

Evolution

Tốc độ dữ liệu tăng cƣờng cho

GSM phát triển

EPC Evolved Packet Core Mạng lõi gói phát triển

EPDG Evolved Packet Data Gateway Cổng dữ liệu gói phát triển

E-

UTRAN

Evolved Universal Terrestrial

Radio Access

Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn

cầu phát triển

EDO Evolution Data Only Chỉ có dữ liệu phát triển

FD Frequency Domain Miền tần số

FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia tần số

FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia tần số


FDPS Frequency Domain Packet

Scheduling

Lập biểu gói miền tần số

FFT Fast Fourier Transform Biến đổi furier nhanh

FS Frequency Selective Lựa chọn tần số

GERAN GSM/EDGE Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến GSM/EDGE

GGSN Gateway GPRS Support Node Nút cổng hỗ trợ GPRS

GP Guard Period Khoảng bảo vệ

GPRS General packet radio service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu

GRE Generic Routing Encapsulation Đống gói định tuyến chung

GSM Global System for Mobile

Communications

Hệ thống truyền thông di động

toàn cầu

GTP GPRS Tunneling Protocol Giao thức đƣờng hầm GPRS

GTP-C GPRS Tunneling Protocol,

Control Plane

Mặt phẳng điều khiển, giao thức

đƣờng hầm GPRS

GUTI Globally Unique Temporary

Identity

Nhận dạng tạm thời duy nhất toàn

cầu

GW Gateway Cổng

HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest

Yêu cầu lặp lại tự động hỗ hợp

HO Handover Sự chuyển vùng

HSDPA High Speed Downlink Packet

Access

Truy nhập gói đường xuống tốc độ

cao

HS-DSCH High Speed Downlink Shared

Channel

Kênh chia sẻ đƣờng xuống tốc độ

cao

HSCSD High Speed Circuit Switched

Data

Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ

cao

HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao

HS-

PDSCH

High Speed Physical Downlink

Shared Channel

Kênh chia sẻ đường xuống vật lý

tốc độ cao

HSS Home Subscriber Server Máy chủ thuê bao thường trú

HS-SCCH High Speed Shared Control

Channel

Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao

HSUPA High Speed Uplink Packet

Access

Truy nhập gói đường lên tốc độ

cao

ICI Inter-carrier Interference Nhiễu liên sóng mang

ICIC Inter-ô Interference Control Điều khiển nhiễu liên ô

ID Identity Nhận dạng

IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi furier nhanh nghịch đảo

IMS IP Multimedia Subsystem Hệ thống con đa phương tiện IP

IMT International Mobile

Telecommunications

Truyền thông di động quốc tế


IP Internet Protocol Giao thức Internet

ISDN Integrated Services Digital

Network

Mạng số dịch vụ tích hợp

ISI Inter Symbols Interference Nhiễu liên ký tự

LNA low noise amplifier Khuyêch đại âm nhiễu thấp

LO Local Oscillator Bộ dao động nội

LOS Line of Sight Tầm nhìn thẳng

LTE Long Term Evolution Sự phát triển dài hạn

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường

MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động

MBMS Multimedia Broadcast Multicast

System

Hệ thống phát quảng bá đa điểm

đa phương tiện

MBR Maximum Bit Rate Tốc độ bít tối đa

MCH Multicast Channel Kênh đa điểm

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

MGW Media Gateway Cổng phương tiện

MIMO Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào đa đầu ra

MIP Mobile IP IP di động

MM Mobility Management Quản lý tính di động

MME Mobility Management Entity Phần tử quản lý tính di động

MPR Maximum Power Reduction Sự giảm công suất tối đa

MSC Mobile Switching Center Chung tâm chuyển mạch di động

NACK Negative Acknowledgement Báo nhận không thành công

NAS Non-access Stratum Tầng không truy nhập

NAS Network Address Table Bảng địa chỉ mạng

NB Narrowband Băng hẹp

NMT Nordic Mobile Telephone Điện thoại di động Bắc Âu

OFDM Orthogonal Frequency Division

Multiplexing

Ghép kênh phân chia tần số trực

giao

OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia tần số trực giao

O&M Operation and Maintenance Vận hành và bảo dưỡng

PAPR Peak to Average Power Ratio Tỉ lệ công suất đỉnh tới trung bình

PAR Peak-to-Average Ratio Tỉ lệ đỉnh-trung bình

PC Power Control Điều khiển công suất

PCCC Parallel Concatenated

Convolution Coding

Mã xoắn ghép song song

PCCPCH Primary Common Control

Physical Channel

Kênh vật lý điều khiển chung sơ

cấp

PCFICH Physical Control Format

Indicator Channel

Kênh chỉ thị dạng điều khiển vật lý

PCH Paging Channel Kênh nhắn tin


PCI Physical Ô Identity Nhận dạng ô vật lý

PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã

PCRF Policy and Charging Resource

Function

Chức năng tính cước tài nguyên và

chính sách

PCS Personal Communication Services

Dịch vụ truyền thông cá nhân

PDCCH Physical Downlink Control

Channel

Kênh điều khiển đường xuống vật

lý

PDCP Packet Data Convergence

Protocol

Giao thức hội tụ dữ liệu gói

PDN Packet Data Network Mạng dữ liệu gói

PDU Payload Data Unit Đơn vị dữ liệu tải tin

PDSCH Physical Downlink Shared Channel

Kênh chia sẻ đường xuống vật lý

P-GW Packet Data Network Gateway Cổng mạng dữ liệu gói

PHICH Physical HARQ Indicator

Channel

Kênh chỉ thị HARQ vật lý

PHY Physical Layer Lớp vật lý

PLL Phase Locked Loop Vòng khóa pha

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng

PMIP Proxy Mobile IP IP di động ủy nhiệm

PN Phase Noise Tiếng ồn pha

PRACH Physical Random Access

Channel

Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý

PRB Physical Resource Block Khối tài nguyên vật lý

PS Packet Switched Chuyển mạch gói

PSD Power Spectral Density Mật độ phổ công suất

PSS Primary Synchronization Signal Tín hiệu đồng bộ sơ cấp

PUCCH Physical Uplink Control Channel Kênh điều khiển hướng lên vật lý

PUSCH Physical Uplink Shared Channel Kênh chia sẻ hướng lên vật lý

QAM Quadrature Amplitude

Modulation

Điều chế biên độ cầu phƣơng

QCI QoS Class Identifier Nhận dạng cấp QoS

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vuông góc

RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RAR Random Access Response Đáp ứng truy nhập ngẫu nhiên

RB Resource Block Khối tài nguyên

RBG Radio Bearer Group Nhóm truyền tải vô tuyến

RF Radio Frequency Tần số vô tuyến

RI Rank Indicator Chỉ thị bậc


RLC Radio Link Control Điều khiển kết nối vô tuyến

RNC Radio Network Controller Điều khiển mạng vô tuyến

RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến

RRM Radio Resource Management Quản lý tài nguyên vô tuyến

RS Reference Signal Tín hiệu chuẩn

RSCP Received Symbol Code Power Công suất mã ký hiệu nhận đƣợc

RSRP Reference Symbol Received

Power

Công suất thu được ký hiệu chuẩn

RSRQ Reference Symbol Received

Quality

Chất lượng thu được ký hiệu chuẩn

RSSI Received Signal Strength

Indicator

Chỉ thị cường độ tín hiệu thu được

SAE System Architecture Evolution Phát triển kiến trúc hệ thống

SCCPCH Secondary Common Control

Physical Channel

Kênh vật lý điều khiển chung thứ

cấp

SCM Spatial Channel Model Chế độ kênh không gian

SC-

FDMA

Single Carrier Frequency

Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia tần số đơn

sóng mang

SCH Synchronization Channel Kênh đồng bộ

SCTP Stream Control Transmission Protocol

Giao thức truyền dẫn điều khiển luồng

SDU Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ

SFBC Space Frequency Block Coding Mã khối tần số không gian

SFN System Frame Number Số khung hệ thống

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS

S-GW Serving Gateway Cổng phục vụ

SIB System Information Block Khối thông tin hệ thống

SIMO Single Input Multiple Output Đơn đầu vào đa đầu ra

SMS Short Message Service Dịch vụ bản tin ngắn

SNR Signal to Noise Ratio Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu

SON Self Optimized Networks Mạng tự tối ưu

SR Scheduling Request Yêu cầu lập lịch biểu

S-RACH Short Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên ngắn

SRB Signaling Radio Bearer Phần tử mang báo hiệu vô tuyến

SRS Sounding Reference Signals Tín hiệu chuẩn thăm dò

SSS Secondary Synchronization

Signal

Tín hiệu đồng bộ thứ cấp

SU-

MIMO

Single User Multiple Input

Multiple Output

Đơn người dùng - Đa đầu vào đa

đầu ra

S1AP S1 Application Protocol Giao thức ứng dụng S1

TA Tracking Area Khu vực theo dõi

TBS Transport Block Size Kích thƣớc khối truyền tải


TACS Total Access Communication

Sytem

Hệ thống truyền thông truy nhập

toàn phần

TD Time Domain Miền thời gian

TDD Time Division Duplex Song công phân chia thời gian

TD-LTE Time Division Long Term Evolution

Phân chia theo thời gian - LTE

TD-

SCDMA

Time Division Synchronous Code

Division Multiple Access

Phân chia theo thời gian – đa truy

nhập phân chia theo mã đồng bộ

TPC Transmit Power Control Điều khiển công suất phát

TRX Transceiver Bộ thu phát

TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian truyền

UDP Unit Data Protocol Giao thức đơn vị dữ liệu

UE User Equipment Thiết bị đầu cuối

UL Uplink Đường lên

UL-SCH Uplink Shared Channel Kênh chia sẻ đường lên

UMTS Universal Mobile

Telecommunications System

Hệ thống thông tin di động toàn

cầu

UpPTS Uplink Pilot Time Slot Khe thời gian dẫn hƣớng đƣờng

lên

USIM Universal Subscriber Identity Module

Modun nhận dạng thuê bao toàn cầu

UTRA Universal Terrestrial Radio

Access

Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn

cầu

UTRAN Universal Terrestrial Radio

Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất

toàn cầu

V-MIMO Virtual MIMO MIMO ảo

VoIP Voice over IP Thoại qua IP

WCDMA Wideband Code Division

Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

băng rộng

WLAN Wireless Local Area Network Mạng nội bộ không dây

X1AP X1 Application Protocol Giao thức ứng dụng X1


DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Tiến trình phát triển của thông tin di động -------------------------------------- 13

Hình 1.2 Các tuỳ chọn phát triển lên LTE --------------------------------------------------- 18

Hình 2.1. Sự chuyển đổ cấu trúc UTRAN sang E-UTRAN ----------------------------- 19

Hình 2.2 Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có E-UTRAN -------------------------------- 20

Hình 2.3 eNodeB kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính -------------- 23

Hình 24 MME kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính ----------------- 25

Hình 2.5. Các kết nối S-GW tới các nút logic khác và các chức năng chính -------- 26

Hình 2.6 P-GW kết nối tới các node logic khác và các chức năng chính -------------- 28

Hình 2.7 PCRF kết nối tới các nút logic khác & các chức năng chính ----------------- 30

Hình 3.0 So sánh phổ tần của OFDM với FDMA ------------------------------------------ 32

Hình 3.1 Biểu diễn tần số thời gian của một tín hiệu OFDM ----------------------------- 33

Hình 3.2 Các sóng mang trực giao với nhau ------------------------------------------------ 33

Hình 3.3 Biến đổi FFT -------------------------------------------------------------------------- 34

Hình 3.4 Sơ đồ tạo chuỗi ký hiệu OFDMA-------------------------------------------------- 34

Hình 3.5 OFDM và OFDMA ---------------------------------------------------------------- 35

Hình 3.6 Cấu trúc khung loại 1 -------------------------------------------------------------- 36

Hình 3.7 Cấu trúc khung loại 2 -------------------------------------------------------------- 36

Hình 3.8 Cấu trúc khối tài nguyên ---------------------------------------------------------- 37

Hình 3.9 Ghép kênh thời gian tần số -------------------------------------------------------- 39

Hình 3.12 Phát và thu hướng lên LTE -------------------------------------------------------- 42

Hình 3.13So sánh OFDMA với SC-FDMA ------------------------------------------------- 45

Hình 3.14 Mô hình SU-MIMO và MU-MIMO ------------------------------------------- 46

Hình 3.15 Ghép kênh không gian ----------------------------------------------------------- 46

Hình 4.1 Samsung Craft chiếc điện thoại sử dụng LTE đầu tiên ------------------------ 51

Hình 4.2 laptop X430 ------------------------------------------------------------------------- 52

Hình 4.3 Ericsson phối hợp với cục tần số vô tuyến điện thử nghiệm LTE tại Hà Nội 53

Hình 4.4 Trạm gốc LTE ---------------------------------------------------------------------- 53


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE

Hệ thống thông tin di động phát triển rất mạnh mẽ trong thời gian gần đây.

Các bước tiến mạnh mẽ của mạng có thể thấy rõ qua các quá trình phát triển hệ

thống thông tin di động từ 1G đến hiện nay.

1/ Tổng quan về hệ thống thông tin di động

1.1/ Tổng quan về thế hệ 1G

Đây là hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng phương thức đa truy

nhập phân chia theo tần số FDMA và điều chế tần số FM với các đặc điểm :

Phương thức truy nhập: FDMA.

Dịch vụ đơn thuần là thoại.

Chất lượng thấp.

Bảo mật kém.

Một số hệ thống sử dụng :

NMT (Nordic Mobile Telephone): sử dụng băng tần 450Mhz triển

khai tại các nước Bắc Âu vào năm 1981.

TACS (Total Access Communication System): triển khai ở Anh vào

năm1985.

AMPS (Advance Mobile Phone System): triển khai tại Bắc Mỹ vào

năm 1978 tại băng tần 800Mhz.

Hình 1.1 Tiến trình phát triển của thông tin di động


1.2 /Tổng quan về thế hệ 2G

Hệ thống mạng 2G được đặc trưng bởi công nghệ chuyển mạch kỹ thuật số

(digital circuit-switched). Kỹ thuật này chiếm ưu thế hơn 1G với các đặc

điểm sau:

Dung lượng tăng.

Chất lượng thoại tốt hơn

Hỗ trợ các dịch vụ số liệu

Phương thức truy nhập : TDMA, CDMA băng hẹp. Một số hệ thống

điển hình :

GSM (Global System for Mobile Phone) sử dụng phương thức truy

cập TDMA được triển khai tại châu Âu.

D-AMPS (IS-136-Digital Advance Mobile Phone System) sử

dụng phương thức truy cập TDMA được triển khai tại Mỹ.

IS-95 (CDMA One) sử dụng phương thức truy cập CDMA được

triển khai tại Mỹ và Hàn Quốc.

PDC (Personal Digital Cellular) sử dụng phương thức truy cập

TDMA được triển khai tại Nhật Bản.

1.3/ Thế hệ 3G :

Hệ thống mạng được sử dụng phỗ biến hiện nay, có các ưu điểm mạnh

mẽ so với 2 thế hệ cũ. Đây là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ điện thoại

di động, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi

email, tin nhắn nhanh, Hình ảnh…). 3G cung cấp cả hai hệ thống là chuyển

mạch gói và chuyển mạch kênh. Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập

radio hoàn toàn khác so với hệ thống 2G hiện nay. Điểm mạnh của công

nghệ này so với 2G là cho phép truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, hình ảnh

chất lượng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở các tốc

độ khác nhau.

Mạng 3G đặc trưng bởi tốc độ dữ 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. Để cải

tiến tốc độ dữ liệu của 3G, hai kỹ thuật HSDPA và HSUPA đă 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 đă và đang bắt

đầu triển khai, trong đó đă 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 đă triển khai mạng HSUPA ở 35

nước và 17 nhà cung cấp mạng lên kế hoạch triển khai mạng HSUPA.

CDMA2000: bao gồm CDMA2000 1xRTT (Radio Transmission

Technology), CDMA2000 (Evolution -Data Optimized) và CDMA2000 EV-DV(Evolution -Data and Voice). CDMA2000 được chuẩn hoá bởi 3GPP2. CDMA2000 là công nghệ 3G được lựa chọn bởi các nhà cung cấp mạng CDMA-One.

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 đă triển khai chỉ giới hạn tốc độ peak ở 144Kbps.

CDMA2000 EV-DO: sử dụng một kênh dữ liệu 1,25MHz chuyên

biệt và có 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.


CDMA2000 EV-DV: tích hợp thoại và dữ liệu trên cùng một kênh

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 đă dừng vô thời hạn việc phát triển của 1xEV-DV vì

đa phần các nhà cung cấp mạng CDMA như Verizon Wireless và

Sprint đă 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 dăi tần hẹp 1,6MHz (cho tốc độ 2Mbps) hay 5MHz (cho tốc độ

6Mbps). Ngày xuất hành của TD-SCDMA đă bị đẩy lùi nhiều lần. Nhiều

thử nghiệm về công nghệ này đă diễn ra từ đầu năm 2004 cũng như trong

thế vận hội Olympic gần đây.

1.4/ Giới thiệu công nghệ LTE :

LTE là thế hệ thứ tư tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển.

UMTS thế hệ thứ ba dựa trên WCDMA đă được triển khai trên toàn

thế giới. Để đảm bảo tính cạnh tranh cho hệ thống này trong tương lai,

tháng 11/2004 3GPP đă bắt đầu dự án nhằm xác định bước phát triển về

lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term

Evolution (LTE). 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, bao gồm:

Giảm chi phí cho mỗi bit thông tin

Cung cấp dịch vụ tốt hơn

Sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có và băng tần mới

Đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở

Giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối. Các mục

tiêu của công nghệ này là:

Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20Mhz.

Tải lên: 50 Mbps.

Tải xuống: 100 Mbps.

Dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một

người dùng trên 1Mhz so với mạng HSDPA Rel.6.

Tải lên: gấp 2 đến 3 lần.

Tải xuống: gấp 3 đến 4 lần.


Hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển của thuê bao

là 0-15 km/h. Vẫn hoạt động tốt với tốc độ từ 15-120

km/h. Vẫn duy trước được hoạt động khi thuê bao di

chuyển với tốc độ từ 120-350 km/h (thậm chí 500 km/h

tùy băng tần).

Các chỉ tiêu trên phải đảm bảo trong bán kính vùng phủ sóng

5km, giảm chút ít trong phạm vi đến 30km. Từ 30-100km thì

không hạn chế.

Độ dài băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với các băng tần

1.25Mhz, 1.6 Mhz, 10Mhz, 15Mhz và 20Mhz cả chiều lên và chiều xuống. Hỗ trợ cả hai trường hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không.

Để đạt được mục tiêu này, sẽ có rất nhiều kĩ thuật mới được áp dụng,

trong đó nổi bật là kĩ thuật vô tuyến OFDMA (đa truy cập phân chia

theo tần số trực giao), kĩ thuật anten MIMO (Multiple Input Multiple

Output). Ngoài ra hệ thống này sẽ chạy hoàn toàn trên nền IP (all-IP

Network), và hỗ trợ cả hai chế độ FDD và TDD.

Hình 1.2 Các tuỳ chọn phát triển lên LTE


CHƯƠNG 2 – KIẾN TRÚC MẠNG LTE

2.1/ Kiến trúc mạng LTE

LTE được thiết kế để hỗ trợ cho các dịch vụ chuyển mạch gói, đối lập với

chuyển mạch kênh truyền thống. Nó hướng đến cung cấp các kết nối IP giữa các UE

và PDN, mà không có bất kì sự ngắt quãng nào đối với những ứng dụng của người

dùng trong suốt quá trình di chuyển. Trong khi thuật ngữ LTE đề cập quanh sự tiến

triển việc truy cập vô tuyến thông qua E-UTRAN, nó còn được kết hợp cùng với

các phương diện cải tiến “ không vô tuyến” dưới thuật ngữ SAE bao gồm mạng lõi

gói cải tiến EPC. LTE cùng với SAE tạo thành hệ thống gói cải tiến EPS.

Hình 2.1 cho chúng ta thấy các thành phần chính của 1 mạng lõi và mạng

vô tuyến LTE (b) và cấu thành phần chính của mạng UMTS. Chúng ta thấy mạng

LTE ít phức tạp hơn do các eNodeB được kết nối với nhau hoặc kết nối trực tiếp tới

mạng lõi nên các RNC bị gỡ bỏ. Các chức năng của RNC được chuyển một phần

sang trạm cơ sở và một phần sang nút Gateway của mạng lõi. Vì không còn RNC

nữa nên các eNodeB thực hiện chức năng quản lý dữ liệu truyền tải một cách tự

lập và đảm bảo dịch vụ.


a b

Hình 2.1: Sự chuyển đổi cấu trúc UTRAN sang E-UTRAN

2.1.1/ Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống

Hình 2.2 miêu tả kiến trúc và các thành phần mạng trong cấu hình kiến trúc nơi

chỉ có một E-UTRAN tham gia. Hình này cũng cho thấy sự phân chia kiến trúc

thành bốn vùng chính: thiết bị người dùng (UE) ; UTRAN phát triển( E-UTRAN);

mạng lõi gói phát triển(EPC); và các vùng dịch vụ.


Hình 2.2. Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có E-UTRAN

UE, E-UTRAN và EPC đại diện cho các giao thức internet (IP) ở lớp kết nối.

Đây là một phần của hệ thống được gọi là hệ thống gói phát triển (EPS). Chức năng

chính của lớp này là cung cấp kết nối dựa trên IP và nó được tối ưu hóa cao cho

mục tiêu duy nhất. Tất cả các dịch vụ được cung cấp dựa trên IP, tất cả các nút

chuyển mạch và các giao diện được nhìn thấy trong kiến trúc 3GPP trước đó không

có mặt ở E-UTRAN và EPC. Công nghệ IP chiếm ưu thế trong truyền tải, nơi mà

mọi thứ được thiết kế để hoạt động và truyền tải trên IP.

Các hệ thống con đa phương tiện IP ( IMS) là một ví dụ tốt về máy móc thiết bị

phục vụ có thể được sử dụng trong lớp kết nối dịch vụ để cung cấp các dịch vụ dựa

trên kết nối IP được cung cấp bởi các lớp thấp hơn. Ví dụ , để hỗ trợ dịch vụ thoại

thì IMS có thể cung cấp thoại qua IP ( VoIP) và sự kết nối tới các mạng chuyển

mạch-mạch cũ PSTN và ISDN thông qua các cổng đa phương tiện của nó điều

khiển.

Sự phát triển của E-UTRAN tập chung vào một nút, nút B phát triển ( eNode B).

Tất cả các chức năng vô tuyến kết thúc ở đó, tức là eNB là điểm kết thúc cho tất cả

các giao thức vô tuyến có liên quan. E-UTRAN chỉ đơn giản là một mạng lưới của

các eNodeB được kết nối tới các eNodeB lân cận với giao diện X2.


Một trong những thay đổi kiến trúc lớn là trong khu vực mạng lõi là EPC không

có chứa một vùng chuyển mạch-mạch, và không có kết nối trực tiếp tới các mạng

chuyển mạch mạch truyền thống như ISDN và PSTN là cần thiết trong lớp này. Các

chức năng của EPC là tương đương với vùng chuyển mạch gói của mạng 3GPP hiện

tại. Tuy nhiên những thay đổi đáng kể trong việc bố trí các nút chức năng và kiến

trúc phần này nên được coi như là hoàn tòan mới.

Hình 2.2 cho thấy có một phần tử gọi là SAE GW. Như hình 2.2 cho thấy đó là

sự kết hợp của hai cổng là cổng phục vụ (S-GW) và cổng mạng dữ liệu gói( P-

GW) điều này được định nghĩa cho các xử lý UP trong EPC. Gộp chúng lại với

nhau thành SAE GW. Cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống và chức năng của nó

được ghi trong 3GPP TS 23.401.

2.1.2. Thiết bị người dùng ( UE)

UE là thiết bị mà người dùng đầu cuối sử dụng để liên lạc. Thông thường nó là

những thiết bị cầm tay như điện thoại thông minh hoặc một thẻ dữ liệu như mọi

người vẫn đang sử dụng hiện tại trong mạng 2G và 3G. Hoặc nó có thể được nhúng

vào, ví dụ một máy tính xách tay. UE cũng có chứa các mođun nhận dạng thuê bao

toàn cầu( USIM). Nó là một mođun riêng biệt với phần còn lại của UE, thường

được gọi là thiết bị đầu cuối (TE). USIM là một ứng dụng được đặt vào một thẻ

thông minh có thể tháo rời được gọi là thẻ mạch tích hợp toàn cầu ( UICC). USIM

được sử dụng để nhận dạng và xác thực người sử dụng để lấy khóa bảo mật nhằm

bảo vệ việc truyền tải trên giao diện vô tuyến.

Các chức năng của UE là nền tảng cho các ứng dụng truyền thông, mà có tín hiệu

với mạng để thiết lập, duy trì và loại bỏ các liên kết thông tin người dùng cần. Điều

này bao gồm các chức năng quản lý tính di động như chuyển giao, báo cáo vị trí của

thiết bị, và các UE phải thực hiện theo hướng dẫn của mạng. Có lẽ quan trọng nhất

là UE cung cấp giao diện người sử dụng cho người dùng cuối để các ứng dụng như

VoIP có thể được sử dụng để thiết lập một cuộc gọi thoại.


2.1.3/ E-UTRAN NodeB (eNodeB)

Nút duy nhất trên E-UTRAN là E-UTRAN NodeB ( eNodeB). Đơn giản đặt eNB

là một trạm gốc vô tuyến kiểm soát tất cả các chức năng vô tuyến liên quan trong

phần cố định của hệ thống. Các trạm gốc như eNB thường phân bố trên toàn khu

vực phủ sóng của mạng. Mỗi eNB thường cư trú gần các anten vô tuyến hiện tại của

chúng.

Chức năng của eNB hoạt động như một cầu nối giữa 2 lớp là UE và EPC, nó là

điểm cuối của tất cả các giao thức vô tuyến về phía UE, và tiếp nhận dữ liệu giữa

các kết nối vô tuyến và các kết nối IP cơ bản tương ứng về phía EPC. Trong vai trò

này các EPC thực hiện mã hóa / giải mã các dữ liệu UP, và cũng có nén / giải nén

tiêu đề IP, tránh việc gửi đi lặp lại giống nhau hoặc dữ liệu liên tiếp trong tiêu đề IP.

eNB cũng chịu trách nhiệm về nhiều các chức năng của mặt phẳng điều khiển

(CP). eNB chịu trách nhiệm về quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM), tức là kiểm sóat

việc sử dụng giao diện vô tuyến , bao gồm : phân bổ tài nguyên dựa trên yêu cầu,

ưu tiên và lập lịch trình lưu lượng theo yêu cầu QoS, và liên tục giám sát tình hình

sử dụng tài nguyên.

Ngoài ra eNodeB còn có vai trò quan trọng trong quản lý tính di động (MM).

Điều khiển eNB và đo đạc phân tích mức độ của tín hiệu vô tuyến được thực hiện

bởi UE. Điều này bao gồm trao đổi tín hiệu chuyển giao giữa eNB khác và MME.

Khi một UE mới kích hoạt theo yêu cầu của eNB và kết nối vào mạng, eNB cũng

chịu trách nhiệm về việc định tuyến khi này nó sẽ đề nghị các MME mà trước đây

đã phục vụ cho UE, hoặc lựa chọn một MME mới nếu một tuyến đường đến các

MME trước đó không có sẵn hoặc thông tin định tuyến vắng mặt.

Hình 2.3 cho thấy các kết nối với eNB đã đến xung quanh các nút logic, và tóm

tắt các chức năng chính trong giao diện này. Trong tất cả các kết nối eNB có thể là

trong mối quan hệ một – nhiều hoặc nhiều – nhiều. Các eNB có thể phục vụ đồng

thời nhiều UE trong vùng phủ sóng của nó nhưng mỗi UE chỉ được kết nối tới một

eNB trong cùng một thời điểm. Các eNB sẽ cần kết nối tới các eNB lân cận với nó

trong khi chuyển giao có thể cần thực hiện.

Cả hai MME và S-GW có thể được gộp lại, có nghĩa là một tập hợp các nút được

phân công để phục vụ cho một tập hợp các eNB. Từ một viễn cảnh eNB đơn này có

nghĩa là nó có thể cần phải kết nối tới nhiều MME và S-GW. Tuy nhiên mỗi UE sẽ

được phục vụ bởi chỉ có một MME và S-GW tại một thời điểm và eNB phải duy trì

theo dõi các liên kết này.

Sự kết hợp này sẽ không bao giờ thay đổi từ một điểm eNodeB duy nhất, bởi vì

MME hoặc S-GW chỉ có thể thay đổi khi kết hợp với sự chuyển giao liên eNodeB.


Hình 2.3 eNodeB kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính

2.1.4/ Thực thể quản lý tính di động (MME)

Thực thể quản lý tính di động(MME) là thành phần điều khiển chính trong EPC.

Thông thường MME sẽ là một máy chủ ở một vị trí an toàn tại các cơ sở của nhà

điều hành. Nó chỉ hoạt động trong các CP, và không tham gia vào con đường của

UP dữ liệu.

Ngoài giao diện cuối vào MME trong kiến trúc thể hiện trong hình 2.2, MME còn

có một kết nối logic trực tiếp tới UE, và kết nối này được sử dụng như là kênh điều

khiển chính giữa UE và mạng. Sau đây là danh sách các chức năng chính của MME

trong cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống :

Xác thực và bảo mật : khi một UE đăng ký vào mạng lần đầu tiên, MME sẽ

khởi tạo sự xác thực, bằng cách thực hiện những điều sau: nó tìm ra danh tính

thường trú của UE, hoăc từ các mạng truy nhập trước đó hoặc chính bản thân UE,

yêu cầu từ bộ phục vụ thuê bao thường trú (HSS) trong mạng chủ của UE các điều

khiển chứng thực có chứa các mệnh lệnh chứng thực – trả lời các cặp tham số, gửi

các thử thách với UE và so sánh các trả lời nhận được từ UE vào một trong những

cái đã nhận từ mạng chủ. Chức năng này là cần thiết để đảm bảo các yêu cầu bảo

vệ với UE. Các MME có thể lặp lại chức năng xác thực khi cần thiết hoặc theo chu

kỳ. Các chức năng này dùng để bảo vệ các thông tin liên lạc khỏi việc nghe trộm

và từ sự thay đổi của bên thứ ba tương ứng trái phép. Để bảo vệ sự riêng tư của

UE, MME cũng phân bổ cho mỗi UE một mã tạm thời gọi là mã nhận dạng tạm

thời duy nhất toàn cầu(GUTI), do đó cần phải gửi mã nhận dạng thường trú UE –


mã nhận dạng thuê bao di động quốc tế ( IMIS) qua giao diện vô tuyến được giảm

thiểu. Các GUTI có thể được cấp trở lại, ví dụ định kỳ để ngăn chặn theo dõi UE.

Quản lý tính di động: MME theo dõi vị trí của tất cả các UE trong khu vực

của mình, khi một UE đăng ký vào mạng lần đầu tiên, MME sẽ tạo ra một lối vào

cho UE và tín hiệu với vị trí tới HSS trong mạng chủ của UE. MME yêu cầu tài

nguyên thích hợp được thiết lập trong eNodeB, cũng như trong các S-GW mà nó

lựa chọn cho UE. Các MME sau đó tiếp tục theo dõi vị trí của UE hoặc là dựa trên

mức độ của eNB, nếu UE vẫn kết nối, tức là truyền thông đang hoạt động hoặc ở

mức độ khu vực theo dõi (TA). MME điều khiển các thiết lập và giải phóng nguồn

tài nguyên dựa trên những thay đổi chế độ hoạt động của UE. MME cũng tham gia

vào việc điều khiển tín hiệu chuyển giao của UE trong chế độ hoạt động giữa các

eNB, S-GW hoặc MME. MME tham gia vào mọi thay đổi của eNB vì không có

phần tử điều khiển mạng vô tuyến riêng biệt nên nó đã ẩn hầu hết các sự kiện này.

Một UE ở trạng thái rảnh dỗi nó sẽ báo cáo vị trí của nó hoặc là định kỳ, hoặc là

khi nó chuyển tới một khu vực theo dõi. Nếu dữu liệu nhận được từ bên ngoài cho

một UE rảnh dỗi, MME sẽ được thông báo, nó sẽ yêu cầu các eNB trong TA đã

được lưu giữ cho UE tới vị trí nhớ của UE.

Quản lý hồ sơ thuê bao và dịch vụ kết nối: vào thời điểm một UE đăng ký

vào mạng, các MME sẽ chịu trách nhiệm lấy hồ sơ đăng ký của nó từ mạng chủ về.

Các MME sẽ lưu trữ thông tin này trong suốt thời gian phục vụ UE. Hồ sơ này xác

định những gì các kết nối mạng dữ liệu gói được phân bổ tới các mạng ở tập tin

đính kèm. Các MME sẽ tự động thiết lập mặc định phần tử mang, cho phép các UE

kết nối IP cơ bản. Điều này bao gồm tín hiệu CP với eNB và S-GW. Tại bất kỳ thời

điểm nào sau này, các MME có thể cần tới được tham gia vào việc thiết lập phần tử

mang dành riêng cho các dịch vụ được hưởng lợi xử lý cao hơn. Các MME có thể

nhận được các yêu cầu thiết lập một phần tử mang dành riêng, hoặc từ các S-GW

nếu yêu cầu bắt nguồn từ khu vực dịch vụ điều hành, hoặc trực tiếp từ UE, nếu UE

yêu cầu kết nối cho một dịch vụ mà không được biết đến bởi khu vực dịch vụ điều

hành, và do đó không thể được bắt đầu từ đó .

Hình 2.4 cho thấy các kết nối MME đến quanh các nút logic, và tóm tắt các chức

năng chính trong giao diện này. Về nguyên tắc MME có thể được kết nối với bất kỳ

MME khác trong hệ thống, nhưng thường kết nối được giới hạn trong một nhà điều

hành mạng duy nhất. Các kết nối từ xa giữa các MME có thể được sử dụng khi một

UE đã đi xa, trong khi đi đăng ký với một MME mới sau đó tìm kiếm nhận dạng

thường trú mới của UE, sau đó lấy nhận dạng thường trú của UE, mã nhận dạng

thuê bao di động quốc tế (IMIS), từ MME truy cập trước đó. Các kết nối giữa các

MME với các MME lân cận được sử dụng trong chuyển giao.


Hình 2.4 MME kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính

Kết nối tới một số HSS cũng cần được hỗ trợ, các HSS nằm trong mạng chủ của

người dùng , và một tuyến đường có thể được tìm thấy dựa trên IMIS. Mỗi MME

được cấu hình để điều khiển một tập hợp các S-GW và eNodeB. Cả hai S-GW và

eNodeB cũng có thể được kết nối tới các MME khác. Các MME có thể phục vụ

một số UE cùng một lúc, trong khi mỗi UE sẽ chỉ kết nối tới một MME tại một thời

điểm.

2.1.5/ Cổng phục vụ ( S-GW)

Trong cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống, chức năng cao cấp của S-GW là quản

lý đường hầm UP và chuyển mạch. S-GW là một phần của hạ tầng mạng nó được

duy trì ở các phòng điều hành trung tâm của mạng.

Khi giao diện S5/S8 dựa trên GTP, S-GW sẽ có đường hầm GTP trên tất cả các

giao diện UP của nó. Ánh xạ giữa các luồng dịch vụ IP và đường hầm GTP được

thực hiện trong P-GW, và S-GW không cần được kết nối với PCRF. Toàn bộ điều

khiển có liên quan tới các đường hầm GTP, đến từ MME hoặc P-GW. Khi sử dụng

giao diện PMIP S5/S8. S-GW sẽ thực hiện việc ánh xạ giữa các dòng dịch vụ IP

trong các đường hầm S5/S8 và đường hầm GTP trong giao diện S1-U, và sẽ kết nối

tới PCRF để nhận được thông tin ánh xạ.

S-GW có một vai trò rất nhỏ trong các chức năng điều khiển. Nó chỉ chịu trách

nhiệm về nguồn tài nguyên của riêng nó, và nó cấp phát chúng dựa trên các yêu cầu

từ MME, P-GW hoặc PCRF, từ đó mà các hành động được thiết lập , sửa đổi hoặc

xóa sạch các phần tử mang cho UE. Nếu các lênh trên được nhận từ P-GW hoặc

PCRF thì S-GW cũng sẽ chuyển tiếp các lệnh đó tới MME để nó có thể điều khiển


các đường hầm tới eNodeB. Tương tự, khi MME bắt đầu có yêu cầu thì S-GW sẽ

báo hiệu tới một trong hai P-GW hoặc PCRF tùy thuộc vào S5/S8 được dựa trên

GTP hoặc PMIP tương ứng. Nếu giao diện S5/S8 được dựa trên PMIP thì dữ liệu

trong giao diện đó sẽ đƣợc các luồng IP trong một đường hầm GRE truyền tới mỗi

UE. Khi đó trong giao diện S5/S8 dựa trên GTP mỗi phần tử mang sẽ có đường

hầm của riêng mình. Do đó S-GW hỗ trợ PMIP S5/S8 có trách nhiệm liên kết các

phần tử mang, ví dụ : ánh xạ các luồng IP trong giao diện S5/S8 vào các phần tử

mang trong giao diện S1. Chức năng này trong S-GW được gọi là chức năng liên

kết phần tử mang và báo cáo sự kiện ( BBERF). Bất kể nơi mà tín hiệu phần tử

mang bắt đầu, BBERF luôn nhận các thông tin liên kết phần tử mang từ PCRF.

Hình 2.5. Các kết nối S-GW tới các nút logic khác và các chức năng chính

Trong khi di chuyển giữa các eNodeB, S-GW hoạt động như nút cuối di động địa

phương. MME sẽ lệnh S-GW để chuyển sang đường hầm từ một eNodeB khác.

MME cũng có thể yêu cầu S-GW cung cấp tài nguyên đường hầm cho dữ liệu

chuyển tiếp khi có nhu cầu cần chuyển dữ liệu từ eNodeB nguồn tới eNodeB đích

trong thời điểm UE có chuyển giao vô tuyến. Các tình huống di chuyển cũng bao

gồm sự thay đổi từ một S-GW tới một cái khác, và MME sẽ điều khiển sự thay đổi

này cho phù hợp bằng cách loại bỏ các đường hầm trong S-GW cũ và thiết lập

chúng trong S-GW mới.


Đối với tất cả các luồng dữ liệu thuộc về một UE trong chế độ kết nối thì S-GW

sẽ chuyển tiếp dữ liệu giữa eNodeB và P-GW. Tuy nhiên khi một UE ở chế độ

nhàn rỗi thì các nguồn tài nguyên này trong eNodeB sẽ được giải phóng, các

đƣờng dẫn dữ liệu được kết thúc trong S-GW. Nếu S-GW nhận được gói dữ liệu

từ P-GW thì nó sẽ lưu các gói vào bộ đệm và yêu cầu MME bắt đầu nhắn tin tới

UE. Tin nhắn sẽ làm cho UE tới chế độ tái kết nối, và khi các đường hầm được tái

kết nối thì các gói tin từ bộ đệm sẽ được gửi về. S-GW sẽ theo dõi dữ liệu trong các

đường hầm và nó cũng có thể thu thập các dữ liệu cần thiết cho việc hạch toán

và tính chi phí của người dùng.

Trong hình 2.5 cho thấy S-GW được kết nối tới các nút logic khác và danh sách

các chức năng chính trong các giao diện này. Tất cả các giao diện được cấu hình

theo kiểu một – nhiều từ S-GW được thấy. Một S-GW có thể chỉ phục vụ một khu

vực địa lý nhất định với một tập giới hạn các eNodeB, và tương tự có thể có một tập

giới hạn của các MME điều khiển khu vực đó. S-GW có thể kết nối tới bất kỳ P-

GW nào trong toàn bộ mạng lưới, bởi vì P-GW sẽ không thay đổi trong khi di

chuyển, trong khi S-GW có thể được định vị lại trong khi UE di chuyển. Với các kết

nối có liên quan tới một UE, S-GW sẽ luôn báo hiệu với chỉ một MME và các điểm

UP tới một eNodeB tại một thời điểm. Nếu một UE được phép kết nối tới nhiều các

PDN thông qua các P-GW khác nhau , thì S-GW cần kết nối tới các thành phần

riêng biệt. Nếu giao diện S5/S8 là dựa trên PMIP thì S-GW sẽ kết nối tới một PCRF

cho mỗi P-GW riêng được UE sử dụng.

Trên hình cũng cho thấy trường hợp chuyển dữ liệu gián tiếp nơi mà dữ liệu UP

được chuyển tiếp giữa các eNodeB thông qua các S-GW. Không có tên giao diện cụ

thể liên quan đến giao diện giữa các S-GW, vì định dạng chính xác giống như trong

giao diện S1-U, và có thể cho rằng các S-GW liên quan chúng đã truyền thông trực

tiếp với cùng một eNodeB. Đây sẽ là trường hợp khi chuyển tiếp dữ liệu gián tiếp

diễn ra thông qua chỉ một S-GW, tức là cả hai eNodeB có thể được kết nối tới cùng

một S-GW.

2.1.6/ Cổng mạng dữ liệu gói ( P-GW)

Cổng mạng dữ liệu gói ( P-GW, cũng thường được viết tắt là PDN-GW) là tuyến

biên giữa EPS và các mạng dữ liệu gói bên ngoài. Nó là nút cuối di động mức cao

nhất trong hệ thống, và nó thường hoạt động như là điểm IP của các thiết bị cho UE.

Nó thực hiện các chức năng chọn lưu lượng và lọc theo yêu cầu bởi các dịch vụ

được đề cập. Tương tự như S-GW, các P-GW được duy trì tại các phòng điều hành

tại một vị trí trung tâm.

Điển hình là P-GW cấp phát các địa chỉ IP cho UE, và UE sử dụng nó để giao tiếp

với các máy chủ IP khác trong các mạng bên ngoài. ( ví dụ như Internet ). Nó cũng

có thể là PDN bên ngoài mà UE đã được kết nối cấp phát các địa chỉ đó là để sử

dụng bởi các UE, các đường hầm P-GW cho tất cả lưu lượng vào mạng đó. Địa chỉ


IP luôn được cấp phát khi UE yêu cầu một kết nối PDN, nó sẽ diễn ra ít nhất là khi

UE được gắn vào mạng, và nó có thể sảy ra sau khi có một kết nối PDN mới. Các

P-GW thực hiện chức năng giao thức cấu hình máy chủ động (DHCP) khi cần, hoặc

truy vấn một máy chủ DHCP bên ngoài, và cung cấp địa chỉ cho UE. Ngoài ra tự

cấu hình động được hỗ trợ bởi các tiêu chuẩn. Chỉ IPv4, chỉ IPv6 hoặc cả hai, các

địa chỉ có thể được phân bổ tùy theo nhu cầu. UE có thể báo hiệu rằng nó muốn

nhận địa chỉ ngay trong tín hiệu kết nối hoặc nếu nó muốn thực hiện cấu hình địa

chỉ sau khi lớp liên kết được kết nối.

P-GW bao gồm cả PCEF, có nghĩa là nó thực hiện các chức năng chọn lưu lượng

và lọc theo yêu cầu bởi các chính sách được thiết lập cho UE và các dịch vụ nói

đến, nó cũng thu thập các báo cáo thông tin chi phí liên quan.

Lưu lượng UP giữa P-GW và các mạng bên ngoài dưới dạng các gói tin IP thuộc

về các dòng dịch vụ IP khác nhau. Nếu giao diện S5/S8 hướng tới S-GW là dựa trên

GTP thì P-GW thực hiện ánh xạ các dòng dữ liệu IP tới các đường hầm GTP, các P-

GW thiết lập các phần tử mang cơ bản dựa trên yêu cầu qua PCRF hoặc từ S-GW,

mà chuyển tiếp các thông tin từ MME. Nếu giao diện S5/S8 là dựa trên PMIP, P-

GW sẽ ánh xạ tất cả các luồng dịch vụ IP từ các mạng bên ngoài thuộc về một UE

tới một đường hầm GRE duy nhất, và tất cả các thông tin điều khiển chỉ được trao

đổi với PCRF. P-GW cũng có chức năng giám sát các luồn dữ liệu cho mục đích

hoạch toán cũng như cho ngăn xen theo luật.

P-GW là điểm cuối di đông mức cao nhất trong hệ thống. Khi một UE di chuyển

từ một S-GW tới một cái khác, các phần tử mang phải được chuyển vào P-GW. P-

GW sẽ nhận được chỉ dẫn để chuyển các luồng từ các S-GW mới.

Hình 2.6 cho thấy các kết nối P-GW đã đến xung quanh các nút logic, và danh

sách các chức năng chính trong giao diện này.

Hình 2.6 P-GW kết nối tới các node logic khác và các chức năng chính


Mỗi P-GW có thể được kết nối tới một hoặc nhiều PCRF, S-GW và mạng bên

ngoài. Đối với một UE liên kết với P-GW thì chỉ có duy nhất một S-GW, nhưng

có các kết nối tới nhiều các mạng bên ngoài và tương ứng có nhiều các PCRF

có thể cần phải được hỗ trợ, nếu có kết nối tới nhiều các PDN được hỗ trợ thông

qua một P-GW.

2.1.7/ Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên ( PCRF)

Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên(PCRF) là phần tử mạng chịu

trách nhiệm về chính sách và điều khiển tính cước ( PCC). Nó tạo ra các quyết

định về cách xử lý các dịch vụ về QoS, và cung cấp thông tin cho PCEF được đặt

trong P- GW, và nếu được áp dụng cho cả BBERF được đặt trong S-GW, để

cho việc thiết lập các phần tử mang thích hợp và việc lập chính sách. PCRF là

một máy chủ và thường được đặt với các phần tử CN khác tại các trung tâm điều

hành chuyển mạch. Các thông tin PCRF cung cấp cho PCEF được gọi là các quy

tắc PCC. PCRF sẽ gửi các quy tắc PCC bất cứ khi nào một phần tử mang mới

được thiết lập. Thiết lập phần tử mang là cần thiết, ví dụ khi UE bước đầu được

gắn vào mạng và phần tử mang mặc định sẽ được thiết lập, và sau đó khi có một

hoặc nhiều các phần tử mang dành riêng được thiết lập. PCRF có khả năng cung

cấp các quy tắc PCC dựa trên yêu cầu, hoặc từ P-GW và cũng như S-GW trong

tường hợp PMIP, giống như trong trường hợp kết nối, và cũng dựa trên yêu cầu từ

chức năng ứng dụng(AF) nằm trong các dịch vụ tên miền. Ví dụ, với IMS và AF

sẽ thúc đẩy dịch vụ QoS thông tin tới PCRF, từ đó tạo ra một quyết định PCC và

nó sẽ đẩy các quy tắc PCC đến P-GW, và mang thông tin ánh xạ tới S-GW trong

trường hợp S5/S8 là PMIP. Các phần tử mang EPC sau đó sẽ được thiết lập dựa

trên những điều đó.


Hình 2.7 PCRF kết nối tới các nút logic khác & các chức năng chính

Các kết nối giữa PCRF và các nút khác được thể hiện như trong hình 2.7,

mỗi PCRF có thể được kết nối với một hoặc nhiều AF, P-GW và S-GW. Chỉ

có một PCRF liên kết với mỗi kết nối PDN đó là một UE duy nhất đã có.

2.1.8/ Máy chủ thuê bao thường trú (HSS)

Máy chủ thuê bao thƣờng trú (HSS) là kho dữ liệu thuê bao cho tất cả dữ

liệu người dùng thường xuyên. Nó cũng ghi lại vị trí của người sử dụng ở mức

độ của nút điều khiển mạng tạm trú, chẳng hạn như MME. Nó là một máy chủ

cơ sở dữ liệu và được duy trì tại các phòng trung tâm của nhà điều hành.

HSS lưu trữ bản gốc của hồ sơ thuê bao, trong đó chứa các thông tin về các

dịch vụ được áp dụng đối với người sử dụng, bao gồm thông tin về các kết nối

PDN được cho phép, và liệu có chuyển tới một mạng tạm trú riêng được hay

không. HSS cũng lưu những nhận dạng của các P-GW được sử dụng. Khóa

thường trực được sử dụng để tính toán xác thực và được gửi tới mạng tạm trú để

xác thực người dùng và các khóa phát sinh tiếp sau để mã hóa và bảo vệ tính toàn

vẹn là được lưu trữ tại các trung tâm xác thực(AUC), thường là một phần của

HSS. Trong tất cả các tín hiệu liên quan tới các chức năng này thì HSS phải

tương tác với MME. Các HSS sẽ cần phải có khả năng kết nối với mọi MME

trong toàn bộ hệ mạng lưới, nơi mà các UE của nó được phép di chuyển. Đối với

mỗi UE, các hồ sơ HSS sẽ chỉ tới một MME phục vụ tại một thời điểm, và ngay

sau đó là báo cáo về một MME mới mà nó phục vụ cho UE, HSS sẽ hủy bỏ vị trí

của MME trước.


CHƯƠNG 3 - TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE

3.1/ Các chế độ truy nhập vô tuyến

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

tần số (FDD) và song công phân chia theo thời gian (TDD), mỗi chế độ có một

cấu trúc khung riêng. Chế độ bán song công FDD cho phép chia sẻ phần cứng

giữa đường lên và đường xuống vì đường lên và đường xuống không bao giờ

sử dụng đồng thời. Kỹ thuật này được sử dụng trong một số dải tần và cũng

cho phép tiết kiệm chi phí trong khi giảm một nửa khả năng truyền dữ liệu.

Giao diện không gian LTE cũng hỗ trợ phát đa phương tiện và các dịch vụ

phát quảng bá đa điểm (MBMS). Một công nghệ tương đối mới cho nội dung

phát sóng như truyền hình kỹ thuật số tới UE bằng cách sử dụng các kết nối

điểm- đa điểm. Các thông số kỹ thuật 3GPP cho MBMS đầu tiên được xuất hiện

trong UMTS phiên bản 6. LTE xác định là một cấp cao hơn dịch vụ MBMS

phát triển (eMBMS), mà nó sẽ hoạt động qua một mạng đơn tần số phát quảng

bá /đa điểm(MBSFN), bằng cách sử dụng một dạng sóng đồng bộ thời gian

chung mà có thể truyền tới đa ô trong một khoảng thời gian nhất định. MBSFN

cho phép kết hợp qua vô tuyến của truyền đa ô tới UE, sử dụng tiền tố vòng

(CP) để bảo vệ các sự sai khác do trễ khi truyền tải, để các UE truyền tải như là

từ một tế bào lớn duy nhất. Công nghệ này giúp cho LTE có hiệu suất cao cho

truyền tải MBMS. Các dịch vụ eMBMS sẽ đƣợc xác định đầy đủ trong thông số

kỹ thuật của 3GPP phiên bản 9

3.2. Kỹ thuật đa truy nhập cho đường xuống OFDMA

Hệ thống truyền dẫn đường xuống của LTE dựa trên công nghệ OFDM vì

OFDM có nhiều ưu điểm:

OFDM có thể loại bỏ hiện tượng nhiễu xuyên kí hiệu ISI nếu độ dài

chuỗi bảo vệ GI lớn hơn độ trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh truyền.

Thực hiện việc đổi chuỗi dữ liệu từ nối tiếp sang song song nên thời

gian symbol tăng lên nên sự phân tán theo thời gian gây bởi trải trễ

do đường truyền dẫn đa đường giảm xuống.

Tối ưu hiệu quả phổ tần do cho phép chồng phổ giữa các sóng mang

con.


Hạn chế được ảnh hưởng của fading bằng cách chia kênh fading chọn

lọc tần số thành các kênh con phẳng tương ứng với các tần số sóng

mang OFDM khác nhau.

OFDM phù hợp với việc thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng, ảnh

hưởng của sự phân tập về tần số (frequency selectivity) đối với chất

lượng hệ thống được giảm thiểu nhiều so với hệ thống truyền dẫn đơn

sóng mang.

Cấu trúc máy thu đơn giản.

Thích ứng đường truyền và lập biểu trong miền tần số.

Tương thích với bộ thu anten tiên tiến

3.2.1 OFDM

OFDM là một trường hợp đặc biệt của phương pháp điều chế FDM. Chia

luồng dữ liệu thành nhiều đường truyền băng hẹp trong vùng tần số sử dụng,

trong đó các sóng mang con trực giao với nhau. Do vậy phổ tín hiệu của các

sóng mang phụ này được phép chồng lấn lên nhau mà phía đầu thu vẫn khôi phục

lại được tín hiệu ban đầu. Sự chồng lấn phổ tín hiệu này làm cho hệ thống OFDM

có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với kĩ thuật điều chế thông thường

Hình 3.0: So sánh phổ tần của OFDM với FDMA


Hình 3.1 Biểu diễn tần số-thời gian của một tín hiệu OFDM

Hình 3.2 : Các sóng mang trực giao với nhau

Một vấn đề gặp phải ở OFDM trong 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 hỏng tính

trực giao của các cuộc truyền dẫn đến nhiễu đa truy cập. Vì vậy nó rất nhạy cảm

với dịch tần. Ở LTE người ta chọn khoảng cách giữa các sóng mang là 15KHz,

đối với khoảng cách này là khoảng cách đủ lớn đối với dịch tần Doppler.

Để điều chế tín hiệu OFDM, người ta sử dụng biến đổi FFT và IFFT cho

biến đổi giữa miền thời gian và miền tần số.


Hình 3.3: Biến đổi FFT

Chiều dài biến đổi FFT là 2n

với n là số nguyên. Với LTE, chiều dài có thể

là

512 hoặc 1024... Ta sử dụng biến đổi IFFT để phát đi, nguồn dữ liệu sau khi điều

chế biến đổi nối tiếp sang song song. Sau đó được đưa vào bộ mã hóa và sắp

xếp, chèn pilot trước khi đưa vào bộ IFFT. Mỗi ngõ vào tương ứng với từng sóng

mang riêng biệt (thành phần tần số riêng biệt của tín hiệu miền thời gian) và mỗi

sóng mang được điều chế độc lập với các sóng mang khác. Sau khi biến đổi

IFFT xong, tín hiệu được chèn thêm tiền tố vòng CP rồi chuyển đổi từ song song

sang nối tiếp để chuyển lên luồng dữ liệu tốc độ cao trước khi đưa vào bộ chuyển

tín hiệu analog sang digital để truyền trên truyền. Ở máy thu thì ta làm ngược lại.

Hình 3.4: Sơ đồ tạo chuỗi tín hiệu OFDM


Chức năng của các khối:

Mục đích của S/P: Ban đầu dữ liệu đầu vào với tốc độ cao được

chia thành nhiều dòng dữ liệu song song có tốc độ thấp hơn,

nhóm các bít lại để gán cho các sóng mang, mỗi sóng mang

được gán luồng dữ liệu để truyền đi (ví dụ 64QAM thì sẽ nhóm 6

bit).

Nhiệm vụ của bộ mã hóa và sắp xếp là mã hóa vi sai dữ liệu

trong sóng mang, sau đó được ánh xạ theo dạng khóa dịch PSK.

Các bít được ánh xạ theo cách điều chế ví dụ như QPSK, 16

QAM, 64QAM…

IFFT/FFT: Bộ IFFT biến đổi nhanh từ miền tần số sang miền thời

gian và FFT thì ngược lại.

3.2.2 Kỹ thuật đa truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDMA

LTE sử dụng OFDMA cho tuyến lên. OFDMA được gọi là đa truy cập phân

chia theo tần số trực giao la công nghệ đa truy cập phân chia theo sóng mang trực

giao, là một dạng nâng cao của OFDM.

Hình 3.5: OFDM và OFDMA

Trái ngược với phương thức truyền OFDM, OFDMA cho phép truy nhập

của nhiều người sử dụng trên băng thông sẵn có. Mỗi người sử dụng được ấn

định một tài nguyên thời gian-tần số cụ thể. Như một nguyên tắc cơ bản của E-

UTRAN, các kênh dữ liệu là các kênh chia sẻ. Ví dụ, đối với mỗi khoảng thời

gian truyền của 1ms, một quyết định lịch biểu mới được lấy về trong đó người sử

dụng được gán với các nguồn tài nguyên thời gian / tần số trong suốt khoảng thời


gian truyền tải.

Các tham số OFDMA

Cấu trúc khung: có 2 loại cấu trúc khung, cấu trúc loại 1 cho chế độ

FDD và cấu trúc loại 2 cho TDD

Cấu trúc khung loại 1: khung vô tuyến 10ms được chia

thành 20 khe có kích thước như nhau là 0,5ms. Một khung

con bao gồm 2 khe liên tiếp. 1 khe có 7 ký tự OFDM trong

trường hợp CP thông thường và 6 ký tự OFDM trong trường

hợp CP mở rộng. ( Ts là thể hiện của đơn vị thời gian cơ bản

tương ứng với 30,72MHz).

Hình 3.6 Cấu trúc khung loại

1

Cấu trúc khung loại 2: khung vô tuyến 10ms bao gồm 2

nửa khung với mỗi nửa chiều dài 5ms. Mỗi nửa khung được

chia thành 5 khung con với mỗi khung con 1ms. Riêng

khung con thứ 2 của mỗi nửa khung là đặc biệt có 3 trường

DwPTS (khe thời gian dẫn hướng đường xuống), GP

(khoảng bảo vệ), UpPTS (khe thời gian dẫn hướng đường

lên).


Hình 3.7 Cấu trúc khung loại

2

Tất cả các khung con mà không phải là khung con đặc biệt được định nghĩa là

hai khe có chiều dài 0,5ms cho mỗi khung con. Các khung con đặc biệt bao gồm

có ba trường là DwPTS ( khe thời gian dẫn hướng đường xuống ), GP (khoảng

bảo vệ) và UpPTS ( khe thời gian dẫn hướng đường lên ). Các trường này đã

được biết đến từ TD-SCDMA và được duy trì trong LTE TDD. DwPTS, GP và

UpPTS có chiều dài cấu hình riêng và chiều dài tổng cộng là 1ms.

Cấu trúc lưới tài nguyên: Mỗi khối tài nguyên bao gồm 12 sóng

mang con có khoảng thời gian 1 slot và khoảng cách giữa các sóng

mang con là 15KHz dẫn đến kết quả băng thông tối thiểu là 180KHz.

Đơn vị nhỏ nhất của tài nguyên là thành phần tài nguyên (RE), nó

bao gồm một sóng mang con đối với khoảng thời gian ký tự

OFDM. Một RB bao gồm 84 RE (7x12) hay 72 RE (6x12)


Hình 3.8 Cấu trúc khối tài nguyên

Bảng : Sơ đồ khối tài nguyên theo băng thông kênh truyền

Với mỗi ký hiệu OFDM, một tiền tố vòng (CP) được nối thêm như là khoảng

thời gian bảo vệ, so sánh với hình 1. Một khe đường xuống bao gồm 6 hoặc 7


ký hiệu OFDM, điều này tùy thuộc vào tiền tố vòng được cấu hình là mở rộng

hay bình thường. Tiền tố vòng dài có thể bao phủ các kích thƣớc ô lớn hơn với

sự lan truyền trễ cao hơn của các kênh vô tuyến. Các chiều dài tiền tố vòng được

lấy mẫu ( đơn vị đo bằng µs ) và được tóm tắt trong bảng .

Cấu hình

Kích thƣớc

khối tài

nguyên

Số lƣợng các

ký hiệu

Chiều dài tiền

tố vòng trong

các mẫu

Chiều dài

tiền tố vòng

ở µs

Tiền tố vòng

bình thƣờng f = 15kHz

12

7

160 cho ký hiệu

đầu tiên

144 cho các ký

hiệu khác

5,2µs cho ký

hiệu đầu tiên.

4,7µs cho các

ký hiệu khác.

Tiền tố vòng

mở rộng f = 15kHz

12

6

512

16,7µs

Bảng tham số cấu trúc khung đường xuống ( FDD & TDD )

3.2.3/ Truyền dẫn dữ liệu hướng xuống

Dữ liệu đƣợc cấp phát tới UE theo các khối tài nguyên,( ví dụ , một UE có

thể được cấp phát các bội số nguyên của một khối tài nguyên trong miền tần

số). Các khối tài nguyên không cần phải liền kề với nhau. Trong miền thời gian,

quyết định lập biểu có thể bị biến đổi trong mỗi khoảng thời gian truyền của

1ms. Quyết định lập biểu được thực hiện trong các trạm gốc (eNodeB). Các

thuật toán lập biểu có tính đến tình trạng chất lượng liên kết vô tuyến của

những người sử dụng khác nhau, tình trạng can nhiễu tổng thể, chất lượng của

các dịch vụ yêu cầu, các dịch vụ ưu tiên, ..v.v. Hình 3.9 cho thấy một ví dụ cho

việc cấp phát dữ liệu người dùng hướng xuống cho những người sử dụng khác

nhau ( giả sử có 6 UE ).

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

( PDSCH).


Hình 3.9 Ghép kênh thời gian – tần số OFDMA

Về nguyên tắc trong mọi hệ thống OFDMA là sử dụng băng hẹp, các sóng

mang con trực giao với nhau. Trong LTE khoảng cách sóng mang con là

15kHz bất kể băng thông hệ thống là bao nhiêu. Các sóng mang con khác nhau

là trực giao với nhau. Máy phát của một hệ thống OFDMA sử dụng khối IFFT để

tạo ra tín hiệu. dữ liệu nguồn được cung cấp tới bộ chuyển đổi nối tiếp- song

song và sau đó tiếp tục vào khối IFFT. Mỗi đầu vào của khối IFFT tương ứng là

biểu diễn đầu vào cho một sóng mang con riêng (hoặc thành phần tần số cụ thể

của tín hiệu miền thời gian )và có thể được điều chế độc lập với các sóng mang

con khác. Tiếp sau khối IFFT là được thêm vào tiền tố vòng mở rộng, như thể

hiện trong hình 3.10.

Hình 3.10 Phát và thu

OFDMA


Mục đích của việc thêm tiền tố vòng mở rộng là để tránh được nhiễu liên ký

tự. khi máy phát thêm vào một tiền tố vòng mở rộng dài hơn so với đáp ứng xung

kênh thì sự ảnh hưởng của ký hiệu trước đây có thể được loại bỏ bằng cách bỏ

qua ( gỡ bỏ ) tiền tố vòng mở rộng ở phía thu. Một sự điển hình của giải pháp thu

là cân bằng miền tần số, trong đó về cơ bản là sự tác động trở lại kênh với mỗi

sóng mang con. Bộ cân bằng miền tần số trong OFDMA chỉ đơn giản là nhân

mỗi sóng mang con( với phép nhân giá trị phức tạp ) dựa trên đáp ứng tần số

kênh đã ước tính ( điều chỉnh biên độ và pha của mỗi sóng mang con đã biết ) của

kênh.

Các kênh điều khiển hƣớng xuống

Kênh điều khiển đường xuống vật lý (PDCCH) : nó phục vụ cho

nhiều mục đích. Chủ yếu nó được sử dụng để chuyển các quyết định lập

lịch biểu tới các UE riêng lẻ, tức là nó có nhiệm vụ lập lịch biểu cho

hướng lên và hướng xuống. PDCCH được đặt trong ký hiệu OFDM đầu

tiên của một khung con.

Đối với cấu trúc khung loại 2, PDCCH cũng có thể được ánh xạ vào 2 ký

hiệu OFDM đầu tiên của trường DwPTS.

Một kênh chỉ thị dạng điều khiển vật lý (PCFICH) được mang trên

các phần tử tài nguyên đặc trưng trong ký hiệu OFDM đầu tiên của

khung con được sử dụng để chỉ ra số lượng các ký hiệu OFDM cho

PDCCH ( có thể là 1, 2, 3, hoặc 4 ký hiệu ). PCFICH là cần thiết bời vì tải

trên PDCCH có thể khác nhau, tùy thuộc vào số lượng người sử dụng

trong một ô và các dạng tín hiệu được truyền trên PDCCH.

Thông tin được mang trên PDCCH được gọi là thông tin điều

khiển đường xuống ( DCI). Tùy thuộc vào mục đích của các thông điệp

điều khiển, các dạng khác nhau của DCI sẽ được xác định.

3.3. Kỹ thuật đa truy nhập đường lên LTE SC-FDMA

Việc truyền OFDMA phải chịu một tỷ lệ công suất đỉnh-đến-trung bình

(PAPR) cao, điều này có thể dẫn đến những hệ quả tiêu cực đối với việc thiết kế

một bộ phát sóng nhúng trong UE. đó là, khi truyền dữ liệu từ UE đến mạng,

cần có một bộ khuếch đại công suất để nâng tín hiệu đến lên một mức đủ cao để

mạng thu được. Bộ khuếch đại công suất là một trong những thành phần tiêu

thụ năng lượng lớn nhất trong một thiết bị, và vì thế nên hiệu quả công suất

càng cao càng tốt để làm tăng tuổi thọ pin của máy. 3GPP đã tìm một phương án


truyền dẫn khác cho hướng lên LTE. SC-FDMA được chọn bởi vì nó kết hợp các

kỹ thuật với PAPR thấp của các hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang, như GSM

và CDMA, với khả năng chống được đa đường và cấp phát tần số linh hoạt của

OFDMA.

3.3.1/ SC-FDMA

Trong hướng đường lên 3GPP sử dụng SC-FDMA ( đa truy nhập phân chia

tần số đơn sóng mang ) cho đa truy nhập hợp lệ cho cả hai chế độ vận hành

FDD và TDD kết hợp với tiền tố vòng. Các tín hiệu SC-FDMA có đặc tính PAPR

tốt hơn so với tín hiệu OFDMA. Đây là một trong những lý do chính để chọn

SC-FDMA là phương thức truy nhập đường lên LTE. Các đặc điểm PAPR là

quan trọng cho kế hoạch hiệu quả về giá thành của các bộ khuyếch đại công

suất ở UE. Tuy nhiên, việc sử lý tín hiệu SC-FDMA có một số điểm tương

đồng với việc xử lý tín hiệu OFDMA, do đó các tham số của đường xuống và

đường lên có thể được cân đối. Giống như trong OFDMA, các máy phát trong hệ

thống SC-FDMA cũng sử dụng các tần số trực giao khác nhau để phát đi các

ký hiệu thông tin. Tuy nhiên các ký hiệu này phát đi lần lượt chứ không phải

song song như trong OFDMA.

Việc xử lí tín hiệu của SC-FDMA vẫn có một số điểm tương đồng với

OFDMA,do đó, tham số hướng DL và UL có thể cân đối với nhau.

3.3.2/ Các tham số SC-FDMA

Cấu trúc đường lên LTE cũng tương tự như đường xuống. trong cấu trúc

khung loại 1, một khung vô tuyến đường lên bao gồm 20 khe với mỗi khe có

chiều dài 0,5ms, và một khung con có hai khe. Cấu trúc khe đường thể hiện

như trong hình 3.12


Hình 3.11 Lưới tài nguyên đường lên

Trong cấu trúc khung loại 2 bao gồm mười khung con, nhưng một hoặc hai

trong số đó là khung đặc biệt. chúng bao gồm các trường DwPTS, GP và

UpPTS, như hình 3.6.

Mỗi khe mang 7 ký hiệu SC-FDMA trong trường hợp cấu hình tiền tố vòng

thông thường, và 6 ký hiệu SC-FDMA trong trường hợp cấu hình tiền tố vòng

mở rộng. Ký hiệu SC-FDMA số 3 ( ký hiệu thứ 4 trong một khe ) mang tín

hiệu chuẩn cho việc giải điều chế kênh.

Bảng: hiển thị các thông số cấu hình tổng quan . Cấu hình Số các ký

hiệu

Độ dài tiền tố vòng

trong các mẫu thử

Độ dài tiền tố vòng

trong µs

Tiền tố vòng

thông thường ∆f=15kHz

7 160 cho ký hiệu đầu

tiên 144 cho các ký hiệu

khác

5,2µs cho ký hiệu đầu

tiên 4,7µs cho các ký hiệu

khác

Tiền tố vòng

mở rộng

∆f=15kHz

6 512 16,7µs

Bảng Các tham số cấu trúc khung đường lên ( FDD&TDD)


3.3.3. Truyền dẫn dữ liệu hướng lên

Lập kế hoạch nguồn tài nguyên hướng lên được thực hiện bởi eNodeB.

eNodeB sẽ cấp các tài nguyên thời gian/tần số nhất định cho các UE và các UE

thông báo về các dạng truyền tải mà nó sử dụng. Các quyết định lập lịch biểu có

thể dựa trên các thông số QoS, tình trạng bộ nhớ đệm của UE, các thông số chất

lượng kênh đường lên, khả năng của UE, các đo đạc khoảng cách của UE, …v.v.

Trong đường lên, dữ liệu được cấp phát trong bội số của một khối tài

nguyên. Kích thước khối tài nguyên đường lên trong miền tần số là 12 sóng mang

con, tức là giống trong đường xuống. Tuy nhiên không phải tất cả các bội số đều

được phép để có thể đơn giải hóa việc thiết kế DFT trong quá trình xử lý tín hiệu

hướng lên. Chỉ có các chỉ số 2,3 và 5 là được phép. Không giống như trong

đường xuống, các UE luôn được gán các khối tài nguyên liên tiếp trong đường lên

LTE.

Khoảng thời gian truyền dẫn hướng lên là 1ms ( giống như đường xuống ).

Dữ liệu người dùng được mang trên kênh chia sẻ đường lên vật lý ( PUSCH).

Bằng cách sử dụng nhảy tần hướng lên trên PUSCH, các tác dụng của sự phân tập

tần số có thể được khai thác và nhiễu có thể được lấy trung bình.

Xuất phát từ UE việc cấp phát tài nguyên đường lên cũng như thông tin nhảy

tần từ việc trợ cấp lập lịch biểu hướng lên đó là được nhận trước bốn khung con.

DCI ( thông tin điều khiển hướng xuống ) dạng 0 là được sử dụng trên PDCCH

để vận chuyển trợ cấp lập lịch biểu hướng lên.

Việc phát tín hiệu trong miền tần số được thể hiện như trong hình 3.12. Bổ

sung thêm cho OFDMA thuộc tính của dạng sóng phổ tốt hơn trái ngược với việc

phát tín hiệu trong miền thời gian với một bộ điều chế QAM thông thường. Do

đó nhu cầu về băng tần bảo vệ giữa các người dùng khác nhau là có thể tránh

được, tương tự như nguyên lý đường xuống của OFDMA. Như trong hệ thống

OFDMA, một tiền tố vòng cũng được thêm vào theo định kỳ, nhưng không phải

sau mỗi ký hiệu như là tốc độ ký hiệu là nhanh hơn trong miền thời gian so với

trong OFDMA, để cho việc truyền dữ liệu có thể ngăn ngừa được nhiễu liên ký

tự và để đơn giản hóa việc thiết kế máy thu. Máy thu vẫn cần phải đối phó với

nhiễu liên ký tự như là tiền tố vòng bây giờ sẽ ngăn cản nhiễu liên ký tự giữa

một khối các ký hiệu, do đó sẽ vẫn còn nhiễu liên ký tự giữa các tiền tố vòng.

Do đó máy thu sẽ chạy bộ cân bằng cho một khối các ký hiệu cho đến khi đạt

được tiền tố vòng mà ngăn chặn sự lan truyền nhiễu liên ký tự sau đó.


Hình 3.12 Phát & thu hướng lên của LTE

LTE hỗ trợ cả hai đó là nhảy tần bên trong và liên khung con. Nó được cấu

hình trên mỗi ô bởi các lớp cao hơn cho dù nhảy cả hai bên trong và liên khung

con hoặc chỉ nhảy liên khung con là được hỗ trợ.

Kênh điều khiển hƣớng lên PUCCH

Kênh điều khiển hướng lên vật lý (PUCCH) mang thông tin điều khiển hướng

lên (UCI), tức là thông tin ACK/NACK liên quan tới việc nhận các gói dữ liệu

trong đường xuống, báo cáo chỉ số chất lượng kênh (CQI), thông tin ma trận tiền

mã hóa (PMI) và chỉ số bậc (RI) cho MIMO, và các yêu cầu lập kế hoạch

(SR). PUCCH được truyền trên một vùng tần số dành riêng trong hướng lên mà

nó được cấu hình bởi các lớp cao hơn. Các khối tài nguyên PUCCH được đặt

vào cả hai biên của băng thông đường lên, và nhảy tần liên khe đƣợc sử dụng trên

PUCCH.

3.3.4/ So sánh OFDMA và SC-FDMA

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

3.13. Với ví dụ này, chỉ sử dụng bốn (M) sóng mang con trong hai chu kỳ ký hiệu

với dữ liệu tải trọng đƣợc biểu diễn bởi điều chế khóa dịch pha cầu phương

(QPSK). Như đã mô tả, các tín hiệu LTE được cấp phát trong các đơn vị của 12

sóng mang con lân cận.

Bên trái hình 3.14, M các sóng mang con 15kHz liền kề đã được đặt vào địa

điểm mong muốn trong băng thông kênh và mỗi sóng mang con được điều chế với

chu kỳ ký hiệu OFDMA là 66,7µs bởi một ký hiệu dữ liệu QPSK. Trong ví dụ

này, bốn sóng mang con, bốn ký hiệu được đưa ra song song. Đây là các ký

hiệu dữ liệu QPSK do đó chỉ có pha của mỗi sóng mang con là được điều chế và


công suất của sóng mang con vẫn giữ không đổi giữa các ký hiệu. Sau một

chu kỳ ký hiệu OFDMA trôi qua, các CP được chèn vào và bốn ký hiệu tiếp

theo được truyền đi song song. Để cho hình ảnh nhìn đƣợc rõ dàng nên các CP

được hiển thị như một khoảng trống, tuy nhiên, nó thực sự được lấp đầy với một

bản sao của sự kết thúc của ký hiệu tiếp theo, có nghĩa là công suất truyền dẫn

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

truyền đi, một IFFT được thực hiện trên mỗi sóng mang con để tạo ra M tín hiệu

miền thời gian. Chúng lần lượt là vec tơ tổng hợp để tạo ra dạng sóng miền thời

gian cuối cùng được sử dụng để truyền dẫn.

Hình 3.13 So sánh OFDMA & SC-FDMA truyền một chuỗi các ký hiệu dữ

liệu

QPSK

Sự tạo thành tín hiệu SC-FDMA được bắt đầu với một qui trình đứng trước

đặc biệt rồi sau đó nó cũng tiếp tục một cách tương tự như OFDMA. Tuy nhiên

trước hết ta sẽ xem hình bên phải của hình 3.14. Sự khác biệt rõ dàng nhất là

OFDMA truyền bốn ký hiệu dữ liệu QPSK song song trên mỗi sóng mang con,

trong khi SC- FDMA truyền bốn ký hiệu dữ liệu QPSK trong loạt bốn lần , với

mỗi ký hiệu dữ liệu chiếm M × 15kHz băng thông.

Nhìn một cách trực quan, tín hiệu OFDMA rõ dàng là đa sóng mang với một

ký hiệu dữ liệu trên mỗi sóng mang con, nhưng tín hiệu SC-FDMA xuất hiện

như nhiều hơn một sóng mang đơn ( vì thế mà có “SC” trong tên SC-FDMA )

với mỗi ký hiệu dữ liệu được biểu diễn bằng một loạt tín hiệu. Lƣu ý rằng chiều

dài ký hiệu OFDMA & SC-FDMA là như nhau với 66,7µs, tuy nhiên, ký hiệu

SC-FDMA có chứa M các ký hiệu con mà biểu diễn cho dữ liệu điều chế. Đó

là việc truyền tải song song của nhiều các ký hiệu tạo ra PAPR cao không mong


muốn với OFDMA. Bằng cách truyền M các ký hiệu dữ liệu trong dãy vào M

thời điểm, SC-FDMA chiếm băng thông cũng như đa sóng mang OFDMA nhưng

chủ yếu là PAPR tương tự như được sử dụng cho các ký hiệu dữ liệu gốc. Thêm

vào cùng nhau nhiều dạng sóng QPSK băng hẹp trong OFDMA sẽ luôn tạo ra

các đỉnh cao hơn có thể thấy trong băng thông rộng hơn, dạng sóng QPSK đơn

sóng mang SC-FDMA.

3.4. Kỹ thuật MIMO

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

vọng về thông lượng và hiệu quả sử dụng 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

(spatial multiplexing) và phát phân tập (transmit diversity) là các đặc tính nổi

bật của MIMO trong công nghệ LTE.

Giới hạn chính của kênh truyền thông tin là can nhiễu đa đường giới hạn

về dung lượng theo quy luật Shannon. MIMO lợi dụng tín hiệu đa đường

giữa máy phát và máy thu để cải thiện dung lượng có sẵn cho bởi kênh truyền.

Bằng cách sử dụng nhiều anten ở bên phát và thu với việc xử lý tín hiệu số, kỹ

thuật MIMO có thể tạo ra các dòng dữ liệu trên cùng một kênh truyền, từ đó

làm tăng dung lượng kênh truyền.

Hình 3.14:Mô hình SU-MIMO và MU-

MIMO


Hình trên là ví dụ về SU-MIMO 2x2 và MU-MIMO 2x2. SU-MIMO ở

đâ y hai dòng dữ liệu trộn với nhau (mã hóa) để phù hợp với kênh truyền nhất.

2x2 SU- MIMO thường dùng trong tuyến xuống. Trong trường hợp này dung

lượng cell tăng và tốc độ dữ liệu tăng.

MU-MIMO 2x2 ở đây dòng dữ liệu MIMO đa người dùng đến từ các

UE khác nhau. Dung lượng cell tăng nhưng tốc độ dữ liệu không tăng. tăng

Ưu điểm chính của MU-MIMO so với SU-MIMO là dung lượng cell mà không

tăng giá thành và pin của hai máy phát UE. MU-MIMO phức tạp hơn SU-

MIMO.

Trong hệ thống MIMO, bộ phát gửi các dòng dữ liệu qua các anten phát

Các dòng dữ liệu phát thông qua ma trận kênh truyền bao gồm nhiều đường

tru yền giữa các anten phát và các anten thu. Sau đó bộ thu nhân các vector tín

hiệu từ các anten thu, giải mã thành thông tin gốc.

Đối với tuyến xuống, cấu hình hai anten ở trạm phát và hai anten thu ở

thiết bị đầu cuối di động là cấu hình cơ bản, cấu hình sử dụng bốn anten đang

được xem xét. Đây chính là cấu hình SU-MIMO, và sử dụng kỹ thuật ghép

kênh không gian với lợi thế hơn các kỹ thuật khác là trong cùng điều kiện về

băng thông sử dụng và kỹ thuật điều chế tín hiệu, SU cho phép tăng tốc độ dữ

liệu (data rate) bằng số lần của số lượng anten phát.

Ghép kênh không gian cho phép phát chuỗi bit dữ liệu khác nhau trên

cùng một khối tài nguyên tuyến xuống. Những dòng dữ liệu này có thể là một

người dùng (SU-MIMO) hoặc những người dùng khác nhau (MU-MIMO).

Trong khi SU- MIMO tăng tốc độ dữ liệu cho một người dùng, MU-MIMO

cho phép tăng dung lượng. Dựa vào hình 2.29, ghép kênh không gian lợi dụng

các hướng không gian của kênh truyền vô tuyến cho phép phát các dữ liệu khác

nhau trên hai anten.

Hình 3.15: Ghép kênh không gian


Kỹ thuật phân tập đã được biết đến từ WCDMA release 99 và cũng sẽ là

một phần của LTE. Thông thường, tín hiệu trước khi phát được mã hóa để tăng

hiệu ứng phân tập. MIMO được sử dụng để khai thác việc phân tập và mục tiêu

là làm tăng tốc độ. Việc chuyển đổi giữa MIMO truyền phân tập và ghép kênh

không gian có thể tùy thuộc vào việc sử dụng kênh tần số.

Đối với đường lên, từ thiết bị đầu cuối di động đến BS, người ta sử

dụng mô hình MU-MIMO (Multi-User MIMO). Sử dụng mô hình này ở BS yêu

cầu sử dụng nhiều anten, còn ở thiết bị di động chỉ dùng một anten để giảm chi

phí cho thiết bị di động. Về hoạt động, nhiều thiết bị đầu cuối di động có thể

phát liên tục trên cùng một kênh truyền, nhiều kênh truyền, nhưng không gây ra

can nhiễu với nhau bởi vì các tín hiệu hoa tiêu (pilot) trực giao lẫn nhau. Kỹ

thuật được đề cập đến, đó là k ỹ thuật đa truy nhập miền không gian (SDMA)

hay còn gọi là MIMO ảo.

CHƢƠNG 4 – TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI LTE TRÊN THẾ GIỚI

VÀ TẠI VIỆT NAM

4.1. Triển khai LTE trên thế giới

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.

Bên cạnh sản phẩm mới, hội nghị thế giới di động (MWC) thường niên cũng

là nơi các công nghệ mới và định hướng phát triển của ngành viễn thông di động

được giới thiệu rộng rãi đến công chúng. Tại MWC 2011 ở Barcelona (Tây

Ban Nha), LTE là một trong những đề tài được quan tâm nhiều nhất.

Thực tế cho thấy, hầu hết các hãng sản xuất thiết bị viễn thông hàng đầu thế

giới: Alcatel-Lucent, Ericsson, Motorola, Nokia, Nokia Siemens Networks,

Huawei, LG Electronics, Samsung, NEC, Fujitsu...đã nhận ra tiềm năng to lớn


này và đã cùng bắt tay với các telco lớn trên thế giới (Verizon Wireless, AT&T,

France Telecom- Orange, NTT DoCoMo, T-Mobile, China Mobile, ZTE...)

thực hiện các cuộc thử nghiệm quan trọng trên công nghệ LTE và đã đạt những

thành công đáng kể.

Trong đó, Nokia Siemens Networks đã công bố thử nghiệm thành công LTE

với tốc độ lên đến 173Mbps trong môi trường đô thị với nhiều thuê bao cùng

lúc trên tần số 2,6GHz, băng thông 20MHz. Alcatel-Lucent thông báo đã thử

nghiệm thành công LTE với tốc độ tải về đạt 80Mbps. ZTE (Trung Quốc) cũng

cho biết đã trình diễn thành công LTE với mức tốc độ tải về 130Mbps. Tiếp đó,

Motorola cũng tuyên bố, họ đã cộng tác với các nhà khai thác di động của Anh

hoàn thành cuộc thử nghiệm kết nối ngoài trời đối với công nghệ LTE, tần số

700MHz và 2,6GHz. Mới đây, Motorola tiếp tục công bố họ đã hoàn tất thử

nghiệm giai đoạn một công nghệ TD-LTE (TD Mode – LTE) với Bộ Công

nghiệp và CNTT (MIIT) Trung Quốc, tốc độ tải xuống thực tế đạt được 80Mbps.

Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này đã chứng tỏ khả năng tuyệt vời của

công nghệ LTE và khả năng thương mại hóa LTE đã đến rất gần. Kế hoạch thử

nghiệm và triển khai công nghệ LTE vẫn đang được các công ty trên cùng hợp

tác thúc đẩy và đến nay đã chính thức có dịch vụ LTE thương mại.

Thƣơng mại hóa

Trong cuộc chạy đua để trở thành để trở thành nhà khai thác mạng đầu tiên

đưa vào vận hành thương mại các dịch vụ LTE, TeliaSonera đã về đích sớm

nhất. TeliaSonera là telco đầu tiên trên thế giới thương mại hóa công nghệ LTE

tại hai thủ đô Stockholm (Thụy Điển) và Oslo (Na Uy) vào năm 2010 và tiếp tục

triển khai sang Phần Lan. Song hành với chiến dịch triển khai mạng 4G LTE,

TeliaSonera cũng tiếp tục mở rộng mạng Turbo-3G (công nghệ HSPA) nhằm

tăng dung lượng và khu vực phủ sóng. Trong năm nay, TeliaSonera tiếp tục mở

rộng mạng 4G đến 25 thành phố lớn của Thụy Điển và 4 thành phố của Na Uy.

Hãng này sử dụng công nghệ LTE tần số 2,6GHz cùng với băng thông

20MHz, tốc độ tối đa lên đến 100Mbps.

Telstra (Úc) là một trong những nhà mạng đầu tiên trên thế giới chính thức

xác nhận về việc triển khai LTE của mình một cách rộng rãi. Theo nhà mạng này,

họ sẽ thử nghiệm LTE từ cuối năm 2011 tại khu vực trung tâm các thành phố lớn

của Úc. Song song đó, Ericsson có thể là nhà sản xuất thiết bị đầu tiên phát triển

các hạ tầng phục vụ hệ thống mạng trên tần số 1.800 MHz. Và Sierra Wireless

cũng sẽ đưa ra thị trường các thiết bị “lưỡng tính” hỗ trợ người dùng tương thích

ngược với hệ mạng 3G khi ra khỏi vùng phủ sóng LTE.

Theo Wireless Intelligence, có khoảng 10-15 mạng LTE được đưa vào phục

vụ 30 mạng vào cuối năm 2012. Tại thị trường Mỹ, Verizon Wireless cho biết,

mạng LTE của họ sẽ sử dụng phổ 10MHz và hỗ trợ tốc độ từ 5Mbps -12Mbps.

Đại diện hãng Verizon Wireless cho biết, những chiếc điện thoại LTE đầu tiên

của hãng sẽ có hai bộ chip vô tuyến. Vì vậy, chúng sẽ làm việc trên cả mạng


LTE và mạng viễn thông trên công nghệ CDMA hiện nay.

Tiếp theo, AT&T cũng có kế hoạch thương mại hóa LTE vào năm 2011.

Hãng này tuyên bố có đủ băng thông 20MHz dành cho LTE để phủ sóng cho

hơn 100 thành phố lớn nhất của Mỹ. NTT DoCoMo là nhà khai thác di động

đầu tiên của Nhật Bản thử nghiệm thành công LTE với tốc độ đạt đến 250Mbps

tuyên bố sẽ bắt đầu đưa ra các dịch vụ LTE từ 2010. Giai đoạn đầu mạng LTE

của NTT DoCoMo sẽ sử dụng tần số 2GHz, băng thông 15MHz và anten MIMO

cho khoảng 20 nghìn trạm gốc. Và đến cuối năm 2012 sẽ chuyển sang sử dụng

tần số 1,5GHz. Hiện nay, Ericsson cũng là hãng cung cấp cơ sở hạ tầng mạng cho

NTT DoCoMo.

Song hành với NTT DoCoMo KDDI, các telco như KDDI, Softbank Mobile,

eMobile đều đã được cơ quan quản lý viễn thông Nhật Bản – Bộ nội chính và

truyền thông (MIC) phê chuẩn kế hoạch triển khai mạng LTE. Cơ quan phát

triển

Viễn thông và CNTT Singapore (IDA) đang cân nhắc về việc cho ra mắt băng

tần LTE và WiMAX vào năm 2012, trước 3 năm so với thời gian dự kiến ban

đầu. Cùng lúc này, cả ba nhà khai thác di động Singtel, StarHub và MobileOne

cũng cho lắp đặt thử nghiệm dịch vụ LTE tần số 2,5GHz.

Hiện đã có 10 mạng di động (MNO) hỗ trợ LTE trên phạm vi toàn cầu. Dự

kiến trong 2011 sẽ có thêm 30 MNO khác. Về phía WiMAX, đa số các MNO tập

trung ở châu Âu, tiếp đến là châu Á – TBD, vùng Trung Đông rồi mới đến Mỹ.

Đại diện các nhà mạng với số thuê bao lớn nhất thế giới như China Mobile

(Trung Quốc) hay Bharti Airtel (Ấn Độ) đã liên kết thành lập nhóm phát triển

chuẩn LTE gọi tắt là GTI. Chủ tịch Softbank (Nhật) Masayoshi Son cho biết

nhà mạng này cũng ủng hộ việc đưa LTE trở thành chuẩn mạng thế hệ tiếp theo

dựa trên các ưu điểm giá thành thấp, tốc độ mạng cao và hiệu suất tần số tốt hơn

hẳn các hệ mạng khác. Ông cũng chỉ ra rằng số đông luôn đóng vai trò quyết

định trong các vấn đề tương tự và vì thế với 2/3 dân số thế giới, khi hậu thuẫn

cho LTE, các nhà mạng Châu Á gần như đã quyết định xong số phận của một

chuẩn mạng 4G chung cho toàn cầu.

Theo số liệu của Hiệp hội các nhà sản xuất di động toàn cầu GSA, tới giữa

năm2010, thế giới đã có 80 nhà mạng tại 33 quốc gia cam kết phát triển lên LTE,

trong đó có 21 nhà mạng ở khu vực châu Á-Thái Bình Dương. Tại Đông Nam

Á đã có M1, SingTel và StarHub đều ở Singapore triển khai LTE.

Các nhà phát triển thiết bị

Qualcomm cũng đã thông báo một lộ trình sản phẩm mới, bổ sung công nghệ

4G LTE cho tất cả các modem Gobi của họ. Dựa trên sự thành công của Gobi,

Qualcomm (đối tác của các hãng sản xuất máy tính: Sony, Acer, Lenovo, Dell,

HP...) chuẩn bị tập trung vào các dòng sản phẩm: e-reader, thiết bị chơi game,

modem USB và các ứng dụng thương mại M2M (mobile to mobile – di động tới

di động). Các chipset mới gồm: MDM9200 hỗ trợ tốc độ lên đến 100Mbps,


tương thích ngược với HSPA, MDM9600 hỗ trợ tốc độ 100Mbps, tương thích

ngược với HSPA+ và EV-DO (Rev. A và Rev. B).

Cũng tại MWC, RIM - nhà sản xuất nổi tiếng với sản phẩm BlackBerry - xác

nhận kết nối LTE sẽ được trang bị cho dòng sản phẩm mới PlayBook của mình

từ giữa năm 2011. “PlayBook là máy tính bảng chuyên nghiệp đầu tiên dành

cho những người thực sự muốn hoàn tất mọi việc” - Đại diện RIM cho biết. Và

với mong muốn giúp người dùng tận dụng được hết mọi chức năng của sản

phẩm, một kết nối mạnh mẽ như LTE chính là yêu cầu không thể thiếu cho

PlayBook.

Trong khi đó, với khoảng 170 thiết bị di động đang chính thức hoạt động trên

hệ điều hành Android, Google ủng hộ mạnh mẽ LTE. Eric Schmidt - CEO của

Google- cho rằng “LTE sẽ là nền tảng cho những ứng dụng mạnh mẽ mà hiện giờ

chúng ta chỉ mới tưởng tượng đến”. Ông tin tưởng rằng thiết bị di động với hệ

điều hành mở (nhưAndroid), điện toán đám mây, và hạ tầng LTE chính là

những điều kiện đưa con người bước vào giai đoạn mới của sự phát triển công

nghệ.

Samsung Craft là chiếc điện thoại 4G đầu tiên tính cho đến thời điểm này

sử dụng công nghệ không dây tốc độ cao LTE. Cũng theo Samsung, nhà

mạng MetroPCS (Mỹ) LTE đầu tiên sẽ được chọn là đơn vị phân phối chính thức

của mẫu máy này sau khi vượt qua các đối thủ tên tuổi khác như Verizon, AT&T,

T-Mobile, và Cricket. Cước dữ liệu hàng tháng là 55 USD.

Hình 4.1 Samsung Craft - Chiếc điện thoại sử dụng mạng LTE đầu tiên trên thế

giới

Nhà khai thác dịch vụ viễn thông TeliaSonera đã liên kết với hãng điện tử

Samsung để giới thiệu chiếc MTXT có hỗ trợ dịch vụ LTE tại Thụy Điển. Đó

là chiếc MTXT X430 của Samsung có khối lượng 2kg, màn hình 14” (đường

chéo 35,6 cm) và bộ vi xử lý i3 của Intel. Bên cạnh việc hỗ trợ LTE, X430

cũng dùng được với mạng 3G hay GSM để truy cập Internet.


Hình 4.2 Laptop X430

Theo tin từ TeliaSonera và Samsung, X430 là chiếc MTXT hỗ trợ LTE đầu

tiên có mặt trên thị trường. Cũng tại cuộc triển lãm điện tử tiêu dùng quốc tế CES

2011 tại Las Vegas, Mỹ hồi tháng trước, hãng viễn thông Verizon đã thông báo

trong thời gian tới sẽ có 2 chiếc MTXT của HP hỗ trợ LTE. Verizon vẫn chưa

cho biết thời điểm cụ thể tung ra 2 MTXT này, chỉ nói chúng sẽ sớm có mặt, vào

giữa năm nay. Các sản phẩm của Verizon không thể truy cập vào hệ thống

mạng LTE của TeliaSonera và ngược lại. Do cả hai nhà khai thác viễn thông

này sử dụng công nghệ mạng di động thế hệ mới LTE với các dải băng tần

khác nhau. TeliaSonera cũng không hề “hé lộ” về kế hoạch tung ra các sản phẩm

điện thoại thông minh và những thiết bị khác tương thích với LTE, nhưng họ có

tiết lộ rằng số lượng thiết bị mới hỗ trợ LTE sẽ dần xuất hiện trong năm nay và cả

năm tới.

4.2. Triển khai LTE tại VIỆT NAM

Bộ TT&TT vừa cho biết hiện đang hoàn thiện thủ tục để cấp phép thử

nghiệm LTE cho EVN Telecom và Gtel. Như vậy, đã có 7 doanh nghiệp được

thử nghiệm công nghệ tiền 4G này.

Hình 4.3 Ericsson phối hợp với Cục Tần số Vô tuyến điện thử nghiệm công ghệ

LTE tại Hà Nội.


Trước đó, Bộ TT&TT đã đồng ý cho VNPT, Viettel, FPT Telecom, CMC và

VTC được thử nghiệm mạng di động công nghệ LTE. Thời gian thử nghiệm là

1 năm.

Theo Luật Viễn thông, các doanh nghiệp sẽ phải đấu giá tần số để lấy giấy

phép này. Sau khi đấu giá, các doanh nghiệp có thể chuyển nhượng tần số nếu

muốn. Việc đấu giá tần số là nhằm tránh tình trạng xin giấy phép để “giữ chỗ”.

Ngày 10/10/2010, VNPT đã tuyên bố hoàn thành trạm eNB theo công nghệ

LTE đầu tiên đặt tại tòa nhà Internet, lô 2A, làng Quốc tế Thăng Long, Cầu Giấy,

Hà Nội với tốc độ truy cập Internet có thể lên đến 60 Mbps. Giai đoạn 1 dự án

thử nghiệm cung cấp dịch vụ vô tuyến băng rộng công nghệ LTE của VNPT sẽ

được VDC triển khai với 15 trạm thu phát gốc tại Hà Nội, bán kính phủ sóng mỗi

trạm khoảng 1km.

Hình 4.4 Trạm gốc

LTE

Về phía Viettel, tập đoàn này cũng cho biết, sẽ phối hợp với Huawei

tiến hành lắp đặt, tích hợp thiết bị LTE tại quận Tân Bình, TP.HCM. Trước đó,

Viettel cũng đã tiến hành thử nghiệm ở Hà Nội. Cụ thể, Viettel sẽ tiến hành thử

nghiệm một hệ thống mạng mới hoàn chỉnh với 40 trạm LTE tại hai quận Đống

Đa và Ba Đình. Sau đó, dự kiến trong quý 1/2011, Viettel sẽ cung cấp dịch vụ

4G cho một số khách hàng dùng thử.Mạng này cho biết, khi triển khai, mạng 4G

sẽ không ảnh hưởng đến chất lượng mạng 3G và 2G đang cung cấp cho khách

hàng.

Theo giới chuyên môn, từ khi Việt Nam bắt đầu thử nghiệm công nghệ 3G

đến khi chính thức thương mại hóa đã mất tới 6 năm. Vì vậy, một vài năm tới sẽ

không phải là thời điểm thích hợp để triển khai công nghệ này.

Bộ TT&TT cho biết sắp tới Bộ sẽ tiến hành tổng kết 1 năm cấp phép triển khai

dịch vụ di động 3G. Việc tổng kết này sẽ tập trung đánh giá hiệu quả và bài

học kinh nghiệm trong quá trình triển khai mạng 3G. Đây sẽ là cơ sở quan

trọng để Bộ TT&TT để tiến hành cấp phép 4G trong thời gian tới.


KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

Công nghệ LTE là một công nghệ mới, đã và đang được tiếp tục nghiên cứu

và triển khai trên toàn thế giới, với khả năng truyền tải tốc độ cao kiến trúc mạng

đơn giản , sử dụng băng tần hiệu quả và hoàn toàn tương thích với các hệ thống

trước đó ( GSM & WCDMA ) và dựa trên một mạng toàn IP. LTE có thể trở

thành hệ thống thông tin di động toàn cầu trong tương lai. Vì vậy việc tìm hiểu

về công nghệ LTE là cần thiết và có ý nghĩa thực tế.

Trong đồ án này em đã đề cập một cách tổng quan về công nghệ LTE, trọng

tâm gồm các phần :

Tìm hiểu quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động cho

đến nay, giới thiệu về công nghệ LTE.

Tìm hiểu về kiến trúc mạng LTE

Tìm hiểu các công nghệ OFDMA, SC_FDMA và MIMO

LTE là một công nghệ phát triển sau so với WIMAX, nhưng với các đặc tính

tuyệt vời mà nó đem lại, nên hiện nay đã có rất nhiều các nhà mạng lớn trên thế

giới đã ủng hộ và lựa chọn để triển khai. Các nhà chế tạo thiết bị đầu cuối cũng đã

tiến hành tích hợp công nghệ LTE vào sản phẩm của mình. Tại Việt Nam thì các

nhà mạng cũng đã tiến hành thử ngiệm công nghệ LTE và cũng đã đạt được những

kết quả khả quan. Do vậy, việc nắm bắt công nghệ LTE là hết sức cần thiết


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

Ngày tháng năm 2011

ThS. NGUYỄN ĐỨC CHÍ


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

Ngày tháng năm 2011


LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình từ phía

các thầy giáo, cô giáo. Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô

giáo trong Bộ môn ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG và các thầy cô trong trường và đặc

biệt là ThS: NGUYỄN ĐỨC CHÍ đã giúp đỡ và hướng dẫn em hoàn thành bản

đồ án này.

Em xin chân thành cảm ơn!

HCM ngày tháng năm 2012

Sinh viên NGHIÊM VĂN HUY


TÀI LIỆU THAM KHẢO

http://www.myebook.vn/ebook/giao-duc--hoc-tap/cao-dang--dai-hoc/wimax

hspa-va-lte-phan-tich-so-sanh.316461.html

www.Thongtincongnghe.com

www.Vntelecom.org

www.Tapchibcvt.gov.vn

www.Tudiencongnghe.net

www.Xahoithongtin.com

http://vi.wikipedia.org

http://thegioitinhoc.vn

http://www.myebook.vn/ebook/giao-duc--hoc-tap/cao-dang--dai-hoc/wimax

http://www.thongtincongnghe.com/

http://www.thongtincongnghe.com/

http://vi.wikipedia.org/

do an mon hoc tim hieu cong nghe lte

Documents