57

Phần 1TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG THÔNG

TIN DI ĐỘNG TỪ 1G -> 4G

I. Hệ thống 1G ( hệ thống tương tự ) :1. Lịch sử phát triển : Công nghệ di động đầu tiên là công nghệ tương tự, là hệ thống truyền tín hiệu tương tự (analog), là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại, được khơi mào ở Nhật vào năm 1979. Những công nghệ chính thuộc thế hệ thứ nhất này có thể kể đến là : NMT (Nordic Mobile Telephone) được sử dụng ở các nước Bắc Âu, Tây Âu và Nga. Cũng có một số công nghệ khác như AMPS (Advanced Mobile Phone Sytem – hệ thống điện thoại di động tiên tiến) được sử dụng ở Mỹ và Úc; TACS (Total Access Communication Sytem – hệ thống giao tiếp truy cập tổng hợp) được sử dụng ở Anh, C-45 ở Tây Đức, Bồ Đào Nha và Nam Phi, Radiocom 2000 ở Pháp; và RTMI ở Italia.2. Đặc điểm của hệ thống này là : Hầu hết các hệ thống ñều là hệ thống analog và yêu cầu chuyển dữ liệu chủ yếu là âm thanh. Với hệ thống này, cuộc gọi có thể bị nghe trộm bởi bên thứ ba. Một số chuẩn trong hệ thống này là: NTM, AMPS, Hicap, CDPD, Mobitex, DataTac. Những điểm yếu của thế hệ 1G là dung lượng thấp, xác suất rớt cuộc gọi cao, khả năng chuyển cuộc gọi không tin cậy, chất lượng âm thanh kém, không có chế độ bảo mật…do vậy hệ thống 1G không thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng .

II. Hệ thống 2G ( Digital ) : Năm 1982, hội nghị quản lý bưu điện và viễn thông ở Châu Âu (CEPT – European Conference of Postal and Telecommunications ad minstrations) thành lập 1 nhóm nghiên cứu, GSM – Group Speciale Mobile, mục đích phát triển chuẩn mới về thông tin di động ở Châu âu. Năm 1987, 13 quốc gia ký vào bản ghi nhớ và đồng ý giới thiệu mạng GSM vào năm 1991. Năm 1988, Trụ sở chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI – European Telecommunication Standards Institute) được thành lập, có trách nhiệm biến đổi nhiều tiến cử kỹ thuật GSM thành chuẩn European. Sự phát triển kỹ thuật từ FDMA -1G, 2G - là kết hợp FDMA và TDMA.Tất cả các chuẩn của thế hệ này đều là chuẩn kỹ thuật số và được định hướng thươngmại, bao gồm: GSM, iDEN, D-AMPS, IS-95, PDC, CSD, PHS, GPRS, HSCSD, WiDEN và CDMA2000 (1xRTT/IS-2000). Trong đó khoảng 60% số mạng hiện tại là theo chuẩn của châu Âu.1. Đặc điểm của hệ thống : Hệ thống GSM làm việc trong một băng tần hẹp, dài tần cơ bản từ (890- 960MHz). Băng tần được chia làm 2 phần: - Uplink band từ (890 – 915) MHz - Downlink ban từ (935 – 960)MHz Băng tần gồm 124 sóng mang được chia làm 2 băng, mỗi băng rộng 25MHz,

57

khoảng cách giữa 2 sóng mang kề nhau là 200KHz. Mỗi kênh sử dụng 2 tần số riêng biệt cho 2 đường lên và xuống gọi là kênh song công. Khoảng cách giữa 2 tần số là không đổi bằng 45MHz. Mỗi kênh vô tuyến mang 8 khe thời gian TDMA và mỗi khe thời gian là một kênh vật lý trao đổi thông tin giữa MS và mạng GSM. Tốc độ mã từ (6.5- 13)Kbps. 125 kênh tần số được đánh số từ 0 đến 124 được gọi là kênh tần số tuyệt đốiARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number). Ful(n) = 890 MHz + (0,2MHz) * n Fdl(n) = Ful(n) + 45MHz Với 1 <= n <= 124- sử dụng các phương pháp đa truy nhập chính là :

+ Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA - Frequency Division Multiple Access ).

+ Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA – Time Division Multiple Access).+ Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA – Code Division Multiple Access).

2. các hệ thống điển hình:

Thế hệ thứ hai (2G) xuất hiện vào những năm 90 với mạng di động đầu tiên,sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). Trong thời kỳ củathế hệ thứ hai, nền công nghệ thông tin di động đã tăng trưởng vượt trội cả về sốlượng thuê bao và các dịch vụ giá trị gia tăng. Các mạng thế thứ hai cho phéptruyền dữ liệu hạn chế trong khoảng từ 9.6 kbps đến 19.2 kbps. Các mạng này đượcsử dụng chủ yếu cho mục đích thoại và là các mạng chuyển mạch kênh.Tương tự như trong 1G, không tồn tại một chuẩn chung toàn cầu nào cho 2G, hiệnnay các hệ thống 2G dựa trên 3 chuẩn công nghệ chính sau:

-D- AMPS (Digital AMPS): Được sử dụng tại Bắc Mỹ. D-AMPS đang dần đượcthay thế bởi GSM/GPRS và CDMA2000.

-GSM (Global System for Mobile Communications): Các hệ thống triển khai GSMđược sử dụng rất rộng rãi trên thế giới (ngoại trừ Bắc Mỹ, Nhật). Hệ thống GSMdồn kênh phân chia tần số được sử dụng, với mỗi đầu cuối di động truyền thôngtrên một tần số và nhận thông tin trên một tần số khác cao hơn (chênh lệch 80MHztrong D-AMPS và 55MHz trong GSM). Trong cả hai hệ thống, phương pháp dồnkênh phân chia thời gian lại được áp dụng cho một cặp tần số, làm tăng khả năngcung cấp dịch vụ đồng thời của hệ thống. Tuy nhiên, các kênh GSM rộng hơn cáckênh AMPS (200kHz so với 30kHz) qua đó GSM cung cấp độ truyền dữ liệu caohơn D-AMPS

- CDMA (code Division Multiple Access): CDMA sử dụng công nghệ đa truy cập thông qua mã . Nhờ công nghệ này mà CDMA có thể nâng cao dung lượng cung cấp đồng thời các cuộc gọi trong một cell cao hơnhẳn so với hai công nghệ trên.

- PDC (Personal Digital Cellular): Là chuẩn được phát triển và sử dụng duy nhấttại Nhật Bản. Giống như D-AMPS và GSM, PDC sử dụng TDMA.

57

3.Những ưu nhược điểm của 2G so với 1G và tình hình phát triển :- Những cuộc gọi di động được mã hóa kĩ thuật số- Cho phép tăng hiệu quả kết nối các thiết bị- Bắt đầu có khả năng thực hiện các dịch vụ số liệu trên điện thoại di động – khởi đầu là tin nhắn SMS.

Những công nghệ 2G được chia làm hai dòng chuẩn : TDMA (Time – Divison Mutiple Access : Đa truy cập phân chia theo thời gian), và CDMA ( Code Divison Multple Access : Đa truy cập phân chia theo mã), tùy thuộc vào hình thức ghép kênh được sử dụng.

3. GSM Phát triển lên 2.75G :

Trong đó :-HSCSD = High Speed Circuit Switched Data: số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao:

-GPRS = General Packet Radio Service: dịch vụ vô tuyến gói chung: Hệ thống GPRS - bước đầu tiên hướng tới 3G. Mở rộng kiến trúc mạng GSM. Truy cập tốc độ cao và hiệu quả tới những mạng chuyển mạch gói khác (tăng tới 115kbps)

-EDGE = Enhanced Data Rates for GSM Evolution: tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM: EDGE có thể phát nhiều bit gấp 3 lần GPRS trong một chu kỳ. Đây là lý do chính cho tốc độ bit EDGE cao hơn. ITU đã định nghĩa 384kbps là giới hạn tốc độ dữ liệu cho dịch vụ để thực hiện chuẩn IMT-2000 trong môi trường không lý tưởng. 384kbps tương ứng với 48kbps trên mỗi khe thời gian, giả sử một đầu cuối có 8 khe thời gian. 2,5G cung cấp một số lợi ích của mạng 3G (ví dụ chuyển mạch gói), và có thể dùng cơ sở hạ tầng đang tồn tại của 2G trong các mạng GSM và CDMA. GPAS là công nghệ được các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông GSM sử dụng. Và giao thức, như EDGE cho GSM, và CDMA 2000 1x-RTT cho CDMA, có thể đạt chất lượng như các dịch vụ 3G (vì dùng tốc độ truyền dữ liệu 144Kb/s), nhưng vẫn được xem như dịch vụ 2,5G bởi vẫn chậm hơn vài lần so với dịch vụ 3G thật sự.

III . Mạng thông tin di động 3G : các mạng 3G đã được đề xuất để khắc phục những nhược điểm của các mạng 2G và 2.5G đặc biệt ở tốc độ thấp và không tương thích giữa các công nghệ như TDMA và CDMA giữa các nước. Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-200 (International Mobile Telecommunication-2000) cho hệ thống 3G với các ưu điểm chính được mong đợi đem lại bởi hệ thống 3G là:- Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao

57

- Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat, ...)- Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền hình, nghe nhạc,...)- Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, ...)- Sử dụng chung một công nghệ thống nhất, đảm bảo sự tương thích toàn cầu giữa các hệ thống. Để thoả mãn các dịch vụ đa phương tiện cũng như đảm bảo khả năng truy cập Internet băng thông rộng, IMT-2000 hứa hẹn cung cấp băng thông 2Mbps, nhưngthực tế triển khai chỉ ra rằng với băng thông này việc chuyển giao rất khó, vì vậy chỉ có những người sử dụng không di động mới được đáp ứng băng thông kết nối này, còn khi đi bộ băng thông sẽ là 384 Kbps, khi di chuyển bằng ô tô sẽ là 144Kbps. Theo đặc tả của ITU một công nghệ toàn cầu sẽ được sử dụng trong mọi hệ thốngIMT-2000, điều này dẫn đến khả năng tương thích giữa các mạng 3G trên toàn thế giới. Tuy nhiên, hiện nay trên thế giới tồn tại hai công nghệ 3G chủ đạo: UMTS(W-CDMA) và CDMA2000.

-UMTS (W-CDMA):UMTS (Universal Mobile Telephone System), dựa trên công nghệ W-CDMA, làgiải pháp được ưa chuộng cho các nước đang triển khai các hệ thống GSM muốnchuyển lên 3G. UMTS được hỗ trợ bởi Liên Minh Châu Âu và được quản lý bởi3GPP (third Generation Partnership Project), tổ chức chịu trách nhiệm cho các côngnghệ GSM, GPRS. UMTS hoạt động ở băng thông 5MHz, cho phép các cuộc gọi cóthể chuyển giao một cách hoàn hảo giữa các hệ thống UMTS và GSM đã có.-CDMA2000: Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, chuẩn này là sự tiếp nối đối với cáchệ thống đang sử dụng công nghệ CDMA trong thế hệ 2. CDMA2000 được quản lýbởi 3GPP2, một tổ chức độc lập và tách rời khỏi 3GPP của UMTS. CDMA2000 cótốc độ truyền dữ liệu từ 144Kbps đến Mbps. Hệ thống CDMA2000 không có khảnăng tương thích với các hệ thống GSM hoặc D-AMPS của thế hệ thứ 2.

-TD-SCDMA:Chuẩn được it biết đến hơn là TD-SCDMA đang được phát triển tại Trung Quốc bởi các công ty Datang và Siemens

1 . Đặc Điểm và các kỹ thuật chính:

Đặc điểm nổi bật nhất của mạng 3G là khả năng hỗ trợ một lượng lớn các khách hàng trong việc truyền tải âm thanh và dữ liệu – đặc biệt là ở các vùng đô thị - với tốc độ cao hơn và chi phí thấp hơn mạng 2G.3G sử dụng kênh truyền dẫn 5 MHz để chuyển dữ liệu. Nó cũng cho phép việc truyền dữ liệu ở tốc độ 384 Kbps trong mạng di động và 2 Mbps trong hệ thống tĩnh. Người dùng hy vọng mạng 3G sẽ được phát triển hiệu quả hơn nữa, để các khách hàng của các mạng 3G khác nhau trên toàn cầu có thể kết nối với nhau. Kết cấu phân tầng: Hệ thống UMTS dựa trên các dịch vụ được phân tầng, không giống như mạng GSM. Ở trên cùng là tầng dịch vụ, đem lại những ưu điểm như triển khai nhanh các dịch vụ, hay các địa điểm được tập trung hóa. Tầng giữa là tầng điều khiển, giúp cho việc nâng cấp các quy trình và cho phép mạng lưới có thể được phân

57

chia linh hoạt. Cuối cùng là tầng kết nối, bất kỳ công nghệ truyền dữ liệu nào cũng có thể được sử dụng và dữ liệu âm thanh sẽ được chuyển qua ATM/AAL2 hoặc IP/RTP.

CDMA được dùng trong mạng IMT-2000 3G là WCDMA (Wideband CDMA) và cdma2000. - WCDMA là đối thủ của cdma2000 và là một trong 2 chuẩn 3G, trải phổ rộng hơnđối với CDMA do đó có thể phát và nhận thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn.- Ở Châu Âu, mạng 3G WCDMA được biết như là UMTS (Universal MobileTelephony System) là một cái tên khác cho W-CDMA/dịch vụ 3G.UMTS sử dụng WCDMA, WCDMA như chuẩn phát vô tuyến. Nó có băng thông kênh là 5 MHz, có thể mang 100 cuộc gọi cùng một lúc, hoặc nó có thể mang dữ liệu tới 2Mbps. Tuy nhiên, với sự tăng cường HSDPA và HSUPA chính là trong những release sau này (R99/R4/R5/R6) của chuẩn, tốc độ phát dữ liệu tăng tới 14,4 Mbps. UMTS cho phép cả 2 chế độ FDD và TDD. Chế độ đầu tiên là FDD là uplink và downlink trên các tần số khác nhau. Không gian giữa chúng là 190MHz cho mạng band1. Ở TDD uplink và downlink được chia theo thời gian với những trạm cơ sở (base station) và sau đó di động phát lần lượt trên cùng tần số, đặc biệt phù hợp tới nhiều loại ứng dụng khác nhau. Nó cũng thực hiện ở những cell nhỏ. Thời gian bảo vệ được yêu cầu giữa phát và thu. Hệ thống TDD có thể hiệu quả khi sử dụng trong picocell để mang dữ liệu internet.

Tần số: hiện tại có 6 băng sử dụng cho UMTS/WCDMA, tập trung vào UMTS tầnsố cấp phát trong 2 băng Uplink (1885 – 2025)MHz và Downlink (2110 – 2200)MHz. UMTS sử dụng WCDMA như một cơ cấu vận chuyển vô tuyến. Điều chế trên đường uplink và downlink là khác nhau. Downlink sử dụng dịch khóa pha cầu phương (QPSK) cho tất cả những kênh vận chuyển. Tuy nhiên, Uplink sử dụng 2 kênh riêng biệt để thực hiện quay vòng của bộ phát ở trạng thái on và off để không gây ra nhiễu trên đường audio, những kênh đôi ( dual channel phase chifl keying) dùng để mã hóa dữ liệu người dùng tới I hoặc đầu vào In-phase tới bộ điều chế DQPSK, và điều khiển dữ liệu đã được mã hóa bằng việc sử dụng mã khác nhau tới đầu vào Q hoặc quadrature tới bộ điều chế. - cdma2000, chuẩn 3G khác. Nó là một sự nâng cấp cdmaOne. Nó sử dụng trải phổrộng do đó có thể phát và thu thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn, phát dữ liệuinternet nhanh, video, và phát nhạc chất lượng CD. Tuy nhiên, có nhiều phần tửcdma2000 được gọi là cdma20001X, 1X-EV-DV, 1X EV-DO, và cdma2000 3X.Chúng phát dịch vụ 3G khi chiếm dữ một phổ tần nhỏ (1,25 MHz mỗi sóng mang)

Ưu điểm của công nghệ W-CDMA so với GSM:- Tiêu chuẩn thống nhất toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến.- Có khả năng truyền tải đa phương tiện.- Thực hiện truyền tải dịch vụ hình ảnh tốc độ thấp cho đến tốc độ cao nhất là 2Mbps.- Tính bảo mật của cuộc thoại và mức độ hiệu quả khai thác băng tần cao hơn.- Có khả năng chuyển mạch mềm, tích hợp được với mạng NGN.- Chất lượng thoại được nâng lên và dung lượng mạng tăng lên 4-5 lần so với GSM.

57

- CDMA có cơ chế giúp tiết kiệm năng lượng, giúp tăng thời gian thoại của pin.- Khả năng mở rộng dung lượng của CDMA dễ dàng và chi phí thấp hơn so với GSM.

Thế hệ 3.5G : 3,5G là những ứng dụng được nâng cấp dựa trên công nghệ hiện có của 3G. Công nghệ của 3,5G chính là HSDPA (High Speed Downlink Package Access). Đây là giải pháp mang tính đột phá về mặt công nghệ, được phát triển trên cơ sở của hệ thống 3G W-CDMA.

HSDPA cho phép download dữ liệu về máy điện thoại có tốc độ tương đương tốc độ đường truyền ADSL, vượt qua những cản trở cố hữu về tốc độ kết nối của một điện thoại thông thường.HSDPA là một bước tiến nhằm nâng cao tốc độ và khả năng của mạng di động tế bào thế hệ thứ 3 UMTS. HSDPA được thiết kế cho những ứng dụng dịch vụ dữ liệu như: dịch vụ cơ bản (tải file, phân phối email), dịch vụ tương tác (duyệt web, truy cập server, tìm và phục hồi cơ sở dữ liệu), và dịch vụ Streaming

IV- Công Nghệ 4G : Việc triển khai tại một số nước đã chỉ ra một vài vấn đề mà 3G chưa giải quyết được hoặc mới chỉ giải quyết được một phần đó là :- Sự khó khăn trong việc tăng liên tục băng thông và tốc độ dữ liệu để thoả mãn nhu cầu ngày càng đa dạng các dịch vụ đa phương tiện, và các dịch vụ khác với nhu cầu về chất lượng dịch vụ (QoS) và băng thông khác nhau.- Sự giới hạn của giải phổ sử dụng.- Mặc dù được hứa hẹn khả năng chuyển vùng toàn cầu, nhưng do tồn tại những chuẩn công nghệ 3G khác nhau nên gây khó khăn trong việc chuyển vùng (roamming) giữa các môi trường dịch vụ khác biệt trong các băng tần số khác nhau.- Thiếu cơ chế chuyển tải “seamless” (liền mạch) giữa đầu cuối với đầu cuối khimở rộng mạng con di động với mạng cố định. Trong nỗ lực khắc phục những vấn đề của 3G, để hướng tới mục tiêu tạo ra mộtmạng di động có khả năng cung cấp cho người sử dụng các dịch vụ thoại, truyền dữliệu và đặc biệt là các dịch vụ băng rộng multimedia tại mọi nơi (anywhere), mọilúc (anytime), mạng di động thế hệ thứ tư - 4G (Fourth Generation) đã được đề xuấtnghiên cứu và hứa hẹn những bước triển khai đầu tiên trong vòng một thập kỷ nữa.

1 . các đặc điểm công nghệ :Hiện nay, 4G mới đang ở giai đoạn đầu của quá trình phát triển với nhiều cách tiếp cậntương đối khác nhau . ta sẽ xem xét 5 đặc điểm cơ bản, là động lực cho sự pháttriển hệ thống di động 4G.

-Hỗ trợ lưu lượng IP:

- Hỗ trợ tính di động tốt:

-Hỗ trợ nhiều công nghệ vô tuyến khác nhau:

57

- Không cần liên kết điều khiển: -Hỗ trợ bảo mật đầu cuối-đầu cuối:

2 . mạng 4G tổng quát :Dựa trên xu thế phát triển của thông tin di động, mạng 4G sẽ có băng thông rộng hơn, tốc độ dữ liệu cao hơn, chuyển giao nhanh hơn và không gián đoạn, và đặc biệt cung cấp các dịch vụ liên tục giữa các hệ thống và các mạng.

Mạng 4G sẽ bao gồm tất cả các hệ thống của các mạng khác nhau, từ mạng công cộng đến mạng riêng, từ mạng băng rộng có quản trị mạng đến mạng cá nhân và các mạng adhoc. Các hệ thống 4G sẽ hoạt động kết hợp với các hệ thống 2G và 3G cũng như các hệ thống phát quảng bá băng rộng khác. Thêm vào đó, mạng 4G sẽ là mạng Internet di động dựa trên IP hoàn toàn.Hình ( dưới ) cho thấy một loạt các hệ thống mạng 4G sẽ tích hợp: vệ tinh băng rộng, mạng tổ ong 2G, mạng tổ ong 3G, mạch vòng nội hạt vô tuyến (WLL) và mạng cá nhân (PAN), dùng giao thức IP là giao thức tích hợp.

Kết nối liên tục giữa các mạng:

57

Phần 3

GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ LTE

1.1 Giới thiệu về 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 đã được triển khai trên toàn thế giới. Để đảm bảo tính

cạnh tranh cho hệ thống này trong tương lai, tháng 11/2004 3GPP đã 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 và

giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối. Đặc tả kỹ thuật cho LTE

đang được hoàn tất và dự kiến sản phẩm LTE sẽ ra mắt thị trường trong 2 năm tới.

Các mục tiêu của công nghệ này là:

- Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20 MHz:

Tải xuống: 100 Mbps; Tải lên: 50 Mbps

- Dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một người dùng trên 1

MHz so với mạng HSDPA Rel. 6:

Tải xuống: gấp 3 đến 4 lần; Tải lên: gấp 2 đến 3 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 trì được hoạt động khi

thuê bao di chuyển với tốc độ từ 120 – 350 km/h (thậm chí 500 km/h tùy

57

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 – 100 km thì không hạn chế.

- Độ dài băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với các băng 1.25 MHz, 1.6 MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz cả chiều lên và xuống.

Hỗ trợ cả 2 trường hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không.

Để đạt được mục tiêu này, sẽ có rất nhiều kỹ thuật mới được áp dụng, trong đó

nổi bật là kỹ thuật vô tuyến OFDMA (đa truy cập phân chia theo tần số trực giao), kỹ thuật anten MIMO (Multiple Input Multiple Output - đa nhập đa xuất).

Ngoài ra hệ thống này sẽ chạy hoàn toàn trên nền IP (all-IP network), và hỗ trợ cả

2 chế độ FDD và TDD

1.3 Mục tiêu thiết kế LTE

57

Những hoạt động của 3GPP trong việc cải tiến mạng 3G vào mùa xuân năm

2005 đã xác định đối tượng, những yêu cầu và mục tiêu cho LTE. Những mục tiêu

và yêu cầu này được dẫn chứng bằng tài liệu trong văn bản 3GPP TR 25.913.

Những yêu cầu cho LTE được chia thành 07 phần khác nhau như sau:

• Tiềm năng, dung lượng.

• Hiệu suất hệ thống

• Các vấn đề liên quan đến việc triển khai

• Kiến trúc và sự dịch chuyển (migration)

• Quản lý tài nguyên vô tuyến

• Độ phức tạp

• Những vấn đề chung

Chương 2

Phát triển kiến trúc hệ thống

3.1 Kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến

a.Các chức năng của mạng truy nhập vô tuyến;

-Mã hóa,đan xen,điều chế và các chức năng lớp vật lý điển hình khác.

-ARQ,nén tiêu đề và các chức năng lớp liên kết điển hình khác.

-Các chức năng an ninh (mật mã hóa và bảo vệ tính toàn vẹn).

-Các chức năng quản lí tài nguyên ,chuyển giao và các chức năng điều khiển tài nguyên vô tuyến điển hình khác.

57

Hình 3.1 Mạng truy nhập vô tuyến :Các nút và các giao diện

Hình 3.1 cho thấy tổng quan mạng truy nhập vô tuyến LTE RAN với các nút và giao diện.Khác với WCDMA/HSPA RAN ,LTE Ran chỉ có 1 kiểu nút.Như vậy trong LTE không có nút tương đương với RNC .Lý do chủ yếu là không có hỗ trợ phân tập vĩ mô đường lên ,đường xuống cho lưu lượng riêng của người sử dụng và triết lý là giảm thiểu số lượng nút.

eNodeB chịu trách nhiệm cho một tập các ô.Tương tự như nút B trong kiến trúc WCDMA /HSPA không cần sử dụng cùng 1 trạm anten.eNodeB thừa hưởng các chức năng của RNC,eNodeB phức tạp hơn nút B.eNodeB chịu trách nhiệm quản lý tài nguyên vô tuyến của 1 ô,các quyết định chuyển giao,lập biểu cho cả đường lên và đường xuống trong các ô của mình.

*Giao diện giữa eNodeB với mạng lõi và với các eNodeB khác.

-eNodeB được nối tới mạng lõi thông qua giao diện S1.Giao diện S1 giống như giao diện Iu nối giữa mạng lõi và RNC trong WCDMA/HSPA.

-Giữa các eNodeB có giao diện X2 giống như giao diện Iur trong WCDMA/HSPA.Giao diện X2 chủ yếu được sử dụng để hỗ trợ di động chế độ tích cực.

*Vai trò và chức năng của eNodeB

57

eNodeB có cùng chức năng như NodeB và ngoài ra nó còn có hầu hết chức năng RNC của WCDMA/HSPA.Với những chức năng như:

-Thực hiện quyết định lập biểu cho cả đường lên và đường xuống.

-Quyết định chuyển giao.

-Chịu trách nhiệm về tài nguyên vô tuyến trong các ô của mình.

-Thực hiện các chức năng lớp vật lý thông thường như mã hóa ,giải mã ,điều chế,giải điều chế,đan xen,giải đan xen…

-Thực hiện cơ chế phát lại HARQ.

3.Kiến trúc mạng lõi

Khi bắt đầu xây dựng tiêu chuản LTE RAN,công tác chuẩn hóa mạng lõi cũng được bắt đầu.Công tác này được gọi là phát triển kiến trúc hệ thống(SAE:System Architecturre Evolution).Mạng lõi được định nghĩa trong công tác SAE là sự phát triển triệt để từ mạng lõi GSM/GPRS và vì thế có tên gọi mới .lõi gói phát triển (EPC :Elvolved Packet Core).Phạm vi SAE chỉ bao gồm chuyển mạch gói không có miền chuyển mạch kênh.

Hình 3.3 :Kiến trúc EPS cơ bản.

57

Hình 3.4:Kiến trúc EPS phục vụ nút gỗ trợ GPRS/EDGE

Hình 3.3: Cấu hình cho EPS hỗ trợ của 3GPP bao gồm cả truy cập UMTS / HSPA

-EPC nối đến LTE RAN qua giao diện S1 và đến Internet qua giao diện SGi.

-Ngoài ra EPC nối đến HSS(tương ứng với HLR trong mạng lõi GSM/WCDMA) qua giao diện S6a.

-Giữa UE và mạng truy nhập vô tuyến có giao diện Uu.

57

Hình 3.3 Kiến trúc chi tiết mạng lõi LTE

Chức năng các nút:

Mobility Management Entity (MME):

- Cung cấp tín hiệu cho phép truy nhập mạng và các khía cạnh an ninh.

- Chấm dứt sự truy cập của các thuê bao di động đối với truy nhập mạng 3GPP.

- Chọn chế độ tích cực thấp cho thiết bị người sử dụng khi không làm việc.

- Theo dõi quản lí danh sách các thuê bao trong khu vực .

- Chuyển vùng.

- GW lựa chọn (Phục vụ GW và PDN lựa chọn GW.

- Nút SGSN hỗ trợ các thuê bao 2G,3G truy nhập mạng LTE.

-Trung tâm nhận thực .

Serving Gateway :là nút chấm dứt sự truy nhập từ mạng truy nhập vô tuyến EUTRAN.Serving Gateway có những chức năng bao gồm:

57

-Là nút hỗ trợ sự chuyển giao từ eNodeB này sang eNodeB khác trong quá trình thiết bị di động di chuyển .

-Kết thúc sự truy nhập từ mạng truy nhập vô tuyến 3GPP(chấm dứt sự truy nhập vô tuyến bởi giao diện S4 và tiếp nhận kênh truyền tải từ mạng 2G,3G và PDN Gateway).

-Cung cấp chức năng cho mạng truy nhập vô tuyến khi ở chế độ nhàn rỗi là đệm các gói ở đường downlink và kích hoạt các thủ tục yêu cầu dịch vụ.

-Đánh số thứ tự các gói trên đường downlink và uplink.

-Tính toán chi phí của người dùng.

Cho phép cấp quyền truy nhập.

-Định tuyến gói tin và chuyển tiếp các gói.

-Hỗ trợ việc tính cước.

PDN Gateway : là nút chấm dứt giao diện SGi về phía PDN.Nếu có 1UE truy cập vào nhiều PDN,nó có thể cung cấp 1 hay nhiều hơn PDN phục vụ UE.PDN bao gồm những chức năng sau:

-Thực thi chính sách.

-Mỗi ngưới sử dụng được cung cấp gói dịch vụ khác nhau.

-Tính phí hỗ trợ.

-Vận chuyển các gói trên downlink hay uplink.

-Cho phép những thiết bị hợp pháp truy nhập.

-Cung cấp cho mỗi UE một địa chỉ IP.

-Phân loại các gói .

-Có chức năng như DHCP trong 3G(Dynamic Host Confiquration Protocol:Giao thức cấu hình động máy chủ).

eNodeB :có cùng chức năng như NodeB và ngoài ra nó còn có hầu hết chức năng RNC của WCDMA/HSPA.Với những chức năng như:

-Thực hiện quyết định lập biểu cho cả đường lên và đường xuống.

-Quyết định chuyển giao.

-Chịu trách nhiệm về tài nguyên vô tuyến trong các ô của mình.

57

-Thực hiện các chức năng lớp vật lý thông thường như mã hóa ,giải mã ,điều chế,giải điều chế,đan xen,giải đan xen…

-Thực hiện cơ chế phát lại HARQ

Hỗ trợ cho những mạng không thuộc 3GPP:

Để hỗ trợ chuyển vùng ;EPS có 3 dạng giao diện phục vụ cho những mạng không thuộc 3GPP là:S2a;S2b và S2c.

-S2a cung cấp cho người dùng liên quan tới điều khiển và hỗ trợ di động giữa những mạng không phải 3GPP và Gateway.

-S2b cung cấp cho người dùng liên quan tới điều khiển và hỗ trợ tính năng di động giữa ePDG và Gateway.

-S2c cung cấp cho người dùng liên quan tới điều khiển và hỗ trợ di động giữa UE và những mạng thuộc 3GPP và không thuộc 3GPP.

ePDG: Chức năng của ePDG bao gồm:điều khiển sự phân bổ địa chỉ IP trong ePDG được sử dụng như là CoA khi mà S2c được sử dụng.

- Chức năng để vận chuyển một địa chỉ IP từ xa như là một địa chỉ IP cụ thể để PDN một khi S2b được sử dụng.

- Định tuyến các gói dữ liệu từ / đến PDN.- Can thiệp hợp pháp.- Thực thi các chính sách QoS dựa trên thông tin nhận được thông qua cơ sở hạ

tầng AAA.Hỗ trợ truy nhập từ các mạng không thuộc 3GPP:Để hỗ trợ cho việc chuyển giao ,kiến trúc mạng lõi EPC có 3 giao diện hỗ trợ truy nhập:

-S2a:là giao diện giữa mạng không thuộc 3GPP với PDN Gateway.

-S2b :là giao diện giữa ePDG và PDN Gateway.

-S2c là giao diện giữa UE và Gateway.

57

Chương 3

Các kỹ thuật cho truy nhập vô tuyến trong LTE

I -Hệ thống truyền dẫn: đường xuống OFDMA và đường lên SC-FDMA:

Đường xuống và đường lên trong LTE dựa trên việc sử dụng nhiều các công nghệ đa truy nhập , cụ thể : đa truy nhập phân chia tần số trực giao cho đường xuống ( OFDMA) , và đa truy nhập phân chia tần số - đơn sóng mang ( SC-FDMA ) cho đường lên . trước tiên ta xét cho đường xuống .

1 – Công nghệ đa truy nhập cho đường xuống OFDM và OFDMA :

Truyền dẫn OFDM là một kiểu truyền dẫn đa sóng mang . một số đặc điểm của OFDM :

- sử dụng nhiều sóng mang . chẳng hạn nếu một hệ thống MC-WCDMA ( WCDMA đa sóng mang ) băng thông 20MHz sử dụng 4 sóng mang với mỗi sóng mang có băng tần là 5MHz , thì với băng thông như vậy OFDM có thể sử dụng 2048 sóng mang với băng thông sóng mang con 15MHz .

- các sóng mang con trực giao với nhau và khoảng cách giữa 2 sóng mang con liền kề bằng đại lượng nghịch đảo của thời gian ký hiệu điều chế sóng mang con . vì thế các sóng mang con của OFDM được đặt gần nhau hơn so với FDMA .

1.1 đặc điểm chung :

OFDMA là một biến thể của ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM . một số hệ thống điều chế đa sóng mang đã được đưa vào sử dụng rộng dãi trong các hệ thống không dây nhưng tương đối mới cho di động. OFDM sử dụng một số lượng lớn các sóng mang phụ dải hẹp hoặc âm thanh cho việc truyền dẫn nhiều sóng mang.Các tài nguyên vật lý của đường downlink LTE cơ bản có thể được giải thích là một lưới tần số-thời gian, như minh họa trong hình dưới. Trong vùng tần số, khoảng cách giữa các sóng mang phụ(Δf)là 15kHz. Ngoài ra,chu kỳ của OFDM là 1/Δf cộng với chu trình đầu tiên.Các chu trình đầu được sử dụng để duy trì trực giao giữa các sóng mang phụ,cho cả thời gian phân tán các kênh vô tuyến.

57

Một phần tài nguyên mang QPSK,16QAM hay 64QAM,ví dụ với 64QAM,mỗi phần mang 6 bit. Các OFDM được phân nhóm thành các khối tài nguyên,các khối tài nguyên có tổng kích thước là 180 kHz trong miền tần số và 0.5 ms trong miền thời gian. Mỗi người dùng được phân bổ một số khối tài nguyên trong lưới thời gian-tần số.Các khối tài nguyên người dùng nhận được càng nhiều và điều chế sử dụng trong một phần tài nguyên càng cao thì tốc độ bit càng cao.

Các khối tài nguyên nào và có bao nhiêu người dùng nhận được tại một điểm nhất định phụ thuộc vào cơ cấu lập danh mục cải tiến trong chiều thời gian và tần số.Danh mục các tài nguyên có thể được cập nhật hàng ms,có nghĩa là 2 khối tài nguyên,rộng 180 kHz và có tổng chiều dài là 1 ms,gọi là khối danh mục.Cơ cấu lập danh mục trong LTE tương tự như cơ cấu được sử dụng trong HSPA và cho phép tối ưu hiệu suất cho các dịch vụ khác nhau trong các môi trường vô tuyến khác nhau.

Trên hình minh họa các tính năng chính của một tín hiệu OFDM ở miền tần số và thời gian. Trong miền tần số ,đa truy nhập các âm liền kề hoặc các sóng mang con một cách độc lập với các dữ liệu điều biến . sau đó , trong miền thời gian , khoảng bảo vệ được chèn vào giữa mỗi ký hiệu để ngăn chặn nhiễu liên ký hiệu ở máy thu gây ra bởi nhiều con đường trễ lan truyền trong kênh vô tuyến .

Khi so sánh với công nghệ CDMA mà đại diện là UMTS , OFDM có một số ưu điểm khác biệt :

- OFDM có nhiều khả năng chống pha đinh .

- các bộ bù kênh của OFDM thực hiện đơn giản hơn các bộ bù của CDMA , như là tín hiệu OFDM được biểu diễn trong miền tần số hơn là miền thời gian .

- OFDM có thể hoàn toàn có khả năng chống được nhiễu đa đường . điều này là có thể bởi vì các ký hiệu dài được sử dụng cho OFDM có thể được ngăn cách bởi một khoảng bảo vệ được gọi là tiền tố vòng ( CP ). CP là một bản sao của biên của một ký

57

hiệu được chèn vào lúc bắt đầu. bởi lấy mẫu tín hiệu nhận được tại thời điểm tối ưu ,máy thu có thể loại bỏ các nhiễu miền thời gian giữa các biểu tượng liền kề gây ra bởi lan truyền trễ đa đường trong kênh vô tuyến .

- OFDM là phù hợp hơn để sử dụng MIMO . biểu diễn miền tần số của tín hiệu cho phép dễ dàng mã hóa để phù hợp với tín hiệu tần số và đặc điểm của kênh truyền đa

đường .

1.1.1 khoảng cách giữa các sóng mang con của OFDM : Tồn tại 2 tiêu chí cần cân nhắc trong việc chọn sóng mang con : - khoảng cách giữa các sóng mang con càng nhỏ càng tốt ( TFFT càng lớn càng tốt ) để giảm thiểu tỉ lệ chi phí cho CP : TCP / ( TFFT + TCP ) - khoảng cách giữa các sóng mang con quá nhỏ sẽ tăng sự nhạy cảm của truyền dẫn OFDM với trải Doppler . Khi truyền qua kênh phadinh vô tuyến , do trải Doppler lớn , kênh có thể thay đổi đáng kể trong đoạn lấy tương quan TFFT dẫn đến trực giao hóa giữa các sóng mang bị mất và nhiễu giữa các sóng mang . Trong thực tế , đại lượng nhiễu giữa các sóng mang có thể chấp nhận rất lớn tùy thuộc vào dịch vụ cần cung cấp và mức độ tín hiệu thu chịu được tạp âm và các nhân tố gây giảm cấp khác . chẳng hạn tại biên của một ô lớn tỉ số tín hiệu trên tạp âm cộng nhiễu có thể khá thấp khi tốc độ số liệu thấp. vì thế một lượng nhỏ nhiễu bổ xung giữa các sóng mang con do trải Doppler có thể bỏ qua . tuy nhiên trong trường hợp tỷ lệ số tạp âm cộng nhiễu cao (chẳng hạn trong các ô nhỏ hay tại vị trí gần BS ) , khi cần cung cấp tốc độ số liệu cao , cùng một lượng nhiễu giữa các sóng mang con như trên cũng có thể gây ảnh hưởng xấu hơn nhiều .1.1.2 số lượng các sóng mang con : Số lượng các sóng mang con được xác định dựa trên băng thông khả dụng và phát xạ ngoài băng . Độ rộng băng tần cơ sở của tín hiệu OFDM bằng P∙∆f , nghĩa là số sóng mang con nhân với khoảng cách giữa các sóng mang con . tuy nhiên phổ của tín hiệu OFDM cơ sở giảm rất chậm bên ngoài độ rộng băng tần OFDM cơ sở . lý do gây ra phát xạ ngoài băng lớn là do việc sử dụng tạo dạng xung chữ nhật dẫn đến các búp sóng bên giảm tương đối chậm . tuy nhiên trong thực tế lọc hoặc tạo cửa sổ miền thời gian được sử dụng để loại bỏ phần lớn các phát xạ ngoài băng của OFDM .trong thực tế cần dành 10% băng tần cho băng bảo vệ đới với tín hiệu OFDM . chẳng hạn nếu băng thông khả dụng là 5MHz thì độ rộng băng tần OFDM (P∙∆f) chỉ có thể vào khoảng 4,5MHz . giả sử LTE sử dụng khoảng cách giữa các sóng mang là 15KHz , thì điều này tương đương với vào khoảng 300 sóng mang con trong 5MHz .1.1.3 sử dụng OFDM cho ghép kênh và đa truy nhập: Trên đường xuống , OFDM được sử dụng làm sơ đồ ghép kênh cho những người sử dụng . trong khoảng thời gian một ký hiệu OFDM , toàn bộ các sóng mang con khả dụng được chia thành các tập con khác nhau và được gán cho những người sử dụng khác nhau để truyền đến các đầu cuối khác nhau . Trên đường lên cũng tương tự , OFDM được sử dụng làm sơ đồ đa truy nhập . trong khoảng thời gian một ký hiệu OFDM toàn bộ các sóng mang con khả dụng được chia

57

thành các tập con khác nhau và được gán cho các người sử dụng khác nhau để truyền từ các đầu cuối khác nhau đến trạm gốc . Trong trường hợp OFDMA được sử dụng cho đường lên , tín hiệu OFDM được phát đi từ các máy đầu cuối khác nhau được ghép kênh theo tần số , điều quan trọng là khi truyền dẫn từ các đầu cuối ở các vị trí khác nhau so với trạm gốc phải đến trạm gốc một cách đồng bộ theo thời gian .đặc biệt là sự mất đồng bộ giữa các truyền dẫn từ các đầu cuối di động khác nhau tại trạm gốc phải nhỏ hơn độ dài CP để đảm bảo tính trực giao giữa các sóng mang con thu được từ các đầu cuối di động khác nhau để tránh nhiễu giữa những người sử dụng . Do khác nhau về khoảng cách từ các máy đầu cuối di động đến trạm gốc và vì thế dẫn đến khác nhau về thời gian truyền lan , nên phải điều khiển định thời phát của từng đầu cuối . điều khiển định thời phát nhằm điều chỉnh định thời phát của từng đầu cuối di động để đảm bảo rằng các truyền dẫn đường lên được đòng bộ tại tram gốc . do thời gian truyền lan thay đổi khi đầu cuối di động chuyển động trong ô , điều khiển định thời phát phải là một quá trình tích cực liên tục điều chỉnh định thời phát cho từng đầu cuối di động . Ngay cả khi điều khiển định thời phát hoàn hảo , vẫn luôn có một lượng nhiễu giữa các sóng mang con do sai số tần số . trong trường hợp sai số tần số hợp lý và trải Doppler nhỏ thì nhiễu này thường tương đối nhỏ . tuy nhiên điều này chỉ sảy ra khi coi rằng các sóng mang con khác nhau được thu tại trạm gốc với công suất gần như nhau trên đường lên do khoảng cách từ các máy đầu cuối đến trạm gốc là khác nhau , vì thế suy hao đường truyền của các đường truyền này cũng có thể rất khác nhau . nếu 2 đầu cuối phát cùng một công suất thì do khoảng cách khác nhau nên công suất tín hiệu thu tại tram gốc từ 2 đầu cuối này có thể rất khác nhau và vì thế tín hiệu thu từ trạm đầu cuối mạnh hơn sẽ gây nhiễu đối với tín hiệu thu yếu hơn cho dù vẫn duy trì được trực giao hoàn hảo giữa các sóng mang con .để tránh điều này cần phải thực hiện điều khiển công suất phát của các dầu cuối ở một mức độ nhất định . đối với OFDMA đường lên bằng cách giảm công suất của đầu cuối ở gần trạm gốc để đảm bảo công suất của các tín hiệu thu gần như nhau .

1.4 thu phát tín hiệu OFDM

57

Những tín hiệu OFDM được tạo ra trong miền tần số vì khó tạo ra những bank lớn các bộ dao động và những máy thu khóa pha trong miền tương tự . Hình dưới là sơ đồ khối của thiết bị đầu cuối OFDM tiêu biểu .Phần máy phát biến đổi dữ liệu số cần truyền , ánh xạ vào biên độ và pha của các tải phụ .Sau đó nó biến đổi biểu diễn phổ của dữ liệu vào trong miền thời gian nhờ sử dụng biến đổi Fourier rời rạc đảo (inverse Discrecte Fourier Transform).Biến đổi nhanh Fourier đảo (Inverse Fast Fourier Transform) thực hiện cùng một thuật toán như IDTF , ngoại trừ rằng nó tính hiệu quả hơn nhiều và do vậy nó được sử dụng trong tất cả các hệ thống thực tế .Để truyền tín hiệu OFDM tín hiệu miền thời gian được tính toán được phách lên tần số cần thiết .Máy thu thực hiện thuật toán ngược lại với máy phát .Khi dịch tính hiệu RF xuống băng cơ sở để xử lý ,sau đó sử dụng biến đổi Fourier nhanh (FFT) để phân tích tín hiệu trong miền tần số .Sau đó biên độ và pha của các tải phụ được chọn ra và đuợc biến đổi ngược lại thành dữ liệu số . Biến đổi nhanh Fourier đảo (IFFT) và biến đổi Fourier nhanh(FFT) là hàm bổ sung và thuật ngữ thích hợp nhất được dùng phụ thuộc vào liệu tín hiệu đang được thu hoặc đang được phát .Trong nhiều trường hợp tín hiệu là độc lập với sự phân biệt này nên thuật ngữ FFT và IFFT có thể được sử dụng thay thế cho nhau .

1.4.1 chuyển đổi nối tiếp – song song :

57

Dữ liệu cần truyền thường có dạng dòng dữ liệu nối tiếp .Trong OFDM ,mỗi symbol thường truyền 40-4000 bit và do vậy giai đoạn biến đổi song song thành nối tiếp là cần thiết để biến đổi dòng, bit nối tiếp đầu vào thành dữ liệu cần truyền trong mỗi symbol OFDM .Dữ liệu được phân phối cho mỗi symbol phụ thuộc vào sơ đồ điều chế được sử dụng và trên mỗi tải phụ có thể thay đổi và như vậy số bit tảii phụ cũng thay đổi .Kết quả là giai đoạn biến đổi nối tiếp thành song song bao hàm việc làm đầy payload dữ liệu của mỗi tải phụ .Tại máy thu quá trình là ngược lại ,với dữ liệu từ các tải phụ được biến đổi trở lại thành dòng dữ liệu nối tiếp gốc. Khi sự truyền OFDM xảy ra trong môi trường radio truyền lan đa đường (multipath) ,fading chọn lọc tần số có thể làm cho những nhóm tải phụ bị suy giảm nghiêm trọng ,có thể gây ra các lỗi bit .Các Null này trong đáp tuyến tần số của kênh có thể làm cho thông tin trong những sóng mang kế cận dễ bị phá hủy, tạo thành cụm mỗi bit trong mỗi symbol. Phần lớn các sơ đồ của lỗi tiến (FEC) làm việc có hiệu quả hơn nếu các lỗi được trải rộng ra ,hơn là tạo thành bó ,và vì vậy để cải thiện chỉ tiêu kỹ thuật phần lớn các hệ thống dung xáo trộn dữ liệu (scrambing) như một phần của giai đoạn biến đổi nối tiếp thành song song .Điều này được thực hiện bởi sự ngẫu nhiên hoá vị trí tải phụ của mỗi bit dữ liệu liên tiếp .Tại máy thu quá trình xáo trộn được sử dụng để giải mã tín hiệu .Điều này khôi phục dãy bit dữ liệu gốc nhưng trải rộng các cụm lỗi bit làm cho chúng được phân bố gần đều theo thời gian .Sự ngẫu nhiên hóa vị trí của các lỗi bit như vậy cải thiện chỉ tiêu kỹ thuật sửa lỗi tiến (FEC) và nhìn chung của cả hệ thống .

1.4.2 điều chế RF : Đầu ra của bộ điều chế OFDM là tín hiệu dải gốc ( baseband ),tín hiệu này phải được dịch (hoặc phách –UpConverte) lên tần số cao để phát đi .Điều này có thể được thực hiện khi dùng kỹ thuật tương tự hoặc dùng dịch tần số .Cả hai kỹ thuật trên đều thực hiện cùng một thuật toán ,tuy nhiên kỹ thuật điều chế số có khuynh hướng trở nên chính xác hơn do sự phối hợp đuợc cải thiện giữa xử lý kênh I , Q và độ chính xác pha của bộ điều chế IQ số .1.4.3 khoảng bảo vệ (GUARD PERIOD)

Đối với một băng thông hệ thống đã cho tốc độ symbol của tín hiệu OFDM thì thấp hơn nhiều tốc độ symbol của sơ đồ truyền sóng mang đơn .Ví dụ đối với điều chế đơn sóng mang BPSK tốc độ symbol tương ứng với tốc độ bit. Tuy nhiên với OFDM băng thông hệ thống được chia cho Nc tải phụ ,tạo thành tốc độ symbol nhỏ hơn Nc lần so với truyền sóng mang đơn .Tốc độ symbol thấp này làm cho OFDM chịu đựng được tốt với can nhiễu giữa can nhiễu ISI (inter- Symbol interference ) gây ra bởi truyền lan

57

nhiều đường. Có thể giảm ảnh hưởng ISI tới tín hiệu OFDM bằng các thêm vào khoảng bảo vệ ở trước của mỗi symbol .Khoảng bảo vệ này là bản copy tuần hoàn theo chu kỳ ,làm mở rộng chiều dài của dạng sóng symbol .Mỗi tải phụ trong phần dữ liệu của mỗi symbol ,có nghĩa là symbol OFDM chưa có bổ sung khoảng bảo vệ ,có chiều dài bằng kích thước IFFT( được sử dụng để tạo tín hiệu ) có một số nguyên lần các chu kỳ .Do vậy việc đưa vào các bản copy của symbol nối đuôi nhau tạo thành một tín hiệu liên tục ,không có sự gián đoạn ở chỗ nối .Như vậy việc sao chép đầu cuối của symbol và đặt nó đế đầu vào đã tạo ra một khoảng thời gian symbol dài hơn .

1.5 kỹ thuật OFDMA Với tín hiệu OFDM tiêu chuẩn rất hẹp , thiết bị đầu cuối truyền dẫn có thể bị hiện tượng phadinh băng hẹp và can nhiễu . đó là lý do tại sao 3GPP đã chọn OFDMA cho đường xuống , trong đó có kết hợp yếu tố của đa truy nhập phân chia thời gian (TDMA) . OFDMA cho phép các nhóm nhỏ của sóng mang con được cấp phát giao động giữa những người dùng khác nhau trên băng tần này , như trong hình :

Kết quả là một hệ thống mạnh mẽ hơn với công suất tăng lên . điều này là do hiệu quả sử dụng ghép kênh người dùng cấp độ thấp ,và khả năng lập lịch trình cho người sử dụng bởi tần số , đồng thời làm giảm ảnh hưởng của phadinh đa đường. Trong OFDMA, vấn đề đa truy nhập được thực hiện bằng cách cung cấp cho mỗi người dùng một phần trong số các sóng mang có sẵn. Bằng cách này, OFDMA tương tự như phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số thông thường (FDMA); tuy nhiên nó không cần thiết có dải phòng vệ lân cận rộng như trong FDMA để tách biệt những người dùng khác nhau. Ưu điểm cơ bản của hệ thống OFDMA nhảy tần hơn hẳn các hệ thống DS-CDMA và MC-CDMA là tương đối dễ dàng loại bỏ được xuyên nhiễu trong một tế bào bằng cách sử dụng các mẫu nhảy trực giao trong một tế bào.

2. công nghệ đa truy nhập cho đường lên SC-FDMA : Đối với việc truyền dữ liệu ở hướng lên, 3GPP đã chọn một phương thức điều chế hơi khác một chút. Việc truyền OFDMA phải chịu một PAPR (Peak to Average Power Ratio _ tỷ lệ công suất đỉnh so với trung bình) cao, điều này có thể dẫn đến những hệ

57

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 bắt được (pick up). 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 có hiệu quả công suất cao càng cao càng tốt để làm tăng tuổi thọ pin của máy. Tính hiệu quả của bộ khuếch đại công suất phụ thuộc vào hai yếu tố :

Bộ khuếch đại đó phải có khả năng khuếch đại giá trị đỉnh cao nhất của sóng. Do những ràng buộc trong chất bán dẫn, giá trị đỉnh này quyết định mức tiêu thụ năng lượng của bộ khuếch đại.

Tuy nhiên, các giá trị đỉnh của sóng không mang nhiều thông tin hơn chút nào so với công suất trung bình của tín hiệu trong thời gian truyền nhận. Vì thế, tốc độ truyền không phụ thuộc vào mức công suất ngõ ra cần thiết cho các giá trị đỉnh mà phụ thuộc vào mức công suất trung bình của sóng.

Bởi vì cả mức tiêu thụ năng lượng lẫn tốc độ truyền đều quan trọng đối với các nhà thiết kế UE, cho nên bộ khuếch đại công suất nên tiêu thụ càng ít năng lượng càng tốt. Như vậy, UE nào sử dụng phương thức điều chế có tỉ lệ PAPR càng thấp thì thời gian hoạt động của nó ở một tốc độ truyền nhất định càng dài.

Một phương thức điều chế tương tự với OFDMA cơ bản, nhưng có một PAPR tốt (thấp) hơn, là SC-FDMA (Single Carrier-Frequency Division Multiple Access _ Đa Truy cập Phân Tần Một Kênh truyền duy nhất). Do PAPR của nó tốt hơn, nó được 3GPP chọn để truyền dữ liệu ở hướng lên. Tuy mang cái tên như vậy song SC-FDMA cũng truyền dữ liệu qua giao tiếp vô tuyến trong nhiều kênh con, nhưng bổ sung thêm một bước xử lý nữa, như được minh họa trong Hình . Thay vì đặt 2, 4 hoặc 6 bit với nhau như trong ví dụ OFDM để tạo thành tín hiệu cho một kênh con, khối xử lý bổ sung trong SC-FDMA trải thông tin của mỗi bit ra trên tất cả các kênh con. Điều này được thực hiện như sau: Cũng một số bit (ví dụ như 4 đối với điều chế 16-QAM) được nhóm lại với nhau, nhưng trong OFDM, các nhóm bit này là dữ liệu nhập cho hàm IFFT, còn trong SC-FDMA, các bit này được đưa vào một hàm FFT (Fast Fourier Transformation) trước đã. Dữ liệu xuất của quá trình này là cơ sở cho việc tạo ra các kênh truyền con cho hàm IFFT theo sau. Bởi vì không phải tất cả các kênh con đều được dùng bởi UE, nên nhiều kênh được đặt ở mức không (0) trong đồ thị. Những kênh này có thể được dùng bởi các UE khác hoặc không.

Ở phía máy thu, tín hiệu được giải điều chế, được khuếch đại và được xử lý bởi hàm FFT theo cách giống như trong OFDMA. Nhưng biểu đồ biên độ kết quả không được phân tích thẳng ra để có được dòng dữ liệu ban đầu, mà được nạp vào một hàm IFFT để gỡ bỏ tác dụng của quá trình

57

xử lý tín hiệu bổ sung đã được thực hiện ở phía máy phát. Ra khỏi hàm IFFT này, tín hiệu lại trở thành tín hiệu miền thời gian. Tiếp đến, tín hiệu miền thời gian này được cung cấp cho một khối phát hiện (detector), khối này tái tạo lại các bit dữ liệu ban đầu. Như vậy, thay vì phát hiện các bit trên nhiều kênh con khác nhau, người ta chỉ dùng một hàm phát hiện duy nhất trên một kênh truyền duy nhất.

Điều chế SC-FDMA cho các cuộc truyền hướng lên.

Những khác biệt giữa OFDM và SC-FDMA có thể được tổng kết như sau: OFDM tạo ra các nhóm bit nhập (các con số 0 và 1) để lắp ráp vào các kênh con; sau đó các kênh con này được xử lý bởi hàm IFFT để có được một tín hiệu miền thời gian. Ngược lại, SC-FDMA trước hết chạy một hàm FFT trên các nhóm bit dữ liệu nhập rồi đưa kết quả vào hàm IFFT để hàm này tạo ra tín hiệu miền thời gian. Đây là lý do khiến đôi khi SC-FDMA còn được gọi là phương thức OFDM trải FFT (FFT spread OFDM).

3.3 Điều phối nhiễu liên tế bào (Inter-cell interference coordination)

LTE cung cấp sự trực giao giữa những người dùng trong một tế bào trong cả đường lên và đường xuống. Vì vậy, hiệu năng của LTE về mặt hiệu suất phổ và tốc độ dữ liệu

57

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

Điều phối nhiễu liên tế bào là một chiến lược hoạch định mà trong đó tốc độ dữ liệu tại biên tế bào được tăng lên bằng cách giám sát nhiễu liên tế bào. Về cơ bản, việc điều phối nhiễu liên tế bào sẽ đưa đến những giới hạn chính xác đối với scheduler đường lên và đường xuống trong tế bào để kiểm soát nhiễu liên tế bào. Bằng việc hạn chế công suất phát của các thành phần phổ (parts of the spectrum) trong tế bào, mà nhiễu xuất hiện trong những tế bào lân cận thuộc thành phần phổ này sẽ được giảm bớt. Thành phần phổ này có thể được sử dụng để cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn cho những người dùng thuộc tế bào lân cận. Thực ra th. hệ số tái sử dụng tần số là khác nhau đối với những phần khác nhau của tế bào.

việc điều phối nhiễu liên tế bào là một chiến lược hoạch định quan trọng mà trong đó

cần quan tâm đến vị trí của những tế bào lân cận. Do đó, việc điều phối nhiễu liên tế bào là một vấn đề triển khai với phạm vi lớn và khó có thể nhìn thấy được trong các chi tiết kỹ thuật. Điều này cũng có nghĩa là việc điều phối nhiễu chỉ có thể được áp dụng với một nhóm các tế bào đ. được lựa chọn, dựa trên những yêu cầu triển khai riêng biệt được đặt ra.

4 . các băng tần hỗ trợ :

Các đặc điểm kỹ thuật của LTE thừa hưởng tất cả các bang tần được xác định cho UMTS , và là một danh sách tiếp tục phát triển . hiện có 13 băng tần FDD và 8 băng tần TDD .quan trọng là sự chồng chéo của một số các băng tần đã tồn tại , nhưng điều này không nhất thiết phải thu gọn các băng tần mà từ đó có thể được thực hiện cụ thể dựa trên nhu cầu thực tế của từng khu vực .

57

II – công nghệ đa ăng ten MIMO:

2.1 đặc điểm chung :

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

Hệ thống MIMO có thể tăng dung lượng kênh truyền , sử dụng băng thông rất hiệu quả nhờ ghép kênh không gian( V-BLAST ), cải thiện chất lượng của hệ thống đáng kể nhờ vào phân tập tại phía phát và phía thu ( STBC , STTC ) mà không cần tăng công

57

suất phát cũng như tăng băng thông của hế thống . kỹ thuật OFDM là một phương thức truyền dẫn tốc độ cao với cấu trúc đơn giản nhưng có thể chống phadinh chọn lọc tần số , bằng cách chia luồng dữ liệu tốc độ cao thành N luồng dữ liệu tốc độ thấp truyền qua N kênh truyền con sử dụng tập tần số trực giao . kênh truyền chịu phadinh chọn lọc tần số được chia thành N kênh truyền con có băng thông nhỏ hơn , khi N đủ lớn các kênh truyền con chịu phadinh phẳng . OFDM còn loại bỏ được hiệu ứng ISI khi sử dụng khoảng bảo vệ đủ lớn . ngoài ra việc sử dụng kỹ thuật OFDM còn giảm độ phức tạp của bộ Equalizer đáng kể bằng cách cho phép tín hiệu cân bằng trong miền tần số . từ những ưu điểm nổi bật của hệ thống MIMO và kỹ thuật OFDM , việc kết hợp hệ thống MIMO và kỹ thuật OFDM là một giải pháp hứa hẹn cho hệ thống thông tin không dây băng rộng tương lai .

2.2 sử dụng hệ thống MIMO trong LTE :

Cho đến nay việc truyền dữ liệu thông thường thông qua một dòng tín hiệu duy nhất trong không gian giữa bộ phát sóng và bộ thu sóng. Hầu hết các hệ thống không dây hiện nay đều hoạt động theo chế độ này, và một bộ phát sóng thứ hai trên cùng tần số được xem là nhiễu không mong muốn, làm giảm chất lượng kênh truyền. Tuy nhiên trong thực tế, có thể thấy rằng ngay cả một tín hiệu duy nhất cũng bị phản xạ và tán xạ bởi những đối tượng trong lộ trình truyền, và đầu kia nhận được vài bản sao của tín hiệu ban đầu từ những góc độ khác nhau vào những thời điểm hơi lệch nhau một chút. Đối với những công nghệ truyền không dây đơn giản, các bản sao này cũng là nhiễu không mong muốn. Nhưng LTE lại lợi dụng sự tán xạ và phản xạ trên lộ trình truyền bằng cách truyền vài dòng dữ liệu độc lập qua những ăng-ten riêng. Các ăng-ten này được đặt cách nhau ít nhất là một nửa bước sóng, điều này tự nó tạo ra những cuộc truyền riêng biệt, vốn phản ứng khác nhau khi chúng gặp những chướng ngại trong lộ trinh truyền. Ở phía máy thu, những dòng dữ liệu khác nhau được bắt (pick up) bởi các ăng-ten độc lập và các dây chuyền thiết bị thu độc lập. Việc truyền vài tín hiệu độc lập trên cùng băng tần này được gọi là MIMO (Multiple Input Multiple Output), và Hình dưới cho thấy một cách biểu diễn đồ họa đơn giản hóa của kỹ thuật này. Trong thực tế, điều này có nghĩa là vài lưới tài nguyên LTE được gửi đồng thời trên cùng tần số nhưng thông qua những ăng-ten khác nhau.

57

Nguyên tắc của truyền MIMO.

Chuẩn LTE chỉ định hai và bốn cuộc truyền riêng biệt trên cùng một băng tần, tức đòi hỏi phải có hai hoặc bốn ăng-ten tương ứng ở cả máy phát lẫn máy thu. Hệ quả là, những cuộc truyền như vậy được gọi là 2x2 MIMO và 4x4 MIMO. Trong thực tế, 2x2 MIMO nhiều khả năng sẽ được dùng trước, do bởi những ràng buộc về kích cỡ của các UE và do sự kiện là các ăng-ten phải được đặt cách nhau ít nhất một nửa bước sóng. Hơn nữa, hầu hết các UE đều cho phép dùng vài băng tần, mỗi băng thường đòi hỏi bộ ăng-ten của riêng nó trong trường hợp hoạt động MIMO được hậu thuẫn trong băng đó. Ở phía mạng, có thể có được những cuộc truyền 2x2 MIMO bằng một ăng-ten phân cực chéo (cross polar antenna) “duy nhất”, kết hợp hai ăng-ten theo cách sao cho mỗi ăng-ten truyền đi một dòng dữ liệu riêng biệt với một dạng phân cực khác nhau (ngang và đứng).

Tuy trên hình mô tả khái niệm tổng quát của truyền MIMO, nhưng nó không chính xác ở phía máy thu, bởi vì mỗi ăng-ten nhận không phải chỉ một tín hiệu duy nhất mà là một sự kết hợp của tất cả các tín hiệu khi chúng chồng chéo lên nhau trong không gian. Vì thế, mỗi dây chuyền thiết bị thu cần phải tính toán một cách truyền kênh có xét đến mọi cuộc truyền để phân biệt các cuộc truyền với nhau. Các ký hiệu truyền pilot đã nói ở

57

trên được dùng cho mục đích này. Những thành tố cần thiết cho các tính toán này bao gồm độ lợi (gain), pha (phase) và các ảnh hưởng đa đường truyền (multipath effect) cho mỗi lộ trình truyền độc lập. Vì khuôn khổ có hạn, tài liệu này không đi sâu vào cách tính toán này.

Bởi vì các kênh MIMO phân biệt với nhau, nên 2x2 MIMO có thể làm tăng tốc độ truyền tổng thể lên hai lần, còn 4x4 MIMO thì tăng lên bốn lần. Tuy nhiên điều này chỉ có thể đạt được trong những điều kiện tín hiệu lý tưởng. Vì vậy, MIMO chỉ được dùng cho các cuộc truyền hướng xuống trong LTE, bởi vì bộ phát sóng của trạm cơ sở ít bị ràng buộc về công suất hơn bộ phát sóng ở hướng lên. Trong những điều kiện truyền ít thuận lợi hơn, hệ thống tự động quay trở lại kiểu truyền một dòng dữ liệu duy nhất và cũng giảm luôn cấp điều chế từ 64-QAM xuống 16- QAM hay thậm chí QPSK. Ngoài ra, như đã trình bày trong phần nói về HSPA+, còn có một sự quân bình (được này mất kia) giữa điều chế cấp cao hơn và sử dụng MIMO. Vì thế trong những điều kiện tín hiệu kém hơn lý tưởng, truyền MIMO chỉ được dùng với điều chế 16-QAM thôi, như vậy không thể gấp đôi tốc độ truyền so với truyền một dòng duy nhất sử dụng 64-QAM.

Ở hướng lên, thật khó cho các UE sử dụng MIMO do bởi kích cỡ ăng-ten hạn chế và công suất ngõ ra của nó, cho nên chuẩn LTE hiện nay không có MIMO. Tuy nhiên bản thân kênh truyền hướng lên LTE vẫn thích hợp cho truyền MIMO hướng lên. Để tận dụng trọn vẹn kênh truyền này, một số công ty đang tính tới việc thực hiện MIMO cộng tác (collaborative MIMO), hay còn gọi là MIMO đa người dùng (multiuser MIMO), trong tương lai. Ở đây, hai UE sử dụng cùng một kênh hướng lên cho lưới tài nguyên của chúng. Về phía trạm cơ sở, hai dòng dữ liệu này được phân tách bởi bộ thu sóng MIMO và được xử lý như là hai cuộc truyền từ những thiết bị độc lập, chứ không phải như hai cuộc truyền từ một thiết bị duy nhất nên phải được kết hợp lại. Tuy điều này không làm cho tốc độ truyền của mỗi thiết bị cao hơn, nhưng dung lượng hướng lên tổng thể của cell được gia tăng đáng kể.

Mô hình trực quan của một hệ thống MIMO :

57

2.3 mô hình hệ thống MIMO-OFDM :

Cấu trúc máy thu và máy phát của hệ thống MIMO-OFDM bao gồm hệ MIMO NT

anten phát và NR anten thu , kỹ thuật OFDM sử dụng N sóng mang phụ được mô tả như hình :

a, sơ đồ khối hệ thống MIMO-OFDM

b, sơ đồ khối bộ phát OFDM :

c, sơ đồ khối bộ thu OFDM :

Mô hình hệ thống MIMO – OFDM :

57

Symbol thu được từ anten thứ I , tại sóng mang phụ thứ k của symbol OFDM có thể biểu diễn như sau :

với X j (k) là symbol phát trên sóng mang thứ K trong symbol OFDM .

Vi(k) là nhiễu Gauss tại anten thu thứ I trong miền tần số , tức là N-FFT của nhiễu trong miền thời gian Vi(t) .

λij (k) là độ lợi kênh truyền từ anten phát thứ j tới anten thu thứ i tại sóng mang

phụ thứ n . λij (k) chính là N-FFT của đáp ứng xung của kênh truyền Cij (t) từ anten phát thứ j tới anten thu thứ i . nếu máy thu có thể ước lượng chính xác trạng thái kênh

truyền thì λij (k) sẽ được biết chính xác ứng với mỗi symbol OFDM .

Kênh truyền hệ thống MIMO-OFDM có thể mô tả thông qua ma trận H như sau :

hình dưới mô tả trực quan hơn ma trận H , kỹ thuật OFDM có tác dụng chia kênh truyền chọn lọc tần số thành N kênh truyền con pha dinh phẳng. hệ thống MIMO-OFDM tương đương với hệ thống MIMO .

57

ma trận kênh truyền :

2.5 các độ lợi trong hệ thống MIMO :

hệ thống MIMO sử dụng đa anten phát và thu có thể cung cấp 3 độ lợi : độ lợi Beamforming , độ lợi ghép kênh không gian và độ lợi phân tập không gian .

Độ lợi Beamforming :

Beamforming giúp hệ thống tập trung năng lượng bức xạ theo hướng mong muốn giúp tăng hiệu quả công suất , giảm can nhiễu và tránh được các can nhiễu tới từ các hướng không mong muốn , từ đó giúp cải thiện chất lượng kênh truyền và tăng độ bao phủ của hệ thống . Để có thể thực hiện Beamforming , khoảng cách giữa các anten trong hệ thống MIMO thường nhỏ hơn bước sóng λ ( thông thường là λ/2) . Beamforming thường được thực hiện trong môi trường ít tán xạ .khi môi trường tán xạ mạnh hệ thống MIMO có thể cung cấp độ lợi ghép kênh không gian và độ lợi phân tập .

Kỹ thuật Beamforming :

Độ lợi ghép kênh không gian ( spatial multiplexing ):

57

Ghép kênh không gian giúp tăng tốc độ truyền :

Tận dụng các kênh truyền song song có được từ đa anten tại phía phát và phía thu trong hệ thống MIMO ,các tín hiệu sẽ được phát độc lập và đồng thời ra các anten , nhằm tăng dụng lượng kênh truyền mà không cần tăng công suất phát hay tăng băng thông hệ thống . dung lượng hệ thống sẽ tăng tuyến tính theo số các kênh truyền song song trong hệ thống .để cực đại độ lợi ghép kênh qua đó cực đại dung lượng kênh truyền thuật toán V-BLAST ( Vertical – Bell Laboratories Layered Space – Time ) được áp dụng .

Độ lợi phân tập ( spatial diversity ):

phân tập không gian giúp cải thiện SNR

Trong truyền dẫn vô tuyến , mức tín hiệu luôn thay đổi , bị phadinh liên tục theo không gian thời gian và tần số , khiến cho tín hiệu tại nơi thu không ổn định , việc phân tập cung cấp cho các bộ thu các bản sao tín hiệu giống nhau qua các kênh truyền phadinh khác nhau , bộ thu có thể lựa chọn hay kết hợp các bản sao tín hiệu này để giảm tốc độ sai bít BER , chống phadinh qua đó tăng độ tin cậy của hệ thống . Để cực đại độ lợi phân tập , giảm BER và chống lại Fadinh , thuật toán STBC ( Space – Time Block Code ) và STTC ( Space – Time Trellis Code ) được áp dụng .

thực tế , để hệ thống có dung lượng cao, BER Thấp , chống được phadinh ta phải có độ tương nhượng giữa độ lợi phân tập và độ lợi ghép kênh trong việc thiết kế hệ thống .

57

chương 4

các kiến trúc giao thức LTE

Tổng quan về kiến trúc giao thức LTE cho đường xuống được minh họa trong

Hình 4.1:Kiến trúc giao thức LTE (đường xuống)

4.1 Điều khiển liên kết vô tuyến RLC(Radio Link Control)

-Nhiệm vụ RLC:

+Chịu trách nhiệm phân đoạn các gói IP được gọi là các RLC SDU(Service Data Unit:đơn vị số liệu dịch vụ),thành các đơn vị nhỏ hơn được gọi là các RLC PDU(Packet Data Unit:đơn vị số liệu gói).

57

+RLC xử lí việc phát lại các PDU thu bị lỗi cũng như loại bỏ thu kép và móc nối các PDU thu.

+RLC đảm bảo việc chuyển các RLC SDU theo đúng trình tự lên các lớp trên.

a)Cơ chế phát lại PDU:

-Có 1 giao thức phát lại làm việc giữa RLC phía phát và phía thu.

-Bằng cách giám sát các số thứ tự thu ,RLC thu có thể nhận ra các PDU bị mất.Báo cáo trạng thái được phản hồi đến RLC phát để yêu cầu phát lại các PDU bị mất.

-Để thực hiện việc phát lại các PDU thì RLC được lập các chế độ cấu hình khác nhau:

+Chế độ công nhận AM(Acnowledged Mode):được sử dụng cho các dịch vụ dựa trên TCP như chuyển file khi mà truyền số liệu không bị lỗi là mối quan tâm đầu tiên.

+Chế độ không công nhận UM(Unacknowledged Mode):trong UM,chuyển theo trình tự lên các lớp cao hơn vẫn được đảm bảo ,nhưng không yêu cầu phát lại các PDU bị mất.

+Chế độ trong suôt TM(Transparent Mode).

b)RLC làm nhiệm vụ phân đoạn và móc nối

Hình 4.2:Phân đoạn và móc nối RLC

Ngoài việc điều khiển việc truyền lại và phân phát theo trình tự, RLC cũng

chịu trách nhiệm việc phân đoạn và ghép nối theo như minh họa trong hình 4.2.

Dựa trên quyết định của scheduler (scheduler decision), một lượng dữ liệu nào đó

được lựa chọn để truyền đi từ bộ đệm RLC SDU và các SDUs sẽ được phân

đoạn/ghép nối để tạo thành RLC PDU. Do đó, đối với LTE thì kích thước RLC

57

PDU thay đổi một cách động (varies dynamically), trong khi WCDMA/HSPA

trước phiên bản 7 lại sử dụng kích thước PDU bán tĩnh (semi-static PDU size).

Khi mà tốc độ dữ liệu cao, kích thước PDU lớn dẫn đến phần mào đầu nhỏ hơn

tương ứng, còn khi mà tốc độ dữ liệu thấp, đòi hỏi kích thước PDU phải nhỏ nếu

không thì tải trọng sẽ trở nên quá lớn. Vì vậy, khi tốc độ dữ liệu nằm trong khoảng

từ một vài kbit/s tới trên một trăm Mbit/s, kích thước PDU động (dynamic PDU

sizes) sẽ được điều chỉnh bởi LTE. Vì RLC, scheduler và cơ chế thích ứng tốc độ

đều được đặt trong eNodeB, nên dễ dàng hổ trợ các kích thước PDU động cho LTE.

4.2 Điều khiển truy nhập môi trường MAC(Medium Access Control)

-Lớp điều khiển truy nhập môi trường MAC có nhiệm vụ:

+ Xử lí ghép kênh logic.

+Các phát lại HARQ .

+Lập biểu đường lên và đường xuống.

4.2.1Các kênh logic và các kênh truyền tải

a)Kênh logic

-MAC cung cấp dịch vụ cho RLC trong dạng các kênh logic.Kênh logic được định nghĩa bởi kiểu thông tin nó mang;có nhiệm vụ để truyền dẫn thông tin điều khiển và cấu hình cần thiết để vận hành hệ thống LTE.

-Các kênh logic của LTE bao gồm:

· Kênh điều khiển quảng bá (Broadcast Control Channel - BCCH): được sử dụng cho việc truyền dẫn thông tin điều khiển hệ thống từ mạng tới tất cả các thiết bị đầu cuối di động trong một tế bào. Trước khi truy nhập vào hệ thống, một thiết bị đầu cuối di động cần phải đọc những thông tin được truyền trên kênh BCCH để tìm ra cách thức hệ thống được cấu hình, ví dụ như băng thông của hệ thống.

· Kênh điều khiển tìm gọi (Paging Control Channel – PCCH): được sử dụng cho việc tìm gọi của các thiết bị đầu cuối di động mà mạng không biết được vị trí của nó về mức tế bào (cell level) và vì vậy tin nhắn tìm gọi cần được truyền trong nhiều tế bào.

57

· Kênh điều khiển dành riêng (Dedicated Control Channel – DCCH): được dùng cho việc truyền dẫn thông tin điều khiển tới hoặc từ thiết bị đầu cuối di động. Kênh này được sử dụng cho việc cấu hình riêng lẻ từng thiết bị đầu cuối di động ví dụ như những tin nhắn chuyển giao khác nhau.

· Kênh điều khiển multicast (Multicast Control Channel - MCCH): được dùng cho việc truyền dẫn thông tin điều khiển được yêu cầu cho việc tiếp nhận của MTCH.

· Kênh lưu lượng dành riêng (Dedicated Traffic Channel - DTCH): được dùng cho việc truyền dữ liệu người dùng đến hoặc từ một thiết bị đầu cuối di động. Đây là 1 loại kênh logic được dùng để truyền dữ liệu người dùng đường lên và đường xuống phi-MBMS (non-MBMS).

· Kênh lưu lượng multicast (Multicast Traffic Channel – MTCH): được dùng cho truyền dẫn đường xuống những dịch vụ MBMS.

b)Tập các kênh truyền tải được định nghĩa trong LTE bao gồm:

+Kênh quảng bá (BCH:Broadcast Channel) có một định dạng truyền tải cố định, được cung cấp bởi các đặc tính kỹ thuật. Nó được dùng cho việc truyền dẫn những thông tin trên kênh logic BCCH.

Kênh tìm gọi(PCH Paging channe): được dùng cho việc paging thông tin trên kênh logic PCCH. Kênh PCH hỗ trợ việc thu nhận không liên tục (discontinous reception – DRX) nhằm cho phép thiết bị đầu cuối di động tiết kiệm năng lượng pin bằng cách ngủ (sleeping) và chỉ thức (wake up) khi nhận PCH tại những thời điểm xác định trước. Cơ chế paging được mô tả có phần chi tiết hơn trong chương 5.

Kênh chia sẻ đường xuống – Downlink Shared Channel (DL-SCH): là kênh truyền tải được dùng cho truyền dẫn dữ liệu đường xuống trong LTE. Nó hỗ trợ những đặc tính của LTE như cơ chế thích ứng tốc độ động (dynamic rate adaption) và hoạch định phụ thuộc kênh truyền (channel-dependent scheduling) trong miền thời gian và tần số, hybrid ARQ, và ghép kênh không gian (spatial multiplexing). Nó cũng hỗ trợ DRX nhằm làm giảm năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối di động trong khi vẫn cung cấp trải nghiệm luôn mở (always-on experience), tương tự như cơ chế CPC trong HSPA. DL-SCH TTI là 1 ms.

Kênh multicast – Multicast Channel (MCH): được dùng để hỗ trợ MBMS và được đặc trưng bởi định dạng truyền tải bán tĩnh và hoạch định bán tĩnh (semi-static transport format and semi-static scheduling). Trong trường hợp truyền dẫn nhiều tế bào (multi-cell transmission) sử dụng MBSFN,

57

cấu hình định dạng truyền tải và hoạch định được điều phối giữa những tế bào liên quan trong truyền dẫn MBSFN.

+Kênh chia sẻ đường lên – Uplink shared channel (UL-SCH): là đường lên tương ứng với DL-SCH.

Hình 4.3:Thí dụ về sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải

Chương 5

Lớp vật lý LTE

*Các chưc năng của lớp vật lý

- Phát hiện lỗi trên kênh truyền

- Mã hóa ,giả mã trên kênh truyền

- Yêu cầu lặp tự động hỗn hợp

-Đánh gia, kết hợp và lập bản đồ các kênh mã hóa để vận chuyển các kênh vật lý

- Điều chế và giải điều chế kênh vật lý

- Đồng bộ tần số và thời gian

- Đo lường đặ tính song vô tuyến

- Điều chế ănten MIMO

- Đa dạng truyền tải

57

- Beamforming

- Điều chế RF

5.1. Tổng quan lớp vật lý

Các chi tiết kỹ thuật lớp vật lý được chia thành 4 phần như trong hình

Hình 4.1. Sơ đồ khối lớp vật lý

- TS36.211 kênh vật lý và điều chế :Đặc diểm kỹ thuật này mô tả tín hiệu vật lý, kênh vật lý trên đường lên và đường xuống, cách điều biến , ánh xạ vào các khung. Nó cũng xử lý và hỗ trợ cho công nghệ đa ănten

-TS36.212 ghép kênh và mã hóa kênh: Đặc điểm kỹ thuật này mô tả kênh truyền, kiểm soát, điều chế dữ liệu, bao gồm cả ghép kênh, mã hóa kênh,…

-TS36.213 Lớp vật lý thủ tục: Đặc điểm kỹ thuật này mô tả các thủ tục như đồng bộ, tìm kiếm di động, kiểm sioats, truy cập ngẫu nhiên, nhận diện âm thanh,…

-TS36.214 Lớp vật lý đo lường : Đặc diểm kỹ thuật này mô tả các đực tính của phép đo ở tầng 1 của UE và eNB .kỹ thuật này bao gồm các phép đo để hỗ trợ chuyển giao.

57

-TS36.113 quản lý tài nguyên vô tuyến: Không thật sự là 1 phần của lớp vật lý. Các yêu cầu của quẩn lý tài nguyên được tóm tắt ở đây để phục vụ cho lớp vật lý đo lường

5.2.Kênh vật lý và điều chế TS36.211

Giao diện vô tuyến của LTE bao gồm các tín hiệu vật lý, các kênh vật lý được định nghĩa trong TS36.211 , tín hiệu vật lý được tạo ra ở tầng 1 và được sử dụng cho hệ thống đồng bộ, xác định khu (tế bào), dự toán kênh vô tuyến. Kênh vật lý mang dữ liệu từ các lớp cao hơn bao gồm tín hiệu điều khiển, định thời, và tải tin của người sử dụng.

. Trong đường xuống, tín hiệu đồng bộ sơ cấp và thứ cấp mã hóa việc nhận dạng tế bào, cho phếp xác định người xử dụng(UE) và đồng bộ với mạng.

Trong cả đường xuống và đường lên các tín hiệu tham chiếu(RS) ,được gọi là tín hiệu điều khiển trong các tiêu chuẩn khác, được xác định ở phía thu để ước lượng độ phẳng biên độ và pha của tín hiệu thu.. Độ phẳng là sự kết hợp của lỗi trên tin hiêu truyền và sự không hoàn hảo của kênh vô tuyến. Nếu không có tín hiệu tham chiếu, sự thay đổi pha và biên độ của tín hiệu thu được làm giả điều chế không đáng tin cậy, dặc biệt là điều chế ở cáp cao như 16 QAM hay 64 QAM. Trong những trường hợp điều chế ở cấp cao 1 lỗi nhỏ trong điều chế cũng có thể gây ra gián đoạn ở điều chế.

Cùng với tín hiệu vật lý là kênh vật lý , nó và hệ thống thông tin được dưa tơi người sử dụng . Cáu trúc kênh của LTE gần với HSPDA hơn là bản gốc WCDMA , nó dựa trên kênh dành cho người sử dụng đơn.

5.2.1Cấu trúc khung

Có 2 cấu truc khung phát cho LTE : Khung cấu truc loại 1 (FS1) cho bán song công và song công kép FDD, cấu truck hung loại2 (FS2) choTDD. Những cấu trúc này được biểu diễn trong hình 4.2 và 4.3

Hình 4.2 Cấu trúc khung loại 1 (FS1)

57

FS1 được tối ưu để làm việc với 3,84Mbps trong hệ thong UMTS. Cấu trúc này bao gồm 10 khung phụ 1ms, mỗi khung gồm 2 khe 0,5ms , Tổng số là 10ms. FS1 như nhau trong cả đường lên và đường xuống về khung,tiểu khung, và khe thời gian dù việc phân bố cảu tín hiệu và kênh là hơi khác nhau. Đường lên và đường xuống khác biệt ở miền tần số (ở các tần số khác nhau).

Hình 4.2 Cấu trúc khung loại 2 (FS2)

Cấu trúc của FS2 linh hoạt hơn nhiều so với cấu trúc của FS1. 1 ví dụ về cấu trúc FS2 được hiển thị trong hình 4.2. Vd này là dành cho điểm chuyển đổi 5ms, gồm 2 nửa khung 5 ms, tổng cộng 10ms.Tiểu Khung bao gốm 1 dường lên hoặc 1 đường xuống, hoặc 1 tiểu khung đặc biệt chứa đường suốn và 1 khe thơid gian điêu khiển đường lên (DwPTS và UpPTS) cách nahu 1 khoảng thời gian truyền bảo vệ (GP). Việ phân bổ các tiểu khung cho đường lên và đường xuống đặc biệt là khung phụ được xác định bởi 1 trong bảy cấu trúc khác nhau. Khung phụ 0 và 5 luon ở đường xuống, khung phụ 1 luôn là khung phụ dặc biệt, nhưng cấu trúc thành phần của các tiểu khung khacs tùy thuộc vào cấu truc khung. Đối với cấu trúc điểm chuyển đổi 5ms,tiểu khung 6 luôn là 1 khung phụ đặc biệt như hình 5. Với điểm chuyển đổi chu kù 10ms, chỉ có 1 khung đặc biệt mõi khung 10ms.

5.2.2 Phần tử Tài nguyên vật lý đường xuống

Đơn vị tần số thời gian nhỏ nhất dung cho đương xuống gọi là phần tử tài nguyên, được xác định là 1 trong các dấu hiệu trên một sóng mang thứ cấp. Một nhóm gồm 12 sóng mang thứ cấp tiếp giáp với tần số và 1 khe trong thời gian hình thành 1 RB, nó được biểu diễn trong hình 4.3. Tín hiệu truyền được cáp phát cho các đơn vị RB.

57

Hình 4.3: Downlink resource grid

1 khe đường xuống sử dụng CP có độ dài bình thường là 7 ký hiệu.Các Cp được chọn có thể dài hơn một chút so với dự kiến trong các kênh vô tuyến. Đối với LTE, chiều dài CP bình thường đã được đặt ở 4,69 μs, điều này cho phép hệ thông dói xử lý trễ trên quãng đường dài tới 1,4km. Lưu ý là điều này chỉ đại diện cho sự khác biệt của chiều dài tuyến truyên, không phải cho tế bào. Có sẵn các CP dài hơn để sử dụng cho các tế bào lớn hơn và cho các ứng dụng quản bá ở đa khu đặc biệt . Việc cung cáp bảo vệ này có thể trễ lay lan trên 10 km và tỉ lệ giảm dữ liệu ở mức cho phép. Đối với LTE, chiều dài ký hiệu là 66,7 μs, mà mất bảy phần trăm không nhỏ nhưng không đáng kể so với khả năng khi sử dụng CP bình thường .

57

5.2.3 Tài nguyên vật lý đường xuống và ánh xạ

Hình 4.4 biểu diễn chi tiết về các FS1 cho đường xuống, nó biểu diễn các cấu trúc khe đường xuống và mã hóa màu săc cho các tín hiệu khác nhau và cho các kênh. Ở biểu đò, 1 bộ khung 10ms là cần thiết cho cá kênh điều khiển để lặp lại. Các cấu trúc khung là tham chiếu đến Ts, đó là thời gian ngắn nhất của hệ thống được định nghĩa là 1/(15000x2048) giây hoặc 32,552ns.

Hình 4.4 FS1 cho đường xuống

Ví dụ này, lập ánh xạ vật lý của các tín hiệu vật lý DL như sau:

• RS được truyền với OFDMA ở ô 0 của sóng mang thứ cấp đầu tiên và ô thứ 4 / các của sóng mang thứ cấp thứ tư của mỗi khe. Đây là trường hợp đơn giản cho các ăng ten đơn . Vị trí của RS khác với số cổng ăng ten và chiều dài CP.• P-SCH được truyền vào ô 6 / khe 0 và 10 của mỗi khung đài phát thanh; nó chiếm 62 của sóng mang thứ cấp, tập trung vào các của sóng mang thứ cấp DC.• S-SCH được truyền vào ô 5 / khe 0 và 10 của mỗi khung đài phát thanh; nó chiếm 62 của sóng mang thứ cấp,tập trung vào các của sóng mang thứ cấp DC.• PBCH được truyền vào ô 0-3 của khe 1; nó chiếm 72 s của sóng mang thứ cấp ,tập trung vào các của sóng mang thứ cấp DC.Lưu ý rằng PMCH, PCFICH, và PHICH không được hiển thị trong ví dụ này.

57

Các kênh điều khiển chứa trong cácm tín hiệu trung tâm 1,08Mhz, như vậy hệ thống có thể hoạt động độc lập với kênh băng thông. Có chiều dài 72, P-SCH và S-SCH cho mối tương quan cao khi một phân bổ 6 RB (72 sóng mang thứ cấp) được sử dụng, trong khi đó chiều dài 62 cho PBCH có nghĩa là nó có thể được phát hiện sử dụng một FFT chiều dài 64, điều này giúp giảm thiểu sự phức tạp cho người sử dụng (UE).

.. Các song mang thứ cấp trung tâm của dường xuống không được dung để truyền nhưng được dành riêng để tạo ra năng lượng cho LO thong qua quá trình phát tín hiệu..

Bảng dưới cho thấy trạng thái bình thường và trạng thái mở rộng số biểu tượng của CP. Đối với các cấu trúc CP bình thường, khoảng cách song amng thứ cấp là 15 kHz và độ dài của CP là 160 x Tx (đối với số ký hiệu OFDMA 0) và 144 (cho các ký hiệu OFDMA số 1-6). Các CP mở rộng độ dài cũng được sử dụng để đối phó với những con đường dài sự chậm trễ trong các tế bào lớn hoặc cho eMBMS trong đó có nhiều tế bào được kết hợp.

5. 2.4 Tài nguyên vật lý đường lên và ánh xạ.

Như đã mô tả, các FS1 đường lên có cấu trúc giôgns đường xuống ở khung hình, khe và độ dài tiểu khung.. Ví dụ ánh xạ cho PDSCHvà PUCCH được hiển thị chi tiết trong hình 4.5 và 4.6 tương ứng. Số lượng các ký hiệu trong một khe phụ thuộc vào độ dài CP. Đối với một CP bình thường, có bảy ký hiệu SC-FDMA cho mỗi khe. Đối với một CP mở rộng có sáu ký hiệu SC-FDMA mỗi khe. Giải điều chế tín hiệu tham chiếu được truyền đi trong các ký hiệu thứ tư của khe trên tất cả các song mang thứ cấp của khối tài nguyên được phân bổ PUSCH. ĐÓ là để dự toán cho kênh đường lên kich hoạt eNB giả điều chế tín hiệu..

57

Hinh4.5: FS1 trong đường lên cho PDSCH

Hình 4.6 : FS1 cho đường lên cho PUCCH

57

Cấu trúc CP được thể hiên trong bảng dưới

Hinh 4.77 cho thấy ánh xạ vật lý đường lên FS1 cho1 UE giả định 1 phân bổ hằng số. Bởi vì đường lên được chia sẻ bởi nhiều người dùng và tỷ lệ dữ liệu trực tiếp liên kết với băng thông này, việc giao cho một UE sẽ gần như luôn luôn được ít hơn nhiều so với băng thông kênh. Việc giả điều chế tín hiệu tham chiếu trong các dường lên không được truyền vượt ra ngoài cấp phát cho mỗi UE, không giống như tín hiệu tham chiếu trong đường xuống, mà luôn luôn được truyền qua toàn bộ băng thông rộng, ngay cả khi các kênh dường xuống là không hoàn toàn được cáp phát. Việc này cho phép các ÙE thựchiện các phép đo kênh dường xuống để lập trình các, tuy nhiên, đối với các đường lên, truyền RS tại hệ thống băng thông tối đa sẽ là không thực tế vì các lý do của nguồn tiêu thụ và phối hợp với UE khác. Khi không có PUCCH hoặc PUSCH làm dự trữ trong các đường lên, các eNB có thể yêu cầu truyền dẫn của các tín hiệu tham chiếu (SRS), cho phép eNB để ước tính đặc điểm. kênh đường lên đặc điểm.

57

Hình 4.7FS1 trong đường lên cho 1 UE giả định

5. 2.5 Điều chế

VIệc điều chế tín hiệu và kênh cho đường lên và đường xuống được thể hiện trong hinh14. Chi tiết đặc điểm kỹ thuạt cho các tín hiệu và kênh vật lý, cùng điều chế và ánh xạ của chúng là điều kiện trong suốt TS 36.211.10.

5.3. Dồn kênh và mã hóa kênh (TS 36,212)

Các kênh vật ly được định nghĩa trong TS 36,211 được ánh xạ để kênh vận chuyển (TrCH) mang thông tin giữa các lớp vật lý ,MAC và lớp cao hơn. Thông tin trên TrCH và kiểm soát ánh xạ các kênh vật lý của LTE được mô tả trong Bảng dưới.

5.3.1 MÃ hóa kênh

Dữ liệu và điều khiển dòng dữ liệu đến từ lớp MAC được mã hóa và giải max bằng các kênh mã hóa. Mã hóa kênh kết hợp phát hiện lỗi, sửa lỗi, tốc độ phù hợp, xen giữa,các kênh van chuyển hoặc điều khiển ánh xj thong tin lên hoặc chia tách từ các kênh vật lý.

Hai kênh mã hóa được sử dụng trong LTE cho TrCH: mã hóa turbo cho UL-SCH, DL-SCH, PCH, và MCH; mã xoắn (tail-biting convolutional coding) cho BCH. Đối với cả hai chương trình, tỷ lệ mã hóa là R = 1 / 3 (có nghĩa là, cho mỗi bit mà đi vào bộ mã hóa, ba bit đi ra).Việc Điều khiển thôgn tin mã hóa bằng cách sử dụng các hệ thống khac nhau.

57

Các chi tiết của việc xử lý lớp vật lý cho các TrCH khác nhau theo TrCH loại và được quy định trong suốt TS 36,212.

5.4. lớp vật lý thủ tục TS-26.213

Một số thủ tục của lớp vật lý có liên quan đến hoạt động LTE. Đây là những quy định tại 3GPP TS 36.213.13

TE sử dụng điều HARQ và thích ứng liên kết tương tự như HSPA, thích ứng điều chế và mã hóa mạng (AMC) được sử dụng như cơ chế cho thích ứng liên kết để nâng cao thông lượng dữ liệu trong một kênh fading. Kỹ thuật này thay đổi theo các điều chế mã hóa đường xuống dựa trên các điều kiện kênh của mỗi người dùng. Khi liên kết có chất lượng tốt, hệ thống LTE có thể sử dụng một điều chế cao hơn (thêm bit trên một biểu tượng) hoặc mã hóa kênh ít hơn, kết quả dữ liệu cao hơn tỷ giá. Khi điều kiên lien kết kémvif các lý do như fadinh hay can thiệp tín hiệu, hệ thống có thể sử dụng độ sâu điều chế thấp hơn hoặc kênh mã hóa mạnh mẽ hơn để duy trì giới hạn chấp nhận được trong danh sách kết nối vô tuyến.

Không phải tất cả các thủ tục ở lớp vật lý đã được định nghĩa đầy đủ nhưng nói chungnguyên tắc của các thủ tục chính được nêu ra ở đây.

5.4.1 Tìm kiếm tế bào

Đay là 1 thủ tục để UE tiết kiêm thòi gian vầ đồng bộ tần số và tìm ID tế bào cuảt lớp vật lý tế bào. Để kích hoạt tính năng tìm kiếm di động eNB truyền đi RS, P-SCH, và S-SCH. Bởi vì đồng bộ hóa tín hiệu nằm ở trung tâm của các kênh, 1 tế bào LTE tìm kiếm một thủ tục hỗ trợ khả năng mở rộng băng thông truyền dãn từ 6 RB cho đến tối đa trên100 RB.

5.4.2. Khả năng kiểm soát

THủ tục này bao gồm khả năng kiểm đường lên và khả năng cấp phát đường xuống. XÁc định khả năng kiểm soat năng lượng cho mõi phần tử. Khả năng kiểm soáttrong các hệ thống OFDMA là ít quan trọng hơn trong các hệ thống CDMA, ở trong OFDMA,các UE được tách biệt theo thời gian và tần số trong khi ở CDMA chúng chia sẻcùng một kênh vật lý và được phân cách bằng mã số nên đòi hỏi chặt hơn giới hạn về năng lượng nhận được. Tầm quan trọng của khả năng kiểm soát tăng trưởng với MU-MIMO, trong đó hoạt động tốt nhất khi nguồn điện nhận đượcmỗi lúc từ UE tới eNB làcân bằng.

57

Đối với các đường lên, định nghĩa về khả năng kiểm soát lên quan đến các thông số của chín trải PUSCH, PUCCH, và SRS. Thủ tục đặc biệt áp dụng cho những RB giao cho UE tại biên tế bào, nơi UElà nhạy cảm nhất để can thiệp chuyển vùng.

Đối với đường xuông, tất cả khả năng tham chiếu đến RS, được truyền lien tục trên kênh băng thông toàn bộ hệ thống. Tỷ lệ giữa RS EPRE và PDSCH cho một người sử dụng được thiết lập bảng. Nó cũng Thúc đẩy RS hỗ trợ.

5. 4.3 Thủ tục truy cập ngẫu nhiên.

Các thủ tục này bao gồm việc truyền tải các đoạn truy cập ngẫu nhiên (mang trên PRACH) và truy cập vào các phản ứng ngẫu nhiên. A PRACH chiếm sáu khối tài nguyên trong một tiểu khung, hoặc thiết lập các tiểu khung liên tiếp dành riêng cho các đoạn truy cập ngẫu nhiên được truyền đi.

5. 4.4 Thủ tục lien quan tới PDSCH( kênh vật lý chia sẻ đường xuống)

Thủ tục đầu tiên xác định cách thức mà các PDCCH phân bổ nguồn lực cho các UE nhận PDSCH. Có ba cơ chế phân bổ khác nhau từ một bitmap( ánh xạ bit) đơn giản (loại 0) đến các loại phức tạp nhất (loại2), trong đó có sự linh hoạt

Các thủ tục tiếp theo UE được định nghĩa như các báo cáo của CQI, sự sẵn mã hóa ma trận chỉ số (PMI), và xếp hạng. Các báo cáo này có thể tuần hoang hoặc không . CQI được sử dụng để UE nhận thức chất lượng kênh. Đối với một anten duy nhất, CQI là 5 bit chỉ mục,giá trị CQI được điều chế và mã hóa tốc độ . Để tăng hiệu suất chọn lọc tần số, được gọi là nhóm phụ CQI , có thể được tạo ra bằng cách chia tách các kênh vào một số nhóm phụ. Số lượng các nhóm phụ phụ thuộc vào băng thông kênh và được thể hiện trong Bảng dưới đây. Ngoài ra toàn bộ các kênh có thể được báo cáo một lần như Wideband CQI.

Định kỳ báo cáo CQI có thể được mang trên PUCCH khi UEkhông theo lịch trình truyền dẫn và trên PUSCH khi UE đi theo dự kiến. PUCCH chỉ có một vài bit của dung lượng nhưng PUSCH hạn chế ít hơn nhiều. Báo cáo Không tuàn hoàn (chu kỳ) luôn

57

luôn mang trên PUSCH. Nếu việc lập lịch trình của các báo cáo tuần hoàn vàkhông tuần hoàn va chạm, các báo cáo không tuần hoàn luôn luôn được ưu tiên. Các PUCCH ngắn hơn báo cáo luôn luôn có chứa thông tin độc lập hữu ích cho các eNB, trong khi các báo cáo PUSCH chứa nhiều dữ liệu hơn và chỉ có thể được giải mã từ một vài dữ liệu được truyền đi.

Có nhiều tùy chọn cho báo cáo CQI của cả hai PUCCH và PUSCH bao gồm cả UE có sự trợ giúp lựa chọn nhóm phụ và các loại báo cáo tuần hoàn CQI khác nhau .Khi so sánh với báo cáo CQI đơn của HSDPA, LTE có thêm nhiều báo cáo cấu trúc phức tạp với những tiềm năng cho hiệu suất tốt hơn.

Báo cáo PMI được sử dụng kết hợp với MIMO để chỉ đến eNB, ma trận mã hóa có sẵn trước sẽ cho kết quả hiệu suất tốt nhất. PMI có thể là một giá trị duy nhất hoặc nhiều giá trị cấu trúc mạng cho các RB cụ thể. PMI mang đến một chỉ số một của bảng mã trong ma trận mã trước. Đối với các cấu trúc đường xuống đơn giản 2x2 SU-MIMO có bốn ma trận. Đối với cấu trúc 4x4 phức tạp có 32 ma trận là kết hợp MIMO và beamforming.

Các thông tin phản hồi xếp hạng xác định số ưa thích của dòng dữ liệu song song MIMO và luôn luôn báo cáo là một giá trị duy nhất cho kênh này. Nó là một đơn giản hóa làm giảm đáng kể những số lượng dữ liệu phản hồi ảnh hưởng đến thứ hạng CQI và PMI. Đánh giá phản hồi là cần thiết cho mỗi khung (10 ms), chậm hơn so với CQI và báo cáo PMI có thể được thực hiện tại các tiểu khung.

5. 4.5 thủ tục liên quan đến PUSCH

Việc giao UE cho truyền dẫn của PUSCH được cung cấp bởi một danh sách mang tin trên PDCCH, cung cấp các UE với RB bắt đầu và chiều dài của RB tiếp giáp với PUSCH truyền.

Việc truyền UE của SRS cho dự toán kênh đường lên khi không có PUCCH hoặc PUSCH được lên kế hoạch không được đầy đủ các quy định tại thời điểm văn bản này.

Tham số được cung cấp bởi các tầng trên sẽ bao gồm SRS tuần hoàn và thời gian, địa điểm biểu tượng trong tiểu khung, bước nhảy tần số, dịch chuyển tuần hoàn, Và lặp lại.

5.4.6 thủ tục liên quan đến PDCCH

UE cần giám sát các đường xuống về sự hiện diện của các PDCCH. PCFICH cho biết số PDCCH ký hiệu (1, 2, hoặc 3) ở từng tiểu khung để giám sát và thời gian biểu tượng PHFICH, được đọc từ P-BCH. Thời gian PHICH ít hơn hoặc bằng số lượng các biểu

57

tượng PDCCH và là 1 hoặc 3 cho hoạt động truyền thong đơn hướng, và 1 hoặc 2 cho hoạt động MBSFN.5.4.7 thủ tục liên quan đến PUCCH Vị trí của các ACK / NACK gửi trong PUCCH cho PSDSCH truyền đi được xác định ngầm từ PDCCH liên quan. Đối với một PDSCH phát hiện trong tiểu khung, các bản tin liên kết ACK / NACK được truyền đi trong tiểu khung n 4. Sự trễ này là một thông số quan trọng trong việc xác định độ trễ tổng thể để truyền lại, với tám tiểu khung (8 ms).

5.5 Lớp vật lý đo lường TS 36.214

Các UE và các eNB được yêu cầu thực hiện các phép đo của lớp vật lý của đài phát đặc trưng. Những yêu cầu này được quy định tại TS 36,21414 , phép đo được báo cáo cho các lớp cao hơn và được sử dụng cho nhiều mục đích bao gồm cả intra- frequency và inter-frequency, tiếp cận công nghệ vô tuyến (inter-RAT), các phép đo thời gian, và các phép đo cho RRM.

5. 6. Quản lý tài nguyên vô tuyến

Những yêu cầu cho RRM được định nghĩa trong TS 36.133.15 RRM bao gồm các thủ tục và thực hiện các yêu cầu được sử dụng để làm cho việc sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên vô tuyến. Những yêu cầu cơ bản nhất trong chế độ E-UTRAN_RRC_IDLE bao gồm tế bào lựa chọn ban đầu và tế bào tái lựa chọn, bao gồm cả các thủ tục khác nhau giữa các đài phát tiếp cận công nghệ (RAT). Bổ sung các thủ tục được xác đing trong chế độE-UTRAN_RRC_ CONNECTED liên quan đến chuyển giao và đo lường hiệu suất. Một bản tóm tắt các yêu cầu RRM hiện tại là như sau: Thủ tục trong E-UTRAN RRC_IDLE chế độ di động Tế bào lựa chọn Tế bào tái lựa chọn • E-UTRAN nội tần số, E-UTRAN liên tần số, UTRAN FDD • UTRAN TDD, GSM Thủ tục trong E-UTRAN RRC_CONNECTED chế độ chuyển động Bàn giao trễ và các yêu cầu gián đoạn cho • E-UTRAN FDD - FDD, E-UTRAN FDD - TDD, E-UTRAN TDD - FDD • E-UTRAN TDD - TDD, E-UTRAN - UTRAN FDD, E-UTRAN - UTRAN TDD • E-UTRAN - GSM Thủ tục kiểm soát lưu động kết nối RRC • RRC tái thành lập • truy cập ngẫu nhiên Dặc điêmt Thời gian và truyền tín hiệu • UE truyền tải thời gian • UE hẹn giờ chính xác

57

Thủ tục đo UE tại RRC_CONNECTED E-UTRA UE đo • Phép đo nội tần số E-UTRAN FDD• Phép đo nội tần số E-UTRAN TDD • Phép đo liên tần số E-UTRAN FDD –

• Phép đo liên tần số E-UTRAN FDD - TDD • Phép đo liên tần số E-UTRAN TDD - FDD • Phép đo liên tần số E-UTRAN TDD - TDD Phép đo Inter-RAT • Phép đo E-UTRAN FDD - UTRAN FDD • Phép đo E-UTRAN TDD - UTRAN FDD • Phép đo E-UTRAN FDD - UTRAN TDD• Phép đo E-UTRAN TDD - UTRAN TDD • Phép đo E-UTRAN FDD - GSM • Phép đoE-UTRAN TDD - GSM Hiệu suất yêu cầu đối với các phép đo UE • RSRP độ chính xác tuyệt đối • lựa chọn tính chính xác của RSRP • Độ chính xác yêu cầu trong Liên tần số RSRP • UTRAN FDD CPICH RSCP • UTRAN FDD sóng mang RSSI • UTRAN FDD CPICH Ec / Không • UTRAN TDD P-CCPCH RSCP • UTRAN TDD sóng mang RSSI • UTRAN TDD P-CCPCH RSCP • GSM song mang RSSI Hiệu suất yêu cầu đối với phép đoE-UTRAN • DL RS Tx powe

CHƯƠNG 6

CÁC THỦ TỤC TRUY CẬP LTE

Những chương trước đã mô tả các sơ đồ (scheme) truyền dẫn đường lên (uplink) và đường xuống (downlink) LTE. Tuy nhiên, trước khi truyền dữ liệu, các đầu cuối di động cần phải kết nối đến hệ thống mạng. Trong chương này sẽ mô tả các thủ tục cần thiết cho một đầu cuối có thể truy cập vào mạng dựa trên LTE.

57

5.1 Dò tìm tế bào (cell search)

Dò tìm cell là một thủ tục bằng cách đó đầu cuối tìm được một cell có khả năng kết nối đến. Như một phần của thủ tục dò tìm cell, đầu cuối thu được nhận dạng của cell và đánh giá định thời khung của cell được nhận dạng. Ngoài ra, thủ tục dò tìm cell cũng cung cấp việc đánh giá các thông số cần thiết cho việc tiếp nhận thông tin hệ thống trên kênh quảng bá (broadcast), bao gồm các thông số còn lại được yêu cầu cho truy cập hệ thống.

Để tránh việc lập kế hoạch cell bị phức tạp thì số lượng nhận dạng cell lớp vật lý cần phải đủ lớn. Như được đề cập trong chương 4, LTE hỗ trợ 510 nhận dạng cell khác nhau, được chia thành 170 nhóm nhận dạng cell, với ba nhận dạng cho mỗi nhóm.

5.1.1 Thủ tục dò tìm cell (cell search)

Trong bước đầu tiên của thủ tục dò tìm cell, đầu cuối di động sử dụng tín hiệu đồng bộ sơ cấp để tìm định thời trên một cơ sở 5 ms. Lưu ý rằng tín hiệu đồng bộ sơ cấp được phát hai lần trên mỗi khung. Lý do là để đơn giản hóa việc chuyển giao từ các công nghệ truy cập vô tuyến khác như GSM đến LTE. Do đó, tín hiệu đồng bộ sơ cấp chỉ có thể cung cấp định thời khung với khoảng 5ms không rõ ràng.

Việc thực thi của thuật toán đánh giá là đặc trưng của nhà khai thác, nhưng một khả năng là để thực hiện lọc thích ứng giữa tín hiệu thu được và các chuỗi được dành riêng cho tín hiệu đồng bộ sơ cấp. Khi đầu ra của bộ lọc thích ứng đạt đến giá trị tối đa của nó, đầu cuối có thể tìm được định thời trên 1 cơ sở 5 ms. Bước đầu tiên của cũng có thể được sử dụng để chặn tần số bộ dao động cục bộ của đầu cuối di động đến tần số sóng mang trạm gốc. Việc chặn tần số dao động cục bộ đến tần số trạm gốc làm nới lỏng các yêu cầu chính xác trên bộ dao động của thiết bị đầu cuối di động, kết quả là giảm được chi phí.

Đối với các nguyên nhân được thảo luận dưới đây, có ba chuỗi khác nhau có thể được sử dụng như tín hiệu đồng bộ sơ cấp. Có một phép ánh xạ (mapping) một - một (one-to-one) giữa mỗi chuỗi trong ba chuỗi này với nhận dạng cell trong cùng 1 nhóm nhận dạng cell. Do đó, sau bước đầu tiên, đầu cuối đã tìm được nhận dạng trong nhóm nhận dạng cell. Hơn nữa, khi có một phép ánh xạ một - một giữa mỗi nhận dạng trong nhóm nhận dạng cell và mỗi chuỗi trong ba chuỗi trực giao được sử dụng khi tạo tín hiệu tham khảo theo như mô tả trong chương 4, đầu cuối cũng thu được nhận biết từng phần về cấu trúc tín hiệu tham khảo trong bước này. Tuy nhiên, thiết bị đầu cuối vẫn chưa biết được nhóm nhận dạng tế bào sau bước này.

Trong bước tiếp theo, đầu cuối dò tìm nhóm nhận dạng cell và xác định định thời khung. Điều này được thực hiện bởi việc theo dõi các cặp khe thời gian mà ở đó các

57

tín hiệu đồng bộ thứ cấp được phát. Về cơ bản, nếu (s1, s2) là một cặp chuỗi hợp lệ, ở đó s1 và s2 lần lượt tương ứng với tín hiệu đồng bộ thứ cấp trong khung phụ 0 và 5, cặp ngược lại (s2, s1) thì không phải là một cặp chuỗi có giá trị. Bằng cách lợi dụng tính chất này, đầu cuối có thể phân giải định thời 5 ms có được từ bước đầu tiên trong thủ tục dò tìm cell và xác định được định thời khung. Hơn nữa, khi sự kết hợp (s1, s2) đại diện cho các nhóm nhận dạng cell, nhóm nhận dạng cell cũng thu được từ bước thứ hai của thủ tục dò tìm cell. Từ nhóm nhận dạng cell, đầu cuối cũng thu được những tin tức về việc chuỗi giả-ngẫu nhiên nào được sử dụng cho việc tạo ra tín hiệu tham khảo trong cell.

Một khi thủ tục dò tìm cell được hoàn thành, đầu cuối nhận thông tin hệ thống được quảng bá để có được các thông số còn lại, chẳng hạn như băng thông truyền dẫn được sử dụng trong cell.

57

5.2 Truy cập ngẫu nhiên

Một yêu cầu cơ bản cho bất kỳ hệ thống tế bào nào là khả năng cho phép đầu cuối yêu cầu thiết lập một kết nối. Điều này thường được biết đến như là truy cập ngẫu nhiên và nó phục vụ hai mục đích chính trong LTE, đó là việc thiết lập đồng bộ đường lên, và thiết lập một nhận dạng đầu cuối duy nhất, C-RNTI, được biết đối với cả hệ thống mạng và thiết bị đầu cuối. Do đó, truy cập ngẫu nhiên không chỉ được sử dụng cho truy cập ban đầu, nghĩa là, khi di chuyển từ LTE_DETACHED hoặc LTE_IDLE đến LTE_ACTIVE (xem chương 3 trong phần thảo luận của các trạng thái đầu cuối khác nhau), mà còn sau những giai đoạn của tình trạng không tích cực đường lên khi đồng bộ đường lên bị mất trong LTE_ACTIVE.

57

Toàn bộ thủ tục truy cập ngẫu nhiên được minh hoạ trong hình 5.3, bao gồm bốn bước:

1. Bước đầu tiên bao gồm việc truyền dẫn phần mở đầu (preamble) truy cập ngẫu nhiên, cho phép eNodeB đánh giá định thời truyền dẫn của đầu cuối. Đồng bộ đường lên thì cần thiết khi đầu cuối không thể phát bất kỳ dữ liệu đường lên nào.

2. Bước thứ hai bao gồm: mạng phát một lệnh định thời sớm (a timing advance command) để điều chỉnh định thời phát đầu cuối, dựa trên các phép đo định thời ở bước đầu tiên. Ngoài việc thiết lập đồng bộ đường lên, bước thứ hai cũng ấn định nguồn tài nguyên đường lên đến đầu cuối để được sử dụng trong bước thứ ba của thủ tục truy cập ngẫu nhiên.

3. Bước thứ ba bao gồm việc truyền dẫn nhận dạng đầu cuối di động đến mạng bằng cách sử dụng UL-SCH tương tự với dữ liệu được hoạch định (scheduled) thông thường. Nội dung chính xác của báo hiệu này phụ thuộc vào trạng thái của đầu cuối, dù nó có được biết trước đó đối với mạng hay không.

4. Bước thứ tư và cũng là bước cuối cùng bao gồm việc truyền dẫn một thông điệp giải quyết tranh chấp (a contention-resolution message) từ mạng đến đầu cuối trên kênh DL-SCH. Bước này cũng giải quyết bất cứ sự tranh chấp nào xảy ra do nhiều đầu cuối tìm cách truy cập vào hệ thống sử dụng nguồn tài nguyên truy cập ngẫu nhiên giống nhau.

chương 7

LTE-advanced

Tháng 12 năm 2008, các nhà nghiên cứu đã giới thiệu công nghệ LTE-advaced lần đầu tiên, nó đã phá vỡ nền tảng công nghệ di động băng rồng truyền thống trước LTE. Các nhà nghien cứu đã thành công trong viêc ứng dụng các công nghẹ đề xuất cho LTE-advaced . Trong các cuộc trình diễn, các nhà nghiên cứu và khai thác đã chứng minh được khả năng tăng tốc độ của LTE trong các tế bào, có thể tiếp tục cải thiện và con đường phát triển LTE về sau là an toàn. Để nâng cao hiệu suất hệ thống , LTE hỗ trợ kết hợp 1 hệ thống MIMO 2x2 và 1 tram relay. ...... Các vùng phủ sóng di động cải tiến và sự công bằng hệ thống, sẽ cung cấp cho người sử dụng dữ liệu cao hơn tỷ giá và sẽ cho phép các nhà khai thác để tận dụng cơ sở hạ tầng hiện có mạng LTE và vẫn đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng băng thông.

57

Các LTE-Advanced đã thử nghiệm dung thử mộ relay nút nhúng trong một mạng lưới thử nghiệm hình thành trong một nhóm FDD tự backhauling để cải tiến vùng phủ sóng. Với hiệu suất biên cạnh tế bào có thể được tăng lên đến 50% thông lượng cao điểm.

7.1. Tổng quan về LTE-Advanced

* Động lực của LTE advaced

- IMT-Advanced tiêu chuẩn hóa quy trình trong ITU-R - Bổ sung IMT được xác định trong WRC07 - Tiếp tục tiến triển của LTE Release 8 và 9 đáp ứng:         Yêu cầu cho IMT-Advanced của ITU-R          Tương lai của nhà điều hành và điều kiện của thiết bị đầu cuối

*Trạng thái của 3GPP

- Ngiên cứu LTE đang diễn ra theo hướng "Đẩy mạnh tiến bộ cho E-UTRA (LTE-Advanced)"

- Yêu cầu và mục tiêu cho LTE-Advanced được thoả thuận và các công nghệ có thể đáp ứng được các yêu cầu và mục tiêu xác định

- Tự đánh giá được tiến hành và xác nhận rằng LTE-advanced đáp ứng tất cả yêu cầu của IMT-Advanced

- Tất cả các tài liệu cần thiết để được trình lên ITU-R WP 5D # 6 ,đã được phê duyệt trong 3GPP

- Trong cuộc họp 3GPP TSG-RAN # 46 trong tháng 12 năm 2009, một số hạng mục , dựa trên kết quả nghiên cứu của các mặt , đã đồng ý để phát triển các chi tiết kỹ thuật cho LTE-Advanced

* Đề nghị của LTE-Advanced là một SRIT bao gồm cả FDD RIT và TDD RIT

Một số yêu càu then chốt của ITU-R M2134

-Hỗ trợ băng tần len đén và bao gồm 40MHz

-KHuyến khích hỗ trợ các băng tần rộng hơn(VD: 100Mhz)

-Hiệu quả sử dụng phổ tần cực đại ở đường xuống tối thiểu 15b/s/Hz(với MIMO4x4)

-Hiệu quả sử dụng phhoor tần tối thiểu đường lên tối thiểu là 6,75b/s/Hz( với MIMO4x4)

-Tốc độ thông lượng lý thuyết là 1Gb/s

7.2. Yêu cầu chung cho LTE-Advanced

57

* LTE-Advanced là một sự phát triển của LTE* LTE-Advanced được đáp ứng hoặc vượt quá yêu cầu của IMT-Advanced trong ITU-R * Mục tiêu của LTE-advanced mở rộng được thông qua

7.3. Hiệu suất yêu cầu của hệ thống

- Tốc độ dữ liệu cực đại   tốc độ 1 Gbps dữ liệu sẽ được thực hiện bằng MIMO 4x4 và truyền thông băng rộng hơn khoảng 70 MHz- Hiệu quả phổ cực đại   DL: Rel. 8 IMT-LTE đáp ứng yêu cầu nâng cao UL: Cần tăng gấp đôi từ Release 8 để đáp ứng yêu cầu của IMT-Advanced

Gt: 100 Mbps cho di động với tốc độ cao và 1 Gbps cho di động với tốc độ thấp" là một trong những yêu cầu bằng văn bản tại Circular Letter (CL)

- dung lượng và khả năng truyền qua biên tế bào

7.4 Yêu cầu quan trọng khác

* Phổ tần linh hoạt- Thực tế phổ là khác nhau theo từng khu vực hoặc quốc gia- Trong 3GPP, các khả năng khác nhau để phân bổ phổ tần đang được cân nhắc trong nghiên cứu khả thi

57

- Hỗ trợ cho các khả năng triển khai linh hoạt, bao gồm cả đường xuống / đường lên đối xứng phân bổ băng thông cho FDD và không tiếp giáp phân bổ phổ tần

*LTE-Advanced sẽ được triển khai như là một sự phát triển của LTE Release 8 và trên các băng thông mới.*LTE-Advanced sẽ được tương thích ngược với LTE Release 8 với ý nghĩa  - một thiết bị đầu cuối LTE Release 8 có thể làm việc trong một LTE-Advanced NW,   -một thiết bị đầu cuối LTE-Advanced có thể làm việc trong một Release 8 LTE NW*Tăng cường triển khai trong eNB và HNB ở LTE-Advanced.

7.5. Tóm tắt kỹ thuật để đạt được yêu cầu của LTE advanced

*Hỗ trợ băng thông rộng hơn  -Nhà cung cấp tập hợp để đạt được băng thông rộng hơn - Tập hợp hỗ trợ phổ    =>dữ liệu tốc độ cao cực đại, phổ tần linh hoạt*Nâng cao kỹ thuật MIMO  - Mở rộng lên đến tầng truyền dẫn thứ 8 trong đường xuống   -MIMO người dùng đơn lên đến 4 tầng truyền dẫn trong đường lên    =>Tốc độ dữ liệu cực đại, dung lượng, lưu lượng người dung *Phối hợp đa truyền dẫn và tiếp đón (COMP)  -  Truyền COMP trong downlink   - Truyền lại COMP trong đường lên    =>lưu lượng người dùng , độ phủ sóng, triển khai linh hoạt*Tiếp tục giảm trễ  AS / NAS song song điều chế giảm trễ của C-plane* Chuyển tiếp   Loại 1 chuyển tiếp tạo ra một tế bào riêng biệt và xuất hiện như Rel. 8 LTE eNB đến Rel. 8 LTE UEs   =>phủ sóng, chi phí triển khai có hiệu quả

57

Chương 8

Qúa trình nghiên cứu LTE và tiến trình thương mại hóa

1 . khái quát :

Điện thoại di động băng thông rộng đang trở thành hiện thực,như thế hệ Internet phát triển để truy cập băng thông rộng ở bất cứ nơi nào không chỉ ở nhà hoặc văn phòng.Ước tính sẽ có khảng 3,4 tỷ người sẽ có băng thông rộng vào năm 2014. Khoảng 80% sẽ là thuê bao di động băng thông rộng và đa số sẽ được phục vụ bởi công nghệ HSPA (High Speed Packet Access) và mạng LTE.

Mọi người có thể duyệt Internet hoặc gửi mail bằng cách sử dụng notebook có công nghệ HSPA, thay thế modem DSL cố định của họ bằng modem HSPA hoặc USB, họ có thể gửi và nhận video hoặc file âm thanh bằng điện thoại 3G. Đối với LTE,người dùng sẽ được phục vụ tốt hơn, nó sẽ nâng cao hơn yêu cầy các ứng dụng như truyền hình tương tác, video blogging, game và các dịch vụ chuyên nghiệp khác.

LTE cung cấp một số lợi ích quan trọng cho người sử dụng và nhà điều hành, bao gồm:

Hiệu suất và năng lực: Một trong những yêu cầu của LTE là cung cấp đường tải xuống với tốc độ đỉnh ít nhất là 100 Mbps. Kỹ thuật cho phép tốc độ cao hơn 300 Mbps và hãng Ericsson đã chứng minh LTE tốc độ đỉnh khoảng 160 Mbps. Mạng truy nhập vô tuyến (RAN) mỗi lần chuyển đi sẽ ít hơn 10ms, có nghĩa là LTE hơn hẳn các công nghệ khác và đáp ứng được yêu cầu của 4G.

Đơn giản: LTE hỗ trợ băng thông từ 1,4 Mhz đến 20 Mhz. LTE cũng hỗ trợ phân chia theo tần số (FDD) và phân chia theo thời gian (TDD). 15 cặp và 8 dải phổ lẻ được xác định do 3GPP cho LTE và có nhiều dải phổ khác.điều này có nghĩa là nhà khai thác có thể giới thiệu LTE ở các dải tần số mới,nơi nó được triển khai dễ dàng nhất ở 10 Mhz hoặc 20 Mhz và cuối cùng là triển khai ở tất cả các dải tần số. Mạng vô tuyến LTE sẽ có một số tính năng để giúp đơn giản hóa việc xây dựng và quản lý các mạng thế hệ tiếp theo. Ví dụ như các tính năng như tự cấu hình và tự tối ưu hóa sẽ đơn giản hóa và giảm chi phí cho việc triển khai mạng và quản lý. LTE sẽ được triển khai song song,dựa trên nền IP và, mạng truyền tải dữ liệu để dễ dàng hơn trong việc xây dưng, bảo trì và giới thiệu các dịch vụ trên.

Thiết bị đầu cuối đa dạng: Ngoài điện thoại di đông, máy tính và các thiết bị tiêu thụ điện như laptop, máy chơi game và máy ảnh sẽ kết hợp nhúng moduk LTE. Bởi vì LTE hỗ trợ chuyển vùng cho các mạng di động có sẵn nên tất cả các thiết bị này có thể có băng thông rộng di động phủ sóng từ những ngày đầu.Các nhà khai thác có thể giới thiệu công nghệ LTE phù hợp với mạng hiện tại của họ, phổ tần có sẵn và mục tiêu kinh doanh cho băng thông rộng di động và các dịch vụ đa phương tiện.

57

4. tiêu chuẩn hóa LTE : Điểm khởi đầu cho các tiêu chuẩn hóa LTE là hội thảo phát triển RAN 3GPP, tổ chức vào 11/2004 tại Toronto-Canada. Một mục nghiên cứu được bắt đầu vào 12/2004 với mục tiêu phát triển một cơ cấu cho sự cải tiến kỹ thuật truy nhập 3GPP theo hướng:

Giảm chi phí cho mỗi bit Tăng dịch vụ cung cấp-thêm dịch vụ tốt hơn với chi phí thấp hơn Sử dụng linh hoạt các dải tần hiện có và các dải tần được cấp mới. Đơn giản hóa cấu trúc và giao diện mở Công suất tiêu thụ của thiết bị đầu cuối hợp lý

Tóm lược các yêu cầu của LTE-Tăng cao tốc độ dữ liệu đỉnh: 100 Mbps downlink và 50 Mbps uplink

-Giảm độ trễ của RAN xuống còn 10ms

-Cải thiện hiệu quả của phổ tần(2-4 lần so với HSPA

-Chi phí hiệu quả

-CẢi thiện phát sóng

-Tối ưu IP(tập trung vào các dịch vụ chuyển mạch gói)

-Có thể mở rộng băng thông 20Mhz,15Mhz,10Mhz,5Mhz,3Mhz và 1.4Mhz

-Hỗ trợ cho cả quang phổ đôi và lẻ

-Hỗ trợ liên kết mạng với các hệ thống 3G hiện có và các hệ thống không phải 3G

5. so sánh LTE và WIMAX:

Cuộc chiến giữa hai công nghệ WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) và 3G LTE (Long Term Evolution) dường như chưa đến hồi kết thúc. Mỗi một công nghệ có những thế mạnh và những điểm yếu riêng. Chúng đều là hai ứng cử viên sáng giá cho mạng di động thế hệ thứ 4. Trong bài viết này, trước hết quá trình phát triển của hai công nghệ sẽ được tóm lược, kế đó tính cạnh tranh của hai công nghệ này sẽ được lần lượt xem xét ở khía cạnh thuần túy kỹ thuật cũng như khía cạnh chiến lược kinh tế.

Đôi nét về WiMAX

WiMAX là tên thông dụng thường dùng để chỉ công nghệ truy nhập không dây băng rộng sử dụng giao diện của chuẩn IEEE 802.16. Gần đầy WiMAX đã được ITU-R chính thức công nhận là một chuẩn 3G trong họ IMT-2000. Điều này có ý nghĩa rất lớn đối với tương lai của WiMAX vì nó sẽ thúc đẩy sự triển khai rộng khắp của WiMAX, đặc biệt trên băng tần 2.5-2.69GHz, để cung cấp dịch vụ Internet băng rộng, bao hàm cả VoIP và nhiều dịch vụ thông qua kết nối Internet.

Trong họ IEEE 802.16 nổi bật nhất là chuẩn 802.16e-2005 với khả năng đáp ứng cả các ứng dụng cố định cũng như các dịch vụ di động, nên còn được gọi là WiMAX di động. Chuẩn này đã và đang được thử nghiệm ở nhiều nước. Hiện tại, WiMAX di động "Wave 2" dùng 2 ăng-ten phát và 2 ăng-ten thu đã cho tốc độ tối đa tầm 75Mbps. Bên

57

cạnh đó, nhóm làm việc IEEE 802.16 đang phát triển phiên bản 802.16j trong đó nghiên cứu triển khai các trạm relay (tiếp sức) bên cạnh các trạm phát sóng BS để sử dụng kênh truyền một cách hiệu quả, tăng tốc độ truyền dẫn và mở rộng vùng phủ sóng.

Nhóm IEEE 802.16 cũng đang nghiên cứu phiên bản 802.16m với mục đích đẩy tốc độ dữ liệu của WiMAX lên hơn nữa trong khi vẫn tương thích với WiMAX cố định và di động đã và đang được triển khai. Phiên bản này theo dự kiến sẽ được hoàn thiện vào cuối năm 2009, như là một bước tiến để vượt trội hơn 3G LTE. Phiên bản 802.16m sẽ vẫn dựa trên kỹ thuật ăng-ten MIMO trên nền công nghệ đa truy nhập OFDMA với số lượng ăngten phát và thu nhiều hơn WiMAX di động « Wave 2 ». 802.16m trang bị 4 ăng-ten phát và 4 ăng-ten thu sẽ có thể đẩy tốc độ truyền lên lớn hơn 350Mbps. Theo dự kiến, WiMAX Release 2 với sự hoàn thiện của 802.16m sẽ hoàn thành vào cuối năm 2009 và có thể bắt đầu triển khai dịch vụ từ 2010 (xem hình 1).

Sơ đồ phát triển của công nghệ WiMAX

Nói tới WiMax , người ta có thể nghĩ tới rất nhiều giải pháp thay thế mà công nghệ này có thể mang lại. Đó chính là khả năng thay thế đường xDSL giúp tiếp cận nhanh hơn các đối tượng người dùng băng rộng mà không cần phải đầu tư lớn. Đặc biệt WiMAX rất hữu ích để cung cấp dịch vụ băng thông rộng ở những vùng xa xôi mà giải pháp ADSL hoặc cáp quang là rất tốn kém. Bên cạnh các dịch vụ cố định, WiMAX còn cung ứng các dịch vụ di động giống như những dịch vụ của mạng 3G : thoại VoIP, internet di động, TV di động…. Trong năm tới 2008, các thiết bị di động mà hiện nay được tích hợp WiFi sẽ được tích hợp WiMAX. Đối với các thiết bị cũ sẽ cần phải trang bị thêm thẻ PCMCIA WiMAX, hoặc usb WiMAX để có thể kết nối băng rộng của WiMAX.

57

So sánh công nghệ kỹ thuật dùng trong WiMAX và 3G LTE

So sánh đặc điểm nổi bật của WiMAX và 3G LTE

Hiện tại WiMAX di động Rel 1 (802.16e) đã có đủ sức cạnh tranh về mặt công nghệ so với 3G LTE. Tuy nhiên, nếu nhìn kỹ trên bảng so sánh thì ta thấy công nghệ 3G LTE vẫn vượt hơn 802.16e về cả tính năng di động và tốc độ truyền dự liệu. Song, đổi với những nhà phát triển WiMAX thì họ không chấp nhận so sánh 3G LTE với 802.16e mà phải là 802.16m (cột thứ 3 trên bảng 1). Nhìn vào đây ta thấy WiMAX di động Rel 2 hứa hẹn những tính năng vượt trội so với 3G LTE.

Ngày nay tất cả đều đóng ý với nhau rằng để đạt được tốc độ dữ liệu cao chỉ có thể nhờ vào công nghệ ăngten MIMO và kỹ thuật đa truy cập OFDMA. 3G LTE ra đời muộn hơn WiMAX và nó cũng không thể nào không dùng MIMO và OFDMA. Do vậy, nếu xét trình bình diện kỹ thuật truyền thông không dây (wireless communication) thì 3G LTE không có bất cứ một kỹ nghệ cơ bản nào vượt trội so với WiMAX di động. Nếu nhìn lại bảng so sánh ở trên sẽ thấy điểm khác nhau nổi bật là 3G LTE sử dụng kỹ thuật đa truy nhập SC-FDMA cho đường lên thay vì OFDMA như trong WiMAX.

Song, theo nhiều chuyên gia thì sự khác biệt này lại là một điểm yếu của 3G LTE. Thực tế SC-FDMA cho phép cải tiến PAR (Peak-to-Average power Ratio) tầm 2 dB ở máy phát. Tuy nhiên nó lại gây mất tầm 2-3 dB về hiệu suất (performance) truyền thông trên kênh truyền nhiễu fading ở đầu máy thu. Nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy SC-FDMA thực tế cho một hiệu suất trên kênh lên thấp hơn so với OFDMA.

57

Nhìn chung về mặt kỹ thuật, hai công nghệ WiMAX và 3G LTE dường như ngang tài ngang sức với nhau. Song, công nghệ mạnh nhất, vượt trội nhất đôi khi không phải là công nghệ giành chiến thắng mà một công nghệ thành công là một công nghệ phù hợp nhất, hòa hợp nhất. Bây giờ chúng ta sẽ xem xét các khía cạnh khác liên quan đến sự cạnh tranh của WiMAX và 3G LTE trên đường tiến tới mạng di động thế hệ thứ 4.

Cạnh tranh giữa WiMAX và 3G LTE

WiMAX là một khao khát gia nhập vào thị trường thông tin di động của cộng đồng « công nghệ thông tin ». WiMAX là thuật ngữ được bắt đầu nhắc đến từ những năm 2000, với mục đích ban đầu chỉ hướng đến thị trường Internet băng rộng ở các vùng hẻo lánh. Tiếp theo, WiMAX hướng đến cung cấp giải pháp Internet băng rộng di động. Kể từ đó, nó được xem như là một đối thủ cạnh tranh của mạng thông tin di động 3G và bây giờ là 3G LTE. Nếu đặt WiMAX vào vị trí cạnh tranh với mạng thông tin di động, biết rằng mạng thông tin di động ngày nay có khoảng hơn 2,6 tỉ thuê bao trên thế giới, rõ ràng WiMAX gặp nhiều khó khăn để tìm kiếm thị phần của mình.

Lợi điểm của WiMAX so với 3G LTE là WiMAX đã sẵn sàng để được triển khai dịch vụ rộng khắp : thiết bị mạng WiMAX đã hoàn thiện, thiết bị đầu cuối WiMAX sẽ có mặt trong năm tới trong khi đó 3G LTE phải đợi thêm vài năm nữa. WiMAX vừa cung cấp giải pháp cố định vừa cung cấp giải pháp di động băng rộng với chi phí triển khai thấp hơn so với triển khai một mạng 3G/3G LTE hoàn toàn mới. Do vậy, WiMAX thực sự gây được chú ý của các nước đang phát triển mà ở đó mạng 3G chưa có, mạng Internet tốc độ cao bằng cáp xDSL chưa rộng khắp.

So với WiMAX, 3G LTE đã có một công nghệ đi trước là 2G, 3G với số lượng thuê bao đã có sẵn. Đây là một lợi thế lớn để triển khai 3G LTE. Đặc biệt các thiết bị di động 3G LTE sẽ tương thích với các mạng thông tin di động thế hệ trước, do vậy người dùng sẽ có thể chuyển giao dễ dàng giữa mạng 3G LTE với các mạng 2G GSM/GPRS/EDGE và 3G UMTS đã tồn tại. Điều này cho phép những nhà cung cấp mạng 3G LTE có thể triển khai mạng dần dần cũng giống hệt khi họ nâng cấp mạng 2G lên 3G.

Trong khi đó WiMAX phải triển khai mạng từ con số không. Do WiMAX không tương thích với các chuẩn di động không dây trước đó nên việc thiết bị đầu cuối WiMAX có được tích hợp với chip 2G/3G hay không vẫn còn là một câu hỏi mở. Nó hoàn toàn không phải là một câu hỏi về kỹ thuật mà là một vấn đề mang tính chiến lược. Nó tùy thuộc vào tác nhân nào sẽ triển khai mạng WiMAX trong tương lai : nhà cung cấp mạng thông tin di động 2G/3G hiện tại hay một nhà cung cấp mạng WiMAX hoàn toàn mới. Nếu là một nhà cung cấp mạng 2G/3G thì chắc chắn họ sẽ triển khai 3G LTE nếu như WiMAX không mang lại lợi ích nào đặt biệt vượt trội so với 3G LTE. Nếu nhà cung cấp chỉ có mạng 2G/2.5G, họ cũng có thể chọn lựa WiMAX như một sự nhảy cốc lên « gần » 4G thay vì đi lên 3G/3.5G rồi 3G LTE.

Như đã phân tích ở trên, việc triển khai 3G LTE từ mạng 3G, 3.5G có sẵn là một con đường dễ dàng. Làm như vậy các nhà cung cấp mạng có thể triển khai 3G LTE dần dần không cần thiết phải đảm bảo một vùng phủ rộng kín. Bên cạnh nhà cung cấp mạng vẫn tận dụng được mạng lõi 3G đã có, tận dụng hệ thống quản lý thuê bao và tính cước có sẵn. Từ này đến khi 3G LTE hoàn thiện và được vào sử dụng, 3.5G có đủ khả năng để đáp ứng nhu cầu dịch vụ băng rộng trước khi WiMAX thực sự chiếm được

57

một thị phần quan trọng. Và thực tế có thể nhận thấy là các nhà cung cấp mạng 3G/3.5G họ không hề vội vàng trong việc tiến đến 3G LTE. Về khía cạnh kinh tế họ sẽ không triển khai 3G LTE trước khi thu lại được vốn và lãi từ việc nâng cấp lên 3G.

Kết luận

Dẫu rằng mỗi người có những nhận định khác nhau, những cái nhìn khác nhau về tính cạnh tranh của hai công nghệ này. Có một điều thống nhất là hai công nghệ này đã thu hút được một sự quan tâm lớn, tạo được một bước nhảy trong công nghệ thông tin di động không dây. Điểm yếu của WiMAX là nó không có tính kế thừa từ các hệ thống mạng có sẵn như 3G LTE đôi khi lại trở thành một điểm mạnh vì nó cho phép nhiều tác nhân mới thâm nhập vào thị trường thông tin di động. Sự thâm nhập này sẽ làm tăng tính cạnh tranh, tăng chất lượng dịch vụ và giảm giá cước viễn thông cho người dùng.

LTE- Công nghệ tiềm năng cho 4G

Được xây dựng như là một công nghệ 4G hay đặc tả kỹ thuật của mạng di động thế hệ thứ tư, LTE (Long Term Evolution) là thế hệ thứ tư tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. LTE được thiết kế để cung cấp các tốc độ dữ liệu nhiều megabit, sử dụng hiệu quả mạng vô tuyến, giảm trễ, cải thiện tính di động, do đó giúp cung cấp dịch vụ tốt hơn. Sự kết hợp này nhằm tăng cường sự tương tác của người sử dụng với mạng và thúc đẩy nhu cầu về các dịch vụ đa phương tiện di động trong tương lai. Ngoài ra, các cuộc gọi cải tiến LTE cho một chuyển giao tới một mạng lõi toàn IP, “phẳng”, với kiến trúc mạng đơn giản hóa và các giao tiếp mở, làm giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối. Các yêu cầu này được định nghĩa bởi SAE (System Architecture Evolution - Cải tiến cấu trúc hệ thống), được biết như EPC (Evolved Packet Core - Mạng lõi gói cải tiến) - Đặc tả kỹ thuật của 3GPP đối với những thay đổi về cấu trúc mạng lõi gói.

57

Kiến trúc mạng 3GPP LTE

Mặc dù được ra đời muộn hơn rất nhiều so với WiMAX, nhưng LTE vẫn có những lợi thế quan trọng so với WiMAX, khi được hiệp hội các nhà khai thác GSM chấp nhận là công nghệ băng rộng di động tương lai của hệ di động hiện đang thống trị thị trường di động toàn cầu với khoảng 2,5 tỉ thuê bao (theo Informa Telecoms & Media) và trong 3 năm tới có thể chiếm thị phần đến 89% (theo Gartner) - những con số “trong mơ” đối với WiMAX. Hơn nữa, LTE cho phép tận dụng hạ tầng GSM có sẵn, trong khi WiMAX phải xây dựng từ đầu.

Với những lợi thế đó, các nhà khai thác đã xem xét lại việc triển khai WiMAX và đã có một số nhà khai thác quyết định từ bỏ con đường WiMAX để chuyển sang LTE, đặc biệt trong số đó có hai tên tuổi lớn nhất tại Mỹ là AT&T và Verizon Wireless. 

Theo một khảo sát do RCR Wireless News và Yankee Group thực hiện gần đây, có đến 56% nhà khai thác di động chọn LTE, chỉ có 30% đi theo 802.16e. Theo dự đoán của ABI Research, đến năm 2013 sẽ có hơn 32 triệu thuê bao sử dụng các mạng LTE. Hiện nay, ba trong số những nhà khai thác di động lớn nhất thế giới là China Mobile, Vodafone và Verizon Wireless đã công bố những kế hoạch chấp nhận LTE. 

Nếu như phát triển lên LTE là một tất yếu đối với các nhà khai thác GSM/UMTS thì hiện nay nhiều nhà khai thác di động CDMA cũng quyết định phát triển lên LTE. Những thay đổi trong truyền thông di động là sự cải tiến từng bước, và việc triển khai LTE cũng giống như vậy. Đối với các nhà khai thác, việc chuyển đổi từ HRPD (High Rate Packet Data – Dữ liệu gói tốc độ cao) sang LTE sẽ mất một vài năm. Kết quả là các nhà khai thác di động cần tìm kiếm một lộ trình chuyển đổi nhằm tăng cường mạng HRPD hiện tại trong khi nghiên cứu và phát triển các yêu cầu triển khai LTE.