Kien Truc 4G LTE

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT.........................................................................................................3

DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU..............................................................................................4

BẢNG PHÂN CÔNG THỰC HIỆN ĐỀ TÀI.....................................................................................5

LỜI MỞ ĐẦU....................................................................................................................................6

PHẦN NỘI DUNG.............................................................................................................................7

CHƯƠNG 1: TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TỪ 1G LÊN 4G....................................................................................................................................7

1.1.Mạng thông tin di động 1G :.................................................................................................7

1.2.Mạng thông tin di động 2G:..................................................................................................7

1.3.Mạng thông tin di động 2,5 G...............................................................................................9

1.4.Mạng thông tin di động 3G :...............................................................................................10

1.5.Mạng thông tin di động thế hệ 3.5G :.................................................................................12

1.6.Mạng thông tin di động 4G :...............................................................................................13

CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ LTE......................15

2.1. Giới thiệu về công nghệ LTE:............................................................................................15

2.2. Mục tiêu thiết kế LTE :......................................................................................................16

2.3. Lộ trình phát triển công nghệ LTE và các công nghệ khác:...............................................18

2.3.1.WiMAX.......................................................................................................................19

2.3.2.So sánh công nghệ kỹ thuật dùng trong WiMAX và 3G LTE:.....................................21

2.3.3.Dịch vụ, ứng dụng và tương lai không xa cho công nghệ LTE:...................................23

CHƯƠNG 3 : KIẾN TRÚC GIAO THỨC CỦA 4G-LTE............................................................26

3.1. PDCP: Packet Data Convergence Protocol - Giao thức hội tụ số liệu gói.........................27

3.2. RLC: radio link control - điều khiển liên kết vô tuyến......................................................28

3.3. Điều khiển truy nhập môi trường MAC(Medium Access Control)..................................30

3.3.1 Các kênh logic và các kênh truyền tải.........................................................................30

3.3.2 Hoạch định đường lên.................................................................................................32

3.3.3 Hoạch định đường xuống.............................................................................................35

3.3.4 Hybrid ARQ................................................................................................................37

3.4 PHY: physical layer - lớp vật lý..........................................................................................41

KẾT LUẬN......................................................................................................................................45

TÀI LIỆU THAM KHẢO:...............................................................................................................45

1GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

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

tiến

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng

DL-SCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống

EDGE Enhanced Data Rates for GSM

Evolution

Tốc độ số liệu tăng cường để phát

triển GSM

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

HSCSD High Speed Circuit Switched Data Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ

cao

HSDPA High Speed Downlink Package

Access

Truy nhập gói đường xuống tốc độ

cao

MAC Medium Access Control Điều khiển truy cập môi trường

MCCH Multicast Control Channel Kênh điều khiển multicast

MCH Multicast Channel Kênh multicast

MIMO Multiple input Multiple Output Đa nhập đa xuất

MTCH Multicast Traffic Channel Kênh lưu lượng multicast

PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển tìm gọi

PCH Paging channe Kênh tìm gọi

PDCP Packet Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói

PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức

PHY Physical layer Lớp vật lý

DTCH Dedicated Traffic Channel Kênh lưu lượng dành riêng

RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến


SDU Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ

TACS Total Access Communication

Sytem

Hệ thống giao tiếp truy cập tổng

hợp

UL-SCH Uplink shared channel Kênh chia sẻ đường lên

DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU

Hình 1: Lộ trình phát triển thông tin di động từ 1G lên 4G……………………… 12

Hình 2.1: Kiến trúc mô hình LTE theo TR 23.822 ……………………………….15

Hình 2.2: Lộ trình phát triển thông tin di động từ 1G lên 4G……………………. 18

Hình 2.3: Lộ trình phát triển thông tin di động từ 1G lên 4G……………………. 19

Hình 3.1 – Kiến trúc giao thức LTE (đường xuống)……………………………… 25

Hình 3.2: Sơ đồ mô tả các thành phần của phần mềm PDCP:……………………..26

Hình 3.3: Phân đoạn và hợp đoạn RLC…………………………………………… 27Hình 3.4:Thí dụ về sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải ……………….31

Hình 3.5 : Việc lựa chọn đinh dạng truyền dẫn trong đường xuông (bên trái ) và đường lên ( bên phải )………………………………………………………….......32Hình 3.6 Giao thức hybrid-ARQ đồng bộ và không đồng bộ……………………...38Hình 3.7 : Nhiều tiến trình hybrid – ARQ song song……………………………...38Hình 3.8 – Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH……………………….41Hình 3.9 – Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho UL-SCH …………………….. 42

Bảng 2 : So sánh công nghệ kỹ thuật dùng trong WiMAX và 3G LTE……………19

Bảng 3. Dịch vụ và ứng dụng của LTE …………………………………………….21


BẢNG PHÂN CÔNG THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

STT HỌ VÀ TÊN LỚP PHẦN THỰC HIỆN GHI CHÚ

1 ĐÀM THẢO PHƯƠNG L10CQVT11B

+ Chương 1

+ Chương 2

+ Hoàn thiện slide.

NT

0947266518

2 PHẠM THỊ THUẬN L10CQVT11B

+ Mở đầu chương 3 và

3.1 + 3.2

+ Hoàn thiện bản text.

0944582179

3 TRẦN SỸ KHOẢN L10CQVT11B

+ Chương 2 : 3.3 và

3.4

+ In ấn

0947266484


LỜI MỞ ĐẦUHiện nay ngành viễn thông có những bước phát triển rất nhanh, hình thành

môi trường cạnh tranh lớn giữa các nhà khai thác mạng phục vụ nhu cầu về thông tin

cho con người ngày càng đòi hỏi cao hơn. Chất lượng các dịch vụ ngày càng trở

thành chìa khóa để có thể dẫn tới thành công. Song song với xu thế này, nhu cầu

ngày càng gia tăng đối với các dịch vụ truyền thông mới, đủ khả năng đáp ứng việc

cung cấp dịch vụ hoặc tăng tính cạnh tranh.

ITU công bố chuẩn IMT-2000 cho hệ thống 3G năm 1992, tuy nhiên sau đó

4G mới là đích đến của truyền tải dữ liệu không dây.

LTE được xem như “người kế thừa” xuất sắc của thế hệ công nghệ mạng 3G

hiện tại, dựa trên nền tảng WCDMA, HSDPA, HSUPA, và HSPA. LTE cập nhật

công nghệ UMTS để cải thiện một cách đáng kể tốc độ truyền dữ liệu hai chiều.

Nhận thấy công nghệ LTE là công nghệ mới triển vọng nhất cho việc tiến lên

4G nên nhóm chúng em chọn đề tài tìm hiểu về LTE : “ Kiến trúc giao thức của 4G

– LTE ”. Nội dung báo cáo gồm có:

Chương 1: Tiến trình phát triển của các hệ thống thông tin di động từ 1G lên

4G.


Chương 2: Giới thiệu về công nghệ và mục tiêu thiết kế LTE.

Chương 3: Kiến trúc giao thức 4G-LTE

Chúng em xin trân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Viết

Đảm, khoa Viễn thông 1, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông!

Trong quá trình làm đề tài do còn nhiều hạn chế về kiến thức nên nhóm chúng

em không tránh khỏi những thiếu sót, mong thầy cô và các bạn góp ý để đề tài nhóm

chúng em được tốt hơn.

Chúng em xin trân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 10/06/2012

Nhóm sinh viên thực hiện : ( Nhóm 25)

PHẦN NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TỪ 1G LÊN 4G.

1.1.Mạng thông tin di động 1G :Là mạng thông tin di động không dây cơ bản đầu tiên trên thế giới. Nó là hệ

thống giao tiếp thông tin qua kết nối tín hiệu analog được giới thiệu lần đầu tiên vào

những năm đầu thập niên 80s.

Nó sử dụng các ăng-ten thu phát sóng gắn ngoài, kết nối theo tín hiệu analog

tới các trạm thu phát sóng và nhận tín hiệu xử lý thoại thông qua các module gắn

trong máy di động. Chính vì thế mà các thế hệ máy di động đầu tiên trên thế giới có

kích thước khá to và cồng kềnh do tích hợp cùng lúc 2 module thu tín hiện và phát

tín hiệu.

Mặc dù là thế hệ mạng di động đầu tiên với tần số chỉ từ 150MHz nhưng

mạng 1G cũng phân ra khá nhiều chuẩn kết nối theo từng phân vùng riêng trên thế

giới: NMT (Nordic Mobile Telephone) được sử dụng ở các nước Bắc Âu, Tây Âu và

Nga. 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.

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 .

1.2.Mạng thông tin di động 2G: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.

Thế hệ thứ hai 2G của mạng di động chính thức ra mắt trên chuẩn GSM của

Hà Lan, do công ty Radiolinja (Nay là một bộ phận của Elisa) triển khai vào năm

1991.

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 thương

mại, 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.

Mạng 2G chia làm 2 nhánh chính: TDMA (Time Division Multiple Access-

đa truy cập phân chia theo thời gian) và CDMA ( đa truy cập phân chia theo tần số)

cùng nhiều dạng kết nối mạng tuỳ theo yêu cầu sử dụng từ thiết bị cũng như hạ tầng

từng phân vùng quốc gia:


GSM (TDMA-based), khơi nguồn áp dụng tại Phần Lan và sau đó trở

thành chuẩn phổ biến trên toàn 6 Châu lục. Và hiện nay vẫn đang được sử dụng bởi

hơn 80% nhà cung cấp mạng di động toàn cầu.

CDMA2000 – tần số 450 MHZ cũng là nền tảng di động tương tự

GSM nói trên nhưng nó lại dựa trên nền CDMA và hiện cũng đang được cung cấp

bởi 60 nhà mạng GSM trên toàn thế giới.

IS-95 hay còn gọi là cdmaOne, (nền tảng CDMA) được sử dụng rộng

rãi tại Hoa Kỳ và một số nước Châu Á và chiếm gần 17% các mạng toàn cầu. Tuy

nhiên, tính đến thời điểm này thì có khoảng 12 nhà mạng đang chuyển dịch dần từ

chuẩn mạng này sang GSM (tương tự như HT Mobile tại Việt Nam vừa qua) tại:

Mexico, Ấn Độ, Úc và Hàn Quốc.

PDC (nền tảng TDMA) tại Japan

iDEN (nền tảng TDMA) sử dụng bởi Nextel tại Hoa Kỳ và Telus

Mobility tại Canada.

IS-136 hay còn gọi là D-AMPS, (nền tảng TDMA) là chuẩn kết nối

phổ biến nhất tính đến thời điểm này và được cung cấp hầu hết tại các nước trên thế

giới cũng như Hoa Kỳ.

* Thuận lợi và khó khăn của 2G :

Ở công nghệ 2G tín hiệu kĩ thuật số được sử dụng để trao đổi giữa điện thoại

và các tháp phát sóng, làm tăng hiệu quả trên 2 phương diện chính :

- Thứ nhất, dữ liệu số của giọng nói có thể được nén và ghép kênh hiệu quả hơn so

với mã hóa Analog nhờ sử dụng nhiều hình thức mã hóa, cho phép nhiều cuộc gọi

cùng được mã hóa trên một dải băng tần.

- Thứ hai, hệ thống kĩ thuật số được thiết kế giảm bớt năng lượng sóng radio phát từ

điện thoại. Nhờ vậy, có thể thiết kế điện thoại 2G nhỏ gọn hơn; đồng thời giảm chi

phí đầu tư những tháp phát sóng.

- Hơn nữa, mạng 2G trở nên phổ biến cũng do công nghệ này có thể triển khai một


số dịch vụ dữ liệu như Email và SMS. Đồng thời, mức độ bảo mật cá nhân cũng cao

hơn so với 1G.

Tuy nhiên, hệ thống mạng 2G cũng có những nhược điểm, ví dụ, ở những nơi

dân cư thưa thớt, sóng kĩ thuật số yếu có thể không tới được các tháp phát sóng.Tại

những địa điểm như vậy, chất lượng truyền sóng cũng như chất lượng cuộc gọi sẽ bị

giảm đáng kể.

1.3.Mạng thông tin di động 2,5 G

2,5G chính là bước đệm giữa 2G với 3G trong công nghệ điện thoại không

dây. Khái niệm 2,5G được dùng để miêu tả hệ thống di động 2G có trang bị hệ thống

chuyển mạch gói, bên cạnh hệ thống chuyển mạch kênh truyền thống.Trong khi các

khái niệm 2G và 3G được chính thức định nghĩa thì khái niệm 2,5G lại không được

như vậy. Khái niệm này chỉ dùng cho mục đích tiếp thị.

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.

1.4.Mạng thông tin di động 3G :Là thế hệ truyền thông di động thứ ba, tiên tiến hơn hẳn các thế hệ trước đó.

Nó cho phép người dùng di động truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại ( tải

dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh, âm thanh, video clips…

Với 3G, di động đã có thể truyền tải dữ liệu trực tuyến, online, chat, xem tivi

theo kênh riêng...Trong số các dịch vụ của 3G, điện thoại video thường được miêu tả

như là lá cờ đầu. Giá tần số cho công nghệ 3G rất đắt tại nhiều nước, nơi mà các

cuộc bán đầu giá tần số mang lại hàng tỷ Euro cho các chính phủ. Bởi vì chi phí cho

bản quyền về các tần số phải trang trải trong nhiều năm trước khi các thu nhập từ

mạng 3G đem lại, nên một khối lượng vốn đầu tư khổng lồ là cần thiết để xây dựng

mạng 3G. Nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đã rơi vào khó khăn về tài chính

và điều này đã làm chậm trễ việc triển khai mạng 3G tại nhiều nước ngoại trừ Nhật

Bản và Hàn Quốc, nơi yêu cầu về bản quyền tần số được bỏ qua do phát triển hạ

tâng cơ sở IT quốc gia được đặt lên làm vấn đề ưu tiên nhất. Và cũng chính Nhật

Bản là nước đầu tiên đưa 3G vào khai thác thương mại một cách rộng rãi, tiên phong

bởi nhà mạng NTT DoCoMo. Tính đến năm 2005, khoảng 40% các thuê bao tại

Nhật Bản là thuê bao 3G, và mạng 2G đang dần dần đi vào lãng quên trong tiềm

thức công nghệ tại Nhật Bản.


Công nghệ 3G cũng được nhắc đến như là một chuẩn IMT-2000 của Tổ chức

Viễn thông Thế giới (ITU). Ban đầu 3G được dự kiến là một chuẩn thống nhất trên

thế giới,nhưng trên thực tế thế giới 3G đã bị chia thành 4 phần riêng biệt:

UMTS (W-CDMA)

UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), dựa trên công

nghệ truy cập vô tuyến W-CDMA, là giải pháp nói chung thích hợp với các nhà khai

thác dịch vụ di động (Mobile network operator) sử dung GSM, tập trung chủ yếu ở

châu Âu và một phần châu Á (trong đó có Việt Nam). UMTS được tiêu chuẩn hóa

bởi tổ chức 3GPP, cũng là tổ chức chịu trách nhiệm định nghĩa chuẩn cho GSM,

GPRS và EDGE.

FOMA, thực hiện bởi công ty viễn thông NTT DoCoMo Nhật Bản

năm 2001, được coi như là một dịch vụ thương mại 3G đầu tiên. Tuy là dựa trên

công nghệ W-CDMA, nhưng công nghệ này vẫn không tương thích với UMTS (mặc

dù có các bước tiếp hiện thời để thay đổi lại tình thế này).

CDMA 2000

Là thế hệ kế tiếp của các chuẩn 2G CDMA và IS-95. Các đề xuất của

CDMA2000 được đưa ra bàn thảo và áp dụng bên ngoài khuôn khổ GSM tại Mỹ,

Nhật Bản và Hàn Quốc. CDMA2000 được quản lý bởi 3GPP2 – một tổ chức độc lập

với 3GPP. Và đã có nhiều công nghệ truyền thông khác nhau được sử dụng trong

CDMA2000 bao gồm 1xRTT, CDMA2000-1xEV-DO và 1xEV-DV.

CDMA 2000 cung cấp tốc độ dữ liêu từ 144 kbit/s tới trên 3 Mbit/s.

Chuẩn này đã được chấp nhận bởi ITU.

Người ta cho rằng sự ra đời thành công nhất của mạng CDMA-2000 là

tại KDDI của Nhận Bản, dưới thương hiệu AU với hơn 20 triệu thuê bao 3G. Kể từ

năm 2003, KDDI đã nâng cấp từ mạng CDMA2000-1x lên mạng CDMA2000-

1xEV-DO với tốc độ dữ liệu tới 2.4 Mbit/s. Năm 2006, AU nâng cấp mạng lên tốc

độ 3.6 Mbit/s. SK Telecom của Hàn Quốc đã đưa ra dịch vụ CDMA2000-1x đầu tiên

năm 2000, và sau đó là mạng 1xEV-DO vào tháng 2 năm 2002.


TD-SCDMA :Chuẩn được ít được biết đến hơn là TD-SCDMA, được phát

triển riêng tại Trung Quốc bởi công ty Datang và Siemens.

Wideband CDMA:

Hỗ trợ tốc độ giữa 384 kbit/s và 2 Mbit/s. Giao thức này được dùng trong một

mạng diện rộng WAN, tốc độ tối đa là 384 kbit/s. Khi nó dùng trong một mạng cục

bộ LAN, tốc độ tối đa chỉ là 1,8 Mbit/s. Chuẩn này cũng được công nhận bởi ITU.

1.5.Mạng thông tin di động 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

1.6.Mạng thông tin di động 4G :Hay còn có thể viết là 4-G, là công nghệ truyền thông không dây thế hệ thứ

tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1 -

1,5 Gbit/s. Cách đây không lâu thì một nhóm gồm 26 công ty trong đó có Vodafone

(Anh), Siemens (Đức), Alcatel (Pháp), NEC và DoCoMo (Nhật Bản), đã ký thỏa

thuận cùng nhau phát triển một tiêu chí cao cấp cho ĐTDĐ, một thế hệ thứ 4 trong

kết nối di động – đó chính là nền tảng cho kết nối 4G sắp tới đây.

Công nghệ 4G được hiểu là chuẩn tương lai của các thiết bị không dây. Các

nghiên cứu đầu tiên của NTT DoCoMo cho biết, điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu

với tốc độ 100 Mbit/s khi di chuyển và tới 1 Gbit/s khi đứng yên, cũng như cho phép


người sử dụng có thể tải và truyền lên các hình ảnh, video clips chất lượng cao. Với

cách nhìn nhận này, 4G sẽ chính là mạng 3G LTE, UMB hay WiMAX 802.16m. :

cho phép người dùng truyền tải các dữ liệu HD, xem tivi tốc độ cao, trải nghệm web

tiên tiến hơn cũng như mang lại cho người dùng nhiều tiện lợi hơn nữa từ chính

chiếc di động của mình.

Hình 1: Lộ trình phát triển thông tin di động từ 1G lên 4G.

LTE (Long Term Evolution - Sự tiến hóa trong tương lai xa) miêu tả công

việc chuẩn hóa của 3GPP để xác định phương pháp truy nhập vô tuyến tốc độ

cao mới cho các hệ thống truyền thông di động. LTE là bước tiếp theo dẫn

đến hệ thống thông tin di động 4G. Xây dựng trên các nền tảng kỹ thuật của

họ các hệ thống mạng tế bào 3GPP (bao gồm GSM, GPRS và EDGE,

WCDMA và HSPA), LTE cung cấp một con đường tiến hóa đến các tốc độ

cao hơn và độ trễ thấp hơn. Cùng với sự hiệu quả hơn trong sử dụng phổ tần

hữu hạn của các nhà khai thác, LTE cho một môi trường dịch vụ di động hấp

dẫn và phong phú hơn.

UMB (Ultra Mobile Broadband- Mạng thông tin di động siêu băng rộng), là

thế hệ mạng thông tin di động tiếp nối của CDMA2000 được phát triển bởi

3GPP2 mà chủ lực là Qualcomm. UMB được sánh ngang với công nghệ LTE

của 3GPP. UMB sử dụng OFDMA, MIMO, đa truy cập phân chia theo không

gian cũng như các kỹ thuật angten hiện đại để tăng khả năng của mạng, tăng


http://tudiencongnghe.net/SDMA

http://tudiencongnghe.net/SDMA

http://tudiencongnghe.net/MIMO

http://tudiencongnghe.net/OFDMA

http://tudiencongnghe.net/3GPP

http://tudiencongnghe.net/LTE

http://tudiencongnghe.net/3GPP2

http://tudiencongnghe.net/CDMA2000

vùng phủ và tăng chất lượng dịch vụ. UMB có thể cho tốc độ dữ liệu đường

xuống tới 280Mbit/giây và dữ liệu đường lên tới 75Mbit/giây.

WiMAX 802.16m (hay còn gọi là WiMAX II) được phát triển từ chuẩn IEEE

802.16e, là công nghệ duy nhất trong các công nghệ tiền 4G được xây dựng

hoàn toàn dựa trên công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao

OFDMA (kỹ thuật đa truy cập vào kênh truyền OFDM). Công nghệ WiMAX

II sẽ hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu lên tới 100 Mb/s cho các ứng dụng di động

và có thể lên tới 1Gb/s cho các người dùng tĩnh. Khoảng cách truyền của

WiMAX II là khoảng 2 km ở môi trường thành thị và khoảng 10 km cho các

khu vực nông thôn.


http://tudiencongnghe.net/QoS

CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ

VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ LTE

2.1. 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.

Hình 2.1: Kiến trúc mô hình LTE theo TR 23.822


2.2. Mục tiêu thiết kế LTE : Tăng tốc độ truyền dữ liệu : Trong điều kiện lý tưởng dung lượng

truyền trên kênh đường xuống (downlink) có thể đạt 100 Mbps và trên kênh đường

lên (uplink) có thể đạt 50 Mbps đối với băng thông 20MHz , khi làm việc ở các giải

tần khác thì dung lượng truyền cũng tỉ lệ tương ứng.

Tải xuống gấp 3 đến 4 lần; Tải lên gấp 2 đến 3 lần.

Độ dài băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với các băng 1.25MHz,

1.6 MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 Mhz cả chiều lên và xuống. Hỗ

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

Giảm thời gian chuyển đổi trạng thái trên mặt phẳng điều khiển :

+ Giảm thời gian để một thiết bị đầu cuối ( UE - User Equipment) chuyển từ

trạng thái nghỉ sang nối kết với mạng, và bắt đầu truyền thông tin trên một kênh

truyền.Thời gian này phải nhỏ hơn 100ms. Vì chính thời gian chuyển đổi này làm

cho người dùng có thể cảm nhận được độ trễ khi truy cập một dich vụ trên internet

sau một khoảng thời gian không hoạt động. LTE có thể hỗ trợ ít nhất 200 thiết bị đầu

cuối di động ở trạng thái nối kết khi hoạt động ở dải tần 5 MHz. Trong mỗi băng tần

rộng hơn 5 MHz, thì ít nhất có 400 thiết bị đầu cuối được hỗ trợ. Số lượng thiết bị

đầu cuối ở trạng thái nghỉ trong cell không nói rõ là bao nhiêu nhưng có thể là cao

hơn một cách đáng kể.

+ Giảm độ trễ ở mặt phẳng người dùng: Nhược điểm của các mạng tổ ong (cell)

hiện nay là độ trễ truyền cao hơn nhiều so với các mạng đường dây cố định. Điều

này ảnh hưởng lớn đến các ứng dụng như thoại và chơi game …,vì cần thời gian

thực. Yêu cầu đối với LTE là độ trễ trên giao tiếp vô tuyến phải khoảng chừng 5 ms

để độ trễ truyền từ UE này đến UE kia tương đương với độ trễ ở các mạng đường

dây cố định.

Sẽ không còn chuyển mạch kênh : Tất cả sẽ dựa trên IP. Một trong

những tính năng đáng kể nhất của LTE là sự chuyển dịch đến mạng lõi hoàn toàn

dựa trên IP với giao diện mở và kiến trúc đơn giản hóa. Sâu xa hơn, phần lớn công

việc chuẩn hóa của 3GPP nhắm đến sự chuyển đổi kiến trúc mạng lõi đang tồn tại

sang hệ thống toàn IP. Trong 3GPP.Chúng cho phép cung cấp các dịch vụ linh hoạt

hơn và sự liên hoạt động đơn giản với các mạng di động phi 3GPP và các mạng cố


định. EPC dựa trên các giao thức TCP/IP – giống như phần lớn các mạng số liệu cố

định ngày nay- vì vậy cung cấp các dịch vụ giống PC như thoại, video, tin nhắn và

các dịch vụ đa phương tiện. Sự chuyển dịch lên kiến trúc toàn gói cũng cho phép cải

thiện sự phối hợp với các mạng truyền thông không dây và cố định khác.VoIP sẽ

dùng cho dịch vụ thoại.

Độ phủ sóng từ 5-100km : Trong vòng bán kính 5km LTE cung cấp tối

ưu về lưu lượng người dùng, hiệu suất phổ và độ di động. Phạm vi lên đến 30km thì

có một sự giảm nhẹ cho phép về lưu lượng người dùng còn hiệu suất phổ thì lại giảm

một cách đáng kể hơn nhưng vẫn có thể chấp nhận được, tuy nhiên yêu cầu về độ di

động vẫn được đáp ứng. Bị giới hạn trong các cell có bán kính lên đến 100km. Dung

lượng thì khoảng hơn 200 người/cell (với băng thông 5MHz)

Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời. Tuy nhiên

mạng LTE vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2G hiện tại. Điều

này hết sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai LTE vì không cần thay đổi

toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có.

OFDMA ,SC-FDMA và MIMO được sử dụng trong LTE thay vì

CDMA như trong 3G.

Giảm chi phí : Yêu cầu đặt ra cho hệ thống LTE là giảm thiểu được chi

phí trong khi vẫn duy trì được hiệu suất nhằm đáp ứng được cho tất cả các dịch

vụ.Các vấn đề đường truyền,hoạt động và bảo dưỡng cũng liên quan đến yếu tố chi

phí,chính vì vậy không chỉ giao tiếp mà việc truyền tải đến các trạm gốc và hệ thống

quản lý cũng cần xác định rõ, ngoài ra một số vấn đề cũng được yêu cầu như là độ

phức tạp thấp,các thiết bị đầu cuối tiêu thụ ít năng lượng.

Cùng tồn tại với các chuẩn và hệ thống trước: Hệ thống LTE phải cùng

tồn tại và có thể phối hợp hoạt động với các hệ thống 3GPP khác .Người sử dụng

LTE sẽ có thể thực hiện các cuộc gọi từ thiết bị đầu cuối của mình và thậm chí khi

họ không nằm trong vùng phủ sóng của LTE. Do đó, cho phép chuyển giao các dịch

vụ xuyên suốt, trôi chảy trong khu vực phủ sóng của HSPA, WCDMA hay

GSM/GPRS/EDGE. Hơn thế nữa, LTE hỗ trợ không chỉ chuyển giao trong hệ thống,

liên hệ thống mà còn chuyển giao liên miền giữa miền chuyển mạch gói và miền

chuyển mạch kênh.


LTE được 3GPPS nghiên cứu và phát triển với sự hậu thuẫn của các đại gia

trong làng viễn thông thế giới như Alcatel-Lucent, Ericsson, Motorola, Nokia,

Nokia Siemens Networks, Huawei, LG Electronics, Samsung, NEC, Fujitsu…

2.3. Lộ trình phát triển công nghệ LTE và các công nghệ khác:Hiện nay, công nghệ truyền thông phát triển như vũ bão tạo thành những cuộc

chiến cạnh tranh các công nghệ. Trong đó nổi trội là cuộc cạnh tranh giữa công nghệ

LTE và công nghệ WiMax.

Hình 2.2 : Lộ trình phát triển LTE và các công nghệ khác

2.3.1.WiMAXWiMAX 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 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 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 3).


http://ms.thongtincongnghe.com/upload/large/0712/17/wimaxevolution.PNG

Hình 2.3 : 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….

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

Tính năng

3GPP LTE RAN1 802.16e / Mobile

WiMax R1

802.16e/ Mobile

WiMax R2

Ghép kênh TDD, FDD TDD TDD, FDD

Băng tần dự kiến 700MHz – 2,6 GHz 2,3GHz; 2,5GHz;

3,3- 3,8GHz

2,3GHz; 2,5GHz;

3,3- 3,8GHz

Tốc độ tối đa

( Download/

Upload)

300Mbps /

100Mbps

70Mbps / 70Mbps 300Mbps/100Mbps

Di động 350km/h 120km/h 350km/h

Phạm vi phủ sóng 5/30/100km 1/5/30km 1/5/30km

Số người dùng

VoIP đồng thời

80 50 100

Thời điểm hoàn

tất chuẩn

Cuối năm 2008, đầu

năm 2009

2005 2009

Bảng 2 : So sánh công nghệ kỹ thuật dùng trong 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 LTE. Tuy nhiên, nếu nhìn kỹ trên bảng so sánh thì ta thấy công


nghệ 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 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 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. 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 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

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 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 phading 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.

Nhìn chung về mặt kỹ thuật, hai công nghệ WiMAX và 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. Lợi thế dành cho LTE khi LTE được các nhà

khai thác GSM ( GSM Asociation ) 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 tiếp theo có thể chiếm

thị phần tới 89% ( theo Gartner) – những con số “ trong mơ “ đối với WiMax.Hơn

nữa, LTE cho phép tận dụng hạ tầng GSM có sẵn ( tuy vẫn đầu tư thêm thiết bị )

trong khi WiMax phải xây dựng từ đầu .

Nhận thấy lợi thế của LTE, nhiều nhà khai thác mạng đã cân nhắc lại việc

triển khai WiMax và chuyển sang LTE, đáng kể trong số đó có 2 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. Khảo sát cho thấy các nhà khai thác di động ở Bắc Mỹ và

Tây Auu nghiêng về LTE, trong khi các nước mới phát triển ( đặc biệt ở khu vực

châu Á – Thái Bình Dương ) thì ủng hộ WiMax.

Trong cuộc đua 4G, WiMax và LTE hiện là hai công nghệ sáng giá nhất.Liệu

hai công nghệ này có thể cùng tồn tại độc lập hay sẽ sát nhập thành một chuẩn

chung? Hiệu năng của WiMax và LTE tương đương nhau, do vậy việc quyết định

hiện nay phụ thuộc vào yếu tố sẵn sàng và khả năng thâm nhập thị trường.

2.3.3.Dịch vụ, ứng dụng và tương lai không xa cho công nghệ LTE:

Các dịch vụ LTE :

Tốc độ truyền đường xuống (và đường lên) rất cao với sự linh hoạt hơn, hiệu quả sử

dụng phổ tần và giảm trễ gói, LTE hứa hẹn tăng cường việc phân phối các dịch vụ

băng rộng di động và thêm tính năng cho các dịch vụ giá trị gia tăng mới đang tồn

tại.

Chỉ mục dịch

vụ

Môi trường hiện tại Môi trường LTE

Thoại Audio thời gian thực VoIP, hội thảo video

chất lượng cao

Nhắn tin P2P SMS, MMS, email với quyền

ưu tiên thấp

Tin nhắn hình ảnh, IM,

email di động, tin nhắn

video

Trình duyệt Truy nhập đến các thông tin

dịch vụ trực tuyến cho những

người sử dụng nào chi trả giá

mạng chuẩn. Hiên tại giới hạn

Duyệt web siêu nhanh,

tải nội dung lên các

trang mạng xã hội.


việc duyệt WAP trên các

mạng GPRS và 3G.

Thông tin trả trước Nội dung cho người sử dụng

nào trả trên cước mạng chuẩn.

Phần lớn là thông tin dựa trên

văn bản

Báo điện tử, luồng audio

chất lượng cao.

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

của các nghệ sĩ), các

trang web di động cá

nhân hóa

Trò chơi điện tử Trò chơi điện tử trực tuyến và

có thể tải về.

Trải nghiệm trò chơi

điện tử như nhau ở cả

mạng di động và cố

định.

TV/Video theo yêu

cầu

Nội dung video có thể tải về

và theo luồng.

Các dịch vụ truyền hình

quảng bá, truyền hình

theo yêu cầu thực, luồng

video chất lượng cao.

Âm nhạc Dịch vụ radio tương tự và tải

về toàn bộ bài.

Lưu trữ và tải xuống âm

nhạc chất lượng cao.

Tin nhắn nội dung

và phương tiện

Nhắn tin peer – to – peer nhờ

sử dụng nội dung bên thứ ba

cũng như là tương tác với

phương tiện khác.

Phân bố trên phạm vi

rộng các đoạn video,

dịch vụ karaoke, quảng

cáo di động dựa trên

video.

M-thương mại Đặt các giao dịch (bao gồm cả

đánh bạc) và phương tiện chi

trả trên mạng di động

Điện thoại di động như

là thiết bị chi trả, với chi

tiết về sự chi trả được tải

trên các mạng tốc độ cao


để cho phép hoàn thiện

các giao dịch tốc độ cao.

Mạng số liệu di

động

Truy nhập các mạng Internet

nội bộ và cơ sở dữ liệu cũng

như là sử dụng các ứng dụng

như CRM.

Truyền tập P2P, các ứng

dụng kinh doanh, chia sẻ

ứng dụng, truyền thông

M2M, mạng Internet nội

bộ/mạng nội bộ mở rộng

di động

Bảng 3. Dịch vụ và ứng dụng của LTE

Vào ngày 19/12/2007, hãng Nokia Siemens Networks đã công bố thử nghiệm

thành công công nghệ LTE với tốc độ lên đến 173 Mb/s trong môi trường đô thị với

nhiều thuê bao cùng lúc. Trên băng tần 2,6 GHz với 20MHz băng thông, tốc độ này

đã vượt xa tốc độ yêu cầu là 100 Mbps.

Giám đốc kỹ thuật của hãng, ông Stephan Scholz phát biểu: “Khi thế giới tiến

gần đến con số 5 tỉ thuê bao vào năm 2015, theo tiên đoán của chúng tôi, các nhà

cung cấp dịch vụ di động sẽ phải sử dụng tất cả các băng tần với một cấu trúc mạng

đơn giản nhất và hiệu quả chi phí cao nhất để phục vụ lưu lượng liên lạc cao hơn 100

lần. Cuộc thử nghiệm thực tế này là một chứng minh ban đầu quan trọng cho khái

niệm về LTE”.

Cuộc gọi thoại đầu tiên giữa 2 điện thoại LTE đã được trình diễn vào Hội nghị

Thế giới di động (Mobile World Congress) được tổ chức vào tháng 2/2008 tại

Barcelona, Tây Ban Nha.

Vào tháng 3 vừa qua, mạng NTT DoCoMo đã thử nghiệm LTE đạt đến tốc độ

250Mbps.Tại các triển lãm viễn thông quốc tế gần đây, các nhà sản xuất Huawei,

Motorola, Ericsson… cũng đã biểu diễn LTE với các ứng dụng như xem tivi chất

lượng cao HDTV, chơi game online… Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này chứng

tỏ khả năng thương mại hóa LTE đã đến rất gần.


CHƯƠNG 3 : KIẾN TRÚC GIAO THỨC CỦA 4G-LTETổng quan về kiến trúc giao thức LTE cho đường xuống được minh họa trong

hình 3.1. Kiến trúc giao thức LTE liên quan đến đường lên tương tự với kiến trúc đường xuống ,và cũng có một số sự khác biệt về sự lựa chọn định dạng truyền tải (transport format selection) và truyền dẫn đa anten (multi-antenna transmission).

Dữ liệu được truyền trên đường xuống dưới dạng các gói IP trên một trong những tải tin SAE (SAE bearers). Trước khi truyền đi qua giao diện vô tuyến, những gói IP đến (incoming IP packets) sẽ đi qua nhiều phần tử.

Hình 3.1 – Kiến trúc giao thức LTE (đường xuống)

Giao thức hội tụ số liệu gói (Packet Data Convergence Protocol-PDCP): thực hiện việc nén tiêu đề IP (IP header) để làm giảm số lượng bit cần thiết cho việc truyền dẫn thông qua giao diện vô tuyến. Cơ chế nén tiêu đề dựa trên ROHC, một thuật toán nén tiêu đề tiêu chuẩn được sử dụng trong WCDMA cũng như là trong các tiêu chuẩn thông tin di động khác. PDCP cũng đảm nhiệm việc mã


hóa và bảo vệ tính toàn vẹn của dữ liệu được truyền đi. Tại phía thu, giao thức PDCP sẽ thực hiện công việc giải nén và giải mã thông tin. Chỉ có một phần tử PDCP trên một tải tin vô tuyến được cấu hình cho một thiết bị đầu cuối di động.

Điều khiển liên kết vô tuyến (Radio Link Control - RLC): đảm nhiệm việc phân đoạn / ghép nối, điều khiển việc truyền lại và phân phát lên các lớp cao hơn theo thứ tự. Không giống như WCDMA, giao thức RLC được định vị trong eNodeB v. chỉ có một loại node đơn trong kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến LTE (LTE radio access network architecture).RLC cung cấp các dịch vụ cho PDCP dưới dạng các tải tin vô tuyến.Chỉ có một phần tử RLC trên một tải tin vô tuyến được cấu hình cho một thiết bị đầu cuối di động.

Điều khiển truy cập môi trường (Medium Access Control - MAC): điều khiển việc truyền lại hybrid-ARQ và hoạch định đường lên, đường xuống. Chức năng hoạch định được định vị trong eNodeB, và nó chỉ có một phần tử MAC cho một tế bào, cho cả đường lên và đường xuống.Phần giao thức hybrid ARQ có mặt trong cả đầu cuối phát và thu của giao thức MAC. Khối MAC cung cấp các dịch vụ cho RLC dưới dạng các kênh logic.

Lớp vật lý (Physical layer – PHY): điều khiển việc mã hóa / giải mã,điều chế / giải điều chế, ánh xạ đa anten (multi antenna mapping), và các chức năng lớp vật l. tiêu biểu khác. Lớp vật lý cung cấp dịch vụ cho lớp MAC dưới dạng các kênh chuyển tải (transport channels).Những phần sau sẽ cung cấp những mô tả chi tiết hơn về các giao thức RLC và MAC của LTE cũng như là tổng quan về lớp vật lý khi được nhận từ lớp MAC.

3.1. PDCP: Packet Data Convergence Protocol - Giao thức hội tụ số liệu góiHình 3.2: Sơ đồ mô tả các thành phần của phần mềm PDCP:


Giao thức hội tụ số liệu gói (Packet Data Convergence Protocol-PDCP): thực hiện việc nén tiêu đề IP (IP header) để làm giảm số lượng bit cần thiết cho việc truyền dẫn thông qua giao diện vô tuyến.

Cơ chế nén tiêu đề dựa trên ROHC, một thuật toán nén tiêu đề tiêu chuẩn được sử dụng trong WCDMA cũng như là trong các tiêu chuẩn thông tin di động khác.

PDCP cũng đảm nhiệm việc mã hóa và bảo vệ tính toàn vẹn của dữ liệu được truyền đi. Tại phía thu, giao thức PDCP sẽ thực hiện công việc giải nén và giải mã thông tin. Chỉ có một phần tử PDCP trên một tải tin vô tuyến được cấu hình cho một thiết bị đầu cuối di động.

3.2. RLC: radio link control - điều khiển liên kết vô tuyến

RLC LTE đảm nhiệm việc phân đoạn (nén tiêu đề) các gói IP từ PDCP thành những đơn vị nhỏ hơn. RLC LTE điều khiển việc truyền lại các PDUs bị nhận nhầm, cũng như là xóa bỏ những PDUs bị nhân đôi (duplicate removal) và ghép nối các PDUs nhận được. Cuối cùng, RLC sẽ đảm bảo việc phân phát theo trình tự các RLC SDUs lên các lớp bên trên.

Cơ chế truyền lại RLC có trách nhiệm cung cấp dữ liệu phân phát không bị lỗi cho các lớp cao hơn. Một giao thức truyền lại hoạt động giữa các phần tử RLC tại đầu thu và đầu phát, bằng việc giám sát các số thứ tự đi đến (incoming sequence numbers), RLC thu có thể phát hiện ra những PDUs bị thiếu. Các báo cáo trạng thái sẽ được phản


hồi trở về RLC phát, yêu cầu truyền lại các PDUs bị thiếu. Khi phản hồi một trạng thái báo cáo được cấu hình, một báo cáo đặc trưng chỉ chứa thông tin về PDUs và được truyền đi. Dựa trên báo cáo trạng thái thu được, phần tử RLC tại đầu phát có thể đưa ra những hành động thích hợp và truyền lại những PDUs bị thiếu nếu được yêu cầu.

Khi RLC được cấu hình để yêu cầu truyền lại các PDUs bị thiếu, nó đang hoạt

động trong chế độ báo nhận (Acknowledged Mode - AM). Thông thường AM được

sử dụng cho các dịch vụ dựa trên TCP như khi truyền tập tin mà yếu tố phân phát dữ

liệu không bị lỗi được đặt lên hàng đầu.

Hình 3.3: Phân đoạn và hợp đoạn RLC

RLC cũng có thể được cấu hình theo chế độ không báo nhận (Unacknowledged Mode - UM) và chế độ trong suốt (Transparent Mode - TM). Trong chế độ UM, RLC sẽ cung cấp việc phân phát đúng thứ tự lên các lớp cao hơn, nhưng sẽ không truyền lại các PDUs bị thiếu. Thông thường UM được sử dụng cho những dịch vụ như VoIP khi mà việc phân phát không lỗi không quan trọng bằng thời gian phân phát ngắn. TM, mặc dù được hỗ trợ, nhưng chỉ sử dụng cho những mục đích riêng biệt như truy cập ngẫu nhiên.

RLC có khả năng kiểm soát lỗi truyền dẫn do nhiễu, sự biến đổi kênh truyền không thể dự đoán (unpredictable channel variations),… nhưng trong hầu hết trường hợp những lỗi này được kiểm soát bởi giao thức hybrid-ARQ dựa trên MAC. Việc sử dụng cơ chế truyền lại trong RLC có thể vì vậy mà trở nên không cần thiết. Tuy nhiên, không phải trường hợp nào cũng vậy và việc sử dụng cả hai cơ chế truyền lại dựa trên MAC và RLC trên thực tế cũng có mặt tích cực khi mà có sự khác nhau trong việc truyền tín hiệu phản hồi.

RLC cung cấp khả năng kiểm soát lỗi và kiểm soát năng lượng chức năng tại lớp liên kết giữa các trạm di động MS và bộ điều khiển trạm gốc BSC trong các mạng WCDMA. Tùy thuộc vào mạng cấu hình, sự trễ giữa MS và BSC thường thay đổi từ 30-100ms.


Khi RLC hoạt động trong chế độ Thừa nhận (RLC-AM), RLC nhận gửi báo cáo tình trạng phát RLC để kiểm soát luồng dữ liệu. Các báo cáo này chứa số thứ tự của các gói tin nhận được và mất tích (ACKs và NACKs).

Các bit thăm dò ý kiến nằm trong tiêu đề RLC-AM. Các máy phát có thể thiết lập các cuộc thăm dò định kỳ khi nó truyền tải PDU mới nhất trong bộ đệm truyền tải, hoặc khi bộ đếm thời gian cuộc thăm dò hết hạn và một báo cáo trạng thái không nhận được.

Khi một báo cáo trạng thái được gửi bởi người nhận , báo cáo tiếp theo không nên được gửi trước ít nhất một RTT (Round Trip Time-thời gian trễ vòng). Điều này là do mỗi báo cáo tình trạng có chứa NACKs tương ứng với tất cả các gói tin bị thiếu, truyền lại giả mạo có thể được kích hoạt nếu có đủ thời giani cho phép cho truyền lại. RLC sử dụng một cơ chế trạng thái cấm để điều chỉnh việc truyền tải các báo cáo tình trạng, bộ đếm thời gian trạng thái cấm được thiết lập một giá trị dài hơn RTT trung bình. Điều này cho phép các RLC thực hiện truyền lại trước khi một NACK mới được tạo ra.

Phương pháp này có hai nhược điểm lớn. Một là việc trì hoãn thông báo NACK cho các gói dữ liệu bị mất được xác định sau khi báo cáo trạng thái cuối cùng được gửi, làm tăng thời gian phục hồi lỗi. Phải mất một thời gian nhất định giữa các phát hiện của một gói dữ liệu bị mất và truyền NACK tương ứng, thời gian chờ đợi này hoàn toàn dư thừa và sẽ được thêm vào thời gian phục hồi lỗi. Nhược điểm thứ hai là việc trì hoãn thông báo về các gói tin nhận được (ACK) có thể làm ngừng việc truyền PDU mới.

Trong nỗ lực để giải quyết các vấn đề liên quan đến cơ chế báo cáo tình trạng RLC, Qualcom đã đệ trình đề nghị tiêu chuẩn hóa 3GPP RAN WG2. Về cơ bản, các ý tưởng chính là để tách ACK và NACK, khi nhận thông báo một PDU mất tích, một tin nhắn NACK được gửi cho phía phát chứa chỉ số thứ tự cụ thể của PDU này. Làm như vậy, thời gian phục hồi lỗi được giảm xuống.

RLC cũng chịu trách nhiệm việc phân đoạn và ghép nối. 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. Đối với LTE, kích thước RLC PDU thay đổi một cách động (varies dynamically), Khi tốc độ dữ liệu cao, kích thước PDU lớn dẫn đến phần mào đầu nhỏ hơn tương ứng, khi tốc độ dữ liệu thấp, đòi hỏi kích thước PDU 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.

3.3. 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.

3.3.1 Các kênh logic và các kênh truyền tảia)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.

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, 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 3.4:Thí dụ về sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải

3.3.2 Hoạch định đường lên.

Chức năng cơ bản của scheduler đường lên thì tương tự với đường xuống, cụ thể là việc quyết định động (dynamically determine) cho mỗi khoảng thời gian 1 ms,

lúc đó những thiết bị đầu cuối di động truyền dữ liệu trên kênh UL-SCH của nó thuộc tài nguyên đường lên (uplink resources). Hoạch định đường lên cũng được dùng cho HSPA, nhưng vì có sự khác nhau giữa những sơ đồ đa truy nhập được sử dụng (the different multiple-access schemes), cho nên về khía cạnh này thì HSPA và LTE có một vài sự khác biệt đáng kể.

Hình 3.5 : Việc lựa chọn đinh dạng truyền dẫn trong đường xuông (bên trái ) và

đường lên ( bên phải )

Trong HSPA, tài nguyên chia sẻ đường lên chính là độ giao thoa cho phép tại trạm gốc. Scheduler đường lên HSPA chỉ thiết lập một giới hạn phía trên cho số lượng giao thoa đường lên mà thiết bị đầu cuối di động được phép tạo ra. Dựa trên sự giới hạn này, thiết bị đầu cuối di động sẽ tự động lựa chọn một định dạng truyền dẫn thích hợp. Chiến thuật này rõ ràng đã tạo ra sự nhạy cảm cho đường lên không trực giao mà trong trường hợp này là HSPA. Một thiết bị đầu cuối di động không sử dụng tất cả tài nguyên mà nó được cấp sẽ truyền tại mức năng lượng thấp hơn, bằng cách ấy có thể làm giảm được nhiễu nội tế bào (intra-cell interference). Do đó, tài nguyên chia sẻ không được sử dụng bởi một thiết bị đầu cuối di động có thể được khai thác bởi một thiết bị đầu cuối di động khác thông qua việc ghép kênh theo thống kê (statistical multiplexing). Vì cơ chế lựa chọn định dạng truyền tải được kết hợp trong thiết bị đầu cuối di động đối với đường


lên HSPA, cho nên cần phải có báo hiệu ngoài băng để khai báo cho eNodeB biết về sự lựa chọn đã được tạo ra.

Đối với LTE, đường lên thì trực giao và tài nguyên chia sẻ được điều khiển bởi scheduler eNodeB là những đơn vị tài nguyên thời gian – tần số. Một tài nguyên đã được chỉ định mà không được sử dụng triệt để bởi một thiết bị đầu cuối di động nào đó thì phần tài nguyên còn lại cũng không thể cung cấp cho một thiết bị đầu cuối di động khác sử dụng. Vì thế, do đường lên trực giao, mà độ lợi giảm đi đáng kể trong việc để cho thiết bị đầu cuối di động lựa chọn định dạng truyền tải khi được so sánh với HSPA. Cho nên, ngoài việc cấp phát tài nguyên thời gian- tần số cho thiết bị đầu cuối di động, scheduler eNodeB còn chịu trách nhiệm việc điều khiển định dạng truyền dẫn (kích thước tải trọng, sơ đồ điều chế) mà thiết bị đầu cuối di động sẽ sử dụng. Khi scheduler biết được định dạng truyền tải mà thiết bị đầu cuối di động sử dụng lúc nó phát đi thì không cần phải báo hiệu ngoài băng từ thiết bị đầu cuối di động tới eNodeB. Lợi nhuận có được từ phối cảnh vùng phủ sóng (coverage perspective) khi tính đến chi phí trên mỗi bit phát đi của thông tin điều khiển ngoài băng có thể cao hơn đáng kể so với chi phí truyền dữ liệu khi tín hiệu điều khiển cần được thu với một độ tin cậy cao hơn.

Mặc dù sự thật là scheduler eNodeB sẽ quyết định định dạng truyền tải cho đầu cuối di động, nhưng có một điều quan trọng cần lưu ý là quyết định hoạch định đường lên được đưa ra cho mỗi đầu cuối di động chứ không phải cho mỗi tải tin vô tuyến (radio bearer). Như vậy, mặc dù scheduler eNodeB điều khiển tải trọng của một đầu cuối di động được hoạch định, thì đầu cuối vẫn chịu trách nhiệm lựa chọn từ những tải tin vô tuyến nào mà dữ liệu được mang theo. Cho nên, đầu cuối di động sẽ tự động điều khiển việc ghép kênh logic (logical-channel multiplexing). Điều này được minh họa trong phần bên phải của hình 3.4, nơi mà scheduler eNodeB điều khiển định dạng truyền tải còn đầu cuối di động điều khiển việc ghép kênh logic. Để so sánh, trong tình huống đường xuống tương ứng, khi mà eNodeB điều khiển cả định dạng truyền dẫn và ghép kênh logic, được miêu tả bên trái hình vẽ.

Ghép kênh tải tin vô tuyến (radio-bearer) trong đầu cuối di động được thực hiện theo những quy tắc, thông qua các thông số mà có thể được cấu hình bởi báo hiệu RRC từ eNodeB. Mỗi tải tin vô tuyến được chỉ định sự ưu tiên và tốc độ bit ưu tiên (prioritized bit rate). Sau đó đầu cuối di động sẽ thực hiện ghép kênh sóng mang vô tuyến, như vậy các sóng mang vô tuyến được xử lý theo thứ tự ưu tiên tùy tốc độ bit ưu tiên của chúng. Những tài nguyên còn lại, nếu có, sau khi hoàn thành tốc độ bit ưu tiên sẽ được đưa đến những sóng mang vô tuyến theo thứ tự ưu tiên.


Để trợ giúp cho scheduler đường lên trong mỗi quyết định của nó, đầu cuối di động có thể phát đi thông tin hoạch định (scheduling information) tới eNode bằng cách sử dụng một tin nhắn MAC. Rõ ràng, thông tin này chỉ có thể được truyền đi nếu đầu cuối di động vừa được cấp một chấn nhận hoạch định hợp lệ (a valid scheduling grant). Đối với những trường hợp khác, một chỉ thị khi mà đầu cuối di động cần tài nguyên đường lên sẽ được cung cấp như một phần của kiến trúc báo hiệu điều khiển đường lên L1/L2 (the uplink L1/L2 control-signaling structure),

Hoạch định phụ thuộc kênh truyền thường được sử dụng cho đường xuống. Trên lý thuyết, kỹ thuật này cũng có thể được sử dụng cho đường lên. Tuy nhiên, việc đánh giá chất lượng kênh truyền đường lên thì không đơn giản như trường hợp đối với đường xuống. Tình trạng kênh truyền đường xuống có thể được đo lường bởi tất cả đầu cuối di động trong tế bào chỉ đơn giản bằng việc theo dõi tín hiệu tham khảo được truyền bởi eNodeB và tất cả các đầu cuối di động có thể chia sẻ cùng tín hiệu tham khảo cho mục đích đánh giá chất lượng kênh truyền. Tuy nhiên việc đánh giá chất lượng kênh truyền đường lên lại yêu cầu một tín hiệu tham khảo thăm dò (a sounding reference signal) được truyền đi từ mỗi đầu cuối di động cho những eNodeB nào muốn đánh giá chất lượng kênh truyền. Một tín hiệu tham khảo thăm dò như vậy được hỗ trợ bởi LTE sẽ được mô tả thêm trong chương 4, nhưng điều này lại đi kèm với vấn đề tổng chi phí. Vì vậy, những phương pháp được cung cấp cho phân tận đường lên sẽ trở nên quan trọng như là một phần bổ sung hoặc thay thế cho kỹ thuật hoạch định phụ thuộc kênh truyền đường lên.

3.3.3 Hoạch định đường xuống.

Một trong những nguyên lý cơ bản của truy nhập vô tuyến LTE là việc truyền dẫn chia sẻ kênh truyền trên DL-SCH và UL-SCH, nghĩa là tài nguyên thời gian và tần số được chia sẻ động giữa những người dùng trong cả đường lên và đường xuống. Scheduler là một phần của lớp MAC và nó điều khiển việc phân bổ tài nguyên đường lên và đường xuống. Hoạch định đường lên và đường xuống

được tách rời trong LTE và những quyết định phân bố đường lên, đường xuống có thể được đưa ra độc lập lẫn nhau (trong những giới hạn được thiết lập bởi sự phân chia UL/DL đối với hoạt động TDD). Hoạch định đường lên sẽ được bàn đến trong mục 3.3.2, trong khi phần còn lại của mục này sẽ tập trung vào hoạch định đường xuống.


Nguyên tắc cơ bản cho scheduler đường xuống đó là quyết định động (dynamically determine), trong mỗi khoảng thời gian 1 ms, những thiết bị đầu cuối nào được phép thu truyền dẫn DL-SCH và trên những tài nguyên gì. Nhiều thiết bị đầu cuối có thể được hoạch định song song, trong mỗi trường hợp chỉ có 1 DL- SCH trên mỗi thiết bị đầu cuối được hoạch định, và nó sẽ được ánh xạ động (dynamically mapped) tới một tập hợp tài nguyên tần số duy nhất. Đơn vị thời gian-tần số cơ bản trong scheduler còn được gọi là khối tài nguyên (resource block). Các khối tài nguyên được mô tả chi tiết hơn trong chương 4 cùng với việc ánh xạ dữ liệu tới tài nguyên vật lý, nhưng về nguyên tắc cơ bản thì một khối tài nguyên là 1 đơn vị rộng 180 kHz trong miền tần số. Trong mỗi khoảng thời gian hoạch định 1ms, scheduler sẽ phân bổ các khối tài nguyên cho một thiết bị đầu cuối để tiếp nhận việc truyền dẫn DL-SCH, một sự phân bổ được sử dụng bởi tiến trình lớp vật lý sẽ được mô tả trong phần sau. Scheduler cũng đảm trách việc lựa chọn kích thước khối truyền tải (transport-block). Như là một hệ quả của việc scheduler điều khiển tốc độ dữ liệu, mà sự phân đoạn RLC và ghép kênh MAC cũng sẽ bị ảnh hưởng bởi quyết định phân bố (scheduling decision). Đầu ra từ scheduler đường xuống có thể được nhìn thấy trong hình 3.1.

Mặc dù chiến lược hoạch định (scheduling strategy) là một đặc trưng bổ sung và không được chỉ định bởi 3GPP, mục tiêu chung của hầu hết những scheduler là lợi dụng sự thay đổi kênh truyền giữa những thiết bị đầu cuối di động và ưu tiên hoạch định truyền dẫn cho thiết bị đầu cuối di động trên những tài nguyên có điều kiện kênh truyền thuận lợi. Về mặt này, hoạt động của scheduler LTE về cơ bản thì tương tự với scheduler đường xuống trong HSDPA. Tuy nhiên, vì sử dụng sơ đồ truyền dẫn đường xuống OFDM, LTE có thể khai thác sự biến đổi kênh truyền trong cả miền thời gian và tần số, trong khi HSDPA chỉ có thể khai thác sự biến đổi trong miền thời gian. Điều này đã được đề cập đến trong chương 2 và được minh họa qua hình 2.1. Đối với những băng thông lớn hơn được hỗ trợ bởi LTE, khi mà lượng fading lựa chọn tần số (frequency-selective fading) sẽ thường xuyên xảy ra, khả năng khai thác sự biến đổi kênh của miền tần số của scheduler sẽ trở nên càng quan trọng khi so với việc chỉ khai thác sự biến đổi trên miền thời gian. Đặc biệt tại những tốc độ thấp, khi mà sự biến đổi trong miền thời

gian là tương đối chậm so với yêu cầu về độ trễ được đặt ra bởi nhiều dịch vụ, lúc này khả năng khai thác cả sự biến đổi miền tần số sẽ trở nên có lợi.

Thông tin về trạng thái kênh truyền đường xuống, cần thiết cho việc


hoạch định phụ thuộc kênh truyền, được phản hồi từ thiết bị đầu cuối di động tới eNodeB thông qua những báo cáo chất lượng kênh truyền (channel-quality reports). Báo cáo chất lượng kênh truyền, còn được biết như Bộ chỉ thị chất lượng kênh truyền (Channel-Quality Indicator), bao gồm những thông tin không chỉ về chất lượng kênh truyền hiện thời trong miền tần số, mà còn những thông tin cần thiết cho việc đưa ra những quyết định xử lý anten thích hợp trong trường hợp phân kênh không gian. Cơ sở cho những báo cáo CQI là việc đo lường những tín hiệu tham chiếu đường xuống (the downlink reference signals). Tuy nhiên, những nguồn phụ về hiện trạng kênh truyền, ví dụ như sự trao đổi kênh truyền trong hoạt động TDD, cũng được khai thác bằng cách cài đặt một scheduler riêng biệt như một sự bổ sung cho những báo cáo CQI.

Ngoài chất lượng kênh truyền, một scheduler hiệu năng cao cũng phải cân nhắc đến tình trạng bộ đệm (buffer status) và mức độ ưu tiên trong quyết định phân bố (decision scheduling). Cả những khác nhau về loại dịch vụ cũng như là loại thuê bao (subscription type) có thể gây ảnh hưởng đến độ ưu tiên khi hoạch định. Ví dụ, một người dùng voice-over-IP với một đăng ký thuê bao đắt tiền phải luôn được duy trì chất lượng dịch vụ cho dù tải trọng hệ thống đang ở mức cao, trong khi một người dùng đăng ký thuê bao chi phí thấp (a low-cost subscription) đang tải về một file có thể phải được thỏa mãn với những tài nguyên mà không được yêu cầu để hỗ trợ cho những người dùng khác.

Sự điều phối nhiễu, sẽ thực hiện việc điều khiển nhiễu liên tế bào trên cơ sở chậm (slow basis) được đề cập đến trong chương 2, cũng là một phần của scheduler. Khi chiến lược hoạch định không được ủy nhiệm bởi những đặc tính kỹ thuật, sơ đồ điều phối nhiễu (nếu được sử dụng) là đặc thù của nhà khai thác và có thể nằm trong phạm vi từ những triển khai tái sử dụng bậc cao đơn giản (simple higher-order reuse deployments) tới những sơ đồ tiên tiến hơn.

3.3.4 Hybrid ARQ

Hybird ARQ với kết hợp mềm trong LTE đáp ứng một mục đích tương tự với cơ chế hybird-ARQ trong HSPA – đó là cung cấp sức chịu đựng để chống lại các lỗi truyền dẫn. Nó cũng là một công cụ để nâng cao năng suất. Khi mà những cơ chế truyền lại hybird-ARQ là nhanh, nhiều dịch vụ cho phép một hoặc nhiều sự truyền lại, bằng cách thiết lập một cơ chế điều khiển tốc độ ẩn (vòng lặp kín) (an implicit (closed loop) rate-control mechanism). Tương tự với phương pháp trong HSPA, giao thức hybrid-ARQ là một phần của lớp MAC, trong khi hoạt động kết


hợp mềm được điều khiển bởi lớp vật lý.

Rõ ràng, hybrid ARQ không được áp dụng cho tất cả các dạng lưu lượng. Ví dụ, truyền dẫn broadcast, khi mà những thông tin giống nhau được dành cho nhiều người dùng, thông thường không phụ thuộc vào hybrid ARQ. Vì vậy, hybrid ARQ chỉ được hỗ trợ cho DL-SCH và UL-SCH.

Giao thức hybrid ARQ trong LTE giống với giao thức tương ứng được sử dụng cho HSPA, đó là việc sử dụng nhiều tiến trình stop-and-wait song song. Trong lúc tiếp nhận những khối truyền tải, đầu thu sẽ tìm cách giải mã khối truyền tải và khai báo cho đầu phát về kết quả của hoạt động giải mã thông qua một bit đơn ACK/NAK để chỉ thị việc giải mã có thành công hay không hoặc truyền lại khối truyền tải nếu được yêu cầu. Những chi tiết khác về truyền dẫn ACK/NAK trong đường xuống và đường lên sẽ được tìm thấy trong chương 4. Để tối thiểu hóa chi phí, một bit đơn ACK/NAK được sử dụng. Rõ ràng, đầu thu phải biết bit ACK/NAK thu được được liên kết với tiến trình hybid-ARQ nào. Hơn nữa, điều này được giải quyết bằng cách sử dụng cùng một phương pháp như trong HSPA khi thời điểm của ACK/NAK được sử dụng để kết hợp ACK/NAK với một tiến trình hybrid-ARQ nào đó. Điều này được minh họa trong hình 3.6. Chú ý rằng, đối với trường hợp hoạt động TDD, mối quan hệ về thời gian giữa việc tiếp nhận dữ liệu trong một tiến trình hybrid-ARQ nào đó và việc truyền dẫn ACK/NAK thì không bị ảnh hưởng bởi sự phân bố đường lên/đường xuống.

Tương tự với HSPA, một giao thức không đồng bộ là cơ sở cho hoạt động hybrid-ARQ đường xuống. Vì vậy, sự truyền lại đường xuống có thể xảy ra tại mọi thời điểm sau khi việc truyền dẫn được khởi tạo và một con số tiến trình hybrid-ARQ tường minh (an explicit hybrid-ARQ process number) được sử dụng để chỉ thị tiến trình nào đang được định địa chỉ (addressed). Sự truyền lại đường lên, mặt khác, lại dựa trên một giao thức đồng bộ và sự truyền lại xảy ra tại một thời gian xác định trước sau khi khởi tạo quá trình truyền dẫn và số tiến trình (process number) có thể nhận được hoàn toàn. Hai trường hợp được minh họa trong hình 3.5. Trong giao thức hybrid-ARQ không đồng bộ, sự truyền lại trên lý thuyết được hoạch định tương tự với việc khởi tạo quá trình truyền dẫn. Mặt khác trong giao thức đồng bộ, thời điểm truyền lại được cố định một lần khi khởi đầu quá trình truyền dẫn được hoạch định, phải được tính đến cho hoạt động hoạch định. Tuy nhiên, chú ý rằng scheduler sẽ phân biệt từ phần tử hybrid-ARQ trong eNodeB đầu cuối di động nào sẽ thực hiện truyền lại hay không.


Hình 3.6 – Giao thức hybrid-ARQ đồng bộ và không đồng bộ.

Hình 3.7 – Nhiều tiến trình hybrid-ARQ song song.

Việc sử dụng nhiều tiến trình hybird-ARQ song song, được minh họa trong hình 3.6, cho mỗi người dùng có thể dẫn đến sự không liên tục về dữ liệu được phân phối từ cơ chế hybrid-ARQ. Ví dụ, khối truyền tải thứ 5 trong hình được giải mã thành công trước khối truyền tải thứ 3, khi mà việc truyền lại được yêu cầu. Vì vậy, đòi hỏi phải có một vài dạng cơ chế sắp xếp lại (some form of reordering mechanism). Sau khi giải mã thành công, khối truyền tải được phân kênh thành các kênh logic thích hợp và thực hiện việc sắp xếp lại trên mỗi kênh logic bằng cách sử dụng các số thứ tự (sequence numbers). Ngược lại, HSPA dùng một con số thứ tự MAC riêng biệt cho việc sắp xếp lại. Nguyên nhân của việc này là do sự phụ trợ cho WCDMA và những lý do về vấn đề tương thích ngược, kiến


trúc RLC hoặc MAC vẫn được giữ nguyên khi giới thiệu HSPA. Mặt khác, đối với LTE, các lớp giao thức được thiết kế đồng thời, dẫn đến có ít giới hạn hơn trong


thiết kế. Tuy nhiên, nguyên lý đằng sau sự sắp xếp lại thì tương tự đối với các hệ thống, chỉ có số thứ tự được sử dụng là khác nhau.

Cơ chế hybrid-ARQ sẽ sửa những lỗi truyền dẫn do nhiễu hoặc do những biến đổi kênh truyền không dự đoán được (noise or unpredictable channel variations). Như đã được thảo luận ở trên, RLC cũng có khả năng yêu cầu truyền lại, mà khi mới nghe lần đầu thì có vẻ là không cần thiết. Tuy nhiên, mặc dù sự truyền lại RLC hiếm khi cần thiết khi mà cơ chế hybrid-ARQ dựa trên MAC có khả năng sửa hầu hết các lỗi truyền dẫn, nhưng hybrid-ARQ đôi khi có thể thất bại trong việc phân phối các khối dữ liệu mà không bị lỗi tới RLC, gây ra một khoảng trống (gap) trong thứ tự của các khối dữ liệu không lỗi (error-free data blocks) được phân phối tối RLC. Điều này thường xảy ra do tín hiệu phản hồi bị sai, ví dụ, một NAK được thể hiện sai thành một ACK bởi đầu phát, là nguyên nhân của việc mất mát dữ liệu. Xác suất xảy ra điều này có thể trong khoảng 1%, một xác suất lỗi rất cao đối với những dịch vụ dựa trên TCP yêu cầu việc phân phối các gói TCP gần như là không được lỗi. Một cách cụ thể hơn, nghĩa là đối với những tốc độ dữ liệu được duy trì trên 100

Mbit/s thì xác suất mất gói dữ liệu chấp nhận được phải thấp hơn 10-5. Về cơ bản, TCP xem tất cả các lỗi về gói dữ liệu là do sự tắt nghẽn. Các lỗi về gói dữ liệu vì vậy sẽ kích hoạt cơ chế tránh tắc nghẽn, với một sự tăng lên tương ứng về tốc độ dữ liệu, và duy trì chất lượng tốt tại những tốc độ dữ liệu cao, RLC-AM sẽ đáp ứng một mục tiêu quan trọng cho việc đảm bảo phân phối dữ liệu không bị lỗi tới TCP.

Vì vậy, từ những thảo luận ở trên, lý do có hai cơ chế truyền lại như ở trên có thể được hiểu rõ trong phần tín hiệu phản hồi. Tuy cơ chế hybrid-ARQ thực hiện việc truyền lại rất nhanh, nó cũng cần thiết phải gửi một bit báo cáo tình trạng ACK/NAK tới đầu phát càng nhanh càng tốt – một lần cho mỗi chu kỳ TTI. Mặc dù trên lý thuyết có thể đạt được một xác suất lỗi thấp theo mong muốn về phản hồi ACK/NAK, nhưng những xác suất lỗi rất thấp lại đi kèm với chi phí tương đối cao về mặt công suất truyền dẫn ACK/NAK. Việc giữ chi phí này một cách hợp lý thông thường dẫn đến một tỷ lệ lỗi phản hồi (a feedback error rate) trong khoảng 1% và như vậy sẽ quyết định đến tỷ lệ lỗi dư hybrid-ARQ (the hybrid-ARQ residual error rate). Tuy những báo cáo trạng thái RLC được phát đi ít thường xuyên đáng kể so với ACK/NAK hybrid-ARQ, nhưng chi phí của việc đạt được độ tin cậy 10-5 hoặc thấp là khá nhỏ. Vì vậy, việc phối hợp hybrid ARQ với RLC mang lại một sự kết hợp tốt giữa thời gian khứ hồi (roundtrip time) nhỏ và chi phí phản hồi vừa phải khi mà hai


thành phần này bổ sung cho nhau.

Vì RLC và hybrid ARQ được định vị trong cùng một node, cho nên khả năng tương tác giữa chúng trở nên chặt chẽ hơn. Ví dụ, nếu cơ chế hybrid-ARQ phát hiện được một lỗi không thể phục hồi, việc truyền một báo cáo trạng thái RLC có thể ngay lập tức được kích hoạt thay vì phải đợi để phát đi một báo cáo trạng thái theo định kỳ. Điều này sẽ khiến cho RLC truyền lại các PDUs bị mất nhanh hơn. Cho nên, trong một mức độ nào đó, việc kết hợp hybrid ARQ và RLC có thể xem như là một cơ chế truyền lại với hai cơ chế phản hồi trạng thái.

Trên lý thuyết, có cùng một sự tranh luận được tạo ra đối với trường hợp tương ứng trong HSPA. Tuy nhiên, việc RLC và hybrid ARQ được định vị tại những node khác nhau trong HSPA nhìn chung sẽ làm cho sự tương tác giữa chúng trở nên không chặt chẽ.

3.4 PHY: physical layer - lớp vật lý

Chức năng của lớp vật lý là chịu trách nhiệm cho việc mã hóa, xử lý hybrid-ARQ lớp vật lý (physical-layer hybrid-ARQ processing), điều chế, xử lý đa anten (multi-antenna processing), và ánh xạ tín hiệu tới những tài nguyên thời gian-tần số vật lý thích hợp. Một cái nhìn đơn giản về việc xử lý DL-SCH được đưa ra trong hình 3.7.Các khối lớp vật lý được điều khiển động (dynamically controlled) bởi lớp MAC

được thể hiện bằng màu xám, còn những khối vật lý được cấu hình bán tĩnh được thể hiện bằng màu trắng.


Hình 3.8 – Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCHKhi một đầu cuối di động được hoạch định trong một chu kỳ TTI trên kênh DL-

SCH, lớp vật lý sẽ nhận một khối truyền tải (hai khối truyền tải trong trường hợp ghép kênh không gian) mang dữ liệu để truyền đi. Với mỗi khối truyền tải, một CRC sẽ được đính kèm và mỗi khối truyền tải được đính kèm CRC như vậy được mã hóa riêng biệt với nhau. Tốc độ mã hóa kênh, bao gồm tốc độ phù hợp cần thiết, hoàn toàn được quyết định bởi kích thước khối truyền tải, sơ đồ điều chế (the modulation scheme), và lượng tài nguyên được cấp phát cho việc truyền dẫn. Tất cả những đại lượng này được lựa chọn bởi scheduler đường xuống. Phiên bản dư thừa (redundancy version) được dùng được điều khiển bởi giao thức hybrid- ARQ và nó sẽ tác động đến quá trình xử lý thích ứng tốc độ (the rate matching processing) để tạo ra tập hợp các bit được mã hóa chính xác. Cuối cùng, trong trường hợp ghép kênh không gian, việc ánh xạ anten cũng được điều khiển bởi scheduler đường xuống.


Hình 3.9 – Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho UL-SCHĐầu cuối di động được hoạch định thu tín hiệu được phát đi và thực hiện tiến

trình lớp vật lý ngược lại. Lớp vật lý tại đầu cuối di động cũng thông báo cho giao thức hybrid-ARQ biết việc truyền dẫn có được giải mã thành công hay không. Thông tin này được sử dụng bởi một phần của chức năng MAC hybrid-ARQ trong đầu cuối di động để quyết định có yêu cầu truyền lại hay không.

Việc xử lý lớp vật lý đối với kênh UL-SCH gần giống với việc xử lý DL-SCH. Tuy nhiên, chú ý rằng scheduler MAC trong eNodeB chịu trách nhiệm lựa chọn định dạng truyền tải cho đầu cuối di động và tài nguyên được sử dụng cho truyền dẫn đường lên như được miêu tả trong mục 3.2.3. Việc xử lý lớp vật lý UL-SCH được thể hiện dưới dạng đơn giản qua hình 3.8.

Các kênh truyền tải đường xuống còn lại cũng dựa trên cùng một quy trình xử lý lớp vật lý chung như DL-SCH, mặc dù có một số giới hạn trong tập hợp những tính năng được sử dụng. Đối với việc quảng bá thông tin hệ thống trên kênh BCH, một đầu cuối di động phải có khả năng thu được kênh thông tin này như là một trong những bước đầu tiên trước khi truy cập vào hệ thống. Do đó, định dạng truyền tải phải


được ưu tiên gửi tới các thiết bị đầu cuối, và sẽ không có một sự điều khiển động tự động (dynamic control) nào tới các tham số truyền dẫn từ lớp MAC trong trường hợp này.

Đối với truyền dẫn các thông điệp nhắn gọi (paging messages) trên kênh PCH, sự thích ứng động của các tham số truyền dẫn có thể được sử dụng trong một vài phạm vi. Nói chung, việc xử lý trong trường hợp này thì tương tự với việc xử lý DL-SCH thông thường. MAC có thể điều khiển việc điều chế, lượng tài nguyên, và ánh xạ anten. Tuy nhiên, trong trường hợp đường lên chưa được thiết lập khi một đầu cuối di động được tìm gọi, thì hybrid ARQ không thể được sử dụng vì lúc này đầu cuối di động không thể phát đi một thông báo ACK/NAK.

Kênh MCH được dùng cho truyền dẫn MBMS, điển hình là những hoạt động mạng đơn tần số bằng việc truyền từ nhiều tế bào trên cùng tài nguyên với định dạng giống nhau tại cùng 1 thời điểm. Vì vậy, việc hoạch định truyền dẫn MCH phải được điều phối giữa những tế bào liên quan và cơ chế lựa chọn tự động tham số truyền dẫn bởi MAC là không thể thực hiện được.


KẾT LUẬN

Công nghệ LTE đã và đang được tiếp tục nghiên cứu và triển khai trên toàn thế giới với khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao, kiến trúc mạng đơn giản, sử dụng băng tần hiệu quả và hoàn toàn tương thích với các hệ thống trước đó (GSM & WCDMA ) và dựa trên một mạng toàn IP. LTE có thể trở thành hệ thống thông tin di động toàn cầu trong tương lai.

LTE phát triển sau so với WiMax, nhưng với các đặc tính tuyệt vời mà nó mang lại, hiện nay đã có rất nhiều các nhà mạng lớn trên thế giới đã lựa chọn để triển khai. Tại Việt Nam, các nhà mạng cũng đã tiến hành thử nghiệm công nghệ LTE và đạt những kết quả khả quan.

Vì vậy việc tìm hiểu và nắm bắt công nghệ LTE là việc làm hết sức cần thiết trong ngành viễn thông hiện nay.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

o Giáo trình Thông tin di động – tác giả Nguyễn Phạm Anh Dũngo Bài giảng truyền dẫn vô tuyến số - tác giả Nguyễn Viết Đảmo Bài giảng Tiến trình phát triển hệ thống thông tin di động từ 1G lên 4G – tác giả

Nguyễn Phạm Anh Dũngo Các trang web : http://www.tapchibcvt.gov.vn/News/PrintView.aspx?ID=22272 http://www.vienthongdanang.com.vn/dichvu.php?id_dichvu=120&iddv=26 http://www.thongtincongnghe.com/article/2745 o Cùng 1 số nguồn tài liệu các đồ án , chuyên đề viễn thông trên internet khác.


http://www.thongtincongnghe.com/article/2745

http://www.vienthongdanang.com.vn/dichvu.php?id_dichvu=120&iddv=26

http://www.tapchibcvt.gov.vn/News/PrintView.aspx?ID=22272

Documents

Kien Truc 4G LTE