GIAO DIỆN VÔ TUYẾN LTE

Mạng thông tin di động 3G đang được ứng dụng hiện nay đã có thể giải quyết một phần nào đó nhưng trong tương lai không còn xa với sự phát triển không ngừng của công nghệ như hiện nay thì mạng 3G cũng không thể đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng với những yếu điểm đang còn tồn tại trong mạng 3G.

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH VẼ iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU v

THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT vi

LỜI NÓI ĐẦU x

CHƯƠNG I LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐÔNG 3G LÊN 4G 1

1.1 Mở đầu 1

1.2 Tổ chức 3GPP và các phiên bản phát hành 1

1.3 Quá trình tiểu chuẩn hóa HSPA trong 3GPP 2

1.3.1 Chuẩn hóa HSDPA trong 3GPP 2

1.3.2 Chuẩn hóa HSUPA trong 3GPP 3

1.4 Kế hoạch nghiên cứu phát triển LTE 5

1.5 IMT-ADVANCED và lộ trình phát triển tới 4G 8

1.6 Tổng quan LTE 10

1.6.1 Tốc độ số liệu đỉnh 11

1.6.2 Trễ mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng người sử dụng 11

1.6.3 Thông lượng số liệu 12

1.6.4 Hiệu suất phổ tần 12

1.6.5 Hỗ trợ di động 13

1.6.6 Vùng phủ 14

1.6.7 MBMS tăng cường 14

1.6.8 Triển khai phổ tần 15

1.6.9 Đồng tồn tại và tương tác với các 3GPP RAT 15

1.6.10 Các vấn đề về mức độ phức tạp 16

1.7 So sánh các công nghệ mạng di động trên con đường đi tới 4G 16

1.8 Tổng kết 18

CHƯƠNG II KIẾN TRÚC LTE 19

2.3 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai 28

2.3.1.Độ linh hoạt phổ và việc triển khai 29

2.4 Tổng kết 31

3.1.1 Hệ thống truyền dẫn: đường xuống OFDM và đường lên SC-FDMA 32

3.1.4 Sự hỗ trợ nhiều anten (Multiple antenna support) 38

3.1.5 Hỗ trợ multicast và broadcast 39

3.1.6.Tính linh hoạt phổ 39

3.2 Kiến trúc giao diện vô tuyến 42

3.2.1 RLC: radio link control – điều khiển liên kết vô tuyến 44

3.2.2 MAC: điều khiển truy nhập môi trường (medium access control) 46

3.2.3 Hybrid ARQ 53

3.2.4 PHY: physical layer - lớp vật lý 57

3.2.5 Các trạng thái LTE 60

3.2.6 Luồng dữ liệu 61

KẾT LUẬN CHUNG 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Tiến trình các phát hành trong 3GPP 2

4

Hình 1.2 Các kĩ thuật được xem xét nghiên cứu cho HSUPA 4

Hình 1.3 Các kĩ thuật được lựa chọn cho danh mục nghiên cứu HSUPA 5

6

Hình 1.4 Kế hoạch nghiên cứu tiêu chuẩn E-UTRAN 6

Hình 1.5 Tổ chức của nhóm điều phối đề án 3GPP 7

Hình 1.7 chuyển đổi trạng thái trong LTE 11

Hình 1.8 Yêu cầu trễ mặt phẳng U trong LTE 12

Hình 2.1 Kiến trúc mạng LTE 20

20

eNodeB chịu trách nhiệm cho một tập các ô Tương tự như NodeB trong WCDMA/HSPA Các ô của một eNodeB không cần sử dụng một trạm anten Vì các eNodeB đã thừa hưởng hầu hết các chức năng của RNC eNodeB phức tạp hơn NodeB trong WCDMA/HSPA, nó chịu trách nhiệm cho các quyết định RRM của một ô Các quyết định chuyển giao, lập biểu… Các eNodeB được kết nối tới mạng lõi thông qua giao diện S1 Giống như giao diện Iu trong WCDMA/HSPA Ngoài ra giao diện giữa các eNodeB là X2 Giao diện X2 chỉ được sử dụng giữa các eNodeB có các ô lân cận Giao diện X2 được sử dụng để hỗ trợ di động chế độ tích cực Giao diện này cũng được sử dụng cho các chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến RRM nhiều ô Giao diện mặt phẳng điều khiển X2 giống như giao diện Iur trong WCDMA/HSPA Nhưng không có chức năng hỗ trợ trôi Giao diện này hỗ trợ chức năng ấn định tại eNodeB Giao diện X2 được sử dụng để hỗ trợ di động ít mất hơn (chuyển gói) 20

22

Hình 2.2 Mạng lõi SAE (hình vẽ dạng đơn giản) 22

Hình 2.3 Kiến trúc mô hình LTE tổng quát theo TR 23 822 24

Hình 2.4 Kiến trúc mô hình LTE chuẩn bị chuyển giao để giảm thời gian ngắt 25

Hình 2.5 Kiến trúc mô hình LTE sau khi đã chuyển giao 26

Hinh 2.6 Phân bổ băng tần lõi tại 2Ghz của nguyên bản IMT-2000 29

Hình 2.7 Một ví dụ về cách thức LTE thâm nhập từng bước vào phân bổ phổ của một hệ thống GSM đã được triển khai 30

Hình 3.1 Lập biểu phụ thuộc kênh đường xuống trong miền thời gian và miền tần số 35

Hình 3.2 Điều phối nhiễu giữa các ô 36

Hình 3.3 Ghép song công theo thời gian và tần số 40

Hình 3.4 Kiến trúc giao thức LTE (đường xuống) 44

Hình 3.5 Phân đoạn và hợp đoạn RLC 45

49

Hình 3.6 Ví dụ về sự ánh xạ các kênh logic với các kênh truyền tải 49

Hình 3.7 Việc lựa chọn định dạng truyền dẫn trong đường xuống (bên trái) và đường lên (bên phải) 52

Hình 3.8 Giao thức HARQ đồng bộ và không đồng bộ 55

Hình 3.10 Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH 58

59

59

60

Hình 3.12 Các trạng thái của LTE 60

Hình 3.13.Một ví dụ về luồng dữ liệu LTE 62

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Mục tiêu của 4G……….….………8Bảng 1.2 So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng phổ tần giữa LTE trên đường xuống và HSDPA……… ……….13Bảng 1.3 So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng phổ tần giữa LTE trên đường lên và HSUPA……… ……… 13Bảng 1.4 So sánh LTE và Wimax……… ……17Bảng 2.1 Các yêu cầu về hiệu suất phổ và lưu lượng người dùng 28

ba 2

ARQ Automatic Repeat- reQuest Yêu cầu phát lại tự độngBCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốcCDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo

mã

CPC Continuous Packet Connectivity Kết nối gói liên tụcCQI Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lượng kênh

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng

DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạcDFTS-

OFDM

DRX Discontinuous Reception Thu không liên tụcEDGE Enhanced Data for GSM Evolution Phát triển tăng cường số liệu

cho GSME-DCH Enhanced Dedicate Channel Kênh riêng tăng cường

UMTS phát triểnFDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia

theo tần sốFDM Frequency Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo tần

sốFDMA Frequency Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo

Access tần sốGERAN GSM EDGE Radio Access

Network

Mạng truy nhập vô tuyếnGSM EDGEGGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổngGPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến nói chungGPS Global Positionning System Hệ thống định vị toàn cầuGSM Global System For Mobile

Communication

Hệ thống thông tin di động

toàn cầuHARQ Hybrid Automatic Repeat request Yêu cầu phát lại tự động linh

hoạtHLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường chúHSDPA High Speed Downlink Packet

Access

Truy nhập gói đường xuống

tốc độ caoHSPA High-Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ caoHSS Home Subscriber Server Server thuê bao nhàHSUPA High-Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc

độ caoIMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IPIMT-2000 International Mobile

Telecommunications 2000

Thông tin di động quốc tế

2000ITU International Telecommunications

Union

Liên đoàn viễn thông quốc tế

ITU-R International Telecommunications

Union- Radio Sector

Liên đoàn viễn thông quốc tế

bộ phận vô tuyến

Iu Giao diện để thông tin giữa RNC

và mạng lõiIub Giao diện được sử dụng để thông

tin giữa nút B và RNCIur Giao diện được sử dụng để thông

tin giữa các RNC

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi

trườngMBMS Multimedia Broadcast Multicast

Service

Dịch vụ quảng bá đa phương

đa phương tiệnMBSFN Multicast Broadcast Single

Frequency Network

Mạng đơn tần quảng bá đa

phương

MCH Multicast Control Channel Kênh điều khiển đa phươngMIMO Multi-Input Multi-Output Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

OFDM Orthogonal Frequency Division

Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo tần

số trực giaoOFDMA Orthogonal Frequency Division

Multiplexing Access

Đa truy nhập phân chia theotần số trực giaoPDCP Packet-Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói

QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyếnRAT Radio Access Technology Công nghệ truy nhập vô

tuyến

RLC Radio Link Control Điều khiển kết nối vô tuyếnRNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyếnRRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô

tuyếnRRM Radio Resource Management Quản lý tài nguyên vô tuyếnSAE System Architecture Evolution Phát triển kiến trúc mạngSC-FDMA Single Carrier- Frequency Division

Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theotần số đơn sóng mang

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụTDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia

theo thời gianTDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo

thời gianTD-

SCDMA

Time Division-Synhcronous CodeDivision Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo

mã đồng bộ-Phân chia theo

thời gian

Telecommunications System

Hệ thống thông tin di động

toàn cầuUTRA UMTS Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt đất

UMTSUTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Mạng truy nhập vô tuyến mặt

đất UMTS

Uu Giao diện được sử dụng để thông

tin giữa nút B và UEWCDMA Wideband Code Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo

Access mã băng rộng

X2 Giao diện giữa các eNodeB

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại ngày nay, thông tin di động là một trong những lĩnh vựcphát triển nhanh nhất của viễn thông Nhu cầu sử dụng của con người ngày càngtăng cả về số lượng và chất lượng, các dịch vụ đa phương tiện mới ngày càng đadạng như: thoại, video, hình ảnh và dữ liệu Để đáp ứng về nhu cầu chất lượng dịch

vụ ngày càng tăng cao đó, các hệ thống thông tin di động không ngừng được cảitiến và được chuẩn hóa bởi các tổ chức trên thế giới Việc các hệ thống thông tin diđộng tiến lên 4G là một điều tất yếu

Thông tin di động từ khi ra đời đã trải qua nhiều thế hệ và hiện nay mạngthông tin di động 3G đang được sử dụng rộng rãi với các giải pháp kĩ thuật côngnghệ được sử dụng để có thể khai thác tài nguyên vô tuyến như là TDMA, FDMA,SDMA và CDMA nhưng thực tế cho thấy chưa tìm thấy ở các hệ thống thông tin diđộng trước đây một phương pháp nào có thể tối ưu hóa phổ tần, một tài nguyên vôcùng quan trọng trong thông tin vô tuyến Mạng thông tin di động 3G đang đượcứng dụng hiện nay đã có thể giải quyết một phần nào đó nhưng trong tương laikhông còn xa với sự phát triển không ngừng của công nghệ như hiện nay thì mạng3G cũng không thể đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng với những yếu điểmđang còn tồn tại trong mạng 3G

Để giải quyết vấn đề này thì bên cạnh việc nâng cấp cơ sở hạ tầng của cácmạng cũ thì các nhà cung cấp mạng cũng đã và đang nghiên cứu tiến hành và xâydựng một mô hình mạng mới để có thể phục vụ cho tương lai không xa và mạngthông tin di động được nhắc đến ở đây là mạng thông tin di động tiền 4G (LTE) củachuẩn UMTS do 3GPP phát triển 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảmchi phí cho mỗi bit thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băngtần hiện có và băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở vàgiảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối.Mục tiêu thiết kế của LTEnhằm đạt được tốc độ truyền dẫn đường xuống tối đa là 100 Mbps và tốc độ đườnglên là 50 Mbps Người sử dụng sẽ cảm thấy điện thoại của họ được kết nối mọi lúc.Chính vì những ưu điểm mang tính thực tế rất cao và rất cần thiết đối với mỗi sinhviên như vậy nên em đã chọn đề tài nghiên cứu của mình là : “Giao diện vô tuyếnLTE” làm chủ đề nghiên cứu

Nội dung đồ án gồm 3 chương:

Chương I: Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G

Chương II: Kiến trúc LTE

Chương III: Giao diện vô tuyến LTE

Do thời gian nghiên cứu có hạn và hạn chế về ngôn ngữ, kiến thức, bản đồ ánkhó có thể tránh khỏi những thiếu sót Em mong sẽ nhận được sự góp ý của các thầy

cô và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn ThS Nguyễn Viết Minh đã tận tình hướng dẫn em

trong suốt thời gian làm đồ án để em có được kết quả ngày hôm nay

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn vô tuyến cũng như

các thầy cô giáo trong khoa viễn thông đã có những ý kiến đóng góp và tạo điềukiện cho em được hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp của mình

Xin chân thành cảm ơn bạn bè đã giúp đỡ tôi trong thời gian vừa qua

Hà Nội, ngày 3 tháng 12 năm 2010

Sinh viên:

Wanchay NENGTHONG

CHƯƠNG I LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI

ĐÔNG 3G LÊN 4G

1.1 Mở đầu

Hiện nay UMTS đã và đang triển khai trên thế giới 3GPP đã tiến hành nghiêncứu để cải thiện hiệu năng của UMTS bằng việc đưa ra các phát hành R5, R6 và R7với các tính năng như HSDPA, HSUPA và MBMS Mục tiêu của LTE là nghiêncứu phát triển hiệu năng hệ thống sau R6 RAN, Các nghiên cứu của LTE nhằmgiảm giá thành, tăng cường hỗ trợ cho các dịch vụ lợi nhuận cao và cải thiện khaithác bảo dưỡng cũng như cung cấp dịch vụ Để đạt được mục tiêu này cần đưa ramột công nghệ vô tuyến tiềm năng mới cho phép nâng cao hiệu suất phổ tần, thônglượng người sử dụng và giảm thời gian trễ Ngoài ra cũng cần nghiên cứu để giảm

độ phức tạp của hệ thống ( nhất là đối với các giao diện) và quản lí tài nguyên vôtuyến hiệu quả để dễ dàng triển khai và khai thác hệ thống

1.2 Tổ chức 3GPP và các phiên bản phát hành

Từ khi ra đời cho đến nay, hệ thống thông tin di động đã trở thành một ngànhcông nghiệp viễn thông phát triển rất nhang chóng Không chỉ có dịch vụ thoại đượctriển khai trên hạ tầng mạng viễn thông di động mà cùng với nó là các loại hình dịch

vụ khác như hình ảnh, dữ liệu đang gia tăng cả về số lượng lẫn chất lượng Để đápứng về nhu cầu chất lượng dịch vụ ngày càng tăng cao đó, các hệ thống thông tin diđộng không ngừng được cải tiến và được chuẩn hóa bởi các tổ chức trên thế giới

Tổ chức 3GPP là một tổ chức được giao trách nhiệm phát triển và hài hòatiêu chuẩn HSPA Trước đó tổ chức này đã được giao nhiệm vụ tiêu chuẩn hóa choWCDMA - Một chuẩn cho hệ thống 3G đã được ITU chấp nhận và đưa vào hoạtđộng

Hoạt động tiêu chuẩn hóa của tổ chức 3GPP từ năm 1999 đến 2008 đượctổng kết theo thời gian đưa ra các phát hành trên hình vẽ sau

Hình 1.1 Tiến trình các phát hành trong 3GPP

1.3 Quá trình tiểu chuẩn hóa HSPA trong 3GPP

1.3.1 Chuẩn hóa HSDPA trong 3GPP

Khi phát hành R3 hoàn thành, HSDPA và HSUPA vẫn chưa được đưa vào kếhoạch nghiên cứu Trong năm 2000, khi thực hiện hiệu chỉnh WCDMA và nghiêncứu R4 kể cả TD-SCDMA, người ta nhận thấy rằng cần có một số cải thiện cho truynhập gói Để cho phép phát triển này, nghiên cứu khả thi cho HSDPA được khởiđầu vào tháng 3 năm 2000 Nghiên cứu này được bắt đầu theo các nguyên tắc của3GPP (phải có ít nhất bốn hãng ủng hộ) Các hãng đầu tiên ủng hộ nghiên cứuHSDPA gồm Motorola và Nokia thuộc phía các nhà bán máy và BT/Cellnet, T-Mobile và NTTDoCoMo thuộc phía các nhà khai thác

Nghiên cứu khả thi đã kết thúc tại phiên họp đoàn thể TSG RAN và kết luậnrằng các giải pháp được nghiên cứu cho thấy có lợi Trong danh mục nghiên cứuHSDPA này có các vấn đề được nghiên cứu để cải thiện truyền dẫn số liệu góiđường xuống so với các đặc tả R3 Các chuyên đề như phát lại lớp vật lý và lập biểudựa trên Node đã được nghiên cứu cùng với mã hoá và điều chế thích ứng Nghiêncứu cũng bao hàm cả một số nghiên cứu về công nghệ phát thu nhiều anten dướitiêu đề “Nhiều đầu vào nhiều đầu ra” (MIMO) cùng với chọn ô nhanh (FCS)

Vì nghiên cứu khả thi cho thấy có thể đạt được cải thiện đáng kể với mức độphức tạp hợp lý, nên rõ dàng là cần tiếp tục danh mục nghiên cứu thực tế để pháttriển các đặc tả Sau khi danh mục công tác này đã được thiết lập, phạm vi công tácnày vẫn tuân theo danh mục nghiên cứu nhưng MIMO được lấy ra thành một danh

mục nghiên cứu riêng và nghiên cứu khả thi FCS cũng được bắt đầu độc lập Danhmục nghiên cứu HSDPA được nhiều nhà bán máy ủng hộ hơn và danh mục nghiêncứu thực tế này đã nhận được sự ủng hộ từ các nhà bán máy lớn như Motorola,Nokia và Ericsson Trong quá trình nghiên cứu, tất nhiên con số các hãng đóng góp

kĩ thuật cho quá trình này còn lớn hơn nhiều Một năm sau, đặc tả HSDPA R5 đượcphát hành Tất nhiên vẫn còn có các hiệu chỉnh cho HSDPA, những chức năng lõi

đã có trong các đặc tả vật lí Nghiên cứu một phần bị chậm lại do các hoạt độnghiệu chỉnh song cần thiết cho các đầu cuối và mạng R3 đang được triển khai Nhất

là đối với các khía cạnh giao thức, các kiểm tra kĩ lưỡng được thực hiện để pháthiện các chi tiết cần hiệu chỉnh và làm rõ nghĩa các đặc tả và đây là trường hợp đốivới các thiết bị R3 trước khi bắt đầu các hoạt động thương mại tại Châu Âu vào nửacuối năm 2002 Nghiên cứu các bộ phận của giao thức HSDPA chiếm nhiều thờigian nhất, trong đó nghiên cứu tương thích ngược được bắt đầu vào tháng 3 năm2004

Trong số các chuyên đề khác liên quan đến HSDPA, danh mục nghiên cứuMIMO không hoàn thành trong trương trình khung thời gian của R5 và R6 Người

ta vẫn tranh luận xem có xứng đáng đưa nó vào hệ thống hay không và đây làchuyên đề nằm trong danh sách các chuyên đề của R7 Nghiên cứu khả thi đối vớiFCS đã kết luận rằng lợi ích nhận được từ nó không đáng kể so với sự tăng thêm độphức tạp vì thế sau khi nghiên cứu này khép lại không có danh mục nghiên cứu nàođược đưa ra cho FCS Trong khi tập trung lên FDD (Ghép song công phân chia theotần số), TDD (Ghép song công phân chia theo thời gian) cũng được đưa vào danhmục nghiên cứu HSDPA kể cả các giải pháp tương tự trong cả hai chế độ TDDbăng hẹp và băng rộng

1.3.2 Chuẩn hóa HSUPA trong 3GPP

Mặc dù HSUPA là thuật ngữ được sử dụng rộng rãi trên thị trường, trong quátrình chuẩn hoá HSUPA thuật ngữ này được sử dụng dưới cái tên “kênh riêngđường lên tăng cường” (E-DCH : Enhanced Uplink Dedicated Channel) Nghiêncứu được tiến hành trong giai đoạn hiệu chỉnh HSDPA và được bắt đầu bằng danhmục nghiên cứu về “ tăng cường đường lên cho các kênh truyền tải” vào tháng 9năm 2002 Từ phía các nhà bán máy, Motorola, Nokia, và Ericsson là các hãng ủng

hộ khởi xướng nghiên cứu cho vấn đề này trong 3GPP

Các kỹ thuật được nghiên cứu cho HSUPA (E-DCH) bao gồm (xem hình 1.2):

 HARQ lớp vật lý nhanh cho đường lên

 Lập biểu nhanh đường lên dựa trên nút B

 Độ dài thời gian truyền dẫn (TTI) đường lên ngắn hơn

 Thiết lập TTI nhanh

Hình 1.2 Các kĩ thuật được xem xét nghiên cứu cho HSUPA

Sau một thời gian nghiên cứu dài và chi tiết báo cáo kết quả nghiên cứu đã làmsáng tỏ các lợi ích của các kĩ thuật được nghiên cứu Báo cáo cho thấy rằng không

có lợi ích tiềm năng khi sử dụng điều chế bậc cao cho đường lên vì thế điều chếthích ứng đã không được đưa vào danh mục nghiên cứu thực tế

Danh mục nghiên cứu này được kết thúc vào tháng 3 năm 2004 với khuyến nghịviệc bắt đầu danh mục nghiên cứu trong 3GPP để đặc tả HARQ lớp vật lý nhanh và

cơ chế lập biểu dựa trên nút B cho đường lên cũng như độ dài TTI ngắn hơn Ngoài

ra cơ chế thiết lập các kênh DCH nhanh hơn không được đưa vào khuyến nghị,nhưng các vấn đề này đã được đề cập trong các danh mục nghiên cứu khác đối vớiphát hành 3GPP R6 dựa trên các kết quả nhận được trong giai đoạn danh mụcnghiên cứu này Hình 1.3 cho thấy các kĩ thuật được chọn cho danh mục nghiên cứuHSUPA

HSUPA

HARQ cho đường lên

Thiết lập kênh riêng nhanh

Điều chế bậc cao hơn

TTI ngắn hơn

cho đường lên

Lập biểu nhanh đường lên dựa trên nút B

Hình 1.3 Các kĩ thuật được lựa chọn cho danh mục nghiên cứu HSUPA

3GPP bắt đầu danh mục nghiên cứu “đường lên tăng cường FDD” để đặc tả các

tính năng của HSUPA theo khuyến nghị của báo cáo Trong thời gian này nghiêncứu TDD chưa được tiến hành, nhưng nó sẽ được nghiên cứu trong kế hoạch R7

Do nghiên cứu nền tảng chi tiết và tốt đã được thực hiện trong thời gian nghiêncứu 18 tháng, cũng như không còn bận với công tác hiệu chỉnh các phát hành trước,các đặc tả được tiến triển nhanh và phiên bản tính năng đầu tiên đã được đưa ra chocác đặc tả lõi vào tháng 12 năm 2004 Phiên bản này vẫn chưa phải là phiên bảnhoàn thiện cuối cùng, nhưng nó chứa các chức năng then chốt và trên cơ sở cácchức năng này có thể tiếp tục tiến hành nghiên cứu hiệu chỉnh và hoàn thiện chi tiết.Tháng 3 năm 2005, danh mục nghiên cứu này đã chính thức được hoàn thiệncho các đặc tả chức năng, nghĩa là đã có thể chuyển sang hiệu chỉnh tính năng này.Trong các tháng còn lại của năm 2005 các vấn đề để mở cũng như các yêu cầu hiệunăng đã được hoàn thiện

1.4 Kế hoạch nghiên cứu phát triển LTE

Nghiên cứu phát triển tiêu chuẩn LTE được tiến hành trong các E-UTRAN TSG.Trong các cuộc họp của RAN TSG chỉ có một vài vấn đề kĩ thuật là được tán thành.Thậm chí trong các cuộc họp sau các vấn đề này vẫn được xem xét lại 3GPP đãvạch ra kế hoạch làm việc chi tiết cho các nhóm nghiên cứu TSG RAN Lộ trìnhphát triển của LTE gắn liền với lộ trình phát triển của 3GPP

Các vấn đề nghiên cứu được thực hiện trong hai TSG :

1 TSG RAN: Nghiên cứu tiêu chuẩn cho giao diện vô tuyến

HSUPA

TTI ngắn hơn

cho đường lên

Lập biểu nhanh đường lên dựa trên nút B

HARQ cho đường lên

2 TSG SA: Nghiên cứu kiến trúc mạng

Kế hoạch nghiên cứu phát triển tiêu chuẩn LTE được cho trên hình 1.4

Hình 1.4 Kế hoạch nghiên cứu tiêu chuẩn E-UTRAN

Quá trình nghiên cứu được tiến hành trong các nhóm TSG 3GPP LTE/SAE dưới

sự điều hành của PCG (Project Coordination Group: nhóm điều phối đề án 3GPP)được cho trên hình 1.5

Hình 1.5 Tổ chức của nhóm điều phối đề án 3GPP

Như trên hình 1.5 ta thấy PCG điều hành bốn nhóm TSG sau : (1) SA (dịch vụ

và hệ thống), (2) CT(mạng lõi và đầu cuối), (3) GERAN (mạng truy nhập vô tuyếnGSM EDGE), (4) RAN (mạng truy nhập vô tuyến)

PCG (nhóm điều phối đề án)

vô tuyến)

TSG SA (các vấn đề dịch

vụ và hệ thống)

RAN WG1 (đặc tả lớp 1 vô tuyến)

RAN WG2 (đặc tả lớp 2 và

3 vô tuyến)

RAN WG3 (đặc tả IuB, Iur,Iu)

RAN WG4 (hiệu năng vô tuyến)

RAN WG5 (đo kiểm hợp chuẩn đầu cuối)

TSG CT (mạng lõi và đầu cuối)

SA WG1 (các dịch vụ)

SA WG2 (kiến trúc)

SA WG3 (an ninh)

SA WG4 (codec)

SA WG5 (quản lí viễn thông)

CT WG1 (MM/CC/SM (Iu))

CT WG3 (tương tác với mạng ngoài)

CT WG 4 (MAP/GTP/ BCH/SS)

CT WG5 (truy nhập

d ịch vụ mở OSA)

CT WG6 (các vấn đề ứng dụng)

1.5 IMT-ADVANCED và lộ trình phát triển tới 4G

Trong liên minh viễn thông quốc tế ITU, nhóm công tác 8F (ITU-R WP 8F)

đang tiến hành nghiên cứu các hệ thống tiếp sau IMT-2000 Bảng 1.1 cho thấy mụctiêu của 4G

Bảng 1.1 Mục tiêu của 4G

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

Thông tin Rộng khắp, di động, liên tục

Giá thành trên một bit 1/10-1/100 thấp hơn 3G

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

ITU-R WP 8F tuyên bố rằng cần có các công nghệ vô tuyến di động mới chocác khả năng cao hơn IMT-2000, tuy nhiên vẫn chưa chỉ rõ công nghệ nào Thuậtngữ IMT-Adv cũng sẽ có các bước phát triển giống như IMT-2000 và chứa các khảnăng của các hệ thống trước đó Quá trình định nghĩa IMT-Adv còn đang được khởithảo trong WP8F và sẽ hoàn toàn giống như quá trình nghiên cứu các khuyến nghịcho IMT-2000 Nó sẽ dựa trên tập các yêu cầu kĩ thuật tối thiểu và các tiêu chí đánhgiá và khởi đầu bằng việc mời tất cả các thành viên ITU và các tổ chức khác Cáccông nghệ được đề cử sẽ được đánh giá dựa trên các tiêu chí đã thoả thuận Việcđánh giá sẽ được tiến hành cùng với sự cộng tác của các tổ chức bên ngoài ITU nhưcác tổ chức nghiên cứu tiêu chuẩn Vì quá trình này cần sự đồng thuận nên một sốcông nghệ có thể áp dụng cho IMT-Adv không thể xác định trước Nó phải là sựcân đối giữa: tính kinh tế khi mở rộng, hỗ trợ các môi trường của người sử dụngkhác nhau và khả năng của các công nghệ khác nhau Ngoài ra khả năng sử dụngmáy đầu cuối trên toàn cầu cũng sẽ là một tiêu chí quan trọng

Một hoạt động chính trong ITU-R nữa liên quan đến IMT-2000 Adv là vấn đềxác định phổ tần sử dụng Điều này sẽ được tiến hành trong WRC’07(Hội nghị vôtuyến thế giới)

Trong giới nghiên cứu, một số đề án nghiên cứu đang được tiến hành trongIMT-2000 Avd và thế hệ sau của truy nhập vô tuyến Chẳng hạn đề án Winner được

hỗ trợ một phần kinh tế từ liên minh Châu Âu là đề án dành cho nghiên cứu về vấn

đề này Khái niệm Winner có rất nhiều các phần tử gần với LTE Tuy nhiên Winnerđặt mục tiêu cho tốc độ số liệu cao hơn và vì thế được thiết kế cho băng thông rộng

hơn 20 Mhz Một điểm khác nữa là Winner sẽ sử dụng các chế độ chuyển tiếp và đachặng.

Một đề án khác giống như đề án của Châu Âu nói trên là đề án “Tương lai”của Trung Quốc tập trung lên đề xuất giao diện vô tuyến cho IMT-Adv Tuy nhiênlựa chọn các đề xuất cuối cùng cho IMT-Adv sẽ là các tổ chức phát triển tiêu chuẩnnhư : ETSI, ARIB, CWTS,… Cơ quan tiêu chuẩn toàn cầu như 3GPP tất nhiên sẽ

có vai trò quan trọng trong vấn đề hài hoà các đề xuất từ các tổ chức tiêu chuẩncũng như từ các vùng khác nhau

Mặc dù 3GPP hiện nay chưa tiến hành nghiên cứu trực tiếp IMT-2000 Adv,tuy nhiên 3GPP sẽ đề xuất lên ITU-R IEEE 802.16 (Wimax) cũng đang hoàn thiệnkhái niệm của mình và hướng đến đề xuất cho IMT-Adv trong 802.16m Tương tự3GPP2 cũng đang tiến tới đề xuất cho IMT-Adv

LTE là một trong số các con đường tiến tới 4G LTE sẽ tồn tại trong giai đoạnđầu của 4G, tiếp theo nó sẽ là IMT Adv LTE cho phép chuyển đổi dần từ 3GUMTS sang giai đoạn đầu của 4G sau đó sang IMT Adv Chuyển đổi dần từ LTEsang IMT-Adv là chìa khoá của thành công trên thị trường Ngoài LTE của 3GPP tacũng cần nghiên cứu các hướng chuyển đổi khác sang 4G 3GPP2 cũng đã và đangthực hiện kế hoạch nghiên cứu LTE cho mình, hệ thống do 3GPP2 đề xuất làUMB(Ultra Mobile Band) Chương trình khung của kế hoạch này bắt đầu từ năm

2000 và các đặc tả tiêu chuẩn được công bố vào tháng 12 năm 2007 Ngoài raWimax cũng có kế hoạch tiến tới 4G

Ta có thể mô tả quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4Gnhư trên hình 1.6:

♦ HSPA (High Speed Packet Data) - giai đoạn 3G+: gọi chung của hai côngnghệ truy nhập HSDPA (truy nhập gói đường xuống tốc độ cao) và HSUPA (truynhập gói đường lên tốc độ cao) HSDPA có thể cung cấp tốc độ lên trên 10Mbps

Nó tăng dung lượng đường xuống bằng cách thay thế điều chế QPSK trong 3GUMTS bằng 16QAM trong HSDPA Hoạt động trên cơ sở kết hợp ghép kênh theothời gian (TDM) với ghép kênh theo mã và sử dụng thích ứng đường truyền Nócũng đưa ra một kênh điều khiển riêng để đảm bảo tốc độ truyền dẫn số liệu Các kỹthuật tương tự cũng được áp dụng cho đường lên trong chuẩn HSUPA

♦ LTE (Long Term Evolution) hay Super-3G - giai đoạn đầu của 4G: trong giaiđoạn này tốc độ số liệu đạt được 30-100Mbps với băng thông 20MHz

♦ IMT-Adv (IMT tiên tiến) - giai đoạn phát triển của 4G: Đây là thời kỳ tiếp saucủa LTE Tốc độ số liệu đạt được từ 100 đến 1000 Mbps và băng thông 100MHz

Hình 1.6 Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G

1.6 Tổng quan LTE

Có thể tóm tắt các nhiệm vụ nghiên cứu LTE và SAE như sau :

1 Về phần vô tuyến (LTE):

 Cải thiện hiệu suất phổ tần, thông lượng người sử dụng, trễ

 Đơn giản hoá mạng vô tuyến

 Hỗ trợ hiệu quả các dịch vụ gói như : MBMS, IMS

2 Về phần mạng (SAE):

 Cải thiện trễ, dung lượng và thông lượng

 Đơn giản mạng lõi

 Tối ưu hoá lưu lượng IP và các dịch vụ

 Đơn giản hoá việc hỗ trợ và chuyển giao đến các công nghệ khôngphải 3GPP

Kết quả nghiên cứu của LTE là đưa ra được chuẩn mạng truy nhập vô tuyến vớitên gọi là E-UTRAN (Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu tăng cường), đểđơn giản trong đề tài ta sẽ gọi chung là LTE Trong các phần dưới đây ta sẽ xét tổngquan kiến trúc LTE và kế hoạch nghiên cứu nó trong 3GPP.

1.6.1 Tốc độ số liệu đỉnh

Mục tiêu LTE cho các yêu cầu tốc độ số liệu đỉnh đường xuống lên đến100Mbps khi băng thông đựơc cấp phát là 20MHz (5bps/Hz) và tốc độ đỉnh đườnglên lên đến 50 Mbps khi băng thông được cấp phát là 20MHz (2,5bps/Hz) Các mụctiêu về tốc độ số liệu đỉnh nói trên được đặc tả trong UE tham chuẩn gồm: (1) khảnăng đường xuống với hai anten tại UE, (2) khả năng đường lên với một anten tạiUE

1.6.2 Trễ mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng người sử dụng

Các mục tiêu giảm trễ được chia thành các yêu cầu cho trễ mặt phẳng điều khiển(mặt phẳng C) và trễ mặt phẳng người sử dụng (mặt phẳng U)

Hình 1.7 chuyển đổi trạng thái trong LTE

LTE có thời gian chuyển đổi các trạng thái nhỏ hơn 100ms (như trong chế dộrỗi – Idle của R6) vào trạng thái tích cực (như trong R6 Cell_DCH) Nó cũng cầnđảm bảo thời gian chuyển đổi nhỏ hơn 50ms từ trạng thái ngủ (như trong R6Cell_PCH) sang trạng thái tích cực (như trong R6_DCH)

Yêu cầu trễ mặt phẳng người sử dụng đảm bảo trễ nhỏ hơn 10ms Trễ mặtphẳng U được định nghĩa là trễ một chiều giữa một gói tại lớp IP trong UE (hoặcNode biên của UTRAN) đến lớp IP trong Node biên của UTRAN (hoặc UE), Nodebiên của UTRAN là giao diện UTRAN với mạng lõi Chuẩn đảm bảo trễ măt phẳng

U của LTE nhỏ hơn 5ms trong điều kiện không tải (nghĩa là một người sử dụng vớimột luồng số liệu đối với gói nhỏ (chẳng hạn tải tin bằng không cộng với tiêu đề )

Hình 1.8 Yêu cầu trễ mặt phẳng U trong LTE

1.6.3 Thông lượng số liệu

Thông lượng đường xuống trong LTE sẽ gấp ba đến bốn lần thông lượng đườngxuống trong R6 HSDPA tính trung bình trên một Mhz Cần lưu ý rằng thông lượngHSDPA trong R6 được xét cho trường hợp một anten tại nút B với tính năng tăngcường và một máy thu trong UE; trong khi đó LTE sử dụng cực đại hai anten tại nút

B và hai anten tại UE Ngoài ra cũng cần lưu ý rằng khi băng thông cấp phát tăng,thông lượng cũng phải tăng

Mặt khác thông lượng đường lên trong LTE cũng gấp hai đến ba lần thônglượng đường lên trong R6 HSUPA tính trung bình trên một Mhz Trong đó giả thiếtrằng R6 HSUPA sử dụng một anten phát tại UE và hai anten thu tại nút B; cònđường lên trong LTE sử dụng cực đại hai anten phát tại UE và hai anten thu tại nútB

1.6.4 Hiệu suất phổ tần

LTE phải đảm bảo tăng đáng kể hiệu suất phổ tần và tăng tốc độ bit tại biên ôtrong khi vẫn đảm bảo duy trì các vị trí đặt trạm hiện có của UTRAN và EDGE Trong mạng có tải, hiệu suất phổ tần kênh đường xuống của LTE phải gấp 3đến 4 lần R6 HSDPA tính theo bit/s/Hz/trạm Trong đó giả thiết rằng R6 HSUPA sửdụng một anten tại nút B và một máy thu, còn LTE sử dụng 2 anten tại nút B và mộtanten tại UE

Hiệu suất phổ tần kênh đường lên trong E-UTRAN phải gấp ba đến bốn R6HSUPA tính theo bit/s/Hz/trạm với giả thiết HSUPA sử dụng hai anten tại nút B vàmột anten tại UE còn LTE sử dụng hai anten tại nút B và hai anten tại UE

Cần lưu ý rằng sự khác biệt về hiệu suất phổ tần trên đường xuống và đường lên

là do môi trường khai thác khác nhau giữa đường xuống và đường lên Thôngthường đường lên rất nhạy cảm với giảm cấp kênh như nhiễu đa đường,… vì thế giáthành để đảm bảo hiệu quả tách sóng trong đường lên cao hơn đường xuống

LTE cần hỗ trợ sơ đồ ấn định băng thông khả định cỡ, chẳng hạn 5, 10, 20 và cóthể cả 15 Mhz Cũng cần xem xét cả việc định cỡ băng thông 1,25 hay 2,5 Mhz đểtriển khai trong các vùng băng thông được cấp phát hẹp

Bảng 1.2 và 1.3 cho thấy so sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng băng tầngiữa LTE và HSPA trên đường xuống và đường lên

Bảng 1.2 So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng phổ tần giữa LTE trên đường

người sử dụng

biên ô

đạt 2,5

Bảng 1.3 So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng phổ tần giữa LTE trên

đường lên và HSUPA

120 kmph đến 350 kmph ( thậm chí đến 500kmph phụ thuộc vào băng tần được cấp

phát) Việc đảm bảo tốc độ 350kmh cần thiết để duy trì chất lượng dịch vụ chấpnhận được cho các người sử dụng cần được cung cấp dịch vụ trong các hệ thống xelửa tốc độ cao Trong trường hợp này cần sử dụng các giải pháp và mô hình kênhđặc biệt Khi thiết lập các thông số lớp vật lý, LTE cần có khả năng duy trì kết nốitại tốc độ lên tới 350 kmph thậm chí lên đến 500kmph phụ thuộc băng tần được cấpphát.

LTE cũng cần hỗ trợ các kĩ thuật cũng như các cơ chế để tối ưu hoá trễ và mấtgói khi chuyển giao trong hệ thống Các dịch vụ thời gian thực như tiếng được hỗtrợ trong miền chuyển mạch kênh trước đây phải được E-UTRAN hỗ trợ trong miềnchuyển mạch gói với chất lượng tối thiểu phải bằng với chất lượng được hỗ trợ bởiUTRAN ( chẳng hạn tốc độ bit đảm bảo) trên toàn bộ dải tốc độ Ảnh hưởng củachuyển giao trong hệ thống lên chất lượng (thời gian ngắt) phải nhỏ hơn hay bằngchất lượng được cung cấp trong miền chuyển mạch kênh của GERAN

1.6.6 Vùng phủ

LTE phải hỗ trợ linh hoạt các kịch bản phủ sóng khác nhau trong khi vẫn đảmbảo các mục tiêu đã nêu trong các phần trên với giả thiết sử dụng lại các đài trạmUTRAN và tần số sóng mang hiện có

Thông lượng, hiệu suất sử dụng phổ tần và hỗ trợ di động nói trên phải đáp ứngcác ô có bán kính 5km và với giảm nhẹ chất lượng đối với các ô có bán kính 30km.Như đã nói ở trên LTE phải hoạt động trong các băng thông 1,25 Mhz; 2,5 Mhz;5Mhz; 10Mhz; và 20Mhz trên cả đường xuống lẫn đường lên Cần đảm bảo làmviệc cả chế độ đơn băng lẫn song băng

Hệ thống phải hỗ trợ truyền nội dung trên toàn thể các tài nguyên bao gồm cảcác tài nguyên vô tuyến khả dụng đối với nhà khai thác trong cùng một băng tầnhoặc trong các băng tần khác nhau trên cả đường lên lẫn đường xuống Hệ thốngphải hỗ trợ lập biểu công suất, lập biểu thích ứng,…

1.6.7 MBMS tăng cường

MBMS ( Multimedia Broadcast Multicast Service: Dịch vụ đa phương quảng bá

đa phương tiện ) được đưa vào các dịch vụ của LTE Các hệ thống LTE phải đảmbảo hỗ trợ tăng cường cho MBMS LTE phải hỗ trợ các chế độ MBMS tăng cường

so với hoạt động của UTRA Đối với trường hợp đơn phương, LTE phải có khảnăng đạt được các mục tiêu chất lượng như hệ thống các hệ thống UTRA khi làmviệc trên cùng một đài trạm

Hỗ trợ MBMS của LTE cần đảm bảo các yêu cầu sau : (1) tái sử dụng các phần

hoá, điều chế cơ bản áp dụng cho đơn phương cho các dịch vụ MBMS và cũng sửdụng tập chế độ băng thông của UE cho các khai thác đơn phương cho MBMS, (2)thoại và MBMS : giải pháp LTE cho MBMS phải cho phép tích hợp đồng thời vàcung cấp hiệu quả thoại dành riêng và các dịch vụ MBMS cho người sử dụng : (3)Khai thác MBMS đơn băng : phải hỗ trợ triển khai các sóng mang LTE mang cácdịch vụ MBMS trong phổ tần đơn băng.

1.6.8 Triển khai phổ tần

Yêu cầu LTE làm việc với các kịch bản triển khai phổ tần sau đây:

• Đồng tồn tại trên cùng vùng địa lý hoặc cùng đài trạm với GERAN/UTRANtrên các kênh lân cận

• Đồng tồn tại trên các kênh lân cận hoặc chồng lấn tại biên giới các nước

• LTE phải có khả năng hoạt động độc lập (không cần sóng mang khác)

• Tất cả các băng tần đều được cho phép tuân theo phát hành về các nguyêntắc băng tần độc lập

Cần lưu ý rằng trong trường hợp các yêu cầu điều phối biên giới, các vấn đềkhác như giải pháp lập biểu cần được xem xét cùng với các hoạt động khác của lớpvật lý

1.6.9 Đồng tồn tại và tương tác với các 3GPP RAT

LTE phải hỗ trợ tương tác với các hệ thống 3G hiện có và với các hệ thốngkhông theo chuẩn 3GPP LTE phải đảm bảo khả năng đồng tồn tại giữa các nhàkhai thác trong các băng liền kề và trên biên giới

Tất cả các đầu cuối LTE hỗ trợ khai thác UTRAN/GERAN phải có khả năng hỗtrợ đo, chuyển giao đến/từ cả hai hệ thống UTRAN và GERAN Ngoài ra LTE cầnphải hỗ trợ đo giữa các RAT ( công nghệ truy nhập vô tuyến) với ảnh hưởng chấpnhận được lên sự phức tạp đầu cuối và hiệu năng mạng, chẳng hạn bằng cách cungcấp cho các UE các cơ hội đo trên đường lên và đường xuống thông qua lập biểu

Vì thế vấn đề đặt ra ở đây không chỉ là việc tương thích ngược mà cả việc hỗ trợ

cơ chế chuyển giao giữa các mạng 3GPP khác nhau Ngoài ra cũng cần nhấn mạnhrằng HSDPA vẫn là một giải pháp 3G từ 3GPP và nó hoàn toàn tương thích ngượcvới các mạng W-CDMA Tương thích ngược là hết sức cần thiết trong LTE, nhưngcũng cần xem xét cẩn thận trong mối tương quan với các tăng cường về hiệu năng

và khả năng Vấn đề tương thích gặp phải ở đây cũng giống như các vấn đề tươngthích đã được giải quyết giữa UTRAN và GERAN (dựa trên GSM).

Dưới đây là các yêu cầu cho tương tác mạng:

 Thời gian ngắt để chuyển giao các dịch vụ thời gian thực giữa LTE vàUTRAN/GERAN không được quá 300ms

 Thời gian ngắt để chuyển giao các dịch vụ phi thời gian thực giữa LTE vàUTRAN/GERAN không được quá 500ms

 Các thiết bị đầu cuối không tích cực (chẳng hạn tại trạng thái R6 Cell_PCH)

hỗ trợ UTRAN/GERAN có bổ sung thêm LTE không nhất thiết chỉ giám sátcác bản tin tìm gọi từ một trong số UTRAN, GERAN và LTE

1.6.10 Các vấn đề về mức độ phức tạp

LTE phải thoả mãn hiệu năng yêu cầu Ngoài ra mức độ phức tạp cũng phảiđược giảm thiểu để ổn định hệ thống và tương tác với các giai đoạn trước Điều nàycũng cho phép giảm giá thành thiết bị đầu cuối và UTRAN

Để giảm mức độ phức tạp trong quá trình thực hiện cả về phần cứng lẫn phầnmềm, thiết kế LTE phải giảm thiểu số lượng các tuỳ chọn và đảm bảo loại bỏ cáctính năng bắt buộc thừa Một vấn đề quan trọng nữa là phải giảm thiểu số lượng cáctrường hợp kiểm tra cần thiết, chẳng hạn giảm số lượng các trạng thái của các giaothức, giảm thiểu số lượng các thủ tục, các thông số và tính hạt

Các yêu cầu đối với LTE phải giảm thiểu mức độ phức tạp của UE liên quan đếnkích thước, trọng lượng và dung lượng acqui (chế độ chờ và chế độ tích cực) nhưngvẫn đảm bảo các dịch vụ tiên tiến của LTE

1.7 So sánh các công nghệ mạng di động trên con đường đi tới 4G

Trên con đường đi tới 4G, có 3 ứng cử viên sáng giá là 3GPP LTE, Wimax

và UMB Tuy nhiên, với những diễn biến thực tế gần đây, UMB dường như đã thấtthế và sự cạnh tranh đang diễn ra gay gắt với 2 công nghệ còn lại Về mặt kĩ thuật,hai công nghệ này có nhiều nét tương đồng và đều đạt những yêu cầu để tiến tới 4G,dưới đây là bảng so sánh về hai công nghệ này:

Đặc điểm

3 GPP LTESource: 3 GPP RAN1

802.16e/MobileWiMAX R1

802.16m/MobileWiMAX R2

UL: SC-FDMA UL: OFDMA UL: OFDMA

15; 20 MHz

5; 3,5 ;7;8,75; 10MHz

5; 10; 20; 40 MHz

Tốc độ tối đa

DL: 288 (4x4)UL: 98 (2x4)(@20 MHz)

DL: 64 Mbps (2x2)UL: 28 Mbps (2x2)(@10 MHz)

DL:>350 Mbps (4x4)UL:>200 Mbps (2x4)(@20HMz)

Truy nhập: ~20msChuyển giao:~35-50ms

Truy nhập:<10 msChuyển giao:<20ms

Cấu hình

MIMO

DL: 2x2, 2x4, 4x2, 4x4

MIMOUL: 1x2, 1x4, 2x2, 2x4

MIMO

DL: 2x2 MIMOUP: 1x2 MIMO

DL: 2x2, 2x4, 4x2, 4x4

MIMOUL: 1x2, 1x4, 2x2, 2x4

MIMO

Bán kínhphủ

(km)

5/30/100 km(chất lượng tốt nhất ở

1/5/30 km(chất lượng tốt nhất ở

Do vậy, nếu xét trình bình diện kỹ thuật truyền thông không dây (wirelesscommunication) thì 3G LTE không có bất cứ một kỹ nghệ cơ bản nào vượt trội sovới WiMAX di động Tuy nhiên, công nghệ mạnh nhất, vượt trội nhất đôi khikhông phải là công nghệ giành chiến thắng mà một công nghệ thành công là mộtcông nghệ phù hợp nhất, hòa hợp nhất

So với WiMAX, LTE đã có một công nghệ đi trước là 2G, 3G với số lượng thuêbao đã có sẵn Đây là một lợi thế lớn để triển khai 3G LTE Đặc biệt các thiết bị diđộng 3G LTE sẽ tương thích với các mạng thông tin di động thế hệ trước, do vậyngười dùng sẽ có thể chuyển giao dễ dàng giữa mạng 3G LTE với các mạng 2GGSM/GPRS/EDGE và 3G UMTS đã tồn tại Điều này cho phép những nhà cungcấp mạng 3G LTE có thể triển khai mạng dần dần cũng giống hệt khi họ nâng cấpmạng 2G lên 3G Trong khi đó WiMAX phải triển khai mạng từ con số không DoWiMAX 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 làmột 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 mạngWiMAX trong tương lai : nhà cung cấp mạng thông tin di động 2G/3G hiện tại haymột nhà cung cấp mạng WiMAX hoàn toàn mới Nếu là một nhà cung cấp mạng2G/3G thì chắc chắn họ sẽ triển khai 3G LTE nếu như WiMAX không mang lại lợiích 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 cóc lên “gần” 4G thay vì đi lên3G/3.5G rồi 3G LTE

Mỗi công nghệ điều có thế mạnh riêng của nó LTE và WiMAX cũng vậy,WiMAX có thể là sự lựa chọn phù hợp cho việc cung cấp Internet băng rộng tốc độcao và một số dịch vụ cần băng thông khác ở một số vị trí nhất định nào đó Còn vớiLTE, lợi thế về tính kế thừa thế hệ trước là một thế mạnh Và thực tế cho thấy rằng,LTE đang tận dụng tốt điều đó Ở thời điểm này có thể khẳng định rằng LTE đangtrên đà thắng thế

sẽ phân tích sâu hơn kiến trúc mạng LTE

CHƯƠNG II KIẾN TRÚC LTE

2.1 Tổng quan kiến trúc LTE

LTE là thế hệ thứ tư tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển UMTSthế hệ thứ ba dựa trên WCDMA đã được triển khai trên toàn thế giới 3GPP đặt rayêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho mỗi bit thông tin, cung cấp dịch vụtốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có và băng tần mới, đơn giản hóa kiếntrúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầucuối

Các mục tiêu của công nghệ này là:

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

 Các chỉ tiêu trên phải đảm bảo trong bán kính vùng phủ sóng 5km, giảm chút

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 nhập phân chia theo tần số trực giao), kỹ thuật anten MIMO (Multiple Input Multiple Output – đa vào đa ra ).

Ngoài ra hệ thống này sẽ chạy hoàn toàn trên nền IP (all-IP network), và hỗ trợ cả 2chế độ FDD và TDD

Hình 2.1 cho thấy tổng quan về mạng truy nhập vô tuyến LTE, các Node giaodiện và sự khác biệt trong kiến trúc mạng giữa LTE và WCDMA/HSPA TrongLTE không có Node tương đương với RNC Do không có hỗ trợ phân tập vĩ môđường lên và đường xuống cho lưu lượng riêng của người sử dụng và hơn nữa việcthiết kế giảm thiểu số lượng Node trong mạng giảm độ phức tạp, quản lý Kiến trúcmạng LTE bao gồm hai miền: miền E-UTRAN và EPC Trong kiến trúc LTE phânchia riêng rẽ logic giữa mạng truyền tải dữ liệu và báo hiệu Các chức năng E-UTRAN và EPC được hoàn toàn tách biệt từ các chức năng truyền tải Lược đồ địachỉ được sử dụng trong E-UTRAN và EPC không bị ràng buộc từ lược đồ địa chỉcủa các chức năng truyền tải Các kết nối RRC được điều khiển hoàn toàn bởi E-UTRAN

Hình 2.1 Kiến trúc mạng LTE

eNodeB chịu trách nhiệm cho một tập các ô Tương tự như NodeB trongWCDMA/HSPA Các ô của một eNodeB không cần sử dụng một trạm anten Vì các

eNodeB đã thừa hưởng hầu hết các chức năng của RNC eNodeB phức tạp hơnNodeB trong WCDMA/HSPA, nó chịu trách nhiệm cho các quyết định RRM củamột ô Các quyết định chuyển giao, lập biểu… Các eNodeB được kết nối tới mạnglõi thông qua giao diện S1 Giống như giao diện Iu trong WCDMA/HSPA Ngoài ragiao diện giữa các eNodeB là X2 Giao diện X2 chỉ được sử dụng giữa các eNodeB

có các ô lân cận Giao diện X2 được sử dụng để hỗ trợ di động chế độ tích cực.Giao diện này cũng được sử dụng cho các chức năng quản lý tài nguyên vô tuyếnRRM nhiều ô Giao diện mặt phẳng điều khiển X2 giống như giao diện Iur trongWCDMA/HSPA Nhưng không có chức năng hỗ trợ trôi Giao diện này hỗ trợ chứcnăng ấn định tại eNodeB Giao diện X2 được sử dụng để hỗ trợ di động ít mất hơn(chuyển gói)

Chức năng của eNodeB bao gồm:

• Điều khiển các kết nối di động

• Cấp phát các tài nguyên vô tuyến cho các đầu cuối di động

• Nén tiêu đề IP và mã hóa luồng dữ liều người sử dụng

• Định tuyến dữ liệu và chuyến tiếp tới SGSN

• Lập lịch và truyền dẫn bản tin tìm gọi (được khởi tạo từ MME)

• Lập lịch và truyền dẫn bản tin quảng bá (được khởi tạo từ MME hay O&M)

• Do lường và cấu hình báo cáo đo lường cho bộ lập lịch và di độngChức năng S-GW và P-GW bao gồm:

• Lọc các gói IP tới và từ miền Internet

• Cấp phát IP cho các UE

• Quản lí /lưu trữ nội dung UE

• Đinh tuyến /chuyển tiếp gói

2.2 Lõi gói phát triển EPC

Mạng lõi được sử dụng cho WCDMA/HSPA và LTE được xây dựng trên sựphát triển mạng lõi GSM/GPRS Mạng lõi sử dụng cho WCDMA/HSPA rất gần vớimạng lõi gốc của GSM/GPRS ngoại trừ sự khác nhau trong việc phân chia chứcnăng với RAN Tuy nhiên mạng lõi được sử dụng để kết nối tới LTE RAN là sựphát triển triệt để hơn của mạng lõi GSM/GPRS Vì thế nói có tên là lõi gói pháttriển EPC.

Phạm vi bao phủ SAE chỉ bao phủ miền chuyển mạch gói không có chuyểnmạch kênh Mạng EPC đã bắt đầu từ một kiến trúc Node đơn với tất cả chức năngđược đặt trong một Node trừ thuê bao nhà HSS là Node nằm ngoài Node đơn này.HSS là một Node (cơ sở dữ liệu) tương ứng với HLR trong mạng GSM/WCDMA.Hình 2.2 minh họa EPC trong tổng thể kiến trúc Hình này cũng mô tả như một thựcthể logic Điều này cho phép đơn giản hóa minh họa và dễ hiểu kết nối tới LTERAN và WCDMA/HSPA EPC kết nối tới LTE RAN thông qua giao diện S1 và đếnInternet thông quan giao diện SGi Ngoài ra EPC kết nối tới HSS thông qua giaodiện S6

S1 là giao diện giữa các eNodeB với EPC Giao diện S1 rất giống với giaodiện Iu-ps Các mặt phẳng người sử dụng của S1 và Iu-ps là các tunnel truyền tảiđược xây dựng trên cơ sở IP Các gói IP của người sử dụng đầu cuối được EPC hayeNodeB đặt vào các tunnel IP của S1 và được lấy ra tại đầu kia bởi các Node tươngứng (eNodeB và EPC)

Hình 2.2 Mạng lõi SAE (hình vẽ dạng đơn giản)

Điểm khác biệt lớn nhất WCDMA/HSPA và LTE là việc xử lý di động

Node EPC xử lý mặt phẳng người sử dụng của đầu cuối không bị thay đổi trongthời gian kết nối Ở đây EPC đóng vai trò GGSN được sử dụng cho GSM/GPRS vàWCDMA/HSPA Do kiến trúc phẳng, Node EPC xử lý mặt phẳng người sử dụngcủa đầu cuối cần có khả năng kết nối tới mọi eNodeB trong mạng Vì EPC là neo vàLTE RAN chỉ gồm eNodeB, nên EPC cần được cập nhật thông tin rằng nó sẽ địnhtuyến gói số liệu của người sử dụng đến eNodeB nào Đây là điểm khác biệt lớnnhất so với WCDMA/HSPA, trong khi đó RNC che dấu kiểu di động này đối vớimạng lõi.

Trong giao diện S6 trên hình trên là giao diện nối EPC đến HSS Đây là pháttriển giao diện Gr được sử dụng cho mạng lõi WCDMA/HSPA để nối tới HLR Vìthế, một HLR/HSS kết hợp cho EPC có thể giống như HLR đối với GSM vàWCDMA/HSPA hiện tại

Khi công nghệ LTE được đưa vào, cần có chuyển giao đến WCDMA/HSPA.Giải pháp được lựa chọn là WCDMA/HSPA nối đến mạng EPC Thực tế SGSN củamạng lõi GSM được sử dụng cho WCDMA/HSPA được nối tới EPC EPC đóng vaitrò như một GGSN khi lưu lượng định tuyến qua WCDMA/HSPA bằng cách sửdụng giao diện S4 và như một EPC bình thường khi lưu lượng được định tuyến quaLTE RAN Điều này có thể thực hiện được là vì kết cuối mặt phẳng người sử dụngtrong EPC được giữ nguyên và vì thế địa chỉ IP của đầu cuối được giữ nguyên Cácphần của mặt phẳng điều khiển của EPC không được sử dụng khi đầu cuối được kếtnối tới WCDMA/HSPA Thay vào đó các giao thức SGSN của mạng lõi được sửdụng Bằng cách tiếp cận này, chỉ cần thay đổi tối thiểu đối với mạng lõi gói sửdụng cho WCDMA/HSPA, trong khi vẫn có thể đảm bảo chuyển giao nhanh và êm

ả đến và từ LTE

Khi chuyển giao từ WCDMA/HSPA tới LTE, EPC nhận kết nối từ SGSN.Điều này được thực hiện qua giao diện S3, giao diện này được xây dựng trên cơ sởgiao diện Gn được sử dụng cho các SGSN để ấn định lại SGSN Vì thế chuyển giaonày cũng gần giống như ấn định lại SGSN bằng cách chuyển mạch mặt phẳng người

sử dụng vào EPC thay vì vào GGSN

Hình 2.3 Kiến trúc mô hình LTE tổng quát theo TR 23 822

Trong mô hình LTE tổng quát GERAN/UTRAN hay miền Internet được nối tớiLTE thông qua lõi GPRS qua các giao diện như đã trình bày, kết nối tới SAE thôngqua giao diện S3, S4 với các mục đích kết nối và quản lý Các mạng không phải3GPP hay các dịch vụ IP như IMS, PSS hay PSRF được kết nối tới miền gói duynhất thông qua các giao diện

Hình 2.4 Kiến trúc mô hình LTE chuẩn bị chuyển giao để giảm thời gian ngắt

Chuyển mạng được hỗ trợ bởi EPC Nó được thực hiện giữa các Node EPC:một nằm trong mạng nhà, một nằm trong mạng khách Phụ thuộc vào chính sáchcủa nhà khai thác, địa chỉ IP có thể được ấn định hoặc bởi EPC nhà hoặc bởi EPCkhách

Trong kiến trúc chuẩn bị chuyển giao ( ở hình 2.4 ), yêu cầu kết nối giữavPCRF và hPCRF để thực hiện các chính sách thương lượng, tính cước chuẩn bịchuyển giao AS nhà được nối tới AS khác thông quan giao diện S8 Các mạngGERAN/UTRAN hay được kết nối tới miền SAE thông qua các giao diện đượctrình bày dưới đây

Hình 2.5 Kiến trúc mô hình LTE sau khi đã chuyển giao

Sau khi đã chuyển giao ( hình 2.5 ), khi có sự thỏa thuận thương lượng chínhsách giữa vPCRF và hPCRF Các thực thể trong AS khách được kết nối tới AS nhànhư các thực thể trong AS nhà Tuy nhiên duy trì kết nối vPCRF và hPCRF vẫnđược duy trì để đảm bảo các chức năng tính cước và các chính sách khác Sau đây làcác giao diện tham chiếu trong các mô hình trên

Các điểm tham chiếu được sử dụng trong mô hình:

 S1: Cung cấp truy nhập tới các tài nguyên vô tuyến E-RAN cho lưulượng mặt phẳng người sử dụng và mặt phẳng báo hiệu Điểm thamchiếu S1 cho phép MME và UPE có thể triển khai riêng rẽ hay kếthợp