Giới thiệu về công nghệ LTE
Công nghệ LTE là sự nâng cấp quan trọng của các công nghệ băng rộng di động, bao gồm cả 3G, được nghiên cứu và triển khai từ năm 2004 Hiện nay, nhiều quốc gia trên thế giới đang tiến hành đánh giá, thử nghiệm và lập kế hoạch cho việc thương mại hóa công nghệ LTE.
Hình 1 Định hướng phát triển các thế hệ mạng di động (nguồn ITU)
Theo sơ đồ phát triển, khoảng cách giữa các thế hệ mạng ngày càng rút ngắn, với thời gian chuyển giao từ 4G sang 5G chỉ khoảng 4 đến 5 năm Do đó, các doanh nghiệp cần chuẩn bị kỹ lưỡng và nhanh chóng cập nhật công nghệ mới trong vòng dưới 5 năm.
Trên toàn cầu, các cơ quan quản lý viễn thông và các nhà sản xuất thiết bị tại Châu Âu đều ủng hộ công nghệ LTE, trong khi Bắc Mỹ và Châu Á đồng thời phát triển cả hai xu hướng LTE và WiMAX.
LTE (Long Term Evolution), hay còn gọi là EUTRA (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access) và E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network), là thế hệ thứ tư của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển Công nghệ này cung cấp tốc độ truy cập dữ liệu nhanh chóng, cho phép nhà khai thác phát triển nhiều dịch vụ mới dựa trên nền tảng IP hoàn toàn Mục tiêu chính của LTE là đạt được tốc độ truyền dữ liệu cao, độ trễ thấp và tối ưu hóa công nghệ truy cập sóng vô tuyến gói dữ liệu.
- Tốc độ dữ liệu: Tốc độ đỉnh của dữ liệu là 100Mbps cho hướng DL, và 50 Mbps cho hướng UL với băng thông sử dụng là 20Mhz
Hiệu quả sử dụng phổ (Spectrum Efficiency) trong công nghệ mạng mới cho phép tăng cường hiệu suất truyền tải dữ liệu, với tốc độ hướng tải xuống (DL) gấp 3 đến 4 lần và tốc độ hướng tải lên (UL) gấp 2 đến 3 lần so với phiên bản 6 Điều này có thể thực hiện được nhờ khả năng khai thác cả băng tần cũ và các băng tần mới, mang lại lợi ích lớn cho người dùng.
- Trễ (latency): Độ trễ trong giao thức điều khiển nhỏ hơn 20ms và đối với dịch vụ viễn thông nhỏ hơn 5ms.
Hình 2 Các định hướng phát triển các phiên bản của LTE
Băng thông hỗ trợ nhiều lựa chọn như 5, 10, 15, 20 MHz và cả dưới 5 MHz, với bước biến đổi 180 kHz Mỗi khối băng thông danh định 180 kHz bao gồm 12 sóng mang con, mỗi sóng mang con có độ rộng 15 kHz Công nghệ này có thể áp dụng cho cả băng tần hiện có và băng tần mở rộng.
Hình 3 Cấu trúc tổ chức mạng và băng thông
Hệ thống có khả năng tương tác với các công nghệ hiện có như WCDMA (3G) và GSM (2G), đồng thời hỗ trợ triển khai cả hai phương thức TDD và FDD.
- Giá thành: Giảm giá thành đầu tư cả CAPEX và OPEX do kiến trúc đơn giản, giao diện mở để tương thích với nhiều nhà sản xuất.
- Tính di động: Tối ưu cho tốc độ thấp từ 0 đến 15km/h, nhưng vẫn hỗ trợ cho tốc độ di động cao (lên tới 350km/h).
Chất lượng dịch vụ (QoS) là yếu tố quan trọng trong việc hỗ trợ QoS End to End Với công nghệ di động như 3G, người dùng có thể dễ dàng truy cập Internet và gửi email thông qua notebook sử dụng HSPA, thay thế cho modem DSL truyền thống Họ cũng có khả năng gửi và nhận video cũng như file âm thanh qua điện thoại 3G Đặc biệt, với LTE, người dùng sẽ trải nghiệm dịch vụ tốt hơn nhờ vào băng thông, tốc độ và chất lượng vượt trội, đáp ứng nhu cầu cho các ứng dụng truyền thống và các dịch vụ mới như truyền hình tương tác, video blogging, game online và nhiều dịch vụ chuyên nghiệp khác.
Hình 4 Kiến trúc của mạng LTE
Các dịch vụ triển khai trên nền LTE
Hệ thống thông tin di động LTE cung cấp tốc độ truy cập lên đến 200Mb/s và hỗ trợ roaming toàn cầu dựa trên mạng lõi IP thuần Nó cũng tương tác hiệu quả với các mạng khác, hứa hẹn mang đến nhiều dịch vụ phong phú và đa dạng.
Hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo (LTE) cung cấp dịch vụ di động, viễn thông và internet với tốc độ cao lên đến 200 Mbit/s, đặc biệt chú trọng vào các dịch vụ đa phương tiện Với khả năng cung cấp dịch vụ tốc độ bit cao, LTE hỗ trợ điện thoại hình, tải dữ liệu nhanh, dịch vụ thông tin vị trí, thương mại di động, phân phối nội dung, hỗ trợ tải dữ liệu, điều khiển từ xa, cùng các dịch vụ số liệu với tốc độ bít thấp và cao Các dịch vụ này được phân thành hai loại chính: dịch vụ cơ sở và dịch vụ đa phương tiện, bao gồm ba hình thức: dịch vụ thời gian thực và không thực, dịch vụ nội dung, và dịch vụ quản lý.
- Dịch vụ thoại (Voice telephony):
LTE vẫn duy trì các dịch vụ thoại như chờ cuộc gọi, chuyển cuộc gọi và gọi ba bên, cùng với các thuộc tính AIN và Centrex Tuy nhiên, cần lưu ý rằng 4G không cố gắng sao chép các dịch vụ thoại truyền thống; mặc dù dịch vụ vẫn được đảm bảo, công nghệ đã có sự thay đổi đáng kể.
Khác với dịch vụ tin nhắn truyền thống trên mạng 2G, 3G chỉ hỗ trợ tin nhắn văn bản đơn giản Trong khi đó, tin nhắn trên mạng LTE không chỉ cho phép gửi email kèm theo mà còn có khả năng sử dụng cho thanh toán trực tuyến các dịch vụ gia đình.
- Truyền thông tốc độ cao (High Multimedia)
LTE cung cấp khả năng truy cập internet tốc độ cao, hỗ trợ các ứng dụng theo yêu cầu như video độ phân giải cao, âm thanh chất lượng CD và các giao dịch mua bán trực tuyến cho sản phẩm hữu hình như âm nhạc và phần mềm.
Hiện nay, hầu hết điện thoại di động đều được trang bị camera hiện đại, cho phép quay video chất lượng cao, dẫn đến nhu cầu xem video trực tuyến có độ nét cao ngày càng tăng Sự phát triển của dịch vụ LTE sẽ giúp người dùng tải dữ liệu truyền hình nhanh chóng, tiết kiệm chi phí và cải thiện kết nối không dây.
- Game cầm tay/di động:
Các game thủ thường có nhu cầu cao về tốc độ và khả năng di động của dịch vụ LTE Sự phát triển của LTE cho phép họ dễ dàng trải nghiệm chơi game trực tuyến ngay cả khi di chuyển với tốc độ nhanh, như khi ngồi trong ô tô hoặc đi xe máy.
Mobile IPTV là công nghệ cho phép người dùng truyền và nhận dịch vụ đa phương tiện như tivi, video, nhạc và văn bản qua mạng di động Với Mobile IPTV, người dùng có thể xem chương trình TV yêu thích mọi lúc, mọi nơi, ngay cả khi đang di chuyển.
- Hội nghị truyền hình (Web Conference)
Thông qua 4G việc sử dụng hội nghị truyền hình thông qua điện thoại khi đang di chuyển sẽ trở thành hiện thực.
- Dịch vụ dữ liệu (Data Service)
Kết nối thời gian thực giữa các đầu cuối được thiết lập với các đặc tính giá trị gia tăng như độ tin cậy và khả năng phục hồi nhanh chóng, bao gồm cả kết nối chuyển mạch ảo (SVC) và quản lý dải tần Các dịch vụ dữ liệu này có khả năng điều chỉnh băng thông và chất lượng dịch vụ (QoS) theo yêu cầu.
- Dịch vụ đa phương tiện (Multimedia Service)
Nhiều người có thể tương tác qua thoại, video và dữ liệu, cho phép khách hàng vừa trò chuyện vừa chia sẻ thông tin Hơn nữa, các máy tính cũng có khả năng cộng tác hiệu quả với nhau.
- Tính toán mạng công cộng (PNC Public Network Computing):
Cung cấp dịch vụ tính toán qua mạng công cộng cho thương mại và khách hàng, bao gồm khả năng lưu trữ và xử lý dữ liệu Ví dụ, nhà cung cấp mạng công cộng có thể hỗ trợ việc quản lý trang web, lưu trữ, bảo vệ và dự phòng các tệp số liệu, cũng như vận hành các ứng dụng tính toán.
- Bản tin hợp nhất (Unified Messaging):
Chúng tôi cung cấp dịch vụ voice mail, email, fax mail và pages thông qua các giao diện chung, cho phép người dùng truy cập và nhận thông báo về tất cả các loại tin nhắn mà không bị giới hạn bởi hình thức truy cập, bao gồm cả hữu tuyến và vô tuyến Đặc biệt, dịch vụ này sử dụng công nghệ chuyển đổi lời nói thành văn bản và ngược lại, được thực hiện tại server ứng dụng.
- Môi giới thông tin (Information Brokering)
Quảng cáo, tìm kiếm và cung cấp thông tin cho khách hàng dựa trên nhà cung cấp là rất quan trọng Khách hàng có thể nhận được thông tin phù hợp theo các tiêu chuẩn cụ thể hoặc dựa trên các tham chiếu cá nhân của họ.
- Thương mại điện tử (E-Commerce/ M-Commerce)
Khách hàng có thể thực hiện việc mua sắm hàng hóa và dịch vụ trực tuyến một cách tiện lợi, bao gồm các bước xử lý giao dịch, xác thực thông tin thanh toán và đảm bảo tính bảo mật cho mọi giao dịch.
Ngân hàng và đi chợ tại nhà là hai dịch vụ quan trọng trong danh mục này, bao gồm cả các ứng dụng thương mại như quản lý chuỗi cung ứng và các ứng dụng quản lý tri thức.
- Trò chơi tương tác trên mạng (Interactive gaming)
Cung cấp cho khách hàng một phương thức gặp nhau trực tuyến và tạo ra các trò chơi tương tác (chẳng hạn như video games)
- Thực tế phân tán ảo (Distributed Virtual Reality)
Quản lý tài nguyên vô tuyến
Quản lý tài nguyên vô tuyến yêu cầu ba yếu tố chính: nâng cao chất lượng dịch vụ (QoS) từ đầu đến cuối, tối ưu hóa truyền dẫn ở lớp cao hơn, và hỗ trợ chia sẻ tài nguyên cùng quản lý chính sách thông qua các công nghệ truy cập vô tuyến đa dạng.
Việc hỗ trợ nâng cao cho QoS end to end yêu cầu cải thiện sự thích ứng giữa dịch vụ, ứng dụng và các điều kiện về giao thức.
Để hỗ trợ hiệu quả cho truyền dẫn ở lớp cao hơn, LTE cần cung cấp cơ cấu cho phép truyền dẫn hiệu suất cao và hoạt động của các giao thức ở lớp cao hơn thông qua giao tiếp vô tuyến.
Việc hỗ trợ chia sẻ tài nguyên và quản lý chính sách thông qua các công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau cần xem xét lại các cơ cấu để định hướng thiết bị đầu cuối theo các công nghệ truy nhập phù hợp Đồng thời, điều này cũng nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) end to end trong quá trình chuyển giao giữa các công nghệ truy nhập vô tuyến.
KIẾN TRÚC MẠNG LTE
Cùng với sự phát triển của truy cập vô tuyến LTE, các mạng lõi đang chuyển mình sang cấu trúc SAE Cấu trúc này được thiết kế nhằm tối ưu hóa hiệu suất mạng, nâng cao hiệu quả đầu tư và hỗ trợ sự phát triển của thị trường dịch vụ dựa trên nền tảng IP.
Hình 5 Cấu trúc mạng LTE áp dụng SAE
Cấu trúc SAE bao gồm hai nút chính: trạm gốc LTE (eNodeB) và cổng SAE (SAE Gateway), giúp tối ưu hóa kết nối Thiết kế phẳng này giảm thiểu số lượng nút tham gia trong quá trình kết nối, mang lại hiệu suất tốt hơn.
Hình 6 Kiến trúc của LTE và SAE
Kiểm soát tín hiệu di động được thực hiện bởi các nút quản lý di động (MME), tách biệt khỏi cổng, giúp tối ưu hóa triển khai mạng và mở rộng khả năng cho các ứng dụng cố định, di động có giới hạn và di động LTE đã cải tiến so với 3G với hệ thống Evolved Packet System (EPS) và mạng lõi Evolved Packet Core (EPC), trong đó MME đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển và tối ưu hóa xử lý gói tin Việc tách MME và SGW cho phép tối ưu hóa chi phí và độc lập giữa các phần tử mạng, giúp nhà khai thác linh hoạt trong việc lựa chọn vị trí và quy mô triển khai, từ đó cải thiện băng thông và giảm độ trễ.
Hình 7 Cấu trúc tổ chức mạng LTE
Mạng truy cập vô tuyến tiên tiến RAN (Evolved Radio Access Network) trong LTE bao gồm eNodeB (eNB), là thành phần chính cung cấp giao tiếp với các thiết bị người dùng (UE) eNB đảm nhận các lớp vật lý (PHY), kiểm soát truy cập môi trường truyền (MAC), kiểm soát đường truyền vô tuyến (RLC) và giao thức điều khiển dữ liệu gói (PDCP), bao gồm chức năng mã hóa và nén các header của user-plane Ngoài ra, eNB còn cung cấp chức năng kiểm soát tài nguyên vô tuyến (RRC) thuộc control-plane, thực hiện nhiều nhiệm vụ như quản lý tài nguyên vô tuyến, kiểm soát quản lý, định thời, và thực thi QoS thỏa thuận cho hướng lên (UL), cũng như quảng bá thông tin trạm, mã hóa và giải mã dữ liệu thuộc user và control plane, cùng với việc nén và giải nén các header của DL/UL user plane.
Gateway Serving (SGW) là thành phần quan trọng trong hệ thống mạng, chịu trách nhiệm định tuyến và chuyển tiếp các gói dữ liệu người dùng SGW đóng vai trò kiểm soát tính di động của user plane trong quá trình chuyển giao giữa các điểm eNB và quản lý di động giữa công nghệ LTE và các công nghệ 3GPP khác thông qua giao thức S4 Đối với các thiết bị người dùng (UE) ở trạng thái rỗi, SGW kết nối đường dữ liệu tải xuống (DL) và kích hoạt tìm kiếm khi có dữ liệu DL đến Nó cũng quản lý và lưu trữ thông tin của UE, bao gồm dịch vụ IP cơ bản và thông tin định tuyến, đồng thời thực hiện chức năng tạo bản sao dữ liệu để phục vụ cho mục đích theo dõi hợp pháp.
Mobility Management Entity (MME) là node điều khiển chính trong mạng truy nhập LTE, đảm nhận chức năng dò tìm các UE ở trạng thái rỗi và thực hiện các chức năng dò tìm, paging và truyền lại MME tham gia vào quá trình kích hoạt và loại bỏ dịch vụ cơ bản, chọn lựa SGW cho UE trong quá trình gán và chuyển giao nội mạng LTE Nó thực hiện xác thực thuê bao qua HSS, quản lý báo hiệu Non-Access Stratum (NAS), tạo và cấp phát nhận dạng tạm thời cho các UE MME kiểm tra quyền truy cập của UE do nhà cung cấp dịch vụ cấp và thi hành các giới hạn roaming Là điểm kết cuối trong mạng, MME bảo vệ mã hóa và toàn vẹn báo hiệu NAS, đồng thời hỗ trợ báo hiệu Lawful Interception MME cung cấp chức năng control plane cho di động giữa LTE và mạng 2G/3G, với kết cuối tham chiếu S3 từ SGSN và S6a đối với Home HSS cho các Roaming UE.
Packet Data Network Gateway (PDN GW) là cầu nối giữa các thiết bị người dùng (UE) và mạng dữ liệu gói bên ngoài, hoạt động như điểm ra vào lưu lượng cho UE Các UE có khả năng duy trì nhiều kết nối đồng thời với các PDN GW khác nhau để truy cập vào các mạng PDN khác nhau.
GW thực hiện chức năng thi hành chính sách, lọc gói tin cho từng UE, hỗ trợ tính cước, can thiệp hợp pháp và kiểm tra gói tin Ngoài ra, PDN GW còn đóng vai trò như một điểm neo khi di chuyển giữa các mạng 3GPP và các mạng công nghệ không phải 3GPP như WiMAX và 3GPP2 (CDMA 1x và Ev-DO).
Các giao diện kết nối trong mạng LTE:
S1-MME là điểm tham chiếu giao thức điều khiển control plane giữa E-UTRAN và
MME Giao thức tại điểm tham chiếu này là eRANAP và nó sử dụng Stream Control Transmission Protocol (SCTP) như giao thức vận chuyển.
S1-U là điểm tham chiếu quan trọng giữa E-UTRAN và SGW, chịu trách nhiệm cho việc tạo tunnel cho các gói dữ liệu của từng người dùng Nó cũng quản lý các đường chuyển dữ liệu trong quá trình chuyển giao inter-eNB Giao thức vận chuyển được sử dụng tại điểm tham chiếu này là GPRS Tunneling Protocol-User plane (GTP-U).
S2a cung cấp hỗ trợ về điều khiển và di động liên quan giữa truy cập trusted non-3GPP
IP và Gateway thuộc user plane S2a dựa trên Proxy Mobile IP
S2b cung cấp hỗ trợ về điều khiển và di động liên quan giữa truy cập evolved Packet
Data Gateway (ePDG) và PDN GW thuộc user plane Nó dựa trên Proxy Mobile IP.
S2c cung cấp hỗ trợ cho việc điều khiển và di động giữa truy cập của người dùng (UE) và Gateway mạng dữ liệu (PDN GW) trong user plane Điểm tham chiếu này được thiết lập thông qua các phương thức truy cập đáng tin cậy và/hoặc không đáng tin cậy từ non-3GPP và/hoặc 3GPP.
S3 là giao diện kết nối giữa SGSN và MME, cho phép trao đổi thông tin người dùng và dịch vụ cơ bản giữa các mạng truy cập 3GPP Giao diện này hoạt động trong quá trình di động, cả khi thiết bị ở trạng thái rỗi và bận.
S4 cung cấp hỗ trợ về điều khiển và di động liên quan giữa truy cập giữa SGSN và
S5 cung cấp chức năng quản lý đường hầm, bao gồm việc tạo đường hầm SGW và PDN GW cho user plane Nó được sử dụng để định vị lại các SGW khi có sự di chuyển của UE.
S6a cho phép chuyển giao dữ liệu đăng ký và xác thực trong quá trình xác thực, giúp người dùng truy cập hệ thống thông qua giao tiếp AAA giữa MME và HSS.
S7 cung cấp chuyển các luật chính sách và tính cước QoS từ Policy and Charging Rules
Function (PCRF) đến Policy and Charging Enforcement Function (PCEF) tại PDN GW.
S10 là điểm tham chiếu giữa các MME trong quá trình định vị lại MME và chuyển thông tin từ MME đến MME.
S11 là điểm tham chiếu giữa MME và SGW.
SGi là điểm tham chiếu giữa PDN GW và mạng packet data network PDN Mạng PDN có thể là mạng nhà khai thác bên ngoài hoặc mạng riêng.
Rx+ là điểm tham chiếu giữa chức năng ứng dụng Application Function và PCRF trong chuẩn 3GPP TS 23.203.
Wn* đóng vai trò là điểm tham chiếu giữa Untrusted Non-3GPP IP Access và ePDG Dữ liệu trên giao diện này sẽ được định tuyến về ePDG cho các UE khi đường hầm được khởi tạo.
So sánh một số điểm nổi bật của 3G và LTE cho ta thấy như sau:
TIÊU CHÍ CÔNG NGHỆ 3G CÔNG NGHỆ LTE
Bandwidth được cố định là 5MHz cho WCDMA và HSPA+ Độ trễ cao (50ms) với HSPA+
Hiệu suất sử dụng phổ tần chưa cao
OFDM, MC-CDMA, LAS-CDMA, UWB,…
Bandwidth có thể thay đổi, 5MHz - 20MHz. Độ trễ thấp (10ms)
Hiệu suất sử dụng phổ tần cao, gấp 3-
Tốc độ -WCDMA: Max 384Kb/s (R.99)
Kiến trúc mạng phức tạp, vẫn tách riêng 2 Domain: CS cho chuyển mạch kênh và PS cho chuyển mạch gói Tốn OPEX và CAPEX
Kiến trúc mạng đơn giản, không còn
CS Domain, toàn bộ chuyển mạch gói dựa trên nền IP.
Tiết kiệm đáng kể OPEX và CAPEX
Dịch vụ Đắt , hiệu suất đầu tư trên bit dữ liệu cao.
Truyền thoại tốt Đa dạng với giá thành thấp, giúp nâng cao trải nghiệm của người dùng.
Truyền thoại , số liệu đều tốt và kế thừa toàn bộ các dịch vụ có trên 3G.
Bảng 2 So sánh 3G và LTE
TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE
Các chế độ truy nhập vô tuyến
Giao diện không gian LTE hỗ trợ hai chế độ chính: song công phân chia theo tần số (FDD) và song công phân chia theo thời gian (TDD), với mỗi chế độ có cấu trúc khung riêng biệt Chế độ FDD cho phép chia sẻ phần cứng giữa đường lên và đường xuống, do chúng không sử dụng đồng thời, giúp tiết kiệm chi phí và giảm một nửa khả năng truyền dữ liệu trong một số dải tần nhất định.
Giao diện không gian LTE hỗ trợ phát đa phương tiện và dịch vụ phát quảng bá đa điểm (MBMS), cho phép truyền hình kỹ thuật số tới thiết bị người dùng (UE) qua các kết nối điểm-đa điểm Các thông số kỹ thuật MBMS đầu tiên được giới thiệu trong UMTS phiên bản 6, trong khi LTE nâng cấp thành dịch vụ eMBMS hoạt động qua mạng phát quảng bá/đa điểm (MBSFN) với sóng đồng bộ thời gian chung, cho phép truyền tải đồng thời tới nhiều ô trong một khoảng thời gian nhất định MBSFN giúp kết hợp tín hiệu qua vô tuyến tới UE, sử dụng tiền tố vòng (CP) để giảm thiểu độ trễ, tạo ra trải nghiệm như từ một tế bào lớn duy nhất Công nghệ này nâng cao hiệu suất truyền tải MBMS trong LTE.
Băng tần truyền dẫn
LTE cần hỗ trợ thị trường không dây quốc tế và các quy định về phổ tần trong khu vực Để thực hiện điều này, các thông số kỹ thuật bao gồm băng thông kênh có thể thay đổi từ 1,4 đến 20MHz, với khoảng cách giữa các sóng mang con là 15kHz Nếu sử dụng eMBMS, khoảng cách này có thể giảm xuống 7,5kHz Khoảng cách giữa các sóng mang con là hằng số và không phụ thuộc vào băng thông của kênh 3GPP đã xác định giao diện vô tuyến của LTE là băng thông không xác định, cho phép giao diện này thích ứng với các băng thông kênh khác nhau mà không ảnh hưởng nhiều đến hoạt động của hệ thống.
Giá trị nhỏ nhất của tài nguyên được phân bố trong mạng di động được gọi là khối tài nguyên (RB), với độ rộng 180kHz và kéo dài trong 0,5ms Trong tiêu chuẩn LTE, một RB bao gồm 12 sóng mang con, cách nhau 15kHz Đối với eMBMS, khoảng cách giữa các sóng mang con có thể là 7,5kHz, và một RB sẽ bao gồm 24 sóng mang con trong cùng khoảng thời gian 0,5ms.
Kỹ thuật đa truy nhập
Kế hoạch truyền dẫn đường xuống cho E-UTRAN chế độ FDD và TDD dựa trên kỹ thuật OFDM truyền thống, trong đó phổ tần được chia thành nhiều sóng mang con, mỗi sóng mang con được điều chế độc lập bởi một dòng dữ liệu tốc độ thấp Tuy nhiên, OFDMA có tỷ lệ công suất đỉnh-đến-trung bình (PAPR) cao, gây khó khăn trong thiết kế bộ phát sóng nhúng trong UE Để truyền dữ liệu từ UE đến mạng, cần có bộ khuếch đại công suất để nâng tín hiệu lên mức đủ cao cho mạng thu nhận Bộ khuếch đại công suất tiêu thụ năng lượng lớn, do đó, hiệu quả công suất cao là cần thiết để tăng tuổi thọ pin 3GPP đã tìm một phương án truyền dẫn khác cho hướng lên LTE, chọn SC-FDMA vì nó kết hợp các kỹ thuật hiệu quả hơn.
Hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang như GSM và CDMA có PAPR thấp, giúp tăng khả năng chống nhiễu đa đường Đồng thời, OFDMA cung cấp khả năng cấp phát tần số linh hoạt, tối ưu hóa hiệu suất truyền dẫn.
Bài viết so sánh OFDMA và SC-FDMA, minh họa bằng ví dụ sử dụng bốn sóng mang con trong hai chu kỳ ký hiệu với dữ liệu QPSK Trong LTE, tín hiệu được cấp phát theo đơn vị 12 sóng mang con lân cận, với mỗi sóng mang con 15kHz được điều chế trong chu kỳ ký hiệu OFDMA 66,7μs Bốn sóng mang con và bốn ký hiệu được truyền song song, trong đó chỉ có pha của mỗi sóng mang con được điều chế, giữ công suất ổn định Sau mỗi chu kỳ ký hiệu OFDMA, các CP được chèn vào và bốn ký hiệu tiếp theo được truyền song song Mặc dù các CP được hiển thị như khoảng trống, chúng thực chất chứa bản sao của sự kết thúc ký hiệu tiếp theo, đảm bảo công suất truyền dẫn liên tục với một gián đoạn pha ở biên ký hiệu Để tạo tín hiệu truyền đi, một IFFT được thực hiện trên mỗi sóng mang con.
M tín hiệu miền thời gian Chúng lần lượt là vector tổng hợp để tạo ra dạng sóng miền thời gian cuối cùng được sử dụng để truyền dẫn.
Hình 8 OFDMA và SC-FDMA truyền một chuỗi ký hiệu dữ liệu QPSK
Sự tạo thành tín hiệu SC-FDMA bắt đầu với một quy trình đặc biệt và tiếp tục tương tự như OFDMA Sự khác biệt chính giữa hai phương pháp này là OFDMA truyền bốn ký hiệu dữ liệu QPSK song song trên mỗi sóng mang con, trong khi SC-FDMA truyền bốn ký hiệu dữ liệu QPSK theo chuỗi bốn lần, với mỗi ký hiệu chiếm M×15kHz băng thông.
Tín hiệu OFDMA là đa sóng mang với mỗi sóng mang con chứa một ký hiệu dữ liệu, trong khi tín hiệu SC-FDMA có vẻ như là nhiều sóng mang đơn, với mỗi ký hiệu dữ liệu được biểu diễn qua một chuỗi tín hiệu Mặc dù chiều dài ký hiệu của OFDMA và SC-FDMA đều là 66,7μs, ký hiệu SC-FDMA bao gồm M ký hiệu con để biểu diễn dữ liệu điều chế Việc truyền tải song song nhiều ký hiệu trong OFDMA dẫn đến PAPR cao không mong muốn Ngược lại, SC-FDMA truyền M ký hiệu dữ liệu tại M thời điểm, chiếm băng thông giống như OFDMA nhưng giảm thiểu PAPR Sự kết hợp nhiều dạng sóng QPSK băng hẹp trong OFDMA tạo ra các đỉnh cao hơn, trong khi dạng sóng QPSK đơn sóng mang của SC-FDMA mang lại hiệu suất tốt hơn.
Kỹ thuật đa anten MIMO
Kỹ thuật đa anten là trung tâm của LTE, giúp tăng cường vùng phủ sóng và hiệu suất của lớp vật lý Việc thêm nhiều anten vào hệ thống vô tuyến cho phép cải thiện hiệu suất nhờ vào các đường dẫn vật lý khác nhau của tín hiệu phát ra Có ba loại chính của kỹ thuật đa anten: đầu tiên là phân tập đường dẫn, nơi một đường dẫn có thể bị mất tín hiệu do fading trong khi đường dẫn khác vẫn hoạt động; thứ hai là kỹ thuật hướng búp song (beamforming), điều khiển mối tương quan pha của tín hiệu để tối ưu hóa năng lượng truyền tải; và loại thứ ba là sự phân tách không gian, sử dụng ghép kênh theo không gian và tạo chùm tia, thường được gọi là kỹ thuật MIMO (đa đầu vào, đa đầu ra).
Hình 9 trình bày bốn phương pháp sử dụng kênh vô tuyến, với các ví dụ được mô tả chỉ sử dụng một hoặc hai anten để đơn giản hóa.
Hình 9 Các chế độ truy nhập kênh vô tuyến
- Đơn đầu vào đơn đầu ra (SISO)
- Đơn đầu vào đa đầu ra (SIMO)
- Đa đầu vào đơn đầu ra (MISO)
- Đa đầu vào đa đầu ra (MIMO)
Kỹ thuật MIMO (Multiple Input Multiple Output) trong LTE yêu cầu ít nhất hai máy phát và hai máy thu, cho phép truyền nhiều luồng dữ liệu đồng thời trên cùng một tần số và thời gian Điều này tận dụng tối đa các đường dẫn khác nhau trong kênh vô tuyến, tăng cường công suất phổ Số lượng luồng dữ liệu không nên nhầm lẫn với số lượng ăng ten phát; ví dụ, trong cấu hình MISO (Multiple Input Single Output), có hai máy phát nhưng chỉ một luồng dữ liệu Tương tự, SIMO (Single Input Multiple Output) không chuyển đổi thành MIMO mặc dù có hai ăng ten phát và thu Để đảm bảo dữ liệu được tái tạo đầy đủ, cần có ít nhất N ăng ten và N máy thu cho N luồng dữ liệu Việc truyền từ mỗi ăng ten phải khác nhau để máy thu có thể xác định chính xác tín hiệu nhận được, thường thông qua các tín hiệu chỉ đạo với mẫu trực giao Sự phân tập không gian trong kênh vô tuyến cho phép MIMO nâng cao tốc độ dữ liệu, với hình thức cơ bản là gán một luồng dữ liệu cho mỗi ăng ten.
Hình 10 MIMO 2x2 không có tiền mã hóa
Trong ánh xạ trực tiếp, một luồng dữ liệu duy nhất được gán cho một anten, và các luồng này được trộn lẫn trên kênh, khiến mỗi anten thu nhận một sự kết hợp của các luồng Bên thu sử dụng bộ lọc để nghịch đảo và tổng hợp các luồng nhận được, từ đó tái tạo dữ liệu gốc Một dạng tiên tiến hơn của MIMO là tiền mã hóa đặc biệt, tối ưu hóa cho việc truyền dẫn trong chế độ đặc biệt của kênh, với mỗi luồng được phát qua nhiều anten Để kỹ thuật này hoạt động hiệu quả, máy phát cần hiểu rõ điều kiện kênh truyền, và trong trường hợp FDD, thông tin này phải được cung cấp theo thời gian thực từ UE Điều này làm phức tạp hóa quá trình tối ưu hóa, nhưng hệ thống có thể đạt hiệu suất cao hơn Trong khi đó, tiền mã hóa với hệ thống TDD không yêu cầu phản hồi, vì máy phát có thể xác định điều kiện kênh bằng cách phân tích tín hiệu nhận được trên cùng một tần số.
MIMO mang lại nhiều lợi ích lý thuyết, phụ thuộc vào số lượng anten truyền và nhận, điều kiện lan truyền vô tuyến, SNR và khả năng thích nghi của máy phát Trong điều kiện lý tưởng, các đường dẫn trong kênh truyền vô tuyến hoàn toàn không tương quan, tương tự như các kết nối cáp vật lý không có xuyên âm Tuy nhiên, điều kiện này khó đạt được trong không gian tự do Các giới hạn lý thuyết của MIMO dễ xác định, với hệ thống 2×2 có thể tăng gấp đôi công suất và tốc độ dữ liệu MIMO hoạt động hiệu quả nhất trong điều kiện SNR cao và tầm nhìn cực tiểu, đặc biệt phù hợp với môi trường trong nhà, nơi có mức độ cao của đa đường và tầm nhìn cực tiểu.
LỚP VẬT LÝ LTE
Điều chế
Trong điều chế hướng lên, bộ điều chế truyền thống được sử dụng là điều chế biên độ cầu phương (QAM) Các phương pháp điều chế hiện có cho dữ liệu người dùng bao gồm khóa dịch pha vuông góc (QPSK), 16QAM và 64QAM QPSK và 16QAM có sẵn trên tất cả các thiết bị, trong khi 64QAM là khả năng hỗ trợ của thiết bị người dùng (UE) Các chòm điểm điều chế khác nhau được thể hiện trong hình 11.
Trong LTE, điều chế PRACH sử dụng điều chế pha với các chuỗi được tạo ra từ chuỗi Zadoff–Chu, mang những sự khác biệt về pha giữa các ký hiệu khác nhau Lựa chọn chuỗi ảnh hưởng đến tỉ lệ đỉnh-trung bình (PAR) và giá trị Metric khối (CM), có thể thấp hơn hoặc cao hơn so với giá trị của QPSK.
Việc sử dụng điều chế QPSK mang lại hiệu quả công suất phát tối ưu khi hoạt động ở chế độ truyền tải đầy đủ, đồng thời điều chế này cũng ảnh hưởng đến kết quả của CM trong SC-FDMA Điều này đòi hỏi thiết bị khuyếch đại phải có khả năng hoạt động chờ để truyền Ngược lại, các thiết bị sử dụng điều chế 16QAM hoặc 64QAM thường hoạt động với công suất phát tối đa thấp hơn.
Trong hướng đường xuống, các phương pháp điều chế dữ liệu người sử dụng tương tự như trong hướng lên Hệ thống OFDM lý thuyết cho phép sử dụng các điều chế khác nhau cho từng sóng mang con Tuy nhiên, để đạt được kênh thông tin chất lượng cao, việc điều chế riêng từng sóng mang con sẽ dẫn đến chi phí quá mức và không khả thi Điều này cũng có nghĩa là trong hướng đường lên, phản hồi chỉ thị chất lượng kênh (CQI) sẽ cần phải chi tiết hơn để có thể thích ứng với từng sóng mang con.
Khóa dịch pha nhị phân (BPSK) đã được áp dụng cho các kênh điều khiển, sử dụng BPSK hoặc QPSK để truyền tải thông tin điều khiển hiệu quả.
Truyền tải dữ liệu người sử dụng hướng lên
Dữ liệu người sử dụng được truyền tải qua PUSCH trong cấu trúc khung 10ms, dựa trên việc phân bổ tài nguyên theo miền thời gian và miền tần số với khoảng 1ms và băng tần 180kHz Phân bổ tài nguyên này được quản lý bởi một bộ lập biểu tại eNodeB, như minh họa trong hình 12.
Hình 12 Cấp phát tài nguyên hướng lên được điều khiển bởi bộ lập biểu eNodeB
Không có sự cố định nguồn tài nguyên cho các thiết bị, và không cần tín hiệu từ eNodeB, mà chỉ cần truy nhập ngẫu nhiên để sử dụng nguồn tài nguyên Để đạt được điều này, các thiết bị cần cung cấp thông tin cho bộ lập lịch biểu về yêu cầu truyền dẫn và dựa trên các nguồn tài nguyên công suất truyền tải hiện có.
Cấu trúc khung thông qua khe 0,5ms và sử dụng 2 khe (1 khung con) cho phép cấp phát thời gian hiệu quả Với chu kỳ cấp phát ngắn hơn 0,5ms, cường độ tín hiệu có thể cải thiện, đặc biệt khi có nhiều người sử dụng Cấu trúc khung 10ms, như minh họa trong hình 13, phù hợp cho cả hai chế độ FDD và TDD, trong đó chế độ TDD có các phần bổ sung cho các điểm chuyển tiếp giữa đường lên và đường xuống trong khung.
Hình 13 Cấu trúc khung LTE FDD
Trong khe 0,5ms, có cả ký hiệu tham chiếu và ký hiệu dữ liệu người sử dụng, với tốc độ dữ liệu người dùng tạm thời và phụ thuộc vào phân bổ tài nguyên đường lên Băng thông được cấp phát trong khoảng từ 0 đến 20MHz, với các bậc 180kHz Cấp phát băng thông là liên tục, sử dụng FDMA với chỉ một ký hiệu được truyền tại một thời điểm Băng thông khe được điều chỉnh giữa các TTI liên tiếp, và việc tăng gấp đôi tốc độ dữ liệu sẽ dẫn đến việc tăng gấp đôi băng thông sử dụng Các ký hiệu tham chiếu chiếm cùng một không gian trong miền thời gian, do đó, tốc độ dữ liệu cao hơn tương ứng với sự gia tăng tốc độ dữ liệu của ký hiệu tham chiếu.
Hình 14 Tốc độ dữ liệu giữa các TTI theo hướng lên
Tiền tố vòng (Cyclic Prefix) trong đường lên có hai giá trị tùy thuộc vào việc sử dụng tiền tố vòng ngắn hoặc dài Các thông số khác không thay đổi, do đó khe 0,5ms có thể chứa 6 hoặc 7 ký hiệu Việc sử dụng tiền tố vòng mở rộng sẽ giảm bớt tải trọng dữ liệu, nhưng không thường xuyên được áp dụng do lợi ích về hiệu suất Sự hiện diện của 7 ký hiệu lớn hơn nhiều so với sự suy giảm có thể xảy ra từ nhiễu liên ký tự và độ trễ của kênh dài hơn so với tiền tố vòng.
Hình 15 Cấu trúc khe đường lên với tiền tố vòng ngắn và dài
Tốc độ dữ liệu hướng lên tức thời trên một khung con 1ms phụ thuộc vào điều chế, số lượng khối tài nguyên được cấp phát, chi phí thông tin điều khiển và tốc độ mã hóa kênh Phạm vi tốc độ dữ liệu đỉnh hướng lên từ các nguồn tài nguyên lớp vật lý dao động từ 700kbps đến 86Mbps Phiên bản 8 không xác định đa anten cho truyền tải hướng lên Tốc độ dữ liệu tức thời cho một UE chịu ảnh hưởng bởi các đặc điểm đường lên LTE từ nhiều yếu tố khác nhau.
- Phương thức điều chế được áp dụng: với 2, 4 hoặc 6 bits trên ký hiệu điều chế tùy thuộc vào trình tự điều chế với QPSK, 16QAM và 64QAM tương ứng
Băng thông 1,4MHz có chi phí cao nhất do sự hiện diện của các kênh chung và tín hiệu đồng bộ Băng thông tạm thời của kênh có thể thay đổi, với mức cấp phát tối thiểu là 12 sóng mang con (tương đương với 180kHz) và tối đa lên đến 1200 sóng mang con với băng thông 20MHz.
- Tốc độ mã hóa kênh được áp dụng
- Tốc độ dữ liệu trung bình phụ thuộc vào thời gian phân bổ tài nguyên miền
V-MIMO (MIMO ảo) cho phép tăng cường năng suất dữ liệu tối đa trong các ô hoặc khu vực cụ thể bằng cách xử lý truyền từ hai UE khác nhau qua một ăngten phát đơn Tuy nhiên, V-MIMO không làm tăng tốc độ dữ liệu tối đa cho từng người dùng đơn lẻ.
Hình 16 Chuỗi mã hóa kênh PUSCH
Chuỗi mã hóa kênh cho đường lên được minh họa trong hình 16, trong đó dữ liệu và thông tin điều khiển được mã hóa riêng biệt Thông tin điều khiển được bố trí xung quanh các ký hiệu tham chiếu, trong khi thông tin điều khiển lớp vật lý được mã hóa riêng và được gán vào một tập hợp các ký hiệu điều chế đã được xác định trước.
Mã hóa kênh cho dữ liệu người dùng LTE sử dụng mã turbo, là một loại mã chập ghép song song (PCCC) Mã turbo được điều chỉnh từ WCDMA để tương thích tốt hơn với đặc tính của LTE và cấu trúc khe, đồng thời cho phép linh hoạt hơn trong việc xử lý tín hiệu song song khi tốc độ dữ liệu tăng.
LTE kết hợp với công nghệ lặp lại lớp vật lý, được gọi là yêu cầu lặp lại thích ứng hỗn hợp (HARQ) Trong quá trình hoạt động, HARQ lưu trữ các gói tin khi kiểm tra CRC không thành công và kết hợp các gói tin nhận được khi có truyền lại.
Dữ liệu và thông tin điều khiển được kết hợp theo thời gian ở cấp độ tài nguyên Mặc dù dữ liệu được quản lý độc lập với thông tin điều khiển, nhưng thời gian điều chế trong chu kỳ TTI 1ms vẫn đồng nhất.
Hình 17 Ghép kênh của thông tin điều khiển và dữ liệu
Truyền tải dữ liệu người sử dụng hướng xuống
Dữ liệu người dùng được truyền qua kênh chia sẻ đường xuống vật lý (PDSCH), với việc phân bổ tài nguyên 1ms cũng áp dụng cho đường xuống Các sóng mang con nhận được các đơn vị tài nguyên từ 12 sóng mang con, tương ứng với 180kHz (khối tài nguyên vật lý, PRBs) Trong PDSCH, đa truy nhập sử dụng OFDMA, cho phép mỗi sóng mang con truyền song song với băng tần 15kHz, do đó tốc độ dữ liệu của người dùng phụ thuộc vào số lượng sóng mang con được cấp phát cho từng người dùng cụ thể eNodeB sẽ phân bổ khối tài nguyên dựa trên chỉ số chất lượng kênh (CQI) từ thiết bị đầu cuối, và các khối tài nguyên này được cấp phát trong miền thời gian và miền tần số.
Hình 18 Cấp phát tài nguyên đường xuống tại eNodeB
Kênh điều khiển đường xuống vật lý (PDCCH) thông báo cho thiết bị các khối tài nguyên được cấp phát tự động với độ chi tiết 1ms Dữ liệu PDSCH chiếm từ 3 đến 6 ký hiệu trên mỗi khe 0,5ms, phụ thuộc vào việc cấp phát cho PDCCH và loại tiền tố vòng sử dụng Trong khung con 1ms, khe 0,5ms đầu tiên chứa PDCCH, trong khi khe thứ hai dành hoàn toàn cho dữ liệu PDSCH Với tiền tố vòng dài, 6 ký hiệu được gán trong khe 0,5ms, trong khi tiền tố vòng ngắn cho phép 7 ký hiệu Ví dụ, nếu có 3 ký hiệu cho PDCCH, số lượng này có thể thay đổi từ 1 đến 3 Với băng thông tối thiểu 1,4MHz, số ký hiệu dao động từ 2 đến 4, đảm bảo đủ dung lượng truyền tín hiệu và mã hóa kênh hiệu quả trong các tình huống quan trọng.
Hình 19 Cấu trúc khe đường xuống cho băng thông 1.4 MHz
Hình 20 Chuỗi mã hóa kênh DL-SCH
Ngoài các ký hiệu điều khiển cho PDCCH, không gian dữ liệu của người sử dụng bị giảm do tín hiệu chuẩn, tín hiệu đồng bộ và dữ liệu quảng bá Ước lượng kênh trở nên có lợi khi tín hiệu chuẩn được phân bố đồng đều trong miền thời gian và tần số, giúp giảm chi phí nhưng yêu cầu quy tắc chung cho máy thu và máy phát Từ tổng không gian cấp phát tài nguyên với nhu cầu vận chuyển toàn bộ, các kênh chung như PBCH có thể tiêu tốn không gian tài nguyên riêng Ví dụ về PDCCH và việc cấp phát tài nguyên PDSCH được thể hiện trong hình 21.
Hình 21 Ví dụ về chia sẻ tài nguyên đường xuống giữa PDCCH & PDSCH
Mã hóa kênh cho dữ liệu người dùng theo hướng xuống sử dụng mã turbo 1/3, với kích thước tối đa cho khối mã hóa turbo giới hạn trong 6144 bit nhằm giảm gánh nặng xử lý Các cấp phát cao hơn sẽ được phân đoạn thành các khối mã hóa đa Ngoài mã hóa turbo, lớp vật lý HARQ cũng được áp dụng cho hướng xuống với các phương pháp kết hợp tương tự như hướng lên Các thiết bị khác nhau phản ánh số lượng bộ nhớ đệm có sẵn để hỗ trợ phát lại Chuỗi mã hóa đường xuống được minh họa trong hình 21, và không có ghép kênh các nguồn tài nguyên lớp vật lý với PDCCH vì chúng có nguồn tài nguyên riêng trong khung con 1ms.
Khi dữ liệu được mã hóa, các từ mã sẽ được sử dụng cho các chức năng điều chế và xáo trộn Ánh xạ điều chế áp dụng các phương pháp điều chế như QPSK, 16QAM hoặc 64QAM, sau đó các ký hiệu sẽ được nạp vào lớp ánh xạ trước khi mã hóa Đối với truyền dẫn đa anten (2 hoặc 4), dữ liệu sẽ được chia thành nhiều luồng khác nhau và ánh xạ để tối ưu hóa các thành phần tài nguyên cho PDSCH, từ đó tạo ra tín hiệu OFDMA, như minh họa trong hình 36 với ví dụ về truyền dẫn 2 anten Nếu chỉ có một anten phát, các chức năng của lớp ánh xạ và mã hóa sẽ không đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tín hiệu.
Hình 22 Sự tạo thành tín hiệu hướng xuống
Hiệu quả của tốc độ dữ liệu hướng xuống tức thời phụ thuộc vào :
- Điều chế, với phương pháp tương tự có thể như hướng đường lên
Cấp phát số lượng sóng mang con cần thiết, lưu ý rằng trong quá trình xuống, việc cấp phát tài nguyên không nhất thiết phải liên tục trong miền tần số Phạm vi cấp phát băng thông tương tự như hướng lên, từ 12 sóng mang con (180kHz) đến 1200 sóng mang con.
- Tốc độ mã hóa kênh
- Số lượng anten phát (các luồng độc lập) với sự hoạt động của MIMO
Tốc độ dữ liệu đỉnh tức thời cho đường xuống dao động từ 0,7Mbps đến 170Mbps, và có thể đạt tới 300Mbps hoặc cao hơn với cấu hình MIMO 4 – 4 anten Không có giới hạn về tốc độ dữ liệu nhỏ nhất, nhưng nếu các đơn vị cấp phát nhỏ nhất (1 khối tài nguyên) quá cao, việc áp dụng khoảng đệm sẽ cần thiết.
CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP LTE
Dò tìm tế bào
Dò tìm cell là quy trình mà thiết bị đầu cuối xác định một cell có khả năng kết nối, trong đó thiết bị thu nhận nhận dạng cell và ước lượng định thời khung Quy trình này cũng đánh giá các thông số cần thiết để thu thập thông tin từ hệ thống trên kênh quảng bá, bao gồm các thông số cần thiết cho việc truy nhập Để đơn giản hóa việc lập kế hoạch cell, LTE hỗ trợ 510 nhận dạng ô khác nhau, chia thành 170 nhóm Quy trình dò tìm cell trong LTE thường diễn ra qua nhiều bước, tương tự như thủ tục dò tìm ô ba bước trong WCDMA Để hỗ trợ thiết bị đầu cuối, LTE cung cấp tín hiệu đồng bộ sơ cấp và thứ cấp trên đường xuống, được chèn vào hai ký hiệu OFDM cuối cùng trong khe đầu tiên của khung phụ 0 và 5 Ngoài ra, quy trình dò tìm cell còn có thể tận dụng các tín hiệu tham chiếu.
Truy nhập ngẫu nhiên
Một yêu cầu cơ bản cho bất kỳ hệ thống di động tế bào nào là khả năng thiết bị đầu cuối thiết lập kết nối, thường được gọi là truy nhập ngẫu nhiên Truy nhập ngẫu nhiên phục vụ hai mục đích chính của LTE: thiết lập đồng bộ hướng lên và nhận diện thiết bị đầu cuối duy nhất (C-RNTI) Do đó, nó không chỉ được sử dụng cho truy nhập ban đầu khi chuyển giao từ trạng thái LTE_tách biệt hoặc LTE_rảnh rỗi sang LTE_tích cực, mà còn trong các giai đoạn không tích cực khi đồng bộ đường lên bị mất trong trạng thái LTE_tích cực.
Tổng quan về truy nhập ngẫu nhiên được thể hiện như trong hình 23, bao gồm bốn bước:
Bước đầu tiên trong quá trình truyền dẫn là phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên, giúp eNodeB ước tính thời gian truyền tải của thiết bị đầu cuối Đồng bộ hướng lên là yếu tố quan trọng, nếu không thiết bị đầu cuối sẽ không thể truyền dữ liệu lên.
Bước thứ hai trong quy trình bao gồm việc mạng truyền lệnh định thời sớm để điều chỉnh sự định thời truyền của thiết bị đầu cuối, dựa trên các phép đo định thời từ bước đầu tiên Ngoài việc thiết lập đồng bộ hướng lên, bước này còn chỉ định các nguồn tài nguyên hướng lên cho thiết bị đầu cuối, nhằm sử dụng trong bước ba của các thủ tục truy nhập ngẫu nhiên.
Bước thứ ba liên quan đến việc truyền dẫn nhận dạng thiết bị di động thông qua UL-SCH, tương tự như dữ liệu được hoạch định thông thường Nội dung của tín hiệu này phụ thuộc vào trạng thái của thiết bị, bao gồm cả việc thiết bị đó đã từng kết nối với mạng hay chưa.
Bước cuối cùng trong quy trình là truyền dẫn thông điệp giải quyết tranh chấp từ mạng đến thiết bị đầu cuối qua kênh DL-SCH Giai đoạn này cũng xử lý các tranh chấp phát sinh khi nhiều thiết bị đầu cuối cùng lúc cố gắng truy cập vào hệ thống bằng cách sử dụng chung tài nguyên truy cập.
Hình 23 Thủ tục truy nhập ngẫu nhiên