Giáo trình lộ trình phát triển thông tin di động 3g lên 4g tập 1 TS nguyên phạm anh dũng

Các chủ đề được trình bày trong chương này bao gồm: Quá trình tiêu chuẩn hóa WCDMA/HSPA trong 3GPP Kế hoạch nghiên cứu phát triển LTE IMT-ADVANCED là lộ trình tiến lên 4G Tổng quan truy

(Tập 1)

NHÀ XUẤT BẢN THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

GD 01 HM 10

LỜI NÓI ĐẦU

Thông tin di động là ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh

nhất với con số thuê bao đã đạt đến 3,8 tỷ tính đến cuối năm 2008 Khởi

nguồn từ dịch vụ thoại đắt tiền phục vụ một số ít người di chuyển, đến

nay với sự ứng dụng ngày càng rộng rãi các thiết bị thông tin di động thế

hệ ba, thông tin di động có thể cung cấp nhiều loại hình dịch vụ đòi hỏi

tốc độ số liệu cao kể cả các chức năng camera, MP3 và PDA Với các

dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao ngày càng trở nên phổ biến thì nhu cầu về 3G

cũng như phát triển nó lên 4G đang càng trở nên cấp thiết Để phục vụ

nhu cầu học tập của sinh viên, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn

thông phối hợp với Nhà xuất bản Thông tin và Truyền thông xuất bản

“Giáo trình Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G” do

TS Nguyễn Phạm Anh Dũng biên soạn

3G là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống thông tin di động thế hệ

thứ 3 (Third Generation) Mạng 3G (Third-generation technology) là thế

hệ thứ ba của chuẩn công nghệ điện thoại di động, cho phép truyền cả dữ

liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh,

hình ảnh ) 3G cung cấp cả hai hệ thống là chuyển mạch gói và chuyển

mạch kênh Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập vô tuyến hoàn toàn

khác so với hệ thống 2G hiện nay Điểm mạnh của công nghệ này so với

công nghệ 2G và 2.5G là cho phép truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh,

hình ảnh chất lượng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di

chuyển ở các tốc độ khác nhau Với công nghệ 3G, các nhà cung cấp có

thể mang đến cho khách hàng các dịch vụ đa phương tiện, như âm nhạc

chất lượng cao; hình ảnh video chất lượng và truyền hình số; Các dịch vụ

định vị toàn cầu (GPS); E-mail; video streaming; High-ends games;

Do khuôn khổ có hạn, giáo trình sẽ chỉ tập trung trình bày hai công

nghệ: đó là HSPA (sự phát triển tăng cường của WCDMA) và 3GPP

LTE Có thể coi công nghệ HSPA và sự phát triển tiếp theo của nó là hậu

3G còn công nghệ LTE là tiền 4G Đây là các công nghệ dự kiến sẽ rất

phát triển trong những thập niên tới Giáo trình được xây dựng trên cơ sở

sinh viên đã học môn "Đa truy nhập vô tuyến và lý thuyết trải phổ"

Vì đây là giáo trình cho môn chuyên đề đòi hỏi sinh viên phải tự đọc nên giáo trình được biên soạn chi tiết với kết cấu hợp lý để sinh viên có thể tự học Mỗi chương đều có phần giới thiệu chung, có phần tổng kết

và các câu hỏi

Giáo trình bao gồm 16 chương Chương đầu giới thiệu tổng quan về các hệ thống phát triển của 3G và lộ trình phát triển lên 4G Chương 2 đề cập đến các vấn đề liên quan đến truyền dẫn vô tuyến băng rộng Chương

3 nghiên cứu các công nghệ đa truy nhập OFDMA và SC-FDMA ứng dụng cho LTE Chương 4 trình bày một trong các kỹ thuật quan trọng của 3G phát triển và 4G là đa anten Chương 5 trình bày một số kỹ thuật then chốt của 3G phát triển và 4G là: thích ứng đường truyền, lập biểu phụ thuộc kênh và HARQ (phát lại lai ghép) Chương 6 và chương 7 trình bày nguyên lý của HSDPA và HSUPA Chương 8 đề cập đến các vấn đề quản lý tài nguyên vô tuyến của HSPA Chương 9 trình bày dịch

vụ VoIP trong HSPA Chương 10 trình bày một số dịch vụ tiên tiến của HSPA là MBMS - dịch vụ quảng bá, đa phương đa phương tiện và CPC - kết nối gói liên tục Chương 11 trình bày các mục tiêu LTE Chương 12 trình bày các vấn đề chung của truy nhập vô tuyến LTE và kiến trúc giao diện vô tuyến LTE Chương 13 và 14 trình bày lớp vật lý

và các thủ tục truy nhập LTE Chương 15 trình bày phát triển kiến trúc hệ thống LTE/SAE Chương 16, trình bày mô phỏng đánh giá hiệu năng HSPA, LTE và tính toán quỹ đường truyền

Ngoài ra phần Phụ lục của giáo trình, trình bày các yêu cầu đối với phần vô tuyến của máy đầu cuối HSPA và có thêm phần Thuật ngữ viết

tắt, Tài liệu tham khảo để bạn đọc tiện tra cứu

Giáo trình có thể là tài liệu tham khảo cho sinh viên các trường đại học, các chuyên gia, các cán bộ quản lý và kỹ thuật trong lĩnh vực thông tin di động Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song quá trình biên soạn sẽ khó tránh khỏi thiếu sót, Học viện rất mong nhận được ý kiến góp ý của các bạn đồng nghiệp và bạn đọc gần xa

Xin trân trọng cảm ơn!

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Lời nói đầu 5

Chương 1 Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển 3G, LTE trong 3GPP và lộ trình tiến lên 4G 13

1.1 Mở đầu 14

1.2 Quá trình tiêu chuẩn hóa WCDMA/HSPA trong 3GPP 14

1.3 Kế hoạch nghiên cứu phát triển LTE 24

1.4 IMT-ADVANCED và lộ trình tiến lên 4G 27

1.5 Tổng quan truy nhập gói tốc độ cao (HSPA) 30

1.6 Tổng quan LTE 33

1.7 Kiến trúc mô hình LTE 42

1.8 Tổng kết 45

1.9 Câu hỏi 46

Chương 2 Truyền dẫn tốc độ số liệu cao trong thông tin không dây băng rộng 47

2.1 Các hạn chế cơ bản đối với truyền dẫn tốc độ số liệu cao 48

2.2 Truyền dẫn tốc độ số liệu cao trong băng thông hạn chế và điều chế bậc cao 54

2.3 Ảnh hưởng của môi trường truyền sóng lên truyền dẫn không dây băng rộng 59

2.4 Cân bằng chống phađinh chọn lọc tần số 65

2.5 Truyền dẫn đa sóng mang cho không dây băng rộng 72

2.6 Tổng kết 77

2.7 Câu hỏi 78

Chương 3 OFDMA và SC-FDMA của LTE 79

3.1 Mở đầu 80

3.2 Tóm tắt nguyên lý OFDM 81

3.3 Ước tính kênh và các ký hiệu tham khảo 91

3.4 Mã hóa kênh và phân tập tần số trong truyền dẫn OFDM 93

3.5 Lựa chọn các thông số OFDM cơ sở 95

3.6 Ảnh hưởng của thay đổi mức công suất tức thời 98

3.7 Sử dụng OFDM cho ghép kênh và đa truy nhập 99

3.8 Phát quảng bá và đa phương trong nhiều ô và OFDM 102

3.9 Nguyên lý truyền dẫn DFTS-OFDM 105

3.10 Tổng quan SC-FDMA 114

3.11 Sắp xếp sóng mang con SC-FDMA 119

3.12 Trình bày các tín hiệu SC-FDMA trong miền thời gian 121

3.13 Tổng kết 125

3.14 Câu hỏi 125

Chương 4 Kỹ thuật đa anten 127

4.1 Các cấu hình đa anten 127

4.2 Các lợi ích của sử dụng các kỹ thuật đa anten 129

4.3 Đa anten thu 129

4.4 Đa anten phát 136

4.5 Ghép kênh không gian 146

4.6 Tổng kết 155

4.7 Câu hỏi 155

Chương 5 Lập biểu, thích ứng đường truyền và yêu cầu phát lại tự động lai ghép 157

5.1 Mở đầu 157

5.2 Thích ứng đường truyền: điều khiển công suất và tốc độ số liệu 159

AMC Adaptive Modulation and Coding Mã hóa và điều chế thích ứng

ARQ Automatic Repeat-reQuest Yêu cầu phát lại tự động AWGN Additive Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BM-SC Broadcast/Multicast Service Center Trung tâm dịch vụ quảng bá/đa

phương BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa chuyển pha hai trạng thái

CAZAC Constant Amplitude Zero

Auto-Correlation

Tự tương quan bằng không biên

độ không đổi

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

CPC Continuous Packet Connectivity Kết nối gói liên tục

CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung

CQI Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lượng kênh

CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra vòng dư

CTC Convolutional Turbo Code Mã hóa Turbo xoắn

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng

DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc

DPCCH Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng

DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý riêng

DRX Discontinuous Reception Thu không liên tục

DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống DTX Discontinuous Transmission Phát không liên tục

DUSP Switching point from downlink to uplink Điểm chuyển mạch từ đường

xuống sang đường lên E-AGCH Enhanced Absolute Grant Channel Kênh cho phép tuyệt đối

tăng cường E-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng tăng cường

E-DPCCH Enhanced Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng tăng cường E-DPDCH Enhanced Dedicated Data Channel Kênh số liệu riêng tăng cường

EPC Evolved Packet Core Lõi gói phát triển

E-RGCH Enhanced Relative Grant Channel Kênh cho phép tương đối

tăng cường

phát triển ErtPS Extended Real Time Packet Service Dịch vụ gói thời gian thực mở

rộng E-TFC E-DCH Transport Format Combination Kết hợp khuôn dạng truyền tải

E-DCH E-TFCI E-DCH Transport Format Combination

Index

Chỉ số kết hợp khuôn dạng truyền tải E-DCH

thời gian FDM Frequency Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo

tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo

tần số

FEC Forward Error Correction Hiệu chỉnh lỗi trước

EDGE GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GPS Global Positionning System Hệ thống định vị toàn cầu

GSM Global System For Mobile

Communications

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest Yêu cầu phát lại tự động lai ghép

HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói đường xuống

tốc độ cao HS-DPCCH High-Speed Dedicated Physical Control

Channel

Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc độ cao

HSS Home Subscriber Server Server thuê bao nhà

HS-SCCH High-Speed Shared Control Channel Kênh điều khiển chia sẻ

tốc độ cao HSUPA High-Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên

tốc độ cao IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc ngược

IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh ngược IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP

IMT-2000 International Mobile

Telecommunications 2000

Thông tin di động quốc tế 2000

IRC Interferrence Rejection Combining Kết hợp loại nhiễu

ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số đa dịch vụ tích hợp ITU International Telecommunications Union Liên minh Viễn thông quốc tế ITU-R International Telecommunications

Union- Radio Sector

Liên minh Viễn thông quốc tế bộ phận vô tuyến

tin giữa RNC và mạng lõi

tin giữa nút B và RNC

tin giữa các RNC

LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MBMS Multimedia Broadcast Multicast Service Dịch vụ quảng bá đa phương đa

phương tiện MBS Multicast Broadcast Service Dịch vụ đa phương quảng bá MBSFN Multicast Broadcast Single Frequency

Network

Mạng đa phương quảng bá đơn tần số

MCCH MBMS Control Channel Kênh điều khiển MBMS

MCE MBMS Coordination Entity Thực thể điều phối MBMS MCH Multicast Control Channel Kênh điều khiển đa phương MC-CDMA Multi Carrier- Code Division Multiple

Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

đa sóng mang MC-WCDMA Multi Carrier- Wide band Code Division

Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng đa sóng mang

MIMO Multi-Input Multi-Output Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

MLD Maximum Likelihood Detection Tách sóng khả giống cực đại MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện MMSE Minimum Mean Square Error Sai số bình phương trung bình

cực tiểu MRC Maximum Ratio Combining Kết hợp tỷ lệ cực đại

MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch các dịch

vụ di động MSCH MBMS Scheduling Channel Kênh lập biểu MBMS

OVSF Orthogonal Variable Spreading Factor Hệ số trải phổ khả biến trực giao PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh trên công

suất trung bình PAR Peak to Average Ratio Tỷ số đỉnh trên trung bình (giống

như PAPR) PARC Per-Antenna Rate Control Điểu khiển tốc độ cho một anten PCI Precoding Control Indication Chỉ thị điều khiển tiền mã hóa PDCCH Physical Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng vật lý

PDCP Packet-Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống vật lý

PF Proportional Fair Công bằng tỷ lệ (một kiểu lập biểu

PRB Physical Resource Block Khối tài nguyên vật lý

PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch

công cộng QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc

QPSK Quadtrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha vuông góc RAB Radio Access Bearer Kênh mang truy nhập vô tuyến RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RAT Radio Access Technology Công nghệ truy nhập vô tuyến

RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNTI Radio Network Temporary Identity Nhận dạng tạm thời mạng vô

tuyến ROHC Robust Header Compression Nén tiêu đề bền chắc

RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến RRM Radio Resource Management Quản lý tài nguyên vô tuyến

rtPS Real Time Polling Service Dịch vụ thăm dò thời gian thực

SAE System Architecture Evolution Phát triển kiến trúc mạng SC-FDMA Single Carrier – Frequency Division

Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang SCH Synchronization channel Kênh đồng bộ

SDMA Spatial Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo

không gian

SFBC Space Frequency Block Code Mã khối không gian tần số SFN Single Frequency Network Mạng tần số đơn

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ SIC Successive Interference Combining Kết hợp loại bỏ nhiễu lần lượt SIM Subscriber Identity Module Môđun nhận dạng thuê bao SINR Signal to Interferdence plus Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu cộng

tạp âm SMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin

SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

SRNS Serving Radio Network Subsystem Phân hệ mạng vô tuyến phục vụ STBC Space Time Block Code Mã khối không gian thời gian

STTD Space Time Transmit Diversity Phân tập phát không gian thời

gian TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn TD-CDMA Time Division -Code Division Multiple

thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo

thời gian TD-SCDMA Time Division-Synchronous Code

Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã đồng bộ - phân chia theo thời gian

TFC Transport Format Combination Kết hợp khuôn dạng truyền tải TFCI Transport Format Combination Indicator Chỉ thị kết hợp khuôn dạng

truyền tải

TM Transparent Mode Chế độ trong suốt (cấu hình RLC)

TS Technical Specication Đặc tả kỹ thuật

TSG Technical Specication Group Nhóm đặc tả kỹ thuật

TSN Transmission Sequence Number Số trình tự phát

TSTD Time Switched Transmit Diversity Phân tập phát chuyển mạch theo

thời gian TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian phát

UDSP Switching point from uplink to downlink Điểm chuyển mạch từ đường lên

sang đường xuống

UM Unacknowledged Mode Chế độ không công nhận (cấu

hình RLC)

USIM UMTS Subcriber Identity Module Môđun nhận dạng thuê bao

UMTS UTRA UMTS Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access

Access

Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng

WLAN Wireless Local Area Network Mạng nội vùng không dây

AMR-WB Adaptive Multirate- Wide Band Đa tốc độ thích ứng băng rộng

Các chủ đề được trình bày trong chương này bao gồm:

Quá trình tiêu chuẩn hóa WCDMA/HSPA trong 3GPP

Kế hoạch nghiên cứu phát triển LTE IMT-ADVANCED là lộ trình tiến lên 4G Tổng quan truy nhập gói tốc độ cao HSPA Tổng quan LTE

Kiến trúc mô hình LTE

Mục đích chương nhằm cung cấp cho sinh viên thông tin về các

hoạt động nghiên cứu và phát triển (R&D) 3G và lộ trình lên 4G đang được tiến hành trong 3GPP và biết được một số công nghệ triển vọng cho 4G khác như WiMAX Về WiMAX sinh viên có thể đọc thêm tài liệu tham khảo ‘WiMAX’ của Học viện CNBCVT

Để hiểu được chương này sinh viên cần đọc kỹ tư liệu được trình

bày trong chương, tham khảo thêm các tài liệu [1], [9], [10], [11], [12], [14], [15], [16] và trả lời các câu hỏi cuối chương

1.1 MỞ ĐẦU

Chương này sẽ trình bày các hoạt động nghiên cứu và phát triển

(R&D) 3G và lộ trình lên 4G đang được tiến hành trong 3GPP là tổ chức quốc tế chịu trách nhiệm cho việc phát triển và hài hòa các các tiêu chuẩn được phát hành của UMTS UTRA (WCDMA và TD-SDMA) Quá trình nghiên cứu phát triển UMTS lên 3G phát triển và tiến dần đến 4G là việc đưa ra công nghệ HSPA (High Speed Packet Access: đa truy nhập gói tốc độ cao) và LTE (Long term Evolution: phát triển dài hạn) cho phần vô tuyến và SAE (System Architecture Evolution: phát triển kiến trúc hệ thống) cho phần mạng

Hiện nay UMTS đã và đang triển khai trên thế giới 3GPP đã tiến hành nghiên cứu để cải thiện hiệu năng của UMTS bằng việc đưa ra các phát hành R5, R6 và R7 với các tính năng như HSDPA, HSUPA

và MBMS Mục tiêu của LTE là nghiên cứu phát triển hiệu năng hệ thống sau R6 RAN để có thể triển khai vào năm 2010 Các nghiên cứu của LTE nhằm giảm giá thành, tăng cường hỗ trợ cho các dịch vụ lợi nhuận cao và cải thiện khai thác bảo dưỡng cũng như cung cấp dịch

vụ Để đạt được các mục tiêu này cần đưa ra một công nghệ vô tuyến tiềm năng mới cho phép nâng cao hiệu suất phổ tần, thông lượng 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 lý tài nguyên vô tuyến hiệu quả để dễ dàng triển khai và khai thác hệ thống

1.2 QUÁ TRÌNH TIÊU CHUẨN HÓA WCDMA/ HSPA TRONG 3GPP

1.2.1 3GPP

3GPP được giao trách nhiệm tiến hành công tác tiêu chuẩn hóa HSPA Trước đó tổ chức quốc tế này đã được giao nhiệm vụ tiêu chuẩn hóa cho WCDMA Hoạt động tiêu chuẩn hóa cho WCDMA/HSPA của tổ chức này từ năm 1999 đến năm 2006 được tổng kết theo thời gian đưa ra các phát hành trên hình 1.1

Chương 1: Tổng quan phát triển 3G… 15

Mốc phát triển đầu tiên cho WCDMA đã đạt được vào cuối năm

1999 khi phát hành 1999 (R3) được công bố chứa đựng toàn bộ các đặc tả WCDMA Phát hành R4 được đưa ra sau đó vào đầu năm 2001 Tiếp theo là phát hành R5 được đưa ra vào năm 2002 và R6 vào năm

2004 Phát hành R7 được đưa ra vào nửa cuối của năm 2006 3GPP lúc đầu có bốn nhóm đặc tả kỹ thuật khác nhau (TSG: Technical Specifications Group) và sau đó là năm nhóm chuyển từ các hoạt động GSM/EDGE vào 3GPP Sau khi cơ cấu lại vào năm 2005, quay lại còn bốn nhóm TSG (hình 1.2) sau đây:

TSG RAN (Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến) TSG RAN tập trung lên giao diện vô tuyến và các giao diện bên trong giữa các trạm thu phát gốc (BTS)/ các bộ điều khiển trạm gốc (RNC) cũng như giao diện giữa RNC và mạng lõi TSG RAN chịu trách nhiệm cho các tiêu chuẩn HSDPA và HSUPA

TSG CT (lõi và các đầu cuối) TSG CT tập trung lên các vấn đề mạng lõi cũng như báo hiệu giữa mạng lõi và các đầu cuối

TSG SA (dịch vụ và kiến trúc hệ thống) TSG SA tập trung lên các dịch vụ và kiến trúc hệ thống tổng thể

TSG GERAN (GSM/EDGE RAN) TSG RAN tập trung lên các vấn đề về RAN nhưng cho giao diện vộ tuyến dựa trên GSM/GPRS/EDGE

TS RAN WG1: chịu trách nhiệm cho các khía cạnh về lớp vật lý

TS RAN WG2: chịu trách nhiệm cho các khía cạnh lớp 2 và lớp 3 TSG WG3: chịu trách nhiệm cho các giao diện bên trong RAN TSG RAN WG4: chịu trách nhiệm cho các yêu cầu về hiệu năng

và vô tuyến

TSG RAN WG5: chịu trách nhiệm cho kiểm tra đầu cuối

Chương 1: Tổng quan phát triển 3G… 17

Các thành viên của 3GPP gồm các đối tác có tổ chức Các hãng

cá nhân phải là thành viên của một trong các đối tác có tổ chức và dựa trên tổ chức này họ có quyền tham gia vào hoạt động của 3GPP Dưới đây là các đối tác có tổ chức hiện nay:

Liên minh các giải pháp công nghệ viễn thông (ATIS) từ Mỹ Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu (ETSI) từ châu Âu

Liên hiệp các tiêu chuẩn thông tin Trung Quốc (CCSA) từ Trung Quốc

Liên hiệp giới công nghiệp và kinh doanh vô tuyến (ARIB) từ Nhật Bản

Ủy ban công nghệ viễn thông (TTC) từ Nhật Bản

Liên hiệp công nghệ viễn thông (TTA) từ Hàn Quốc

3GPP tạo lập nội dung kỹ thuật của các đặc tả, nhưng chính các đối tác có tổ chức sẽ công bố công việc này Điều này cho phép có được các tập đặc tả giống nhau tại tất cả các vùng trên thế giới và vì thể đảm bảo phổ biến trên tất cả các lục địa Ngoài các đối tác có tổ chức, còn có các đối tác được gọi là đại diện thị trường như UMTS Forum, là bộ phận của 3GPP

Công tác trong 3GPP được xây dựng xung quanh các danh mục công tác (nghiên cứu), thông qua các thay đổi nhỏ được đưa ra trực tiếp như ‘các yêu cầu’ thay đổi đối với đặc tả Đối với các danh mục lớn hơn, thông thường nghiên cứu khả thi được thực hiện trước khi tiến đến các thay đổi thực tế đối với các đặc tả

1.2.2 Chuẩn hóa HSDPA trong 3GPP

Khi phát hành R3 hoàn thành, HSDPA và HSUPA vẫn chưa được đưa vào kế hoạch nghiên cứu Trong năm 2000, khi thực hiện hiệu chỉnh WCDMA và nghiên cứu R4 kể cả TD-SCDMA, người ta nhận thấy rằng cần có một số cải thiện cho truy nhập gói Để cho phép phát triển này, nghiên cứu khả thi (danh mục nghiên cứu) cho HSDPA được khởi đầu vào tháng 3 năm 2000 Nghiên cứu này được bắt đầu

theo các nguyên tắc của 3GPP (phải có ít nhất bốn hãng ủng hộ) Các hãng ủng hộ khởi đầu nghiên cứu HSDPA 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 toàn thể TSG RAN

và kết luận rằng các giải pháp được nghiên cứu cho thấy có lợi Trong danh mục nghiên cứu HSDPA này có các vấn đề được nghiên cứu để cải thiện truyền dẫn số liệu gói đường xuống so với các đặc tả R3 Các chuyên đề như phát lại lớp vật lý và lập biểu dựa trên BTS đã được nghiên cứu cùng với mã hóa và điều chế thích ứng Nghiên cứu cũng bao hàm cả một số nghiên cứu về công nghệ phát thu nhiều anten dưới tiêu đề “Nhiều đầu vào nhiều đầu ra” (MIMO) cùng với chọn ô nhanh (FCS: Fast Cell Selection)

Vì nghiên cứu khả thi cho thấy có thể đạt được cải thiện đáng kể với mức độ phức tạp hợp lý, nên rõ ràng là cần tiếp tục danh mục nghiên cứu thực tế để phát triển các đặc tả Sau khi danh mục công tác này đã được thiết lập, phạm vi công tác này 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 Danh mục nghiên cứu HSDPA được nhiều nhà bán máy ủng hộ hơn và danh mục nghiên cứu 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 kỹ thuật cho quá trình này còn lớn hơn nhiều Một năm sau, đặc tả HSDPA R5 được phát hành Tất nhiên vẫn còn có các hiệu chỉnh cho HSDPA, nhưng những chức năng lõi đã có trong các đặc tả lớp vật lý Nghiên cứu một phần bị chậm lại do các hoạt động hiệu chỉnh song 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 kỹ lưỡng được thực hiện để phát hiện các chi tiết cần hiệu chỉnh và làm rõ nghĩa các đặc tả và đây là trường hợp đối với các thiết bị R3 trước khi bắt đầu các hoạt động thương mại tại châu Âu vào nửa cuối của năm 2002 Nghiên cứu các bộ phận của

Chương 1: Tổng quan phát triển 3G… 19

giao thức HSDPA chiếm nhiều thời gan nhất, trong đó nghiên cứu tương thích ngược được bắt đầu vào tháng 3 năm 2004

Trong số các chuyên đề khác liên quan đến HSDPA, danh mục nghiên cứu MIMO không hoàn thành trong chương 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 là chuyên đề nằm trong danh sách các chuyên đề của R7 Nghiên cứu khả thi đối với FCS đã kết luận rằng lợi ích nhận được từ nó không đáng kể so với sự tăng thêm độ phức tạp vì thế sau khi nghiên cứu này khép lại không có danh mục nghiên cứu nào được đưa ra cho FCS Trong khi tập trung lên FDD (ghép song công phân chia theo tần số), TDD (ghép sóng công phân chia theo thời gian) cũng được đưa vào danh mục nghiên cứu HSDPA kể

cả các giải pháp tương tự trong cả hai chế độ TDD (TDD băng hẹp

và băng rộng)

1.2.3 Chuẩn hóa HSUPA trong 3GPP

Mặc dù HSUPA là thuật ngữ được sử dụng rộng rãi trên thị trường, trong quá trình chuẩn hóa HSUPA thuật ngữ này được sử dụng đưới cái tên ‘kênh riêng đường lên tăng cường’ (E-DCH: Enhanced Uplink Dedicated Channel) Nghiên cứu được tiến hành trong giai đoạn hiệu chỉnh HSDPA và được bắt đầu bằng danh mục

nghiên cứu về ‘tăng cường đường lên cho các kênh truyền tải’ vào

tháng 9 năm 2002 Từ phía các nhà bán máy, Motorola, Nokia, và Ericsson là các hãng ủng hộ khởi xướng nghiên cứu cho vần đề này trong 3GPP

Các kỹ thuật được nghiên cứu cho HSUPA (E-DCH) bao gồm (xem hình 1.3):

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

Lập biểu nhanh đường lên dựa trên nút B TTI ngắn hơn cho

đừơng lên

Điều chế bậc cao

hơn

HARQ cho đường lên

Thiết lập kênh riêng nhanh

Hình 1.3 Các kỹ 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 làm sáng tỏ các lợi ích của các kỹ thuật được nghiên cứu Báo cáo cho thấy rằng không có lợi ích tiềm năng khi sử dụng điều chế bậc cao trên đường lên vì thế điều chế thích ứng đã không được đưa vào danh mục nghiên cứu thực tế

Danh mục nghiên cứu này được kết thúc vào tháng ba năm 2004 với khuyến nghị việc 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 này, nhưng các vấn đề này đã được đề cập trong các danh mục nghiên cứu khác đối với phát hành 3GPP R6 dựa trên các kết quả nhận được trong giai đoạn danh mục nghiên cứu này Hình 1.4 cho thấy các kỹ thuật được 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 nghiên cứu TDD chưa được tiến hành, nhưng nó

sẽ được nghiên cứu trong kế hoạch R7

Chương 1: Tổng quan phát triển 3G… 21

Lập biểu nhanh đường lên dựa trên nút B TTI ngắn hơn cho

đừơng lên

HARQ cho đường lên

Hình 1.4 Các kỹ thuật được lựa chọn cho danh mục nghiên cứu HSUPA

Do nghiên cứu nền tảng chi tiết và tốt đã được thực hiện trong thời gian nghiên cứu 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 cho các đặc tả lõi vào tháng 12 năm 2004 Phiên bản này vẫn chưa phải là phiên bản hoàn thiện cuối cùng, nhưng nó chứa các chức năng then chốt và trên cơ sở các chức năng này có thể tiếp tục tiến hành nghiên cứu hiệu chỉnh và hoàn thiện chi tiết

Hình 1.5 Thí dụ về quá trình tiêu chuẩn hóa HSUPA trong 3GPP

Tháng 3 năm 2005, danh mục nghiên cứu này đã chính thức được hoàn thiện cho 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 hiệu năng đã được hoàn thiện Thí

dụ về quá trình tiêu chuẩn hóa cho HSUPA được minh họa trên hình 1.5 Bước cuối cùng cho HSUPA là hoàn thiện tương thích ngược cho giao thức Điều này sẽ cho phép thiết lập mẫu chuẩn cho các thiết bị

sẽ được đưa vào thị trường Theo kế hoạch, quá trình này được tiến hành vào tháng 3 năm 2005, sau khi việc xem xét ASN.1 đã kết thúc (ASN.1 là ngôn ngữ mã hóa bản tin giao thức được sử dụng trong một

số giao thức của 3GPP)

1.2.4 Phát triển tăng cường của HSUPA và HSDPA

Trong khi HSUPA đang được đặc tả, vẫn có các nghiên cứu phát triển để cải thiện R6 HSDPA cũng như một số lĩnh vực khác, như: Đặc tả hiệu năng cho các đầu cuối tiên tiến hơn sử dụng phân tập thu và (hoặc) các máy thu tiên tiến

Cải thiện tầm phủ sóng đường lên bằng cách sử dụng báo hiệu phản hồi đường lên

Các cải thiện trong lĩnh vực di động của HSDPA bằng báo hiệu nhanh hơn và thời gian xử lý ngắn hơn

Một danh mục nghiên cứu với tên là ‘kết nối liên tục cho các

người sử dụng số liệu gói’ đã được định nghĩa cho R7 với mục đích

giảm chi phí trong các thời gian phục vụ và duy trì liên kết nhưng không có luồng số liệu liên tục cần thiết Một thí dụ cho kiểu dịch vụ này là dịch vụ thọai trên cơ sở gói với tên gọi phổ biển là VoIP

Danh mục nghiên cứu MIMO vẫn tiếp tục được tiến hành với nhiều đề suất Nguyên lý then chốt là có hai (hay nhiều) anten phát với các luồng thông tin khác nhau và sau đó sử dụng hai hay nhiều anten kết hợp với xử lý tín hiệu tiên tiến tại đầu cuối để phân tách các luồng này như minh họa trên hình 1.6

Chương 1: Tổng quan phát triển 3G… 23

Thách thức chủ yếu là phải chứng minh rằng liệu có nhận được tăng độ lợi đáng kể so độ lợi nhận được từ các cải thiện hiệu năng trong R6 và các giải pháp cải thiện dung lượng hiện có bằng cách bổ sung thêm máy phát- chẳng hạn chuyển từ cấu hình ba đoạn ô sang cấu hình sáu đoạn ô Các kết luận trong 3GPP cho đến thời điểm này chỉ là trong môi trường ô vĩ mô, HSDPA với MIMO có vẻ không mang lại lợi ích về dung lượng so với trường hợp thu phân tập và máy thu tiên tiến tại đầu cuối Vì thế thách thức này vẫn còn tiếp tục được xem xét trong R7 và các phát hành tiếp theo Nghiên cứu sẽ hướng đến các ô nhỏ hơn (các ô vi mô)

Hình 1.6 Nguyên lý MIMO với hai anten phát và hai anten thu

Các danh mục vẫn đang được nghiên cứu cho HSDPA hoặc HSUPA gồm vấn đề về giảm trễ thiết lập cuộc gọi chuyển mạch gói (PS) và chuyển mạch kênh (CS) nhằm rút ngắn thời gian cần thiết để chuyển từ trạng thái rỗi vào trạng thái tích cực (Cell_DCH) Vì hầu hết các bước trong WCDMA sẽ vẫn giữ nguyên không liên quan đến cuộc gọi CS hay PS, nên các cải thiện này mang lại lợi ích cho cả HSDPA/HSUPA lẫn thiết lập cuộc gọi thoại bình thường Đầu tiên nghiên cứu đã tập trung lên xác định cách thức cải thiện thiết lập cuộc gọi thoại R3 và đồng thời tiến tới sử dụng các phương pháp có thể áp dụng được cho các thiết bị hiện có Sau đó nghiên cứu chuyển sang

các cải thiện lớn hơn không sử dụng được cho các thiết bị hiện có nhưng tiềm năng hơn vì các đầu cuối sẽ thay đổi Nghĩa là các thiết bị

có khả năng R7 sẽ nhận được thêm các cải thiện trong hầu hết các trường hợp Phát triển HSPA trong R7 (còn gọi là HSPA+) đã đưa đến tốc độ 28Mbit/s cực đại trên đường xuống và 11 Mbit/s cực đại trên đường lên

1.3 KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN LTE

Nghiên cứu phát triển tiêu chuẩn LTE được tiến hành trong các E-UTRAN TSG (Technical Specification Group: nhóm đặc tả kỹ thuật) Trong các cuộc họp của RAN TSG chỉ có một vài vấn đề kỹ thuật là được tán thành Thậm chí trong các cuộc họp sau các vấn đề này vẫn được xem xét lại 3GPP đã vạch ra kế hoạch làm việc chi tiết cho các nhóm nghiên cứu TSG RAN Lộ trình phát triển của LTE gắn liền với lộ trình phát triển của 3GPP Hình 1.7 cho thấy lộ trình phát triển của 3GPP

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

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

TSG SA: Nghiên cứu kiến trúc mạng

Kế hoạch nghiên cứu phát triển tiêu chuẩn LTE được cho trên hình 1.8

Chương 1: Tổng quan phát triển 3G… 25

Quyết định yêu cầu Quyết định sơ đồ đa truy

nhập, kiến trúc RAN

Thông qua TR Hoàn thành giai đoạn 2: LTE

Thông qua TR Hoàn thành giai đoạn 2: SAE

Quyết định phân chia chức

năng RAN-CN Quyết định chi tiết di động và cấu trúc kênh

Đặc tả lõi Nghiên cứu tính

khả thi: SAE

Nghiên cứu tính khả thi: LTE

Hình 1.8 Kế hoạch nghiên cứu tiêu chuẩn E-UTRAN

Quá trình nghiên cứu được tiến hành trong các nhóm TSG 3GPPLTE/SAE dưới sự điều hành của PCG (Project Coordination Group: nhóm điều phối đề án 3GPP) được cho trên hình 1.9

PCG (Nhóm điều phối đề án)

TSG GERAN

(Mạng truy

nhập vô tuyến)

TSG RAN (Mạng truy nhập vô tuyến)

TSG SA (Các vấn đề Dịch vụ

và hệ thống)

TSG CT (Mạng lõi và đầu cuối)

SA WG1 (Các dịch vụ)

SA WG2 (Kiến trúc)

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

GERAN WG3

(Đo kiểm đầu cuối) (Đặc tả IuB, Iur, Iu)RAN WG3

RAN WG4 (Hiệu năng vô tuyến)

RAN WG5 (Đo kiểm hợp chuẩn đầu cuối)

SA WG3 (An ninh)

SA WG4 (Codec)

SA WG5 (Quản lý viễn thông)

CT WG3 (Tương tác với mạng ngoài)

CT WG4 (MAP/GTP/BCH/SS)

CT WG5 (Truy nhập dịch vụ

mở OSA)

Hình 1.9 Tổ chức của nhóm điều phối đề án 3GPP

Như trên hình 1.9 ta thấy PCG điều hành bốn nhóm TSG (nhóm đặc tả kỹ thuật) sau: (1) SA (Services and Architecture: dịch vụ và hệ thống), (2) CT (Core Network and Terminals: mạng lõi và các đầu cuối), (3) GERAN (GSM EDGE: mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE), (4) RAN (Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến) Hình 1.10 cho thấy các TR (báo cáo kỹ thuật) được thông qua trong 3GPP

Chương 1: Tổng quan phát triển 3G… 27

1.4 IMT-ADVANCED VÀ LỘ TRÌNH TIẾN TỚI 4G

Trong ITU, nhóm công tác 8F (ITU-R WP 8F) đang tiến hành nghiên cứu các hệ thống tiếp sau IMT-2000 Khả năng IMT-2000, các tăng cường của nó và các hệ thống bao gồm các giao diện sau IMT-

2000 được cho trên hình 1.11 Bảng 1.1 cho thấy mục tiêu của 4G

Bảng 1.1 Mục tiêu của 4G

Tốc độ số liệu 100Mbit/s cho vùng rộng, 1Gbps cho vùng hẹp

Thông tin Rộng khắp, di động, liên tục

Trễ Thấp hơn 3G

Trễ kết nối Thấp hơn 500ms

Trễ truyền dẫn Thấp hơn 5ms

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

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

Hình 1.11 Các khả năng của IMT-2000 và các hệ thống sau IMT-2000 theo khuyến nghị M.1654 của ITU-R

ITU-R WP 8F tuyên bố rằng cần có các công nghệ vô tuyến di động mới cho cho các khả năng cao hơn IMT-2000, tuy nhiên vẫn chưa chỉ rõ công nghệ nào Thuật ngữ IMT-Adv được sử dụng cho các

hệ thống sau IMT-2000 Tuy nhiên IMT-Adv cũng sẽ có các bước phát triển giống như IMT-2000 và chứa các khả năng của các hệ thống trước đó Quá trình định nghĩa IMT-Adv còn đang được khởi thảo trong WP8F và sẽ hoàn toàn giống như quá trình nghiên cứu các khuyến nghị cho IMT-2000 Nó sẽ dựa trên tập các yêu cầu kỹ thuật tối thiểu, và các tiêu chí đánh giá và khởi đầu bằng việc mời tất cả các thành viên ITU và các tổ chức khác Các công nghệ được đề cử sẽ được đánh giá dựa trên các tiêu chí đã thỏa thuận Việc đánh giá sẽ được tiến hành cùng với sự cộng tác của các tổ chức bên ngoài ITU như các tổ chức nghiên cứu tiêu chuẩn Vì quá trình này cần sự đồng thuận nên một số công nghệ có thể áp dụng cho IMT-Adv không thể xác định trước Nó phải là sự cân đối giữa: tính kinh tế khi mở rộng,

hỗ trợ các môi trường của các người sử dụng khác nhau và khả năng của các công nghệ khác nhau Ngoài ra khả năng sử dụng máy đầu cuối trên toàn cầu cũng sẽ là một tiêu chí quan trong

Một hoạt động chính trong ITU-R nữa liên quan đến IMT-2000 Adv là vấn đề xác định phổ tần sử dụng Điều này sẽ được tiến hành trong WRC’07 (World Radio Congress: Hội nghị vô tuyến thế giới) Trong giới nghiên cứu, một số đề án nghiên cứu đang được tiến hành trong IMT-2000 Adv và thế hệ sau của truy nhập vô tuyến Chẳng hạn đề án Winner được hỗ trợ một phần kinh phí 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 rất gần với LTE Tuy nhiên Winner đặt 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 đa chặng

Chương 1: Tổng quan phát triển 3G… 29

Một đề án khác giống như đề án của châu Âu nói trên là đề án

“Tương lai” (Future) của Trung Quốc tập trung lên đề xuất giao diện

vô tuyến cho IMT-Adv Tuy nhiên lựa chọn các đề xuất cuối cùng cho IMT-Adv sẽ là các tổ chức phát triển tiêu chuẩn như: ETSI, ARIB, CWTS Cơ quan tiêu chuẩn toàn cầu như 3GPP tất nhiên sẽ có vai trò quan trọng trong vấn đề hài hòa các đề xuất từ các tổ chức tiêu chuẩn cũng 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 thiện khái niệm của mình và hướng đến đề xuất cho IMT-Adv trong 802.16m Tương tự 3GPP2 cũng đang tiến tới đề xuất IMT-Adv

LTE là một trong số các con đường tiến tới 4G LTE sẽ tồn tại trong giai đoạn đầu của 4G, tiếp theo nó sẽ là IMT Adv LTE cho phép chuyển đổi từ từ từ 3G UMTS sang giai đoạn đầu 4G sau đó sang IMT Adv Chuyển đổi từ từ từ LTE sang IMT Adv là chìa khóa của thành công trên thị trường Ngoài LTE của 3GPP ta cũng cần nghiên cứu các hướng chuyển đổi khác sang 4G 3GPP2 cũng đã và đang thực hiện kế hoạch nghiên cứu LTE cho mình, hệ thống do 3GPPP2 đề xuất là UMB (Ultra Mobile Band) Chương trình khung của kế hoạch này bắt đầu từ năm 2000 và theo dự kiến thì các đặc tả tiêu chuẩn sẽ được công bố vào tháng 12 năm 2007 Ngoài ra WiMAX cũng có kế hoạch tiến tới 4G Ta có thể mô tả quá trình tiến tới 4G của các công nghệ hiện có như trên hình 1.12

Hình 1.12 Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động đến 4G

1.5 TỔNG QUAN TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO (HSPA) 1.5.1 Mở đầu

Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA: High Speed Down Link Packet Access) được 3GPP chuẩn hóa ra trong R5 với phiên bản tiêu chuẩn đầu tiên vào năm 2002 Truy nhập gói đường lên tốc độ cao (HSUPA) được 3GPP chuẩn hóa trong R6 vào tháng 12 năm 2004 Cả hai HSDPA và HSUPA được gọi chung là HSPA Các mạng HSDPA đầu tiên được đưa vào thương mại vào năm 2005 và HSUPA được đưa vào thương mại vào năm 2007

Tốc độ số liệu đỉnh của HSDPA lúc đầu là 1,8Mbit/s và tăng đến 3,6 Mbit/s và 7,2Mbit/s vào năm 2006 và 2007, tiềm năng có thể đạt đến trên 14,4Mbit/s năm 2008 Trong giai đoạn đầu tốc độ đỉnh HSUPA là 1-2Mbit/s trong giai đoạn hai tốc độ này có thể đạt đến 4-5,7 Mbit/s vào năm 2008

Chương 1: Tổng quan phát triển 3G… 31

HSPA được triển khai trên WCDMA hoặc trên cùng một sóng mang hoặc sử dụng một sóng mang khác để đạt được dung lượng cao (xem hình 1.13)

Hình 1.13 Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) hoặc chung

sóng mang với WCDMA (f1)

HSPA chia sẻ chung hạ tầng mạng với WCDMA Để nâng cấp WCDMA lên HSPA chỉ cần bổ sung phần mềm và một vài phần cứng trong BSC và RNC

Lúc đầu HSPA được thiết kế cho các dịch vụ tốc độ cao phi thời gian thực, tuy nhiên R6 và R7 cải thiện hiệu suất của HSPA cho VoIP

này, BTS cần có bộ đệm để lưu lại lưu lượng và bộ lập biểu để truyền lưu lượng này trên hạ tầng mạng

1.5.2 Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA cho số liệu người sử dụng

Hình 1.15 cho thấy kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA cho số liệu người sử dụng Mặt phẳng báo hiệu không được thể hiện trên hình 1.3 (trong mặt phẳng này báo hiệu được nối đến RLC sau đó được đưa lên DCH hay HSDPA hoặc HSUPA) Số liệu từ các dịch vụ khác nhau được nén tiêu đề IP tại PDCP (Packet Data Convergence Protocol) MAC-hs (High Speed: tốc độ cao) thực hiện chức năng lập biểu nhanh dựa trên BTS

MAC-hs: High Speed MAC: MAC tốc độ cao

MAC-e: E-DCH MAC: MAC kênh E-DCH, MAC-es: thực thể MAC kênh E-DCH để sắp đặt lại thứ tự

Hình 1.15 Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA

cho số liệu người sử dụng

Chương 1: Tổng quan phát triển 3G… 33

1.6 TỔNG QUAN LTE

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

Về phần vô tuyến (LTE):

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

Đơn giản hóa mạng vô tuyến

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

Về phần mạng (SAE):

Cải thiện trễ, dung lượng và thông lượng

Đơn giản mạng lõi

Tối ưu hóa lưu lượng IP và các dịch vụ

Đơn giản hóa việc hỗ trợ và chuyển giao đến các công nghệ không phải 3GPP

Kết quả nghiên cứu của LTE là đưa ra được chuẩn mạng truy nhập vô tuyến với tên gọi là E-UTRAN (Enhanced Universal Terrestrial Radio Access Network: Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu tăng cường), để đơn giản trong tài liệu này ta sẽ gọi chung là LTE Trong các phần dưới đây ta sẽ xét tổng quan kiến trúc LTE và kế hoạch nghiên cứu nó trong 3GPP

đặc tả trong UE tham chuẩn gồm: (1) khả năng đường xuống với hai anten tại UE, (2) khả năng đường lên với một anten tại UE Trong trường hợp phổ được dùng chung cho cả đường lên và đường xuống, LTE không phải hỗ trợ tốc độ số liệu đỉnh đường xuống và đường lên nói trên đồng thời

1.6.2 Trễ mặt phẳng C và mặt phẳng U

Cần giảm đáng kể trễ mặt phẳng điều khiển (mặt phẳng C) (chẳng hạn bao gồm trễ chuyển đổi từ trạng thái rỗi sang trạng thái trao đổi số liệu không kể trễ tìm gọi là 100ms), (hình 1.16)

Hình 1.16 Thí dụ về chuyển đổi trạng thái trong kiến trúc E-UTRAN

LTE phải có thời gian chuyển đổi trạng thái nhỏ hơn 100ms (như trong chế độ rỗi của R6) vào trạng thái tích cực (như trong R6 Cell_DCH) Nó cũng cần đảm bảo thời gian chuyển đổi nhỏ hơn 50ms

từ trạng thái ngủ (như trong R6 Cell_PCH) vào trạng thái tích cực (như trong R6 Cell_DCH)

Cần đảm bảo trễ trong mặt phẳng U nhỏ hơn 10ms Trễ mặt phẳng U được định nghĩa là trễ một chiều giữa một gói tại lớp IP trong

UE (hoặc nút biên của UTRAN) đến lớp IP trong nút biên của UTRAN (hoặc UE) Nút biên của UTRAN là nút giao diện UTRAN với mạng lõi Chuẩn phải đảm bảo trễ mặt phẳng U của LTE nhỏ hơn 5ms (hình 1.17) trong điều kiện không tải (nghĩa là một người sử dụng với một một luồng số liệu) đối với gói nhỏ (chẳng hạn tải tin