Truy nhập vô tuyến và kiến trúc giao diện vô tuyến trong công nghệ LTE luận văn tốt nghiệp đại học điện tử viễn thông

LỜI NÓI ĐẦUThông tin di động ngày nay đã trở thành một ngành công nghiệp viễnthông phát triển rất nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà khai thác.Sự phát triển của thị trường viễ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Nghệ An, 01 - 2012

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN 5

DANH MỤC BẢNG BIỂU 6

DANH MỤC HÌNH VẼ 7

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 9

Chương 1 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G LÊN 4G .18

1.1 Quá trình tiêu chuẩn hóa WCDMA/HSPA trong 3GPP 18

1.1.1 Chuẩn hóa trong 3GPP 18

1.1.2 Phát triển tăng cường HSPA (HSDPA và HSUPA) 22

1.2 Kế hoạch nghiên cứu phát triển LTE (Long Term Evolution) 24

1.3 IMT-Advanced và lộ trình tiến tới 4G 25

1.4 Tổng quan truy nhập gói tốc độ cao (HSPA) 28

1.5 Tổng quan LTE 29

1.5.1 Giới thiệu về LTE 29

1.5.2 Tốc độ số liệu đỉnh 31

1.5.3 Thông lượng số liệu 31

1.5.4 Hiệu suất phổ tần 32

1.5.5 Hỗ trợ di động 33

1.5.6 Vùng phủ 34

1.5.7 MBMS tăng cường 34

1.5.8 Kiến trúc mạng LTE 35

1.6 Kết luận 39

Chương 2 TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG CÔNG NGHỆ LTE 40

2.1 Các chế độ truy nhập vô tuyến 40

2.2 Băng tần truyền dẫn 41

2.3.1 Nguyên lý của OFDM 42

2.3.2 Công nghệ OFDM cho đường xuống 48

2.3.3 Kỹ thuật OFDMA 49

2.3.4 Cấu trúc khung LTE trong miền thời gian và tần số 51

2.4 Công nghệ SC-FDMA trong đường lên của LTE 56

2.4.1 SC-FDMA 56

2.4.2 Cấu trúc khung cho truyền dẫn đường lên 58

2.4.3 Truyền dẫn dữ liệu hướng lên 60

2.5 Tìm hiểu lập biểu phụ thuộc kênh và thích ứng tốc độ 61

2.5.1 Lập biểu đường xuống 63

2.5.2 Lập biểu đường lên 63

2.5.3 HARQ với kết hợp mềm 64

2.5.4 Hỗ trợ đa anten 64

2.5.5 Hỗ trợ quảng bá và đa phương 65

2.6 Kết luận 66

Chương 3 KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN TRONG LTE 67

3.1 Kiến trúc giao thức LTE 67

3.2 Điều khiển liên kết vô tuyến RLC 69

3.3 Điều khiển truy nhập môi trường MAC 71

3.3.1 Kênh logic và các kênh truyền tải (Logical channels and transport channels) 71

3.3.2 Lập biểu đường xuống 74

3.3.3 Lập biểu đường lên 76

3.3.4 Hybrid ARQ (HARQ) 79

3.4 Lớp vật lý ( PHY- Physical layer) 83

3.5 Luồng dữ liệu 85

3.6 Kết luận 85

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 87

LỜI NÓI ĐẦUThông tin di động ngày nay đã trở thành một ngành công nghiệp viễnthông phát triển rất nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà khai thác.

Sự phát triển của thị trường viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽ việcnghiên cứu và triển khai các hệ thống thông tin di động trong tương lai Hệthống di động thế hệ thứ hai, với GSM và CDMA là những ví dụ điển hìnhđang phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia Tuy nhiên, thị trường viễn thôngcàng mở rộng càng thể hiện những hạn chế về dung lượng và băng thông củacác hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai Sự ra đời của hệ thống thông tin

di động thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêu biểu như WCDMA hay HSPA làmột tất yếu để có thể đáp ứng được nhu cầu truy nhập dữ liệu, âm thanh, hìnhảnh với tốc độ cao, băng thông rộng của người sử dụng

Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ 2.5G hay 3G vẫn đangphát triển không ngừng nhưng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới

đã bắt đầu tiến hành triển khai thử nghiệm một chuẩn di động thế hệ mới córất nhiều tiềm năng và có thể sẽ trở thành chuẩn di động 4G trong tương lai,

đó là LTE (Long Term Evolution) Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này đãchứng tỏ năng lực tuyệt vời của công nghệ LTE và khả năng thương mại hóaLTE đã đến rất gần Trước đây, muốn truy cập dữ liệu, bạn phải cần có mộtđường dây cố định để kết nối Trong tương lai không xa với LTE, bạn có thểtruy cập tất cả các dịch vụ mọi lúc mọi nơi trong khi vẫn di chuyển như: Xemphim chất lượng cao HDTV, chơi game, nghe nhạc trực tuyến, tải cơ sở dữliệu v.v… với một tốc độ “siêu tốc” Đó chính là sự khác biệt giữa mạng diđộng thế hệ thứ ba (3G) và mạng di động thế hệ thứ tư (4G) Tuy vẫn còn khámới mẻ nhưng mạng di động băng rộng 4G đang được kỳ vọng sẽ tạo ra nhiềuthay đổi khác biệt so với những mạng di động hiện nay

Xuất phát từ những vấn đề trên, em đã lựa chọn đề tài tốt nghiệp của

mình là: “Truy nhập vô tuyến và kiến trúc giao diện vô tuyến trong công

nghệ LTE” Đề tài sẽ đi vào tìm hiểu về các công nghệ truy nhập đường lên

và đường xuống trong LTE cũng như là những kỹ thuật và thành phần được

sử dụng trong LTE để có thể hiểu rõ thêm về những tiềm năng hấp dẫn màcông nghệ này sẽ mang lại Nội dung đồ án bao gồm

Chương 1 Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G Nội dungcủa chương này gồm các hoạt động nghiên cứu phát triển 3G, lộ trình lên 4Gđang được tiến hành trong 3GPP, và giới thiệu về công nghệ LTE

Chương 2 Truy nhập vô tuyến trong công nghệ LTE Chương này đềcập đến các vấn đề truy nhập đường lên và đường xuống trong công nghệLTE

Chương 3 Kiến trúc giao diện vô tuyến Chương này sẽ mô tả các lớpgiao thức trên lớp vật lý, tương tác giữa chúng và giao diện lớp vật lý trongLTE

Do hạn chế về thời gian cũng như khả năng nghiên cứu, đồ án nàykhông trách khỏi thiếu sót cũng như nhầm lẫn, em rất mong nhận được sự gópý của các thầy cô, các bạn để nội dung đồ án được hoàn thiện hơn nữa

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Điện Tử ViễnThông trường Đại Học Vinh đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức cho

em trong suốt thời gian học tập tại trường Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn

chân thành sâu sắc đến cô giáo TS Nguyễn Thị Quỳnh Hoa đã tận tình

hướng dẫn em hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này!

Cảm ơn tất cả bạn bè đã giúp đỡ tôi và chia sẽ những khó khăn trongquá trình thực hiện đồ án này!

Vinh, ngày tháng 01 năm 2012

Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Song

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Thông tin di động đang phát triển như vũ bão, chất lượng và dịch vụngày càng được nâng cao đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người sử dụng.Mặc dù hệ thống thông tin di động 2.5G, 3G đang được phát triển khôngngừng nhưng Liên Minh Viễn Thông quốc Tế ITU đang hướng tới một chuẩncho mạng di động mới thế hệ thứ 4 (4G) đó là LTE Với LTE bạn có thể truycập tất cả các dịch vụ mọi lúc mọi nơi với tốc độ cao Vì vậy trong đồ án này

em tập trung đi vào giới thiệu về công nghệ LTE và đặc biệt là các kỹ thuậttruy nhập vô tuyến gồm có truy nhập đường xuống OFDM và truy nhậpđường lên dựa trên công nghệ DFTS-OFDM hay còn gọi là SC-FDMA.Ngoài ra còn tìm hiểu về kiến trúc giao diện vô tuyến LTE

PROJECT SUMMARY

The mobile communications has rain develop, the quality and theservice are day by day better to satisfy the demand of consumer who have thedemand and needs change very fast Although the mobile communicationsystem 2.5G, 3G is being developed continuously, but the InternationalTelecommunications Union ITU is moving toward a new standard for cellularnetworks 4th generation (4G) LTE is With LTE you can access all services atall times at high speed So in this project you must focus on introducing LTEtechnology and especially the radio access technology including accessOFDM downlink and uplink access is based on DFTS-OFDM technologyalso known as SC-FDMA Also learn about architecture LTE radio interface

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Mục tiêu của 4G 26Bảng 1.2 Các đặc điểm chính của công nghệ LTE ……….29Bảng 1.3 So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng phổ tần giữa LTE vàHSDPA 32Bảng 1.4 So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng phổ tần giữa LTE vàHSUPA 33

Bảng 2.1 Số lượng các khối tài nguyên cho băng thông LTE khác nhau

DANH MỤC HINH VẼ

Hình 1.1 Lộ trình đưa ra các phát hành trong 3GPP 18

Hình 1.2 Lộ trình tăng tốc độ số liệu các phát hành trong 3GPP [1] 19

Hình 1.3 Các kỹ thuật được xem xét nghiên cứu cho HSUPA[1] 21

Hình 1.4 Các kỹ thuật được lựa chọn cho nghiên cứu HSUPA [1] 22

Hình1.5 Quá trình tiêu chuẩn hóa HSUPA trong 3GPP [1] 22

Hình 1.6 Nguyên lý MIMO với hai anten phát và hai anten thu [1] 23

Hình 1.7 Lộ trình phát triển 3GPP [1] 24

Hình 1.8 Tổ chức các nhóm điều phối đề án 3GPP [1] 25

Hình 1.9 Các khả năng của IMT-2000 và các hệ thống sau IMT-2000 theo khuyến nghị M.1654 của ITU-R [1] 26

Hình 1.10 Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G [1] 27

Hình 1.11 Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) hoặc chung sóng mang với WCDMA (f1) [1] 28

Hình 1.12 Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện (trường hợp HSDPA) [1] .29

Hình 1.13 Kiến trúc cho hệ thống mạng chỉ có E-UTRAN [5] 36

Hình 2.1 Phổ và dạng xung của mỗi sóng mang cho truyền OFDM [1] 42

Hình 2.2 Sơ đồ khối của hệ thống OFDM (gồm cả thu và phát) [1] 43

Hình 2.3 Giải thích ý nghĩa chèn CP [1] 46

Hình 2.4 Biểu diễn tần số- thời gian của một tín hiệu OFDM [5] 48

Hình 2.5 Sự tạo ra ký hiệu OFDM có ích sử dụng IFFT [5] 49

Hình 2.6 Cấp phát sóng mang con cho OFDM và OFDMA 50

Hình 2.7 Cấu trúc khung miền thời gian LTE [2] 51

Hình 2.8 Lưới tài nguyên đường xuống [6] 52

Hình 2.9 Ví dụ về xác định các khung con đương xuống/ đường lên trong trường hợp FDD (a) và TDD (b) [2] 53

Hình 2.10 Cấu trúc miền tần số đường xuống LTE [2] 54

Hình 2.11 Cấu trúc khung con và khe đường xuống [2] 55

Hình 2.12 Sơ đồ khối DFT-S-OFDM [5] 57

Hình 2.13 Cấu trúc miền tần số đường lên của LTE 58

Hình 2.14 Lưới tài nguyên đường lên [5] 59

Hình 2.15 Sơ đồ khối của hệ thống SC-FDMA[4] 60

Hình 2.16 Lập biểu phụ thuộc kênh đường xuống trong miền thời gian và miền tần số 62

Hình 3.1 Kiến trúc giao thức LTE (đường xuống)[2] 68

Hình 3.2 Phân đoạn và móc nối RLC[2] 71

Hình 3.3 Thí dụ về sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải [2]…… 74

Hình 3.4 Chọn khuôn dạng truyền tài trên đường xuống (trái), trên đường lên (phải) [2] 78

Hình 3.5 Giao thức HARQ đồng bộ và không đồng bộ [2] 81

Hình 3.6 Nhiều xử lý HARQ [2] 81

Hình 3.7 Mô hình xử lý lớp vật lý đơn gian cho DL-SCH [2]…… …… 83

Hình 3.8 Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho UL-SCH [2] 84

Hình 3.9 Thí dụ về luồng dữ liệu LTE [2] 86

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Authentication,Authorization andAccounting

Xác thực, cấp phép và tính cước

CP Cyclic Prefix Tiền tố chu trình

Tenprary Indentifier

Nhận dạng tạm thời mạng vô tuyến

tế bào

GSM

Tốc độ dữ liệu tăng cường cho

GSM phát triển

eMBMS

Enhanced MultimediaBroadcast Multicast

Network

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất

toàn cầu phát triển

reQuest

Tự động lặp lại yêu cầu theo hình

thức lai

Mobility Management

Ký hiệu cho quản lý di động giữacác hệ thống truy nhập

Liên minh viễn thông quốc tế thông tin vô tuyến khu vực

tiệnMBMS

MultimediaBroadcast/Multicast

Service

Dịch vụ đa phương quảng bá đa

phương tiện

Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

Function

Chức năng các quy tắc tính cước và

chính sách

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

Keying

Khóa dịch pha cầu phương

Access

Đa truy nhập phân chia theo thời

gianTD-

SCDMA

Time DivisionSynchronous CodeDivision Multiple Access

Phân chia theo thời gian- đa truynhập phân chia theo mã đồng bộ

TTI Transmission Time

Telecommunication System

Hệ thống viễn thông di động toàn

cầu

Access

Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn

cầu

Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến mựt đất toàn

cầu

rộng

WiMAX

WorldwideInteroperability forMicrowave Access

Khả năng tương tác toàn cầu với truy

nhập vi ba

Chương 1

LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G LÊN 4G

Chương này sẽ trình bày các hoạt động nghiên cứu phát triển 3G và

lộ trình lên 4G đang được tiến hành trong 3GPP là tổ chức chịu trách nhiệm cho việc phát triển và hài hòa các tiêu chuẩn được phát hành của

UMTS UTRAN (WCDMA và TD-SDMA) Quá trình nghiên cứu phát triển UMTS lên 3G và tiến dần lên 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.

1.1 Quá trình tiêu chuẩn hóa WCDMA/HSPA trong 3GPP

1.1.1 Chuẩn hóa trong 3GPP

3GPP được giao tránh 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 được tiêu chuẩn hóa WCDMA/HSPA của tổ chức này từ năm 1999 đến năm 2006 được tổng kết theo thời gian đưa ra các phát hành và tốc độ truyền số liệu trong các phát hành đó như trên hình 1.1 và hình 1.2

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Các phát hành tiếp theo

Phát hành

4 (R4) 03/01

Phát hành

6 (R6) 12/04

Phát hành

7 (R7 09/06)

Phát hành 8 (R8)

Hình 1.1 Lộ trình đưa ra các phát hành trong 3GPP [1]

LTE:100Mbit/s HSPA: 42Mbit/s**

LTE: 50Mbit/s

28,8 Mbit/s*

11 Mbit/s 14,4 Mbit/s

5,7 Mbit/s 14,4 Mbit/s

* Với giá thiết 2x2 MIMO cùng với 16QAM

** Với giá thiết 2x2 MIMO cùng với 64QAM

Hình 1.2 Lộ trình tăng tốc độ số liệu các phát hành trong 3GPP [1]

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

1999 khi phát hành 3 (Release 3: R3) được công bố chứa đựng toàn bộ các đặc tả WCDMA Phát hành 4 (R4) được đưa ra sau đó vào đầu năm 2001 Tiếp theo là phát hành 5 (R5) được đưa ra vào năm 2002 và phát hành 6 (R6) vào năm 2004 Phát hành 7 (R7) được đưa ra vào cuối năm 2006.

3GPP có bốn nhóm đặc tả kỹ thuật khác nhau (TSG: Technical SpecificationsGroup)

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

- TSG CT (lõi và các đầu cuối): TSG CT tập trung lên các vấn đềmạng 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 cácdịch 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 [1]

Khi phát hành 3 (R3) hoàn thành, HSDPA và HSUPA vẫn chưa đượcđưa vào kế hoạch nghiên cứu Trong năm 2000, khi tiến hành hiệu chỉnhWCDMA 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 cứukhả thi (danh mục nghiên cứu) cho HSDPA vào đầu năm 2000 Nghiên cứunày được bắt đầu theo các nguyên tắc của 3GPP (phải có ít nhất 4 hãng ủnghộ) Các hãng ủng hộ bắt đầu nghiên cứu HSDPA gồm Motorola và Nokiathuộc phía các nhà máy, và BT/Cellnet, T-Mobile và NTTDoCoMo thuộcphía các nhà khai thác [1]

Nghiên cứu khả thi đã kết thúc tại phiên họp toàn thể TSG RAN Trongdanh mục nghiên cứu HSDPA có các vấn đề nghiên cứu để cải thiện truyềndẫn số liệu gói đường xuống so với 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 biếnthích nghi Cùng với nghiên cứu này đã nghiên cứu công nghệ thu phát nhiềuanten (MIMO) và vấn đề chọn ô nhanh FCS (Fast Cell Selection)

Trong các chuyên đề liên quan đến HSDPA, danh mục nghiên cứuMIMO không hoàn thành trong chương trình khung thời gian R5 và R6, vàđây là lý do nó có mặt trong các chuyên đề R7 Nghiên cứu khả thi FCS đãđưa ra kết luận, lợi ích nhận được không nhiều so với việc tăng thêm độ phứctạp Sau kết luận này không đưa ra các nghiên cứu nào về FCS Trong khi tậptrung vào ghép song công phân chia theo tần số (FDD), ghép song công phânchia theo thời gian (TDD) cũng được đưa vào danh mục nghiên cứu HSDPA

kể cả các giải pháp tương tự cả hai chế độ TDD (TDD băng hẹp và băngrộng) [1]

 Chuẩn hóa HSUPA

Chuẩn hóa HSUPA là thuật ngữ được dùng rộng rãi trên thị trường,trong quá trình chuẩn hóa HSUPA thuật ngữ này được sử dụng dưới cái tên

“kênh riêng đường lên tăng cường” (E-DCH: Enhanced Uplink Dedicated

được bắt đầu bằng danh mục nghiên cứu về “tăng cường đường lên cho cáckênh truyền tải” vào tháng 9/2002 Vấn đề này được sự ủng hộ của các nhàmáy: Motorola, Nokia và của các hãng Ericsson

Các kỹ thuật được nghiên cứu cho HSUPA (E-DCH) được mô tả nhưtrên hình 1.3 là:

- HARQ lớp vật lý nhanh cho đường lên

- Lập biểu nhanh đường lên dựa trên nút B

- Độ dài thời gian truyền dẫn (TTI-Transmission Time Interval)đường lên ngắn hơn, thiết lập TTI nhanh

Lập biểu nhanh đường lên dựa trên nút B

Lập biểu nhanh đường lên dựa trên nút B

HSUPA

HARQ cho đường lên

TTI ngắn hơn cho đường lên

Hình 1.4 Các kỹ thuật được lựa chọn cho nghiên cứu HSUPA [1]3GPP bắt đầu nghiên cứu “đường lên tăng cường FDD” để đặc tả cáctính năng của HSUPA Trong thời gian này nghiên cứu TDD chưa được tiếnhành, nhưng nó sẽ được nghiên cứu trong phát hành 7.Ví dụ quá trình nghiêncứu tiêu chuẩn hóa HSUPA trong 3GPP được mô tả trên hình 1.5

Các thực hiện để tiến vào thị trường 09/2002

10/2002

- 2/2004

3/2004

Bắt đầu nghiên cứu khả thi

Phân tích ảnh hưởng và lợi ích trong các nhóm công tác

Trình bày kết quả cho TSG

Tạo lập danh mục nghiên cứu

Nghiên cứu chi tiết và đưa ra các yêu cầu thay đổi

Chấp thuận yêu cầu thay đổi Quyết định

2005

Tạo lập các đặc tả

Hình1.5 Quá trình tiêu chuẩn hóa HSUPA trong 3GPP [1]

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 [1].

1.1.2 Phát triển tăng cường HSPA (HSDPA và HSUPA)

Trong khi HSUPA được đặc tả, vẫn có các nghiên cứu phát triển để cảithiện R6 HSDPA cũng như một số các lĩnh vực khác như đặc tả hiệu năng

cho các đầu cuối tiên tiến hơn sử dụng thu phân tập và (hoặc) các máy thutiên tiến, cải thiện tầm phủ sóng cho đường lên bằng cách sử dụng báo hiệuphản hồi đường lên, các cải thiện trong lĩnh vực di động của HSDPA bằngbáo hiệu nhanh hơn và thời gian xử lý ngắn hơn.

Một danh mục nghiên cứu với tên “kết nối liên tục cho những người sửdụng số liệu gói” đã được định nghĩa bởi R7 với mục đích giảm chi phí trongcác thời gian phục vụ và duy trì liên kết nhưng không có lượng số liệu cầnthiết Một ví dụ cho kiểu dịch vụ này là dịch vụ thoại trên cơ sở gói với têngọi phổ biến là VoIP

Danh mục nghiên cứu MIMO vẫn tiếp tục được tiến hành với nhiều đềxuất Nguyên tắc chủ yếu là dùng hai (hay nhiều) anten phát với các luồngthông tin khác nhau và sau đó sử dụng hai (hay nhiều) anten kết hợp với xử lýtín hiệu tiên tiến tại đầu cuối để phân tích các luồng này như minh họa trênhình 1.6 [1]

Giải trải phổ

và giải mã không gian/ thời gian

Đầu cuối với hai máy thu và khả năng giải mã MIMO PA: bộ khuyếch đại công suất

Hình 1.6 Nguyên lý MIMO với hai anten phát và hai anten thu [1]Thách thức chủ yếu là phải chứng minh rằng liệu có nhận được tăng độlợi đáng kể so với độ lợi nhận được từ các cải thiện hiệu năng trong R6 và cácgiải pháp cải thiện dung lượng hiện có bằng cách bổ sung thêm máy phát Cáckết luận trong 3GPP cho đến thời điểm này chỉ là trong môi trường ô vĩ mô,HSDPA với MIMO hình như không mang lại lợi ích về dung lượng so với

trường hợp thu phân tập và máy thu tiên tiến đầu cuối Vì thế thách thức nàyvẫn còn tiếp tục được xem xét trong R7 Các danh mục nghiên cứu choHSDPA và HSUPA gồm vấn đề giảm trễ thiết lập cuộc gọi chuyển mạch gói

PS (Packet Switch) và chuyển mạch kênh CS (Channel Switch) nhằm rútngắn thời gian từ trạng thái rỗi sang trạng thái tích cực Vì hầu hết các bướctrong 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 lậpcuộc gọi thoại bình thường, nghĩa là các thiết bị hiện có có tiềm năng hơn vìcác đầu cuối thay đổi, nhận được thêm các cải thiện trong hầu hết các trườnghợp Phát triển HSPA trong R7 (hay còn gọi là HSPA+) đã đưa đến tốc độ 28Mbps cực đại trên đường xuống và 11Mbps cực đại trên đường lên [1]

1.2 Kế hoạch nghiên cứu phát triển LTE (Long Term Evolution)

Nghiên cứu phát triển tiêu chuẩn LTE được tiến hành trong các UTRAN TSG Trong các cuộc họp của RAN TSG chỉ có một vài vấn đề kỹthuật là được tán thành Thậm chí trong các cuộc họp sau đó thì vấn đề nàyvẫn được xem xét lại 3GPP đã vạch ra kế hoạch làm việc chi tiết cho cácnhóm nghiên cứu TSG RAN Lộ trình phát triển của LTE gắn liền với lộ trìnhphát triển của 3GPP, như chỉ ra trên hình 1.7

 Các tăng cường

 TD-SCDMA

 v.v

R5 3/2002

 Đường lên tăng cường (EDCH)

 MBMS

 Tương tác WLAN UMTS

Các vấn đề nghiên cứu thực hiện trong TSG

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

- TSG SAE: Nghiên cứu kiến trúc mạng

Quá trình nghiên cứu được tiến hành trong nhóm TSG 3GPP LTE/SAEdưới điều hành của PCG (Project coordination Group: nhóm điều phối đề án3GPP) được mô tả trên hình 1.8 [1].

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)

RAN WG 2 (Đặc tả lớp 2 và RR lớp 3 vô tuyến )

SA WG1 (Các dịch vụ)

SA WG2 (Kiến trúc)

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

GERAN WG3

(Đo kiểm đầu

cuối)

RAN WG3 (Đặc tả IuB, Iur, Iu)

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)

CT WG6 ( Các vấn đề ứng dụng hẻ thông minh )

Hình 1.8 Tổ chức các nhóm điều phối đề án 3GPP [1]

Như trên hình 1.8 ta thấy PCG điều hành bốn nhóm TSG (nhóm đặc tả

kỹ thuật) sau

- SA (Services and Architecture: dịch vụ và hệ thống)

- CT (Core Network and Terminals: Mạng lõi và các đầu cuối)

- GERAN (GSM EDGE: Mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE)

- RAN (Radio Access Netword: Mạng truy nhập vô tuyến)

1.3 IMT-Advanced và lộ trình tiến tới 4G

Trong ITU, nhóm công tác 8F (ITU-R WP 8F) đang tiến hành nghiêncứu 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 chỉ ra trênhình 1.9 và bảng 1.1 là mục tiêu của 4G.

hẹp

Hình 1.9 Các khả năng của IMT-2000 và các hệ thống sau IMT-2000

theo khuyến nghị M.1654 của ITU-R [1]

ITU-R WP 8F tuyên bố rằng cần có các công nghệ vô tuyến di độngmới cho các khả năng IMT-2000, tuy nhiên chưa chỉ ra công nghệ nào Thuậtngữ IMT-Adv được sử dụng cho các công nghệ sau IMT-2000 và chứa cáckhả năng cho hệ thống trước đó Quá trình IMT-Adv đang được khởi thảotrong WP 8F Các công nghệ được đề cử sẽ được đánh giá dựa trên các tiêuchí đã thỏa thuận Vì các công nghệ này cần sự đồng thuận nên một số côngnghệ có thể áp dụng cho IMT-Adv không thể xác định trước, nhưng chắcchắn nó phải có sự cân đối giữa kinh tế và công nghệ Ngoài ra, khả năng sửdụng máy đầu cuối trên toàn cầu cũng được coi là một tiêu chí quan trọng.Một vấn đề nữa cũng được đặt ra trong ITU-R có liên quan đến IMT-2000Adv là xác định phổ tần sử dụng

Mặc dù 3GPP hiện nay chưa tiến hành nghiên cứu trực tiếp IMT-2000Adv, tuy nhiên 3GPP sẽ đề xuất lên ITU-R IEEE 802.16 (Wimax) cũng đangđược hoàn thiện khái niệm của mình để hướng đến đề xuất cho IMT-Advtrong 802.16m Tương tự 3GPP2 cũng đang tiến tới đề xuất IMT-Adv

3G 3G +

E3G IMT-Advanced 4G

WiMAX/ IEEE 802.16e

cdmaOne

AMPS TACS

WCDMA cdma20001x

Triển khai LTE

E3G: 3G tăng cường

Hình 1.10 Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G

LTE là một trong những 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 3G UMTS sang giai đoạn đầu 4G, sau đó sang IMT-Adv Chuyển từ LTE sang IMT-Adv là chia khóa của thành công trên thị trường Ngoài LTE của 3GPP người ta cũng nghiên cứu các hướng đi khác sang 4G 3GPP2 đề xuất là UMB (Untra Mobile Band) Ngoài ra WiMax cũng có kế hoạch tiến tới 4G Quá trình tiến tới 4G của công nghệ hiện có mô tả trên hình 1.10 [1].

1.4 Tổng quan truy nhập gói tốc độ cao (HSPA)

Truy nhập gói tốc độ cao đương xuống (HSDPA: High Speed Downlink Packet Access) được 3GPP chuẩn hóa trong R5 với phiên bản tiêu chuẩnđầu tiên vào 2002 Truy nhập gói đường lên tốc độ cao (HSUPA: High SpeedUplink Packet Access) được 3GPP chuẩn hóa trong R6 vào 2004 Cả HSDPA

và HSUPA gọi chung là HSPA Các mạng HSDPA đầu tiên được đưa vàothương mại 2005 và HSUPA vào 2007

Tốc độ số liệu đỉnh của HSDPA ban đầu là 1,8 Mbps và tăng lên 3,6Mbps, rồi 7,2 Mbps vào 2006 và 2007, tiềm năng có thể đạt đến 14,4Mbpsnăm 2008 Trong giai đoạn đầu HSUPA là 1÷2 Mbps trong giai đoạn hai đạt

HSPA được triển khai trên WCDMA hoặc trên cùng một sóng manghoặc sử dụng một sóng mang khác để đạt được dung lượng cao, như hình1.11

Nút B

f 2

f 1

Hình 1.11 Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) hoặc chung sóng

mang với WCDMA (f1) [1]

HSPA chia sẻ chung hạ tầng mạng với WCDMA Để nâng cấpWCDMA lên HSPA chỉ cần bổ sung phần mềm và một vài phần cứng trongBSC và RNC Ban đầu HSPA được thiết kế cho các dịch vụ tốc độ cao phithời gian thực, tuy nhiên R6 và R7 cải thiện hiệu suất của HSPA cho VoIP vàcác ứng dụng tương tự khác

Khác với WCDMA trong tốc độ liệu trên các giao diện như nhau (384Kbps cho tốc độ cực đại tới hạn), tốc độ số liệu HSPA trên các giao diện khácnhau Hình 1.12 minh họa điều này cho HSDPA

R5 HSDPA

Tốc độ HS-DSCH đỉnh 7,7 Mbps trên 2ms

Thông số QoS: tốc độ bit cực đại: 1Mbps

Số liệu từ GGSN

Tốc độ bit Iub 0-1 Mbps

Hình 1.12 Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện

(trường hợp HSDPA) [1]

Tốc độ đỉnh (14,4Mbps trên 2ms) tại đầu cuối chỉ xảy ra trong thờiđiểm điều kiện kênh truyền tốt vì thế tốc độ trung bình có thể không quá3Mbps Để đảm bảo truyền lưu lượng mạng tính cụm này, BTS cần có bộđệm để lưu lại lưu lượng và bộ lập biểu để truyền lưu lượng này trên hạ tầngmạng [1]

1.5 Tổng quan LTE

1.5.1 Giới thiệu về LTE

LTE (Long Term Evolution) là thế hệ thứ tư của chuẩn UMTS do

3GPP phát triển UMTS thế hệ thứ ba dựa trên WCDMA đã được triển khaitrên toàn thế giới Để đảm bảo tính cạnh tranh cho hệ thống này trong tương

lai, tháng 11/2004 3GPP đã bắt đầu dự án nhằm xác định bước phát triển vềlâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term Evolution(LTE) LTE là công nghệ có khả năng cung cấp cho người dùng tốc độ truycập dữ liệu nhanh, cho phép các telco có thể phát triển thêm nhiều dịch vụtruy cập sóng vô tuyến mới dựa trên nền tảng IP tối ưu, và đặc biệt thuận tiệncho việc nâng cấp mạng từ 3G lên 4G 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, baogồm giảm chi phí cho mỗi bit thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụnglinh hoạt các băng tần hiện có và băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạngvới các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối[6]

Giao diện không gian và các thuộc tính liên quan của hệ thống LTEđược tóm tắt trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Các đặc điểm chính của công nghệ LTE

Tốc độ dữ liệu

đỉnh trong băng

thông 20MHz

Đường xuống: 100Mbps Đường lên: 50Mbps

Mục tiêu của LTE là cung cấp dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, độ trễ thấp, các gói dữ liệu được tối ưu, công nghệ vô tuyến hỗ trợ băng thông một cách linh hoạt khi triển khai Đồng thời kiến trúc mạng được thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lưu lượng chuyển mạch gói cùng với tính di động linh hoạt, chất lượng dịch vụ, thời gian trễ tối thiếu.

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

- Đơn giản hóa mạng vô tuyến

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

Kết quả nghiên cứu của LTE là đưa ra được chuẩn mạng truy nhập vôtuyến với tên gọi là E-UTRAN hay gọi chung là LTE Trong các phần dướiđây ta sẽ xét tổng quan kiến trúc LTE và kế hoạch nghiên cứu nó trong 3GPP

1.5.2 Tốc độ số liệu đỉnh

LTE sẽ hỗ trợ tốc độ đỉnh tức thời tăng đáng kể Tốc độ đỉnh tức thờicủa LTE cho đường xuống đạt đến 100Mbps khi băng thông được cấp phátcực đại là 20MHz (5bps/Hz), và tốc độ đỉnh đường lên là 50Mbps khi băngthông được cấp phát cực đại là 20MHz (2,5bps/Hz) băng thông LTE được cấpphát linh hoạt từ 1,25MHz đến 20MHz, nghĩa là gấp 4 lần băng thông 3GUMTS

Tốc độ đỉnh có thể phụ thuộc vào số lượng anten phát và anten thu tại

UE Trường hợp phổ được dùng chung cho cả đường lên và xuống, LTEkhông hỗ trợ tốc độ số liệu đỉnh đường lên và xuống đồng thời [1]

1.5.3 Thông lượng số liệu

Thông thường đường xuống của LTE sẽ gấp ba đến bốn lần thônglượng đường xuống trong R6 HSDPA tính trung bình trên một MHz Cần lưuý rằng, thông lượng HSDPA trong R6 được xét cho trường hợp một anten tạinút B với tính năng tăng cường 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, khi băng

Mặt khác thông lượng đường lên trong LTE cũng tăng gấp hai đến balần thông lượng đường lên của R6 HSUPA tính trung bình trên một MHz.Trong đó, HSUPA sử dụng một anten phát tại UE và hai anten thu tại nút Bcòn đường lên trong LTE sử dụng hai anten phát tại UE và hai anten thu tạinút B [1].

1.5.4 Hiệu suất phổ tần

LTE đảm bảo tăng đáng kể hiệu suất phổ tần và tăng tốc độ bít tại biêntrong khi vẫn đảm bảo duy trì các vị trí đặt trạm hiện có của UTRAN vàEDGE Trong mạng có tải, hiệu suất phổ tần kênh đường xuống của LTE tănggấp 3 đến 4 lần R6 HSDPA tính theo bit/s/Hz/trạm, trong đó giả thiết rằng R6HSDPA sử dụng một anten tại nút B và một anten máy thu, còn LTE sử dụng

2 anten tại nút B và một anten tại UE

Hiệu suất phổ tần kênh đường lên trong E-UTRAN phải gấp 2÷3 lầnR6 HSUPA tính theo bit/s/Hz/trạm với giả thiết HSUPA sử dụng 2 anten tạinút B và một anten tại UE, còn LTE sử dụng 2 anten tại nút B và một antentại UE Sự khác biệt về hiệu suất phổ tần trên đường xuống và lên là do môitrường khai thác khác nhau giữa đường lên và đường xuống Thông thườngđường lên rất nhạy cảm với nhiễu vì thế giá thành đảm bảo hiệu quả tách sóngđường lên cao hơn đường xuống

LTE cần hỗ trợ sơ đồ ấn định băng thông, chẳng hạn 5, 10, 20 và có thể

cả 15MHz, cũng cần phải xem xét băng thông 1,25 hay 2,5 MHz để triển khaitrong vùng băng thông được cấp phát hẹp

Bảng 1.3 và 1.4 so sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng băng tầngiữa LTE và HSPA trên đường lên và xuống [1]

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

giữa LTE và HSDPA

Bảng 1.4 So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng phổ tần

giữa LTE và HSUPA

LTE cũng cần hỗ trợ các kỹ thuật cũng như các cơ chế để tối ưu hóa trễ

và mất gói khi chuyển giao trong hệ thống Các dịch vụ thời gian thực nhưthoại được hỗ trợ trong miền chuyển mạch kênh trước đây phải được E-

bằng chất lượng được hỗ trợ bởi UTRAN (chẳng hạn tốc độ bit đảm bảo) trêntoàn bộ dải tốc độ Ảnh hưởng của chuyển giao trong hệ thống lên chất lượng(thời gian ngắt) phải nhỏ hơn hay bằng chất lượng được cung cấp trong miềnchuyển mạch kênh của GERAN [1].

1.5.6 Vùng phủ

LTE hỗ trợ linh hoạt các kênh phủ sóng khác nhau trong khi vẫn đảmbảo các mục tiêu đã nêu ra trong các phần trên với giả thiết sử dụng lại cácđài trạm UTRAN và tần số sóng mang hiện có Thông thường hiệu suất sửdụng phổ tần và hỗ trợ nói trên phải đáp ứng các ô có bán kính 5km và vớigiảm nhẹ chất lượng đối với các ô có bán kính 30km

Như đã chỉ ra, LTE phải hoạt động trong các băng thông 1,25MHz;2,5MHz; 5MHz; 10MHz; 15MHz và 20MHz trên cả đường lên và xuống Cầnđảm bảo chế độ làm việc đơn băng lẫn song băng Hệ thống phải hỗ trợ truyềnnội dung trên toàn thể các tài nguyên bao gồm cả các tài nguyên khả dụng đốivới các nhà khai thác (được gọi là Radio band Resource) trong cùng một băngtần hoặc trong các băng khác nhau trên cả đường lên và xuống [1]

1.5.7 MBMS tăng cường

Dịch vụ đa phương quảng bá đa phương tiện (MBMS: MultimediaBroadcast Multimedia Service) được đưa vào các dịch vụ của LTE Các hệthống LTE phải đảm bảo hỗ trợ tăng cường dịch vụ đa phương quảng báphương tiện Đối với trường hợp đơn phương, LTE phải có khả năng đạt đượccác mục tiêu chất lượng như hệ thống UTRA khi làm việc trên cùng một đàitrạm Hỗ trợ MBMS của LTE cần đảm bảo các yêu cầu sau

 Tái sử dụng các phần tử lớp vật lý: Để giảm độ phức tap đầu cuối, sửdụng chế độ băng thông của UE cho các khai thác đơn phương choMBMS Dùng phương pháp đa truy nhập, mã hóa, điều biến về cơ bản

áp dụng đơn phương cho các dịch vụ MBMS và cũng sử dụng chế độbăng thông của UE cho các khai thác đơn phương MBMS

 Thoại và MBMS: Giải pháp LTE cho MBMS phải cho phép tích hợpđồng thời và cung cấp hiệu quả thoại dành riêng và các dịch vụ MBMScho người dùng.

LTE, mang các dịch vụ MBMS trong phổ tần đơn băng [1]

1.5.8 Kiến trúc mạngLTE

Kiến trúc của LTE phải được sự đồng ý trong TSG, kiến trúc UTRAN phải được xây dựng trên cơ sở chuyển mạch gói mặc dù phải hỗ trợcác dịch vụ thời gian thực và giảm thiểu số lượng các giao diện LTE phảiđảm bảo chuyển đổi kinh tế từ kiến trúc và giao diện vô tuyến UTRAN củaR6 Thiết kế mạng LTE phải được thực hiện theo một kiến trúc LTE duy nhấtdựa trên gói (kiến trúc không dây toàn IP sẽ chiếm ưu thế trong mạng LTE)

E-Kiến trúc mạng LTE phải giảm thiểu xảy ra “một điểm nhiều sự cố” và

vì thế phải có các biện pháp dự phòng Ngoài ra, các giao thức thông tinđường trục phải được tối ưu hóa trong LTE Các cơ chế QoS phải xét đến chocác kiểu lưu lượng khác nhau để sử dụng hiệu quả băng thông [1]

Kiến trúc mạng LTE được thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lưu lượngchuyển mạch gói với tính di động linh hoạt, chất lượng dịch vụ (QoS) và độtrễ tối thiếu Một phương pháp chuyển mạch gói cho phép hỗ trợ tất cả cácdịch vụ bao gồm cả thoại thông qua các kết nối gói Hình 1.13 miêu tả kiếntrúc và các thành phần mạng trong kiến trúc nơi chỉ có một E-UTRAN thamgia Hình này cũng cho thấy sự phân chia kiến trúc thành bốn vùng chính:thiết bị người dùng (UE), UTRAN phát triển (E-UTRAN), mạng lõi phát triển(EPC) và các vùng dịch vụ

UE, E-UTRAN và EPC đại diện cho các giao thức interrnet (IP) ở lớpkết nối Đây là một phần của hệ thống được gọi là hệ thống gói phát triển(EPS) Chức năng chính của lớp này là cung cấp kết nối dựa trên IP và nóđược tối ưu hóa cao cho mục tiêu duy nhất Tất cả các dịch vụ được cung cấp

dựa trên IP, Công nghệ IP chiếm ưu thế trong truyền tải, nơi mà mọi thứ đượcthiết kế để hoạt động và truyền tải trên IP [4]

Only when

S5/S8 Is PMIP

SAE GW

S11

S10

S6a S5/S8

Hình 1.13 Kiến trúc cho hệ thống mạng chỉ có E-UTRAN [5]

Các hệ thống con đa phương tiện IP (IMS) là một ví dụ tốt về máy mócthiết bị phục vụ có thể được sử dụng trong lớp kết nối dịch vụ để cung cấp cácdịch vụ dựa trên kết nối IP được cung cấp bởi các lớp thấp hơn Ví dụ để hỗtrợ dịch vụ thoại thì IMS có thể cung cấp thoại qua IP (VoIP) và sự kết nối tớicác mạng chuyển mạch cũ PSTN và ISDN thông qua các cổng đa phương tiệncủa nó điều khiển

Sự phát triển của E-UTRAN tập trung vào một nút, nút B phát triển(eNodeB) Tất cả các chức năng vô tuyến kết thúc ở đó, tức là eNodeB làđiểm kết thúc cho tất cả các giao thức vô tuyến có liên quan E-UTRAN chỉ

đơn giản là một mạng lưới của các eNodeB được kết nối tới các eNodeB lậncận với giao diện X2.

Một trong những thay đổi kiến trúc lớn là trong khu vực mạng lõi EPCkhông có chứa một vùng chuyển mạch, và không có kết nối trực tiếp với cácmạng chuyển mạch truyền thống như ISDN và PSTN là cần thiết trong lớpnày Các chức năng của EPC là tương đương với vùng chuyển mạch gói củamạng 3GPP hiện tại

dụng để liên lạc Nó thường là những thiết bị cầm tay như điện thoạithông minh hoặc một thẻ dữ liệu UE có chứa modun nhận dạng thuêbao toàn cầu (USIM) USIM được sử dụng để nhận dạng và xác thựcngười sử dụng để lấy khóa bảo mật nhằm bảo vệ việc truyền tải trêngiao diện vô tuyến Chức năng của UE là quản lý tính di động, báo cáo

vị trí của thiết bị và quan trọng nhất là cung cấp giao diện người sửdụng cho người dùng cuối để các ứng dụng như VoIP có thể được sửdụng để thiết lập một cuộc gọi thoại [4]

eNodeB Đơn giản đặt eNodeB là một trạm gốc vô tuyến kiếm soát tất

cả các chức năng vô tuyến liên quan trong phần cố định của hệ thống.Các trạm gốc như eNodeB thường phân bố trên toàn khu vực phủ sóngcủa mạng Mỗi eNodeB thường cư trú gần các anten vô tuyến hiện tạicủa chúng Chức năng của eNodeB hoạt động như một cầu nối giữa hailớp là UE và EPC, nó là điểm cuối của tất cả các giao thức vô tuyến vềphía UE, và tiếp nhận dữ liệu giữa các kết nối vô tuyến và các kết nối

IP cơ bản tương ứng về phía EPC Trong vai trò này các EPC thực hiện

mã hóa/ giải mã các dữ liệu UP, và cũng có nén /giải nén tiêu đề IP,tránh việc gửi dữ liệu đi lặp lại giống nhau hoặc dữ liệu liên tiếp trongtiêu đề IP eNodeB cũng chịu trách nhiệm về các chức năng của mặt

nguyên vô tuyến (RRM) tức là kiểm soát việc sử dụng giao diện vôtuyến Ngoài ra eNodeB còn có vai trò quan trọng trong quản lý tính diđộng (MM) Các eNodeB có thể phục vụ đồng thời nhiều UE trongvùng phủ sóng của nó nhưng mỗi UE chỉ được kết nối tới một eNodeBtrong cùng một thời điểm [4].

chính trong EPC Thông thường MME sẽ là một máy chủ ở một vị trí

an toàn tại các cơ sở của nhà điều hành Nó chỉ hoạt động trong các CP,

và không tham gia vào con đường UP dữ liệu MME còn có một kết nốilogic trực tiếp tới UE, và kết nối này được sử dụng như là kênh điềukhiển chính giữa UE và mạng Chức năng của MME là xác thực và bảomật, quản lý tính di động, quản lý hồ sơ thuê bao và dịch vụ kết nối.Mỗi MME được cấu hình để điều khiển một tập hợp các S-GW vàeNodeB Các MME có thể phục vụ một số UE cùng một lúc, trong khimỗi UE chỉ kết nối tới một MME tại một thời điểm

thống, chức năng của S-GW là quản lý đường hầm UP và chuyểnmạch S-GW là một phần của hạ tầng mạng, được duy trì ở các phòngđiều hành trung tâm của mạng Khi giao diện S5/S8 dựa trên GTP, S-

GW sẽ có đường hầm GTP trên tất cả các giao diện UP của nó Ánh xạgiữa các luồng dịch vụ IP và đường hầm GTP được thực hiện trong P-

GW, và S-GW không cần kết nối với PCRF

mạng dữ liệu gói bên ngoài Nó là nút cuối di động mức cao nhất trong

hệ thống, và nó thường hoạt động như là điểm IP của các thiết bị cho

UE Thực hiện các chức năng chọn lưu lượng và lọc theo yêu cầu bởicác dịch vụ được đề cập Tương tự như S-GW, các P-GW được duy trìtại các phòng điều hành tại một vị trí trung tâm

 Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên (PCRF): Là phần tửmạng chịu trách nhiệm về chính sách và điều khiển tính cước (PCC).

Nó tạo ra các quyết định về cách xử lý các dịch vụ QoS và cung cấpthông tin cho PCEF được đặt trong P-GW PCRF là một máy chủ vàthường được đặt ở các phần tử CN khác tại trung tâm điều hành chuyểnmạch

cả dữ liệu người dùng thường xuyên Nó cũng ghi lại vị trí của người

sử dụng ở mức độ của nút điều khiển mạng tạm trú, chẳng hạn nhưMME HSS là một máy chủ cơ sở dữ liệu và được duy trì tại các phòngtrung tâm của nhà điều hành HSS lưu trữ bản gốc của hồ sơ thuê bao,trong đó chứa các thông tin về các dịch vụ được áp dụng đối với ngườidùng [4]

1.6 Kết luận

Ở chương này đã xét tổng quan các quá trình phát triển từ 3G WCDMAlên 3G HSPA (3G +) và LTE (E3G/4G) Các công nghệ truy nhập HSPA vẫncòn dựa trên công nghệ truy nhập vô tuyến CDMA của WCDMA, tuy nhiêncác công nghệ truy nhập vô tuyến của LTE sử dụng đa truy nhập phân chiatheo tần số trục giao (OFDMA Có thể nói HSPA là hậu 3G còn LTE là tiền4G Trong chương này ta cũng đã xét lộ trình tiến lên 4G, và nguyên lý hoạtđộng, mô hình giao thức, mô hình mạng cũng như một số tính năng đặc thùcủa HSPA và LTE

Chương 2 TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG CÔNG NGHỆ LTE

Trong chương này ta sẽ xét nguyên lý OFDM và ứng dụng của nó trongOFDMA đường xuống của LTE OFDM đã được tiếp nhận là sơ đồ truyềndẫn đường xuống cho LTE và cũng được sử dụng cho các công nghệ khôngdây băng rộng khác như WiMAX và các công nghệ truyền hình quảng báDVB

Nhược điểm của điều chế OFDM và các phương pháp truyền dẫn đasóng mang khác là sự thay đổi công suất tức thời của tín hiệu phát rất lớn dẫnđến tỷ số giữa công suất đỉnh và công suất trung bình (PAPR: Peak toAverage Power) rất lớn Điều này làm giảm hiệu suất của bộ khuyếch đạicông suất và tăng giá thành bộ khuyếch đại công suất Nhược điểm này rấtquan trọng đối với đường lên vì các MS phải tiêu thụ công suất thấp và có giáthành hạ

LTE sử dụng một dạng điều chế cải tiến của OFDM có tên gọi làDFTS-OFDM ( DFT Sprread OFDM: OFDM trải phổ bằng DFT) Đây mộtcông nghệ đầy hứa hẹn cho thông tin đường lên tốc độ cao trong các hệ thốngthông tin di động tương lai DFTS-OFDM có hiệu quả thông lượng và độphức tạp tương tự như OFDM Ưu điểm chính của của DFTS-OFDM là tỷ sốcông suất đỉnh trên công suất trung bình (PAPR: Peak to Average PowerRatio) thấp hơn OFDM LTE sử dụng DFTS-OFDM cho đa truy nhập đườnglên với tên gọi là SC-FDMA [1]

2.1 Các chế độ truy nhập vô tuyến

Giao diện không gian LTE hỗ trợ cả hai chế độ là song công phân chiatheo tần số (FDD) và song công phân chia theo thời gian (TDD), mỗi chế độ