Công nghệ LTE và ứng dụng

MỤC LỤC MỤC LỤC I CHƯƠNG .3 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH CÔNG NGHỆ LTE 1.1 Hệ thống thông tin di động hệ (1G) .3 1.1.1 Đặc điểm hệ thống 1.1.2 Hạn chế hệ thống 1.2 Hệ thống thông tin di động hệ (2G) .5 1.2.1 Đặc điểm hệ thống 1.2.2 Ưu điểm hệ thống 1.2.3 Hạn chế hệ thống 1.3 Hệ thống thông tin di động hệ (3G) .6 1.3.1 Đặc điểm hệ thống 1.3.2 Ưu điểm hệ thống 1.3.3 Hạn chế hệ thống 1.4 Hệ thống thông tin di động hệ tiền 4G - LTE 1.4.1 Ưu điểm bật LTE 1.4.2 Đặc điểm quan trọng LTE 1.5 Kết luận chương 10 CHƯƠNG .11 CÔNG NGHỆ LTE 11 2.1 Giới thiệu công nghệ LTE 11 2.1.1 Động thúc đẩy mục tiêu LTE .11 2.1.2 Các đặc tính LTE 12 2.1.3 Các thông số lớp vật lý LTE 13 Bảng 2.1: Các thông số lớp vật lý LTE 14 Bảng 2.2: Tốc độ đỉnh LTE theo lớp 14 2.1.4 Dịch vụ LTE 14 Bảng 2.3: So sánh dịch vụ 3G so với 4G LTE 14 i Bảng 2.4: So sánh HSPA, WiMax LTE .17 2.2 Truy nhập vô tuyến LTE 19 2.2.1 Hệ thống truyền dẫn 19 2.2.2 Hoạch định phụ thuộc kênh truyền thích ứng tốc độ 20 2.2.3 Hybrid-ARQ với việc kết hợp mềm 24 2.2.4 Sự hỗ trợ nhiều anten 24 2.2.5 Hỗ trợ multicast broadcast 24 2.2.6 Tính linh hoạt phổ 25 2.3 Kiến trúc giao diện vô tuyến LTE 27 2.3.1 RLC: Điều khiển liên kết vô tuyến 28 2.3.2 MAC: điều khiển truy nhập môi trường 30 2.3.3 PHY: Lớp vật lý 30 2.3.4 Các trạng thái LTE 31 2.3.5 Luồng liệu 33 2.4 Lớp vật lý LTE 34 2.4.1 Kiến trúc miền thời gian toàn phần 34 2.4.2 Truyền dẫn đường xuống 35 2.4.3 Truyền dẫn đường lên 54 2.5 Các thủ tục truy nhập LTE 69 2.5.1 Dò tìm tế bào 69 2.5.2 Truy cập ngẫu nhiên 74 2.5.3 Paging 83 2.6 Kết luận chương 84 CHƯƠNG .86 ỨNG DỤNG .86 3.1 Hiện trạng mạng di động Việt Nam 86 3.1.1 Hiện trạng mạng di động VNPT 86 3.1.2 Hiện trạng mạng di động Viettel – Tập đoàn Viễn thông Quân đội .88 3.2 Khả ứng dụng LTE Việt Nam 89 ii 3.2.1 Những thách thức gặp phải triển khai LTE 90 3.2.2 Xu tất yếu hướng đến LTE 91 3.2.3 Khả ứng dụng LTE Việt Nam 93 Bảng 3.1: Các yêu cầu hiệu suất phổ lưu lượng người dùng .94 Bảng 3.2: Yêu cầu thời gian gián đoạn, LTE – GSM LTE – WCDMA .95 3.3 Kết luận chương 98 KẾT LUẬN 99 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .100 iii DANH MỤC HÌNH VẼ iv DANH MỤC BẢNG BIỂU v THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ACK Acknowledgement Báo nhận AM Acknowledged Mode Chế độ báo nhận ARQ Automatic Repeat – Request Yêu cầu lặp lại tự động BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Channel Base Kênh quảng bá BTS Transceiver Station Code Trạm thu phát gốc CDMA Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CQI Channel Quality Indicator Chỉ số chất lượng kênh truyền CRC Cyclic edungdancy Check Kiểm tra tính dư tuần hoàn DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng DCH Dedicated Channel Kênh dành riêng DFT Discrete Fourier Transform OFDM trải phổ DFT DFTS- DFT-Spread OFDM OFDM trải phổ DFT OFDM Orthogonal Frequency Ghép kênh phân chia theo tần số Division Multiplexing trực giao DL Downlink Đường xuống DL-SCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần số FDM Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần số Multiplexing FDMA Frequency Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo tần số Access GPRS General Packet Radio Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp GSM services Hệ thống truyền thông di động toàn Global System For Mobile cầu H-ARQ Communication ARQ hỗn hợp HSDPA Hybrid ARQ vi H-ARQ Hybrid ARQ ARQ hỗn hợp HSDPA High Speed Downlink Packet Truy nhập gói đường xuống tốc Access độ cao International Hiệp hội viễn thông quốc tế ITU Telecommunications Union LTE Long Term Evolution Sự phát triển dài hạn MAC Medium Access Control Điều kiển truy nhập môi trường MCCH MBMS Control Channel Kênh điều khiển MBMS MIMO Multi-Input-Multi-Output Nhiều anten phát-thu OFDM Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần số Multiplexing trực giao Orthogonal Frequency Division Đa truy nhập phân chia theo tần Multiplexing Access số trực giao Peak to Average Power Ratio Hệ số đỉnh trung bình Single Carrier FDMA FDMA đơn sóng mang Spatial Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo Access không gian TDD Time Division Duplex Song công phân chia thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo gian UL Uplink Đường lên UL-SCH Uplink Shared Channel Kênh chia sẻ đường lên UM Unacknowledgement Mode Chế độ không báo nhận 3GPP Third Generation Partnership Dự án hợp tác hệ OFDMA PAPR SCFDMA SDMA Project vii MỞ ĐẦU Ngành công nghệ viễn thông chứng kiến phát triển ngoạn mục năm gần Khi mà công nghệ mạng thông tin di động hệ thứ ba 3G chưa có đủ thời gian để khẳng định vị trí toàn cầu, người ta bắt đầu nói công nghệ 4G từ nhiều năm gần Thế nhưng, nói cách xác 4G gì? Liệu có định nghĩa thống cho hệ mạng thông tin di động tương lai 4G? Có nhiều định nghĩa khác 4G, có định nghĩa theo hướng công nghệ, có định nghĩa theo hướng dịch vụ Đơn giản nhất, 4G hệ mạng thông tin di động không dây 4G giải pháp để vượt lên giới hạn điểm yếu mạng 3G 4G mạng băng rộng tốc độ siêu cao tương lai mà cho phép hội tụ với mạng hữu tuyến cố định 4G thể ý tưởng, hy vọng nhà nghiên cứu nhiều công ty viễn thông khác với mong muốn đáp ứng dịch vụ đa phương tiện mà mạng 3G đáp ứng Mặc dù 4G LTE hệ 3G, tương lai không giới hạn mở rộng mạng tế bào Ở châu Âu, 4G LTE xem khả đảm bảo cung cấp dịch vụ liên tục, không bị ngắt quãng với khả kết nối với nhiều loại hình mạng truy nhập vô tuyến khác khả chọn lựa mạng vô tuyến thích hợp để truyền tải dịch vụ đến người dùng cách tối ưu Quan điểm xem quan điểm liên đới Do đó, khái niệm ABC – Always Best Connected (luôn kết nối tốt nhất) xem đặc tính hàng đầu mạng thông tin di động 4G LTE Định nghĩa nhiều công ty viễn thông lớn nhiều nhà nghiên cứu, nhà tư vấn viễn thông chấp nhận Dù theo quan điểm nào, tất hy vọng mạng thông tin di động hệ thứ tư 4G LTE lên vào khoảng 2010 – 2018 mạng vô tuyến băng rộng tốc độ siêu cao Xuất phát từ vấn đề trên, em lựa chọn đồ án tốt nghiệp “Tìm hiểu công nghệ LTE khả ứng dụng ” Đồ án vào tìm hiểu tổng quan công nghệ LTE kỹ thuật thành phần sử dụng công nghệ để hiểu rõ thêm tiềm hấp dẫn mà công nghệ mang lại Đồ án gồm chương: Chương 1: Lịch sử hình thành công nghệ LTE : Nêu đặc điểm, ưu điểm hạn chế hệ thống thông tin di động 1G, 2G, 3G để dẫn đến đời tất yếu LTE với ưu điểm đặc điểm quan trọng Chương 2: Công nghệ LTE: Giới thiệu tổng quan công nghệ LTE, truy cập vô tuyến, kiến trúc giao diện vô tuyến, lớp vật lý, thủ tục truy cập LTE Chương 3: Ứng dụng : Tóm tắt trạng mạng di động Việt Nam để nêu xu tất yếu hướng đến LTE thách thức gặp phải triển khai LTE 4G LTE công nghệ nghiên cứu, phát triển hoàn thiện giới hạn nhiều mặt nên đồ án chưa đề cập hết vấn đề công nghệ LTE tránh khỏi thiếu sót Rất mong góp ý thầy cô bạn bè CHƯƠNG LỊCH SỬ HÌNH THÀNH CÔNG NGHỆ LTE Khi ngành thông tin quảng bá vô tuyến phát triển ý tưởng thiết bị điện thoại vô tuyến đời tiền thân mạng thông tin di động sau Năm 1946, mạng điện thoại vô tuyến thử nghiệm ST Louis, bang Missouri Mỹ Sau năm 50, việc phát minh chất bán dẫn ảnh hưởng lớn đến lĩnh vực thông tin di động Ứng dụng linh kiện bán dẫn vào thông tin di động cải thiện số nhược điểm mà trước chưa làm Thuật ngữ thông tin di động tế bào đời vào năm 70, kết hợp vùng phủ sóng riêng lẻ thành công, giải toán khó dung lượng Lộ trình phát triển hệ thống thông tin di động tế bào mô tả hình 1.1 nêu tóm tắt chi tiết phần bên Hình 1.1 Lộ trình phát triển hệ thống thông tin di động tế bào 1.1 Hệ thống thông tin di động hệ (1G) Là mạng thông tin di động không dây giới Nó hệ thống giao tiếp thông tin qua kết nối tín hiệu analog giới thiệu lần vào năm đầu thập niên 80s Nó sử dụng anten thu phát sóng gắn ngoài, kết nối theo tín hiệu analog tới trạm thu phát sóng nhận tín hiệu xử lý thoại thông qua module gắn máy di động Chính mà hệ CHƯƠNG ỨNG DỤNG 3.1 Hiện trạng mạng di động Việt Nam Hiện Việt Nam có nhà mạng viễn thông, Mobifone, Vinaphone, Viettel, S-Fone, Vietnamobile Gmobile (được đổi tên từ Beeline) Và nhà mạng Mobifone, Vinaphone, Viette phủ sóng khắp toàn quốc với mạng 2G, 3G dần bước đến 4G S-Fone thương hiệu Trung tâm điện thoại di động CDMAS-Telecom, bắt đầu cung cấp dịch vụ từ tháng 07/2003 nhà cung cấp dịch vụ thoại qua CDMA Việt Nam Tình hình kinh doanh viễn thông ngày khó khăn S-fone bắt đầu phát triển chậm lại xuống Đến tháng 7/2012 S-fone ngừng hoạt động chấp dứt tồn thị trường Vietnamobile mạng di động GSM thời kỳ phát triển nhanh Việt Nam kể từ thức giới thiệu dịch vụ tới người tiêu dùng vào tháng 4/2009 Là kết hợp tác Hutchison Telecom Group Công ty Cổ phần Viễn thông Hà Nội Vietnamobile có vị vững để gia tăng thị phần xây dựng xu hướng phát triển thị trường viễn thông Việt Nam Và cuối Gmobile, sau năm tham gia thị trường dịch vụ viễn thông Việt Nam với thương hiệu Beelinevn, tháng năm 2012, công ty Cổ Phần Viễn Thông Di Động Toàn Cầu (Gtel Mobile JSC) công bố thương hiệu Gmobile Thương hiệu Gmobile tiếp tục khẳng định cam kết GTel Mobile JSC việc cung cấp dịch vụ viễn thông có giá trị với người tiêu dùng Việt Nam Đồ án đề cập đến việc triển khai mạng 4G LTE Việt Nam Những nhà mạng Bộ Thông tin & Truyền thông cấp phép cho thử nghiệm triển khai VNPT (Vinaphone Mobile) Viettel Do đó, đồ án trình bày trạng mạng di động VNPT Viettel 3.1.1 Hiện trạng mạng di động VNPT Tập đoàn Bưu Viễn Thông Việt Nam trực thuộc Chính phủ Tổng cục Bưu điện với tên giao dịch quốc tế viết tắt VNPT, thức tách khỏi chức quản lý nhà nước trở thành đơn vị sản xuất, kinh doanh, quản lý khai thác cung cấp dịch vụ bưu chính, viễn thông VNPT doanh 86 nghiệp nhà nước chuyên đầu tư, sản xuất, kinh doanh lĩnh vực bưu viễn thông Việt Nam Lĩnh vực hoạt động chủ yếu VNPT dịch vụ thoại; dịch vụ truyền liệu; dịch vụ truyền thông; dịch vụ hệ thống, giải pháp; dịch vụ vệ tinh dịch vụ bưu VNPT sở hữu hai nhà khai thác mạng di động lớn Việt Nam Vinaphone Mobifone Với gần 50.000 trạm thu phát sóng (2G 3G), phủ sóng 63/63tỉnh thành nước, mạng di động VNPT (VinaPhone MobiFone) phục vụ 80 triệu thuê bao, luôn hỗ trợ khách hàng kết nối lúc, nơi Tới mạng 3G VNPT phủ sóng toàn quốc, cung cấp dịch vụ liệu lên tốc độ lên tới 21 Mbps Ngoài cung cấp dịch vụ di động nước, VNPT roaming tới 200 nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động thuộc khoảng 100 quốc gia giới, cho phép người dùng sử dụng dịch vụ di chuyển phạm vi toàn giới VNPT doanh nghiệp thử nghiệm mạng di động hệ 4G LTE hợp tác sản xuất thiết bị hỗ trợ để sớm đưa dịch vụ băng rộng di động tốc độ cao tới người dùng Việt Nam Bộ TT&TT đồng ý cho VNPT, Viettel, FPT Telecom, CMC VTC thử nghiệm mạng di động 4G Khai hỏa cho việc thử nghiệm kiện VNPT tuyên bố hoàn thành trạm BTS theo công nghệ LTE (Long Term Evolution - công nghệ tiền 4G) vào ngày 10/10/2010 Trạm BTS công nghệ LTE đặt tòa nhà Internet, lô 2A, làng Quốc tế Thăng Long, Cầu Giấy, Hà Nội với tốc độ truy cập Internet lên đến 60 Mbps Giai đoạn dự án thử nghiệm cung cấp dịch vụ vô tuyến băng rộng công nghệ LTE VNPT VDC triển khai với 15 trạm BTS Hà Nội, bán kính phủ sóng trạm khoảng 1km Giai đoạn dự án VDC triển khai mở rộng thêm TP Hồ Chí Minh sau kết thúc giai đoạn VDC cho biết, LTE đạt tốc độ tải xuống 100 Mbps, tốc độ tải lên đạt 50 Mbps với băng thông 20 MHz; hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển thuê bao 0-15 km/h; hoạt động tốt với tốc độ di chuyển thuê bao từ 15-120 km/h; 87 trì hoạt động thuê bao di chuyển với tốc độ từ 120-350 km/h (thậm chí 500 km/h tùy băng tần) Theo thông tin đăng tải tờ Vedomosti, VNPT thử nghiệm LTE với Công ty Antares Nga Công ty dự định đầu tư triệu USD vào mạng 4G VDC dự kiến thử nghiệm 15 trạm BTS tháng 10 Giai đoạn Công ty Antares đầu tư thêm 27 triệu USD Công ty Antares dự tính tổng đầu tư cho toàn mạng 4G 400 triệu USD Trong thời gian tới, VNPT triển khai LTE theo lộ trình thử nghiệm kỹ thuật thương mại, đề xuất phương án khả thi kỹ thuật thương mại, mở rộng quy mô triển khai thử nghiệm, xin giấy phép tần số thiết lập mạng, mở rộng mạng lưới cung cấp dịch vụ tới khách hàng VNPT xây dựng mạng LTE sở dùng chung sở hạ tầng, đóng gói với sản phẩm sẵn có để tạo lợi cạnh tranh, mở rộng dịch vụ GTGT nội dung số LTE, phát triển kinh doanh LTE lãnh thổ Việt Nam… 3.1.2 Hiện trạng mạng di động Viettel – Tập đoàn Viễn thông Quân đội Tập đoàn Viễn thông Quân đội (Viettel) doanh nghiệp kinh tế quốc phòng 100% vốn nhà nước, chịu trách nhiệm kế thừa quyền, nghĩa vụ pháp lý lợi ích hợp pháp Tổng Công ty Viễn thông Quân đội Lĩnh vực hoạt động Viettel cung cấp dịch vụ viễn thông, truyền dẫn, bưu chính, phân phối thiết bị đầu cuối, đầu tư tài chính, truyền thông, đầu tư bất động sản, xuất nhập khẩu, đầu tư nước ngoài… Hiện Viettel phát sóng gần 16.000 trạm 3G 25.000 trạm 2G khắp nước trở thành nhà mạng có số lượng trạm phát sóng nhiều thị trường Viettel sở hữu mạng thông tin di động băng rộng 3G lớn Việt Nam với gần 16.500 trạm phát sóng riêng cho công nghệ Tháng 12/2010, Viettel tiến hành thử nghiệm hệ thống mạng hoàn chỉnh với 40 trạm LTE hai quận Đống Đa Ba Đình Sau đó, quý 1/2011, Viettel cung cấp dịch vụ 4G cho số khách hàng dùng thử Khi triển khai, mạng 4G không ảnh hưởng đến chất lượng mạng 3G 2G cung cấp cho khách hàng Tại Tp.HCM, hệ thống thử nghiệm mạng hoàn chỉnh 88 với 40 trạm phát LTE (4G) 200 thiết bị đầu cuối Song song với phương án thử nghiệm kỹ thuật, Viettel tìm hiểu đánh giá nhu cầu khách hàng TP HCM công nghệ Từ cuối tháng 2/2011 Viettel phối hợp với Huawei tiến hành lắp đặt, tích hợp thiết bị thời gian tuần quận Tân Bình, TP HCM Việc đo kiểm, dùng thử thực vòng tháng để đánh giá tính công nghệ mạng LTE (4G) so với mạng 3G Wimax Theo chuyên gia viễn thông, băng thông 4G cho phép truyền liệu tốc độ lên tới 1Gb/giây trạng thái tĩnh 100Mb/giây trạng thái động Ở tốc độ truyền cao nhất, người dùng download phim 5-6 giây gửi 100 hát 2,4 giây Nếu mạng 3G làm thay đổi hoàn toàn hành vi tiêu dùng khách hàng từ thoại SMS lên sử dụng liệu, khác biệt mạng 4G hoàn toàn thuộc công nghệ với tốc độ truyền liệu băng thông rộng Trải nghiệm công nghệ tương lai thử nghiệm công nghệ thể khả đáp ứng mạng 4G Viettel, cho thấy lực truyền liệu mạng Viettel 4G Từ đó, Viettel đầu tư chuẩn bị sẵn sàng hạ tầng tiến đến việc triển khai thức mạng 4G cung cấp dịch vụ 4G tương lai 3.2 Khả ứng dụng LTE Việt Nam LTE (Long Term Evolution) gọi EUTRA (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access) hay E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network) công nghệ có khả cung cấp cho người dùng tốc độ truy cập liệu nhanh, cho phép nhà mạng phát triển thêm nhiều dịch vụ truy cập sóng vô tuyến dựa tảng IP tối ưu, đặc biệt thuận tiện cho việc nâng cấp mạng từ 3G lên 4G Mục tiêu mà 3GPP đặt cho LTE (Release 8) gồm: Tốc độ truyền liệu cao, độ trễ thấp công nghệ truy cập sóng vô tuyến gói liệu tối ưu Công nghệ sử dụng với phương thức LTE FDD (FREQUENCY DIVISION DUPLEX) LTE TDD (TIME DIVISION DUPLEX) Theo chuyên gia viễn thông giới, tốc độ dịch vụ băng rộng ADSL cung cấp Việt Nam trung bình từ 1,5Mbps- 6Mbps Công nghệ LTE 89 TDD có tốc độ lý tưởng lên đến 110Mbps Còn theo chuyên gia Công ty Điện toán Truyền số liệu VDC, LTE đạt tốc độ tải xuống 100Mbps, tốc độ tải lên đạt 50Mbps với băng thông 20MHz; hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển thuê bao 0- 15Km/h; hoạt động tốt với tốc độ di chuyển thuê bao từ 15- 120Km/h; trì hoạt động thuê bao di chuyển với tốc độ từ 120- 350Km/h (thậm chí đến 500Km/h tùy băng tần) Đặc biệt cả, công nghệ LTE có khả tương thích gần hoàn hảo với công nghệ tảng GSM Hầu hết hãng sản xuất thiết bị viễn thông hàng đầu: NSN (Nokia Siemens Network), Motorola, Alcatel- Lucent, Ericsson thực thử nghiệm quan trọng công nghệ LTE đạt thành công đáng kể Trong đó, NSN công bố thử nghiệm thành công LTE với tốc độ lên đến 173Mbps môi trường đô thị với nhiều thuê bao lúc tần số 2,6Ghz, băng thông 20Mhz 3.2.1 Những thách thức gặp phải triển khai LTE Theo dự kiến phải đến năm 2018, Bộ TT&TT xem xét việc cấp phép mạng 4G hoạt động để doanh nghiệp gần thu hồi vốn từ mạng 3G tránh lãnh phí trình đầu tư thiết bị đầu cuối người dân Cũng từ năm 2018, Bộ TT&TT xem xét việc xếp lại băng tần (hiện dùng cho hệ thống mạng 2G, phát thanh, truyền hình) để sử dụng cho hệ thống mạng 4G Như vậy, dự kiến năm nhà mạng nhận giấy phép triển khai 4G Điều cho thấy thực tế trạng phát triển thị trường 3G chậm so với dự kiến tới vài năm gần có vài dấu hiệu khởi sắc Khiến cho nhà mạng cung cấp dịch vụ “bí” chiến lược để tăng tốc phát triển dịch vụ Mặc dù có sẵn lợi lớn 4G chắn, doanh nghiệp triển khai công nghệ gặp không khó khăn Người dùng thường phàn nàn nhiều tốc độ kết nối Internet doanh nghiệp triển khai Bởi thế, điều cần làm ngay, phải khắc phục sớm tốt vấn đề liên quan đến tốc độ Trong động thái gần đây, đại diện Mobifone cam kết “chất lượng trước, lợi nhuận sau” khiến phần nhiều 90 khách hàng an tâm Ngoài ra, vấn đề bảo mật cho kết nối điều mà doanh nghiệp cần phải đầu tư nghiên cứu Những hạn chế bảo mật kết nối 3G, hay chí Wi-Fi, Bluetooth khiến cho chuẩn kết nối gặp nhiều phản ứng gay gắt, đó, khó khăn 4G vào vết xe đổ Trong số khó khăn mà nhà khai thác mạng gặp phải triển khai LTE có vấn đề quan trọng liên quan đến băng tần sử dụng Đối với băng tần có nhà mạng: Hầu hết băng tần tình trạng không đủ rộng để triển khai dịch vụ LTE; Băng tần 1,8 Ghz IMT-Advanced khuyến nghị triển khai cần nhà mạng phải thỏa thuận lại với nhau, sếp lại tần số sử dụng triển khai phải triển khai với dịch vụ GSM, HSPA, CDMA Bên cạnh vấn đề băng tần, việc xây dựng hạ tầng cho mạng không dây hệ thứ 4-LTE, viết tắt từ Long-Term Evolution, đề tài lên từ đầu năm nay, đặc biệt nhà mạng di động riết lập kế hoạch chuyển đổi hạ tầng mạng viễn thông lên 4G từ Tuy nhiên, việc chuyển đổi hạ tầng sang LTE trở thành thực sau đêm Đây trình chuyển biến công nghệ từ mạng 2,5G, 3,5G 4G cho mạng hệ hỗ trợ đầy đủ cho tất khách hàng có khách hàng hòa mạng khác (roaming) Sự thay đổi hạ tầng mang lại nhiều hội cho nhà cung cấp dịch vụ mạng, nhà sản xuất thiết bị hạ tầng gốc, nhà cung cấp chất bán dẫn, nhà cung cấp phần mềm chuyên giải pháp cho thiết bị đầu cuối LTE xem chuẩn giới liệu di động có điểm khác so với người tiền nhiệm 3G 3.2.2 Xu tất yếu hướng đến LTE Trước đây, dùng mạng 2G, dùng điện thoại để vào mạng Internet, truy cập liệu, tốc độ chậm Nhưng với 3G, truy cập hộp thư nhanh chóng, chuyển tải file lớn, chẳng hạn, ta làm việc thoải mái ô tô Với 4G, có ứng dụng mà chưa hình dung được, song giới có hệ thống thử nghiệm công nghệ 4G LTE 91 Khi doanh nghiệp triển khai thử nghiệm sớm có lợi định, chẳng hạn doanh nghiệp biết vấn đề công nghệ gì, lợi khiếm khuyết Nhờ đó, họ sẵn sàng công nghệ chín muồi thời điểm đến họ triển khai thương mại hóa Các nhà mạng phát triển, nâng cấp lên LTE tảng 3G có mà đảm bảo yếu tố tương thích, mang lại hiệu đầu tư cao Điều giúp nhà mạng không bỏ phí tảng có mà phát triển mạnh tảng với tốc độ nhiều dịch vụ kèm đại, vượt trội Hệ thống LTE NSN triển khai tốt giới công bố thử nghiệm thành công Việt Nam NSN sẵn sàng triển khai hệ thống lúc Vấn đề thương mại hóa lại hoàn toàn phụ thuộc vào nhà khai thác mạng Việt Nam Về mặt lý thuyết, 3G cho tốc độ kết nối lên tới 14,7 Mb/s thực tế, diễn đàn công nghệ Việt Nam, bên cạnh lời than phiền đôi lúc sóng 3G yếu, có nhiều phát biểu tán dương tốc độ 3G lướt net máy tính Bởi vậy, song song phát triển 3G, số công ty Viettel, VNPT (quản lí Vinaphone, Mobifone), sức phát triển 4G 4G công nghệ truyền thông không dây tiếp sau 3G, cho phép truyền tải liệu với tốc độ lên tới 1-1,5 Gbit/s (nhanh ADSL 40-60 lần) Mặc dù nhiều tranh cãi, nay, có nhiều đồng ý với quan điểm cho rằng, công nghệ cụ thể 4G Wimax LTE Công nghệ Wimax (tốc độ Gbit/s) Nokia, Intel, Motorola, … tập trung đầu tư mạnh với số tiền lên tới vài tỉ USD Trong 4G LTE hầu hết hãng viễn thông lớn giới AlcatelLucent, Ericsson, ZTE quan tâm phát triển Chỉ khoảng tháng sau cấp giấy phép thử nghiệm, VNPT bắt tay vào thử nghiệm công nghệ 4G LTE đạt tốc độ 100 Mb/s người dùng di chuyển với tốc độ cao Từ khía cạnh nhà khai thác, độ rộng băng tần kênh linh hoạt chế độ hòa hợp FDD/TDD LTE cho phép sử dụng sóng mang nguồn phổ tần tương lai cách hiệu LTE cung cấp tảng mạnh 92 mẽ cho nhà khai thác để cung cấp dịch vụ giá trị gia tăng hấp dẫn miền di động 3GPP tạo LTE để việc liên lạc di động thỏa mãn nhu cầu ngày cao khách hàng, giúp cho việc xem phim, chơi game, tham gia mạng xã hội dịch vụ đa phương tiện khác trở nên dễ dàng 3.2.3 Khả ứng dụng LTE Việt Nam Những hoạt động 3GPP việc cải tiến mạng 3G vào mùa xuân năm 2005 xác định đối tượng, yêu cầu mục tiêu cho LTE Những mục tiêu yêu cầu dẫn chứng tài liệu văn 3GPP TR 25.913 Những yêu cầu cho LTE chia thành phần khác sau: - Tiềm năng, dung lượng Hiệu suất hệ thống Các vấn đề liên quan đến việc triển khai Kiến trúc dịch chuyển Quản lý tài nguyên vô tuyến Độ phức tạp Những vấn đề chung a Tiềm công nghệ Yêu cầu đặt việc đạt tốc độ liệu đỉnh cho đường xuống 100 Mb/s đường lên 50 Mb/s, hoạt động phân bố phổ 20 MHz Khi mà phân bố phổ hẹp tốc độ liệu đỉnh tỉ lệ theo Do đó, điều kiện đặt biểu diễn 5bit/s/Hz cho đường xuống 2.5 bit/s/Hz cho đường lên LTE hỗ trợ chế độ FDD TDD Yêu cầu độ trễ chia thành: Yêu cầu độ trễ mặt phẳng điều khiển yêu cầu độ trễ mặt phẳng người dùng Yêu cầu độ trễ mặt phẳng điều khiển xác định độ trễ việc chuyển từ trạng thái thiết bị đầu cuối không tích cực khác sang trạng thái tích cực thiết bị đầu cuối di động gửi nhận liệu Yêu cầu độ trễ mặt phẳng người dùng thể qua thời gian để truyền gói tin IP nhỏ từ thiết bị đầu cuối tới nút biên Ran ngược lại đo từ lớp IP Thời gian truyền theo hướng không vượt 5ms mạng không tải, nghĩa thiết bị đầu cuối khác xuất tế bào 93 Xét mặt yêu cầu độ trễ mặt phẳng điều khiển, LTE hỗ trợ 200 thiết bị đầu cuối di động trạng thái tích cực hoạt động khoảng tần MHz Trong phân bố rộng MHz, có 400 thiết bị đầu cuối hỗ trợ Số lượng thiết bị đầu cuối không tích cực tế bào không nói rõ cao cách đáng kể b Hiệu suất hệ thống Các mục tiêu thiết kế hiệu suất hệ thống LTE xác định lưu lượng người dùng, hiệu suất phổ, độ linh động, vùng phủ sóng MBMS nâng cao Yêu cầu lưu lượng người dùng định rõ theo quan điểm: Tại phân bố người dùng trung bình phân bố người dùng phân vị thứ (khi mà 95% người dùng có chất lượng tốt hơn) Mục tiêu hiệu suất phổ rõ, thuộc tính hiệu suất phổ định nghĩa lưu lượng hệ thống theo tế bào tính theo bit/s/MHz/cell Những mục tiêu thiết kế tổng hợp bảng 3.1 Bảng 3.1: Các yêu cầu hiệu suất phổ lưu lượng người dùng Phương pháp đo hiệu suất Mục tiêu đường xuống Mục tiêu đường lên so so với với Lưu lượng người dùng – lần – lần trung bình (trên 1MHz) Lưu lượng người dùng – lần – lần biên tế bào (trên 1MHz, phân vị thứ 5) Hiệu suất phổ – lần – lần (bit/s/Hz/cell) Yêu cầu độ linh động chủ yếu tập trung vào tốc độ di chuyển thiết bị đầu cuối di động Tốc độ thấp, – 15 km/h hiệu suất đạt tối đa cho phép giảm tốc độ cao Tại vận tốc lên đến 120 km/h, LTE cung cấp hiệu suất cao vận tốc 120 km/h hệ thống phải trì kết nối toàn mạng tế bào.Tốc độ tối đa quản lý hệ thống LTE thiết lập đến 350 km/h (hoặc chí đến 500 km/h tùy thuộc vào băng tần) Một yếu tố quan trọng đặc biệt dịch vụ 94 thoại cung cấp LTE ngang với chất lượng mà WCDMA/HSPA hỗ trợ Yêu cầu vùng phủ sóng chủ yếu tập trung chủ yếu tập trung vào phạm vi tế bào (bán kính) Nhìn chung, LTE cung cấp dịch vụ tốt so với phiên Yêu cầu trường hợp broadcast hiệu suất phổ bit/s/Hz, tương ứng với khoảng 16 kênh TV di động cách sử dụng khoảng 300 kbit/s phân bố phổ tần MHz Hơn nữa, cung cấp dịch vụ MBMS với dịch vụ sóng mang, kết hợp với dịch vụ non-MBMS khác Và đương nhiên đặc tính kỹ thuật LTE có khả cung cấp đồng thời dịch vụ thoại dịch vụ MBMS c Các vấn đề liên quan đến việc triển khai Các yêu cầu liên quan đến việc triển khai bao gồm kịch triển khai, độ linh hoạt phổ, tồn làm việc với LTE với công nghệ truy cập vô tuyến khác 3GPP GSM WCDMA.HSPA Những yêu cầu kịch triển khai bao gồm: Trường hợp mà hệ thống LTE triển khai hệ thống độc lập trường hợp mà LTE triển khai đồng thời với WCDMA/HSPA GSM Vấn đề tồn hoạt động phối hợp với hệ thống 3GPP khác yêu cầu tương ứng thiết lập điều kiện tính linh động LTE GSM, LTE WCDMA/HSPA cho thiết bị đầu cuối di động hỗ trợ công nghệ Bảng 3.2 liệt kê yêu cầu gián đoạn, là, thời gian gián đoạn dài liên kết vô tuyến phải di chuyển công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau, bao gồm dịch vụ thời gian thực phi thời gian thực Bảng 3.2: Yêu cầu thời gian gián đoạn, LTE – GSM LTE – WCDMA Phi thời gian thực (ms) Thời gian thực LTE - WCDMA 500 300 LTE - GSM 500 300 d Độ linh hoạt phổ việc triển khai 95 Nền tảng cho yêu cầu độ linh hoạt phổ điều kiện để LTE triển khai băng tần IMT-2000 hành, nghĩa khả tồn với hệ thống triển khai băng tần này, bao gồm WCDMA/HSPA GSM LTE hỗ trợ song công phân chia theo thời gian TDD song công phân chia theo tần số FDD Yêu cầu độ linh hoạt phổ đòi hỏi LTE phải có khả mở rộng miền tần số hoạt động nhiều băng tần khác Yêu cầu độ linh hoạt liệt kê thành danh sách phân bố phổ LTE (1.25, 1.6, 2.5, 5, 10, 15 20 MHz) e Kiến trúc dịch chuyển Một vài nguyên tắc đạo cho việc thiết kế kiến trúc LTE Ran đưa 3GPP sau: - Một kiến trúc đơn LTE RAN chấp nhận - Kiến trúc LTE RAN phải dựa gói, lưu lượng lớp thoại thời gian thực hỗ trợ - Kiến trúc LTE RAN tối thiểu hóa diện hư hỏng cục mà không cần tăng chi phí cho đường truyền - Kiến trúc LTE RAN đơn giản hoá tối thiểu hóa số lượng giao tiếp giới thiệu - Tương tác lớp mạng vô tuyến lớp mạng truyền tải loại trừ cần quan tâm đến vấn đề cải thiện hiệu suất hệ thống - Kiến trúc LTE RAN hỗ trợ QoS end-to-end Lớp mạng truyền tải cung cấp QoS thích hợp yêu cầu lớp mạng vô tuyến - Các cấu QoS tính toán đến dạng lưu lượng tồn khác để mang lại hiệu suất sử dụng băng thông cao: Lưu lượng mặt phẳng điều khiển, lưu lượng mặt phẳng người dùng, lưu lượng O&M, v.v… - LTE RAN thiết kế theo lối làm giảm biến đổi trễ lưu lượng cần độ jitter thấp, ví dụ TCP/IP g Quản lý tài nguyên vô tuyến Những yêu cầu quản lý tài nguyên vô tuyến chia sau: Hỗ trợ nâng cao cho QoS end-to-end, hỗ trợ hiệu cho truyền dẫn lớp cao hơn, hỗ trợ cho việc chia sẻ tải quản lý sách thông qua công nghệ truy cập vô tuyến khác 96 Việc hỗ trợ nâng cao cho QoS end-to-end yêu cầu cải thiện thích ứng dịch vụ, ứng dụng điều kiện giao thức (bao gồm báo hiệu lớp cao hơn) với tài nguyên Ran đặc tính vô tuyến Việc hỗ trợ hiệu cho truyền dẫn lớp cao đòi hỏi LTE RAN phải có khả cung câp cấu để hỗ trợ truyền dẫn hiệu suất cao hoạt động giao thức lớp cao qua giao tiếp vô tuyến, chẳng hạn trình nén tiêu đề IP Việc hỗ trợ chia sẻ tài nguyên quản lý sách thông qua công nghệ truy cập vô tuyến khác đòi hỏi phải xem xét đến việc lựa chọn lại cấu để định hướng thiết bị đầu cuối di động theo dạng công nghệ truy cập vô tuyến thích hợp nói rõ hỗ trợ QoS end-to-end trình chuyển giao công nghệ truy cập vô tuyến h Độ phức tạp Yêu cầu độ phức tạp LTE xác định độ phức tạp toàn hệ thống độ phức tạp thiết bị đầu cuối di động Về yêu cầu đề cập đến số lượng tùy chọn tối thiểu hóa với đặc tính dư thừa không bắt buộc Điều đưa đến việc tối giản trường hợp kiểm thử cần thiết 97 i Những vấn đề chung Phần đề cập đến yêu cầu chung LTE khía cạnh liên quan đến chi phí dịch vụ Rõ ràng, mong muốn đặt giảm thiểu chi phí trì hiệu suất yêu cầu cho tất dịch vụ Các vấn đề đường truyền, hoạt động bảo dưỡng liên quan đến yếu tố chi phí Như không giao tiếp vô tuyến, mà việc truyển tải đến trạm gốc hệ thống quản lý phải xác định rõ Một yêu cầu quan trọng giao tiếp nhiều nhà cung cấp thuộc vào loại yêu cầu Ngoài vấn đề như: Độ phức tạp thấp, thiết bị đầu cuối di động tiêu thụ lượng đòi hỏi 3.3 Kết luận chương Chương đồ án nêu trạng hai nhà mạng lớn thử nghiệm triển khai LTE Hà Nội Hồ Chí Minh Các nhà triển khai gặp phải thách thức khiến cho LTE khó triển khai, xu tất yếu giới Việt Nam không tránh khỏi xu chung để tiếp bước lên đường công nghệ phát triển LTE Cuối đồ án đưa yếu tố để kiểm tra khả ứng dụng LTE Việt Nam gồm có tiềm công nghệ, hiệu suất hệ thống, vấn đề liên quan đến việc triển khai, kiến trúc dịch chuyển, quản lý tài nguyên vô tuyến, độ phức tạp vấn đề chung LTE 98 KẾT LUẬN Công nghệ LTE công nghệ mới, tiếp tục nghiên cứu triển khai toàn giới, với khả truyền tải tốc độ cao kiến trúc mạng đơn giản, sử dụng băng tần hiệu hoàn toàn tương thích với công nghệ trước (GSM WCDMA) dựa mạng toàn IP LTE trở thành hệ thống thông tin di động toàn cầu tương lai Vì việc tìm hiểu công nghệ LTE cần thiết có ý nghĩa thực tế Trong đồ án đề cập cách tổng quan công nghệ LTE, trọng tâm gồm phần: • Nắm bắt đặc điểm, ưu điểm hạn chế hệ thống di động từ trước đến để nêu bật cần thiết công nghệ LTE • Tìm hiểu truy nhập vô tuyến LTE • Tìm hiểu kiến trúc giao diện vô tuyến LTE • Tìm hiểu lớp vật lý LTE • Các thủ tục truy nhập LTE • Tìm hiểu khả ứng dụng LTE Việt Nam LTE công nghệ phát triển sau so với WIMAX, với đặc tính tuyệt vời mà đem lại, nên có nhiều nhà mạng lớn giới ủng hộ lựa chọn để triển khai Các nhà chế tạo thiết bị đầu cuối tiến hành tích hợp công nghệ LTE vào sản phẩm Tại Việt Nam nhà mạng tiến hành thử nghiệm công nghệ LTE đạt kết khả quan Do vậy, việc nắm bắt công nghệ LTE cần thiết 99 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Erik Dahlman, Stefan Parkvall, Johan Sköld and Per Beming, “3G Evolution HSPA and LTE for Mobile Broadband”, Academic Press, 2007 [2] H.Ekström, A Furuskär, J Karlsson, M Meyer, S Parkvall, J Torsner and M Wahlqvist, “Technical Solutions for the 3G Long-term Evolution”, IEEE Communication Magazine, March 2006 100