TỔNG QUAN PHÁT TRIỂN 3G, LTE TRONG 3GPP VÀ LỘ TRÌNH TIẾN LÊN 4G

Trong chương này ta sẽ trình bày các hoạt động nghiên cứu và phát triển (RD) 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 TDSDMA). 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.

Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP Chương TỔNG QUAN PHÁT TRIỂN 3G, LTE TRONG 3GPP VÀ LỘ TRÌNH TIẾN LÊN 4G 1.1 MỞ ĐẦU Trong chương ta trình bày hoạt động nghiên cứu phát triển (R&D) 3G lộ trình lên 4G tiến hành 3GPP tổ chức quốc tế chịu trách nhiệm cho việc phát triển hài hòa các tiêu chuẩn phát hành UMTS UTRA (WCDMA TD-SDMA) Quá trình nghiên cứu phát triển UMTS lên 3G phát triển tiến dần đến 4G việc đưa công nghệ HSPA (High Speed Packet Access: đa truy nhập gói tốc độ cao) LTE (Long term Evolution: phát triển dài hạn) cho phần vô tuyến SAE (System Architecture Evolution: phát triển kiến trúc hệ thống) cho phần mạng Hiện UMTS triển khai giới 3GPP tiến hành nghiên cứu để cải thiện hiệu UMTS việc đưa phát hành R5, R6 R7 với tính HSDPA, HSUPA MBMS Mục tiêu LTE nghiên cứu phát triển hiệu hệ thống sau R6 RAN để triển khai vào năm 2010 Các nghiên cứu LTE nhằm giảm gía thành, tăng cường hỗ trợ cho dịch vụ lợi nhuận cao cải thiện khai thác bảo dưỡng cung cấp dịch vụ Để đạt đựơc mục tiêu cần đưa công nghệ vô tuyến tiềm cho phép nâng cao hiệu suất phổ tần, thông lượng người sử dụng giảm thời gian trễ Ngoài cần nghiên cứu để giảm độ phức tạp hệ thống (nhất giao diện) quản lý tài nguyên vô tuyến hiệu để dễ ràng triển khai khai thác hệ thống 1.2 QUÁ TRÌNH TIÊU CHUẨN HÓA WCDMA/ HSPA TRONG 3GPP 1.2.1 3GPP 3GPP đựơc giao trách nhiệm tiến hành công tác tiêu chuẩn hóa HSPA Trước tổ chức quốc tế đựơc giao nhiệm vụ tiêu chuẩn hóa cho WCDMA Hoạt động tiêu chuẩn hóa cho WCDMA/HSPA tổ chức từ năm 1999 đến năm 2006 đựơc tổng kết theo thời gian đưa phát hành hình 1.1 Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP Hình 1.1 Lộ trình đưa phát hành 3GPP Mốc phát triển cho WCDMA đạt đựơc vào cuối năm 1999 phát hành 1999 (R3) công bố chứa đựng toàn đặc tả WCDMA Phát hành R4 đưa sau vào đầu năm 2001 Tiếp theo phát hành R5 đựơc đưa vào năm 2002 R6 vào năm 2004 Phát hành R7 đựơc đưa vào nửa cuối cuả năm 2006 3GPP lúc đầu có bốn nhóm đặc tả kỹ thuật khác (TSG: Technical Specifications Group) sau năm nhóm chuyển từ hoạt động GSM/EDGE vào 3GPP Sau cấu lại vào năm 2005, quay lại 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 giao diện bên trạm thu phát gốc (BTS)/ điều khiển trạm gốc (RNC) giao diện RNC mạng lõi TSG RAN chịu trách nhiêm cho tiêu chuẩn HSDPA HSUPA √ TSG CT (lõi đầu cuối) TSG CT tập trung lên vấn đề mạng lõi báo hiệu mạng lõi đầu cuối √ TSG SA (dịch vụ kiến trúc hệ thống) TSG SA tập trung lên dịch vụ kiến trúc hệ thống tổng thể √ TSG GERAN (GSM/EDGE RAN) TSG RAN tập trung lên vấn đề RAN cho giao diện vộ tuyến dựa GSM/GPRS/EDGE Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP Hình 1.2 Cấu trúc 3GPP Dưới TSG nhóm công tác (WG: WWorrking Group), công tác nghiên cứu kỹ thuật thực tiến hành Chẳng hạn TSG RAN, nơi nghiên cứu HSDPA HSUPA, có năm nhóm công tác sau đây: √ TS RAN WG1: chịu trách nhiêm cho khía cạnh lớp vật lý √ TS RAN WG2: chịu trách nhiệm cho khía cạnh lớp lớp √ TSG WG3: chịu trách nhiệm cho giao diện bên RAN √ TSG RAN WG4: chịu trách nhiệm cho yêu cầu hiệu vô tuyến √ TSG RAN WG5: chịu trách nhiệm cho kiểm tra đầu cuối Các thành viên 3GPP gồm đối tác có tổ chức Các hãng cá nhân phải thành viên đối tác có tổ chức dưạ tổ chức họ có quyền tham gia vào hoạt động 3GPP Dưới đối tác có tổ chức nay: √ Liên minh giải pháp công nghệ viễn thông (ATIS) từ Mỹ √ Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu (ETSI) từ châu Âu √ Liên hiệp tiêu chuẩn thông tin Trung Quốc (CCSA) từ Trung Quốc √ Liên hiệp giới công nghiệp 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 Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP 3GPP tạo lập nội dung kỹ thuật đặc tả, đối tác có tổ chức công bố công việc Điều cho phép có đựơc tập đặc tả giống tất vùng giới thể đảm bảo phổ biến tất lục địa Ngoài đối tác có tổ chức, có đối tác gọi đại diện thị trường UMTS Forum, phận 3GPP Công tác 3GPP đựơc xây dưng xung quanh danh mục công tác (nghiên cứu), thông qua thay đổi nhỏ đưa trực tiếp ‘các yêu cầu’ thay đổi đặc tả Đối với danh mục lớn hơn, thông thường nghiên cứu khả thi thực trước tiến đến thay đổi thực tế đặc tả 1.2.2 Chuẩn hóa HSDPA 3GPP Khi phát hành R3 hoàn thành, HSDPA HSUPA chưa đựơc đưa vào kế hoạch nghiên cứu Trong năm 2000, thực hiệu chỉnh WCDMA nghiên cúu R4 kể TD-SCDMA, ngừơi ta nhận thấy cần có số cải thiện cho truy nhập gói Để cho phép phát triển này, nghiên cứu khả thi (danh mục nghiên cứu) cho HSDPA khởi đầu tháng năm 2000 Nghiên cứu bắt đầu theo nguyên tắc 3GPP (phải có bốn hãng ủng hộ) Các hãng ủng hộ khởi đầu nghiên cứu HSDPA gồm Motorola Nokia thuộc phía nhà bán máy BT/Cellnet, T-Mobile NTTDoCoMo thuộc phía nhà khai thác Nghiên cứu khả thi kết thúc phiên họp toàn thể TSG RAN kết luận giải pháp đựơc nghiên cứu cho thấy có lợi Trong danh mục nghiên cứu HSDPA có vấn đề nghiên cứu để cải thiện truyền dẫn số liệu gói đường xuống so với đặc tả R3 Các chuyên đề phát lại lớp vật lý lập biểu dựa BTS đựơc nghiên cứu với mã hóa điều chế thích ứng Nghiên cứu bao hàm số nghiên cứu công nghệ phát thu nhiều anten tiêu dề “Nhiều đầu vào nhiều đầu ra” (MIMO) với chọn ô nhanh (FCS: Fast Cell Selection) Vì nghiên cứu khả thi cho thấy đạt đựơc cải thiện đáng kể với mức độ phức tạp hợp lý, nên rỏ ràng cần tiếp tục danh mục nghiên cứu thực tế để phát triển đặc tả Sau danh mục công tác đựơc thiết lập, phạm vi công tác tuân theo danh mục nghiên cứu MIMO đựơc lấy thành danh mục nghiên cứu riêng nghiên cứu khả thi FCS đựơc bắt đầu độc lập Danh mục nghiên cứu HSDPA đươc nhiều nhà bán máy ùng hộ danh mục nghiên cứu thực tế nhận ủng hộ từ nhà bán Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP máy lớn Motorola, Nokia Ericsson Trong trình nghiên cứu, tất nhiên số hãng đóng góp kỹ thuật cho trình lớn nhiều Một năm sau, đặc tả HSDPA R5 đựơc phát hành Tất nhiên có hiệu chỉnh cho HSDPA, nhưng chức lõi có đặc tả lớp vật lý Nghiên cứu phần bị chậm lại hoạt động hiệu chỉnh song song cần thiết cho đầu cuối mạng R3 đựơc triển khai Nhất khía cạnh giao thức, kiểm tra kỹ lưỡng đựơc thực để phát chi tiết cần hiệu chỉnh làm rõ nghĩa đặc tả trường hợp thiết bị R3 trứơc bắt đầu hoạt động thương mại châu Âu vào nửa cuối năm 2002 Nghiên cúu phận giao thức HSDPA chiếm nhiều thời gan nhất, nghiên cứu tương thích ngược bắt đầu vào tháng năm 2004 Trong số chuyên đề khác liên quan đến HSDPA, danh mục nghiên cứu MIMO không hoàn thành chương trình khung thời gian R5 R6 Người ta tranh luận xem có xứng đáng đưa vào hệ thống hay không chuyên đề nằm danh sách chuyên đề R7 Nghiên cứu khả thi FCS kết luận lợi ích nhận đựơc từ không đáng kể so với tăng thêm độ phức tạp sau nghiên cứu khép lại danh mục nghiên cứu đưa cho FCS Trong tập trung lên FDD (ghép song công phân chia theo tần số), TDD (ghép sóng công phân chia theo thời gian) đựơc đưa vào danh mục nghiên cứu HSDPA kể giải pháp tương tự hai chế độ TDD (TDD băng hẹp băng rộng) 1.2.3 Chuẩn hóa HSUPA 3GPP Mặc dù HSUPA thuật ngữ sử dụng rộng rãi thị trường, trình chuẩn hóa HSUPA thuật ngữ sử dụng đưới tên ‘kênh riêng đường lên tăng cường’ (E-DCH: Enhanced Uplink Dedicated Channel) Nghiên cứu tiến hành giai đoạn hiệu chỉnh HSDPA bắt đầu danh mục nghiên cứu ‘tăng cường đường lên cho kênh truyền tải’ vào tháng năm 2002 Từ phía nhà bán máy, Motorola, Nokia, Ericsson hãng ủng hộ khởi xướng nghiên cứu cho vần đề 3GPP Các kỹ thuật 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 nút B √ Độ dài thời gian truyền dẫn (TTI) đường lên ngắn Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP √ Thiết lập TTI nhanh Hình 1.3 Các kỹ thuật xem xét nghiên cứu cho HSUPA Sau thời gian nghiên cứu dài chi tiết, báo cáo kết nghiên cứu làm sáng tỏ lợi ích kỹ thuật nghiên cứu Báo cáo cho thấy lợi ích tiềm sử dụng điều chế bậc cao đường lên điều chế thích ứng không đưa vào danh mục nghiên cứu thực tế Danh mục nghiên cứu kết thúc vào tháng ba năm 2004 với khuyển nghị việc bắt đầu danh mục nghiên cứu 3GPP để đặc tả HARQ lớp vật lý nhanh chế lập biểu dựa nút B cho đường lên độ dài TTI ngắn Ngoài chế thiết lập kênh DCH nhanh không đưa vào khuyển nghị này, vấn đề đề cập danh mục nghiên cứu khác phát hành 3GPP R6 dựa kết nhận giai đoạn danh mục nghiên cứu Hình 1.4 cho thấy kỹ thuật đựơc chọn cho danh mục nghiên cứu HSUPA Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP Hình 1.4 Các ký thuật đựơc lựa chọn cho danh mục nghiên cứu HSUPA 3GPP bắt đầu danh mục nghiên cứu ‘đường lên tăng cường FDD’ để đặc tả tính HSUPA theo khuyển nghị cuả báo cáo Trong thời gian nghiên cứu TDD chưa tiến hành, nghiên cứu kế hoạch R7 Do nghiên cứu tảng chi tiết tốt đựơc thực thời gian nghiên cứu 18 tháng, không bận với công tác hiệu chỉnh phát hành trước, đặc tả tiến triển nhanh phiên tính đưa cho đặc tả lõi tháng 12 năm 2004 Phiên chưa phải phiên hoàn thiện cuối cùng, chứa chức then chốt sở chức tiếp tục tiến hành nghiên cứu hiệu chỉnh hoàn thiện chi tiết Tháng năm 2005, danh mục nghiên cứu thức hoàn thiện cho đặc tả chức năng, nghĩa chuyển sang hiệu chình tính này.Trong tháng lại năm 2005 vấn đề để mở yêu cầu hiệu đựơc hoàn thiện Thí dụ trình tiêu chuẩn hóa cho HSUPA minh họa hình 1.5 Bước cuối cho HSUPA hoàn thiện tương thích ngược cho giao thức Điều cho phép thiết lập mẫu chuẩn cho thiết bị đựơc đưa vào thị trường Theo kế hoạch, trình đựơc tiến hành vào tháng năm 2005, sau việc xem xét ASN.1 kết thúc (ASN.1 ngôn ngữ mã hóa tin giao thức sử dụng số giao thức 3GPP) Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP Hình 1.5 Thí dụ trình tiêu chuẩn hóa HSUPA 3GPP 1.2.4 Phát triển tăng cường HSUPA HSDPA Trong HSUPA đặc tả, có nghiên cứu phát triển để cải thiện R6 HSDPA số lĩnh vực khác, như: √ Đặc tả hiệu cho đầu cuối tiên tiến sử dụng phân tập thu (hoặc) máy thu tiên tiến √ Cải thiện tầm phủ sóng đường lên cách sử dụng báo hiệu phản hồi đường lên √ Các cải thiện lĩnh vực di động HSDPA báo hiệu nhanh thời gian xử lý ngắn Một danh mục nghiên cứu với tên ‘kết nối liên tục cho người sử dụng số liệu gói’ định nghiã cho R7 với mục đích giảm chi phí thời gian phục vụ trì liên kết luồng số liệu liên tục cần thiết Một thí dụ cho kiểu dịch vụ dịch vụ thọai sở gói với tên gọi phổ biển VoIP Danh mục nghiên cứu MIMO tiếp tục tiến hành với nhiều đề suất Nguyên lý then chốt có hai (hay nhiều) anten phát với luồng thông tin khác sau sử dụng hai hay nhiều anten kết hợp với xử lý tín hiệu tiên tiến đầu cuối để phân tách luồng minh họa hình 1.6 Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP Hình 1.6 Nguyên lý MIMO với hai anten phát hai anten thu Thách thức chủ yếu phải chứng minh liệu có nhận đựơc tăng độ lợị đáng kể so độ lợi nhận đựơc từ cải thiện hiệu R6 giải pháp cài thiện dung lượng có cách bổ sung thêm máy phát- chẳng hạn chuyển từ cấu hình ba đoạn ô sang cấu hình sáu đoạn ô Các kết luận 3GPP thời điểm môi trừơng ô vĩ mô, HSDPA với MIMO không mang lại lợi ích dung lượng so với trường hợp thu phân tập máy thu tiên tiến đầu cuối Vì thách thức tiếp tục đựơc xem xét R7 phát hành Nghiên cứu hướng đến ô nhỏ (các ô vi mô) Các danh mục nghiên cứu cho HSDPA HSUPA gồm vấn đề giảm trễ thiết lập gọi chuyển mạch gói (PS) chuyển mạch kênh (CS) nhằm rút ngắn thời gian cần thiết đế chuyển từ trạng thái rỗi vào trạng thái tích cực (Cell_DCH) Vì hầu hết bước WCDMA giữ nguyên không liên quan đến gọi CS hay PS, nên cải thiện mang lại lợi ích cho HSDPA/HSUPA lẫn thiết lập gọi thoại bình thường Đầu tiên nghiên cứu tập trung lên xác định cách thức cải thiện thiết lập gọi thoại R3 đồng thời tiến tới sử dung phương pháp áp dụng cho thiết bị có Sau nghiên cứu chuyển sang cải thiện lớn không sử dụng cho thiết bị có tiềm đầu cuối thay đổi Nghĩa thiết bị có khả R7 nhận đựơc thêm cải thiện hầu hết trường hợp Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP 1.3 KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN LTE Nghiên cứu phát triển tiêu chuẩn LTE tiến hành E-UTRAN TSG (Technical Specification Group: nhóm đặc tả kỹ thuật) Trong họp RAN TSG có vài vấn đề kỹ thuật tán thành Thậm chí họp sau vấn đề xem xét lại 3GPP vạch kế hoạch làm việc chi tiết cho nhóm nghiên cứu TSG RAN Lộ trình phát triển LTE gắn liền với lộ trình phát triển 3GPP Hình 1.7 cho thấy lộ trình phát triển 3GPP Hình 1.7 Lộ trình phát triển 3GPP Các vấn đề nghiên cứu thực 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 cho hình 1.8 Hình 1.8 Kế hoạch nghiên cứu tiêu chuẩn E-UTRAN 10 Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP Hình 1.13 Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) chung sóng mang với WCDMA (f1) HSPA chia sẻ chung hạ tầng mạng với WCDMA Để nâng cấp WCDMA lên HSPA cần bổ sung phần mềm vài phần cứng BSC RNC Lúc đầu HSPA thiết kế cho dịch vụ tốc độ cao phi thời gian thực, nhiên R6 R7 cải thiện hiệu suất cuả HSPA cho VoIP ứng dụng tương tự khác Khác với WCDMA tốc độ số liệu giao diện (384 kbps cho tốc độ cực đại chẳng hạn), tốc độ số liệu HSPA giao diện khác Hình 1.14 minh họa điều cho HSDPA Tốc độ đỉnh (7,2Mbps hai ms) đầu cuối xẩy thời điểm điều kiện kênh truyền tốt tốc độ trung bình không 1Mbps Để đảm bảo truyền lưu lượng mang tính cụm này, BTS cần có đệm để lưu lại lưu lượng lập biểu để truyền lưu lượng hạ tầng mạng Hình 1.14 Tốc độ số liệu khác giao diện (trường hợp HSDPA) 16 Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP 1.5.2 Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA HSUPA cho số liệu người sử dụng Hình 1.15 cho thấy kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA HSUPA cho số liệu người sử dụng Mặt phẳng báo hiệu hình 1.3 (trong mặt phẳng báo hiệu nối đến RLC sau đựơc đưa lên DCH hay HSDPA HSUPA) Số liệu từ dịch vụ khác nén tiêu đề IP PDCP (Packet Data Convergence Protocol) MAC-hs (High Speed: tốc độ cao) thực chức lập biểu nhanh dựa 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 đặt lại thứ tự Hình 1.15 Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA HSUPA cho số liệu người sử dụng 1.6 TỔNG QUAN LTE 17 Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP Có thể tóm tắt nhiệm vụ nghiên LTE SAE sau: Về phần vô tuyến (LTE): •Cải thiện hiệu suất phổ tần, thông lượng người sử dung, trễ •Đơn giản hóa mạng vô tuyến •Hỗ trợ hiệu dịch vụ gói như: MBMS, IMS Về phần mạng (SAE): • Cải thiện trễ, dung lượng thông lượng • Đơn giản mạng lõi • Tối ưu hóa lưu lượng IP dịch vụ • Đơn giản hóa việc hỗ trợ chuyển giao đến công nghệ 3GPP Kết nghiên cứu LTE đưa chuẩn mạng truy nhập vô tuyến với tên gọi E-UTRAN (Enhanced Universal Terrestrial Radio Access Network: Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu tăng cường), để đơn giản tài liệu ta gọi chung LTE Trong phần ta xét tổng quan kiến trúc LTE kế hoạch nghiên cứu 3GPP 1.6.1 Tốc độ số liệu đỉnh LTE hỗ trợ tốc độ đỉnh tức thời tăng đáng kể Tốc độ định cỡ tùy theo kích thứơc phổ ấn định LTE đảm bảo tốc độ số liệu đỉnh tức thời đường xuống lên đến 100Mbps băng thông đựơc cấp phát cực đại 20MHz (5bps/Hz) tốc độ đỉnh đường lên 50 Mbps băng thông cấp phát cực đại 20MHz (2,5bps/Hz) Băng thông LTE đựơc cấp phát linh hoạt từ 1,25 MHz lên đến 20 MHz (gấp bốn lần băng thông 3G-UMTS) Lưu ý tốc độ đỉnh phụ thuộc vào số lượng anten phát anten thu UE Các mục tiêu tốc độ số liệu đỉnh nói đặc tả UE tham chuẩn gồm: (1) khả đường xuống với hai anten UE, (2) khả đường lên với anten UE Trong trường hợp phổ dùng chung cho đường lên đường xuống, LTE hỗ trợ tốc độ số liệu đỉnh đường xuống đường lên nói đồng thời 1.6.2 Trễ mặt phẳng C mặt phẳng U 18 Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP 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 100ms), (hình 1.16) Hình 1.16 Thí dụ chuyển đổi trạng thái kiến trúc E-UTRAN LTE phải có thời gian chuyển đổi trạng thái nhỏ 100ms (như chế độ rỗi R6) vào trạng thái tích cực (như R6 Cell_DCH) Nó cần đảm bảo thời gian chuyển đổi nhỏ 50ms từ trạng thái ngủ (như R6 Cell_PCH) váo trạng thái tích cực (như R6 Cell_DCH) Cần đảm bảo trễ mặt phẳng U nhỏ 10ms Trễ mặt phẳng U định nghĩa trễ chiều gói lớp IP UE (hoặc nút biên UTRAN) đến lớp IP nút biên UTRAN (hoặc UE) Nút biên UTRAN nút giao diện UTRAN với mạng lõi Chuẩn phải đảm bảo trễ mặt phẳng U LTE nhỏ 5ms (hình 1.17) điều kiện không tải (nghĩa người sử dụng với một luồng số liệu) gói nhỏ (chẳng hạn tải tin không cộng với tiêu đề) Rõ ràng chế độ ấn định băng thông LTE ảnh hưởng đáng kể lên trễ 19 Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP eNodeB: Nút B có thêm tính chức bổ sung so với nút B WCDMA/HSPA Hình 1.17 Trễ mặt phẳng U 1.6.3 Thông lượng số liệu Thông lượng đường xuống LTE gấp ba đến bốn lần thông lượng đường xuống R6 HSDPA tính trung bình MHz Cần lưu ý thông lượng HSDPA R6 xét cho trường hợp anten nút B với tính tăng cường máy thu UE; LTE sử dụng cực đại hai anten nút B hai anten UE Ngoài cần lưu ý băng thông cấp phát tăng, thông lượng tăng Mặt khác thông lượng đường lên LTE gấp hai đến ba lần thông lượng đường lên R6 HSUPA tính trung bình MHz Trong giả thiết R6 HSUPA sử dụng anten phát UE hai anten thu nút B; đường lên LTE sử dụng cực đại hai anten phát UE hai anten thu nút B 1.6.4 Hiệu suất phổ tần LTE phải đảm bảo tăng đáng kể hiệu suất phổ tần tăng tốc độ bit biên ô đảm bảo trì vị trí đặt trạm có UTRAN EDGE Trong mạng có tải, hiệu suất phổ tần kênh đường xuống LTE phải gấp đến bốn lần R6 HSDPA tính theo bit/s/Hz/trạm Trong giả thiết R6 HSDPA sử dụng anten nút B máy thu, LTE sử dụng anten nút B anten UE Hiệu suất phổ tần kênh đường lên E-UTRAN phải gấp ba đến bốn lần R6 HSUPA tính theo bit/s/Hz/trạm với giả thiết HSUPA sử dụng hai anten nút B anten UE LTE sử dụng hai anten nút B hai anten UE Cấn lưu ý khác biệt hiệu suất phổ tần đường xuống đường lên môi trường khái thác khác đường xuống đường lên 20 Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP Thông thường đường lên nhậy cảm với giảm cấp kênh nhiễu đa đường v.v giá thành để đảm bảo hiệu tách sóng đường lên cao đường xuống LTE cần hỗ trợ sơ đồ ấn định băng thông khả định cỡ, chẳng hạn 5, 10, 20 15 MHz.Cũng cần xem xét việc định cỡ băng thông 1,25 hay 2,5 MHz để triển khai vùng băng thông cấp phát hẹp Bảng 1.2 1.3 cho thấy so sánh thông số tốc độ hiệu suất sử dụng băng tần LTE HSPA đường xuống đường lên Bảng 1.2 So sánh thông số tốc độ hiệu suất sử dụng phổ tần LTE đường xuống HSDPA HSDPA (R6) LTE Đích LTE/ Đã đạt Tốc độ đỉnh 14,4 144 100/đã đạt (Mbps) Hiệu suất phổ tần 0,75 1,84 3-4 lần HSDPA/ (bit/Hz/s) đạt 2,5 Thông lượng 0,006 0,0148 2-3lần HSDPA/đạt người sử dụng 2,5 biên ô Bảng 1.3 So sánh thông số tốc độ hiệu suất sử dụng phổ tần LTE đường lên HSDPA HSUPA (R6) LTE Đích LTE/ Đã đạt Tốc độ đỉnh 5,7 57 50/đã đạt (Mbps) Hiệu suất phổ tần 0,26 0,67 2-3 lần HSUPA/ (bit/Hz/s) đạt 2,6 Thông lượng 0,006 0,015 2-3 lần người sử dụng HSDPA/đạt 2,5 biên ô 1.6.5 Hỗ trợ di động Hiệu LTE cần tối ưu hóa cho người sử dụng di động tốc độ thấp từ đến 15 kmph (kmph: km/giờ) Các người di động tốc độ cao từ 15 đến 120kmph cần đảm bảo hiệu cao thỏa mãn Cũng cần hỗ 21 Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP trợ di động tốc độ từ 120 kmph đến 350 kmph (thậm chí đến 500 kmph phụ thuộc vào băng tần cấp phát) Việc đảm bảo tốc độ 350 kmph cần thiết để trì chất lượng dịch vụ chấp nhận cho người sử dụng cần cung cấp dịch vụ hệ thống xe lửa tốc độ cao Trong trường hợp cần sử dụng giải pháp mô hình kênh đặc biệt Khi thiết lập thông số lớp vật lý, LTE cần có khả trì kết nối tốc độ lên đến 350 kmph chí lên đến 500 kmph phụ thuộc băng tần cấp phát LTE cần hỗ trợ kỹ thuật chế để tối ưu hóa trễ gói chuyển giao hệ thống Các dịch vụ thời gian thực tiếng hỗ trợ miền chuyển mạch kênh trước phải E-UTRAN hỗ trợ miền chuyển mạch gói với chất lượng tối thiểu phải với với chất lượng đựơc hỗ trợ UTRAN (chẳng hạn tốc độ bit đảm bảo) toàn dải tốc độ Ảnh hưởng chuyển giao hệ thống lên chất lượng (thời gian ngắt) phải nhỏ hay chất lượng cung cấp miền chuyển mạch kênh GERAN 1.6.6 Vùng phủ LTE phải hỗ trợ linh hoạt kịch phủ sóng khác đảm bảo mục tiêu nêu phần với giả thiết sử dụng lại đài trạm UTRAN tần số sóng mang có Thông lượng, hiệu suất sử dụng phổ tần hỗ trợ di động nói phải đáp ứng ô có bán kính km với giảm nhẹ chất lượng ô có bán kính 30 km Như nói LTE phải hoạt động băng thông 1,25 MHz; 2,5MHz; 5MHz; 10MHz; 15MHz; 20MHz đường xuống lẫn đường lên Cần đảm bảo làm việc chế độ đơn băng lẫn song băng Hệ thống phải hỗ trợ truyền nội dung toàn thể tài nguyên bao gồm tài nguyên khả dụng nhà khai thác (được gọi Radio Band Resources) băng tần băng tần khác đường lên lẫn đường xuống Hệ thống phải hỗ trợ lập biểu công suất, lập biểu thích ứng 1.6.7 MBMS tăng cường 22 Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Service: Dịch vụ đa phương quảng bá đa phương tiện) đưa vào dịch vụ LTE Các hệ thống LTE phải đảm bảo hỗ trợ tăng cường cho MBMS LTE phải hỗ trợ chế độ MBMS tăng cường so với hoạt động cuả UTRA Đối với trường hợp đơn phương, LTE phải có khả đạt mục tiêu chất lượng hệ thống hệ thống UTRA làm việc đài trạm Hỗ trợ MBMS LTE cần đảm bảo yêu cầu sau: (1) tái sử dụng phần tử lớp vật lý: để giảm độ phức tạp đầu cuối, sử dụng phương pháp đa truy nhập, mã hóa, điều chế áp dụng cho đơn phương cho dịch vụ MBMS sử dụng tập chế độ băng thông cuả UE cho khai thác đơn phương cho MBMS, (2) Thoại MBMS: giải pháp LTE cho MBMS phải cho phép tích hợp đồng thời cung cấp hiệu thoại dành riêng dịch vụ MBMS cho người sử dụng; (3) Khai thác MBMS đơn băng: phải hỗ trợ triển khai sóng mang LTE mang dịch vụ MBMS phổ tần đơn băng 1.6.8 Triển khai phổ tần Yêu cầu LTE làm việc với kịch triển khai phổ tần sau đây: Đồng tồn vùng địa lý đài trạm với GERAN/UTRAN kênh lân cận Đồng tồn kênh lân cận chồng lấn biên giới nước LTE phải có khả hoạt động độc lập (không cần sóng mang khác) Tất băng tần cho phép tuân theo phát hành nguyên tắc băng tần độc lập Cần lưu ý trường hợp yêu cầu điều phối biên giới, vấn đề khác giải pháp lập biểu cần xem xét với hoạt động khác lớp vật lý 1.6.9 Đồng tồn tương tác với 3GPP RAT LTE phải hỗ trợ tương tác với hệ thống 3G có với hệ không theo chuẩn 3GPP LTE phải đảm bảo khả đồng tồn nhà khai thác băng liền kề biên giới 23 Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP Tất đầu cuối LTE hỗ trợ khai thác UTRAN/GERAN phải có khả hỗ trợ đo, chuyển giao đến/từ hai hệ thống UTRAN GERAN Ngoài LTE cần phải hỗ trợ đo RAT (Radio Access Technology: công nghệ truy nhập vô tuyến) với ảnh hưởng chấp nhận lên phức tạp đầu cuối hiệu mạng, chẳng hạn cách cung cấp cho UE hội đo đường lên đường xuống thông qua lập biểu Vì vấn đề đặt không việc tương thích ngược mà việc hỗ trợ chế chuyển giao mạng 3GPP khác Ngoài cần nhấn mạnh HSDPA giải pháp 3G từ 3GPP hoàn toàn tương thích ngược với mạng W-CDMA Tương thích ngược cần thiết LTE, cần xem xét cẩn thận mối tương quan với tăng cường hiệu khả Vấn đề tương thích gập phải giống vấn đề tương thích giải UTRAN GERAN (dựa GSM) Dưới yêu cầu cho tương tác mạng: • Thời gian ngắt để chuyển giao dịch vụ thời gian thực LTE UTRAN/GERAN không 300ms • Thời gian ngắt để chuyển giao dịch vụ phi thời gian thực LTE UTRAN/GERAN không 500ms • Các thiết bị đầu cuối không tích cực (chẳng hạn trạng thái R6 Cell_PCH) hỗ trợ UTRAN/GERAN có bổ sung thêm LTE không thiết giám sát tin tìm gọi từ số UTRAN, GERAN LTE Các yêu cầu đặt cho trường hợp mạng UTRAN và/hoặc GERAN cung cấp hỗ trợ chuyển giao LTE Thời gian chuyển giao nói đựơc coi giá trị tối thiểu, giá trị thay đổi kiến trúc tổng thể lớp vật lý định nghĩa chi tiết 1.6.10 Kiến trúc trình chuyển đổi Kiến trúc LTE phải đồng ý TSG (Technical Specification Group: nhóm đặc tả kỹ thuật) Kiến trúc E-UTRAN phải xây dựng sở chuyển mạch gói phải hỗ trợ dịch vụ thời gian thực lưu lượng loại hội thoại Kiến trúc E-UTRAN phải đơn giản hóa giảm thiểu số lượng giao diện LTE phải đảm bảo chuyển đổi kinh tế từ kiến trúc giao diện vô tuyến UTRA R6 Thiết kế mạng LTE phải thực theo kiến trúc LTE 24 Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP dựa gói (kiến trúc không dây toàn IP ngự trị mạng LTE) Kiến trúc LTE phải giảm thiểu xẩy "một điểm nhiều cố" phải có biện pháp dự phòng Kiến trúc LTE phải hỗ trợ yêu cầu QoS đầu cuối đầu cuối Ngoài giao thức thông tin đường trục phải tối ưu hóa LTE Các chế QoS phải xét đến cho kiểu lưu lượng khác để sử dụng hiệu băng thông LTE phải hỗ trợ kiểu dịch vụ khác miền PS (chẳng hạn VoIP, hiển diện) E-UTRAN (hay viết gọn E-RAN) phải thiết kế để giảm thiểu thay đổi trễ (Jitter) cho thông tin gói TCP/IP 1.6.11 Quản lý tài nguyên vô tuyến Như đề cấp trên, quản lý tài nguyên vô tuyến đòi hỏi : (1) hỗ trợ tăng cường QoS đầu cuối đầu cuối; (2) Hỗ trợ hiệu truyền lớp cao; (3) Hỗ trợ chia sẻ tải quản lý sách công nghệ truy nhập vô tuyến (RAT) khác 1.6.12 Các vấn đề mức độ phức tạp LTE phải thỏa mãn hiệu yêu cầu Ngoài mức độ phức tạp phải giảm thiểu để ổn định hệ thống tương tác với giai đoạn trước Điều cho phép giảm giá thành thiết bị đầu cuối UTRAN Để thực yêu cầu ta cần lưu ý vấn đề sau Để giảm phức tạp trình thực hiên phần cứng lẫn phần mềm, thiết kế LTE phải giảm thiểu số lượng tùy chọn đảm bảo loại bỏ tính bắt buộc thừa Một vấn đề quan trọng phải giảm thiểu số lượng trường hợp kiểm tra cần thiết, chẳng hạn giảm số lượng trạng thái giao thức, giảm thiểu số lượng thủ tục, thông số tính hạt Các yêu cầu LTE phải giảm thiểu mức độ phức tạp cuả UE liên quan đến kích thước, trọng lượng dung lượng acqui (chế độ chờ chế độ tích cực) đảm bảo dịch vụ tiên tiến cuả LTE Để thỏa mãn yêu cầu nói cần lưu ý yếu tố sau: 25 Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP • Cần xem xét mức độ liên quan đến khả hỗ trợ nhiều RAT (GERAN/UTRAN/LTE) cần xem xét xem xét độ phức tạp tính LTE • Cần giảm thiểu tính bắt buộc • Không có đặc tả kép thừa cho tính bắt buộc thực nhiệm vụ • Phải giảm thiểu số lượng chọn Tập tùy chọn phải khả thi cho kiểu UE khả khác Các kiểu UE/các khả khác sử dụng để đáp ứng mức độ phức tạp phụ thuộc vào hiệu chẳng hạn việc sử dụng nhiều anten 1.7 KIẾN TRÚC MÔ HÌNH LTE Hai kiến trúc mô hình 3GPP WG (nhóm công tác 3GPP) đề xuất cho kiến trúc LTE cho hình 1.18, 1.19 1.20 Hình 1.18 Kiến trúc mô hình B1 E-UTRAN cho trường hợp không chuyển mạng 26 Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP Hình 1.19 Kiến trúc mô hình B2 E-UTRAN R h đảm bảo chức chuẩn bị chuyển giao để giảm thời gian ngắt 27 Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP Hình 1.20 Kiến trúc mô hình LTE theo TR 23.822 Trên mô hình kiến trúc hình 1.18 ký hiệu sử dụng sau R1, R2 R3 tên điểm tham khảo G x+ ký hiệu cho Gx phát triển hay mở rộng PCRF1 (PCRF: Policy and Charging Rules Function: chức quy tắc tính cước sách) thể chức quy tắc tính cước sách phát triển Các đường nối vòng tròn không liên tục thể phần tử giao diện kiến trúc LTE Trên mô hình kiến trúc hình 1.19 ký hiệu sử dụng sau R h thể chức chuẩn bị chuyển giao để giảm thời gian ngắt Dự kiến giao diện tương đối tổng quát để đảm bảo tổ hợp khác RAT G x+ thể Gx có thêm hỗ trợ di động hệ thống truy nhập (Inter AS) W x+ ký hiệu cho Wx có thêm hỗ trợ di động hệ thống Inter AS MM (Inter Access System Mobility Management) ký hiệu cho quản lý di động hệ thống truy nhập PCRF2 thể chức quy tắc tính cước sách, hình vẽ chức thể hai lần để thể cầu hình Các đường tròn 28 Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP đường nối không liên tục thể phần tử/giao diện kiến trúc EUTRAN Mô hình 1.20 thể kiến trúc theo TR 23.882 giao diện đựơc đặc tả chi tiết 1.8 TỔNG KẾT Chương xét tổng quan các trình phát triển từ 3G WCDMA lên 3G HSPA (3G+) LTE (E3G/4G-) Các công nghệ truy nhập HSPA dựa công nghệ truy nhập vô tuyến CDMA WCDMA, nhiên công nghệ truy nhập vô tuyến LTE sử dụng đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA), đựơc xét cụ thể chương sau cuả giáo trình Có thể nói HSPA hậu 3G LTE tiền 4G Trong chương ta xét lộ trình tiến lên 4G Công nghệ truy nhập vô tuyến cho 4G gọi IMT2000 Adv (IMT2000 tiên tiến) Hiện có nhiều dự án đề suất nghiên cứu để tìm công nghệ thích hợp cho 4G, nhiên chưa có đề suất đựơc chấp nhận chưa có chuẩn cho 4G Hy vọng thời gian gần tổ chức quốc tế lớn 3GPP, 3GPP2 WiMAX tập trung lên nghiên cứu công nghệ cụ thể cho 4G để đạt đựơc tiêu chuẩn cho 4G Chương xét tổng quan trình xây dựng chuẩn cho HSPA LTE công nghệ Nhìn chung mục tiêu công nghệ nhăm cải thiện thông số hiệu giảm giá thành so với công nghệ trứơc nó: √ Tăng tốc độ số liệu đỉnh √ Tăng tốc độ bit biên ô √ Cải thiện hiệu suất sử dụng phổ tần √ Giảm trễ vòng √ Sử dụng băng thông linh hoạt √ Giảm chi phí đầu tư mạng √ Giảm mức độ phức tạp, giá thành tiêu thụ công suất cuả đầu cuối √ Tương thích với phát hành trước với công nghệ vô tuyến khác √ Tối ưu hóa cho tốc độ di động thấp đồng thời hỗ trợ tốc độ di động cao 29 Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP √ Chương xét tổng quan nguyên lý hoạt động, mô hình giao thức, mô hình mạng số tính đặc thù HSPA LTE 30 ... TSG RAN Lộ trình phát triển LTE gắn liền với lộ trình phát triển 3GPP Hình 1.7 cho thấy lộ trình phát triển 3GPP Hình 1.7 Lộ trình phát triển 3GPP Các vấn đề nghiên cứu thực hai TSG: TSG RAN:...Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP Hình 1.1 Lộ trình đưa phát hành 3GPP Mốc phát triển cho WCDMA đạt đựơc vào cuối năm 1999 phát hành 1999 (R3) công... thuật) đựơc thông qua 3GPP 11 Chương Tổng quan kế hoạch nghiên cứu phát triển E-UTRAN 3GPP Hình 1.10 Các báo cáo kỹ thuật đựơc thông qua 3GPP IMT-ADVANCED VÀ LỘ TRÌNH TIẾN TỚI 4G Trong ITU, nhóm công