Tiêu chuẩn 4G IMT-Advanced và triển vọng của các công nghệ di động sau 3G
MỤC LỤC
Tương lai – Nhu cầu đối với các hệ thống Sau 3G
Khi so sỏnh với cỏc đặc tả hiện nay của WiMAX với cỏc yờu cầu kỹ thuật này, rừ ràng WiMAX không đủ tư cách để được xem là một chuẩn 4G IMT-Advanced, bởi vì tốc độ truyền dữ liệu của nó còn thấp hơn khá nhiều, ngay cả trong những điều kiện lý tưởng (WiMAX cố định chỉ có tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 70 Mbps, WiMAX di động còn thấp hơn). Những ấn bản chuẩn mới xây dựng Release 7 và 8 trong 3GPP được gọi là HSPA+, vốn bao gồm cả công nghệ MIMO và những công nghệ cải tiến khác, cũng đưa công nghệ UMTS cải tiến này đến một mức dung lượng và băng thông như đang được chỉ định cho LTE trên dải tần sóng mang 5 MHz.
Tất cả các hệ thống này đều dựa trên IP
Điều này cũng không thể thực hiện được đối với một đường truyền chuyển kênh, bởi vì khi đã được thiết lập thì nó là một kênh dành riêng (exclusive channel), cung cấp một thông lượng không đổi giữa hai bên tham gia, bất kể họ có tạm ngừng nói giữa cuộc gọi hay không. Mạng giao tiếp vô tuyến phục vụ cả mạng chuyển kênh và mạng chuyển gói, và khi người dùng di động cần phục vụ thì tùy theo họ cần một đường truyền chuyển kênh hay một đường truyền chuyển gói, một kiểu đường truyền thích hợp sẽ được thiết lập qua không trung.
LTE và LTE-Advanced
Giới thiệu
Trong khi đó, chỉ có thể đạt đến mức thông suất cao hơn thỏa đáng bằng cách tăng dải tần của kênh truyền tải. Đối với một số ứng dụng thì một kênh truyền tải 5 MHz lại quá rộng, và vì vậy người ta đã quyết định rằng giao tiếp vô tuyến của hệ thống mới LTE cũng phải có tính co giãn được (scalable) ở hướng còn lại. Thông suất gia tăng: đối với hệ thống mới LTE, phải đạt đến một thông suất tối đa trong những điều kiện lý tưởng là 100 Mbit/s.
Kiến trúc mạng
Không giống như các mạng vô tuyến không dây trước đó, khi một gateway của mạng truy nhập (SGSN) chịu trách nhiệm đối với một số RNC nhất định và mỗi RNC đến lượt nó lại chịu trách nhiệm đối với một số trạm cơ sở nhất định, đường giao tiếp S1 hậu thuẫn một kiến trúc nối kết mắt lưới (mesh). Điều này làm giảm số lượng các cuộc chuyển giao liên-MME khi người dùng di chuyển, và cho phép số lượng MME phát triển độc lập với số lượng Serving-GW, bởi vì dung lượng của MME lệ thuộc vào tải trọng báo hiệu, còn dung lượng của Serving-GW lệ thuộc vào tải trọng dữ liệu truyền của người dùng. Giống như đường giao tiếp giữa SGSN và GGSN trong UMTS, nó sử dụng giao thức GTP-U (người dùng) để truyền xuyên hầm dữ liệu người dùng từ và đến các Serving-GW, và giao thức GTP-S (báo hiệu) cho việc thiết lập ban đầu đường hầm dữ liệu người dùng và những sự sửa đổi đường hầm sau đó khi người dùng di chuyển qua lại giữa các cell được quản lý bởi những Serving-GW khác nhau.
Giao tiếp vô tuyến và mạng vô tuyến của LTE
Việc truyền OFDMA phải chịu một PAPR (Peak to Average Power Ratio _ tỷ lệ công suất đỉnh so với trung bình) cao, điều này có thể dẫn đến những hệ quả tiêu cực đối với việc thiết kế một bộ phát sóng nhúng trong UE; đó là, khi truyền dữ liệu từ UE đến mạng, cần có một bộ khuếch đại công suất để nâng tín hiệu đến lên một mức đủ cao để mạng bắt được (pick up). Kênh luận lý BCCH (Broadcast Control CHannel) được mạng sử dụng để truyền đến các UE thông tin về hệ thống, chẳng hạn như thông tin về mạng và cell, tức là những khối tài nguyên và phần tử tài nguyên nào để tìm ra những kênh khác, có thể truy cập mạng bằng cách nào, v.v… Các thông số cơ bản được gửi đi trên kênh BCCH được ánh xạ vào kênh vận chuyển BCH, rồi đến kênh vật lý PBCH (Physical Broadcast Channel). Những ứng dụng như thế, nếu được lập trình đúng đắn và không có bộ dịch địa chỉ mạng (NAT) nào được dùng, đều có một đường truyền luận lý nối với một server trong mạng, nhưng đường truyền này không hoạt động cho đến khi người dùng yêu cầu một hành động mới hoặc ứng dụng đó được server trên mạng kia liên hệ vì một tin nhắn mới gửi đến chẳng hạn.
Các thủ tục báo hiệu cơ bản
Nếu như không tìm được mạng mà UE dùng lần gần nhất trước khi tắt đi, thì UE sẽ hoặc tự chọn một mạng cho nó dựa trên những thông tin ưu tiên được trữ trên thẻ SIM, hoặc trình danh sách các mạng mà nó phát hiện cho người dùng, để sau đó họ có thể chọn dùng mạng nào họ thích (như trong trường hợp roaming chẳng hạn). Thông điệp này cũng chứa một con số 5 bit ngẫu nhiên, cho nên UE có thể liên hệ thông điệp hồi đáp đó với thông điệp ban đầu và C-RNTI kia, vốn được dùng để nhận diện UE ấy từ giờ cho đến khi đường truyền vật lý nối nó với mạng được giải phóng (sau một thời gian dài không tích cực). MME trích xuất mã nhận diện người dùng ra khỏi thông điệp đó, mã này là có thể là một mã nhận diện thuê bao di động quốc tế (International Mobile Subscriber Identity _ IMSI) hoặc một mã nhận diện tạm thời mà UE đó đã được cấp phát trong một cuộc nối kết trước đó với mạng.
Tổng kết và so sánh với HSPA
Khi PDN-GW nhận được thông điệp ấy, nó lấy một địa chỉ IP từ quỹ địa chỉ của nó, tạo ra một điểm mốc kết thúc đường hầm dữ liệu thuê bao (subscriber tunnel endpoint), rồi gửi địa chỉ IP đó về cho MME trong một thông điệp Create Acknowledgement (cũng thông qua Serving-GW). Tuy có nhiều thông điệp được gửi qua lại giữa những bộ phận chức năng khác nhau trong mạng, nhưng số lượng thông điệp trao đổi giữa UE và mạng đã được giảm thiểu so với GSM và UMTS bằng cách thực hiện vài công việc bằng chỉ một thông điệp. Cuối cùng, nhờ hệ thống báo hiệu trong giao tiếp vô tuyến được đơn giản hóa, LTE thích hợp hơn nhiều cho những đường truyền IP thường trực và những ứng dụng như nhắn tin tức thời và truyền e-mail với số lượng lớn, vốn thường xuyên phải liên lạc với mạng cho dù thiết bị di động không được sử dụng tích cực.
LTE-Advanced
Nếu If LTE được dùng ở cùng dải tần như những công nghệ vô tuyến khác thì trạm cơ sở có thể dùng một ăng-ten duy nhất. Ngoài ra, mạng lừi và mạng vụ tuyến đơn giản hơn với ớt thành phần hơn, cùng với những công nghệ mới cho truyền backhaul từ trạm cơ sở với phần còn lại của mạng, sẽ làm giảm chi phí vận hành mạng. Đây sẽ là một động lực thú vị cho các nhà cung cấp dịch vụ mạng, bởi vì yêu cầu thông lượng cứ tăng mãi trong khi hoa lợi bình quân tính trên mỗi người dùng vẫn cứ như cũ hay thậm chí còn giảm đi.
WiMAX (IEEE 802.16)
- Kiến trúc mạng
- Giao tiếp vô tuyến và mạng vô tuyến của WiMAX di động
Nhiều nhà cung cấp dịch vụ mạng WiMAX sớm đã bắt đầu triển những mạng nhỏ dựa trên chuẩn 802.16-2004 từ mấy năm trước (lúc đầu được gọi là 802.16d), vốn chủ yếu nhắm vào các thiết bị cố định có các ăng-ten gắn trên mái nhà hoặc các router WiMAX trong nhà có trang bị sẵn những ăng-ten không định hướng lớn. Trong UMTS và LTE, giao thức GPRS Tunneling Protocol (GTP) đảm trách công việc gửi chuyển tiếp giữa nỳt cửa ngừ từ Internet vào mạng lừi (GGSN trong trường hợp UMTS, và PDN- GW trong trường hợp LTE) và nỳt cửa ngừ từ mạng lừi vào mạng truy cập vụ tuyến (SGSN trong trường hợp UMTS, và bộ đôi MME và Serving-GW trong trường hợp LTE. Phiên bản giao tiếp vô tuyến đầu tiên được triển khai rộng rãi của chuẩn 802.16, gọi là 802.16d hay IEEE 802.16-2004, hiện đang được dùng để nối kết các thiết bị như máy tính xách tay và PC chẳng hạn với Internet thông qua các modem WiMAX lắp đặt tại nhà riêng hoặc văn phòng (nên còn được gọi là WiMAX cố định).
Bởi vì các ứng dụng không dây cố định chỉ giải quyết một lượng khách hàng ít ỏi thôi, nên IEEE đã sớm quyết định là sau khi kết thúc chuẩn giao tiếp vô tuyến cố định, cần đi tiếp một bước nữa và tăng cường giao tiếp vô tuyến bằng những chức năng bổ sung dành cho tính di động và các thiết bị có công suất hạn chế. Quan trọng không kém là mỗi hệ thống đó có khả năng xử lý tốt đến mức nào đối với hàng trăm thiết bị luôn mở trên mỗi cell, mỗi thiết bị liên lạc với hệ thống vài lần một phút, bởi vì các ứng dụng như VoIP, các đường hầm VPN (Virtual Private Network) mã hóa, và các trình nhắn tin tức thời liên tục liên lạc với các server của chúng trong mạng để giữ cho các kênh truyền của chúng luôn mở xuyên qua các firewall và NAT gateway.
