Hình 4.7.Mô hình hệ thống thử nghiệm LTE (vật lý) 4.3. Thiết bị trong testbed
Hình 2 mô tả một trạm phát sóng kiểm tra với một đơn vị băng tần cơ bản, phần cứng tần số vô tuyến (bao gồm các bộ lọc kép và các bộ khuếch đại công suất), các cột anten và các thiết bị viba. LTE không yêu cầu phải có các đồng hồ tham chiếu điều khiển bởi GPS để đồng bộ nh−ng những thiết bị này vẫn có trong thử nghiệm này để nghiên cứu về các thuật toán đa tế bào nâng cao. Tính nhạy cảm của những thuật toán này với các lỗi đồng bộ là một trong những nghiên cứu chính. Đ−ờng truyền giữa các trạm đ−ợc thực hiện bởi các kết nối viba ít trễ. Những kết nối này hoạt động ở băng tần 5Ghz và có thông l−ợng lớn nhất là 300Mb/s.
4.4. Các phép đo trong testbed
Trong testbed này, ng−ời ta sử dụng rất nhiều bài kiểm tra. Đối với các đặc tính của môi tr−ờng vô tuyến, ng−ời ta thực hiện các phép đo nhiễu kênh và vùng phủ. Một mặt, mục đích của những phép đo này là để hiệu chỉnh các công cụ dò tia và phát triên các thuật toán dự đoán cho hoạt động MIMO đa tế bào trong LTE nâng cao. Mặt khác, còn giúp cho việc nhận biết các cạnh trạm tế bào: các vị trí địa lý trong đó tín hiệu đến từ một vài trạm tế bào tác động với cùng mức tín hiệu. Hình 3 cho thấy sơ đồ vùng phủ của vùng thử nghiệm dựa trên các bài kiểm tra trên xe.
4.5. Các kết quả phòng thí nghiệm
Các bài kiểm tra phòng thí nghiệm với các thiết bị tiền tiêu chuẩn và các giả lập fading đã đ−ợc thực hiện để đánh giá tốc độ dữ liệu và trễ. Hình 4 mô tả thông l−ợng của các trạm tế bào ở lớp vật lý đo đ−ợc từ tín hiệu xuống một đầu vào một đầu ra (SISO) nh− một chức năng của tỷ lệ tín hiệu-nhiễu (SNR) với các thiết lập nh− sau:
• Băng thông hệ thống 10MHz
• AMC, ARQ lai và kế hoạch đa ng−ời dùng trên đ−ờng tín hiệu xuống (DL) d−ới sự điều khiển của eNodeB
• ACK/NACK và báo cáo chất l−ợng kênh trên đ−ờng tín hiệu lên (UL)
• Trạm tế bào đơn với một ng−ời dùng đơn (đ−ờng cong xanh da trời) hoặc 2 ng−ời dùng (đ−ờng cong đỏ)
• Hàng đợi đầy trong eNodeB cho mỗi ng−ời dùng
• Đối với ng−ời đi bộ, các kênh fading 3 km/h ở đ−ờng tín hiệu xuống và các kênh tĩnh trong đ−ờng tín hiệu lên
Hình 4 mô tả khả năng của AMC để điều chỉnh tốt tốc độ dữ liệu ng−ời dùng đến chất l−ợng kênh truyền. Điều này có đ−ợc ở đ−ờng tín hiệu xuống bằng cách
ví dụ này, tốc độ cập nhật là 1 kHz/một băng thông nhỏ. Tốc độ dữ liệu cao nhất trong hình 4 có thể đ−ợc mở rộng đến 88.7Mb/s bằng cách giả sử rằng băng thông hệ thống là 20Mhz, tốc độ mã hóa là 1.0 và thí nghiệm trên tổng phí tín hiệu nhỏ hơn 15% nh− khả năng nhận đ−ợc với LTE bản 8.
Hình 4 mô tả rõ hơn về việc thông l−ợng trạm tế bào tăng lên bằng cách ứng dụng thuật toán kế hoạch đa-ng−ời dùng lựa chọn tần số và thời gian. Sự tăng lên này có thể đ−ợc xác định số l−ợng bằng cách gắn thông l−ợng trạm tế bào đa ng−ời dùng với thông l−ợng của một ng−ời dùng. Đối với các đầu cuối ng−ời dùng di chuyển chậm, sự tăng lên này là đáng kể, đặc biệt là trong các vùng có tỉ lệ tín hiệu/ nhiễu ở mức thấp và trung bình. Điều này có thể thực hiện đ−ợc bằng định nghĩa cụ thể của CQI, điều này cho phép băng thông hệ thống đầy đ−ợc chia thành các băng thông nhỏ hơn và áp dụng báo cáo CQI ở mức băng nhỏ.
Trong một kiểu đo khác, trễ giao diện không khí hai đ−ờng giữa UE và eNodeB đ−ợc giải thích để phù hợp với yêu cầu của 3GPP về việc cho phép trễ nhỏ hơn 10ms ở trong các trạm tế bào tháo tải với kênh UL đ−ợc kế hoạch tr−ớc. Các trễ đ−ợc đo đ−ợc tổng kết trong bảng 1 cho các kịch bản khác nhau. Mỗi kịch bản lại sử dụng một ứng dụng PING với kích th−ớc phần tải là 64 bytes đ−ợc kích hoạt từ một máy tính đ−ợc nối đến UE.
Các bài kiểm tra trong phòng thí nghiệm là một ph−ơng tiện có giá trị cho việc đặc điểm hóa hệ thống nh−ng chúng cũng có những giới hạn do sự phức tạp và chi phí của các thiết bị thí nghiệm, đặc biệt là khi có nhiều trạm hoặc anten và th−ờng không biểu diễn đ−ợc các điều kiện thực tế. Do đó, những điều này là động lực mạnh mẽ để thực hiện các thử nghiệm thực tế, đặc biệt là để tăng hiểu biết về khả năng hoạt động của mạng đa trạm tế bào.
4.6. Các kết quả mô phỏng mức hệ thống
Các thử nghiệm thực tế đ−ợc thực hiện bởi hệ thống mô phỏng nhằm đánh giá và tối −u các thuật toán ứng cử cho việc hợp tác hoặc cho mạng MIMO tr−ớc khi chúng đ−ợc triển khai trong hệ thống thử nghiệm. Mặt khác, độ chính xác của các
kết quả mô phỏng sẽ đ−ợc xem xét bằng cách so sánh các kết quả này với các đo đạc từ hệ thống thử nghiệm thực tế.
Các mô phỏng cần mang tính thực tế về mặt trễ và tổn hao kênh truyền. Để nhận đ−ợc khả năng đầy đủ của mạng truy nhập vô tuyến đ−ợc mô phỏng, ng−ời ta giả sử rằng các dịch vụ bộ đệm là đầy đủ. Các bộ mô phỏng có thể mô phỏng các dịch vụ khác nhau và các cấu hình anten phát khác nhau với các khoảng cách anten khác nhau.
Hình 4.8.Thông l−ợng tín hiệu xuống và SNR với một hoặc hai ng−ời dùng SISO trong 10 MHz băng thông hệ thống
Kịch bản Trễ
Ng−ời dùng đơn Trạm không tải
Kênh UL đ−ợc sắp xếp tr−ớc
Không có suy hao kênh truyền 9.9 ms Ng−ời dùng đơn
Trạm không tải
Kênh UL đ−ợc thiết lập sau khi lập lịch trình yêu cầu Không có suy hao kênh truyền
19.4 ms Ng−ời dùng đơn
Trạm không tải
Kênh UL đ−ợc sắp xếp tr−ớc Suy hao kênh truyền trong DL
17.9 ms 2 ng−ời dùng
Trạm đầy tải trên luồng DL bởi ng−ời dùng thứ 2 Kênh UL đ−ợc sắp xếp tr−ớc
Không có suy hao kênh truyền 9.8 ms
Bảng 4.1.Các trễ giao diện vô tuyến trung bình
Bảng 4.2 chỉ ra các kết quả mẫu cho năng lực DL của hệ thống chuẩn lặp đóng 2x2 cho các khoảng cách giữa các trạm lần l−ợt là 500 và 1732m. Năng lực này đ−ợc biểu diễn nh− là hiệu suất phổ của mỗi cung và thông l−ợng vùng biên của trạm (đ−ợc định nghĩa nh− nhóm thứ 5 của thông l−ợng UE). Băng thông đ−ợc áp dụng có độ rộng là 10 MHz. Điểm hoạt động đ−ợc thiết lập đến 30% BLER cho lần phát đầu tiên. HARQ là có khả năng thích ứng và không đồng bộ. Điều đó có nghĩa là việc truyền lại đ−ợc thích nghi với chất l−ợng kênh truyền ngay lập tức và có thể đ−ợc hoãn lại nếu ví dụ nh− khung nhỏ để truyền lại đ−ợc dự đoán là đã đ−ợc thực hiện bởi một truyền lại khác. Các bộ lập lịch trình là t−ơng đối công bằng và lựa
chọn tần số. 27 cơ chế điều chế và mã hóa khác nhau (MCS) đ−ợc sử dụng cho việc thích nghi kết nối và đảm nhiệm chất l−ợng đ−ờng truyền từ -6 đến 20 dB SINR.
Cấu hình anten Khoảng cách giữa các trạm (m) Hiệu quả phổ (b/s/Hz) Thông l−ợng đ−ờng biên trạm tế bào (kb/s) 2x2 500 1.46 345 2x2 1732 1.37 255
Bảng 4.2.Khả năng hoạt động của tín hiệu xuống trong LTE bản 8
Cấu hình anten Khoảng cách giữa các trạm (m) Hiệu quả phổ (b/s/Hz) Thông l−ợng đ−ờng biên trạm tế bào (kb/s) 1x2 500 0.97 295 1x2 1732 0.85 57
Bảng 4.3.Khả năng hoạt động của tín hiệu lên trong LTE bản 8
Bảng 4.3 chỉ ra các kết quả mẫu cho khả năng hoạt động của tín hiệu lên t−ơng ứng cho tính đa dạng trong phát và nhận của một anten đơn. Việc bù tổn hao đ−ờng truyền đ−ợc áp dụng để giữ c−ờng độ phổ năng l−ợng nhận đ−ợc trung bình của mỗi máy thu tại eNodeB là không đổi. Công suất phát UE lớn nhất là 24 dBm. Các bộ lập lịch trình lựa chọn tần số t−ơng đối công bằng xem xét công suất phát lớn nhất này để việc phát này đạt đ−ợc đến mật độ phổ công suất yêu cầu. Một ngoại lệ cho quy luật này đ−ợc cho phép nếu công suất yêu cầu cho chỉ một khối tài nguyên đ−ợc cấp v−ợt quá công suất phát lớn nhất. Nhờ có SCFDMA đ−ợc áp dụng, bộ lập lịch trình chỉ cấp phát các khối tài nguyên liền kề. Rõ ràng là nhờ có công suất phát giới hạn của các thiết bị di động, thông l−ợng đ−ờng biên giảm mạnh mẽ cho tr−ờng hợp ISD là 1732m. Các công nghệ khác nhau nh− sự kết hợp của nhiễu trong hoặc tính hợp tác hoặc mạng MIMO có thể tăng thông l−ợng và hiệu suất phổ đ−ờng biên trạm.
Kết luận
Mạng toàn IP là một vấn đề nhận đ−ợc nhiều quan tâm của các nhà cung cấp cũng nh− khai thác mạng. Hiện nay việc nghiên cứu và đ−a ra các tiêu chuẩn cho nó vẫn đang không ngừng đ−ợc phát triển và mở rộng bởi các −u điểm trong việc tăng tốc độ dữ liệu, bảo mật dữ liệu, khả năng kết hợp với các hệ thống truy nhập khác nhau cũng nh− linh hoạt trong việc xây dựng các chính sách kinh doanh. Luận văn đã trình bày những vấn đề cơ bản của mạng toàn IP cũng nh− các lợi ích, thách thức gặp phải trong việc xây dựng mạng toàn IP trên thực tế đồng thời đ−a ra những số liệu cụ thể của việc thử nghiệm các công nghệ di động h−ớng tới Ip đang đ−ợc phát triển hiện nay. Từ việc tìm hiểu tổng quan về mạng toàn IP, chúng ta có thể h−ớng đến việc xây dựng các tiêu chuẩn đánh giá và kế hoạch phát triển mạng trong t−ơng lai.
Trên cơ sở đã có khá nhiều những nghiên cứu cũng nh− các tài liệu về mạng toàn IP, Wimax và LTE trong những năm gần đây, đề tài có thể nghiên cứu sâu hơn nữa về các vấn đề nh− vấn đề lớp dịch vụ, lớp điều khiển kết nối, IMS hay QoS trong mạng toàn IP.
Tài liệu tham khảo
1. 3GPP (2006), “Service Requirements for the All-IP Network (AIPN) Stage1”, TS 22.258 v8.0.0
2. 3GPP (2005), “Service All-IP Network (AIPN) feasibility”, TS 22.978 v7.1.0 3. Araceli Calle (2004), Alberto Fernandez Bravo, Mounir Merhi, Jens Poscher
and Helena Stjerna, “Modularity is key when designing packet backbone networks for mobile services”, Ericsson Review no. 1, 2004
4. Bernt Johansson and Tomas Sundin (2007), “LTE test bed”, Ericsson Review No.1, 2007
5. Ericsson White Paper (2004), “Key Business Issues in the Service Layer” 6. Ericsson White Paper (2006), “Efficient Softswitching”
7. Ericsson White Paper (2006), “Telecom Quality in All-IP Networks”
8. Girish Patel, Steven Dennett, “The 3GPP and 3GPP2 Movements Towards an All IP Mobile Network”
9. Gonzalo Camarillo and Miguel A.Garcia-Martin (2006), “The 3G IP Multimedia Subsystem (IMS): Merging the Internet and the Cellular Worlds”, Second Edition, John Wiley & Sons
10.Jonas Karlsson, Mathias Riback (2008), “Initial field performance measurements of LTE”, Ericsson Review 2008
11.Roberto Sabella (2007), “Network Architecture Evolution: towards all-IP” 12.Website: http://3g4g.blogspot.com