1- Tổng quan về hệ thống thông tin di động
3.4-Kỹ thuật MIMO
MIMO là một phần tất yếu của LTE để đạt được các yêu cầu đầy tham vọng về thông lượng và hiệu quả sử dụng phổ. MIMO cho phép sử dụng nhiều anten ở máy phát và máy thu. Với hướng DL, MIMO 2x2 (2 anten ở thiết bị phát, 2 anten ở thiết bị thu) được xem là cấu hình cơ bản, và MIMO 4x4 cũng được đề cập và đưa vào bảng đặc tả kỹ thuật chi tiết. Hiệu năng đạt được tùy thuộc vào việc sử dụng MIMO. Trong đó, kỹ thuật ghép kênh không gian (spatial multiplexing) và phát phân tập (transmit diversity) là các đặc tính nổi bật của MIMO trong công nghệ LTE.
Giới hạn chính của kênh truyền thông tin là can nhiễu đa đường giới hạn về dung lượng theo quy luật Shannon. MIMO lợi dụng tín hiệu đa đường giữa máy phát và máy thu để cải thiện dung lượng có sẵn cho bởi kênh truyền. Bằng cách sử dụng nhiều anten ở bên phát và thu với việc xử lý tín hiệu số, kỹ thuật MIMO có thể tạo ra các dòng dữ liệu trên cùng một kênh truyền, từ đó làm tăng dung lượng kênh truyền.
Hình 3.14:Mô hình SU-MIMO và MU- MIMO
GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 48
Hình trên là ví dụ về SU-MIMO 2x2 và MU-MIMO 2x2. SU-MIMO ở đâ y hai dòng dữ liệu trộn với nhau (mã hóa) để phù hợp với kênh truyền nhất. 2x2 SU- MIMO thường dùng trong tuyến xuống. Trong trường hợp này dung lượng cell tăng và tốc độ dữ liệu tăng.
MU-MIMO 2x2 ở đây dòng dữ liệu MIMO đa người dùng đến từ các UE khác nhau. Dung lượng cell tăng nhưng tốc độ dữ liệu không tăng. tăng Ưu điểm chính của MU-MIMO so với SU-MIMO là dung lượng cell mà không tăng giá thành và pin của hai máy phát UE. MU-MIMO phức tạp hơn SU- MIMO.
Trong hệ thống MIMO, bộ phát gửi các dòng dữ liệu qua các anten phát Các dòng dữ liệu phát thông qua ma trận kênh truyền bao gồm nhiều đường tru yền giữa các anten phát và các anten thu. Sau đó bộ thu nhân các vector tín hiệu từ các anten thu, giải mã thành thông tin gốc.
Đối với tuyến xuống, cấu hình hai anten ở trạm phát và hai anten thu ở t hiết bị đầu cuối di động là cấu hình cơ bản, cấu hình sử dụng bốn anten đang được xem xét. Đây chính là cấu hình SU-MIMO, và sử dụng kỹ thuật ghép kênh không gian với lợi thế hơn các kỹ thuật khác là trong cùng điều kiện về băng thông sử dụng và kỹ thuật điều chế tín hiệu, SU cho phép tăng tốc độ dữ liệu (data rate) bằng số lần của số lượng anten phát.
Ghép kênh không gian cho phép phát chuỗi bit dữ liệu khác nhau trên cùng một khối tài nguyên tuyến xuống. Những dòng dữ liệu này có thể là một người dùng (SU-MIMO) hoặc những người dùng khác nhau (MU-MIMO). Trong khi SU- MIMO tăng tốc độ dữ liệu cho một người dùng, MU-MIMO cho phép tăng dung lượng. Dựa vào hình 2.29, ghép kênh không gian lợi dụng các hướng không gian của kênh truyền vô tuyến cho phép phát các dữ liệu khác nhau trên hai anten.
GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 49
Kỹ thuật phân tập đã được biết đến từ WCDMA release 99 và cũng sẽ là một phần của LTE. Thông thường, tín hiệu trước khi phát được mã hóa để tăng hiệu ứng phân tập. MIMO được sử dụng để khai thác việc phân tập và mục tiêu là làm tăng tốc độ. Việc chuyển đổi giữa MIMO truyền phân tập và ghép kênh không gian có thể tùy thuộc vào việc sử dụng kênh tần số.
Đối với đường lên, từ thiết bị đầu cuối di động đến BS, người ta sử dụng mô hình MU-MIMO (Multi-User MIMO). Sử dụng mô hình này ở BS yêu cầu sử dụng nhiều anten, còn ở thiết bị di động chỉ dùng một anten để giảm chi phí cho thiết bị di động. Về hoạt động, nhiều thiết bị đầu cuối di động có thể phát liên tục trên cùng một kênh truyền, nhiều kênh truyền, nhưng không gây ra can nhiễu với nhau bởi vì các tín hiệu hoa tiêu (pilot) trực giao lẫn nhau. Kỹ thuật được đề cập đến, đó là k ỹ thuật đa truy nhập miền không gian (SDMA) hay còn gọi là MIMO ảo.
CHƢƠNG 4 – TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI LTE TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM
4.1. Triển khai LTE trên thế giới
Theo các cuộc khảo sát gần đây có hơn 80% nhà cung cấp dịch vụ di động (telco) trên thế giới hiện đang sử dụng công nghệ GSM (gồm GSM, GPRS/EDGE, HSPA). Theo giới chuyên gia phân tích và đánh giá, lợi thế về hạ tầng sẵn có và số lượng người sử dụng đông đảo là lý do chính để phát triển thị trường di động băng thông rộng với công nghệ HSPA và tiếp theo sẽ là LTE. Đặc tả kỹ thuật của công nghệ LTE có khả năng tương thích gần như hoàn hảo với công nghệ nền tảng GSM. Không chỉ GSM, các telco sử dụng công nghệ CDMA cũng không bỏ qua cơ hội chuyển tiếp lên 4G với công nghệ LTE.
Bên cạnh sản phẩm mới, hội nghị thế giới di động (MWC) thường niên cũng là nơi các công nghệ mới và định hướng phát triển của ngành viễn thông di động được giới thiệu rộng rãi đến công chúng. Tại MWC 2011 ở Barcelona (Tây Ban Nha), LTE là một trong những đề tài được quan tâm nhiều nhất.
Thực tế cho thấy, hầu hết các hãng sản xuất thiết bị viễn thông hàng đầu thế giới: Alcatel-Lucent, Ericsson, Motorola, Nokia, Nokia Siemens Networks, Huawei, LG Electronics, Samsung, NEC, Fujitsu...đã nhận ra tiềm năng to lớn
GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 50
này và đã cùng bắt tay với các telco lớn trên thế giới (Verizon Wireless, AT&T, France Telecom- Orange, NTT DoCoMo, T-Mobile, China Mobile, ZTE...) thực hiện các cuộc thử nghiệm quan trọng trên công nghệ LTE và đã đạt những thành công đáng kể.
Trong đó, Nokia Siemens Networks đã công bố thử nghiệm thành công LTE với tốc độ lên đến 173Mbps trong môi trường đô thị với nhiều thuê bao cùng lúc trên tần số 2,6GHz, băng thông 20MHz. Alcatel-Lucent thông báo đã thử nghiệm thành công LTE với tốc độ tải về đạt 80Mbps. ZTE (Trung Quốc) cũng cho biết đã trình diễn thành công LTE với mức tốc độ tải về 130Mbps. Tiếp đó, Motorola cũng tuyên bố, họ đã cộng tác với các nhà khai thác di động của Anh hoàn thành cuộc thử nghiệm kết nối ngoài trời đối với công nghệ LTE, tần số 700MHz và 2,6GHz. Mới đây, Motorola tiếp tục công bố họ đã hoàn tất thử nghiệm giai đoạn một công nghệ TD-LTE (TD Mode – LTE) với Bộ Công nghiệp và CNTT (MIIT) Trung Quốc, tốc độ tải xuống thực tế đạt được 80Mbps.
Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này đã chứng tỏ khả năng tuyệt vời của công nghệ LTE và khả năng thương mại hóa LTE đã đến rất gần. Kế hoạch thử nghiệm và triển khai công nghệ LTE vẫn đang được các công ty trên cùng hợp tác thúc đẩy và đến nay đã chính thức có dịch vụ LTE thương mại.
Thƣơng mại hóa
Trong cuộc chạy đua để trở thành để trở thành nhà khai thác mạng đầu tiên đưa vào vận hành thương mại các dịch vụ LTE, TeliaSonera đã về đích sớm nhất. TeliaSonera là telco đầu tiên trên thế giới thương mại hóa công nghệ LTE tại hai thủ đô Stockholm (Thụy Điển) và Oslo (Na Uy) vào năm 2010 và tiếp tục triển khai sang Phần Lan. Song hành với chiến dịch triển khai mạng 4G LTE, TeliaSonera cũng tiếp tục mở rộng mạng Turbo-3G (công nghệ HSPA) nhằm tăng dung lượng và khu vực phủ sóng. Trong năm nay, TeliaSonera tiếp tục mở rộng mạng 4G đến 25 thành phố lớn của Thụy Điển và 4 thành phố của Na Uy. Hãng này sử dụng công nghệ LTE tần số 2,6GHz cùng với băng thông 20MHz, tốc độ tối đa lên đến 100Mbps.
Telstra (Úc) là một trong những nhà mạng đầu tiên trên thế giới chính thức xác nhận về việc triển khai LTE của mình một cách rộng rãi. Theo nhà mạng này, họ sẽ thử nghiệm LTE từ cuối năm 2011 tại khu vực trung tâm các thành phố lớn của Úc. Song song đó, Ericsson có thể là nhà sản xuất thiết bị đầu tiên phát triển các hạ tầng phục vụ hệ thống mạng trên tần số 1.800 MHz. Và Sierra Wireless cũng sẽ đưa ra thị trường các thiết bị “lưỡng tính” hỗ trợ người dùng tương thích ngược với hệ mạng 3G khi ra khỏi vùng phủ sóng LTE.
Theo Wireless Intelligence, có khoảng 10-15 mạng LTE được đưa vào phục vụ 30 mạng vào cuối năm 2012. Tại thị trường Mỹ, Verizon Wireless cho biết, mạng LTE của họ sẽ sử dụng phổ 10MHz và hỗ trợ tốc độ từ 5Mbps -12Mbps. Đại diện hãng Verizon Wireless cho biết, những chiếc điện thoại LTE đầu tiên của hãng sẽ có hai bộ chip vô tuyến. Vì vậy, chúng sẽ làm việc trên cả mạng
GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 51
LTE và mạng viễn thông trên công nghệ CDMA hiện nay.
Tiếp theo, AT&T cũng có kế hoạch thương mại hóa LTE vào năm 2011. Hãng này tuyên bố có đủ băng thông 20MHz dành cho LTE để phủ sóng cho hơn 100 thành phố lớn nhất của Mỹ. NTT DoCoMo là nhà khai thác di động đầu tiên của Nhật Bản thử nghiệm thành công LTE với tốc độ đạt đến 250Mbps tuyên bố sẽ bắt đầu đưa ra các dịch vụ LTE từ 2010. Giai đoạn đầu mạng LTE của NTT DoCoMo sẽ sử dụng tần số 2GHz, băng thông 15MHz và anten MIMO cho khoảng 20 nghìn trạm gốc. Và đến cuối năm 2012 sẽ chuyển sang sử dụng tần số 1,5GHz. Hiện nay, Ericsson cũng là hãng cung cấp cơ sở hạ tầng mạng cho NTT DoCoMo.
Song hành với NTT DoCoMo KDDI, các telco như KDDI, Softbank Mobile, eMobile đều đã được cơ quan quản lý viễn thông Nhật Bản – Bộ nội chính và truyền thông (MIC) phê chuẩn kế hoạch triển khai mạng LTE. Cơ quan phát triển
Viễn thông và CNTT Singapore (IDA) đang cân nhắc về việc cho ra mắt băng tần LTE và WiMAX vào năm 2012, trước 3 năm so với thời gian dự kiến ban đầu. Cùng lúc này, cả ba nhà khai thác di động Singtel, StarHub và MobileOne cũng cho lắp đặt thử nghiệm dịch vụ LTE tần số 2,5GHz.
Hiện đã có 10 mạng di động (MNO) hỗ trợ LTE trên phạm vi toàn cầu. Dự kiến trong 2011 sẽ có thêm 30 MNO khác. Về phía WiMAX, đa số các MNO tập trung ở châu Âu, tiếp đến là châu Á – TBD, vùng Trung Đông rồi mới đến Mỹ.
Đại diện các nhà mạng với số thuê bao lớn nhất thế giới như China Mobile (Trung Quốc) hay Bharti Airtel (Ấn Độ) đã liên kết thành lập nhóm phát triển chuẩn LTE gọi tắt là GTI. Chủ tịch Softbank (Nhật) Masayoshi Son cho biết nhà mạng này cũng ủng hộ việc đưa LTE trở thành chuẩn mạng thế hệ tiếp theo dựa trên các ưu điểm giá thành thấp, tốc độ mạng cao và hiệu suất tần số tốt hơn hẳn các hệ mạng khác. Ông cũng chỉ ra rằng số đông luôn đóng vai trò quyết định trong các vấn đề tương tự và vì thế với 2/3 dân số thế giới, khi hậu thuẫn cho LTE, các nhà mạng Châu Á gần như đã quyết định xong số phận của một chuẩn mạng 4G chung cho toàn cầu.
Theo số liệu của Hiệp hội các nhà sản xuất di động toàn cầu GSA, tới giữa năm2010, thế giới đã có 80 nhà mạng tại 33 quốc gia cam kết phát triển lên LTE, trong đó có 21 nhà mạng ở khu vực châu Á-Thái Bình Dương. Tại Đông Nam Á đã có M1, SingTel và StarHub đều ở Singapore triển khai LTE.
Các nhà phát triển thiết bị
Qualcomm cũng đã thông báo một lộ trình sản phẩm mới, bổ sung công nghệ 4G LTE cho tất cả các modem Gobi của họ. Dựa trên sự thành công của Gobi, Qualcomm (đối tác của các hãng sản xuất máy tính: Sony, Acer, Lenovo, Dell, HP...) chuẩn bị tập trung vào các dòng sản phẩm: e-reader, thiết bị chơi game, modem USB và các ứng dụng thương mại M2M (mobile to mobile – di động tới di động). Các chipset mới gồm: MDM9200 hỗ trợ tốc độ lên đến 100Mbps,
GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 52
tương thích ngược với HSPA, MDM9600 hỗ trợ tốc độ 100Mbps, tương thích ngược với HSPA+ và EV-DO (Rev. A và Rev. B).
Cũng tại MWC, RIM - nhà sản xuất nổi tiếng với sản phẩm BlackBerry - xác nhận kết nối LTE sẽ được trang bị cho dòng sản phẩm mới PlayBook của mình từ giữa năm 2011. “PlayBook là máy tính bảng chuyên nghiệp đầu tiên dành cho những người thực sự muốn hoàn tất mọi việc” - Đại diện RIM cho biết. Và với mong muốn giúp người dùng tận dụng được hết mọi chức năng của sản phẩm, một kết nối mạnh mẽ như LTE chính là yêu cầu không thể thiếu cho PlayBook.
Trong khi đó, với khoảng 170 thiết bị di động đang chính thức hoạt động trên hệ điều hành Android, Google ủng hộ mạnh mẽ LTE. Eric Schmidt - CEO của Google- cho rằng “LTE sẽ là nền tảng cho những ứng dụng mạnh mẽ mà hiện giờ chúng ta chỉ mới tưởng tượng đến”. Ông tin tưởng rằng thiết bị di động với hệ điều hành mở (nhưAndroid), điện toán đám mây, và hạ tầng LTE chính là những điều kiện đưa con người bước vào giai đoạn mới của sự phát triển công nghệ.
Samsung Craft là chiếc điện thoại 4G đầu tiên tính cho đến thời điểm này sử dụng công nghệ không dây tốc độ cao LTE. Cũng theo Samsung, nhà mạng MetroPCS (Mỹ) LTE đầu tiên sẽ được chọn là đơn vị phân phối chính thức của mẫu máy này sau khi vượt qua các đối thủ tên tuổi khác như Verizon, AT&T, T-Mobile, và Cricket. Cước dữ liệu hàng tháng là 55 USD.
Hình 4.1 Samsung Craft - Chiếc điện thoại sử dụng mạng LTE đầu tiên trên thế giới
Nhà khai thác dịch vụ viễn thông TeliaSonera đã liên kết với hãng điện tử Samsung để giới thiệu chiếc MTXT có hỗ trợ dịch vụ LTE tại Thụy Điển. Đó là chiếc MTXT X430 của Samsung có khối lượng 2kg, màn hình 14” (đường chéo 35,6 cm) và bộ vi xử lý i3 của Intel. Bên cạnh việc hỗ trợ LTE, X430 cũng dùng được với mạng 3G hay GSM để truy cập Internet.
GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 53
Hình 4.2 Laptop X430
Theo tin từ TeliaSonera và Samsung, X430 là chiếc MTXT hỗ trợ LTE đầu tiên có mặt trên thị trường. Cũng tại cuộc triển lãm điện tử tiêu dùng quốc tế CES 2011 tại Las Vegas, Mỹ hồi tháng trước, hãng viễn thông Verizon đã thông báo trong thời gian tới sẽ có 2 chiếc MTXT của HP hỗ trợ LTE. Verizon vẫn chưa cho biết thời điểm cụ thể tung ra 2 MTXT này, chỉ nói chúng sẽ sớm có mặt, vào giữa năm nay. Các sản phẩm của Verizon không thể truy cập vào hệ thống mạng LTE của TeliaSonera và ngược lại. Do cả hai nhà khai thác viễn thông này sử dụng công nghệ mạng di động thế hệ mới LTE với các dải băng tần khác nhau. TeliaSonera cũng không hề “hé lộ” về kế hoạch tung ra các sản phẩm điện thoại thông minh và những thiết bị khác tương thích với LTE, nhưng họ có tiết lộ rằng số lượng thiết bị mới hỗ trợ LTE sẽ dần xuất hiện trong năm nay và cả năm tới.
4.2. Triển khai LTE tại VIỆT NAM
Bộ TT&TT vừa cho biết hiện đang hoàn thiện thủ tục để cấp phép thử nghiệm LTE cho EVN Telecom và Gtel. Như vậy, đã có 7 doanh nghiệp được thử nghiệm công nghệ tiền 4G này.
Hình 4.3 Ericsson phối hợp với Cục Tần số Vô tuyến điện thử nghiệm công ghệ LTE tại Hà Nội.
GVHD: THS.NGUYỄN ĐỨC CHÍ
SVTH: NGHIÊM VĂN HUY Page 54
Trước đó, Bộ TT&TT đã đồng ý cho VNPT, Viettel, FPT Telecom, CMC và VTC được thử nghiệm mạng di động công nghệ LTE. Thời gian thử nghiệm là 1 năm.
Theo Luật Viễn thông, các doanh nghiệp sẽ phải đấu giá tần số để lấy giấy phép này. Sau khi đấu giá, các doanh nghiệp có thể chuyển nhượng tần số nếu muốn. Việc đấu giá tần số là nhằm tránh tình trạng xin giấy phép để “giữ chỗ”.
Ngày 10/10/2010, VNPT đã tuyên bố hoàn thành trạm eNB theo công nghệ LTE đầu tiên đặt tại tòa nhà Internet, lô 2A, làng Quốc tế Thăng Long, Cầu Giấy, Hà Nội với tốc độ truy cập Internet có thể lên đến 60 Mbps. Giai đoạn 1 dự án