Cho đến nay hệ thống thông tin di động đã trở thành một phần không thể thiếu đối với mỗi người trên khắp thế giới, nó được ứng dụng trên mọi mặt của cuộc sống. Tuy nhiên hệ thống thông tin di động hiện tại vẫn chưa đáp ứng một cách toàn diện nhu cầu của con người. Để tiến tới các ứng dụng và dịch vụ tương đối đầy đủ như đã nêu trên, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư ra đời đã được nghiên cứu triển khai từ năm 2004.
CHƯƠNG II. CÔNG NGHỆ LTE TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2.1. Tổng quan về công nghệ LTE
2.1.1. Giới thiệu về công nghệ LTE
Công nghệ LTE là một hướng phát triển nâng cấp lên của các công nghệ băng rộng di động trong đó có 3G được nghiên cứu triển khai từ năm 2004.
Đến thời điểm này các nước trên thế giới chủ yếu cũng đang đánh giá thử nghiệm và lập kế hoạch cho việc thương mại hóa công nghệ LTE.
Hình 9. Định hướng phát triển các thế hệ mạng di động (nguồn ITU)
Theo sơ đồ phát triển thì các định hướng phát triển của các mạng thế hệ tiếp theo ngày càng rút ngắn khoảng cách và các thế hệ từ 4G đến 5G là khoảng thời gian từ 4 đến 5 năm, như vậy việc cập nhật và triển khai các công nghệ mới bắt buộc các doanh nghiệp có sự chuẩn bị gắt gao hơn trong vòng dưới 5 năm.
Trên thế giới nhìn chung các cơ quan quản lý viễn thông, các nhà sản suất thiết bị, các doanh nghiệp viễn thông lớn ở Châu Âu ủng hộ công nghệ LTE, còn ở Bắc Mỹ và Châu Á thì đi theo cả hai xu hướng LTE và WiMAX.
LTE (Long Term Evolution) còn được gọi là EUTRA (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access) hay E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network) là thế hệ thứ tư tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. Đây là công nghệ có khả năng cung cấp cho người dùng tốc độ truy cập dữ liệu nhanh, cho phép các nhà khai thác có thể phát triển thêm nhiều dịch vụ truy cập sóng vô tuyến mới dựa trên nền tảng hoàn toàn IP. Mục tiêu chủ yếu của việc phát triển LTE là: tốc độ truyền dữ liệu cao, độ trễ thấp và công nghệ truy cập sóng vô tuyến gói dữ liệu tối ưu. Cụ thể:
- Tốc độ dữ liệu: Tốc độ đỉnh của dữ liệu là 100Mbps cho hướng DL, và 50 Mbps cho hướng UL với băng thông sử dụng là 20Mhz.
- Hiệu quả sử dụng phổ (Spectrum Efficiency): Cho hướng DL gấp 3 đến 4 lần, cho hướng UL gấp 2 đến 3 lần so với phiên bản 6, có thể sử dụng cả băng tần cũ và các băng tần mới.
- Trễ (latency): Độ trễ trong giao thức điều khiển nhỏ hơn 20ms và đối với dịch vụ viễn thông nhỏ hơn 5ms.
- Băng thông: Hỗ trợ nhiều băng thông (5, 10, 15, 20 Mhz và cả dưới 5 Mhz) với mỗi bước biến đổi là 180Khz (một khối băng thông danh định là 180 Khz của 12 sóng mang con, độ rộng của mỗi sóng mang con là 15Khz). Có thể sử dụng ở băng tần hiện có và băng tần mở rộng.
Hình 11. Cấu trúc tổ chức mạng và băng thông
- Tính tương tác: Có thể tương tác với các hệ thống đang sử dụng (hệ thống WCDMA (3G) và hệ thống GSM (2G)) và các hệ thống cho phép triển khai cả TDD và FDD
- Giá thành: Giảm giá thành đầu tư cả CAPEX và OPEX do kiến trúc đơn giản, giao diện mở để tương thích với nhiều nhà sản xuất.
- Tính di động: Tối ưu cho tốc độ thấp từ 0 đến 15km/h, nhưng vẫn hỗ trợ cho tốc độ di động cao (lên tới 350km/h).
- Chất lượng dịch vụ (QoS): Hỗ trợ QoS End to End.
Đối với các công nghệ di động hiện tại như 3G, người dùng có thể duyệt Internet hoặc gửi mail bằng cách sử dụng notebook có công nghệ HSPA, thay thế modem DSL cố định của họ bằng modem HSPA hoặc USB, họ có thể gửi và nhận
các đoạn video hoặc file âm thanh bằng điện thoại 3G. Đối với LTE, người dùng sẽ được phục vụ tốt hơn do LTE sẽ đáp ứng tốt hơn các yêu cầu về băng thông, tốc độ, chất lượng cho các ứng dụng truyền thống cũng như cho các dịch vụ mới như truyền hình tương tác, video blogging, game online và các dịch vụ chuyên nghiệp khác.
Hình 12. Kiến trúc của mạng LTE
2.1.2. Tình hình triển khai LTE
Hiện nay trên thế giới có 338 nhà cung cấp đang đầu tư tại 101 quốc gia để phát triển công nghệ LTE (nhiều hơn 130 nhà mạng so với tháng 6/2011 và nhiều hơn 228 nhà mạng so với tháng 6 năm 2010). Trong đó:
+ 280 nhà mạng đang trong quá trình lên kế hoạch triển khai LTE trên 90 quốc gia;
+ 58 nhà khai thác chuẩn bị triển khai thử nghiệm tại 11 nước;
+ Với 89 nhà mạng của 45 quốc gia đã tiến hành thương mại hóa dịch vụ trên nền LTE (dự kiến cuối năm 2012 sẽ đạt 150 nhà mạng cung cấp dịch vụ LTE).
Hình 14. Phân bố các quốc gia triển khai LTE trên toàn thế giới
- Dự kiến thị thị phần trên trường di động của các dòng công nghệ đến năm 2015 sẽ như sau
Hiện tại đã có 417 thiết bị đầu cuối với 67 nhà sản xuất so với 98 sản phẩm đầu cuối được sản xuất bởi 35 nhà sản xuất khác nhau vào năm 2011 cho thấy tốc độ phát triển các dòng thiết bị đầu cuối sử dụng công nghệ LTE được đánh giá là nhanh nhất từ trước đến nay.
Loại thiết bị 2011 2012 Module 22 45 M-Tablets 7 31 Notebooks/netbooks 6 19 PC Cards 1 1 Smartphones 6 83
Routers (including personal hotspots) 28 83
USB modems/dongles 28 157
Số lượng các nhà mạng cam kết thử nghiệm, cung cấp dịch vụ LTE tăng nhanh hơn so với số lượng các nhà mạng cam kết cung cấp dịch vụ 3G (HSPA) trước đây.
Dựa trên phân tích hình hình tăng trưởng nhanh chóng số lượng các nhà mạng tham gia cung cấp, thử nghiệm công nghệ LTE trên thế giới, số lượng đầu cuối hỗ trợ LTE đang tăng lên từng ngày, cũng như dự báo về số lượng thuê bao LTE đến năm 2015, cho thấy việc triển khai công nghệ LTE là đúng hướng, đúng xu thế công nghệ tất yếu của thế giới. Các công nghệ cạnh tranh như WiMAX, EV- DO đang ngày càng mất dần ưu thế, trong khi 3G không đáp ứng được hết nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng, việc lựa chọn công nghệ LTE làm công nghệ kế tiếp là một bước đi đúng đắn và cần phải được thực hiện một cách bài bản, nhanh chóng để thỏa mãn nhu nhầu ngày càng tăng của người tiêu dùng trong việc sử dụng các ứng dụng chất lượng cao trong môi trường Internet như xem phim chất lượng cao, thoại truyền hình, chia sẻ các file lớn, chơi game trực tuyến …
Hình 17. Dung lượng Internet của các ứng dụng trực tuyến
hội được sử dụng và trải nghiệm công nghệ mới cũng như các dịch vụ giá trị gia tăng, ứng dụng giải trí trên nền công nghệ LTE.
Hình 18. Các băng tần cho LTE (nguồn ITU)
2.1.3.Các dịch vụ triển khai trên nền LTE
Hệ thống thông tin di động LTE có thể đáp ứng được tốc độ truy nhập lên tới 200Mb/s, hỗ trợ roaming toàn cầu dựa trên mạng lõi thuần IP, tương tác mạnh với các mạng khác cùng tồn tại… Nhờ đó nó hứa hẹn sẽ cung cấp nhiều dịch vụ phong phú và đa dạng.
Cũng giống như hệ thống thông tin di dộng thế hệ 3, các hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo (LTE) cũng sẽ cung cấp các loại dich vụ: di động, viễn thông và internet nhưng với tốc độ cao hơn lên đến 200 Mbit/s và điều đáng quan tâm hơn là các dịch vụ đa phương tiện. Với khả năng cung cấp các dịch vụ tốc độ bit cao, các hệ thống thông tin di động thế hệ 4 dễ dàng cung cấp các dịch vụ điện
thọai hình, tải dữ liệu nhanh, các dịch vụ thông tin về vị trí, các dịch vụ thương mại di động, các dịch vụ phân phối nội dung, các dịch vụ hỗ trợ tải dữ liệu, các dịch vụ điều khiển từ xa, các dịch số liệu tốc độ bít thấp, dịch vụ số liệu bít cao. Nói chung các dịch vụ được phân thành hai loại chính là dịch vụ cơ sở và dịch vụ đa phương tiện và qui vào 3 hình thức dịch vụ: dịch vụ thời gian thực và thời gian không thực, dịch vụ nội dung, dịch vụ quản lý. Một số dịch vụ điển hình:
- Dịch vụ thoại (Voice telephony):
LTE vẫn cung cấp các dịch vụ thoại khác nhau đang tồn tại như chờ cuộc gọi, chuyển cuộc gọi, gọi ba bên, các thuộc tính AIN khác nhau, Centrex, Class,… Tuy nhiên cần lưu ý là 4G không cố gắng lặp lại các dịch vụ thoại truyền thống hiện đang cung cấp; dịch vụ thì vẫn đảm bảo nhưng công nghệ thì thay đổi.
- Tin nhắn (Messaging)
Không giống như dịch vụ tin nhắn thông thường trong mạng 2G, 3G chỉ đơn thuần là bản tin text. Tin nhắn trong LTE cho phép email đi kèm và có thể được sử dụng trong việc thanh toán trực tuyến cho các dịch vụ gia đình
- Truyền thông tốc độ cao (High Multimedia)
LTE cho phép truy cập internet tốc độ cao phục vụ cho các ứng dụng theo yêu cầu như: video độ phân giải cao, audio chất lượng CD hoặc các ứng dụng mua bán trực tuyến với các sản phẩm hữu hình như âm nhạc, phần mềm…
Video Mobile trực tuyến:
Hiện nay, đa số các điện thoại di động đều được trang bị camera hiện đại, có khả năng quay được những video chất lượng cao, nhu cầu về việc xem các video trực tuyến có độ nét cao ngày càng lớn. Việc phát triển dịch vụ LTE sẽ giúp cho người dùng có thể load các dữ liệu truyền hình đạt chất lượng một cách nhanh hơn, rẻ hơn và kết nối không dây được tốt hơn.
Game cầm tay/di động:
Các game thủ được đánh giá là những người có nhu cầu mạnh về tốc độ cũng như khả năng di động của dịch vụ LTE. Với sự phát triển LTE, các game thủ trực
tuyến có thể dễ dàng chơi game khi đa di chuyển với tốc độ cao (ngồi trong ô tô, đi xe máy …)
Mobile IPTV:
Mobile IPTV là công nghệ cho phép người sử dụng có thể truyền và nhận các dịch vụ đa phương tiện như tivi, video, nhạc, văn bản… với nền tảng IP thông qua mạng di động. Với Mobile IPTV, người dùng có thể xem bất kỳ chương trình TV nào mình yêu thích vào bất kỳ thời điểm nào kể cả khi đang di chuyển.
Hội nghị truyền hình (Web Conference)
Thông qua 4G việc sử dụng hội nghị truyền hình thông qua điện thoại khi đang di chuyển sẽ trở thành hiện thực.
- Dịch vụ dữ liệu (Data Service)
Cho phép thiết lập kết nối thời gian thực giữa các đầu cuối, cùng với các đặc tả giá trị gia tăng như tính tin cậy và phục hồi nhanh kết nối, các kết nối chuyển mạch ảo (SVC- Switched Virtual Connection), và quản lý dải tần, điều khiển cuộc gọi,… Tóm lại các dịch vụ dữ liệu có khả năng thiết lập kết nối theo băng thông và chất lượng dịch vụ QoS theo yêu cầu.
- Dịch vụ đa phương tiện (Multimedia Service)
Cho phép nhiều người tham gia tương tác với nhau qua thoại, video, dữ liệu. Các dịch vụ này cho phép khách hàng vừa nói chuyện, vừa hiển thị thông tin. Ngoài ra, các máy tính còn có thể cộng tác với nhau.
- Tính toán mạng công cộng (PNC Public Network Computing):
Cung cấp các dịch vụ tính toán dựa trên cơ sở mạng công cộng cho thương mại và các khách hàng. Ví dụ nhà cung cấp mạng công cộng có thể cung cấp khả năng lưu trữ và xử lý riêng ( chẳng hạn như làm chủ một trang web, lưu trữ/ bảo vệ/ dự phòng các file số liệu hay chạy một ứng dụng tính toán).
- Bản tin hợp nhất (Unified Messaging):
Hỗ trợ cung cấp các dịch vụ voice mail, email, fax mail, pages qua các giao diện chung. Thông qua các giao diện này, người sử dụng sẽ truy nhập (cũng như được thông báo) tất cả các loại tin nhắn trên, không phụ thuộc vào hình thức truy
nhập (hữu tuyến hay vô tuyến, máy tính, thiết bị dữ liệu vô tuyến). Đặc biệt kỹ thuật chuyển đổi lời nói sang file văn bản và ngược lại được thực hiện ở server ứng dụng cần phải được sử dụng ở dịch vụ này.
- Môi giới thông tin (Information Brokering)
Bao gồm quảng cáo, tìm kiếm và cung cấp thông tin đến khách hàng tương ứng với nhà cung cấp. Ví dụ như khách hàng có thể nhận thông tin trên cơ sở các tiêu chuẩn cụ thể hay trên các cơ sở tham chiếu cá nhân,…
- Thương mại điện tử (E-Commerce/ M-Commerce)
Cho phép khách hàng mua hàng hóa, dịch vụ được xử lý bằng điện tử trên mạng; có thể bao gồm cả việc xử lý tiến trình, kiểm tra thông tin thanh toán tiền, cung cấp khả năng bảo mật,… Ngân hàng tại nhà và đi chợ tại nhà nằm trong danh mục các dịch vụ này; bao gồm cả các ứng dụng thương mại, ví dụ như quản lý dây chuyển cung cấp và các ứng dụng quản lý tri thức.
- Trò chơi tương tác trên mạng (Interactive gaming)
Cung cấp cho khách hàng một phương thức gặp nhau trực tuyến và tạo ra các trò chơi tương tác (chẳng hạn như video games)
- Thực tế phân tán ảo (Distributed Virtual Reality)
Tham chiếu đến sự thay đổi được tạo ra có tính chất kỹ thuật của các sự kiện, con người, địa điểm, kinh nghiệm,… của thế giới thực, ở đó những người tham dự và các nhà cung cấp kinh nghiệm ảo là phân tán về địa lý. Dịch vụ này yêu cầu sự phối hợp rất phức tạp của các tài nguyên khác nhau.
- Quản lý tại gia (Home Manager)
Với sự ra đời của các thiết bị mạng thông minh, các dịch vụ này có thể giám sát và điều khiển các hệ thống bảo vệ tại nhà, các hệ thống đang hoạt động, các hệ thống giải trí, và các công cụ khác tại nhà.
- Hiệu suất hệ thống
Yêu cầu lưu lượng người dùng được định rõ theo hai điểm: tại sự phân bố người dùng trung bình và tại sự phân bố người dùng phân vị thứ năm (khi mà 95% người dùng có được chất lượng tốt hơn). Mục tiêu hiệu suất phổ cũng được chỉ rõ,
và trong thuộc tính này thì hiệu suất phổ được định nghĩa là lưu lượng hệ thống theo tế bào tính theo bit/s/MHz/cell. Những mục tiêu thiết kế này được tổng hợp trong bảng:
Phương pháp đo hiệu suất
Mục tiêu đường xuống so với cơ bản
Mục tiêu đường lên so với cơ bản
Lưu lượng người dùng trung bình (trên 1MHz)
3 lần – 4 lần 2 lần – 3 lần
Lưu lượng người dùng tại biên tế bào (trên 1MHz phân vị thứ 5)
2 lần – 3 lần 2 lần – 3 lần
Hiệu suất phổ bit/s/Hz/cell
3 lần – 4 lần 2 lần – 3 lần
Bảng 3. Các yêu cầu về hiệu suất phổ và lưu lượng người dùng
Yêu cầu về độ linh động chủ yếu tập trung vào tốc độ di chuyển của các thiết bị đầu cuối di động. Tại tốc độ thấp, 0 – 15 km/h thì hiệu suất đạt được là tối đa, và cho phép giảm đi một ít với tốc độ cao hơn. Tốc độ tối đa có thể quản lý đối với một hệ thống LTE có thể thiết lập lên đến 350 km/h (thậm chí lên đến 500km/h tùy vào băng tần).
Yêu cầu về vùng phủ sóng tập trung chủ yếu vào phạm vi tế bào, nghĩa là khoảng cách tối đa từ vùng tế bào (cell site ) đến thiết bị đầu cuối di động trong cell. Đối với phạm vi tế bào lên đến 5km thì những yêu cầu về lưu lượng người dùng, hiệu suất phổ và độ linh động vẫn được đảm bảo trong giới hạn không bị ảnh hưởng bởi nhiễu. Đối với những tế bào có phạm vi lên đến 30km lưu lượng người dùng xuất hiện sự giảm nhẹ, hiệu suất phổ giảm một cách đáng kể nhưng vẫn có thể chấp nhận, yêu cầu về độ di động vẫn được đáp ứng.
Những yêu cầu MBMS nâng cao xác định cả hai chế độ: broadcast (quảng