Từ sau phát hành Rel8, các thông số kỹ thuật đã được cập nhật thường xuyên trên các phát hành 9 đến 13, bổ sung thêm nhiều cải tiến và các tính năng mới để cải thiện hiệu quả và gia tăng hiệu suất người sử dụng và hệ thống. Trong đó, một vài tính năng nổi bật như: ghép sóng mang cho khả năng khai thác phổ linh hoạt, các kỹ thuật anten nâng cao, bộ thu cải tiến để tăng hiệu quả phổ, cải tiến các tế bào nhỏ (small cell) cho các khu vực mật độ cao, khai thác các dải tần không cần cấp phép. Bên cạnh đó, hỗ trợ cho dịch vụ thoại, các hệ thống cảnh báo công cộng, định vị, các dịch vụ đa phương tiện quảng bá, những cải tiến giúp cho việc triển khai IoT với việc tối ưu hóa các giao tiếp dạng máy, hỗ trợ an toàn công cộng với các giao tiếp D2D.
Sự phát triển liên tục của LTE không chỉ giải quyết băng rộng di động, mà còn các lĩnh vực mới và kịch bản ứng dụng vượt quá băng rộng di động. Từ phát hành 13 trở đi được gọi là LTE-Advanced Pro, tiếp theo đó sẽ là chuẩn hóa phát hành 14 với nhiều cải tiến đáng kể, dự kiến được hoàn thành vào tháng 3 năm 2017. Trên con đướng hướng tới 5G tương lai, việc xây dựng chuẩn hóa cho LTE-Rel14 là bước bản lề quan trọng, chuẩn hóa các thành phần công nghệ để giải quyết các bài toán ứng dụng và kết nối tiên tiến. Một số yêu cầu quan trọng cần giải quyết trong LTE-Rel14:[19]
a) Giảm độ trễ.
Các kỹ thuật giảm độ trễ đang rất được quan tâm bởi 3GPP, với việc mở rộng lập lịch bán duy trì cho truy nhập UL nhanh hơn, giảm thiểu thời gian gián đoạn chuyển giao, TTI ngắn hơn, thời gian xử lý tín hiệu cũng giảm đi. Với chế độ TDD, yếu tố này rất được trú trọng, bằng cách gia tăng số lượng chuyển đổi DL-UL theo mỗi 5 ms. Trên UL, các yêu cầu truy nhập sẽ được lập lịch và đầu cuối chuyển
các yêu cầu cấp phát tài nguyên, và chờ tới lượt. Thay vì cấu hình trên đầu cuối với cấp phát UL chu kì 1 ms, thì sẽ sử dụng cơ chế cấp phát UL nhanh, UE được cho phép truyền tín hiệu với độ trễ không liên quan yêu cầu lập lịch. Để giảm thiểu hao tổn pin và tránh nhiễu, UE chỉ được cấu hình theo cơ chế này khi có dữ liệu truyền. Ở lớp vật lý, áp dụng chu kì lập lịch ngắn hơn so với 1 ms của TTI hiện tại, giúp giảm đột ngột trễ trên giao diện vô tuyến.
b) Khai thác bổ sung các dải tần không cần cấp phép.
Từ phát hành release 13, 3GPP giới thiệu cơ chế truy nhập có hỗ trợ cấp phép (Licensed assisted access – LAA), cho phép truyền tin hướng DL trong một cell thứ cấp (Secondary cells – Scells) hoạt động trên dải tần không cấp phép, các truyền tin này được điều khiển và phối hợp từ các cell sơ cấp (Primary cells – Pcells) hoạt động trên dải tần được cấp phép sử dụng cơ chế ghép sóng mang. Phương pháp này giúp các nhà khai thác cải tiến vùng phủ liền mạch trong mạng LTE với việc dung lượng và băng thông có thể bổ sung. Để đạt được cơ chế tồn tại đồng thời này, các eNodeB sẽ sử dụng thủ tục nghe trước khi nói (listen – before – talk - LBT) và ngắt quãng truyền tin trên kênh đã đạt độ chiếm kênh tối đa.
Hình 2. 4 Cơ chế hoạt động của các Scells trên dải tần không cấp phép.
Đến Release 14, cơ chế LAA được cải tiến với việc cho phép truy nhập UL đối với các Scells trên dải tần không cấp phép, qua đó các thủ tục của LBT cũng được cải tiến để cải thiện hiệu quả hoạt động của LAA trên UL.
Sự phát triển của LTE cũng sẽ bao gồm các cải tiến chung cho các giải pháp eMTC và NB-IoT
• Quảng bá điểm tới đa điểm với MTC cho phép các ứng dụng như: nâng cấp phần mềm hiệu quả, giải quyết vấn đề cho hàng nghìn thiết bị đồng thời.
• Vấn đề hiệu quả chi phí và chuyển tiếp dễ dàng có thể làm giảm thời gian truyền tin, đặc biệt trong các điều kiện phủ sóng khó khăn, cải thiện tuổi thọ pin, gia tăng dung lượng, giảm thiểu trễ, và cải tiến vùng phủ sóng.
• Định vị cũng mang đến nhiều lợi ích cho các mô hình ứng dụng khác nhau. Rel14 sẽ mang đến những cải thiện độ chính xác cao và nâng cao hiệu suất định vị.
Hình 2.5 Các chế độ triển khai NB-IoT.
Bổ sung tiềm năng khác của Rel14 là hoạt động của NB-IoT trong phổ không ghép nối mà có hỗ trợ cho eMTC nhưng không dành cho NB-IoT. Thêm nữa, do sự linh hoạt trong triển khai NB-IoT, giải pháp này có thể phù hợp đưa vào các mạng 5G tương lai, bổ sung các mạng mới với khả năng hỗ trợ lượng lớn các thiết bị MTC chi phí thấp.
d) Hệ thống MIMO cỡ lớn
Rel14 tiếp tục phát triển MIMO cỡ lớn, mục tiêu lên tới 32 anten phát. Hiện tại chất lượng của MU-MIMO bị giới hạn bởi chất lượng của kênh tại bộ phát và
nghiên cứu mang tính thúc đẩy này giúp cho phản hồi quyết định mức cao trong việc bổ sung cho bảng mã tiền mã hóa đang tồn tại dựa trên dạng sơ đồ. Yêu cầu là làm sao để đảm bảo rằng chất lượng kênh bộ phát đủ tốt cho hệ thống FDD và TDD khi mà sự trao đổi thông tin qua lại cần được bù đắp, ví dụ như khi UE có số anten phát ít hơn anten thu. Điều này ở đây cũng mang lại lợi ích cho hệ thống hoạt động kiểu SU-MIMO trong một môi trường tán xạ lớn. Ngoài ra, mục tiêu hỗ trợ 32 anten của Rel14 cũng bao gồm phản hồi kênh ở độ phân giải cao. Với cơ chế hoạt động vòng lặp mở, các cải tiến định hướng búp sóng cũng tiếp tục được hình dung, đưa ra cơ chế cấp phát CSI-RS động, cho phép tổng hợp hiệu quả của các nguồn tín hiệu tham chiếu.
Hình 2.6 Điều khiển búp sóng trong hệ thống MIMO.
e) Hệ thống vận tải thông minh
3GPP đang phát triển một giải pháp ITS giúp cho cải thiện hiệu quả và an toàn trong giao thông, dựa trên mạng lưới LTE, xây dựng các kịch bản kết nối cho V2X như V2V, V2I, V2P, V2N. Giải pháp LTE sẽ được hưởng lợi từ sự tồn tại của cơ sở hạ tầng mạng đã được triển khai để hỗ trợ nhiều trường hợp sử dụng và cung
cấp mức độ bảo mật cao trên các hệ thống phân tán. V2X dựa trên LTE được hoàn thiện và chuẩn hóa bắt đầu từ Rel14.
Hình 2.7 Mô tả mô hình kết nối ITS và các giao diện trên LTE.
f) Dịch vụ đa phương tiện quảng bá đa hướng cải tiến (eMBMS)
eMBMS cung cấp một cách hiệu quả để tải xuống cũng như chuyển các nội dung tới nhiều người sử dụng. Đặc biệt, luồng video di động đang tạo ra một khối lượng dữ liệu mạng lớn trong tương lai. Thương mại hóa eMBMS hay LTE quảng bá đang làm gia tăng độ hấp dẫn và có rất nhiều cuộc gặp gỡ giữa ngành công nghiệp và các nhà khai thác mạng yêu cầu cải tiến hơn nữa chất lượng eMBMS, đặc biệt tập trung vào các mô hình ứng dụng bao gồm TV, Live, VoD, TV thông minh,…
eMBMS sử dụng chế độ truyền mạng tần số đơn quảng bá đa phương tiện (MBSFN), tất cả các cell trong khu vực sẽ phát tín hiệu quảng bá một cách đồng thời. Nhiễu sẽ không xảy ra từ bất kỳ cell nào trong khu vực, khi mà tín hiệu đến với độ trễ ngắn hơn cả tiền tố vòng CP. CP dành cho eMBMS khoảng 16,7µs nhưng không đủ để đưa ra hiệu quả phổ cao hơn với 2 bps/Hz trong kịch bản triển khai tại dải tần 700 hay 800 Mhz, và kịch bản khu vực nông thôn với suy hao trong nhà nhỏ
hơn hay các anten ngoài trời cho bộ thu TV. Điều này thúc đẩy việc giới thiệu cơ chế phát SFN với CP dài hơn lên tới 100-200µs để phục vụ cho vùng bán kính lên tới 15 km. Để giữ cho phần mào đầu của khung tin CP là không đổi, độ dài mẫu OFDM và số lượng sóng mang con cần được tăng lên phù hợp.