LTE là chuẩn hóa công nghệ mạng tiếp theo của 3GPP cho các hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng, nâng cấp lên từ các hệ thống HSPA. LTE là công nghệ di động thế hệ thứ 4, hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao, cho phép thực hiện đa dạng các loại ứng dụng dịch vụ dữ liệu với độ trễ thấp, có khả năng tương tác tốt đối với các hệ thống khác. Kiến trúc mạng có thể được xây dựng và nâng cấp dựa trên các hệ thống có sẵn của GSM/UMTS, với hệ thống mạng lõi được cải tiến để có thể hỗ trợ đồng thời các hệ thống vô tuyến 2G/3G/4G. Bộ tiêu chuẩn đầu tiên của LTE được hoàn thành cuối năm 2008 với phát hành LTE-Release 8, sau đó đến năm 2009 bắt đầu được thương mại hóa ở một số quốc gia phát triển.
Hình 2.1 Hướng phát triển của LTE.
Sau 3GPP-Rel.7 cho HSPA+, hai nhánh công nghệ dành cho LTE và HSPA vẫn tiếp tục phát triển song song. Một số nhà mạng sẽ triển khai LTE-Rel.8 xong sau đó sẽ tiến tiếp lên xây dựng LTE-A Rel.10. Một số nhà mạng sẽ xây dựng luôn mạng LTE với phương thức lai ghép giữa Rel.8 và Rel.10, tùy thuộc vào hiện trạng
mạng đang khai thác và chi phí đầu tư. Dưới đây là kiến trúc mạng cơ bản của công nghệ LTE.
Hình 2.2 Kiến trúc mạng di động 4G.
Các thành phần mạng: [12]
❖ E-UTRAN: Là mạng truy nhập vô tuyến, thực hiện các giao tiếp điều khiển và dịch vụ giữa UE và eNodeB.
• UE: Thiết bị đầu cuối hỗ trợ công nghệ LTE, được nâng cấp nhiều tính năng như: băng tần linh hoạt, hỗ trợ song công FDD/TDD, hỗ trợ công nghệ MIMO, điều khiển công suất đường lên, xử lý truyền lại gói tin HARQ,…
• eNodeB: Là các NodeB được cải tiến chức năng, tích hợp thêm chức năng RNC của hệ thống 3G. Một số chức năng điển hình của eNodeB: Quản lý tài nguyên vô tuyến, đồng bộ và điều khiển nhiễn, mã hóa bảo vệ tính toàn vẹn dữ liệu, lựa chọn MME, định tuyến dử liệu mặt phẳng người dùng với S-GW.
❖ EPC: Mạng lõi chuyển mạch gói cải tiến. EPC là sự mở rộng mới hoàn toàn dành cho mạng chuyển mạch gói so với các hệ thống 3G cũ, phục vụ duy nhất trên miền chuyển mạch gói. EPC sẽ chia luồng dữ liệu người dùng
thành hai mặt phẳng người dùng và mặt phẳng điều khiển. Các thực thể chính trong mạng lõi:
• MME: Thực thể quản lý di động.
- Thực hiện quá trình báo hiệu giữa UE và mạng lõi - Điều khiển bảo mật, quản lý danh sách vùng theo dõi - Lựa chọn S-GW và P-GW phục vụ
- Lựa chọn MME khi có yêu cầu chuyển giao giữa các MME - Báo hiệu giữa các mạng lõi khi di động giữa các mạng truy nhập
• S-GW: Gateway dịch vụ
- Hỗ trợ di động trong E-UTRAN và giữa các mạng 3GPP - Định tuyến và chuyển tiếp tất cả các gói IP của UE - Tính cước đường lên và đường xuống cho từng UE, PDN - Ánh xạ QoS ở lớp truyền tải
• P-GW: Gateway mạng dữ liệu gói
- Cấp địa chỉ IP cho từng UE, lọc gói tin - Thực hiện các chính sách
- Ánh xạ QoS ở lớp truyền tải
- Hỗ trợ di động giữa các mạng 3GPP và mạng không phải 3GPP trên mặt phẳng người dùng.
• HSS: Server quản lý thuê bao thường trú.
- Chứa dữ liệu thuê bao đăng kí: hồ sơ dịch vụ, Qos, roaming,… - Thông tin về các PDN mà UE có thể kết nối
- Thông tin di động về nhận dạng của MME mà UE đang kết nối - Có thể có thêm chức năng nhận thực đẻ tạo các mã bảo mật
• PCRF: Chức năng điều khiển chính sách và tính cước.
- Ra các quyết định điều khiển chính sách cho các gói IP - Điều khiển các chức năng tính cước dựa trên luồng dữ liệu IP - Nhận thực chính sách Qos và UE đã đăng kí.
Một số giao diện chính trong kiến trúc mạng:
❖ Giao diện Uu: giao diện vô tuyến giữa UE và eNodeB, thực hiện các điều khiển giao tiếp giữa UE và eNodeB
❖ Giao diện S1: chức năng hố trợ chia sẻ hạ tầng mạng, dự phòng, chia sẻ tài nguyên Có thể chia thành hai giao diện
• S1-C: kết nối eNodeB với S-GW
• S1-U: kết nối eNodeB với MME, eNodeB có thể kết nối tối đa tới 16 MME
❖ Giao diện X2: kết nối giữa các eNodeB và là giao diện logic, thực hiện chuyển giao giữa các eNodeB, chia sẻ tài nguyên giữa các eNodeB lân cận, có khả năng triệt nhiễu.
❖ Giao diện S10: kết nối giữa các MME, hỗ trợ di động
❖ Giao diện S11: Hỗ trợ quản lý EPS bearer giữa MME và S-GW
❖ Giao diện S6a: trao đổi thông tin thuê bao và bảo mật giữa MME và HSS ❖ Giao diện S5: kêt nối giữa S-GW và P-GW, truyền các bản tin báo hiệu và
điều khiển, có thể gọi là giao diện S8 trong trường hợp kết nối giữa các PLMN.