Yêu cầu đƣợc đặt ra là việc đạt tốc độ dữ liệu đỉnh cho đƣờng xuống là 100Mbit/s và cho đƣờng lên là 50Mbit/s, khi hoạt động trong phân bố phổ 20 Mhz. Khi mà phân bố phổ hẹp hơn thì tốc độ dữ liệu đỉnh cũng sẽ tỉ lệ theo. Do đó, điều kiện đặt ra là có thể biểu diễn đƣợc 5 bit/s/Hz cho đƣờng xuống và 2.5 bit/s/Hz cho đƣờng lên. Nhƣ sẽ đƣợc thảo luận dƣới đây, LTE hỗ trợ cả chế độ FDD và TDD. Rõ ràng, đối với trƣờng hợp TDD, truyền dẫn đƣờng lên và đƣờng xuống theo định nghĩa không thể xuất hiện đồng thời. Do đó mà yêu cầu tốc độ dữ liệu đỉnh cũng không thể trùng nhau đồng thời. Mặt khác, đối với trƣờng hợp FDD, đặc tính của LTE cho phép quá trình phát và thu đồng thời đạt đƣợc tốc độ dữ liệu đỉnh theo phần lý thuyết ở trên.
Yêu cầu về độ trễ đƣợc chia thành: yêu cầu độ trễ mặt phẳng điều khiển và yêu cầu độ trễ mặt phẳng ngƣời dùng. Yêu cầu độ trễ mặt phẳng điều khiển xác định độ trễ của việc chuyển từ trạng thái thiết bị đầu cuối không tích cực khác nhau sang trạng thái tích cực, khi đó thiết bị đầu cuối di động có thể gửi và nhận dữ liệu. Có hai cách xác định: cách xác định thứ nhất đƣợc thể hiện qua thời gian chuyển tiếp từ trạng thái tạm trú (camped state) chẳng hạn nhƣ trạng thái Release 6 Idle mode, khi đó thì thủ tục chiếm 100ms; cách xác định thứ hai đƣợc thể hiện qua thời gian chuyển tiếp từ trạng thái ngủ chẳng hạn nhƣ trạng thái Release 6 Cell PCH. Khi đó -
thì thủ tục chiếm 50ms. Trong cả hai thủ tục này thì độ trễ chế độ ngủ và việc báo hiệu non RAN đều đƣợc loại trừ. (Chế độ Release 6 idle là 1 trạng thái mà khi thiết -
bị đầu cuối không đƣợc nhận biết đối với mạng truy nhập vô tuyến, nghĩa là mạng truy nhập vô tuyến không có bất cứ thuộc tính nào của thiết bị đầu cuối và thiết bị
đầu cuối cũng không đƣợc chỉ định một tài nguyên vô tuyến nào. Thiết bị đầu cuối
có thể ở trong chế độ ngủ và chỉ lắng nghe hệ thống mạng tại những khoảng thời gian cụ thể. Trạng thái Release 6 Cell PCH là trạng thái mà khi thiết bị đầu cuối -
không đƣợc nhận biết đối với mạng truy nhập vô tuyến. Tuy mạng truy nhập vô tuyến biết thiết bị đầu cuối đang ở trong tế bào nào nhƣng thiết bị đầu cuối lại không đƣợc cấp phát bất cứ tài nguyên vô tuyến nào. Thiết bị đầu cuối lúc này có thể đang trong chế độ ngủ).
Yêu cầu độ trễ mặt phẳng ngƣời dùng đƣợc thể hiện qua thời gian để truyền một gói
IP nhỉ từ thiết bị đầu cuối tới nút biên RAN hoặc ngƣợc lại đƣợc đo từ lớp IP. Thời gian truyền theo một hƣớng sẽ không vƣợt quá 5ms trong mạng không tải (unloaded network), nghĩa là không có một thiết bị đầu cuối nào khác xuất hiện trong tế bào. Xét về mặt yêu cầu đối với độ trễ mặt phẳng điều khiển, LTE có thể hỗ trợ ít nhất 200 thiết bị đầu cuối di động ở trong trạng thái tích cực khi hoạt động ở khoảng tần 5Mhz. Trong mỗi phân bố rộng hơn 5Mhz, thì ít nhất có 400 thiết bị dầu cuối đƣợc hỗ trợ. Số lƣợng thiết bị đầu cuối không tích cực trong tế bào không nói rõ là bao nhiêu nhƣng có thể là cao hơn một cách đáng kể.
2.1.3.2 Hiệu suất hệ thống
Các mục tiêu thiết kế công năng hệ thống LTE sẽ xác định lƣu lƣợng ngƣời dùng, hiệu suất phổ, độ linh động, vùng phủ sóng, và MBMS nâng cao.
Nhìn chung, các yêu cầu đặc tính LTE có liên quan đến hệ thống chuẩn sử dụng phiên bản 6 HSPA. Đối với trạm gốc, giả định có một anten phát và hai anten thu, trong khi đó thì thiết bị đầu cuối có tối đa là một anten phát và hai anten thu. Tuy
nhiên, một điều quan trọng cần lƣu ý là những đặc tính nâng cao nhƣ là một phần của việc cải tiến HSPA thì không đƣợc bao gồm trong tham chiếu chuẩn. Vì thế, mặc dù thiết bị đầu cuối trong hệ thống chuẩn đƣợc giả định là có hai anten thu thì mộtbộ thu RAKE đơn giản vẫn đƣợc áp dụng. Tƣơng tự, ghép kênh không gian cũng không đƣợc áp dụng trong hệ thống chuẩn.
Yêu cầu lƣu lƣợng ngƣời dùng đƣợc định rõ theo hai điểm: tại sự phân bố ngƣời dùng trung bình và tại sự phân bố ngƣời dùng vị thứ 5 (khi mà 95% ngƣời dùng có đƣợc chất lƣợng tốt hơn). Mục tiêu hiệu suất phổ cũng đƣợc chỉ rõ, và trong thuộc tính này thì hiệu suất phổ đƣợc định nghĩa là lƣu lƣợng hệ thống theo tế bào tính theo bit/s/Mhz/cell. Những mục tiêu thiết kế này đƣợc tổng hợp trong bảng 2.3.
Bảng 2.3 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 đƣợc là tối đa, và cho -
phép giảm đi một ít đối với tốc độ cao hơn. Tại vận tốc lên đến 120 km/h, LTE vẫn cung cấp hiệu suất cao và đối với vận tốc trên 120 km/h thì hệ thống phải duy trì đƣợc kết nối trên toàn mạng tế bào. Tốc độ tối đa có thể quản lí đối với một hệ thống LTE có thể đƣợc thiết lập lên đến 350 km/h (hoặc thậm chí đến 500 km/h tùy thuộc vào băng tần). Một yếu tố quan trọng đặc biệt là dịch vụ thoại đƣợc cung cấp bởi LTE sẽ ngang bằng với chất lƣợng mà WCDMA/HSPA hỗ trợ.
Yêu cầu về vùng phủ sóng chủ yếu tập trung vào phạm vi tế bào (bán kính), 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 5 km thì những yêu cầu về lƣu lƣợng ngƣời dùng, hiệu suất phổ và độ linh động vẫn đƣợc đảm bảo trong giới hạn không bị ảnh hƣởng bởi nhiễu. Đối với những tế bào có phạm vi lên đến 30 km thì có một sự giảm nhẹ cho phép về lƣu lƣợng ngƣời dùng và hiệu suất phổ thì lại giảm một cách đáng kể hơn nhƣng vẫn có thể chấp nhận đƣợc. Tuy nhiên, yêu cầu về độ di động
vẫn đƣợc đáp ứng. Khi mà phạm vi tế bào lên đến 100 km thì không thấy có đặc tính kĩ thuật về yêu cầu hiệu suất nào đƣợc nói rõ trong trƣờng hợp này.
Những yêu cầu MBMS nâng cao xác định cả hai chế độ: broadcast (quảng bá) và unicast. Nhìn chung, LTE sẽ cung cấp dịch vụ tốt hơn so với những gì có thể trong phiên bản 6. Yêu cầu đối với trƣờng hợp broadcast là hiệu suất phổ 1 bit/s/Hz, tƣơng ứng với khoảng 16 kênh TV di động bằng cách sử dụng khoảng 300 kbit/s trong mỗi phân bố phổ tần 5 Mhz. Hơn nữa, nó có thể cung cấp dịch vụ MBMS với chỉ một dịch vụ trên một sóng mang, cũng nhƣ là kết hợp các dịch vụ non-MBMS
khác. Và nhƣ vậy thì đƣơng nhiên đặc tính kĩ thuật của LTE có khả năng cung cấp đồng thời cả dịch vụ thoại và dịch vụ MBMS.
2.1.3.3 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai
Các yêu cầu liên quan đến việc triển khai bao gồm các kịch bản triển khai, độ linh hoạt phổ, trải phổ, sự cùng tồn tại và làm việc với nhau giữa LTE với các công nghệ truy cập vô tuyến khác của 3GPP nhƣ GSM và WCDMA/HSPA.
Những yêu cầu về kịch bản triển khai bao gồm: trƣờng hợp mà hệ thống LTE đƣợc triển khai nhƣ là một hệ thống độc lập và trƣờng hợp mà LTE đƣợc triển khai đồng thời với WCDMA/HSPA hoặc GSM. Do đó mà yêu cầu này sẽ không làm giới hạn các tiêu chuẩn thiết kế.
Vấn đề cùng tồn tại và có thể hoạt động phối hợp với các hệ thống 3GPP khác và những yêu cầu tƣơng ứng đã thiết lập ra những điều kiện về tính linh động giữa LTE và GSM, và giữa LTE và WCDMA/HSPA cho thiết bị đầu cuối di động hỗ trợ những công nghệ này. Bảng 2.4 liệt kê những yêu cầu về sự gián đoạn, đó là, thời gian gián đoạn dài nhất trong liên kết vô tuyến khi phải di chuyển giữa các công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau, bao gồm cả dịch vụ thời gian thực và phi thời gian thực. Có một điều đáng chú ý là những yêu cầu này không đƣợc chặt chẽ cho lắm đối với vấn đề gián đoạn trong chuyển giao và hi vọng khi triển khai thực tế thì sẽ đạt đƣợc những giá trị tốt hơn đáng kể.
Yêu cầu về việc cùng tồn tại và có thể làm việc với nhau cũng xác định việc chuyển đổi lƣu lƣợng multicast từ phƣơng pháp trong LTE thành phƣơng pháp unicast trong cả GSM hoặc WCDMA, mặc dù không có số lƣợng cho trƣớc.
Bảng 2.4 Yêu cầu về thời gian gián đoạn, LTE GSM và LTE- -WCDMA
Độ linh hoạt phổ và việc triển khai
Nền tảng cho những yêu cầu về độ linh hoạt phổ là những điều kiện để LTE có thể đƣợc triển khai trên những băng tần IMT 2000 hiện hành, nghĩa là khả năng cùng -
tồn tại với các hệ thống đã đƣợc triển khai trên những băng tần này, bao gồm WCDMA/HSPA và GSM. Một phần liên quan đến những yêu cầu LTE về mặt độ linh hoạt phổ là khả năng triển khai việc truy nhập vô tuyến dựa trên LTE cho dù phân bố phổ là theo cặp hay đơn lẻ, nhƣ vậy LTE có thể hỗ trợ cả song công phân chia theo tần số (FDD) và song công phân chia theo thời gian (TDD).
Sơ đồ song công hay việc qui hoạch song công là một thuộc tính của công nghệ truy cập vô tuyến. Tuy vậy, một phân bố phổ cho trƣớc thì cũng đƣợc liên kết với một qui hoạch song công cụ thể. Hệ thống FDD đƣợc triển khai theo một cặp phân bố phổ, với một dải tần cho truyền dẫn đƣờng xuống và một dải tần khác dành cho đƣờng lên. Còn hệ thống TDD thì đƣợc triển khai trong các phân bố đơn lẻ.
Lấy một ví dụ là phổ của IMT 2000 tại tần số 2Ghz, gọi là băng tần lõi IMT- -2000.
Nhƣ trình bày trong hình 2.3, nó bao gồm cặp băng tần 1920 980 Mhz và 2110-1 -
2170 Mhz dành cho truy cập vô tuyến dựa trên FDD, và hai băng tần là 1910-1920
qui định của địa phƣơng và vùng mà việc sử dụng phổ của IMT 2000 có thể khác so -
vớinhững gì đƣợc trình bày ở đây.
Hình 2.3 Phân bố phổ băng tần lõi tại 2 Ghz của nguyên bản IMT-2000
Cặp phân bố cho FDD trong hình 2.3 là 2x60 Mhz, nhƣng phổ khả dụng cho một nhà khai thác mạng đơn lẻ có thể chỉ là 2x20 Mhz hoặc thậm chí là 2x10 Mhz. Trong những băng tần khác phổ khả dụng có thể còn ít hơn nữa. Ngoài ra, sự dịch chuyển của phổ đang đƣợc sử dụng cho những công nghệ truy cập vô tuyến khác cần phải diễn ra một cách từ từ để chắc chắn rằng lƣợng phổ còn lại phải đủ để hỗ trợ cho những ngƣời dùng hiện tại. Vì vậy, lƣợng phổ ban đầu đƣợc dịch chuyển tới LTE có thể tƣơng đối nhỏ, nhƣng sau đó có thể tăng lên từ từ, đƣợc thể hiện trong hình 2.4. Sự khác nhau của những diễn tiến phổ có thể xảy ra sẽ dẫn đến một yêu cầu về độ linh hoạt phổ cho LTE dƣới dạng băng thông truyền dẫn đƣợc hỗ trợ.
Hình 2.4 Một ví dụ về cách thức LTE thâm nhập từng bước vào phân bố phổ của một hệ thống GSM đã được triển khai
Yêu cầu về độ linh hoạt phổ đòi hỏi LTE phải có khả năng mở rộng trong miền tần
số và có thể hoạt động trong nhiều băng tần khác nhau. Yêu cầu về độ linh hoạt trong tài liệu tham khảo đƣợc liệt kê thành danh sách các phân bố phổ của LTE (1.25, 1.6, 2.5, 5, 10, 15 và 20 Mhz). Ngoài ra, LTE còn có khả năng hoạt động theo cặp phổ cũng nhƣ là đơn lẻ. LTE cũng có thể triển khai trong nhiều băng tần khác nhau. Những băng tần đƣợc hỗ trợ đƣợc chỉ rõ dựa vào “độc lập phiên bản” (“release independence”), nghĩa là phiên bản đầu tiên của LTE không phải hỗ trợ tất cả các băng tần ngay từ đầu.
Hơn nữa, tài liệu tham khảo cũng xác định về vấn đề cùng tồn tại và lắp đặt chung với GSM và WCDMA trên những tần số lân cận, cũng nhƣ là sự cùng tồn tại giữa những nhà khai thác và hệ thống mạng lân cận trên những quốc gia khác nhau nhƣng sử dụng phổ chồng nhau (overlapping spectrum). Ở đây cũng có một điều kiện là không có hệ thống nào khác đƣợc yêu cầu hợp lệ khi một thiết bị đầu cuối truy cập vào LTE, nghĩa là LTE cần phải có tất cả tín hiệu điều khiển cần thiết đƣợc yêu cầu cho việc kích hoạt truy nhập.
2.1.3.4 Kiến trúc và sự dịch chuyển (migration)
Một vài nguyên tắc chỉ đạo cho việc thiết kế kiến trúc LTE RAN đƣợc đƣa ra bởi
3GPP:
Một kiến trúc đơn LTE RAN đƣợc chấp nhận.
Kiến trúc LTE RAN phải dựa trên gói (packet), tuy vậy lƣu lƣợng lớp thoại và thời gian thực vẫn đƣợc hỗ trợ.
Kiến trúc LTE RAN có thể tối thiểu hóa sự hiện diện của “những hƣ hỏng cục bộ” (“single points of failure”) mà không cần tăng chi phí cho đƣờng truyền (backhaul).
Kiến trúc LTE RAN có thể đơn giản hóa và tối thiểu hóa số lƣợng giao tiếp.
Kiến trúc LTE RAN có thể hỗ trợ QoS end- -to end.
Các cơ cấu QoS có thể tính toán đến các dạng lƣu lƣợng đang tồn tại khác nhau để mang lại hiệu suất sử dụng băng thông cao: lƣu lƣợng mặt phẳng điều khiển, lƣu lƣợng mặt phẳng ngƣời dùng,…
LTE RAN có thể đƣợc thiết kế theo lối làm giảm biến đổi trễ (delay variation-jitter)
đối với lƣu lƣợng cần độ jitter thấp, ví dụ TCP/IP.
2.1.3.5 Quản lí tài nguyên vô tuyến
Những yêu cầu về quản lí tài nguyên vô tuyến đƣợc chia ra nhƣ sau: hỗ trợ nâng cao cho QoS end to end, hỗ trợ hiệu quả cho truyền dẫn ở lớp cao hơn, và hỗ trợ cho việc chia sẻ tải cũng nhƣ là quản lí chính sách thông qua các công nghệ truy cập vô tuyến khác nhau.
Việc hỗ trợ nâng cao cho QoS end to end yêu cầu cải thiện sự thích ứng giữa dịch vụ, ứng dụng và các điều kiện về giao thức (bao gồm báo hiệu lớp cao hơn) với tài nguyên RAN và các đặc tính vô tuyến.
Việc hỗ trợ hiệu quả cho truyền dẫn ở lớp cao hơn đòi hỏi LTE RAN phải có khả năng cung cấp cơ cấu để hỗ trợ truyền dẫn hiệu suất cao và hoạt động của các giao
thức ở lớp cao hơn qua giao tiếp vô tuyến, chẳng hạn nhƣ quá trình nén tiêu đề IP
Việc hỗ trợ chia sẻ tải và quản lí chính sách thông qua các công nghệ truy cập vô tuyến khác nhau đòi hỏi phải xem xét đến việc lựa chọn lại các cơ cấu để định hƣớng các thiết bị đầu cuối di động theo các dạng công nghệ truy cập vô tuyến thích hợp đã đƣợc nói rõ cũng nhƣ là hỗ trợ QoS end to end trong quá trình chuyển giao giữa các công nghệ truy cập vô tuyến.
2.1.3.6 Độ phức tạp
Yêu cầu về độ phức tạp trong LTE xác định độ phức tạp của toàn hệ thống cũng nhƣ là độ phức tạp của thiết bị đầu cuối di động. Về cơ bản thì những yêu cầu này đề cập đến số lƣợng những tùy chọn để có thể tối thiểu hóa với những đặc tính dƣ thừa không bắt buộc. Điều này cũng đƣa đến việc tối giản những trƣờng hợp kiểm thử cần thiết.
2.1.3.7 Những vấn đề chung
Phần này đề cập đến những yêu cầu chung trong LTE về những khía cạnh liên quan đến chi phí và dịch vụ. Rõ ràng, mong muốn đặt ra là giảm thiểu các chi phí trong