Về công nghệ, LTE và Wimax có một số khác biệt nhƣng cũng có nhiều điểm tƣơng đồng. Cả hai công nghệđều dựa trên nền tảng IP. Cả hai đều dùng kĩ thuật MIMO để cải thiện chất lƣợng truyền/nhận tín hiệu, đƣờng xu ng tố ừ trạm thu phát đến thiết b ị đầu cuối đầu đƣợc tăng tốc bằng kĩ thuật OFDM hỗ trợ truyền tải dữ liệu đa phƣơng tiện và video. Theo lý thuyết, chuẩn Wimax hiện tại (802.16e) cho tốc độ tải xuống tối đa là 70Mbps, còn LTE dự kiến có thể cho tốc độ đến 300Mbps. Tuy nhiên, khi LTE đƣợc triển khai ra thị trƣờng có thể Wimax cũng sẽ đƣợc nâng cấp lên chuẩn 802.16m (còn đƣợc gọi là Wimax 2.0) có tốc độ tƣơng đƣơng hoặc cao hơn.
Hình 2.1 Lộ trình phát triển của LTE và các công nghệkhác
Đƣờng lên từ thiết bị đầu cuối đến trạm thu phát có sự khác nhau giữa 2 công nghệ. WiMax dùng OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access –một biến thể của OFDM), còn LTE dùng kỹ thuật SC-FDMA (Single Carrier - Frequency
Division Multiple Access). Về lý thuyết, SC FDMA đƣợc thiết kế làm việc hiệu quả -
hơn và các thiết bị đầu cuối tiêu thụ năng lƣợng thấp hơn OFDMA.
LTE còn có ƣu thế hơn WiMax vì đƣợc thiết kế tƣơng thích với cả phƣơng thức TDD (Time Division Duplex) và FDD (Frequency Division Duplex). Ngƣợc lại, WiMax hiện chỉ tƣơng thích với TDD (theo một báo cáo đƣợc công bố đầu năm nay, WiMax Forum đang làm việc với một phiên bản Mobile WiMax tích hợp FDD). TDD truyền dữ liệu lên và xuống thông qua 1 kênh tần số (dùng phƣơng thức phân chia thời gian), còn FDD cho phép truyền dữ liệu lên và xuống thông qua 2 kênh tần số riêng biệt. Điều này có nghĩa LTE có nhiều phổ tần sử dụng hơn
WiMax. Tuy nhiên, sự khác biệt công nghệ không có ý nghĩa quyết định trong cuộc chiến giữa WiMax và LTE.
Bảng 2.1: Tiến trình phát triển các chuẩn của 3GPP
Phiên
bản
Thời điểm
hoàn tất Tính năng chính / Thông tin
Release
99 Quí 1/2000
Giới thi u ệ UMTS (Universal Mobile
Telecommunications System) và WCDMA
(Wideband CDMA).
Release
4 Quí 2/2001 Bổ sung m t sộ ốtính năng nhƣ mạng lõi dựa trên IP và có những cải tiến cho UMTS.
Release
5 Quí 1/2002 Giới thiệu IMS (IP Multimedia Subsystems) và
HSDPA (High-Speed Download Packet Access).
Release
6 Quí 4/2004
Kết h p vợ ới Wireless LAN, thêm HSUPA (High-
Speed Upload Packet Access) và các tính năng nâng cao cho IMS nhƣ Push to Talk over Cellular (PoC).
Release
7 Quí 4/2007
Tập trung giảm độ trễ, c i thi n ả ệ chất lƣợng d ch vị ụ và các ứng dụng thời gian thực nhƣ VoIP. Phiên bản
này cũng tập trung vào HSPA+ (High Speeed Packet Evolution) và EDGE Evolution.
Release 8 Dự kiến cuối năm 2008 hoặc đầu năm 2009
Giới thiệu LTE và kiến trúc lại UMTS nhƣ là mạng IP th hế ệ thứtƣ hoàn toàn dựa trên IP.
Hiện tại WiMax có lợi thế đi trƣớc LTE: mạng WiMax đã đƣợc triển khai và thiết bị WiMax cũng đã có mặt trên thị trƣờng, còn LTE thì sớm nhất cũng phải đến năm
2010 ngƣời dùng mới đƣợc trải nghiệm. Tuy nhiên LTE vẫn có lợi thế quan trọng so với WiMax. LTE đƣợc hiệp hội các nhà khai thác GSM (GSM Association) chấp nhận là công nghệ băng rộng di động tƣơng lai của hệ di động hiện đang thống trị thị trƣờng di động toàn cầu với khoảng 2,5 tỉ thuê bao (theo Informa Telecoms &
Media) và trong 3 năm tới có thể chiếm thị phần đến 89% (theo Gartner). Hơn nữa, LTE cho phép tận dụng dụng hạ tầng GSM có sẵn (tuy vẫn cần đầu tƣ thêm thiết bị) trong khi WiMax phải xây dựng từ đầu.
Bảng 2.2: LTE và WIMAX Tính năng 3GPPLTE RAN1 802.16e/Mobile WiMax R1 802.16m/Mobile WiMax R2 Ghép kênh TDD, FDD TDD TDD, FDD Băng tần dự kiến 700MHz – 2,6GHz 2,3GHz, 2,5GHz, 3,3-3,8GHz 2,3GHz, 2,5GHz, 3,3-3,8GHz Tốc độ tối đa (Download/Upload) 300Mbps /100Mbps 70Mbps /70Mbps 300Mbps /100Mbps Di động 350km/h 120km/h 350km/h Phạm vi phủsóng 5/30/100km 1/5/30km 1/5/30km Sốngƣời dùng VoIP đồng thời 80 50 100
Thời điểm hoàn tất chuẩn Dự kiến cuối năm 2008 hoặc đầu năm 2009 2005 Dự kiến trong năm 2009 Triển khai ra th ị trƣờng 2009- 2010/2012 2007-2008/2009 2010
Nhận th y l i th c a LTE, mấ ợ ế ủ ột sốnhà khai thác mạng đã cân nhắc lại việc triển
khai WiMax và đã có nhà khai thác quyết định từ bỏcon đƣờng WiMax để chuyển
sang LTE, đáng kể trong sốđó có hai tên tuổi lớn nhất t i Mạ ỹlà AT&T và Verizon Wireless. Theo một khảo sát do RCR Wireless News và Yankee Group thực hiện gần đây, có đến 56% nhà khai thác di động chọn LTE, chỉcó 30% đi theo 802.16e.
Khảo sát cho thấy các nhà khai thác di động ở Bắc Mỹvà Tây Âu nghiêng về LTE,
trong khi các nƣớc mới phát triển (đặc biệt là ở khu vực châu Á Thái Bình Dƣơng) -
thì ủng h WiMax. ộ
Trong cuộc đua 4G, WiMax và LTE hiện là hai công nghệ sáng giá nhất. Liệu hai công nghệ này có thể cùng tồn tại độc lập hay sẽ sát nhập thành một chuẩn chung? Hiệu năng của WiMax và LTE tƣơng đƣơng nhau, do vậy việc quyết định hiện nay phụ thuộc vào yếu tố sẵn sàng và khả năng thâm nhập thị trƣờng.
2.1.2.2 Những triển vọng cho công nghệ LTE
Các tập đoàn viễn thông hƣớng đến LTE
Nhận thấy tiềm năng to lớn của công nghệ này, ngành công nghiệp di dộng đang đoàn kết xung quanh hệ thống LTE với hầu hết các công ty viễn thông hàng đầu thế giới: Alcatel-Lucent, Ericson, France Telecom/Orange, Nokia, Nokia Siemens Network, AT&T, T-Mobile, Vodafone, China Mobile, Huawei, LG Electronic, NTT
DoCoMo, Samsung, Signalion, Telecom Italia, ZTE… Kế hoạch thử nghiệm và triển khai công nghệ này đang đƣợc các công ty trên cùng hợp tác thúc đẩy, dự kiến vào khoảng năm 2009 2010 sẽ đƣợc thƣơng mại hóa đến với ngƣời dùng.-
Mạng NTT DoCoMo của Nhật sẽ đi tiên phong khi đặt mục tiêu khai trƣơng dịch vụ vào năm 2009.
Các mạng Verizon Wireless, Vodafone, và China Mobile tuyên bố hợp tác thử nghiệm LTE vào năm nay. Việc triển khai cơ sở hạ tầng cho LTE sẽ bắt đầu vào nửa sau của năm 2009 và kế hoạch cung cấp dịch vụ sẽ bắt đầu vào năm 2010.
Với việc ành đƣợc số lƣợng giấy phép sử dụng băng tần 700Mhz thứ 2 sau gi
Verizon, mạng AT&T cũng lên kế hoạch sử dụng băng tần này cho LTE. Hãng này tuyên bố có đủ băng thông 20Mhz dành cho LTE để phủ sóng 82% dân số của 100 thành phố hàng đầu của Mỹ. Nhƣ vậy 2 mạng chiếm thị phần lớn nhất của Mỹ đều chọn LTE là giải pháp tiến lên 4G.
Mạng Telstra của Úc gần đây cũng đã xác nhận phát triển theo hƣớng LTE. Hãng TeliaSonera, nhà cung cấp lớn nhất cho thị trƣờng Bắc Âu và vùng Baltic cũng cam kết sẽ sử dụng công nghệ LTE cho các thị trƣờng của mình.
Ngày 11/6/2008, theo Financial Times, cổ phiếu của Nortel, nhà sản xuất viễn thông nổi tiếng của Canada, đã tăng 13% khi hãng tuyên bố tập trung các nỗ lực nghiên cứu không dây vào công nghệ LTE thay vì công nghệ đối thủ Wimax.
Tƣơng lai không còn xa
Vào ngày 19/12/2007, hãng Nokia Siemens Networks đã công bố thử nghiệm thành công công nghệ LTE với tốc độ lên đến 173 Mb/s trong môi trƣờng đô thị với nhiều thuê bao cùng lúc. Trên băng tần 2.6 Ghz với 20 Mhz băng thông, tốc độ này đã vƣợt xa tốc độ yêu cầu là 100 Mbps.
Giám đốc kĩ thuật của hãng, ông Stephan Scholz phát biểu: “Khi thế giới tiến đến gần con số 5 tỉ thuê bao vào năm 2015, theo tiên đoán của chúng tôi, các nhà cung
cấp dịch vụ di động sẽ phải sử dụng tất cả các băng tần với một cấu trúc mạng đơn giản nhất và hiệu quả chi phí cao nhất để phục vụ lƣu lƣợng liên lạc cao hơn 100 lần. Cuộc thử nghiệm thực tế này là một chứng minh ban đầu quan trọng cho khái niệm LTE”.
Cuộc gọi thoại đầu tiên giữa 2 điện thoại LTE đã đƣợc trình diễn vào Hội nghị Thế giới di động (Mobile World Congress) đƣợc tổ chức vào tháng 2/2008 tại Barcelona, Tây Ban Nha. Vào tháng 3 vừa qua, mạng NTT DoCoMo đã thử nghiệm LTE đạt đến tốc độ 250 Mbps.
Tại các triễn lãm viễn thông quốc tế gần đây, các nhà sản xuất Huawei, Motorola, Ericson… cũng đã biểu diễn LTE với các ứng dụng nhƣ xem tivi chất lƣợng cao HDTV, chơi game online…
Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này đã chứng tỏ khả năng tuyệt vời của công
nghệ LTE và khả năng thƣơng mại hóa LTE đã đến rất gần.
Trƣớc đây, muốn truy cập dữ liệu, bạn phải cần 1 đƣờng dây cố định để kết nối. Trong tƣơng lai không xa với LTE, bạn có thể truy cập tất cả các dịch vụ mọi lúc, mọi nơi trong khi vẫn di chuyển: xem phim chất lƣợng cao, điện thoại thấy hình, chơi game trực tuyến, tải cơ sở dữ liệu v.v… với tốc độ siêu tốc.
2.1.3 Mục tiêu thiết kế LTE
Hình 2.2 Mục tiêu thiết kế LTE
Những hoạt động của 3GPP trong việc cải tiến mạng 3G vào mùa xuân năm 2005 đã đƣợc xác định đối tƣợng, những yêu cầu và mục tiêu cho LTE. Những mục tiêu và yêu cầu này đƣợc dẫn chứng bằng tài liệu trong văn bản 3GPP TR 25.913. Những yêu cầu cho LTE đƣợc chia thành 7 phần khác nhau nhƣ sau:
Tiềm năng, dung lƣợng
Kiến trúc và sự dịch chuyển (migration)
Quản lí tài nguyên vô tuyến
Độ phức tạp
Những vấn đề chung
2.1.3.1 Tiềm năng công nghệ
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.