Xuất công nghệ thông tin vô tuyến triển khai trên băng

800/850/900MHz

Hiện nay, mạng LTE đang triển khai tại nhiều nước trên thế giới. Thực tế hiện nay, ngành công nghiệp viễn thông đang phải đối mặt với thách thức về bùng nổ dữ liệu di động, đòi hỏi phải tìm kiếm thêm phổ tần để triển khai các mạng băng thông rộng di động mới. Trong khi đó, băng 700/800 MHz được coi là một trong những băng tần “vàng” nên rất nhiều nhà mạng mong muốn được triển khai hệ thống LTE trên băng tần này để giảm chi phí triển khai, tăng tốc thời gian triển khai mạng và giảm giá cước cho người dùng. Do đó, đối với băng tần 700/800 MHz, xu thế chung là dùng cho dịch vụ thông tin vô tuyến băng thông rộng theo chuẩn LTE hoặc LTE-A để đáp ứng nhu cầu băng rộng ngày càng lớn, và một phần sử dụng cho PPDR để phục vụ nhu cầu an ninh quốc phòng. Phần này sẽ trình bày khái quát về các công nghệ thông tin vô tuyến băng rộng nói trên.

41 3.3.1. Long Term Evolution - LTE

LTE là chuẩn tiệm cận với công nghệ mạng 4G, là bước tiến hóa tiếp theo của UMTS sau HSPA và HSPA+ tiến lên 4G mà 3GPP thiết kế. Mục tiêu của LTE là tăng dung lượng và tốc độ dữ liệu của các mạng dữ liệu không dây bằng cách sử dụng các kỹ thuật điều chế và xử lý tín hiệu số. Mục tiêu cao hơn nữa là thiết kế lại và đơn giản hóa kiến trúc mạng thành một hệ thống dựa trên nền IP với độ trễ truyền dẫn tổng giảm đáng kể so với kiến trúc mạng 3G.

Xét về khía cạnh công nghệ giao diện vô tuyến, LTE-A phát triển cả hai nhánh công nghệ giao diện vô tuyến (RIT: Radio Interface Technology) FDD và TDD (TDD RIT còn được gọi là TD-LTE-A để đem lại độ phổ biến cao, đồng thời vẫn cho phép tối ưu mỗi công nghệ giao diện vô tuyến về phân bổ phổ tần song công cụ thể. Hai công nghệ giao diện vô tuyến này cùng chia sẻ rất nhiều kiến trúc cơ sở của hệ thống để đơn giản hóa việc triển khai thiết bị truy nhập vô tuyến hai chế độ. Băng thông truyền dẫn có thể hỗ trợ lên tới 100 MHz, nhờ đó tốc độ dữ liệu đỉnh có thể lên tới 300 Mb/s ở đường xuống và 750 Mb/s ở đường lên.

Sơ đồ truyền dẫn đường xuống sử dụng trong LTE dựa trên OFDM truyền thống để đem lại khả năng chống lại pha đinh lựa chọn tần số tốt trong khi vẫn cho phép kiến trúc máy thu có độ phức tạp thấp với băng rất rộng. Với đường lên, sơ đồ truyền dẫn được lựa chọn lại là OFDM trải DFT (DFTS-OFDM) do tín hiệu phát DFTS-OFDM có tỉ số công suất đỉnh trên trung bình (PAPR: Peak-to- Average Power Ratio) thấp hơn so với OFDM truyền thống. Nhờ đó, bộ khuếch đại công suất tại máy đầu cuối sẽ hoạt động hiệu quả hơn, tức là vùng phủ sẽ được tăng lên và/hoặc giảm lượng tiêu thụ năng lượng của máy đầu cuối.

LTE sử dụng mã kênh Turbo tốc độ 1/3 kết hợp cùng HARQ với kết hợp mềm để xử lý lỗi tại phía thu. Sơ đồ điều chế hỗ trợ QPSK, 16QAM và 64QAM với cả đường lên và xuống.

Hai chế độ FDD và TDD hỗ trợ băng thông nằm trong khoảng từ 1.4 MHz tới 100 MHz. Với băng thông lớn hơn 20 MHz thì phải sử dụng kỹ thuật kết hợp

42

sóng mang (CA: Carrier Aggregation), tức là truyền song song đồng thời nhiều sóng mang thành phần tới/từ cùng một đầu cuối.

Lập lịch phụ thuộc kênh trong cả miền thời gian và tần số được hỗ trợ ở cả đường lên và xuống với bộ lập lịch đặt tại trạm gốc sẽ chịu trách nhiệm lựa chọn (động) tài nguyên truyền dẫn cũng như tốc độ dữ liệu. Cơ chế căn bản là lập lịch động, trong đó bộ lập lịch trạm gốc sẽ đưa ra quyết định trong mỗi 1 ms TTI (Transmission Time Interval), nhưng cũng có thể thực hiện lập lịch bán kiên trì. Lập lịch bán kiên trì cho phép các tài nguyên truyền dẫn và tốc độ dữ liệu có thể được phân bổ bán tĩnh để đem lại cho thiết bị người dùng (UE: User Equipment) có thời gian dài hơn một TTI để giảm quá tải báo hiệu-điều khiển.

Truyền dẫn đa anten là một phần không thể thiếu của cả hai công nghệ giao diện vô tuyến. Mã trước đa anten cùng với thích nghi mức động hỗ trợ cả ghép kênh không gian (MIMO đơn người dùng) và beamforming.

Kỹ thuật kết hợp nhiễu giữa các tế bào (ICIC: Inter-Cell Interference Coordination), trong đó các tế bào liền kề nhau sẽ trao đổi thông tin hỗ trợ lập lịch để giảm nhiễu giữa các tế bào, cũng được hỗ trợ với cả hai công nghệ giao diện vô tuyến.

3.3.2. Long Term Evolution – Advanced - LTE-A

LTE-A là chuẩn giao diện vô tuyến mặt đất LTE từ phiên bản 10 trở đi, do 3GPP phát triển. Như tên gọi của nó, LTE-A thực chất là bản nâng cấp của LTE hướng tới thỏa mãn các yêu cầu của IMT-Advanced. Việc nâng cấp này thể hiện ở chỗ các công nghệ như OFDMA, SC-FDMA, MIMO, AMC, Hybrid ARQ,... đã được sử dụng trong LTE thì vẫn được sử dụng trong LTE-A. Tuy nhiên, LTE-A có tăng cường thêm một số công nghệ mới và cải tiến thêm một số công nghệ đã có để phát huy tối đa hiệu quả của các công nghệ này. Nhờ đó, LTE-A có nhiều ưu điểm vượt trội hơn hẳn LTE về tốc độ (3 Gb/s với đường xuống và 1.5 Gb/s với đường lên), băng thông, hiệu suất sử dụng phổ, độ trễ xử lý...

43

Sự phát triển công nghệ từ LTE đến LTE-A được minh họa trên hình dưới đây. Một số cải tiến dựa trên công nghệ đã có từ LTE có thể kể đến như MIMO với cấu hình cao hơn, cải thiện sơ đồ đa truy nhập SC-FDMA, kết hợp sóng mang tăng cường… Và một số công nghệ kỹ thuật mới đã được thêm vào, điển hình như phối hợp đa điểm (CoMP: Coordinated Multi-Point Operation). Ta sẽ phân tích một số cải tiến chính về mặt công nghệ của LTE-A so với LTE.

Hình 3.1 Sự phát triển công nghệ từ LTE đến LTE-A

Kỹ thuật kết hợp sóng mang (CA), tức là truyền song song đồng thời nhiều sóng mang thành phần tới/từ cùng một đầu cuối để hỗ trợ băng thông lớn hơn 20 MHz đã có từ LTE phiên bản 8. Tuy nhiên, nếu như LTE phiên bản 8 chỉ thực hiện kết hợp được các sóng mang con liền kề trong cùng băng, thì với LTE-A, các sóng mang thành phần này không nhất thiết phải là liền kề nhau mà thậm chí có thể nằm trong các băng tần khác nhau để cho phép khai thác tối đa các đoạn phổ bị chia nhỏ, do đó về cơ bản có thể tăng tốc độ dữ liệu khả dụng cho mỗi khách hàng lên nhiều lần. Chuẩn LTE-A cho phép nhà mạng kết hợp tối đa năm sóng mang với băng thông 20 MHz thành một kênh có băng thông 100 MHz, cao gấp

44

năm lần băng thông của LTE thông thường. Kỹ thuật kết hợp sóng mang trong LTE-A còn hỗ trợ tính năng kết hợp các sóng mang TDD với các sóng mang FDD đường lên và xuống khác nhau, cũng như tính năng hỗ trợ nhiều tham số gióng thời gian (TA: Timing Advance) khác nhau ở đường lên. Tính năng kết nối đôi (dual connectivity) còn cho phép kết hợp các sóng mang thành phần của các eNB khác nhau mà cùng được kết nối qua một backhaul không lý tưởng qua giao diện X2.

Truyền dẫn đa anten (MIMO) cũng được cải tiến trong LTE-A. Nếu LTE chỉ có thể hỗ trợ MIMO tối đa 4 lớp ở đường xuống và 1 lớp ở đường lên thì trong LTE-A có thể hỗ trợ ghép kênh không gian với tối đa tám lớp ở đường xuống và bốn lớp ở đường lên. MIMO đa người dùng cũng được cung cấp, trong đó nhiều người dùng sẽ được gán cùng tài nguyên thời gian-tần số. Cuối cùng, phân tập phát dựa trên Mã khối không gian tần số (SFBC: Space-Frequency Block Coding) hoặc kết hợp giữa SFBC với phân tập phát chuyển mạch tần số (FSTD: Frequency Switched Transmit Diversity) cũng được hỗ trợ.

Kỹ thuật kết hợp nhiễu tăng cường giữa các tế bào (eICIC): trong LTE-A ngoài cơ chế ICIC miền tần số đã có từ LTE (trao đổi thông tin liên quan đến quản lý tài nguyên vô tuyến để giảm nhiễu giữa các tế bào) thì còn được bổ sung thêm cơ chế ICIC miền thời gian (việc sử dụng các khung con qua các tế bào khác nhau cũng được kết hợp trong miền thời gian để giảm nhiễu). Ngoài ra, UE còn được cung cấp thêm thông tin trợ giúp về symbol tham chiếu của riêng từng tế bào (CRS: Cell-specific Reference Symbol) để hỗ trợ UE giảm thiểu nhiễu.

Chức năng chuyển tiếp (Relay) cũng được hoàn thiện trong hai công nghệ giao diện vô tuyến FDD và TDD của LTE-A. Chức năng chuyển tiếp được dùng để mở rộng vùng phủ sóng tới những nơi có tín hiệu yếu. Các bộ chuyển tiếp thông thường, hay còn gọi là bộ lặp có chức năng khá đơn giản, chúng nhận tín hiệu, khuyếch đại, rồi truyền đi. LTE-A hỗ trợ các chế độ chuyển tiếp tiên tiến hơn. Trước tiên nó sẽ giải mã tất cả các dữ liệu thu được rồi sau đó chỉ chuyển đi những dữ liệu có đích đến là các thiết bị di động mà mỗi bộ chuyển tiếp đang phục

45

vụ. Phương pháp này giúp giảm can nhiễu và tăng số lượng máy di động kết nối tới bộ chuyển tiếp. LTE-A còn cho phép các bộ chuyển tiếp dùng cùng phổ tần số và các giao thức của trạm thu phát để liên lạc với trạm thu phát và với các thiết bị đầu cuối. Lợi thế của việc này là nó cho phép các máy LTE kết nối tới bộ chuyển tiếp như thể đó là một trạm thu phát thông thường. Bộ chuyển tiếp sẽ chỉ phát sóng vào những thời điểm cụ thể khi mà trạm thu phát không hoạt động để tránh gây nhiễu cho trạm thu phát. Nút chuyển tiếp là một e-NodeB truyền thống nhưng được kết nối backhaul vô tuyến tới phần còn lại của mạng truy nhập vô tuyến sử dụng công nghệ giao diện vô tuyến LTE phiên bản 10.

Kỹ thuật phối hợp đa điểm (CoMP: Coordinated Multi Point) là một trong những cải tiến kỹ thuật quan trọng nhất của LTE Release 11. Về cơ bản, phối hợp đa điểm cho phép một thiết bị di động cùng một lúc trao đổi dữ liệu với nhiều trạm thu phát. Kỹ thuật này sẽ giúp cải thiện hơn nữa tín hiệu và tăng tốc độ dữ liệu tại rìa tế bào, nơi mà có thể khó có được một kết nối tốt. Ví dụ như hai trạm thu phát liền kề có thể cùng lúc gửi dữ liệu giống nhau tới một thiết bị do đó tăng khả năng nhận được tín hiệu tốt của thiết bị đó. Tương tự như vậy, một thiết bị cũng có thể cùng một lúc tải dữ liệu lên cả hai trạm thu phát, các trạm này đóng vai trò như một mảng ăng-ten ảo sẽ cùng nhau xử lý tín hiệu thu được để loại bỏ lỗi. Hoặc thiết bị có thể tải dữ liệu lên qua tế bào nhỏ ở gần bên, giúp giảm năng lượng phát trong khi vẫn nhận tín hiệu tải xuống tốt từ một trạm thu phát lớn hơn. Trên đây đã giới thiệu tổng quan năm tính năng kỹ thuật tính mới của LTE- A: tổng hợp sóng mang, MIMO tăng cường, kỹ thuật chuyển tiếp, kỹ thuật điều khiển giảm can nhiễu tăng cường giữa các tế bào và kỹ thuật phối hợp đa điểm.