1. Nội dung thiết kế tốt nghiệ p:
3.3 Thơng lượng trung bình của các UE
UE DL (Mbps) UL (Mbps) UE1 42.1 21.5 UE2 42.7 23.2 UE3 40.1 21.4 Total 124.9 66.1 UE1 41.0 22.1 UE2 40.8 22.5 UE3 41.1 21.3 Total 122.9 65.9
Một con số chạy thử nghiệm được thực hiện để đánh giá thời gian quay vòng (Round Trip Time). Số liệu thời gian này được thể hiện ở bảng sau. Kết quả thời gian quay vịng trung bình trong thử nghiệm rất gần với thời gian mà 3GPP đặt ra.
Bảng 3.4 Thời gian quay vòng
RTT (ms) Nhận xét
Minimum 15.0
Maximum 39.9 Giá trị lớn bất thường
Average 20.6 Gần với yêu cầu của 3GPP
Trong thực nghiệm này đã đánh giá được hiệu năng ban đầu của công nghệ LTE thông qua việc thiết lập một mạng truy nhập vô tuyến đơn giản với các dịch vụ được sử dụng như FTP, UDP và video trực tuyến. Kết quả là thông lượng cho đường xuống là 125Mbps và đường lên là 66Mbps phù hợp với báo cáo của nhiều thí nghiệm.
3.2.5.2 Đo thử nghiệm thơng lượng với mơi trường trong nhà [5]
Thí nghiệm được thực hiện bởi phịng phát triển mạng truy cập vơ tuyến của nhà mạng NTT DOCOMO của Nhật Bản. Các thiết bị được sử dụng trong thử nghiệm gồm có một eNodeB, một UE và một mạng lõi được mơ hình hóa. eNodeB và UE được kết nối sử dụng mơ phỏng thích hợp để hiển thị đường truyền sóng vơ tuyến. Tất cả được đặt trong phịng thí nghiệm. Hình 3.4 thể hiện thiết lập các thiết bị.
Dữ liệu truyền từ mạng lõi mơ hình đầu tiên được ghép với một tiêu đề cho điều khiển vô tuyến tại eNodeB và sau đó chuyển đổi từ một chuỗi dữ liệu nối tiếp tới một chuỗi dữ liệu song song cho mỗi từ mã (một đơn vị sửa lỗi mã hóa, một hoặc nhiều từ mã được chuyển đi khi sự truyền đa anten MIMO được áp dụng). Một từ mã là một đơn vị truyền lại trong HARQ (kỹ thuật để kiểm sốt sự truyền lại các gói tin, nó kết hợp với việc sửa lỗi và lặp lại tự động) và tối đa được sử dụng 2 từ mã. Các chuỗi bit sau khi chuyển đổi từ nối tiếp sang song song được đưa tới mã hóa kênh, điều chế ánh xạ dữ liệu và một tín hiệu truyền cho một anten được sinh ra. Mã hóa sử dụng là mã Turbo với độ dài bắt buộc là 4 và tỷ lệ mã hóa R là từ 0.16-0.89, sử dụng điều chế QPSK, 16QAM và 64QAM cùng với hệ anten thu và phát.
Ở phía bên nhận, anten thực hiện khuếch đại tuyến tính và chuyển đổi tín hiệu nhận được từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số. Sau q trình thu nhận các tín hiệu OFDMA, UE loại bỏ các khoảng bảo vệ và chia tách tín hiệu thành các sóng mang con. Sau đó, UE sẽ ước lượng kênh. Sau một vài thao tác, các đầu vào UE sẽ cho mỗi bit vào bộ giải mã hóa Turbo để chuyển đổi chuỗi dữ liệu từ song song thành nối tiếp phù hợp với từng nhánh anten phát và phục hồi những tín hiệu truyền.
Kết quả thu được là:
Kết quả thực nghiệm cho thông lượng đường xuống được so với tỉ số giữa
năng lượng của tín hiệu trên tỉ lệ can nhiễu (Es/N0) cho một anten nhận khi phát tín hiệu bởi một anten với điều chế và mã hóa theo chương trình. Hình 3.5 thể hiện hiệu suất thơng lượng của đường xuống với một và nhiều anten phát. Trong thí nghiệm, băng thơng sử dụng là 20MHz với mơ hình mở rộng được định nghĩa bởi 3GPP, tốc độ di chuyển của UE lấy là 3 km/h. Bên trái hình là sử dụng một anten phát, bên phải hình là 2 anten thu và 2 anten phát.
Hình 3.5 Thơng lượng cho đường xuống
Kết quả thực nghiệm cho thông lượng đường lên được so với tỉ lệ trung bình
Es/N0 nhận được với kênh mã hóa chương trình (MSC). Giống như trong đường xuống, băng thông sử dụng là 20MHz với mơ hình mở rộng. Hình 3.6 chỉ ra thông lượng của đường lên so với tỉ lệ Es/N0 và với sự tổn thất đường truyền từ eNodeB. Với hình bên phải ta thấy việc áp dụng một băng thông của NRB=97 (17.2MHz) trong vùng lân cận của cell có khả năng đạt thông lượng tới 50Mbps. Nếu giảm số lượng băng thông được phân bổ tới người sử dụng tại biên của cell thì sẽ làm tăng vùng.
3.2.5.3 Thực nghiệm thứ nhất với mơi trường thực địa [5]
Thí nghiệm này được thực hiện tại hai thành phố Yokosuka và Kanagawa của Nhật Bản với 3 tuyến đường để tính tốn. Tuyến đường 1-Yokosuka được coi là trong mơi trường tầm nhìn thẳng (LOS) với khoảng cách giữa 2 BS là từ 120-350m. Tuyến đường 2-Kanagawa trong mơi trường ngồi tầm nhìn (NLOS) với khoảng cách 2 BS là từ 350-470m, chiều cao của anten BS là 39,6m. Tuyến đường 3 gồm hỗn hợp môi trường LOS và NLOS trong khu vực bị chi phối bởi các tịa nhà cao tầng (nội đơ) với khoảng cách giữa BS là 400-820m, chiều cao anten BS là 56.6m. Mỗi anten có góc phương vị là 90°, sử dụng 2 nhánh truyền nhận với độ lợi mỗi anten là 18dBi. Tổng công suất phát là 10W (40 dBm). Về phía bên thu, anten của MS được cài đặt trên trần của một xe ô tô với độ cao là 3.1m, nó gồm 2 nhánh truyền nhận với góc phương vị là vơ hướng. Cơng suất phát là 200mW (23 dBm). Xe ô tô đi dọc theo các tuyến đường với tốc độ khoảng 10-30km/h. Kỹ thuật SU- MIMO 2*2 được sử dụng cho cả đường lên và đường xuống trong thực nghiệm này. Băng thông là 20MHz.
Ở đường xuống, thông lượng của một phân bổ ngẫu nhiên trong dạng tích lũy (CDF) được tính là tổng của 5 mã kênh (5CC) trong một thời gian là 100ms cho mỗi tuyến đường đo. Hình 3.7 thể hiện thơng lượng của đường xuống sử dụng kỹ thuật SU-MIMO 2*2. Kết quả là:
Ở tuyến đường 1, thông lượng tại MS với tốc độ là 30km/h kém hơn 10km/h
do ước lượng kênh khơng chính xác bằng. Một hiệu suất thông lượng lớn hơn 500Mbps (trên 100Mbps/1CC) đã đạt được trên 90% tuyến đường.
Ở tuyến đường 2, thông lượng của MS với 2 tốc độ là không thể so sánh do
chúng luôn luôn biến thiên nhưng giá trị thông lượng ở cả hai trường hợp được gần như là tương tự nhau. Lý do cho điều này là nhờ sự vận hành của HARQ làm sự suy giảm thông lượng đã được khử tới mức thấp nhất.
Ở tuyến đường 3, thông lượng là tốt hơn ở tuyến đường 2 cho dù khoảng
cách giữa các BS là lớn hơn. Tổng thông lượng đạt được hơn 500Mbps trên 30% tuyến đường. Lý do có được điều trên là chiều cao của hai anten trong hai trường hợp là khác nhau.
Ở đường lên, tổng thông lượng (2CC) của CDF được tính trong 100ms cho mỗi tuyến đường đo khi áp dụng kỹ thuật SU-MIMO 2*2 với tốc độ MS là 10km/h và thêm kỹ thuật SIMO 1*2 với tốc độ 30km/h. Hình 3.8 thể hiện điều trên.
Hình 3.8 Thơng lượng đường lên với tốc độ MS 10km/h và 30km/h Kết quả thu được của thí nghiệm là:
Ta thấy thông lượng trong trường hợp rank 1 tốt hơn so với SIMO 1*2 trong
tồn bộ q trình. Điều này chứng minh sự mở rộng vùng phủ làm đa dạng sự truyền phát vịng kín. Trong trường hợp rank 2, thông lượng là hơn
140Mbps trên 25% tuyến đường. Điều này chứng minh đa MIMO không gian làm tăng hiệu quả của thông lượng ở đường lên.
Ở tuyến đường 3, quỹ CDF của thông lượng trung bình vẫn được tính trong
100ms với những kỹ thuật đã được áp dụng giống tuyến đường 1 và 2. Nhưng thêm vào đó là tuyến đường sử dụng anten đối cực cho MS và BS và MS có tốc độ là 30km/h. Để so sánh, anten của trường hợp rank 2 được sử dụng là đồng cực. Khi đó, trường hợp rank 2 có hiệu quả cải thiện thông lượng chỉ khoảng 3% và chỉ đạt đỉnh là 170Mbps. Còn khi sử dụng anten đối cực, rank 2 có hiệu quả cải thiện thơng lượng là lớn và đạt đỉnh ở 230Mbps. Còn trong trường hợp rank 1, hiệu năng thông lượng được cải thiện đáng kể trong 45% tuyến đường so với tuyến đường sử dụng SIMO 1*2.
Thí nghiệm này chỉ ra được sự ảnh hưởng của kỹ thuật anten MIMO vào thông lượng. Và với việc sử dụng những kỹ thuật phù hợp ta có thể khắc phục được sự tác động của điều kiện môi trường như môi trường truyền, tốc độ di chuyển qua đó đem lại hiệu suất sử dụng tốt nhất.
3.2.5.4 Thực nghiệm thứ hai với môi trường thực địa [5]
Thông số sử dụng trong thí nghiệm là: băng thơng 5MHz, cơng suất trạm phát là 43dBm, sử dụng kỹ thuật MIMO 2*2, DL: OFDMA, UL: SC-FDMA và thực nghiệm trong môi trường khu dân cư của thành phố Kawasaki của Nhật Bản. Hệ thống thực nghiệm gồm có eNodeB, mạng lõi EPC, và các UE cho cấu hình 3 trạm BS và 7 cell. Hình 3.9 miêu tả cấu trúc thực nghiệm được sử dụng.
Hình 3.9 Cấu trúc mạng LTE thực nghiệm
Mỗi BS được trang bị 2 anten phân cực ngang (H) và thẳng đứng (V). Mỗi anten cao 30m và được đặt tại đỉnh của một tòa nhà. Các thiết bị đầu cuối (TE) được mang trên một ô tô trong suốt q trình thử nghiệm. Và giá trị thơng lượng lớn nhất đạt được trong trường hợp xe ô tô chưa di chuyển cho DL là 34.6Mbps, UL là 9.5Mbps.
Mặc dù kỹ thuật MIMO rõ ràng đã làm tăng thông lượng nhưng để làm rõ hiệu quả của anten phân cực lên thông lượng người ta thêm 2 anten lưỡng cực với phân cực thẳng đứng trên nóc của ơ tơ. Chiều cao mỗi anten là 2m so với mặt đất. Trường hợp 1 là hai anten đặt sát bên nhau cách nhau 1.5 lần bước sóng (VV pattern). Trường hợp 2 là 2 anten được đặt nghiêng về 2 phía một góc 45° (±45°). Tuyến đường thực nghiệm được chỉ ra ở hình 3.10. Phần lớn tuyến đường là NLOS với những chi tiết cụ thể của BS phù hợp với sự xuất hiện của nhiều tòa nhà. Và tất nhiên sẽ có một tuyến đường là LOS để đem lại sự so sánh.
Hình 3.10 Tuyến đường thực nghiệm
Trong khi anten lưỡng cực thêm vào có ít hiệu quả với trường hợp tuyến đường NLOS (S tới E) thì nó lại có hiệu quả đáng kể với tuyến đường LOS (F tới G). Thông lượng gần như bằng với giá trị lớn nhất là 35Mbps với anten lượng cực loại
±45°. Trong khi đó, với anten lưỡng cực loại VV chỉ đạt khoảng 25Mbps. Hình 3.11 thể hiện thơng lượng qua các tuyến đường.
Hình 3.11 Biểu đồ diễn tả thơng lượng
Trong tuyến đường NLOS, hai loại anten mang tới một sự khác biệt nhỏ. Tuy nhiên trong tuyến đường LOS thì anten loại VV mang lại thông lượng thấp hơn loại
thẳng đứng. Nguyên nhân nữa dẫn tới điều này là sự tương quan giữa anten thu là lớn hơn với anten loại VV. Bảng sau đây nói rõ hơn về điều này.
Bảng 3.5 Thông lượng DL thu được khi sử dụng 2 loại anten
Pattern VV ±45°
NLOS-thơng lượng trung bình 20.7Mbps 21.7Mbps LOS
Thơng lượng trung bình 27.2Mbps 34.1Mbps SINR (anten loại V) 32.8dB 37.7dB SINR (anten loại H) 29.8dB 36.8dB
Kết quả thí nghiệm này cho thấy sự khác nhau khi sử dụng những loại anten thu phát vào việc truyền sóng. Và so sánh với thí nghiệm thứ nhất thì việc sử dụng băng thơng khác nhau cũng cho ta một tốc độ truyền tải dữ liệu khác nhau.
3.2.5.5 Thực nghiệm thực địa ở Việt Nam [6]
Thí nghiệm được thực hiện ngày 8/10/2010 bởi hãng Ericsson phối hợp với Cục tần số VTĐ. Địa điểm thực hiện là trong thành phố Hà Nội. Các thông số được sử dụng trong thí nghiệm là băng thơng 20MHz, băng tần 2300-2400MHz, chế độ song công TDD-LTE, độ cao của anten BS là 45km và bán kính phủ sóng 1km trong nội thành. Điều đáng tiếc trong thí nghiệm này là trạm gốc LTE được đặt tại Việt Nam nhưng chỉ được kết nối với mạng lõi cơ sở đặt tại Thụy Điển với khoảng cách là 8000km dẫn tới độ trễ lớn. Hình 3.12 là q trình thực hiện thí nghiệm. Để thử nghiệm tốc độ DL/UL của công nghệ các chuyên gia sử dụng việc di chuyển một chiếc xe ơ tơ có gắn anten thu phát sóng cao khoảng 3m so với mặt đất.
Kết quả thu được là: Công nghệ LTE đáp ứng tốt các dịch vụ Internet cơ bản như Wed, mail, yahoo; sử dụng tốt các ứng dụng thoại, dịch vụ hội tụ như video, truyền hình tương tác… Thơng lượng đo được tại trạm có RSRP=70dB là DL: 80Mbps; UL: 20Mbps. Thông lượng khi xảy ra Handover giữa 2 eNodeB là DL: 42.5Mbps; và UL: 851.2Kbps. Thông lượng khi thử nghiệm trong điều kiện tầm
Hình 3.12 Q trình thực hiện thí nghiệm
Hình 3.13 thể hiện giá trị thơng lượng UL/DL đo được trong thí nghiệm khi xe di chuyển trên đường Trần Duy Hưng.
Hình 3.13 Giá trị thơng lượng đo được trong thí nghiệm
3.2.6 Kết quả triển khai công nghệ
Ở Việt Nam các băng tần 900MHZ và 1800MHz đã được cấp phép sử dụng cho mạng GSM; 1900MHz-2200MHz được cấp phép quy hoạch cho 3G WCDMA/HSPA; băng tần 700MHz thì sử dụng cho việc phát sóng truyền hình. Theo bộ Thơng Tin và Truyền Thơng, băng tần 2300-2400 Mhz và 2500-2690 Mhz
đã được ban hành quy hoạch cho hệ thống thông tin di động IMT của Việt Nam. Và thực tế băng tần 2500-2690 MHz đã được bộ cấp phép cho VNPT và Viettel… thử nghiệm mạng LTE. Các hãng sản xuất thiết bị như Ericsson, Qualcom cho rằng Việt Nam nên sử dụng chung hướng băng tần 2600Mhz cho mạng LTE cùng với các nước khác trên thế giới để giảm chi phí thiết bị, đầu tư cho các nhà mạng. Do vậy tại thời điểm bắt đầu thử nghiệm này thì việc lựa chọn băng tần 2500-2690 MHz cho mạng LTE là đúng đắn nhất.
Ngày 10/10/2010, VNPT đã tuyên bố hồn thành trạm BTS theo cơng nghệ LTE đầu tiên tại tịa nhà internet lơ 2A làng quốc tế Thăng Long Cầu Giấy Hà Nội với tốc độ truy cập có thể lên tới 60Mbps. Giai đoạn 1 dự án thử nghiệm cung cấp dịch vụ vô tuyến băng thông rộng LTE của VNPT sẽ được VDC triển khai với 15 trạm BTS tại Hà Nội, bán kính phủ sóng mỗi trạm khoảng 1 km.
Hình 3.14 Trạm BTS LTE đầu tiên ở Việt Nam
Viettel cũng sẽ phối hợp với Huawei tiến hành lắp đặt tích hợp thiết bị LTE tại quận Tân Bình, Tp.Hồ Chí Minh. Trước đó Viettel cũng đã tiến hành việc lắp đặt tích hợp ở Hà Nội và đang trong q trình nhân rộng. Đó là Viettel tiến hành một hệ
khi triển khai mạng thử nghiệm LTE sẽ không ảnh hưởng tới chất lượng mạng 3G và 2G đang cung cấp phục vụ khách hàng. Hình 3.15 là bộ thu phát sóng LTE.
Hình 3.15 Bộ thu phát sóng LTE Bên cạnh đó là hệ thống mạng lõi EPC của cơng nghệ LTE. cạnh đó là hệ thống mạng lõi EPC của cơng nghệ LTE.
Hình 3.16 Hệ thống mạng lõi EPC
Tại Việt Nam hiện nay, có 2 nhà mạng cung cấp dịch vụ thơng tin di động lớn nhất là VNPT (VinaPhone, MobiPhone) và Viettel đều đã có cơ sở hạ tầng mạng
lưới 2G và 3G rộng khắp nên việc triển khai mạng lưới với cơng nghệ LTE trên hạ tầng có sẵn là giải pháp mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất vì mạng lõi doanh nghiệp đang đầu tư đã có tính năng hỗ trợ cơng nghệ, cịn mạng vơ tuyến trong q trình triển khai cũng đã đầu tư hệ thống sẵn sàng cho mạng LTE nên chỉ cần phát triển thêm các phần mềm là có thể cung cấp dịch vụ theo yêu cầu. Hiện tại có hai con đường để Việt Nam phát triển lên hệ thống di động 4G, thứ nhất đó là phát triển hệ thống thơng tin di động 3G/HSPA+ hiện tại lên mạng LTE với tư cách là hệ thống tiệm cận 4G nhưng có những phát triển rất lớn về tốc độ dữ liệu cao. Mạng LTE mở ra cơ hội tăng lưu lượng thông qua những ứng dụng di động mới, theo kỳ vọng thì cơng nghệ LTE sẽ đạt được tốc độ trung bình 50Mbps-100Mbps, là một sự gia tăng đáng kể so với thế hệ 3G và hơn nữa giúp tăng cường dung lượng truyền tải với giá thành thấp hơn từ đó tăng hiệu quả truyền tải. Hướng thứ hai là tiến