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 phủ sóng 5/30/100km 1/5/30km 1/5/30km Số ngƣời 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 thị trƣờng 2009- 2010/2012 2007-2008/2009 2010
Nhận thấy lợi thế của LTE, một số nhà khai thác mạng đã cân nhắc lại việc triển khai WiMax và đã có nhà khai thác quyết định từ bỏ con đƣờng WiMax để chuyển sang LTE, đáng kể trong số đó có hai tên tuổi lớn nhất tại Mỹ là 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, chỉ có 30% đi theo 802.16e. Khảo sát cho thấy các nhà khai thác di động ở Bắc Mỹ và 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 hộ WiMax.
Trong cuộc đua 4G, WiMax và LTE hiện là hai công nghệ sáng giá nhất. Liệu hai cơng 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 đồn viễn thơng 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 giành đƣợc số lƣợng giấy phép sử dụng băng tần 700Mhz thứ 2 sau Verizon, mạng AT&T cũng lên kế hoạch sử dụng băng tần này cho LTE. Hãng này tun bố có đủ băng thơng 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 cơng 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 khơng dây vào cơng nghệ LTE thay vì cơng nghệ đối thủ Wimax.
Tƣơng lai khơng cịn 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 đốn của chúng tơi, 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
Hiệu suất hệ thống
Kiến trúc và sự dịch chuyển (migration)
Quản lí tài ngun vơ 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 khơng 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 khơng 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 khơng tải (unloaded network), nghĩa là khơng 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 khơng tích cực trong tế bào khơng 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 khơng 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 một bộ 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 khơng thấy có đặc tính kĩ thuật về u 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 u cầu này sẽ khơng 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 khơng 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 cơng nghệ truy cập vơ 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.