nghiên cứu hệ thống thông tin di động tiền 4g lte (long term evolution)

5






LỜI NÓI
ĐẦU




Trong những năm gần đây, mạng không dây ngày càng trở nên phổ biến với sự
ra đời của hàng loạt những công nghệ khác nhau nhƣ Wi-Fi (802.1x), WiMax
(802.16) Cùng với đó là tốc độ phát triển nhanh, mạnh của mạng viễn thông phục
vụ nhu cầu sử dụng của hàng triệu
ngƣời
mỗi ngày. Hệ thống di động thế hệ thứ hai,
với GSM và CDMA là những ví dụ điển hình đã phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc
gia. Tuy nhiên, thị
trƣờng
viễn thông càng mở rộng càng thể hiện rõ những hạn chế
về dung
lƣợng
và băng thông của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai. Sự
ra đời của hệ thống di động thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêu biểu
nhƣ
WCDMA
hay HSPA là một tất yếu để có thể đáp ứng đƣợc nhu cầu truy cập dữ liệu, âm
thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng thông rộng của ngƣời sử dụng.

Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ 2.5G hay 3G vẫn đang phát triển
không ngừng nhƣng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đã bắt đầu tiến
hành triển khai thử nghiệm một chuẩn di động thế hệ mới có rất nhiều tiềm năng và
có thể sẽ trở thành chuẩn di động 4G trong tƣơng lai, đó là LTE (Long Term
Evolution). Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này đã chứng tỏ năng lực tuyệt vời
của công nghệ LTE và khả năng
thƣơng
mại hóa LTE đã đến rất gần.
Trƣớc
đây, muốn truy cập dữ liệu, phải cần có 1
đƣờng
dây cố định để kết nối.
Trong
tƣơng
lai không xa với LTE, có thể truy cập tất cả các dịch vụ mọi lúc mọi
nơi trong khi vẫn di chuyển: xem phim chất
lƣợng
cao HDTV, điện thoại thấy hình,
chơi game, nghe nhạc trực tuyến, tải cơ sở dữ liệu v.v… với một tốc độ “siêu tốc”.
Đó chính là sự khác biệt giữa mạng di động thế hệ thứ 3 (3G) và mạng di động thế
hệ thứ tƣ (4G). Tuy vẫn còn khá mới mẻ
nhƣng
mạng di động băng rộng 4G đang
đƣợc kỳ vọng sẽ tạo ra nhiều thay đổi khác biệt so với những mạng di động hiện
nay. Chính vì vậy, em đã lựa chọn làm đồ án tốt nghiệp về đề tài “Nghiên cứu hệ
thống thông tin di động tiền 4G LTE (Long Term Evolution)”.
Đồ án đi vào tìm hiểu tổng quan về công nghệ LTE cũng nhƣ là những kỹ
thuật và thành phần
đƣợc
sử dụng trong công nghệ này để có thể hiểu rõ thêm về

những tiềm năng hấp dẫn mà công nghệ này sẽ mang lại và tình hình triển khai công
nghệ này trên thế giới và tại VIỆT NAM .
6






Đề tài gồm 6
chƣơng
:

CHƢƠNG
1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
VÀ GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ LTE

CHƢƠNG
2: KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC

CHƢƠNG
3: TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE

CHƢƠNG
4: LỚP VẬT LÝ LTE

CHƢƠNG
5: CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP

CHƢƠNG

6: TRIỂN KHAI LTE TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT
NAM
Để thực hiện đồ án tốt nghiệp này, em đã sử dụng những kiến thức
đƣợc
trang bị
trong 5 năm đại học và những kiến thức chọn lọc từ các tài liệu của các thầy giáo,
cô giáo trong và ngoài
trƣờng
. Ngoài ra, đồ án còn sử dụng những tài liệu phổ biến
rộng rãi trên Internet.
Mặc dù đã rất cố gắng, nhƣng do hạn chế về thời gian cũng nhƣ những hiểu
biết có hạn của một sinh viên nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót. Để đồ án đƣợc
hoàn thiện hơn, em rất mong nhận
đƣợc
các ý kiến đóng góp của các thầy giáo, cô
giáo cũng
nhƣ
các bạn sinh viên.






Sinh viên thực hiện : Nguyễn Tuấn Anh
7

MỤC
LỤC


TỜ BÌA 1
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP…………………………………3

LỜI NÓI ĐẦU 5

MỤC LỤC……………………………………………………………………7

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 11

DANH MỤC HÌNH VẼ 18

DANH MỤC BẢNG BIỂU 21

CHƢƠNG
1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG &
GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LTE 22
1.1. Tổng quan về hệ thống thông tin di
động
22

1.1.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất ( 1G)
22

1.1.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (
2G)

23


1.1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (
3G) 25


1.2. Giới thiệu về công nghệ
LTE
27

CHƢƠNG
2 – KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC 30

2.1. Kiến trúc mạng LTE 30

2.1.1. Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ
thống 31


2.1.2. Thiết bị
ngƣời
dùng (
UE)

32

2.1.3. E-UTRAN nodeB
(eNodeB) 33


2.1.4. Thực thể quản lý tính di động
(MME) 34


2.1.5. Cổng phục vụ (
S-GW) 36


2.1.6. Cổng mạng dữ liệu gói( P-GW)
38


2.1.7. Chức năng chính sách và tính
cƣớc
tài nguyên ( PCRF)
40


2.1.8. Máy chủ thuê bao
thƣờng
trú (HSS)
41


2.2. Các giao diện và giao thức trong cấu hình kiến trúc cơ bản của hệ

thống


41


2.3. QoS và kiến trúc dịch vụ mang
chuyển
45
8






2.4. Giao thức trạng thái và chuyển tiếp trạng thái 46

2.5. Hỗ trợ tính di động liên tục 47

2.6. Kiến trúc hệ thống phát quảng bá đa
điểm
50

CHƢƠNG
3 - TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE 54

3.1. Các chế độ truy nhập vô
tuyến
54

3.2. Băng tần truyền
dẫn
54

3.3. Các băng tần
đƣợc
hỗ trợ 55

3.4. Kỹ thuật đa truy nhập cho
đƣờng
xuống
OFDMA
56

3.4.1. OFDM 56

3.4.2. Các tham số
OFDMA
58

3.4.3. Truyền dẫn dữ liệu
hƣớng xuống
61

3.5. Kỹ thuật đa truy nhập
đƣờng
lên LTE
SC-FDMA
63

3.5.1.
SC-FDMA
63

3.5.2. Các tham số SC-FDMA 64

3.5.3. Truyền dẫn dữ liệu
hƣớng
lên 66

3.5.4. So sánh OFDMA và SC-FDMA 67

3.6. Tổng quan về kỹ thuật đa ăng ten MIMO 69

3.6.1. Đơn đầu vào Đơn đầu ra
(SISO)
70

3.6.2. Đơn đầu vào đa đầu ra
(SIMO)
70

3.6.3. Đa đầu vào đơn đầu ra
(MISO)
70

3.6.4. Đa đầu vào đa đầu ra
(MIMO)
70

3.6.5. Kế hoạch LTE đa ăng
ten
72

3.6.5.1. Chế độ truyền dẫn đa ăng ten đường xuống
LTE

73

3.6.5.2. Chế độ đa ăng ten hướng lên
LTE


75

CHƢƠNG
4 - LỚP VẬT LÝ LTE 76

4.1. Các kênh truyền tải và ánh xạ của chúng tới các kênh vật lý 76

4.2. Điều chế 77

4.3. Truyền tải dữ liệu
ngƣời
sử dụng
h
ƣ
ớng
lên 78

4.4. Truyền dẫn dữ liệu
ngƣời
dùng
hƣớng
xuống
83
9






4.5. Truyền dẫn tín hiệu lớp vật lý
hƣớng
lên
87

4.5.1. Kênh điều khiển
đƣờng
lên vật lý ( PUCCH) 88

4.5.2. Cấu hình
PUCCH
89

4.5.3. Báo hiệu điều khiển trên PUSCH 89

4.6. Cấu trúc PRACH (Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý) 92

4.7. Truyền dẫn báo hiệu lớp vật lý
hƣớng
xuống
93

4.7.1. Kênh chỉ thị định dạng điều khiển vật lý (PCFICH) 93

4.7.2. Kênh điều khiển
hƣớng
xuống vật lý (
PCDCH)
94

4.7.3. Kênh chỉ thị HARQ vật lý (
PHICH)
95

4.7.4. Các chế độ truyền dẫn
hƣớng
xuống
95

4.7.5. Kênh quảng bá vật lý ( PBCH) 96

4.7.6. Tín hiệu đồng bộ 97

4.8. Các thủ tục lớp vật lý 98

4.8.1. Thủ tục HARQ 98

4.8.2. Ứng
trƣớc
định
thời
99

4.8.3. Điều khiển công
suất
100

4.8.4. Nhắn tin 101

4.8.5. Thủ tục báo cáo phản hồi kênh 101

4.8.6. Hoạt động chế độ bán song công 102

4.8.7. Các lớp khả năng của UE và các đặc điểm
đƣợc
hỗ trợ 102

4.9. Đo
lƣờng
lớp vật lý 103

4.9.1. Đo
lƣờng
eNodeB 103

4.9.2. Đo

lƣờng
UE 104

4.10. Cấu hình tham số lớp vật
lý
104

CHƢƠNG
5 – CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP 106

5.1. Thủ tục dò tìm
ô
106

5.1.1. Các
bƣớc
của thủ tục dò tìm
ô
106

5.1.2. Cấu trúc thời gian/tần số của tín hiệu đồng
bộ
108

5.1.3. Dò tìm ban đầu và dò tìm ô lân cận 109
10

5.2. Truy nhập ngẫu
nhiên
110

5.2.1.
Bƣớc
1 : Truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu
nhiên
111

5.2.2.
Bƣớc
2 : Đáp ứng truy nhập ngẫu nhiên 115

5.2.3.
Bƣớc
3: Nhận dạng thiết bị đầu
cuối
116

5.2.4.
Bƣớc
4: Giải quyết tranh chấp 117

CHƢƠNG
6 – TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI LTE TRÊN THẾ GIỚI VÀ
TẠI VIỆT NAM 118
6.1. Triển khai LTE trên thế giới 118

6.2. Triển khai LTE tại VIỆT NAM 122

KẾT LUẬN VÀ
HƢỚNG
PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 124

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
HƢỚNG
DẪN 125

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT 125

LỜI CẢM ƠN 126

TÀI LIỆU THAM KHẢO 127
11






DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT



3GPP
Third Generation Partnership
Project

Dự án các đối tác thế hệ thứ ba
AAA
Authentication, Authorization
and Accounting
Xác thực, cấp phép và tính cƣớc
ACF
Analog Channel Filter
Bộ lọc kênh
tƣơng
tự
ACIR
Adjacent Channel Interference
Rejection
Loại bỏ nhiễu kênh lân cận
ACK
Acknowledgement
Sự báo nhận
ACLR
Adjacent Channel Leakage Ratio
Tỉ lệ dò kênh lân cận
ACS
Adjacent channel selectivity
Chọn lọc kênh lân cận
ADC
Analog-to Digital Conversion
Chuyển đổi
tƣơng
tự - số
ADSL
Asymmetric Digital Subscriber

Line
Đƣờng
dây thuê bao số không đối
xứng
AM
Acknowledged Mode
Chế độ báo nhận
AMBR
Aggregate Maximum Bit Rate
Tốc độ bít tối đa cấp phát
AMD
Acknowledged Mode Data
Dữ liệu chế độ báo nhận
AMR
Adaptive Multi-Rate
Đa tốc độ thích ứng
AMR-NB
Adaptive Multi-Rate Narrowband
Băng hẹp đa tốc độ thích ứng
AMR-WB
Adaptive Multi-Rate Wideband
Băng rộng đa tốc độ thích ứng
ARP
Allocation Retention Priority
Ƣu
tiên duy trì cấp phát
ATB
Adaptive Transmission
Bandwidth
Băng thông truyền dẫn thích nghi

AWGN
Additive White Gaussian Noise
Nhiễu Gauss trắng thêm vào
AMPS
Advanced Mobile Phone Sytem
Hệ thống điện thoại di động tiên
tiến
BB
Baseband
Băng gốc
BCCH
Broadcast Control Channel
Kênh điều khiển phát quảng bá
BCH
Broadcast Channel
Kênh phát quảng bá
AMPS
Advanced Mobile Phone Sytem
Hệ thống điện thoại di động tiên
tiến
BPF
Band Pass Filter
Bộ lọc băng tần
BPSK
Binary Phase Shift Keying
Khóa dịch pha nhị phân
BS
Base Station
Trạm gốc
BSC

Base Station Controller
Điều khiển trạm gốc
BSR
Buffer Status Report
Báo cáo tình trạng bộ đệm
BTS
Base Transceiver Station
Trạm thu phát gốc
BW
Bandwidth
Dải thông
CAZAC
Constant Amplitude Zero
Autocorrelation Codes
Mã tự
tƣơng
quan zero biên độ
không đổi
12






CBR
Constant Bit Rate
Tốc độ bít không đổi
CCE
Control Channel Element

Phần tử kênh điều khiển
CCCH
Common Control Channel
Kênh điều khiển chung
CDD
Cyclic Delay Diversity
Phân tập trễ vòng
CDF
Cumulative Density Function
Chức năng mật độ tích lũy
CDM
Code Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo mã
CDMA
Code Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã
AIR
Carrier to Interference Ratio
Tỷ số sóng mang trên tập âm
CP
Cyclic Prefix
Tiền tố vòng
CPICH
Common Pilot Channel
Kênh điều khiển chung
CQI
Channel Quality Information
Thông tin chất
lƣợng
kênh

CRC
Cyclic Redundancy Check
Kiểm tra
dƣ
vòng
C-RNTI
Ô Radio Network Temporary
Identifier
Nhận dạng tạm thời mạng vô tuyến
tế bào
CS
Circuit Switched
Chuyển mạch kênh
CSCF
Call Session Control Function
Chức năng điều khiển phiên cuộc
gọi
D-BCH
Dynamic Broadcast Channel
Kênh phát quảng bá động
DCCH
Dedicated Control Channel
Kênh điều khiển riêng
DCI
Downlink Control Information
Thông tin điều khiển
đƣờng
xuống
DFCHA
Dynamic Frequency and Channel

Allocation
Cấp phát kênh và tần số động
DFT
Discrete Fourier Transform
Biến đổi fourier rời rạc
DL
Downlink
Đƣờng
xuống
UL
uplink
Đƣờng
lên
DL-SCH
Downlink Shared Channel
Kênh chia sẻ
đƣờng
xuống
DPCCH
Dedicated Physical Control
Channel
Kênh điều khiển vật lý riêng
DTX
Discontinuous Transmission
Truyền phát không liên tục
DwPTS
Downlink Pilot Time Slot
Khe thời gian điều khiển đƣờng
xuống
E-DCH

Enhanced DCH
DCH
đƣợc
tăng cƣờng
EDGE
Enhanced Data Rates for GSM
Evolution
Tốc độ dữ liệu tăng
cƣờng
cho
GSM phát triển
EPC
Evolved Packet Core
Mạng lõi gói phát triển
EPDG
Evolved Packet Data Gateway
Cổng dữ liệu gói phát triển
E-
UTRAN
Evolved Universal Terrestrial
Radio Access
Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn
cầu phát triển
EDO
Evolution Data Only
Chỉ có dữ liệu phát triển
FD
Frequency Domain
Miền tần số
FDD

Frequency Division Duplex
Song công phân chia tần số
FDM
Frequency Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia tần số
13






FDPS
Frequency Domain Packet
Scheduling
Lập biểu gói miền tần số
FFT
Fast Fourier Transform
Biến đổi furier nhanh
FS
Frequency Selective
Lựa chọn tần số
GERAN
GSM/EDGE Radio Access Network
Mạng truy nhập vô tuyến
GSM/EDGE
GGSN
Gateway GPRS Support Node
Nút cổng hỗ trợ GPRS
GP

Guard Period
Khoảng bảo vệ
GPRS
General packet radio service
Dịch vụ vô tuyến gói chung
GPS
Global Positioning System
Hệ thống định vị toàn cầu
GRE
Generic Routing Encapsulation
Đống gói định tuyến chung
GSM
Global System for Mobile
Communications
Hệ thống truyền thông di động
toàn cầu
GTP
GPRS Tunneling Protocol
Giao thức
đƣờng
hầm GPRS
GTP-C
GPRS Tunneling Protocol,
Control Plane
Mặt phẳng điều khiển, giao thức
đƣờng
hầm GPRS
GUTI
Globally Unique Temporary
Identity

Nhận dạng tạm thời duy nhất toàn
cầu
GW
Gateway
Cổng
HARQ
Hybrid Automatic Repeat
reQuest
Yêu cầu lặp lại tự động hỗ hợp
HO
Handover
Sự chuyển vùng
HSDPA
High Speed Downlink Packet
Access
Truy nhập gói
đƣờng
xuống tốc độ
cao
HS-DSCH
High Speed Downlink Shared
Channel
Kênh chia sẻ
đƣờng
xuống tốc độ
cao
HSCSD
High Speed Circuit Switched
Data
Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ

cao
HSPA
High Speed Packet Access
Truy nhập gói tốc độ cao
HS-
PDSCH
High Speed Physical Downlink
Shared Channel
Kênh chia sẻ
đƣờng
xuống vật lý
tốc độ cao
HSS
Home Subscriber Server
Máy chủ thuê bao
thƣờng
trú
HS-SCCH
High Speed Shared Control
Channel
Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao
HSUPA
High Speed Uplink Packet
Access
Truy nhập gói
đƣờng
lên tốc độ
cao
ICI
Inter-carrier Interference

Nhiễu liên sóng mang
ICIC
Inter-ô Interference Control
Điều khiển nhiễu liên ô
ID
Identity
Nhận dạng
IFFT
Inverse Fast Fourier Transform
Biến đổi furier nhanh nghịch đảo
IMS
IP Multimedia Subsystem
Hệ thống con đa
phƣơng
tiện IP
IMT
International Mobile
Telecommunications
Truyền thông di động quốc tế
14






IP
Internet Protocol
Giao thức Internet
ISDN

Integrated Services Digital
Network
Mạng số dịch vụ tích hợp
ISI
Inter Symbols Interference
Nhiễu liên ký tự
LNA
low noise amplifier
Khuyêch đại âm nhiễu thấp
LO
Local Oscillator
Bộ dao động nội
LOS
Line of Sight
Tầm nhìn thẳng
LTE
Long Term Evolution
Sự phát triển dài hạn
MAC
Medium Access Control
Điều khiển truy nhập môi trƣờng
MAP
Mobile Application Part
Phần ứng dụng di động
MBMS
Multimedia Broadcast Multicast
System
Hệ thống phát quảng bá đa điểm
đa
phƣơng

tiện
MBR
Maximum Bit Rate
Tốc độ bít tối đa
MCH
Multicast Channel
Kênh đa điểm
MCS
Modulation and Coding Scheme
Sơ đồ mã hóa và điều chế
MGW
Media Gateway
Cổng
phƣơng
tiện
MIMO
Multiple Input Multiple Output
Đa đầu vào đa đầu ra
MIP
Mobile IP
IP di động
MM
Mobility Management
Quản lý tính di động
MME
Mobility Management Entity
Phần tử quản lý tính di động
MPR
Maximum Power Reduction
Sự giảm công suất tối đa

MSC
Mobile Switching Center
Chung tâm chuyển mạch di động
NACK
Negative Acknowledgement
Báo nhận không thành công
NAS
Non-access Stratum
Tầng không truy nhập
NAS
Network Address Table
Bảng địa chỉ mạng
NB
Narrowband
Băng hẹp
NMT
Nordic Mobile Telephone
Điện thoại di động Bắc Âu
OFDM
Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia tần số trực
giao
OFDMA
Orthogonal Frequency Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia tần số trực
giao
O&M
Operation and Maintenance

Vận hành và bảo dƣỡng
PAPR
Peak to Average Power Ratio
Tỉ lệ công suất đỉnh tới trung bình
PAR
Peak-to-Average Ratio
Tỉ lệ đỉnh-trung bình
PC
Power Control
Điều khiển công suất
PCCC
Parallel Concatenated
Convolution Coding
Mã xoắn ghép song song
PCCPCH
Primary Common Control
Physical Channel
Kênh vật lý điều khiển chung sơ
cấp
PCFICH
Physical Control Format
Indicator Channel
Kênh chỉ thị dạng điều khiển vật lý
PCH
Paging Channel
Kênh nhắn tin
15

PCI
Physical Ô Identity
Nhận dạng ô vật lý
PCM
Pulse Code Modulation
Điều chế xung mã
PCRF
Policy and Charging Resource
Function
Chức năng tính
cƣớc
tài nguyên và
chính sách
PCS
Personal Communication
Services
Dịch vụ truyền thông cá nhân
PDCCH
Physical Downlink Control
Channel
Kênh điều khiển
đƣờng
xuống vật
lý
PDCP
Packet Data Convergence
Protocol

Giao thức hội tụ dữ liệu gói
PDN
Packet Data Network
Mạng dữ liệu gói
PDU
Payload Data Unit
Đơn vị dữ liệu tải tin
PDSCH
Physical Downlink Shared
Channel
Kênh chia sẻ
đƣờng
xuống vật lý
P-GW
Packet Data Network Gateway
Cổng mạng dữ liệu gói
PHICH
Physical HARQ Indicator
Channel
Kênh chỉ thị HARQ vật lý
PHY
Physical Layer
Lớp vật lý
PLL
Phase Locked Loop
Vòng khóa pha
PLMN
Public Land Mobile Network
Mạng di động mặt đất công cộng
PMIP

Proxy Mobile IP
IP di động ủy nhiệm
PN
Phase Noise
Tiếng ồn pha
PRACH
Physical Random Access
Channel
Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý
PRB
Physical Resource Block
Khối tài nguyên vật lý
PS
Packet Switched
Chuyển mạch gói
PSD
Power Spectral Density
Mật độ phổ công suất
PSS
Primary Synchronization Signal
Tín hiệu đồng bộ sơ cấp
PUCCH
Physical Uplink Control Channel
Kênh điều khiển
hƣớng
lên vật lý
PUSCH
Physical Uplink Shared Channel
Kênh chia sẻ
hƣớng

lên vật lý
QAM
Quadrature Amplitude
Modulation
Điều chế biên độ cầu phƣơng
QCI
QoS Class Identifier
Nhận dạng cấp QoS
QoS
Quality of Service
Chất
lƣợng
dịch vụ
QPSK
Quadrature Phase Shift Keying
Khóa dịch pha vuông góc
RACH
Random Access Channel
Kênh truy nhập ngẫu nhiên
RAN
Radio Access Network
Mạng truy nhập vô tuyến
RAR
Random Access Response
Đáp ứng truy nhập ngẫu nhiên
RB
Resource Block
Khối tài nguyên
RBG
Radio Bearer Group

Nhóm truyền tải vô tuyến
RF
Radio Frequency
Tần số vô tuyến
RI
Rank Indicator
Chỉ thị bậc
16






RLC
Radio Link Control
Điều khiển kết nối vô tuyến
RNC
Radio Network Controller
Điều khiển mạng vô tuyến
RRC
Radio Resource Control
Điều khiển tài nguyên vô tuyến
RRM
Radio Resource Management
Quản lý tài nguyên vô tuyến
RS
Reference Signal
Tín hiệu chuẩn
RSCP

Received Symbol Code Power
Công suất mã ký hiệu nhận đƣợc
RSRP
Reference Symbol Received
Power
Công suất thu
đƣợc
ký hiệu chuẩn
RSRQ
Reference Symbol Received
Quality
Chất
lƣợng
thu
đƣợc
ký hiệu chuẩn
RSSI
Received Signal Strength
Indicator
Chỉ thị
cƣờng
độ tín hiệu thu đƣợc
SAE
System Architecture Evolution
Phát triển kiến trúc hệ thống
SCCPCH
Secondary Common Control
Physical Channel
Kênh vật lý điều khiển chung thứ
cấp

SCM
Spatial Channel Model
Chế độ kênh không gian
SC-
FDMA
Single Carrier Frequency
Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia tần số đơn
sóng mang
SCH
Synchronization Channel
Kênh đồng bộ
SCTP
Stream Control Transmission
Protocol
Giao thức truyền dẫn điều khiển
luồng
SDU
Service Data Unit
Đơn vị dữ liệu dịch vụ
SFBC
Space Frequency Block Coding
Mã khối tần số không gian
SFN
System Frame Number
Số khung hệ thống
SGSN
Serving GPRS Support Node
Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS
S-GW

Serving Gateway
Cổng phục vụ
SIB
System Information Block
Khối thông tin hệ thống
SIMO
Single Input Multiple Output
Đơn đầu vào đa đầu ra
SMS
Short Message Service
Dịch vụ bản tin ngắn
SNR
Signal to Noise Ratio
Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu
SON
Self Optimized Networks
Mạng tự tối
ƣ
u

SR
Scheduling Request
Yêu cầu lập lịch biểu
S-RACH
Short Random Access Channel
Kênh truy nhập ngẫu nhiên ngắn
SRB
Signaling Radio Bearer
Phần tử mang báo hiệu vô tuyến
SRS

Sounding Reference Signals
Tín hiệu chuẩn thăm dò
SSS
Secondary Synchronization
Signal
Tín hiệu đồng bộ thứ cấp
SU-
MIMO
Single User Multiple Input
Multiple Output
Đơn
ngƣời
dùng - Đa đầu vào đa
đầu ra
S1AP
S1 Application Protocol
Giao thức ứng dụng S1
TA
Tracking Area
Khu vực theo dõi
TBS
Transport Block Size
Kích
thƣớc
khối truyền tải
17

TACS
Total Access Communication
Sytem
Hệ thống truyền thông truy nhập
toàn phần
TD
Time Domain
Miền thời gian
TDD
Time Division Duplex
Song công phân chia thời gian
TD-LTE
Time Division Long Term
Evolution
Phân chia theo thời gian - LTE
TD-
SCDMA
Time Division Synchronous Code
Division Multiple Access
Phân chia theo thời gian – đa truy
nhập phân chia theo mã đồng bộ
TPC
Transmit Power Control
Điều khiển công suất phát
TRX
Transceiver
Bộ thu phát
TTI

Transmission Time Interval
Khoảng thời gian truyền
UDP
Unit Data Protocol
Giao thức đơn vị dữ liệu
UE
User Equipment
Thiết bị đầu cuối
UL
Uplink
Đƣờng
lên
UL-SCH
Uplink Shared Channel
Kênh chia sẻ
đƣờng
lên
UMTS
Universal Mobile
Telecommunications System
Hệ thống thông tin di động toàn
cầu
UpPTS
Uplink Pilot Time Slot
Khe thời gian dẫn
hƣớng
đƣờng
lên
USIM
Universal Subscriber Identity

Module
Modun nhận dạng thuê bao toàn
cầu
UTRA
Universal Terrestrial Radio
Access
Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn
cầu
UTRAN
Universal Terrestrial Radio
Access Network
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
toàn cầu
V-MIMO
Virtual MIMO
MIMO ảo
VoIP
Voice over IP
Thoại qua IP
WCDMA
Wideband Code Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã
băng rộng
WLAN
Wireless Local Area Network
Mạng nội bộ không dây
X1AP
X1 Application Protocol
Giao thức ứng dụng X1

18






DANH MỤC HÌNH
VẼ






Hình 1.1 Tiến trình phát triển của thông tin di động 22

Hình 2.1 Phát triển kiến trúc 3GPP
hƣớng
tới kiến trúc phẳng hơn 30

Hình 2.2. Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có E-UTRAN 31

Hình 2.3 eNodeB kết nối tới các nút logic khác và các chức năng
chính

34

Hình 2.4 MME kết nối tới các nút logic khác và các chức năng
chính

36

Hình 2.5. Các kết nối S-GW tới các nút logic khác và các chức năng
chính

37

Hình 2.6 P-GW kết nối tới các node logic khác và các chức năng
chính
39

Hình 2.7 PCRF kết nối tới các nút logic khác & các chức năng chính 40

Hình 2.8 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển trong EPS 42

Hình 2.9 ngăn xếp giao thức mặt phẳng
ngƣời
dùng trong EPC 44

Hình 2.10 Các ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng
ngƣời dùng

cho giao diện
X2
…………………………………………………………………

.44

Hình 2.11 Kiến trúc dịch vụ mang truyền
EPS

46

Hình 2.12. Trạng thái của UE và chuyển tiếp trạng
thái
47

Hình 2.13. Hoạt động chuyển giao 48

Hình 2.14. Khu vực theo dõi cập nhật cho UE ở trạng thái RRC rảnh rỗi 49

Hình 2.15. Khu vực dịch vụ eMBMS và các khu vực MBSFN 51

Hình 2.16 Kiến trúc logic
eMBMS
52

Hình 2.17 Kiến trúc mặt phẳng
ngƣời
dùng eMBMS cho đồng bộ nội dung 53

Hình 3.1 Biểu diễn tần số-thời gian của một tín hiệu OFDM 57

Hình 3.2 Sự tạo ra ký hiệu OFDM có ích sử dụng IFFT 57

Hình 3.3 Sự tạo ra chuỗi tín hiệu OFDM 58

Hình 3.4 Cấp phát sóng mang con cho OFDM &
OFDMA
58

Hình 3.5 Cấu trúc khung loại
1

59

Hình 3.6 Cấu trúc khung loại
2

59
19






Hình 3.7
lƣới
tài nguyên
đƣờng
xuống 60

Hình 3.8 Ghép kênh thời gian – tần số
OFDMA

61

Hình 3.9 Phát và thu
OFDMA
62

Hình 3.10 Sơ đồ khối DFT-S-OFDM 64

Hình 3.11
Lƣới
tài nguyên
đƣờng
lên 65

Hình 3.12 Phát & thu
hƣớng
lên LTE 67

Hình 3.14 Các chế độ truy nhập kênh vô tuyến 69

Hình 3.15 MIMO 2×2 , không có tiền mã
hóa
71

Hình 3.16 Xử lý tín hiệu cho phân tập phát và ghép kênh không gian (MIMO).…73

Hình 3.17 Đa
ngƣời
sử dụng MIMO trong
hƣớng
lên
75

Hình 4.1 Ánh xạ của các kênh truyền tải
hƣớng

lên tới các kênh vật lý 77

Hình 4.2 Ánh xạ các kênh truyền tải
hƣớng
xuống tới các kênh vật
lý

77

Hình 4.3 Các chòm điểm điều chế trong LTE 78

Hình 4.4 Cấp phát tài nguyên
hƣớng
lên
đƣợc
điều khiển bởi bộ lập biểu
eNodeB
79

Hình 4.5 Cấu trúc khung LTE
FDD
79

Hình 4.6 Tốc độ dữ liệu giữa các TTI theo
hƣớng đƣờng lên
80

Hình 4.7 Cấu trúc khe
đƣờng
lên với tiền tố vòng ngắn và dài 80

Hình 4.8 Chuỗi mã hóa kênh
PUSCH
82

Hình 4.9 Ghép kênh của thông tin điều khiển và dữ
liệu
82

Hình 4.10 Cấp phát tài nguyên
đƣờng
xuống tại eNodeB 83

Hình 4.11 Cấu trúc khe
đƣờng
xuống cho băng thông
1,4MHz
84

Hình 4.12 Chuỗi mã hóa kênh
DL-SCH

84

Hình 4.13 Ví dụ về chia sẻ tài nguyên
đƣờng
xuống giữa PDCCH &
PDSCH
85

Hình 4.14 Sự tạo thành tín hiệu
hƣớng
xuống 86

Hình 4.15 Tài nguyên
PUCCH
88

Hình 4.16 Nguyên tắc điều chế dữ liệu và điều khiển 90

Hình 4.17 Cấp phát các
trƣờng
dữ liệu & điều khiển khác nhau trên PUSCH 90

Hình 4.18 Các dạng phần mở đầu LTE RACH cho
FDD
92
20






Hình 4.19 Vị trí PBCH tại các tần số trung
tâm
96

Hình 4.20 Các tín hiệu đồng bộ trong
khung

97

Hình 4.21 Vận hành LTE HARQ với 8 tiến trình 98

Hình 4.22 Định thời LTE HARQ cho một gói tin
đƣờng
xuống duy nhất 99

Hình 4.23 Điều khiển định thời
hƣớng
lên 99

Hình 4.24 Công suất
hƣớng
lên LTE với thay đổi tốc độ dữ
liệu
100

Hình 4.25 Thủ tục báo cáo thông tin trạng thái kênh (CSI) 101

Hình 4.26 Tự cấu hình cho
PCI
104

Hình 5.1 Các tín hiệu đồng bộ sơ cấp & thứ cấp …………………………… …104

Hình 5.2 Sự hình thành tín hiệu đồng bộ trong miền tần
số
108

Hình 5.3 Tổng quan về thủ tục truy nhập ngẫu
nhiên

111

Hình 5.4 Minh họa cơ bản cho truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu
nhiên

113

Hình 5.5 Định thời phần mở đầu tại eNodeB cho các
ngƣời
sử dụng truy nhập ngẫu
nhiên khác nhau………………………………………………………………… 113

Hình 5.6 Sự phát hiện phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên trong miền tần số 114

Hình 6.1 Samsung Craft - Chiếc điện thoại 4G sử dụng mạng LTE đầu tiên trên thế
giới……………………………………………………………………………… 118

Hình 6.2 Laptop X430 122

Hình 6.3 Ericsson phối hợp với Cục Tần số Vô tuyến điện thử nghiệm công nghệ
LTE tại Hà Nội……………………………………………………………………122
Hình 6.4 Trạm gốc
LTE
123
21

DANH MỤC BẢNG
BIỂU






Bảng 1. 1 Các đặc điểm chính của công nghệ
LTE
……………………………… 27

Bảng 2.1 Các giao thức và giao diện
LTE
…………………………………………45

Bảng 3.1 Các băng tần vận hành
E-UTRAN
………… ………………………….55

Bảng 3.2 số
lƣợng
các khối tài nguyên cho băng thông LTE khác
nhau
…… … 60

Bảng 3.3 Tham số cấu trúc khung
đƣờng
xuống (FDD &
TDD
)………… …… 61

Bảng 3.4 Các tham số cấu trúc khung
đƣờng
lên
(FDD&TDD
)……… ……… 65

Bảng 4.1 Dạng PDCCH và kích
thƣớc
của
chúng
………… …………………… 94

Bảng 4.2 Các loại thiết bị LTE……………….………………………………
103

22







CH

Ƣ
ƠNG
1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN
DI
ĐỘNG & GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ
LTE




1.1. Tổng quan về hệ thống thông tin di động

1.1.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất ( 1G)

Công nghệ di động đầu tiên là công nghệ tƣơng tự, là hệ thống truyền tín hiệu
tƣơng
tự, là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại,
đƣợc
khơi mào ở Nhật
vào năm 1979. Những công nghệ chính thuộc thế hệ thứ nhất này có thể kể đến là:

NMT (Nordic Mobile Telephone – Điện thoại di động Bắc Âu)
đƣợc
sử dụng
ở các
nƣớc
Bắc Âu, Tây Âu và Nga.

AMPS (Advanced Mobile Phone Sytem – Hệ thống điện thoại di động tiên
tiến)

đƣợc
sử dụng ở Mỹ và Úc.

TACS (Total Access Communication Sytem – Hệ thống truyền thông truy
nhập toàn phần)
đƣợc
sử dụng ở Anh.



Hình 1.1 Tiến trình phát triển của thông tin di
động

Hầu hết các hệ thống đều là hệ thống tƣơng tự và dịch vụ truyền chủ yếu là
thoại. Với hệ thống này, cuộc gọi có thể bị nghe trộm bởi bên thứ ba. Những điểm
yếu của thế hệ 1G là dung
lƣợng
thấp, xác suất rớt cuộc gọi cao, khả năng chuyển
cuộc gọi không tin cậy, chất lƣợng âm thanh kém, không có chế độ bảo mật…do
vậy hệ thống 1G không thể đáp ứng
đƣợc
nhu cầu sử dụng .
23






1.1.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ( 2G)

Hệ thống di động thế hệ thứ 2 sử dụng truyền vô tuyến số cho việc truyền tải.
Những hệ thống mạng 2G thì có dung
lƣợng
lớn hơn những hệ thống mạng thế hệ
thứ nhất. Một kênh tần số thì đồng thời
đƣợc
chia ra cho nhiều
ngƣời
dùng (bởi việc
chia theo mã hoặc chia theo thời gian). Sự sắp xếp có trật tự các tế bào, mỗi khu vực
phục vụ thì đƣợc bao bọc bởi một tế bào lớn, những tế bào lớn và một phần của
những tế bào đã làm tăng dung
lƣợng
của hệ thống xa hơn nữa.
Có 4 chuẩn chính đối với hệ thống 2G: Hệ Thống Thông Tin Di Động Toàn Cầu
(GSM) và những dẫn xuất của nó; AMPS số (D-AMPS); Đa Truy Cập Phân Chia
Theo Mã IS-95; và Mạng tế bào Số Cá Nhân (PDC). GSM đạt đƣợc thành công
nhất và
đƣợc
sử dụng rộng rãi trong hệ thống 2G.

 GSM
GSM cơ bản sử dụng băng tần 900MHz. Sử dụng kỹ thuật đa truy nhập theo thời
gian TDMA.
nhƣng
ở đây cũng có một số những phát sinh, 2 vấn đề quan trọng là
hệ thống mô hình số 1800 (DCS 1800; cũng đƣợc biết nhƣ GSM 1800) và PCS
1900 (hay GSM 1900). Sau này chỉ đƣợc sử dụng ở Bắc Mĩ và Chilê, và DCS
1800 thì
đƣợc

tìm thấy ở một số khu vực khác trên thế giới. Nguyên do đầu tiên về
băng tần số mới là do sự thiếu dung lƣợng đối với băng tầng 900 MHz. Băng tần
1800MHz có thể đƣợc sử dụng ý nghĩa và phổ biến hơn đối với
ngƣời
sử dụng. vì
thế nó đã trở nên hoàn toàn phổ biến, đặc biệt trong những khu vực đông dân
cƣ.
Vì
thế đồng thời cả 2 băng tần di động đều đƣợc sử dụng, ở đây điện thoại sử dụng
băng tần 1800MHz khi có thành phần khác sử dụng lên trên mạng 900MHz.
Hệ thống GSM 900 làm việc trong một băng tần hẹp, dài tần cơ bản từ
(890-

960MHz). Trong đó băng tần cơ bản
đƣợc
chia làm 2 phần :
+
Đƣờng
lên từ (890 – 915) MHz.
+
Đƣờng
xuống từ (935 –
960)MHz.

Băng tần gồm 124 sóng mang đƣợc chia làm 2 băng, mỗi băng rộng
25MHz,khoảng cách giữa 2 sóng mang kề nhau là 200KHz. Mỗi kênh sử dụng 2 tần
số riêng biệt cho 2
đƣờng
lên và xuống gọi là kênh song công. Khoảng cách giữa 2
tần số là không đổi bằng 45MHz. Mỗi kênh vô tuyến mang 8 khe thời gian TDMA

và mỗi khe thời gian là một kênh vật lý trao đổi thông tin giữa MS và mạng GSM.
Tốc độ từ 6.5 – 13 Kbps.
GSM mới chỉ cung cấp
đƣợc
các dịch vụ thoại và nhắn tin ngắn, trong khi nhu cầu
truy nhập internet và các dịch vụ từ
ngƣời
sử dụng là rất lớn nên GSM phát triển lên
2.5G.

24






Trong đó :
 HSCSD ( High Speed Circuit Switched Data) - Số liệu chuyển mạch kênh
tốc độ cao: Một vấn đề quan trọng lớn nhất đối với GSM đơn giản là về tốc độ dữ
liệu chậm. GSM cơ sở có thể cải thiện tốc độ
ngƣời
dùng
trƣớc
chỉ là 9.6Kbps. Sau
đó theo lý thuyết tốc độ
ngƣời
dùng đã là 14.4Kbps, mặc dù nó không
đƣợc
thông

dụng cho lắm. HSCSD là cách đơn dàng nhất cho mọi thứ đƣợc tải lên. Những
phƣơng
pháp này chính là sự thay thế một khe thời gian, một tram di động có thể
sử dụng nhiều khe thời gian cho một kết nối dữ liệu.Những bổ sung trong dòng
thƣơng mại, giá trị tối đa thƣờng là 4 khe thời gian. Một khe thời gian có thể sử
dụng tốc độ 9.6Kbps hoặc 14.4Kbps. Toàn bộ tốc độ chính là số khe thời gian nhân
với tốc độ dữ liệu của một khe thời gian. Đây chính là mối
tƣơng
quan không phức
tạp để nâng cấp dung lƣợng của hệ thống, vì nó chỉ là những yêu cầu trong việc
nâng cấp phần mềm đối với mạng
nhƣng
nó có nhiều trở ngại. Vấn đề quan trọng
nhất trong việc sử dụng tài nguyên sóng vô tuyến một cách khan hiếm. Bởi vì nó là
chuyển mạch- mạch, HSCSD phân bố việc sử dụng khe thời gian một cách liên tục
ngay cả khi không có bất cứ thứ gì
đƣợc
truyên đi.
 GPRS (General Packet Radio Service) - Dịch vụ vô tuyến gói chung:
GPRS là một hệ thống vô tuyến thuộc giai đoạn trung gian,
nhƣng
vẫn là hệ thống
3G nếu xét về mạng lõi. GPRS cung cấp các kết nối số liệu chuyển mạch gói với
tốc độ truyền lên tới 171,2Kbps (tốc độ số liệu đỉnh) và hỗ trợ giao thức Internet
TCP/IP và X25, nhờ vậy tăng
cƣờng
đáng kể các dịch vụ số liệu của GSM. Công
việc tích hợp GPRS vào mạng GSM đang tồn tại là một quá trình đơn giản. Một
phần các khe trên giao diện vô tuyến dành cho GPRS, cho phép ghép kênh số liệu
gói

đƣợc
lập lịch trình
trƣớc
đối với một số trạm di động. Phân hệ trạm gốc chỉ cần
nâng cấp một phần nhỏ liên quan đến khối điều khiển gói (PCU- Packet Control
Unit) để cung cấp khả năng định tuyến gói giữa các đầu cuối di động các nút cổng
(gateway). Một nâng cấp nhỏ về phần mềm cũng cần thiết để hỗ trợ các hệ thống
mã hoá kênh khác nhau. Mạng lõi GSM
đƣợc
tạo thành từ các kết nối chuyển mạch
kênh đƣợc mở rộng bằng cách thêm vào các nút chuyển mạch số liệu và gateway
mới,
đƣợc
gọi là GGSN (Gateway GPRS Support Node) và SGSN (Serving GPRS
Support Node). GPRS là một giải pháp đã
đƣợc
chuẩn hoá hoàn toàn với các giao
diện mở rộng và có thể chuyển thẳng lên 3G về cấu trúc mạng lõi.
 EDGE ( Enhanced Data Rates for GSM Evolution): Tốc độ số liệu tăng
cƣờng
để phát triển GSM: EDGE có thể phát nhiều bit gấp 3 lần GPRS trong một
chu kỳ. Đây là lý do chính cho tốc độ bit EDGE cao hơn. ITU đã định nghĩa
384kbps là giới hạn tốc độ dữ liệu cho dịch vụ để thực hiện chuẩn IMT-2000 trong
môi
trƣờng
không lý tƣởng. 384kbps
tƣơng
ứng với 48kbps trên mỗi khe thời gian,
giả sử một đầu cuối có 8 khe thời gian.
25

EDGE là một kỹ thuật truyền dẫn 3G đã đƣợc chấp nhận và có thể triển khai
trong phổ tần hiện có của các nhà khai thác TDMA và GSM. EDGE tái sử dụng
băng tần sóng mang và cấu trúc khe thời gian của GSM, và
đƣợc
thiết kế nhằm tăng
tốc độ số liệu của
ngƣời
sử dụng trong mạng GPRS hoặc HSCSD bằng cách sử
dụng các hệ thống cao cấp và công nghệ tiên tiến khác. Vì vậy, cơ sở hạ tầng và
thiết bị đầu cuối hoàn toàn phù hợp với EDGE hoàn toàn
tƣơng
thích với GSM và
GRPS.

 IS-95
Hệ thống mạng tế bào IS-95A đƣợc Qualcomm cho ra mắt vào những năm
1990 sử dụng kỹ thuật truy nhập vô tuyến CDMA. CDMA chia sẻ cùng một giải
tần chung. Mọi khách hàng có thể nói đồng thời và tín hiệu
đƣợc
phát đi trên cùng
một giải tần. Các kênh thuê bao
đƣợc
tách biệt bằng cách sử dụng mã ngẫu nhiên.
Các tín hiệu của nhiều thuê bao khác nhau sẽ

đƣợc
mã hoá bằng các mã ngẫu nhiên
khác nhau, sau đó
đƣợc
trộn lẫn và phát đi trên cùng một giải tần chung và chỉ đƣợc
phục hồi duy nhất ở thiết bị thuê bao (máy điện thoại di động) với mã ngẫu nhiên
tƣơng
ứng. IS 95A(2G) phát triển tiếp lên IS 95B(2.5G)
Mặc dù hệ thống thông tin di động 2G đƣợc coi là những tiến bộ đáng kể
nhƣng
vẫn gặp phải các hạn chế sau: Tốc độ thấp và tài nguyên hạn hẹp. Vì thế cần
thiết phải chuyển đổi lên mạng thông tin di động thế hệ tiếp theo để cải thiện dịch
vụ truyền số liệu, nâng cao tốc độ bit và tài nguyên đƣợc chia sẻ…Mặt khác, khi
các hệ thống thông tin di động ngày càng phát triển, không chỉ số lƣợng ngƣời sử
dụng điện thoại di động tăng lên, mở rộng thị
trƣờng
mà
ngƣời
sử dụng còn đòi hỏi
các dịch vụ tiên tiến hơn không chỉ là các dịch vụ cuộc gọi thoại truyền thống và
dịch vụ số liệu tốc độ thấp hiện có trong mạng hiện tại. Nhu cầu của thị
trƣờng
có
thể phân loại thành các lĩnh vực
nhƣ:
Dịch vụ dữ liệu máy tính, dịch vụ viễn thông,
dịch vụ nội dung số
nhƣ
âm thanh hình ảnh. Những lý do trên thúc đẩy các tổ chức
nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin di động trên thế giới tiến hành nghiên cứu

và đã áp dụng trong thực tế chuẩn mới cho hệ thống thông tin di động: Thông tin di
động 3G

1.1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 ( 3G)
Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-2000 (International Mobil
Telecommunication -2000) cho hệ thống 3G với các
ƣu
điểm chính
đƣợc
mong đợi
đem lại bởi hệ thống 3G là:
+ Cung cấp dịch vụ thoại chất
lƣợng
cao.
+Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat, ).
+ Các dịch vụ đa
phƣơng
tiện (xem phim, xem truyền hình, nghe nhạc, ).
26






+ Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, ).
+Sử dụng chung một công nghệ thống nhất, đảm bảo sự
tƣơng
thích toàn cầu
giữa các hệ thống.

Để thoả mãn các dịch vụ đa phƣơng tiện cũng nhƣ đảm bảo khả năng truy cập
Internet băng thông rộng, IMT-2000 hứa hẹn cung cấp băng thông 2Mbps, nhƣng
thực tế triển khai chỉ ra rằng với băng thông này việc chuyển giao rất khó, vì vậy
chỉ có những ngƣời sử dụng không di động mới đƣợc đáp ứng băng thông kết nối
này, còn khi đi bộ băng thông sẽ là 384 Kbps, khi di chuyển bằng ô tô sẽ là
144Kbps. Các hệ thống 3G điển hình là:
 UMTS (W-CDMA)
UMTS (Universal Mobile Telephone System), dựa trên công nghệ W-CDMA, là
giải pháp đƣợc
ƣa
chuộng cho các nƣớc đang triển khai các hệ thống GSM muốn
chuyển lên 3G. UMTS đƣợc hỗ trợ bởi Liên Minh Châu Âu và đƣợc quản lý bởi
3GPP tổ chức chịu trách nhiệm cho các công nghệ GSM, GPRS. UMTS hoạt động
ở băng thông 5MHz, cho phép các cuộc gọi có thể chuyển giao một cách hoàn hảo
giữa các hệ thống UMTS và GSM đã có. Những đặc điểm của WCDMA
nhƣ
sau:
+WCDMA sử dụng kênh truyền dẫn 5 MHz để chuyển dữ liệu. Nó cũng cho
phép việc truyền dữ liệu ở tốc độ 384 Kbps trong mạng di động và 2 Mbps trong hệ
thống tĩnh.
+Kết cấu phân tầng: Hệ thống UMTS dựa trên các dịch vụ đƣợc phân tầng,
không giống
nhƣ
mạng GSM. Ở trên cùng là tầng dịch vụ, đem lại những
ƣu
điểm
nhƣ
triển khai nhanh các dịch vụ, hay các địa điểm
đƣợc
tập trung hóa. Tầng giữa là

tầng điều khiển, giúp cho việc nâng cấp các quy trình và cho phép mạng
lƣới
có thể
đƣợc
phân chia linh hoạt. Cuối cùng là tầng kết nối, bất kỳ công nghệ truyền dữ liệu
nào cũng có thể
đƣợc
sử dụng và dữ liệu âm thanh sẽ
đƣợc
chuyển qua ATM/AAL2
hoặc IP/RTP.
+Tần số: hiện tại có 6 băng sử dụng cho UMTS/WCDMA, tập trung vào
UMTS tần số cấp phát trong 2 băng
đƣờng
lên (1885 MHz– 2025 MHz) và đƣờng
xuống (2110 MHz – 2200 MHz).
Sự phát triển của WCDMA lên 3.5G là HSxPA
 CDMA2000
Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, chuẩn này là sự tiếp nối đối với
các hệ thống đang sử dụng công nghệ CDMA trong thế hệ 2. CDMA2000 đƣợc
quản lý bởi 3GPP2, một tổ chức độc lập và tách rời khỏi 3GPP của UMTS.
CDMA2000 có tốc độ truyền dữ liệu từ 144Kbps đến Mbps.
 TD-SCDMA
Chuẩn
đƣợc
ít biết đến hơn là TD-SCDMA đang
đƣợc
phát triển tại Trung Quốc
bởi các công ty Datang và Siemens. Hiện tại có nhiều chuẩn công nghệ cho 2G nên
27

sẽ có nhiều chuẩn công nghệ 3G đi theo, tuy nhiên trên thực tế chỉ có 2 tiêu chuẩn
quan trọng nhất đã có sản phẩm
thƣơng
mại và có khả năng
đƣợc
triển khai rộng rãi
trên toàn thế giới là WCDMA (FDD) và CDMA 2000. WCDMA đƣợc phát triển
trên cơ sở
tƣơng
thích với giao thức của mạng lõi GSM (GSM MAP), một hệ thống
chiếm tới 65% thị
trƣờng
thế giới. Còn CDMA 2000 nhằm tuơng thích với mạng lõi
IS-41, hiện chiếm 15% thị trƣờng.

1.2. Giới thiệu về công nghệ LTE

LTE là thế hệ thứ
tƣ
của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. UMTS thế hệ thứ ba
dựa trên WCDMA đã đƣợc triển khai trên toàn thế giới. Để đảm bảo tính cạnh
tranh cho hệ thống này trong
tƣơng
lai, tháng 11/2004 3GPP đã bắt đầu dự án nhằm

xác định
bƣớc
phát triển về lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long
Term Evolution (LTE). 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí
cho mỗi bit thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện
có và băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng
kể năng
lƣợng
tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối.
Giao diện không gian và các thuộc tính liên quan của hệ thông LTE đƣợc
tóm tắt trong bảng 1.1.


Băng tần
1,25 – 20 MHz
Song công
FDD , TDD , bán song công FDD

Di động

350km/h

Đa truy nhập
Đƣờng
xuống OFDMA
Đ
ƣ
ờng
lên SC-FDMA

MIMO

Đƣờng
xuống 2 * 2 ; 4 * 2 ; 4 * 4
Đƣờng
lên 1 * 2 ; 1 * 4
Tốc độ dữ liệu đỉnh
trong 20MHz
Đƣờng
xuống : 173 và 326 Mb/s
tƣơng
ứng với cấu hình
MIMO 2 * 2 và 4 * 4
Đƣờng
lên : 86Mb/s với cấu hình 1 * 2 anten
Điều chế
QPSK ; 16 QAM và 64 QAM
Mã hóa kênh
Mã tubo
Các công nghệ khác
Lập biểu chính xác kênh; liên kết thích ứng ; điều khiển
công suất ; ICIC và ARQ hỗn hợp
Bảng 1. 1 Các đặc điểm chính của công nghệ LTE
Mục tiêu của LTE là cung cấp 1 dịch vụ dữ liệu tốc độ cao , độ trễ thấp , các gói
dữ liệu
đƣợc
tối
ƣu
, công nghệ vô tuyến hỗ trợ băng thông một cách linh hoạt khi
triển khai. Đồng thời kiến trúc mạng mới

đƣợc
thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lƣu
28






lƣợng chuyển mạch gói cùng với tính di động linh hoạt , chất lƣợng của dịch vụ ,
thời gian trễ tối thiểu.
Tăng tốc độ truyền dữ liệu : Trong điều kiện lý tƣởng hệ thống hỗ trợ tốc
độ

dữ
liệu
đƣờng
xuống đỉnh lên tới 326Mb/s với cấu hình 4*4 MIMO ( multiple
input multiple output ) trong vòng 20MHZ băng thông. MIMO cho đƣờng lên là
không
đƣợc
sử dụng trong phiên bản đầu tiên của chuẩn LTE. Tốc độ dữ liệu đỉnh
đƣờng lên tới 86Mb/s trong 20MHZ băng thông. Ngoài viêc cải thiện tốc độ dữ
liệu đỉnh hệ thống LTE còn cung cấp hiệu suất phổ cao hơn từ 2 đến 4 lần của hệ
thống HSPA phiên bản 6.
Dải tần co giãn
đƣợc
: Dải tần vô tuyến của hệ thống LTE có khả năng mở
rộng từ 1.4 MHz, 3MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz cả chiều lên và
xuống. Điều này dẫn đến sự linh hoạt sử dụng đƣợc hiệu quả băng thông .Mức

thông suất cao hơn khi hoạt động ở băng tần cao và đối với một số ứng dụng
không cần đến băng tần rộng chỉ cần một băng tần vừa đủ thì cũng
đƣợc
đáp ứng.
Đảm bảo hiệu suất khi di chuyển : LTE tối
ƣu
hóa hiệu suất cho thiết bị
đầu cuối di chuyển từ 0 đến 15km/h, vẫn hỗ trợ với hiệu suất cao (chỉ giảm đi một
ít) khi di chuyển từ 15 đến 120km/h, đối với vận tốc trên 120 km/h thì hệ thống
vẫn duy trì đƣợc kết nối trên toàn mạng tế bào ,chức năng hỗ trợ từ 120 đến
350km/h hoặc thậm chí là 500km/h tùy thuộc vào băng tần.
Giảm độ trễ trên mặt phẳng
ngƣời
sử dụng và mặt phẳng điều khiển :
 Giảm thời gian chuyển đổi trạng thái trên mặt phẳng điều khiển : Giảm thời
gian để một thiết bị đầu cuối ( UE - User Equipment) chuyển từ trạng thái nghỉ
sang nối kết với mạng, và bắt đầu truyền thông tin trên một kênh truyền.Thời gian
này phải nhỏ hơn 100ms.
 Giảm độ trễ ở mặt phẳng
ngƣời
dùng:
Nhƣợc
điểm của các mạng tổ ong (ô)
hiện nay là độ trễ truyền cao hơn nhiều so với các mạng
đƣờng
dây cố định. Điều
này ảnh
hƣởng
lớn đến các ứng dụng
nhƣ

thoại và chơi game …,vì cần thời gian
thực. Giao diện vô tuyến của LTE và mạng
lƣới
cung cấp khả năng độ trễ dƣới
10ms cho việc truyền tải 1 gói tin từ mạng tới UE.
Sẽ không còn chuyển mạch kênh : Tất cả sẽ dựa trên IP. Một trong những
tính năng đáng kể nhất của LTE là sự chuyển dịch đến mạng lõi hoàn toàn dựa
trên IP với giao diện mở và kiến trúc đơn giản hóa. Sâu xa hơn, phần lớn công
việc chuẩn hóa của 3GPP nhắm đến sự chuyển đổi kiến trúc mạng lõi đang tồn tại
sang hệ thống toàn IP. Trong 3GPP. Chúng cho phép cung cấp các dịch vụ linh
hoạt hơn và sự liên hoạt động đơn giản với các mạng di động phi 3GPP và các
mạng cố định. EPC dựa trên các giao thức TCP/IP – giống nhƣ phần lớn các
mạng số liệu cố định ngày nay- vì vậy cung cấp các dịch vụ giống PC
nhƣ
thoại,
video, tin nhắn và các dịch vụ đa
phƣơng
tiện. Sự chuyển dịch lên kiến trúc toàn
29






gói cũng cho phép cải thiện sự phối hợp với các mạng truyền thông không dây và
cố định khác.VoIP sẽ dùng cho dịch vụ thoại.
Độ phủ s ng từ 5-100km : Trong vòng bán kính 5km LTE cung cấp tối
ƣ
u

về

lƣu lƣợng ngƣời
dùng, hiệu suất phổ và độ di động. Phạm vi lên đến 30km thì
có một sự giảm nhẹ cho phép về
lƣu lƣợng ngƣời
dùng còn 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. dung lƣợng hơn 200 ngƣời/ô (băng thông
5MHz).
Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời. Tuy nhiên
mạng LTE vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2G hiện tại.
Điều này hết sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai LTE vì không cần
thay đổi toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có.
OFDMA ,SC-FDMA và MIMO
đƣợc
sử dụng trong LTE :Hệ thống này
hỗ trợ băng thông linh hoạt nhờ các sơ đồ truy nhập OFDMA & SC-FDMA.
Ngoài ra còn có song công phân chia tần số FDD và song công phân chia thời
gian TDD. Bán song công FDD
đƣợc
cho phép để hỗ trợ cho các
ngƣời
sử dụng
với chi phí thấp .không giống
nhƣ

FDD, trong hoạt động bán song công FDD thì
một UE không cần thiết truyền & nhận đồng thời . Điều này tránh việc phải đầu
tƣ
một bộ song công đắt tiền trong UE. Truy nhập
đƣờng
lên về cơ bản dựa trên
đa truy nhập phân chia tần số đơn sóng mang SC-FDMA hứa hẹn sẽ gia tăng
vùng phủ sóng đƣờng lên do tỉ số công suất đỉnh-trung bình thấp ( PARR) liên
quan tới OFDMA.
Giảm chi phí : Yêu cầu đặt ra cho hệ thống LTE là giảm thiểu
đƣợc
chi phí
trong khi vẫn duy trì đƣợc hiệu suất nhằm đáp ứng đƣợc cho tất cả các dịch
vụ.Các vấn đề
đƣờng
truyền,hoạt động và bảo
dƣỡng
cũng liên quan đến yếu tố
chi phí,chính vì vậy không chỉ giao tiếp mà việc truyền tải đến các trạm gốc và
hệ thống quản lý cũng cần xác định rõ, ngoài ra một số vấn đề cũng đƣợc yêu
cầu
nhƣ
là độ phức tạp thấp,các thiết bị đầu cuối tiêu thụ ít năng lƣợng.
Cùng tồn tại với các chuẩn và hệ thống
tr
ƣ
ớc
:
Hệ thống LTE phải cùng
tồn tại và có thể phối hợp hoạt động với các hệ thống 3GPP khác .Ngƣời sử

dụng LTE sẽ có thể thực hiện các cuộc gọi từ thiết bị đầu cuối của mình và thậm
chí khi họ không nằm trong vùng phủ sóng của LTE. Do đó, cho phép chuyển
giao các dịch vụ xuyên suốt, trôi chảy trong khu vực phủ sóng của HSPA,
WCDMA hay GSM/GPRS/EDGE. Hơn thế nữa, LTE hỗ trợ không chỉ chuyển
giao trong hệ thống, liên hệ thống mà còn chuyển giao liên miền giữa miền
chuyển mạch gói và miền chuyển mạch kênh.