Hiệu năng của lớp kỹ thuật đa truy nhập trong LTE

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ, CHO ĐIỂM
(Của giáo viên hƣớng dẫn)

Mạng thông tin di động với số lƣợng thuê bao tăng không ngừng đang thu hút
sự quan tâm của nhiều nhà vận hành mạng và cung cấp dịch vụ. Mạng di động đƣợc
triển khai và nâng cấp nhanh chóng từ mạng thế hệ 1G, 2G cho đến 3G và tƣơng lai là
4G nhằm phục vụ nhu cầu ngày càng tăng và đa dạng của ngƣời sử dụng. Tƣơng lai
gần của mạng di động sẽ là 4G và LTE là một ứng cử viên sang giá cho 4G tại Việt
Nam cũng nhƣ nhiều nƣớc trên thế giới.
Đặc thù của kênh vô tuyến là có tài nguyên hữu hạn chính vì vậy việc sử dụng
hiệu quả tài nguyên vô tuyến là một vấn đề then chốt trong mạng di động. Các kỹ thuật
đa truy nhập là một trong những giải pháp hữu hiệu nhằm nâng cao hiệu suất sử dụng
tài nguyên vô tuyến vốn hạn hẹp đó. Đồ án “Hiệu năng của kỹ thuật đa truy nhập
trong LTE” của sinh viên Nguyễn Công Long lớp D08VT2 tập trung tìm hiểu hai
phƣơng pháp đa truy nhập OFDMA và SC-FDMA trong LTE và sau đó phân tích đánh
giá chúng dựa trên một số thông số.
Nội dung của đồ án đƣợc trình bày mạch lạc theo kết cấu sau:
 Giới thiệu về LTE
 Phƣơng pháp đa truy nhập điển hình trong vô tuyến
 Kỹ thuật ghép kênh OFDM
 Truy nhập vô tuyến trong LTE
Trong quá trình thực hiền đồ án, sinh viên Nguyễn Công Long đã thể hiện tính
độc lập, chủ động nghiên cứu hoàn thành đồ án cũng nhƣ tích cực trao đổi với giáo
viên hƣớng dẫn về những nội dung còn vƣớng mắc.
Dựa vào nội dung hoàn thành của đồ án và thái độ thực nghiêm túc làm đồ án
của sinh viên đề nghị hội đồng chấm đồ án thông qua.

Điểm: …… (Bằng chữ: ………….)
Ngày 10 tháng 12 năm 2012

Giáo viên hƣớng dẫn

ThS. Lê Tùng Hoa


NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ, CHO ĐIỂM
(Của Ngƣời phản biện)

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

Điểm: …… (Bằng chữ: ………….)
Ngày tháng năm 201…

CÁN BỘ- GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
(ký, họ tên)



MỤC LỤC

NỘI DUNG
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT i
DANH MỤC HÌNH ẢNH iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU vi
LỜI MỞ ĐẦU vii
CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ LTE 1
1.1 Giới thiệu 1
1.2 Tổng quan về LTE 1
1.3 Kiến trúc mạng LTE 3
1.3.1 Kiến trúc phần tử cơ bản của hệ thống 4
1.3.2 Thiết bị ngƣời dùng (UE) 5
1.3.3 E-UTRAN NodeB (eNodeB) 5
1.3.4 Thực thể quản lý tính di động (MME) 6
1.3.5 Cổng phục vụ (S-GW) 8
1.3.6 Cổng dữ liệu gói (P-GW) 8
1.3.7 Chức năng chính sách và tính cƣớc tài nguyên ( PCRF) 10
1.3.8 Máy chủ thuê bao thƣờng trú (HSS) 10

1.4 Dịch vụ của LTE 11
1.5 Kết luận chƣơng 13
CHƢƠNG 2 PHƢƠNG PHÁP ĐA TRUY NHẬP ĐIỂN HÌNH TRONG VÔ TUYẾN 14
2.1 Giới thiệu 14
2.2 Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA 14
2.2.1 Nguyên lý 14
2.2.2 Nhiễu giao thoa kênh lân cận 16
2.2.3 Ƣu nhƣợc điểm của FDMA 17
2.3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) 17
2.3.1 Nguyên lý 17
2.3.2 Ƣu nhƣợc điểm của TDMA 19
2.4 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA 20
2.4.1 Nguyên lý 20

2.4.2 Kỹ thuật trải phổ trong cdma 20
2.4.3 Các loại nhiễu ảnh hƣởng tới công nghệ CDMA 23
2.4.4 Ƣu nhƣợc điểm của công nghệ CDMA 25
2.5 Đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA) 26
2.6 Kết luận 26
CHƢƠNG 3 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH OFDM 27
3.1 Giới thiệu chung 27
3.2 Nguyên lý cơ bản của OFDM 27
3.3 Các kỹ thuật điều chế trong OFDM 29
3.3.1 Điều chế BPSK 29
3.3.2 Điều chế QPSK 31
3.3.3 Điều chế QAM 34
3.4 Nguyên lý ghép kênh OFDM 35
3.4.1 Sơ đồ truyền dẫn OFDM 37
3.4.2 Khối chuyển đổi nối tiếp sang song song (Serial to parralle) 38
3.4.3 Điều chế và ánh xạ sóng mang (Modulation Mapping) 39

3.4.4 Hoạt động của khối IFFT 39
3.4.5 Chèn khoảng bảo vệ 40
3.4.6 Điều chế tần số vô tuyến cho tín hiệu OFDM 41
3.5 Đặc tính kênh truyền vô tuyến trong hệ thống OFDM 42
3.5.1 Sự suy giảm tín hiệu 42
3.5.2 Hiệu ứng đa đƣờng 43
3.5.3 Hiệu ứng dịch tần Doppler 44
3.5.4 Tạp âm Gausơ trắng cộng (AWGN) 45
3.6 Ƣu nhƣợc điểm của hệ thống OFDM 46
3.6.1 Ƣu điểm 46
3.6.2 Nhƣợc điểm 46
3.7 Kết luận 47
CHƢƠNG 4 TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE 48
4.1 Giới thiệu 48
4.2 Các chế độ truy nhập vô tuyến 48
4.3 Cấu trúc khối phát và khối thu của OFDMA và SC-FDMA 49
4.4 Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA 49

4.4.1 Các khối xử lý tín hiệu trong OFMDA 49
4.4.2 Cấu trúc khung trong OFDMA 53
4.4.3 Kênh vật lý đƣờng xuống 55
4.5 Đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang (SC-FDMA) 56
4.5.1 xử lý tín hiệu trong SC-FDMA 56
4.5.2 Ánh xạ sóng mang 59
4.5.3 Biểu diễn tín hiệu trong miền thời gian của SC-FDMA 61
4.6 So sánh SC-FDMA và OFDMA 68
4.7 Phân tích các thông số cơ bản của hai phƣơng truy nhập SC-FDMA và OFDMA . 70
4.7.1 Mô hình giả định 70
4.7.2 Tỉ số công suất đỉnh trên công suất trung bình PAPR (Peak Average Power
Ratio) 72

4.7.3 Tỉ số lỗi bít (BER) 72
4.7.4 Tỉ số tín hiệu trên nhiễu 73
4.7.5 Xác suất lỗi ký hiệu 73
4.7.6 Mật độ phổ công suất 73
4.7.7 Biểu diễn các thông số cơ bản của SC-FDMA và OFDMA trên đồ thị. 74
4.8 Kết luận 81
KẾT LUẬN 82





i

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

3GPP
Third Generation Partnership
Project
Dự án các đối tác thế hệ thứ ba
ACK
Acknowledgement
Sự báo nhận
ADC
Analog-to Digital Conversion
Chuyển đổi tƣơng tự - số
AWGN
Additive White Gaussian Noise
Nhiễu Gauss trắng thêm vào
BB

Baseband
Băng gốc
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
BTS
Base Transceiver Station
Trạm thu phát gốc
BW
Bandwidth
Dải thông
CCCH
Common Control Channel
Kênh điều khiển chung
CDF
Cumulative Density Function
Chức năng mật độ tích lũy
CDMA
Code Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã
CP

Cyclic Prefix
Tiền tố vòng
DFDMA
Distributed Frequency Division
Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số
phân tán
DFT
Discrete Fourier Transform
Biến đổi fourier rời rạc
DL
Downlink
Đƣờng xuống
DL-SCH
Downlink Shared Channel
Kênh chia sẻ đƣờng xuống
DwPTS
Downlink Pilot Time Slot
Khe thời gian điều khiển đƣờng
xuống
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
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
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
GSM
Global System for Mobile
Hệ thống truyền thông di động toàn

ii

Communications
cầu
GW
Gateway
Cổng
HO
Handover
Sự chuyển vùng
HSDPA
High Speed Downlink Packet
Access
Truy nhập gói đƣờng xuống tốc độ
cao
HSPA
High Speed Packet Access
Truy nhập gói tốc độ cao

ICI
Inter-carrier Interference
Nhiễu liên sóng mang
IFDMA
Interleaved Frequency Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo tần số
xếp chồng.
IFFT
Inverse Fast Fourier Transform
Biến đổi furier nhanh nghịch đảo
ISI
Inter Symbols Interference
Nhiễu liên ký tự
LFDMA
Localized Frequency Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo tần số
tập trung
LTE
Long Term Evolution
Sự phát triển dài hạn
MBMS
Multimedia Broadcast Multicast
System
Hệ thống phát quảng bá đa điểm đa
phƣơng tiện
MGW
Media Gateway
Cổng phƣơng tiện

MIMO
Multiple Input Multiple Output
Đa đầu vào đa đầu ra
MM
Mobility Management
Quản lý tính di động
MME
Mobility Management Entity
Phần tử quản lý tính di động
MSC
Mobile Switching Center
Chung tâm chuyển mạch di động
NACK
Negative Acknowledgement
Báo nhận không thành công
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
PAPR
Peak to Average Power Ratio
Tỉ số công suất đỉnh trên công suất
trung bình
PAR

Peak-to-Average Ratio
Tỉ lệ đỉnh-trung bình
PC
Power Control
Điều khiển công suất
PCS
Personal Communication Services
Dịch vụ truyền thông cá nhân
PDCCH
Physical Downlink Control Channel
Kênh điều khiển đƣờng xuống vật
lý
PDSCH
Physical Downlink Shared Channel
Kênh chia sẻ đƣờng xuống vật lý
P-GW
Packet Data Network Gateway
Cổng mạng dữ liệu gói
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
QAM
Quadrature Amplitude Modulation
Điều chế biên độ cầu phƣơng

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
RB
Resource Block
Khối tài nguyên
RF
Radio Frequency
Tần số vô tuyến
RI
Rank Indicator
Chỉ thị bậc
RRM
Radio Resource Management
Quản lý tài nguyên vô tuyến

iii

RS
Reference Signal
Tín hiệu tham khảo
SAE
System Architecture Evolution
Phát triển kiến trúc hệ thống

SC-FDMA
Single Carrier Frequency Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia tần số đơn
sóng mang
SGSN
Serving GPRS Support Node
Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS
S-GW
Serving Gateway
Cổng phục vụ
SNR
Signal to Noise Ratio
Tỉ số tín hiệu trên nhiễu
TBS
Transport Block Size
Kích thƣớc khối truyền tải
TD
Time Domain
Miền thời gian
TDD
Time Division Duplex
Song công phân chia thời gian
TPC
Transmit Power Control
Điều khiển công suất phát
TRX
Transceiver
Bộ thu phát
TTI

Transmission Time Interval
Khoảng thời gian truyền
UE
User Equipment
Thiết bị đầu cuối
UL
Uplink
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
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
WLAN
Wireless Local Area Network
Mạng không dây cục bộ

iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Kiến trúc mạng LTE 4
Hình 1.2 Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có E-UTRAN 5
Hình 1.3 eNodeB kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính 7
Hình 1.4 MME kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính 7
Hình 1.5 Các kết nối S-GW tới các nút logic khác và các chức năng chính 9
Hình 1.6 P-GW kết nối tới các node logic khác và các chức năng chính 9
Hình 1.7 PCRF kết nối tới các nút logic khác & các chức năng chính 10
Hình 2.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số 14
Hình 2.2 Đa truy nhập phân chia theo tần số truyền song công theo tần số
(FDMA/FDD) 15
Hình 2.3 Đa truy nhập phân chia theo tần số truyền song công theo thời gian
(FDMA/TDD) 16
Hình 2.4 FDMA và nhiễu kênh lân cận 16
Hình 2.5 Nguyên lý đa truy nhập TDMA 18
Hình 2.6 TDMA/TDD 18
Hình 2.7 TDMA/FDD 19
Hình 2.8 Truy nhập CDMA 20
Hình 2.9 Kỹ thuật DS/SS BPSK bộ phát 21
Hình 2.10 Kỹ thuật DS/SS BPSK bộ thu 21
Hình 2.11 Sơ đồ khối máy thu và máy phát của hệ thống FH/SS 22
Hình 2.12 Sơ đồ hệ thống trải phổ nhảy thời gian (TH/SS) 23
Hình 2.13 Hiện tƣợng truyền đa đƣờng 24
Hình 3.1 So sánh OFDM và FDM 28
Hình 3.2 Biểu đồ không gian tín hiệu BPSK 31
Hình 3.3 Biểu đồ không gian tín hiệu cho điều chế QPSK nhất quán 33
Hình 3.4 Chùm tín hiệu M-QAM 35
Hình 3.5 Minh họa 4 sóng mang con cho một ký hiệu OFDM 36
Hình 3.6 Sơ đồ hệ thống OFDM 38
Hình 3.7 Nguyên lý của khối IFFT 40

Hình 3.8 Chèn khoảng bảo vệ 40
Hình 3.9 Sơ đồ điều chế vô tuyến cho tín hiệu OFDM băng gốc 41
Hình 3.10 Hàm truyền đạt của máy phát, máy thu và ảnh hƣởng của nó lên hệ thống
OFDM 42
Hình 3.11 Ảnh hƣởng của môi trƣờng tới tín hiệu 42
Hình 3.12 Tín hiệu đa đƣờng 43
Hình 3.13 Trải trễ đa đƣờng 44
Hình 4.1 Khối phát và khối thu của hệ thống OFDMA và SC-FDMA 50
Hình 4.2 Mô hình khối phát khối thu của OFDMA 51
Hình 4.3 OFDM và OFDMA 52
Hình 4.4 Cấp phát tài nguyên trong OFDM 53
Hình 4.5 Cấu trúc khung loại 1 53

v

Hình 4.6 Cấu trúc khung loại 2 54
Hình 4.7 Mẫu tín hiệu dẫn đƣờng trong OFDMA 54
Hình 4.8 Cấu trúc cụm trong OFDMA 55
Hình 4.9 Xử lý tín hiệu ở khối phát của SC-FDMA 56
Hình 4.10 Bộ lọc Cosine nâng (Raised-cosine) 58
Hình 4.11 Cấu trúc khối thu biểu diễn truy nhập đa ngƣời dùng với Q thiết bị đầu cuối
trong đƣờng lên. 59
Hình 4.12 Mô hình ánh xạ sóng mang 60
Hình 4.13 Một ví dụ về sự khác nhau trong hệ thống ánh xạ sóng mang với M=4, Q=3
và N=12 60
Hình 4.14 Phƣơng pháp cấp phát sóng mang cho đa ngƣời dùng (3 ngƣời dùng, 12
sóng mang, mỗi ngƣời dùng đƣợc cấp phát 4 sóng mang) 61
Hình 4.15 minh họa cho ví dụ với M = 4 ký tự trên một khối, Q = 3 thiết bị đầu cuối,
và N = Q × M = 12 sóng mang. 62
Hình 4.16 Mô tả quá trình ánh xạ sóng mang của LFDMA với M = 4 ký tự / khối, Q =

3 thiết bị đầu cuối, và N = Q × M = 12 sóng mang. 64
Hình 4.17 Biểu diễn quá trình ánh xạ sóng mang DFDMA với M=4 ký tự/khối, Q = 3
thiết bị đầu cuối và N = M×N sóng mang 65
Hình 4.18 Các mẫu trong miền thời gian của các hệ thống ánh xạ sóng mang khác
nhau 66
Hình 4.19 Biên độ của các mẫu SC-FDMA và OFDMA với điều chế QPSK khi không
có bộ tạo xung với N = 64 sóng mang, M = 16 sóng mang trên một khối, Q = 4 là hệ
số trải của IFDMA với 4 thiết bị đầu cuối. 67
Hình 4.20 Biểu diễn khối M = 4 ký tự điều chế từ Q = 3 thiết bị đầu cuối, chiếm dụng
băng tần Bsoure Hz trong khoảng thời gian T giây 68
Hình 4.21 OFDMA thu hẹp băng tần dữ liệu riêng về mức Bsoure/ 4 Hz và kéo dài
thời gian ra 4T giây 69
Hình 4.22 SC-FDMA mở rộng băng tần Bchannel = 3Bsourse Hz và thu hẹp thời gian
về T/3 giây 69
Hình 4.23 Bộ cân bằng và bộ tách tín hiệu trong OFDMA và SC-FDMA 70
Hình 4.24 Sơ đồ khối thu phát của OFDMA và SC-FDMA 71
Hình 4.25 BER và SNR của OFDMA với điều chế thích nghi 74
Hình 4.26 BER và SNR của SC-FDMA với điều chế thích nghi 75
Hình 4.27 Xác suất lỗi của OFDMA 76
Hình 4.28 Xác suất lỗi của SC-FDMA 77
Hình 4.29 Mật độ phổ công suất của OFDMA 78
Hình 4.30 Mật độ phổ công suất SC-FDMA 78
Hình 4.31 PAPR của OFDMA và SC-FDMA với điều chế BPSK 79
Hình 4.32 PAPR của OFDMA và SC-FDMA với điều chế QPSK 79
Hình 4.33 PAPR của OFDMA và SC-FDMA với điều chế 16-QAM 80
Hình 4.34 PAPR của OFDMA và SC-FDMA với điều chế 64-QAM 80

vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Lựa chọn ký tự điều chế 29
Bảng 3.2 Các vecto không gian tín hiệu của QPSK 33
Bảng 4.1 Các tham số điều chế trong OFDMA 51
Bảng 4.2 Bảng 4.2 Các thông số giả định sử dụng cho hệ thống. 72
Bảng 4.3 Xác suất lỗi ký hiệu đối với các phƣơng thức điều chế khác nhau. 73
Bảng 4.4 BER và SNR của OFDMA 75
Bảng 4.5 BER và SNR của SC-FDMA 75
Bảng 4.6 Xác suất lỗi của OFDMA 76
Bảng 4.7 Xác suất lỗi của SC-FDMA 77










vii

LỜI MỞ ĐẦU

Thông tin di động ngày nay đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông
phát triển rất nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà khai thác. Sự phát triển
của thị trƣờng viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu và triển khai
các hệ thống thông tin di động mới trong tƣơng lai. 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,
bạn phải cần có 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 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.
Trong thông tin di động, cần phải điều tiết sao cho càng nhiều ngƣời sử dụng
càng tốt trên các nguồn tần số giới hạn. Trong mạng thông tin, để tiết kiệm tài nguyên,
ngƣời ta thƣờng sử dụng phƣơng pháp để nhiều thuê bao cùng sử dụng chung một
kênh truyền,việc nhiều thuê bao cùng sử dụng chung kênh truyền ngƣời ta gọi là đa
truy nhập.
Khác với thế hệ trƣớc đó ở thể hệ 4G LTE sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân
chia theo tần số trực giao OFDMA cho đƣờng xuống và đa truy nhập phân chia theo
tần số đơn sóng mang SC-FDMA cho đƣờng lên. Trong WiMAX cũng sử dụng
OFDMA cho cả đƣờng lên và đƣờng xuống, nhƣng LTE chỉ sử dụng OFDMA cho
đƣờng xuống vì những ƣu điểm riêng của OFDMA. OFDMA tăng khả năng linh hoạt,
thông lƣợng và tính ổn định của hệ thống đƣợc cải thiện. Dễ dàng loại bỏ nhiễu liên
kênh, nhiễu liên khối… Nhƣng OFDMA lại có tỉ số công suất đỉnh trên công suất
trung bình khá cao. Điều này sẽ tiêu tốn công suất ở các thiết bị đầu cuối, nên hiệu quả

viii

sử dụng của thiết bị đầu cuối sẽ kém đi. Chính vì vậy mà OFDMA không phải là lựa
chọn tốt cho đƣờng lên. Thay vào đó, đƣờng lên của LTE sử dụng SC-FDMA nhằm
giải quyết vấn đề công suất cho thiết bị đầu cuối. Sự kết hợp của OFDMA và SC-
FDMA mang lại sự hoàn thiện hơn cho công nghệ truy nhập trong LTE. Nhận thấy
đƣợc tầm quan trọng của OFDMA và SC FDMA nên em đã chọn đề tài “Hiệu năng
của kỹ thuật đa truy nhập trong LTE” để tìm hiểu và đánh giá hiệu năng của hai
phƣơng pháp truy nhập.
Nội dung đồ án gồm 4 chƣơng:
Chƣơng 1: Giới thiệu về LTE
Chƣơng này đi vào giới thiệu cấu trúc cơ bản của LTE, trong đó trình bày chức
năng các khối trong cấu trúc của LTE và giới thiệu các thông số của mạng. Trình bày
các dịch vụ LTE hƣớng tới.
Chƣơng 2: Phƣơng pháp truy nhập điển hình trong vô tuyến
Chƣơng này giới thiệu các phƣơng pháp truy nhập cơ bản trong vô tuyến nhƣ
TDMA, FDMA, CDMA, SDMA. Trình bày nguyên lý, ƣu nhƣợc điểm của từng công
nghệ truy nhập riêng.
Chƣơng 3: Kỹ thật ghép kênh OFDM
Chƣơng này trình bày kỹ thuật ghép kênh theo tần số trực giao OFDM. Trình
bày sơ đồ cấu trúc của OFDM, chức năng các khối trong cấu trúc. Trong chƣơng cũng
trình bày các phƣơng pháp điều chế áp dụng trong OFDM. Đƣa ra những ƣu nhƣợc
điểm của OFDM.
Chƣơng 4: Truy nhập vô tuyến trong LTE
Chƣơng này trình bày về hai phƣơng pháp đa truy nhập trong LTE là OFDMA
và SC-FDMA. Trong đó trình bày kỹ thuật sử lý tín hiệu trong SC-FDMA và
OFDMA. Đƣa ra những thông số của hai phƣơng pháp truy nhập từ đó rút ra những ƣu
nhƣợc điểm của hai phƣơng pháp truy nhập.
Do LTE là công nghệ vẫn đang đƣợc nghiên cứu, phát triển và hoàn thiện cũng

nhƣ là do những giới hạn về kiến thức của bản thân nên đồ án này chƣa đề cập đƣợc
hết các vấn đề của công nghệ LTE và không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong
đƣợc sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chƣơng 1 Giới thiệu về LTE

Nguyễn Công Long – Lớp D08VT2 Trang 1

CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ LTE
1.1 Giới thiệu
Công nghệ LTE (Long Term Evolution) đƣợc biết đến nhƣ là một công nghệ
cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 (4G). Công nghệ này hiện nay đang đƣợc
một số các công ty thiết bị viễn thông lớn trên thế giới tiến hành triển khai thử nghiệm
và bƣớc đầu đã đạt đƣợc một số kết quả khả quan. Trong chƣơng này sẽ giới thiệu các
thông số chung của công nghệ LTE, trình bày kiến trúc và chức năng cơ bản của các
phần tử mạng.
1.2 Tổng quan về LTE
LTE là thế hệ thứ tƣ tƣơng lai 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. Đặc tả kỹ thuật cho LTE đang đƣợc hoàn tất và
dự kiến sản phẩm LTE sẽ ra mắt thị trƣờng trong 2 năm sau đó.
Băng tần
1,25 – 20 MHz
Song công

FDD , TDD , bán song công FDD

(FDDsong công phân chiatần số 5HZ)
Di động
350 km/h
Đa truy nhập

Đƣờng xuống OFDMA
Đƣờng lên SC-FDMA
MIMO (số đầu vào và ra)
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 326Mb/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 khiểncông suất ; ICIC và ARQ
hỗn hợp
Bảng 1.1 Các đặc tính cơ bản của LTE

Đồ án tốt nghiệp đại học Chƣơng 1 Giới thiệu về LTE

Nguyễn Công Long – Lớp D08VT2 Trang 2

Mục tiêu của LTE
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 lƣợng chuyển mạch gói
cùng với tính di động linh hoạt , chất lƣợng của dịch vụ thời gian trễ tối thiểu.
Tốc độ truyền dữ liệu cao hơn
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 20MHz
băng thông. Tốc độ dữ liệu đỉnh đƣờng lên tới 86Mb/s trong 20MHz băng thông.
Độ rộng băng thông linh động hơn
Có thể hoạt động với băng thông 5MHz, 10MHz, 15MHz và 20MHz thậm chí
còn nhỏ hơn 5MHz nhƣ 1.25MHz , 2.5MHz cả chiều lên và xuống. Điều này mang lại
sự linh hoạt trong việc sử dụng băng thông để đạt hiệu quả cao.
Khả năng di động cao
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.
Độ phủ sóng rộng
Trong vòng bán kính 5km LTE cung cấp tối ƣu 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).
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. 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. 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. Sự chuyển dịch lên kiến trúc toàn 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.
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, 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.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chƣơng 1 Giới thiệu về LTE

Nguyễn Công Long – Lớp D08VT2 Trang 3

 Giảm độ trễ ở mặt phẳng ngƣời dùng đây là nhƣợc điểm của các mạng tổ ong
(ô) hiện nay, 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.
Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời
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).
Cùng tồn tại với các chuẩn và hệ thống trƣớc

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.
1.3 Kiến trúc mạng LTE
Kiến trúc mạng LTE đƣợc thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lƣu lƣợng chuyển mạch
gói với tính di động linh hoạt, chất lƣợng dịch vụ (QoS) cao và độ trễ tối thiểu.
Phƣơng pháp chuyển mạch gói cho phép hỗ trợ tất cả các dịch vụ bao gồm cả thoại
thông qua các kết nối gói.Đơn giản chỉ với 2 loại nút cụ thể là nút B phát triển ( eNB)
và phần tử quản lý di động /cổng ( MME/GW). Điều này hoàn toán trái ngƣợc với
nhiều nút mạng trong kiến trúc mạng phân cấp hiện hành của hệ thống 3G. Một thay
đổi lớn nữa là phần điều khiển mạng vô tuyến (RNC) đƣợc loại bỏ khỏi đƣờng dữ liệu
và chức năng của nó hiện nay đƣợc thành lập ở eNB. Lợi ích của việc sử dụng một nút
duy nhất trong mạng truy nhập là giảm độ trễ và cải thiện hiệu suất.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chƣơng 1 Giới thiệu về LTE

Nguyễn Công Long – Lớp D08VT2 Trang 4


Hình 1.1 Kiến trúc mạng LTE
1.3.1 Kiến trúc phần tử cơ bản của hệ thống
Hình 1.2 miêu tả kiến trúc và các thành phần mạng trong cấu hình kiến trúc nơi
chỉ có một E-UTRAN tham gia. Hình này cũng cho thấy sự phân chia kiến trúc thành
bốn vùng chính: thiết bị ngƣời dùng (UE) ; UTRAN phát triển( E-UTRAN); mạng lõi
gói phát triển(EPC); và các vùng dịch vụ.
UE, E-UTRAN và EPC đại diện cho các giao thức internet (IP) ở lớp kết nối.
Đây là một phần của hệ thống đƣợc gọi là hệ thống gói phát triển (EPS). Chức năng

chính của lớp này là cung cấp kết nối dựa trên IP và nó đƣợc tối ƣu hóa cao cho mục
tiêu duy nhất. Tất cả các dịch vụ đƣợc cung cấp dựa trên IP, tất cả các nút chuyển
mạch và các giao diện đƣợc nhìn thấy trong kiến trúc 3GPP trƣớc đó không có mặt ở
E-UTRAN và EPC. Công nghệ IP chiếm ƣu thế trong truyền tải, nơi mà mọi thứ đƣợc
thiết kế để hoạt động và truyền tải trên IP.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chƣơng 1 Giới thiệu về LTE

Nguyễn Công Long – Lớp D08VT2 Trang 5


Hình 1.2 Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có E-UTRAN
1.3.2 Thiết bị ngƣời dùng (UE)
UE là thiết bị mà ngƣời dùng đầu cuối sử dụng để liên lạc. Thông thƣờng nó là
những thiết bị cầm tay nhƣ điện thoại thông minh hoặc một thẻ dữ liệu nhƣ mọi ngƣời
vẫn đang sử dụng hiện tại trong mạng 2G và 3G.
Các chức năng của UE là nền tảng cho các ứng dụng truyền thông, mà có tín
hiệu với mạng để thiết lập, duy trì và loại bỏ các liên kết thông tin ngƣời dùng cần.
Điều này bao gồm các chức năng quản lý tính di động nhƣ chuyển giao, báo cáo vị trí
của thiết bị, và các UE phải thực hiện theo hƣớng dẫn của mạng. Có lẽ quan trọng nhất
là UE cung cấp giao diện ngƣời sử dụng cho ngƣời dùng cuối để các ứng dụng nhƣ
VoIP có thể đƣợc sử dụng để thiết lập một cuộc gọi thoại.
1.3.3 E-UTRAN NodeB (eNodeB)
Đơn giản đặt eNB là một trạm gốc vô tuyến kiểm soát tất cả các chức năng vô
tuyến liên quan trong phần cố định của hệ thống. Các trạm gốc nhƣ eNB thƣờng phân
bố trên toàn khu vực phủ sóng của mạng. Mỗi eNB thƣờng cƣ trú gần các anten vô
Đồ án tốt nghiệp đại học Chƣơng 1 Giới thiệu về LTE

Nguyễn Công Long – Lớp D08VT2 Trang 6

tuyến hiện tại của chúng. Hình 1.3 miêu tả kết nối của eNodeB tới các nút logic khác

và các chức năng chính.
Chức năng của eNB hoạt động nhƣ một cầu nối giữa 2 lớp là UE và
EPC(Evolved Packet Core), nó là điểm cuối của tất cả các giao thức vô tuyến về phía
UE, và tiếp nhận dữ liệu giữa các kết nối vô tuyến và các kết nối IP cơ bản tƣơng ứng
về phía EPC. Trong vai trò này các EPC thực hiện mã hóa / giải mã các dữ liệu UP, và
cũng có nén / giải nén tiêu đề IP, tránh việc gửi đi lặp lại giống nhau hoặc dữ liệu liên
tiếp trong tiêu đề IP.
eNB cũng chịu trách nhiệm về nhiều các chức năng của mặt phẳng điều khiển,
eNB chịu trách nhiệm về quản lý tài nguyên vô tuyến, tức là kiểm soát việc sử dụng
giao diện vô tuyến , bao gồm : phân bổ tài nguyên dựa trên yêu cầu, ƣu tiên và lập lịch
trình lƣu lƣợng theo yêu cầu QoS, và liên tục giám sát tình hình sử dụng tài nguyên.
Ngoài ra eNodeB còn có vai trò quan trọng trong quản lý tính di động (MM).
Điều khiển eNB và đo đạc phân tích mức độ của tín hiệu vô tuyến đƣợc thực hiện bởi
UE. Điều này bao gồm trao đổi tín hiệu chuyển giao giữa eNB khác và MME. Khi một
UE mới kích hoạt theo yêu cầu của eNB và kết nối vào mạng, eNB cũng chịu trách
nhiệm về việc định tuyến khi này nó sẽ đề nghị các MME mà trƣớc đây đã phục vụ
cho UE, hoặc lựa chọn một MME mới nếu một tuyến đƣờng đến các MME trƣớc đó
không có sẵn hoặc thông tin định tuyến vắng mặt.
1.3.4 Thực thể quản lý tính di động (MME)
Thực thể quản lý tính di động(MME) là thành phần điều khiển chính trong EPC
đƣợc miêu tả trong hình 1.4. Thông thƣờng MME sẽ là một máy chủ ở một vị trí an
toàn tại các cơ sở của nhà điều hành.
Chức năng chính của MME:
Xác thực và bảo mật
Khi một UE đăng ký vào mạng lần đầu tiên, MME sẽ khởi tạo sự xác thực,
bằng cách thực hiện những điều sau: nó tìm ra danh tính thƣờng trú của UE, hoăc từ
các mạng truy nhập trƣớc đó hoặc chính bản thân UE, yêu cầu từ bộ phục vụ thuê bao
thƣờng trú (HSS) trong mạng chủ của UE các điều khiển chứng thực có chứa các
mệnh lệnh chứng thực – trả lời các cặp tham số, gửi các thử thách với UE và so sánh
các trả lời nhận đƣợc từ UE vào một trong những cái đã nhận từ mạng chủ.

Đồ án tốt nghiệp đại học Chƣơng 1 Giới thiệu về LTE

Nguyễn Công Long – Lớp D08VT2 Trang 7



Hình 1.3 eNodeB kết nối tới các nút logic khác và các chức năng
chính


Hình 1.4 MME kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính
Quản lý tính di động
MME theo dõi vị trí của tất cả các UE trong khu vực của mình, khi một UE
đăng ký vào mạng lần đầu tiên, MME sẽ tạo ra một lối vào cho UE và tín hiệu với vị
trí tới HSS trong mạng chủ của UE. MME yêu cầu tài nguyên thích hợp đƣợc thiết lập
trong eNodeB, cũng nhƣ trong các S-GW mà nó lựa chọn cho UE. Các MME sau đó
Đồ án tốt nghiệp đại học Chƣơng 1 Giới thiệu về LTE

Nguyễn Công Long – Lớp D08VT2 Trang 8

tiếp tục theo dõi vị trí của UE hoặc là dựa trên mức độ của eNB, nếu UE vẫn kết nối,
tức là truyền thông đang hoạt động hoặc ở mức độ khu vực theo dõi.

Quản lý hồ sơ thuê bao và dịch vụ kết nối
Vào thời điểm một UE đăng ký vào mạng, các MME sẽ chịu trách nhiệm lấy hồ
sơ đăng ký của nó từ mạng chủ về. Các MME sẽ lƣu trữ thông tin này trong suốt thời
gian phục vụ UE. Hồ sơ này xác định những gì các kết nối mạng dữ liệu gói đƣợc
phân bổ tới các mạng ở tập tin đính kèm. Các MME sẽ tự động thiết lập mặc định phần
tử mạng, cho phép các UE kết nối IP cơ bản.

1.3.5 Cổng phục vụ (S-GW)
Trong cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống đƣợc miêu tả trong hình 1.5, chức
năng cao cấp của S-GW là quản lý đƣờng hầm UP và chuyển mạch. S-GW là một
phần của hạ tầng mạng nó đƣợc duy trì ở các phòng điều hành trung tâm của mạng.
S-GW có một vai trò rất nhỏ trong các chức năng điều khiển. Nó chỉ chịu trách
nhiệm về nguồn tài nguyên của riêng nó, và nó cấp phát chúng dựa trên các yêu cầu từ
MME, P-GW hoặc PCRF, từ đó mà các hành động đƣợc thiết lập , sửa đổi hoặc xóa
sạch các phần tử mang cho UE.
1.3.6 Cổng dữ liệu gói (P-GW)
Cổng mạng dữ liệu gói ( P-GW, cũng thƣờng đƣợc viết tắt là PDN-GW) là
tuyến biên giữa EPS và các mạng dữ liệu gói bên ngoài. Nó là nút cuối di động mức
cao nhất trong hệ thống, và nó thƣờng hoạt động nhƣ là điểm cấp phát IP cho UE. Nó
thực hiện các chức năng chọn lƣu lƣợng và lọc theo yêu cầu bởi các dịch vụ đƣợc đề
cập. Tƣơng tự nhƣ S-GW, các P-GW đƣợc duy trì tại các phòng điều hành tại một vị
trí trung tâm.
Điển hình là P-GW cấp phát các địa chỉ IP cho UE, và UE sử dụng nó để giao
tiếp với các máy chủ khác ở các mạng bên ngoài. Địa chỉ IP luôn đƣợc cấp phát khi
UE yêu cầu một kết nối PDN, nó sẽ diễn ra ít nhất là khi UE đƣợc gắn vào mạng, và
nó có thể xảy ra sau khi có một kết nối PDN mới. Các P-GW thực hiện chức năng giao
thức cấu hình máy chủ động (DHCP) khi cần, hoặc truy vấn một máy chủ DHCP bên
ngoài, và cung cấp địa chỉ cho UE. Ngoài ra tự cấu hình động đƣợc hỗ trợ bởi các tiêu
chuẩn. IPv4 hay IPv6 hoặc cả hai, các địa chỉ có thể đƣợc phân bổ tùy theo nhu cầu.
UE có thể báo hiệu rằng nó muốn nhận địa chỉ ngay trong tín hiệu kết nối hoặc nếu nó
muốn thực hiện cấu hình địa chỉ sau khi lớp liên kết đƣợc kết nối.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chƣơng 1 Giới thiệu về LTE

Nguyễn Công Long – Lớp D08VT2 Trang 9


Hình 1.5 Các kết nối S-GW tới các nút logic khác và các chức năng chính

Hình 1.6 P-GW kết nối tới các node logic khác và các chức năng chính
P-GW bao gồm cả PCEF, có nghĩa là nó thực hiện các chức năng chọn lƣu
lƣợng và lọc theo yêu cầu bởi các chính sách đƣợc thiết lập cho UE và các dịch vụ nói
đến, nó cũng thu thập các báo cáo thông tin chi phí liên quan.
Mỗi P-GW có thể đƣợc kết nối tới một hoặc nhiều PCRF, S-GW và mạng bên
ngoài. Đối với một UE liên kết với P-GW thì chỉ có duy nhất một S-GW, nhƣng có các
Đồ án tốt nghiệp đại học Chƣơng 1 Giới thiệu về LTE

Nguyễn Công Long – Lớp D08VT2 Trang 10

kết nối tới nhiều các mạng bên ngoài và tƣơng ứng có nhiều các PCRF có thể cần phải
đƣợc hỗ trợ, nếu có kết nối tới nhiều các PDN đƣợc hỗ trợ thông qua một P-GW.
1.3.7 Chức năng chính sách và tính cƣớc tài nguyên ( PCRF)
Chức năng chính sách và tính cƣớc tài nguyên(PCRF) là phần tử mạng chịu
trách nhiệm về chính sách và điều khiển tính cƣớc. Nó tạo ra các quyết định về cách
xử lý các dịch vụ về QoS, và cung cấp thông tin cho PCEF đƣợc đặt trong P-GW.
PCRF là một máy chủ và thƣờng đƣợc đặt tại các trung tâm điều hành chuyển mạch.



Hình 1.7 PCRF kết nối tới các nút logic khác & các chức năng chính
1.3.8 Máy chủ thuê bao thƣờng trú (HSS)
Máy chủ thuê bao thƣờng trú (HSS) là kho dữ liệu thuê bao cho tất cả dữ liệu
ngƣời dùng thƣờng xuyên. Nó cũng ghi lại vị trí của ngƣời sử dụng ở mức độ của nút
điều khiển mạng tạm trú, chẳng hạn nhƣ MME. Nó là một máy chủ cơ sở dữ liệu và
đƣợc duy trì tại các phòng trung tâm của nhà điều hành.
HSS lƣu trữ bản gốc của hồ sơ thuê bao, trong đó chứa các thông tin về các dịch
vụ đƣợc áp dụng đối với ngƣời sử dụng, bao gồm thông tin về các kết nối PDN đƣợc

cho phép, và liệu có chuyển tới một mạng tạm trú riêng đƣợc hay không. HSS cũng
lƣu những nhận dạng của các P-GW đƣợc sử dụng. Khóa thƣờng trực đƣợc sử dụng để
tính toán xác thực và đƣợc gửi tới mạng tạm trú để xác thực ngƣời dùng và các khóa
phát sinh tiếp sau để mã hóa và bảo vệ tính toàn vẹn là đƣợc lƣu trữ tại các trung tâm
xác thực(AUC), thƣờng là một phần của HSS. Trong tất cả các tín hiệu liên quan tới
các chức năng này thì HSS phải tƣơng tác với MME. Các HSS sẽ cần phải có khả năng
Đồ án tốt nghiệp đại học Chƣơng 1 Giới thiệu về LTE

Nguyễn Công Long – Lớp D08VT2 Trang 11

kết nối với mọi MME trong toàn bộ hệ mạng lƣới, nơi mà các UE của nó đƣợc phép di
chuyển. Đối với mỗi UE, các hồ sơ HSS sẽ chỉ tới một MME phục vụ tại một thời
điểm, và ngay sau đó là báo cáo về một MME mới mà nó phục vụ cho UE, HSS sẽ hủy
bỏ vị trí của MME trƣớc.
1.4 Dịch vụ của LTE
Truyền thông tốc độ cao (High Multimedia)
Với khả năng truyền số liệu tốc độ cao, LTE cho phép truy cập internet với tốc
độ rất cao, phục vụ cho các ứng dụng theo yêu cầu nhƣ: video độ phân giải cao, audio
chất lƣợng hoặc các ứng dụng mua bán trực tuyến với các sản phẩm hữu hình nhƣ âm
nhạc, phần mềm…
Dịch vụ thoại (Voice telephony)
LTE vẫn cung cấp các dịch vụ thoại khác nhau đang tồn tại nhƣ chờ cuộc gọi,
chuyển cuộc gọi, gọi ba bên… Tuy nhiên cần lƣu ý là LTE không cố gắng lặp lại các
dịch vụ thoại truyền thống hiện đang cung cấp; dịch vụ thì vẫn đảm bảo nhƣng công
nghệ thì thay đổi, chủ yếu dùng thoại trên nền IP.
Tin nhắn (Messaging)
Không giống nhƣ dịch vụ tin nhắn thông thƣờng trong mạng 2G, 3G chỉ đơn
thuần là bản tin text. Tin nhắn trong LTE cho phép email đi kèm và có thể đƣợc sử
dụng trong việc thanh toán trực tuyến cho các dịch vụ gia đình nhƣ mua vé xem phim,
thanh toán hóa đơn điện nƣớc,…

Dịch vụ dữ liệu (Data Service)
Cho phép thiết lập kết nối thời gian thực giữa các đầu cuối, cùng với các đặc tả
giá trị giá tăng nhƣ tính tin cậy và phục hồi nhanh kết nối, các kết nối chuyển mạch ảo
(SVC- Switched Virtual Connection), và quản lý dải tần, điều khiển cuộc gọi,… Tóm
lại các dịch vụ dữ liệu có khả năng thiết lập kết nối theo băng thông và chất lƣợng dịch
vụ QoS theo yêu cầu.

Dịch vụ đa phƣơng tiện (Multimedia Service)
Cho phép nhiều ngƣời tham gia tƣơng tác với nhau qua thoại, video, dữ liệu.
Các dịch vụ này cho phép khách hàng vừa nói chuyện, vừa hiển thị thông tin. Ngoài
ra, các máy tính còn có thể cộng tác với nhau.
Tính toán mạng công cộng (PNC: Public Network Computing)
Cung cấp các dịch vụ tính toán dựa trên cơ sở mạng công cộng cho thƣơng mại
và các khách hàng. Ví dụ nhà cung cấp mạng công cộng có thể cung cấp khả năng lƣu
trữ và xử lý riêng ( chẳng hạn nhƣ làm chủ một trang web, lƣu trữ/ bảo vệ/ dự phòng
các file số liệu hay chạy một ứng dụng tính toán).
Đồ án tốt nghiệp đại học Chƣơng 1 Giới thiệu về LTE

Nguyễn Công Long – Lớp D08VT2 Trang 12

Bản tin hợp nhất (Unified Messaging)
Hỗ trợ cung cấp các dịch vụ voice mail, email, fax mail, pages qua các giao
diện chung. Thông qua các giao diện này, ngƣời sử dụng sẽ truy nhập (cũng nhƣ đƣợc
thông báo) tất cả các loại tin nhắn trên, không phụ thuộc vào hình thức truy nhập (hữu
tuyến hay vô tuyến, máy tính, thiết bị dữ liệu vô tuyến). Đặc biệt kỹ thuật chuyển đổi
lời nói sang file văn bản và ngƣợc lại đƣợc thực hiện ở server ứng dụng cần phải đƣợc
sử dụng ở dịch vụ này.
Môi giới thông tin (Information Brokering)
Bao gồm quảng cáo, tìm kiếm và cung cấp thông tin đến khách hàng tƣơng ứng
với nhà cung cấp. Ví dụ nhƣ khách hàng có thể nhận thông tin trên cơ sở các tiêu

chuẩn cụ thể hay trên các cơ sở tham chiếu cá nhân,…
Thƣơng mại điện tử (E-Commerce/ M-Commerce)
Cho phép khách hàng mua hàng hóa, dịch vụ đƣợc xử lý bằng điện tử trên
mạng, có thể bao gồm cả việc xử lý tiến trình, kiểm tra thông tin thanh toán tiền, cung
cấp khả năng bảo mật,… Ngân hàng tại nhà và đi chợ tại nhà nằm trong danh mục các
dịch vụ này; bao gồm cả các ứng dụng thƣơng mại, ví dụ nhƣ quản lý dây chuyển cung
cấp và các ứng dụng quản lý tri thức.
Trò chơi tƣơng tác trên mạng (Interactive gaming)
Cung cấp cho khách hàng một phƣơng thức gặp nhau trực tuyến và tạo ra các
trò chơi tƣơng tác (chẳng hạn nhƣ video games).
Thực tế ảo phân tán (Distributed Virtual Reality)
Tham chiếu đến sự thay đổi đƣợc tạo ra có tính chất kỹ thuật của các sự kiện,
con ngƣời, địa điểm, kinh nghiệm,… của thế giới thực, ở đó những ngƣời tham dự và
các nhà cung cấp kinh nghiệm ảo là phân tán về địa lý. Dịch vụ này yêu cầu sự phối
hợp rất phức tạp của các tài nguyên khác nhau.
Quản lý tại gia (Home Manager):
Với sự ra đời của các thiết bị mạng thông minh, các dịch vụ này có thể giám sát
và điều khiển các hệ thống bảo vệ tại nhà, các hệ thống đang hoạt động, các hệ thống
giải trí, và các công cụ khác tại nhà. Giả sử nhƣ chúng ta đang xem ti vi và có chuông
cửa, không vấn đề gì cả, ta chỉ việc sử dụng điều khiển ti vi từ xa để xem đƣợc trên
màn hình ai đang đứng trƣớc cửa nhà mình. Hoặc chẳng hạn nhƣ chúng ta có thể quan
sát đƣợc ngôi nhà của mình trong khi đang đi xa, hoặc quan sát đƣợc ngƣời trông trẻ
đang chăm sóc em bé nhƣ thế nào khi ta đang làm việc tại cơ quan.
Ngoài các dịch vụ đã nêu trên còn có rất nhiều dịch vụ khác có thể triển khai
trong môi trƣờng LTE nhƣ: các dịch vụ ứng dụng trong y học, chính phủ điện tử,
nghiên cứu đào tạo từ xa, nhắn tin đa phƣơng tiện,… Nhƣ vậy các dịch vụ thế hệ sau là
rất đa dạng và phong phú, việc xây dựng, phát triển và triển khai chúng là mở và linh