NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ VIDEO CONFERENCE TRONG MẠNG LTE

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG


VÕ HOÀNG NAM


NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG
DỊCH VỤ VIDEO CONFERENCE TRONG MẠNG LTE


Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Mã số: 60.52.70

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT


Người hướng dẫn khoa học: TS. Huỳnh Việt Thắng


Đà Nẵng - Năm 2014
2

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được
ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn

Võ Hoàng Nam

3

MỤC LỤC
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Mục tiêu nghiên cứu 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2
4. Phương pháp nghiên cứu 3
5. Bố cục đề tài 3
6. Tổng quan tài liệu nghiên cứu 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG LTE 5
1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 5
1.2 CÔNG NGHỆ LTE 5
1.2.1. Khái niệm 5
1.2.2. Các đặc điểm chính 6
1.2.3. Kiến trúc mạng LTE 11
1.2.4. Giao diện vô tuyến 12
1.2.5. Hệ thống kênh truyền trong LTE 16
1.2.6. Chất lượng dịch vụ và các kênh mang EPS Bearers 21
1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 24
CHƯƠNG 2: VIDEO CONFERENCE VÀ CÁC KỸ THUẬT LIÊN
QUAN 25
2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 25
2.2 KHÁI NIỆM TRUYỀN DÒNG: 26
2.3 GIAO THỨC RTP VÀ RTCP 26
2.3.1. Giao thức RTP 26

4

2.3.2. Ghép các phiên truyền RTP 35
2.3.3. Chức năng và hoạt động của giao thức RTCP: 35
2.4. NÉN TÍN HIỆU VIDEO VÀ CHUẨN NÉN MPEG 40
2.4.1 Mục đích nén Video: 40
2.4.2 Khái niệm về nén MPEG 42
2.4.3 Các chuẩn nén MPEG. 49
2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 59
CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP PHÂN LỚP THUÊ BAO, KỊCH BẢN
VÀ MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ VIDEO
CONFERENCE TRONG LTE 60
3.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG 60
3.2. GIẢI PHÁP PHÂN LỚP THUÊ BAO 60
3.3. Các PHẦN MỀM MÔ PHỎNG 61
3.4. MÔ PHỎNG BẰNG OPNET: 62
3.4.1. Giới thiệu OPNET 17.1 và bản quyền sử dụng 62
3.4.2. Xây dựng mô hình mạng lưới: 63
3.4.3. Các tham số cần thiết cho quá trình mô phỏng: 64
3.4.4. Xây dựng các kịch bản mô phỏng: 68
3.4.5. Thực hiện mô phỏng. 76
3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 77
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN 78
4.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG 78
4.2. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 78
5

4.2.1. Kịch bản 1: Mạng LTE có lưu lượng thấp. 79
4.2.2. Kịch bản 2: Lưu lượng mạng trung bình. 84
4.2.3. Kịch bản 3: Mạng lưu lượng lớn, có khả năng nghẽn cao 89

4.2.4. Tổng hợp kết quả mô phỏng và đánh giá 94
4.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 95
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO 98
















6

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt
3G
Third Generation Mobile
Communication Network
Hệ thống thông tin di động

thế hệ thứ 3
3GPP
Third Generation Partnership
Project
Tổ chức chuẩn hóa các công
nghệ mạng thông tin di động
4G
Fourth Generation Mobile
Communication Network
Hệ thống thông tin di động
thế hệ thứ 4
AS
Access Stratum
Miền truy nhập
NAS
Non Access Stratum
Miền không truy nhập
BER
Bit Error Rate
Tỉ lệ lỗi bít
BPSK
Binary Phase Shift Keying
Điều chế pha nhị phân
CDMA
Code division multiple access
Đa truy nhập phân chia theo
mã
DCT
Discrete Cosine Transform
Phép biến đổi Cosin

DVB-T
Digital Video Broadcasting
Quảng bá Video số
ES
Elementary Stream
Dòng sơ cấp
EPC
Evolved Packet Core
Mạng lõi chuyển mạch gói
EPS
Evolved Packet System
Hệ thống chuyển mạch gói
FDD
Frequency Division Duplex
Ghép kênh song công phân
chia theo tần số
FDM
Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo
tần số.
FDMA
Frequency Division Multiple
Access
Đa truy cập phân chia theo
tần số
GBR
Guaranteed Bit Rate
Đảm bảo tốc độ bít
GSM

Global System for Mobile
Communication
Hệ thống thông tin di động
toàn cầu
GOP
Group of Picture
Nhóm ảnh
HSPA
High Speed Packet Access
Công nghệ truy nhập gói tốc
độ cao
LTE
Long Term Evolution
Tiến hóa dài hạn
MPEG
Moving Picture Expert Group
Nhóm các chuyên gia ảnh
chuyển động
MU
Multiuser
Đa người dùng
MISO

Multiple Input Single Output

Đa anten phát – đơn anten
thu
7

Non-BGR

Non Guaranteed Bit Rate
Không đảm bảo tốc độ bít
OFDM
Orthogonal Frequency
Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo
tần số trực giao
OFDMA
Orthogonal Frequency
Division Multiple Access
Đa truy cập phân chia theo
tần số trực giao
RTP
Real time Protocol
Giao thức thời gian thực
RTCP

Real time Control Protocol

Giao thức điều khiển thời
gian thực
SC-FDMA
Single Carrier Frequency
Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo
tần số đơn sóng mang
SNR
Signal to Noise Ratio
Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu
SISO

Single Input Single Output
Đơn anten phát - đơn anten
thu
SDMA
Space Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo
không gian
TDD
Time Division Duplex
Ghép song công phân chia
thời gian
TDMA
Time Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo
thời gian
UE
User Equipment
Thiết bị người dùng
UL
Uplink
Đường lên
UMTS
Universal Mobile
Telecommunications System
Hệ thống viễn thông di động
toàn cầu

8

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu
bảng
Tên bảng
Trang
Bảng 1.1
Các đặc điểm chính của công nghệ LTE
15
Bảng 1.2
Băng thông và các đặc tính của RB
19
Bảng 1-3
Dung lượng hệ thống LTE sử dụng SISO
29
Bảng 1.4
Chuẩn QCI và các đặc tính của kênh mang
31
Bảng 2.1
Tham số theo tiêu chuẩn MPEG -1
59
Bảng 2.2
Bảng thông số chính Profiles và Levels của tín hiệu
chuẩn MPEG-2
63
Bảng 3.1
Giá trị QCI, ARP của kênh mang EPS bearer
75

Bảng 3.2
Các giá trị tham chiếu của UE thực hiện Video
Conference và FTP
83
Bảng 4.1
Thống kê độ trễ E2E của các UE
87
Bảng 4.2
Tổng hợp số liệu lưu lượng gửi và nhận của các UE
trong kịch bản 1
89
Bảng 4.3
Tổng hợp số liệu chi tiết biến thiên thời gian trễ
(PDV)
90
Bảng 4.4
Chi tiết các giá trị thời gian trễ E2E của các UE
92
Bảng 4.5
Chi tiết lưu lượng gửi/ nhận và tỉ lệ mất gói của các
UE
94
Bảng 4.6
Tổng hợp chi tiết giá trị biến thiên trễ của các UE
95
Bảng 4.7
Số liệu chi tiết thời gian trễ E2E của các UE
97

9

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Phổ đa sóng mang 9
Hình 1.2 Tín hiệu OFDM trên miền thời gian và tần số 9
Hình 1.3 LTE downlink physical resource based on OFDM.[4] 10
Hình 1.4 Kiến trúc mạng lõi LTE 12
Hình 1.5 Kiến trúc của giao diện vô tuyến 13
Hình 1.6. Kiến trúc mặt phẳng điều khiển trong LTE 14
Hình 1.7 Kiến trúc mặt phẳng người dùng trong LTE 14
Hình 1.8 Kênh logic 17
Hình 1.9 Kênh vận chuyển 18
Hình 1.10 Quá trình xử lý đường xuống 19
Hình 1.11 Cấu hình kênh mang và QoS trong mạng truy nhập của LTE
[19] 23
Hình 2.1 Mô hình tổng quát về giao thức RTP. 27
Hình 2.2 Vị trí RTP trong các ứng dụng multimedia 29
Hình 2.3 Mô hình phiên RTP. 32
Hình 2.4 Cấu trúc phần header gói RTP. [33] 33
Hình 2.5 Hoạt động của RTCP. 36
Hình 2.6 Format of the Sender Report [19] 38
Hình 2.7 Format of the Receiver Report [19] 38
Hình 2.8 Format of the BYE packet [19] 39
Hình 2.9 Format of the application defined packet [19] 39
Hình 2.10 Cấu trúc dòng Bít MPEG Video 43
Hình 2.11 Cấu trúc ảnh MPEG 46
Hình 2.12 Nén MPEG 46
Hình 2.13 Giải nén MPEG 48
Hình 2.14 Chuẩn nén MPEG-2 51
10

Hình 2.15 Cấu trúc của bộ mã hoá và giải mã Video MPEG – 4 55
Hình 2.16 Profiles và Levels trong MPEG -4 57
Hình 3.1 Giới thiệu OPNET 17.1 và bản quyền sử dụng 63
Hình 3.2 Cấu trúc mạng LTE dùng trong mô phỏng 64
Hình 3.3 Thư viện con eNode B 65
Hình 3.4 Cài đặt tham số cần thiết cho eNode B 65
Hình 3.5 Lựa chọn và cài đặt tham số cho UE từ thư viện con 66
Hình 3.6 Các thiết lập kênh vật lý cho mạng LTE 66
Hình 3.7 Định nghĩa các phân lớp QCI và tham số của EPS bearer 67
Hình 3.8 Cài đặt tham số đích cuộc gọi Video cho UE 69
Hình 3.9 Cấu hình thời gian và tham số hoạt động cho các UE 71
Hình 3.10 Cài đặt tham số cho cuộc gọi Video chất lượng cao 72
Hình 3.11 Cài đặt tham số FTP tạo lưu lượng nền trong mạng 72
Hình 3.12 Cài đặt tham số chất lượng cao cho cuộc gọi Video 73
Hình 3.13 Cài đặt tham số truyền file FTP 73
Hình 3.14 Phân bố các UE và các FTP client/ Server 74
Hình 3.15 Cài đặt các UE thực hiện chức năng FTP Client/Server 74
Hình 3.16 Cấu hinh thời gian thực hiện mô phỏng 76
Hình 3.17 Lựa chọn các chỉ số cần lấy kết quả 76
Hình 4.1 Đồ thị minh họa độ trễ E2E 79
Hình 4.2 Đồ thị minh họa chi tiết độ trễ E2E 80
Hình 4.3 Đồ thị minh họa lưu lượng gửi đi của các UE trong kịch bản 1
81
Hình 4.4 Đồ thị minh họa lưu lượng nhận được của các UE trong kịch
bản 1 82
Hình 4.5 Đồ thị minh họa chỉ số Jitter của các UE 83
Hình 4.6 Đồ thị minh họa thời gian trễ E2E của các UE 84
11

Hình 4.7 Đồ thị minh họa lưu lượng gửi đi của các UE 86
Hình 4.8 Đồ thị minh họa lưu lượng nhận được của các UE 86
Hình 4.9 Đồ thị minh họa số liệu biến thiên trễ của các UE 88
Hình 4.10 Đồ thị minh họa thời gian trễ E2E của các UE 89
Hình 4.11 Đồ thị minh họa lưu lượng gửi của các UE 91
Hình 4.12 Đồ thị minh họa lưu lượng nhận của các UE 91
Hình 4.13 Đồ thị minh họa thời gian biến thiên trễ của các UE 93

1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong một thế giới chuyển động, thay đổi liên tục như hiện nay, việc xử
lý thông tin và cập nhật tức thời ở mọi lúc, mọi nơi sẽ giúp chúng ta làm
chủ được tình hình mà không phải phụ thuộc quá nhiều ở vị trí địa lý.
Giải pháp hội nghị truyền hình trên các thiết bị di động phản ánh đúng
xu thế và nhu cầu hiện tại của con người, nhất là với các cấp lãnh đạo,
những doanh nhân, những người thường xuyên làm việc ở xa văn phòng,
không có điều kiện để sử dụng các công cụ truyền thống.
Giải pháp di động phục vụ như là một phần mở rộng văn phòng của
doanh nghiệp, bằng các phương tiện hiện đại của máy tính bảng và điện
thoại thông minh, thiết bị sẽ giúp chúng ta thay đổi cách thói quen làm việc
của con người. Giải pháp truyền hình di dộng sẽ giúp giải thoát về khoảng
cách không gian, thời gian, phục vụ đời sống con người trong hầu
hết những lĩnh vực trong đời sống.
Hiệu quả ứng dụng của hội nghị truyền hình trên thiết bị di động càng
ngày càng đem lại lợi ích hiệu quả kinh tế rõ rệt, bảo đảm nhiều yếu tố lợi
ích khác cho xã hội. Tuy thế, việc đánh giá các chỉ tiêu chất lượng cũng
như đề xuất các giải pháp nhằm đảm bảo chất lượng của Video Conference
là một vấn đề còn bỏ ngỏ, chưa được quan tâm đúng mức, đặc biệt đối với

thế hệ mạng di động 4G hay còn gọi là mạng LTE (Long Term Evolution)
có xu hướng triển khai tại nước ta.
Vì thế, để phát huy được hiệu quả của giải pháp Video Conference di
động trên nền kết nối mạng LTE, đáp ứng tốt nhu cầu ngày càng cao từ
phía khách hàng, cần quan tâm đến các vấn đề cốt lõi:
2

+ Chất lượng (Quality of Service_QoS): QoS là một tập hợp các chỉ tiêu
chất lượng dịch vụ dựa trên các phép đo như độ trễ dữ liệu, các giá trị sai
lệch về độ trễ, mức độ đảm bảo băng thông, tỉ lệ thất lạc gói tin.
Việc nghiên cứu đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến QoS của Video Call,
Video Conference trong mạng LTE, từ đó đề xuất các giải pháp nhằm ổn
định, nâng cao chất lượng dịch vụ QoS của Video call, Video Conference
dựa trên nền LTE sẽ là yếu tố quan trọng để các nhà khai thác mạng ứng
dụng và triển khai.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:
- Xác định các yếu tố có khả năng ảnh hưởng đến chất lượng Video
Conference trong mạng LTE.
- Đề xuất các giải pháp nhằm ổn định và đảm bảo chất lượng Video
Conference trong mạng LTE.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a. Đối tượng nghiên cứu :
- Lý thuyết tổng quan về mạng LTE.
- Truyền hình hội nghị, giao thức truyền tải/điều khiển thời gian thực
RTP/RTCP và các chuẩn nén Video.
- Các mô hình, kịch bản để phân tích các tham số ảnh hưởng chất
lượng Video Conference trong LTE.
- Công cụ mô phỏng OPNET 17.1.
b. Phạm vi nghiên cứu:

- Nghiên cứu lý thuyết chức năng và thông số thiết kế của mạng
LTE.
3

- Các khái niệm về truyền hình hội nghị, giao thức RTP/RTCP và
chuẩn nén Video.
- Thực hiện mô phỏng bằng phần mềm OPNET 17.1.
- Phân tích kết quả mô phỏng dựa trên các kịch bản, mô hình
mạng khác nhau, từ đó đánh giá các tham số:
 Tham số trễ End-to-End Delay.
 Tham số biến thiên độ trễ các gói tin (PDV_ Packet delay
variation).
 Tham số tỉ lệ thất lạc gói tin (Packet loss ratio).
- Các đề xuất, kiến nghị các giải pháp liên quan đến nội dung nghiên cứu
4. Phương pháp nghiên cứu
Do mạng di động LTE là một thế hệ mạng di động mới, mới chỉ đang
triển khai tại một số nước có trình độ công nghệ cao như Hàn Quốc, Nhật
Bản, vv vv, và đang có xu hướng phát triển tại nước ta. Vì thế phương
pháp nghiên cứu của đề tài là sử dụng phần mềm mô phỏng các kịch bản,
tình huống có khả năng xảy ra trên thực tế, tìm hiểu các yếu tố tác động
đến chất lượng cuộc gọi truyền hình, và từ đó đề xuất các biện pháp, giải
pháp nâng cao chất lượng QoS của cuộc gọi hội nghị truyền hình.
5. Bố cục đề tài
Ngoài các phần mở đầu, kết luận và hướng phát triển, tài liệu tham
khảo, luận văn bao gồm các chương:
- Chương 1: Giới thiệu tổng quan về mạng LTE.
- Chương 2: Video Conference và các kỹ thuật liên quan.
- Chương 3: Giải pháp phân lớp thuê bao, mô hình và kịch bản đánh giá
chất lượng dịch vụ Video Conference trong LTE.
- Chương 4: Kết quả mô phỏng và thảo luận.

4

6. Tổng quan tài liệu nghiên cứu
Tài liệu nghiên cứu được tham khảo là những bài báo, sách, luận văn
cùng với các trang web.

5

CHƯƠNG 1
1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG LTE
1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG
Chương này trình bày những kiến thức chung về công nghệ LTE. Bao
gồm các nội dung sau: Công nghệ LTE, công nghệ đa truy nhập OFDMA,
phân biệt các phân lớp, giao thức trong eNodeB cũng như trình bày về các kỹ
thuật quan trọng trong các phân lớp giao diện vô tuyến LTE, khái niệm về
QoS trong mạng.
1.2 CÔNG NGHỆ LTE
1.2.1 Khái niệm
LTE (Long Term Evolution), công nghệ này được coi như công nghệ di
động thế hệ thứ 4 (4G). 4G LTE là một chuẩn cho truyền thông không dây
tốc độ dữ liệu cao dành cho điện thoại di động và các thiết bị đầu cuối dữ liệu.
LTE nhờ sử dụng các kỹ thuật điều chế mới và một loạt các giải pháp công
nghệ khác như lập lịch phụ thuộc kênh và thích nghi tốc độ dữ liệu, kỹ thuật
đa anten để tăng dung lượng và tốc độ dữ liệu. Các tiêu chuẩn của LTE được
tổ chức 3GPP ban hành và được quy định trong một loạt các chỉ tiêu kỹ thuật
của Phiên bản 8 (Release 8), với những cải tiến nhỏ được mô tả trong Phiên
bản 9.
Với tốc độ dữ liệu cao và độ trễ thấp, LTE có khả năng hỗ trợ rất nhiều loại
hình dịch vụ như Video Streaming, FTP, duyệt Web, Gaming, và đặc biệt là
các dịch vụ yêu cầu về thời gian thực như Video Conference. Đồng thời kiến

trúc mạng mới được thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lưu lượng chuyển mạch gói
cùng với tính di động linh hoạt, chất lượng của dịch vụ, thời gian trễ tối thiểu.
6

1.2.2 Các đặc điểm chính
Các đặc điểm chính của công nghệ LTE được tóm tắt trong bảng 1.1
Bảng 1.1 Các đặc điểm chính của công nghệ LTE
Băng tần
1,25 – 20 MHz
Song công
FDD, TDD, bán song công FDD
Di động
350km/h
Đa truy nhập
Đường xuống OFDMA
Đường lên SC-FDMA
MIMO
Đường xuống 2*2; 4*2 ; 4*4
Đường lên 1 * 2 ; 1 * 4
Tốc độ dữ liệu đỉnh trong
20MHz
Đường xuống : 173 và 326 Mb/s tương
ứng với cấu hình MIMO 2*2 và 4*4
Đường lên : 86Mb/s với cấu hình 1*2 anten
Điều chế
QPSK; 16 QAM và 64 QAM
Mã hóa kênh
Mã turbo
Các công nghệ khác
Lập biểu chính xác kênh; liên kết thích

ứng; điều khiển công suất; ICIC và ARQ
hỗn hợp

 Tăng tốc độ truyền dữ liệu: Trong điều kiện lý tưởng, hệ thống hỗ trợ
tốc độ dữ liệu đỉnh đường xuống lên tới 326Mb/s với cấu hình MIMO 4x4
trong 20MHZ băng thông. MIMO cho đường lên không được sử dụng trong
phiên bản đầu tiên của chuẩn LTE. Tốc độ dữ liệu đỉnh đường lên tới 86Mb/s
trong 20MHZ băng thông. Ngoài việc 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 thay đổi được: Dải tần vô tuyến của hệ thống LTE có khả
năng thay đổi từ 1.4 MHz, 3MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz cả
7

chiều lên và xuống. Điều này dẫn đến sự linh hoạt trong việc sử dụng một
cách 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 thì chỉ cần một
băng tần vừa đủ là cũng đáp ứng được.
 Đảm bảo hiệu suất khi di chuyển: LTE tối ưu hóa hiệu suất cho thiết
bị đầu cuối di chuyển từ 0 đến 15km/h, tuy nhiên vẫn hỗ trợ với hiệu suất cao
(có suy 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 được 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 người sử dụng và mặt phẳng điều khiển:
o Giảm thời gian chuyển đổi trạng thái trên mặt phẳng điều khiển. Giảm
thời gian để một thiết bị đầu cuối chuyển từ trạng thái nghỉ sang kết nối
với mạng và bắt đầu truyền thông tin trên một kênh truyền. Thời gian
này phải nhỏ hơn 100ms.
o Giảm độ trễ ở mặt phẳng người dùng: Nhược điểm của các mạng tổ

ong hiện nay là độ trễ truyền cao hơn nhiều so với các mạng đường dây
cố định. Điều này ảnh hưởng lớn đến các ứng dụng như thoại, truyền
hình hội nghị và chơi game …, vì cần thời gian thực. Giao diện vô
tuyến của LTE và mạng lưới cung cấp khả năng độ trễ dưới 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 hoạt động đơn giản với các mạng di động phi
8

3GPP và các mạng cố định. EPC dựa trên các giao thức TCP/IP – giống như
phần lớn các mạng số liệu cố định ngày nay - vì vậy cung cấp các dịch vụ
giống PC như thoại, video, tin nhắn và các dịch vụ đa phương tiện. VoIP sẽ
dùng cho dịch vụ thoại.
 Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện tại: 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 được 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 được cho phép để hỗ trợ cho các
người sử dụng với chi phí thấp. Điều này tránh việc phải đầu tư một bộ song
công đắt tiền trong UE. Truy nhập đường 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 đường lên. Nguyên lý cơ bản của OFDM là chia một luồng dữ liệu tốc
độ cao thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số

các sóng mang con trực giao. Các sóng mang con này được lựa chọn với
khoảng cách tần số nhỏ nhất và thỏa mãn tính trực giao của sóng trong miền
thời gian. Nhờ vậy phổ tín hiệu ở các sóng mang con cho phép chồng lấn lên
nhau mà phía thu vẫn có thể khôi phục lại tín hiệu ban đầu.
9


Hình 1.1 Phổ đa sóng mang
Tín hiệu OFDM được tạo từ nhiều subcarrier. Khoảng cách giữa các tần
số của các subcarrier là fs, bằng 1/Ts , độ dài symbol (Ts). Ts lớn hơn
nghĩa là subcarrier sẽ sát nhau hơn và chứa được nhiều subcarrier hơn
trong một băng thông cho trước. Một symbol OFDM là kết hợp của n
symbol subcarrier song song đồng thời.

Hình 1.2 Tín hiệu OFDM trên miền thời gian và tần số
OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access): đa truy
nhập phân tần trực giao, Kỹ thuật này dựa trên ý tưởng cấp phát khối tài
nguyên (RB_ Resource Block) cho người dùng dựa trên tốc độ bit người
10

dùng yêu cầu. Khối tài nguyên này đơn giản là nhóm các subcarrier. Một
người dùng có thể sử dụng một hay nhiều khối tài nguyên. Một RB
(Resource Block) có độ dài 0.5ms và băng thông 180Khz ( 12 subcarriers).
Như thế dễ dàng thấy rằng mỗi RB sẽ có 12x7 = 84 RE (resource
elements) trong trường hợp tiền tố tuần hoàn bình thường và 12x6= 72 RE
trong trường hợp tiền tố mở rộng.

Hình 1.3 LTE downlink physical resource based on OFDM.[4]
Lưới tài nguyên nói trên chỉ đến chỉ số của RB trong băng thông có sẵn.
Mỗi lối vào của RB được gọi là một RE (Resource Element), thể hiện một

OFDM subcarrier trong khoảng thời gian một ký tự OFDM. Khoảng cách
tần số của OFDM subcarrier là 15kHz. Bảng 1.2 trình bày băng thông của
hệ thống LTE và cấu hình tài nguyên.
Bảng 1.2 Băng thông và các đặc tính của RB [4]
Bandwidth
(MHz)
1.4
3
5
10
15
20
Number of Resources
Blocks
6
15
25
50
75
100
Number of occupied
subcarriers
72
180
300
600
900
1200
IFFT/FFT Size
128

256
512
1024
1536
2048
Subcarrier Spacing
(KHz)
15
15
15
15
15
15
11


- Cùng tồn tại với các chuẩn và hệ thống trước: Hệ thống LTE phải
cùng tồn tại và có thể phối hợp hoạt động với các hệ thống 3GPP khác. Người
sử dụng LTE sẽ có thể thực hiện các cuộc gọi từ thiết bị đầu cuối của mình
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.
1.2.3 Kiến trúc mạng LTE
Kiến trúc mạng vô tuyến được đề xuất bởi 3GPP LTE bao gồm eNodeB
cung cấp liên kết giữa UE và mạng lõi. eNodeB chịu trách nhiệm về các chức
năng quản lý tài nguyên vô tuyến chính (RRM). UE được kết nối với eNodeB
thông qua giao diện Uu. Các eNodeB được kết nối với mạng lõi (MME/S-
GW) thông qua giao diện S1, và được kết nối với nhau thông qua giao diện

X2 như hình 1.4 . MME là một phần quan trọng của kiến trúc LTE chịu trách
nhiệm tìm gọi khi UE di chuyển ở chế độ rỗi trong mạng. S-GW chịu trách
nhiệm định tuyến các gói dữ liệu người dùng và xử lý các yêu cầu của người
sử dụng khác, ví dụ như chuyển giao. MME và S-GW là một phần của mạng
lõi.
12


Hình 1.4 Kiến trúc mạng lõi LTE
1.2.4 Giao diện vô tuyến
Hình 1.5 mô tả cấu trúc giao thức của giao diện vô tuyến giữa thiết bị
người dùng và mạng LTE. Lớp vật lý điều khiển dữ liệu vận chuyển vật lý và
trao đổi với các lớp mạng cao hơn. Các kênh vận chuyển được xác định bởi
cách thực hiện việc truyền và các đặc tính của việc truyền riêng biệt, trong khi
các kênh điều khiển và lưu lượng lớp 2 (MAC) được phân loại theo nội dung
logic của nó. Thông tin người dùng riêng và thông tin tiến trình liên kết được
định nghĩa trong mặt phẳng người dùng logic và thông tin điều khiển chung
được định nghĩa trong mặt phẳng điều khiển logic.
13


Hình 1.5 Kiến trúc của giao diện vô tuyến
Các giao thức mặt phẳng người dùng và điều khiển trên giao diện vô
tuyến
Kiến trúc mặt phẳng người dùng được mô tả trong hình 1.7, gồm các giao
thức sử dụng cho việc truyền dữ liệu người dùng, bao gồm thông tin tiến trình
liên quan. Các giao thức RLC và MAC được gán vào kênh vật lý định nghĩa
việc truyền giữa di động và trạm gốc trên giao diện vô tuyến. Hình 1.6 mô tả
kiến trúc mặt phẳng điều khiển. Các giao thức nằm giữa giao diện giữa UE và
eNode B (Uu) từ lớp RRC trở xuống thuộc về giao thức truy nhập mạng (AS_

Access Stratum). Các lớp thấp hơn thực hiện cùng chức năng như ở lớp người
dùng, với sự khác biệt là không thực hiện việc nén mào đầu (Header
Compression). Giao thức RRC được xem như là lớp 3 trong giao thức AS. Nó
có chức năng điều khiển chính trong miền AS, thực hiện nhiệm vụ chính
14

trong việc thiết lập kênh mang vô tuyến và cấu hình tất các các lớp sử dụng
báo hiện RRC giữa eNode B và UE.

Hình 1.6. Kiến trúc mặt phẳng điều khiển trong LTE


Hình 1.7 Kiến trúc mặt phẳng người dùng trong LTE