4G_LTE và đảm bảo chất lượng dịch vụ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
LỜI NÓI ĐẦU
Ngành công nghệ viễn thông đã chứng kiến những phát triển ngoạn mục trong những
năm gần đây. Khi mà công nghệ mạng thông tin di động thế hệ thứ ba 3G chưa có đủ
thời gian để khẳng định vị thế của mình trên toàn cầu, người ta đã bắt đầu nói về công
nghệ 4G (Fourth Generation) từ nhiều năm gần đây. Thế nhưng, nói một cách chính
xác thì 4G là gì? Liệu có một định nghĩa thống nhất cho thế hệ mạng thông tin di động
tương lai 4G?
Ngược dòng thời gian
Trong hơn một thập kỷ qua, thế giới đã chứng kiến sự thành công to lớn của mạng
thông tin di động thế hệ thứ hai 2G. Mạng 2G có thể phân ra 2 loại: mạng 2G dựa trên
nền TDMA và mạng 2G dựa trên nền CDMA. Đánh dấu điểm mốc bắt đầu của mạng
2G là sự ra đời của mạng D-AMPS (hay IS-136) dùng TDMA phổ biến ở Mỹ. Tiếp
theo là mạng CdmaOne (hay IS-95) dùng CDMA phổ biến ở châu Mỹ và một phần
của châu Á, rồi mạng GSM dùng TDMA, ra đời đầu tiên ở Châu Âu và hiện được
triển khai rộng khắp thế giới. Sự thành công của mạng 2G là do dịch vụ và tiện ích mà
nó mạng lại cho người dùng, tiêu biểu là chất lượng thoại và khả năng di động.
1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Sơ đồ tóm lược quá trình phát triển của mạng thông tin di động tế bào
Tiếp nối thế hệ thứ 2, mạng thông tin di động thế hệ thứ ba 3G đã và đang được triển
khai nhiều nơi trên thế giới. Cải tiến nổi bật nhất của mạng 3G so với mạng 2G là khả
năng cung ứng truyền thông gói tốc độ cao nhằm triển khai các dịch vụ truyền thông
đa phương tiện. Mạng 3G bao gồm mạng UMTS sử dụng kỹ thuật WCDMA, mạng
CDMA2000 sử dụng kỹ thuật CDMA và mạng TD-SCDMA được phát triển bởi
Trung Quốc. Gần đây công nghệ WiMAX cũng được thu nhận vào họ hàng 3G bên
cạnh các công nghệ nói trên. Tuy nhiên, câu chuyện thành công của mạng 2G rất khó
lặp lại với mạng 3G. Một trong những lý do chính là dịch vụ mà 3G mang lại không
có một bước nhảy rõ rệt so với mạng 2G. Mãi gần đây người ta mới quan tâm tới việc

tích hợp MBMS (Multimedia broadcast and multicast service) và IMS (IP multimedia
subsystem) để cung ứng các dịch vụ đa phương tiện.
Khái niệm 4G bắt nguồn từ đâu?
Có nhiều định nghĩa khác nhau về 4G, có định nghĩa theo hướng công nghệ, có định
nghĩa theo hướng dịch vụ. Đơn giản nhất, 4G là thế hệ tiếp theo của mạng thông tin di
động không dây. 4G là một giải pháp để vượt lên những giới hạn và những điểm yếu
của mạng 3G. Thực tế, vào giữa năm 2002, 4G là một khung nhận thức để thảo luận
những yêu cầu của một mạng băng rộng tốc độ siêu cao trong tương lai mà cho phép
hội tụ với mạng hữu tuyến cố định. 4G còn là hiện thể của ý tưởng, hy vọng của
những nhà nghiên cứu ở các trường đại học, các viện, các công ty như Motorola,
Qualcomm, Nokia, Ericsson, Sun, HP, NTT DoCoMo và nhiều công ty viễn thông
2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
khác với mong muốn đáp ứng các dịch vụ đa phương tiện mà mạng 3G không thể đáp
ứng được.
Theo dòng phát triển…
Ở Nhật, nhà cung cấp mạng NTT DoCoMo định nghĩa 4G bằng khái niệm đa phương
tiện di động (mobile multimedia) với khả năng kết nối mọi lúc, mọi nơi, khả năng di
động toàn cầu và dịch vụ đặc thù cho từng khách hàng. NTT DoCoMo xem 4G như là
một mở rộng của mạng thông tin di động tế bào 3G. Quan điểm này được xem như là
một “quan điểm tuyến tính” trong đó mạng 4G sẽ có cấu trúc tế bào được cải tiến để
cung ứng tốc độ lên trên 100Mb/s. Với cách nhìn nhận này thì 4G sẽ chính là mạng
3G LTE , UMB hay WiMAX 802.16m. Nhìn chung đây cũng là khuynh hướng chủ
đạo được chấp nhận ở Trung Quốc và Hàn Quốc. Bên cạnh đó, mặc dù 4G là thế hệ
tiếp theo của 3G, nhưng tương lai không hẳn chỉ giới hạn như là một mở rộng của
mạng tế bào. Ví dụ ở châu Âu, 4G được xem như là khả năng đảm bảo cung cấp dịch
vụ liên tục, không bị ngắt quãng với khả năng kết nối với nhiều loại hình mạng truy
nhập vô tuyến khác nhau và khả năng chọn lựa mạng vô tuyến thích hợp nhất để
truyền tải dịch vụ đến người dùng một cách tối ưu nhất. Quan điểm này được xem như
là “quan điểm liên đới”. Do đó, khái niệm “ABC-Always Best Connected” (luôn được

kết nối tốt nhất) luôn được xem là một đặc tính hàng đầu của mạng thông tin di động
4G. Định nghĩa này được nhiều công ty viễn thông lớn và nhiều nhà nghiên cứu, nhà
tư vấn viễn thông chấp nhận nhất hiện nay. Dù theo quan điểm nào, tất cả đều kỳ vọng
là mạng thông tin di động thế hệ thứ tư 4G sẽ nổi lên vào khoảng 2010-2015 như là
một mạng vô tuyến băng rộng tốc độ siêu cao. Ở Việt Nam , hiện nay 3G đang phát
triển rầm rộ và để tiến lên 4G không còn xa nữa. Theo tin từ Tập đoàn Bưu chính viễn
thông Việt Nam (VNPT), đơn vị này vừa hoàn thành việc lắp đặt trạm BTS sử dụng
cho dịch vụ vô tuyến băng rộng công nghệ LTE (Long Term Evolution), công nghệ
tiền 4G đầu tiên tại Việt Nam và Đông Nam Á. Đồ án nghiên cứu về Công nghệ 4G
LTE là công nghệ còn mới mẻ và phù hợp với thực trạng hiện nay của Việt Nam.
3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LỜI CẢM ƠN
Sau khoảng thời gian học tập tại trường, đây là khoảng thời gian khó quên đối với
chúng em. Thầy cô đã chỉ bảo tận tình để giúp cho chúng em trang bị kiến thức để
vững vàng bước vào đời. Để được như ngày hôm nay, em xin gởi lời cảm ơn đến các
thầy cô trong Viện Điện Tử Viễn Thông cũng như các thầy cô trong viện Điện-Điện
tử đã hướng dẫn, truyền đạt kiến thức cho chúng em. Em xin gởi lời cảm ơn đặc biệt
đến thầy Nguyễn Hữu Thanh người đã trực tiếp tận tình hướng dẫn để em có thể
hoàn thành đề tài này.
Xin gửi lời cám ơn đến ba má đã động viên giúp đỡ cả về vật chất và tinh thần cho
con bao nhiêu năm qua, đồng cảm ơn đến bạn bè đã luôn luôn ở bên cạnh mình .
Người thực hiện :
Phạm Xuân Hòa
4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Chương 1
Thông tin di động là một lĩnh vực rất quan trọng trong đời sống xã hội. Xã hội càng
phát triển, nhu cầu về thông tin di động của con người càng tăng lên và thông tin di

động càng khẳng định được sự cần thiết và tính tiện dụng của nó. Cho đến nay, hệ
thống thông tin di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ thế hệ di động thế
hệ 1 đến thế hệ 3 và thế hệ đang phát triển trên thế giới - thế hệ 4. Trong chương này
sẽ trình bày khái quát về các đặc tính chung của các hệ thống thông tin di động và
tổng quan về mạng 4G.
Chương 2
Hệ thống 4G được xây dựng nhằm chuẩn bị một cơ sở hạ tầng di độngchung có khả
năng phục vụ các dịch vụ hiện tại và tương lai. Cơ sở hạ tầng 4G được thiết kế với
điều kiện những thay đổi, phát triển về kỹ thuật có khả năng phù hợp với mạng hiện
tại mà không làm ảnh hưởng đến các dịch vụ đang sử dụng. Để thực hiện điều đó, cần
tách biệt giữa kỹ thuật truy cập, kỹ thuật truyền dẫn, kỹ thuật dịch vụ (điều khiển kết
nối) và các ứng dụng của người sử dụng. Chương này sẽ trình bày hệ thống di động
4G LTE :các đặc điểm kỹ thuật, so sánh LTE với WiMAX, cấu trúc mạng 4G LTE sẽ
như thế nào, nó liên kết với các mạng khác ra sao, các kênh sử dụng trong E-UTRAN,
các kỹ thuật sử dụngcho đường lên, đường xuống trong LTE, đồng thời khái quát về
các thủ tục liên quan đến giao diện vô tuyến bao gồm chuyển giao và điều khiển công
suất.
Chương 3
Quy hoạch mạng LTE cũng giống như quy hoạch mạng 3G. Ở hệ thống di động 4G,
đường lên và đường xuống là bất đối xứng. Do vậy, một trong hai đường sẽ thiết lập
giới hạn về dung lượng hoặc vùng phủ sóng. Việc tính toán quỹ đường truyền và phân
tích nhiễu không phụ thuộc vào loại công nghệ sử dụng. Mục đích của pha định cỡ là
để ước lượng số lượng các trạm cần sử dụng, cấu hình trạm và số lượng các phần tử
mạng để dự báo giá thành đầu tư cho mạng. Chương này chúng ta sẽ tìm hiểu về quỹ
đường truyền của LTE, các mô hình truyền sóng để phục vụ cho quá trình ước lượng
5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
số eNodeB của mạng theo điều kiện tối ưu 1, và số trạm eNodeB theo điều kiện tối ưu
2 để từ đó ta quyết định được số eNodeB cần thiết cho vùng cần quy hoạch.
Hiện nay LTE (phiên bản nâng cấp là LTE-Advanced) được lựa chọn là công nghệ di

động 4G triển khai rộng rãi nhất trên thếgiới. ỞViệt Nam, nhu cầu sửdụng dịch vụ
dữ liệu tăng rất nhanh và với hiện trạng tất cảcác công nghệ3G hiện tại đều sửdụng
UMTS, việc triển khai 4G LTE tại nước ta là một xu thếtất yếu. LTE là một mạng
toàn IP, hỗtrợtruyển tải tốc độ cao và đa dịch vụtrên một mạng IP duy nhất. Đểcó thể
đáp ứng yêu cầu này, với những nhu cầu sửdụng khác nhau của người sửdụng và
trong điều kiện tài nguyên ởmức hạn chế, mạng LTE cần phải có cơ chếthích hợp
trong việc ấn định tài đểvừa đảm bảo chất lượng dịch vụ nhưng vẫn tối ưu được tài
nguyên mạng, đó chính là cơ chếquản lý QoS trong LTE. Đểđáp ứng được yêu cầu là
một mạng băng rộng cung cấp đa dịch vụthì vấn đềQoS có ý nghĩa hết sức quan trọng
trong LTE. Bài báo này giới thiệu các khái niệm liên quan đến QoS trong LTE, giới
thiệu kiến trúc điều khiển QoS trong mạng LTE và cơ chếquản lý QoS trong mạng
LTE.
6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Hình 1.1: Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động tế bào
Bảng 2.1 : Các thông số lớp vật lý LTE
Bảng 2.2: Tốc độ đỉnh của LTE theo lớp
Bảng 2.3 : So sánh các dịch vụ của 3G so với 4G LTE
Bảng 2.4 : So sánh giữa HSPA, WiMAX và LTE
Hình 2.1: So sánh về cấu trúc giữa UTMS và LTE
Hình 2.2: Cấu trúc cơ bản của LTE
Hình 2.3: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP 37
Hinh 2.4: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP và không phải 3GPP
Hình 2.5: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập3GPP và liên mạng với CDMA
Hình 2.6: Giao thức của UTRAN
Hình 2.7: Giao thức của E-UTRAN
Hình 2.8: Phân phối chức năng của các lớp MAC, RLC, PDCP
Hình 2.9 : Truyền đơn sóng mang
Hình 2.10 : Nguyên lý của FDMA

Hình 2.11 : Nguyên lý đa sóng mang
Hình 2.12 : So sánh phổ tần của OFDM với FDMA
Hình 2.13 : Tần số-thời gian của tín hiệu OFDM
Hình 2.14 : Các sóng mang trực giao với nhau
Hình 2.15 : Biến đổi FFT
Hình 2.16 : Thu phát OFDM
Hình 2.17: Chuỗi bảo vệ GI
Hình 2.18: Tác dụng của chuỗi bảo vệ
Hình 2.19: Sóng mang con OFDMA
Hình 2.20: OFDM và OFDMA
Hình 2.21 : Chỉ định tài nguyên của OFDMA trong LTE
Bảng 2.5 : Số khối tài nguyên theo băng thông kênh truyền
7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Hình 2.22 : Cấu trúc của một khối tài nguyên
Hình 2.23 : Cấu trúc bố trí tín hiệu tham khảo
Hình 2.24: Đặc tính đường cao của tín hiệu OFDM
Hình 2.25: PAPR cho các tín hiệu khác nhau
Hình 2.26: OFDMA và SC-FDMA
Hình 2.27 : Thu phát SC-FDMA trong miền tần số
Hình 2.28: Mô hình SU-MIMO và MU-MIMO
Hình 2.29: Ghép kênh không gian
Hình 2.30: Điều chế thích nghi
Hình 2.31: Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao
Hình 2.32 : Chuyển giao mềm
Hình 2.33 : Chuyển giao mềm - mềm hơn
Hình 2.34 : Chuyển giao cứng
Hình 2.35: Các loại chuyển giao
Hình 2.36: Điều khiển công suất vòng hở
Hình 2.37: Điều khiển công suất vòng kín

Hình 3.1: Khái quát về quá trình quy hoạch mạng LTE
Hình 3.2 : Các tham số của mô hình Walfisch-Ikegami
Bảng 3.1 : Các giá trị K sử dụng cho tính toán vùng phủ song
Bảng 3.2 : Tốc độ bit đỉnh tương ứng với từng tốc độ mã hóa và băng thong
Hình 3.3: Quan hệ giữa băng thông kênh truyền và băng thông cấu hình
Bảng 3.3: Giá trị của băng thông cấu hình tương ứng với băng thông kênh
truyền[4]
Hình 3.4: Quản lý dịch vụ IP từ đầu cuối tới đầu cuối
Hình 3.5: Hội tụ Backhaul/backbone
Hình 3.6: Bearer trong LTE sử dụng GTP trên giao diện S5/S8
Hình3.7: Bearer trong LTE sử dụng PMIP trên giao diện S5/S8
Hình 3.8: Kiến trúc PCC thực hiện điều khiển chính sách động trong mạng LTE
Hình 3.9: Vai trò của các phần tử mạng LTE trong cơ chế thực hiện QoS
8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
CÁC TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Ký hiệu Viết tắt Nghĩa
1G One Generation Cellular
Hệ thống thông tin di
độngthế hệ thứ
nhất
2G
Second Generation
Cellular
Hệ thống thông tin di
độngthế hệ thứ
hai
3G
Third Generation
Cellular

Hệ thống thông tin di
độngthế hệ thứ
ba
4G Four Generation Cellular
Hệ thống thông tin di
động thế hệ thứ
tư
3GPP
Third Generation
Patnership
Project
Dự án hợp tác thế hệ 3
ACK Acknowledgement Tín hiệu xác nhận
BCCH
Broadcast Control
Channel
Kênh điều khiển quảng
bá
BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá
BW Band Width Băng thông
CDMA
Code Division Multiple
Access
Đa truy cập phân chia
theo mã
CAPEX Capital Expenditure
CP Cycle Prefix Tiền tố lặp
DL-SCH Downlink Share Channel
Kênh chia sẻ đường
xuống

DL Downlink Hướng xuống
EDGE
Enhance Data rates for
GSM
Evolution
Tốc độ dữ liệu tăng
cường cho mạng
GSM cải tiến
E-
Evolved UMTS
Terrestrial
Mạng truy nhập vô tuy
ến cải tiến
UTRAN Radio Access
EPC Evolved Packet Core Mạng lõi gói
eNodeB Enhance NodeB NodeB cải tiến
FDMA
Frequency Division
Multiple
Access
Đa truy cập phân chia
theo tần số
FDD FrequencyDivision
Ghép kênh phân chia
theo tần số
FEC
Duplexing Forward Error
Correction
Sửa lỗi hồi tiếp
GSM Global System for Mobile Hệ thống di động toàn

9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
cầu
GERAN
GSM/EDGE Radio
Access
Network
Mạng truy nhập vô tuy
ến GSM/EDGE
GPRS
General Packet Radio
Service
Dịch vụ gói vô tuyến
thông dụng
GI Guard Interval Khoảng bảo vệ
HSDPA
High Speed Downlink
Packet Access
Truy nhập gói đường
xuống tốc độ cao
HDTI High Definition Television Tivi có độ phân giải cao
HSOPA
High Speed OFDM
Packet
Access
Truy cập gói OFDM tốc
độ cao
HSS Home Subscriber Server Quản lý thuê bao
ITU
International

Telecommunication
Union
Đơn vị viễn thông quốc tế
IP Internet Protocol Giao thức internet
IMS
IP Multimedia Sub-
system
Hệ thống đa phương tiện
sử dụng IP
HO Handover Chuyển giao
HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao
ISI Inter-Symbol Interference Nhiễu liên ký tự
IFFT
Inverse Fast Fourier
Transform
Biến đổi Fourier ngư ợc
LTE Long Term Evolution
MS Mobile Station Trạm di động
BTS Base Station Trạm gốc
MIMO Multi Input Multi Output Đa ngõ vào đa ngõ ra
MME
Mobility Management
Entity
Quản lý tính di động
MAC Medium Access Control
Điều khiển trung nhập
trung bình
MU- MIMO Multi User – MIMO
Đa người dung – Đa ngõ
vào đa ngõ ra

MoU Minutes of Using Thời gian sử dụng
MCS
Modulation Coding
Scheme
Kỹ thuật mã hóa và điều
chế
OPEX Operating Expense
OFDM
Orthogonal Frequency
Division Multiple
Ghép kênh phân chia
theo tần số trực
giao
OFDMA
Orthogonal Frequency
Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia
theo tần số trực
giao
10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
PAPR
Peak-to-Average Power
Ratio
Tỷ số công suất đỉnh
trên công suất
trung bình
P2P Point to Point Điểm đến điểm
PCRF
Policyand Charging Rules

Function
PDSCH
Physical Downlink
Shared
Channel
Kênh vật lý chia sẻ
đường xuống
PUCCH
Physical Uplink Control
Channel
Kênh vật lý điều khiển
đường lên
PBCH
Physical Broadcast
Channel
Kênh vật lý quảng bá
PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển tin nhắn
PCH Paging Channel Kênh tin nhắn
PDCCH
Physical Downlink
Control Channel
Kênh vật lý điều khiển
đường xuống
QoS Quality of Services Chất lượng dịch vụ
RLC Radio Link Control
Điều khiển kết nối vô
tuyến
RRC Radio Resource Control
Điều khiển tài nguyên vô
tuyến

RB Resource Block Khối tài nguyên
RE Resource Element Thành phần tài nguyên
RSRP
Reference Signal Receive
Power
Công suất thu tín hiệu
tham khảo
RSRO
Reference Signal Receive
Quality
Chất lượng thu tín hiệu
tham khảo
RS Reference Signal Tín hiệu tham khảo
SDR Software - Defined Radio
Phần mềm nhận dạng vô
tuyến
SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
SC- Single Carrier Frequency
Đa truy cập phân chia
theo tần số trực
FDMA Division multiple Access giao đơn sóng mang
SMS Short Message Service Tin nhắn ngắn
SAE
System Architecture
Enhance
Cấu trúc hệ thống tăng
cường
SGSN
Serving GPRS Support
Node

Nút cung cấp dịch vụ
GPRS
SU-
Single User Multi Input
Multi
Đơn user-Đa ngõ vào đa
ngõ ra
MIMO Output
TDMA
Time Division Multiple
Access
Đa truy cập phân chia
theo thời gian
11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TTI Time Transmit Interval Khoảng thời gian phát
TPC
Transmit Power
Command
Lệnh công suất phát
UMB Ultra Mobile Broadband
Di động băng rộng mở
rộng
UL Uplink Đường lên
UTRAN
UTMS Terrestrial Radio
Access Networks
Mạng truy nhập vô tuy
ến mặt đất
UTMS Universal

Hệ thống thông tin di
động
UE
System
User Equipment
Thiết b ị người dùng (Di
động)
VHE
Virtual Home
Environment
Môi trường nhà ảo
VoIP Voice IP Thoại s ử dụng IP
WCDMA
Wideband Code Division
Multiple Access
Đa truy cập phân chia
theo mã băng
rộng
WAP
Wireless Applicaion
protocol
Giao thức ứng dụng
không dây
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ
TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G
1.1. Sự phát triển của hệ thống thông tin di động
Khi các ngành thông tin quảng bá bằng vô tuyến phát triển thì ý tưởng về thiết bị
điện thoại vô tuyến ra đời và cũng là tiền thân của mạng thông tin di động sau này.
Năm 1946, mạng điện thoại vô tuyến đầu tiên được thử nghiệm tại ST Louis, bang
Missouri của Mỹ. Sau những năm 50, việc phát minh ra chất bán dẫn cũng ảnh hưởng

lớn đến lĩnh vực thông tin di động. Ứng dụng các linh kiện bán dẫn vào thông tin di
12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
động đã cải thiện một số nhược điểm mà trước đây chưa làm được. Thuật ngữ thông
tin di động tế bào ra đời vào những năm 70, khi kết hợp được các vùng phủ sóng riêng
lẻ thành công, đã giải được bài toán khó về dung lượng.
Hình 1.1: Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động tế bào
1.1.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 (1G)
Những hệ thống thông tin di động đầu tiên, nay được gọi là thế hệ thứ nhất (1G),
sử dụng công nghệ analog gọi là đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) để
truyền kênh thoại trên sóng vô tuyến đến thuê bao điện thoại di động. Với FDMA,
người dùng được cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực
tần số. Trong trường hợp nếu số thuê bao nhiều vượt trội so với các kênh tần số có
thể, thì một số người bị chặn lại không được truy cập.
1.1.1.1 Đặc điểm
Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến. Nhiễu giao
thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể. Trạm thu phát gốc BTS phải có bộ
thu phát riêng làm việc với mỗi MS trong cell.
Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di động tiên tiến AMPS.
1.1.1.2 Những hạn chế của hệ thống thông tin di động thế hệ 1
Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản. Tuy nhiên
hệ thống không thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng
13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
và tốc độ. Nó bao gồm các hạn chế sau : Phân bổ tần số rất hạn chế, dung lượng nhỏ.
Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xảy ra khi máy di động chuyển dịch trong môi trường
fading đa tia. Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạ
tầng. Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi. Không tương thích giữa các hệ
thống khác nhau, đặc biệt ở châu Âu, làm cho thuê bao không thể sử dụng được máy
di động của mình ở các nước khác. Chất lượng thấp và vùng phủ sóng hẹp.

Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng kỹ
thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với kỹ thuật đa truy cập mới ưu điểm
hơn về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp. Vì vậy đã xuất hiện hệ thống
thông tin di động thế hệ 2.
1.1.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 (2G)
Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời
gian (TDMA) đầu tiên trên thế giới được ra đời ở châu Âu và có tên gọi là GSM. Với
sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 lúc đó đã
đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số. Hệ thống
2G hấp dẫn hơn hệ thống 1G bởi vì ngoài dịch vụ thoại truyền thống, hệ thống này
còn có khả năng cung cấp một số dịch vụ truyền dữ liệu và các dịch vụ bổ sung khác.
Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động số GSM được đưa vào từ năm 1993, hiện nay
đang được Công ty VMS và GPC khai thác rất hiệu quả với hai mạng thông tin di
động số VinaPhone và MobiFone theo tiêu chuẩn GSM. Tất cả hệ thống thông tin di
động thế hệ 2 đều sử dụng kỹ thuật điều chế số. Và chúng sử dụng 2 phương pháp đa
truy cập: Đa truy cập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access -
TDMA): phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khác nhau. Đa truy cập phân
chia theo mã (Code Division Multiple Access - CDMA): phục vụ các cuộc gọi theo
các chuỗi mã khác nhau.
1.1.1.3 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA:
Trong hệ thống TDMA phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thành
các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này được dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi
kênh liên lạc là một khe thời gian (Time slot) trong chu kỳ một khung. Tin tức được tổ
chức dưới dạng gói, mỗi gói có bit chỉ thị đầu gói, chỉ thị cuối gói, các bit đồng bộ và
14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
các bit dữ liệu. Không như hệ thống FDMA, hệ thống TDMA truyền dẫn dữ liệu
không liên tục và chỉ sử dụng cho dữ liệu số và điều chế số.
Các đặc điểm của TDMA
- TDMA có thể phân phát thông tin theo hai phương pháp là phân định trước và

phân phát theo yêu cầu. Trong phương pháp phân định trước, việc phân phát các cụm
được định trước hoặc phân phát theo thời gian. Ngược lại trong phương pháp phân
định theo yêu cầu các mạch được tới đáp ứng khi có cuộc gọi yêu cầu, nhờ đó tăng
được hiệu suất sử dụng mạch.
- Trong TDMA các kênh được phân chia theo thời gian nên nhiễu giao thoa giữa
các kênh kế cận giảm đáng kể.
- TDMA sử dụng một kênh vô tuyến để ghép nhiều luồng thông tin thông qua
việc phân chia theo thời gian nên cần phải có việc đồng bộ hóa việc truyền dẫn để
tránh trùng lặp tín hiệu. Ngoài ra, vì số lượng kênh ghép tăng nên thời gian trễ do
truyền dẫn đa đường không thể bỏ qua được, do đó sự đồng bộ phải tối ưu.
1.1.2.2. Đa truy cập phân chia theo mã CDMA
Đối với hệ thống CDMA, tất cả người dùng sẽ sử dụng cùng lúc một băng tần.
Tín hiệu truyền đi sẽ chiếm toàn bộ băng tần của hệ thống. Tuy nhiên, các tín hiệu của
mỗi người dùng được phân biệt với nhau bởi các chuỗi mã. Thông tin di động CDMA
sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng
kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi, mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau.
Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại mỗi cell trong toàn mạng, và những kênh này
cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên PN. Trong hệ thống
CDMA, tín hiệu bản tin băng hẹp được nhân với tín hiệu băng thông rất rộng, gọi là
tín hiệu phân tán. Tín hiệu phân tán là một chuỗi mã giả ngẫu nhiên mà tốc độ chip
của nó rất lớn so với tốc độ dữ liệu. Tất cả các users trong một hệ thống CDMA dùng
chung tần số sóng mang và có thể được phát đồng thời. Mỗi user có một từ mã giả
ngẫu nhiên riêng của nó và nó được xem là trực giao với các từ mã khác. Tại máy thu,
sẽ có một từ mã đặc trưng được tạo ra để tách sóng tín hiệu có từ mã giả ngẫu nhiên
tương quan với nó. Tất cả các mã khác được xem như là nhiễu. Để khôi phục lại tín
hiệu thông tin, máy thu cần phải biết từ mã dùng ở máy phát. Mỗi thuê bao vận hành
một cách độc lập mà không cần biết các thông tin của máy khác.
15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Đặc điểm của CDMA

- Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz.
- Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp.
- Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường rất nhỏ và
chống fading hiệu quả hơn FDMA, TDMA.
- Việc các thuê bao MS trong cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn vô
tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn vấn đề, chuyển giao trở thành
mềm, điều khiển dung lượng cell rất linh hoạt.
- Chất lượng thoại cao hơn, dung lượng hệ thống tăng đáng kể (có thể gấp từ 4 đến 6
lần hệ thống GSM), độ an toàn (tính bảo mật thông tin) cao hơn do sử dụng dãy mã
ngẫu nhiên để trải phổ, kháng nhiễu tốt hơn, khả năng thu đa đường tốt hơn, chuyển
vùng linh hoạt. Do hệ số tái sử dụng tần số là 1 nên không cần phải quan tâm đến vấn
đề nhiễu đồng kênh.
- CDMA không có giới hạn rõ ràng về số người sử dụng như TDMA và FDMA. Còn
ở TDMA và FDMA thì số người sử dụng là cố định, không thể tăng thêm khi tất cả
các kênh bị chiếm.
- Hệ thống CDMA ra đời đã đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn dịch vụ thông tin di
động tế bào. Đây là hệ thống thông tin di động băng hẹp với tốc độ bit thông tin của
người sử dụng là 8-13 kbps.
1.1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G)
Hệ thống thông tin di động chuyển từ thế hệ 2 sang thế hệ 3 qua một giai đoạn
trung gian là thế hệ 2, 5 sử dụng công nghệ TDMA trong đó kết hợp nhiều khe hoặc
nhiều tần số hoặc sử dụng công nghệ CDMA trong đó có thể chồng lên phổ tần của
thế hệ hai nếu không sử dụng phổ tần mới, bao gồm các mạng đã được đưa vào sử
dụng như: GPRS, EDGE và CDMA2000-1x. Ở thế hệ thứ 3 này các hệ thống thông
tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ
ở tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s. Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động băng
hẹp hiện nay, các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 gọi là các hệ thống thông tin di
động băng rộng. Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000
đã được đề xuất, trong đó 2 hệ thống W-CDMA và CDMA2000 đã được ITU chấp
thuận và đưa vào hoạt động trong những năm đầu của những thập kỷ 20. Các hệ thống

16
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
này đều sử dụng công nghệ CDMA, điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế
giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ 3. W-CDMA
(Wideband Code Division Multiple Access) là sự nâng cấp của các hệ thống thông tin
di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, IS-136. CDMA2000 là sự
nâng cấp của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ CDMA: IS-95.
Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3
Thông tin di động thế hệ thứ 3 xây dựng trên cơ sở IMT-2000 được đưa vào phục
vụ từ năm 2001. Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng cũng
đồng thời bảo đảm sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ 2. Tốc độ của thế
hệ thứ ba được xác định như sau:
- 384 Kb/s đối với vùng phủ sóng rộng.
- 2 Mb/s đối với vùng phủ sóng địa phương.
Các tiêu chí chung để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba (3G):
- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau:
+ Đường lên : 1885-2025 MHz.
+ Đường xuống : 2110-2200 MHz.
- Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến:
+ Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến.
+ Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông.
- Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau: trong công sở, ngoài đường, trên xe,
vệ tinh.
- Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:
+ Môi trường thông tin nhà ảo (VHE: Virtual Home Environment) trên cơ sở
mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu.
+ Đảm bảo chuyển mạng quốc tế.
+ Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch
kênh và số liệu chuyển mạch theo gói.
- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện.

1.1.4. Hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G)
Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 sang thế hệ 4 qua giai đoạn trung gian làthế
hệ 3,5 có tên là mạng truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA. Thế hệ 4 là
công nghệ truyền thông không dây thứ tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa
17
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
trong điều kiện lý tưởng lên tới 1 cho đến 1.5 Gbps. Công nghệ 4G được hiểu là chuẩn
tương lai của các thiết bị không dây. Các nghiên cứu đầu tiên của NTT DoCoMo cho
biết, điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu với tốc độ 100 Mbps khi di chuyển và tới 1
Gbps khi đứng yên, cho phép người sử dụng có thể tải và truyền lên hình ảnh động
chất lượng cao. Chuẩn 4G cho phép truyền các ứng dụng phương tiện truyền thông
phổ biến nhất, góp phần tạo nên các những ứng dụng mạnh mẽ cho các mạng không
dây nội bộ (WLAN) và các ứng dụng khác. Thế hệ 4 dùng kỹ thuật truyền tải truy cập
phân chia theo tần số trực giao OFDM, là kỹ thuật nhiều tín hiệu được gởi đi cùng
một lúc nhưng trên những tần số khác nhau. Trong kỹ thuật OFDM, chỉ có một thiết
bị truyền tín hiệu trên nhiều tần số độc lập (từ vài chục cho đến vài ngàn tần số). Thiết
bị 4G sử dụng máy thu vô tuyến xác nhận bởi phần mềm SDR (Software - Defined
Radio) cho phép sử dụng băng thông hiệu quả hơn bằng cách dùng đa kênh đồng thời.
Tổng đài chuyển mạch mạng 4G chỉ dùng chuyển mạch gói, do đó, giảm trễ thời gian
truyền và nhận dữ
liệu.
1.2. Tổng quan về mạng 4G LTE [12]
4G là hệ thống thông tin băng rộng được xem như IMT tiên tiến (IMT Advanced)
được định nghĩa bởi ITU-R. Tốc độ dữ liệu đề ra là 100Mbps cho thuê bao di chuyển
cao và 1Mbps cho thuê bao ít di chuyển, băng thông linh động lên đến 40MHz. Sử
dụng hoàn toàn trên nền IP, cung cấp các dịch vụ như điện thoại IP, truy cập internet
băng rộng, các dịch vụ game và dòng HDTV đa phương tiện… 3GPP LTE được xem
như là tiền 4G, nhưng phiên bản đầu tiên của LTE chưa đủ các tính năng theo yêu cầu
của IMT Advanced. LTE có tốc độ lý thuyết lên đến 100Mbps ở đường xuống và
50Mbps ở đường lên đối với băng thông 20MHz. Và sẽ hơn nữa nếu MIMO, các

anten mảng được sử dụng. LTE được phát triển đầu tiên ở hai thủ đô Stockholm và
Olso vào ngày 14/12/2009. Giao diện vô tuyến vật lý đầu tiên được đặt tên là HSOPA
(High Speed OFDM Packet Access), bây giờ có tên là E-UTRA (Evolved UMTS
Terrestrial Radio Access). Thực tế cho thấy, hầu hết các hãng sản xuất thiết bị viễn
thông hàng đầu thế giới: Alcatel-Lucent, Ericsson, Motorola, Nokia, Nokia Siemens
Networks, Huawei, LG Electronics, Samsung, NEC, Fujitsu. . . đã bắt tay với các nhà
mạng lớn trên thế giới (Verizon Wireless, AT&T, France Telecom-Orange, NTT
18
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
DoCoMo, T-Mobile, China Mobile, ZTE. . . ) thực hiện các cuộc thử nghiệm quan
trọng trên công nghệ LTE và đã đạt những thành công đáng kể. LTE Advanced là ứng
viên cho chuẩn IMT-Advanced, mục tiêu của nó là hướng đến đáp ứng được yêu cầu
của ITU. LTE Advanced có khả năng tương thích với thiết bị và chia sẻ băng tần với
LTE phiên bản đầu tiên. Di động WiMAX (IEEE 802. 16e-2005) là chuẩn truy cập di
động không dây băng rộng (MWBA) cũng được xem là 4G, tốc độ bít đỉnh đường
xuống là 128 Mbps và 56 Mbps cho đường xuống với độ rộng băng thông hơn 20
MHz. UMB (Ultra Mobile Broadband) : UMB được các tổ chức viễn thông của Nhật
Bản, Trung Quốc, Bắc Mỹ và Hàn Quốc cùng với các hãng như Alcatel- Lucent,
Apple, Motorola, NEC và Verizon Wireless phát triển từ nền tảng CDMA. UMB có
thể hoạt động ở băng tần có độ rộng từ 1,25 MHz đến 20 MHz và làm việc ở nhiều dải
tần số, với tốc độ truyền dữ liệu lên tới 288 Mbps cho luồng xuống và 75 Mbps cho
luồng lên với độ rộng băng tần sử dụng là 20 MHz. Qualcomm là hãng đi đầu trong
nỗ lực phát triển UMB, mặc dù hãng này cũng đồng thời phát triển cả công nghệ LTE.
1.2.1. Mục tiêu và cách tiếp cận
4G cung cấp QoS và tốc độ phát triển hơn nhiều so với 3G đang tồn tại, không
chỉ là truy cập băng rộng, dịch vụ tin nhắn đa phương tiện (MMS), chat video, TV di
động mà còn các dịch vụ HDTV, các dịch vụ tối thiểu như thoại, dữ liệu và các dịch
vụ khác. Nó cho phép chuyển giao giữa các mạng vô tuyến trong khu vực cục bộ và
có thể kết nối với hệ thống quảng bá video số. Các mục tiêu mà 4G hướng đến : Băng
thông linh hoạt giữa 5 MHz đến 20 MHz, có thể lên đến 40 MHz. Tốc độ được quy

định bởi ITU là 100 Mbps khi di chuyển tốc độ cao và 1 Gbps đối với thuê bao đứng
yên so với trạm.
Tốc độ dữ liệu ít nhất là 100 Mbps giữa bất kỳ hai điểm nào trên thế giới. Hiệu
suất phổ đường truyền là 15bit/s/Hz ở đường xuống và 6.75 bit/s/Hz ở đường lên (có
nghĩa là 1000 Mbps ở đường xuống và có thể nhỏ hơn băng thông 67 MHz)/ Hiệu suất
sử dụng phổ hệ thống lên đến 3 bit/s/Hz/cell ở đường xuống và 2.25 bit/s/Hz/cell cho
việc sử dụng trong nhà. Chuyển giao liền (Smooth handoff) qua các mạng hỗn hợp.
Kết nối liền và chuyển giao toàn cầu qua đa mạng. Chất lượng cao cho các dịch vụ đa
phương tiện như âm thanh thời gian thực, tốc độ dữ liệu cao, video HDTV, TV di
19
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
động… Tương thích với các chuẩn không dây đang tồn tại. Tất cả là IP, mạng chuyển
mạch gói không còn chuyển mạch kênh nữa.
1.2.2. Các điểm cần xét đến
Vùng bao phủ, môi trường vô tuyến, phổ, dịch vụ, mô hình thương mại và số
người sử dụng.
1.2.3 Các kỹ thuật được sử dụng
Kỹ thuật sử dụng lớp vật lý
- Không sử dụng CDMA
- MIMO : để đạt được hiệu suất phổ tần cao bằng cách sử dụng phân tập theo không
gian, đa anten đa người dùng.
- Sử dụng lượng tử hóa trong miền tần số, chẳng hạn như OFDM hoặc SCFDE
(single carrier frequency domain equalization) ở đường xuống : để tận dụng thuộc tính
chọn lọc tần số của kênh mà không phải lượng tử phức tạp.
- Ghép kênh trong miền tần số chẳng hạn như OFDMA hoặc SC-FDMA ở đường
xuống : tốc độ bit thay đổi bằng việc gán cho người dùng các kênh con khác nhau dựa
trên điều kiện kênh.
- Mã hóa sửa lỗi Turbo : để tối thiểu yêu cầu về tỷ số SNR ở bên thu.
Lập biểu kênh độc lập : để sử dụng các kênh thay đổi theo thời gian. Thích nghi
đường truyền : điều chế thích nghi và các mã sửa lỗi.

1.3. Ưu điểm nổi bật của mạng 4G LTE
1.3.1. Sự khác nhau giữa 3G và 4G
Hiện nay, công nghệ 3G cho phép truy cập Internet không dây và các cuộc gọi có
hình ảnh. 4G được phát triển trên các thuộc tính kế thừa từ công nghệ 3G. Về mặt lý
thuyết, mạng không dây sử dụng công nghệ 4G sẽ có tốc độ nhanh hơn mạng 3G từ 4
đến 10 lần. Tốc độ tối đa của 3G là tốc độ tải xuống 14Mbps và 5.8Mbps tải lên. Với
công nghệ 4G, tốc độ có thể đạt tới 100Mbps đối với người dùng di động và 1Gbps
đối với người dùng cố định. 3G sử dụng ở các dải tần quy định quốc tế cho UL : 1885-
2025 MHz; DL : 2110-2200 MHz; với tốc độ từ 144kbps-2Mbps, độ rộng BW: 5
MHz. Đối với 4G LTE thì Hoạt động ở băng tần : 700 MHz-2,6 GHz với mục tiêu tốc
độ dữ liệu cao, độ trễ thấp, công nghệ truy cập sóng vô tuyến gói dữ liệu tối ưu. Tốc
20
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
độ DL :100Mbps( ở BW 20MHz), UL : 50 Mbps với 2 aten thu một anten phát. Độ
trễ nhỏ hơn 5ms với độ rộng BW linh hoạt là ưu điểm của LTE so với WCDMA, BW
từ 1.25 MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 MHz. Hiệu quả trải phổ tăng 4
lần và tăng 10 lần số người dùng/cell so với WCDMA.
1. 3.2. Ưu điểm nổi bật
Tốc độ dữ liệu cao hơn rất nhiều lần so với 3G
Tăng hiệu quả sử dụng phổ và giảm thời gian trễ
Cấu trúc mạng sẽ đơn giản hơn, và sẽ không còn chuyển mạch kênh nữa
Hiệu quả trải phổ tăng 4 lần và tăng 10 lần user/cell so với WCDMA.
Độ rộng băng tần linh hoạt cũng là một ưu điểm quan trọng của LTE đối với
WCDMA1.3.3. Các ứng dụng đã tạo nên ưu điểm của 4G LTE so với 3G
Hiệu suất phổ cao
- OFDM ở DL
+ Chống nhiễu đa đường
+ Hầu hết dữ liệu người dùng thì ít hơn di động
- SC-FDMA ở UL
+ PAPR thấp

+ Người dùng trực giao trong miền tần số
- MIMO
Tốc độ dữ liệu cao
- Phát nhiều dòng dữ liệu độc lập song song qua các anten riêng lẻ => tăng tốc độ dữ
liệu. (sử dụng MIMO)
Độ trễ thấp
- Thời gian cài đặt và thời gian trì hoãn chuyển tiếp ngắn
- Trễ HO và thời gian ngắt ngắn : TTI ngắn, trạng thái RRC đơn giản
Giá thành rẻ
- Cấu trúc mạng đơn giản, giảm các thành phần của mạng
Chất lượng dịch vụ cao
- Sử dụng các tần số cấp phép để đảm bảo chất lượng dịch vụ : LTE sử dụng các dải
tần số khác nhau : 2100 MHz, 1900 MHz, 1700 MHz, 2600 MHz, 900 MHz, 800
MHz.
21
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
- Luôn luôn thử nghiệm ( giảm thời gian trễ trong điều khiển định tuyến)
- Giảm độ trễ khứ hồi ( round trip delay)
Tần số tái sử dụng linh hoạt
Giảm nhiễu liên cell với tần số tái sử dụng lớn hơn 1.
- Sử dụng hai dải tần số:
+ Dải 1 : hệ số tái sử dụng lớn hơn 1 => công suất phát cao hơn
+ Dải 2 : phổ còn lại
- Các user ở cạnh cell : sử dụng dải 1 => SIR tốt
- Các user ở trung tâm cell : sử dụng toàn bộ băng => tốc độ dữ liệu cao
Dung lượng và vùng bao phủ của WCDMA UL bị giới hạn bởi can nhiễu: can nhiễu
bên trong cell và can nhiễu liên cell. Nhưng đối với LTE thì : do tính trực giao nên
can nhiễu trong cùng một cell có thể không xét đến và giảm can nhiễu inter-cell bằng
tái sử dụng cục bộ, thêm các anten có thể triệt can nhiễu.
1.4. KẾT LUẬN

Chương 1 đã khái quát được những nét đặc trưng, ưu nhược điểm và sự phát triển của
các hệ thống thông tin di động thế hệ 1, 2 và 3, 4 đồng thời đã sơ lượt tổng quan của
hệ thống thông tin di động thế hệ 4. Hai thông số quan trọng đặc trưng cho các hệ
thống thông tin di động số là tốc độ bit thông tin của người sử dụng và tính di động, ở
các thế hệ tiếp theo các thông số này càng được cải thiện.Nêu được ưu điểm của 4G so
với 3G và các cơ sở để hình thành ưu điểm đó.
22
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
CHƯƠNG 2 : CẤU TRÚC MẠNG 4G LTE VÀ CÁC
VẤN ĐỀ LIÊN QUAN
2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE
Hệ thống 3GPP LTE, là bước tiếp theo cần hướng tới của hệ thống mạng không
dây 3G dựa trên công nghệ di động GSM/UMTS, và là một trong những công nghệ
tiềm năng nhất cho truyền thông 4G. Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) đã định
nghĩa truyền thông di động thế hệ thứ 4 là IMT Advanced và chia thành hai hệ thống
dùng cho di động tốc độ cao và di động tốc độ thấp. 3GPP LTE là hệ thống dùng cho
di động tốc độ cao. Ngoài ra, đây còn là công nghệ hệ thống tích hợp đầu tiên trên thế
giới ứng dụng cả chuẩn 3GPP LTE và các chuẩn dịch vụ ứng dụng khác, do đó người
sử dụng có thể dễ dàng thực hiện cuộc gọi hoặc truyền dữ liệu giữa các mạng LTE và
các mạng GSM/GPRS hoặc UMTS dựa trên WCDMA. Kiến trúc mạng mới được
23
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
thiết kế với mục tiêu cung cấp lưu lượng chuyển mạch gói với dịch vụ chất lượng, độ
trễ tối thiểu. Hệ thống sử dụng băng thông linh hoạt nhờ vào mô hình đa truy cập
OFDMA và SC-FDMA. Thêm vào đó, FDD (Frequency Division Duplexing) và TDD
(Time Division Duplexing), bán song công FDD cho phép các UE có giá thành thấp.
Không giống như FDD, bán song công FDD không yêu cầu phát và thu tại cùng thời
điểm. Điều này làm giảm giá thành cho bộ song công trong UE. Truy cập tuyến lên
dựa vào đa truy cập phân chia theo tần số đơn sóng mang (Single Carrier Frequency
Division multiple Access SC-FDMA) cho phép tăng vùng phủ tuyến lên làm tỷ số

công suất đỉnh trên công suất trung bình thấp (Peak-to-Average Power Ratio PAPR)
so với OFDMA. Thêm vào đó, để cải thiện tốc độ dữ liệu đỉnh, hệ thống LTE sử dụng
hai đến bốn lần hệ số phổ cell so với hệ thống HSPA Release 6.
2.1.1 Động cơ thúc đẩy
- Cần thế hệ tiếp theo để cải thiện các nhược điểm của 3G và đáp ứng nhu cầu
của người sử dụng
- Người dùng đòi hỏi tốc độ dữ liệu và chất lượng dịch vụ cao hơn
- Tối ưu hệ thống chuyển mạch gói
- Tiếp tục nhu cầu đòi hỏi của người dùng về giảm giá thành (CAPEX và
OPEX)
- Giảm độ phức tạp
- Tránh sự phân đoạn không cần thiết cho hoạt động của một cặp hoặc không
phải một cặp dải thông
2.1.2. Các giai đoạn phát triển của LTE
- Bắt đầu năm 2004, dự án LTE tập trung vào phát triển thêm UTRAN và tối
ưu cấu trúc truy cập vô tuyến của 3GPP.
- Mục tiêu hướng đến là dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một người dùng
trên 1 MHz so với mạng HSDPA Rel. 6: Tải xuống: gấp 3 đến 4 lần (100Mbps). Tải
lên: gấp 2 đến 3 lần (50Mbps).
- Năm 2007, LTE của kỹ thuật truy cập vô tuyến thế hệ thứ 3 –“EUTRA”- phát triển
từ những bước khả thi để đưa ra các đặc tính kỹ thuật được chấp nhận. Cuối năm 2008
các kỹ thuật này được sử dụng trong thương mại.
24
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
- Các kỹ thuật OFDMA được sử dụng cho đường xuống và SC-FDMA được sử dụng
cho đường lên.
2.1.3. Mục tiêu của LTE
- Tốc độ dữ liệu cao
- Độ trễ thấp
- Công nghệ truy cập sóng vô tuyến gói dữ liệu tối ưu

2.1.4. Các đặc tính cơ bản của LTE
- Hoạt động ở băng tần : 700 MHz-2,6 GHz.
- Tốc độ:
+ DL : 100Mbps( ở BW 20MHz)
+ UL : 50 Mbps với 2 aten thu một anten phát.
- Độ trễ : nhỏ hơn 5ms
- Độ rộng BW linh hoạt :1,4 MHz; 3 MHz; 5 MHz; 10 MHz; 15 MHz; 20 MHz. Hỗ
trợ cả 2 trường hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không.
- Tính di động : Tốc độ di chuyển tối ưu là 0-15 km/h nhưng vẫn hoạt động tốt với
tốc độ di chuyển từ 15-120 km/h, có thể lên đến 500 km/h tùy băng tần.
- Phổ tần số:
+ Hoạt động ở chế độ FDD hoặc TDD
+ Độ phủ sóng từ 5-100 km
+ Dung lượng 200 user/cell ở băng tần 5Mhz.
- Chất lượng dịch vụ :
+ Hỗ trợ tính năng đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS.
+ VoIP đảm bảo chất lượng âm thanh tốt, trễ tối thiểu thông qua mạng
+ UMTS.
- Liên kết mạng:
+ Khả năng liên kết với các hệ thống UTRAN/GERAN hiện có và các hệ thống
không thuộc 3GPP cũng sẽ được đảm bảo.
+ Thời gian trễ trong việc truyền tải giữa E-UTRAN và UTRAN/GERAN sẽ nhỏ
hơn 300ms cho các dịch vụ thời gian thực và 500ms cho các dịch vụ còn lại.
- Chi phí: chi phí triển khai và vận hành giảm
Băng thông linh hoạt trong vùng từ 1.4 MHz đến 20 MHz, điều này có nghĩa là nó có
thể hoạt động trong các dải băng tần của 3GPP. Trong thực tế, hiệu suất thực sự của
LTE tùy thuộc vào băng thông chỉ định cho các dịch vụ và không có sự lựa chọn cho
25