Nghiên cứu cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng LTE

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ĐẠI HỌC THÁI NGUN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP







LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ
TRONG MẠNG LTE





Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
Học viên: VŨ TIẾN LẬP
Ngƣời HD khoa học: PGS.TS NGUYỄN HỮU THANH











THÁI NGUN - 2013



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ĐẠI HỌC THÁI NGUN
CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC
KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên
:
Vũ Tiến Lập
Ngày tháng năm sinh
:
Ngày 15 tháng 11 năm 1982
Nơi sinh
:
Nam Định
Nơi cơng tác
:
Trƣờng Đại Học SPKT Nam Định
Cơ sở đào tạo
:
Trƣờng Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp Thái Ngun
Chun ngành
:
Kỹ thuật điện tử
Khóa học

:
K13


TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH
VỤ TRONG MẠNG LTE


Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
PGS.TS Nguyễn Hữu Thanh

Trƣờng Đại học Bách Khoa – Hà Nội

Ngày giao đề tài: / /
Ngày hồn thành: / /


GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN



PGS.TS Nguyễn Hữu Thanh
HỌC VIÊN



Vũ Tiến Lập
BAN GIÁM HIỆU
KHOA SAU ĐẠI HỌC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

i

LỜI CAM ĐOAN

Tên tơi là: Vũ Tiến Lập
Học viên lớp Cao học khố 13- Kỹ thuật điện tử - Trƣờng Đại Học Kỹ Thuật Cơng
Nghiệp - Đại học Thái Ngun
Xin cam đoan: Đề tài: “Nghiên cứu cơ chế đảm bảo chất lƣợng dịch vụ trong
mang LTE” do thầy giáo PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh hƣớng dẫn là cơng trình
tổng hợp và nghiên cứu của riêng tơi. Tất cả những nội dung trong luận văn đúng nhƣ
trong đề cƣơng và u cầu của thầy giáo hƣớng dẫn. Các tài liệu tham khảo đều có
nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng.
Nam Định, ngày tháng năm 2013
Học viên


Vũ Tiến Lập

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ii

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt q trình học tập và tốt nghiệp, tơi đã nhận đƣợc sự giúp đỡ tận tình
của các thầy cơ giáo trong bộ mơn Điện tử viễn thơng - khoa Điện tử - trƣờng Đại học
Kỹ thuật Cơng nghiệp - Đại học Thái Ngun và tơi đặc biệt muốn cảm ơn thầy

PGS.TS Nguyễn Hữu Thanh đã tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn tơi trong thời gian thực
hiện đề tài, cảm ơn sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp trong thời gian
qua.
Mặc dù đã cố gắng, xong do điều kiện về thời gian và kinh nghiệm thực tế còn
nhiều hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, tơi rất mong nhận đƣợc sự
đóng góp ý kiến của các thầy cơ cũng nhƣ của các bạn bè, đồng nghiệp.
Tơi xin chân thành cảm ơn!
Tác giả luận văn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ix
DANH MỤC CÁC HÌNH x
MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ LTE 4
(Long term evolution) 4
1.1. Giới thiệu chƣơng. 4
1.2. Giới thiệu về cơng nghệ LTE [1], [2], [3], [4] 4
1.3. So sánh cơng nghệ LTE với cơng nghệ Wimax 7
Tổng kết chƣơng: 9
CHƢƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC 10
2.1. Giới thiệu chƣơng 10
2.2. Kiến trúc mạng LTE [1], [3], [4] 10

2.2.1. Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống 10
2.2.2. Thiết bị ngƣời dùng ( UE) 11
2.2.3. E-UTRAN NodeB (eNodeB) 11
2.2.4. Thực thể quản lý tính di động (MME) 12
2.2.5. Cổng phục vụ ( S-GW) 14
2.2.6. Cổng mạng dữ liệu gói( P-GW) 15
2.2.7. Chức năng chính sách và tính cƣớc tài ngun ( PCRF) 16
2.2.8. Máy chủ th bao thƣờng trú (HSS) 17
2.2. Các giao diện và giao thức trong kiến trúc cơ bản của hệ thống [1] 17
2.3. Giao thức trạng thái và chuyển tiếp trạng thái [1], [3], [4] 21
2.4. Kiến trúc hệ thống phát quảng bá đa điểm [1], [4], [5] 22
2.5. Kiến trúc miền thời gian tồn phần(Overall time domai structure) 24

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

iv
2.6. Hệ thống kênh truyền trong LTE [24] 26
2.6.1 Hệ thống kênh đƣờng xuống [24] 27
2.6.2. Hệ thống kênh đƣờng lên [24] 28
2.7. Các thủ tục lớp vật lý. [1] 29
2.7.1. Thủ tục HARQ [1] 29
2.7.2. Ứng trƣớc định thời [1] 30
2.7.3. Điều khiển cơng suất [1] 31
2.7.4. Nhắn tin [1] 31
2.7.5. Thủ tục báo cáo phản hồi kênh [1] 32
2.7.6. Hoạt động chế độ bán song cơng [1] 32
2.7.7. Các lớp khả năng của UE và các đặc điểm đƣợc hỗ trợ [1] 33
Tổng kết chƣơng: 34
CHƢƠNG III: TRUY NHẬP VƠ TUYẾN TRONG LTE 35
3.1. Giới thiệu chƣơng 35

3.2. Kỹ thuật đa truy nhập cho đƣờng xuống OFDMA. [1], [4], [5] 35
3.2.1. OFDM 35
3.2.2. Các tham số OFDMA [1] 37
3.2.3. Truyền dẫn dữ liệu hƣớng xuống [1] 39
3.3. Kỹ thuật đa truy nhập cho đƣờng lên LTE SC-FDMA. [1], [2], [3] 41
3.3.1. SC-FDMA 41
3.3.2. Các tham số SC-FDMA 43
3.3.3. Truyền dẫn dữ liệu hƣớng lên 44
3.4. Truy nhập ngẫu nhiên 45
Tổng kết chƣơng 48
CHƢƠNG IV: CƠ CHẾ ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG
MẠNG LTE. 50
4.1. Giới thiệu chƣơng 50
4.2. Giới thiệu về QoS. [14] 50
4.3. Các thuộc tính của QoS. 56

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

v
4.4. Kiến trúc QoS. 59
4.5. Cơ chế nâng cao và đảm bảo chất lƣợng dịch vụ trong mạng LTE. [23] 61
4.5.1. Lập lịch và quản lý tài ngun vơ tuyến trong mơi trƣờng OFDMA-
TDD 61
4.5.2. Quản lý tài ngun vơ tuyến [23] 62
4.5.3. Cơ chế lập lịch [23] 72
4.5.4. Các u cầu lập lịch và báo cáo trạng thái bộ đệm. 76
4.5.5. Các kỹ thuật lập lịch trong LTE [24] 78
4.6 . Phân tích và đánh giá kết quả mơ phỏng. [11], [17], [18], [19], [23] 91
4.6.1. Giới thiệu chƣơng trình LTE System Level Simulation 92
4.6.2 Thiết lập mơ phỏng 92

4.6.3. Đánh giá kết quả và phân tích. [11] 93
4.7. Thách thức về chất lƣợng và dịch vụ trong mạng LTE. 112
4.8. Bảo mật dịch vụ trong mạng LTE. 113
Tổng kết chƣơng 115
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 117
TÀI LIỆU THAM KHẢO 119


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
3GPP
Third Generation Partnership
Project
Dự án các đối tác thế hệ thứ ba
ACF
Analog Channel Filter
Bộ lọc kênh tƣơng tự
ACIR
Adjacent Channel Interference
Rejection
Loại bỏ nhiễu kênh lân cận
ACK
Acknowledgement
Sự báo nhận
ACLR
Adjacent Channel Leakage Ratio
Tỉ lệ dò kênh lân cận

ACS
Adjacent channel selectivity
Chọn lọc kênh lân cận
ADSL
Asymmetric Digital Subscriber Line
Đƣờng dây th bao số khơng đối
xứng
AM
Acknowledged Mode
Chế độ báo nhận
AMBR
Aggregate Maximum Bit Rate
Tốc độ bít tối đa cấp phát
AMC
Adaptive Modulation and Coding
Mã hóa và điều chế đáp ứng
ARQ
Automatic Repeat Request
Giao thức tự động truyền lại
AMPS
Advanced Mobile Phone Sytem
Hệ thống điện thoại di động tiên tiến
AMD
Acknowledged Mode Data
Dữ liệu chế độ báo nhận
AMR
Adaptive Multi-Rate
Đa tốc độ thích ứng
AMR-NB
Adaptive Multi-Rate Narrowband

Băng hẹp đa tốc độ thích ứng
AMR-WB
Adaptive Multi-Rate Wideband
Băng rộng đa tốc độ thích ứng
ARP
Allocation Retention Priority
Ƣu tiên duy trì cấp phát
ATB
Adaptive Transmission Bandwidth
Băng thơng truyền dẫn thích nghi
AMPS
Advanced Mobile Phone Sytem
Hệ thống điện thoại di động tiên tiến
BCCH
Broadcast Control Channel
Kênh điều khiển phát quảng bá
BCH
Broadcast Channel
Kênh phát quảng bá
BER
Bit Error Rate
Tỉ lệ lỗi bít
BLER
Block Error Rate
Tỉ lệ lỗi khối
BPSK
Binary Phase Shift Keying
Khóa dịch pha nhị phân
BS
Base Station

Trạm gốc
BSC
Base Station Controller
Điều khiển trạm gốc
BSR
Buffer Status Report
Báo cáo tình trạng bộ đệm
BTS
Base Transceiver Station
Trạm thu phát gốc
BW
Bandwidth
Dải thơng
CBR
Constant Bit Rate
Tốc độ bít khơng đổi
CCE
Control Channel Element
Phần tử kênh điều khiển
CCCH
Common Control Channel
Kênh điều khiển chung
CDD
Cyclic Delay Diversity
Phân tập trễ vòng
CDF
Cumulative Density Function
Chức năng mật độ tích lũy
CDM
Code Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo mã
CDMA
Code Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã
CIR
Carrier to Interference Ratio
Tỷ số sóng mang trên tập âm
CP
Multiple Cyclic Prefix
Tiền tố vòng
CPICH
Common Pilot Channel
Kênh điều khiển chung
CQI
Channel Quality Information
Thơng tin chất lƣợng kênh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

vii
DFT
Discrete Fourier Transform
Phép biến đổi Fourier rời rạc
DL
Downlink
Đƣờng xuống
NodeB
enhanced Node B
NodeB nâng cao
E-UTRAN

Evolved Universal Terrestrial
Radio Access
Truy nhập vơ tuyến mặt đất tồn cầu
phát triển
FDD
Frequency Division Duplex
Song cơng phân chia tần số
FDM
Frequency Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia tần số
EPS

Evolved Packet System
Hệ thống chuyển mạch gói phát
triển
FFT
Fast Fourier Transform
Phép biến đổi Fourier nhanh
FDMA
Frequency Division Multiple Access
Đa truy nhập phân tần số
GSM
Global System for Mobile
Communication
Thơng tin di động thếhệthứ
hai
GTP
GPRS Tunneling Protocol
Giao thức đƣờng hầm GPRS
HARQ

Hybrid Automatic Repeat Request
Giao thức tự động truyền lại
ghép lai
HSDPA
High Speed Downlink Packet
Access
Truy cập gói tốc độ cao đƣờng
xuống
HSPA
High Speed Packet Access
Truy cập gói tốc độ cao
HSUPA
High Speed Uplink Packet Access
Truy cập gói tốc độ cao đƣờng lên
IP
Internet Protocol
Giao thức Internet
ISI
Inter-Symbol Interference
Xun nhiễu giữa các symbol
LTE
Long Term Evolution
Cải tiến dài hạn
MAC
Medium Access Control
Lớp điều khiển truy cập
MCS
Modulation and Coding Scheme
Kỹ thuật mã hóa và điều chế
MBMS

Multimedia Broadcast Multicast
System
Hệ thống phát quảng bá đa điểm đa
phƣơng tiện
MIMO
Multiple Input Multiple Output
Kỹ thuật anten đa thu đa phát
MS
Mobile Station
Thiết bị đầu cuối
MME
Mobility Management Entity
Phần tử quản lý tính di động
PAPR
Peak to Average Power Ratio
Hệ số cơng suất đỉnh trên trung bình
PF
Proportional Fair
Thuật tốn cơng bằng tƣơng xứng
PCRF
Policy and Charging Resource
Function
Chức năng tính cƣớc tài ngun và
chính sách
PRB
Physical Resource Block
Khối tài ngun vật lý
PC
Power Control
Điều khiển cơng suất

PCCPCH
Primary Common Control Physical
Channel
Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp
P-GW
Packet Data Network Gateway
Cổng mạng dữ liệu gói
PCFICH
Physical Control Format
Indicator Channel
Kênh chỉ thị dạng điều khiển vật lý
PDCP
Packet Data Convergence Protocol
Giao thức hội tụ dữ liệu gói
PDN
Packet Data Network
Mạng dữ liệu gói
PMIP
Proxy Mobile IP
IP di động ủy nhiệm
PHY
Physical Layer
Lớp vật lý
PN
Phase Noise
Tiếng ồn pha

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

viii

PRACH
Physical Random Access Channel
Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý
PRB
Physical Resource Block
Khối tài ngun vật lý
PS
Packet Switched
Chuyển mạch gói
PUCCH
Physical Uplink Control Channel
Kênh điều khiển hƣớng lên vật lý
PUSCH
Physical Uplink Shared Channel
Kênh chia sẻ hƣớng lên vật lý
QAM
Quadrature Amplitude Modulation
Điều chế QAM
QoS
Quality of Service
Chất lƣợng dịch vụ
QPSK
Quadrature Phase Shift Keying
Điều chế QPSK
OFDM
Orthogona Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân tần sốtrực giao
OFDMA
Orthogonal Frequency Division

Multiple Access
Đa truy cập phân chia tần số
trực giao
RAN
Radio Access Network
Mạng truy cập vơ tuyến
RB
Resource Block
Khối tài ngun
RLC
Radio Link Protocol
Giao thức liên kết vơ tuyến
RNC
Radio Network Controller
Điều khiển mạng vơ tuyến
RR
Round Robin
Thuật tốn Round Robin
RRC
Radio Resource Control
Điều khiển tài ngun vơ tuyến
RTP
Real-time Transport Protocol
Giao thức truyền thời gian thực
SAE
System Architecture Evolution
Hệ thống mạng lõi LTE
SC-
FDMA
Single Carrier Frequency Division

Multiple Access
Đa truy cập phân tần số đơn
sóng mang
SINR
Signal to Interference Noise Ratio
Tỉ lệ tín hiệu trên xun nhiễu
SNR
Signal to Noise Ratio
Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu
SISO
Single Input Single Output
Kỹ thuật anten một thu một phát
S-GW
Serving Gateway
Cổng phục vụ
TB
Transport Block
Khối vận chuyển
TDD
Time Division Duplex
Ghép phân thời gian
TTI
Transmission Time Interval
Khoảng thời gian truyền
UE
User Equipment
Thiết bịngƣời dùng
UDP
Unit Data Protocol
Giao thức đơn vị dữ liệu

UL
Uplink
Đƣờng lên
UMTS
Universal Mobile
Telecommunications System
Hệ thống thơng tin di động
tồn cầu
UTRAN
UMTS Terrestrial Radio Access Network
Hệ thống truy cập vơ tuyến UMTS
WCDMA
Wideband Code Division Multiple Access
Đa truy cập phân chia mã băng rộng


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ix

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Các đặc điểm chính của cơng nghệ LTE 4
Bảng 1.2 Tiến trình phát triển của các chuẩn 3GPP 8
Bảng 1.3 LTE và WiMax 9
Bảng 2.2 Tóm tắt các giao thức và giao diện trong cấu hình kiến trúc hệ thống cơ bản. 21
Bảng 2.2 Các loại thiết bị LTE [1] 34
Bảng 3.1 Số lƣợng các khối tài ngun cho băng thơng LTE khác nhau 39
Bảng 3.2 Tham số cấu trúc khung đƣờng xuống ( FDD & TDD ) 39
Bảng 3.3 Hiển thị các thơng số cấu hình tổng quan. 44
Bảng 4.1 Các tham số QoS trong mạng LTE 58

Bảng 4.2 Các ký hiệu sử dụng trong thuật tốn E-WFQ 87
Bảng 4.3. Các ký hiệu đƣợc sử dụng trong mơ hình tốn học [23] 89
Bảng 4.4 Các tham số mơ phỏng RR 93
Bảng 4.5 Bảng Các tham số mơ phỏng CQI 93
Bảng 4.6 Tóm tắt các thiết lập mơ phỏng thiết yếu và các thơng số đƣợc sử dụng cho các kịch
bản mơ phỏng khác nhau. 93



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

x
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Lộ trình phát triển LTE và các cơng nghệ khác 7
Hình 2.2. Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có E-UTRAN [1] 11
Hình 2.2. eNodeB kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính [1] 12
Hình 2.3 MME kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính [1] 14
Hình 2.4. Các kết nối S-GW tới các nút logic khác và các chức năng chính [1] 15
Hình 2.5 P-GW kết nối tới các node logic khác và các chức năng chính [1] 16
Hình 2.6 PCRF kết nối tới các nút logic khác & các chức năng chính [1] 17
Hình 2.7 Kiến trúc phân lớp LTE [1] 17
Hình 2.8 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển trong EPS [1] 18
Hình 2.9 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng ngƣời dùng trong EPC [1] 20
Hình 2.20 Các ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển và mặ phẳng ngƣời dùng cho giao
diện X2 [1] 21
Hình 2.21. Trạng thái của UE và chuyển tiếp trạng thái [1] 22
Hình 2.22. Khu vực dịch vụ eMBMS và các khu vực MBSFN [1] 23
Hình 2.23 Kiến trúc logic eMBMS [1] 24
Hình 2.24 Kiến trúc mặt phẳng ngƣời dùng eMBMS cho đồng bộ nội dung 24
Hình 2.25 Cấu trúc miền thời gian LTE [1] 25

Hình 2.26 Các ví dụ chỉ định khung phụ đƣờng lên/ đƣờng xuống trong trƣờng hợp TDD và
sự so sánh FDD [1] 26
Hình 2.27 Kênh truyền đƣờng xuống [24] 27
Hình 2.28 Kênh truyền đƣờng lên [24] 29
Hình 2.29 Vận hành LTE HARQ với 8 tiến trình [1] 30
Hình 2.20 Định thời LTE HARQ cho một gói tin đƣờng xuống duy nhất [1] 30
Hình 2.21 Điều khiển định thời hƣớng lên [1] 30
Hình 2.22 Cơng suất hƣớng lên LTE với thay đổi tốc độ dữ liệu [1] 31
Hình 2.23 Thủ tục báo cáo thơng tin trạng thái kênh (CSI) [1] 32
Hình 3.1 Biểu diễn tần số-thời gian của một tín hiệu OFDM [1] 35
Hình 3.2 Sự tạo ra ký hiệu OFDM có ích sử dụng IFFT [1] 36
Hình 3.3 Sự tạo ra chuỗi tín hiệu OFDM [1] 36
Hình 3.4 Cấp phát sóng mang con cho OFDM & OFDMA [1] 37
Hình 3.5 Cấu trúc khung loại 1, 37

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

xi
Hình 3.6 Cấu trúc khung loại 2, [1] 38
Hình 3.7 Lƣới tài ngun đƣờng xuống [1] 38
Hình 3.8 Ghép kênh thời gian – tần số OFDMA [1] 40
Hình 3.9 Phát và thu OFDMA [1] 41
Hình 3.10 Sơ đồ khối DFT-S-OFDM [1] 43
Hình 3.11 Lƣới tài ngun đƣờng lên [1] 44
Hình 3.12 Phát & thu hƣớng lên LTE [1] 45
Hình 3.13 Tổng quan về thủ tục truy nhập ngẫu nhiên [1] 46
Hình 3.14 Minh họa cơ bản cho truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên 47
Hình 3.15 Định thời phần mở đầu tại eNodeB cho các ngƣời sử dụng truy nhập ngẫu nhiên
khác nhau [1] 47
Hình 3.16 Sự phát hiện phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên trong miền tần số [1] 47

Hình 4.1 Dịch vụ và sự khác biệt th bao trong LTE [14] 51
Hình 4.2: Các thành phần cơ bản cung cấp chất lƣợng dịch vụ truy cập trong mạng [15] 52
Hình 4.3: Mối liên hệ giữa các khái niệm QoS theo ETSI 53
Hình 4.4: Khái niệm QoS và mối quan hệ QoS với chất lƣợng mạng 55
Hình 4.5 Đặc điểm QCI tiêu chuẩn 59
Hình 4.6: Kiến trúc dịch vụ trong mạng di động thế hệ sau 61
Hình 4.7: Mơ hình sử dụng các thuật tốn lập lịch [23] 62
Hình 4.8. Ảnh hƣởng của nhiễu đồng kênh trong mơi trƣờng multi-cell [23] 66
Hình 4.9: Phƣơng pháp sử dụng lại tần số từng phần (fractional frequency reuse) 67
Hình 4.10: Phƣơng pháp chia nhỏ vùng phủ sóng (sectoring) 67
Hình 4.11: Ghép dữ liệu của ngƣời sử dụng Ui vào khung OFDMA 68
Hình 4.12: Các thành phần của bộ lập lịch tại BS và MS [23] 73
Hình 4.13: Kế hoạch lập lịch đƣờng xuống lớp MAC [23] 75
Hình 4.14 Kế hoạch lập lịch Round Robin 78
Hình 4.15 Thuật tốn lập lịch Round Robin trong LTE 79
Hình 4.16: Kế hoạch lập lịch Best CQI 80
Hình 4.17 Thuật tốn Best CQI trong LTE [24] 81
Hình 4.18 Thuật tốn lập lịch PF trong LTE 83
Hình 4.19 Sắp xếp các khối dữ liệu vào các kênh con lần lƣợt từ trên xuống dƣới 91
Hình 4.20 Tổng quan các kịch bản mơ phỏng khác nhau trong mơ phỏng LTE [23] 92

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

xii
Hình 4.21 SNR so với thơng lƣợng cho một ngƣời dùng 94
Hình 4.22 SNR so với thơng lƣợng cho một ngƣời dùng. 95
Hình 4.23 SNR so với thơng lƣợng cho một ngƣời dùng 96
Hình 4.24 SNR so với thơng lƣợng cho một ngƣời dùng. 98
Hình 4.25 SNR so với thơng lƣợng cho một ngƣời dùng. 99
Hình 4.26 SNR so với thơng lƣợng cho ngƣời dùng duy nhất 101

Hình 4.27 SNR so với thơng lƣợng cho nhiều ngƣời dùng. 102
Hình 4.28 SNR so với thơng lƣợng, dạng nhiều ngƣời dùng 103
Hình 4.29 SNR so với thơng lƣợng cho nhiều ngƣời dùng 104
Hình 4.30 SNR so với thơng lƣợng cho nhiều ngƣời dùng 105
Hình 4.31 SNR so với thơng lƣợng cho nhiều ngƣời dùng 106
Hình 4.32 SNR so với thơng lƣợng cho nhiều ngƣời dùng 107
Hình 4.33 SNR so với thơng lƣợng cho nhiều ngƣời dùng 107
Hình 4.34 SNR so với thơng lƣợng cho nhiều ngƣời dùng 108
Hình 4.35 SNR so với thơng lƣợng cho nhiều ngƣời dùng 110
Hình 4.36 SNR so với thơng lƣợng cho nhiều ngƣời dùng 110
Hình 4.37 SNR so với thơng lƣợng cho nhiều ngƣời dùng. 111
Hình 4.38 SNR so với thơng lƣợng cho nhiều ngƣời dùng. 112



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Cơng nghệ thơng tin di động băng rộng hiện nay đã trở thành thuật ngữ quen thuộc
đối với mọi ngƣời tại Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung. Sau khi mạng 3G
đƣợc triển khai, việc sử dụng internet băng rộng, dịch vụ nghe nhìn trực tuyến qua
thiết bị di động đem lại nhiều tiện ích, sự tiện lợi cho ngƣời dùng, góp phần nâng cao
chất lƣợng cuộc sống. Cơng nghệ LTE ra đời là sự cải tiến đối với chuẩn thơng tin di
động WCDMA/HSPA, vốn đƣợc nâng cấp từ chuẩn thơng tin di động GSM truyền
thống, đƣa mạng di động trở thành mạng hội tụ IP hồn tồn, nâng khả năng truy cập
dữ liệu với tốc độ lên đến hàng trăm Mb/s, hứa hẹn đem lại cho ngƣời dùng một mạng
băng rộng thực sự mọi lúc mọi nơi. Cơng nghệ LTE, đƣợc phát triển trên nền tảng IP

hồn tồn, phục vụcho các dịch vụ VOIP, video, streaming, internet băng rộng. Khi
đó lớp truy nhập của LTE có nhiệm vụ đảm bảo và kiểm sốt chất lƣợng dich vụ QoS,
nhằm phân bổ tài ngun hợp lý và tối ƣu cho ngƣời dùng, với khả năng truy cập dịch
vụvới độ trễ thấp nhất, băng thơng rộng nhất có thể. Bộ lập lịch đƣợc sử dụng trong
lớp MAC trong giao diện vơ tuyến là thành phần quan trọng thực hiện chức năng này,
trong đó kỹ thuật lập lịch là thành phần cốt lõi của nó. Các cuộc thử nghiệm và trình
diễn này đã chứng tỏ năng lực tuyệt vời của cơng nghệ LTE và khả năng thƣơng mại
hóa LTE đã đến rất gần. Trƣớc đây, muốn truy cập dữ liệu, phải cần có 1 đƣờng dây
cố định để kết nối. Trong tƣơng lai khơng xa với LTE, có thể truy cập tất cả các dịch
vụ mọi lúc mọi nơi trong khi vẫn di chuyển: xem phim chất lƣợng cao HDTV, điện
thoại thấy hình, chơi game, nghe nhạc trực tuyến, tải cơ sở dữ liệu v.v… với một tốc
độ “siêu tốc”. Đó chính là sự khác biệt giữa mạng di động thế hệ thứ 3 (3G) và mạng
di động thế hệ thứ tƣ (4G). Tuy vẫn còn khá mới mẻ nhƣng mạng di động băng rộng
4G đang đƣợc kỳ vọng sẽ tạo ra nhiều thay đổi khác biệt so với những mạng di
động hiện nay. Chính vì vậy, tơi đã lựa chọn làm luận văn tốt nghiệp về đề tài
“Nghiên cứu cơ chế đảm bảo chất lƣợng dịch vụ trong mạng LTE” (Long Term
Evolution).
2. Mục đích nghiên cứu
Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan hệ thống thơng tin di động LTE, kiến trúc mạng
và truy nhập vơ tuyến trong mạng LTE cùng với cơ chế của các bộ lập lịch để nâng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

2
cao chất lƣợng dịch vụ (QoS) trong mạng LTE luận văn tiến hành xây dựng các mơ
hình, cách thức mơ phỏng, thực hiện mơ phỏng nhằm so sánh và đánh giá một số cơ
chế lập lịch, đề xuất cơ chế lập lịch phù hợp cho hệ thống thơng tin di động LTE nhằm
nâng cao chất lƣợng dịch vụ trong mạng LTE.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
a. Đối tƣợng nghiên cứu

Tổng quan về hệ thống thơng tin di động LTE
Kiến trúc mạng và giao thức, truy nhập vơ tuyến và thủ tục dò tìm
Tổng quan về chất lƣợng dịch vụ (QoS). Các thuộc tính của QoS
Cơ chế quản lý tài ngun vơ tuyến,
Cơ chế lập lịch, mơ hình lập lịch
Các kịch bản lập lịch
b. Phạm vi nghiên cứu
Đề tài tập trung chủ yếu vào các cơ chế đảm bảo chất lƣợng dịch vụ nhƣ các kỹ
thuật lập lịch trong lớp MAC trên giao diên vơ tuyến. Sau đó nghiên cứu xây dựng các
mơ hình mơ phỏng tính tốn, so sánh và đánh giá các cơ chế lập lịch từ đó nâng các
chất lƣợng dịch vụ trong mạng LTE. Nội dung luận văn chủ yếu tập trung vào cơ chế
quản lý tài ngun vơ tuyến, các thơng số đánh giá QoS bao gồm thơng lƣợng
eNodeB, thơng lƣợng của ngƣời dùng UE, tỉ lệ lỗi BLER, và các kỹ thuật lập lịch
Round Robin, Best CQI, MaxMin, Max Throughput
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phƣơng pháp tiếp cân thu thập thơng tin liên quan tới đề tài nhƣ kiến thức mạng thơng
tin di động LTE, giao diện vơ tuyến LTE, các cơ chế đảm bảo chất lƣợng dịch vụ trong
mạng LTE
Kết hợp lý thuyết đã nghiên cứu, tiến hành lập mơ hình, cách thức nhằm mơ phỏng
và tính tốn các thơng số chất lƣợng dịch vụ ứng với các cơ chế lập lịch, cơ chế quản
lý tài ngun vơ tuyến. Trong nội dung luận văn, các kết quả đạt đƣợc từ chƣơng
trình tính tốn và mơ phỏng bao gồm thơng lƣợng và BLER sử dụng chƣơng trình
Matlab sẽ đƣợc sử dụng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

3
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Các mạng thơng tin di động hiện nay tại Việt Nam đa số sử dụng cơng nghệ 2G
GSM và 2,5G, hiện đã nâng cấp lên cơng nghệ 3G UMTS/WCDMA. Cơng nghệ LTE

là bƣớc tiếp theo để các mạng di động tiến lên 4G, nhằm tạo nên hệ thống thơng tin di
động băng rộng mọi lúc mọi nơi. Vì thế, hƣớng nghiên cứu này nhằm trang bị kiến
thức về cơng nghệ di động LTE và các cơ chế nhƣ cơ chế lập lịch, cơ chế quản lý tài
ngun để góp phần chọn giải pháp tối ƣu cho giao diện vơ tuyến, góp phần nâng cao
chất lƣợng dịch vụ cho ngƣời sử dụng mạng LTE
6. Cấu trúc luận văn
Ngồi các phần mở đầu, kết luận và hƣớng phát triển, Tài liệu tham khảo, Phụ lục,
luận văn gồm các chƣơng sau:
CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ LTE
( Long term evolution)
Nội dung trình bày tổng quan hệ thống thơng tin di động LTE và so sánh LTE
với cơng nghệ Wimax
CHƢƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC
Nội dung chƣơng trình bày kiến trúc mạng và giao thức mạng trong LTE
CHƢƠNG III: TRUY NHẬP VƠ TUYẾN TRONG LTE
Nội dung chƣơng trình bày về cách thức truy nhập vơ tuyến trong mạng LTE, từ
đó đƣa ra cơ chế quản lý tài ngun vơ tuyến trong mạng LTE.
CHƯƠNG IV: CƠ CHẾ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG LTE.
Nội dung chƣơng trình bày khái niệm của QoS và các tham số của QoS và các cơ
chế lập lịch trong mạng LTE và mơ hình, mơ phỏng kết quả các cơ chế lập lịch trong
mạng LTE để nâng cao chất lƣợng dịch vụ trong mạng LTE.


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

4
CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ LTE
(Long term evolution)
1.1. Giới thiệu chƣơng.
Nội dung trình bày cái nhìn tổng quan hệ thống thơng tin di động LTE và so

sánh LTE với cơng nghệ Wimax để tìm ra những ƣu, nhƣợc điểm của mạng LTE.
1.2. Giới thiệu về cơng nghệ LTE [1], [2], [3], [4]
LTE là thế hệ thứ tƣ của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. UMTS thế hệ thứ ba
dựa trên WCDMA đã đƣợc triển khai trên tồn 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 cơng nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term
Evolution (LTE). 3GPP đặt ra u cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho
mỗi bit thơng tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có và
băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng
lƣợng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối.
Giao diện khơng gian và các thuộc tính liên quan của hệ thơng LTE đƣợc tóm tắt
trong bảng.
Bảng 1. 1 Các đặc điểm chính của cơng nghệ LTE
Băng tần
1,25 – 20 MHz
Song cơng
FDD, TDD, bán song cơng FDD
Di động
350km/h
Đa truy nhập
Đƣờng xuống OFDMA
Đƣờng lên SC-FDMA
MIMO
Đƣờng xuống 2 * 2 ; 4 * 2 ; 4 * 4
Đƣờng lên 1 * 2 ; 1 * 4
Tốc độ dữ liệu đỉnh trong 20MHz
Đƣờng xuống: 173 và 326Mb/s tƣơng ứng
với cấu hình MINO 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 cơng nghệ khác
Lập biểu chính xác kênh; liên kết thích
ứng; điều khiển

Mục tiêu của LTE là cung cấp 1 dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, độ trễ thấp, các gói dữ
liệu đƣợc tối ƣu, cơng nghệ vơ tuyến hỗ trợ băng thơng một cách linh hoạt khi triển
khai. Đồng thời kiến trúc mạng mới đƣợc thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lƣu lƣợng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

5
chuyển mạch gói cùng với tính di động linh hoạt, chất lƣợng của dịch vụ, thời gian trễ
tối thiểu.
Tăng tốc độ truyền dữ liệu :
Trong điều kiện lý tƣởng hệ thống hỗ trợ tốc độ dữ liệu đƣờng xuống đỉnh lên tới
326Mb/s với cấu hình 4*4 MIMO (multiple input multiple output ) trong vòng 20MHZ
băng thơng. MIMO cho đƣờng lên là khơng đƣợc sử dụng trong phiên bản đầu tiên của
chuẩn LTE. Tốc độ dữ liệu đỉnh đƣờng lên tới 86Mb/s trong 20MHZ băng thơng.
Ngồi viêc cải thiện tốc độ dữ liệu đỉnh hệ thống LTE còn cung cấp hiệu suất phổ cao
hơn từ 2 đến 4 lần của hệ thống HSPA phiên bản 6.
Dải tần co giãn đƣợc :
Dải tần vơ tuyến của hệ thống LTE có khả năng mở rộng từ 1.4 MHz, 3MHz,
5 MHz, 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz cả chiều lên và xuống. Điều này dẫn đến sự
linh hoạt sử dụng đƣợc hiệu quả băng thơng. Mức thơng suất cao hơn khi hoạt động
ở băng tần cao và đối với một số ứng dụng khơng cần đến băng tần rộng chỉ cần một
băng tần vừa đủ thì cũng đƣợc đáp ứng.
Đảm bảo hiệu suất khi di chuyển :

LTE tối ƣu hóa hiệu suất cho thiết bị đầu cuối di chuyển từ 0 đến 15km/h, vẫn
hỗ trợ với hiệu suất cao (chỉ giảm đi một ít) khi di chuyển từ 15 đến 120km/h, đối với
vận tốc trên 120 km/h thì hệ thống vẫn duy trì đƣợc kết nối trên tồn mạng tế bào,
chức năng hỗ trợ từ 120 đến 350km/h hoặc thậm chí là 500km/h tùy thuộc vào băng tần.
Giảm độ trễ trên mặt phẳng ngƣời sử dụng và mặt phẳng điều khiển :
Giảm thời gian để một thiết bị đầu cuối (UE - User Equipment) chuyển từ
trạng thái nghỉ sang nối kết với mạng, và bắt đầu truyền thơng tin trên một kênh
truyền. Thời gian này phải nhỏ hơn 100ms.
Giảm độ trễ ở mặt phẳng ngƣời dùng: Nhƣợc điểm của các mạng tổ ong (ơ) hiện
nay là độ trễ truyền cao hơn nhiều so với các mạng đƣờng dây cố định. Điều này ảnh
hƣởng lớn đến các ứng dụng nhƣ thoại và chơi game …,vì cần thời gian thực. Giao
diện vơ tuyến của LTE và mạng lƣới cung cấp khả năng độ trễ dƣới 10ms cho việc
truyền tải 1 gói tin từ mạng tới UE.
Sẽ khơng 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 hồn tồn dựa trên IP với giao diện mở và kiến trúc đơn
giản hóa. Sâu xa hơn, phần lớn cơng việc chuẩn hóa của 3GPP nhắm đến sự chuyển
đổi kiến trúc mạng lõi đang tồn tại sang hệ thống tồn IP. Trong 3GPP. Chúng cho

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

6
phép cung cấp các dịch vụ linh hoạt hơn và sự liên hoạt động đơn giản với các mạng di
động phi 3GPP và các mạng cố định. EPC dựa trên các giao thức TCP/IP – giống
nhƣ phần lớn các mạng số liệu cố định ngày nay, vì vậy cung cấp các dịch vụ giống
PC nhƣ thoại, video, tin nhắn và các dịch vụ đa phƣơng tiện. Sự chuyển dịch lên kiến
trúc tồn gói cũng cho phép cải thiện sự phối hợp với các mạng truyền thơng khơng
dây và cố định khác. VoIP sẽ dùng cho dịch vụ thoại.
Độ phủ sóng từ 5-100km :
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 u cầu về độ di động vẫn đƣợc đáp ứng. Dung lƣợng
hơn 200 ngƣời/ơ (băng thơng 5MHz).
Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời.
Tuy nhiên mạng LTE vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và
2G hiện tại. Điều này hết sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai LTE vì
khơng cần thay đổi tồn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có.
OFDMA ,SC-FDMA và MIMO đƣợc sử dụng trong LTE:
Hệ thống này hỗ trợ băng thơng linh hoạt nhờ các sơ đồ truy nhập OFDMA &
SC-FDMA. Ngồi ra còn có song cơng phân chia tần số FDD và song cơng phân chia
thời gian TDD. Bán song cơng FDD đƣợc cho phép để hỗ trợ cho các ngƣời sử dụng
với chi phí thấp, khơng giống nhƣ FDD, trong hoạt động bán song cơng FDD thì một
UE khơng cần thiết truyền & nhận đồng thời. Điều này tránh việc phải đầu tƣ một bộ
song cơng 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 cơng suất đỉnh-trung bình thấp (PARR) liên quan tới OFDMA.
Giảm chi phí:
u cầu đặt ra cho hệ thống LTE là giảm thiểu đƣợc chi phí trong khi vẫn duy
trì đƣợc hiệu suất nhằm đáp ứng đƣợc cho tất cả các dịch vụ. Các vấn đề đƣờng
truyền, hoạt động và bảo dƣỡng cũng liên quan đến yếu tố chi phí, chính vì vậy khơng
chỉ giao tiếp mà việc truyền tải đến các trạm gốc và hệ thống quản lý cũng cần xác
định rõ, ngồi ra một số vấn đề cũng đƣợc u cầu nhƣ là độ phức tạp thấp, các thiết bị
đầu cuối tiêu thụ ít năng lƣợng.
Cùng tồn tại với các chuẩn và hệ thống trƣớc.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

7
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 khơng nằm trong vùng phủ sóng của LTE. Do đó, cho
phép chuyển giao các dịch vụ xun suốt, trơi chảy trong khu vực phủ sóng của
HSPA, WCDMA hay GSM/GPRS/EDGE. Hơn thế nữa, LTE hỗ trợ khơng 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. So sánh cơng nghệ LTE với cơng nghệ Wimax
Về cơng nghệ LTE và WiMax có một số khác biệt nhƣng cũng có nhiều điểm
tƣơng đồng. Cả 2 cơng nghệ đều dựa trên nền tảng IP. Cả hai đều dùng kỹ thuật MINO
để cải thiện chất lƣợng truyền/nhận tín hiệu, đƣờng xuống từ trạm thu phát đến thiết bị
đầu cuối đều đƣợc tăng tốc bằng kỹ thuật OFDM hỗ trợ truyền tải dữ liệu đa phƣơng
tiện và video. Cơng nghệ WiMAX, hay còn gọi là chuẩn 802.26 đƣợc biết tới là cơng
nghệ khơng dây băng thơng rộng. Khơng giống các chuẩn khơng dây khác, WiMAX
cho phép truyền dữ liệu trên nhiều dải tần, có thể tránh “đụng độ” với những ứng dụng
khơng dây khác. Theo lý thuyết chuẩn WiMax hiện tại 802.26e cho tốc độ tải xuống
tối đa là 70Mbps, còn LTE dự kiến có thể cho tốc độ đến 300Mbps. Tuy nhiên khi
LTE đƣợc triển khai ra thị trƣờng có thể WiMax cũng sẽ đƣợc nâng cấp lên chuẩn
802.26m( còn gọi là WiMax 2.0) có tốc độ tƣơng đƣơng hoặc cao hơn.

Hình 1.1 Lộ trình phát triển LTE và các cơng nghệ khác
Đƣờng lên từ thiết bị đầu cuối đến trạm thu phát có sự khác nhau giữa 2 cơng
nghệ. WiMax dùng OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access là
một biết thể của OFDM), cho phép tăng băng thơng bằng cách chia tách các kênh băng
rộng thành nhiều kênh băng hẹp, mỗi kênh dùng tần số khác nhau để truyền đồng thời

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

8
các gói dữ liệu. Còn LTE dùng kỹ thuật SC-FDMA ( Single Carrier Frequency
Division Multiple Access) Về lý thuyết SC- FDMA đƣợc thiết kế làm việc hiệu quả

hơn và các thiết bị đầu cuối tiêu thụ năng lƣợng thấp hơn OFDMA. LTE còn ƣu thế
hơn WiMax vì đƣợc thiết kế tƣơng thích với cả phƣơng thức TDD (Time Division
Duplex) và FDD( Frequency Division Duplex). Ngƣợc lại WiMax hiện chỉ tƣơng thích
với TDD nhƣng WiMax Forum đang làm việc với một phiên bản Mobile WiMax tích
hợp FDD. Mobile WiMAX cung cấp khả năng di động bằng cách cho phép chuyển
kênh truyền dữ liệu từ một trạm thu phát này sang một trạm khác khi ngƣời dùng di
chuyển giữa 2 trạm. Tƣơng tự phiên bản 802.21n của Wi-Fi, Mobile WiMAX dùng
cơng nghệ MIMO (Multiple Input Multiple Output) cho phép phát và thu qua nhiều
anten để cải thiện tốc độ và chất lƣợng tín hiệu. Mobile Wimax đƣợc kỳ vọng cạnh
tranh với các cơng nghệ di động, Wi-Fi và các cơng nghệ truy cập Internet nhƣ DSL.
TDD truyền dữ liệu lên xuống thơng qua 1 kênh tần số( dùng phƣơng thức phân chia
thời gian) còn FDD cho phép truyền dữ liệu lên xuống thơng qua 2 kênh tần số riêng
biệt. Điều này có nghĩa là LTE có nhiều phổ tần sử dụng hơn WiMax.
Bảng 1.2 Tiến trình phát triển của các chuẩn 3GPP
Phiên bản
Thời điểm hồn tất
Tính năng chính/ Thơng tin
Release99
Q 1/2000
Giới thiệu UMTS (Universal Mobile
Telecommunications System) và
WCDMA(Wideband CDMA)
Release 4
Q 2/2001
Bổ sung một số tính năng nhƣ mạng lõi dựa trên IP
và có những cải tiến cho UMTS
Release 5
Q 1/2002
Giới thiệu IMS (IP Multimedia Subsystems) và
HSDPA (High Speed Download Packet Access)

Release 6
Q 4/2004
Kết hợp với Wireless Lan, thêm HSUPA( High
Speed upload Packet Access) và cas tính năng nâng
cao cho IMS nhƣ Push to Talk over Cellular (PoC)
Release 7
Q 4/2007
Tập trung giảm độ trễ, cải thiện chất lƣợng dịch vụ
và các ứng dụng thời gian thực nhƣ VoIP. Phn
bản này cũng tập trung vào HSPA+ High Speed
Packet Evolution và EDGE Evolution
Release 8
Dự kiến cuối năm
2008 hoặc đầu năm
2009
Giới thiệu LTE và kiến trúc lại UMTS nhƣ là mạng
IP thế hệ thứ tƣ hồn tồn dự trên IP

Hiện tại WiMax có lợi thế đi trƣớc LTE: mạng WiMax đã đƣợc triển khai và
thiết bị WiMax cũng đã có mặt trên thị trƣờng. Còn LTE vẫn còn đang đƣợc triển khai
và trải nghiệm. Tuy nhiên LTE vẫn có lợi thế quan trọng so với WiMax. LTE đƣợc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

9
hiệp hội các nhà khai thác GSM chấp nhận là cơng nghệ băng thơng rộng di động
tƣơng lai của hệ di động hiện đang thống trị thị trƣờng di động tồn cầu với khoảng
2,5 tỷ th bao và trong các năm tới có thể chiếm 89% (theo Gartner) những con số
trong mơ đối với WiMax. Hơn nữa LTE cho phép tận dụng hạ tầng GSM có sẵn trong
khi WiMax phải xây dựng từ đầu. Wimax và LTE là 2 cơng nghệ đƣợc đánh giá cao

nhất khi triển khai 4G.
Bảng 1.3 LTE và WiMax
Tính năng
3GPP LTE RAN1
802.26e/Mobile
WiMax R1
802.26e/Mobile
WiMax R2
Ghép kênh
TDD, FDD
TDD
TDD, FDD
Băng tần dự kiến
700MHz-2,6GHz
2,3GHz, 2,5GHz,
3,3-3,8GHz
2,3GHz, 2,5GHz,
3,3-3,8GHz
Tốc độ tối đa
Download/ Upload
300Mbps/100Mbps
70Mbps/70Mbps
300Mbps/100Mbps
Di động
350/100km/h
120km/h
350km/h
Phạm vi phủ sóng
5/30/100km
1/5/30km

1/5/30km
Số ngƣời dùng
VoIP đồng thời
80
50
100
Thời điểm hồn tất
chuẩn
Dự kiến cuối năm
2008 hoặc đầu năm
2009
2005
Dự kiến trong năm
2009
Triển khai ra thị
trƣờng
2009-2010/2012
2007-2008/2009
2010
Theo 3GPP, về lý thuyết, LTE với MIMO và dải phổ rộng hơn sẽ cho phép các
nhà khai thác đạt tốc độ đỉnh đƣờng xuống lên tới 326 Mbps và đƣờng lên là 86 Mbps
trong kênh 20Mhz và với an ten 4X4 MIMO.
Các đặc tính của LTE bao gồm:
- Linh hoạt sử dụng phổ băng hẹp nhƣ 1.4 Mhz hay băng rộng 20Mhz.
- Hoạt động mềm dẻo cả ở trong chế độ TDD và FDD.
- Giảm trễ để hỗ trợ triển khai các ứng dụng thoại và dữ liệu chất lƣợng cao.
- Trễ vòng (round trip) giữa máy đầu cuối và trạm gốc là 10msec, và thời gian
chuyển trạng thái từ hoạt động sang khơng hoạt động thấp hơn 100 msec.
Tổng kết chƣơng:
Tồn chƣơng một đã đƣa ra cái nhìn tổng quan nhất về một số cơng nghệ mạng

truy nhập băng rộng, những đặc thù của các loại cơng nghệ truy nhập này nhằm tạo cơ
sở khách quan để đánh giá và lựa chọn cơng nghệ phù hợp.
Chƣơng này cũng trình bày rõ sự khác biệt gữa hai mơ hình ứng dụng LTE và
WiMAX. Dựa vào những đặc điểm khác nhau của hai cơng nghệ này giúp các nhà
cung cấp dịch vụ trong từng hồn cảnh cụ thể sẽ lựa chọn mơ hình phù hợp trong triển
khai thực tế .

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

10
Với những tìm hiểu sơ lƣợc ta cũng thấy cơng nghệ LTE tỏ ra có rất nhiều
đặc tính ƣu việt trong việc triển khai dịch vụ băng thơng rộng cho cả thiết bị cố
định, xách tay và di động, thậm chí đến các vùng mà với các cơng nghệ trƣớc
đây là khó khăn hoặc khơng thể. Trong chƣơng tiếp theo ta sẽ tìm hiểu sâu hơn
về kiến trúc mạng và các kỹ thuật đƣợc sử dụng trong cơng nghệ LTE tiền 4G.
CHƢƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC
2.1. Giới thiệu chƣơng
Chƣơng này trình bày kiến trúc mạng và giao thức hệ thống trong mạng
LTE, phân biệt các phân lớp trong eNodeB cũng nhƣ trình bày về các kỹ thuật
quan trọng trong các phân lớp giao diện vơ tuyến LTE và các giao thức chuyển
trạng thái, những kiến trúc hệ thống phát quảng bá đa điểm, hệ thống kênh
truyền, các thủ tục lớp vật lý.
2.2. Kiến trúc mạng LTE [1], [3], [4]
2.2.1. Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

11
Hình 2.1. Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có E-UTRAN [1]

Hình 2.1 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 khơng có mặt ở E-UTRAN và EPC. Cơng nghệ IP chiếm ƣu thế
trong truyền tải, nơi mà mọi thứ đƣợc thiết kế để hoạt động và truyền tải trên IP.
Các hệ thống con đa phƣơng tiện IP ( IMS) là một ví dụ tốt về máy móc thiết bị
phục vụ có thể đƣợc sử dụng trong lớp kết nối dịch vụ để cung cấp các dịch vụ dựa
trên kết nối IP đƣợc cung cấp bởi các lớp thấp hơn. Ví dụ , để hỗ trợ dịch vụ thoại thì
IMS có thể cung cấp thoại qua IP ( VoIP) và sự kết nối tới các mạng chuyển mạch-
mạch cũ PSTN và ISDN thơng qua các cổng đa phƣơng tiện của nó điều khiển.
2.2.2. Thiết bị ngƣời dùng ( UE)
UE là thiết bị mà ngƣời dùng đầu cuối sử dụng để liên lạc. Thơng thƣờng nó là
những thiết bị cầm tay nhƣ điện thoại thơng minh hoặc một thẻ dữ liệu nhƣ mọi
ngƣời vẫn đang sử dụng hiện tại trong mạng 2G và 3G. Hoặc nó có thể đƣợc nhúng
vào, ví dụ một máy tính xách tay. UE cũng có chứa các mođun nhận dạng th bao
tồn cầu ( USIM). Nó là một mođun riêng biệt với phần còn lại của UE, thƣờng đƣợc
gọi là thiết bị đầu cuối (TE). USIM là một ứng dụng đƣợc đặt vào một thẻ thơng
minh có thể tháo rời đƣợc gọi là thẻ mạch tích hợp tồn cầu ( UICC). USIM đƣợc sử
dụng để nhận dạng và xác thực ngƣời sử dụng để lấy khóa bảo mật nhằm bảo vệ việc
truyền tải trên giao diện vơ tuyến.
2.2.3. E-UTRAN NodeB (eNodeB)
Nút duy nhất trên E-UTRAN là E-UTRAN NodeB ( eNodeB). Đơn giản đặt eNB
là một trạm gốc vơ tuyến kiểm sốt tất cả các chức năng vơ tuyến liên quan trong
phần cố định của hệ thống. Các trạm gốc nhƣ eNB thƣờng phân bố trên tồn khu
vực phủ sóng của mạng. Mỗi eNB thƣờng cƣ trú gần các anten vơ tuyến hiện tại của

chúng.