Công nghệ LTE cho mạng di động băng

Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ ...................................................................................................... 3
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................. 6
LỜI MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 7
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ LTE ............. 9
1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE .................................................................................... 9
1.2 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax và những triển vọng cho công nghệ
LTE ................................................................................................................................ 10
1.2.1 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax ............................................... 10
1.2.2 Những triển vọng cho công nghệ LTE ............................................................. 13
1.3 Mục tiêu thiết kế LTE ............................................................................................. 15
1.3.1 Tiềm năng công nghệ ....................................................................................... 15
1.3.2Hiệu suất hệ thống ............................................................................................. 16
1.3.3 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai ......................................................... 18
1.3.3.1 Độ linh hoạt phổ và việc triển khai ............................................................ 19
1.3.4 Kiến trúc và sự dịch chuyển (migration) ......................................................... 21
1.3.5 Quản lý tài nguyên vô tuyến ............................................................................ 21
1.3.6 Độ phức tạp ...................................................................................................... 22
1.3.7 Những vấn đề chung ........................................................................................ 22
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE .................... 23
2.1Hệ thống truyền dẫn: đường xuống OFDM và đường lên SC-FDMA ..................... 23
2.2Hoạch định phụ thuộc kênh truyền và sự thích ứng tốc độ (Channel-dependent
scheduling and rate adaptation) ..................................................................................... 25
2.2.1 Hoạch định đường xuống .................................................................................. 26
2.2.2 Hoạch định đường lên ....................................................................................... 27
2.2.3 Điều phối nhiễu liên tế bào (Inter-cell interference coordination) ................... 28
2.3 ARQ hỗn hợp với việc kết hợp mềm (Hybrid ARQ with soft combining) .............. 29
2.4 Sự hỗ trợ nhiều anten (Multiple antenna support) ................................................... 29
2.5 Hỗ trợ multicast và broadcast .................................................................................. 30

2.6 Tính linh hoạt phổ ................................................................................................... 31
2.6.1 Tính linh hoạt trong sắp xếp song công ............................................................ 32
2.6.2 Tính linh hoạt trong băng tần hoạt động ........................................................... 32
2.6.3 Tính linh hoạt về băng thông ............................................................................ 33
CHƯƠNG 3 KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN LTE ............................................. 34
3.1 RLC: radio link control – điều khiển liên kết vô tuyến ........................................... 37
3.2 MAC: điều khiển truy nhập môi trường (medium access control) .......................... 38
3.2.2 Hoạch định đường xuống. ................................................................................. 41
3.2.3 Hoạch định đường lên. ...................................................................................... 43
3.2.4 Hybrid ARQ ...................................................................................................... 46
3.3 PHY: physical layer - lớp vật lý ............................................................................... 50
3.4 Các trạng thái LTE ................................................................................................... 53
3.5 Luồng dữ liệu ........................................................................................................... 54
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm
1
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
CHƯƠNG 4 LỚP VẬT LÝ LTE ...................................................................................... 56
4.1 Kiến trúc miền thời gian toàn phần (Overall time-domain structure) ..................... 56
4.2 Sơ đồ truyền dẫn đường xuống ................................................................................ 58
4.2.1 Tài nguyên vật lý đường xuống ........................................................................ 58
4.2.2 Các tín hiệu tham khảo đường xuống. .............................................................. 63
4.2.2.1 Các chuỗi tín hiệu tham khảo và việc nhận dạng tế bào lớp vật lý
(Reference signals sequences and physical layer cell identity) ............................. 64
4.2.2.2 Nhảy tần tín hiệu tham khảo (Reference signal frequency hopping) ........ 65
4.2.2.3 Các tín hiệu tham khảo cho truyền dẫn đa anten (Reference signals for
multi-antenna transmission) ................................................................................... 66
4.2.3 Xử lý kênh truyền tải đường xuống .................................................................. 67
4.2.3.1 Chèn CRC .................................................................................................. 70
4.2.3.2 Mã hóa kênh ............................................................................................... 70

4.2.3.3 Chức năng Hybrid-ARQ lớp vật lý ........................................................... 71
4.2.3.4 Ngẫu nhiên hóa mức độ bit ........................................................................ 71
4.2.3.5 Điều chế dữ liệu ........................................................................................ 73
4.2.3.6 Ánh xạ anten .............................................................................................. 73
4.2.3.7 Ánh xạ khối tài nguyên .............................................................................. 73
4.2.4 Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống ..................................................... 75
4.2.5 Truyền dẫn nhiều anten đường xuống ........................................................... 77
4.2.5.1 Hai anten mã hóa khối không gian-tần số (SFBC) .................................... 79
4.2.5.2 Tạo dạng tia (beam-forming) ..................................................................... 79
4.2.5.3 Ghép kênh không gian ............................................................................... 80
4.2.6 Multicast/broadcast sử dụng MBSFN ............................................................... 81
4.3 Scheme truyền dẫn đường lên ................................................................................. 82
4.3.1 Tài nguyên vật lý đường lên ............................................................................. 82
4.3.2 Tín hiệu tham khảo đường lên .......................................................................... 86
4.3.2.1 Nhiều tín hiệu tham khảo .......................................................................... 89
4.3.2.2 Tín hiệu tham khảo cho việc dò kênh ........................................................ 90
4.3.3 Xử lý kênh truyền tải đường lên ....................................................................... 93
4.3.4 Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường lên .............................................................. 95
4.3.5 Định thời sớm đường lên (Uplink timing advance) .......................................... 98
CHƯƠNG 5 CÁC THỦ TỤC TRUY CẬP LTE ............................................................ 101
5.1 Dò tìm tế bào (cell search) ..................................................................................... 101
5.1.1 Thủ tục dò tìm cell (cell search) ..................................................................... 101
5.1.2 Cấu trúc thời gian/tần số của các tín hiệu đồng bộ ........................................ 103
5.1.3 Dò tìm cell ban đầu và kế cận ......................................................................... 105
5.2 Truy cập ngẫu nhiên ............................................................................................... 106
5.2.1 Bước 1: Truyền dẫn Preamble truy cập ngẫu nhiên ........................................ 107
5.2.2 Bước 2: Đáp ứng truy cập ngẫu nhiên ............................................................ 111
5.2.3 Bước 3: Nhận dạng đầu cuối ........................................................................... 112
5.2.4 Bước 4: Giải quyết tranh chấp ........................................................................ 113
5.3 Paging .................................................................................................................... 114

KẾT LUẬN ...................................................................................................................... 116
CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... 117
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 122
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm
2
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
DANH MỤC HÌNH VẼ
1.1 Kiến trúc của mạng LTE
1.2 Lộ trình phát triển của LTE và các công nghệ khác
1.3 Phân bố phổ băng tần lõi tại 2 GHz của nguyên bản IMT-2000
1.4 Một ví dụ về cách thức LTE thâm nhập từng bước vào phân bố phổ của một hệ
thống GSM đã được triển khai
2.1 Hoạch định phụ thuộc kênh truyền đường xuống trong miền thời gian và tần số
2.2 Một ví dụ về điều phối nhiễu liên tế bào, nơi mà các phần phổ bị giới hạn bởi
công suất truyền dẫn
2.3 FDD vs. TDD
3.1 Kiến trúc giao thức LTE (đường xuống)
3.2 Phân đoạn và hợp đoạn RLC
3.3 Ví dụ về sự ánh xạ các kênh logic lên các kênh truyền dẫn
3.4 Việc lựa chọn định dạng truyền dẫn trong đường xuống (bên trái) và đường lên
(bên phải)
3.5 Giao thức hybrid-ARQ đồng bộ và không đồng bộ
3.6 Nhiều tiến trình hybrid-ARQ song song
3.7 Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH
3.8 Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH
3.9 Các trạng thái LTE
3.10 Một ví dụ về luồng dữ liệu LTE
4.1 Cấu trúc miền thời gian LTE
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm

3
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
4.2 Các ví dụ về việc chỉ định khung phụ đường lên/đường xuống trong trường
hợp TDD và sự so sánh với FDD
4.3 Tài nguyên vật lý đường xuống LTE
4.4 Cấu trúc miền tần số đường xuống LTE
4.5 Cấu trúc khung phụ và khe thời gian đường xuống LTE
4.6 Khối tài nguyên đường xuống dành cho tiền tố chu trình bình thường
4.7 Cấu trúc tín hiệu tham khảo đường xuống LTE dành cho tiền tố chu trình bình
thường
4.8 Cấu trúc tín hiệu tham khảo trong trường hợp truyền dẫn nhiều anten đường
xuống
4.9 Xử lý kênh truyền tải đường xuống
4.10 Chèn CRC đường xuống
4.11 Khối mã hóa Turbo LTE
4.12 Chức năng Hybrid-ARQ lớp vật lý
4.13 Ngẫu nhiên hóa đường xuống
4.14 Điều chế dữ liệu
4.15 Ánh xạ khối tài nguyên đường xuống
4.16 Chuỗi xử lý cho báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống
4.17 Lưới thời gian/tần số LTE
4.18 Các phần tử kênh điều khiển và các ứng cử kênh điều khiển
4.19 Ánh xạ anten LTE bao gồm việc ánh xạ lớp sau quá trình tiền mã hóa
4.20 Mã hóa hai anten khối không gian-tần số trong kết cấu khung nhiều anten
LTE
4.21 Tạo dạng tia (beam-forming) trong kết cấu khung nhiều anten LTE
4.22 Ghép kênh không gian trong kết cấu khung nhiều anten LTE
4.23 Những ký hiệu tham khảo riêng tế bào và chung tế bào trong các khung phụ
MBSN

4.24 Kiến trúc cơ bản của truyền dẫn DFTS-OFDM
4.25 Kiến trúc miền tần số đường lên LTE
4.26 Cấu trúc khe thời gian và khung phụ đường lên LTE
4.27 Cấp phát tài nguyên đường lên LTE
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm
4
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
4.28 Nhảy tần đường lên
4.29 Tín hiệu tham khảo đường lên được chèn vào trong khối thứ tư của mỗi khe
thời gian đường lên
4.30 Sự hình thành tín hiệu tham khảo đường lên miền tần số
4.31 Phương pháp tạo ra tín hiệu tham khảo đường lên từ chuỗi Zadoff-Chu có độ
dài tốt nhất
4.32 Truyền dẫn các tín hiệu tham khảo thăm dò kênh đường lên
4.33 Xử lý kênh truyền tải đường lên LTE
4.34 Ghép kênh dữ liệu và báo hiệu điều khiển đường lên L1/L2
trong trường hợp truyền dẫn đồng thời UL-SCH và điều khiển
L1/L2
4.35 Kiến trúc tài nguyên được sử dụng cho báo hiệu điều khiển
L1/L2 đường lên trong trường hợp không truyền dẫn đồng thời UL-
SCH
4.36 Đề xuất định thời đường lên
5.1 Tín hiệu đồng bộ sơ cấp và thứ cấp
5.2 Việc phát tín hiệu đồng bộ trong miền tần số
5.3 Tổng quan của thủ tục truy cập ngẫu nhiên
5.4 Miêu tả nguyên lý của truyền dẫn preamble truy cập ngẫu nhiên
5.5 Định thời Preamble ở eNodeB cho người sử dụng truy cập ngẫu nhiên khác
nhau
5.6 Sự hình thành phần mở đầu truy cập ngẫu nhiên

5.7 Việc dò tìm phần mở đầu truy cập ngẫu nhiên trong miền tần số
5.8 Việc thu nhận không liên tục (DRX) cho tìm gọi (paging)
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm
5
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
DANH MỤC BẢNG BIỂU
1.1 Tiến trình phát triển các chuẩn của 3GPP
1.2 LTE và WiMAX
1.3 Các yêu cầu về hiệu suất phổ và lưu lượng người dùng
1.4 Yêu cầu về thời gian gián đoạn, LTE-GSM và LTE-WCDMA
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm
6
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
LỜI MỞ ĐẦU
Thông tin di động ngày nay đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông
phát triển rất nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà khai thác. Sự phát
triển của thị trường viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu và
triển khai các hệ thống thông tin di động mới trong tương lai. Hệ thống di động thế
hệ thứ hai, với GSM và CDMA là những ví dụ điển hình đã phát triển mạnh mẽ ở
nhiều quốc gia. Tuy nhiên, thị trường viễn thông càng mở rộng càng thể hiện rõ
những hạn chế về dung lượng và băng thông của các hệ thống thông tin di động
thế hệ thứ hai. Sự ra đời của hệ thống di động thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêu
biểu như WCDMA hay HSPA là một tất yếu để có thể đáp ứng được nhu cầu truy
cập dữ liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng thông rộng của người sử
dụng.
Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ 2.5G hay 3G vẫn đang phát
triển không ngừng nhưng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đã bắt đầu
tiến hành triển khai thử nghiệm một chuẩn di động thế hệ mới có rất nhiều tiềm

năng và có thể sẽ trở thành chuẩn di động 4G trong tương lai, đó là LTE (Long
Term Evolution). Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này đã chứng tỏ năng lực
tuyệt vời của công nghệ LTE và khả năng thương mại hóa LTE đã đến rất gần.
Trước đây, muốn truy cập dữ liệu, bạn phải cần có 1 đường dây cố định để kết nối.
Trong tương lai không xa với LTE, bạn có thể truy cập tất cả các dịch vụ mọi lúc
mọi nơi trong khi vẫn di chuyển: xem phim chất lượng 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
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm
7
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
động thế hệ thứ tư (4G). Tuy vẫn còn khá mới mẻ nhưng mạng di động băng rộng
4G đang được kỳ vọng sẽ tạo ra nhiều thay đổi khác biệt so với những mạng di
động hiện nay.
Xuất phát từ những vấn đề trên, em đã lựa chọn đề tài tốt nghiệp của mình
là: “Công nghệ LTE cho mạng di động băng rộng”. Đề tài sẽ đi vào tìm hiểu tổng
quan về công nghệ LTE cũng như là những kỹ thuật và thành phần được sử dụng
trong công nghệ này để có thể hiểu rõ thêm về những tiềm năng hấp dẫn mà công
nghệ này sẽ mang lại.
Đề tài của em bao gồm 5 chương:
 Chương 1 Giới thiệu về công nghệ và mục tiêu thiết kế LTE
 Chương 2 Tổng quan về truy cập vô tuyến trong LTE
 Chương 3 Kiến trúc giao diện vô tuyến LTE
 Chương 4 Lớp vật lý LTE
 Chương 5 Các thủ tục truy cập LTE
Tuy nhiên do LTE là công nghệ vẫn đang được nghiên cứu, phát triển và
hoàn thiện cũng như là do những giới hạn về kiến thức của người trình bày nên đồ
án này chưa đề cập được hết các vấn đề của công nghệ LTE và không thể tránh
khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn.

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Minh Tâm
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm
8
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ LTE
1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE
LTE là thế hệ thứ tư tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. UMTS thế
hệ thứ ba dựa trên WCDMA đã được triển khai trên toàn thế giới. Để đảm bảo tính
cạnh tranh cho hệ thống này trong tương lai, tháng 11/2004 3GPP đã bắt đầu dự án
nhằm xác định bước phát triển về lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên
gọi Long Term Evolution (LTE). 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm
chi phí cho mỗi bit thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng
tần hiện có và băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và
giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối. Đặc tả kỹ thuật cho LTE
đang được hoàn tất và dự kiến sản phẩm LTE sẽ ra mắt thị trường trong 2 năm tới.
Các mục tiêu của công nghệ này là:
- Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20 MHz:
o Tải xuống: 100 Mbps; Tải lên: 50 Mbps
- Dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một người dùng trên 1
MHz so với mạng HSDPA Rel. 6:
o Tải xuống: gấp 3 đến 4 lần; Tải lên: gấp 2 đến 3 lần.
- Hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển của thuê bao là 0 – 15 km/h. Vẫn
hoạt động tốt với tốc độ từ 15 – 120 km/h. Vẫn duy trì được hoạt động khi
thuê bao di chuyển với tốc độ từ 120 – 350 km/h (thậm chí 500 km/h tùy
băng tần)
- Các chỉ tiêu trên phải đảm bảo trong bán kính vùng phủ sóng 5km, giảm
chút ít trong phạm vi đến 30km. Từ 30 – 100 km thì không hạn chế.
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm

9
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
Hình 1.1 - Kiến trúc của mạng LTE
- Độ dài băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với các băng 1.25 MHz,
1.6 MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz cả chiều lên và xuống.
Hỗ trợ cả 2 trường hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không.
Để đạt được mục tiêu này, sẽ có rất nhiều kỹ thuật mới được áp dụng, trong đó
nổi bật là kỹ thuật vô tuyến OFDMA (đa truy cập phân chia theo tần số trực
giao), kỹ thuật anten MIMO (Multiple Input Multiple Output - đa nhập đa xuất).
Ngoài ra hệ thống này sẽ chạy hoàn toàn trên nền IP (all-IP network), và hỗ trợ cả
2 chế độ FDD và TDD.
1.2 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax và những triển vọng cho
công nghệ LTE
1.2.1 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax
Về công nghệ, LTE và WiMax có một số khác biệt nhưng cũng có nhiều
điểm tương đồng. Cả hai công nghệ đều dựa trên nền tảng IP. Cả hai đều dùng kỹ
thuật MIMO để cải thiện chất lượng truyền/nhận tín hiệu, đường xuống từ trạm
thu phát đến thiết bị đầu cuối đều được tăng tốc bằng kỹ thuật OFDM hỗ trợ
truyền tải dữ liệu đa phương tiện và video. Theo lý thuyết, chuẩn WiMax hiện tại
(802.16e) cho tốc độ tải xuống tối đa là 70Mbps, còn LTE dự kiến có thể cho tốc
độ đến 300Mbps. Tuy nhiên, khi LTE được triển khai ra thị trường có thể WiMax
cũng sẽ được nâng cấp lên chuẩn 802.16m (còn được gọi là WiMax 2.0) có tốc độ
tương đương hoặc cao hơn.
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm
10
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
Hình 1.2 Lộ trình phát triển của LTE và các công nghệ khác.
Đường lên từ thiết bị đầu cuối đến trạm thu phát có sự khác nhau giữa 2

công nghệ. WiMax dùng OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple
Access – một biến thể của OFDM), còn LTE dùng kỹ thuật SC-FDMA (Single
Carrier - Frequency Division Multiple Access). Về lý thuyết, SC-FDMA được
thiết kế làm việc hiệu quả hơn và các thiết bị đầu cuối tiêu thụ năng lượng thấp
hơn OFDMA.
LTE còn có ưu thế hơn WiMax vì được thiết kế tương thích với cả
phương thức TDD (Time Division Duplex) và FDD (Frequency Division Duplex).
Ngược lại, WiMax hiện chỉ tương thích với TDD (theo một báo cáo được công bố
đầu năm nay, WiMax Forum đang làm việc với một phiên bản Mobile WiMax tích
hợp FDD). TDD truyền dữ liệu lên và xuống thông qua 1 kênh tần số (dùng
phương thức phân chia thời gian), còn FDD cho phép truyền dữ liệu lên và xuống
thông qua 2 kênh tần số riêng biệt. Điều này có nghĩa LTE có nhiều phổ tần sử
dụng hơn WiMax. Tuy nhiên, sự khác biệt công nghệ không có ý nghĩa quyết định
trong cuộc chiến giữa WiMax và TLE.
Bảng 1.1: Tiến trình phát triển các chuẩn của 3GPP
Phiên
bản
Thời điểm hoàn tất
Tính năng chính / Thông tin
Release
99
Quí 1/2000
Giới thiệu UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) và WCDMA
(Wideband CDMA).
Release
4
Quí 2/2001
Bổ sung một số tính năng như mạng lõi dựa trên IP và có những cải tiến cho
UMTS.
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm

11
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
Release
5
Quí 1/2002
Giới thiệu IMS (IP Multimedia Subsystems) và HSDPA (High-Speed Download
Packet Access).
Release
6
Quí 4/2004
Kết hợp với Wireless LAN, thêm HSUPA (High-Speed Upload Packet Access)
và các tính năng nâng cao cho IMS như Push to Talk over Cellular (PoC).
Release
7
Quí 4/2007
Tập trung giảm độ trễ, cải thiện chất lượng dịch vụ và các ứng dụng thời gian
thực như VoIP. Phiên bản này cũng tập trung vào HSPA+ (High Speeed Packet
Evolution) và EDGE Evolution.
Release
8
Dự kiến cuối năm
2008 hoặc đầu năm
2009
Giới thiệu LTE và kiến trúc lại UMTS như là mạng IP thế hệ thứ tư hoàn toàn
dựa trên IP.
Hiện tại WiMax có lợi thế đi trước LTE: mạng WiMax đã được triển khai
và thiết bị WiMax cũng đã có mặt trên thị trường, còn LTE thì sớm nhất cũng phải
đến năm 2010 người dùng mới được trải nghiệm. Tuy nhiên LTE vẫn có lợi thế
quan trọng so với WiMax. LTE được hiệp hội các nhà khai thác GSM (GSM

Association) chấp nhận là công nghệ băng rộng di động tương lai của hệ di động
hiện đang thống trị thị trường di động toàn cầu với khoảng 2,5 tỉ thuê bao (theo
Informa Telecoms & Media) và trong 3 năm tới có thể chiếm thị phần đến 89%
(theo Gartner) – những con số “trong mơ” đối với WiMax. Hơn nữa, LTE cho
phép tận dụng dụng hạ tầng GSM có sẵn (tuy vẫn cần đầu tư thêm thiết bị) trong
khi WiMax phải xây dựng từ đầu.
Bảng 1.2: LTE và WIMAX
Tính năng 3GPP LTE RAN1 802.16e/Mobile WiMax R1 802.16m/Mobile WiMax R2
Ghép kênh TDD, FDD TDD TDD, FDD
Băng tần dự kiến 700MHz – 2,6GHz 2,3GHz, 2,5GHz, 3,3-3,8GHz2,3GHz, 2,5GHz, 3,3-3,8GHz
Tốc độ tối đa
(Download/Upload)
300Mbps /100Mbps 70Mbps /70Mbps 300Mbps /100Mbps
Di động 350km/h 120km/h 350km/h
Phạm vi phủ sóng 5/30/100km 1/5/30km 1/5/30km
Số người dùng VoIP đồng
thời
80 50 100
Thời điểm hoàn tất chuẩn
Dự kiến cuối năm 2008 hoặc
đầu năm 2009
2005
Dự kiến trong năm 2009
Triển khai ra thị trường 2009-2010/2012 2007-2008/2009 2010
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm
12
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
Thời thế đổi thay, nhận thấy lợi thế của LTE, một số nhà khai thác mạng
đã cân nhắc lại việc triển khai WiMax và đã có nhà khai thác quyết định từ bỏ con

đường WiMax để chuyển sang LTE, đáng kể trong số đó có hai tên tuổi lớn nhất
tại Mỹ là AT&T và Verizon Wireless. Theo một khảo sát do RCR Wireless News
và Yankee Group thực hiện gần đây, có đến 56% nhà khai thác di động chọn LTE,
chỉ có 30% đi theo 802.16e. Khảo sát cho thấy các nhà khai thác di động ở Bắc
Mỹ và Tây Âu nghiêng về LTE, trong khi các nước mới phát triển (đặc biệt là ở
khu vực châu Á - Thái Bình Dương) thì ủng hộ WiMax.
Nhiều hãng sản xuất thiết bị đi nước đôi, một mặt tuyên bố vẫn ủng hộ
WiMax, mặt khác lại dốc tiền đầu tư cho LTE. Ngay như Intel, đầu tàu hậu thuẫn
WiMax, cũng “đổi giọng”. Cả Siavash M. Alamouti, giám đốc kỹ thuật Wireless
Mobile Group và Sean Maloney, giám đốc tiếp thị của Intel, trong các phát biểu
gần đây đều cho rằng WiMax có thể “hoà hợp” với LTE.
Trong cuộc đua 4G, WiMax và LTE hiện là hai công nghệ sáng giá nhất.
Liệu hai công nghệ này có thể cùng tồn tại độc lập hay sẽ sát nhập thành một
chuẩn chung? Hiệu năng của WiMax và LTE tương đương nhau, do vậy việc quyết
định hiện nay phụ thuộc vào yếu tố sẵn sàng và khả năng thâm nhập thị trường.
1.2.2 Những triển vọng cho công nghệ LTE
- Các đại gia viễn thông hướng đến LTE:
Nhận thấy tiềm năng to lớn của công nghệ này, ngành công nghiệp di
động đang đoàn kết xung quanh hệ thống LTE với hầu hết các công ty viễn thông
hàng đầu thế giới: Alcatel-Lucent, Ericsson, France Telecom/Orange, Nokia,
Nokia Siemens Networks, AT&T, T-Mobile, Vodafone, China Mobile, Huawei, LG
Electronics, NTT DoCoMo, Samsung, Signalion, Telecom Italia, ZTE... Kế hoạch
thử nghiệm và triển khai công nghệ này đang được các công ty trên cùng hợp tác
thúc đẩy, dự kiến vào khoảng năm 2009-2010 sẽ được thương mại hóa đến với
người dùng.
Mạng NTT DoCoMo của Nhật sẽ đi tiên phong khi đặt mục tiêu khai
trương dịch vụ vào năm 2009.
Các mạng Verizon Wireless, Vodafone, và China Mobile tuyên bố hợp tác
thử nghiệm LTE vào năm nay. Việc triển khai cơ sở hạng tầng cho LTE sẽ bắt đầu
vào nửa sau của năm 2009 và kế hoạch cung cấp dịch vụ sẽ bắt đầu vào năm 2010.

GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm
13
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
Với việc dành được số lượng giấy phép sử dụng băng tần 700 MHz thứ 2
sau Verizon, mạng AT&T cũng lên kế hoạch sử dụng băng tần này cho LTE. Hãng
này tuyên bố có đủ băng thông 20 MHz dành cho LTE để phủ sóng 82% dân số
của 100 thành phố hàng đầu của Mỹ. Như vậy 2 mạng chiếm thị phần lớn nhất của
Mỹ đều chọn LTE là giải pháp tiến lên 4G.
Mạng Telstra của Úc gần đây cũng đã xác nhận phát triển theo hướng
LTE. Hãng TeliaSonera, nhà cung cấp lớn nhất cho thị trường Bắc Âu và vùng
Baltic cũng cam kết sẽ sử dụng công nghệ LTE cho các thị trường của mình.
Ngày 11/6/2008, theo Financial Times, cổ phiếu của Nortel, nhà sản xuất
viễn thông nổi tiếng của Canada, đã tăng 13% khi hãng tuyên bố tập trung các nỗ
lực nghiên cứu không dây vào công nghệ LTE thay vì công nghệ đối thủ WiMAX.
- Tương lai không còn xa
Vào ngày 19/12/2007, hãng Nokia Siemens Networks đã công bố thử
nghiệm thành công công nghệ LTE với tốc độ lên đến 173 Mb/s trong môi trường
đô thị với nhiều thuê bao cùng lúc. Trên băng tần 2,6 GHz với 20MHz băng thông,
tốc độ này đã vượt xa tốc độ yêu cầu là 100 Mbps.

Giám đốc kỹ thuật của hãng, ông Stephan Scholz phát biểu: “Khi thế giới
tiến gần đến con số 5 tỉ thuê bao vào năm 2015, theo tiên đoán của chúng tôi, các
nhà cung cấp dịch vụ di động sẽ phải sử dụng tất cả các băng tần với một cấu trúc
mạng đơn giản nhất và hiệu quả chi phí cao nhất để phục vụ lưu lượng liên lạc cao
hơn 100 lần. Cuộc thử nghiệm thực tế này là một chứng minh ban đầu quan trọng
cho khái niệm về LTE”.
Cuộc gọi thoại đầu tiên giữa 2 điện thoại LTE đã được trình diễn vào Hội
nghị Thế giới di động (Mobile World Congress) được tổ chức vào tháng 2/2008 tại
Barcelona, Tây Ban Nha. Vào tháng 3 vừa qua, mạng NTT DoCoMo đã thử

nghiệm LTE đạt đến tốc độ 250Mbps.
Tại các triển lãm viễn thông quốc tế gần đây, các nhà sản xuất Huawei,
Motorola, Ericsson… cũng đã biểu diễn LTE với các ứng dụng như xem tivi chất
lượng cao HDTV, chơi game online…
Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này đã chứng tỏ khả năng tuyệt vời
của công nghệ LTE và khả năng thương mại hóa LTE đã đến rất gần.
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm
14
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
Trước đây, muốn truy cập dữ liệu, bạn phải cần 1 đường dây cố định để
kết nối. Trong tương lai không xa với LTE, bạn có thể truy cập tất cả các dịch vụ
mọi lúc mọi nơi trong khi vẫn di chuyển: xem phim chất lượng cao, điện thoại
thấy hình, chơi game trực tuyến, tải cơ sở dữ liệu v.v… Và hãy nhớ: với tốc độ
siêu tốc.
1.3 Mục tiêu thiết kế LTE
Những hoạt động của 3GPP trong việc cải tiến mạng 3G vào mùa xuân năm
2005 đã xác định đối tượng, những yêu cầu và mục tiêu cho LTE. Những mục tiêu
và yêu cầu này được dẫn chứng bằng tài liệu trong văn bản 3GPP TR 25.913.
Những yêu cầu cho LTE được chia thành 07 phần khác nhau như sau:
• Tiềm năng, dung lượng.
• Hiệu suất hệ thống
• Các vấn đề liên quan đến việc triển khai
• Kiến trúc và sự dịch chuyển (migration)
• Quản lý tài nguyên vô tuyến
• Độ phức tạp
• Những vấn đề chung
1.3.1 Tiềm năng công nghệ
Yêu cầu được đặt ra là việc đạt tốc độ dữ liệu đỉnh cho đường xuống là
100 Mbit/s và đường lên là 50 Mbit/s, khi hoạt động trong phân bố phổ 20 MHz.

Khi mà phân bố phổ hẹp hơn thì tốc độ dữ liệu đỉnh cũng sẽ tỉ lệ theo. Do đó, điều
kiện đặt ra là có thể biểu diễn được 5 bit/s/Hz cho đường xuống và 2.5 bit/s/Hz
cho đường lên. Như sẽ được thảo luận dưới đây, LTE hỗ trợ cả chế độ FDD và
TDD. Rõ ràng, đối với trường hợp TDD, truyền dẫn đường lên và đường xuống,
theo định nghĩa không thể xuất hiện đồng thời. Do đó mà yêu cầu tốc độ dữ liệu
đỉnh cũng không thể trùng nhau đồng thời. Mặt khác, đối với trường hợp FDD,
đặc tính của LTE cho phép quá trình phát và thu đồng thời đạt được tốc độ dữ liệu
đỉnh theo phần lý thuyết ở trên.
Yêu cầu về độ trễ được chia thành: yêu cầu độ trễ mặt phẳng điều khiển
(the control-plane latency requirements) và yêu cầu độ trễ mặt phẳng người dùng
(the user-plane latency requirements). Yêu cầu độ trễ control-plane xác định độ trễ
của việc chuyển từ các trạng thái thiết bị đầu cuối không tích cực khác nhau sang
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm
15
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
trạng thái tích cực khi đó thiết bị đầu cuối di động có thể gửi và nhận dữ liệu. Có
hai cách xác định: cách xác định thứ nhất được thể hiện qua thời gian chuyển tiếp
từ trạng thái tạm trú (camped state) chẳng hạn như trạng thái Release 6 idle mode,
khi đó thì thủ tục chiếm 100 ms; cách xác định thứ hai được thể hiện qua thời gian
chuyển tiếp từ trạng thái ngủ chẳng hạn như trạng thái Release 6 Cell_PCH, khi đó
thì thủ tục chiếm 50 ms. Trong cả hai thủ tục này, thì độ trễ chế độ ngủ và việc báo
hiệu non-RAN đều được loại trừ. (Chế độ Release 6 idle là 1 trạng thái mà khi
thiết bị đầu cuối không được nhận biết đối với mạng truy nhập vô tuyến, nghĩa là,
mạng truy nhập vô tuyến không có bất cứ thuộc tính nào của thiết bị đầu cuối và
thiết bị đầu cuối cũng không được chỉ định một tài nguyên vô tuyến nào. Thiết bị
đầu cuối có thể ở trong chế độ ngủ và chỉ lắng nghe hệ thống mạng tại những
khoảng thời gian cụ thể. Trạng thái Release 6 Cell_PCH là trạng thái khi mà thiết
bị đầu cuối không được nhận biết đối với mạng truy nhập vô tuyến. Tuy mạng truy
nhập vô tuyến biết thiết bị đầu cuối đang ở trong tế bào nào nhưng thiết bị đầu

cuối lại không được cấp phát bất cứ tài nguyên vô tuyến nào. Thiết bị đầu cuối lúc
này có thể đang trong chế độ ngủ).
Yêu cầu độ trễ mặt phẳng người dùng được thể hiện quan thời gian để
truyền một gói IP nhỏ từ thiết bị đầu cuối tới nút biên RAN hoặc ngược lại được
đo từ lớp IP. Thời gian truyền theo một hướng sẽ không vượt quá 5 ms trong mạng
không tải (unloaded network), nghĩa là không có một thiết bị đầu cuối nào khác
xuất hiện trong tế bào.
Xét về mặt yêu cầu đối với độ trễ mặt phẳng điều khiển, LTE có thể hỗ
trợ ít nhất 200 thiết bị đầu cuối di động ở trạng thái tích cực khi hoạt động ở
khoảng tần 5 MHz. Trong mỗi phân bố rộng hơn 5 MHz, thì ít nhất có 400 thiết bị
đầu cuối được hỗ trợ. Số lượng thiết bị đầu cuối không tích cực trong tế bào không
nói rõ là bao nhiêu nhưng có thể là cao hơn một cách đáng kể.
1.3.2 Hiệu suất hệ thống
Các mục tiêu thiết kế công năng hệ thống LTE sẽ xác định lưu lượng
người dùng, hiệu suất phổ, độ linh động, vùng phủ sóng, và MBMS nâng cao.
Nhìn chung, các yêu cầu đặc tính LTE có liên quan đến hệ thống chuẩn sử
dụng phiên bản 6 HSPA. Đối với trạm gốc, giả định có một anten phát và hai anten
thu, trong khi đó thì thiết bị đầu cuối có tối đa là một anten phát và hai anten thu.
Tuy nhiên, một điều quan trọng cần lưu ý là những đặc tính nâng cao như là một
phần của việc cải tiến HSPA thì không được bao gồm trong tham chiếu chuẩn. Vì
thế, mặc dù thiết bị đầu cuối trong hệ thống chuẩn được giả định là có hai anten
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm
16
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
thu thì một bộ thu RAKE đơn giản vẫn được áp dụng. Tương tự, ghép kênh không
gian cũng không được áp dụng trong hệ thống chuẩn.
Yêu cầu lưu lượng người dùng được định rõ theo hai điểm: tại sự phân bố
người dùng trung bình và tại sự phân bố người dùng phân vị thứ 5 (khi mà 95%
người dùng có được chất lượng tốt hơn). Mục tiêu hiệu suất phổ cũng được chỉ rõ,

và trong thuộc tính này thì hiệu suất phổ được định nghĩa là lưu lượng hệ thống
theo tế bào tính theo bit/s/MHz/cell. Những mục tiêu thiết kế này được tổng hợp
trong bảng 1.3.
Bảng 1.3 - Các yêu cầu về hiệu suất phổ và lưu lượng người dùng
Phương pháp đo hiệu suất
Mục tiêu đường xuống so
với cơ bản
Mục tiêu đường lên so với
cơ bản
Lưu lượng người dùng
trung bình (trên 1 MHz)
3 lần – 4 lần 2 lần – 3 lần
Lưu lượng người dùng tại
biên tế bào (trên 1 MHz,
phân vị thứ 5)
2 lần – 3 lần 2 lần – 3 lần
Hiệu suất phổ
(bit/s/Hz/cell)
3 lần – 4 lần 2 lần – 3 lần
Yêu cầu về độ linh động chủ yếu tập trung vào tốc độ di chuyển của các
thiết bị đầu cuối di động. Tại tốc độ thấp, 0-15 km/h thì hiệu suất đạt được là tối
đa, và cho phép giảm đi một ít đối với tốc độ cao hơn. Tại vận tốc lên đến 120
km/h, LTE vẫn cung cấp hiệu suất cao và đối với vận tốc trên 120 km/h thì hệ
thống phải duy trì được kết nối trên toàn mạng tế bào. Tốc độ tối đa có thể quản lý
đối với một hệ thống LTE có thể được thiết lập đến 350 km/h (hoặc thậm chí đến
500 km/h tùy thuộc vào băng tần). Một yếu tố quan trong đặc biệt là dịch vụ thoại
được cung cấp bởi LTE sẽ ngang bằng với chất lượng mà WCDMA/HSPA hỗ trợ.
Yêu cầu về vùng phủ sóng chủ yếu tập trung vào phạm vi tế bào (bán
kính), nghĩa là khoảng cách tối đa từ vùng tế bào (cell site) đến thiết bị đầu cuối di
động trong cell. Đối với phạm vi tế bào lên đến 5 km thì những yêu cầu về lưu

lượng người dùng, hiệu suất phổ và độ linh động vẫn được đảm bảo trong giới hạn
không bị ảnh hưởng bởi nhiễu. Đối với những tế bào có phạm vi lên đến 30 km thì
có một sự giảm nhẹ cho phép về lưu lượng người dùng và hiệu suất phổ thì lại
giảm một cách đáng kể hơn nhưng vẫn có thể chấp nhận được. Tuy nhiên, yêu cầu
về độ di động vẫn được đáp ứng. Khi mà phạm vi tế bào lên đến 100 km thì không
thấy có đặc tính kỹ thuật về yêu cầu hiệu suất nào được nói rõ trong trường hợp
này.
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm
17
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
Những yêu cầu MBMS nâng cao xác định cả hai chế độ: broadcast (quảng
bá) và unicast. Nhìn chung, LTE sẽ cung cấp những dịch vụ tốt hơn so với những
gì có thể trong phiên bản 6. Yêu cầu đối với trường hợp broadcast là hiệu suất phổ
1 bit/s/Hz, tương ứng với khoảng 16 kênh TV di động bằng cách sử dụng khoảng
300 kbit/s trong mỗi phân bố phổ tần 5 MHz. Hơn nữa, nó có thể cung cấp dịch vụ
MBMS với chỉ một dịch vụ trên một sóng mang, cũng như là kết hợp với các dịch
vụ non-MBMS khác. Và như vậy thì đương nhiên đặc tính kỹ thuật của LTE có
khả năng cung cấp đồng thời cả dịch vụ thoại và dịch vụ MBMS.
1.3.3 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai
Các yêu cầu liên quan đến việc triển khai bao gồm các kịch bản triển
khai, độ linh hoạt phổ, trải phổ, sự cùng tồn tại và làm việc với nhau giữa LTE với
các công nghệ truy cập vô tuyến khác của 3GPP như GSM và WCDMA/HSPA.
Những yêu cầu về kịch bản triển khai bao gồm: trường hợp mà hệ thống
LTE được triển khai như là một hệ thống độc lập và trường hợp mà LTE được
triển khai đồng thời với WCDMA/HSPA hoặc GSM. Do đó mà yêu cầu này sẽ
không làm giới hạn các tiêu chuẩn thiết kế. Những yêu cầu về độ linh hoạt phổ và
triển khai sẽ được phác thảo chi tiết hơn trong phần 1.3.3.1.
Vấn đề cùng tồn tại và có thể hoạt động phối hợp với các hệ thống 3GPP
khác và những yêu cầu tương ứng đã thiết lập ra những điều kiện về tính linh động

giữa LTE và GSM, và giữa LTE và WCDMA/HSPA cho thiết bị đầu cuối di động
hỗ trợ những công nghệ này. Bảng 1.4 liệt kê những yêu cầu về sự gián đoạn, đó
là, thời gian gián đoạn dài nhất trong liên kết vô tuyến khi phải di chuyển giữa các
công nghệ truy cập vô tuyến khác nhau, bao gồm cả dịch vụ thời gian thực và phi
thời gian thực. Có một điều đáng chú ý là những yêu cầu này không được chặt chẽ
cho lắm đối với vấn đề gián đoạn trong chuyển giao và hy vọng khi mà triển khai
thực tế thì sẽ đạt được những giá trị tốt hơn đáng kể.
Yêu cầu về việc cùng tồn tại và có thể làm việc với nhau cũng xác định
việc chuyển đổi lưu lượng multicast từ phương pháp broadcast trong LTE thành
phương pháp unicast trong cả GSM hoặc WCDMA, mặc dù không có số lượng
cho trước.
Bảng 1.4 - Yêu cầu về thời gian gián đoạn, LTE-GSM và LTE-WCDMA
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm
18
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
1.3.3.1 Độ linh hoạt phổ và việc triển khai
Nền tảng cho những yêu cầu về độ linh hoạt phổ là những điều kiện để
LTE có thể được triển khai trên những băng tần IMT-2000 hiện hành, nghĩa là khả
năng cùng tồn tại với các hệ thống đã được triển khai trên những băng tần này, bao
gồm WCDMA/HSPA và GSM. Một phần liên quan đến những yêu cầu LTE về
mặt độ linh hoạt phổ là khả năng triển khai việc truy nhập vô tuyến dựa trên LTE
cho dù phân bố phổ là theo cặp hay đơn lẻ, như vậy LTE có thể hỗ trợ cả Song
công phân chia theo tần số (FDD) và song công phân chia theo thời gian (TDD).
Sơ đồ song công hay việc qui hoạch song công là một thuộc tính của
công nghệ truy cập vô tuyến. Tuy vậy, một phân bố phổ cho trước thì cũng được
liên kết với một qui hoạch song công cụ thể. Hệ thống FDD được triển khai theo
một cặp phân bố phổ, với một dải tần cho truyền dẫn đường xuống và một dải tần
khác dành cho đường lên. Còn hệ thống TDD thì được triển khai trong các phân
bố phổ đơn lẻ.

Lấy một ví dụ là phổ của IMT-2000 tại tần số 2 GHz, gọi là băng tần
lõi IMT-2000. Như trình bày trong hình 1.3, nó bao gồm cặp băng tần 1920-1980
MHz và 2110-2170 MHz dành cho truy cập vô tuyến dựa trên FDD, và hai băng
tần là 1910-1920 MHz và 2010-2025 MHz dành cho truy cập vô tuyến dựa trên
TDD. Chú ý là có thể vì những qui định của địa phương và vùng mà việc sử dụng
phổ của IMT-2000 có thể khác so với những gì được trình bày ở đây.
Hình 1.3 – Phân bố phổ băng tần lõi tại 2 GHz của nguyên bản IMT-2000
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm
19
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
Cặp phân bố cho FDD trong hình 1.3 là 2 x 60 MHz, nhưng phổ khả
dụng cho một nhà khai thác mạng đơn lẻ có thể chỉ là 2 x 20 MHz hoặc thậm chí
là 2 x 10 MHz. Trong những băng tần khác phổ khả dụng có thể còn ít hơn nữa.
Ngoài ra, sự dịch chuyển của phổ đang được sử dụng cho những công nghệ truy
cập vô tuyến khác cần phải diễn ra một cách từ từ để chắc chắn rằng lượng phổ
còn lại phải đủ để hỗ trợ cho những người dùng hiện tại. Vì vậy, lượng phổ ban
đầu được dịch chuyển tới LTE có thể tương đối nhỏ, nhưng sau đó có thể tăng lên
từ từ, được thể hiện trong hình 1.4. Sự khác nhau của những diễn tiến phổ có thể
xảy ra sẽ dẫn đến một yêu cầu về độ linh hoạt phổ cho LTE dưới dạng băng thông
truyền dẫn được hỗ trợ.
Hình 1.4 – Một ví dụ về cách thức LTE thâm nhập từng bước vào phân bố phổ
của một hệ thống GSM đã được triển khai
Yêu cầu về độ linh hoạt phổ đòi hỏi LTE phải có khả năng mở rộng
trong miền tần số và có thể hoạt động trong nhiều băng tần khác nhau. Yêu cầu về
độ linh hoạt trong tài liệu tham khảo được liệt kê thành danh sách các phân bố phổ
của LTE (1.25, 1.6, 2.5, 5, 10, 15 và 20 MHz). Ngoài ra, LTE còn có khả năng
hoạt động theo cặp phổ cũng như là đơn lẻ. LTE cũng có thể triển khai trong nhiều
băng tần khác nhau. Những băng tần được hỗ trợ được chỉ rõ dựa vào “độc lập
phiên bản” (“release independence”), nghĩa là phiên bản đầu tiên của LTE không

phải hỗ trợ tất cả các băng tần ngay từ đầu.
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm
20
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
Hơn nữa, tài liệu tham khảo cũng xác định về vấn đề cùng tồn tại và
lắp đặt chung với GSM và WCDMA trên những tần số lân cận, cũng như là sự
cùng tồn tại giữa những nhà khai thác và hệ thống mạng lân cận trên những quốc
gia khác nhau nhưng sử dụng phổ chồng nhau (overlapping spectrum). Ở đây cũng
có một điều kiện là không có hệ thống nào khác được yêu cầu hợp lệ khi một thiết
bị đầu cuối truy cập vào LTE, nghĩa là LTE cần phải có tất cả tín hiệu điều khiều
cần thiết được yêu cầu cho việc kích hoạt truy nhập.
1.3.4 Kiến trúc và sự dịch chuyển (migration)
Một vài nguyên tắc chỉ đạo cho việc thiết kế kiến trúc LTE RAN được đưa
ra bởi 3GPP được liệt kê trong [86]:
- Một kiến trúc đơn LTE RAN được chấp nhận.
- Kiến trúc LTE RAN phải dựa trên gói (packet), tuy vậy lưu lượng lớp
thoại và thời gian thực vẫn được hỗ trợ.
- Kiến trúc LTE RAN có thể tối thiểu hóa sự hiện diện của ‘những hư hỏng
cục bộ’ (‘single points of failure’) mà không cần tăng chi phí cho đường truyền
(backhaul).
- Kiến trúc LTE RAN có thể đơn giản hóa và tối thiểu hóa số lượng giao
tiếp đã được giới thiệu.
- Tương tác lớp mạng vô tuyến (Radio network layer: RNL) và lớp mạng
truyền tải (Transport network layer: TNL) có thể được loại trừ nếu chỉ cần quan
tâm đến vấn đề cải thiện hiệu suất hệ thống.
- Kiến trúc LTE RAN có thể hỗ trợ QoS end-to-end. TNL có thể cung cấp
QoS thích hợp khi được yêu cầu bởi RNL.
- Các cơ cấu QoS có thể tính toán đến các dạng lưu lượng đang tồn tại khác
nhau để mang lại hiệu suất sử dụng băng thông cao: lưu lượng mặt phẳng điều

khiển (Control-Plane), lưu lượng mặt phẳng người dùng (User-Plane), lưu lượng
O&M, v.v…
- LTE RAN có thể được thiết kế theo lối làm giảm biến đổi trễ (delay
variation - jitter) đối với lưu lượng cần độ jitter thấp, ví dụ TCP/IP.
1.3.5 Quản lý tài nguyên vô tuyến
Những yêu cầu về quản lý tài nguyên vô tuyến được chia ra như sau: hỗ trợ
nâng cao cho QoS end to end, hỗ trợ hiệu quả cho truyền dẫn ở lớp cao hơn, và hỗ
trợ cho việc chia sẻ tải cũng như là quản lý chính sách thông qua các công nghệ
truy cập vô tuyến khác nhau.
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm
21
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
Việc hỗ trợ nâng cao cho QoS end to end yêu cầu cải thiện sự giữa thích ứng
giữa dịch vụ, ứng dụng và các điều kiện về giao thức (bao gồm báo hiệu lớp cao
hơn) với tài nguyên RAN và các đặc tính vô tuyến.
Việc hỗ trợ hiệu quả cho truyền dẫn ở lớp cao hơn đòi hỏi LTE RAN phải có
khả năng cung cấp cơ cấu để hỗ trợ truyền dẫn hiệu suất cao và hoạt động của các
giao thức ở lớp cao hơn qua giao tiếp vô tuyến, chẳng hạn như quá trình nén tiêu
đề IP (IP header).
Việc hỗ trợ chia sẻ tải và quản lý chính sách thông qua các công nghệ truy
cập vô tuyến khác nhau đòi hỏi phải xem xét đến việc lựa chọn lại các cơ cấu để
định hướng các thiết bị đầu cuối di động theo các dạng công nghệ truy cập vô
tuyến thích hợp đã được nói rõ cũng như là hỗ trợ QoS end to end trong quá trình
chuyển giao giữa các công nghệ truy cập vô tuyến.
1.3.6 Độ phức tạp
Yêu cầu về độ phức tạp trong LTE xác định độ phức tạp của toàn hệ thống
cũng như là độ phức tạp của thiết bị đầu cuối di động. Về cơ bản thì những yêu
cầu này đề cập đến số lượng những tùy chọn có thể tối thiểu hóa với những đặc
tính dư thừa không bắt buộc. Điều này cũng đưa đến việc tối giản những trường

hợp kiểm thử cần thiết.
1.3.7 Những vấn đề chung
Phần này đề cập đến những yêu cầu chung trong LTE về những khía cạnh
liên quan đến chi phí và dịch vụ. Rõ ràng, mong muốn đặt ra là giảm thiểu các chi
phí trong khi vẫn duy trì hiệu suất yêu cầu cho tất cả các dịch vụ. Các vấn đề về
đường truyền, hoạt động và bảo dưỡng cũng liên quan đến yếu tố chi phí. Như vậy
không chỉ giao tiếp vô tuyến, mà việc truyền tải đến các trạm gốc và hệ thống
quản lý cũng phải được xác định rõ. Một yêu cầu quan trọng về giao tiếp nhiều
nhà cung cấp (multi-vendor interfaces) cũng thuộc vào loại yêu cầu này. Ngoài ra
thì các vấn đề như: độ phức tạp thấp, thiết bị đầu cuối di động tiêu thụ ít năng
lượng cũng được đòi hỏi.
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm
22
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE
Trong chương trước, chúng ta đã thảo luận về những mục tiêu của LTE và
từ những thảo luận này thì rõ ràng là LTE đã được phát triển với những mục tiêu
hoạt động mạnh mẽ đáng ghi nhớ. Và đến chương này thì chúng ta sẽ được cung
cấp một cái nhìn tổng quan về một số đặc điểm và thành phần quan trọng của LTE.
Chương 3 – 5 sẽ đi vào chi tiết hơn nữa về vấn đề truy cập vô tuyến LTE một cách
tổng quát cũng như là những đặc tính chủ yếu cụ thể của nó.
2.1 Hệ thống truyền dẫn: đường xuống OFDM và đường lên SC-FDMA
Hệ thống truyền dẫn đường xuống của LTE dựa trên công nghệ OFDM. Như
đã biết thì OFDM là một hệ thống truyền dẫn đường xuống hấp dẫn với nhiều lý
do khác nhau. Vì thời gian ký tự OFDM tương đối dài trong việc kết hợp với một
tiền tố chu trình, nên OFDM cung cấp đủ độ mạnh để chống lại sự lựa chọn tần số
kênh (channel frequency selectivity). Mặc dù trên lý thuyết thì việc sai lệch tín
hiệu do kênh truyền chọn lọc tần số có thể được kiểm soát bằng kỹ thuật cân bằng
tại phía thu, sự phức tạp của kỹ thuật cân bằng bắt đầu trở nên kém hấp dẫn trong

việc triển khai đối với những thiết bị đầu cuối di động tại băng thông trên 5 MHz.
Vì vậy mà OFDM với khả năng vốn có trong việc chống lại fading lựa chọn tần số
sẽ trở thành sự lựa chọn hấp dẫn cho đường xuống, đặc biệt khi được kết hợp với
ghép kênh không gian (spatial multiplexing).
Một số lợi ích khác của kỹ thuật OFDM bao gồm:
• OFDM cung cấp khả năng truy nhập vào miền tần số, bằng cách thiết
lập một độ tự do bổ sung (degree of fredom) cho khối hoạch định phụ
thuộc kênh truyền (channel dependent scheduler) so với HSPA.
• OFDM dễ dàng hỗ trợ cho việc phân bố băng thông một cách linh hoạt,
bằng cách biến đổi băng tần cơ sở thành các sóng mang phụ để truyền
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm
23
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
đi. Tuy nhiên chú ý rằng là việc hỗ trợ nhiều phân bố phổ đòi hỏi cần
phải có bộ lọc RF linh hoạt (flexible RF filtering) khi đó thì sơ đồ
truyền dẫn chính xác là không thích hợp. Tuy nhiên, việc duy trì cấu
trúc xử lý băng tần cơ sở giống nhau (the same baseband processing
structure), không phụ thuộc băng thông sẽ nới lỏng việc triển khai đầu
cuối.
• Hỗ trợ dễ dàng cho việc truyền dẫn broadcast/mulitcast, khi mà những
thông tin giống nhau được truyền đi từ nhiều trạm gốc.
Đối với đường lên LTE, truyền dẫn đơn sóng mang dựa trên kỹ thuật DFT-
spread OFDM. Việc sử dụng điều chế đơn sóng mang cho đường lên đem lại tỷ số
đỉnh trên trung bình (peak to average ratio) của tín hiệu được truyền thấp hơn khi
mà so sánh với kỹ thuật truyền dẫn đa sóng mang ví dụ như OFDM. Tỷ số đỉnh
trên trung bình của tín hiệu được truyền càng nhỏ thì công suất phát trung bình đối
với một bộ khuếch đại công suất nhất định càng cao. Vì vậy mà truyền dẫn đơn
sóng mang cho phép sử dụng hiệu quả hơn bộ khuếch đại công suất, đồng thời làm
tăng vùng phủ sóng. Điều này đặc biệt quan trọng đối với những thiết bị đầu cuối

bị giới hạn về năng lượng. Tại cùng một thời điểm, việc cân bằng cần thiết để
kiểm soát lỗi của tín hiệu đơn sóng mang do fading lựa chọn tần số là vấn đề nhỏ
trong đường lên vì ít giới hạn trong nguồn tạo tín hiệu tại trạm gốc hơn so với thiết
bị đầu cuối di động.
Tương phản với đường lên không trực giao của WCDMA/HSPA (cũng dựa
trên truyền dẫn đơn sóng mang), thì đường lên LTE lại dựa trên kỹ thuật phân tách
trực giao giữa những người dùng trong miền thời gian và tần số (Trên lý thuyết,
việc phân chia người dùng trực giao có thể thực hiện được trong miền thời gian
chỉ bằng cách ấn định toàn bộ băng thông truyền dẫn đường lên cho một người
dùng tại 1 thời điểm, điều này có thể thực hiện được với đường lên nâng cao). Kỹ
thuật phân tách người dùng trực giao trong nhiều tình huống mang lại lợi ích trong
việc tránh được nhiễu trong tế bào (intra cell interference). Tuy nhiên, việc phân
bố một lượng tài nguyên băng thông tức thời rất lớn cho người dùng lại không
phải là một chiến lược hiệu quả trong những tình huống mà chính tốc độ dữ liệu bị
giới hạn bởi công suất truyền dẫn hơn là băng thông. Trong những tình huống như
vậy, một thiết bị đầu cuối sẽ chỉ được phân bố một phần của tổng băng thông
truyền dẫn và những thiết bị đầu cuối khác có thể truyền song song trên phần phổ
còn lại. Vì vậy mà đường lên LTE sẽ bao gồm một thành phần đa truy nhập miền
tần số (frequency domain multiple access component), hệ thống truyền dẫn đường
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm
24
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ LTE cho mạng di động băng
rộng
lên LTE nhiều khi cũng được xem như là hệ thống Single Carrier FDMA (SC-
FDMA).
2.2 Hoạch định phụ thuộc kênh truyền và sự thích ứng tốc độ (Channel-
dependent scheduling and rate adaptation)
Trung tâm của hệ thống truyền dẫn LTE là việc sử dụng kỹ thuật truyền dẫn
chia sẻ kênh truyền (shared channel transmission), khi đó tài nguyên miền tần số -
thời gian được chia sẻ tự động giữa những người dùng. Kỹ thuật này tương tự với

phương pháp được dùng trong HSDPA, mặc dù cũng thấy rõ sự khác nhau trong
việc chia sẻ tài nguyên giữa thời gian và tần số trong trường hợp của LTE và giữa
thời gian và mã phân kênh (channelization codes) trong trường hợp của HSDPA.
Việc sử dụng truyền dẫn chia sẻ kênh truyền rất phù hợp với những yêu cầu đặt ra
của dữ liệu gói do tài nguyên cần phải thay đổi nhanh chóng cũng như là cho phép
nhiều công nghệ quan trọng khác được dùng bởi LTE.
Khối hoạch định (scheduler) sẽ điều khiển việc phân phát tài nguyên chia sẻ
cho người dùng tại mỗi thời điểm. Nó cũng quyết định tốc độ dữ liệu được sử
dụng cho mỗi đường truyền, đó là gọi là thích ứng tốc độ và nó là có thể xem là
một phần của bộ scheduler. Scheduler là thành phần chính và mang tính quyết
định lớn đối với hiệu suất của toàn bộ đường xuống, đặc biệt trong những mạng có
tải trọng cao. Cả truyền dẫn đường lên và đường xuống đều phải được hoạch định
chặt chẽ. Độ tăng ích thực chất trong khả năng hệ thống có thể đạt được nếu đặc
tính kênh truyền được lưu ý đến trong việc quyết định phân bố, và được gọi là
hoạch định phụ thuộc kênh truyền. Kỹ thuật này hiện đang được khai thác trong
HSPA, khi đó scheduler đường xuống sẽ truyền tới người dùng với tốc độ dữ liệu
tối đa nếu điều kiện kênh truyền gặp thuận lợi và trong một chừng mực nào đó thì
kỹ thuật này cũng được áp dụng cho đường lên nâng cao (enhanced uplink). Tuy
nhiên, ngoài miền thời gian thì LTE cũng truy cập tới miền tần số, do việc sử dụng
OFDM cho đường xuống và DFTS-OFDM cho đường lên. Vì vậy đối với mỗi
miền tần số, bộ scheduler có thể lựa chọn cho người dùng kênh truyền có đặc tính
tốt nhất. Mặt khác, việc hoạch định trong LTE có thể quan tâm đến sự biến đổi
kênh truyền không chỉ trong miền thời gian, như HSPA, mà còn trong cả miền tần
số. Điều này được minh họa trong hình 2.1.
Khả năng của kỹ thuật hoạch định phụ thuộc kênh truyền trong miền tần số
đặc biệt hữu ích khi mà tốc độ của thiết bị đầu cuối là thấp, nói cách khác nghĩa là
kênh truyền thay đổi chậm theo thời gian. Kỹ thuật hoạch định phụ thuộc kênh
truyền dựa trên sự thay đổi chất lượng kênh giữa những người dùng để đạt được
GVHD: ThS. Trần Xuân Trường SVTH: Nguyễn Minh Tâm
25