Nghiên cứu và đánh giá kỹ thuật đa truy cập SC-FDMA sử dụng trong truyền dẫn đường lên 3GPP LTE

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang i

LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan nội dung đồ án này là do em làm không phải là bản sao chép
của bất cứ đồ án hoặc công trình nghiên cứu có từ trước.



ĐÀ NẴNG, ngày…tháng 5 năm 2012
Sinh viên thực hiện
Hồ Văn Thượng



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN

Trang ii

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn thầy Ngô Văn Sỹ đã hướng dẫn tận tình
cho em trong suốt thời gian làm đồ án. Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô
trong khoa Điện tử - Viễn thông đã dạy dỗ, cung cấp kiến thức, tạo điều kiện giúp đỡ
cho em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Xin cảm ơn những thành viên trong gia đình đã động viên khích lệ tạo mọi điều
kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành đồ án. Cảm ơn những người bạn thân thiết đã giúp đỡ
tôi trong những lúc khó khăn để hoàn thành đồ án này.
Trong quá trình làm đồ án dù đã nỗ lực cố gắng nhiều nhưng do hiểu biết và kiến
thức còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những
ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC

Trang iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN………………………………………………………………………i
LỜI CẢM ƠN………………………………………………………………………….ii
MỤC LỤC…………………………………………………………………………….iii
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT………………………………………………………… viii
LỜI NÓI ĐẦU……………………………………………………………………… xii
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE
1.1. Giới thiệu về công nghệ LTE và so sánh công nghệ LTE với công nghệ
WIMAx…………………………………………………………………………………1
1.1.1. Giới thiệu về công nghệ LTE….…………………………………………………1
1.1.2. So sánh công nghệ LTE với công nghệ WIMA……… ……………………… 1
1.2. Những mục tiêu và yêu cầu của LTE……………………………………………3
1.2.1. Tiềm năng và dung lượng hệ thống 4
1.2.2. Hiệu năng của hệ thống………………………………………………………….4
1.2.2.1 Thông lượng………………………………………………………………… 4
1.2.2.2 Hỗ trợ di động………………………………………………………………… 5
1.2.2.3. Vùng phủ………………………………………………………………………6
1.2.2.4 MBMS tăng cường…………………………….…………………… 6
1.2.3. Các khía cạnh liên quan đến triển khai……………………………………… 6
1.2.3.1 Triển khai phổ tần………………………………………………………………6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC

Trang iv

1.2.3.2 Độ linh hoạt phổ tần…………………………………………………………….7
1.2.3.3 Các vấn đề tồn tại và tương tác với 3GPP RAT……………………………… 8
1.2.4. Kiến trúc và sự dịch chuyển (migration)……………………………………….8
1.2.5. Quản lý tài nguyên vô tuyến……………………………………………………8
1.2.6. Các vấn đề về mức độ phức tạp……………………………………………… 9
1.2.7. Những vấn đề chung………………………………………………………… 10
1.3. Kết luận………………………………………………………………………….11
CHƢƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT TRUY CẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE
2.1 . Các kỹ thuật sử dụng trong LTE 12
2.1.1. Kỹ thuật truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDMA 12
2.1.2. Kỹ thuật đa truy cập SC-FDMA 18
2.1.3. Kỹ thuật MIMO 18
2.1.4. Mã hóa Turbo 20
2.1.5. Thích ứng đường truyền 20
2.1.6. Lập biểu phụ thuộc kênh 22
2.1.7. HARQ kết hợp với phần mềm 22
2.2. Một số đặc tính kênh truyền…….……………………………………… 23
2.2.1. Trễ đa đường………………………………………………………………… 23
2.2.2. Các loại fading…………………………………………………………………23
2.2.2.1. Rayleigh fading………………………………………………………… 23
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC

Trang v

2.2.2.2. Fading chọn lọc tần số và fading phẳng………………………………….23
2.2.3. Dịch tần Doppler…………………………………………………………… 24
2.2.4. Nhiễu MAI với LTE………………………………………………………… 24

2.3. Kết luận………………………………………………………………………25
CHƢƠNG 3 : KỸ THUẬT ĐA TRUY CẬP SC-FDMA
3.1. Hệ thống đơn sóng mang với bộ cân bằng miền tần số SC/FDE………….26
3.2. Nguyên lý truyền dẫn SC-FDMA………………………………………… 27
3.2.1. Sơ đồ khối hệ thống SC-FDMA………………………………………………27
a. Máy phát SC-FDMA………………………………………………………….28
b. Máy thu SC-FDMA………………………………………………………… 31
3.2.2. SC-FDMA với tạo dạng phổ………………………………………………….32
3.2.3. Sắp xếp sóng mang……………………………………………………………34
3.3. Biểu diễn các tín hiệu SC-FDMA miền thời gian………………………….35
3.3.1. Các kí hiệu miền thời gian của IFDMA………………………………… 35
3.3.2. Các kí hiệu miền thời gian của LFDMA…………………………………… 37
3.3.3. Các kí hiệu miền thời gian của DFDMA…………………………………… 39
3.4. SC-FDMA và OFDMA………………………………………………………41
3.5. Kết luận………………………………………………………………….… 42
CHƢƠNG 4: MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ SC-FDMA
4.1. Giới thiệu…………………………………………………………………… 43
4.2. Chƣơng trình mô phỏng…………………………………………………… 45
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC

Trang vi

4.2.1. Phân tích các đặc tính PAPR của SC-FDMA và kết quả mô phỏng……… 45
4.2.1.1. Sơ đồ thuật toán……………………………………………………………48
4.2.1.2. Kết quả mô phỏng với cùng hệ số α……………………………………….49
4.2.1.3. Kết quả mô phỏng PAPR với tạo xung và không tạo xung………………50
4.2.1.4. Kết quả mô phỏng PAPR với hệ số α khác nhau…………………………52
4.2.2. SER với hệ thống SC-FDMA…………………………………………… 53
4.2.2.1. Sơ đồ thuật toán……………………………………………………… 54
4.2.2.2. Kết quả mô phỏng với các kênh dẫn khác nhau………………………… 56

a. Kết quả mô phỏng với mô hình kênh cố định…………………………….56
b. Kết quả mô phỏng với mô hình kênh người đi bộ……………………… 57
c. Kết quả mô phỏng với mô hình kênh di chuyển tốc độ cao…………… 57
d. Kết quả mô phỏng so sánh mô hình kênh người đi bộ với mô hình kênh di
chuyển tốc độ cao………………………………………………………….58
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI……………………………… 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………… 59
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Trang vii

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
A


ACK/NACK
Acknowledgement/ Non-
Acknowledgement
Công nhận/ Không công nhận
B


BER
Bit error ratio
Tỷ lệ lỗi bít
C


CAZAC
Constant Amplitude Zero Auto-

Correlation
Tự tương quan bằng không biên độ
không đổi
CCI
Co-Channel Interference
Nhiễu đồng kênh
CDS
Channel Depend Schedule
Lập lịch phụ thuộc kênh
CP
Cyclic Prefix
Tiền tố chu trình
CQI
Channel Quality Indicator
Chỉ thị chất lượng kênh
C-RNTI
Cell Radio Network Temporary
Identifier
Số nhận dạng ô tạm thời
D


DFDMA
Distributed FDMA
FDMA phân bố
DFTs-OFDM
DFT spread OFDM
OFDM trải phổ
DS-CDMA
Direct Sequence-CDMA

Đa truy nhập phân chia theo mã
chuỗi trực tiếp
E


eNodeB
E-UTRAN Node B
Nút B của E-UTRAN
EPC
Evolved packet Core
Lõi gói phát triển
E-UTRA
Evolved UTRA
Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS
phát triển
F


FDD
Frequency Division Duplex
Ghép song công phân chia theo tần
số
FDMA
Frequency Division Multi Access
Đa truy nhập phân chia theo tần số
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Trang viii

G

GERAN
GSM EDGE Radio Access
Network
Mạng truy nhập vô tuyến GSM
EDGE
GTP
GPRS Tunneling Protocol
Giao thức đường hầm GPRS
H


HARQ
Hybrid Automatic Repeat
Request
Yêu cầu phát lại tự động linh hoạt
HSDPA
High Speed Downlink packet
Access
Truy nhập gói đường xuống tốc độ
cao
HSPA
High Speed Packet Access
Truy nhập gói tốc độ cao
HSS
Home Subcriber Server
Server thuê bao nhà
HSUPA
High Speed Uplink packet Access

Truy nhập gói đường lên tốc độ cao
I


IBI
Inter – Block Interference
Nhiễu liên khối
ICI
Inter-carrier Interference
Nhiễu liên sóng mang
IFDMA
Interleaved FDMA
FDMA đan xen
IMS
IP Multimedia Subsystem
Phân hệ đa phương tiện IP
IMT-2000
International Mobile
Telecommunication 2000
Thông tin di động quốc tế 2000
ISI
Inter-Symbol Interference
Nhiễu liên kí hiệu
L


LFDMA
Localized FDMA
FDMA khoanh vùng
LTE

Long Term Evolution
Phát triển dài hạn
M


MBMS
Multimedia Broadcast Multicast
Service
Dịch vụ quảng bá đa phương đa
phương tiện
MME
Mobile management Entity
Thực thể quản lí di động
MMSE
Minimum Mean Square Error
Sai số bình phương trung bình cực
tiểu
P


PAPR
Peak to avegare Power Ratio
Tỷ số công suất đỉnh trên công suất
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Trang ix

trung bình
PCRF
Policy and Charing Rules Fuction

Chức năng quy tắc tinh cước và
chính sách
P-GW
Packet Data Network – Gateway
Cổng mạng dữ liệu gói
PS
Pulse Shaping
Tạo dạng xung
PSR
Packet Success Ratio
Tỷ lệ gói thành công
PUSCH
Physical Uplink Shared Channel
Kênh chia sẻ đường lên vật lý
Q


QoS
Quality of Service
Chất lượng dịch vụ
QPSK
Quatrature phase Shift Key
Khóa chuyển pha vuông góc
R


RAN
Radio Access Network
Mạng truy nhập vô tuyến
RAT

Radio Access Technology
Công nghệ truy nhập vô tuyến
RNC
Radio Network Controller
Bộ điều khiển mạng vô tuyến
RR
Round Robin
Quay vòng
RU
Resource Unit
Đơn vị tài nguyên
S


SAE
System Architecture Evolution
Phát triển kiến trúc mạng
SC/FDE
Single Carrier/ Frequency
Domain Equalizer
Đơn sóng mang/ bộ cân bằng miền
tần số
SC-FDMA
Single Carier – frequency
Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia tần số đơn
sóng mang
SC-CFDMA
Single Carrier – Code FDMA
Đa truy nhập phân chia tần số mã

đơn sóng mang.
SGSN
Serving GPRA Support Node
Nút hỗ trợ GPRS phục vụ
SNR
Signal Noise Ratio
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
T


TDD
Time Division Duplex
Ghép song công phân chia theo
thời gian
TD-SCDMA
Time Division-Synchronous
Code Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã
đồng bộ-phân chia theo thời gian
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Trang x

TTI
Transmission Time Interval
Khoảng thời gian phát
U


UL-SCH

Uplink Shared Channel
Kênh chia sẻ đường lên
UPE
User Plane Entity
Thực thể mặt phẳng người sử dụng
UTRAN
UMTS Terrestrial Radio Access
Network
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
UMTS
W


WCDMA
Wideband Code Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã
băng rộng
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU

Trang xi

LỜI NÓI ĐẦU
Bước sang thế kỉ thứ 21, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa
học kỹ thuật thì viễn thông thế giới cũng có những bước phát triển mạnh mẽ. Trong đó
thông tin di động là nghành phát triển mạnh mẽ nhất của viễn thông. Đời sống của con
người không ngừng nâng cao dẫn tới nhu cầu sử dụng của con người ngày càng tăng về
cả chất lượng và số lượng, các dịch vụ đa phương tiện mới ngày càng đa dạng như:
thoại, video, hình ảnh và dữ liệu. Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng cao của chất
lượng dịch vụ thì các hệ thống thông tin di động không ngừng được cải tiến và được

chuẩn hóa bởi các tổ chức trên thế giới. Việc các hệ thống thông tin di động từ 3G tiến
lên 4G là điều tất yếu của viễn thông thế giới. 3GPP LTE một chuẩn của tổ chức 3GPP
là một trong số các con đường tiến lên mạng di động 4G, với mục tiêu tăng dung lượng
truyền dẫn, tăng tốc độ truy cập Web, giảm giá thành dịch vụ cũng như thiết bị đầu
cuối, cải thiện chất lượng các dịch vụ hiện tại và tương lai. Để đáp ứng được các tiêu
chí đó thì kỹ thuật đa truy cập SC-FDMA là một phương pháp truyền dẫn lý tưởng cho
4G với tốc độ truyền dẫn cao, là một giải pháp tốt cho dung lượng truyền dẫn và tính
chọn lọc của các kênh pha đinh trong miền tần số đã được 3GPP LTE sử dụng cho
truyền dẫn đường lên. Xuất phát từ đó em đã chọn đề tài : “ Nghiên cứu và đánh giá kỹ
thuật đa truy cập SC-FDMA sử dụng trong truyền dẫn đường lên 3GPP LTE”. Trong
đồ án này em đi sâu nghiên cứu về phương thức truyền dẫn cách sắp xếp sóng mang,
cấu trúc các bộ thu phát, cấu trúc tổng thể khung thời gian…đồng thời tiến hành mô
phỏng đề so sánh đánh giá PAPR, SER của lược đồ truyền dẫn SC-FDMA với các kiểu
sắp xếp sóng mang khác khau với lược đồ truyền dẫn OFDMA.
Nội dung của đồ án bao gồm 4 chương:
Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ LTE
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU

Trang xii

Nội dung của chương giới thiệu về công nghệ LTE và so sánh công nghệ LTE
với công nghệ WIMAX. Ngoài ra còn trình bày mục tiêu và yêu cầu cầu của công nghệ
LTE.
Chƣơng 2: Các kỹ thuật truy cập vô tuyến trong LTE
Nội dung chương trình bày về các kỹ thuật truy cập vô tuyến như: OFDM, SC-
FDMA, MIMO, mã hóa Turbo, thích ứng đường truyền Ngoài ra còn trình bày một
cách khái quát các đặc tính kênh truyền trong công nghệ LTE.
Chƣơng 3: Kỹ thuật đa truy cập SC-FDMA
Trình bày nguyên lý cơ bản của kỹ thuật đa truy nhập SC-FDMA, cùng với các
kiểu sắp xếp sóng mang khác nhau đem lại độ linh hoạt cao trong truyền dẫn, phân tích

đặc tính PAPR của tín hiệu SC-FDMA. So sánh kỹ thuật SC-FDMA với các lược đồ đa
truy nhập khác như OFDMA và DS/CDMA.
Chƣơng 4: Mô phỏng đánh giá SC-FDMA
Chương 4 dựa vào các kết quả nghiên cứu, xây dựng thuật toán,viết chương trình
mô phỏng, đánh giá PAPR, môi trường truyền và SER của lược đồ truyền dẫn SC-
FDMA với các kiểu sắp xếp sóng mang khác nhau với lược đồ truyền dẫn OFDMA
Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ LTE

Trang 1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE
1.1. GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ LTE VÀ SO SÁNH CÔNG NGHỆ LTE
VỚI CÔNG NGHỆ WIMAX
1.1.1. 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 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 một 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.
1.1.2. SO SÁNH CÔNG NGHỆ LTE VỚI CÔNG NGHỆ WIMAX
Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ LTE

Trang 2

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.
Đường lên từ thiết bị đầu cuối đến trạm thu phát có sự khác nhau giữa hai
công nghệ. WiMax dùng OFDMA (Orthogonal Frequency Division MultipleAccess),
còn LTE dùng kỹ thuật SC-FDMA (SingleCarrier - Frequency Division Multiple
Access).

Hình 1.1 Lộ trình phát triển của LTE và các công nghệ khác
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.
Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ LTE

Trang 3

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. 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 cạnh tranh giữa WiMax và TLE.
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 trong một thời gian, còn LTE thì chỉ vừa mới
được thử 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 mà WiMax chưa thể đạt được.
Hơn nữa, LTE cho phép tận dụng hạ tầng GSM có sẵn (tuy vẫn cần đầu tư thêm thiết
bị) trong khi WiMax phải xây dựng từ đầu.
1.2. NHỮNG MỤC TIÊU VÀ YÊU CẦU CỦA 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 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. Mục tiêu
đặt ra đối với công nghệ LTE là tốc độ dữ liệu phải cao, độ trễ thấp, công nghệ truy cập
vô tuyến gói dự liệu tối ưu. Những yêu cầu cho LTE được chia thành 7 phần khác nhau
như sau:
 Tiềm năng và dung lượng hệ thống
 Hiệu suất hệ thống
 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai
Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ LTE

Trang 4

 Kiến trúc và sự dịch chuyển (migration)
 Quản lí tài nguyên vô tuyến

 Độ phức tạp
 Những vấn đề chung
1.2.1. TIỀM NĂNG VÀ DUNG LƢỢNG CỦA HỆ THỐNG
Yêu cầu được đặt ra là việc đạt được tốc độ dữ liệu đỉnh cho đường xuống là
100Mbit/s và đường lên là 50Mbit/s, khi hoạt động trong phân bố phổ 20MHZ. Khi mà
phân bố phổ hẹp hơn thì tốc độ dữ liệu đỉnh cũng sẽ tỷ lệ theo. Do đó, điều kiện đặt ra
là có thể biểu diễn được 5bit/s/Hz cho đường xuống và 2.5bit/s/Hz cho đường lên.
Trong công nghệ LTE hỗ trỡ cả 2 chế độ TDD ( Time division duplex ) và FDD ( Time
division duplex ). 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 lí thuyết ở trên.
1.2.2. HIỆU NĂNG CỦA HỆ THỐNG
Hiệu năng hệ thống của LTE đề cập đến thông lượng của người sử dụng, hiệu suất
phổ tần, vùng phủ và MBMS tăng cường hơn.
1.2.2.1. Thông lƣợng
Yêu cầu thông lượng của người sử dụng của LTE được đặc tả ở hai điểm: vùng
phủ và 5% của phân bố người sử dụng (95% người sử dụng có hiệu năng tốt hơn). Mục
tiêu hiệu suất phổ tần cũng được đặc tả trong đó hiệu xuất phổ tần được định nghĩa như
là thông lượng hệ thống trong ô được đo bằng bit/s/Hz.

HSDPA
LTE
Đích LTE/ Đã đạt
Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ LTE

Trang 5

Tốc độ đỉnh (Mbps)

14,4
144
100/đã đạt
Hiệu suất phổ tần
(bit/Hz/s)
0,75
1,84
3-4 lần HSDPA/ đạt 2,5
Thông lượng người
sử dụng biên ô
0,006
0,0148
2-3lần HSDPA/đạt
2,5
Bảng 1.1. So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng băng tần giữa LTE trên đường
xuống và HSDPA

HSUPA
LTE
Đích LTE/ Đã đạt
Tốc độ đỉnh (Mbps)
5,7
57
50/đã đạt
Hiệu suất phổ tần
(bit/Hz/s)
0,26
0,67
2-3 lần HSUPA/ đạt 2,6
Thông lượng người sử

dụng biên ô
0,006
0,015
2-3 lần HSDPA/đạt 2,5
Bảng 1.2. So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng băng tần giữa LTE trên đường
lên và HSDPA
1.2.2.2. Hỗ trợ di động
Các yêu cầu về di động tập trung lên tốc độ di chuyển đầu cuối di động. Mục tiêu
đề ra là đạt được hiệu năng cực đại với tốc độ đầu cuối di động khoảng 0-15km/h, hiệu
năng của hệ thống sẽ giảm khi tốc độ đầu cuối cao hơn. Đối với tốc độ trên 120km/h
LTE đảm bảo hiệu năng cao để duy trì kết nối trên toàn mạng tế bào. Hệ thống LTE có
thể quản lí tốc độ lên tới 350km/h thậm chí là 500km/h phụ thuộc vào băng tần. Một
yếu tố quan trọng đặc biệt là dịch vụ thoại được cung cấp bởi LTE sẽ ngang bằng với
chất lượng mà WCDMA/HSPA hỗ trợ.
Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ LTE

Trang 6

1.2.2.3. Vùng phủ
Các yêu cầu về vùng phủ tập trung lên vùng phủ (bán kính ô) tức là khoảng cách
cực đại từ trạm ô tới đầu cuối di động trong ô. Hiệu suất, phổ tần và thông lượng yêu
cầu cho các ô bán kính 5km, với các ô bán kính tới 30 km cho phép giảm nhẹ thông
lượng và cho phép giảm khá lớn hiệu suất sử dụng phổ tần song vẫn đáp ứng tính di
động.
1.2.2.4. MBMS tăng cƣờng
MBMS lần đầu được đưa vào trong R6. Trong mạng quảng bá, tài nguyên vô
tuyến được thiết lập trong từng ô nằm trong vùng quảng bá MBMS và tất cả các đầu
cuối khi đăng kí với dịch vụ đều thu được cùng môt tín hiệu được phát này. Mạng
không cần theo dõi chuyển động đầu cuối và đầu cuối khi đăng kí có thể thu nội dung
mà không cần thông báo cho mạng. Như vậy một trong các lợi ích của dịch vụ MBMS

là tiết kiệm được tài nguyên trong mạng vì một luồng dữ liệu có thể cung cấp cho
nhiều người sử dụng.
1.2.3. CÁC KHÍA CẠNH LIÊN QUAN ĐẾN TRIỂN KHAI LTE
Các yêu cầu liên quan tới triển khai bao gồm các kịch bản triển khai, tính linh hoạt
phổ tần, trải phổ sự cùng tồn tại và làm việc với nhau giữa LTE với các mạng tồn tại
khác của 3GPP như GSM, WCDMA/HSPA.
1.2.3.1. Triển khai phổ tần
Yêu cầu LTE làm việc với các kịch bản triển khai phổ tần sau đây:
 Đồng tồn tại trên cùng vùng địa lý hoặc cùng đài trạm với GERAN/UTRAN
trên các kênh lân cận.
 E-UTRA phải có khả năng hoạt động độc lập (không cần sóng mang khác).
Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ LTE

Trang 7

 Tất cả các băng tần đều được cho phép tuân theo phát hành về các nguyên tắc
băng tần độc lập.
LTE hỗ trợ cả ghép song công phân chia theo tần số FDD và ghép song công
phân chia theo thời gian TDD. Các hệ thống FDD được triển khai trong các ấn định
kép với một băng cho tryền dẫn đường xuống và một băng khác của truyền dẫn đường
lên. Các hệ thống TDD được triển khai trong các ấn định băn tần đơn.
1.2.3.2. Độ linh hoạt phổ tần
Nền tảng cho những yêu cầu về độ linh hoạt phổ tần 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
GSM và WCDMA/HSPA. 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).
1.2.3.3. Các vấn đề tồn tại và tƣơng tác với 3GPP RAT

LTE phải hỗ trợ tương tác với các hệ thống 3G hiện có và với các hệ thống
không theo chuẩn 3GPP. Tất cả các đầu cuối LTE hỗ trợ khai thác UTRAN/GERAN
phải có khả năng hỗ trợ đo, chuyển giao đến/từ cả hai hệ thống UTRAN và GERAN.
Ngoài ra LTE cần phải hỗ trợ đo giữa các RAT chẳng hạn bằng cách cung cấp cho các
UE các cơ hội đo trên đường lên và đường xuống thông qua lập biểu. Bảng sau mô tả
gián đoạn giữa các công nghệ khác nhau với các dịch vụ.

Phi thời gian thực (ms)
Thời gian thực (ms)
LTE sang WCDMA
500
300
LTE sang GSM
500
300
Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ LTE

Trang 8

Bảng 1.3 Yêu cầu gián đoạn cho LTE
1.2.4. 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:
 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 trỡ.
 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 tự 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 từ 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 sử dụng (Uer-plane), lưu lượng
O&M
1.2.5. QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN
Các yêu cầu quản lí tài nguyên vô tuyến được chia thành:
Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ LTE

Trang 9

 Hỗ trợ tăng cường cho QoS đầu cuối đầu cuối: Yêu cầu một „dịch vụ phối hợp
cải tiến‟ và các yêu cầu về giao thức (bao hàm cả lớp báo hiệu cao hơn) cho các
tài nguyên vô tuyến RAN và các đặc tính RAN.
 Hỗ trợ hiệu quả cho truyền dẫn các lớp cao hơn: Yêu cầu rằng LTE RAN phải
cung cấp các cơ chế hỗ trợ truyền dẫn và khai thác hiệu quả các giao thức lớp
cao hơn trên giao diện vô tuyến, chẳng hạn như nén tiêu đề IP.
 Hỗ trợ chia sẻ tải và quản lí tài chính sách trên các công nghệ truy nhập vô
tuyến khác nhau: Yêu cầu xem xét các cơ chế lựa chọn lại để hướng dẫn các đầu
cuối di động chuyển tới các công nghê truy nhập vô tuyến tương ứng trong quá
trình chuyển giao giữa các công nghệ truy nhập vô tuyến.
1.2.6. CÁC VẤN ĐỀ VỀ MỨC ĐỘ PHỨC TẠP
Các yêu cầu đối với LTE phải giảm thiểu mức độ phức tạp cuả UTRA UE liên
quan đến kích thước, trọng lượng và dung lượng acqui và các trạng thái UE đơn giản
hơn so với UMTS, nhưng vẫn đảm bảo các dịch vụ tiên tiến cuả LTE. Hình 1.1 sau thể

hiện sự đơn giản trong LTE so với UMTS về các trạng thái UE.
LTE_Idle
RRC Idle
LTE_Active
RRC Connected
LTE_Detected

Hình 1.2. Trạng thái UE và các quá trình chuyển đổi trong LTE
Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ LTE

Trang 10

Idle
Mode
Cell_DCH
Cell_FACH
URA_PCH
Cell_PCH
Mode

Hình 1.3. Các trạng thái UE trong UMTS
LTE_IDLE là trạng thái tích cực thấp trong đó đầu cuối di động ngủ hầu hết thời
gian để giảm tiêu thụ acqui. Đồng bộ đường lên không được duy trì. Trên đường
xuống, đầu cuối di động có thể định kì tỉnh giấc để nghe tìm gọi cho các cuộc gọi. Đầu
cuối di động dữ các địa chỉ IP và các thông tin nội bộ khác để có thể chuyển nhanh vào
trạng thái LTE-ACTIVE khi cần.
LTE-ACTIVE là trạng thái được sử dụng khi đầu cuối tích cực phát số liệu và thu
số liệu. Trong trường hợp này đầu cuối được nối tới một ô trong mạng. Một địa chỉ IP
được gán cho đầu cuối di động cùng với một số nhận dạng C-RNTI được sử dụng cho
các mục đích báo hiệu đầu cuối và mạng.

1.2.7. 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.
Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ LTE

Trang 11

1.3. KẾT LUẬN
Nội dung của chương trình bày tổng giới thiệu về công nghệ LTE, so sánh công
nghệ LTE với công nghệ WIMAX để thấy được ưu điểm của công nghệ LTE so với
công nghệ WIMAX. Đồng thời, nội dung của chương cũng trình bày về những mục
tiêu và yêu cầu của công nghệ LTE qua đó giúp ta có một cái nhìn khái quát về công
nghệ LTE

Chƣơng 2: Các kỹ thuật truy cập vô tuyến trong LTE

Trang 12

CHƢƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT TRUY CẬP VÔ TUYẾN
TRONG LTE
2.1. CÁC KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ LTE
2.1.1. KỸ THUẬT TRUY CẬP PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO
OFDMA

Hình 2.1 Nguyên lý FDMA

Hình 2.2 Nguyên lý đa sóng mang
Kỹ thuật điều chế OFDM, về cơ bản, là một trường hợp đặc biệt của phương
pháp điều chế FDM, chia luồng dữ liệu thành nhiều đường truyền băng hẹp trong
vùng tần số sử dụng, trong đó các sóng mang con (hay sóng mang phụ, sub-carrier)
trực giao với nhau. Do vậy, phổ tín hiệu của các sóng mang phụ này được ghép
chồng lấn lên nhau mà phía bên thu vẫn khôi phục lại được tín hiệu ban đầu. Sự chồng
Chƣơng 2: Các kỹ thuật truy cập vô tuyến trong LTE

Trang 13

lấn phổ tín hiệu này làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sư dụng phổ lớn hơn nhiều
so với các kỹ thuật điều chế thông thường.

Hình 2.3 Tần số-thời gian của tín hiệu OFDM
LTE sử dụng OFDM trong kỹ thuật truy cập đường xuống vì nó có các ưu
điểm sau:
 OFDM có thể loại bỏ nhiễu xuyên kí tự ISI nếu độ dài chuỗi bảo vệ (Guard
interval) lớn hơn đỗ trệ truyền dẫn lớn nhất của kênh truyền
 Thực hiện việc chuyển đổi chuỗi dữ liệu từ nối tiếp sang song song nên thời
gian symbol tăng lên do đó sự phân tán theo thời gian gây bởi trải trễ do
truyền dẫn đa đường giảm xuống.
 Tối ưu hiệu quả phổ tần do cho phép chồng phổ giữa các sóng mang
con.Hạn chế được ảnh hưởng của fading bằng cách chia kênh fading chọn lọc
tần số thành các kênh con phẳng tương ứng với các tần số sóng mang
OFDM khác nhau.
 OFDM phù hợp cho việc thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng (hệ thống
có tốc độ truyền dẫn cao), ảnh hưởng của sự phân tập về tần số (frequency
selectivity) đối với chất lượng hệ thống được giảm thiểu nhiều so với hệ thống

truyền dẫn đơn sóng mang.