tóm tắt luận văn quy hoạch mạng 4g LTE

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ





ĐỖ CHUNG HIẾU

QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE



Ngnh: Công Nghệ Điện Tử - Viễn Thông
Chuyên nga
̀
nh: Kỹ thuật Điện tử
Mã số: 60520203


TM TT LUN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ
ĐIÊ
̣
N TƯ
̉
- VIÊ
̃
N THÔNG

HÀ NỘI – 2014



2

TM TT LUN VĂN
Mặc dù phân chia tần số trực giao (OFDM) không phải l một kỹ
thuật mới, nó đã được đề xuất trong cuối các năm 1960, nhưng gần
đây khi kỹ thuật xử lý tín hiệu tốt hơn lm cho OFDM trở nên thực tế
hơn. Công nghệ mạng không dây 802.11 l công nghệ thnh công
nhất cho đến nay sử dụng kĩ thuật OFDM để truyền tín hiệu qua kênh
không dây. OFDM chuyển đổi một kênh tần số có chọn lọc vo một
bộ tập các tần số phẳng với các kênh con truyền song song. Các sóng
mang con có sự tách biệt tần số tối thiểu cần thiết để duy trì tính trực
giao của dạng sóng theo miền thời gian tương ứng, nhưng phổ các tín
hiệu tương ứng với các sóng mang con khác nhau chồng lên nhau ở
tần số. Do đó, băng thông được sử dụng rất hiệu quả. Nếu hiểu biết
về kênh có sẵn ở máy phát thì tín hiệu phát OFDM có thể thích nghi
để phù hợp với kênh.
Mạng 4G - LTE (Long Term Evolution) sử dụng công nghệ OFDM
với một kênh tần số băng rộng chia ra cho một vi kênh có các sóng
mang con sử dụng để truyền dữ liệu tốc độ cao cho nhiều người dùng
với các dịch vụ khác nhau [1]. Hiện nay, LTE đã được kích hoạt trên
một số thiết bị di động như smartphones , laptops, tablets, … giúp

người dùng truy nhập Internet với tốc độ cao v sư
̉
du
̣
ng đa dịch vụ .
Về mặt kỹ thuật , LTE co
́
thể hoạt động trên dải tần rộng từ 1.4Mhz
lên đến 20Mhz, cải thiện dung lượng v vùng phủ của hệ thống, hỗ
trợ truyền đa anten (MIMO), giảm chi phí trên đường truyền v có
thể tích hợp với các hệ thống mạng di động đang tồn tại sẵn.
Các bi toán liên quan đến quy hoạch mạng LTE đang được đưa ra
nhằm xây dựng mạng LTE đạt hiệu năng cao, được tối ưu hóa khi
vận hnh. Trong đó quy hoạch lưu lượng với tối đa hóa thông lượng
trong vùng phủ sóng được xem xét vì so với bi toán lưu lượng của
các mạng trước đó như 2G/3G, thông lượng mạng LTE không chỉ
phụ thuộc vo diện tích vùng phủ sóng, số lượng dân cư (hay mật độ
dân cư trong vùng) m còn phụ thuộc vo loại dịch vụ được sử dụng,
3

chất lượng dịch vụ (QoS) mạng được yêu cầu, nhất l phụ thuộc vo
cả các giải thuật lập lịch được sử dụng.
Mục đích của luận văn l xem xét việc chia xẻ nguồn ti nguyên vô
tuyến cho các người dùng theo các yêu cầu dịch vụ v QoS mạng
khác nhau. Bốn giải thuật lập lịch (chỉ thị chất lượng kênh (CQI),
Round Robin, Proportional Fair v tốc độ Craving Greedy (RCG))
được sử dụng để cung cấp nguồn ti nguyên vô tuyến v tham chiếu
nhằm phân tích thông lượng cũng như độ trễ (tham số QoS) v mức
độ công bằng giữa các người dùng (yêu cầu dịch vụ), cho thấy ảnh
hưởng của số người dùng, loại dịch vụ, chất lượng dịch vụ v giải

thuật lập lịch tới thông lượng mạng LTE. Hiệu năng mạng (thông
lượng) được phân tích dựa trên các kết quả mô phỏng MATLAB.
Nhằm đáp ứng cho việc triển khai LTE tại Việt Nam, luận văn
nghiên cứu về: “Quy hoạch mạng 4G LTE” sau khi hon thnh sẽ
nhìn tổng quan về lưu lượng mạng 4G LTE, do đó nội dung luận văn
được chia thnh bốn (04) chương như sau:
Chương I: Tổng quan về LTE
Chương II: Ước lượng dung lượng kênh LTE
Chương III: Quy hoạch lưu lượng LTE
Chương IV: Tính toán mô phỏng quy hoạch dung lượng LTE
Kết luận v đưa ra những đề xuất trong tương lai cho những vấn đề
được thực hiện tiếp theo, đồng thời liệt kê những nguồn ti liệu tham
khảo khi thực hiện luận văn.
4

Chương 1.Tổng quan về LTE
1.1. Giới thiệu
Mạng truyền thông không dây luôn l ngnh có sự phát triển nhanh
nhất trong ngnh công nghiệp truyền thông. Vì vậy, nó đã luôn
chiếm được sự quan tâm của các phương tiện truyền thông v sự chú
ý của công chúng. Hệ thống di động đã trải qua sự tăng trưởng theo
cấp số nhân trong những năm qua. Thật vậy, điện thoại di động
không những trở thnh một ngnh kinh doanh quan trọng m còn l
một phần không thể thiếu trong cuộc sống hng ngy ở hầu hết các
nước phát triển. Sự tăng trưởng bùng nổ trong những năm gần đây
của hệ thống mạng không dây cùng với sự gia tăng của máy tính
xách tay, máy tính bảng v điện thoại thông minh đã chỉ ra một
tương lai tươi sáng cho các mạng không dây, cả hai đều l những hệ
thống độc lập v còn l một phần của cơ sở hạ tầng mạng lớn hơn.
Tuy nhiên, vẫn còn rất nhiều thách thức kỹ thuật trong việc thiết kế

một mạng không dây mạnh mẽ m mang lại hiệu năng cần thiết để
hỗ trợ cho các ứng dụng đang phát triển.

Hình 1.1: Sự phát triển của hệ thống TDMA và OFDM
1.2. Các vấn đề cơ bản
5

1.2.1. Kiến trúc mạng
Kiến trúc LTE l kiến trúc phẳng, như thể hiện trong hình 1.2.
Tương tự với HSDPA v HSUPA, thông minh hơn để được đưa vo
BS (hay eNodeB). Các chức năng liên quan vô tuyến đều nằm trong
enodeB, so với HSDPA v HSUPA, có thêm tính năng mới l RLC
(Radio Link Control), RRC (Radio Control Resource) v PDCP
(Packet Data Convergence Protocol).

Hình 1.2: Tổng thể kiến trúc E-UTRAN
1.2.2. Giao diện vô tuyến
Đa truy nhập được dựa trên việc sử dụng SC-FDMA với tiền tố vòng
(Cyclic Prefixed) trong đường lên v đường xuống OFDMA.
SC-FDMA với điều chế M-QAM kết hợp với việc bổ sung các tiền
tố vòng. Công nghệ ny mang lại một số lợi ích m nhờ có tiền tố
vòng thì nhiễu giữa các kí hiệu (ISI) giảm xuống nhiều hay có thể
được loại bỏ, cho phép máy thu với bộ cân bằng có độ phức tạp thấp.
Ngay cả PAR được chi phối bởi điều chế trong sử dụng v SC-
FDMA có khả năng đạt được hiệu suất tương tự OFDMA, khi giả
thiết sử dụng cùng bộ cân bằng .
1.3. Lớp vật lý LTE
6

1.3.1. Giới thiệu

Lớp vật lý LTE được thiết kế để cung cấp truyền dữ liệu gói tốc độ
cao, độ trễ thấp,với công nghệ truy cập vô tuyến được tối ưu hóa v
khả năng giao diện vô tuyến được cải thiện. Có khả năng truy cập
internet không dây băng thông rộng v các dịch vụ mới sẽ được cung
cấp bằng công nghệ ny.
1.3.2. Mục tiêu lớp vật lý LTE
Yêu cầu đặt ra cho tốc độ dữ liệu đỉnh cho đường xuống l 100Mbps
v đường lên l 50Mbps với phổ l 20MHz, có thể biểu diễn hiệu
suất phổ được 2.5bit/s/Hz cho đường lên v hiệu suất phổ 5bit/s/Hz
cho đường xuống, tăng tốc độ bít ở biên của vùng phủ sóng. Hỗ trợ
khi di chuyển với tốc độ lên đến 350km/h, thậm chí lên đến
500km/h.
Trên mặt phẳng điều khiển: Giảm thời gian để một thiết bị đầu cuối
(UE) chuyển từ trạng thái nghỉ sang trạng thái kết nối với mạng, v
bắt đầu truyền thông tin trên một kênh truyền. Thời gian ny phải
nhỏ hơn 100 ms.
Trên mặt phẳng sử dụng: Khả năng độ trễ dưới 10ms để cung cấp
các dịch vụ tương tác thời gian thực như video chất lượng cao, hội
nghị truyền hình, chơi game, …
Dải tần vô tuyến LTE có khả năng mở rộng từ 1.25MHz, 2.5MHz,
5MHz, 10MHz, 20MHz dẫn đến sự linh hoạt trong việc sử dụng
băng thông một cách hiệu quả v cho phép tồn tại cùng với các tiêu
chuẩn khác.
Như vậy LTE còn cung cấp hiệu suất phổ hơn 2 đến 4 lần HSPA
Release 6.
1.3.3. Cấu trúc khung LTE
1.3.3.1. Cấu trúc khung Type-1
7

Cấu trúc khung Type-1 được thiết kế để phân chia tần song công

(FDD) v cấu trúc khung Type-2 được thiết kế để phân chia thời gian
song công (TDD). Khung Type-1 có thời gian kéo di 10ms bao
gồm 20 khe kích thước bằng nhau, mỗi khe 0.5ms. Mỗi khung con
(sub-frame) có 2 khe, do đó một khungvô tuyến có 10 khung con.
Trong chế độ FDD, một nửa số khung con sử dụng cho đường xuống
v một nửa sử dụng cho đường lên.
1.3.3.2. Cấu trúc khung Type-2
Cấu trúc khung Type-2 thích hợp với TDD, một khung vô tuyến bao
gồm 2 nửa khung có thời gian 5ms giống hệt nhau. Mỗi nửa khung
được chia lm 5 khung con có thời gian 1ms. Mỗi khung con bình
thường gồm 2 khe 0.5ms. Các loại khung con đặc biệt bao gồm 3
trường Downlink Pilot Timeslot (DwPTS), GP (Guard Period) v
Uplink Pilot Timeslot (UpPTS). Bảy cấu hình UL-DL được hỗ trợ
với cả 2 loại (10ms v 5ms) của chuyển đổi chu kì DL sang UL.
Trong loại 5ms của chuyển đổi chu kì DL sang UL, khung con đặc
biệt được sử dụng cả trong 2 nửa khung. Trong loại 10ms của chuyển
đổi chu kì DL sang UL, khung đặc biệt chỉ được sử dụng trong nửa
khung đầu tiên. Đối với truyền dẫn đường xuống khung đặc biệt 0, 5
v DwPTS luôn được dnh riêng. UpPTS v khung con bên cạnh các
khung con đặc biệt luôn dnh riêng cho thông tin đường xuống.
1.3.4. Tài nguyên vật lý và cấu trúc khe thời gian
Trong mỗi khe thời gian cho trước, tín hiệu truyền có thể được xem
như tại một lưới tần số-thời gian, nơi m mỗi yếu tố ti nguyên (RE)
trong lưới tương ứng với một sóng mang con ODFM. Số lượng các
sóng mang con xác định băng thông truyền tải. Đối với tiền tố vòng,
mỗi khe thời gian chứa bảy kí hiệu OFDM v trong trường hợp tiền
tố vòng mở rộng, 6 kí hiệu OFDM được nằm trong khe trong mỗi
khe thời gian.
1.3.5. Cấu trúc tín hiệu đường xuống LTE
8

Để thực hiện giải điều chế trong đường xuống LTE, ước lượng kênh
cần thiết ở thiết bị thu cuối. Trong trường hợp phát kí hiệu tham
chiếu được biết trước được thêm vo lưới tân số OFDM để ước
lượng kênh. Những tín hiệu ny được gọi l tín hiệu tham chiếu
đường xuống LTE. Đối với miền thời gian, tín hiệu tham chiếu được
gắn vo khe tại điểm thứ nhất v cuối cùng thứ ba của lưới ti
nguyên, trong khi đó, tín hiệu tham chiếu được chèn trên trên mỗi
sáu sóng mang con trong miền tần số. Để ước lượng kênh chính xác
trên ton lưới v giảm nhiễu trong ước tính kênh, phép nội suy v
tính trung bình 2 chiều thời gian-tần số cần thiết trên nhiều ký hiệu
tham chiếu. Mỗi một tín hiệu tham chiếu được truyền từ mỗi anten
để đánh giá chất lượng kênh tương ứng với mỗi đường dẫn khi cơ
chế đa anten được áp dụng. Trong trường hợp ny, các tín hiệu tham
chiếu được ánh xạ vo sóng mang con khác nhau của lưới ti nguyên
cho các anten khác nhau để giảm giao thoa. Các yếu tố nguồn lực
được sử dụng để truyền tín hiệu tham khảo tại antenna-1 không tái sử
dụng cho antenna-2 để truyền dữ liệu.
1.3.6. Thông số đường xuống LTE
LTE có khả năng mở rộng băng thông, vì vậy số lượng sóng mang
con cũg thay đổi trong khi vẫn giữ khoảng cách sóng mang con lên
đến 15kHz. Tùy thuộc vo trễ lan truyền, 2 loại chiều di tiền tố
vòng (ngắn v mở rộng) được phép sử dụng. Nó nhằm mục đích hỗ
trợ các trường hợp khác nhau, trong nh, đô thị, ngoại ô v nông thôn
cho cả 2 loại điều kiện di động (thấp v cao) của thiết bị di động đầu
cuối khác nhau, từ 350km/h đến 500km/h. Trong khi sử dụng cấu
hình FDD cấu trúc khung v các thông số được sử dụng trong đường
lên v đường xuống. Các thông số ny được tóm tắt trong bảng dưới.
1.3.7. Kỹ thuật đa anten
Kỹ thuật đa anten sử dụng nhiều anten ở máy phát v/hoặc máy thu

kết hợp với xử lý tín hiệu thích ứng để cung cấp xử lý mảng thông
9

minh, kết hợp phân tập hoặc khả năng ghép kênh không gian của hệ
thống không dây. Trước đây, trong các hệ thống truyền tín hiệu,
anten thông thường chỉ khai thác miền thời gian v tần số. Hiện nay,
với hệ thống đa anten thì chúng ta khai thác thêm một miền con -
chiều không gian. Nhờ việc sử dụng các mô hình không gian với kỹ
thuật đa anten đáp ứng các yêu cầu LTE; cải thiện vùng phủ sóng
(khả năng cho các tế bo lớn hơn), nâng cao dung năng của hệ thống
(số người sử dụng/cell di động), chất lượng dịch vụ (QoS) v tốc độ
mong muốn đạt được có được bằng cách sử dụng kỹ thuật đa anten.
Kỹ thuật đa anten được tích hợp vo thông số kỹ thuật LTE bởi các
yêu cầu ví dụ như như tốc độ dữ liệu đỉnh người dùng không thể đạt
được nếu không dùng cơ chế đa anten.
Các liên kết vô tuyến bị ảnh hưởng bởi hiện tượng fading gây nhiễu
ở người nhận. Bằng cách áp dụng nhiều anten ở máy phát hoặc ở
phía người nhận, nhiều đường tín hiệu radio được thnh lập giữa mỗi
anten truyền v nhận. Bằng cách ny, cho dù nhiều đường khác nhau
vẫn sẽ chịu ảnh hưởng bởi fading, nhưng nhờ kĩ thuật phân tập
không gian m ảnh hưởng của fading sẽ giảm xuống khi truyền tin
giữa máy phát tới máy thu. Để các đường không tương quan với
nhau, các vị trí tương đối của anten trong cấu hình đa anten nên đặt
xa nhau. Cho dù fading tương quan hay không tương quan cần thiết
phụ thuộc vo những gì sẽ lm với cấu hình đa anten (phân tập,
hướng búp sóng v ghép kênh không gian). Nhìn chung, kỹ thuật đa
anten có thể được chia thnh 3 loại tùy thuộc vo lợi ích khác nhau.
10

Chương II. Ước lượng dung lượng kênh LTE
2.1. Mô hình đường xuống LTE
Để cung cấp mô tả chi tiết của đường xuống LTE, mô hình hệ thống
dựa trên mô hình đa anten phát v OFDM l yếu tố chính trong
chương ny. Sự kết hợp của công nghệ mới, ví dụ như MIMO-
OFDM được sử dụng để thực hiện các yêu cầu của giao diện vô
tuyến LTE. Kỹ thuật MIMO được coi l phương pháp quan trọng
nhất để cung cấp hiệu quả băng thông cần thiết v tốc độ dữ liệu cao
trong sự phát triển của các hệ thống thông tin di động trong tương
lai. Mặt khác, OFDM l mô hình truyền đa sóng mang đặc biệt, rất
hấp dẫn để thực hiện điều chế đa sóng mang để chống ISI trong môi
trường fading đa đường với hiệu suất phổ cao cho đường xuống
LTE. OFDM sử dụng nhiều tín hiệu chồng chéo nhưng chỉ sử dụng
trực giao tín hiệu sóng mang duy nhất để đạt được hiệu suất phổ cao
v tốc độ dữ liệu cao. Các mô hình đường xuống LTE được sử dụng
trong mô phỏng v được mô tả ở hình dưới với hai anten truyền v
hai anten nhận.
Bộ chuyển đổi
nối tiếp
sang song song
Mapping ti
nguyên vật lý
Zero Padding
Ánh xạ bit sang ký
hiệu
Ánh xạ bit sang ký
hiệu
Chèn vo pilot
IFFT CP
Anten

Mapping
Bộ chuyển
đổi
song song
sang nối
tiếp
Dò tìm
MIMO
Zero Un-
Padding
Ánh xạ bit sang ký
hiệu
Ánh xạ bit sang ký
hiệu
Ước lượng
kênh
FFT
Xóa
bỏ
CP
Anten
De-
Mapping
Tính toán
BRE
De-Mapping ti
nguyên vật lý
Trích xuất
pilot

11

Hình 2.1: Mô hình hệ thống đường xuống LTE với MIMO 2x2
2.2. Mô hình truyền sóng
2.2.1. Giới thiệu
Ngay từ khi xuất hiện, thông tin liên lạc không dây có yêu cầu cao
đối với kênh di động có fading. Lý do cho tầm quan trọng ny l mô
hình kênh rất cần thiết cho việc phân tích, thiết kế v triển khai các
hệ thống thông tin liên lạc cho việc truyền thông tin tin cậy giữa hai
bên. Mô hình kênh cũng rất quan trọng để thử nghiệm, tối ưu hóa
thông số v hiệu năng của hệ thống thông tin liên lạc. Hiệu năng v
độ phức tạp của xử lý thuật toán tín hiệu, thiết kế anten thu phát
thông minh, … được sử dụng trong hệ thống thông tin di động trong
tương lai, phụ thuộc nhiều vo phương pháp thiết kế, được sử dụng
để mô hình hóa kênh fading di động. Vì vậy, kiến thức về kênh
fading di động l điều kiện tiên quyết cho việc thiết kê trung tâm của
hệ thống thông tin liên lạc không dây.
Những khó khăn trong việc mô hình hóa một kênh không dây l do
quá trình truyền sóng phức tạp. Một tín hiệu truyền đến ở máy thu
thông qua cơ chế lan truyền khác nhau thể hiện ở hình 2.2. Các cơ
chế lan truyền liên quan đến các cơ chế cơ bản sau:
- Không gian tự do hoặc tầm nhìn lan truyền.
- Phản xạ do tương tác của sóng điện từ với mặt phẳng v bề mặt
nhẵn có kích thước lớn so với bước sóng của sóng điện từ tiếp xúc.
- Nhiễu xạ gây ra bởi sự uốn cong của sóng điện từ xung quanh góc
của tòa nh.
- Khuếch tán hoặc tán xạ do tiếp xúc với các đối tượng có bề mặt
không đều.
- Lan truyền qua vật thể hấp thụ một phần của năng lượng.
12

Hình 2.2: Lan truyền tín hiệu thông qua các đường khác nhau cho
thấy hiện tượng lan truyền đa đường
2.2.2. Kênh đa đường
Chiều di đường truyền khác nhau gây ra trễ lan truyền khác
nhau.Tùy thuộc vo các khâu khác nhau, nhiễu tín hiệu đa đường
tương tác hoặc triệt tiêu ở máy thu.Sự phân bổ cường độ của kênh
được mô tả bởi hm phân phối phụ thuộc vo môi trường truyền
sóng. Nhiễu đa đường nghiêm trọng nhất l fading Rayleigh, nó
không có đường tầm nhìn trực tiếp (LOS). Một kênh vô tuyến có thể
mô tả như l băng hẹp hoặc băng rộng tùy thuộc vo đặc tính kênh
v thời gian của ký hiệu. Do trên cơ chế lan truyền, đáp ứng xung
của kênh đa đường bao gồm một loạt các xung lan truyền trong thời
gian hoặc tần số. Nếu sự khác biệt về thời gian giữa xung đầu tiên v
xung cuối cùng l nhỏ hơn so với thời gian của một ký hiệu, thì hệ
thống được gọi l hệ thống băng hẹp. Nếu sự khác biệt về thời gian
giữa xung đầu tiên v xung cuối cùng l lớn hơn so với thời gian của
một ký hiệu, thì hệ thống được gọi l hệ thống băng rộng. Đặc tính
đáp ứng xung của hệ thống băng rộng thường được sử dụng để mô tả
hoạt động của kênh đa đường.
2.2.3. Các thông số truyền sóng
Cách xử lý của kênh đa đường cần phải được đặc tả nhằm mô hình
hóa kênh. Các khái niệm lan truyền Doppler, thời gian liên kết v trễ
13

truyền v dải thông phù hợp được sử dụng để mô tả các mặt của
kênh đa đường.
2.2.4. Mô hình kênh tiêu chuẩn
Mô hình kênh tiêu chuẩn có thể được phát triển bằng cách thiết lập

các khung lm việc cho mô hình kênh chung v tìm kiếm tập hợp các
thông số cần xác định cho mô tả kênh. Phương pháp khác để thiết lập
phép đo v trích xuất các giá trị của các thông số v phân bố thống
kê.
Khi thiết kế LTE, các yêu cầu khác nhau đều được xem xét; yêu cầu
về hiệu suất thiết bị người dùng đầu cuối (UE) v trạm cơ sở
(EnodeB) l một phần quan trọng của tiêu chuẩn LTE, yêu cầu RRM
(quản lý ti nguyên vô tuyến) để đảm bảo ti nguyên luôn sẵn có v
được sử dụng một cách hiệu quả để cung cấp cho người dùng cuối
chất lượng dịch vụ mong muốn, yêu cầu hiệu suất RF tạo thuận lợi
cho sự tồn tại của LTE với các hệ thống khác (ví dụ như 2G, 3G).
Các mô hình kênh tiêu chuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc đánh
giá các yêu cầu ny. Trong phần tiếp theo, một số mô hình kênh tiêu
chuẩn sẽ được thảo luận v sử dụng trong việc thiết kế v phát triển
hệ thống UMTS-LTE.
2.3. Ước lượng kênh trong LTE
2.3.1. Giới thiệu
Ước lượng kênh l một phần quan trọng của thiết kế máy thu được
sử dụng trong hệ thống thông tin di động. Hiệu quả của các kênh trên
các thông tin truyền phải được ước lượng để khôi phục lại thông tin
được truyền đi một cách chính xác. Ước lượng hiệu ứng kênh được
dựa trên mô hình cơ bản của kênh lan truyền vô tuyến. Máy thu có
thể phục hồi thông tin truyền nếu nó có thể theo dõi các kênh lan
truyền vô tuyến khác nhau.
2.3.2. Hỗ trợ thử nghiệm ước lượng kênh
14

Quá trình hỗ trợ thử nghiệm ước lượng kênh bao gồm hai bước; đầu
tiên thống kê ước lượng của kênh ở OFDM bao gồm các ký hiệu
tham khảo sẽ được tính bằng cách sử dụng phương pháp thống kê

Squares (LS) v v ước lượng Minimum Mean Squares (MMSE).
Mô hình ước lượng kênh hỗ trợ thử nghiệm khác nhau có thể sử
dụng cho ước lượng của hiệu ứng kênh trên các tín hiệu truyền đi.
Phản hồi của kênh tại dữ liệu sóng mang con được xác định bởi nội
suy. Các bộ nội suy sử dụng cho mục đích ước lượng tuyến tính, nội
suy miền khối hoặc thời gian bắt nguồn từ thống kê v xác định quan
điểm.
2.3.3. Cân bằng
Sau khi ước tính đáp ứng xung kênh, bộ cân bằng giúp khôi phục dữ
liệu nhận được. Do miền thời gian tích chập, sóng mang con nhận
được trong khối dữ liệu OFDM bị bóp méo về biên độ v thay đổi
theo từng pha. Điều ny do bội số hệ số kênh phức tạp trên sóng
mang con. Cân bằng có thể được thực hiện để chống lại các hiệu ứng
tác nhân truyền đạt bởi các kênh đa đường trên sóng mang con của
ký hiệu OFDM. Chúng ta xét đến hai lựa chọn cân bằng; cân bằng
trong miền thời gian v cân bằng trong miền tần số.
15


Chương III. Quy hoạch lưu lượng LTE
3.1. Định cỡ của mạng LTE
Định cỡ l giai đoạn đầu của quy hoạch mạng. Nó cung cấp các ước
tính đầu tiên của số phần tử mạng cũng như công suất của các yếu tố.
Mục đích của việc định cỡ l ước tính số các trạm vô tuyến gốc cần
thiết để hỗ trợ tải lưu lượng truy cập quy định trong một khu vực.
3.1.1. Định cỡ tế bào mạng không dây
Định cỡ l một phần của quá trình quy hoạch tổng thể, bao gồm quy
hoạch chi tiết v tối ưu hóa mạng di động không dây. Quy hoạch l
một quá trình lặp đi lặp lại bao gồm thiết kế, tổng hợp v thực hiện.
Mục đích của ton bộ chương ny l cung cấp một phương pháp để

thiết kế các mạng di động không dây m nó đáp ứng được yêu cầu
đặt ra của người dùng. Quá trình ny được sửa đổi để phù hợp với
bất kỳ mạng di động không dây no. Đây l một quá trình rất quan
trọng trong việc triển khai mạng di động.

Hình 3.1: Quá trình quy hoạch mạng không dây nói chung
3.1.2. Định cỡ truy cập mạng LTE
Mục tiêu của định cỡ truy cập mạng LTE l ước tính mật độ site yêu
cầu v cấu hình site cho khu vực quan tâm. Quy hoạch truy cập
mạng LTE ban đầu bao gồm RLB, ước lượng công suất cell, ước
lượng số lượng eNodeB, truy cập các cổng (MME/UPE), cấu hình
phần cứng v các thiết bị tại các giao diện khác nhau. Phần ny tập
trung vo các vấn đề liên quan đến định cỡ LTE.
3.2. Quy hoạch vùng phủ sóng và quỹ đường truyền vô tuyến
16

Quy hoạch vùng phủ l bước đầu tiên trong quá trình định cỡ. Nó
cung cấp cho ước lượng các ti nguyên cần thiết để cung cấp dịch vụ
trong khu vực triển khai với các thông số hệ thống nhất định. Nó sẽ
đưa ra một đánh giá các ti nguyên cần thiết để bao phủ khu vực
được xem xét, vì vậy m các máy phát v máy thu có thể “nghe”
được nhau. Nói cách khác, không cần quan tâm đến QoS trong quá
trình ny. Quy hoạch vùng phủ bao gồm đánh giá RLB đường lên v
đường xuống. Suy hao đường truyền tối đa được tính toán dựa trên
mức độ nhiễu sóng gây ra bởi lưu lượng. Mức tối thiểu của suy hao
đường truyền tối đa trong hướng đường lên v đường xuống được
chuyển thnh bán kính cell, bằng cách sử dụng mô hình lan truyền
thích hợp với khu vực triển khai. RLB l thnh phần cần chú ý nhất
của bi toán quy hoạch vùng phủ.
Quy hoạch vùng phủ sóng LTE với quỹ đường truyền l phương

pháp được sử dụng để tính toán SINR yêu cầu, ảnh hưởng của nhiễu
v cuối cùng l tính toán số lượng site trên vùng phủ.
3.3. Quy hoạch dung lượng
3.3.1. Quy hoạch dung lượng LTE
Quy hoạch dung lượng điều chế, mã hóa chương trình. Suy hao
đường truyền (quy hoạch vùng phủ sóng) cho phép suy hao đường
truyền tối đa v phạm vi tối đa của cell, trong khi quy hoạch vùng
phủ sóng sẽ đưa vo sự nhiễu sóng bằng cách cung cấp một mô hình
phù hợp. LTE cũng đưa ra công suất mềm như hệ thống tiền nhiệm
3G. Vì vậy sự gia tăng nhiễu giao thoa v nhiễu sóng bằng cách tăng
số lượng người dùng, lm giảm độ che phủ sóng của cell v buộc bán
kính cell trở nên nhỏ hơn.
Trong LTE, chỉ số chính của dung lượng l phân phối SINR trong
cell. Để cho đơn giản, truy cập mạng LTE được giả định giới hạn
trong phạm vi phủ sóng bởi hướng của đường lên v dung lượng của
đường xuống.
17

3.3.2. Định cỡ thông lượng di động trung bình
Mục tiêu của bi toán quy hoạch công suất l để có được ước lượng
của số site dựa trên các yêu cầu công suất. Yêu cầu dung lượng được
quy định bởi các nh mạng dựa trên lưu lượng dự đoán của họ.
Thông lượng cell trung bình l cần thiết để tính toán dung lượng dựa
trên số site.
Đánh giá chính xác nhất l dung lượng cell được đưa ra bằng cách
chạy mô phỏng. Từ đó, định cỡ thường được thực hiện bằng cách sử
dụng bảng tính Exel, giải pháp tốt nhất để lấy được thông lượng cell
l ánh xạ trực tiếp của phân phối SINR thu được từ mô phỏng MCS
hoặc trực tiếp vo thông qua sử dụng kết quả mức độ liên kết thích
hợp.

3.3.3. Ước lượng lưu lượng truy cập và yếu tố vượt quá
Băng thông đưa ra chỉ có thể cung cấp công suất nhất định. Phần
phức tạp l việc phân tích giờ cao điểm của các loại thuê bao v hồ
sơ lưu lượng khác nhau. Các kết quả cần thiết l yếu tố vượt qua mô
tả mức độ ghép kênh hoặc số lượng người dùng chia sẻ số lượng
kênh hoặc công suất nhất định.
Các đầu vo chính:
- Kết hợp lưu lượng v phân tích giờ cao điểm
- Mật độ thuê bao
- Khối lượng dữ liệu mỗi ti khoản
- Tốc độ truyền đạt đỉnh v trung bình
- Hồ sơ lưu lượng hng ngy

18

Chương IV. Tính toán mô phỏng quy hoạch dung lượng LTE
Quy hoạch dung lượng l một trong bi toán quy hoạch mạng được
sử dụng nhằm xác định thông lượng tối đa trong vùng phủ sóng hiện
có, giảm thiểu tắc nghẽn mạng. Quy hoạch dung lượng còn ảnh
hưởng đến kích thước vùng phủ sóng do ảnh hưởng của mật độ dân
cư trong vùng, của các loại dịch vụ m dân cư trong vùng phủ sóng
sử dụng. Tuy nhiên với các mạng thế hệ sau thì thông lượng mạng
còn phụ thuộc vo nhiều yếu tố như đã nêu trong chương II v cả các
phương pháp lập lịch nữa, do vậy bi toán thông lượng cho LTE
được tính toán.
4.1. Dung lượng kênh
Tại đầu vo của một hệ thống truyền thông, ký hiệu nguồn rời rạc
được ánh xạ vo một chuỗi các ký hiệu kênh. Các ký hiệu kênh ny
được truyền qua một kênh không dây có bản chất ngẫu nhiên. Ngoi
ra, nhiễu ngẫu nhiên được thêm vo ký hiệu kênh. Nói chung, có thể

có hai đầu vo khác nhau dẫn đến cùng đầu ra tương tự, hoặc hỗn
loạn đầu ra. Để tránh tình trạng ny, một tập hợp không xáo trộn của
chuỗi đầu vo phải được chọn sao cho với một sác xuất cao, chỉ có
một chuỗi đầu vo gây ra một đầu ra cụ thể. Nó có thể xây dựng lại
các chuỗi đầu vo tại đầu ra với xác suất lỗi không đáng kể .
Đo lường bao nhiêu thông tin có thể truyền v nhận với một xác suất
lỗi không đáng kể được gọi l dung lượng kênh. Nhưng bằng cách
đơn giản hóa, để xác định đo lường khả năng kênh, chúng ta giả định
rằng các kênh có thể hỗ trợ tối đa bit C mỗi khe thời gian, trong đó C
l dung lượng kênh định lý Shannon-Hartley.
4.1.1. Định luật Shannon-Hartley
Trong lý thuyết thông tin, định luật Shannon-Hartley l một ứng
dụng của định lý nhiễu mã hóa kênh cho các trường hợp điển hình
của vấn đề kênh thông tin liên lạc liên tục tương tự của nhiễu
Gaussian. Kết quả thiết lập số lượng tối đa của kỹ thuật dữ liệu số
19

không lỗi (nghĩa l thông tin) có thể truyền qua một liên kết thông tin
liên lạc với băng thông xác định trong sự có mặt của nhiễu giao thoa.
Giới hạn Shannon hoặc dung lượng Shannon của kênh truyền thông
l tốc độ tối đa truyền tải thông tin lý thuyết của kênh.
Định luật Shannon-Hartley thiết lập dung lượng kênh đối với băng
thông hữu hạn kênh liên tục của nhiễu Gaussian.
C = B.log
2
(1 + SNR)
4.1.2. Dung lượng outage
Một phép đo khác về dung lượng kênh thường được sử dụng l dung
lượng outage. Dung lượng outage l dung lượng kênh kết hợp với
xác suất outage - xác xuất lỗi, mất mát. Khi đó, dung lượng được coi

l biến ngẫu nhiên phụ thuộc vo các đáp ứng kênh tức thời v duy
trì trong một khoảng thời gian không đổi (dừng) trong suốt thời gian
phát một khối thông tin có chiều di hữu hạn, được mã hóa. Nếu
dung lượng kênh giảm xuống dưới dung lượng outage thì không có
khả năng giải mã các khối thông tin truyền m không có lỗi với bất
cứ cơ chế mã hóa no được dùng.
Xác suất m dung lượng thấp hơn so với dung lượng outage (C
outage
)
được ký hiệu l l q v được thể hiện trong công thức toán học sau:
P{C < Coutage} = q
Biểu thức trên xác định giới hạn trên l xác suất (q hữu hạn) m dung
lượng kênh thấp hơn so với dung lượng outage. Ta cũng có thể viết
biểu thức giới hạn dưới, xác định cho các trường hợp m giá trị xác
suất hữu hạn (1-q) sao cho dung lượng kênh cao hơn dung lượng
outage:
P{C > Coutage} = (1−q)
4.2. Chương trình mô phỏng MATLAB
4.2.1. Mô tả mô hình mô phỏng
20

Để thực hiện mô phỏng tính toán quy hoạch dung lượng LTE, các
giải thuật lập lịch như Round Robin (RR), tỷ lệ công bằng
(Proportional Fair - PF), chỉ thị chất lượng kênh (Channel Quanlity
Indicator - CQI) sẽ được sử dụng. Các giải thuật ny đều có các tiêu
chí riêng của mình tùy thuộc vo yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS),
độ phức tạp của bi toán hay ảnh hưởng của chất lượng kênh truyền
tin… Ngoi ra, dung lượng kênh còn rng buộc bởi các điều kiện
mạng LTE như đã nêu ra trong chương II của luận văn. Chương trình
mô phỏng giới hạn một số điều kiện cơ bản được nêu ra dưới đây.

Các thuật toán sẽ được thực hiện v so sánh dựa trên các tiêu chí
thông lượng. Thuật toán CQI được sử dụng như tham chiếu vì đạt
được kết quả tốt nhất về dung lượng hệ thống.
CQI truyền lập lịch luôn đối với người sử dụng có SNR lớn nhất, vì
vậy người sử dụng đang có SNR cao (nhiễu fading thấp) có thể sẽ
được sắp xếp truyền ở tất cả thời gian, trong khi những người khác
có SNR thấp (hay bị ảnh hưởng của fading sâu) không được dự kiến
truyền. Cơ chế lập lịch CQI được đưa ra để phù hợp với cơ chế
truyền điều chế mã hóa thích nghi (ACM) của LTE. Thông lượng
dựa trên lập lịch CQI cao hơn bất kỳ cơ chế lập lịch no khác có thể,
nhưng nó hon ton bỏ qua sự công bằng giữa các người dùng.
Trong môi trường không dây, kênh của người sử dụng có thể khác
nhau rất nhiều do khoảng cách từ các người dùng khác nhau tới
EnodeB l khác nhau v biến động do fading đa đường giữa các
người dùng khác nhau.
Tuy nhiên điều quan tâm nhất l đạt được dung lượng tối đa bao
nhiêu, khi chỉ có một người sử dụng có thể truyền tải tại bất kỳ thời
điểm no tại sóng mang con được cấp. Người dùng đó phải có tín
hiệu mạnh nhất ngay tại thời điểm cụ thể, so với mức dung lượng
trung bình nhận được của tất cả người dùng.
21

Chương trình mô phỏng còn xác định thông lượng với 3 kịch bản
sau:
a) Tất cả các người dùng đều sử dụng dịch vụ thoại (UGS) với thông
lượng trung bình 16 kb/s, có tốc độ bít lỗi cho phép BER ~ 10
-2

b) Tất cả các người dùng đều sử dụng dịch video (dựa trên file clip)
với thông lượng trung bình 64 kb/s, có tốc độ bít lỗi cho phép BER ~

10
-5
(rtPS)
c) Tỷ lệ người dùng sử dụng các dịch vụ được giả định với 10%
người dùng truyền video; 80% người dùng truyền tải giọng nói v
10% người dùng truyền dữ liệu tốc độ phân phối theo hm
exprnd(30), với tốc độ trung bình 30Kb mỗi khe thời gian (UGS,
rtPS v BE.
Thông số mô phỏng quy hoạch dung lượng
Time slots
100
Sub-carriers
16
Tc
1000
Người dùng
5 đến 200
Rates (Kb mỗi time slot)
16, 64 v exprnd(30)
Mobile Speed (km/h)
3
4.2.2. Kết quả mô phỏng
Với các thông số bảng trên v mô hình hệ thống được giải thích, thiết
lập khác nhau của người dùng được mô phỏng trong MATLAB, kết
quả được thể hiện như sau:
22



Hình 4.1: Thông lượng hệ thống với các các kịch bản a), b), và c)

Hình 4.2: Xác suất outage theo trễ theo kịch bản a), b) và c)
23

KẾT LUN
Luận văn đã thực hiện việc xem xét quy hoạch lưu lượng LTE
dựa trên ảnh hưởng của đáp ứng kênh người dùng, các giải thuật lập
lịch hiện có cho mạng LTE, ảnh hưởng của số lượng người dùng v
các loại dịch vụ v ảnh hưởng của QoS được sử dụng trong mạng
LTE. Tuy nhiên, còn có rất nhiều công việc vẫn được thực hiện, có
thể được tiếp tục trong tương lai để có thể đáp ứng v lm rõ hơn bi
toán quy hoạch lưu lượng mạng LTE. Các vấn đề đó l:
-Các kết quả mô phỏng được thực hiện với 100 khe thời gian
(vì thời gian mô phỏng hạn chế). Vì vậy nếu tăng số lượng các khe
thời gian mô phỏng, hi vọng các giá trị sẽ có các kết quả chính xác
hơn.
- Kịch bản phức tạp hơn với số người dùng lớn hơn v đáp
ứng kênh khác nhau có thể cho kết luận v phân tích chính xác hơn
về kết luận của thuật toán đối với thông lượng v độ trễ, đồng thời
tính thực tế cao hơn.