Tổng quan về công nghệ LTE

Chương I: Tổng quan về công nghệ LTE
I.1: Giới thiệu
I.2: Tổng quan về công nghệ LTE
I.3: Các tính năng và yêu cầu thiết kế
I.4: Đa truy nhập
I.5: Khả năng ứng dụng
Chương II: Cấu trúc hệ thống
II.1 Truy nhập vô tuyến mặt đất E-UTRAN
II.3 Hệ thống mạng lõi
Chương III : Truy nhập vô tuyến
III.1 TRuy nhập đường xuống
III.2: Truy nhập đường lên
III.3: ARQ kiểm soát lỗi và kế hợp mềm
III.4: Đa truy nhập MIMO
III.5: Cấu trúc khungTDD và FDD
Chương I: Tổng quan về công nghệ LTE
1
I.1 Giới thiệu
+Cùng với sự phát triển cũng như đòi hỏi cũa xã hội ngành khoa học trong lĩnh vực
truyền dẫn viễn thông cũng luôn phát triển để đáp ứng những yêu cầu đó.
+ Đặc biệt là trong xã hội ngày nay nhu cầu về trao đổi thông tin , truyền dữ liệu,
các dịch vụ trên các thiết bị di động liệu ngày càng cao. Các hệ thống thông tin di
động 2g, 2,5g và đặc biệt la 3g vẫn đang hoạt động khá trơn chu và ngày càng phát
triển với những thế mạnh của mình tuy nhiên chúng vẫn phần nào chưa đáp ứng
được mong đợi của những khách hàng có nhu cầu sử dụng truyền dữ liệu tốc độ
cao. Hệ thông thông tin di động sử dụng công nghệ LTE được phát triển sẽ giải
quyết được những khó khăn trên.
I.2 Tổng quan về công nghệ LTE
+ LTE là từ viết tắt của Long term evolution miêu tả công việc chuẩn hóa của
3GPP để xác định phương thức truy nhập vô tuyến tốc độ cao mới cho hệ thống
truyền thông di động.

+ LTE là bước tiếp theo dẫn đến hệ thống thông tin di động thứ 4 hay còn gọi là
4g. hệ thống này được kỳ vọng có nhũng tiến bộ vượt bậc về công nghệ cũng như
những tính năng so với thế hệ 3g trước đó.
Hình 1 : Cấu trúc mạng LTE
I.3 : Tính năng và yêu cầu của LTE
I.3.1 Tính năng
2
Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20 MHz:
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:
- 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)
- Băng tấn sử dung: Lte có thể được triển khai ở nhiều băng tần khác nhau như ở
tần số 700Mhz, 900Mhz, 1800Mhz, 1900Mhz, 2300Mhz…
Độ dài băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với các băng 1.4Hz, 3MHz, 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
+ LTE cung cấp các tốc độ dữ liệu cao hơn cho cả đường lên và đường xuống.
+ Ngoài làm tăng tốc độ số liệu thực LTE còn làm giảm trễ gói.
+ Tăng cường giao diện không gian cho phép tăng tốc độ số liệu. LTE được xác
định trên mạng truy nhập vô tuyến hoàn toàn mới dựa trên công nghệ OFDM cho
đường xuống và SC-FDMA cho đường lên.
+ Hiệu quả sử dụng phổ tần cuả OFDM được nâng cao nhờ sử dụng kỹ thuật điều
chế bậc cao 64QAM. Mã hóa turbo, mã hóa xoắn cùng với các kỹ thuật vô tuyến
bổ xung như kỹ thuật MIMO kết quả là thông lượng trung bình tăng lên 5 lần so
với HSPA.
+ Môi trường toàn IP. LTE là sự chuyển dịch tới mạng lõi toàn IP với giao diện mở

và kiến trúc đơn giản hóa. Đây là bước chuyển đổi của 3GPP tù hệ thống mạng lõi
đang tồn tại kết hợp song song trước đó la chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói
sang mạng lõi chi sử dụng chuyển mạch gói.
I.3.2 Yêu cầu thiết kế và băng tần sử dụng
+ Chất lượng dịch vụ: Hỗ trợ tính năng đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS cho các
thiết bị. VoIP đảm bảo chất lượng âm thanh tốt, độ trễ ở mức tối thiểu (thời gian
chờ gần như không có) thông qua các mạng chuyển mạch UMTS
Liên kết mạng: Khả năng liên kết với các hệ thống UTRAN/GERAN hiện có và
các hệ thống không thuộc 3GPP (non-3GPP) cũng sẽ được đảm bảo. Thời gian trễ
trong việc truyền tải giữa E-UTRAN và UTRAN/GERAN sẽ nhỏ hơn 300ms cho
dịch vụ thời gian thực và không quá 500ms cho các dịch vụ còn lại
Hiệu quả sử dụng phổ tần cao
Trễ được giảm xuống còn <10ms
- I.4 triển vọng
3
- Trên thế giới đã có nhiều hãng viễn thông lớn triển khai hoạt động mạng LTE
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.
-
Đầu tháng ngày 8 tháng 10 năm 2010 vừa rồi, hãng viễn thông Ericsson Việt Nam
đã phối hợp với Cục Tần số Vô tuyến điện của Bộ Thông tin và Truyền thông trình
diễn công nghệ LTE – công nghệ tiền 4G trước sự chứng kiến của đại diện của Bộ
cùng các mạng di động Việt Nam.
Chuyên gia của Ericsson cho biết, nếu như tốc độ của dịch vụ ADSL được cung
cấp tại Việt Nam trung bình từ 1,5Mbps – 6Mbps đã là băng rộng thì với LTE, thế
vẫn chưa là gì. Công nghệ TD-LTE có tốc độ lý tưởng lên đến 110 Mbps với cấu
hình tương tự .

Đợt thử nghiệm vừa rồi diễn ra ở băng tần 2300-2400Mhz . Kết thúc cuộc thử
nghiêm tốc độ đo được tốc độ tải xuống đạt 80Mbps tải lên đạt 20Mbps. Vượt xa
tốc độ truy nhập của ADSL hiện nay.
1.5 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 chất lượng dịch vụ đầu cuối tới đầu cuối, 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.
Việc hỗ trợ nâng cao chất lượng dịch vụ dầu cuối tới đầu 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).
4
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.
5
Chương II: Cấu trúc hệ thống
Hình 2.1 cấu trúc của mạng
Hệ thống LTE được chia làm hai phần
LTE được phat triển thành 2 phần kết hợp lại
Phần truy nhập vô tuyến mặt đất và hệ thống mạng lõi
II.1 Truy nhập vô tuyến mặt đất E-UTRAN
E-UTRAN bao gồm các eNB, cung cấp các mặt phẳng sử dụng E-UTRA và giao
thức điều khiển mặt phẳng giao tiếp đối với UE

• Hoàn toàn phân phối kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến
eNB có thể được kết nối với nhau bằng các phương tiện của giao diện X2
• X2 hỗ trợ di động tăng cường, quản lý nhiễu giữa các tế bào, và các chức năng
SON
eNB được kết nối bằng phương tiện của giao diện S1 cho Evolved Packet Core
(EPC
II.1.1 E NodB
ENodB ( Evoled NodeB)
6
Là trạm gốc được tăng cường mới, có tên là Evolved NodeB dựa trên chuẩn 3GPP.
Nó là một BTS được tăng cường cung cấp giao diện không gian LTE và thực hiện
quản lý tài nguyên vô tuyến cho hệ thống truy nhập tiên tiến. chức năng của
ENodB :
• Chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến
• Nén IP header và mã hoá dòng dữ liệu người sử dụng
Quản lý dữ liệu truyền tải một cách tự lập
Bảo đảm chất lượng dịch vụ
Thực hiên các cuộc chuyển giao với các UE
II.2 Hệ thống mạng lõi EPC (evoled packet core)
Đặc điểm
Hệ thống mạng lõi của LTe đã cải tiến và phát triển chỉ sử dụng duy nhất một
phương thức là chuyển mạch gói. Và truyền dữ liệu ,xác định vị trí thuê bao bằng
phương thức định tuyến IP trong toàn bộ hệ thống
Kiến trúc mạng được rút gọn hơn so với mạng 3G góp phần làm giảm giá thành khi
triển khai mạng.
Chức năng của các khối
II.2.1 PDN Gateway
PDN GW cung cấp kết nối cho UE tới các mạng dữ liệu gói bên ngoài tại các điểm
vào ra của lưu lượng cho UE. Một UE có thể đồng thời kết nối với nhiều hơn một
PDN GW để truy nhập nhiều PDN. Chức năng của PDN GW gồm có:

Quản lý một quý địa chỉ IP và cấp phát các địa chỉ IP cho các UE
+ Thực hiện sự cưỡng bức chính sách (Policy enforcement).
+ Lọc gói cho mỗi user.(Per-user based packet filtering (by e.g. deep packet
inspection)
+ Hỗ trợ tính cước.
+ Ngăn chặn hợp pháp (Lawful Interception)
+ Packet screening
+ Định vị địa chỉ UE IP
+ Chức năng DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
+ Transport level packet marking in the uplink and downlink, e.g. setting the
DiffServ Code Point, based on the QCI of the associated EPS bearer
II.2.2 Cổng phục vụ :Serving Gateway(S GW)
Là một node kết thúc trong giao diện hướng tới EUTRAN. Chức năng của SGW
bao gồm:
Truyền tải dữ liệu người dùng giũa mạng vô tuyến và mạng lõi thong qua giao thức
GTP
+ SGW định tuyến và hướng các gói dữ liệu dữ liệu người sử dụng.
+ EUTRAN ngừng bộ đệm gói đường xuống và bắt đầu mạng thúc đẩy thủ tục yêu
7
cầu dịch vụ.
+ Khi các UE ở trạng thái rỗi, SGW kết thúc đường dữ liệu Downlink và kích hoạt
tìm gọi khi dữ liệu downlink chuyển tới UE.
+ Quản lý và lưu trữ các văn cảnh của UE,
+ Thực hiện sao chép của lưu lượng sử dụng trong trường hợp ngăn chặn hợp
pháp.
II.2.3 Thực thể quản lý di động MME (Mobility Management Entity)
MME là node điều khiển quan trọng của mạng truy nhập LTE. MME quản lý tính
lưu động, xác nhận UE và những tham số bảo mật. Chức năng của MME bao gồm:
+ Báo hiệu NAS (Non Access Stratum) hoàn thành tại MME, và nó cũng chịu
trách nhiệm về sự phát sinh và sự định vị của sự nhận dạng tạm thời các UE.

+ MME cung cấp chức năng điều khiển phẳng cho tính lưu động giữa LTE và
mạng truy nhập 2G/3G.
+ Trạng thái UE rỗi – Idle theo dõi và khả năng liên lạc (bao gồm điều kiển và thực
hiện các chuyển tiếp tìm gọi).
+ Theo dõi quản lý danh sách vùng.
+ Kiểm tra tính xác thực của UE đến trạm trên dịch vụ của nhà cung cấp PLMN và
giám sát việc thi hành sự giới hạn Roaming cho UE.
+ Lựa chọn GW (sự lựa chọn Serving GW và PDN GW).
+ Lựa chọn MME cho chuyển giao khi thay đổi MME.
+ Lựa chọn SGSN chuyển giao tới các mạng truy nhập 2G, 3G, 3GPP..
+ Nó chịu trách nhiệm chứng thực các user (bằng cách tương tác với HSS – Home
Subscriber Service).
+ MME là điểm cuối cùng trong mạng để thực hiện việc dịch mật mã, bảo vệ toàn
diện cho báo hiệu NAS và vận hành quản lý khoá bảo mật.
II.3Các giao diện liên kết
Giao diện : S1
Giao diện S1 là giao diện phân cách giữa E-UTRAN và EPC. Nó được chia thành
hai phần: S1-U, có thể mang theo dữ liệu giao thông giữa các-eNode B và các GW
phục vụ, và các S1-MME, mà là một giao diện báo hiệu chỉ giữa các-eNode B và
các MME
Giao diện X2 : Giao diện X2 là giao diện giữa các eNode-B, gồm hai phần:-X2 C
là các mặt phẳng điều khiển giao diện giữa eNode-B, trong khi U-X2 là giao diện
người dùng máy bay giữa eNode-B. Người ta cho rằng luôn luôn tồn tại một giao
diện X2 giữa eNode-B rằng cần phải giao tiếp với nhau, ví dụ, để hỗ trợ bàn giao
Giao dịên S3: - là giao diện giữa S GW và cổng SGSN của mạng 2G,3G .Nó cho
phép người sử dụng và trao đổi thông tin ghi tên cho liên mạng di động 3GPP truy
cập ở trạng thái nhàn rỗi và / hoặc hoạt động
8
Hình 2.2:chức năng phân chia giữa E-UTRAN và lõi tiến hóa gói
II.4 Giao thức giao diện vô tuyến

Dữ liệu được truyền trên đường xuống dưới dạng các gói IP trên một trong
những tải tin SAE (SAE bearers). Trước khi truyền đi qua giao diện vô tuyến,
những gói IP đến (incoming IP packets) sẽ đi qua nhiều phần tử, được tổng kết
dưới đây và được mô tả chi tiết hơn trong những phần sau:
Điều khiển tài nguyên vô tuyến Radio Resource Control (RRC): Các lớp RRC
thực hiện chức năng kiểm soát bao gồm duy trì mặt phẳng, nhắn tin và phát hành
xử lý kết nối di động, bảo mật, và quản lý QoS.
Giao thức hội tụ số liệu gói (Packet Data Convergence Protocol -PDCP): thực
hiện việc nén tiêu đề IP (IP header) để làm giảm số lượng bit cần thiết cho việc
truyền dẫn thông qua giao diện vô tuyến.
9
Điều khiển liên kết vô tuyến (Radio Link Control - RLC): đảm nhiệm việc phân
đoạn / ghép nối, điều khiển việc truyền lại, và phân phát lên các lớp cao hơn theo
thứ tự. Không giống như WCDMA, giao thức RLC được định vị trong eNodeB vì
chỉ có một loại node đơn trong kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến LTE (LTE radio
access network architecture). RLC cung cấp các dịch vụ cho PDCP dưới dạng các
tải tin vô tuyến. Chỉ có một phần tử RLC trên một tải tin vô tuyến được cấu hình
cho một thiết bị đầu cuối di động.
Điều khiển truy cập môi trường (Medium Access Control - MAC): điều khiển
việc truyền lại hybrid-ARQ và hoạch định đường lên, đường xuống. Chức năng
hoạch định được định vị trong eNodeB, và nó chỉ có một phần tử MAC cho một tế
bào, cho cả đường lên và đường xuống. Phần giao thức hybrid ARQ có mặt trong
cả đầu cuối phát và thu của giao thức MAC. Khối MAC cung cấp các dịch vụ cho
RLC dưới dạng các kênh logic.
Lớp vật lý (Physical layer – PHY): điều khiển việc mã hóa / giải mã, điều chế /
giải điều chế, ánh xạ đa anten (multi antenna mapping), và các chức năng lớp vật
lý tiêu biểu khác. Lớp vật lý cung cấp dịch vụ cho lớp MAC dưới dạng các kênh
chuyển tải (transport channels).
Hình 2.3 mối lien hệ giữa các kênh theo dương xuống
Hình 2.4 đường lên

10