Truy nhập gói đường lên tốc độ số liệu cao trong lộ trình phát triển của 3GPP LTE

Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com
LỜI NÓI ĐẦU
Thông tin di động phát triển rất nhanh, theo hiệp hội viễn thông quốc tế
(ITU) số thuê bao điện thoại di động toàn cầu hiện đạt mức 4,6 tỷ thuê bao và
dùng rộng rãi thế hệ thứ ba (3G), có thể cung cấp đa dạng dịch vụ với tốc độ
cao, chất lượng cao, và đang hướng đến 4G.
Các mạng 3G đã triển khai nhiều nước trên thế giới, ngay cả trước khi
chúng được khai thác, các hoạt động nâng cấp chúng đã được quan tâm – đề
án công tác thế hệ ba (3GPP – The Third Generation Partnership Project).
Khoảng 10 năm trước, số thuê bao di động 3G trên toàn thế giới khoảng trên
300 triệu, nhưng đến năm 2007 đã lên tới 3,1 tỷ và hiện nay là 4,6 tỷ (nghĩa là
hơn một nửa số dân trên thế giới). Theo thống kê, hiện trên thế giới có khoảng
hơn 300 mạng UMTS, trong đó có hơn 35 mạng HSPA đang hoạt động, với
hơn 200 triệu khách hàng. Nói cách khác, gần 40% thuê bao 3G trên thế giới
hiện đang được sử dụng công nghệ truyền tải dữ liệu tốc độ cao HSPA; ngoài
ra đến 2011 LTE – giai đoạn đầu của 4G cũng sẽ được triển khai.
Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA – High Speech Downlink
Packet Access) là một mở rộng của hệ thống 3G UMTS đã có thể cung cấp
tốc độ lên tới 10 Mbps trên đường xuống. HSDPA là một chuẩn tăng cường
của 3GPP – 3G nhằm tăng dung lượng đường xuống bằng cách thay thế điều
biến QPSK trong 3G UMTS bằng 16QAM trong HSDPA. HSDPA hoạt động
trên cơ sở kết hợp ghép kênh theo thời gian (TDM) với ghép kênh theo mã và
sử dụng AMC (Adaptive Modulation and Coding – mã hóa kênh và điều biến
thích nghi). Để đảm bảo tốc độ truyền dẫn số liệu.
Các kỹ thuật tương tự cũng được áp dụng cho đường lên trong chuẩn
HSUPA (High Speech Uplink Packet Access – truy nhập gói đường lên tốc độ
cao) là công nghệ mạng di động ra đời sau HSDPA và được xem là công nghệ
3,5G. Đây là công nghệ chiếm ưu thế ở tốc độ đường lên: từ 1,4Mbps đến
Vũ Thị Hiền mã số 504102020
1
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com

5,76Mbps. Ngược lại với HSDPA, HSUPA sử dụng kênh truyền nâng cao tốc
độ đường lên E-DCH (Enhanced Dedicated Channel) theo các kỹ thuật tương
tự HSDPA. Mục tiêu chủ yếu của HSUPA là cải tiến tốc độ tải lên cho các
thiết bị di động và giảm thời gian trễ trong ứng dụng game, email, chat...
HSUPA là công nghệ phát triển sau HSDPA nhằm thỏa mãn nhu cầu tương
tác thời gian thực với các ứng dụng đòi hỏi tốc độ và độ tin cậy cao.
Để tìm hiểu rõ hơn về HSUPA em đã chọn đề tài “Truy nhập gói đường
lên tốc độ số liệu cao trong lộ trình phát triển của 3GPP LTE” nhằm mục
đích nghiên cứu cấu trúc các kênh số liệu và báo hiệu được sử dụng cho
HSUPA.
Đồ án gồm 3 chương với nội dung như sau:
Chương 1: Tổng quan phát triển 3G lên 4G
Chương 2: Các công nghệ cơ bản của 3GPP LTE
Chương 3: Truy nhập gói đường lên tốc độ số liệu cao trong lộ trình phát
triển của 3GPP LTE
Em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của PGS.TS Phan Hữu
Huân, người đã tận tình chỉ bảo hướng dẫn, và tạo mọi điều kiện giúp đỡ em
hoàn thành đồ án này.
Do hạn chế về thời gian và kiến thức, đồ án tốt nghiệp của em còn nhiều
thiếu sót. Kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các
bạn để đề tài của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn!
Vũ Thị Hiền mã số 504102020
2
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com
Chương 1
TỔNG QUAN PHÁT TRIỂN 3G LÊN 4G
1.1. QUÁ TRÌNH TIÊU CHUẨN HÓA WCDMA/HSPA TRONG 3GPP :
1.1.1. Chuẩn hóa trong 3GPP :
a.Chuẩn hóa HSDPA :
Khi phát hành R3 hoàn thành, HSDPA và HSUPA vẫn chưa được đưa

vào kế hoạch nghiên cứu. Trong năm 2000, khi tiến hành hiệu chỉnh
WCDMA và nghiên cứu R4 kể cả TD-SCDMA, người ta nhận thấy rằng cần
có một số cải thiện cho truy nhập gói. Để cho phép phát triển này, nghiên cứu
khả thi (danh mục nghiên cứu) cho HSDPA vào đầu năm 2000. Nghiên cứu
này được bắt đầu theo các nguyên tắc của 3GPP (phải có ít nhất 4 hãng ủng
hộ). Các hãng ủng hộ bắt đầu nghiên cứu HSDPA gồm Motorola và Nokia
thuộc phía các nhà máy, và BT/Cellnet, T-Mobile và NTT DoCoMo thuộc
phía các nhà khai thác.
Nghiên cứu khả thi đã kết thúc tại phiên họp toàn thể TSG RAN. Trong
danh mục nghiên cứu HSDPA có các vấn đề nghiên cứu để cải thiện truyền
dẫn số liệu gói đường xuống so với R3. Các chuyên đề như phát lại lớp vật lý
và lập biểu dựa trên BTS đã được nghiên cứu cùng với mã hóa và điều biến
thích nghi. Cùng với nghiên cứu này đã nghiên cứu công nghệ thu phát nhiều
anten (MIMO) và vấn đề chọn nhanh FCS (Fast Cell Selection).
Trong các chuyên đề liên quan đến HSDPA, danh mục nghiên cứu
MIMO không hoàn thành trong chương trình khung thời gian R5 và R6, và
đây là lý do nó có mặt trong các chuyên đề R7. Nghiên cứu khả thi FCS đã
đưa ra kết luận, lợi ích nhận được không nhiều so với việc tăng thêm độ phức
tạp. Sau kết luận này không đưa ra các nghiên cứu nào về FCS. Trong khi tập
trung vào ghép song công phân chia theo tần số (FDD), ghép song công phân
chia theo thời gian (TDD) cũng được đưa vào danh mục nghiên cứu HSDPA
Vũ Thị Hiền mã số 504102020
3
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com
kể cả các giải pháp tương tự cả hai chế độ TDD(TDD băng hẹp và băng
rộng).
b.Chuẩn hóa HSUPA :
Chuẩn hóa HSUPA là thuật ngữ được dùng rộng rãi trên thị trường;
trong quá trình chuẩn hóa HSUPA thuật ngữ này được sử dụng dưới cái tên
“kênh riêng đường lên tăng cường” (E-DCH : Enhanced Uplink Dedicated

Channel). Nghiên cứu được tiến hành trong giai đoạn hiệu chỉnh HSUPA và
được bắt đầu bằng danh mục nghiên cứu về “tăng cường đường lên cho các
kênh truyền tải”. Vấn đề này được sự ủng hộ của các nhà máy: Motorola,
Nokia và của các hãng Ericsson, như chỉ ra trên hình 1.1.
Hình 1.1 – Các kỹ thuật được xem xét cho HSUPA
Danh mục nghiên cứu kết thúc 03/2004 với khuyến nghị bắt đầu nghiên
cứu trong 3GPP để đặc tả HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request – yêu
cầu phát lại tự động) lớp vật lý nhanh và cơ chế lập biểu dựa trên nút B cho
đường lên cũng như độ dài TTI (Transmission Time Interval) ngắn hơn.
Ngoài ra, cơ chế thiết lập kênh DCH (Dedicated Channel – kênh điều khiển)
nhanh hơn không đưa vào khuyến nghị này, nhưng các vấn đề này đã được đề
cập trong danh mục nghiên cứu khác đối với phát hành 3GPP R6. Hình 1.2
trình bày các kỹ thuật được lựa chọn cho danh mục nghiên cứu HSUPA.
Vũ Thị Hiền mã số 504102020
Lập biểu nhanh đường
lên dựa trên nút B
Điều biến bậc
cao hơn
HARQ cho
đường lên
Thiết lập kênh riêng
nhanh
HSUPA ?
4
Thiết lập TTI nhanh
cho đường lên
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com
Hình 1.2 – Các kỹ thuật được lựa chọn cho danh mục nghiên cứu
HSUPA
Quá trình nghiên cứu tiêu chuẩn hóa HSUPA trong 3GPP được mô tả

trên hình 1.3.
Hình 1.3 – Quá trình tiêu chuẩn hóa HSUPA trong 3GPP
1.1.2. Phát triển tăng cường HSPA (HSDPA và HSUPA):
Vũ Thị Hiền mã số 504102020
Lập biểu nhanh
đường lên dựa
trên nút B
TTI ngắn hơn
cho đường lên
HARQ cho
đường lên
HSUPA
10/02
04-11/04
03/04
2005
12/04
Quyết định
tích cực
Các thực hiện
để tiến vào thị
trường
03/04
02/04
Bắt đầu nghiên
cứu khả thi
Phân tích ảnh
hưởng và lợi ích
trong nhóm công
tác

Trình bày kết
quả cho TSG
Tạo lập danh mục
nghiên cứu
Nghiên cứu chi tiết
và đưa ra các yêu
cầu thay đổi
Chấp thuận yêu
cầu thay đổi
Tạo lập các
đặc tả
Hiệu chỉnh và
kết thúc các
danh mục
nghiên cứu
5
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com
Trong khi HSUPA được đặc tả, vẫn có các nghiên cứu phát triển để cải
thiện R6 HSDPA cũng như một số các lĩnh vực khác như: đặc tả hiệu năng
cho các đầu cuối tiên tiến hơn sử dụng thu phân tập và (hoặc) các máy thu
tiên tiến; cải thiện tầm phủ sóng cho đường lên bằng cách sử dụng báo hiệu
phản hồi đường lên; các cải thiện trong lĩnh vực di động của HSDPA bằng
báo hiệu nhanh hơn và thời gian xử lý ngắn hơn.
Một danh mục nghiên cứu với tên “kết nối liên tục cho các người sử
dụng số liệu gói” đã được định nghĩa bởi R7 với mục đích giảm chi phí trong
các thời gian phục vụ và duy trì liên kết nhưng không có lượng số liệu cần
thiết. Một ví dụ cho kiểu dịch vụ này là dịch vụ thoại trên cơ sở gói với tên
gọi phổ biến là VoIP.
Danh mục nghiên cứu MIMO vẫn tiếp tục được tiến hành với nhiều đề
xuất. Nguyên tắc chủ yếu là dùng hai (hay nhiều) anten phát với các luồng

thông tin khác nhau và sau đó sử dụng hai (hay nhiều) anten kết hợp với xử lý
tín hiệu tiên tiến tại đầu cuối để phân tích các luồng này như minh họa trên
hình 1.4.
Hình 1.4 – Nguyên lý MIMO với hai anten phát và hai anten thu
Vũ Thị Hiền mã số 504102020
Đầu cuối với
máy thu và
khả năng
giảm mã
MIMO
PA – Bộ khuếch
đại công suất
Các bộ lọc RF
và băng gốc
Phần phát BTS
với khả năng có
hai máy phát trên
một đoạn ô
Giải trải
phổ và
giải mã
không
gian thời
gian
6
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com
Thách thức chủ yếu là phải chứng minh rằng liệu có nhận được tăng độ
lợi đáng kể so với độ lợi nhận được từ các cải thiện hiệu năng trong R6 và các
giải pháp cải thiện dung lượng hiện có bằng cách bổ sung thêm máy phát. Các
kết luận trong 3GPP cho đến thời điểm này chỉ là trong môi trường ô vĩ mô;

HSDPA với MIMO hình như không mang lại lợi ích về dung lượng so với
trường hợp thu phân tập và máy thu tiên tiến đầu cuối. Vì thế thách thức này
vẫn còn tiếp tục được xem xét trong R7; nghiên cứu sẽ hướng đến các ô nhỏ
hơn (các ô vi mô).
Các danh mục nghiên cứu cho HSDPA và HSUPA gồm vấn đề giảm trễ
thiết lập cuộc gọi chuyển mạch gói PS (Packet Switch) và chuyển mạch kênh
CS (Channel Switch) nhằm rút ngắn thời gian từ trạng thái rỗi sang trạng thái
tích cực (cell – DCH). Vì hầu hết các bước trong WCDMA sẽ vẫn giữ nguyên
không liên quan đến cuộc gọi CS hay PS, nên các cải thiện này mang lại lợi
ích cho cả HSDPA/HSUPA lẫn thiết lập cuộc gọi thoại bình thường, nghĩa là
các thiết bị hiện có có tiềm năng hơn vì các đầu cuối thay đổi, nhận được
thêm các cải thiện trong hầu hết các trường hợp. Phát triển HSPA trong R7
(hay còn gọi là HSPA+) đã đưa đến tốc độ 28 Mbps cực đại trên đường xuống
và 11Mbps cực đại trên đường lên.
1.2. KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN LTE (Long Term
Evolution):
Nghiên cứu phát triển tiêu chuẩn LTE được tiến hành trong các E –
UTRAN TSG (Technical Specification Group – nhóm đặc tả kỹ thuật). Trong
các cuộc họp của RAN TSG chỉ có một vài vấn đề kỹ thuật là được tán thành.
Thậm chí trong các cuộc họp sau đó thì vấn đề này vẫn được xem xét lại.
3GPP đã vạch ra kế hoạch làm việc chi tiết cho các nhóm nghiên cứu TSG
RAN. Lộ trình phát triển của LTE gắn liền với lộ trình phát triển của 3GPP,
như chỉ ra trên hình 1.5.
Vũ Thị Hiền mã số 504102020
7
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com
Hình 1.5 – Lộ trình phát triển 3GPP
Các vấn đề nghiên cứu thực hiện trong hai TSG :
• TSG RAN : Nghiên cứu chuẩn cho giao diện vô tuyến.
• TSG SA : Nghiên cứu kiến trúc mạng.

Quá trình nghiên cứu được, tiến hành trong nhóm TSG 3GPP LTE/SAE
dưới điều hành của PCG ( Project Coordination Group – nhóm điều phối đề
án 3GPP ) được mô tả trên hình 1.6.
Vũ Thị Hiền mã số 504102020
R3 (R99)
12/1999
CS và PS
Các kênh
mang R3
MMS
Các dịch vụ định
vị
R4
03/2001
Các tăng
cường
TD – SCDMA
……………..
R5
03/2002
HSDPA
IMS
Thoại AMR
- WB
……………
R6
05/2005
Đường lên
tăng cường
(E - DCH)

MBMS
Tương tác
WLAN - UMTS
R7, R8,….
LTE
SAE
Phát triển HSPA
……………….
8
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com
Hình 1.6 – Tổ chức các nhóm điều phối đề án 3GPP
1.3. IMT – Adv VÀ LỘ TRÌNH TỚI 4G:
Trong ITU, nhóm công tác 8F ( ITU – R WP 8F ) đang tiến hành nghiên
cứu các hệ thống tiếp sau IMT – 2000. Khả năng IMT – 2000, các tăng cường
của nó và các hệ thống bao gồm các giao diện sau IMT – 2000 được chỉ ra
trên hình 1.7 và bảng 1.1 là mục tiêu của 4G.
Vũ Thị Hiền mã số 504102020
PCG
(Nhóm điều phối đề án 3GPP)
(nhóm điều phối đề án 3GPP)
TSG GERAN
(mạng truy nhập
vô tuyến)
GERAN WG1
(các vấn đề vô
tuyến)
GERANWG2
(mạng vấn đề
giao thức)
GERAN WG3

(Đo kiểm đầu
cuối)
TSG GERAN
(mạng truy nhập
vô tuyến)
GERAN WG1
(đặc tả lớp 1 vô
tuyến)
GERANWG2
(đặc tả lớp 2 và
RR lớp 3
vôtuyến)
GERAN WG3
(đặc tả IuB, Iur,
Iu)
GERAN WG4
(Hiệu năng vô
tuyến)
GERAN WG5
(đo kiểm lớp
chuẩn đầu cuối)
GERAN SA
(các vấn đề dịch
vụ và hệ thống)
TSG CT
(mạng lõi và đầu
cuối)
SA WG1
(các dịch vụ)
CT WG5

(Truy nhập với
dịch vụ mở
OSA)
SA WG3
(an ninh)
SA WG4
(codec)
SA WG5
(Quản lý viễn
thông)
CT WG1
(MM/CC/SM

(In))
CT WG3
(Tương tác với
mạng ngoài)
CTWG4
(MAP/GTP/
BCH/SS)
BCH/SS)
SA WG2
(kiến trúc)
CT WG6 (Các
vấn đề ứng dụng
hệ thông minh)
9
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com
Bảng 1.1 – Mục tiêu của 4G
Tốc độ số liệu 100 Mbps cho vùng rộng, 1Gbps cho vùng hẹp

Kết nối mạng Hoàn toàn IP
Thông tin Rộng khắp, di động, liên tục
Trễ Thấp hơn 3G
Trễ kết nối Thấp hơn 500ms
Trễ truyền dẫn Thấp hơn 5ms
Giá thành/bit 1/10 – 1/100 thấp hơn 3G
Giá thành cơ sở hạ tầng Thấp hơn 3G ( khoảng 1/10 )
Hình 1.7 – Các khả năng của IMT – 2000 và các hệ thống sau
IMT – 2000 theo khuyến khích M.1654 của ITU – R
ITU – R WP 8F tuyên bố rằng cần có các công nghệ vô tuyến di động mới
cho các khả năng IMT – 2000, tuy nhiên chưa chỉ ra công nghệ nào. Thuật
Vũ Thị Hiền mã số 504102020
Thấp
100Mbps10Mbps1Mbps
Khả năng di động
Cao
IMT - 2000
tăng cường
IMT - 2000
Phát triển 3G
truy nhập
không dây nội
hạt/****
1000Mbps
truy nhập vô
tuyến mới
10
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com
ngữ IMT-Adv được sử dụng cho các công nghệ sau IMT – 2000 và chứa các
khả năng cho hệ thống trước đó. Quá trình IMT – Adv đang được khởi thảo

trong WP 8F. Các công nghệ được đề cử sẽ được đánh giá dựa trên các tiêu
chí đã thỏa thuận. Vì các công nghệ này cần sự đồng thuận nên một số công
nghệ có thể áp dụng cho IMT-Adv không thể xác định trước, nhưng chắc
chắn nó phải có sự cân đối giữa kinh tế và công nghệ; ngoài ra, khả năng sử
dụng máy đầu cuối trên toàn cầu cũng được coi là một tiêu chí quan trọng.
Một vấn đề nữa cũng được đặt ra trong ITU – R có liên quan đến IMT – 2000
Adv là xác định phổ tần sử dụng.
Mặc dù 3GPP hiện nay chưa tiến hành nghiên cứu trực tiếp IMT – 2000
Adv, tuy nhiên 3GPP sẽ đề xuất lên ITU – R IEEE 802.16 (Wimax) cũng
đang được hoàn thiện khái niệm của mình để hướng đến đề xuất cho IMT –
Adv trong 802.16m; tương tự 3GPP2 cũng đang tiến tới đề xuất IMT – Adv.
LTE là một trong những con đường tiến tới 4G. LTE sẽ tồn tại trong giai
đoạn đầu của 4G, tiếp theo nó sẽ là IMT – Adv. LTE cho phép chuyển đổi từ
từ từ 3G UMTS sang giai đoạn đầu 4G, sau đó sang IMT – Adv. Chuyển từ
LTE sang IMT- Adv là chia khóa của thành công trên thị trường.
Vũ Thị Hiền mã số 504102020
11
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com
Ngoài LTE của 3GPP người ta cũng nghiên cứu các hướng đi khác
sang 4G. 3GPP2 để xuất là UMB (Untra Mobile Band). Ngoài ra WiMax
cũng có kế hoạch tiến tới 4G. Quá trình tiến tới 4G của công nghệ hiện có mô
tả trên hình 1.8.
1.4. TỔNG QUAN TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO (HSPA) :
1.4.1. Mở đầu :
HSDPA được 3GPP chuẩn hóa R5 với phiên bản tiêu chuẩn đầu tiên vào
2002; HSUPA được 3GPP chuẩn hóa trong R6 vào 2004. Cả HSDPA và
HSUPA gọi chung là HSPA. Các mạng HSDPA đầu tiên được đưa vào
thương mại 2005 và HSUPA vào 2007.
Tốc độ số liệu đỉnh của HSDPA ban đầu là 1,8 Mbps và tăng lên 3,6
Mbps, rồi 7,2 Mbps vào 2006 và 2007; tiềm năng có thể đạt đến 14,4Mbps

năm 2008.Trong giai đoạn đầu HSUPA là 1-2 Mbps trong giai đoạn hai đạt
đến 4
÷
5,7 Mbps vào 2008.
Vũ Thị Hiền mã số 504102020
20052000
2015201019951985
<200kbps 300kbps – 10Mbps <100Mbps 100Mbps – 1Gbps<10kbps
Khả năng di động
Trung bình
Thấp
Cao
GSM
cdma ONE
HSPA
1xEVDO
Thời gian
AMPS
TACS
LTE
Tốc độ số liệu
1G
2G
3G
3G
+
WIFI/IEE
E 802.11
IMT –
Advanced 4G

triển
khai
LTE
E3G
WIMAX/I
EEE
WCDMA
Cdma200001x
12
Hình 1.8 - Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động đến 4G
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com
HSPA được triển khai trên WCDMA hoặc trên cùng một sóng mang
hoặc sử dụng một sóng mang khác để đạt được dung lượng cao, như hình 1.9.
Hình 1.9 - Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) hoặc
chung sóng mang với WCDMA(f1)
HSPA chia sẻ chung hạ tầng mạng với WCDMA. Để nâng cấp WCDMA
lên HSPA chỉ cần bổ sung phần mềm và một vài phần cứng trong BSC và
RNC. Ban đầu HSPA được thiết kế cho các dịch vụ tốc độ cao phi thời gian
thực, tuy nhiên R6 và R7 cải thiện hiệu suất của HSPA cho VoIP và các ứng
dụng tương tự khác.
Khác với WCDMA trong tốc độ liệu trên các giao diện như nhau (384
Kbps cho tốc độ cực đại tới hạn), tốc độ số liệu HSPA trên các giao diện khác
nhau. Hình 1.10 minh họa điều này cho HSDPA.
Vũ Thị Hiền mã số 504102020
Nút B
RNC SGSN GGSN
f
1
f
2

Đầu cuối
Nút B
RNC
R5 HSDPA
Số liệu
từ
GGSN
Iu-CSIub
SGSN
Tốc độ bit Iub
0 – 3 Mbps
Thông số Q
o
S:
tốc độ bit cực
đại: 3Mbps
Tốc độ HS –
DSCH đỉnh 14,4
Mbps
trên 2ms
13
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com
Hình 1.10 - Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện
( trường hợp HSDPA)
Tốc độ đỉnh (14,4 Mbps trên 2ms) tại đầu cuối chỉ xảy ra trong thời điểm
điều kiện kênh truyền tốt vì thế tốc độ trung bình có thể không quá 3Mbps.
Để đảm bảo truyền lưu lượng mạng tính cụm này, BTS cần có bộ đệm để lưu
lại lưu lượng và bộ lập biểu để truyền lưu lượng này trên hạ tầng mạng.
1.4.2. Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA cho số liệu người
sử dụng:

Hình 1.11 mô tả kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA cho số
liệu người sử dụng. Số liệu từ các dịch vụ khác nhau được nén tiêu đề IP tại
PDCP (Packet Data convergence Protocol). MAC – hs (Medium Access
Control – High speed: điều khiển truy nhập môi trường tốc độ cao) thực hiện
chức năng lập biểu nhanh dựa trên BTS.
Vũ Thị Hiền mã số 504102020
Các dịch vụ
CS như tiếng
nói AMR,
video
Nén tiêu đề IP
(PDCP)
Phân đoạn và lặp
(RLC)
Ghép kênh
(MAC - d)
Kênh riêng
Phát lặp
HARQ nhanh
(MAC - HS)
Phát lặp
HARQ nhanh
(MAC - e)
Sắp xếp lại
(MAC - es)
Lớp vật lý
14
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com
MAC – hs: High speed: MAC tốc độ cao
MAC – e: E-DCH MAC: MAC kênh E – DCH

MAC – es: thực thể MAC kênh E – DCH để sắp xếp lại thứ tự.
Hình 1.11 - Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA
cho số liệu người sử dụng
1.5. TỔNG QUAN LTE :
Nhiệm vụ nghiên cứu của LTE và SAE có thể tóm tắt như sau:
+ Về phần vô tuyến (LTE):
• Cải thiện hiệu suất phổ tần, thông lượng người dùng, trễ.
• Đơn giản hóa mạng vô tuyến.
• Hỗ trợ hiệu quả các dịch vụ gói như: MBMS, IMS.
+ Về phần mạng (SAE):
• Cải thiện trễ, dung lượng, thông lượng.
• Đơn giản mạng lõi.
• Tối ưu hóa lưu lượng IP và các dịch vụ.
• Đơn giản hóa việc hỗ trợ và chuyển giao đến các công nghệ
không phải 3GPP.
Kết quả nghiên cứu của LTE là đưa ra các chuẩn mạng truy nhập vô
tuyến với tên gọi là E –UTRAN (Enhanced Universal Terrestrial Radio
Access Network – mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu tăng cường), để
đơn giản ta gọi chung là LTE. Dưới đây ta xem xét tổng quan kiến trúc LTE
và kế hoạch nghiên cứu 3GPP.
1.5.1. Tốc độ số liệu đỉnh :
LTE sẽ hỗ trợ tốc độ đỉnh tức thời tăng đáng kể. Tốc độ này được định
cỡ tùy theo kích thước của phổ được ấn định. Tốc độ đỉnh tức thời của LTE
cho đường xuống đạt đến 100Mbps khi băng thông được cấp phát cực đại là
20MHz (5bps/Hz), và tốc độ đỉnh đường lên là 50Mbps khi băng thông được
Vũ Thị Hiền mã số 504102020
15
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com
cấp phát cực đại là 20MHz (2,5bps/Hz) băng thông LTE được cấp phát linh
hoạt từ 1,25MHz đến 20MHz, nghĩa là gấp 4 lần băng thông 3G UMTS.

Tốc độ đỉnh có thể phụ thuộc vào số lượng anten phát và anten thu tại
UE (User Equipment – thiết bị người sử dụng). Trường hợp phổ được dùng
chung cho cả đường lên và xuống, LTE không hỗ trợ tốc độ số liệu đỉnh
đường lên và xuống đồng thời.
1.5.2. Thông lượng số liệu :
Thông thường đường xuống của LTE sẽ gấp 4 lần thông lượng đường
xuống trong R6 HSDPA tính trung bình trên một MHz. Cần lưu ý rằng, thông
lượng HSDPA trong R6 được xét cho trường hợp một anten tại nút B với tính
năng tăng cường và một máy thu trong UE; trong khi đó LTE sử dụng cực đại
hai anten tại nút B và hai anten tại UE, ngoài ra cũng cần nhấn mạnh rằng khi
băng thông cấp phát tăng, thông lượng cũng tăng.
Thông lượng đường lên trong LTE cũng tăng gấp hai đến ba lần thông
lượng đường lên của R6 HSUPA tính trung bình trên một MHz, trong đó giả
thiết rằng Re HSUPA sử dụng một anten phát tại UE và hai anten thu tại nút
B; còn đường lên trong LTE sử dụng hai anten phát tại UE và hai anten thu tại
nút B.
1.5.3. Hiệu suất phổ tần :
LTE đảm bảo tăng đáng kể hiệu suất phổ tần và tăng tốc độ bít tại biên
trong khi vẫn đảm bảo duy trì các vị trí đặt trạm hiện có của UTRAN và
EDGE. Trong mạng có tải, hiệu suất phổ tần kênh đường xuống của LTE tăng
gấp 3 đến 4 lần R6 HSDPA tính theo bit/s/Hz/trạm, trong đó giả thiết rằng R6
HSDPA sử dụng một anten tại nút B và một anten máy thu; còn LTE sử dụng
2 anten tại nút B và một anten tại UE.
Hiệu suất phổ tần kênh đường lên trong E – UTRAN phải gấp 3
÷
4 lần
R6 HSUPA tính theo bit/s/Hz/trạm với giả thiết HSUPA sử dụng 2 anten tại
Vũ Thị Hiền mã số 504102020
16
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com

nút B và một anten tại UE; còn LTE sử dụng 2 anten tại nút B và một anten
tại UE. Cần lưu ý rằng, sự khác biệt về hiệu suất phổ tần trên đường xuống và
lên là do môi trường khai thác khác nhau giữa đường lên và đường xuống.
Thông thường đường lên rất nhạy cảm với nhiễu vì thế giá thành để đảm bảo
hiệu quả tách sóng trong đường lên cao hơn đường xuống.
Bảng 1.2 – So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng phổ tần
giữa LTE và HSDPA
Thông số HSDPA (R6) LTE Đích LTE/yêu cầu
Tốc độ đỉnh
(Mbps)
14,4 144 100/ đã đạt
Hiệu suất phổ tần
(bit/Hz/s)
0,75 14,84 3
÷
4 lần HSDPA/đạt 2,5
Thông lượng
người sử dụng
0,006
0,014
8
2
÷
3 lần HSDPA/ đạt
Bảng 1.3 – So sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng phổ tần
giữa LTE và HSUPA
Thông số HSDPA (R6) LTE Đích LTE/yêu cầu
Tốc độ đỉnh
(Mbps)
5,7 57

50/ đã đạt
Hiệu suất phổ tần
(bit/Hz/s)
0,26 0,67 2
÷
3 lần HSDPA/ đạt 2,6
Vũ Thị Hiền mã số 504102020
17
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com
Thông lượng
người sử dụng
0,006 0,015 2
÷
3 lần HSDPA/ đạt 2,5
LTE cần hỗ trợ sơ đồ ấn định băng thông khả định cỡ, chẳng hạn 5, 10,
20 và có thể cả 15MHz; cũng cần phải xem xét định cỡ băng thông 1,25 hay
2,5 MHz để triển khai trong vùng băng thông được cấp phát hẹp. Bảng 1.2 và
1.3 cho thấy sự so sánh thông số tốc độ và hiệu suất sử dụng băng tần giữa
LTE và HSPA trên đường lên và xuống.
1.5.4. Hỗ trợ di động :
Hiệu năng LTE cần được tối ưu hóa cho các người dùng di động tại các
tốc độ thấp từ 0
÷
15 kmph (kmph : km/giờ). Người sử dụng tại các tốc độ cao
từ 15
÷
120 km/h cần được đảm bảo thỏa mãn hiệu năng cao. Cũng cần hỗ trợ
di động tại các tốc độ từ 120
÷
350 km/h (thậm chí đến 500km/h phụ thuộc

vào băng tần được cấp phát). Việc đảm bảo tốc độ 350 km/h cần thiết để duy
trì chất lượng dịch vụ chấp nhận được cho các người sử dụng cần được cung
cấp dịch vụ trong các hệ thống tàu hỏa cao tốc. Trong trường hợp này cần sử
dụng các giải pháp và mô hình kênh đặc biệt. Khi thiết lập các thông số lớp
vật lý, LTE cần có khả năng duy trì kết nối tại tốc độ đến 350 kmph thậm chí
cao hơn, phụ thuộc vào băng tần cấp phát.
LTE cũng cần hỗ trợ các kỹ thuật cũng như các cơ chế để tối ưu hóa trễ
và mất gói khi chuyển giao trong hệ thống. Các dịch vụ thời gian thực như
thoại được hỗ trợ trong miền chuyển mạch kênh trước đây phải được E –
UTRAN hỗ trợ trong miền chuyển mạch gói với chất lượng tối thiểu phải
bằng chất lượng được hỗ trợ bởi UTRAN (chẳng hạn tốc độ bit đảm bảo) trên
toàn bộ dải tốc độ. Ảnh hưởng của chuyển giao trong hệ thống lên chất lượng
Vũ Thị Hiền mã số 504102020
18
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com
(thời gian ngắt) phải nhỏ hơn hay bằng chất lượng được cung cấp trong miền
chuyển mạch kênh của GERAN.
1.5.5.Vùng phủ :
LTE hỗ trợ linh hoạt các kịch bản phủ sóng khác nhau trong khi vẫn đảm
bảo các mục tiêu đã nêu ra trong các phần trên với giả thiết sử dụng lại các
đài trạm UTRAN và tần số sóng mang hiện có. Thông thường hiệu suất sử
dụng phổ tần và hỗ trợ nói trên phải đáp ứng các ô có bán kính 5km và với
giảm nhẹ chất lượng đối với các ô có bán kính 30 km.
Như đã chỉ ra, LTE phải hoạt động trong các băng thông 1,25 MHz; 2,5
MHz; 5 MHz; 10 MHz; 15 MHz và 20 MHz trên cả đường lên và xuống. Cần
đảm bảo chế độ làm việc đơn băng lẫn song băng. Hệ thống phải hỗ trợ truyền
nội dung trên toàn thể các tài nguyên bao gồm cả các tài nguyên khả dụng đối
với các nhà khai thác (được gọi là Radio band Resource) trong cùng một băng
tần hoặc trong các băng khác nhau trên cả đường lên và xuống. Hệ thống phải
hỗ trợ lập biểu công suất, lập biểu thích ứng…

1.5.6.MBMS tăng cường :
Dịch vụ đa phương quảng bá đa phương tiện (MBMS – Multimedia
Broadcast Multimedia Service) được đưa vào các dịch vụ của LTE. Các hệ
thống LTE phải đảm bảo hỗ trợ tăng cường dịch vụ đa phương quảng bá
phương tiện. LTE phải hỗ trợ các chế độ MBMS tăng cường so với hoạt động
của UTRA. Đối với trường hợp đơn phương, LTE phải có khả năng đạt được
các mục tiêu chất lượng như hệ thống UTRA khi làm việc trên cùng một đài
trạm. Hỗ trợ MBMS của LTE cần đảm bảo các yêu cầu sau :
• Tái sử dụng các phần tử lớp vật lý : Để giảm độ phức tap đầu
cuối, sử dụng phương pháp đa truy nhập, mã hóa, điều biến về cơ bản áp dụng
đơn phương cho các dịch vụ MBMS và cũng sử dụng tập chế độ băng thông
của UE cho các khai thác đơn phương cho MBMS.
Vũ Thị Hiền mã số 504102020
19
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com
• Thoại và MBMS : giải pháp LTE cho MBMS phải cho phép
tích hợp đồng thời và cung cấp hiệu quả thoại dành riêng và các dịch vụ
MBMS cho người dùng.
• Khai thác MBMS đơn băng : phải hỗ trợ triển khai các sóng
mang LTE, mang các dịch vụ MBMS trong phổ tần đơn băng.
1.5.7.Kiến trúc và quá trình chuyển đổi :
Kiến trúc của LTE phải được sự đồng ý trong TSG. Kiến trúc E –
UTRAN phải được xây dựng trên cơ sở chuyển mạch gói mặc dù phải hỗ trợ
các dịch vụ thời gian thực và giảm thiểu số lượng các giao diện. LTE phải
đảm bảo chuyển đổi kinh tế từ kiến trúc và giao diện vô tuyến UTRAN của
R6. Thiết kế mạng LTE phải được thực hiện theo một kiến trúc LTE duy nhất
dựa trên gói (kiến trúc không dây toàn IP sẽ chiếm ưu thế trong mạng LTE).
Kiến trúc LTE phải giảm thiểu xảy ra “một điểm nhiều sự cố” và vì thế
phải có các biện pháp dự phỏng. Kiến trúc LTE phải hỗ trợ yêu cầu QoS đầu
cuối đầu cuối (End – to - End). Ngoài ra, các giao thức thông tin đường trục

phải được tối ưu hóa trong LTE. Các cơ chế QoS phải xét đến cho các kiểu
lưu lượng khác nhau để sử dụng hiệu quả băng thông.
LTE phải hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau, nhất là trong miền PS
(chẳng hạn VoIP, hiện diện). E – UTRAN (hay viết gọi E – RAN) phải được
thiết kế để giảm thiểu các thay đổi trễ (Jitter) cho thông tin gói TCP/IP.
Kiến trúc mô hình được các 3GPP WG (nhóm công tác của 3GPP) đề xuất
cho kiến trúc LTE được chỉ ra trên hình 1.12, hình 1.13 và hình 1.14.
Vũ Thị Hiền mã số 504102020
20
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com
Hình 1.12 – Kiến trúc mô hình B1 của E – UTRAN
cho trường hợp không chuyển mạng
Vũ Thị Hiền mã số 504102020
Giao diện
AAA
R1
R3
R2
G
i
w
i
w
i
G
i
+
x
G
Gn

Iu
Gb
E - RAN
UTRAN
SGSN
GERAN
Lõi gói
phát triển
PCFR
Internet
Các
Server
IP tùy
chọn
(IMS,
PSS,
v.v)
Truy nhập IP của WLAN 3GPP
HSS
+
i
w
w
i
Ra
G
i
+
x
G

+
x
R
+
x
R
G
i
Iu
GbG
i
+
x
G
Rh
+
x
G
SGSN
Internet GERAN
PCFR2
UTRAN
Internet
PCFR2
*
Các
Serve
r IP
tùy
chọn

(IMS,
DSS,
v.v…)
Inter – AS
MM
Lõi gói
phát triển
E - RAN
Truy nhập IP của WLAN 3GPP
HSS
21
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com
Hình 1.13 – Kiến trúc mô hình B2 của E – UTRAN trong đó
R
h
đảm bảo chức năng chuẩn bị chuyển giao để giảm thời gian ngắt
Trên mô hình 1.12 các ký hiệu được sử dụng như sau : R1, R2 và R3 là
tên các điểm tham khảo.
+
x
G
ký hiệu cho G
x
phát triển hay mở rộng PCRF
(Policy and Charging Rules Function – chức năng các quy tắc tính cước và
chính sách) thể hiện chức năng các quy tắc tính cước và các chính sách phát
triển. Các đường nối và các vòng tròn không liên tục thể hiện các phần tử và
các giao diện mới của kiến trúc LTE.
Trên mô hình kiến trúc 1.14 các ký hiệu được sử dụng như sau : R
h

thể
hiện chức năng chuẩn bị chuyển giao để giảm thời gian ngắt. Dự kiến giao
diện này sẽ tương đối tổng quát để đảm bảo các tổ hợp khác nhau của RAT.
+
x
G
thể hiện G
x
có thêm hỗ trợ di động giữa các hệ thống truy nhập (Inter
AS),
+
X
W
ký hiệu cho W
x
có thêm hỗ trợ di động các hệ thống. Inter AS MM
(Inter Access System Mobility Management) ký hiệu cho quản lý di động
giữa các hệ thống truy nhập. PCRF2 thể hiện hai lần chỉ để thể hiện cấu hình.
Các đường tròn và các đường nối không liên tục thể hiện các phần tử/giao
diện mới của kiến trúc theo TR.23.822 trong đó giao diện được đặc tả chi tiết.
Vũ Thị Hiền mã số 504102020
22
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com

Hình 1.14 – Kiến trúc mô hình LTE theo TR.13.822
Chương 2
CÁC CÔNG NGHỆ CƠ BẢN CỦA 3GPP LTE
2.1. TRUYỀN DẪN ĐA TRUY NHẬP CỦA LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN
3G LÊN 4G CỦA 3GPP LTE:
Vũ Thị Hiền mã số 504102020

SGi
+
x
R
+
x
R
Gb
Iu
G
i
SGi
S7
S7
S2
S2
S4
S3
S6
S1
Lõi gói phát
Internet
Lõi UTRAN
GERAN
E - RAN

IASA
Neo
3GPP
Neo

SAE
MM
E
PCFR2
Các
Serve
r IP
tùy
chọn
(IMS,
DSS,
v.v…)
PCFR2
*
Truy nhập IP của WLAN 3GPP
HSS
Internet
23
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com
2.1.1.Mở đầu:
Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM: Orthogonal
Frequency Division Multiplexing) là công nghệ truyền dẫn tiết kiệm băng tần
được dùng trong các hệ thống vô tuyến băng rộng và siêu rộng. OFDMA là
phương pháp đa truy nhập dựa trên nguyên lý OFDM được dùng trong các hệ
thống thông tin di động băng rộng thay cho CDMA.
Ứng dụng trong thông tin di động, OFDMA có ưu điểm rất lớn về khả
năng chống ảnh hưởng của truyền tín hiệu đa đường. Khả năng đề kháng đạt
được nhờ hệ thống OFDM phát thông tin trên N sóng mang con băng hẹp trực
giao với mỗi sóng mang con hoạt động trên tốc độ bit chỉ bằng 1/N tốc độ bit
thông tin cần truyền. Tuy nhiên với sóng mang OFDM có sự thăng giáng

đường bao (biến động đường bao) rất lớn dẫn đến tỷ số giữa công suất đỉnh và
công suất trung bình (PAPR: Peak to Average Power Ratio) rất lớn. Tín hiệu
với PAPR cao nhưng yêu cầu các bộ khuếch đại công suất có tính truyền cao
để tránh méo tín hiệu thì bộ khuếch đại phải làm việc ở chế độ công tác với độ
lùi (so với điểm bão hòa) cao, và dẫn đến hiệu suất sử dụng công suất của
khuếch đại thấp, nghĩa là chế độ không có lợi đối với máy thu cầm tay. Ngoài
ra với OFDMA trong các hệ thống thông tin di động là cần phải dịch các tần
số tham khảo đối với các đầu cuối phát đồng thời. Dịch tần phá hoại tính trực
giao của các kênh truyền dẫn, nghĩa là gây ra nhiễu đa truy nhập.
Để khắc phục các nhược điểm trên, 3GPP đã nghiên cứu sử dụng phương
pháp đa truy nhập đường lên theo công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần
số đơn sóng mang (SC-FDMA : Single Carrier Frequency Division Multiple
Access) và áp dụng cho LTE (Long Term Evolution), tuy nhiên việc giảm
mức PAPR không cao.
Truyền dẫn đa sóng mang băng rộng là một giải pháp phù hợp cho đường
lên, nghĩa là cho máy phát đầu cuối di động, tuy nhiên phải nghiên cứu xử lý
méo dạng tín hiệu cho phading chọn lọc tần số trong máy di động. Đây là một
Vũ Thị Hiền mã số 504102020
24
Truy nhập gói đường lên tốc độ cao www.kilobooks.com
công nghệ có nhiều tiềm năng cho thông tin đường lên tốc độ cao trong các hệ
thống thông tin di động tương lai.
2.1.2. Nghiên cứu hoạt động của OFDM:
Hình 2.1 – Ký hiệu điều biến và phổ của tín hiệu OFDM
Kiểu truyền dẫn OFDM là dạng truyền dẫn đa sóng mang, có hai đặc
điểm: sử dụng nhiều sóng mang băng hẹp (Ví dụ đối với WCDMA đa sóng
mang băng thông là 20MHz dùng cho 4 sóng mang mỗi băng tần con là
5MHz; khi OFDM cũng với băng tần 20MHz nhưng có thể sử dụng đến 2048
sóng mang con, nên băng tần coi là 15KHz); sóng mang con trực giao nhau và
khoảng cách giữa hai sóng mang con liền kề bằng đại lượng nghịch đảo của

thời gian ký hiệu điều biến sóng mang con, như chỉ ra trên hình 2.1. Vì thế
các sóng mang con của OFDM được đặt gần nhau hơn so với FDM.
Nếu tín hiệu N là tổng của sóng mang con của hệ thống truyền dẫn
OFDM và P là số sóng mang con mà một máy phát trong hệ thống có thể sử
dụng, thì sơ đồ khối của hệ thống OFDM được biểu diễn trên hình 2.2.
Vũ Thị Hiền mã số 504102020
25