THUẬT TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN TRONG LTE

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG 1

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
THUẬT TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN
VÔ TUYẾN TRONG LTE

Giáo viên hướng dẫn:

T.S NGUYỄN VIỆT HƯNG

Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN THANH TUẤN

Lớp:

D11VT4

Khóa:

2011 – 2015

Hệ:

ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
Hà Nội, tháng 12 năm 2015

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN

NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4

1


…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………

Điểm: ……(Bằng chữ: ………….)

Ngày ... tháng ... năm 2015
Người hướng dẫn
T.s Nguyễn Việt Hưng

NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4

2


NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………

Điểm: ……(Bằng chữ: ………….)

Ngày ... tháng ... năm 2015

Người phản biện

NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

LỜI NÓI ĐẦU

LỜI NÓI ĐẦU
Ngành công nghiệp viễn thông di động đang lao vào cuộc đua 4G với mục tiêu
cung cấp băng thông di động rộng hơn, tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn để đáp ứng
cho xu hướng bùng nổ các dịch vụ đa truyền thông, thỏa mãn nhu cầu người dùng
ngày càng cao trong xu thế thiết bị đầu cuối đang ngày càng rẻ. Băng thông rộng dành
cho di động hiện đang trở thành hiện thực bởi cơn sốt công nghệ mạng 4G hay còn gọi
là mạng LTE (Long Term Evolution). Đây là thế hệ thứ 4 được phát triển từ 3G hiện
tại không chỉ mang lại lợi ích cho người tiêu dùng mà còn cho các nhà cung cấp mạng
di động. Mạng LTE đang dần thay thế các công nghệ 2G và 3G trước đây để trở thành
mạng chủ lực trên thế giới. Với sử mở rộng công nghệ LTE này thì các công nghệ
trước đây như CDMA và GSM cũng sẽ cùng tồn tại trên thị trường cung cấp dịch vụ
mạng.
Việt Nam không nằm ngoài xu hướng phát triển chung của thế giới và thời điểm
triển khai 4G tại Việt Nam đã chín muồi. Dự kiến Bộ TTTT sẽ cấp phép triển khai 4G
trong năm 2016. Qualcomm, Samsung cùng cho rằng, năm 2015 là thời điểm vàng để
Việt Nam triển khai 4G. Các nhà cung cấp thiết bị đầu cuối tên tuổi trên thế giới đều
hào hứng với cuộc chơi mới mang tên 4G, trước triển vọng mạng băng thông rộng di
động thế hệ mới sẽ “kích hoạt” một lượng lớn smartphone trang bị chip 4G LTE đang
ngày càng trở nên phổ biến, do giá thành giảm dần. Một điều không thể phủ nhận là

với băng thông rộng, truyền thông tốc độ cao, 4G LTE sẽ tác động mạnh mẽ làm thay
đổi nhiều ngành truyền thống như truyền hình, giáo dục, y tế, bán lẻ và nhiều lĩnh vực
khác.
Để đảm bảo thực hiện các mục tiêu đề ra của LTE thì việc quản lý tài nguyên vô
tuyến (RRM) luôn là vấn đề thiết yếu. Chính vì vậy em chọn thực hiện nghiên cứu đề
tài “quản lí tài nguyên vô tuyến trong LTE” cho đồ án tốt nghiệp của mình.
Nội dung của đồ án gồm 3 chương:
o
o
o

Chương I: Giới thiệu tổng quan về công nghệ LTE
Chương II: Các kỹ thuật sử dụng trong LTE
Chương III: Các thuật toán quản lý tài nguyên

Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếu
sót. Em rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn để đồ án của mình được hoàn
thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thanh Tuấn

NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới ban lãnh đạo Học Viện Công Nghệ Bưu
Chính Viễn Thông cùng các thầy cô giáo trong khoa Viễn Thông đã quan tâm, tạo điều
kiện thuận lợi giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập. Những kiến thức mà thầy cô đã
truyền đạt, cũng như những bài học những lời khuyên dành cho em chắc chắn sẽ là những
hành trang vô cùng quý giá để em bước đi trên con đường đầy chông gai sắp tới.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giảng viên hướng dẫn đồ án tốt
nghiệp T.s Nguyễn Việt Hưng, thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá
trình làm đồ án tốt nghiệp. Nếu không có sự giúp đỡ, hỗ trợ của thầy đồ án này sẽ không
thể hoàn thành.
Em cũng xin cảm ơn bố mẹ, và các thành viên trong gia đình em, những người bạn,
người thân đã luôn động viên em, tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành tốt đề tài này.
Cuối cùng, tôi cũng muốn cảm ơn tất cả những người bạn tuyệt vời ở ngôi trường
Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông. Những người đã sát cánh cùng tôi trong
gần 4 năm đại học, chúng tôi đã cùng nhau chia sẽ những khoảnh khắc vui vẻ và tuyệt
vời, chính nó đã tạo lên quãng đời sinh viện đầy ý nghĩa và thú vị ở Học Viện.
Xin chân thành cám ơn!

NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4

5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

MỤC LỤC

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN...................................................................................................................5
MỤC LỤC......................................................................................................................... 6
DANH MỤC HÌNH VẼ....................................................................................................8
DANH MỤC BẢNG BIỂU...............................................................................................9
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE.................................................13
1.1.Giới thiệu..........................................................................................................13
1.1.1 Định nghĩa..............................................................................................................13
1.1.2 Mục tiêu của công nghệ LTE................................................................................13
1.1.3 Lợi ích từ mạng LTE.............................................................................................14
1.2 Yêu cầu của hệ thống LTE.......................................................................................14
1.2.1 Tính năng hệ thống.............................................................................................14
1.2.2 Hiệu suất hệ thống...............................................................................................15
1.2.3 Quản lý tài nguyên vô tuyến..................................................................................17
1.2.4 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai..............................................................17
Bảng 1.2: Yêu cầu về thời gian gián đoạn, LTE-GSM và LTE-WCDMA..................18
1.2.4 Kiến trúc và sự dịch chuyển...............................................................................20
1.3 Kiến trúc mô hình LTE....................................................................................20
1.4 Tổng kết chương...............................................................................................22
CÁC KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG LTE................................................................25
2.1 Kỹ thuật đa truy nhập......................................................................................25
2.1.1 Kỹ thuật phân chia theo tần số trực giao OFDM................................................25
2.1.2 Đường xuống OFDMA.......................................................................................35
2.1.3 Đường lên – SC-FDMA......................................................................................36
2.2 Kỹ thuật MIMO........................................................................................................38
2.2.1 Mã hóa Turbo.........................................................................................................39
2.2.2 Thích ứng đường truyền........................................................................................40
2.6. Lập biểu phụ thuộc kênh................................................................................41
2.7. HARQ với kết hợp mềm.................................................................................41
2.3 Lớp 2 (MAC, RLC, PDCP)..............................................................................41
NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

MỤC LỤC

2.3.1 Điều khiển liên kết vô tuyến (RLC)...................................................................41
2.3.2 MAC: điều khiển truy nhập môi trường.............................................................43
2.3.3 HARQ với kết hợp mềm........................................................................................48
2.4 Tổng kết chương....................................................................................................49
CHƯƠNG III:................................................................................................................. 51
CÁC THUẬT TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN.........................................................51
3.1 Các thuật toán lập biểu tài nguyên.................................................................51
3.1.1 Thuật toán phân bổ tài nguyên công bằng tỉ lệ...................................................51
3.1.2 Kế hoạch lập biểu tài nguyên dựa trên nhiễu tối đa...........................................52
3.1.3 Kế hoạch lập biểu quay vòng..............................................................................52
3.1.4 Thuật toán lập biểu tài nguyên và tái sử dụng tần số.........................................52
3.1.5 Thuật toán lập biểu tài nguyên dựa trên phân bổ động......................................53
3.1.6 Lập biểu đường lên................................................................................................53
3.2 Các thuật toán triển khai.................................................................................54
3.2.1 Xác suất nhiễu.....................................................................................................54
3.2.2 Quản lý công suất đường lên..............................................................................59
3.2.3 Thực hiện.............................................................................................................60
3.3 Phân tích hiệu suất...........................................................................................61
3.3.1 Quản lý nhiễu tĩnh tái sử dụng tần số hệ số 1 và tái sử dụng tần số hệ số 3......61
3.3.2 Phương án quản lý nhiễu động...........................................................................63
3.3.3 Cơ chế phân lập từng phần.................................................................................64
TỔNG KẾT..................................................................................................................... 67

NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC HÌNH VẼ
LỜI CẢM ƠN...................................................................................................................5
MỤC LỤC......................................................................................................................... 6
DANH MỤC HÌNH VẼ....................................................................................................8
DANH MỤC BẢNG BIỂU...............................................................................................9
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE.................................................13
1.1.Giới thiệu..........................................................................................................13
1.1.1 Định nghĩa..............................................................................................................13
1.1.2 Mục tiêu của công nghệ LTE................................................................................13
1.1.3 Lợi ích từ mạng LTE.............................................................................................14
1.2 Yêu cầu của hệ thống LTE.......................................................................................14
1.2.1 Tính năng hệ thống.............................................................................................14
1.2.2 Hiệu suất hệ thống...............................................................................................15
1.2.3 Quản lý tài nguyên vô tuyến..................................................................................17
1.2.4 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai..............................................................17
Bảng 1.2: Yêu cầu về thời gian gián đoạn, LTE-GSM và LTE-WCDMA..................18
1.2.4 Kiến trúc và sự dịch chuyển...............................................................................20
1.3 Kiến trúc mô hình LTE....................................................................................20
1.4 Tổng kết chương...............................................................................................22
CÁC KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG LTE................................................................25

2.1 Kỹ thuật đa truy nhập......................................................................................25
2.1.1 Kỹ thuật phân chia theo tần số trực giao OFDM................................................25
2.1.2 Đường xuống OFDMA.......................................................................................35
2.1.3 Đường lên – SC-FDMA......................................................................................36
2.2 Kỹ thuật MIMO........................................................................................................38
2.2.1 Mã hóa Turbo.........................................................................................................39
2.2.2 Thích ứng đường truyền........................................................................................40
2.6. Lập biểu phụ thuộc kênh................................................................................41
2.7. HARQ với kết hợp mềm.................................................................................41
2.3 Lớp 2 (MAC, RLC, PDCP)..............................................................................41
2.3.1 Điều khiển liên kết vô tuyến (RLC)...................................................................41
8
NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

DANH MỤC HÌNH VẼ

2.3.2 MAC: điều khiển truy nhập môi trường.............................................................43
2.3.3 HARQ với kết hợp mềm........................................................................................48
2.4 Tổng kết chương....................................................................................................49
CHƯƠNG III:................................................................................................................. 51
CÁC THUẬT TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN.........................................................51
3.1 Các thuật toán lập biểu tài nguyên.................................................................51
3.1.1 Thuật toán phân bổ tài nguyên công bằng tỉ lệ...................................................51
3.1.2 Kế hoạch lập biểu tài nguyên dựa trên nhiễu tối đa...........................................52
3.1.3 Kế hoạch lập biểu quay vòng..............................................................................52
3.1.4 Thuật toán lập biểu tài nguyên và tái sử dụng tần số.........................................52
3.1.5 Thuật toán lập biểu tài nguyên dựa trên phân bổ động......................................53

3.1.6 Lập biểu đường lên................................................................................................53
3.2 Các thuật toán triển khai.................................................................................54
3.2.1 Xác suất nhiễu.....................................................................................................54
3.2.2 Quản lý công suất đường lên..............................................................................59
3.2.3 Thực hiện.............................................................................................................60
3.3 Phân tích hiệu suất...........................................................................................61
3.3.1 Quản lý nhiễu tĩnh tái sử dụng tần số hệ số 1 và tái sử dụng tần số hệ số 3......61
3.3.2 Phương án quản lý nhiễu động...........................................................................63
3.3.3 Cơ chế phân lập từng phần.................................................................................64
TỔNG KẾT..................................................................................................................... 67

9
NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG BIỂU
LỜI CẢM ƠN...................................................................................................................5
MỤC LỤC......................................................................................................................... 6
DANH MỤC HÌNH VẼ....................................................................................................8
DANH MỤC BẢNG BIỂU...............................................................................................9
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE.................................................13
1.1.Giới thiệu..........................................................................................................13
1.1.1 Định nghĩa..............................................................................................................13
1.1.2 Mục tiêu của công nghệ LTE................................................................................13
1.1.3 Lợi ích từ mạng LTE.............................................................................................14
1.2 Yêu cầu của hệ thống LTE.......................................................................................14

1.2.1 Tính năng hệ thống.............................................................................................14
1.2.2 Hiệu suất hệ thống...............................................................................................15
1.2.3 Quản lý tài nguyên vô tuyến..................................................................................17
1.2.4 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai..............................................................17
Bảng 1.2: Yêu cầu về thời gian gián đoạn, LTE-GSM và LTE-WCDMA..................18
1.2.4 Kiến trúc và sự dịch chuyển...............................................................................20
1.3 Kiến trúc mô hình LTE....................................................................................20
1.4 Tổng kết chương...............................................................................................22
CÁC KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG LTE................................................................25
2.1 Kỹ thuật đa truy nhập......................................................................................25
2.1.1 Kỹ thuật phân chia theo tần số trực giao OFDM................................................25
2.1.2 Đường xuống OFDMA.......................................................................................35
2.1.3 Đường lên – SC-FDMA......................................................................................36
2.2 Kỹ thuật MIMO........................................................................................................38
2.2.1 Mã hóa Turbo.........................................................................................................39
2.2.2 Thích ứng đường truyền........................................................................................40
2.6. Lập biểu phụ thuộc kênh................................................................................41
2.7. HARQ với kết hợp mềm.................................................................................41
2.3 Lớp 2 (MAC, RLC, PDCP)..............................................................................41
NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

DANH MỤC HÌNH VẼ

2.3.1 Điều khiển liên kết vô tuyến (RLC)...................................................................41
2.3.2 MAC: điều khiển truy nhập môi trường.............................................................43

2.3.3 HARQ với kết hợp mềm........................................................................................48
2.4 Tổng kết chương....................................................................................................49
CHƯƠNG III:................................................................................................................. 51
CÁC THUẬT TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN.........................................................51
3.1 Các thuật toán lập biểu tài nguyên.................................................................51
3.1.1 Thuật toán phân bổ tài nguyên công bằng tỉ lệ...................................................51
3.1.2 Kế hoạch lập biểu tài nguyên dựa trên nhiễu tối đa...........................................52
3.1.3 Kế hoạch lập biểu quay vòng..............................................................................52
3.1.4 Thuật toán lập biểu tài nguyên và tái sử dụng tần số.........................................52
3.1.5 Thuật toán lập biểu tài nguyên dựa trên phân bổ động......................................53
3.1.6 Lập biểu đường lên................................................................................................53
3.2 Các thuật toán triển khai.................................................................................54
3.2.1 Xác suất nhiễu.....................................................................................................54
3.2.2 Quản lý công suất đường lên..............................................................................59
3.2.3 Thực hiện.............................................................................................................60
3.3 Phân tích hiệu suất...........................................................................................61
3.3.1 Quản lý nhiễu tĩnh tái sử dụng tần số hệ số 1 và tái sử dụng tần số hệ số 3......61
3.3.2 Phương án quản lý nhiễu động...........................................................................63
3.3.3 Cơ chế phân lập từng phần.................................................................................64
TỔNG KẾT..................................................................................................................... 67

NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4

10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

DANH MỤC BẢNG VẼ

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
3G
3GPP

A

B

ACK
AGW
AM
AMC
ARQ
AWGN
BCCH
BCH
BER
BLER
BM-SC
BPSK
BS
BSC
CDMA

C
D

CN
CP
DCCH

DCH
DFT
DFTSOFDM
DL
DPCCH
DPCH
DPDCH

Third Generation
3rd Generation Partnership
Projec
Acknowledgement
Access Gateway
Acknowledged Mode
Adaptive Modulation And
Coding
Automatic Repeat-request
Additive Gaussian Noise
Broadcast Control Channel
Broadcast Channel
Bit Error Rate
Block-Error Rate
Broadcast/Multicast Service
Center
Binary Phase ShiftKeying

Thế hệ thứ ba
Tổ chức chuẩn hóa mạng di
động thế hệ thứ 3
Báo nhận

Cổng truy nhập
Chế độ công nhận
Mã hóa và điều chế thích ứng

Downlink
Dedicated Physical Control
Channel
Dedicated Physical Channel
Dedicated Physical Data

Đường xuống
Kênh điều khiển vật lý riêng

Yêu cầu phát lại tự động
Tạp âm Gauss trắng cộng
Kênh điều khiển quảng bá
Kênh quảng bá
Tỉ số lỗi bít
Tỷ số lỗi khối
Trung tâm dịch vụ quảng
bá/đa phương
Khóa chuyển pha hai trạng
thái
Base Station
Trạm gốc
Base Tranceiver Station
Trạm thu phát gốc
Code Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo
Access
mã

Core Network
Mạng lõi
Cyclic Prefix
Tiền tố chu trình
Dedicated Control Channel
Kênh điều khiển riêng
Dedicated Channel
Kênh riêng
Discrete Fourier Transform
Biến đổi fourier rời rạc
DFT-Spread OFDM
OFDM trải phổ

NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4

Kênh vật lý riêng
Kênh số liệu vật lý riêng
10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

E

F

DSCH
E-DCH
eNodeB
FCC

Channel
Downlink Shared Channel
Enhanced Dedicated Channel
E-UTRAN NútB
Federal Communications

FDD

Commission
Frequency Division Duplex

FDM
FDMA

G

DANH MỤC BẢNG VẼ

Kênh chia sẻ đường xuống
Kênh dành riêng tăng cường
Nút B của E-UTRAN
Ủy ban thông tin liên bang

Ghép song công phân chia
theo tần số
Frequency
Division Ghép kênh phân chia theo tần
Multiplexing
số

Frequency Division
Đa truy nhập phân chia theo
tần số
Multiple Access

FFT

Fast Fourier Transform

GPRS

General
Packet
Radio Dịch vụ vô tuyến gói chung
Services
Global Sytem For Mobile
Hệ thống truyền thông di
động toàn cầu
Communications

GSM
HARQ
HSDPA

Hybrid ARQ
High Speed Downlink
Packet Access

Biến đổi fourier nhanh

ARQ hỗn hợp
Truy nhập gói đường xuống
tốc độ cao

H
HSPA
HSUPA

I
L
M

IFFT

High Speed Packet Access
High Speed Uplink Packet
Access
Inverse FFT

IMT-2000

International Mobile

LTE
MAC

Telecommunications 2000
Long Term Evolution
Medium Access Control

MBS
MIMO

Truy nhập gói tốc độ cao
Truy nhập gói đường lên tốc
độ cao
Biến đổi Fourier nhanh
ngược
Thông tin di động quốc tế
2000

Phát triển dài hạn
Điều khiển truy nhập môi
trường
Multicast Broadcast Service
Dịch vụ đa phương quảng
bá
Multiple
Input
Multiple Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

DANH MỤC BẢNG VẼ

Output
OFDM

Orthogonal Frequency
Division Multiplexing

O

OFDMA

Orthogonal Frequency
Division Multiple Access

PAPR
PCCH
PCH
PDCCH
P
PDCP
PDSCH

S

PDU
SC-FDMA
TD-CDMA
TDD

T
TDMA

U

TTI
UE
UTRAN

Ghép kênh phân chia theo
tần số trực
giao
Đa truy nhập phân chia theo
tần số

trực giao
Peak to Average Power Ratio Tỉ số công suất đỉnh trên
trung bình
Paging Control Channel
Kênh điều khiển tìm gọi
Paging Channel
Kênh tìm gọi
Physical Downlink Control Kênh điều khiển vật lý
Channel
đường xuống
Packet Data Convergence
Packet Data Convergence
Protocol
Physical Downlink Shared
Channel
Protocol Data Unit
Single Carrier FDMA

Time Dvision-Code Division
Multiple Access
Time Division Duplex

Giao thức hội tụ số liệu gói

Kênh chia sẻ vật lý đường
xuống
Khối số liệu gói
FDMA đơn sóng mang
Đa truy nhập phân chia theo
mã-phân chia theo thời gian
Ghép song công phân chia
theo thời gian
Time
Division Đa truy nhập phân chia theo
MultipleAccess
thời gian
Transmission Time Interval
Khoảng thời gian phát
User Equipment
Thiết bị người dùng
UMTS Terrestrial Radio Mạng truy nhập vô tuyến
Access Network
mặt đất toàn cầu
CHƯƠNG I:

NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4

12

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

DANH MỤC BẢNG VẼ

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE
1.1.Giới thiệu
1.1.1 Định nghĩa
Băng thông rộng dành cho di động hiện đang trở thành hiện thực bởi cơn sốt công
nghệ mạng 4G hay còn gọi là mạng LTE (Long Term Evolution). Đây là thế hệ thứ 4
được phát triển từ 3G hiện tại không chỉ mang lại lợi ích cho người tiêu dùng mà còn cho
các nhà cung cấp mạng di động.
Mạng LTE đang dần thay thế các công nghệ 2G và 3G trước đây để trở thành mạng
chủ lực trên thế giới. Mở rộng công nghệ LTE vẫn cho phép các công nghệ trước đây như
CDMA và GSM cũng sẽ cùng tồn tại trên thị trường cung cấp dịch vụ mạng. Đặc biệt là
trong xã hội ngày nay nhu vầu về trao đổi thông tin , truyền dữ liệu, các dịch vụ trên các
thiết bị di động càng cao. Các hệ thống thông tin di động 2G, 2,5G và đặc biệt là 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 nhưng mong đợi của nhưng khách hàng có
nhu cầu sử dụng truyền dữ liệu tốc độ cao. Hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ
LTE được phát triển sẽ giải quyết được những khó khăn trên.
Tháng 11/2004 3GPP đã bắt đầu dự án nhằm xác định bước phát triển về lâu dài cho
công nghệ di động LTE, đặt ra yêu cầu cao bao gồm giảm chi phí cho mỗi bit thông tin,
cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có và băng tần mới, đơn
giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết
bị đầu cuối. Các sản phẩm LTE đã bắt đầu được các hãng tung ra thị trường.
1.1.2 Mục tiêu của công nghệ LTE
- Tăng tốc độ truyền dữ liệu: trong điều kiện lý tưởng hệ thống hỗ trợ tốc độ dữ liệu
đường xuống đỉnh lên tới 326Mbps.

- Dải tần co giãn được: có khả năng mở rộng từ 1,4MHz; 3MHz; 5 MHz; 10 MHz;
15MHz và 20 MHz cả chiều lên và xuống. Điều này dẫn đến sự linh hoạt sử dụng được
hiệu quả băng thông. Mức công suất cao hơn.
- Đảm bảo hiệu suất khi di chuyển: chức năng hỗ trợ từ 120 đến 350km/h hoặc thậm
chí là 500km/h tùy thuộc vào băng tần.
- Giảm độ trễ trên mặt phẳng người sử dụng: giảm thời gian để một thiết bị chuyển
từ trạng thái nghỉ sang nối kết với mạng và bắt đầu truyền thông tin trên một kênh truyền.
Thời gian này phải nhỏ hơn 100ms.
- Sẽ không còn chuyển mạch kênh: tất cả sẽ dựa trên IP. Chúng cho phép cung cấp
các dịch vụ linh hoạt hơn và đơn giản với các mạng di động.
- Độ phủ sóng từ 5-100km: trong vòng bán kính 5-100km LTE cung cấp tối ưu về
NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4

13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

DANH MỤC BẢNG VẼ

lưu lượng người dùng.
- Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời. Tuy nhiên mạng LTE
vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2G hiện tại. Điều này hết sức quan
trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai LTE vì không cần thay đổi toàn bộ cơ sở hạ tầng
mạng đã có.
- Giảm chi phí: là độ phức tạp thấp, các thiết bị đầu cuối tiêu thụ ít năng lượng.
- Cùng tồn tại với các chuẩn và hệ thống trước: LTE phải cùng tồn tại và có thể phối
hợp hoạt động với các hệ thống 3GPP khác. Người sử dụng LTE sẽ có thể thực hiện các
cuộc gọi từ thiết bị đầu cuối của mình và thậm chí khi họ không nằm trong vùng phủ sóng
của LTE.

1.1.3 Lợi ích từ mạng LTE
Lợi ích lớn nhất từ mạng LTE là khả năng truyền tải dữ liệu tốc độ cao về lý tuyết
có thể tải dữ liệu lớn hơn 100 Mbps và gởi dữ liệu với tốc độ cao hơn 50 Mbps tuỳ thuộc
vào băng thông truyền tải dữ liệu mỗi kênh, cấu trúc MIMO và chất lượng mạng. Hầu hết
mạng LTE sử dụng dữ liệu ở mức 5Mbps đến 25 Mbps nhưng trong tương lai với những
cải tiến mới thì tốc độ sẽ được nâng cao hơn phục vụ cho các dịch vụ Internet.
Các thiết bị như máy tính xách tay, smartphone, tablet và thậm chí là thiết bị điện tử
hay camera đều sử dụng mạng LTE để truy cập mà không còn sợ những vấn đề như các
công nghệ trước đang gặp.
Các dịch vụ VoIP sử dụng mạng LTE sẽ dần thay thế các dịch vụ gọi và nhắn tin
thông thường mang lại lợi ích trong việc tiết kiệm chi phí xây dựng và bảo trì hệ thống,
bên cạnh đó là những khả năng như “plug and play”, tự cấu hình và tối ưu sẽ là một lợi
thế mới đối với công nghệ LTE.
1.2 Yêu cầu của hệ thống LTE
1.2.1 Tính năng hệ thống
Hệ thống LTE có tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20MHz, tải xuống là 100
Mbps; tải lên là 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 đén 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( thaaajmchis 500km/h tùy băng tần)
- Băng tần sử dụng: LTE có thể triển khai ở nhiều băng tần khác nhau như ở tần số
700MHz, 900MHz, 1800MHz, 1900MHz, 2300Mhz..
NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4

14

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

DANH MỤC BẢNG VẼ

Độ dài băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với các băng 1.4Hz, 3MHz, 5MHz,
10MHz, 15MHz và 20MHz 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 thữ LTE còn làm giảm trễ gói.
- Tăng cường giao diện không gian cho phép tăng tốc số liệu. LTE được xác định
trên mạng truy nhập vô tuyến tuyến hoàn toàn mới dựa trên công nghệ OFDM cho đường
xuống và SC- FDMA cho đường lên.
- Hiệu quả sử dụng phổ tần của 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 sung
như kỹ thuật MIMO kết quả là thông lượng trung bình tăng lên năm 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 từ hệ thống mạng lõi đang
tồn tại kết hợp song song trước đó là chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói sang mạng
lõi chỉ sử dụng chuyển mạch gói.
LTE phải có thời gian chuyển đổi trạng thái nhỏ hơn 100ms vào trạng thái tích cực.
Nó cũng cần đảm bảo thời gian chuyển đổi nhỏ hơn 50ms từ trạng thái ngủ vào trạng thái
tích cực. Cần đảm bảo trễ trong mặt phẳng U nhỏ hơn 10ms. Trễ mặt phẳng U được định
nghĩa là trễ một chiều giữa một gói lóp IP trong UE (hoặc nút biên của UTRAN) đến lớp
IP trong nút biên của UTRAN (hoặc UE). Nút biên của UTRAN là nút giao diện UTRAN
với mạng lõi. Cần phải đảm bảo trễ mặt phẳng U của LTE nhỏ hơn với 5ms trong điều
kiện không tải (nghĩa là một người sử dụng với một luồng số liệu) đối với gói nhỏ (chẳng
hạn tải tin bằng không cộng với tiêu đề). Rõ ràng rằng các chế độ ấn định băng thông của
LTE có thể ảnh hưởng đáng kể lên trễ.
Xét về mặt yêu cầu đối với độ trễ mặt phẳng điều khiển, LTE có thể hỗ trợ ít nhất
200 thiết bị đầu cuối di động ở trạng thái tích cực khi hoạt động ở khoảng tần 5MHz.

Trong mỗi phân bố rộng hơn 5MHz thì ít nhất có 400 thiết bị đầu cuối được hỗ trợ. Số
lượng thiết bị đầu cuối không tích cực trong ô không nói rõ là bao nhiêu nhưng có thể là
cao hơn một cách đáng kể.
1.2.2 Hiệu suất hệ thống
Các mục tiêu thiết kế công năng hệ thống LTE sẽ xác định lưu lượng người dùng,
hiệu suất phổ, độ linh động, vùng phủ sóng, và MBMS nâng cao.
Nhìn chung, các yêu cầu đặc tính LTE có liên quan đến hệ thống chuẩn sử dụng
phiên bản 6 HSPA. Đối với trạm gốc, giả định có một anten phát và hai anten thu, trong
khi đó thì thiết bị đầu cuối có tối đa là một anten phát và hai anten thu. Tuy nhiên, một
điều quan trọng cần lưu ý là những đặc tính nâng cao như là một phần của việc cải tiến
HSPA thì không được bao gồm trong tham chiếu chuẩn. Vì thế, mặc dù thiết bị đầu cuối
trong hệ thống chuẩn được giả định là có hai anten thu thì một bộ thu RAKE đơn giản vẫn
NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4

15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

DANH MỤC BẢNG VẼ

được áp dụng. Tương tự, ghép kênh không gian cũng không được áp dụng trong hệ thống
chuẩn.
Yêu cầu lưu lượng người dùng được định rõ theo hai điểm: tại sự phân bố người
dùng trung bình và tại sự phân bố người dùng phân vị thứ 5 (khi mà 95% người dùng có
được chất lượng tốt hơn). Mục tiêu hiệu suất phổ cũng được chỉ rõ, và trong thuộc tính
này thì hiệu suất phổ được định nghĩa là lưu lượng hệ thống theo ô tính theo bit/s/MHz/ô.
Những mục tiêu thiết kế này được tổng hợp trong Bảng 1.1.
Bảng 1.1: Các yêu cầu về hiệu suất phổ và lưu lượng người dùng
Phương pháp đo hiệu suất

Mục tiêu đường xuống Mục tiêu đường lên so
so với cơ bản
với cơ bản

Lưu lượng người dùng trung bình
(trên 1MHz)

3 – 4 lần

2 – 3 lần

Lưu lượng người dùng tại biên ô
(trên 1MHz, phân vị thứ 5)

2 – 3 lần

2 – 3 lần

Hiệu suất phổ (bit/s/Hz/ô)

3 – 4 lần

2 – 3 lần

Yêu cầu về độ linh động chủ yếu tập trung vào tốc độ di chuyển của các thiết bị đầu
cuối di động. Tại tốc độ thấp, 0-15 km/h thì hiệu suất đạt được là tối đa, và cho phép giảm
đi một ít đối với tốc độ cao hơn. Tại vận tốc lên đến 120 km/h, LTE vẫn cung cấp hiệu
suất cao và đối với vận tốc trên 120 km/h thì hệ thống phải duy trì được kết nối trên toàn
mạng ô. Tốc độ tối đa có thể quản lý đối với một hệ thống LTE có thể được thiết lập đến

350 km/h (hoặc thậm chí đến 500 km/h tùy thuộc vào băng tần). Một yếu tố quan trong
đặc biệt là dịch vụ thoại được cung cấp bởi LTE sẽ ngang bằng với chất lượng mà
WCDMA/HSPA hỗ trợ.
Yêu cầu về vùng phủ sóng chủ yếu tập trung vào phạm vi ô (bán kính), nghĩa là
khoảng cách tối đa từ tâm ô đến thiết bị đầu cuối di động trong ô. Đối với phạm vi ô lên
đến 5 km thì những yêu cầu về lưu lượng người dùng, hiệu suất phổ và độ linh động vẫn
được đảm bảo trong giới hạn không bị ảnh hưởng bởi nhiễu. Đối với những ô có bán kính
lên đến 30 km thì có một sự giảm nhẹ cho phép về lưu lượng người dùng và hiệu suất phổ
thì lại giảm một cách đáng kể hơn nhưng vẫn có thể chấp nhận được. Tuy nhiên, yêu cầu
về độ di động vẫn được đáp ứng. Khi mà phạm vi ô lên đến 100 km thì không thấy có đặc
tính kỹ thuật về yêu cầu hiệu suất nào được nói rõ trong trường hợp này.
Những yêu cầu MBMS nâng cao xác định cả hai chế độ: quảng bá và đơn hướng.
Nhìn chung, LTE sẽ cung cấp những dịch vụ tốt hơn so với những gì có thể trong phiên
bản 6. Yêu cầu đối với trường hợp quảng bá là hiệu suất phổ 1 bit/s/Hz, tương ứng với
khoảng 16 kênh TV di động bằng cách sử dụng khoảng 300 kbit/s trong mỗi phân bố phổ
NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4

16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

DANH MỤC BẢNG VẼ

tần 5MHz. Hơn nữa, nó có thể cung cấp dịch vụ MBMS với chỉ một dịch vụ trên một
sóng mang, cũng như là kết hợp với các dịch vụ non-MBMS khác. Và như vậy thì đương
nhiên đặc tính kỹ thuật của LTE có khả năng cung cấp đồng thời cả dịch vụ thoại và dịch
vụ MBMS.
1.2.3 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 vu đầu cuối tới đầu yêu cầu cải thiện sự giữa thích ứng dịch vụ,
ưng dụng và các điaàu 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 trọ truyền dẫn hiệu suất cao và hoạt động của các giao thức ở
lớp cao hơn qua giao tiếp vô tuyến, chẳng hạn như quá trình nén tiêu đề IP( IP header).
Việc hỗ trợ chia sẻ tài nguyên và quản lý chính sách thông qua các công nghệ truy
cập vô tuyến khác nhau đòi hỏi phải xem xét đén việc lựa chọn lại các cơ cấu để định
hướng các thiết bị đầu cuối di động như là hỗ trọ QoS end to end trong quá trình chuyển
giao giữa các công nghệ truy cập vô tuyến.
1.2.4 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai
Các yêu cầu liên quan đến việc triển khai bao gồm các kịch bản triển khai, độ linh
hoạt phổ, trải phổ, sự cùng tồn tại và làm việc với nhau giữa LTE với các công nghệ truy
cập vô tuyến khác của 3GPP như GSM và WCDMA/HSPA. Những yêu cầu về kịch bản
triển khai bao gồm: trường hợp mà hệ thống LTE được triển khai như là một hệ thống độc
lập và trường hợp mà LTE được triển khai đồng thời với WCDMA/HSPA hoặc GSM. Do
đó mà yêu cầu này sẽ không làm giới hạn các tiêu chuẩn thiết kế.
Vấn đề cùng tồn tại và có thể hoạt động phối hợp với các hệ thống 3GPP khác và
những yêu cầu tương ứng đã thiết lập ra những điều kiện về tính linh động giữa LTE và
GSM, và giữa LTE và WCDMA/HSPA cho thiết bị đầu cuối di động hỗ trợ những công
nghệ này. Bảng 1.2 liệt kê những yêu cầu về sự gián đoạn, đó là, thời gian gián đoạn dài
nhất trong liên kết vô tuyến khi phải di chuyển giữa các công nghệ truy cập vô tuyến khác
nhau, bao gồm cả dịch vụ thời gian thực và phi thời gian thực. Có một điều đáng chú ý là
những yêu cầu này không được chặt chẽ cho lắm đối với vấn đề gián đoạn trong chuyển
giao và hy vọng khi mà triển khai thực tế thì sẽ đạt được những giá trị tốt hơn đáng kể.

NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4

17

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

DANH MỤC BẢNG VẼ

Bảng 1.2: Yêu cầu về thời gian gián đoạn, LTE-GSM và LTE-WCDMA

Yêu cầu về việc cùng tồn tại và có thể làm việc với nhau cũng xác định việc chuyển
đổi lưu lượng đa phương từ phương pháp quảng bá trong LTE thành phương pháp đơn
hướng trong cả GSM hoặc WCDMA, mặc dù không có số lượng cho trước.
Độ linh hoạt phổ và việc triển khai
Nền tảng cho những yêu cầu về độ linh hoạt phổ là những điều kiện để LTE có thể
được triển khai trên những băng tần IMT-2000 hiện hành, nghĩa là khả năng cùng tồn tại
với các hệ thống đã được triển khai trên những băng tần này, bao gồm WCDMA/HSPA
và GSM. Một phần liên quan đến những yêu cầu LTE về mặt độ linh hoạt phổ là khả năng
triển khai việc truy nhập vô tuyến dựa trên LTE cho dù phân bố phổ là theo cặp hay đơn
lẻ, như vậy LTE có thể hỗ trợ cả song công phân chia theo tần số (FDD) và song công
phân chia theo thời gian (TDD).
Sơ đồ song công hay việc quy hoạch song công là một thuộc tính của công nghệ truy
cập vô tuyến. Tuy vậy, một phân bố phổ cho trước thì cũng được liên kết với một quy
hoạch song công cụ thể. Hệ thống FDD được triển khai theo một cặp phân bố phổ, với
một dải tần cho truyền dẫn đường xuống và một dải tần khác dành cho đường lên. Còn hệ
thống TDD thì được triển khai trong các phân bố phổ đơn lẻ.

Hình 1.1: Phân bố phổ băng tần lõi tại 2 GHz của nguyên bản IMT-2000
Lấy một ví dụ là phổ của IMT-2000 tại tần số 2 GHz, gọi là băng tần lõi IMT-2000.
Như trình bày trong Hình 1.1, nó bao gồm cặp băng tần 1920-1980 MHz và 2110-2170
MHz dành cho truy cập vô tuyến dựa trên FDD, và hai băng tần là 1910-1920 MHz và
NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4

18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

DANH MỤC BẢNG VẼ

2010-2025 MHz dành cho truy cập vô tuyến dựa trên TDD. Chú ý là có thể vì những qui
định của địa phương và vùng mà việc sử dụng phổ của IMT-2000 có thể khác so với
những gì được trình bày ở đây.
Cặp phân bố cho FDD trong hình 1.2 là 2 x 60 MHz, nhưng phổ khả dụng cho một
nhà khai thác mạng đơn lẻ có thể chỉ là 2 x 20 MHz hoặc thậm chí là 2 x 10 MHz. Trong
những băng tần khác phổ khả dụng có thể còn ít hơn nữa. Ngoài ra, sự dịch chuyển của
phổ đang được sử dụng cho những công nghệ truy cập vô tuyến khác cần phải diễn ra một
cách từ từ để chắc chắn rằng lượng phổ còn lại phải đủ để hỗ trợ cho những người dùng
hiện tại. Vì vậy, lượng phổ ban đầu được dịch chuyển tới LTE có thể tương đối nhỏ,
nhưng sau đó có thể tăng lên từ từ, được thể hiện trong hình 1.2. Sự khác nhau của những
diễn tiến phổ có thể xảy ra sẽ dẫn đến một yêu cầu về độ linh hoạt phổ cho LTE dưới
dạng băng thông truyền dẫn được hỗ trợ.
Yêu cầu về độ linh hoạt phổ đòi hỏi LTE phải có khả năng mở rộng trong miền tần
số và có thể hoạt động trong nhiều băng tần khác nhau. Yêu cầu về độ linh hoạt được liệt
kê thành danh sách các dải phổ của LTE (1,25; 1,6; 2,5; 5; 10; 15 và 20 MHz). Ngoài ra,
LTE còn có khả năng hoạt động theo cặp phổ cũng như là đơn lẻ. LTE cũng có thể triển
khai trong nhiều băng tần khác nhau. Những băng tần được hỗ trợ được chỉ rõ dựa vào
“độc lập phiên bản”, nghĩa là phiên bản đầu tiên của LTE không phải hỗ trợ tất cả các
băng tần ngay từ đầu.
Hơn nữa, LTE sẽ cùng tồn tại và lắp đặt chung với GSM và WCDMA trên những
tần số lân cận, cũng như là sự cùng tồn tại giữa những nhà khai thác và hệ thống mạng lân
cận trên những quốc gia khác nhau nhưng sử dụng phổ chồng nhau. Ở đây cũng có một
điều kiện là không có hệ thống nào khác được yêu cầu hợp lệ khi một thiết bị đầu cuối

truy cập vào LTE, nghĩa là LTE cần phải có tất cả tín hiệu điều khiều cần thiết được yêu
cầu cho việc kích hoạt truy nhập.

Hình 1.2: Một ví dụ về cách thức LTE thâm nhập từng bước vào phân bố phổ của
một hệ thống GSM đã được triển khai
NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4

19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

DANH MỤC BẢNG VẼ

Triển khai phổ tần
Yêu cầu LTE làm việc với các kịch bản triển khai phổ tần sau:
- Đồng tồn tại trên cùng vùng địa lý hoặc cùng đài trạm với GERAN/UTRAN trên
các kênh lân cận.
- Đồng tồn tại trên các kênh lân cận hoặc chồng lấn tại biên giới các nước.
- LTE phải có khả năng hoạt động đọc lập (không cần sóng mang con khác).
- Tất cả các băng tần đều được cho phép tuân theo phát hành về các nguyên tắc băng
tần độc lập.
Cần lưu ý rằng trong trường hợp các yêu cầu điều phối biên giới, các vấn đề khác
như các giải pháp lập biểu cần được xem xét cùng với các hoạt động khác của lớp vật lý.
1.2.4 Kiến trúc và sự dịch chuyển
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, tuy vậy lưu lượng lớp thoại và thời gian
thực vẫn được hỗ trợ.

- Kiến trúc LTE RAN có thể tối thiểu hóa sự hiện diện của “những hư hỏng cục bộ”
mà không cần tăng chi phí cho đường truyền.
- Kiến trúc LTE RAN có thể đơn giản hóa và tối thiểu hóa số lượng giao tiếp đã
được giới thiệu.
- Tương tác lớp mạng vô tuyến và lớp mạng truyền tải 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 từ đầu cuối đến đầu cuối. TNL có thể cung
cấp QoS thích hợp khi được yêu cầu bởi RNL.
- Các cơ cấu QoS có thể tính toán đến các dạng lưu lượng đang tồn tại khác nhau để
mang lại hiệu suất sử dụng băng thông cao: lưu lượng mặt phẳng điều khiển, lưu lượng
mặt phẳng người dùng, lưu lượng O&M, v.v…
- LTE RAN có thể được thiết kế để làm giảm thiểu các thay đổi trễ cho thông tin gói
TCP/IP.

1.3 Kiến trúc mô hình LTE
Hai kiến trúc mô hình được các 3GPP WG (nhóm công tác của 3GPP) đề xuất cho
kiến trúc LTE được cho trên các hình 1.3 và hình 1.4.

NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4

20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

DANH MỤC BẢNG VẼ

Hình 1.3: Kiến trúc mô hình B1 của E-UTRAN cho trường hợp không chuyển mạng
Trên mô hình kiến trúc hình 1.3 các ký hiệu được sử dụng như sau. R1, R2 và R3 là
tên các điểm tham khảo. Gx+ ký hiệu cho Gx mở rộng. PCRF1 thể hiện chức năng các quy

tắc tính cước và 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.

Hình 1.4: Kiến trúc mô hình B2 của E-UTRAN trong đó Rh đảm bảo chức năng
chuẩn bị chuyển giao để giảm thời gian ngắt
Trên mô hình kiến trúc hình 1.4 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
NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4

21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

DANH MỤC BẢNG VẼ

tổng quát để đảm bảo các tổ hợp khác nhau của RAT. G x+ thể hiện Gx có thêm hỗ trợ di
động giữa các hệ thống truy nhập. W x+ ký hiệu cho Wx có thêm hỗ trợ di động giữa các hệ
thống. Inter-AS MM ký hiệu cho quản lý di động giữa các hệ thống truy nhập. PCRF2 thể
hiện chức năng quy tắc tính cước và chính sách. Các đường nối và các vòng tròn không
liên tục thể hiện các phần tử và các giao diện mới của kiến trúc LTE.

1.4 Tổng kết chương
Chương này đã trình bày các nội dung tổng quan về LTE. Mục tiêu chính của công
nghệ LTE đều nhằm cải thiện hiệu năng và giảm giá thành so với các công nghệ trước nó:
- Tăng tốc độ số liệu đỉnh
- Tăng tốc độ bít tại biên ô
- Cải thiện hiệu năng sử dụng phổ tần
- Giảm trễ vòng
- Sử dụng băng thông linh hoạt

- Giảm chi phí đầu tư mạng
- Giảm mức độ phức tạp, giá thành cũng như công suất tiêu thụ của thiết bị đầu cuối
- Tương thích với các công nghệ vô tuyến khác
- Tối ưu hóa cho tốc độ đi động thấp đồng thời hỗ trợ tốc độ di động cao

NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4

22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHƯƠNG I – TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE

CHƯƠNG II:
CÁC KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG LTE
2.1 Kỹ thuật đa truy nhập
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là ghép kênh phân chia theo
tần số trực giao. OFDM là kỹ thuật chia dòng dữ liệu ban đầu tốc độ cao thành nhiều
dòng dữ liệu tốc độ thấp hơn. Mỗi dòng dữ liệu này sẽ được truyền trên một sóng mang
con. Các sóng mang con được điều chế trực giao với nhau. Sau đó sóng mang con được
tổng hợp với nhau và được chuyển lên tần số cao để truyền đi.
Tại đầu thu, dữ liệu sẽ được đưa về băng tần cơ sở bởi bộ trộn. Sau đó được tách
thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp, loại bỏ sóng mang con, chuyển về các luồng tín hiệu
gốc, tổng hợp thành luồng dữ liệu ban đầu.
Kỹ thuật OFDM truyền thông tin trên các sóng mang con được điều chế trực giao
với nhau nên có rất nhiều ưu điểm trong thông tin di động nhưng cũng có vài khuyết điểm
cần khắc phục.
2.1.1 Kỹ thuật phân chia theo tần số trực giao OFDM

Hình 2.1: Theo thứ tự là: Truyền đơn sóng mang, Nguyên lý của FDMA, Nguyên lý
đa sóng mang
NGUYỄN THANH TUẤN - D11VT4

25