Nghiên cứu hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 theo công nghệ LTE và LTE advance

Đồ án tốt nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------------------

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

---------------------------------

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Khoá: 52 Khoa: Điện tử - Viễn thông

Ngành: Điện tử -Viễn thông

1. Đầu đề đồ án:
………………………………………………..………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………..………...

2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
……………………………………..……………………………………………..……..……………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………….
…..………………………..…………………………………………………………………………………….

3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
………………………………………………………………………………………………………………..….
………………………………………………………………………………………………………………………………
……..….
………………………………………………………………………………………………………………………………
………..….……………………………………………………………………………………………

4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
………………………………………………………………………………………………………………………..….
…………………………………………………………………………………………………………………………..
……….………………………………………………………………………………………………………….

5. Họ tên giảng viên hướng dẫn:……………………………………………………..……………………
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ………………………………………………….……………
7. Ngày hoàn thành đồ án: ………………………………………………………………………..………

Chủ nhiệm Bộ môn

Ngày
tháng
năm
Giảng viên hướng dẫn

1


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày

tháng

Cán bộ phản biện

2

năm

Đồ án tốt nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------------------

BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: ....................................................................... Số hiệu sinh viên: ...........................
Ngành: .................................................................................................. Khoá: ....................................................
Giảng viên hướng dẫn:..............................................................................................................................................
Cán bộ phản biện: .......................................................................................................................................
1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
......................................................................................................................

2. Nhận xét của cán bộ phản biện:
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................

3


Đồ án tốt nghiệp
...................................................................................................................................................................................................
..........................................................................

Ngày

tháng

năm

Cán bộ phản biện
( Ký, ghi rõ họ và tên )

4


Đồ án tốt nghiệp

PHẦN A: GIỚI THIỆU

5


Đồ án tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, người thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn
chân thành đến tất cả các thầy cô trong Viện
Điện tử-Viễn thông đã luôn nhiệt tình hướng dẫn, truyền đạt
kiến thức trong suốt thời gian học tập tại trường, là nền tảng
giúp người thực hiện có thể thực hiện đề tài tốt nghiệp này.
Người thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến
Thầy Vũ Đức Thọ, người đã hết lòng hướng dẫn,
chỉ bảo trong suốt thời gian làm đồ án, giúp người thực hiện
có những hướng đi đúng đắn để có thể hoàn thành đề tài.
Xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến những người bạn đã luôn
hết lòng giúp đỡ người thực hiện trong thời gian qua.
Một lần nữa xin chân thành cảm ơn!
Người thực hiện đề tài

6


Đồ án tốt nghiệp
LỜI NÓI ĐẦU

Tiếp theo mạng thông tin di động (TTDĐ) thế hệ thứ 3(3G), Liên minh Viễn thông
quốc tế (ITU) đang hướng tới một chuẩn cho mạng di động tế bào mới thế hệ thứ 4
(4G). 4G có những tính năng vượt trội như: cho phép thoại dựa trên nền IP, truyền
số liệu và đa phương tiện với tốc độ cao hơn rất nhiều so với các mạng di động hiện
nay. Theo tính toán, tốc độ truyền dữ liệu có thể lên đến 100 Mb/s, thậm chí lên đến
1 Gb/s trong các điều kiện tĩnh.
Nhu cầu của khách hàng luôn tác động lớn đến sự ra đời, tồn tại và phát triển của

một công nghệ mới. Có thể nói, hiện nay có hai yếu tố từ nhu cầu của người dùng
tác động đến sự phát triển của công nghệ 4G. Thứ nhất, đó là sự gia tăng về nhu cầu
của các ứng dụng của mạng không dây và nhu cầu băng thông cao khi truy nhập
internet. Thứ hai, người dùng luôn muốn công nghệ không dây mới ra đời vẫn sẽ
cung cấp các dịch vụ và tiện ích theo cách tương tự như mạng hữu tuyến, mạng
không dây hiện có mà họ đang dùng với những thói quen của họ. Và hiển nhiên,
nhu cầu về chất lượng dịch vụ cung cấp được tốt hơn, tốc độ cao hơn, tốc độ truy
nhập Web, tải xuống các tài nguyên mạng nhanh hơn…là đích hướng tới của công
nghệ di động 4G.
Ở Việt Nam, hiện nay 3G đang phát triển rầm rộ và để tiến lên 4G không còn xa
nữa. Theo tin từ Tập đoàn Bưu chính viễn thông Việt Nam (VNPT), đơn vị này vừa
hoàn thành việc lắp đặt trạm BTS sử dụng cho dịch vụ vô tuyến băng rộng công
nghệ LTE, công nghệ tiền 4G đầu tiên tại Việt Nam và Đông Nam Á.
Để hòa nhập với xu thế chung, người thực hiện đã chọn đề tài “ Nghiên cứu hệ
thống thông tin di động thế hệ thứ 4 theo công nghệ LTE và LTE-Advance” để có
cơ hội nghiên cứu, tìm hiểu kĩ hơn về công nghệ mới này.

7


Đồ án tốt nghiệp
Nội dung của đồ án này gồm có 3 phần:
Phần A: Giới thiệu
Phần B: Nội dung





Chương 1: Tổng quan các hệ thống thông tin di động

Chương 2: Hệ thống 4G LTE
Chương 3: Tổng quan mạng di động 4G LTE Advance
Chương 4: Mô phỏng và đánh giá chất lượng hệ thống MCCDMA

Phần C: Phụ lục và tài liệu tham khảo
Trong quá trình thực hiện đề tài, do khả năng còn hạn chế của người thực hiện mà
đề tài còn có nhiều thiếu sót, rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô và bạn bè.

8


Đồ án tốt nghiệp
MỤC LỤC
Phần A: Giới thiệu
Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp…………………………………………………………..1
Bản nhận xét đồ án tốt nghiệp……………………………………………………….3

9


LIỆT KÊ BẢNG

10


Đồ án tốt nghiệp

LIỆT KÊ HÌNH
Hình 4.1: Đồ thị BER của hệ thống MC-CDMA tuyến xuống với các loại kỹ
thuật phát hiện đơn user…………………………………………………….108

Hình 4.2: Đồ thị BER của hệ thống MC-CDMA tuyến xuống dựa trên Users
Hình 4.3: Đồ thị BER của hệ thống MC-CDMA tuyến xuống sử dụng kỹ thuật
PIC………………………………………………………………………….109
Hình 4.4: Đồ thị BER của hệ thống MC-CDMA tuyến lên sử dụng kỹ thuật
phát hiện MRC……………………………………………………………………110
Hình 4.5: Đồ thị BER của hệ thống MC-CDMA tuyến lên sử dụng kỹ thuật
phát hiện MMSE………………………………………………………………….111
Hình 4.6: Đồ thị BER của hệ thống PMC-MC-CDMA tuyến xuống với các loại
mã các loại mã khác nhau………………………………………………………...112
Hình 4.7: Đồ thị BER của hệ thống PMC-MC-CDMA tuyến xuống với các kỹ
thuật phát hiện khác nhau…………………………………………………………
113
Hình 4.8: Đồ thị BER của hệ thống PMC-MC-CDMA tuyến xuống với kỹ thuật
phát hiện đơn user và kỹ thuật phát hiện đa user…………………………………114
Hình 4.9: Đồ thị BER của hệ thống MMC-MC-CDMA tuyến lên với kỹ thuật
phát hiện EGC…………………………………………………………………….115
Hình 4.10: Đồ thị BER của hệ thống MMC-MC-CDMA tuyến lên với kỹ thuật
phát hiện MRC……………………………………………………………………116
Hình 4.11: Đồ thị BER so sánh hệ thống PMC-MC-CDMA với MMC-MCCDMA sự dụng kỹ phát hiện đơn user (EGC và MRC) …………………………117
Hình 4.12: Đồ thị BER so sánh hệ thống PMC-MC-CDMA với MMC-MCCDMA sự dụng kỹ thuật pháp hiện đa user MMSE……………………………...118

11


PHẦN B : NỘI DUNG

SV : Nguyễn Tiến Việt

12

Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1 Lịch sử phát triển của các hệ thống thông tin di động
1.1.1 Thế hệ 1G (First Generation)
Đây là hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng phương thức đa truy nhập phân
chia theo tần số FDMA và điều chế tần số FM với các đặc điểm:
•
•
•
•

Phương thức truy nhập: FDMA.
Dịch vụ đơn thuần là thoại.
Chất lượng thấp.
Bảo mật kém.
Một số hệ thống điển hình:

NMT (Nordic Mobile Telephone): sử dụng băng tần 450Mhz triển khai tại các nước
Bắc Âu vào năm 1981.
• TACS (Total Access Communication System): triển khai ở Anh vào năm 1985.
• AMPS (Advance Mobile Phone System): triển khai tại Bắc Mỹ vào năm 1978 tại
băng tần 800Mhz.
•

1.1.2 Thế hệ 2G (Second Generation)
Hệ thống mạng 2G được đặc trưng bởi công nghệ chuyển mạch kỹ thuật số (digital
circuit-switched). Kỹ thuật này chiếm ưu thế hơn 1G với các đặc điểm sau:
•
•

•
•

Dung lượng tăng.
Chất lượng thoại tốt hơn.
Hỗ trợ các dịch vụ số liệu (data).
Phương thức truy nhập : TDMA, CDMA băng hẹp.

Một số hệ thống điển hình:
GSM (Global System for Mobile Phone) sử dụng phương thức truy cập TDMA
được triển khai tại châu Âu.
• D-AMPS (IS-136-Digital Advance Mobile Phone System) sử dụng phương thức
truy cập TDMA được triển khai tại Mỹ.
• IS-95 (CDMA One) sử dụng phương thức truy cập CDMA được triển khai tại Mỹ
và Hàn Quốc.
• PDC (Personal Digital Cellular) sử dụng phương thức truy cập TDMA được triển
khai tại Nhật Bản.
•

SV : Nguyễn Tiến Việt

13


Đồ án tốt nghiệp
1.1.3 Thế hệ 3G (Third Generation)
Đây là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ điện thoại di động, cho phép truyền cả dữ
liệu thoại và ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh…). 3G
cung cấp cả hai hệ thống là chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. Hệ thống 3G
yêu cầu một mạng truy cập radio hoàn toàn khác so với hệ thống 2G hiện nay. Điểm

mạnh của công nghệ này so với 2G là cho phép truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh,
hình ảnh chất lượng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở các
tốc độ khác nhau.
Mạng 3G đặc trưng bởi tốc độ dữ liệu cao, capacity của hệ thống lớn, tăng hiệu quả
sử dụng phổ tần và nhiều cải tiến khác. Có một loạt các chuẩn công nghệ di động
3G, tất cả đều dựa trên CDMA, bao gồm: UMTS (dùng cả FDD lẫn TDD),
CDMA2000 và TD-SCDMA:
-

UMTS (đôi khi còn được gọi là 3GSM) sử dụng kỹ thuật đa
truy cập WCDMA. UMTS được chuẩn hoá bởi 3GPP. UMTS là công nghệ 3G
được lựa chọn bởi hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ GSM/GPRS để đi lên 3G. Tốc
độ dữ liệu tối đa là 1920Kbps (gần 2Mbps). Nhưng trong thực tế tốc độ này chỉ tầm
384Kbps thôi. Để cải tiến tốc độ dữ liệu của3G, hai kỹ thuật HSDPA và HSUPA đã
được đề nghị. Khi cả 2 kỹ thuật này được triển khai, người ta gọi chung là HSPA.
HSPA thường được biết đến như là công nghệ 3,5G.

•

HSDPA: Tăng tốc độ downlink (đường xuống, từ NodeB về người dùng di
động). Tốc độ tối đa lý thuyết là 14,4Mbps, nhưng trong thực tế nó chỉ đạt tầm
1,8Mbps (hoặc tốt lắm là 3,6Mbps). Theo một báo cáo củaGSA tháng 7 năm 2008,
207 mạng HSDPA đã và đang bắt đầu triển khai, trong đó 207 đã thương mại hoá ở
89 nước trên thế giới.

•

HSUPA: tăng tốc độ uplink (đường lên) và cải tiến QoS. Kỹ thuật này cho
phép người dùng upload thông tin với tốc độ lên đến 5,8Mbps (lý thuyết). Cũng
trong cùng báo cáo trên của GSA, 51 nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động đã

triển khai mạng HSUPA ở 35 nước và 17 nhà cung cấp mạng lên kế hoạch triển
khai mạng HSUPA.

-

CDMA2000: bao gồm CDMA2000 1xRTT (Radio Transmission Technology),
CDMA2000 (Evolution -Data Optimized) và CDMA2000 EV-DV(Evolution -Data
and Voice). CDMA2000 được chuẩn hoá bởi 3GPP2. CDMA2000 là công nghệ 3G
được lựa chọn bởi các nhà cung cấp mạng CdmaOne.

•

CDMA2000 1xRTT: chính thức được công nhận như là một công nghệ 3G,
tuy nhiên nhiều người xem nó như là một công nghệ 2,75G đúng hơn là 3G. Tốc độ
SV : Nguyễn Tiến Việt

14


Đồ án tốt nghiệp
của 1xRTT có thể đạt đến 307Kbps, song hầu hết các mạng đã triển khai chỉ giới
hạn tốc độ peak ở 144Kbps.
•

CDMA2000 EV-DO: sử dụng một kênh dữ liệu 1,25MHz chuyên biệt và có
thể cho tốc độ dữ liệu đến 2,4Mbps cho đường xuống và 153Kbps cho đường lên.
1xEV-DO Rev A hỗ trợ truyền thông gói IP, tăng tốc độ đường xuống đến 3,1Mbps
và đặc biệt có thể đẩy tốc độ đường lên đến 1,2Mbps. Bên cạnh đó, 1xEV-DO Rev
B cho phép nhà cung cấp mạng gộp đến 15 kênh 1,25MHz lại để truyền dữ liệu với
tốc độ 73,5Mbps.

•

CDMA2000 EV-DV: tích hợp thoại và dữ liệu trên cùng một kênh
1,25MHz. CDMA2000 EV-DV cung cấp tốc độ peak đến 4,8Mbps cho đường
xuống và đến 307Kbps cho đường lên. Tuy nhiên từ năm 2005, Qualcomm đã dừng
vô thời hạn việc phát triển của 1xEV-DV vì đa phần các nhà cung cấp mạng CDMA
như Verizon Wireless và Sprint đã chọn EV-DO.

- TD-SCDMA là chuẩn di động được đề nghị bởi "China Communications Standards
Association" và được ITU duyệt vào năm 1999. Đây là chuẩn 3G của Trung Quốc.
TD-SCDMA dùng song công TDD. TD-SCDMA có thể hoạt động trên một dãi tần
hẹp 1,6MHz (cho tốc độ 2Mbps) hay 5MHz (cho tốc độ 6Mbps). Ngày xuất hành
của TD-SCDMA đã bị đẩy lùi nhiều lần. Nhiều thử nghiệm về công nghệ này đã
diễn ra từ đầu năm 2004 cũng như trong thế vận hội Olympic gần đây.
1.2 Công nghệ 4G
Nhu cầu đối với các hệ thống sau 3G
Khi nhìn vào tương lai, câu hỏi chính đặt ra cho các nhà cung cấp thiết bị mạng là
khi nào và tại sao người dùng cần đến các mạng không dây sau 3G. Mười mấy năm
trước, điện thoại là ứng dụng đầu tiên được di động hóa. Vài năm sau thì SMS
(Short Message Service) trở thành ứng dụng truyền dữ liệu di động đầu tiên vào
được thị trường đại chúng. Đến nay thì những mạng điện thoại di động đơn giản
nhất cũng có khả năng truyền SMS do bởi yêu cầu thấp về băng thông của nó. Có
thể xem SMS chính là dịch vụ tiên phong của những dịch vụ truyền dữ liệu khác
như e-mail di động, duyệt Web di động và nhiều dịch vụ khác nữa. Những ứng
dụng như vậy trở thành hiện thực nhờ sự xuất hiện các mạng không dây truyền các
gói dữ liệu theo giao thức IP. Đến nay thì dung lượng các mạng 3G và 3.5G vẫn đủ
cho yêu cầu về bandwidth của các ứng dụng này và số lượng người dùng hiện có.
Nhưng đã có thể thấy trong tương lai không xa, một số xu hướng sẽ làm tăng yêu
cầu về bandwidth:

SV : Nguyễn Tiến Việt

15


Đồ án tốt nghiệp
•
•

•

•

•

•

Mức độ sử dụng mạng không dây ngày càng tăng: do giá thành ngày càng hạ, ngày
càng có nhiều người sử dụng các ứng dụng không dây cần truy cập mạng.
Nội dung đa phương tiện: tuy những nỗ lực đầu tiên di động hóa Web chỉ đạt được
các trang Web chủ yếu là văn bản, nhưng nội dung đồ họa ngày càng trở nên phổ
biến hơn. Một hình ảnh có thể nói thay cho hàng nghìn từ ngữ, nhưng nó cũng làm
tăng lượng dữ liệu cần được truyền đi cho mỗi trang Web. Việc tải xuống âm nhạc
và phim ảnh cũng đang trở nên phổ biến hơn, làm tăng hơn nữa yêu cầu về băng
thông.
Các mạng xã hội di động: tương tự như trong Internet đường dây cố định, có một
dòng ứng dụng mới đang thay đổi cách thức con người sử dụng Internet. Trong quá
khứ, người dùng chủ yếu chỉ tiêu thụ nội dung. Ngày nay thì các blog, các site chia
sẻ hình ảnh và các cổng truyền tải phim đang định hình lại Internet, bởi vì người

dùng không chỉ tiêu thụ nội dung nữa mà nay đã dùng mạng để chia sẻ những ý
tưởng, hình ảnh và phim ảnh của họ với người khác.
Voice over IP: thế giới thoại đường dây cố định đang nhanh chóng chuyển sang
hướng VoIP. Nhiều khả năng là chỉ khoảng năm năm nữa, nhiều mạng thoại chuyển
kênh đường dây cố định hiện nay sẽ chuyển hoàn toàn sang truyền thoại dựa trên
IP. Tương tự như vậy, về phương diện truy cập mạng, nhiều người dùng sẽ sử dụng
VoIP như dịch vụ thoại chính của họ, ví dụ như qua các mạng DSL hoặc TV cáp.
Hiện nay có thể thấy những động thái chuyển dịch này rồi, bởi vì thị trường thoại
chuyển kênh đang chịu áp lực ngày càng tăng do sự sụt giảm số lượng thuê bao. Kết
quả là, nhiều nhà cung cấp dịch vụ thoại đường dây cố định không còn đầu tư vào
công nghệ chuyển kênh nữa. Có thể quan sát thấy một xu hướng tương tự trong các
mạng không dây. Tuy nhiên, sự dịch chuyển ở đây chậm hơn nhiều, đặc biệt là do
yêu cầu về băng thông cao hơn để truyền các cuộc thoại qua một đường truyền
chuyển gói.
Sự thay thế cho đường dây cố định: trong khi lượng thông thoại ngày càng tăng thì
doanh thu ngày càng giảm ở các mạng đường dây cố định lẫn không dây do cước
thuê bao ngày càng giảm. VÌ vậy, ở nhiều nước, các nhà cung cấp dịch vụ không
dây đang cố gắng kềm giữ hoặc tăng doanh thu bình quân trên mỗi thuê bao bằng
cách chào mời khả năng truy cập Internet cho máy PC, máy tính xách tay và các
thiết bị di động trên các mạng UMTS/HSDPA hoặc CDMA của họ. Như vậy là họ
bắt đầu cạnh tranh trực tiếp với các nhà cung cấp dịch vụ DSL và cáp. Muốn cạnh
tranh thành công, họ cũng phải tăng thêm băng thông trên mạng của mình.
Sự cạnh tranh từ những nhà cung cấp dịch vụ Internet không dây khác: ở một số
nước, các nhà cung cấp dịch vụ khác đã và đang chào mời khả năng truy cập
Internet không dây broadband bằng các mạng Wifi hoặc Wimax/802.16. Những nhà
cung cấp như thế cạnh tranh trực tiếp với các nhà cung cấp dịch vụ UMTS và
CDMA truyền thống vẫn đang hoạt động trong thị trường này.

SV : Nguyễn Tiến Việt

16


Đồ án tốt nghiệp
Một số công nghệ không dây hiện đang được xây dựng hoặc đang trong giai đoạn
triển khai ban đầu, được thiết kế để đáp ứng nhu cầu tương lai này: LTE của 3GPP,
HSPA+ và Wimax. Câu hỏi đặt ra là trong bối cảnh như vậy, những công nghệ nào
là 3G hiện nay, và công nghệ nào được xem là 4G trong tương lai?
Cơ quan chịu trách nhiệm phân loại các mạng không dây là ITU (International
Telecommunication Union). ITU phân loại các mạng viễn thông di động quốc tế
(international mobile telecommunication_IMT) như sau:
Các hệ thống IMT-2000: tức những hệ thống mà ta gọi là 3G hiện nay, ví dụ UMTS
và CDMA2000.
• Các hệ thống Enhanced IMT-2000: sự phát triển của các hệ thống IMT-2000 (tức
sau 3G), ví dụ như HSPA, CDMA 1xEvDo và những thế hệ phát triển hơn nữa của
chúng trong tương lai.
• Các hệ thống IMT-Advance: các hệ thống thuộc loại này được xem là hệ thống 4G.
•

Trong liên minh viễn thông quốc tế ITU, nhóm công tác 8F(ITU-R WP 8F) đang
tiến hành nghiên cứu các hệ thống kế tiếp sau IMT-2000. ITU-R WP 8F tuyên bố
rằng cần có các công nghệ vô tuyến di động mới để đáp ứng các khả năng cao hơn
IMT-2000, tuy nhiên vẫn chưa chỉ rõ đó là công nghệ nào. Thuật ngữ IMT-Adv
cũng sẽ có các bước phát triển giống như IMT-2000 và sẽ có các khả năng của các
hệ thống trước đó.
Trong giới nghiên cứu, một số đề án đang được tiến hành trong IMT-Advance và
thế hệ sau của truy nhập vô tuyến. Chẳng hạn như đề án Winner được hỗ trợ một
phần kinh tế từ liên minh châu Âu là đề án dành cho nghiên cứu vấn đề này. Khái
niệm của Winner có rất nhiều các phần tử gần giống với LTE. Tuy nhiên Winner
đặt mục tiêu cho tốc độ số liệu cao hơn và vì thế được thiết kế cho băng thông rộng

hơn 20Mhz.
LTE là một trong các con đường tiến tới 4G. LTE sẽ tồn tại trong giai đoạn đầu của
4G, tiếp theo đó sẽ là IMT Adv. LTE cho phép chuyển đổi dần từ 3G UMTS sang
giai đoạn đầu của 4G sau đó sang IMT Adv. Chuyển đổi dần từ LTE sang IMT Adv
là chìa khóa của thành công trên thị trường. 3GPP đã bắt đầu hướng đến IMTAdvance cũng cho vô tuyến vùng nội hạt dưới cái tên LTE-Advance. LTE-Advance
là một phần của 3GPP Release 10 và IMT-Advance sẽ được triển khai vào năm
2013 hoặc sau đó.

SV : Nguyễn Tiến Việt

17


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.1 : Tốc độ bit và sự phát triển di động đến IMT-Advance
Ngoài LTE của 3GPP còn có các hướng chuyển đổi khác sang 4G. 3GPP2 cũng đã
và đang thực hiện kế hoạch nghiên cứu LTE cho mình, hệ thống do 3GPP2 đề xuất
là UMB (Ultra Mobile Broadband). Ngoài ra Wimax cũng có kế hoạch tiến tới 4G.
Một lộ trình tiến tới mạng 4G của các công nghệ được thể hiện như hình 1.2:

Hình 1.2 : Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động 4G

SV : Nguyễn Tiến Việt

18


Đồ án tốt nghiệp
 UMB

Chuẩn UMB hiện nay được phát triển bởi 3GPP2 với kế hoạch là sẽ thương mại hoá
trước 2009.
Một số đặc điểm kỹ thuật như sau:
Các kỹ thuật Multiple radio và antenna tiên tiến:



Multiple Input Multiple Output (MIMO), đa truy nhập phân chia theo không gian
(Spatial Division Multiple Access (SDMA)) và kỹ thuật beamforming antenna


Các kỹ thuật quản lý nhiễu tiên tiến (Improved interference
management techniques)



Tốc độ dữ liệu cao nhất (peak data rates)



Lên tới 288 Mbps đường lên, 75 Mbps đường xuống



Lên tới 1000 người sử dụng VoIP đồng thời (với sự cấp phát 20
MHz FDD)

 IEEE 802.x

Chuẩn này bắt nguồn từ mạng WiFi, sau đó tiến lên 802.16e rồi 802.16m và bây giờ
là 802.20
Chuẩn IEEE 802.20 còn được gọi là truy nhập vô tuyến băng rộng di động WBMA
(Mobile Broadband Wireless Access). Nó có thể hỗ trợ ngay cả khi đang di chuyển
với vận tốc lên tới 250 km/h.
Trong khi chuyển vùng (roaming) của WiMAX nhìn chung bị giới hạn trong một
phạm vi nhất định, thì chuẩn IEEE 802.20 giống như 3G có khả năng hỗ trợ chuyển
vùng toàn cầu. Ngoài ra, cũng giống như WiMAX, IEEE 802.20 cũng hỗ trợ các kỹ
thuật QoS nhằm cung cấp những dịch vụ có yêu cầu cao về độ trễ, jitter... Trong
mạng EEE 802.20, việc đồng bộ giữa đường lên và đường xuống đều được thực
hiện hiệu quả. Dự kiến, chuẩn IEEE 802.20 tương lai sẽ kết hợp một số tính năng
của IEE 802.16e và các mạng dữ liệu 3G, nhằm cung cấp và tạo ra một mạng truyền
thông đa dạng (rich communication).
 3GPP LTE

Hệ thống 3GPP LTE, là bước tiếp theo cần hướng tới của hệ thống mạng không dây
3G dựa trên công nghệ di động GSM/UMTS, và là một trong những công nghệ tiềm
SV : Nguyễn Tiến Việt

19


Đồ án tốt nghiệp
năng nhất cho truyền thông 4G. Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) đã định nghĩa
truyền thông di động thế hệ thứ 4 là IMT Advanced và chia thành hai hệ thống dùng
cho di động tốc độ cao và di động tốc độ thấp. 3GPP LTE là hệ thống dùng cho di
động tốc độ cao. Ngoài ra, đây còn là công nghệ hệ thống tích hợp đầu tiên trên thế
giới ứng dụng cả chuẩn 3GPP LTE và các chuẩn dịch vụ ứng dụng khác, do đó
người sử dụng có thể dễ dàng thực hiện cuộc gọi hoặc truyền dữ liệu giữa các mạng
LTE và các mạng GSM/GPRS hoặc UMTS dựa trên WCDMA.

3GPP LTE có khả năng cấp phát phổ tần linh động và hỗ trợ các dịch vụ đa phương
tiện với tốc độ trên 100Mb/s khi di chuyển ở tốc độ 3km/h, và đạt 30Mb/s khi di
chuyển ở tốc độ cao 120km/h thì tốc độ truyền là trên 30 Mb/s. Tốc độ này nhanh
hơn gấp 7 lần so với tốc độ truyền dữ liệu của công nghệ HSDPA (truy nhập gói dữ
liệu tốc độ cao). Do công nghệ này cho phép sử dụng các dịch vụ đa phương tiện
tốc độ cao trong khi di chuyển ở bất kỳ tốc độ nào nên nó có thể hỗ trợ sử dụng các
dịch vụ nội dung có dung lượng lớn với độ phân giải cao ở cả điện thoại di động,
máy tính bỏ túi PDA, điện thoại thông minh...
Ưu điểm nổi bật:


Dung lượng truyền trên kênh đường xuống có thể đạt 100 Mbps và
trên kênh đường lên có thể đạt 50 Mbps.
Tăng tốc độ truyền trên cả người sử dụng và các mặt phẳng điều



khiển.


Sẽ không còn chuyển mạch kênh. Tất cả sẽ dựa trên IP. VoIP sẽ dùng
cho dich vụ thoại.



Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời. Tuy nhiên
mạng 3GPP 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 3GPP LTE vì không
cần thay đổi toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có.
OFDMA và MIMO được sử dụng trong 3G LTE thay vì CDMA như



trong 3G.
 LTE-Advance

Sự phát triển của LTE Advance/IMT Advance được chỉ ra ở bảng dưới và sự tiến
triển từ các dịch vụ của 3G được phát triển từ kĩ thuật UMTS/W-CDMA.

SV : Nguyễn Tiến Việt

20


Đồ án tốt nghiệp
Bảng 1.1 So sánh thông số đặc diểm của các hệ thống

Một số đặc điểm của LTE Advance:
Tốc độ dữ liệu đỉnh: 1 Gbps cho đường xuống và 500 Mbps cho đường lên.
Băng thông sử dụng: 20Mhz_100Mhz.
Hiệu quả phổ đỉnh: 30bps/Hz cho đường xuống và 15 bps/Hz cho đường lên.
Thời gian chờ: nhỏ hơn 50 ms khi chuyển từ trạng thái rỗi sang trạng thái kết nối và
nhỏ hơn 5ms cho mỗi chuyển mạch gói riêng lẻ.
• Tính di động: giống LTE.
• Khả năng tương thích: LTE Advance có khả năng liên kết mạng với LTE và các hệ
thống của 3GPP.
•
•
•
•

Một số kĩ thuật dùng trong LTE-Advance:
Có một số kĩ thuật chính giúp cho LTE Advance đạt được tốc độ dữ liệu cao.
MIMO và OFDM là hai kĩ thuật cơ bản. Bên cạnh đó, còn có một số kĩ thuật khác
sẽ được triển khai. Trong số đó, kĩ thuật MC-MC-CDMA (Multicode Multicarrier
Code Devision Multiple Access) là một ứng cử đang được nghiên cứu và bàn cãi
hiện nay.

SV : Nguyễn Tiến Việt

21


Đồ án tốt nghiệp
Trong khuôn khổ đề tài, người thực hiện sẽ tiến hành nghiên cứu, mô phỏng nhằm
so sánh các kĩ thuật đang sử dụng hiện nay trong LTE-Advance là MC-CDMA và
MMC-MC-CDMA so với PMC-MC-CDMA để lựa chọn được phương pháp tốt
nhất.

SV : Nguyễn Tiến Việt

22


Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG 4G LTE
2.1 Tổng quan
2.1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE
LTE là thế hệ thứ tư tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. UMTS thế hệ

thứ ba dựa trên WCDMA đã được triển khai trên toàn thế giới. Để đảm bảo tính
cạnh tranh cho hệ thống này trong tương lai, tháng 11/2004 3GPP đã bắt đầu dự án
nhằm xác định bước phát triển về lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi
Long Term Evolution (LTE). 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, 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 mục tiêu của công nghệ này là:
•


•


•

•

•

Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20Mhz:
Tải lên: 50 Mbps.
Tải xuống: 100 Mbps.
Dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một người dùng trên 1Mhz so với
mạng HSDPA Rel.6:
Tải lên: gấp 2 đến 3 lần.
Tải xuống: gấp 3 đến 4 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).
Các chỉ tiêu trên phải đảm bảo trong bán kính vùng phủ sóng 5km, giảm chút ít

trong phạm vi đến 30km. Từ 30-100km thì không hạn chế.
Độ dài băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với các băng tần 1.25Mhz, 1.6 Mhz,
10Mhz, 15Mhz và 20Mhz cả chiều lên và chiều xuống. Hỗ trợ cả hai trường hợp độ
dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không.
23


Đồ án tốt nghiệp

Để đạt được mục tiêu này, sẽ có rất nhiều kĩ thuật mới được áp dụng, trong đó nổi
bật là kĩ thuật vô tuyến OFDMA (đa truy cập phân chia theo tần số trực giao), kĩ
thuật anten MIMO (Multiple Input Multiple Output). Ngoài ra hệ thống này sẽ chạy
hoàn toàn trên nền IP (all-IP Network), và hỗ trợ cả hai chế độ FDD và TDD.
2.1.2 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax và những triển vọng cho
công nghệ LTE
2.1.2.1 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax
Về công nghệ, LTE và Wimax có một số khác biệt nhưng cũng có nhiều điểm
tương đồng. Cả hai công nghệ đều dựa trên nền tảng IP. Cả hai đều dùng kĩ thuật
MIMO để cải thiện chất lượng truyền/nhận tín hiệu, đường xuống từ trạm thu phát
đến thiết bị đầu cuối đầu được tăng tốc bằng kĩ thuật OFDM hỗ trợ truyền tải dữ
liệu đa phương tiện và video. Theo lý thuyết, chuẩn Wimax hiện tại (802.16e) cho
tốc độ tải xuống tối đa là 70Mbps, còn LTE dự kiến có thể cho tốc độ đến
300Mbps. Tuy nhiên, khi LTE được triển khai ra thị trường có thể Wimax cũng sẽ
được nâng cấp lên chuẩn 802.16m (còn được gọi là Wimax 2.0) có tốc độ tương
đương hoặc cao hơn.

24


Đồ án tốt nghiệp

Hình 2.1 Lộ trình phát triển của LTE và các công nghệ khác

Đường lên từ thiết bị đầu cuối đến trạm thu phát có sự khác nhau giữa 2 công nghệ.
WiMax dùng OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access – một biến
thể của OFDM), còn LTE dùng kỹ thuật SC-FDMA (Single Carrier - Frequency
Division Multiple Access). Về lý thuyết, SC-FDMA được thiết kế làm việc hiệu quả
hơn và các thiết bị đầu cuối tiêu thụ năng lượng thấp hơn OFDMA.
LTE còn có ưu thế hơn WiMax vì được thiết kế tương thích với cả phương thức
TDD (Time Division Duplex) và FDD (Frequency Division Duplex). Ngược lại,
WiMax hiện chỉ tương thích với TDD (theo một báo cáo được công bố đầu năm
nay, WiMax Forum đang làm việc với một phiên bản Mobile WiMax tích hợp
FDD). TDD truyền dữ liệu lên và xuống thông qua 1 kênh tần số (dùng phương
thức phân chia thời gian), còn FDD cho phép truyền dữ liệu lên và xuống thông qua
2 kênh tần số riêng biệt. Điều này có nghĩa LTE có nhiều phổ tần sử dụng hơn
WiMax. Tuy nhiên, sự khác biệt công nghệ không có ý nghĩa quyết định trong cuộc
chiến giữa WiMax và LTE.

25