TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TỪ 1G -> 4G

Phần 1
TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG THÔNG
TIN DI ĐỘNG TỪ 1G -> 4G
I. Hệ thống 1G ( hệ thống tương tự ) :
1. Lịch sử phát triển :
Công nghệ di động đầu tiên là công nghệ tương tự, là hệ thống truyền tín hiệu tương
tự (analog), là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại, được khơi mào ở Nhật
vào năm 1979. Những công nghệ chính thuộc thế hệ thứ nhất này có thể kể đến là :
NMT (Nordic Mobile Telephone) được sử dụng ở các nước Bắc Âu, Tây Âu và Nga.
Cũng có một số công nghệ khác như AMPS (Advanced Mobile Phone Sytem – hệ
thống điện thoại di động tiên tiến) được sử dụng ở Mỹ và Úc; TACS (Total Access
Communication Sytem – hệ thống giao tiếp truy cập tổng hợp) được sử dụng ở Anh, C45 ở Tây Đức, Bồ Đào Nha và Nam Phi, Radiocom 2000 ở Pháp; và RTMI ở Italia.
2. Đặc điểm của hệ thống này là :
Hầu hết các hệ thống ñều là hệ thống analog và yêu cầu chuyển dữ liệu chủ yếu là
âm thanh. Với hệ thống này, cuộc gọi có thể bị nghe trộm bởi bên thứ ba. Một số chuẩn
trong hệ thống này là: NTM, AMPS, Hicap, CDPD, Mobitex, DataTac. Những điểm yếu
của thế hệ 1G là dung lượng thấp, xác suất rớt cuộc gọi cao, khả năng chuyển cuộc gọi
không tin cậy, chất lượng âm thanh kém, không có chế độ bảo mật…do vậy hệ thống
1G không thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng .

II. Hệ thống 2G ( Digital ) :
Năm 1982, hội nghị quản lý bưu điện và viễn thông ở Châu Âu (CEPT – European
Conference of Postal and Telecommunications ad minstrations) thành lập 1 nhóm
nghiên cứu, GSM – Group Speciale Mobile, mục đích phát triển chuẩn mới về thông tin
di động ở Châu âu. Năm 1987, 13 quốc gia ký vào bản ghi nhớ và đồng ý giới thiệu
mạng GSM vào năm 1991.
Năm 1988, Trụ sở chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI – European Telecommunication
Standards Institute) được thành lập, có trách nhiệm biến đổi nhiều tiến cử kỹ thuật
GSM thành chuẩn European.
Sự phát triển kỹ thuật từ FDMA -1G, 2G - là kết hợp FDMA và TDMA.
Tất cả các chuẩn của thế hệ này đều là chuẩn kỹ thuật số và được định hướng thương

mại, bao gồm: GSM, iDEN, D-AMPS, IS-95, PDC, CSD, PHS, GPRS, HSCSD, WiDEN
và CDMA2000 (1xRTT/IS-2000). Trong đó khoảng 60% số mạng hiện tại là theo chuẩn
của châu Âu.
1. Đặc điểm của hệ thống :
Hệ thống GSM làm việc trong một băng tần hẹp, dài tần cơ bản từ (890- 960MHz).
Băng tần được chia làm 2 phần:
- Uplink band từ (890 – 915) MHz
- Downlink ban từ (935 – 960)MHz
Băng tần gồm 124 sóng mang được chia làm 2 băng, mỗi băng rộng 25MHz,

67


khoảng cách giữa 2 sóng mang kề nhau là 200KHz. Mỗi kênh sử dụng 2 tần số riêng
biệt cho 2 đường lên và xuống gọi là kênh song công. Khoảng cách giữa 2 tần số là
không đổi bằng 45MHz. Mỗi kênh vô tuyến mang 8 khe thời gian TDMA và mỗi khe thời
gian là một kênh vật lý trao đổi thông tin giữa MS và mạng GSM. Tốc độ mã từ (6.513)Kbps. 125 kênh tần số được đánh số từ 0 đến 124 được gọi là kênh tần số tuyệt đối
ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number).
Ful(n) = 890 MHz + (0,2MHz) * n
Fdl(n) = Ful(n) + 45MHz
Với 1 <= n <= 124
- sử dụng các phương pháp đa truy nhập chính là :
+ Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA - Frequency Division Multiple
Access ).
+ Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA – Time Division Multiple
Access).
+ Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA – Code Division Multiple Access).

2. các hệ thống điển hình:
Thế hệ thứ hai (2G) xuất hiện vào những năm 90 với mạng di động đầu tiên,

sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). Trong thời kỳ của
thế hệ thứ hai, nền công nghệ thông tin di động đã tăng trưởng vượt trội cả về số
lượng thuê bao và các dịch vụ giá trị gia tăng. Các mạng thế thứ hai cho phép
truyền dữ liệu hạn chế trong khoảng từ 9.6 kbps đến 19.2 kbps. Các mạng này được
sử dụng chủ yếu cho mục đích thoại và là các mạng chuyển mạch kênh.
Tương tự như trong 1G, không tồn tại một chuẩn chung toàn cầu nào cho 2G, hiện
nay các hệ thống 2G dựa trên 3 chuẩn công nghệ chính sau:
-D- AMPS (Digital AMPS): Được sử dụng tại Bắc Mỹ. D-AMPS đang dần được
thay thế bởi GSM/GPRS và CDMA2000.
-GSM (Global System for Mobile Communications): Các hệ thống triển khai GSM
được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới (ngoại trừ Bắc Mỹ, Nhật). Hệ thống GSM
dồn kênh phân chia tần số được sử dụng, với mỗi đầu cuối di động truyền thông
trên một tần số và nhận thông tin trên một tần số khác cao hơn (chênh lệch 80MHz
trong D-AMPS và 55MHz trong GSM). Trong cả hai hệ thống, phương pháp dồn
kênh phân chia thời gian lại được áp dụng cho một cặp tần số, làm tăng khả năng
cung cấp dịch vụ đồng thời của hệ thống. Tuy nhiên, các kênh GSM rộng hơn các
kênh AMPS (200kHz so với 30kHz) qua đó GSM cung cấp độ truyền dữ liệu cao
hơn D-AMPS
- CDMA (code Division Multiple Access):
CDMA sử dụng công nghệ đa truy cập thông qua mã . Nhờ công nghệ này mà CDMA
có thể nâng cao dung lượng cung cấp đồng thời các cuộc gọi trong một cell cao hơn
hẳn so với hai công nghệ trên.
- PDC (Personal Digital Cellular): Là chuẩn được phát triển và sử dụng duy nhất

67


tại Nhật Bản. Giống như D-AMPS và GSM, PDC sử dụng TDMA.
3.Những ưu nhược điểm của 2G so với 1G và tình hình phát triển :
- Những cuộc gọi di động được mã hóa kĩ thuật số

- Cho phép tăng hiệu quả kết nối các thiết bị
- Bắt đầu có khả năng thực hiện các dịch vụ số liệu trên điện thoại di động – khởi đầu là
tin nhắn SMS.
Những công nghệ 2G được chia làm hai dòng chuẩn : TDMA (Time – Divison Mutiple
Access : Đa truy cập phân chia theo thời gian), và CDMA ( Code Divison Multple
Access : Đa truy cập phân chia theo mã), tùy thuộc vào hình thức ghép kênh được sử
dụng.

3. GSM Phát triển lên 2.75G :

Trong đó :

-HSCSD = High Speed Circuit Switched Data: số liệu chuyển mạch kênh
tốc độ cao:

-GPRS = General Packet Radio Service: dịch vụ vô tuyến gói chung:
Hệ thống GPRS - bước đầu tiên hướng tới 3G. Mở rộng kiến trúc mạng GSM. Truy
cập tốc độ cao và hiệu quả tới những mạng chuyển mạch gói khác (tăng tới 115kbps)

-EDGE = Enhanced Data Rates for GSM Evolution: tốc độ số liệu tăng
cường để phát triển GSM:
EDGE có thể phát nhiều bit gấp 3 lần GPRS trong một chu kỳ. Đây là lý do chính
cho tốc độ bit EDGE cao hơn. ITU đã định nghĩa 384kbps là giới hạn tốc độ dữ liệu cho
dịch vụ để thực hiện chuẩn IMT-2000 trong môi trường không lý tưởng. 384kbps tương
ứng với 48kbps trên mỗi khe thời gian, giả sử một đầu cuối có 8 khe thời gian.
2,5G cung cấp một số lợi ích của mạng 3G (ví dụ chuyển mạch gói), và có thể dùng
cơ sở hạ tầng đang tồn tại của 2G trong các mạng GSM và CDMA. GPAS là công nghệ
được các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông GSM sử dụng. Và giao thức, như EDGE cho
GSM, và CDMA 2000 1x-RTT cho CDMA, có thể đạt chất lượng như các dịch vụ 3G (vì
dùng tốc độ truyền dữ liệu 144Kb/s), nhưng vẫn được xem như dịch vụ 2,5G bởi vẫn

chậm hơn vài lần so với dịch vụ 3G thật sự.

III . Mạng thông tin di động 3G :
các mạng 3G đã được đề xuất để khắc phục những nhược điểm của các mạng 2G và
2.5G đặc biệt ở tốc độ thấp và không tương thích giữa các công nghệ như TDMA và
CDMA giữa các nước. Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-200 (International

67


Mobile Telecommunication-2000) cho hệ thống 3G với các ưu điểm chính được mong
đợi đem lại bởi hệ thống 3G là:
- Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao
- Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat, ...)
- Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền hình, nghe nhạc,...)
- Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, ...)
- Sử dụng chung một công nghệ thống nhất, đảm bảo sự tương thích toàn cầu giữa các
hệ thống.
Để thoả mãn các dịch vụ đa phương tiện cũng như đảm bảo khả năng truy cập
Internet băng thông rộng, IMT-2000 hứa hẹn cung cấp băng thông 2Mbps, nhưng
thực tế triển khai chỉ ra rằng với băng thông này việc chuyển giao rất khó, vì vậy chỉ có
những người sử dụng không di động mới được đáp ứng băng thông kết nối này, còn
khi đi bộ băng thông sẽ là 384 Kbps, khi di chuyển bằng ô tô sẽ là 144Kbps.
Theo đặc tả của ITU một công nghệ toàn cầu sẽ được sử dụng trong mọi hệ thống
IMT-2000, điều này dẫn đến khả năng tương thích giữa các mạng 3G trên toàn thế giới.
Tuy nhiên, hiện nay trên thế giới tồn tại hai công nghệ 3G chủ đạo: UMTS(W-CDMA) và
CDMA2000.
-UMTS (W-CDMA):
UMTS (Universal Mobile Telephone System), dựa trên công nghệ W-CDMA, là
giải pháp được ưa chuộng cho các nước đang triển khai các hệ thống GSM muốn

chuyển lên 3G. UMTS được hỗ trợ bởi Liên Minh Châu Âu và được quản lý bởi
3GPP (third Generation Partnership Project), tổ chức chịu trách nhiệm cho các công
nghệ GSM, GPRS. UMTS hoạt động ở băng thông 5MHz, cho phép các cuộc gọi có
thể chuyển giao một cách hoàn hảo giữa các hệ thống UMTS và GSM đã có.
-CDMA2000:
Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, chuẩn này là sự tiếp nối đối với các
hệ thống đang sử dụng công nghệ CDMA trong thế hệ 2. CDMA2000 được quản lý
bởi 3GPP2, một tổ chức độc lập và tách rời khỏi 3GPP của UMTS. CDMA2000 có
tốc độ truyền dữ liệu từ 144Kbps đến Mbps. Hệ thống CDMA2000 không có khả
năng tương thích với các hệ thống GSM hoặc D-AMPS của thế hệ thứ 2.
-TD-SCDMA:
Chuẩn được it biết đến hơn là TD-SCDMA đang được phát triển tại Trung Quốc bởi các
công ty Datang và Siemens

1 . Đặc Điểm và các kỹ thuật chính:
Đặc điểm nổi bật nhất của mạng 3G là khả năng hỗ trợ một lượng lớn các khách
hàng trong việc truyền tải âm thanh và dữ liệu – đặc biệt là ở các vùng đô thị - với tốc
độ cao hơn và chi phí thấp hơn mạng 2G.
3G sử dụng kênh truyền dẫn 5 MHz để chuyển dữ liệu. Nó cũng cho phép việc truyền
dữ liệu ở tốc độ 384 Kbps trong mạng di động và 2 Mbps trong hệ thống tĩnh. Người
dùng hy vọng mạng 3G sẽ được phát triển hiệu quả hơn nữa, để các khách hàng của
các mạng 3G khác nhau trên toàn cầu có thể kết nối với nhau.

67


Kết cấu phân tầng: Hệ thống UMTS dựa trên các dịch vụ được phân tầng, không
giống như mạng GSM. Ở trên cùng là tầng dịch vụ, đem lại những ưu điểm như triển
khai nhanh các dịch vụ, hay các địa điểm được tập trung hóa. Tầng giữa là tầng điều
khiển, giúp cho việc nâng cấp các quy trình và cho phép mạng lưới có thể được phân

chia linh hoạt. Cuối cùng là tầng kết nối, bất kỳ công nghệ truyền dữ liệu nào cũng có
thể được sử dụng và dữ liệu âm thanh sẽ được chuyển qua ATM/AAL2 hoặc IP/RTP.
CDMA được dùng trong mạng IMT-2000 3G là WCDMA (Wideband CDMA) và
cdma2000.
- WCDMA là đối thủ của cdma2000 và là một trong 2 chuẩn 3G, trải phổ rộng hơn
đối với CDMA do đó có thể phát và nhận thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn.
- Ở Châu Âu, mạng 3G WCDMA được biết như là UMTS (Universal Mobile
Telephony System) là một cái tên khác cho W-CDMA/dịch vụ 3G.
UMTS sử dụng WCDMA, WCDMA như chuẩn phát vô tuyến. Nó có băng thông kênh là
5 MHz, có thể mang 100 cuộc gọi cùng một lúc, hoặc nó có thể mang dữ liệu tới
2Mbps. Tuy nhiên, với sự tăng cường HSDPA và HSUPA chính là trong những release
sau này (R99/R4/R5/R6) của chuẩn, tốc độ phát dữ liệu tăng tới 14,4 Mbps.
UMTS cho phép cả 2 chế độ FDD và TDD. Chế độ đầu tiên là FDD là uplink và
downlink trên các tần số khác nhau. Không gian giữa chúng là 190MHz cho mạng
band1. Ở TDD uplink và downlink được chia theo thời gian với những trạm cơ sở (base
station) và sau đó di động phát lần lượt trên cùng tần số, đặc biệt phù hợp tới nhiều loại
ứng dụng khác nhau. Nó cũng thực hiện ở những cell nhỏ. Thời gian bảo vệ được yêu
cầu giữa phát và thu. Hệ thống TDD có thể hiệu quả khi sử dụng trong picocell để
mang dữ liệu internet.
Tần số: hiện tại có 6 băng sử dụng cho UMTS/WCDMA, tập trung vào UMTS tần
số cấp phát trong 2 băng Uplink (1885 – 2025)MHz và Downlink (2110 – 2200)
MHz.
UMTS sử dụng WCDMA như một cơ cấu vận chuyển vô tuyến. Điều chế trên đường
uplink và downlink là khác nhau. Downlink sử dụng dịch khóa pha cầu phương (QPSK)
cho tất cả những kênh vận chuyển. Tuy nhiên, Uplink sử dụng 2 kênh riêng biệt để thực
hiện quay vòng của bộ phát ở trạng thái on và off để không gây ra nhiễu trên đường
audio, những kênh đôi ( dual channel phase chifl keying) dùng để mã hóa dữ liệu người
dùng tới I hoặc đầu vào In-phase tới bộ điều chế DQPSK, và điều khiển dữ liệu đã
được mã hóa bằng việc sử dụng mã khác nhau tới đầu vào Q hoặc quadrature tới bộ
điều chế.

- cdma2000, chuẩn 3G khác. Nó là một sự nâng cấp cdmaOne. Nó sử dụng trải phổ
rộng do đó có thể phát và thu thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn, phát dữ liệu
internet nhanh, video, và phát nhạc chất lượng CD. Tuy nhiên, có nhiều phần tử
cdma2000 được gọi là cdma20001X, 1X-EV-DV, 1X EV-DO, và cdma2000 3X.
Chúng phát dịch vụ 3G khi chiếm dữ một phổ tần nhỏ (1,25 MHz mỗi sóng mang)
Ưu điểm của công nghệ W-CDMA so với GSM:
- Tiêu chuẩn thống nhất toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến.
- Có khả năng truyền tải đa phương tiện.

67


- Thực hiện truyền tải dịch vụ hình ảnh tốc độ thấp cho đến tốc độ cao nhất là 2Mbps.
- Tính bảo mật của cuộc thoại và mức độ hiệu quả khai thác băng tần cao hơn.
- Có khả năng chuyển mạch mềm, tích hợp được với mạng NGN.
- Chất lượng thoại được nâng lên và dung lượng mạng tăng lên 4-5 lần so với GSM.
- CDMA có cơ chế giúp tiết kiệm năng lượng, giúp tăng thời gian thoại của pin.
- Khả năng mở rộng dung lượng của CDMA dễ dàng và chi phí thấp hơn so với GSM.

Thế hệ 3.5G :
3,5G là những ứng dụng được nâng cấp dựa trên công nghệ hiện có của 3G. Công
nghệ của 3,5G chính là HSDPA (High Speed Downlink Package Access). Đây là giải
pháp mang tính đột phá về mặt công nghệ, được phát triển trên cơ sở của hệ thống 3G
W-CDMA.
HSDPA cho phép download dữ liệu về máy điện thoại có tốc độ tương đương tốc độ
đường truyền ADSL, vượt qua những cản trở cố hữu về tốc độ kết nối của một điện
thoại thông thường.
HSDPA là một bước tiến nhằm nâng cao tốc độ và khả năng của mạng di động tế bào
thế hệ thứ 3 UMTS. HSDPA được thiết kế cho những ứng dụng dịch vụ dữ liệu như:
dịch vụ cơ bản (tải file, phân phối email), dịch vụ tương tác (duyệt web, truy cập server,

tìm và phục hồi cơ sở dữ liệu), và dịch vụ Streaming

IV- Công Nghệ 4G :
Việc triển khai tại một số nước đã chỉ ra một vài vấn đề mà 3G chưa giải quyết được
hoặc mới chỉ giải quyết được một phần đó là :
- Sự khó khăn trong việc tăng liên tục băng thông và tốc độ dữ liệu để thoả mãn nhu
cầu ngày càng đa dạng các dịch vụ đa phương tiện, và các dịch vụ khác với nhu cầu về
chất lượng dịch vụ (QoS) và băng thông khác nhau.
- Sự giới hạn của giải phổ sử dụng.
- Mặc dù được hứa hẹn khả năng chuyển vùng toàn cầu, nhưng do tồn tại những
chuẩn công nghệ 3G khác nhau nên gây khó khăn trong việc chuyển vùng (roamming)
giữa các môi trường dịch vụ khác biệt trong các băng tần số khác nhau.
- Thiếu cơ chế chuyển tải “seamless” (liền mạch) giữa đầu cuối với đầu cuối khi
mở rộng mạng con di động với mạng cố định.
Trong nỗ lực khắc phục những vấn đề của 3G, để hướng tới mục tiêu tạo ra một
mạng di động có khả năng cung cấp cho người sử dụng các dịch vụ thoại, truyền dữ
liệu và đặc biệt là các dịch vụ băng rộng multimedia tại mọi nơi (anywhere), mọi
lúc (anytime), mạng di động thế hệ thứ tư - 4G (Fourth Generation) đã được đề xuất
nghiên cứu và hứa hẹn những bước triển khai đầu tiên trong vòng một thập kỷ nữa.

1 . các đặc điểm công nghệ :
Hiện nay, 4G mới đang ở giai đoạn đầu của quá trình phát triển với nhiều cách tiếp cận
tương đối khác nhau . ta sẽ xem xét 5 đặc điểm cơ bản, là động lực cho sự phát
triển hệ thống di động 4G.
-Hỗ trợ lưu lượng IP:

67


- Hỗ trợ tính di động tốt:

-Hỗ trợ nhiều công nghệ vô tuyến khác nhau:
- Không cần liên kết điều khiển:
-Hỗ trợ bảo mật đầu cuối-đầu cuối:

2 . mạng 4G tổng quát :
Dựa trên xu thế phát triển của thông tin di động, mạng 4G sẽ có băng thông rộng hơn,
tốc độ dữ liệu cao hơn, chuyển giao nhanh hơn và không gián đoạn, và đặc biệt cung
cấp các dịch vụ liên tục giữa các hệ thống và các mạng.
Mạng 4G sẽ bao gồm tất cả các hệ thống của các mạng khác nhau, từ mạng công
cộng đến mạng riêng, từ mạng băng rộng có quản trị mạng đến mạng cá nhân và các
mạng adhoc. Các hệ thống 4G sẽ hoạt động kết hợp với các hệ thống 2G và 3G cũng
như các hệ thống phát quảng bá băng rộng khác. Thêm vào đó, mạng 4G sẽ là mạng
Internet di động dựa trên IP hoàn toàn.
Hình ( dưới ) cho thấy một loạt các hệ thống mạng 4G sẽ tích hợp: vệ tinh băng rộng,
mạng tổ ong 2G, mạng tổ ong 3G, mạch vòng nội hạt vô tuyến (WLL) và mạng cá nhân
(PAN), dùng giao thức IP là giao thức tích hợp.

67


Kết nối liên tục giữa các mạng:

Phần 3
GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ MỤC TIÊU THIẾT
KẾ LTE

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

67


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. Đặc tả kỹ thuật cho LTE
đang được hoàn tất và dự kiến sản phẩm LTE sẽ ra mắt thị trường trong 2 năm tới.
Các mục tiêu của công nghệ này là:
-

Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20 MHz:
Tải xuống: 100 Mbps; Tải lên: 50 Mbps

-

Dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một người dùng trên 1
MHz so với mạng HSDPA Rel. 6:
Tải xuống: gấp 3 đến 4 lần; Tải lên: gấp 2 đến 3 lần.

-

Hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển của thuê bao là 0 – 15 km/h. Vẫn
hoạt động tốt với tốc độ từ 15 – 120 km/h. Vẫn duy trì được hoạt động khi
thuê bao di chuyển với tốc độ từ 120 – 350 km/h (thậm chí 500 km/h tùy

băng tần)

-

Các chỉ tiêu trên phải đảm bảo trong bán kính vùng phủ sóng 5km, giảm
chút ít trong phạm vi đến 30km. Từ 30 – 100 km thì không hạn chế.

67


Độ dài băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với các băng 1.25 MHz,
MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz cả chiều lên và xuống.

1.6

Hỗ trợ cả 2 trường hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không.
Để đạt được mục tiêu này, sẽ có rất nhiều kỹ thuật mới được áp dụng, trong đó
nổi bật là kỹ thuật vô tuyến OFDMA (đa truy cập phân chia theo tần số trực
giao), kỹ thuật anten MIMO (Multiple Input Multiple Output - đa nhập đa xuất).
Ngoài ra hệ thống này sẽ chạy hoàn toàn trên nền IP (all-IP network), và hỗ trợ cả
2 chế độ FDD và TDD

1.3

Mục tiêu thiết kế LTE
Những hoạt động của 3GPP trong việc cải tiến mạng 3G vào mùa xuân năm

2005 đã xác định đối tượng, những yêu cầu và mục tiêu cho LTE. Những mục tiêu
và yêu cầu này được dẫn chứng bằng tài liệu trong văn bản 3GPP TR 25.913.

67


Những yêu cầu cho LTE được chia thành 07 phần khác nhau như sau:
• Tiềm năng, dung lượng.
• Hiệu suất hệ thống
• Các vấn đề liên quan đến việc triển khai
• Kiến trúc và sự dịch chuyển (migration)
• Quản lý tài nguyên vô tuyến
• Độ phức tạp
• Những vấn đề chung

Chương 2
Phát triển kiến trúc hệ thống
3.1 Kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến
a.Các chức năng của mạng truy nhập vô tuyến;
-Mã hóa,đan xen,điều chế và các chức năng lớp vật lý điển hình khác.
-ARQ,nén tiêu đề và các chức năng lớp liên kết điển hình khác.
-Các chức năng an ninh (mật mã hóa và bảo vệ tính toàn vẹn).
-Các chức năng quản lí tài nguyên ,chuyển giao và các chức năng điều khiển tài
nguyên vô tuyến điển hình khác.

67


Hình 3.1 Mạng truy nhập vô tuyến :Các nút và các giao diện
Hình 3.1 cho thấy tổng quan mạng truy nhập vô tuyến LTE RAN với các nút và giao
diện.Khác với WCDMA/HSPA RAN ,LTE Ran chỉ có 1 kiểu nút.Như vậy trong LTE
không có nút tương đương với RNC .Lý do chủ yếu là không có hỗ trợ phân tập vĩ mô
đường lên ,đường xuống cho lưu lượng riêng của người sử dụng và triết lý là giảm

thiểu số lượng nút.
eNodeB chịu trách nhiệm cho một tập các ô.Tương tự như nút B trong kiến trúc
WCDMA /HSPA không cần sử dụng cùng 1 trạm anten.eNodeB thừa hưởng các chức
năng của RNC,eNodeB phức tạp hơn nút B.eNodeB chịu trách nhiệm quản lý tài
nguyên vô tuyến của 1 ô,các quyết định chuyển giao,lập biểu cho cả đường lên và
đường xuống trong các ô của mình.
*Giao diện giữa eNodeB với mạng lõi và với các eNodeB khác.
-eNodeB được nối tới mạng lõi thông qua giao diện S1.Giao diện S1 giống như
giao diện Iu nối giữa mạng lõi và RNC trong WCDMA/HSPA.

67


-Giữa các eNodeB có giao diện X2 giống như giao diện Iur trong
WCDMA/HSPA.Giao diện X2 chủ yếu được sử dụng để hỗ trợ di động chế độ tích
cực.
*Vai trò và chức năng của eNodeB
eNodeB có cùng chức năng như NodeB và ngoài ra nó còn có hầu hết chức
năng RNC của WCDMA/HSPA.Với những chức năng như:
-Thực hiện quyết định lập biểu cho cả đường lên và đường xuống.
-Quyết định chuyển giao.
-Chịu trách nhiệm về tài nguyên vô tuyến trong các ô của mình.
-Thực hiện các chức năng lớp vật lý thông thường như mã hóa ,giải mã ,điều
chế,giải điều chế,đan xen,giải đan xen…
-Thực hiện cơ chế phát lại HARQ.
3.Kiến trúc mạng lõi
Khi bắt đầu xây dựng tiêu chuản LTE RAN,công tác chuẩn hóa mạng lõi cũng được bắt
đầu.Công tác này được gọi là phát triển kiến trúc hệ thống(SAE:System Architecturre
Evolution).Mạng lõi được định nghĩa trong công tác SAE là sự phát triển triệt để từ
mạng lõi GSM/GPRS và vì thế có tên gọi mới .lõi gói phát triển (EPC :Elvolved Packet

Core).Phạm vi SAE chỉ bao gồm chuyển mạch gói không có miền chuyển mạch kênh.

67


Hình 3.3 :Kiến trúc EPS cơ bản.

Hình 3.4:Kiến trúc EPS phục vụ nút gỗ trợ GPRS/EDGE

Hình 3.3: Cấu hình cho EPS hỗ trợ của 3GPP bao gồm cả truy cập UMTS / HSPA
-EPC nối đến LTE RAN qua giao diện S1 và đến Internet qua giao diện SGi.
-Ngoài ra EPC nối đến HSS(tương ứng với HLR trong mạng lõi GSM/WCDMA) qua
giao diện S6a.
-Giữa UE và mạng truy nhập vô tuyến có giao diện Uu.

67


Hình 3.3 Kiến trúc chi tiết mạng lõi LTE
Chức năng các nút:
Mobility Management Entity (MME):
- Cung cấp tín hiệu cho phép truy nhập mạng và các khía cạnh an ninh.
- Chấm dứt sự truy cập của các thuê bao di động đối với truy nhập mạng 3GPP.
- Chọn chế độ tích cực thấp cho thiết bị người sử dụng khi không làm việc.
- Theo dõi quản lí danh sách các thuê bao trong khu vực .
- Chuyển vùng.
- GW lựa chọn (Phục vụ GW và PDN lựa chọn GW.
- Nút SGSN hỗ trợ các thuê bao 2G,3G truy nhập mạng LTE.
-Trung tâm nhận thực .
Serving Gateway :là nút chấm dứt sự truy nhập từ mạng truy nhập vô tuyến

EUTRAN.Serving Gateway có những chức năng bao gồm:

67


-Là nút hỗ trợ sự chuyển giao từ eNodeB này sang eNodeB khác trong quá trình thiết
bị di động di chuyển .
-Kết thúc sự truy nhập từ mạng truy nhập vô tuyến 3GPP(chấm dứt sự truy nhập vô
tuyến bởi giao diện S4 và tiếp nhận kênh truyền tải từ mạng 2G,3G và PDN Gateway).
-Cung cấp chức năng cho mạng truy nhập vô tuyến khi ở chế độ nhàn rỗi là đệm các
gói ở đường downlink và kích hoạt các thủ tục yêu cầu dịch vụ.
-Đánh số thứ tự các gói trên đường downlink và uplink.
-Tính toán chi phí của người dùng.
Cho phép cấp quyền truy nhập.
-Định tuyến gói tin và chuyển tiếp các gói.
-Hỗ trợ việc tính cước.
PDN Gateway : là nút chấm dứt giao diện SGi về phía PDN.Nếu có 1UE truy cập vào
nhiều PDN,nó có thể cung cấp 1 hay nhiều hơn PDN phục vụ UE.PDN bao gồm những
chức năng sau:
-Thực thi chính sách.
-Mỗi ngưới sử dụng được cung cấp gói dịch vụ khác nhau.
-Tính phí hỗ trợ.
-Vận chuyển các gói trên downlink hay uplink.
-Cho phép những thiết bị hợp pháp truy nhập.
-Cung cấp cho mỗi UE một địa chỉ IP.
-Phân loại các gói .
-Có chức năng như DHCP trong 3G(Dynamic Host Confiquration Protocol:Giao thức
cấu hình động máy chủ).
eNodeB :có cùng chức năng như NodeB và ngoài ra nó còn có hầu hết chức năng
RNC của WCDMA/HSPA.Với những chức năng như:

-Thực hiện quyết định lập biểu cho cả đường lên và đường xuống.
-Quyết định chuyển giao.
-Chịu trách nhiệm về tài nguyên vô tuyến trong các ô của mình.

67


-Thực hiện các chức năng lớp vật lý thông thường như mã hóa ,giải mã ,điều
chế,giải điều chế,đan xen,giải đan xen…
-Thực hiện cơ chế phát lại HARQ
Hỗ trợ cho những mạng không thuộc 3GPP:
Để hỗ trợ chuyển vùng ;EPS có 3 dạng giao diện phục vụ cho những mạng không
thuộc 3GPP là:S2a;S2b và S2c.
-S2a cung cấp cho người dùng liên quan tới điều khiển và hỗ trợ di động giữa những
mạng không phải 3GPP và Gateway.
-S2b cung cấp cho người dùng liên quan tới điều khiển và hỗ trợ tính năng di động giữa
ePDG và Gateway.
-S2c cung cấp cho người dùng liên quan tới điều khiển và hỗ trợ di động giữa UE và
những mạng thuộc 3GPP và không thuộc 3GPP.
ePDG: Chức năng của ePDG bao gồm:điều khiển sự phân bổ địa chỉ IP trong ePDG
được sử dụng như là CoA khi mà S2c được sử dụng.
Chức năng để vận chuyển một địa chỉ IP từ xa như là một địa chỉ IP cụ thể để
PDN một khi S2b được sử dụng.
- Định tuyến các gói dữ liệu từ / đến PDN.
- Can thiệp hợp pháp.
- Thực thi các chính sách QoS dựa trên thông tin nhận được thông qua cơ sở hạ
tầng AAA.
Hỗ trợ truy nhập từ các mạng không thuộc 3GPP:Để hỗ trợ cho việc chuyển giao
,kiến trúc mạng lõi EPC có 3 giao diện hỗ trợ truy nhập:
-

-S2a:là giao diện giữa mạng không thuộc 3GPP với PDN Gateway.
-S2b :là giao diện giữa ePDG và PDN Gateway.
-S2c là giao diện giữa UE và Gateway.

67


Chương 3
Các kỹ thuật cho truy nhập vô tuyến trong LTE
I -Hệ thống truyền dẫn: đường xuống OFDMA và đường lên SCFDMA:
Đường xuống và đường lên trong LTE dựa trên việc sử dụng nhiều các công nghệ đa
truy nhập , cụ thể : đa truy nhập phân chia tần số trực giao cho đường xuống ( OFDMA)
, và đa truy nhập phân chia tần số - đơn sóng mang ( SC-FDMA ) cho đường lên .
trước tiên ta xét cho đường xuống .

1 – Công nghệ đa truy nhập cho đường xuống OFDM và OFDMA :
Truyền dẫn OFDM là một kiểu truyền dẫn đa sóng mang . một số đặc điểm của
OFDM :
- sử dụng nhiều sóng mang . chẳng hạn nếu một hệ thống MC-WCDMA ( WCDMA
đa sóng mang ) băng thông 20MHz sử dụng 4 sóng mang với mỗi sóng mang có băng
tần là 5MHz , thì với băng thông như vậy OFDM có thể sử dụng 2048 sóng mang với
băng thông sóng mang con 15MHz .
- các sóng mang con trực giao với nhau và khoảng cách giữa 2 sóng mang con liền
kề bằng đại lượng nghịch đảo của thời gian ký hiệu điều chế sóng mang con . vì thế
các sóng mang con của OFDM được đặt gần nhau hơn so với FDMA .
1.1 đặc điểm chung :
OFDMA là một biến thể của ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM . một số hệ
thống điều chế đa sóng mang đã được đưa vào sử dụng rộng dãi trong các hệ thống
không dây nhưng tương đối mới cho di động. OFDM sử dụng một số lượng lớn các

sóng mang phụ dải hẹp hoặc âm thanh cho việc truyền dẫn nhiều sóng mang.Các tài
nguyên vật lý của đường downlink LTE cơ bản có thể được giải thích là một lưới tần
số-thời gian, như minh họa trong hình dưới. Trong vùng tần số, khoảng cách giữa các
sóng mang phụ(Δf)là 15kHz. Ngoài ra,chu kỳ của OFDM là 1/Δf cộng với chu trình đầu
tiên.Các chu trình đầu được sử dụng để duy trì trực giao giữa các sóng mang phụ,cho
cả thời gian phân tán các kênh vô tuyến.

67


Một phần tài nguyên mang QPSK,16QAM hay 64QAM,ví dụ với 64QAM,mỗi phần
mang 6 bit. Các OFDM được phân nhóm thành các khối tài nguyên,các khối tài nguyên
có tổng kích thước là 180 kHz trong miền tần số và 0.5 ms trong miền thời gian. Mỗi
người dùng được phân bổ một số khối tài nguyên trong lưới thời gian-tần số.Các khối
tài nguyên người dùng nhận được càng nhiều và điều chế sử dụng trong một phần tài
nguyên càng cao thì tốc độ bit càng cao.
Các khối tài nguyên nào và có bao nhiêu người dùng nhận được tại một điểm nhất định
phụ thuộc vào cơ cấu lập danh mục cải tiến trong chiều thời gian và tần số.Danh mục
các tài nguyên có thể được cập nhật hàng ms,có nghĩa là 2 khối tài nguyên,rộng 180
kHz và có tổng chiều dài là 1 ms,gọi là khối danh mục.Cơ cấu lập danh mục trong LTE
tương tự như cơ cấu được sử dụng trong HSPA và cho phép tối ưu hiệu suất cho các
dịch vụ khác nhau trong các môi trường vô tuyến khác nhau.
Trên hình minh họa các tính năng chính của một tín hiệu OFDM ở miền tần số và thời
gian. Trong miền tần số ,đa truy nhập các âm liền kề hoặc các sóng mang con một
cách độc lập với các dữ liệu điều biến . sau đó , trong miền thời gian , khoảng bảo vệ
được chèn vào giữa mỗi ký hiệu để ngăn chặn nhiễu liên ký hiệu ở máy thu gây ra bởi
nhiều con đường trễ lan truyền trong kênh vô tuyến .
Khi so sánh với công nghệ CDMA mà đại diện là UMTS , OFDM có một số ưu
điểm khác biệt :
- OFDM có nhiều khả năng chống pha đinh .

- các bộ bù kênh của OFDM thực hiện đơn giản hơn các bộ bù của CDMA , như là tín
hiệu OFDM được biểu diễn trong miền tần số hơn là miền thời gian .
- OFDM có thể hoàn toàn có khả năng chống được nhiễu đa đường . điều này là có thể
bởi vì các ký hiệu dài được sử dụng cho OFDM có thể được ngăn cách bởi một
khoảng bảo vệ được gọi là tiền tố vòng ( CP ). CP là một bản sao của biên của một ký

67


hiệu được chèn vào lúc bắt đầu. bởi lấy mẫu tín hiệu nhận được tại thời điểm tối ưu
,máy thu có thể loại bỏ các nhiễu miền thời gian giữa các biểu tượng liền kề gây ra bởi
lan truyền trễ đa đường trong kênh vô tuyến .
- OFDM là phù hợp hơn để sử dụng MIMO . biểu diễn miền tần số của tín hiệu cho
phép dễ dàng mã hóa để phù hợp với tín hiệu tần số và đặc điểm của kênh truyền đa
đường .
1.1.1 khoảng cách giữa các sóng mang con của OFDM :
Tồn tại 2 tiêu chí cần cân nhắc trong việc chọn sóng mang con :
- khoảng cách giữa các sóng mang con càng nhỏ càng tốt ( TFFT càng lớn càng tốt ) để
giảm thiểu tỉ lệ chi phí cho CP : TCP / ( TFFT + TCP )
- khoảng cách giữa các sóng mang con quá nhỏ sẽ tăng sự nhạy cảm của truyền dẫn
OFDM với trải Doppler .
Khi truyền qua kênh phadinh vô tuyến , do trải Doppler lớn , kênh có thể thay đổi
đáng kể trong đoạn lấy tương quan TFFT dẫn đến trực giao hóa giữa các sóng mang bị
mất và nhiễu giữa các sóng mang .
Trong thực tế , đại lượng nhiễu giữa các sóng mang có thể chấp nhận rất lớn tùy
thuộc vào dịch vụ cần cung cấp và mức độ tín hiệu thu chịu được tạp âm và các nhân
tố gây giảm cấp khác . chẳng hạn tại biên của một ô lớn tỉ số tín hiệu trên tạp âm cộng
nhiễu có thể khá thấp khi tốc độ số liệu thấp. vì thế một lượng nhỏ nhiễu bổ xung giữa
các sóng mang con do trải Doppler có thể bỏ qua . tuy nhiên trong trường hợp tỷ lệ số
tạp âm cộng nhiễu cao (chẳng hạn trong các ô nhỏ hay tại vị trí gần BS ) , khi cần cung

cấp tốc độ số liệu cao , cùng một lượng nhiễu giữa các sóng mang con như trên cũng
có thể gây ảnh hưởng xấu hơn nhiều .
1.1.2 số lượng các sóng mang con :
Số lượng các sóng mang con được xác định dựa trên băng thông khả dụng và phát
xạ ngoài băng .
Độ rộng băng tần cơ sở của tín hiệu OFDM bằng P∙∆f , nghĩa là số sóng mang con
nhân với khoảng cách giữa các sóng mang con . tuy nhiên phổ của tín hiệu OFDM cơ
sở giảm rất chậm bên ngoài độ rộng băng tần OFDM cơ sở . lý do gây ra phát xạ ngoài
băng lớn là do việc sử dụng tạo dạng xung chữ nhật dẫn đến các búp sóng bên giảm
tương đối chậm . tuy nhiên trong thực tế lọc hoặc tạo cửa sổ miền thời gian được sử
dụng để loại bỏ phần lớn các phát xạ ngoài băng của OFDM .trong thực tế cần dành
10% băng tần cho băng bảo vệ đới với tín hiệu OFDM . chẳng hạn nếu băng thông khả
dụng là 5MHz thì độ rộng băng tần OFDM (P∙∆f) chỉ có thể vào khoảng 4,5MHz . giả sử
LTE sử dụng khoảng cách giữa các sóng mang là 15KHz , thì điều này tương đương
với vào khoảng 300 sóng mang con trong 5MHz .
1.1.3 sử dụng OFDM cho ghép kênh và đa truy nhập:
Trên đường xuống , OFDM được sử dụng làm sơ đồ ghép kênh cho những người sử
dụng . trong khoảng thời gian một ký hiệu OFDM , toàn bộ các sóng mang con khả
dụng được chia thành các tập con khác nhau và được gán cho những người sử dụng
khác nhau để truyền đến các đầu cuối khác nhau .
Trên đường lên cũng tương tự , OFDM được sử dụng làm sơ đồ đa truy nhập . trong
khoảng thời gian một ký hiệu OFDM toàn bộ các sóng mang con khả dụng được chia

67


thành các tập con khác nhau và được gán cho các người sử dụng khác nhau để truyền
từ các đầu cuối khác nhau đến trạm gốc .
Trong trường hợp OFDMA được sử dụng cho đường lên , tín hiệu OFDM được phát
đi từ các máy đầu cuối khác nhau được ghép kênh theo tần số , điều quan trọng là khi

truyền dẫn từ các đầu cuối ở các vị trí khác nhau so với trạm gốc phải đến trạm gốc
một cách đồng bộ theo thời gian .đặc biệt là sự mất đồng bộ giữa các truyền dẫn từ các
đầu cuối di động khác nhau tại trạm gốc phải nhỏ hơn độ dài CP để đảm bảo tính trực
giao giữa các sóng mang con thu được từ các đầu cuối di động khác nhau để tránh
nhiễu giữa những người sử dụng .
Do khác nhau về khoảng cách từ các máy đầu cuối di động đến trạm gốc và vì thế
dẫn đến khác nhau về thời gian truyền lan , nên phải điều khiển định thời phát của từng
đầu cuối . điều khiển định thời phát nhằm điều chỉnh định thời phát của từng đầu cuối di
động để đảm bảo rằng các truyền dẫn đường lên được đòng bộ tại tram gốc . do thời
gian truyền lan thay đổi khi đầu cuối di động chuyển động trong ô , điều khiển định thời
phát phải là một quá trình tích cực liên tục điều chỉnh định thời phát cho từng đầu cuối
di động .
Ngay cả khi điều khiển định thời phát hoàn hảo , vẫn luôn có một lượng nhiễu giữa
các sóng mang con do sai số tần số . trong trường hợp sai số tần số hợp lý và trải
Doppler nhỏ thì nhiễu này thường tương đối nhỏ . tuy nhiên điều này chỉ sảy ra khi coi
rằng các sóng mang con khác nhau được thu tại trạm gốc với công suất gần như nhau
trên đường lên do khoảng cách từ các máy đầu cuối đến trạm gốc là khác nhau , vì thế
suy hao đường truyền của các đường truyền này cũng có thể rất khác nhau . nếu 2 đầu
cuối phát cùng một công suất thì do khoảng cách khác nhau nên công suất tín hiệu thu
tại tram gốc từ 2 đầu cuối này có thể rất khác nhau và vì thế tín hiệu thu từ trạm đầu
cuối mạnh hơn sẽ gây nhiễu đối với tín hiệu thu yếu hơn cho dù vẫn duy trì được trực
giao hoàn hảo giữa các sóng mang con .để tránh điều này cần phải thực hiện điều
khiển công suất phát của các dầu cuối ở một mức độ nhất định . đối với OFDMA đường
lên bằng cách giảm công suất của đầu cuối ở gần trạm gốc để đảm bảo công suất của
các tín hiệu thu gần như nhau .
1.4 thu phát tín hiệu OFDM

67

Những tín hiệu OFDM được tạo ra trong miền tần số vì khó tạo ra những bank lớn
các bộ dao động và những máy thu khóa pha trong miền tương tự . Hình dưới là sơ đồ
khối của thiết bị đầu cuối OFDM tiêu biểu .Phần máy phát biến đổi dữ liệu số cần truyền
, ánh xạ vào biên độ và pha của các tải phụ .Sau đó nó biến đổi biểu diễn phổ của dữ
liệu vào trong miền thời gian nhờ sử dụng biến đổi Fourier rời rạc đảo (inverse
Discrecte Fourier Transform).Biến đổi nhanh Fourier đảo (Inverse Fast Fourier
Transform) thực hiện cùng một thuật toán như IDTF , ngoại trừ rằng nó tính hiệu quả
hơn nhiều và do vậy nó được sử dụng trong tất cả các hệ thống thực tế .Để truyền tín
hiệu OFDM tín hiệu miền thời gian được tính toán được phách lên tần số cần thiết .Máy
thu thực hiện thuật toán ngược lại với máy phát .Khi dịch tính hiệu RF xuống băng cơ
sở để xử lý ,sau đó sử dụng biến đổi Fourier nhanh (FFT) để phân tích tín hiệu trong
miền tần số .Sau đó biên độ và pha của các tải phụ được chọn ra và đuợc biến đổi
ngược lại thành dữ liệu số . Biến đổi nhanh Fourier đảo (IFFT) và biến đổi Fourier
nhanh(FFT) là hàm bổ sung và thuật ngữ thích hợp nhất được dùng phụ thuộc vào liệu
tín hiệu đang được thu hoặc đang được phát .Trong nhiều trường hợp tín hiệu là độc
lập với sự phân biệt này nên thuật ngữ FFT và IFFT có thể được sử dụng thay thế cho
nhau .

1.4.1 chuyển đổi nối tiếp – song song :

67


Dữ liệu cần truyền thường có dạng dòng dữ liệu nối tiếp .Trong OFDM ,mỗi symbol
thường truyền 40-4000 bit và do vậy giai đoạn biến đổi song song thành nối tiếp là cần
thiết để biến đổi dòng, bit nối tiếp đầu vào thành dữ liệu cần truyền trong mỗi symbol
OFDM .Dữ liệu được phân phối cho mỗi symbol phụ thuộc vào sơ đồ điều chế được sử
dụng và trên mỗi tải phụ có thể thay đổi và như vậy số bit tảii phụ cũng thay đổi .Kết
quả là giai đoạn biến đổi nối tiếp thành song song bao hàm việc làm đầy payload dữ
liệu của mỗi tải phụ .Tại máy thu quá trình là ngược lại ,với dữ liệu từ các tải phụ được

biến đổi trở lại thành dòng dữ liệu nối tiếp gốc.
Khi sự truyền OFDM xảy ra trong môi trường radio truyền lan đa đường (multipath)
,fading chọn lọc tần số có thể làm cho những nhóm tải phụ bị suy giảm nghiêm trọng
,có thể gây ra các lỗi bit .Các Null này trong đáp tuyến tần số của kênh có thể làm cho
thông tin trong những sóng mang kế cận dễ bị phá hủy, tạo thành cụm mỗi bit trong mỗi
symbol. Phần lớn các sơ đồ của lỗi tiến (FEC) làm việc có hiệu quả hơn nếu các lỗi
được trải rộng ra ,hơn là tạo thành bó ,và vì vậy để cải thiện chỉ tiêu kỹ thuật phần lớn
các hệ thống dung xáo trộn dữ liệu (scrambing) như một phần của giai đoạn biến đổi
nối tiếp thành song song .Điều này được thực hiện bởi sự ngẫu nhiên hoá vị trí tải phụ
của mỗi bit dữ liệu liên tiếp .Tại máy thu quá trình xáo trộn được sử dụng để giải mã tín
hiệu .Điều này khôi phục dãy bit dữ liệu gốc nhưng trải rộng các cụm lỗi bit làm cho
chúng được phân bố gần đều theo thời gian .Sự ngẫu nhiên hóa vị trí của các lỗi bit
như vậy cải thiện chỉ tiêu kỹ thuật sửa lỗi tiến (FEC) và nhìn chung của cả hệ thống .
1.4.2 điều chế RF :
Đầu ra của bộ điều chế OFDM là tín hiệu dải gốc ( baseband ),tín hiệu này phải
được dịch (hoặc phách –UpConverte) lên tần số cao để phát đi .Điều này có thể được
thực hiện khi dùng kỹ thuật tương tự hoặc dùng dịch tần số .Cả hai kỹ thuật trên đều
thực hiện cùng một thuật toán ,tuy nhiên kỹ thuật điều chế số có khuynh hướng trở nên
chính xác hơn do sự phối hợp đuợc cải thiện giữa xử lý kênh I , Q và độ chính xác pha
của bộ điều chế IQ số .
1.4.3 khoảng bảo vệ (GUARD PERIOD)

Đối với một băng thông hệ thống đã cho tốc độ symbol của tín hiệu OFDM thì thấp
hơn nhiều tốc độ symbol của sơ đồ truyền sóng mang đơn .Ví dụ đối với điều chế đơn
sóng mang BPSK tốc độ symbol tương ứng với tốc độ bit. Tuy nhiên với OFDM băng
thông hệ thống được chia cho Nc tải phụ ,tạo thành tốc độ symbol nhỏ hơn Nc lần so
với truyền sóng mang đơn .Tốc độ symbol thấp này làm cho OFDM chịu đựng được tốt
với can nhiễu giữa can nhiễu ISI (inter- Symbol interference ) gây ra bởi truyền lan

67

nhiều đường. Có thể giảm ảnh hưởng ISI tới tín hiệu OFDM bằng các thêm vào khoảng
bảo vệ ở trước của mỗi symbol .Khoảng bảo vệ này là bản copy tuần hoàn theo chu
kỳ ,làm mở rộng chiều dài của dạng sóng symbol .Mỗi tải phụ trong phần dữ liệu của
mỗi symbol ,có nghĩa là symbol OFDM chưa có bổ sung khoảng bảo vệ ,có chiều dài
bằng kích thước IFFT( được sử dụng để tạo tín hiệu ) có một số nguyên lần các chu
kỳ .Do vậy việc đưa vào các bản copy của symbol nối đuôi nhau tạo thành một tín hiệu
liên tục ,không có sự gián đoạn ở chỗ nối .Như vậy việc sao chép đầu cuối của symbol
và đặt nó đế đầu vào đã tạo ra một khoảng thời gian symbol dài hơn .
1.5 kỹ thuật OFDMA
Với tín hiệu OFDM tiêu chuẩn rất hẹp , thiết bị đầu cuối truyền dẫn có thể bị hiện
tượng phadinh băng hẹp và can nhiễu . đó là lý do tại sao 3GPP đã chọn OFDMA cho
đường xuống , trong đó có kết hợp yếu tố của đa truy nhập phân chia thời gian (TDMA)
. OFDMA cho phép các nhóm nhỏ của sóng mang con được cấp phát giao động giữa
những người dùng khác nhau trên băng tần này , như trong hình :

Kết quả là một hệ thống mạnh mẽ hơn với công suất tăng lên . điều này là do hiệu quả
sử dụng ghép kênh người dùng cấp độ thấp ,và khả năng lập lịch trình cho người sử
dụng bởi tần số , đồng thời làm giảm ảnh hưởng của phadinh đa đường.
Trong OFDMA, vấn đề đa truy nhập được thực hiện bằng cách cung cấp cho mỗi
người dùng một phần trong số các sóng mang có sẵn. Bằng cách này, OFDMA tương
tự như phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số thông thường (FDMA); tuy
nhiên nó không cần thiết có dải phòng vệ lân cận rộng như trong FDMA để tách biệt
những người dùng khác nhau.
Ưu điểm cơ bản của hệ thống OFDMA nhảy tần hơn hẳn các hệ thống DS-CDMA
và MC-CDMA là tương đối dễ dàng loại bỏ được xuyên nhiễu trong một tế bào bằng
cách sử dụng các mẫu nhảy trực giao trong một tế bào.

2. công nghệ đa truy nhập cho đường lên SC-FDMA :

Đối với việc truyền dữ liệu ở hướng lên, 3GPP đã chọn một phương thức điều chế
hơi khác một chút. Việc truyền OFDMA phải chịu một PAPR (Peak to Average Power
Ratio _ tỷ lệ công suất đỉnh so với trung bình) cao, điều này có thể dẫn đến những hệ

67


quả tiêu cực đối với việc thiết kế một bộ phát sóng nhúng trong UE; đó là, khi truyền dữ
liệu từ UE đến mạng, cần có một bộ khuếch đại công suất để nâng tín hiệu đến lên một
mức đủ cao để mạng bắt được (pick up). Bộ khuếch đại công suất là một trong những
thành phần tiêu thụ năng lượng lớn nhất trong một thiết bị, và vì thế nên có hiệu quả
công suất cao càng cao càng tốt để làm tăng tuổi thọ pin của máy. Tính hiệu quả của
bộ khuếch đại công suất phụ thuộc vào hai yếu tố :
 Bộ khuếch đại đó phải có khả năng khuếch đại giá trị đỉnh cao nhất của sóng. Do
những ràng buộc trong chất bán dẫn, giá trị đỉnh này quyết định mức tiêu thụ năng
lượng của bộ khuếch đại.
 Tuy nhiên, các giá trị đỉnh của sóng không mang nhiều thông tin hơn chút nào so với
công suất trung bình của tín hiệu trong thời gian truyền nhận. Vì thế, tốc độ truyền
không phụ thuộc vào mức công suất ngõ ra cần thiết cho các giá trị đỉnh mà phụ thuộc
vào mức công suất trung bình của sóng.
Bởi vì cả mức tiêu thụ năng lượng lẫn tốc độ truyền đều quan trọng đối với các nhà
thiết kế UE, cho nên bộ khuếch đại công suất nên tiêu thụ càng ít năng lượng càng tốt.
Như vậy, UE nào sử dụng phương thức điều chế có tỉ lệ PAPR càng thấp thì thời gian
hoạt động của nó ở một tốc độ truyền nhất định càng dài.
Một phương thức điều chế tương tự với OFDMA cơ bản, nhưng có một PAPR tốt
(thấp) hơn, là SC-FDMA (Single Carrier-Frequency Division Multiple Access _ Đa Truy
cập Phân Tần Một Kênh truyền duy nhất). Do PAPR của nó tốt hơn, nó được 3GPP
chọn để truyền dữ liệu ở hướng lên. Tuy mang cái tên như vậy song SC-FDMA cũng
truyền dữ liệu qua giao tiếp vô tuyến trong nhiều kênh con, nhưng bổ sung thêm một
bước xử lý nữa, như được minh họa trong Hình . Thay vì đặt 2, 4 hoặc 6 bit với nhau

như trong ví dụ OFDM để tạo thành tín hiệu cho một kênh con, khối xử lý bổ sung trong
SC-FDMA trải thông tin của mỗi bit ra trên tất cả các kênh con. Điều này được thực
hiện như sau: Cũng một số bit (ví dụ như 4 đối với điều chế 16-QAM) được nhóm lại
với nhau, nhưng trong OFDM, các nhóm bit này là dữ liệu nhập cho hàm IFFT, còn
trong SC-FDMA, các bit này được đưa vào một hàm FFT (Fast Fourier Transformation)
trước đã. Dữ liệu xuất của quá trình này là cơ sở cho việc tạo ra các kênh truyền con
cho hàm IFFT theo sau. Bởi vì không phải tất cả các kênh con đều được dùng bởi UE,
nên nhiều kênh được đặt ở mức không (0) trong đồ thị. Những kênh này có thể được
dùng bởi các UE khác hoặc không.
Ở phía máy thu, tín hiệu được giải điều chế, được khuếch đại và được xử lý bởi hàm
FFT theo cách giống như trong OFDMA. Nhưng biểu đồ biên độ kết quả không được
phân tích thẳng ra để có được dòng dữ liệu ban đầu, mà được nạp vào một hàm IFFT
để gỡ bỏ tác dụng của quá trình

67