Công nghệ vô tuyến từ 3GLTE đến LTEADVANCED

LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan nội dung của đồ án này không phải là bản sao chép của bất cứ
đồ án hoặc công trình nào đã có từ trước. Nếu vi phạm em xin chịu mọi hình thức kỷ
luật của Khoa.
Đà
Nẵng, ngày 01,tháng 06, năm 2014
Sinh viên ký tên

Lê Văn Vũ


LỜI NÓI ĐẦU
3GPP đang phát triển một tiêu chuẩn cho mạng truy cập di động băng thông rộng
hứa hẹn sẽ đáp ứng được những yêu cầu về thông lượng kênh truyền và độ bao phủ của
mạng của công nghệ di động thế hệ thứ tư(4G) gọi là LTE-Advanced, là phiên bản phát
triển của LTE. Mục tiêu chính của sự phát triển này là làm tăng tốc độ dữ liệu, cải thiện
hiệu suất phổ, cải thiện độ bao phủ và đồng thời giảm trễ trong quá trình truyền. Kết
quả cuối cùng của những mục tiêu này nhằm tăng chất lượng dịch vụ cho người dùng,
ngoài ra để giảm chi phí điều hành đối với nhiều môi trường thông tin liên lạc khác
nhau.
Một trong những thách thức của chuẩn đang phát triển này là phải cung cấp tốc
độ dữ liệu cao trong vùng bao phủ của trạm gốc. Một giải pháp để tăng tốc độ dữ liệu là
giảm tỉ lệ lỗi bit (BER) khi tỉ số SRN được cho trước, đồng thời tăng độ bao phủ bằng
cách sử dụng các trạm trung gian để chuyển tiếp dữ liệu giữa trạm gốc và thiết bị di
động còn gọi là kỹ thuật chuyển tiếp. Kỹ thuật chuyển tiếp đã được bắt đầu nghiên cứu
và được xem xét trong quá trình chuẩn hóa của hệ thống truyền thông di động băng
rộng thế hệ 4G. Vì vậy, em quyết định chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp là: “ Nghiên cứu
giảm BER bằng các phương pháp hợp tác chuyển tiếp trong LTE-Advanced ”.
Đồ án tốt nghiệp này tập trung vào nghiên cứu các kỹ thuật chuyển tiếp trong hệ
thống LTE-Advanced và đánh giá hiệu quả của các phương pháp kết hợp tại đầu thu
trong hợp tác chuyển tiếp. Cách tiếp cận vấn đề là thiết kế, mô phỏng kênh truyền, các

phương thức chuyển tiếp tại trạm chuyển tiếp kết hợp với các phương pháp kết hợp tín
hiệu tại đầu thu nhằm giảm tỉ lệ bit lỗi cho mạng LTE-Advanced làm nổi bật hiệu quả của
các kỹ thuật chuyển tiếp. Kết quả mô phỏng của đồ án đã làm sáng tỏ phần lý thuyết đã
trình bày, cho thấy các kỹ thuật hợp tác chuyển tiếp có thể giảm BER. Qua đó có thể làm
cơ sở để tăng tốc độ bit nhằm cải thiện chất lượng dịch vụ một cách hiệu quả.


Nội dung đồ án gồm hai phần lý thuyết và mô phỏng, được trình bày qua 4
chương:
Chương 1: Giới thiệu công nghệ vô tuyến LTE-Advanced
Chương 2: Công nghệ Relay trong LTE-Advanced
Chương 3: Chuyển tiếp trong mạng đa chặng hợp tác
Chương 4: Mô phỏng kết quả các phương pháp kết hợp
Trong quá trình hoàn thành đồ án này, tuy đã cố gắng nhưng vẫn không tránh
khỏi những thiếu sót, em rất mong quý thầy cô chỉ bảo thêm. Nhân đây, em xin chân
thành gửi lời xin lỗi đến thầy hướng dẫn em làm đồ án tốt nghiệp này là thầy Nguyễn
Văn Cường vì tác phong học tập chưa tốt của mình. Em đã ghi nhớ và sẽ chú trọng đến
tác phong và thái độ học tập và làm việc trong mọi lĩnh vực của cuộc sống từ bây giờ.
Qua đồ án này, em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các quý thầy cô trong khoa Điện
tử - Viễn thông đã cung cấp những kiến thức cần thiết trong năm năm đại học để em có
thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này! Đó cũng là nền tảng để em có thể tiếp tục học tập
và ứng dụng vào công việc sau này.
Sau cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Cường đã hướng dẫn giúp
em hoàn thành đồ án này!
Em xin chân thành cảm ơn!



MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC
CÁC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC HÌNH VẼ
LỜI NÓI ĐẦU

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI………………………..…52
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………..…53
PHỤ LỤC…………………………………………………………………..…..54


DANH MỤC HÌNH VẼ


CÁC TỪ VIẾT TẮT
3G

3rd Generation

3GPP

3rd Generation Partnership Project

4G

4th Generation

B3G

Beyond 3rd Generation

BER

Bit Error Rate

BPSK

Binary Phase Shift Keying

BS

Base Station

CDMA

Code Division Multiple Access

CP

Cyclic Prefix

DFT

Discrete Fourier Transform

DL

Down link

DMF

De- Modulate and Forward

ESNRC

Enhanced Signal to Noise Combining

eNB

evolved Node B

ERC

Equal Ratio Combining

FDMA

Frequency Division Multiple Access

FDD

Frequency Division Duplex

FFT

Fast Fourier Transform

FRC

Fixed Ratio Combining

GSM

Global System for Mobile communication

IFFT

Inverse Fast Fourier Transform

IMT

International Mobile Telecommunications

IMT-A

International Mobile Telecommunications Advanced

ITU

International Telecommunication Union

LOS

Line Of Sight

LTE

Long Term Evolution

LTE-A

Long Term Evolution Advanced

MIMO

Multiple Input and Multiple Output

MRC

Maximum Ratio Combining

NLOS

Non Line Of Sight

OFDM

Orthogonal Frequency Division Multiplexing

OFDMA

Orthogonal Frequency Division Multiple Access

PAPR

Peak to Average Power Ratio

QoS

Quality of Service

QPSK

Quadrature Phase Shift Keying

RF

Radio Frequency

RAN

Radio Access Network

RN

Relay Node

RX

Receiver


RS

Relay Station

SCFDMA

Single Carrier Frequency Division Multiple Access

SER

Symbol Error Rate

SNR

Signal to Noise Ratio

SNRC

Signal to Noise Ratio Combining

TDD

Time Division Duplex

TX

Transmitter

UE

User Equipment

UL

Up link


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ VÔ TUYẾN

LTE-ADVANCED
1.1 Giới thiệu chương
LTE-Advanced được biết đến như là một phiên bản mở rộng của LTE, đáp ứng
được yêu cầu của IMT-Advanced được gọi là công nghệ thế hệ 4G. Vì vậy mặc dù LTE-A
có những phát triển nổi bậc so với LTE nhưng chúng đều có các điểm tương đồng về cấu
trúc mạng, đặc tính phổ tần, kỹ thuật phân tập…Nên khi nhắc đến LTE-A trước hết phải
có kiến thức tổng quát về 3G LTE. Chương đầu tiên của đồ án này, sẽ trình bày một số
khái niệm quan trọng của LTE ( Phiên bản thứ 8), LTE-Advanced. Sau đó sẽ trình bày về
một số những ưu điểm chính của LTE- Advanced và so sánh sự khác biệt giữa LTE và LTEAdvanced.
1.2 Hệ thống vô tuyến 3G LTE
Long Term Evolution ( LTE ) là hệ thống vô tuyến thế hệ thứ ba (3G), dựa trên
công nghệ truy cập vô tuyến . LTE đang trên đà phổ biến và tiếp tục phát triển với tốc độ
nhanh . Tuy nhiên , để đáp ứng nhu cầu bùng nổ thông tin trong tương lai, các dịch vụ di
động băng thông rộng cần phải truyền dữ liệu tốc độ cao, trễ ngắn hơn, và dung lượng
lớn hơn… Đó cũng là thách thức đối với những nỗ lực nghiên cứu về thế hệ tiếp theo của
3G-LTE được gọi là truy cập vô tuyến thế hệ thứ tư (4G). Truy cập vô tuyến thế hệ thứ tư
dự kiến có thể cung cấp tốc độ dữ liệu lên đến 100 Mbps với độ bao phủ rộng và lên đến
1 Gbps với độ bao phủ tập trung, đáp ứng các yêu cầu đối với hệ thống Beyond IMT2000. Để đáp ứng những yêu cầu cải tiến vượt bậc đó, 3GPP đã bắt đầu nghiên cứu về
LTE -A, với mục tiêu đạt được bước nhảy vọt đáng kể về cung ứng dịch vụ và giảm chi
phí. LTE-Advanced sẽ được giới thiệu trong phiên bản 10.
1.3 Tổng quan về LTE


Nền tảng của LTE-Advanced chính là LTE. Vì vậy để kế thừa được những đặc điểm
của LTE trước tiên cần phải hiểu rõ hệ thống LTE hiện tại, được gọi là LTE phiên bản 8.
Sau đây là một số đặc điểm của LTE phiên bản đầu tiên.

1.3.1 Phương thức truyền dẫn
1.3.1.1 Truyền tải đường xuống
Trong hệ thống thông tin băng rộng thế hệ 3G-LTE, cốt lõi của việc truyền tải vô

tuyến đường xuống là ghép kênh phân chia theo tần số trực giao(OFDM) với các dữ liệu
được truyền song song trên một số lượng lớn sóng mang phụ trực giao nhau. Sử dụng
các sóng mang con trực giao kết hợp với việc chèn thêm tiền tố tuần hoàn là cyclic prefic
(CP), kênh truyền vô tuyến OFDM vốn đã độc lập với nhau trong miền thời gian (do tính
trực giao) càng không phải cần các khoảng nghỉ giữa các symbol để tránh nhiễu giữa các
symbol. Cũng trong một Symbol OFDM , tiền tố tuần hoàn được truyền trong khoảng
thời gian bảo vệ và kết thúc một OFDM symbol, được thể hiện trong hình 1.1.

Hình 1.1 Tiền tố CP được chèn vào OFDM Symbol
Khoảng bảo vệ được sử dụng để khi bên nhận thực hiện giải điều chế với FFT dữ
liệu sẽ tích hợp trên một số nguyên lần chu kỳ hình sin cho mỗi đường đến. Đối với
đường xuống, đây là một đặc tính quan trọng bởi vì nó làm đơn giản hóa quá trình xử lý
tín hiệu ở kênh dải nền, dẫn đến hệ quả là giảm chi phí và công suất tiêu thụ của thiết bị
đầu cuối. Đây là đặc điểm đặc biệt quan trọng trong truyền tải băng rộng đường xuống


của LTE và thậm chí hiệu suất truyền tải còn nhiều hơn như vậy khi kết hợp OFDM với
truyền tải đa anten khi phân tập không gian.
1.3.1.2 Truyền tải đường lên
Đối với đường lên, công suất thiết bị truyền lên luôn bị hạn chế, nhỏ hơn nhiều so
với đường xuống. Một trong những yếu tố quan trọng của thiết kế đường lên là làm sao
cho công suất truyền lên đạt hiệu quả cao chứ không phải là lượng quá trình xử lý tín
hiệu tại bên nhận. Như vậy sẽ cải thiện vùng phủ sóng và giảm chi phí thiết bị đầu cuối
và công suất tiêu thụ tại máy phát. Vì lý do này, để cải thiện hiệu quả công suất phát RF
tại thiết bị di động, truyền tải đường lên trong LTE dựa trên kỹ thuật truy cập phân chia
theo tần số đơn sóng mang (SC-FDMA). SC-FDMA có hiệu suất tương tự OFDMA và về cơ
bản cấu trúc tổng thể giống như một hệ thống OFDMA. Tuy nhiên lợi thế nổi bật của SCFDMA so với OFDMA là các tín hiệu SC-FDMA có tỷ số công suất đỉnh trên công suất
trung bình (PAPR) thấp hơn. Trong truyền tải tín hiệu điều này vô cùng có lợi cho thiết bị
người dùng vì tính hiệu quả trong công suất truyền tải.
Khoảng thời gian bảo vệ với sự lặp lại theo chu kỳ được chèn giữa các khối

Symbol OFDM như đã giải thích phía trên. Trong OFDM, FFT được áp dụng tại phía nhận
trên mỗi khối (block) của symbol OFDM và IFFT ở phía máy phát. Trong SC-FDMA, cả hai
FFT và IFFT được áp dụng ở cả hai phía máy phát và máy thu. Tuy nhiên SC-FDMA yêu
cầu truyền trong các dải tần số liên tiếp, và do đó hạn chế về hiệu suất phổ tần hơn là
OFDMA.
1.3.2 Tính linh hoạt phổ
Tùy thuộc vào khu vực địa lý khác nhau, tần số vô tuyến cho hệ thống thông tin di
động đã được phân chia sẵn thành các băng tần khác nhau, có kích thước khác nhau, và
băng tần kết hợp hay băng tần không kết hợp đều được phân chia sẵn. Băng tần kết hợp


chỉ ra rằng đường lên và đường xuống được giao cho các tần số riêng biệt , trong khi các
băng tần không kết hợp đường lên và đường xuống phải sử dụng chung một dải tần.
Mức độ linh hoạt phổ cao là một trong những đặc tính chủ yếu của công nghệ
truy nhập vô tuyến LTE. Mục tiêu của tính linh hoạt phổ là việc cho phép triển khai truy
nhập vô tuyến LTE trong nhiều phổ tần với những đặc tính khác nhau, bao gồm những
sự khác nhau về sắp xếp băng tần kết hợp hay không kết hợp, băng tần hoạt động, và
kích thước của phổ tần khả dụng. Ngoài ra, ít nhất là trong giai đoạn chuyển đổi ban
đầu, các công nghệ truy cập vô tuyến khác nhau thường cần có khả năng hoạt động cùng
nhau trong cùng một dãy phổ tần. Phổ linh hoạt cho phép hệ thống hoạt động trong tất
cả các điều kiện khác nhau đó, là một trong những đặc tính chủ yếu của công nghệ truy
nhập vô tuyến LTE.

Hình 1.2 FDD(a) vs. TDD(b).
DL: đường xuống; UL: đường lên
1.3.2.1 Tính linh hoạt trong sắp xếp song công
Một phần quan trọng trong những yêu cầu của LTE về mặt tính linh hoạt phổ là
khả năng triển khai truy nhập vô tuyến trong cả phổ tần theo cặp (kết hợp) hoặc không
theo cặp(không kết hợp), như vậy LTE có thể hỗ trợ sắp xếp song công phân chia theo cả

thời gian và tần số. FDD được minh họa trong hình 1.2(a), theo đó truyền dẫn đường lên
và đường xuống xuất hiện trong những băng tần khác nhau và hoàn toàn tách biệt. TDD
theo như minh họa trong hình 1.2(b), thì truyền dẫn đường lên và đường xuống xuất
hiện trong những khe thời gian không trùng nhau trên cùng một băng tần. Do vậy, TDD
có thể hoạt động với phổ không theo cặp trong khi FDD lại yêu cầu phổ theo cặp.
1.3.2.2 Tính linh hoạt trong băng tần hoạt động
LTE được triển khai dựa trên cơ sở theo nhu cầu, có thể tạo ra phổ tần khả
dụng bằng cách ấn định phổ tần mới cho thông tin di động, chẳng hạn băng tần 2.6 GHz,
hoặc bằng cách dịch chuyển cho LTE phổ tần hiện đang được sử dụng cho công nghệ
thông tin di động khác. Ví dụ như những hệ thống GSM thế hệ thứ hai, hoặc thậm chí là
những công nghệ vô tuyến không phải của di động như những phổ tần phát thanh hiện
nay. Hệ quả là nó yêu cầu truy nhập vô tuyến LTE phải có khả năng hoạt động trong một
dải băng tần rộng, ít nhất là từ băng tần thấp như 450 MHz cho đến băng tần 2.6 GHz.
Khả năng vận hành một công nghệ truy cập vô tuyến trong nhiều băng tần khác nhau, tự
bản thân nó không có gì là mới. Ví dụ, những thiết bị đầu cuối 3 băng tần là rất phổ biến,
có khả năng hoạt động trên cả băng tần 900, 1800, và 1900 MHz. Từ một triển vọng về
chức năng truy cập vô tuyến, điều này không có hoặc tác động rất hạn chế và đặc điểm
kỹ thuật của LTE không giả định bất cứ một băng tần cụ thể nào. Những cái có thể khác
về đặc điểm kỹ thuật, giữa những băng tần khác nhau chủ yếu là việc yêu cầu nhiều RF
cụ thể hơn như công suất phát tối đa cho phép, những yêu cầu/giới hạn về phát xạ ngoài
băng v.v… Một nguyên nhân cho việc này là do những ràng buộc bên ngoài, được áp đặt
bởi những khung quy định, có thể khác nhau giữa những băng tần khác nhau.
1.3.2.3 Tính linh hoạt về băng thông
Liên quan đến khả năng triển khai truy nhập vô tuyến LTE trên nhiều băng tần
khác nhau là việc có thể vận hành LTE với những băng thông truyền dẫn khác nhau trên


cả đường xuống và đường lên. Lý do chính của việc này là số lượng phổ tần khả dụng
cho LTE có thể khác nhau đáng kể giữa những băng tần khác nhau và cũng dựa trên tình

trạng thực tế của nhà khai thác. Hơn nữa, việc có thể vận hành trên nhiều phân bố phổ
tần khác nhau cũng mang lại khả năng cho việc dịch chuyển dần dần phổ tần từ những
công nghệ truy nhập vô tuyến khác cho LTE.
LTE có thể hoạt động trong một dải phân bố phổ tần rộng, do tính linh hoạt trong
băng thông truyền dẫn là một phần trong đặc tính kỹ thuật của LTE. Để hỗ trợ hiệu quả
cho tốc độ dữ liệu rất cao khi phổ tần khả dụng thì một băng thông truyền dẫn rộng là
cần thiết. Tuy nhiên, một lượng phổ tần lớn và đầy đủ có thể không phải lúc nào cũng
đạt được, hoặc do băng tần hoạt động hoặc do sự dịch chuyển dần dần từ một công
nghệ truy nhập vô tuyến khác, khi đó LTE có thể hoạt động với một băng thông truyền
dẫn hẹp hơn. Hiển nhiên, trong những trường hợp như vậy, tốc độ dữ liệu tối đa có thể
đạt được sẽ vì lẽ đó mà bị giảm xuống.

1.3.2.4 Sự hỗ trợ nhiều anten
LTE ngay từ đầu đã hỗ trợ kỹ thuật nhiều anten tại cả trạm gốc và thiết bị đầu cuối
như là một phần không thể thiếu trong đặc điểm kỹ thuật. Xét trên nhiều mặt thì việc sử
dụng nhiều anten là một kỹ thuật quan trọng để đạt được những mục tiêu mạnh mẽ cho
hiệu năng của LTE. Như đã biết thì việc sử dụng nhiều anten được áp dụng cho nhiều
trường hợp với nhiều mục đích khác nhau:
- Nhiều anten thu có thể được sử dụng cho việc phân tập thu. Đối với truyền dẫn
đường lên, kỹ thuật này đã được sử dụng cho các hệ thống tế bào từ nhiều năm trước.
Tuy nhiên, khi mà cấu hình hai anten thu trở thành cơ sở cho tất cả các thiết bị đầu cuối
LTE thì hiệu suất đường lên cũng được cải thiện đáng kể. Phương pháp đơn giản nhất
của việc sử dụng nhiều anten là kỹ thuật phân tập thu cổ điển để khử Fading, nhưng lợi


ích thêm được đó là ngoài việc các anten được sử dụng không chỉ cung cấp sự phân tập
để chống Fading, mà còn dùng để triệt nhiễu.
- Nhiều anten phát tại trạm gốc có thể được sử dụng cho phân tập phát và các
dạng tạo chùm tia khác. Mục tiêu chính của việc tạo chùm tia là cải thiện tỷ số SNR hoặc
SIR thu được, đồng thời cải thiện năng suất hệ thống và tầm phủ sóng.

- Ghép kênh không gian, đôi khi cũng được xem như là MIMO, việc sử dụng nhiều
anten cho cả máy phát và máy thu được hỗ trợ bởi LTE. Xem hình 1.3, việc ghép kênh
không gian dẫn đến việc cho phép tăng tốc độ trong những tình huống mà điều kiện
kênh truyền có băng thông bị giới hạn bằng cách tạo ra nhiều kênh song song.

Hình 1.3 Mô hình LTE Tx và Rx (4x2 MIMO)
Nói chung, các kỹ thuật đa anten đều mang lại lợi ích trong những hoàn cảnh
khác nhau. Ví dụ, tại tỷ số SNR và SIR tương đối thấp, chẳng hạn như khi tải trọng cao
hoặc tại biên tế bào, việc ghép kênh không gian sẽ đem lại một số lợi ích nhất định.
Trong những trường hợp này, phải dùng nhiều anten tại đầu phát để nâng SNR/SIR bằng
phương pháp tạo chùm tia. Mặt khác, trong trường hợp khi mà SNR và SIR tương đối
cao, ví dụ như trong những tế bào nhỏ, việc nâng cao chất lượng tín hiệu mang lại
những lợi ích phụ khi mà tốc độ dữ liệu thu được bị giới hạn chủ yếu bởi băng thông
hơn là do giới hạn về SIR/SNR. Trong những trường hợp như vậy, phải dùng kỹ thuật
ghép kênh không gian để khai thác triệt để những trạng thái kênh truyền tin cậy. Hệ


thống đa anten được sử dụng dưới sự điều khiển của trạm gốc để từ đó có thể lựa chọn
được sơ đồ phù hợp cho mỗi đường truyền.
1.4 Cuộc cách mạng từ 3G lên 4G LTE-Advanced
LTE-Advanced không phải là một kỹ thuật mới của truy cập vô tuyến mà là sự phát
triển của LTE để tiếp tục cải thiện hiệu suất. Do đó LTE-Advanced là tên của một phiên
bản mở rộng của tiêu chuẩn LTE, phiên bản 10. Là một sự tiến hóa của LTE, LTEAdvanced sẽ có khả năng tương thích ngược nghĩa là nó có thể triển khai LTE-Advanced
trong quang phổ đã bị sử dụng bởi phiên bản đầu tiên của LTE mà không ảnh hưởng đến
thiết bị đầu cuối LTE hiện tại. Khả năng tương thích phổ như vậy là cực kỳ quan trọng
trong việc chuyển đổi thông suốt trong mạng lưới từ LTE sang LTE-Advanced với chi phí
thấp.
3GPP đã đặt ra một số các mục tiêu phải được đáp ứng bởi LTE-Advanced.
Những mục tiêu này là một bộ các yêu cầu của IMT-Advanced, LTE-Advanced sẽ đáp ứng
được, và thậm chí sẽ vượt qua các yêu cầu của IMT-Advanced. Ví dụ, hiệu suất phổ yêu

cầu cho LTE-Advanced cao hơn đáng kể so với yêu cầu của IMT-Advanced như minh họa
trong Bảng1.1. Trong thực tế, nhiều yêu cầu IMT-Advanced đã gần được hoàn thành đã
với phiên bản đầu tiên của LTE.

Tốc độ dữ
liệu đỉnh

Yêu cầu
Đường lên (ĐL)
Đường xuống(ĐX)

Phân bố phổ
Độ trễ
Mặt phẳng người
dùng
Mặt phẳng điều
khiển
Hiệu suất
Đỉnh
ĐL
phổ (4
ĐX

IMT-Advanced

LTE-Advanced
500 Mbit/s
1 Gbit/s

Lên đến 40 MHz

10 ms

Lên đến 100 MHz
10 ms

100 ms

50 ms

15 bit/s/HZ
6.75 bit/s/HZ

30 bit/s/HZ
15 bit/s/HZ


anten BS x Trung bình ĐL
2.2 bit/s/HZ
2.6 bit/s/HZ
2 anten
ĐX
1.4 bit/s/HZ
2.0 bit/s/HZ
thiết bị
Biên tế bào ĐL
0.06 bit/s/HZ
0.09 bit/s/HZ
đầu cuối)
ĐX
0.03 bit/s/HZ

0.07 bit/s/HZ
Bảng1.1 Yêu cầu của ITU và 3GPP
Hiệu suất đường truyền của LTE hiện tại đã tiến khá gần đến giới hạn Shannon,
nghĩa là dung lượng của đường truyền LTE đã sắp đạt cực đại. Đối với một đường truyền
thuần túy việc đạt được mục đích tốc độ dữ liệu rất cao đồng thời cũng yêu cầu số bít lỗi
ít hơn hay SNR cao hơn các trải nghiệm thông thường về mạng di động vô tuyến tại một
vùng rộng lớn. Mặc dù có vài cách để cài thiện chất lượng đường truyền như sử dụng
băng thông rộng hơn bằng cách thêm các băng tần mới vào như là một phương tiện để
cải thiện hiệu quả quá trình mã hóa/ điều chế nhưng trên góc độ giá trị kinh tế thì băng
thông là tài nguyên vô cùng đáng giá khó để tính toán được giá trị, cho nên rất thực sự
cần thiết tìm ra những công cụ khác để cải thiện SNR. Ví dụ như đầu tư vào một mật độ
hạ tầng dày đặc hơn với mức chi phí hợp lý hơn. Những phần tiếp theo sẽ giới thiệu một
vài công nghệ được xem xét cho LTE-Advanced.
1.4.1Truyền dẫn băng rộng hơn và chia sẻ phổ tần
Mục tiêu tốc độ dữ liệu đỉnh của LTE-Advance rất cao và chỉ có thể được đạt được
một cách vừa phải bằng cách tăng độ rộng băng truyền dẫn hơn nữa so với những gì
được cung cấp ở phiên bản đầu tiên của LTE và độ rộng băng truyền dẫn lên đến
100Mhz được thảo luận trong nội dung của LTE-Advance. Việc mở rộng độ rộng của
băng sẽ được thực hiện trong khi vẫn duy trì được tính tương thích phổ. Điều này có thể
đạt được bằng cách sử dụng “khối tập kết sóng mang”, trong đó nhiều sóng mang thành
phần LTE đang được sử dụng kết hợp trên lớp vật lí để cung cấp độ rộng băng cần thiết,
chứ không phải thêm vào các băng tần hoàn toàn mới. Đối với thiết bị đầu cuối LTE, mỗi
sóng mang thành phần sẽ xuất hiện như là một sóng mang LTE trong khi một thiết bị đầu
cuối LTE-Advance có thể khai thác toàn bộ độ rộng băng khối kết tập sóng mang.


Các sóng mang con thành phần (Sóng mang LTE ở phiên bản 8)

Năm sóng mang con thành phần => độ rộng băng thông tổng là 100Mhz

Hình 1.4 Ví dụ về khối tập hợp sóng mang
Hình 1.4 minh họa trường hợp các sóng mang thành phần liên tiếp nhau mặc dù
ở khía cạnh băng gốc, điều này không phải là điều kiện tiên quyết. Truy nhập đến một
lượng lớn phổ liên tục ở bậc 100Mhz không thể có sẵn thường xuyên. Do đó, LTEAdvance có thể cho phép kết tập các sóng mang thành phần không liền kề để xử lí các
tình huống trong đó một khối lượng lớn phổ liên tiếp nhau không sẵn có. Tuy nhiên, nên
lưu ý rằng sự kết tập phổ không liền kề nhau đang là thách thức từ khía cạnh thực thi.Vì
vậy, mặc dù khối kết tập phổ được hỗ trợ bởi các đặc tả cơ bản thì sự kết tập phổ phân
tán chỉ được cung cấp bởi các thiết bị đầu cuối cấp cao nhất. Cuối cùng, lưu ý rằng truy
nhập trên các độ rộng băng tần truyền dẫn cao hơn
không chỉ hữu ích từ khía cạnh tốc độ dữ liệu đỉnh mà quan trọng hơn là công cụ cho
việc mở rộng vùng phủ sóng với các tốc độ dữ liệu trung bình.

1.4.2 Giải pháp đa anten
Các công nghệ đa anten, bao gồm định dạng chùm và ghép kênh theo không gian
là các thành phần công nghê then chốt vốn có của LTE và chắc chắn sẽ tiếp tục đóng vai
trò quan trọng hơn trong LTE-Advance. Thiết kế đa anten hiện tại cung cấp lên đến bốn
cổng anten với các tín hiệu tham chiếu ô cụ thể tương ứng ở đường xuống, kết hợp với


sự tiền mã hóa dựa trên sổ mã. Cấu trúc này cung cấp cả sự ghép theo không gian lên
đên bốn lớp, đưa đến tốc độ bit đỉnh là 300Mbit/s cũng như là định dạng chum. Kết hợp
với nhau trên độ rộng băng toàn phần là 100 Mhz, sơ đồ ghép không gian LTE-A sẽ đạt
được tốc độ đỉnh là 1,5Gb/s vượt xa so với yêu cầu của LTE-Advance. Có thể thấy trước
rằng hỗ trợ ghép kênh theo không gian đường lên sẽ là một phần của LTE-Advance. Việc
tăng số lớp truyền dẫn đường xuống vượt xa con số bốn là có khả năng và có thể được
sử dụng như là phần bổ sung đối với sự tăng tốc dữ liệu đỉnh thông qua sự mở rộng
băng tần.
1.4.3 Truyền dẫn đa điểm phối hợp
Mục tiêu về tốc độ dữ liệu đỉnh của LTE-Advance yêu cầu sự cải thiện đáng kể về
tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu SNR ở thiết bị đầu cuối , định dạng chùm là một cách. Ở các

mạng hiện tại, nhiều anten nằm phân tán về mặt địa lí kết nối đến một đơn vị xử lí băng
gốc trung tâm được sử dụng nhằm đem lại hiệu quả về chi phí. Mô hình triển khai thu/
phát đa điểm phối hợp với quá trình xử lí băng gốc ở một nút đơn được mô tả ở
hình1.5. Ở đường xuống, nó chỉ ra sự phối hợp truyền dẫn từ đa điểm.


Hình 1.5 Truyền dẫn đa điểm phối hợp
1.4.4 Các bộ lặp và các bộ chuyển tiếp
Từ việc xem xét quĩ đường truyền, các giải pháp chuyển tiếp khác nhau được
dùng để giảm khoảng cách đường truyền trực tiếp từ máy phát và máy thu dẫn đến hệ
quả hiển nhiên là tốc độ dữ liệu sẽ tăng. Các bộ lặp đơn giản sau khi nhận dữ liệu sẽ
khuếch đại và chuyển đi tiếp tục đến đích. Khi được cài đặt, các bộ lặp liên tục chuyển đi
tín hiệu thu được mà không quan tâm đến có thiết bị đầu cuối trong vùng phủ sóng của
nó hay không. Tuy nhiên, có thể xem xét các cấu trúc bộ lặp cao cấp hơn, chẳng hạn cấu
trúc trong đó mạng có thể điều khiển công suất truyền của bộ lặp. Chẳng hạn, bộ lặp chỉ
được bật khi người sử dụng hiện diện trong khu vực được điều khiển bởi bộ lặp nhằm
tăng tốc độ dữ liệu cung cấp trong khu vực. Các báo cáo đo đạc bổ sung từ các thiết bị
đầu cuối có thể cũng được xem xét như là phương tiện hướng dẫn mạng mà trong đó
các bộ lặp được bật lên. Tuy nhiên, việc điều khiển tải truyền dẫn và lập biểu thường
nằm ở trạm gốc và vì vậy, các bộ lặp thường trong suốt từ khía cạnh di động.


Nút trung gian cũng có thể giải mã và tái hóa bất kì số liệu thu được, ưu tiên
chuyển tiếp nó đến người sử dụng được phục vụ. Đây thường được xem là chuyển tiếp
“giải mã và chuyển tiếp”. Khi nút trung gian giải mã hóa và tái mã hóa khối dữ liệu thu
được thì tạo ra trễ đáng kể, lâu hơn độ dài khung con LTE 1ms. Tuy nhiên, các nút
chuyển tiếp không truyền tiếp các tạp âm và sự thích nghi tốc độ có thể được thực hiện
một cách riêng rẽ cho mỗi kết nối.

Hình 1.6 Chuyển tiếp trong LTE-Advanced

Ngoài ra có thể kết hợp kỹ thuật chuyển tiếp và kỹ thuật phân tập gọi là phân tập
hợp tác (Cooperative Relaying).
1.5 Ưu điểm của LTE-Advanced
Các ưu điểm của LTE-Advanced cũng chính là các ưu điểm của truyền thông di
động thế hệ 4G. Với tốc độ tải xuống trung bình 400 Kbps đến 700 Kbps, mạng cung cấp
đủ băng thông để cho phép người sử dụng điện thoại di động lướt Web và tải dữ liệu từ
Internet. LTE-Advanced nên giảm các chi phí mỗi bit truyền đi cho người dùng đầu cuối
và tổng chi phí dịch vụ cho các nhà khai thác. Đồng thời, LTE-A phải đối mặt những thách
thức mới đang nổi lên như là thiết kế truy nhập vô tuyến mạng tiết kiệm năng lượng


(RAN), tăng tính linh hoạt của việc triển khai hệ thống mạng, và tắt mạng tải từ người sử
dụng cục bộ.
Không phụ thuộc vào công nghệ thực tế, công nghệ sắp tới cũng sẽ cho phép các
hoạt động tương tác giữa các công nghệ liên quan và các mạng không đồng nhất, do đó
hiển nhiên cung cấp ưu điểm về:
- Độ bao phủ: Người dùng được cung cấp chất lượng dịch vụ (QoS) tốt nhất và
vùng phủ sóng rộng rãi để có thể truy cập mạng tại bất kỳ thời điểm nào.
- Băng thông: Chia sẻ tài nguyên giữa các mạng khác nhau đã giải quyết
vấn đề về giới hạn phổ tần của thế hệ thứ ba.
1.6 So sánh giữa LTE và LTE_Advanced
Bảng dưới đây so sánh tổng quát các yêu cầu hiệu suất của LTE và LTE-Advanced.

Công nghệ
Tốc độ dữ liệu đỉnh
đường xuống
Tốc độ dữ liệu đỉnh
đường lên
Băng thông đường xuống
Băng thông đường lên

Tính di động

Độ bao phủ

LTE
150 Mbit/s

LTE-Advanced
1 Gbit/s

75 Mbit/s

500 Mbit/s

20 MHz
20 MHz
0-15 km/h thì hiệu
suất tối Đa,
120 km/h, L TE vẫn
cung cấp hiệu suất
cao
> 120 km/h thì hệ
thống phải duy trì được
kết nối trên toàn mạng tế
bào
lên đến 5 km thì
hiệu suất vẫn tối ưu

100 MHz
40 MHz

Giống như LTE

Giống LTE nhưng phải
tối ưu hơn nữa, tăng độ
bao phủ tại khu vực nhỏ
và vùng tối


Phân bố phổ
Dung lượng

1.3, 3, 5, 10, and
Từ 20-100
20 MHz
MHz
Hỗ trợ 200 người dùng
Gấp 3 lần LTE
trong tế bào với băng tần
5Mhz
Bảng 1.2 So sánh LTE và LTE-A

1.7 Kết luận chương
Chuẩn LTE-Advanced (4G) ra đời đã đáp ứng được các thông số yêu cầu của
Beyond IMT-2000 , thế hiện những ưu điểm vượt trội so với 3G-LTE. Chương này đã
trình bày các đặc điểm của 3G-LTE, LTE-A , nêu ra những thành quả đạt được của mạng
4G IMT – Advanced của ITU so với 3G và đưa ra một số giải pháp để nâng cao chất
lượng hệ thống. Trong đó có giải pháp chuyển tiếp trong mạng LTE-Advanced hay còn
được gọi là RELAY. Trong chương 2, chúng ta sẽ giới thiệu và phân tích nguyên lý, đặc
điểm kỹ thuật của kỹ thuật chuyển tiếp này.

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ RELAY TRONG
LTE-ADVANCED
2.1 Giới thiệu chương
Trong cuối chương một đã đưa ra ưu điểm về khả năng bao phủ và tốc độ dữ liệu
của LTE-Advanced so với LTE-3G, một trong những kỹ thuật làm nổi bật nhất hai ưu điểm
đó lên chính là kỹ thuật chuyển tiếp hay gọi là Relay. Chương này sẽ giới thiệu về kỹ
thuật chuyển tiếp: khái niệm các thành phần trong mạng chuyển tiếp, phân loại, phương
thức chuyển tiếp, các phương pháp lựa chọn nút chuyển tiếp và ưu nhược điểm của kỹ
thuật chuyển tiếp này.
2.2 Giới thiệu công nghệ chuyển tiếp
2.2.1 Nhu cầu sử dụng kỹ thuật chuyển tiếp
Sự mong đợi về một kênh truyền tốc độ cao hơn của mạng lưới truyền thông vô
tuyến trong tương lai sắp diễn ra đã làm động lực để tìm hiểu và nghiên cứu nâng cấp
các mạng lưới viễn thông hiện nay. Như đã đề cập ở chương trước về mục tiêu của LTEAdvanced, khái niệm về công nghệ chuyển tiếp là một chủ đề quan trọng để nghiên cứu
thực hiện mục tiêu đó.
Băng tần được sử dụng cho các mạng truyền thông tương lai (3G) đang hoạt động
là 2GHz và các sóng mang tần số cao hơn làm cho kênh truyền bị ảnh hưởng của Path
Loss và fading nghiêm trọng. Muốn tăng tốc độ kênh truyền yêu cầu công suất truyền
phải cao hơn để duy trì khả năng phủ sóng, trong khi công suất của nhiều kênh truyền
hoàn toàn bị hạn chế. Thêm vào đó, trong nhiều điều kiện môi trường truyền sóng đặc
biệt là tại thành phố làm hạn chế khả năng bao phủ của sóng vô tuyến. Một giải pháp
cho tất cả những hạn chế này có thể là tăng công suất truyền tải nhưng như vậy nhiễu
trong hệ thống cũng tăng lên, ảnh hưởng nghiêm trọng đến phục hồi tín hiệu là điều nên