Nghiên cứu cơ chế đảm bảo chất lượng trong LTE

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

BÙI VĂN TRƢỜNG

NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG TRONG
LTE

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Kỹ thuật viễn thông

HÀ NỘI - 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BÙI VĂN TRƢỜNG

NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG
TRONG LTE

Chuyên ngành : Kỹ thuật viễn thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Kỹ thuật viễn thông

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS.Nguyễn Quốc Trung

HÀ NỘI - 2016


LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Bùi Văn Trƣờng
Học viên lớp Cao học khoá 2013B - Kỹ thuật truyền thông – Trƣờng đại học Bách
Khoa Hà Nội
Xin cam đoan: Đề tài: “Nghiên cứu cơ chế đảm bảo chất lƣợng trong LTE”
do thầy giáo PGS.TS.Nguyễn Quốc Trung hƣớng dẫn là công trình tổng hợp và
nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả những nội dung trong luận văn đúng nhƣ trong đề
cƣơng và yêu cầu của thầy giáo hƣớng dẫn. Các tài liệu tham khảo đều có nguồn
gốc, xuất xứ rõ ràng.
Hà Nội, ngày 29

tháng 03 năm 2016

Học viên

Bùi Văn Trƣờng


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và tốt nghiệp, tôi đã nhận đƣợc sự giúp đỡ tận tình
của các thầy cô giáo trong bộ môn và tôi đặc biệt muốn cảm ơn thầy
PGS.TS.Nguyễn Quốc Trung đã tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn tôi trong thời gian thực
hiện đề tài, cảm ơn sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp trong thời gian

qua.
Mặc dù đã cố gắng, xong do điều kiện về thời gian và kinh nghiệm thực tế còn
nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, tôi rất mong nhận đƣợc sự
đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng nhƣ của các bạn bè, đồng nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Tác giả luận văn

Bùi Văn Trƣờng


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..........................................................................................................
LỜI CẢM ƠN ...............................................................................................................
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................
DANH MỤC CÁC HÌNH .............................................................................................
1.Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................ 1
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
2.Mục đích nghiên cứu ................................................................................................ 1
3.Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................. 2
4.Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................................... 2
5.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .................................................................................. 3
6.Cấu trúc luận văn ...................................................................................................... 3
CHƢƠNGI: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE ............................ 4
1.1.Giới thiệu chƣơng................................................................................................... 4
1.2.Giới thiệu về công nghệ LTE [1], [2], [3], [4]....................................................... 4
1.3.So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax .................................................... 7
Tổng kết chƣơng: ......................................................................................................... 9
CHƢƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC ............................................. 10
2.1.Giới thiệu chƣơng................................................................................................. 10

2.2.Kiến trúc mạng LTE [1], [3], [4] ........................................................................ 10
2.2.1.Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống ............................................ 10
2.2.2.Thiết bị ngƣời dùng ( UE) ................................................................................. 11
2.2.3.E-UTRAN NodeB (eNodeB)............................................................................ 11
2.2.4.Thực thể quản lý tính di động (MME) ............................................................. 12
2.2.5.Cổng phục vụ ( S-GW) ..................................................................................... 14
2.2.6.Cổng mạng dữ liệu gói( P-GW) ....................................................................... 15
2.2.7.Chức năng chính sách và tính cƣớc tài nguyên ( PCRF)................................... 16
2.2.8.Máy chủ thuê bao thƣờng trú (HSS) ................................................................. 17
2.2.Các giao diện và giao thức trong kiến trúc cơ bản của hệ thống [1] ................... 17
2.3.Giao thức trạng thái và chuyển tiếp trạng thái [1], [3], [4] .................................. 21


2.4.Kiến trúc hệ thống phát quảng bá đa điểm [1], [4], [5] ....................................... 22
2.5.Kiến trúc miền thời gian toàn phần(Overall time domai structure) ..................... 24
2.6.Hệ thống kênh truyền trong LTE [24] ................................................................ 26
2.6.1 Hệ thống kênh đƣờng xuống [24] .................................................................... 27
2.6.1.1 Kênh vật lý đƣờng xuống [24] ..................................................................... 27
2.6.1.2.Kênh vận chuyển đƣờng xuống [24] .............................................................. 28
2.6.1.3 .Kênh logic đƣờng xuống [24] ....................................................................... 28
2.6.2. Hệ thống kênh đƣờng lên [24] ........................................................................ 28
2.6.2.2. Kênh vật lý đƣờng lên [24] ........................................................................ 28
2.6.2.2. Kênh vận chuyển đƣờng lên [24] ................................................................. 28
2.7.Các thủ tục lớp vật lý. [1] .................................................................................... 28
2.7.1.Thủ tục HARQ [1] ............................................................................................ 28
2.7.2.Trƣớc định thời [1] ............................................................................................ 30
2.7.3.Điều khiển công suất [1]................................................................................... 31
2.7.4.Nhắn tin [1] ...................................................................................................... 31
2.7.5.Thủ tục báo cáo phản hồi kênh [1] ................................................................... 32
2.7.6.Hoạt động chế độ bán song công [1] ................................................................ 32

2.7.7.Các lớp khả năng của UE và các đặc điểm đƣợc hỗ trợ [1] .............................. 33
Tổng kết chƣơng: ....................................................................................................... 34
CHƢƠNGIII: TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE ........................................ 35
3.1Giới thiệu chƣơng ................................................................................................. 35
3.2.Kỹ thuật đa truy nhập cho đƣờng xuống OFDMA. [1], [4], [5]........................... 35
3.2.1.OFDMA ........................................................................................................... 35
3.2.2.Các tham số OFDMA [1] ................................................................................. 37
3.2.3.Truyền dẫn dữ liệu hƣớng xuống [1] ................................................................ 39
3.3.Kỹ thuật đa truy nhập cho đƣờng lên LTE SC-FDMA. [1], [2], [3] .................... 41
3.3.1.SC-FDMA ........................................................................................................ 41
3.3.2.Các tham số SC-FDMA.................................................................................... 43
3.3.3.Truyền dẫn dữ liệu hƣớng lên ........................................................................... 44
3.4.Truy nhập ngẫu nhiên .......................................................................................... 45
Tổng kết chƣơng. ....................................................................................................... 48
CHƢƠNG IV:CƠ CHẾ ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG


MẠNGLTE.............................................................................................................. 49
4.1.Giới thiệu chƣơng................................................................................................. 49
4.2.Giới thiệu về QoS. [14]........................................................................................ 49
4.3.Các thuộc tính của QoS. ...................................................................................... 54
4.4.Kiến trúc QoS. ..................................................................................................... 57
4.5.Cơ chế nâng cao và đảm bảo chất lƣợng dịch vụ trong mạng LTE. [23]............ 59
4.5.1.Lập lịch và quản lý tài nguyên vô tuyến trong môi trƣờng OFDMA-TDD
4.5.2.Quản lý tài nguyên vô tuyến [23] ..................................................................... 60
4.5.2.2. Tại sao phải quản lý tài nguyên vô tuyến? ............................................... 60
4.5.2.2. Mục đích của quản lý tài nguyên vô tuyến trong các mạng không dây ................. 61
4.5.2.3. Một số giải pháp cho quản lý tài nguyên vô tuyến. ..................................... 62
4.5.2.4. Nhiễu đồng kênh và ảnh hƣởng của nhiễu đồng kênh lên quá trình cấp phát
tài nguyên vô tuyến. .................................................................................................. 63

4.5.2.5. Tối ƣu hóa tài nguyên vô tuyến trong OFDMA-TDD ................................. 65
4.5.2.6. Các phƣơng thức của việc quản lý tài nguyên vô tuyến .............................. 66
4.5.3.Cơ chế lập lịch [23] .......................................................................................... 70
4.5.4.Các yêu cầu lập lịch và báo cáo trạng thái bộ đệm........................................... 74
4.5.4.1.Yêu cầu lập lịch............................................................................................ 74
4.5.4.2.Báo cáo trạng thái kênh ................................................................................. 75
4.5.5.Các kỹ thuật lập lịch trong LTE [24]................................................................ 76
4.5.5.2 Kỹ thuật lập lịch Best CQI ............................................................................ 77
4.5.5.3. Kỹ thuật lập lịch Proportional Fair (PF) ...................................................... 79
4.5.5.4.Kỹ thuật lập lịch Max Throughput ................................................................ 82
4.5.5.5.Kỹ thuật lập lịch Maxmin .............................................................................. 83
4.5.5.6.Thuật toán lập lịch WFQ [23]..................................................................... 84
Thuật toán E-WFQ [23]............................................................................................. 85
4.5.5.7 Thuật toán tôi ƣu hóa tài nguyên vô tuyến OFDMA-TDD (time-frequency
burst mapping algorithm – TF-BMA) [23]................................................................ 86
4.6 . Phân tích và đánh giá kết quả mô phỏng. [11], [17], [18], [19], [23] ................ 88
4.6.1.Giới thiệu chƣơngtrình LTE System Level Simulation .................................... 89
4.6.2 Thiết lập mô phỏng Đối với kế hoạch Round Robin. ..................................... 89
4.6.3. Đánh giá kết quả và phân tích. [11] ................................................................. 90


4.7.Thách thức về chất lƣợng và dịch vụ trong mạng LTE. ..................................... 106
4.8.Bảo mật dịch vụ trong mạng LTE. .................................................................... 107
Kết luận: .................................................................................................................. 110
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................. 110
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 112


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
3GPP

Dự án các đối tác thế hệ thứ ba

ACK
ACLR
ACS
ADSL

Third Generation Partnership
Project
Analog Channel Filter
Adjacent Channel Interference
Rejection
Acknowledgement
Adjacent Channel Leakage Ratio
Adjacent channel selectivity
Asymmetric Digital Subscriber Line

AM
AMBR
AMC
ARQ
AMPS
AMD
AMR

Acknowledged Mode
Aggregate Maximum Bit Rate
Adaptive Modulation and Coding
Automatic Repeat Request

Advanced Mobile Phone Sytem
Acknowledged Mode Data
Adaptive Multi-Rate

Sự báo nhận
Tỉ lệ dò kênh lân cận
Chọn lọc kênh lân cận
Đƣờng dây thuê bao số không đối
xứng
Chế độ báo nhận
Tốc độ bít tối đa cấp phát
Mã hóa và điều chế đáp ứng
Giao thức tự động truyền lại
Hệ thống điện thoại di động tiên tiến
Dữ liệu chế độ báo nhận
Đa tốc độ thích ứng

AMR-NB
AMR-WB
ARP
ATB
AMPS
BCCH
BCH
BER
BLER
BPSK
BS
BSC
BSR

BTS
BW
CBR
CCE
CCCH
CDD
CDF
CDM
CDMA
CIR
CP
CPICH
CQI

Adaptive Multi-Rate Narrowband
Adaptive Multi-Rate Wideband
Allocation Retention Priority
Adaptive Transmission Bandwidth
Advanced Mobile Phone Sytem
Broadcast Control Channel
Broadcast Channel
Bit Error Rate
Block Error Rate
Binary Phase Shift Keying
Base Station
Base Station Controller
Buffer Status Report
Base Transceiver Station
Bandwidth
Constant Bit Rate

Control Channel Element
Common Control Channel
Cyclic Delay Diversity
Cumulative Density Function
Code Division Multiplexing
Code Division Multiple Access
Carrier to Interference Ratio
Multiple Cyclic Prefix
Common Pilot Channel
Channel Quality Information

Băng hẹp đa tốc độ thích ứng
Băng rộng đa tốc độ thích ứng
Ƣu tiên duy trì cấp phát
Băng thông truyền dẫn thích nghi
Hệ thống điện thoại di động tiên tiến
Kênh điều khiển phát quảng bá
Kênh phát quảng bá
Tỉ lệ lỗi bít
Tỉ lệ lỗi khối
Khóa dịch pha nhị phân
Trạm gốc
Điều khiển trạm gốc
Báo cáo tình trạng bộ đệm
Trạm thu phát gốc
Dải thông
Tốc độ bít không đổi
Phần tử kênh điều khiển
Kênh điều khiển chung
Phân tập trễ vòng

Chức năng mật độ tích lũy
Ghép kênh phân chia theo mã
Đa truy nhập phân chia theo mã
Tỷ số sóng mang trên tập âm
Tiền tố vòng
Kênh điều khiển chung
Thông tin chất lƣợng kênh

ACF
ACIR

Bộ lọc kênh tƣơng tự
Loại bỏ nhiễu kênh lân cận


DFT
Discrete Fourier Transform
DL
Downlink
NodeB
enhanced Node B
E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial
Radio Access
FDD
Frequency Division Duplex
FDM
Frequency Division Multiplexing
EPS
Evolved Packet System
FFT

FDMA
GSM
GTP
HARQ
HSDPA
HSPA
HSUPA
IP
ISI
LTE
MAC
MCS
MBMS
MIMO
MS
MME
PAPR
PF
PCRF
PRB
PC
PCCPCH
P-GW
PCFICH
PDCP
PDN
PMIP
PHY
PN

Fast Fourier Transform
Frequency Division Multiple Access
Global System for Mobile
Communication
GPRS Tunneling Protocol
Hybrid Automatic Repeat Request
High Speed Downlink Packet
Access
High Speed Packet Access
High Speed Uplink Packet Access
Internet Protocol
Inter-Symbol Interference
Long Term Evolution
Medium Access Control
Modulation and Coding Scheme
Multimedia Broadcast Multicast
System
Multiple Input Multiple Output
Mobile Station
Mobility Management Entity
Peak to Average Power Ratio
Proportional Fair
Policy and Charging Resource
Function
Physical Resource Block
Power Control
Primary Common Control Physical
Channel
Packet Data Network Gateway
Physical Control Format

Indicator Channel
Packet Data Convergence Protocol
Packet Data Network
Proxy Mobile IP
Physical Layer
Phase Noise

Phép biến đổi Fourier rời rạc
Đƣờng xuống
NodeB nâng cao
Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu
phát triển
Song công phân chia tần số
Ghép kênh phân chia tần số
Hệ thống chuyển mạch gói phát
triển
Phép biến đổi Fourier nhanh
Đa truy nhập phân tần số
Thông tin di động thếhệthứ
hai
Giao thức đƣờng hầm GPRS
Giao thức tự động truyền lại
ghép lai
Truy cập gói tốc độ cao đƣờng
xuống
Truy cập gói tốc độ cao
Truy cập gói tốc độ cao đƣờng lên
Giao thức Internet
Xuyên nhiễu giữa các symbol
Cải tiến dài hạn

Lớp điều khiển truy cập
Kỹ thuật mã hóa và điều chế
Hệ thống phát quảng bá đa điểm đa
phƣơng tiện
Kỹ thuật anten đa thu đa phát
Thiết bị đầu cuối
Phần tử quản lý tính di động
Hệ số công suất đỉnh trên trung bình
Thuật toán công bằng tƣơng xứng
Chức năng tính cƣớc tài nguyên và
chính sách
Khối tài nguyên vật lý
Điều khiển công suất
Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp
Cổng mạng dữ liệu gói
Kênh chỉ thị dạng điều khiển vật lý
Giao thức hội tụ dữ liệu gói
Mạng dữ liệu gói
IP di động ủy nhiệm
Lớp vật lý
Tiếng ồn pha


PRACH
PRB
PS
PUCCH
PUSCH
QAM
QoS

QPSK
OFDM
OFDMA
RAN
RB
RLC
RNC
RR
RRC
RTP
SAE
SCFDMA
SINR
SNR
SISO
S-GW
TB
TDD
TTI
UE
UDP
UL
UMTS
UTRAN
WCDMA

Physical Random Access Channel
Physical Resource Block
Packet Switched
Physical Uplink Control Channel

Physical Uplink Shared Channel
Quadrature Amplitude Modulation
Quality of Service
Quadrature Phase Shift Keying
Orthogona Frequency Division
Multiplexing
Orthogonal Frequency Division
Multiple Access
Radio Access Network
Resource Block
Radio Link Protocol
Radio Network Controller
Round Robin
Radio Resource Control
Real-time Transport Protocol
System Architecture Evolution
Single Carrier Frequency Division
Multiple Access
Signal to Interference Noise Ratio
Signal to Noise Ratio
Single Input Single Output
Serving Gateway
Transport Block
Time Division Duplex
Transmission Time Interval
User Equipment
Unit Data Protocol
Uplink
Universal Mobile
Telecommunications System

UMTS TerrestrialRadioAccessNetwork
Wideband Code DivisionMultipleAccess

Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý
Khối tài nguyên vật lý
Chuyển mạch gói
Kênh điều khiển hƣớng lên vật lý
Kênh chia sẻ hƣớng lên vật lý
Điều chế QAM
Chất lƣợng dịch vụ
Điều chế QPSK
Ghép kênh phân tần sốtrực giao
Đa truy cập phân chia tần số
trực giao
Mạng truy cập vô tuyến
Khối tài nguyên
Giao thức liên kết vô tuyến
Điều khiển mạng vô tuyến
Thuật toán Round Robin
Điều khiển tài nguyên vô tuyến
Giao thức truyền thời gian thực
Hệ thống mạng lõi LTE
Đa truy cập phân tần số đơn
sóng mang
Tỉ lệ tín hiệu trên xuyên nhiễu
Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu
Kỹ thuật anten một thu một phát
Cổng phục vụ
Khối vận chuyển
Ghép phân thời gian

Khoảng thời gian truyền
Thiết bị ngƣời dùng
Giao thức đơn vị dữ liệu
Đƣờng lên
Hệ thống thông tin di động
toàn cầu
Hệ thống truy cập vô tuyến UMTS
Đa truy cập phân chia mã băng rộng


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. 1 Các đặc điểm chính của công nghệ LTE ........................................................... 4
Bảng 1.2 Tiến trình phát triển của các chuẩn 3GPP ........................................................... 8
Bảng 1.3 LTE và WiMax ................................................................................................... 9
Bảng 2.1 Tóm tắt các giao thức và giao diện trong cấu hình kiến trúc hệ thống cơ bản. 21
Bảng 2.2 Các loại thiết bị LTE [1] ................................................................................... 34
Bảng 3.1 Số lƣợng các khối tài nguyên cho băng thông LTE khác nhau ......................... 39
Bảng 3.2 Tham số cấu trúc khung đƣờng xuống ( FDD & TDD ) ................................... 39
Bảng 3.3 Hiển thị các thông số cấu hình tổng quan. ........................................................ 44
Bảng 4.1 Các tham số QoS trong mạng LTE ................................................................... 56
Bảng 4.3. Các ký hiệu đƣợc sử dụng trong mô hình toán học [23] .................................. 87
Bảng 4.4 Các tham số mô phỏng RR ............................................................................... 90


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Lộ trình phát triển LTE và các công nghệ khác .................................................. 7
Bảng 1.2 Tiến trình phát triển của các chuẩn 3GPP ........................................................... 8
Bảng 1.3 LTE và WiMax ................................................................................................... 9
Hình 2.1. Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có E-UTRAN [1]......................................... 10
Hình 2.2. eNodeB kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính [1] ................. 12

Hình 2.3 MME kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính [1] ...................... 14
Hình 2.4. Các kết nối S-GW tới các nút logic khác và các chức năng chính [1] ............. 14
Hình 2.5 P-GW kết nối tới các node logic khác và các chức năng chính [1] ................... 16
Hình 2.6 PCRF kết nối tới các nút logic khác & các chức năng chính [1] ...................... 16
Hình 2.7 Kiến trúc phân lớp LTE [1] ............................................................................... 17
Hình 2.8 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển trong EPS [1] ................................. 18
Hình 2.9 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng ngƣời dùng trong EPC [1]................................ 20
Hình 2.10 Các ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển và mặ phẳng ngƣời dùng cho
giao diện X2 [1] ............................................................................................................... 20
Hình 2.11. Trạng thái của UE và chuyển tiếp trạng thái [1] ............................................ 21
Hình 2.12. Khu vực dịch vụ eMBMS và các khu vực MBSFN [1] ............................... 23
Hình 2.13 Kiến trúc logic eMBMS [1] ............................................................................ 24
Hình 2.14 Kiến trúc mặt phẳng ngƣời dùng eMBMS cho đồng bộ nội dung ................... 24
Hình 2.15 Cấu trúc miền thời gian LTE [1] ..................................................................... 25
Hình 2.16 Các ví dụ chỉ định khung phụ đƣờng lên/ đƣờng xuống trong trƣờng hợp TDD
và sự so sánh FDD [1] ...................................................................................................... 26
Hình 2.17 Kênh truyền đƣờng xuống [24] ........................................................................ 27
Hình 2.19 Vận hành LTE HARQ với 8 tiến trình [1] ...................................................... 29
Hình 2.20 Định thời LTE HARQ cho một gói tin đƣờng xuống duy nhất [1] ................. 30
Hình 2.21 Điều khiển định thời hƣớng lên [1].................................................................. 30
Hình 2.22 Công suất hƣớng lên LTE với thay đổi tốc độ dữ liệu [1] ............................... 31
Hình 2.23 Thủ tục báo cáo thông tin trạng thái kênh (CSI) [1] ....................................... 32
Hình 3.1 Biểu diễn tần số-thời gian của một tín hiệu OFDM [1]..................................... 35
Hình 3.2 Sự tạo ra ký hiệu OFDM có ích sử dụng IFFT [1]............................................ 36
Hình 3.3 Sự tạo ra chuỗi tín hiệu OFDM [1] ................................................................... 36
Hình 3.4 Cấp phát sóng mang con cho OFDM & OFDMA [1] ....................................... 37


Hình 3.5 Cấu trúc khung loại 1, ....................................................................................... 37
Hình 3.6 Cấu trúc khung loại 2, [1].................................................................................. 38

Hình 3.7 Lƣới tài nguyên đƣờng xuống [1]....................................................................... 38
Hình 3.8 Ghép kênh thời gian – tần số OFDMA [1]........................................................ 40
Hình 3.9 Phát và thu OFDMA [1].................................................................................... 40
Hình 3.10 Sơ đồ khối DFT-S-OFDM [1] ......................................................................... 43
Hình 3.11 Lƣới tài nguyên đƣờng lên [1] .......................................................................... 43
Hình 3.12 Phát & thu hƣớng lên LTE [1] ......................................................................... 45
Hình 3.13 Tổng quan về thủ tục truy nhập ngẫu nhiên [1] .............................................. 46
Hình 3.14 Minh họa cơ bản cho truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên ............ 47
Hình 3.15 Định thời phần mở đầu tại eNodeB cho các ngƣời sử dụng truy nhập ngẫu
nhiên khác nhau [1] .......................................................................................................... 47
Hình 3.16 Sự phát hiện phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên trong miền tần số [1].......... 47
Hình 4.1 Dịch vụ và sự khác biệt thuê bao trong LTE [14] .............................................. 50
Hình 4.2: Các thành phần cơ bản cung cấp chất lƣợng dịch vụ truy cập trong mạng
[15] ................................................................................................................................... 51
Hình 4.3: Mối liên hệ giữa các khái niệm QoS theo ETS ............................................... 52
Hình 4.4: Khái niệm QoS và mối quan hệ QoS với chất lƣợng mạng .............................. 53
Hình 4.5 Đặc điểm QCI tiêu chuẩn .................................................................................. 57
Hình 4.6: Kiến trúc dịch vụ trong mạng di động thế hệ sau............................................. 59
Hình 4.7: Mô hình sử dụng các thuật toán lập lịch [23]................................................... 60
Hình 4.8. Ảnh hƣởng của nhiễu đồng kênh trong môi trƣờng multi-cell [23] .................. 64
Hình 4.9: Phƣơng pháp sử dụng lại tần số từng phần (fractional frequency reuse) .......... 64
Hình 4.11: Ghép dữ liệu của ngƣời sử dụng Ui vào khung OFDMA ............................... 66
Hình 4.12: Các thành phần của bộ lập lịch tại BS và MS [23] ........................................ 71
Hình 4.13: Kế hoạch lập lịch đƣờng xuống lớp MAC [23] .............................................. 73
Hình 4.14 Kế hoạch lập lịch Round Robin ...................................................................... 76
Hình 4.15 Thuật toán lập lịch Round Robin trong LTE................................................... 77
Hình 4.16: Kế hoạch lập lịch Best CQI ............................................................................ 78
Hình 4.17 Thuật toán Best CQI trong LTE [24] .............................................................. 79
Hình 4.18 Thuật toán lập lịch PF trong LTE.................................................................... 81
Hình 4.20 Tổng quan các kịch bản mô phỏng khác nhau trong mô phỏng LTE [23] ...... 89

Hình 4.21 SNR so với thông lƣợng cho một ngƣời dùng.................................................. 91
Hình 4.22 SNR so với thông lƣợng cho một ngƣời dùng. ................................................. 92
Hình 4.23 SNR so với thông lƣợng cho một ngƣời dùng.................................................. 93
Hình 4.24 SNR so với thông lƣợng cho một ngƣời dùng.................................................. 94
Hình 4.25 SNR so với thông lƣợng cho một ngƣời dùng. ................................................. 95
Hình 4.26 SNR so với thông lƣợng cho ngƣời dùng duy nhất .......................................... 96
Hình 4.27 SNR so với thông lƣợng cho nhiều ngƣời dùng. .............................................. 97
Hình 4.28 SNR so với thông lƣợng, dạng nhiều ngƣời dùng ............................................ 98
Hình 4.29 SNR so với thông lƣợng cho nhiều ngƣời dùng ............................................... 99
Hình 4.30 SNR so với thông lƣợng cho nhiều ngƣời dùng ............................................. 100
Hình 4.31 SNR so với thông lƣợng cho nhiều ngƣời dùng ............................................. 100
Hình 4.33 SNR so với thông lƣợng cho nhiều ngƣời dùng ............................................. 101
Hình 4.34 SNR so với thông lƣợng cho nhiều ngƣời dùng ............................................. 102
Hình 4.35 SNR so với thông lƣợng cho nhiều ngƣời dùng ............................................. 103
Hình 4.36 SNR so với thông lƣợng cho nhiều ngƣời dùng ............................................. 104
Hình 4.37 SNR so với thông lƣợng cho nhiều ngƣời dùng. ............................................ 105
Hình 4.38 SNR so với thông lƣợng cho nhiều ngƣời dùng. ............................................ 106


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Sau khi mạng 3G đƣợc triển khai, việc sử dụng internet băng rộng, dịch vụ nghe
nhìn trực tuyến qua thiết bị di động đem lại nhiều tiện ích, sự tiện lợi cho ngƣời
dùng, góp phần nâng cao chất lƣợng cuộc sống. Công nghệ LTE ra đời là sự cải tiến
đối với chuẩn thông tin di động WCDMA/HSPA, vốn đƣợc nâng cấp từ chuẩn
thông tin di động GSM truyền thống, đƣa mạng di động trở thành mạng hội tụ IP
hoàn toàn, nâng khả năng truy cập dữ liệu với tốc độ lên đến hàng trăm Mb/s, hứa hẹn
đem lại cho ngƣời dùng một mạng băng rộng thực sự mọi lúc mọi nơi. Công nghệ

LTE, đƣợc phát triển trên nền tảng IP hoàn toàn, phục vụcho các dịch vụ VOIP,
video, streaming, internet băng rộng. Khi đó lớp truy nhập của LTE có nhiệm vụ
đảm bảo và kiểm soát chất lƣợng dich vụ QoS, nhằm phân bổ tài nguyên hợp lý và tối
ƣu cho ngƣời dùng, với khả năng truy cập dịch vụvới độ trễ thấp nhất, băng thông
rộng nhất có thể. Bộ lập lịch đƣợc sử dụng trong lớp MAC trong giao diện vô tuyến
là thành phần quan trọng thực hiện chức năng này, trong đó kỹ thuật lập lịch là thành
phần cốt lõi của nó. Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này đã chứng tỏ năng lực
tuyệt vời của công nghệ LTE và khả năng thƣơng mại hóa LTE đã đến rất gần.
Trƣớc đây, muốn truy cập dữ liệu, phải cần có 1 đƣờng dây cố định để kết nối.
Trong tƣơnglai không xa với LTE, có thể truy cập tất cả các dịch vụ mọi lúc mọi nơi
trong khi vẫn di chuyển: xem phim chất lƣợng cao HDTV, điện thoại thấy hình,
chơi game, nghe nhạc trực tuyến, tải cơ sở dữ liệu v.v… với một tốc độ “siêu tốc”.
Đó chính là sự khác biệt giữa mạng di động thế hệ thứ 3 (3G) và mạng di động thế
hệ thứ tƣ (4G). Tuy vẫn còn khá mới mẻ nhƣng mạng di động băng rộng 4G đang
đƣợc kỳ vọng sẽ tạo ra nhiều thay đổi khác biệt so với những mạng di động hiện
nay. Chính vì vậy, tôi đã lựa chọn làm luận văn tốt nghiệp về đề tài “Nghiên
cứu cơ chế đảm bảo chất lƣợng trong LTE” (Long Term Evolution).
2. Mục đích nghiên cứu
Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan hệ thống thông tin di động LTE, kiến trúc mạng
và truy nhập vô tuyến trong mạng LTE cùng với cơ chế của các bộ lập lịch để nâng

1


cao chất lƣợng dịch vụ (QoS) trong mạng LTE luận văn tiến hành xây dựng các mô
hình, cách thức mô phỏng, thực hiện mô phỏng nhằm so sánh và đánh giá một số cơ
chế lập lịch, đề xuất cơ chế lập lịch phù hợp cho hệ thống thông tin di động LTE nhằm
nâng cao chất lƣợng dịch vụ trong mạng LTE.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
a. Đối tƣợng nghiên cứu

Tổng quan về hệ thống thông tin di động LTE
Kiến trúc mạng và giao thức, truy nhập vô tuyến và thủ tục dò tìm
Tổng quan về chất lƣợng dịch vụ (QoS). Các thuộc tính của QoS
Cơ chế quản lý tài nguyên vô tuyến,
Cơ chế lập lịch, mô hình lập
lịch
Các kịch bản lập lịch
b. Phạm vi nghiên cứu
Đề tài tập trung chủ yếu vào các cơ chế đảm bảo chất lƣợng dịch vụ nhƣ các kỹ
thuật lập lịch trong lớp MAC trên giao diên vô tuyến. Sau đó nghiên cứu xây dựng các
mô hình mô phỏng tính toán, so sánh và đánh giá các cơ chế lập lịch từ đó nâng các
chất lƣợng dịch vụ trong mạng LTE. Nội dung luận văn chủ yếu tập trung vào cơ chế
quản lý tài nguyên vô tuyến, các thông số đánh giá QoS bao gồm thông lƣợng
eNodeB, thông lƣợng của ngƣời dùng UE, tỉ lệ lỗi BLER, và các kỹ thuật lập lịch
Round Robin, Best CQI, MaxMin, Max Throughput..
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phƣơng pháp tiếp cân thu thập thông tin liên quan tới đề tài nhƣ kiến thức mạng thông
tin di động LTE, giao diện vô tuyến LTE, các cơ chế đảm bảo chất lƣợng dịch vụ trong
mạng LTE...
Kết hợp lý thuyết đã nghiên cứu, tiến hành lập mô hình, cách thức nhằm mô phỏng
và tính toán các thông số chất lƣợng dịch vụ ứng với các cơ chế lập lịch, cơ chế quản
lý tài nguyên vô tuyến. Trong nội dung luận văn, các kết quả đạt đƣợc từ chƣơng
trình tính toán và mô phỏng bao gồm thông lƣợng và BLER sử dụng chƣơngtrình
Matlab sẽ đƣợc sử dụng.

2


5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Các mạng thông tin di động hiện nay tại Việt Nam đa số sử dụng công nghệ 2G

GSM và 2,5G, hiện đã nâng cấp lên công nghệ 3G UMTS/WCDMA. Công nghệ LTE
là bƣớc tiếp theo để các mạng di động tiến lên 4G, nhằm tạo nên hệ thống thông tin di
động băng rộng mọi lúc mọi nơi. Vì thế, hƣớng nghiên cứu này nhằm trang bị kiến
thức về công nghệ di động LTE và các cơ chế nhƣ cơ chế lập lịch, cơ chế quản lý tài
nguyên để góp phần chọn giải pháp tối ƣu cho giao diện vô tuyến, góp phần nâng cao
chất lƣợng dịch vụ cho ngƣời sử dụng mạng LTE
6. Cấu trúc luận văn
Ngoài các phần mở đầu, kết luận và hƣớng phát triển, Tài liệu tham khảo, Phụ lục,
luận văn gồm các chƣơngsau:
CHƢƠNGI: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE
( Long term evolution)
Nội dung trình bày tổng quan hệ thống thông tin di động LTE và so sánh LTE
với công nghệ Wimax
CHƢƠNGII: KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC
Nội dung chƣơngtrình bày kiến trúc mạng và giao thức mạng trong LTE
CHƢƠNGIII: TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE
Nội dung chƣơng trình bày về cách thức truy nhập vô tuyến trong mạng LTE, từ
đó đƣa ra cơ chế quản lý tài nguyên vô tuyến trong mạng LTE.
CHƢƠNG IV: CƠ CHẾ ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG LTE.
Nội dung chƣơngtrình bày khái niệm của QoS và các tham số của QoS và các cơ
chế lập lịch trong mạng LTE và mô hình, mô phỏng kết quả các cơ chế lập lịch trong
mạng LTE để nâng cao chất lƣợng dịch vụ trong mạng LTE.

3


CHƢƠNGI: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE
(Long term evolution)
1.1. Giới thiệu chƣơng.
Nội dung trình bày cái nhìn tổng quan hệ thống thông tin di động LTE và so

sánh LTE với công nghệ Wimax để tìm ra những ƣu, nhƣợc điểm của mạng LTE.
1.2. Giới thiệu về công nghệ LTE [1], [2], [3], [4]
LTE là thế hệ thứ tƣ của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. UMTS thế hệ thứ ba
dựa trên WCDMA đã đƣợc triển khai trên toàn thế giới. Để đảm bảo tính cạnh tranh
cho hệ thống này trong tƣơnglai, tháng 11/2004 3GPP đã bắt đầu dự án nhằm xác
định bƣớc 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
lƣợng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối.
Giao diện không gian và các thuộc tính liên quan của hệ thông LTE đƣợc tóm tắt
trong bảng.
Bảng 1. 1 Các đặc điểm chính của công nghệ LTE
Băng tần
Song công
Di động
Đa truy nhập
MIMO

Tốc độ dữ liệu đỉnh trong 20MHz
Điều chế
Mã hóa kênh
Các công nghệ khác

1,25 – 20 MHz
FDD, TDD, bán song công FDD
350km/h
Đƣờng xuống OFDMA
Đƣờng lên SC-FDMA
Đƣờng xuống 2 * 2 ; 4 * 2 ; 4 * 4

Đƣờng lên
1*2;1*4
Đƣờng xuống: 173 và 326Mb/s tƣơngứng
với cấu hình MINO 2*2 và 4*4
Đƣờng lên: 86Mb/s với cấu hình 1*2 anten
QPSK; 16 QAM và 64 QAM
Mã tubo
Lập biểu chính xác kênh; liên kết thích
ứng; điều khiển

Mục tiêu của LTE là cung cấp 1 dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, độ trễ thấp, các gói dữ
liệu đƣợc tối ƣu, công nghệ vô tuyến hỗ trợ băng thông một cách linh hoạt khi triển
khai. Đồng thời kiến trúc mạng mới đƣợc thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lƣu lƣợng
4


chuyển mạch gói cùng với tính di động linh hoạt, chất lƣợng của dịch vụ, thời gian trễ
tối thiểu.
Tăng tốc độ truyền dữ liệu :
Trong điều kiện lý tƣởng hệ thống hỗ trợ tốc độ dữ liệu đƣờng xuống đỉnh lên tới
326Mb/s với cấu hình 4*4 MIMO (multiple input multiple output ) trong vòng 20MHZ
băng thông. MIMO cho đƣờng lên là không đƣợc sử dụng trong phiên bản đầu tiên của
chuẩn LTE. Tốc độ dữ liệu đỉnh đƣờng lên tới 86Mb/s trong 20MHZ băng thông.
Ngoài viêc cải thiện tốc độ dữ liệu đỉnh hệ thống LTE còn cung cấp hiệu suất phổ cao
hơn từ 2 đến 4 lần của hệ thống HSPA phiên bản 6.
Dải tần co giãn đƣợc :
Dải tần vô tuyến của hệ thống LTE có khả năng mở rộng từ 1.4 MHz, 3MHz,
5 MHz, 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz cả chiều lên và xuống. Điều này dẫn đến sự
linh hoạt sử dụng đƣợc hiệu quả băng thông. Mức thông suất cao hơn khi hoạt động
ở băng tần cao và đối với một số ứng dụng không cần đến băng tần rộng chỉ cần một

băng tần vừa đủ thì cũng đƣợc đáp ứng.
Đảm bảo hiệu suất khi di chuyển :
LTE tối ƣu hóa hiệu suất cho thiết bị đầu cuối di chuyển từ 0 đến 15km/h, vẫn
hỗ trợ với hiệu suất cao (chỉ giảm đi một ít) khi di chuyển từ 15 đến 120km/h, đối với
vận tốc trên 120 km/h thì hệ thống vẫn duy trì đƣợc kết nối trên toàn mạng tế bào,
chức năng hỗ trợ từ 120 đến 350km/h hoặc thậm chí là 500km/h tùy thuộc vào băng tần.
Giảm độ trễ trên mặt phẳng ngƣời sử dụng và mặt phẳng điều khiển :
Giảm thời gian để một thiết bị đầu cuối (UE - User Equipment) chuyển từ
trạng thái nghỉ sang nối kết với mạng, và bắt đầu truyền thông tin trên một kênh
truyền. Thời gian này phải nhỏ hơn 100ms.
Giảm độ trễ ở mặt phẳng ngƣời dùng: Nhƣợc điểm của các mạng tổ ong (ô) hiện
nay là độ trễ truyền cao hơn nhiều so với các mạng đƣờng dây cố định. Điều này ảnh
hƣởng lớn đến các ứng dụng nhƣ thoại và chơi game …,vì cần thời gian thực. Giao
diện vô tuyến của LTE và mạng lƣới cung cấp khả năng độ trễ dƣới 10ms cho việc
truyền tải 1 gói tin từ mạng tới UE.
Sẽ không còn chuyển mạch kênh :
Tất cả sẽ dựa trên IP. Một trong những tính năng đáng kể nhất của LTE là sự
chuyển dịch đến mạng lõi hoàn toàn dựa trên IP với giao diện mở và kiến trúc đơn
giản hóa. Sâu xa hơn, phần lớn công việc chuẩn hóa của 3GPP nhắm đến sự chuyển
đổi kiến trúc mạng lõi đang tồn tại sang hệ thống toàn IP. Trong 3GPP. Chúng cho
5


phép cung cấp các dịch vụ linh hoạt hơn và sự liên hoạt động đơn giản với các mạng di
động phi 3GPP và các mạng cố định. EPC dựa trên các giao thức TCP/IP – giống
nhƣ phần lớn các mạng số liệu cố định ngày nay, vì vậy cung cấp các dịch vụ giống
PC nhƣ thoại, video, tin nhắn và các dịch vụ đa phƣơng tiện. Sự chuyển dịch lên kiến
trúc toàn gói cũng cho phép cải thiện sự phối hợp với các mạng truyền thông không
dây và cố định khác. VoIP sẽ dùng cho dịch vụ thoại.
Độ phủ sóng từ 5-100km :

Trong vòng bán kính 5km LTE cung cấp tối ƣu về lƣu lƣợng ngƣời dùng, hiệu
suất phổ và độ di động. Phạm vi lên đến 30km thì có một sự giảm nhẹ cho phép về lƣu
lƣợng ngƣời dùng còn hiệu suất phổ thì lại giảm một cách đáng kể hơn nhƣng vẫn có
thể chấp nhận đƣợc, tuy nhiên yêu cầu về độ di động vẫn đƣợc đáp ứng. Dung lƣợng
hơn 200 ngƣời/ô (băng thông 5MHz).
Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời.
Tuy nhiên mạng LTE vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và
2G hiện tại. Điều này hết sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai LTE vì
không cần thay đổi toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có.
OFDMA ,SC-FDMA và MIMO đƣợc sử dụng trong LTE:
Hệ thống này hỗ trợ băng thông linh hoạt nhờ các sơ đồ truy nhập OFDMA &
SC-FDMA. Ngoài ra còn có song công phân chia tần số FDD và song công phân chia
thời gian TDD. Bán song công FDD đƣợc cho phép để hỗ trợ cho các ngƣời sử dụng
với chi phí thấp, không giống nhƣ FDD, trong hoạt động bán song công FDD thì một
UE không cần thiết truyền & nhận đồng thời. Điều này tránh việc phải đầu tƣ một bộ
song công đắt tiền trong UE. Truy nhập đƣờng lên về cơ bản dựa trên đa truy nhập
phân chia tần số đơn sóng mang SC-FDMA hứa hẹn sẽ gia tăng vùng phủ sóng đƣờng
lên do tỉ số công suất đỉnh-trung bình thấp (PARR) liên quan tới OFDMA.
Giảm chi phí:
Yêu cầu đặt ra cho hệ thống LTE là giảm thiểu đƣợc chi phí trong khi vẫn duy
trì đƣợc hiệu suất nhằm đáp ứng đƣợc cho tất cả các dịch vụ. Các vấn đề đƣờng
truyền, hoạt động và bảo dƣỡng cũng liên quan đến yếu tố chi phí, chính vì vậy không
chỉ giao tiếp mà việc truyền tải đến các trạm gốc và hệ thống quản lý cũng cần xác
định rõ, ngoài ra một số vấn đề cũng đƣợc yêu cầu nhƣ là độ phức tạp thấp, các thiết bị
đầu cuối tiêu thụ ít năng lƣợng.
Cùng tồn tại với các chuẩn và hệ thống trƣớc.

6

Hệ thống LTE phải cùng tồn tại và có thể phối hợp hoạt động với các hệ thống
3GPP khác. Ngƣời sử dụng LTE sẽ có thể thực hiện các cuộc gọi từ thiết bị đầu cuối
của mình và thậm chí khi họ không nằm trong vùng phủ sóng của LTE. Do đó, cho
phép chuyển giao các dịch vụ xuyên suốt, trôi chảy trong khu vực phủ sóng của
HSPA, WCDMA hay GSM/GPRS/EDGE. Hơn thế nữa, LTE hỗ trợ không chỉ chuyển
giao trong hệ thống, liên hệ thống mà còn chuyển giao liên miền giữa miền chuyển
mạch gói và miền chuyển mạch kênh.
1.3. So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax
Về công nghệ LTE và WiMax có một số khác biệt nhƣng cũng có nhiều điểm
tƣơng đồng. Cả 2 công nghệ đều dựa trên nền tảng IP. Cả hai đều dùng kỹ thuật MINO
để cải thiện chất lƣợng truyền/nhận tín hiệu, đƣờng xuống từ trạm thu phát đến thiết bị
đầu cuối đều đƣợc tăng tốc bằng kỹ thuật OFDM hỗ trợ truyền tải dữ liệu đa phƣơng
tiện và video. Công nghệ WiMAX, hay còn gọi là chuẩn 802.26 đƣợc biết tới là công
nghệ không dây băng thông rộng. Không giống các chuẩn không dây khác, WiMAX
cho phép truyền dữ liệu trên nhiều dải tần, có thể tránh “đụng độ” với những ứng dụng
không dây khác. Theo lý thuyết chuẩn WiMax hiện tại 802.26e cho tốc độ tải xuống
tối đa là 70Mbps, còn LTE dự kiến có thể cho tốc độ đến 300Mbps. Tuy nhiên khi
LTE đƣợc triển khai ra thị trƣờng có thể WiMax cũng sẽ đƣợc nâng cấp lên chuẩn
802.26m( còn gọi là WiMax 2.0) có tốc độ tƣơng đƣơng hoặc cao hơn.

Hình 1.1 Lộ trình phát triển LTE và các công nghệ khác
Đƣờng lên từ thiết bị đầu cuối đến trạm thu phát có sự khác nhau giữa 2 công
nghệ. WiMax dùng OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access là
một biết thể của OFDM), cho phép tăng băng thông bằng cách chia tách các kênh băng
rộng thành nhiều kênh băng hẹp, mỗi kênh dùng tần số khác nhau để truyền đồng thời
7


các gói dữ liệu. Còn LTE dùng kỹ thuật SC-FDMA ( Single Carrier Frequency
Division Multiple Access) Về lý thuyết SC- FDMA đƣợc thiết kế làm việc hiệu

quả hơn và các thiết bị đầu cuối tiêu thụ năng lƣợng thấp hơn OFDMA. LTE còn
ƣu thế hơn WiMax vì đƣợc thiết kế tƣơngthích với cả phƣơng thức TDD (Time
Division Duplex) và FDD( Frequency Division Duplex). Ngƣợc lại WiMax hiện chỉ
tƣơngthích với TDD nhƣng WiMax Forum đang làm việc với một phiên bản Mobile
WiMax tích hợp FDD. Mobile WiMAX cung cấp khả năng di động bằng cách
cho phép chuyển kênh truyền dữ liệu từ một trạm thu phát này sang một trạm khác
khi ngƣời dùng di chuyển giữa 2 trạm. Tƣơngtự phiên bản 802.21n của Wi-Fi,
Mobile WiMAX dùng công nghệ MIMO (Multiple Input Multiple Output) cho
phép phát và thu qua nhiều anten để cải thiện tốc độ và chất lƣợng tín hiệu.
Mobile Wimax đƣợc kỳ vọng cạnh tranh với các công nghệ di động, Wi-Fi và các
công nghệ truy cập Internet nhƣ DSL. TDD truyền dữ liệu lên xuống thông qua 1
kênh tần số( dùng phƣơng thức phân chia thời gian) còn FDD cho phép truyền dữ
liệu lên xuống thông qua 2 kênh tần số riêng biệt. Điều này có nghĩa là LTE có
nhiều phổ tần sử dụng hơn WiMax.
Bảng 1.2 Tiến trình phát triển của các chuẩn 3GPP
Phiên bản
Release99

Thời điểm hoàn tất
Quí 1/2000

Release 4

Quí 2/2001

Release 5

Quí 1/2002

Release 6

Quí 4/2004

Release 7

Quí 4/2007

Release 8

Dự kiến cuối năm
2008 hoặc đầu năm
2009

Tính năng chính/ Thông tin
Giới thiệu UMTS (Universal Mobile
Telecommunications System) và
WCDMA(Wideband CDMA)
Bổ sung một số tính năng nhƣ mạng lõi dựa trên IP
và có những cải tiến cho UMTS
Giới thiệu IMS (IP Multimedia Subsystems) và
HSDPA (High Speed Download Packet Access)
Kết hợp với Wireless Lan, thêm HSUPA( High
Speed upload Packet Access) và cas tính năng nâng
cao cho IMS nhƣ Push to Talk over Cellular (PoC)
Tập trung giảm độ trễ, cải thiện chất lƣợng dịch vụ
và các ứng dụng thời gian thực nhƣ VoIP. Phuên
bản này cũng tập trung vào HSPA+ High Speed
Packet Evolution và EDGE Evolution
Giới thiệu LTE và kiến trúc lại UMTS nhƣ là mạng
IP thế hệ thứ tƣ hoàn toàn dự trên IP

Hiện tại WiMax có lợi thế đi Trƣớc LTE: mạng WiMax đã đƣợc triển khai
và thiết bị WiMax cũng đã có mặt trên thị trƣờng. Còn LTE vẫn còn đang đƣợc triển
khai và trải nghiệm. Tuy nhiên LTE vẫn có lợi thế quan trọng so với WiMax. LTE
đƣợc
hiệp hội các nhà khai thác GSM chấp nhận là công nghệ băng thông rộng di động
tƣơnglai của hệ di động hiện đang thống trị thị trƣờng di động toàn cầu với khoảng
2,5 tỷ thuê bao và trong các năm tới có thể chiếm 89% (theo Gartner) những con số
trong mơ đối với WiMax. Hơn nữa LTE cho phép tận dụng hạ tầng GSM có sẵn trong
khi WiMax phải xây dựng từ đầu. Wimax và LTE là 2 công nghệ đƣợc đánh giá cao
nhất khi triển khai 4G.

8


Bảng 1.3 LTE và WiMax
Tính năng

3GPP LTE RAN1

Ghép kênh
Băng tần dự kiến

TDD, FDD
700MHz-2,6GHz

Tốc độ tối đa
Download/ Upload
Di động
Phạm vi phủ sóng

Số ngƣời dùng
VoIP đồng thời
Thời điểm hoàn tất
chuẩn
Triển khai ra thị
trƣờng

300Mbps/100Mbps

802.26e/Mobile
WiMax R1
TDD
2,3GHz, 2,5GHz,
3,3-3,8GHz
70Mbps/70Mbps

802.26e/Mobile
WiMax R2
TDD, FDD
2,3GHz, 2,5GHz,
3,3-3,8GHz
300Mbps/100Mbps

350/100km/h
5/30/100km
80

120km/h
1/5/30km
50

350km/h
1/5/30km
100

Dự kiến cuối năm
2008 hoặc đầu năm
2009
2009-2010/2012

2005

Dự kiến trong năm
2009

2007-2008/2009

2010

Theo 3GPP, về lý thuyết, LTE với MIMO và dải phổ rộng hơn sẽ cho phép các
nhà khai thác đạt tốc độ đỉnh đƣờng xuống lên tới 326 Mbps và đƣờng lên là 86 Mbps
trong kênh 20Mhz và với an ten 4X4 MIMO.
Các đặc tính của LTE bao gồm:
- Linh hoạt sử dụng phổ băng hẹp nhƣ 1.4 Mhz hay băng rộng 20Mhz.
- Hoạt động mềm dẻo cả ở trong chế độ TDD và FDD.
- Giảm trễ để hỗ trợ triển khai các ứng dụng thoại và dữ liệu chất lƣợng cao.
- Trễ vòng (round trip) giữa máy đầu cuối và trạm gốc là 10msec, và thời gian
chuyển trạng thái từ hoạt động sang không hoạt động thấp hơn 100 msec.
Tổng kết chƣơng:
Toàn chƣơng một đã đƣa ra cái nhìn tổng quan nhất về một số công nghệ mạng

truy nhập băng rộng, những đặc thù của các loại công nghệ truy nhập này nhằm tạo cơ
sở khách quan để đánh giá và lựa chọn công nghệ phù hợp.
Chƣơngnày cũng trình bày rõ sự khác biệt gữa hai mô hình ứng dụng LTE và
WiMAX. Dựa vào những đặc điểm khác nhau của hai công nghệ này giúp các nhà
cung cấp dịch vụ trong từng hoàn cảnh cụ thể sẽ lựa chọn mô hình phù hợp trong triển
khai thực tế .

Với những tìm hiểu sơ lƣợc ta cũng thấy công nghệ LTE tỏ ra có rất nhiều
đặc tính ƣu việt trong việc triển khai dịch vụ băng thông rộng cho cả thiết bị cố
định, xách tay và di động, thậm chí đến các vùng mà với các công nghệ Trƣớc
đây là khó khăn hoặc không thể. Trong chƣơngtiếp theo ta sẽ tìm hiểu sâu hơn
về kiến trúc mạng và các kỹ thuật đƣợc sử dụng trong công nghệ LTE tiền 4G.

9


CHƢƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC
2.1. Giới thiệu chƣơng

Chƣơng này trình bày kiến trúc mạng và giao thức hệ thống trong mạng
LTE, phân biệt các phân lớp trong eNodeB cũng nhƣ trình bày về các kỹ thuật
quan trọng trong các phân lớp giao diện vô tuyến LTE và các giao thức chuyển
trạng thái, những kiến trúc hệ thống phát quảng bá đa điểm, hệ thống kênh
truyền, các thủ tục lớp vật lý.
2.2. Kiến trúc mạng LTE [1], [3], [4]
2.2.1. Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống

Hình 2.1. Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có E-UTRAN [1]

10