Nghiên cứu về fem to cell và xây dựng hệ thống thông tin di động

Đồ án Tốt nghiệp Đại học

Chƣơng 1. Tổng quan về LTE/LTE Advanced

MỞ ĐẦU
Thông tin di động số đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới với
những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong cuộc
sống hằng ngày. Các kĩ thuật không ngừng được hoàn thiện đáp ứng nhu cầu của
người tiêu dùng. Để đáp ứng nhu cầu băng thông lớn, tốc độ ngày càng cao của con
người thì 3G cũng như phát triển lên 4G ngày càng trở lên vô cùng cấp thiết.
Để có thể tạo ra một mạng 4G(LTE) đáp ứng được các nhu cầu người sử dụng, và
áp dụng triển khai thực tế, các nhà mạng các công ty sản xuất thiết bị cũng như các
tổ chức tiêu chuẩn đã không ngừng nghiên cứu và thử nghiệm. Việc áp dụng các lý
thuyết cơ bản, các ứng dụng thực tế đã đem lại kết quả khả quan cho sự phát triển
4G. Một giải pháp tương đối đơn giản đó là làm giảm khoảng cách đến với thiết bị
người dùng di động, thì hiệu quả mang lại là rất lớn. Khi trạm gốc được đặt trong
nhà sẽ có khả năng cung cấp một dịch vụ băng thông rộng và tốc độ cao. Và truyền
tải thoại không có ưu cầu quá cao sẽ vẫn được duy trì trên trạm gốc của nhà cung
cấp dịch vụ đặt bên ngoài. Nhưng thực tế nó cũng gặp phải thách thức về nhiễu giữ
trạm gốc trong nhà và trạm gốc bên ngoài. Các nhà cung cấp thiết bị hay các tổ chức
nghiên cứu cũng đưa ra các giải pháp cho thách thức này. Vì vậy, trong đồ án này,
em nghiên cứu đề tài: “Hệ thống thông tin di động sử dụng Femtocell” với trọng
tâm là tìm hiểu một số thuật toán điều khiển công suất cho mạng thông tin di động
sử dụng femtocell ở
Chương 3. Quyền đồ án gồm 4 chương là:
Chương1: Giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin di động LTE/LTE-Advance.
Chương 2: Hệ thống thông tin di động LTE/LTE-Advanced sử dụng femtocell.
Chương 3: Một số giải pháp cho hệ thống LTE/LTE-Advanced sử dụng femtocell.
Chương 4: Kết luận và kiến nghị.
1

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1

1


MỤC LỤC

CHƯƠNG1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
LTE/LTE ADVANCED ............................................................................................................. 9
1.1 Tổng quan về lịch sử thông tin di động ............................................................................ 9
1.1.1 Hệ thống 1G .............................................................................................................. 9
1.1.2 Hệ thống 2G .............................................................................................................. 9
1.1.3 Hệ thống 3G ............................................................................................................ 13
1.1.4 Hệ thống 4G ............................................................................................................ 16
1.2 Tổng quan LTE/LTE Advanced ..................................................................................... 18
1. 2.1Lịch sử ra đời LTE ................................................................................................... 18
1.2.2

Mong muốn đặt ra cho LTE .............................................................................. 19

1.2.3 Các truy cập vô tuyến trong LTE ........................................................................... 20
1.2.4 Sử dụng hệ thống MIMO trong LTE : ..................................................................... 25
1.2.5 Các băng tần hỗ trợ : ................................................................................................ 27
1.2.6 LTE Advanced ......................................................................................................... 28
1.3 Các phương pháp tăng hiệu quả hệ thống thông tin di động (LTE) ............................... 29
CHƯƠNG2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE\LTE-ADVACEDSỬ DỤNG
FEMTOCELL ........................................................................................................................... 32
2.1 Giới thiệu về Femtocell ..................................................................................................
32
2.2 Các khía cạnh kỹ thuật Femtocell...................................................................................

35
2.2.1 Tiêu chuẩn Femtocell .............................................................................................. 35
2.2.2 Đường lên và xuống Femtocell ............................................................................... 37
2.2.3 Kết nối Femtocell tới mạng lõi ................................................................................ 42
2.3 Thách thức đối với Femtocell ......................................................................................... 49
2.3.1 Thách thức về kỹ thuật ............................................................................................ 49
2.3.2 Các vấn đề kinh tế và quản lý .................................................................................. 55
CHƯƠNG 3 MỘT SỐ GIẢI PHÁP CHO HỆ THỐNG LTE\LTE ADVANCED SỬ DỤNG
FEMTOCELL ........................................................................................................................... 59
3.1 Quản lý công suất cho mạng femtocell xanh .................................................................. 59
3. 1.1Femtocell môi trường doanh nghiệp......................................................................... 60
3.1.2 Thuật toán điểu khiển công suất .............................................................................. 62
3.1.3 Ví dụ Femtocell tối ưu hóa ...................................................................................... 68

2


3.2 Thiết lập công suất thích
ứng ......................................................................................... 69
3.2.1 Đề án mức công suất thích nghi .............................................................................. 70
3.3 Đánh giá và mô
phỏng ............................................................................................... 74
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN
NGHỊ............................................................................ 81
4.1
Kết
luận .......................................................................................................................... 81
4.2
Kiến
nghị ........................................................................................................................ 81

3


CHƯƠNG1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG LTE/LTE ADVANCED
Thông tin di động không còn là khái niệm xa lạ và sự phát triển nhanh chóng của nó
cũng được nhìn thấy rõ ràng. Theo Martin Cooper Arraycomm: "Khả năng di động đã
tăng gấp đôi sau 30 tháng kể từ hơn 104 năm qua". Và tốc độ của nó có thể vượt ngoài
dự đoán trước đây. Trong chương 1 em muốn giới thiệu khái quát nhất về hệ thống
thông tin di động từ thế hệ đầu tiên là 1G đến thế hệ mới nhất là 4G(LTE). Đồng thời
trình bày tổng quan về hệ thống LTE/LTE-Advanced. Một số cách làm tăng hiệu quả
hệ thống các giải pháp mới nhằm đáp ứng được sự tăng trưởng của hệ thống.
1.1 Tổng quan về lịch sử thông tin di động
1.1.1 Hệ thống 1G
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,
C-45 ở Tây Đức, Bồ Đào Nha và Nam Phi, Radiocom 2000 ở Pháp; và RTMI ở Italia.
Hầu hết các hệ thống đều 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 .
1.1.2 Hệ thống 2G

Năm 1982, hội nghị quản lý bưu điện và viễn thông ở Châu Âu (CEPT – European
Conference of Postal and Telecommunications adminstrations) thành lập 1 nhóm

4


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.
Hệ thống 2G phát triển kèm theo nhiều cải tiến mới cũng như việc sử dụng triệt
để nguồn tài nguyên tần số vô tuyến. Hệ thống thông tin mạng tế bào đã được triển
khai góp phần tái sử dụng tần số. Hình sau đây là hệ thống di động tế bào tái sử dụng
tần số.

Hình 1.1: Mạng tế bào tái sử dụng tần số.
Ta thấy mỗi vùng được phân chia thành 7 nhóm tế bào đánh số từ Cell 1 đến Cell 7.
Các tế bào đánh số khác nhau sẽ sử dụng cùng một nhóm tần số giống nhau, và mỗi tế
bào sẽ được sử dụng 1/7 số kênh có sẵn.
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. Một số tiến bộ của hệ thống 2G so với 1G là:
-

Những cuộc gọi di động được mã hóa kĩ thuật số.

-

Cho phép tăng hiệu quả kết nối các thiết bị.
5


-

Bắt đầu có khả năng thực hiện các dịch vụ số liệu trên điện thoại di động, khởi
đầu là tin nhắn SMS.

1.1.2.1 Đặc điểm của hệ thống :
Hệ thống GSM làm việc trong một băng tần hẹp, dài tần cơ bản từ
(890960MHz). Băng tần được chia làm 2 phần:

Hình 1.2: Cặp băng tần đường lên và xuống trong GMS 900
-

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, 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
-

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).
6


1.1.2.2 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
đượcthay 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 tại Nhật Bản. Giống như D-AMPS và GSM, PDC sử dụng TDMA.

1.1.2.3 GSM Phát triển lên 2.75G

7


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). Có thể coi GPRS là thế hệ thông tin di động 2.5 G.

-

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. Đây là công nghệ di động thế hệ 2.75G.

1.1.3 Hệ thống 3G

Hình 1.3: Tổng quan mạng 3G
Mạng 3G (Third-generation technology) là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ
điện thoại di động, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu,
gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh...). 3G cung cấp cả hai hệ thống là chuyển mạch
gói và chuyển mạch kênh. Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập radio hoàn toàn
8


khác so với hệ thống 2G hiện nay. Điểm mạnh của công nghệ này so với công nghệ 2G
và 2.5G là cho phép truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, hình ảnh chất lượng cao cho
cả thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở các tốc độ khác nhau. Với công nghệ
3G, các nhà cung cấp có thể mang đến cho khách hàng các dịch vụ đa phương tiện,
như âm nhạc chất lượng cao; hình ảnh video chất lượng và truyền hình số; Các dịch vụ

định vị toàn cầu (GPS); E-mail; video thời gian thực ; chơi game tốc độ cao;...
Quốc gia đầu tiên đưa mạng 3G vào sử dụng rộng rãi là Nhật Bản. Vào năm 2001,
NTT Docomo là công ty đầu tiên ra mắt phiên bản thương mại của mạng WCDMA.
Năm 2003 dịch vụ 3G bắt đầu có mặt tại châu Âu. Tại châu Phi, mạng 3G được giới
thiệu đầu tiên ở Marốc vào cuối tháng 3 năm 2007 bởi Công ty Wana.
1.1.3.1 Đặc điểm cơ bản 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 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, nhưngthực 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
IMT2000, điều này dẫn đến khả năng tương thích giữa các mạng 3G trên toàn thế giới.

9


Tuy nhiên, hiện nay trên thế giới tồn tại hai công nghệ 3G chủ đạoUMTS(WCDMA)
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 côngnghệ 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 cáchệ 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
Tần số: hiện tại có 6 băng sử dụng cho UMTS/WCDMA, tập trung vào UMTS tầnsố
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
lên và xuống là khác nhau. Đường xuống sử dụng dịch khóa pha cầu phương (QPSK)
cho tất cả những kênh vận chuyển. Tuy nhiên, đường lên 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.
Ưu điểm của công nghệ W-CDMA so với GSM:
10

- Tiêu chuẩn thống nhất toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến.
- Có khả năng truyền tải đa phương tiện.
- 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.
1.1.3.2 Mạng 3G phát triển lên 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.
1.1.4 Hệ thống 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.

11


-

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
khimở 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), mọilúc
(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.
Lịch sử ra đời, tổng quan và khái quát về công nghệ 4G(LTE) em sẽ trình bày trong
phần 2 của chương 1.
1.1.5 Thống kê và dự đoán về thông tin di động
Dựa trên nhưng kiến thức trên ta có thể có cái nhìn tổng quan về hệ thống thông

tin di động. Tiến trình phát triển của công nghệ thông tin di động có thể được khái quá
qua mô hình dưới đây:

Hình 1.4: Tiến trình phát triển thông tin di động
Báo Lenta của Nga vừa dẫn thông báo của Ericsson cho biết thế giới đã có 6 tỷ thuê
bao di động tính đến tháng 2/2012. Trong đó, số người thực dùng di động hàng ngày
lên tới hơn 4 tỷ. Tính theo dân số thế giới hiện thời là 7 tỷ thì số người dùng di động

12


trên toàn thế giới đã vượt 60%. Số thuê bao khác với số người dùng thực vì một người
có thể sở hữu nhiều thuê bao.
* Công nghệ di động - thuê bao GSM/EDGE giảm sau 2012
GSM/EDGE sẽ tiếp tục đi đầu về mức tăng trưởng trong những năm tới cho dù
công nghệ HSPA cũng đang có mức tăng trưởng nhanh chóng. Lý do cho xu hướng
này là vì người sử dụng ở nhóm thu nhập thấp tại các quốc gia đang phát triển có xu
hướng sử dụng các loại điện thoại giá rẻ đồng thời cần thời gian để nâng cấp hệ thống
nền tảng điện thoại. Tuy nhiên, sau năm 2012, xu thế thuê bao GSM/EDGE sẽ giảm.

Hình 1.5: Số lượng thuê bao di động 2008-2017
LTE đang được triển khai ở một số vùng trên thế giới và có khoảng 1 tỉ thuê
bao vào năm 2017. Tính tới năm 2017, sẽ có khoảng 9 tỉ thuê bao di động.
1.2 Tổng quan LTE/LTE Advanced
1.2.1Lịch sử ra đời LTE
LTE(Long Term Evolution) bắt đầu tiếp tục công việc phát triển hệ thống di động 3G
với Work Shop phát triển node truy nhập vô tuyến RAN, ngày 2-3 tháng 11 năm 2004
tại Toronto, Canada. Work Shop này mở ra tạo được sự quan tâm của các tổ chức, các
thành viên hay không phải thành viên của 3GPP, các nhà khai thác, các nhà sản xuất
và các tổ chức nghiên cứu đưa ra hơn 40 ý kiến đóng góp, nhận định và những đề nghị

cho việc phát triển mạng truy nhập vô tuyến.

13


Để cung cấp các dịch vụ dữ liệu cao hơn và giảm giá thành cho vận hành khai thác thì
việc nghiên cứu tập trung vào các dịch vụ hỗ trợ được cung cấp từ miền PS gồm:
-

Tăng dung lượng hệ thống và giảm giá thành trên bít, cũng như là tận dụng phổ
2G và 3G có sẵn

-

Tốc độ dữ liệu đỉnh tức thời đường xuống là 100 Mbps trong 20 Mhz phổ cấp
phát cho đường xuống (5bps/hz).

-

Tốc độ dữ liệu đỉnh tức thời đường lên là 50 Mbps trong 20 Mhz phổ cấp phát
cho đường lên (2.5bps/hz).

-

Vùng phủ lớn hơn bằng việc cung cấp dữ liệu cao hơn trên các vùng đất rộng
hơn và mềm dẻo trong sử dụng dải tần có sẵn và dải tần mới.

-

Đạt được dung lượng hệ thống cao hơn tới 3 lần dung lượng hệ thống hiện tại

và tăng dữ liệu dịch vụ, nhiều dịch vụ với chi phí thấp hơn.

1.2.2 Mong muốn đặt ra cho LTE
Hệ thống LTE được mong đợi sẽ cạnh tranh được trong rất nhiều năm tới nên các yêu
cầu và mục đích thiết lập trước khá nghiêm ngặt. Các mục tiêu chính là tăng dịch vụ
dữ liệu và giảm số người dùng/ giá khai thác. Đặc biệt hơn là một số yêu cầu quan
trọng và dung lượng cuối cùng.
-

Trễ thấp: Cho cả người dùng và điều khiển, với phổ phân bổ là 5 MHz với trễ
cuối cùng dưới 5 ms.

-

Phạm vi băng thông: Băng thông khác nhau có thể được sử dụng phụ thuộc vào
các yêu cầu (1.25 tới 20 MHz).

-

Tốc độ dữ liệu đỉnh: 100 Mbps cho DL và 50 Mbps cho UL.

-

Tăng từ 2 tới 3 lần dung lượng ở đường lên so với release 6 của HSUPA.

-

Lưu lượng người sử dụng ở đường xuống tăng 3 tới 4 lần so với release 6 của
HSDPA.

-

Chỉ hỗ trợ miền chuyển mạch gói.

-

Ít nhất là 200 người sử dụng trong một ô tế bào trong trạng thái tích cực, với
phổ cấp phát lên tới 5 Mhz.

-

E- UTRAN cần phải được tối ưu hóa cho tốc độ di động thấp từ 0 đến 15 km/h.

14


-

Giảm sự phức tạp của hệ thống và thiết bị đầu cuối.

-

Dễ dàng chuyển đổi từ mạng cũ.

-

Đơn giản hóa và tối ưu số lượng giao diện.

-

E- UTRA sẽ hoạt động theo phổ được cấp phát theo các kích cỡ khác nhau, bao
gồm 1,25 Mhz, 1,6 Mhz, 2,5 Mhz, 5 Mhz, 10 Mhz, 15 Mhz, 20 Mhz ở cả đường
lên và đường xuống. Việc sử dụng phổ theo cặp hay không theo cặp sẽ được hỗ
trợ.

-

Hệ thống sẽ có thể hỗ trợ khối nội dung phát qua một tập hợp các tài nguyên
bao gồm tài nguyên về băng tần vô tuyến (như công suất, lập lịch thích nghi,....)
trong cùng các băng tần khác. Ở cả đường lên và đường xuống, và cả các kênh
sắp xếp liền kề hay không liền kề. Một tài nguyên băng tần vô tuyến được định
nghĩa như một phổ tần được sử dụng cho một nhà khai thác.

1.2.3 Các truy cập vô tuyến trong LTE
1.2.3.1 Công nghệ đa truy nhập cho đường xuống OFDMA
Kỹ thuật OFDM (viết tắt của Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là
một trường hợp đặc biệt của phương pháp điều chế đa sóng mang, trong đó các sóng
mang phụ trực giao với nhau, nhờ vậy phổ tính hiệu ở các sóng mang phụ cho phép
chồng lấn lên nhau mà phía thu vẫn có thể khôi phục lại tín hiệu ban đầu. Sự chồng lấn
phổ tín hiệu làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với
kỹ thuật điều chế thông thường.
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.
a. 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 ).
15


-

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 .
b. 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 .
c. Thu phát tín hiệu OFDM

16


Hình 1.6: Sơ đồ thu phát OFDM
Những tín hiệu OFDM được tạo ra trong miền tần số vì khó tạo ra những băng lớn các
bộ dao động và những máy thu khóa pha trong miền tương tự. 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 .
d. 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

17


(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:

Hình 1.7: OFDMA
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.
1.2.3.2 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 côngsuất đỉnh so với trung bình) cao. Điều này có thể dẫn đến những hệ
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.
18

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 MộtKênh 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 1.8 . Thay vì đặt 2, 4 hoặc 6 bit
với nhau như trong giống 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

19


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
xử lý tín hiệu bổ sung đã được thực hiện ở phía máy phát. Ra khỏi hàm IFFT này, tín
hiệu lại trở thành tín hiệu miền thời gian. Tiếp đến, tín hiệu miền thời gian này được
cung cấp cho một khối phát hiện (detector), khối này tái tạo lại các bit dữ liệu ban đầu.
Như vậy, thay vì phát hiện các bit trên nhiều kênh con khác nhau, người ta chỉ dùng
một hàm phát hiện duy nhất trên một kênh truyền duy nhất.

Hình 1.8: Thu và phát SC-FDMA
Điều chế SC-FDMA cho các cuộc truyền hướng lên.
Những khác biệt giữa OFDM và SC-FDMA có thể được tổng kết như sau: OFDM tạo
ra các nhóm bit nhập (các con số 0 và 1) để lắp ráp vào các kênh con; sau đó các kênh
con này được xử lý bởi hàm IFFT để có được một tín hiệu miền thời gian. Ngược lại,
SC-FDMA trước hết chạy một hàm FFT trên các nhóm bit dữ liệu nhập rồi đưa kết quả
vào hàm IFFT để hàm này tạo ra tín hiệu miền thời gian. Đây là lý do khiến đôi khi
SC-FDMA còn được gọi là phương thức OFDM trải FFT (FFT spread OFDM).
1.2.4 Sử dụng hệ thống MIMO trong LTE :

20

Cho đến nay việc truyền dữ liệu thông thường thông qua một dòng tín hiệu duy nhất
trong không gian giữa bộ phát sóng và bộ thu sóng. Hầu hết các hệ thống không dây
hiện nay đều hoạt động theo chế độ này, và một bộ phát sóng thứ hai trên cùng tần số
được xem là nhiễu không mong muốn, làm giảm chất lượng kênh truyền. Tuy nhiên
trong thực tế, có thể thấy rằng ngay cả một tín hiệu duy nhất cũng bị phản xạ và tán xạ
bởi những đối tượng trong lộ trình truyền, và đầu kia nhận được vài bản sao của tín
hiệu ban đầu từ những góc độ khác nhau vào những thời điểm hơi lệch nhau một chút.
Đối với những công nghệ truyền không dây đơn giản, các bản sao này cũng là nhiễu
không mong muốn. Nhưng LTE lại lợi dụng sự tán xạ và phản xạ trên lộ trình truyền
bằng cách truyền vài dòng dữ liệu độc lập qua những ăng-ten riêng. Các ăng-ten này
được đặt cách nhau ít nhất là một nửa bước sóng, điều này tự nó tạo ra những cuộc
truyền riêng biệt, vốn phản ứng khác nhau khi chúng gặp những chướng ngại trong lộ
trinh truyền. Ở phía máy thu, những dòng dữ liệu khác nhau được bắt (pick up) bởi các
ăng-ten độc lập và các dây chuyền thiết bị thu độc lập. Việc truyền vài tín hiệu độc lập
trên cùng băng tần này được gọi là MIMO (Multiple Input Multiple Output), và Hình
dưới cho thấy một cách biểu diễn đồ họa đơn giản hóa của kỹ thuật này. Trong thực tế,
điều này có nghĩa là vài lưới tài nguyên LTE được gửi đồng thời trên cùng tần số
nhưng thông qua những ăng-ten khác nhau.

21


Hình 1.9: Nguyên tắc của truyền MIMO
Chuẩn LTE chỉ định hai và bốn cuộc truyền riêng biệt trên cùng một băng tần, tức đòi
hỏi phải có hai hoặc bốn ăng-ten tương ứng ở cả máy phát lẫn máy thu. Hệ quả là,
những cuộc truyền như vậy được gọi là 2x2 MIMO và 4x4 MIMO. Trong thực tế, 2x2
MIMO nhiều khả năng sẽ được dùng trước, do bởi những ràng buộc về kích cỡ của
các UE và do sự kiện là các ăng-ten phải được đặt cách nhau ít nhất một nửa bước
sóng. Hơn nữa, hầu hết các UE đều cho phép dùng vài băng tần, mỗi băng thường đòi

hỏi bộ ăng-ten của riêng nó trong trường hợp hoạt động MIMO được hậu thuẫn trong
băng đó. Ở phía mạng, có thể có được những cuộc truyền 2x2 MIMO bằng một
ăngten phân cực chéo (cross polar antenna) “duy nhất”, kết hợp hai ăng-ten theo cách
sao cho mỗi ăng-ten truyền đi một dòng dữ liệu riêng biệt với một dạng phân cực khác
nhau (ngang và đứng).
Tuy trên hình mô tả khái niệm tổng quát của truyền MIMO, nhưng nó không chính xác
ở phía máy thu, bởi vì mỗi ăng-ten nhận không phải chỉ một tín hiệu duy nhất mà là
một sự kết hợp của tất cả các tín hiệu khi chúng chồng chéo lên nhau trong không
gian. Vì thế, mỗi dây chuyền thiết bị thu cần phải tính toán một cách truyền kênh có
xét đến mọi cuộc truyền để phân biệt các cuộc truyền với nhau. Các ký hiệu truyền
pilot đã nói ở trên được dùng cho mục đích này. Những thành tố cần thiết cho các tính
toán này bao gồm độ lợi (gain), pha (phase) và các ảnh hưởng đađường truyền
(multipath effect) cho mỗi lộ trình truyền độc lập. Vì khuôn khổ có hạn, tài liệu này
không đi sâu vào cách tính toán này.
Bởi vì các kênh MIMO phân biệt với nhau, nên 2x2 MIMO có thể làm tăng tốc
độ truyền tổng thể lên hai lần, còn 4x4 MIMO thì tăng lên bốn lần. Tuy nhiên điều này
chỉ có thể đạt được trong những điều kiện tín hiệu lý tưởng. Vì vậy, MIMO chỉ được
dùng cho các cuộc truyền hướng xuống trong LTE, bởi vì bộ phát sóng của trạm cơ sở
ít bị ràng buộc về công suất hơn bộ phát sóng ở hướng lên. Trong những điều kiện
truyền ít thuận lợi hơn, hệ thống tự động quay trở lại kiểu truyền một dòng dữ liệu duy
nhất và cũng giảm luôn cấp điều chế từ 64-QAM xuống 16- QAM hay thậm chí
QPSK. Ngoài ra, như đã trình bày trong phần nói về HSPA+, còn có một sự quân bình
(được này mất kia) giữa điều chế cấp cao hơn và sử dụng MIMO. Vì thế trong những
điều kiện tín hiệu kém hơn lý tưởng, truyền MIMO chỉ được dùng với điều chế 1622


QAM thôi, như vậy không thể gấp đôi tốc độ truyền so với truyền một dòng duy nhất
sử dụng 64-QAM.
Ở hướng lên, thật khó cho các UE sử dụng MIMO do bởi kích cỡ ăng-ten hạn chế và
công suất ngõ ra của nó, cho nên chuẩn LTE hiện nay không có MIMO. Tuy nhiên bản

thân kênh truyền hướng lên LTE vẫn thích hợp cho truyền MIMO hướng lên. Để tận
dụng trọn vẹn kênh truyền này, một số công ty đang tính tới việc thực hiện MIMO
cộng tác (collaborative MIMO), hay còn gọi là MIMO đa người dùng (multiuser
MIMO), trong tương lai. Ở đây, hai UE sử dụng cùng một kênh hướng lên cho lưới tài
nguyên của chúng. Về phía trạm cơ sở, hai dòng dữ liệu này được phân tách bởi bộ thu
sóng MIMO và được xử lý như là hai cuộc truyền từ những thiết bị độc lập, chứ không
phải như hai cuộc truyền từ một thiết bị duy nhất nên phải được kết hợp lại. Tuy điều
này không làm cho tốc độ truyền của mỗi thiết bị cao hơn, nhưng dung lượng hướng
lên tổng thể của cell được gia tăng đáng kể.
1.2.5 Các băng tần hỗ trợ :
Các đặc điểm kỹ thuật của LTE thừa hưởng tất cả các băng tần được xác định
cho UMTS , và là một danh sách tiếp tục phát triển . hiện có 13 băng tần FDD và 8
băng tần TDD. Quan trọng là sự chồng chéo của một số các băng tần đã tồn tại , nhưng
điều này không nhất thiết phải thu gọn các băng tần mà từ đó có thể được thực hiện cụ
thể dựa trên nhu cầu thực tế của từng khu vực.

E-UTRA

Uplink(UL)

Downlink (DL)
eNB transmit UE
receive (MHz)

UL-DL Band

Band

UE transmit eNB
receive (MHz)

FUL low-FUL high

FDL low -FDL high

FDL low -FUL low

1

1920-1980

2110-2170

130

FDD

2

1850-1910

1930-1990

20

FDD

3

1710-1785

1805-1880

20

FDD

4

1710-1755

2110-2155

355

FDD

Separation

Duplex mode

(MHz)

23


5

824-849

869-894

20

FDD

6

830-840

875-885

35

FDD

7

2500-2570

2620-2690

50

FDD

8

880-915

925-960

10

FDD

9

1749.9-1784.9

1844.9-1879.9

60

FDD

10

1710-1770

2110-2170

340

FDD

11

1427.9-1452.9

1475.9-1500.9

23

FDD

…

…

…

…

…

13

777-787

746-756

21

FDD

14

788-798

759-768

20

FDD

…

…

…

…

...

33

1900-1920

1900-1920

N/A

TDD

34

2010-2025

2010-2025

N/A

TDD

35

1850-1910

1850-1910

36

1930-1990

1930-1990

N/A

TDD

37

1910-1930

1910-1930

N/A

TDD

38

2570-2620

2570-2620

N/A

TDD

39

1880-1920

1880-1920

N/A

TDD

40

2300-2400

2300-2400

N/A

TDD

N/A

TDD

Bảng 1: Các băng tần sử dụng trong LTE
1.2.6 LTE Advanced
LTE là phiển bản 3GPP Release 8 trở đi thì LTE-Advanced là phiên bản 3GPP Release
10 trở đi. LTE-Advanced, như tên gọi của nó, thực chất chỉ là bản nâng cấp của LTE
nhằm hướng đến thỏa mãn các yêu cầu của IMT-Advanced. Việc nâng cấp này được
thể hiện ở chỗ các công nghệ đã được sử dụng trong LTE thì vẫn được sử dụng trong
LTE-Advanced (OFDMA, SC-FDMA, MIMO, AMC, Hybrid ARQ…).
Tuy nhiên có một số cải tiến để phát huy tối đa hiệu quả của chúng như:MIMO tăng
cường, với cấu hình cao hơn (8x8 MIMO). Đồng thời LTE-Advanced còn ứng dụng
thêm nhiều công nghệ kỹ thuật mới để nâng cao các đặc tính của hệ thống như:
-

Tổng hợp sóng mang (Carrier Aggregation).

-

Đa ăng ten cải tiến (Multi-antenna Enhancements).
24


-

Trạm chuyển tiếp (Relays).

-

Mạng không đồng nhất (Heterogeneous Networks).

-

Phối hợp đa diểm (Coordinated Multipoint – CoMP).
LTE

LTE-Advanced

Downlink

326Mbps

1Gbps

Uplink

86 Mbps

500 Mbps

≤20 MHz

≤100MHz

16.3(4x4 MIMO)

30 (8x8 MIMO)

4.32(SISO)

15(4z4 MIMO)

~10ms

~5ms

Downlink

4x4 MIMO

8x8MIMO

Uplink

2x4 MIMO

4x4 MIMO

Đặc tính
Tốc độ số liệu
đỉnh
Băng thông
Hiệu suất sử dụng

Downlink

Phổ tần(b/s/Hz)

Uplink

Độ trễ
Cấu hình MIMO

Bảng 2: So sáng LTE-Advanced với LTE
Bằng việc áp dụng thêm nhiều giải pháp công nghệ kỹ thuật mới như trên, LTE
Advanced có các đặc tính cao hơn hẳn so với LTE về nhiều mặt (tốc độ, băng thông,
hiệu suất sử dụng phổ, độ trễ xử lý…). Trong khi LTE chỉ cho phép truyền dữ liệu với
tốc độ tối đa là 326 Mbps thì LTE-Advanced có tốc độ đỉnh lên đến 1 Gbps. Độ trễ xử
lý nhỏ nhất của LTE-Advanced là ~5 ms trong khi ở LTE là ~10ms (gấp 2 lần so với
LTE-Advanced)… Bảng so sánh trên cho thấy rõ những điều này.
1.3 Các phương pháp tăng hiệu quả hệ thống thông tin di động (LTE)
Trong phần 1.5 chúng ta đã thấy số lượng thuê bao di động đã đặt ngưỡng 6 tỷ thuê
bao tại tháng 2 năm 2012. Vào sẽ tăng mạnh trong những năm tiếp theo đặc biệt là số
lượng thuê bao LTE. Yêu cầu cho nhà mạng ngày càng cao khi số lượng tăng nhanh và
chất lượng dịch vụ cũng phải tăng. Các nhà sản xuất các tổ chức nghiên cứu và các
nhà cung cấp dịch vụ mạng không ngừng cải tiến hệ thông thông tin di động nói
chung, cũng như thúc đẩy hoàn thiện hệ thống LTE. Đã có rất nhiều các giải pháp
được nêu ra và đã áp dụng. Trong phần 2.4 đã giới thiệu công nghệ đa an-ten một
trong những giải pháp tăng hiệu quả cho LTE. Ngoài ra còn rất nhiều các giải pháp
làm tăng hiệu quả cho hệ thống thông tin di động như:

25