Nghiên cứu kỹ thuật OFDM và ứng dụng trong mạng thông tin di động 4g

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------------o0o-----------------

NGUYỄN VĂN THẮNG

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT OFDM VÀ ỨNG
DỤNG TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
4G

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử

CB HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN HỮU CÔNG

THÁI NGUYÊN- 2016
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




ii

Công trình đƣợc hoàn thành tại
Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên

Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. Nguyễn Hữu Công

Phản biện 1:
PGS.TS. Đỗ Xuân Tiến

Phản biện 2:
TS. Đào Huy Du

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn họp tại:
phòng 202 nhà A10 trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học
Thái Nguyên. Vào hồi 11h giờ 00‟ ngày 21 tháng 08 năm 2016.

Có thể tìm đọc luận văn tại: Thư viện trường Đại học Kỹ thuật
Công nghiệp, Trung tâm học liệu trường Đại học Thái Nguyên.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




iii

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên: Nguyễn Văn Thắng
Học viên: Lớp cao học K16- KTĐT, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
Thái Nguyên.
Nơi công tác: Viettel Thái Nguyên – Tập đoàn Viễn thông Quân đội.
Tên đề tài luận văn thạc sỹ: “Nghiên cứu kỹ thuật OFDM và ứng dụng
trong mạng thông tin di động 4G”.
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử.
Mã số: 60.52.02.03

Sau hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường, em lựa chọn thực
hiện đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu kỹ thuật OFDM và ứng dụng trong mạng
thông tin di động 4G”.
Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của Thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Hữu
Công và sự nỗ lực của bản thân, đề tài đã được hoàn thành.
Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân em.Các số liệu, kết
quả có trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công
trình nào khác.
Thái Nguyên, ngày 25 tháng 03 năm 2016
Học viên thực hiện

Nguyễn Văn Thắng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




iv

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học và làm đề tài thạc sỹ, em đã nhận được sự truyền đạt về
kiến thức, phương pháp tư duy, phương pháp luận của các giảng viên trong trường.
Sự quan tâm rất lớn của nhà trường, khoa Điện tử Viễn thông, các thầy cô giáo
trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên và các bạn cùng lớp.
Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa đào tạo Sau đại học, các thầy
cô giáo tham gia giảng dạy đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện để em hoàn thành
luận văn này.
Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy PGS.TS. Nguyễn Hữu
Công và tập thể cán bộ giảng viên bộ môn Điện tử Viễn thông. Hội đồng bảo vệ đề

cương thạc sỹ khóa K16 – KTĐT đã cho những chỉ dẫn quý báu để em hoàn thành
luận văn này.
Mặc dù đã cố gắng xong do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc
chắn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong muốn sẽ nhận được
những chỉ dẫn từ các thầy, cô giáo và các bạn học để luận văn được hoàn thiện và có
ý nghĩa hơn trong thực tiễn.
Xin chân thành cảm ơn!
Học viên

Nguyễn Văn Thắng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




v

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU........................................................................................................... 1
CHƢƠNG I - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG DI ĐỘNG ....................................... 3
KHÔNG DÂY ........................................................................................................... 3
1.1. Lịch sử và phát triển của thông tin di động ............................................................ 3
1.1.1 Toàn cảnh hệ thống thông tin di động ................................................................. 3
1.1.2 Lộ trình phát triển của thông tin di động.............................................................. 5
1.1.3 Tổng kết các hệ thống thông tin di động .............................................................. 7
1.2 Giới thiệu tổng quan về hệ thống di động 4G ......................................................... 8
1.2.1 Mục tiêu và cách tiếp cận.................................................................................... 9
1.2.2 Các điểm cần xét đến ........................................................................................ 10
1.2.3 Các kỹ thuật được sử dụng................................................................................ 10

1.2.4 Sự khác nhau giữa 3G và 4G ............................................................................ 11
1.2.4.1 Ưu điểm nổi bật ............................................................................................. 11
1.2.4.2 Các ứng dụng đã tạo nên ưu điểm của 4G LTE so với 3G ............................... 11
1.3 Kết luận .............................................................................................................. 12
CHƢƠNG II: KỸ THUẬT GHÉP KÊNH ĐA SÓNG MANG TRỰC GIAOVÀ
KÊNH VÔ TUYẾN TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐÔNG 4G ...................... 13
2.1 Kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang trực giao ......................................................... 13
2.1.1 Giới thiệu chung ............................................................................................... 13
2.1.1.1 Các ưu và nhược điểm ................................................................................... 14
2.1.1.2 Sự ứng dụng của kỹ thuật OFDM ở Việt Nam ................................................ 16
2.1.1.3 Các hướng phát triển...................................................................................... 16
2.1.1.4 Các cột mốc và ứng dụng quan trọng của OFDM ........................................... 16
2.1.2 Nguyên lý kỹ thuật của OFDM ......................................................................... 17
2.1.2.1 Hệ thống đa sóng mang ................................................................................. 18
2.1.2.2Ghép kênh phân chia theo tần số FDM ............................................................ 19
2.1.3 Trực giao trong OFDM ..................................................................................... 19

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




vi

2.1.3.1 Biểu diễn sự trực giao dưới dạng toán học ...................................................... 21
2.1.3.2 Trực giao trong miền tần số ........................................................................... 23
2.1.4 Biểu thức của tín hiệu OFDM ........................................................................... 24
2.1.5 Thu phát tín hiệu OFDM .................................................................................. 25
2.1.5.1 Chuyển đổi nối tiếp song song (Serial to Parallel)........................................... 27
2.1.5.2 Điều chế sóng mang phụ ............................................................................... 28

2.1.5.3 Chuyển đổi từ miền tần số sang miền thời gian............................................... 29
2.1.5.4 Điều chế tần số vô tuyến (RF Modulation) ..................................................... 30
2.1.5.5 Biểu diễn dưới dạng toán học ......................................................................... 31
2.1.6 Khoảng bảo vệ GI (Guard Interval) ................................................................... 32
2.1.6.1 Chống lỗi do dịch thời gian ............................................................................ 33
2.1.6.2 Chống nhiễu giữa các symbol (ISI) ................................................................ 33
2.1.6.3 Mào đầu và phân cách sóng mang .................................................................. 36
2.1.6.4 Biểu diễn dưới dạng toán học ......................................................................... 36
2.1.7 Hạn dải và tạo cửa sổ cho tín hiệu OFDM ......................................................... 40
2.1.7.1 Lọc thông dải................................................................................................. 41
2.1.7.2 Sử dụng dải bảo vệ dạng cos nâng.................................................................. 43
2.2 Các kỹ thuật điều chế trong OFDM ..................................................................... 43
2.2.1 Điều chế BPSK ................................................................................................ 44
2.2.2 Điều chế QPSK ................................................................................................ 45
2.2.3 Điều chế QAM ................................................................................................. 47
2.2.4 Mã Gray ........................................................................................................... 48
2.3 Các đặc tính của OFDM ...................................................................................... 50
2.3.1 Ưu điểm ........................................................................................................... 50
2.3.2 Nhược điểm ..................................................................................................... 51
2.4 Kênh vô tuyến trong mạng thông tin di động 4G .................................................. 51
2.4.1 Suy hao đường truyền và sự suy giảm tín hiệu (Path loss and Attenuation) ........ 51
2.4.2 Định nghĩa fading ............................................................................................. 52

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




vii

2.4.3 Hiện tượng Multipath ....................................................................................... 54
2.4.4 Kênh truyền chọn lọc tần số và kênh truyền phẳng do trải trễ đa đường gây ra. .. 58
2.4.5 Kênh truyền biến đổi nhanh và kênh truyền biến đổi chậm (fast fading & slow
fading channel) do sự trải Dopler gây ra. ................................................................... 62
2.4.6 Kênh truyền Rayleigh và kênh truyền Ricean ................................................... 64
CHƢƠNG III: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG 4G ................................................................................................................ 67
3.1 Đánh giá chung về hiệu suất ................................................................................ 67
3.1.1 Quan điểm người dùng cuối về hiệu suất ........................................................... 68
3.1.2 Khía cạnh nhà khai thác .................................................................................... 70
3.2. Hiệu suất trên cơ sở tốc độ dữ liệu đỉnh và độ trễ ................................................ 70
3.3 Đánh giá hiệu suất của 4G ................................................................................... 72
3.3.1 Các mô hình và các giả thiết ............................................................................. 72
3.3.2 Tiêu chí đánh giá .............................................................................................. 76
3.3.3 Một số kết quả mô phỏng đánh giá hiệu suất 4G ............................................... 77
3.4 Kết luận .............................................................................................................. 80
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .............................................................. 81
A.Kết luận ................................................................................................................ 81
B.Hướng phát triển ................................................................................................... 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 82

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




viii

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động ........................................ 6

Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống đa sóng mang................................................................. 19
Hình 2.2: Ghép kênh phân chia theo tần số ................................................................ 19
Hình 2.3: Tích phân các sóng sin có cùng tần số ........................................................ 21
Hình 2.4: Cấu trúc trong miền thời gian của một tín hiệu OFDM ............................... 22
Hình 2.5: Phổ của 1 tín hiệu OFDM có 5 sóng mang con ........................................... 24
Hình 2.6 : Sơ đồ khối thu phát OFDM ....................................................................... 26
Hình 2.7: Cho ta thấy quan hệ giữa tốc độ symbol và tốc độ bít phụ thuộc vào số bít
trong một symbol. ..................................................................................................... 27
Hình 2.8: Tạo tín hiệu OFDM giai đoạn IFFT............................................................ 29
Hình 2.9: Điều chế tần số vô tuyến tín hiệu OFDM băng cơ sở .................................. 30
sử dụng kỹ thuật tương tự .......................................................................................... 30
Hình 2.10: Điều chế tần số vô tuyến tín hiệu OFDM băng cơ sở sử dụng kỹ thuật số
(DDS – Tổng hợp số trực tiếp) .................................................................................. 30
Hình 2.11: Bộ điều chế OFDM.................................................................................. 31
Hình 2.12: Hiệu quả loại bỏ ISI của dải bảo vệ .......................................................... 34
Hình 2.13 : Chèn khoảng thời gian bảo vệ vào tín hiệu ............................................. 37
Hình 2.14 : Mô phỏng quá trình chèn khoảng thời gian bảo vệ vào tín hiệu ................ 37
Hình 2.15: Khoảng thời gian bảo vệ giảm ảnh hưởng của ISI ..................................... 38
Hình 2.16: Dạng sóng trong miền thời gian ............................................................... 40
Hình 2.18: Phổ của tín hiệu OFDM với 1536 sóng mang con ..................................... 41
Hình 2.19: Đáp ứng tần số của tín hiệu OFDM không qua lọc.................................... 42
Hình 2.20: Đáp ứng tần số của tín hiệu OFDM sử dụng bộ lọc FIR ............................ 42
Hình 2.21: Cấu trúc của symbol sử dụng dải bảo vệ dạng cos nâng ............................ 43
Hình 2.22: Biểu đồ không gian tín hiệu BPSK ........................................................... 45
Hình 2.23: Biểu đồ tín hiệu QPSK ............................................................................. 47
Hình 2.24: Chùm tín hiệu 16-QAM ........................................................................... 48
Hình 2.25: Giản đồ IQ cho các dạng điều chế sử dụng trong OFDM .......................... 50
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

ix

Hình 2.26: Hiệu ứng pha đinh ................................................................................... 52
Hình 2.27: (a) flat fading, (b) fading chọn lọc tần số, (c) với truyền dẫn OFDM thì dữ
liệu được truyền trong nhiều sóng mang con, nên tại tần số bị fading thì chỉ một tập
hợp dữ liệu nhỏ dữ liệu phát bị mất. .......................................................................... 53
Hình 2.28: Hiện tượng phản xạ .................................................................................. 55
Hình 2.29: Hiện tượng tán xạ .................................................................................... 55
Hình 2.30: Hiện tượng nhiễu xạ................................................................................. 55
Hình 2.31: Các hiện tượng xảy ra trong kênh truyền vô tuyến .................................... 56
Hình 2.32: Tín hiệu gốc và 2 thành phần Multipath.................................................... 57
Hình 2.33: Kênh truyền chọn lọc tần số và biến đổi theo thời gian ............................. 57
Hình 2.34a: Đáp ứng tần số của kênh truyền chọn lọc tần số ...................................... 58
Hình 2.34b: Đáp ứng tần số của kênh truyền phẳng ................................................... 59
Hình 2.35: Tín hiệu tới phía thu theo L đường ........................................................... 59
Hình 2.36: Kênh truyền thay đổi theo thời gian .......................................................... 62
Hình 2.37: Hàm mật độ xác suất Rayleigh và Ricean ................................................. 65
Hình 3.1: Xác định tốc độ dữ liệu cho hiệu suất ......................................................... 69
Hình 3.2: Hiệu quả phổ tế bảo FDD và hiệu quả phổ người dùng rìa tế bào, so với yêu
cầu ITU-R(đường xuống và đường lên). .................................................................... 77
Hình 3.3: Phân bố thông lượng người dùng chuẩn hóa FDD(đường xuống và đường
lên) ........................................................................................................................... 78
Hình 3.4: Phân bố SINR FDD (đường xuống và đường lên)....................................... 78
Hình 3.5a: Hiệu quả phổ tế bào TDD và hiệu quả phổ người dùng rìa tế bào, so với
yêu cầu ITU-R (đường xuống và đường lên).............................................................. 79
Hình 3.5b: Hiệu quả phổ tế bào TDD và hiệu quả phổ người dùng rìa tế bào, so với
yêu cầu ITU-R (đường xuống và đường lên).............................................................. 79
Hình 3.6: Phân bố thông lượng người dùng chuẩn hóa TDD (đường xuống và đường

lên) ........................................................................................................................... 80

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




x

KÝ HIỆU VÀ THUẬT NGỮ TIẾNG ANH VIẾT TẮT
TRONG LUẬN VĂN
Ký hiệu

Thuật ngữ tiếng anh

Nghĩa tiếng việt

1G

One Generation Cellular

Hệ thống thông tin di động thứ nhất

2G

Second Generation Cellular

Hệ thống thông tin di động thứ hai

3G

Third Generation Cellular

Hệ thống thông tin di động thứ ba

4G

Four Generation Cellular

Hệ thống thông tin di động thứ tư

3GPP

Third Generation Partnership Project

Dự án hợp tác thế hệ thứ 3

AAA

Adaptive Array Antenna

Ăng ten dãy thích nghi

AAA

Aunthentication, Authorization &
Accounting

Chứng thực, ủy quyền và thanh toán

Access Router

Bộ định tuyến truy nhập

ARQ

Automatic Repeat reQuest

Kỹ thuật yêu cầu lặp tự động

ATM

Asynchronous Tranfer Mode

Chế độ truyền dị bộ

BS

Base Station

Trạm gốc

BTS

Base Tranceiver Station

Trạm thu phát gốc

BSC

Base Station Controller

Bộ điều khiển trạm gốc

BSS

Base Station System

Hệ thống trạm gốc

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

Cyclic Redundancy Code

Mã vòng dư

CN

Core Network

Mạng lõi

CN

Correspondent Node

Nút trung gian

CoA

Care of Address

Địa chỉ tạm thời

CNR

Carrier – to – Noise - Radio

Tỷ số sóng mang trên tạp âm

CRC

Cyclic Redundancy Check

Mã kiểm tra dư vòng

CTP

Context Transfer Protocol

Giao thức truyền ngữ cảnh

DS

Direct Sequence

Chuỗi trực tiếp

AR

CDMA
CRC

DS-CDMA Direct Sequence - CDMA

CDMA chuỗi trực tiếp

DSP

Digital Signal Processor

Bộ xử lý tín hiệu số

E2R

End – to – End Reconfigurability

Khả năng cấu hình lại từ đầu cuối đến
đầu cuối

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




xi

EIRP

Effective Isotropically Radiated Power

Công suất phát xạ đẳng hướng hiệu
dụng

EV-DO

Evolution Data Optimized

FDD

Frequency Division Duplex

Ghép song công phân chia theo tần số

FEC

Forward Error Correct

Mã sửa lỗi trước

FDMA

Frequency Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

FH - OFDM

Frequency Hopping Orthogonal
Frequency Division Multiple Access

OFDM nhảy tần

Fast Mobile IPv6

IPv6 di động nhanh

FM IPv6

FHM IPv6 Fast Handovers for Mobile IPv6

Chuyển giao nhanh cho IPv6 di động

Global Postioning System

Hệ thống định vị toàn cầu

General Packet Radio System

Hệ thống vô tuyến gói chung

Home Agent

Tác nhân nhà

Hybrid Automatic Repeat reQuest

ARQ (yêu cầu tự động lặp) lai

Home Location Register

Thanh ghi định vị thường trú

Hierarchial Mobile Internet Protocol
Version 6

IPv6 di động cấp phó

Home Address

Địa chỉ thường trú

High Speed Dowlink Packet Access

Hệ thống truy nhập gói đường xuống
tốc độ cao

HMI

Human – Machine Interface

Giao diện người máy

IMT - 2000

International Mobile
Telecommunication - 2000

Thông tin di động toàn cầu 2000

Internet Protocol

Giao thức internet

IPv6

Internet Protocol Version

Giao thức internet phiên bản 6

ITU

International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế

GPS
GPRS
HA
HARQ
HLR
HMIPv6
HoA
HSDPA

IP

MAC

Medium Access Control

Điều khiển thâm nhập môi trường

MAP

Mobility Anchor Point

Điểm treo di động

MIH

Media Indepen Handover

Chuyển giao độc lập phương tiện

MN

Mobile Node

Nút di động

MNN

Mobile Network Node

Nút mạng di động

MNP

Moblie Network Prefix

Tiền tố mạng di động

MR

Mobile Router

Bộ định tuyến di động

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




xii

Mobile Station

Trạm di động

Mobility Service Center

Trung tâm dịch vụ di động

MIMO

Multi Input – Multi Output

Ăng ten nhiều kênh vào – nhiều kênh
ra

MC CDMA

Multi Carrier CDMA

Đa truy nhập phân chia theo mã đa
sóng mang

NEMO

Network Mobility

Tính di động mạng

NGN

Next Genartion Network

Mạng di động thế hệ sau

OSI

Open Systems Interconnection

Mô hình tương kết các hệ thống mở

OFDM

Orthononal Frequency Division
Multiplexing

Ghép kênh đa truy nhập phân chia theo
tần số trực giao

Orthononal Frequency Code Division
Multiplexing

Ghép kênh đa truy nhập phân chia theo
mã tần số trực giao

PAN

Persional Access Network

Mạng truy cập cá nhân

PAPR

Peak to Average Power Ratio

Tỷ số công suất đỉnh trên công suất
trung bình

PHS

Persional Handyphone System

Hệ thống điện thoại cá nhân

PKI

Public key Infrastructure

Cơ sở hạ tầng khóa chung

QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

Radio Access Network Application Part

Phần ứng dụng mạng thâm nhập vô
tuyến

RNC

Radio Network Controller

Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RNS

Radio Network Subsystem

Hệ thống mạng con vô tuyến

RO

Router Optimzation

Tối ưu hóa đường đi

RR

Return Routability

Khả năng định tuyến đường về

SDR

Software Defined Radio

Sóng vô tuyến định nghĩa mềm

SINR

Signal to Interference and Noise Power Tỷ số công suất tín hiệu nhiễu trên tạp
Ratio
âm

MS
MSC

OFCDM

RANAP

SMS - SC

SMS Service Center

Trung tâm dịch vụ tin nhắn SMS

SVD based Singunal Value Decompostion Based
MIMO
Multiple Input Mutilple Outut
TCP

Transmision Control Protocol

Giao thức điều khiển truyền dẫn

TPC

Transmision Power Control

Điều khiển công suất truyền dẫn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




1

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, kỹ thuật vô tuyến đã có các bước phát triển vượt
bậc.Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ video, thoại, các loại hình truyền số

liệu, thiết bị di động ngày càng phát triển về nhu cầu truyền thông đa phương tiện
ngày một cao hơn.Việc nghiên cứu và phát triển đang diễn ra trên toàn thế giới để
đưa ra các giải pháp kế tiếp đáp ứng yêu cầu của hệ thống truyền thông đa phương
tiện không dây.
Trong bối cảnh đó, việc phát triển các hệ thống với nhiều dịch vụ tích hợp,
băng thông lớn hơn, tiết kiệm phổ tần và có hiệu năng hệ thống cao là bài toán đang
được đặt ra và không ngừng có những kết quả nghiên cứu cho những câu trả lời xác
đáng hơn. Với sự phát triển của công nghệ điện thoại di động, chúng ta đã đi từ thế
hệ di động thứ nhất đến nay, thế hệ di động thứ 3, thứ 4 đã phổ biến tại nhiều quốc
gia trên thế giới với sự bùng nổ của Viễn thông và Công nghệ thông tin. Với những
hệ thống có khả năng tích hợp cao như vậy, công nghệ truyền dẫn đơn sóng mang
đang trở nên lỗi thời và không đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao về tốc độ cũng
như chất lượng dịch vụ.
Để đáp ứng được yếu tố này, cần thiết phải phát triển những hệ thống băng
rộng, khả năng thích nghi cao với những điều kiện đường truyền đa dạng, đồng thời
xác định phổ tần là một tài nguyên vô cùng quan trọng trong thông tin vô tuyến. Do
đó một giải pháp hiệu quả đã được đưa ra đó là việc sử dụng kỹ thuật trải phổ và
ghép kênh phân chia theo tần số trực giao gọi tắt là OFDM (Orthogonal Frequency
Division Multiplexing - Điều chế đa sóng mang trực giao hay ghép kênh phân chia
theo tần số trực giao) vào thông tin vô tuyến, góp phần tạo nên hệ thống thông tin vô
tuyến hoàn thiện hơn. OFDM là giải pháp công nghệ khắc phục được nhược điểm về
việc hiệu quả sử dụng phổ tần thấp của các hệ thống thông tin di động trước đây.
OFDM sử dụng kỹ thuật tạo ra các sóng mang con trực giao để truyền dữ liệu, giúp
cho việc sử dụng băng tần kênh được tối ưu hóa.
Kỹ thuật OFDM được đưa vào sử dụng trong thực tế đã và đang đóng góp rất
lớn vào sự phát triển bùng nổ của Công nghệ thông tin và Viễn thông tại Việt
Nam.Đầu tiên có thể kể đến sự phát triển mạnh mẽ của ADSL từ đó đưa ra dịch vụ


2

internet tốc độ cao và giá cả hợp lý. Đặc biệt việc ứng dụng kỹ thuật OFDM vào các
hệ thống mạng không dây như WLAN, WIMAX, hệ thống thôn tin di động 4G làm
thay đổi cuộc sống của chúng ta về việc trao đổi thông tin… như vậy kỹ thuật
OFDM là một sự lựa chọn đầy thuyết phục với nhiều khả năng tiềm tàng đã và đang
được nghiên cứu sử dụng cho tầng vật lý mạng thông tin di động 4G.
Với những lý do nêu trên, trong giới hạn của luận văn này tôi xin trình bày đề
tài về: “Nghiên cứu kỹ thuật OFDM và ứng dụng trong mạng thông tin di động
4G” đã và đang được triển khai trên thế giới và cả ở Việt Nam.
Về nội dung luận văn của em xin được chia làm 3 chương:
Chương I: Tổng quan về hệ thống di động không dây.
Chương II: Kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang trực giao và kênh vô tuyến
trong mạng thông tin di động 4G.
Chương III: Đánh giá hiệu quả của hệ thống thông tin di động 4G.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo PGS.TS
Nguyễn Hữu Công cùng toàn thể các Thầy, Cô trong bộ môn. Kính chúc các Thầy,
Cô mạnh khoẻ và Hạnh phúc!
Tác giả

Nguyễn Văn Thắng


3

CHƢƠNG I - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG DI ĐỘNG
KHÔNG DÂY
1.1.Lịch sử và phát triển của thông tin di động
1.1.1 Toàn cảnh hệ thống thông tin di động
Thông tin di động luôn không ngừng phát triển và ngày càng đòi những công
nghệ cao kỹ thuật tiên tiến. Ý nghĩa về một sự liên lạc thức thời mà không nghĩ đến

khoảng cách là một trong những giấc mơ lâu nhất của nhân loại và giấc mơ đó đã và
đang trở thành hiện thực.Việc sử dụng sóng vô tuyến để truyền thông tin được phát
minh vào cuối thế kỷ 19. Kể từ đó đến nay nó trở thành một công nghệ được ứng dụng
rộng rãi nhất và không thể thiếu trong đời sống nhu cầu hàng ngày của con người.
Sau nhiều năm phát triển, thông tin di động đã trải quả nhiều giai đoạn phát
triển khác nhau. Từ thế hệ thông tin di động tương tự thế hệ thứ nhất (1G) đến hệ
thống di động thông tin số thế hệ thứ hai (2G) , hệ thống thông tin di động băng rộng
thế hệ thứ ba (3G) đang được triển khai trên phạm vi toàn cầu và hệ thống di động
siêu băng rộng thế hệ thứ tư (4G) đã và đang được triển khai tại một số nước trên thế
giới. Thông tin mà hệ thống thông tin di động thứ nhất, thứ hai truyền đi chủ yếu là
thoại, còn thông tin được truyền đi trong hệ thống thông tin di động thứ ba, thứ tư là
ngoài các dịch vụ của thế hệ thứ nhất và hai truyền thêm dữ liệu dịch vụ và đa
phương tiện.
Các hệ thống thông tin di động tế bào số hiện nay đang ở giai đoạn thế hệ thứ
hai cộng (2,5G & 2,75G), thế hệ thứ ba và thế hệ thứ ba cộng (3,5G), tiếp đến là thế
hệ thứ tư (4G – LTE). Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các dịch vụ và tiện ích
của thông tin di động mang lại ngay từ đầu những năm 90 của thế kỷ 20 người ta đã
tiến hành nghiên cứu hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba. Liên hiệp Viễn thông
Quốc tế bộ phận Vô tuyến (ITU-R) đã thực hiện tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông
tin di động toàn cầu IMT-2000. Ở Châu Âu, Viện tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu
(ETSI) đã thực hiện tiêu chuẩn hóa phiên bản của hệ thống này với tên gọi tắt là
UMTS (Universal Mobile Telecommunication System: Hệ thống viễn thông di động
toàn cầu). Hệ thống di động này mới làm việc ở dải tần 2GHz và cung cấp nhiều loại


4

dịch vụ bao gồm các dịch vụ thoại, truyền số liệu tốc độ thấp. Tốc độ cực đại của
người sử dụng có thể lên tới 2Mbps. Tốc độ cực đại này chỉ có ở các ô pico trong
nhà, còn các dịch vụ tốc độ 14,4Kbps sẽ đảm bảo cho thông tin di động thông thường

ở các ô macro. Người ta cũng đang và đã nghiên cứu và phát triển hệ thống thông tin
di động thứ tư có tốc độc cho người dùng khoảng 2Gbps. Ở hệ thống di động băng
rộng (MBS) thì các sóng mang được sử dụng ở các bước sóng mm, độ rộng băng tần
là 64MHz và tốc độ truyền dẫn của người sử dụng khoảng 100Mbps.
Hiện nay, tại hầu hết các quốc gia trên thế giới đã triển khai hệ thống thông tin
di động 3G. Tuy nhiên, theo số liệu thống kê của Hiệp hội GSA, tính đến 21/7/2015,
LTE đã được 638 nhà mạng cam kết triển khai tại 176 quốc gia. Ngoài ra còn có 39
nhà mạng đang triển khai các công việc tiền cam kết, thử nghiệm tại 5 quốc gia
khác.Tính tổng lại thì LTE đã được 677 nhà mạng quan tâm, đầu tư tại 181 quốc gia.
Về số mạng thương mại, từ chỉ có 2 mạng thương mại tại Thụy Điển và Na Uy vào
năm 2009 đến nay LTE đã có 422 mạng thương mại tại 143 quốc gia. Con số này
được dự báo sẽ tăng lên thành ít nhất là 460 mạng vào cuối năm nay và 600 mạng vào
năm 2019. Bắc Mỹ (Mỹ và Canada) tiếp tục dẫn đầu thế giới về ứng dụng LTE với
68 mạng thương mại và 198 triệu thuê bao, chiếm 47,5% thuê bao di động của khu
vực này và chiếm 26% trong tổng số 755 triệu thuê bao LTE toàn cầu. Trong khi đó,
với lợi thế về dân số đông, khu vực Đông Á, Đông Nam Á và châu Đại Dương chiếm
tới 51% thuê bao LTE toàn cầu với 385 triệu. Phần lớn thuê bao đến từ các thị trường
di động phát triển như Hàn Quốc, Nhật Bản và cả thị trường đang phát triển.
Tại Việt Nam với sự phát triển mạnh mẽ của thông tin liên lạc nói chung và
những năm gần đây thông tin di động ra đời và phát triển như một xu thế tất yếu
khách quan nhằm đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng cao trong thời kỳ đổi
mới của đất nước. Vào thời kỳ ban đầu, xuất hiện một số nhà mạng như mạng nhắn
tin ABC, mạng nhắn tin toàn quốc … chỉ mang tính chất thử nghiệm cho công nghệ
thông tin di động ở Việt Nam. Sau đó, tại thời điểm tháng 03/1993 mạng điện thoại di
động MobileFone sử dụng kỹ thuật số GMS đã được triển khai và chính thức đưa vào
hoạt động ở Việt Nam với thiết bị của hãng ALCATEL.Tháng 06/1996, mang
Vinaphone ra đời và cùng tồn tại song song với VMS.Năm 2003, mạng S-Phone sử


5

dụng công nghệ CDMA của Saigon Postel đưa vào khai thác.Đến năm 2004, mạng
GMS của Viettel cũng chính thức đưa vào hoạt động.Và đến năm 2007 EVN
Telecom, Hà Nội Telecom cũng đưa vào khai thác mạng di động thế hệ thứ ba.Dự
kiến đến quý IV/2015 các nhà mạng Viettel, Vinaphone và Mobilephone cũng đồng
loạt triển khai mạng di động thế hệ thứ 4 trên các thành phố lớn của cả nước.
1.1.2 Lộ trình phát triển của thông tin di động
Thời kỳ đầu, khi mới triển khai hệ thống thông tin di động thứ nhất mới chỉ
cung cấp cho người dùng sử dụng dịch vụ thoại nhưng do nhu cầu về truyền số liệu
tăng lên đòi hỏi các nhà khai thác mạng phải nâng cấp rất nhiều tính năng mới cho
mạng và cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng trên cơ sở khai thác hạ tầng mạng viễn
thông hiện có. Từ đó các nhà khai thác, cung cấp dịch vụ đã nghiên cứu và triển khai
các hệ thống di động thứ hai, hai cộng (2G, 2,75G) để cung cấp dịch vụ truyền số liệu
cao hơn. Cùng với internet đang trở thành một trong những hoạt động kinh doanh
ngày càng quan trọng, một trong những hoạt động này là xây dựng các công sở vô
tuyến để kết nối người dùng với cơ quan hay gia đình của họ.Ngoài ra, tiềm năng to
lớn đối với công nghệ mới là cung cấp trực tiếp các thông tin khác cho các thiết bị vô
tuyến sẽ tạo ra các nguồn lợi mới cho các nhà khai thác viễn thông. Do đó, để đáp
ứng được các dịch vụ truyền thống và các dịch vụ mới như hình ảnh, video, truyền
thông máy tính đồng thời đảm bảo tính kinh tế hiệu quả thì hệ thống thông tin di động
thứ hai (GSM, PDC, IS-136, và CDMAONE) đã chuyển sang hệ thống thông tin di
động thứ ba. Khi mà nhu cầu về truyền số liệu đa phương tiện tăng cao nhanh chóng,
mà tốc độ hiện tại của hệ thống di động thứ ba không đáp ứng được thì các tổ chức
viễn thông trên thế giới đã nghiên cứu, phát triển và chuẩn hóa hệ thống thông tin di
động thứ tư.
Lộ trình phát triển của thông tin di động từ thế hệ thứ nhất đến thế hệ thứ tư
được thể hiện qua hình 1.1 sau đây.


6

Hình 1.1: Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động
Trong đó:
-

TACS (Total Access Comimunication System): Hệ thống thông tin truy
nhập tổng thể.

-

NMT900 (Noric Mobile Phone 900): Hệ thống di động Bắc Âu băng tần
900MHz.

-

AMPS (Advanced Mobile Phone Service): Dịch vụ điện thoại di động.

-

SMR (Specialized Mobile Radio): Vô tuyến di động chuyên dụng.

-

GSM(900) (Global System for Mobile): Hệ thống thông tin di động toàn
cầu băng tần 900MHz.

-

GSM(1800): Hệ thống GSM băng tần 1800MHz.

-

GSM(1900): Hệ thống GSM băng tần 1900MHz.

-

IS -136 (Interim Standard – 136): Tiêu chuẩn di động TDMA cải tiến do
AT&T sản xuất.

-

IS – 95 (CDMA) (Interim Standard – 95 CDMA): Tiêu chuẩn thông tin di
động CDMA cải tiến của Mỹ (do Qualcom đề xuất).

-

GPRS (Genneral Paket Radio System): Hệ thống vô tuyến gói chung.


7

-

EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution): Những tốc độ số liệu
tăng cường để phát triển GSM.

-

Cdma2000 1x: Hệ thống cdma2000 giai đoạn 1.

-

WCDMA (Wideband CDMA): Hệ thống CDMA băng rộng.

-

Cdma200 Mx: Hệ thống cdma2000 giai đoạn 2.

-

HSPA (High Speed Packet Access): Hệ thống di động truy nhập gói tốc độ
cao. Hệ thống HSPA được chia thành 3 cộng nghệ sau:
+) HSDPA (High Speed Dowlink Packet Access): Hệ thống truy nhập gói
đường xuống tốc độ cao.
+) HSUPA (High Speed Uplink Packet Access): Hệ thống truy nhập gói
đường lên tốc độ cao.
+) HSODPA (High Speed OFDM Packet Access): Hệ thống truy nhập gói
OFDM tốc độ cao.

-

Pre – 4G: Các hệ thống tiền 4G, gồm có Wimax và Wibro (Mobile
Wimax).

-

Wimax: Worldwide Interoperability for Microwave Access.

-

Wibromax (Wireless Broadband System): Hệ thống băng rộng không dây.

1.1.3 Tổng kết các hệ thống thông tin di động
Bảng 1.1 Trình bày một số nét chính của các công nghệ thông tin di động từ
1G đến 4G.
Bảng 1.1 Tổng kết các hệ thống thông tin di động
Thế hệ thông tin di
động
Thế hệ thứ nhất 1G

Thế hệ thứ hai 2G

Thế hệ thứ 2 +
(2,5G; 2,75G)

Hệ thống
AMPS, TACS,
NMT

Dịch vụ chung
Thoại

Chú thích
FDMA, tương tự

Chủ yếu thoại kết
TDMA, CDMA công
GSM, IS-136, IS-95 hợp với dịch vụ bản nghệ, số băng hẹp (8-13
tin ngắn
Kbps)

GPRS, EDGE,
cdma2000 1x

TDMA (kết hợp nhiều
Chủ yếu vẫn là
khe thời gian hoặc tần
thoại, dịch vụ số
số) hoặc CDMA, sử
liệu gói tốc độ thấp
dụng phổ chồng lên phổ
và trung bình
tần của hệ thống 2G,


8

tăng cường truyền số
liệu gói. Tốc độ tối đa
đạt 144Kbps.
CDMA,

Thế hệ 3 (3G)

CDMA/TDMA, băng
rộng, riêng cdma2000
cdma2000 1x EV
Truyền dẫn thoại và x1 EV sử dụng phổ
DO/DV, cdma2000, dịch vụ số liệu đa
chồng lên phổ của hệ

WCDMA

phương tiện

thống 2G. Tốc độ tối đa
đường xuống là 2Mbps
đường lên là 384Kbps.
Phát triển từ 3G,

Thế hệ 3+ (3,5G)

HSDPA
HSUPA
HSOPA

CDMA/HS-DSCH.
HSPDA cho tốc độ tối
Tích hợp thoại, dịch
đa đường xuống
vụ số liệu và đa
14,4Mbps, HSUPA có
phương tiện tốc độ
tốc độ đường lên là
cao.
5,7Mbps, HSOPA cho
tốc độ Downlink/Uplink
200Mbps/100Mbps.
OFMA, MC/DS-

Thế hệ 4 (4G)

4G, LTE

Truyền dẫn thoại,
số liệu, đa phương
tiện với tốc độ cực
cao.

CDMA, tốc độ tối đa ở
môi trường trong nhà là
5Gbps,100Mbps môi
trường ngoài trời trên
đối tượng chuyển động
nhanh 250Km/h.

1.2 Giới thiệu tổng quan về hệ thống di động 4G
4G là hệ thống thông tin di động băng rộng được xem như lIMT tiên tiến
(IMT Advanced) định nghĩa bởi ITU-R. Tốc độ dữ liệu được đề ra là 100Mbps cho
thuê bao di chuyển cao và 1Mbps cho thuê bao ít di chuyển, băng thông linh động lên
đếm 40MHz. Sử dụng hoàn toàn trên nền IP, cung cấp các dịch vụ như điện thoại trên
nền IP, truy cập internet băng rộng, dịch vụ game và dòng HDTV đa phương tiện…


9

3GPP LTE được xem như là tiền 4G, nhưng phiên bản đầu tiên của LTE chưa
đủ các tính năng theo yêu cẩu của IMT Advanced. LTE có tốc độ lý thuyết lên đến
100Mbps ở đường xuống và 50 Mbps ở đường lên đối với băng thông 20MHz, và sẽ
hơn thế nữa nếu MIMO, anten mảng được sử dụng. LTE được phát triển đầu tiên ở
hai thủ đô là Stockholm và Oslo vào ngày 14/02/2009.Giao diện vô tuyến vật lý đầu

tiên được đặt tên là HSOPA (High Speed OFDM Packet Access) và bây giờ có tên là
E-UTRA (Evoled UMTS Terrestrial Radio Access). Thực tế cho thấy hầu hết các
hãng viễn thông hàng đầu trên thế giới: Alcatel – Lucent, Ericsson, Motorola, Nokia,
Nokia Siemens Network, Huawei, LG Electronics, Sam Sung … đã bắt tay với các
nhà mạng lớn trên thế giới (Verizon Wireless, AT&T, France Telecom – Orange,
NTT DoCoMo, T – Mobile, China Mobile, ZTE ..) thực hiện các cuộc thử nghiệm
quan trọng trên công nghệ LTE và đã đạt được những thành công đáng kể.
LTE Advanced là ứng viên cho chuẩn IMT Avanced, mục tiêu của nó là
hướng đến đáp ứng được yêu cầu của ITU. LTE Advanced có khả năng tương thích
với thiết bị và chia sẻ băng tần với LTE phiên bản đầu tiên.
Di động WiMax (IEEE 802.16E-2005) là chuẩn truy cập di động không dây
băng rộng (MWBA) cũng được xem là 4G, tốc độ đỉnh đường xuống là 128Mbps, và
56Mbps cho đường lên với độ băng thông rộng lớn hơn 20MHz.
UMB (Utra Mobile Broadband): UMB được các tổ chức viễn thông của Nhật
Bản, Trung Quốc, Bắc Mỹ và Hàn Quốc cùng với các hãng như Alcatel – Lucent,
Apple, Motorola, NEC và Verizon Wireless phát triển từ nền tảng CDMA. UMB có thể
hoạt động ở băng tần có độ rộng từ 1,25 MHz đến 20 MHz và làm việc ở nhiều dải tần
số, với tốc độ truyền dữ liệu lên tới 288Mbps cho luồng xuống và 75Mbps cho đường
lên với độ rộng băng tần sử dụng là 20MHz. Qualcom là hãng đi đầu trong nỗ lực việc
phát triển UMB, mặc dù hãng này đồng thời cũng phát triển cả cộng nghệ LTE.
1.2.1 Mục tiêu và cách tiếp cận
4G cung cấp QoS và tốc độ phát triển hơn nhiều so với 3G đang tồn tại,
không chỉ truy cập băng rộng, dịch vụ tin nhắn đa phương tiện, chat Video, TV di
động mà còn có các dịch vụ HDTV, các dịch vụ tối thiểu như thoại, dữ liệu và các
dịch vụ khác. Nó cho phép chuyển giao giữa các mạng vô tuyến trong khu vực cục bộ
và kết nối với các hệ thống quảng bá Video số.
 Các mục tiêu mà 4G hướng đến:
 Băng thông linh hoạt giữa từ 5MHz đên 20MHz, có thể lên đến 40MHz.

10

 Tốc độ được quy định bởi ITU là 100Mbps khi di chuyển tốc độ cao và
1Gbps đối với thuê bao đứng yên so với trạm.
 Tốc độ dữ liệu ít nhất là 100Mbps giữa bất kỳ 2 điểm nào trên thế giới.
 Hiệu suất phổ đường truyền là 15 bít/s/Hz ở đường xuống và 6.5 bit/s/Hz ở
đường lên ( có nghĩa là 1000Mbps ở đường xuống và có thể nhỏ hơn băng
thông 67 MHz).
 Hiệu suất sử dụng hệ thống lên đến 3 bit/s/Hz/cell ở đường xuống và 2.25
bit/s/Hz/cell cho việc sử dụng trong nhà.
 Chuyển giao liền (Smonth handoff) qua các mạng hỗn hợp.
 Kết nối và chuyển giao toàn cầu qua đa mạng.
 Chất lượng cao cho các dịch vụ đa phương tiện như âm thanh thời gian
thực, dữ liệu tốc độ cao, video HDTV, TV di động …
 Tương thích với các chuẩn không dây đang tồn tại.
 Tất cả là IP, mạng chuyển mạch gói, không còn chuyển mạch kênh nữa.
1.2.2 Các điểm cần xét đến
Vùng bao phủ, môi trường vô tuyến, phổ, dịch vụ, mô hình thương mại và số
người sử dụng.
1.2.3 Các kỹ thuật đƣợc sử dụng
 Kỹ thuật sử dụng lớp vật lý
 Không sử dụng CDMA.
 MIMO: để đạt được hiệu suất phổ tần cao bằng sử dụng phân tập theo
không gian, đa anten đa người dùng.
 Sử dụng lượng tử hóa trong miền tần số, chẳng hạn như OFDM hoặc
SC-FDE (single carrier frequency domain equalization) ở đường
xuống: để tận dụng thuộc tính chọn lọc ở tần số của kênh mà không
phải lượng tử hóa phức tạp.
 Ghép kênh trong miền tần số chẳng hạn như OFDMA hoặc SC- FDMA
ở đường xuống: tốc độ bít thay đổi bằng việc gán cho người dùng các

kênh con khác nhau dựa trên điều kiện kênh.
 Mã hóa sửa lỗi Turbo: để tối thiểu yêu cầu về tỉ số SNR ở bên thu.
 Lập biểu kênh độc lập: để sử dụng các kênh thay đổi theo thời gian.
 Thích nghi đường truyền: điều chế thích nghi và sửa mã lỗi.


11

1.2.4 Sự khác nhau giữa 3G và 4G
Hiện nay, công nghệ 3G cho phép truy nhập Internet không dây và các cuộc
gọi có hình ảnh.4G được phát triển dựa trên các thuộc tính kế thừa từ công nghệ 3G.
Về mặt lý thuyết, mạng không dây sử dụng công nghệ 4G sẽ có tốc độ nhanh hơn
mạng 3G từ 4 đến 10 lần. Tốc độ tối đa của mạng 3G là 14Mbps cho đường xuống và
5.8 Mbps cho đường lên.Với công nghệ 4G, tốc độ có thể đạt tới 100Mbps đối với
người dùng di động và 1Gbp đối với người dùng cố định. 3G sử dụng ở các dải tần
quy định quốc tế cho UL: 1885-2022 MHz, DL: 2110-2200 MHz, với tốc độ từ 144Kbps
– 2Mbps, độ rộng BW : 5MHz. Đối với 4G LTE thì hoạt động ở băng tần: 700MHz –
2,6GHz với mục tiêu dữ liệu tốc độ cao, độ trễ thấp, công nghệ truy cập sóng gói dữ liệu
tối ưu. Tốc độ DL: 100Mbps (20MHz), UL: 50Mbps với hai anten thu, một anten phát.
Độ trễ nhỏ hơn 5ms với động rộng BW linh hoạt là ưu điểm của LTE so với WCDMA,
BW từ 1.25MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz , 20 MHz. Hiệu quả trải phổ tăng
4 lần và tăng 10 lần số người dùng/cell so với WCDMA.
1.2.4.1 Ƣu điểm nổi bật
 Tốc độ dữ liệu cao hơn rất nhiều lần so với 3G
 Tăng hiệu quả sử dụng phổ và giảm thời gian trễ
 Cấu trúc mạng sẽ đơn giản hơn và sẽ không còn chuyển mạch kênh nữa
 Hiệu quả trải phổ tăng lên 4 lần và tăng hơn 10 lần user/cell so với WCDMA
 Độ rộng băng tần linh hoạt cũng là một ưu điểm quan trọng của LTE đối với
WCDMA
1.2.4.2 Các ứng dụng đã tạo nên ƣu điểm của 4G LTE so với 3G

 Hiệu suất phổ cao
- OFDM ở DL.
+) Chống nhiễu đa đường.
+) Hầu hết dữ liệu người dùng ít hơn dữ liệu di động.
- SC – FDMA ở UL.
+) PARR thấp.
+) Người dùng trực giao trong miền tần số.
 Tốc độ dữ liệu cao
- Phát nhiều dòng dữ liệu độc lập song song qua các anten riêng lẻ => tăng
tốc độ dữ liệu (sử dụng MIMO).


12

 Độ trễ thấp
- Thời gian cài đặt và thời gian trì hoãn ngắn.
- Trễ HO và thời gian ngắt ngắn: TTI ngắn, trạng thái RRC đơn giản.
 Giá thành rẻ
- Cấu trúc mạng đơn giản, giảm các thành phần của mạng.
 Chất lượng dịch vụ cao
- Sử dụng các tần số cấp phép để đảm bảo chất lượng dịch vụ: LTE sử dụng
các dải tần số khác nhau : 2100MHz, 1900MHz, 1700MHz, 2600MHz,
900MHz, 800MHz.
- Luôn luôn thử nghiệm (giảm thời gian trễ trong điều khiển định tuyến).
- Giảm độ trễ khứ hồi (round trip delay).
 Tần số tái sử dụng linh hoạt
- Giảm nhiễu liên cell với tần số tái sử dụng lớn hơn 1.
- Sử dụng hai dải tần số:
+) Dải 1: hệ số tái sử dụng lớn hơn 1 => công suất phát cao hơn.
+) Dải 2: phổ còn lại.

- Các user ở cạnh cell: sử dụng dải 1 => SIR tốt.
- Các user ở trung tâm cell: sử dụng toàn bộ băng => tốc độ dữ liệu cao.
 Dung lượng và vùng bao phủ của WCDMA UL bị giới hạn bởi can nhiễu cell:
can nhiễu bên trong cell và can nhiễu liên cell. Nhưng đối với LTE thì do tính
trực giao nên can nhiễu trong cùng một cell có thể không xét đến và giảm can
nhiễu inter – cell bằng tái sử dụng cục bộ, thêm các anten có thể triệt can nhiễu.
1.3Kết luận
Trong Chương 1 ta đã khái quát những nét đặc trưng của hệ thống thông tin di
động. Sự phát triển của các hệ thống thông tin di động thế hệ 1, 2, 3 và 4. Hai thông
số quan trọng của hệ thống cho các hệ thống thông tin di động số là tốc độ bit thông
tin của người sử dụng và tính di động, ở các thế hệ tiếp theo các thông số này ngày
càng được cải thiện rõ rệt và tối ưu hơn nhiều. Giới thiệu tổng quan được mạng di
động 4G và so sánh ưu nhược điểm với mạng 3G. Để tìm hiểu thêm về “Kỹ thuật
ghép kênh đa sóng mang trực giao và kênh vô tuyến trong mạng thông tin di động
4G” ta qua chương tiếp theo.


13

CHƢƠNG II: KỸ THUẬT GHÉP KÊNH ĐA SÓNG MANG TRỰC GIAO
VÀ KÊNH VÔ TUYẾN TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐÔNG 4G
2.1 Kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang trực giao
2.1.1 Giới thiệu chung
Như ta đã biết kỹ thuật OFDM là một phương pháp truyền tin khá phức tạp trên
kênh vật lý, nguyên lý cơ bản của phương pháp là sử dụng kỹ thuật đa sóng mang để
truyền một lượng lớn ký tự tại cùng một thời điểm. Sử dụng kỹ thuật OFDM có rất nhiều
ưu điểm, đó là hiệu quả sử dụng phổ rất cao, khả năng chống giao thoa đa đường tốt (đặc
biệt trong hệ thống không dây) và dễ lọc bỏ nhiễu (nếu một kênh tần số bị nhiễu, các tần
số lân cận sẽ bị bỏ qua, không sử dụng).Ngoài ra, tốc độ Uplink và Downlink có thể thay
đổi dễ dàng bằng việc thay đổi số lượng sóng mang sử dụng. Một điểm quan trọng trong

hệ thống sử dụng đa sóng mang là các sóng mang riêng có thể hoạt động ở tốc độ bít nhỏ
dẫn đến chu kỳ của ký tự tương ứng sẽ được kéo dài. Ví dụ nếu muốn truyền với tốc độ
là hàng triệu bít trên giây bằng một kênh đơn, chu kỳ của một bít phải nhỏ hơn 1 micro
giây. Điều này sẽ gây ra khó khăn trong việc đồng bộ và loại bỏ giao thoa đa đường. Nếu
cùng lượng thông tin trên được trải ra cho N sóng mang, chu kỳ của một bít sẽ được tăng
lên N lần, lúc đó việc xử lý vấn đề định thời, đa đường sẽ đơn giản hơn.
Kỹ thuật OFDM do R.W Chang phát minh năm 1966 ở Mỹ. Trong những thập
kỷ vừa qua nhiều công trình khoa học về kỹ thuật khoa học đã được thực hiện khắp
nơi trên thế giới. Đặc biệt là công trình khoa học của Weistein và Ebert đã chứng
minh rằng phép điều chế OFDM có thể thực hiện thông qua phép biến đổi IDFT và
phép giải điều chế OFDM có thể thực hiện bằng phép biến đổi DFT. Vào đầu những
năm 80 của thế kỷ 20, đội ngũ kỹ sư phòng thí nghiệm CCETT (Centre Commun
d‟Etudes en Télediffusion et Teslecommunication) dựa vào các lý thuyết Weistein và
Ebert đã đề xuất phương pháp điều chế số rất hiệu quả trong lĩnh vực phát thanh
truyền hình số, đó là OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Phát
minh này cùng với sự phát triển của kỹ thuật số là cho kỹ thuật điều chế OFDM được
sử dụng ngày càng trở nên rộng rãi. Thay vì sử dụng IDFT và DFT người ta có thể sử
dụng phép biến đổi nhanh IFFT cho bộ điều chế OFDM, sử dụng FFT cho bộ giải
điều chế OFDM.