MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ hệ THỐNG LTELTE a DOWNLINK (có code)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG
LTE/LTE-A DOWNLINK

1


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
MIMO

Multiple Input Multiple Output

GSM

Group Special Mobile

NMT

Nordic Mobile Telephone

FDMA

Frequency Fivision Multiple Access

AMPS

Advanced Mobile Phone System

TACS

Total Access Communication Sytem

CDMA

Code Division Multiple Access

TDMA

Time Division Multiple Access

FDMA

Frequency Division Multiple Access

GPRS

General Packet Radio Service

1G, 2G, 3G

First, second, third Generation

OFDM

Orthogonal Frequency Division Multiplexing

ETSI

European Telecommunication Standards Institude

HSDPA

High Speed Downlink Package Access

ITU

International Telecommunication Union

EDGE

Enhanced Data rates for GSM Evolution

SNR

Signal-to-noise ratio

NMT

Nordic Mobile Telephone

WLAN

Wireless Local Area Network

2


MIMO

Multiple-Input and Multiple-Output

WiMax

Worlwide Interoperability for Microwave Access

RF

Radio frequency

LTE-A

Long Term Evolution -Advanced

ICI

Inter-carrier Interference

FFT

Fast Fourier Transform

IFFT

Inverse

DFT

Discrete Fourier Transform

ISI

Inter symbol interference

AWGN

Additive white Gaussian noise

TDMA

Time Division Multiple Access

CDMA

Code Division Multiple Access

FDD

Frequency Division Duplexing

TDD

Time Division Duplexing

PAPR

Peak to Average Power Ratio

DSL

Digital subscriber line

ADSL

Asymmetric Digital Subscriber Line

LTE

Long Term Evolution

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers

PAPR

Fast Fourier Transform

Peak-to-average power ratio

3


PCH

Paging channel

PDCCH

Physical downlink control channel

PDSCH

Physical downlink shared channel

PHY

Physical layer

PRACH

Physical random access channel

PUCCH

Physical uplink control channel

PUSCH

Physical uplink shared channel

UE

User equipment

UL

Uplink

UL-SCH

Uplink – shared channel

HARQ

Hybrid automatic repeat request

HSDPA

High Speed Downlink Packet Access

HSUPA

High Speed Uplink Packet Access

4


5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 6/67

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 Giới thiệu
Truyền thông di động đã trải qua những tiến bộ mạnh mẽ trong hai thập kỷ qua.
Các công nghệ đang nhanh chóng tiến tới sự hội tụ của các nền tảng truyền thông,
điện toán và tiêu dùng và bắc cầu cho các dịch vụ trên các mạng cố định và không
dây. Băng thông rộng di động đang trở thành hiện thực, khi thế hệ internet ngày
càng quen với việc có truy cập băng thông rộng bất cứ nơi nào họ đi, và không chỉ ở

nhà hoặc tại văn phòng. Trong số 1,8 tỷ ước tính những người sẽ có băng thông
rộng vào năm 2018, hầu hết người tiêu dùng băng thông rộng di động và phần lớn
trong số này sẽ được phục vụ bởi HSPA (Truy cập gói tốc độ cao) và LTE (Tiến hóa
dài hạn)
LTE là một dự án hợp tác chung với 3GPP. Phương châm chính của dự án này là
cải thiện hệ thống viễn thông di động toàn cầu (UMTS). Lý do chính đằng sau cái
tên LTE là các nhà khoa học đang cố gắng thiết lập một đường cao tốc băng rộng di
động sẽ hỗ trợ cho nhu cầu trong tương lai của người dùng di động thích cải thiện
hiệu quả, nâng cao dịch vụ, giảm chi phí và tích hợp tốt hơn với tiêu chuẩn khác.
Vào tháng 12 năm 1998, dự án hợp tác thế hệ thứ ba được thành lập. Các thành viên
của dự án 3GPP là ARIB / TTC (Nhật Bản), hiệp hội tiêu chuẩn truyền thông Trung
Quốc, Viễn thông hiệp hội công nghiệp (Bắc Mỹ) và liên kết công nghệ viễn thông
(Hàn Quốc). LTE có thể đạt tốc độ 30-100 Mbps với băng thông 20 MHz và nhờ sử
dụng công nghệ OFDMA đa truy cập cho đường xuống và SC-FDMA cho đường
lên.
Với mục đích nâng cao sự hiểu biết của bản thân về xu hướng phát triển trong
ngành viễn thông nói chung và ngành di động nói riêng, em đã lựa chọn đề tài tốt
nghiệp của mình là: “ Mô phỏng đánh giá hệ thống LTE/LTE-A downlink”.
1.1 Vấn đề giải quyết

Mô Phỏng Đánh Giá Hệ Thống LTE/LTE-A Downlink


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 7/67

LTE là bước tiếp theo trong giao tiếp di động và sẽ được giới thiệu trong 3GPP
Phiên bản 8. Sử dụng LTE Ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM) là công
nghệ truy cập vô tuyến của nó cùng với công nghệ ăng ten tiên tiến. Trọng tâm
chính của đồ án này là mô phỏng hệ thống LTE downlink với kỹ thuật điều chế giới

hạn dùng điều chế BPSK và QPSK, sử dụng kênh truyền AWGN. Trình mô phỏng
này đã được thực hiện bằng phương tiện máy tính mô phỏng dựa trên sử dụng
MATLAB. Trình mô phỏng này tạo ra đường cong BER với SNR lý thuyết và thực
tế.
1.2 Phương pháp tiếp cận
Đề tài bao gồm chương:
Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Chương 2: TỔNG QUAN MẠNG DI ĐỘNG LTE
Chương 3: LTE DOWNLINL TRANMITTER AND RECEIVER
Chương 4: MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ
Chương 5: KẾT LUẬN

CHƯƠNG 2.

TỔNG QUAN MẠNG DI ĐỘNG LTE

2.1 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động
Hệ thống thông tin di động tế bào số còn gọi là hệ thống thông tin di động là hệ
thống liên lạc với nhiều điểm truy nhập khác nhau (Access Points) trên một vùng
Mô Phỏng Đánh Giá Hệ Thống LTE/LTE-A Downlink


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 8/67

địa lý hay còn gọi là các cell. Người sử dụng có thể di chuyển trong vùng phủ sóng
của các trạm (Base Station). Ra đời vào những năm 1920 (là các phương tiện thông
tin giữa các đơn vị cảnh sát Mỹ). Năm 1982 sử dụng kỹ thật TDMA là nhóm đặc
trách di động GSM (Group Special Mobile) sau này được đổi thành hệ thống di
động toàn cầu (Global System for Mobile communications). Năm 1991 Qualcomm

triển khai hệ thống di động trên công nghệ CDMA chuẩn IS-95A (Interim Standard95A). Việt nam sử dụng GSM từ năm 1993. Việt Nam triển khai hệ thống di động
theo công nghệ CDMA và đưa vào sử dụng tháng 7/2003.

Hình 2-1: Hình ảnh minh họa phát triển thông tin di động.

2.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G)
Công nghệ di động đầu tiên là công nghệ tương tự đây là hệ thống truyền tín
hiệu tương tự (analog), là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại, sử dụng
phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA và điều chế tần số FM ,được
khơi mào ở Nhật vào năm 1979. Những công nghệ chính thuộc thế hệ thứ nhất này
có thể kể đến là:
-

Nordic Mobile Telephone được sử dụng ở các nước Bắc Âu, Tây Âu và Nga.

Mô Phỏng Đánh Giá Hệ Thống LTE/LTE-A Downlink


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 9/67

-

AMPS (Advanced Mobile Phone System): hệ thông 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, Bồ Đầu Nha và Nam Phi.

Nhược điểm:
-

Tính bảo mật thấp thuật toán mã hóa kém.

-

Phân bổ tần số hạn chế,dung lượng thấp.

-

Do sử dụng công nghệ analog cho nên các thiết bị điện thoại khá lớn.

2.1.2 Hệ thông thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G)
Năm 1982 hội nghị quản lý bưu điện và viễn thông ở Châu Âu thành lập một
nhóm nghiên cứu mục đích phát triển chuẩn mới về thông tin di động ở Châu Âu.
Năm 1987 có 13 quốc gia ký vào bản ghi nhớ và đồng ý giới thiệu mạng GSM
(Group Speciale Mobile). Năm 1988 trụ sở chuẩn viễn thông Châu Âu ETSI được
thành lập có trách nhiệm biến đổi nhiều tiến cử kỹ thuât GSM thành chuẩn
European. Năm 2011 mạng di động 2G đâu tiên đã được triển khai thương mại theo
chuẩn GSM ở Phần Lan. Tín hiệu vô tuyến cài đặt đặt thông tin trong mạng di động
2G là tín hiệu kỹ thuật số

Mô Phỏng Đánh Giá Hệ Thống LTE/LTE-A Downlink


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 10/67

Hình 2-2: Sơ đồ GSM network.

 Đặc điểm của hệ thống GSM
Hệ thống GSM làm việc trong một băng tần hẹp có dãi tần cơ bản từ (890960Mhz)
Băng tần bao gồm:
-

Uplink band (890-925)Mhz.

-

Downlink band (925-960)Mhz.

GSM có 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 cho đường lên và đường xuống gọi là kênh song công khoảng cách hai
tần số bằng 45Mhz. Mỗi kênh vô tuyến mang 8 khe thời gian TDMA, mỗi khe thời
gian có một kênh vật lý trao đổi thông tin giữa MS và GSM.
Phương pháp đa truy cập chính là:
-

Frequency Division Multiple Access: Đa truy cập phân chia theo tần số.

-

Time Division Multiple Access: Đa truy cập phân chia theo thời gian.

-

Code Division Multiple Access: Đa truy cập phân chia theo mã.

 Các hệ thống điển hình
Tương tự như thế hệ 1G, không tồn tại một chuẩn chung toàn cầu nào cho 2G.
Hiện nay 2G dựa trên ba chuần công nghệ như sau:
-

D-AMPS (Digital AMPS): Hay còn gọi IS-136 được sử dụng tại Bắc Mỹ và
D-AMPS được thay thế dần bởi GSM/GPRS và CDMA2000.

Mô Phỏng Đánh Giá Hệ Thống LTE/LTE-A Downlink


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 11/67

-

CDMA(Code Division Multiple Access): Công nghê truy cập thông qua
mã, công nghệ này có thể nâng cao dung lượng cung cấp cuộc gọi trong một
cell cao hơn công nghệ D-AMPS.

-

GMS (Code Division Multiple Access): Đây là công nghệ đươc sử dụng
rộng rãi trên thế giới ( ngoại trừ Nhật và Bắc Mỹ). Các kênh GSM rộng hơn
các kênh AMPS (200Khz so với 30Khz) qua đó GSM cung câp dữ liệu cao
hơn D-AMPS.

-

PDC (Personal Digital Cellular): Là nền tàng của TDMA đây là chuẩn
được phát triển và sử dụng tại Nhật Bản.

Ưu Điểm:
-

Cải thiện được chất lượng cuộc gọi, tín hiệu và tốc độ so với thế hệ trước.

-

Mã hoá dữ liệu theo dạng kỹ thuật số, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí.

-

Thiết bị nhỏ gọn hơn.

Nhược Điểm:
-

Thường xảy ra tình trạng sóng yếu do tín hiệu truyền đi không đủ mạnh để

tới được BTS.
 Mạng thông tin di động 2.5G
Đây là thế hệ kết nối thông tin di động bản lề giữa 2G và 3G chữ số 2.5G là biểu
tượng cho việc mạng 2G được trang bị hệ thống chuyển mạch gói bên cạnh hệ
thống chuyển mạch theo kênh truyền thống.
Mạng 2.5G cung cấp một số lợi ích tương tự mạng 3G và có thể dùng cở sở hạ
tầng có sẵn của các nhà mạng 2G trong các mạng GSM và CDMA. Tiến bộ duy
nhất, chính là GPRS công nghệ kết nối trực tuyến, lưu chuyển dữ liệu được dùng
bởi các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông GSM. Ngoài ra một vài giao thức như

Mô Phỏng Đánh Giá Hệ Thống LTE/LTE-A Downlink


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 12/67

EDGE cho GSM CDMA có thể đạt được chất lượng gần như các dịch vụ cơ bản 3G
bởi vì chúng dùng một tốc độ truyền dữ liệu chung là 144kbit/s nhưng đây vẫn được
xem là dịch vụ 2.5G bởi vì nó chậm hơn vài lần so với dịch vụ 3G thực sự
2.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G)
Là thế hệ truyền thông di động thứ ba, tiên tiến hơn hẳn các thế hệ trước đó.
Mạng 3G đã được đề xuất 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 TDMA và CDMA
giữa các nước. Công nghệ 3G, được nhắc đến như một chuẩn IMT-2000 của tổ chức
viễn thông thế giới (ITU) với các ưu điểm chính được đem lại bởi hệ thống 3G:
-

Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao.

-

Các dịch vụ tin nhắn.

-

Các dịch vụ đa phương tiện ( xem truyền hình, xem phim, nghe nhạc....)

-

Truy nhập Internet

Mạng 3G được dự kiến là một chuẩn thống nhất, nhưng trên thực tế 3G bị chia
thành 4 phần riêng biệt.
-

UMTS (W-CDMA): Tập trrung chủ yếu ở Châu Âu và một phần Châu Á
UMTS được tiêu chuẩn hóa bởi tổ chức 3GPP cũng là tổ chức chiệu trách
nhiệm định nghĩa chuẩn cho GSM, GPRS và EDGE.

-

CDMA2000: Là thế hệ kế tiếp của các chuẩn 2G CDMA và IS-95. Đề xuất
của CDMA2000 được đưa ra bàn thảo và áp dụng bên ngoài khuôn khổ
GSM tại Mỹ, Nhật Bản và Hàn Quốc. CDMA2000 được quản lý bởi 3GPP2,
đã có rất nhiều công nghệ, truyền thông sử dụng trong CDMA2000 bao hồm
1Xrtt, CDMA2000-1xEV-DO và 1xEV-DV. CDMA2000 cung cấp tốc độ đữ
liệu 144 kbit/s tới 3Mbit/s chuẩn này được chấp nhận bởi ITU.

-

TD-SCDMA: Chuẩn này được phát triển riêng tại thị trường Trung Quốc bởi
công ty Siemens Data.

Mô Phỏng Đánh Giá Hệ Thống LTE/LTE-A Downlink


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 13/67

-

Wideband CDMA: Hỗ trợ tốc đọ giữa 384kbit/s và 2 Mbit/s. Giao thức này
được dùng trong một mạng diện rộng WAN khi dùng trong một mạng cục bộ
LAN tốc độ tối đa chỉ là 1,8Mbit/s

Hình 2-3: Phương thức truy cập qua từng thời kỳ.

2.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 (4G)

Hình 2-4:

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4

Là công nghệ được nâng cấp hơn nhiều so với công nghệ 3G đây là công nghê
truyền thông không dây thế hệ thứ tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa
trong điều kiện lý tưởng lên 1-1,5Gbit/s công nghê 4G đực hiểu là chuẩn tương lai
của các thiết bị không dây. Các nghiên cứu đầu tiên của NTT DoCoMo cho biết
Mô Phỏng Đánh Giá Hệ Thống LTE/LTE-A Downlink


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 14/67

điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu với tốc độ 100Mbit/s khi di chuyển và tới 1Gbit/s
khi đứng yên.
 Tiêu chuẩn 4G
Thứ nhất là các mạng 4G phải dựa trên chuyển mạch gói tất cả các giao thức
Internet, thay vì công nghệ chuyển mạch và sử dụng các phương pháp truyền tải đa
phương tiện OFDMA hoặc các phương pháp khác (FDE).
Thứ hai, 4G cũng phải có khả năng cung cấp giao dịch mượt mà trên các mạng

khác nhau mà không mất dữ liệu và cung cấp dịch vụ chất lượng cao cho các
phương tiện truyền thông, một trong những khía cạnh quan trọng nhất của công
nghệ 4G là loại bỏ các nút chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói bằng cách sử
dụng giao thức Internet phiên bản 6 (IPv6). NMT(Nordic Mobile Telephone) cung
cấp một số lượng lớn các địa chỉ sẵn có và sẽ là công cụ để cung cấp trải nghiệm
tinh gọn cho người dùng.
 Sự khác biệt giữa 3G và 4G
4G và 3G đều là hai kết nối dữ liệu di động, nhưng 3G là một công nghệ cũ hơn
thường cung cấp tốc độ chậm hơn.4G là một công nghệ mới có khả năng cung cấp
tốc độ nhanh hơn.

Hình 2-5: Tốc độ 4G và 3G.

Mô Phỏng Đánh Giá Hệ Thống LTE/LTE-A Downlink


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 15/67

-

4G có thể đạt tốc độ 30Mbps, nhanh hơn 10 lần hầu hết các kết nối 3G.

-

Mạng 4G chỉ có thể sử dụng với điện thoại tương thích 4G mới hơn. Các mô
hình cũ chỉ có thể tương thích với mạng 3G.

Hình 2-6: So sánh 4G và 3G.

2.2 Long Term Evolution
LTE đại diện cho một bước tiến lớn trong công nghệ di động và nó xác định truy
cập vô tuyến tốc độ cao mới phương pháp truyền dữ liệu và phương tiện truyền
thông tốc độ cao, cũng như hỗ trợ giọng nói dung lượng cao. Trên thực tế LTE cung
cấp một lộ trình phát triển cho các nhà khai thác mạng UMTS hướng tới thế hệ thứ
tư (4G) mạng di động với 3G ngày nay. Nó cung cấp một điện thoại di động phong
phú hơn, hấp dẫn hơn môi trường dịch vụ bằng cách sử dụng GSM (Hệ thống toàn
cầu cho truyền thông di động), GPRS (dịch vụ vô tuyến gói) và EDGE (Tốc độ dữ
liệu nâng cao cho môi trường GSM) cũng như WCDMA (Truy cập nhiều bộ phận
mã băng rộng) và giờ là HSPA. Điều này được thể hiện trong hình 2-7

Mô Phỏng Đánh Giá Hệ Thống LTE/LTE-A Downlink


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 16/67

Hình 2-7: Đường dẫn nâng cấp LTE

1.1.1 Các tính năng chính LTE
Các tính năng chính của LTE được mô tả dưới đây:
-

Giao diện nâng cao cho phép tăng tốc độ dữ liệu LTE cung cấp sự cải thiện
lớn hơn về tổng thể hiệu suất và hiệu quả thông, qua việc sử dụng công nghệ
OFDM cho giao diện chứ không phải hệ thống UTRAN dựa trên WCDMA

-

(mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS) và hệ thống HSPA.

Hiệu suất phổ cao: LTE cung cấp hiệu quả phổ cao hơn và nó mang lại cơ
hội khai thác di động để tăng số lượng khách hàng trong phân bổ phổ hiện

-

tại và tương lai.
Giảm độ trễ: LTE giảm thời gian khứ hồi xuống còn 10 ms hoặc ít hơn, điều

-

này khiến LTE cung cấp tương tác, dịch vụ thời gian thực.
Lập kế hoạch vô tuyến linh hoạt: LTE có thể mang lại hiệu suất tối ưu trong
kích thước tế bào lên tới 5 km. Nó là có khả năng cung cấp hiệu suất hiệu
quả trong kích thước tế bào lên đến bán kính 30 km nhưng với nhiều hơn

-

hiệu suất hạn chế có sẵn trong kích thước tế bào lên đến bán kính 100 km.
Cùng tồn tại với các tiêu chuẩn và hệ thống cũ: LTE hỗ trợ dịch vụ liền
mạch mượt mà bàn giao và người dùng LTE có thể truy cập các dịch vụ dữ
liệu cơ bản ngay cả khi họ ở trong khu vực không có vùng phủ sóng LTE.

Mô Phỏng Đánh Giá Hệ Thống LTE/LTE-A Downlink


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 17/67

-

2.2.1 Đặc tính cơ bản của LTE
Hoạt động trong vùng băng tần: 700Mhz - 2,6Ghz.

-

Tốc độ:

-

-

•

Downlink: 100Mbps ở vùng băng thông 20Mhz.

•

Uplink: 50 Mbps với một anten phát và hai anten thu.

•

Độ rông băng thông linh hoạt: 1,4Mhz, 3Mhz, 5Mhz, 15Mhz, 20Mhz.

•

Độ trễ: nhỏ hơn 5ms.

Phổ tần số:
•

Hoạt động ở chế độ: FDD hoặc TDD.

•

Độ phủ song :có khoảng cách từ 5km đến 100km.

•

Dung lượng: khoảng 200 user/cell hoạt động ở băng tần 5Mhz.

Chất lượng dịch vụ:
•

Đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS.

•

VoIP đảm bảo chất lượng cho âm thanh và độ trễ tối thiểu thông qua
mạng UTMS.

2.2.2 WiMAX
WiMax được sử dụng để cung cấp kết nối dữ liệu băng thông rộng cho người sử
dụng tương tự như DSL người dùng có hai vị trí cố định và di động WiMax cũng
vậy có hai loại cố định và di động. WiMax di động có thể cung cấp dịch vụ định vị
cố định, nhưng WiMax cố định lại không thể được sử dụng để cung cấp dịch vụ di
động. Bởi vì WiMax cố định dựa trên OFDM và WiMax di động dựa trên OFDMA.
Công nghệ này được phát triển bới IEEE và các tiêu chuẩn 802.16-2004, 802.16e2005.

Mô Phỏng Đánh Giá Hệ Thống LTE/LTE-A Downlink

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 18/67

WiMax hỗ trợ các dải RF khác nhau từ (2,3-2,4)Ghz và (2,5-2,7) Ghz phụ thuộc
vào phân bố của quốc gia những thiết bị RF khác nhau đã được phát triển để hỗ trợ
các băng tần này Wimax có độ phủ sóng lớn hơn Wi-fi hoăc WLAN, khoảng bảo vệ
Wi-fi khoảng 30m trong khi bán kính phủ song WiMax 50km
2.2.3 So sánh LTE và WiMax

Bảng 2-1:So sánh WiMax vs LTE.
Mô Phỏng Đánh Giá Hệ Thống LTE/LTE-A Downlink


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 19/67

-

2.3 LTE-Advanced
Mạng LTE-A (LTE-Advanced) đây là phiên bản hoàn chỉnh hơn của mạng
LTE. Mạng LTE-A ra đời nhằm nâng cao chất lượng của LTE hiện tại, LTEA đáp ứng được các tiêu chuẩn thực sự của mạng 4G với việc áp dụng kỹ
thuật không dây tiên tiến. Các kỹ thuật sử dụng trong mạng LTE-A sẽ phân
biệt với chuẩn không dây này với chuẩn không dây của LTE.

-

Các chức năng chính mới được giới thiệu trong LTE-Advanced là Carrier
Aggregation (CA), tăng cường sử dụng các kỹ thuật đa anten.

-

Tốc độ dữ liệu cao điểm tăng, DL 3 Gbps, UL 1,5 Gbps.

-

Hiệu suất phổ cao hơn, từ tối đa 16bps / Hz trong R8 đến 30 bps / Hz trong
R10.

-

Số lượng người đăng ký đang hoạt động đồng thời tăng lên.

-

Hiệu suất được cải thiện ở các cạnh của tế bào, ví dụ như đối với DL 2x2
MIMO ít nhất là 2,40 bps / Hz / cell.

Bảng 2-2: So sánh LTE và LTE-A

Mô Phỏng Đánh Giá Hệ Thống LTE/LTE-A Downlink


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 20/67

Bảng 2-3: LTE-Advanced so sánh với công nghệ khác

 Carrier Aggregation (CA)

Hình 2-8: Carrier Aggregation kết hợp 5 CC để tăng băng thông tổng thể

Kết hợp sóng mang (CA) là một trong những chức năng quan trọng nhất của
LTE-Advanced. Phương pháp của CA là để mở rộng băng tần tối đa của đường lên
và đường xuống bằng cách kết hợp nhiều sóng mang lại với nhau. Các sóng mang
được kết hợp lại chính là các sóng mang cơ sở trong phiên bản 8, điều này chính là
yếu tố khiến cho LTE-Advanced có thể dễ dàng hơn trong khả năng tương thích
ngược. Một thiết bị đầu cuối trước phiên bản 10 có thể dễ dàng truy nhập vào một
sóng mang thành phần khi các UE có khả năng kết hợp sóng mang sẽ hoạt động trên
nhiều thành phần sóng mang.
 MIMO
Kỹ thuật anten có thể phân loại như sau:
Mô Phỏng Đánh Giá Hệ Thống LTE/LTE-A Downlink


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 21/67

-

SIMO (Single Input Multi Output): một đầu vào nhiều đầu ra
MISP (Muitil Input Single Output): nhiều đầu vào một đầu ra
MIMO (Muitil Input Muitil Output): nhiều đầu vào nhiều đầu ra

Hình 2-9: Các kỹ thuật anten

Công nghệ Multiple Input Multiple Output (MIMO) là một công nghệ khác cần
thiết để LTE-Advanced hoạt động. MIMO tăng tốc độ truyền bit tổng thể bằng cách
kết hợp các luồng dữ liệu từ hai hoặc nhiều anten và cho phép tập hợp song mang
hoạt động.

Thay vì gửi một mẫu thông tin nào đó từ một người gửi đến một người nhận,
bạn có thể gửi cùng một thông tin từ nhiều người gửi đến nhiều người nhận, đó là
một quá trình song song làm tăng đáng kể lượng dữ liệu bạn có thể gửi và nhận mỗi
giây.

Hình 2-10: Tính năng của MIMO

Mô Phỏng Đánh Giá Hệ Thống LTE/LTE-A Downlink


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 22/67

Mặc dù MIMO đã được sử dụng trong các mạng LTE hiện tại, LTE-Advanced
yêu cầu các chip tăng số lượng đầu vào và đầu ra được sử dụng đồng thời. LTEAdvanced sẽ hỗ trợ tối đa tám máy phát và máy máy thu trong khi tải xuống và bốn
máy phát và máy thu trong khi tải lên. Sự sắp xếp MIMO tăng lên cũng sẽ cải thiện
tốc độ và chất lượng kết nối của các kết nối cũ như CDMA, GSM và WCDMA.
1.3 Cấu trúc hệ thống LTE
Kiến trúc mạng LTE được thiết kế với mục tiêu hỗ trợ hoàn toàn chuyển mạch
gói với tính di động linh hoạt, chất lượng dịch vụ cao và độ trễ tối thiểu. Với một
thiết kế phẳng hơn, đơn giản hơn, chỉ với 2 nút cụ thể là nút B (eNodeB) và phần tử
quản lý di động (MME/GW). Phần điều khiển mạng vô tuyến RNC được loại bỏ
khỏi đường dữ liệu và chức năng của nó được thực hiện trong các eNodeB.

Hình 2-11:

Kiến trúc hệ thống mạng LTE chỉ có E-UTRAN.

Mô Phỏng Đánh Giá Hệ Thống LTE/LTE-A Downlink

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 23/67

Hình mô tả kiến trúc và thành phần mạng LTE chỉ có một E-UTRAN. Kiến trúc
của mạng về cơ bản được chia làm 4 phần chính:
-

User Equipment: thiết bị người sử dụng.

-

E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Access Network): mạng truy cập vô
tuyến.

-

EPC (Evolved Packet Core): mạng lõi gói phát triển.

-

Các mạng ngoài.

UE, E-UTRAN và EPC đại diện cho các giao thức mạng IP ở lớp kết nối. Chúng
được gọi là hệ thống gói phát triển (EPS). Chức năng chính của lớp nay là cung cấp
kết nối dựa trên nền tảng IP, tất cả các nút chuyển mạch và các giao diện được nhìn
thấy trong kiến trúc 3GPP trước đó không có mặt trong E-UTRAN và EPC.
Sự phát triển của E-UTRAN tập trung vào nút B phát triển (eNodeB). Tất cả các
chức năng vô tuyến kết thúc ở đó, tức là eNodeB là điểm kết thúc cho tất cả các
giao thức vô tuyến có liên quan. E-UTRAN chỉ đơn giản là một mạng lưới của các

eNodeB kết nối với nhau thông qua giao diện X2. Các eNodeB kết nối trực tiếp với
mạng lõi EPC thông qua giao diện S1.
Ngoài ra eNodeB còn có những tính năng bổ xung thay cho các bộ kiếm soát
trạm gốc trong mạng UTRAN trước đó. Ví dụ như: kiểm soát tài nguyên vô tuyến,
quản lý tính di động vô tuyến, các giao thức lớp 2 về giao diện vô tuyến...Một trong
những thay đổi lớn trong kiến trúc mạng LTE là trong khu vực mạng lõi EPC không
chứa các chuyển mạch kênh, và không có kết nối trực tiếp với các mạng chuyển
mạch truyền thống như ISDN hay PSTN.
1.1.2 Thiết bị người dùng UE.
UE là thiết bị mà người dùng đầu cuối sử dụng để liên lạc. Thiết bị người sử
dụng thường là những thiết bị cầm tay như điện thoại thông minh, laptop, máy tính
bảng, hay một thẻ dữ liệu như mọi người vẫn sử dụng trong mạng 2G, 3G… . UE
Mô Phỏng Đánh Giá Hệ Thống LTE/LTE-A Downlink


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 24/67

kết nối với trạm cơ sở Node B/ eNodeB nó gần tương ứng với trạm di động (MS)
trong hệ thống GSM.
UE xử lý các tác vụ sau đối với mạng lõi:
-

Quản lý di động.
Điểu khiển cuộc gọi.
Quản lý phiên.
Quản lý danh tính.

UE là một thiết bị khởi tạo các cuộc gọi và nó là thiết bị đầu cuối trong mạng.
1.1.3 Truy nhập vô tuyến mặt đất E-UTRAN.

Mạng truy nhập vô truyến của LTE được gọi là E-UTRAN là một trong những đặc
điểm chính của nó là tất cả dịch vụ, bao gồm dịch vụ thời gian thực, sẽ được hỗ trợ
qua những kênh gói được chia sẻ. Phương pháp này sẽ tăng hiệu suất phổ, làm cho
dung lượng hệ thống trở nên cao hơn. Một kết quả quan trọng của việc sử dụng truy
nhập gói cho tất cả các dịch vụ là sự tích hợp cao hơn giữa những dịch vụ đa
phương tiện và những dịch vụ cố định và không dây.
Mục đích chính của LTE là tối thiểu hoá số node, vì thế những nhà phát triển đã
chọn một cấu trúc đơn node. Trạm gốc mới phức tạp hơn Node B trong mạng truy
nhập vô truyến WCDMA/HSPA và nó được gọi là eNodeB (Enhance Node B). Các
eNode B có tât cả các chức năng cần thiết cho mạng truy nhập vô tuyến LTE kể cả
những chức năng liên quan để tài nguyên vô tuyến.
Giao diện vô tuyến sử dụng trong E-UTRAN là S1 và X2. Trong đó S1 là giao diện
vô tuyến kết nối giữa eNodeB và mạng lõi. S1 chia làm hai loại đó là S1-U là giao
diện giữa eNodeB và SAE-GW và S1-MME là giao diện giữa eNodeB và MME.
X2 là giao diện giữa các eNodeB với nhau.
1.1.4 Mạng lõi EPC.
Mạng lõi mới là sự mở rộng hoàn toàn của mạng lõi trong hệ thống 3G và nó chỉ
bao phủ miền chuyển mạch gói. Vì thế nó còn một cái tên mới: Evolved Packet
Core (EPC). Cũng giống E-UTRAN số node trong EPC đã được giảm. EPC chia
Mô Phỏng Đánh Giá Hệ Thống LTE/LTE-A Downlink


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 25/67

luồng dữ liệu người dùng thành mặt phẳng người dùng và mặt phẳng điểu khiển.
Một node cụ thể được định nghĩa cho mỗi mặt phẳng, cộng với Gateway chung kết
nối mạng LTE với internet và những hệ thống khác.Mạng lõi EPC bao gồm các thực
thể chức năng như:
-

MME (Mobility Management Entity): thực thể quản lý di động chịu trách
nhiệm về những tính năng trong mặt phẳng điểu khiển, liên quan tới việc
quản lý các thuê bao và các phiên truyền dẫn. Nó hỗ trợ các phương thức bảo
mật liên quan tới việc xác minh người sử dụng; xử lý các phiên truyền dẫn
giữa thiết bị đầu cuối và mạng truy cập.

-

HSS (Home Subscriber Server): là sự kết hợp của HLR (Home Location
Register) và AUC (Authentication Center), 2 khối chức năng đã xuất hiện
trong các mạng 2G/GSM và 3G/UMTS.
Phần HLR của HSS có nhiệm vụ lưu trữ và cập nhật khi cần thiết cơ sở dữ
liệu chứa tất cả các thông tin đăng ký của người sử dụng, bao gồm: thông tin
nhận dạng người sử dụng và địa chỉ, thông tin chi tiết của người sử dụng
(trạng thái hoạt động, chất lượng gói dịch vụ…).
Phần AUC của HSS có nhiệm vụ tạo ta những thông tin bảo mật từ chuỗi
nhận dạng người sử dụng. Thông tin bảo mật này cung cấp cho HLR và xa
hơn là thông tin đến các thực thể khác của mạng. Thông tin bảo mật này
được sử dụng chủ yếu cho: việc xác minh qua lại các thiết bị mạng, mã hóa
đường truyền dẫn vô tuyến, đảm bảo dữ liệu và tín hiệu báo hiệu được truyền
giữa mạng và thiết bị người sử dụng không bị nghe trộm hay xâm nhập.

-

S-GW (Serving Gateway): là một điểm đầu cuối của giao diện dữ liệu gói
hướng đến mạng truy cập E-UTRAN. Khi các thiết bị người sử dụng di
chuyển giữa các eNodeB trong mạng truy cập E-UTRAN, thì S-GW đóng
vai trò như những điểm trung chuyển (chuyển giao). Nó cũng là điểm trung
chuyển giữa mạng truy cập E-UTRAN với các mạng truy cập cũ hơn như

2G/GSM, 3G/UMTS.

Mô Phỏng Đánh Giá Hệ Thống LTE/LTE-A Downlink