Giáo trình lộ trình phát triển thông tin di động 3g lên 4g

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ Bưu CHÍNH VIỄN t h ơ n g
TS. NGUYỄN PHẠM ANH DŨNG

GIÁO TRÌNH

LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN
TÌIƠNG TIN DI ĐỘNG

3G Lên 4G

n h Ầ x u ấ t b ả n t h ô n g t in v à t r u y ề n t h ô n g


::

: ■

S M Ì l ' : .1 ;

'

*1 Ì

'

:■■•: ■: • ĩ ■í-?

3

-'

•% ••■•

.- • ■-•’V

ị Ể

'■. ;

■ ■:■ íỉ V;
i ■ ' <■' ■:■■ '■■■-V' 0 -"Ị -^r
■4:>,, ■

:■• ■ '
i'!.
r..:

"

- .í.

,'

V

•• .-. í. ,-•

ễ ầ

ừ

•.;

• ?•.

;

* >

■

;.•

f' '■

,

^

: •; .:.

h

:

ễ ỉ^ ữ ừ ị'- ' :
■'
W ỉ : ỉ y
'>■■':■
V { / ■ :.

jỔD01 HM 10


LỜI NĨI ĐẦU
I hịng tin di động là ngành cơnu nghiệp viền thông phát triến nhanh
nhất với con số thuê bao dã dại đến 3.8 ty tính đến cuối năm 2008. Khới
nguồn từ dịch vụ thoại đắi tiền phục vụ một số ít người di chuyến, đến
nay với sự ứng dụng ngày càng rộng rãi các thiết bị thông tin di động thế
hệ ba, thơng tin di động có thé cung cấp nhiều loại hình dịch vụ địi hói
lơc độ sô liệu cao kê cả các chức năng camera. MP3 và PDA. Với các
dịch vụ đòi hòi tốc độ cao ngày càng trư ncMi phô bién thi nhu cầu về 3G
cũng nhu phát triền nó 1C‘I1 4Ci đang càng trơ nên cấp thiết. Đe phục vụ
nhu cầu học tập của sinh \iên. Học viện Cơng nghệ Buxi chính Viễn
thơng phối hợp với Nhà xuất bán Thông tin và Truyền thông xuất bán
‘'Giảo trình Lộ trình phát triển tttơng tin di động 3G lên 4G " do
TS. Nguyễn F^hạm Anh Dùng biên soạn.
3G là thuật ngữ dùng đê chi các hệ thống thông tin di động thế hệ
thứ 3 (Third Generation). Mạng 3G (Third-generation technology) là thế
hệ thử ba cùa chuẩn công nghệ điện thoại di động, cho phép truyền cá dữ
liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tái dữ liệu, gứi email. tin nhấn nhanh,
hình ánh...). 3G cung cấp ca hai hệ thống là chuyến mạch gói và chuyến
mạch kênh. Hệ thống 3G yêu cầu mội mạiig truy cập vô tuyến hoàn toàn
khác so với hệ thống 2G hiện nay. Diêm mạnh cua công nghệ này so với
công nghệ 2G và 2.5G là cho phép truyền, nhận các dữ liệu, âm ihanh,
hinh ánh chất lượng cao cho cá thuê bao cố định và thuê bao đang di
chuyển ở các tốc độ khác nhau. Vứi công nghệ 3G, các nhá cung cấp cỏ
thể mang đến cho khách hàng các dịch vụ đa phương tiện, như âm nhạc
chất lượng cao; hình ảnh video chất luợng và truyền hình số; Các dịch vụ
định vị tồn cầu (GPS); E-mail; video strcaming; íligh-ends games;...

Do khn khổ có hạn, giáo trình sẽ chi tập trung trình bày hai cơng
nghệ: đó là HSPA (sự phát triền tăng cường của WCDMA) và 3GPP
LTE. Có thề coi cơng nghệ HSPA và sự phát trien tiếp theo cùa nó là hậu
3G cịn cơng nghệ LTE là tiền 4G. Đây là các công nghệ dự kiến sẽ rất
phát triến trong những thập niên tới. Giáo trình được xây dựng trên cơ sở
sinh viên đã học mơn "Da iruy nhập lun và lý thuyết trai phô".


Vì dây lá giáo irinh cho mơn chu\ên dè dịi hoi sinh viên phai tụ dọc
liên giáo trinh dược biên soạn chi tièt \ ới kêt càu liựp lý dô sinh \ iên có
thê lự' học, Mồi chuang dõu có phần yioi ihiệii chunu. có phằn lơnii kél
\ à các càu hdi.
Giáo irinh bao gồm 16 chương. Clurang dầu giứi Ihiộu lông quan \ è
các hệ thông phát triên cua 3(ì \à lộ trinh phát triên lịn 4G. Chirưng 2 dề
cập đến các vắn dề liên quan dén triivền dẫn \ơ tuyến băng rộnu. Chưong
3 nghiên cứu các cịng nghệ đa iruy nhập ()Ỉ'DMA và SC-FDMA ứng
dụnu cho L TH. Chương 4 trình bày một trong các kỹ thuật quan Irọng
cua 3 0 phái triên và 4G là da anten. Chương 5 trinh bày một so kỹ tlniật
then chốt cua 3G phát triên và 4Cì lá: thích ứng dường iruyền. lập hiêu
phụ thuộc kênh và ỈIARQ (pliát lại lai uhép). Chiurng 6 và chương 7
trinh bày nmiyên lý cua nSDPA \'à HSUPA. Chirơnu 8 dè cập dèn các
\ân dê quản lý tài Iigu>ên vô tuyên cua HSPA. c hương 9 Irinh bàv dịch
vụ VolP trong HSPA. Chươnu IU trinh bày một số dịch vụ tiên liéii cua
lỉSPA là MBMS - dịch \ỊI quanu bá, da phương da phucrng tiện và
CPC - kếi nối gỏi liên tục. Chươnu 11 trình bày các mục tiêu 1/rii.
Chương 12 trinh báv các vấii đề chuiig cúa truy nhập vò tuvến LTH và
kiên trúc giao diện vò tuyến LTH. Chưưng 13 và 14 Irinh bày lớp vật lý
và các ihu tục truy nhập L'1'H. Chương 15 trình ba> pliúl iriên kién trúc hệ
thống I/rE/SAH. Chương 16, trình bày mơ phónu đánh giá liiệu năng
HSPA. LTE và tính lốn quỹ dirừng ti iiii.

Ngồi ra phần Phụ lục cua giáo trinh, trinh bày các yêu câu dôi với
phần vơ tuyến cua máv dầu cuối ÍỈSPA và có thêm phần Thuí)! nỊiĩữ vicl
lăr. Tài liệu iham khao đê bạn đọc tiện tra cứu.
Giáo Irinh có thê là tài liệu tham kliao cho sinh víc*n các trường dại
học. các chuyên uia. các cán bộ quán Iv và kỹ thuíỊl trong lĩnh vỊrc thơng
tin di động. Mặc dù dã có nhiều cố gắng, song q trình biên soạn sẽ khó
tránh khoi ihiéu SÓI. ỉ lục viện rất mong nhộn dược ý kién uỏp ý cua các
bạn dồng nuhiệp và bạn dọc uần \a.
Xin irân irọníỉ cam on'

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ B ư u CHÍNH VIÉN THƠNG


MỤC LỤC
L('ri nói đầu.................................................................................................. 5
Chương 1. Tổng quan kế hoạch nghiên cửu phát triển 3G, LTE
trong 3GPP và lộ trình tiến lên 4G ...................................... 13
1.1. Mờ đ ầ u ......................................................................................... 14
1.2. Q trình tiêu chuấn hóa WCDMA/HSPA trong 3 G P P .........14
1.3. Kế hoạch nghiên cứu phát triển LTE.........................................24
1.4. IMT-ADVANCED và lộ trinh tiến lên 4 G ............................... 27
1.5. Tổng quan truy nhập gói tổc độ cao (HSPA)............................ 30
1.6. Tổng quan L T E ........................................................................... 33
1.7. Kiến trúc mô hình LTE...............................................................42
1.8. Tồng k ế t .......................................................................................45
1.9. Câu h o i.........................................................................................46
Chương 2. Truyền dẫn tốc độ số liệu cao trong thông tin không dây
băng rộ n g ................................................................................ 47
2.1. Các hạn chế cơ bản đối với truyền dẫn tốc độ số liệu c a o ..... 48
2.2. Truyền dẫn tốc độ số liệu cao trong băng thông

hạn chế và điều chế bạc cao........................................................54
2.3. Ánh hưởng của mơi trường truyền sóng
lên truyền dẫn không dày băng rộng......................................... 59
2.4. Cân bàng chống phađinh chọn lọc tần số.................................. 65
2.5. Truyền dẫn đa sóng mang cho không dây bãng rộng............... 72
2.6. Tồng k ế t .......................................................................................77
2.7. Câu hói.........................................................................................78


Chương 3. OFDMA và SC-FDMA của LTE..........................................79
3.1. Mở đ ầ u .......................................................................................... 80
3.2. Tóm tắt ngun lý OFDM............................................................81
3.3. ước tính kênh và các ký hiệu tham khảo...................................91
3.4. Mã hóa kênh và phân tập tẩn sổ trong truyền dẫn O F D M .... 93
3.5. Lựa chọn các thông số OFDM cơ s ở ......................................... 95
3.6. Ảnh hưởng của thay đổi mức công suất tức th ờ i..................... 98
3.7. Sử dụng OFDM cho ghép kênh và đa truy nhập...................... 99
3.8. Phát quảng bá và đa phương trong nhiều ô và OFDM.........102
3.9. Nguyên lý truyền dẫn DFTS-OFDM........................................105
3.10. Tổng quan SC-PDMA.............................................................. 114
3.11. Sắp xếp sóng mang con

SC-PDMA.................................... 119

3.12. Trình bày các tín hiệu SC-PDMA trong miền thời gian. ... 121
3.13. Tổng k ế t .....................................................................................125
3.14. Câu h ỏ i ....................................................................................... 125
Chương 4. Kỹ thuật đa anten...................................................................127
4.1. Các cấu hình đa anten ............................................................. 127
4.2. Các lợi ích của sử dụng các kỹ thuật đa anten...................... 129

4.3. Đa anten t h u .............................................................................. 129
4.4. Đa anten phát............................................................................. 130

4.5. Ghép kênh không g ia n ............................................................... 146
4.6. Tổng k ế t ....................................................................................... 155
4.7. Câu hỏ i........................................... ..............................................155
Chương 5. Lập biểu, thích ứng đường truyền
và yêu cầu phát lại tự động lai ghép................................157
5.1. Mở đ ầ u ................. :....................... ............................................ 157
5.2. Thích ứng đường truyền: điều khiển công suất
và tốc độ số liệu........................................................................159


5.3. Lập biểu phụ thuộc kênh............................................................ 161
5.4. Các sơ đồ phát lại tiên tiến.........................................................176
5.5. Yêu cầu phát lại tir động lai ghép với kết hợp m ề m ...............177
5.6. Tổng k ế t ...................................................................................... 182
5.7. Câu h ỏ i ........................................................................................ 183
Chương 6. HSDPA..................................................................................... 185
6.1. Tống q u a n ...................................................................................186
6.2. H S-D SC H ................................................................................... 191
6.3. MAC-hs và xứ lý lớp vật l ý ....................................................200
6.4. Luồng số liệu.............................................................................. 204
6.5. Điều chế bậc c a o ........................................................................206
6.6. Lập biểu và thíchứng đường truyền..........................................208
6.7. HARQ với kết hợp mềm............................................................215
6.8. CQI và các phương tiện đánh giá chất lượng khung khác ....230
6.9. Cấu trúc các kênh báo hiệu củaHSDPA..................................235
6.10. HSDPA M IM O........................................................................248
6.11. Các thù tục lớp vật lý cúaHSDPA...........................................254

6.12. Di động......................................................................................257
6.13. Các thể loại U E ........................................................................259
6.14. Tổng kết ...................................................................................261
6.15. Câu h ỏ i ......................................................................................263
Chương 7. Truy nhập gói đưịìig lên tốc độ cao HSUPA..................265
7.1. Tổng q u a n .................................................................................. 266
7.2. E-DCH .......................................................................................272
7.3. MAC-e và xử lý lớp vật lý .........................................................281
7.4. Luồng số liệu..............................................................................286
7.5. Lập biểu...................................................................................... 287
7.6. HARQ với kết hợpmềm...........................................................298


7.7. Báo hiệu điều khiển.................................................................... 314
7.8. Thù tục lớp vật l ý ....................................................................... 327
7.9. Di động........................................................................................ 329
7.10. Các thể loại U E ......................................................................... 331
7.11. Tổng k ế t .....................................................................................331
7.12. Câu h ỏ i.......................................................................................333
Chương 8. Quản lý tài nguyên vô tuyến................................................ 335
8.1. Tổng quản quản lý tài nguyên vô tuyến của HSDPA.............336
8.2. Các giải thuật RNC cho HSDPA.............................................. 337
8.3. Các giải thuật nút B cho HSDPA.............................................. 352
8.4. Tổng quan quản lý tài nguyên vô tuyến HSUPA.................. 365
8.5. Các giải thuật RNC cho HSUPA.............................................. 366
8.6. Các giải thuật nút B cho HSUPA.............................................. 370
8.7. Tổng k ế t .......................................................................................372
8.8. Câu h ỏ i ......................................................................................... 372
Chương 9. VoIP trong H SPA .................................................................. 375
9.1. Động lực V o IP ............................................................................376

9.2. Nén tiêu đ ề .................................................................................. 378
9.3. VoIP trong HSPA........................................................................379
9.4. Tổng k ế t .......................................................................................388
9.5. Câu h ỏ i .........................................................................................389
Chương 10. Các dịch vụ quảng bá/đa phương, đa phương tiện
và kết nổi gói liên tụ c ............................................................ 391
10.1. Tổng quan M B M S ................................................................... 392
10.2. Các kênh cho MBMS............................................................... 402
10.3. Kết nổi gói liên tục................................................................... 406
10.4. Tổng k ế t .................................................................................... 417
10.5. Câu h ỏ i .......................................................................................418


Chuvng 11. Các mục tiêu thiết kế LTE và S A E .................................. 419
11.1. Các mục tiêu thiết kế L T E ....................................................... 420
11.2. Các mục tiêu thiết kế SA E....................................................... 430
11.3. Tổng k ế t .....................................................................................434
11.4. Câu h ỏ i....................................................................................... 435
Chưotig 12. Truy nhập vô tuyến
và kiến trúc giao diện vô tuyến L T E ..................................437
12.1 .Tổng quan truy nhập vô tuyến LTE........................................438
12.2. Kiến trúc giao thức L T E .......................................................... 449
12.3. Điều khiển liên kết vô tuyến (RLC).........................................451
12.4. Điều khiển truy nhập môi trường (MAC)..............................453
12.5. Lớp v ậ t l ý ( P H Y ) ......................................................................465
12.6. Các trạng thái LTE................................................................... 468
12.7. Luồng số liệu............................................................................. 470
12.8. Tổng k ế t ..................................................................................... 471
12.9. Câu h ỏ i .......................................................................................472
Chương 13. Lửp vật lý LTE......................................................................473

13.1. Cấu trúc tổng thể miền thòi gian..............................................473
13.2. Sơ đồ truyền dẫn đường xuống............................................... 476
13.3. Sơ đồ truyền dẫn đường lèn.....................................................502
13 4. Tổng k ế t ..................................................................................... 521
13 5. Câu h ỏ i.......................................................................................522
Chirơng 14. Các thủ tục truy nhập L T E ................................................523
14.1. Tìm ơ .......................................................................................... 523
14.2. Truy nhập ngẫu nhiên............................................................... 529
14.3. Tìm gọi.......................................................................................539
14.4. Tổng k ế t .................................................................................... 540
14.5. Câu h ỏ i....................................................................................... 541


Chương 15. Phát triển kiến trúc hệ thống, SA E .................................. 543
15.1. Phân chia chức năng giữa mạng truy nhập vô tuyến
và mạng l õ i ................................................................................544
15.2. Mạng truy nhập vô tuyến HSPA/WCDMA và L T E ............548
15.3. Kiến trúc mạng lòi..................................................................... 558
15.4. Tổng k ế t ..................................................................................... 568
15.5. Câu h ỏ i ........................................................................................568
Chương 16. Hiệu năng và quỹ đường truyền của HSPA và LTE .571
16.1. Đánh giá hiệu năng.................................................................... 571
16.2. Đánh giá hiệu năng của phát triển 3G và LTE dựa trên
mô phỏng tĩnh............................................................................573
16.3. Đánh giả LTE trong 3GPP dựa trên mơ phịng động............588
16.4. Quỳ đường truyền H S P A .......................................................593
16.5. Quỳ đường truyền LTE............................................................ 598
16.6. Tổng k ế t .....................................................................................602
16.7. Câu h ó i........................................................................................602
Phụ lục ....................................................................................................... 605

Thuật n g ữ vỉếí tắt.......................................................................................623
Tài liệu tham k h ả o .................................................................................... 633


C h ư on g 1

TỔNG QUAN KẾ HOẠCH
NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN 3G, LTE
TRONG 3GPP VÀ LỘ TRÌNH TIÊN LÊN 4G

Các hệ thống thông tin di động 3G (gọi tắt là 3G) đã được triển
khai tại nhiều nước trên thế giới. 30"^ đang được Iriển khai và 4G được
nghiên cứu để được một chuẩn chung. Lộ trình phát triển từ 3G lên 4G
cùa 3GPP là một lộ trình dài hạn và có vị thế áp đảo trong xu thế cạnh
tranh của các công nghệ thông tin di động băng rộng.
Các chủ đề được trình bày trong chưong này bao gồm:
- Q trình tiêu chuẩn hóa WCDMA/HSPA trong 3GPP Kế hoạch
nghiên cửu phát triển LTE
- IMT-Advanced là lộ trinh tiến lên 4G
- Tổng quan truy nhập gói tốc độ cao [ISPA
- Tổng quan Ỉ .TE
- Kiến trúc mơ hình LTE
Mục đích chương nhằm cung cấp cho bạn đọc thông tin về các hoạt
động nghiên cứu và phát triển (R&D) 3G và lộ trình lẽn 4G đang được
tiến hành trong 3GPP và biết được một số công nghệ triên vọng cho 4G
khác như WiMAX (Về WiMAX bạn đọc có thể xem thêm tài liệu tham
khảo ‘WiMAX' cúa Học viện Công nghệ Buxi chính Viễn thơng).
Để hiểu được chương này, bạn đọc cần đọc kỳ nội dung, tham
khảo thêm các giáo trình [1]. [9], [10], [11), [12], [14], [15], [16] và
trả lời các câu hòi cuối chương.

14

Giáo trình Lộ trình phút Iriên ihơnịỉ lin di độnịĩ iG ’ lé n Kì

1.1. MỞ ĐÀU
Chương này sẽ trinh bày các hoạt động nghiên cứu và phát trièii
(R&D) 3G và lộ trình lên 4G đang được tiến hành trong 3GI’P - là tố
chức quốc tế chịu trách nhiệm cho việc phát triển và hài hòa các liêu
chuẩn được phát hành của UMTS UTRA (WCDMA và TD-SDMA).
Quá trình nghiên cứu phát triền ƯMTS lên 3G phát triên và tién dần
đến 4G là việc đưa ra công nghệ HSPA (High Speed Packei Access;
đa truy nhập gói tổc độ cao) và LTE (Long Term Evolulion: phát triên
dài hạn) cho phần vô tuyến và SAE (System Architecture Evolution:
phát triển kiến trúc hệ thống) cho phần mạng.
Hiện nav UMTS đã và đang triền khai trên thế giới. 3GPÍ’ đã tiến
hành nghiên cứu để cải thiện hiệu năng của UMTS bàng việc dưa ra
các phát hành R5, R6 và R7 với các tính năng như HSDPA. HSUPA
và MBMS. Mục tiêu cùa LTE là nghiên cứu phát triến hiệu năna hệ
thống sau R6 RAN để có thế triến khai vào năm 2010. Các nghiên cứu
cùa LTE nhàm giám giá thành, tăng cường hỗ trợ cho các dịch vụ lợi
nhuận cao và cải thiện khai thác bảo dưỡng cũng như cung cấp dịch
vụ. Để đạt được các mục tiêu này cần đưa ra một công nghệ vô luycn
tiềm năng mới cho phép nâng cao hiệu suất phổ tần, thông lượng
người sử dụng và giảm thời gian trễ. Ngồi ra cũng cần nghiên cím íiề
giảm độ phức tạp cùa hệ thống (nhất là đối với các giao diện) và
quản lý tài nguyên vô tuyến hiện quà đế dề dàng triến khai và khai
ihác hệ ihống.
1.2. QUÁ TRÌNH TIÊU CHliÁN HÓA WCDMA>1ỈSPA TRONG 3CPP

1.2.1. 3GPP
3GPP được giao trách nhiệm tiến hành cơng tác tiêu chn hóa
HSPA. Trước đó tổ chức quốc tế nàv đã được giao nhiệm vụ tiêu
chuẩn hóa cho WCDMA. Hoạt động tiêu chuân hỏa cho
WCDMA/HSPA của tổ chức này từ năm 1999 đến năm 2006 được
tổng kết theo thời gian đưa ra các phát hành trên hình 1.1.


Chương I : Tơrìg quan kê hoạch nghiên cimphát triên 3G , ...

15

a) Lộ trình ỗưa ra các phát hành trong 3GPP
hàníì 1999
(R3), 12/99

Phát hành 4
(R4) 03/01

Phấi hành 5
(R5) 03/02

Phát hầnh 6
(RS) 12/04

r / v ^ T
2001

2000

Thương mai

2002

2003

j 2004

Phái hánh 7
(R7) 09/06

A

1 2005

2006
3GPP R5

3GPP R3

Phát hdnh 8

(R8)

^

2007

2008

3GPP R6

Các phát hành
bẽptheo

2009

1 2010

3GPP R7

1

3GPP R8

b) Lộ trình tảng tốc độ truyền sổ liệu trong các phát hành của 3GPP
3GPP R99 {R3)

3GPP R5

3GPP R6

ỏộ
14.4Mbiưs

14.4Mbiưs
0.4Mbiưs

I

3GPP R7

3GPP R8

28,8Mbiưs*

LTE: 100Mbil/s
HSPA; 42MbiVs**
LTE: 50Mbit/s

5,7Mbíưs
0.4Mbiưs

\é('

0.4Mbit/s
tõ c

' Vởi giá thiẽt 2x2MIMO cùng với 16QAM
•* Với già thiẽt 2x2 MIMO cùng với 64QAM

Hình ỉ. 1. Lộ trĩnh nghiên cim phát triển trong 3GPP
Mốc phát triển đầu tiên cho WCDMA đã đạt được vào cuối năm
1999 khi phát hành 1999 (R3) được cơng bố chứa đựng tồn bộ các
đặc tả WCDMA. Phát hành R4 được đưa ra sau đó vào đầu năm 2001.
Tiếp theo là phát hành R5 được đưa ra vào năm 2002 và R6 vào năm
2004. Phát hành R7 được đưa ra vào nửa cuối của năm 2006. 3GPP
kic đầu có bốn nhóm đặc tả kỳ thuật khác nhau (TSG: Technical
Specifícations Group) và sau đó là năm nhóm chuyển từ các hoạt động
GSM/EDGE vào 3GPP. Sau khi cơ cấu lại vào năm 2005, quay lại cịn

bốn nhóm TSG (hình 1.2) sau đây;
-

TSG RAN (Radio Access Netvvork: mạng truy nhập vô tuyến).

r S G RAN tập trung lên giao diện vô tuyến và các giao diện bên trong
giữa các trạm thu phát gốc (BTS)/các bộ điều khiển mạng vô tuyến
(RNC) cũng như giao diện giữa RNC và mạng lõi. TSG RAN chịu
trách nhiệm cho các tiêu chuẩn HSDPA và HSUPA


Giảo trình Lộ trình phát triến thơng tin di độrĩỊỉ 3G lên 4G

16

- TSG CT (lõi và các đầu cuối). TSG CT tập trung lên các vấn đề
mạng lõi cũng như báo hiệu giữa mạng lõi và các đầu cuối
- TSG SA (dịch vụ và kiến trúc hệ thống). TSG SA tập trung lên
các dịch vụ và kiến trúc hệ thống tổng thể
- TSG GERAN (GSM/EDGE RAN). TSG RAN tập trung lên các
vấn đề

về RAN

nhưng cho giao

diện vơ

tuyến

dựa trên

GSM/GPRS/EDGE.

Các nhóm cơng tác (WG)

Hình 1.2. Cẩu trúc 3GPP
Dưới TSG là các nhóm cơng tác (WG: Working Group), tại đây
cơng tác nghiên cứu kỳ thuật thực sự được tiến hành. Chẳng hạn dưới
TSG RAN, nơi nghiên cứu HSDPA và HSUPA, cỏ năm nhỏm công
tác sau đây:
- TS RAN WG1: chịu trách nhiệm cho các khía cạnh về lớp vật lý
- TS RAN WG2: chịu trách nhiệm cho các khía cạnh lớp 2 và lớp 3
- TSG WG3: chịu trách nhiệm cho các giao diện bên trong RAN
- TSG RAN WG4: chịu trách nhiệm cho các yêu cầu về hiệu năng
và vô tuyến
- TSG RAN WG5: chịu trách nhiệm cho kiểm tra đầu cuối.


Chưcng 1: Tơng quan ké hoạch nghiên cứu phủ! íriên 3G,...

17

Các thành viên của 3GPP gồm các đổi tác có tồ chức. Các hãng
cá n^ân phài là thành viên cùa một trong các đổi tác có tố chức và dựa
trên :ổ chức này họ có quyền tham gia vào hoạt động cùa 3GPP. Dưới
đây li các đối tác có tổ chức hiện nay:
■Liên minh các giái pháp công nghệ viễn thơng ÍATIS) từ Mỹ
• Viện Tiêu chuẩn viễn thơng châu Âu (ETSI) từ châu Âu
■ Liên hiệp các tiêu chuẩn thông tin Trung Quốc (CCSA) từ

Trunz Quốc
- Liên hiệp giới công nghiệp và kinh doanh vô tuyến (ARIB) từ
Nhật Bán
- ủ y ban công nghệ viễn thông (TTC) từ Nhật Bản
- Liên hiệp công nghệ viễn thông (TTA) từ Hàn Ọuổc
3GPP lạo lập nội dung kỹ thuật của các đặc tả. nhưng chính các
đổi tíC có tổ chức sẽ cơng bố cơng việc này. Điều này cho phép có
được các tập đặc tả giống nhau tại tất cả các vùng trên thế giới và vì
thế đam bảo phổ biến trên tất cả các lục địa. Ngồi các đối tác có tổ
chức, cịn có các đối tác được gọi là đại diện thị trường như ƯMTS
Forun, là bộ phận của 3GPP.
Công tac trong 3GPP được xây dựng xung quanh các danh mục
công tác (nghiên cứu), thông qua các thay đổi nhỏ được đưa ra trực
tiếp nliư 'các yêu cầu' thay đổi đối với đặc tả. Dổi vứi các danh mục
lớn hơn, thòng thường nghiên cứu khả thi được thực hiện trước khi
tiến đến các thay đổi thực tế đối với các đặc tả.
1.2.2. Chuẩn hóa HSDPA trong 3GPP
K-hi phat hành R3 hoàn thành, HSDPA và HSUPA vẫn chưa được
đưa vào kế hoạch nghiên cứu. Trong năm 2000, khi thực hiện hiệu
chinh WCDMA và nghiên cứu R4 kể cả TD-SCDMA, người ta nhận
thấy ràng cần có một sổ cải thiện cho truy nhập gói. Để cho phép phát
triển này, nghiên cứu khả thi (danh mục nghiên cứu) cho HSDPA
được khởi đầu vào tháng 3 năm 200Ợ^
T R U N G T Ẩ M T H Ò N G TIN THƯ V IỆ N

íâ S L ^


18

Giáo trình Lộ trình phái triến ihơnịỉ tin di động 3G lên 4‘G

theo các nguyên tấc cùa 3GPP (phải có ít nhất bốn hãng ùng hộ), c ác
hãng ùng hộ khởi đầu nghiên cứu HSDPA gồm Motorola và Nokãa
thuộc phía các nhà bán máy và BT/Cellnet, T-Mobile và
NTTDoCoMo thuộc phía các nhà khai thác.
Nghiên cứu khá thi đă kết thúc tại phiên họp toàn thể TSG RA»N
và kết luận ràng các giải pháp được nghiên cứu cho thấy có lợi. Trong
danh mục nghiên cứu HSDPA này có các vấn đề được nghiên cứu để
cài thiện truyền dẫn sổ liệu gói đưÒTig xuống so với các đặc tả R3. c ác
chuyên đề như phát lại lớp vật lý và iập biếu dựa trên BTS đã đư<ợc
nghiên cứu cùng với mã hóa và điều chế thích ứng. Nghiên cứu cũng
bao hàm cả một sổ nghiên cứu về công nghệ phát thu nhiều anten durới
tiêu đề “Nhiều đầu vào nhiều đầu ra” (MIMO) cùng với chọn ơ nhanh
(FCS: Fast Cell Selection).
Vì nghiên cứu khả thi cho thẩy có thể đạt được cải thiện đáng kể
với mức độ phức tạp hợp lý, nên rõ ràng là cần tiếp tục danh mục
nghiên cứu thực tế để phát triển các đặc tà. Sau khi danh mục công tác
này đã được thiết lập, phạm vi công tác này vẫn tuân theo danh mục
nghiên cứu nhưng MIMO được lấy ra thành một danh mục nghiên cứu
riêng và nghiên cứu khả thi FCS cũng được bắt đầu độc lập. Danh
mục nghiên cứu HSDPA được nhiều nhà bán máy ủng hộ hơn và danh
mục nghiên cứu thực tế này đà nhận được sự ùng hộ từ các nhà bán
máy lớn như Motorola, Nokia và Ericsson. Trong quá trình nghiên
cứu, tất nhiên con số các hăng đóng góp kỹ thuậi cho q Irình này
cịn lớn hơn nhiều. Một năm sau, đặc tả HSDPA R5 được phát hành.
Tất nhiên vẫn cịn có các hiệu chỉnh cho HSDPA, nhung những chức
năng lõi đã có trong các đặc tả lớp vật lý. Nghiên cứu một phần bị
chậm lại do các hoạt động hiệu chinh song song cần thiết cho các đầu
cuối và mạng R3 đang được triển khai. Nhất là đối với các khía cạnh

giao thức, các kiểm tra kỹ lưởng được thực hiện để phát hiện các chi
tiết cần hiệu chinh và làm rỗ nghĩa các đặc tà và đây là trường hợp đối
với các thiết bị R3 trước khi bắt đầu các hoạt động thương mại tại
châu Âu vào nửa cuối của năm 2002. Nghiên cứu các bộ phận cùa


ChưrníỊ I : TƠHÍỈ quan ké hoạch nịịhiên cứu phái Iricn 3 (ì....

19

giao thức IISDPA chicm nhiều ihới aian nhất, ironu dó imhicMi cứu
tư(yiiỊ ihích nmrợc dược bẩi clẩu vào tháne 3 năm 2004.
! roim sổ các ch u \ê n dồ khác liên quan dcn HSD1’A. danh mục
nghièn cửu MI MO khơng hồn thành trong chương trình khung ihừi
gian cua R5 và R6. Người ta \ ẫn tranh luận xem có xứng dáng dưa nó
vào hệ thống hay khơng và dây là chuyên đề nam trong danh sách các
chuyìn dề cua R7. Nghiên cứu kha thi dối với FCS đã kếl luận rằng
lợi ích nhận đirợc lừ nỏ khỏnc đána kê so với sự tăriR thêm dộ phức
tạp \1 thế sau khi nchiC'n cứu nà\ khép lại khòna cỏ danh mục nghiên
cứu lào dưực dưa ra cho FCS. ỉ'rone khi lập trung lên FDÍ) (ghép
song cỏnu phân chia theo tần số). 'Í DD (tihép song cơng phàn chia
theo thời gian) cũnu dược dưa \ ào danh mục nuhiên cửu HSDPA kê
cà CcC íiiai pháp Iirơnii lự irona cá hai che dộ TDD (TDD bănu hẹp
và bảna rộnu).
1.2.3. Chuẩn hóa HSUPA trong 3GPP
Mặc dù HSUPA là thuậl ngừ dược sư dụng rộng rãi trên thị
trườru. tronii quá trinh chuàn hóa HSUPA thuật neữ này dược sư
dụng dưới cái lên 'kênh riêng đường lèn lăng cường' (F:-DCH:
Enhanced Uplink Dedicated Channel). Nghiên cứu đirợc tiến hành
trong giai doạn hiệu chinh HSDPA và được bất dầu bàng danh mục

nghién cứu về 7ă;?ẹ cườnẹ đường lên cho các kênh iruỵên tai' vào
tháng 9 năm 2002. Từ phía các nhà bán máy. Motorola, Nokia và
bricsson là các hãng ung hộ khơi xướng nghiên cứu cho vấn đề này
trong 3GPP.
Các k< thuậl dược nghiên cứu cho iỉSUPA (H-I)CH) bao gồm
(xem hình 1.3);
- HARỌ lớp vậl lý nhanh cho đường lên
- Lập bicu nhanli đường lên dựa trên nút B
- Dộ dai thời gian truyền dẫn (TTI) đường lèn ngắn hơn
- 'I hiết lập TTl nhcinh


20

(iiáo (rình Lộ trình phá! Iriỡn ihótiị> lin íìi iíộtĩíỉ .Ui lừn 4
Hình 1.3. Cóc kỹ thuật được xem xét nghiên cihi cho HSUPA
Sau một thời gian nghiên cứu dài và chi tiếl. báo cáo kết qua
nghiên cứu đã làm sáng tó các lợi ích cua các kỹ thuật được nghiên
cứu. Báo cáo cho thấv ràng khịne cỏ lợi ích tiềm nănu khi sư dụng
điêu chế bậc cao trên dưÌTns lên vì thế diều chế thích ứn£ dã khơng
được đưa vào danh mục nghiên cứu thực tế.
Danh mục nghiên cứu nà\ được kết thúc vào tháng ba năm 2004
với khuyến nghị việc bẩl đầu danh mục nghiên cứu tronu 3(ÌP1’ dê đạc
tà HARỌ lớp vật lý nhanh và cơ chế !ộp biêu dựa trên núl B cho
đưtmg lên cũng như độ dài T'ri ngắn han, Ngoài ra ccr chế thiết lạp
các kênh DCH nhanh hơn không được đưa vào khuvến nghị này,
nhưng các vấn dề nà\ đã dược đề cập trong các danh mục nghiên cửu
khác đối với phái hành 3GPP R6 dựa trên các kết qua nhận dược trong
giai đoạn danh mục nahicn cửu nàv. Hình 1.4 cho thấ\ các kỹ thuật

được chọn cho danh mục nghiên cứu HSUPA.
3GPP bất đầu danh mục nghiên cứu 'đường lên tăng cường FPD '
đề đặc tả các tính năng cua HSUPA theo khuyến ntihị cua báo cáo.
Trong thời gian này nghiên cứu TDD chưa được tiến hành, nhưng nó
sẽ được nghiên cứu trong kế hoạch R7.


Chiany, I : Tỏnịỉ quan ké hoụch lìịỉhiứn cứu phủi iriên 3(i . ...

21

Hình ỉ. 4. Các kỳ thuật được lựa chọn
cho danh mục nghiên cứu HSUPA
Lo nchiên cứu nền tang chi tiết và tốt đã dược thực hiện trong
thời gan nghiên cứu 18 iháng. cũng như khơng cịn bận với công tác
hiệu diinh các phát hành trước, các đặc ta được phái triển nhanh và
phiên ban tính năng dâu tiên dã dưực đưa ra cho các đặc ta lõi vào
tháng 12 năm 2004. Phiên ban này vẫn chưa phai là phiên bán hồn
thiện cuối cùng, nhưng nó chứa các chức năng then chốt và trên cư sở
các cKrc năng này có thê tiếp tục tiến hành nghiên cửu hiệu chinh và
hoàn tiiện chi tiếi.

H hh Ị. 5. Vi dụ ve cỊiiá trình tiêu chn hóa HSUPA trong 3GPP


22

(ìiúo ninh Lộ írinli phái iricn iliõiiỊỊ ĩin ili cIõhị; .ù / ìi’n 4( i
I h á n u 3 n ă m 2 0 0 5 . d a n h m ụ c t m h i ẽ n c ử u Iià \ d ã c h i n h t h ứ c d ư ợ c '

hồn lliiện ch(.) các dặc ta chức nãnu. nehìa lủ dà có ihơ cliu\êii sanu hiệu
chinh tính nănu này. Trong các ihána cỏn lại cua nãin 2005 cac \ãn dè
đ è mơ. cũng nhir các yèu cầu hiệu năim dã dirực hồn ihiộn. \'i dụ \ e
q trình tiêu chuân hóa cho HSUPA dirực minli họa trên hinh 1.5.
Bước cuối cùng cho HSUPA là hồn tliiện tinrng thích HLÍUỢC cho uiao
thức. Diều nà\ sẽ cho phép ihiêl lập niẫu chuàn cho các tliici hị sò dược
dưa vào tliị trưcmg. l ’heo kế hoạch, quá trình nà\ dược liên ỉiànli \ào
thána 3 năm 2005. sau khi \ iộc xeni xéi ASN.l dà kêt thúc (ASN.l là
ngôn ngừ mã hỏa ban tin eiac) tliửc dược sư dụng tronií mội sỏ uiao thức
cua 3CìPí’).
1.2.4. Phát triển tăng ciiịng của HSUPA và HSDPA
rrontỉ khi ilSUPA danạ dược đậc la. \ ần có các ngliiôn cứu phát
iriên đê cai thiện R6 MSDPA cũnti như một số lĩnh \ ực khác, như;
- Đặc tá hiệu năng cho các dầu cuối tiên lién hơn sư dụng phàn
tập thu và (hoặc) các máy thu tiên tiến
- Cải thiện tầm phủ sóng đưcmg ItMi bằnti cách sư dụng báo hiệu
phan hôi đưừng lcMi
- Các cai thiện irong lĩnh vực di dộng cua IISDPA bầiig bát) hiệu
nhanh hơn và thừi aian xư lý ngắn liơn,
MỘI danh mục nahiên cứu với tên là 'kêt nơi liên ÍIIC cho nhữnịĩ
n^ười sử dụníỉ số liệu ụ ì i ' dã dược định nghĩa cho R7 \ ới mục dích
giátn chi phí trong các thời gian phục \ ụ và duy iri liC'n két nhưng
khơng có luồng số liệu liên tục cần thiếi. MỘI ví dụ cho kiêu dịch vụ
này là dịch vụ ihoại irên cơ so gói với tên gọi phơ biến là \ 'o ll’.
Danh mục nghiên cứu MIMO \ần tiếp tục dược liến hành \ới
nhiều đề xuất, Ngu\èn Iv ihcn chối là có hai (hu> nhicLi) anten phát
với các luồng thơng tin khác nhau \ à sau dó sư dụng hai ha> nhiều
anten kết hợp với \ ừ lý tín hiệu tiên liến tại dầu cuối dê pliân tách các
luồng này như minh họa trên hình 1.6.

c 'ha>VỊỊ I: Tôny, quan kẻ hoạch nịỉhiùn cứu phiu iriàn 3(i. ...

23

I hách ihức cliu Nốu la pliai chửng minh răim liệu có nhận dược
tăriỊ dộ lại dáng kê S(1 dộ lợi nhận dược lừ các cai ihiện hiệu năng
iroig R6 \ à các giai pliáp cai ihiộn dunu lượnc hiện có hànu cách bơ
surg Ihèm má_\ phái - chăne liạn chu\C'n lir cấu hinh ha doạn ô sarm
cắL hìnli sáu doạn ơ. Các kcl luận tninu 3(ìi*I* ehd dến tliời diêm nà\
chi là irong mơi Irườiiíi ơ vì mõ. IISDPA \ới MIMO có ve khơntỉ
maig lại lợi icli \ c dung krợng S(1 \ ói trườtm hợp thu phân tập \ à niá\
ihulièn tiến tại dầu cuối. Vi ihế ihách ihức nà\ \ần còn liếp lục được
\ c n xót Irong R7 \ à eac phái hanh ticp ihco. Nuliiên cứu sẽ hướng
dèi các ỏ nho hơn (các ô \ i mô).

PA: Bộ khuêch đại công suât

Hinh Lố. NíỊỊin lý M I MO vói hai atỉíen phát và hai anten thu
Các danh mục \'àn danu được nghiên cứu cho IISỈ)l’A hoặc
HS
gồm vấn dồ về giám trỗ thiết lập cuộc gọi chuyên mạch gỏi
(PS) \ à chu\ên mạcli kênh (C'S) nhàm rút ngán thời gian cần thiết dé
cluvến từ Irạng thái rồi vào trạnu thái lích cực (Ccll_I)C'l 1). Vi hầu
hêtjác bước tronti WCI)MA sẽ \ an tíiừ ntiuvên kliôrm liên quan dến
cucỊ' iỉọi c s ha\ [’S. nên các cai thiện nà\ mang lại lợi ich cho ca
11S)1\\ 1ỉ s r i ^ \ lần ihiếi lập cuộc íỉọi thoại bình llurờng. Dầu tièn
nuhC'11 cứu dã tập trunu lên xác dịnh cách thức cai thiện ihiêt lập cuộc
gọilhoại R3 \ à dồnu thòi tiến lới sư dụtm các phưưtm pháp có thê áp
dụnz được ciio các ihiốt bị hiện cỏ. Sau dỏ neliiên cứu chuyòn sang

Cìiáo ninh Lộ trình phút iriên lhơfiỊi tin di líộHỊỊ 3 (r lún 4(

24

các cai thiện lớn hơn không sư dụng dược cho các ihiõt hị hiện có
nhưnti tiêm năng hơn vì các dầu cuối sẽ ihay dơi. Nahĩa là các thiêl bị
có kha nâng R7 sẽ nhận được ihèm các cai thiện irong hàu hêt các
trưcmg hcĩp. Phát irièn HSPA trong F^7 (còn gọi là Ỉ1SI’A ' ) dà đưa đến
tốc độ 28Mbit/s cực dại đối với dườniỉ XLiốna và 11 Mbii s cực đại đôi
với dường lên.
1.3. KÉ HOẠCH NGHIÊN

cử u

PHÁT TRIẼN LTE

Nghiên cứu phát triên tiêu chuấn I.TE được liến hành irone các
E-UTRAN TSG (Technical Spcciíìcation Group: nhóm dặc Ui kỹ
thuật). Trong các cuộc họp của RAN TSG chi có một vài \ ấ n dè kỹ
thuậl là được tán thành. Thậm chí trong các cuộc họp sau cúc van đề
này vẫn được xem xél lại. 3GPP đã vạch ra kế hoạch làm \ iệc chi liết
cho các nhỏm nghiên cứu TSG RAN. Lộ trình phát Iriên cua LTE gắn
liền với lộ trình phát triến cua 3CÌPP. Uinh 1.7 cho thấ\ lộ trình phát
triền cúa 3GPP.
R 9 9 (R 3 )
1 2 /1 9 9 9

R4

3 /2 0 0 1

- cs và PS
- Các kènh mang R3
-M M S
- Các dịch vụ định vị
- v.v

R5

'

3 /2 0 0 2

- C ác táng cường
- TD -SC D M A

- HSDPA

- v.v...

- IMS
- ĩ h o a i AMR-VVB

.

R6
5 /2 0 0 0 5

• v.v ,

1

V

R 7. R8 .

• Đường lén tâng
cường ÍE D C H )
-M B M S
- Tương tác
WLAN-1JMTS
- vv

-LTE
-SAE
• p tiá t tritến HSPA
- V V

Hình ì. 7. Lộ trình phát trién 3GPP
Các vấn đề nghiên cứu đirợc thực hiện trong hai 'l'SCi:
TSG RAN: Nghiên cứu tiêu chuân cho giao diện vô tuyén
TSCi SA: Nghiên cứu kiến trúc mạniì.
Kế hoạch nghiên cứu phát trién tiêu chuân LTK được cho rên
hình 1.8.


( 'hỉC(ì'v\:, / 1'ónỊ^ quan kớ lìoụclì nịihiẽn cửỉí phái iriờn 3 (i,...
,
'
Q uy^t dinh /êu t;6u

I------------

Q uyèl clinh sd đô da tiuy
nhàp. kièn Uuc RAN
■

2005

~yf~
/ 7

V2

_3_____ L _ / ZJ,

;
i

Quyét đinh phân chia
chức nang RAN-CN

......... Ị

Nghiẽn cUư tinh
\

k h a ih i LTE

Thòtig qua H-?
Hoan thánh giai doan 2 LJf,

------------- —
/

~

^

Quyẽi đinli chi tièl (]|
đơng và càu ttuc kénh

Ị ........ ........^
)

2006

:
i

X ....... ^

I Ngíirèn cứu linh
kha thi SAF.

V

25

]
ị

V

^ \

\

?.

-------------I

2007

__ ®

Thông qua TR
Hoan manh giạt đoan 2 SAE

............................. X ..........................................^
j _______^

_____ 1

Đac la ÍÕI

J

1____ ^
Ị
~

ỉlinlì l.Quá irình nuhiên cửu dược tiên hành tronu các nhóm rSG
3Cii’l*i.TỊ:.SAI- duới sự ciicu hành cua PC'Cì (Prọịcct CoDrdinaiion
( i r o u p : n h ó m dicLi p h o i d ỏ á n 3 C i l ’ P ) d ư ọ c CỈK1 i r ê n l ii n h 1.9.

ỉỉình ì. 9. Tỏ chức cua nhórn tliẻti phổi đẻ án 3GPP

......... '


26

Giáo Irìnlì Lộ ninh phát íriên íhỏny, lin di dịnụ i( 'r lùn 4CÌ

Như irơn hình 1.9 ta thấy IHXÌ diều hành hổn nỉiom TSCÌ (nhóm
đặc la kỹ thuật) sau: (1) SA {Services and Archilccturc: dịch vụ \ à hộ
thống). (2) C' [ (Corc Network and Terniinals: mạng iòi \ à các dầu
cuối). (3) (lERAN (CÌSM Í-IXÌH: mạng iru\ nhập võ tu>ốn (ÌSM
EDGE). (4) RAN (Radio Access Nctvvork; mạnt: iriiN nhập \ ơ n.ivến).
Hình 1.10 cho thấy các TR (báo cáo kỹ ihuật) dược thơnti qua
trong 3GPP.

o

O)
c
o

CM

15
<

ựi

ĩ

ẻ

õ
u CN ro
'ầ ừì
>
>
00
(0
00 JC 9 ■
3
ró c. á ưì
CSỈ V(D tí> JZ
ỌC b.
.1
h£Z
ro
0

i

£

ũ.

c o
o^
•5
3
'Ạ?
(N ^


u

u

V

_