Công nghệ lte cho mạng di động băng thông rộng

  • 138 trang
  • file: .pdf

đang tải dữ liệu....

Tài liệu bị giới hạn, để xem hết nội dung vui lòng tải về máy tính.

Tải xuống - 138 trang

Nội dung text: Công nghệ lte cho mạng di động băng thông rộng

LỜI MỞ ĐẦU
Thông tin di động ngày nay đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát
triển rất nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà khai thác. Sự phát triển của thị
trường viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu và triển khai các hệ
thống thông tin di động mới trong tương lai. Hệ thống di động thế hệ thứ hai, với GSM
và CDMA là những ví dụ điển hình đã phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia. Tuy
nhiên, thị trường viễn thông ngày càng mở rộng càng thể hiện rõ những hạn chế về
dung lượng và băng thông của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai. Sự ra đời
của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêu biểu như WCDMA
hay HSPA là một tất yếu để có thể đáp ứng được nhu cầu truy cập dữ liệu, âm thanh,
hình ảnh, xem phin HDTV với tốc độ cao.
Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ 2.5G hay 3G vẫn đang phát triển
không ngừng nhưng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đã bắt đầu tiến hành
triển khai thử nghiệm một chuẩn di động thế hệ mới có rất nhiều tiềm năng và có thể
sẽ trở thành chuẩn di động 4G trong tương lai, đó là LTE (Long Term Evolution). Các
cuộc thử nghiệm và trình diễn công nghệ LTE vừa qua đã chứng tỏ khả năng tuyệt vời
của công nghệ này và khả năng thương mại hóa LTE đã đến rất gần. Trước đây, muốn
truy cập dữ liệu, bạn phải cần có 1 đường dây cố định để kết nối. Trong tương lai
không xa với LTE, bạn có thể truy cập tất cả các dịch vụ mọi lúc mọi nơi trong khi vẫn
di chuyển như: xem phim chất lượng cao HDTV, điện thoại thấy hình, chơi game,
nghe nhạc trực tuyến, tải cơ sở dữ liệu… với một tốc độ “siêu tốc”. Đó chính là sự
khác biệt giữa mạng di động thế hệ thứ 3 (3G) và mạng di động thế hệ thứ tư (4G).
Tuy vẫn còn khá mới mẻ nhưng mạng di động băng rộng 4G đang được kỳ vọng sẽ tạo
ra nhiều thay đổi khác biệt so với những mạng di động hiện nay.
Xuất phát từ những vấn đề trên, em đã lựa chọn đồ án môn học của mình là:
“Công nghệ LTE cho mạng di động băng thông rộng”. Đề tài sẽ đi vào tìm hiểu tổng
quan về công nghệ LTE cũng như là những kỹ thuật và thành phần được sử dụng trong
công nghệ này để có thể hiểu rõ thêm về những tiềm năng hấp dẫn mà công nghệ này
sẽ mang lại.
Nội dung đề tài gồm 5 Chương:
Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LTE
Chương 2 TỔNG QUAN TRUY CẬP VÔ TUYẾN LTE
Chương 3 KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN LTE
Chương 4 LỚP VẬT LÝ LTE
Chương 5 CÁC THỦ TỤC TRUY CẬP LTE
Tuy nhiên, do LTE là công nghệ vẫn đang được nghiên cứu, phát triển và hoàn
thiện cũng như do những giới hạn về kiến thức của người trình bày nên đồ án này chưa
đề cập được hết các vấn đề của công nghệ LTE và không thể tránh khỏi những thiếu
sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của Thầy Cô và Các Bạn.
Sinh viên thực hiện
Trần Thanh Tuất
LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn Cô ThS Đào Thị Thu Thủy đã nhiệt tình chỉ dẫn đề
tài, Em cũng xin chân thành cảm ơn Các Thầy Cô trong Khoa đã truyền thụ kiến thức,
con cũng xin cảm ơn Bố Mẹ đã nuôi dưỡng và là điểm tựa tinh thần giúp con phấn
đấu. Xin chân thành cảm ơn các báo đài, tạp chí viễn thông quốc tế và trong nước… đã
cung cấp, hỗ trợ những tài liệu tham khảo quí giá.
Sinh viên thực hiện
Trần Thanh Tuất
NHẬN XÉT
(Của giảng viên hướng dẫn)
.............................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.................., Ngày … tháng … năm …
NHẬN XÉT
(Của giảng viên phản biện)
.............................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.................., Ngày … tháng … năm …
MỤC LỤC
NỘI DUNG TRANG
Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LTE...................................................1
1.1. Giới thiệu về công nghệ LTE ...............................................................................1
1.2. So sánh công nghệ LTE với công nghệ WiMax ...................................................2
1.3. Những triển vọng cho công nghệ LTE .................................................................6
1.4. Những yêu cầu của mục tiêu thiết kế LTE............................................................8
1.4.1. Tiềm năng công nghệ .......................................................................................8
1.4.2. Hiệu suất hệ thống ............................................................................................9
1.4.3. Các vấn đề liên quan đến việc triển khai ......................................................... 11
1.4.4. Kiến trúc và sự dịch chuyển............................................................................ 15
1.4.5. Quản lý tài nguyên vô tuyến ........................................................................... 15
1.4.6. Độ phức tạp .................................................................................................... 16
1.4.7. Những vấn đề chung....................................................................................... 16
Chương 2 TỔNG QUAN TRUY CẬP VÔ TUYẾN LTE .................................... 17
2.1. Hệ thống truyền dẫn: đường xuống OFDM và đường lên SC-FDMA................. 17
2.2. Hoạch định phụ thuộc kênh truyền và sự thích ứng tốc độ ................................. 18
2.2.1. Hoạch định đường xuống................................................................................ 20
2.2.2. Hoạch định đường lên..................................................................................... 21
2.2.3. Điều phối nhiễu liên tế bào ............................................................................. 21
2.3. ARQ hỗn hợp với việc kết hợp mềm.................................................................. 22
2.4. Sự hỗ trợ nhiều anten ......................................................................................... 23
2.5. Hỗ trợ Multicast và Broadcast............................................................................ 24
2.6. Tính linh hoạt phổ.............................................................................................. 25
2.6.1. Tính linh hoạt trong sắp xếp song công........................................................... 25
2.6.2. Tính linh hoạt trong băng tần hoạt động.......................................................... 26
2.6.3. Tính linh hoạt về băng thông .......................................................................... 27
Chương 3 KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN LTE ..................................... 28
3.1. Giới thiệu tổng quan .......................................................................................... 28
3.2. Điều khiển kết nối vô tuyến (RLC - Radio Link Control)................................... 30
3.3. Điều khiển truy nhập môi trường (MAC - Medium Access Control) .................. 32
3.3.1. Kênh logic và kênh truyền tải ......................................................................... 32
3.3.2. Hoạch định đường xuống................................................................................ 36
3.3.3. Hoạch định đường lên..................................................................................... 38
3.3.4. Hybrid ARQ ................................................................................................... 41
3.4. Lớp vật lý (PHY - Physical Layer)..................................................................... 45
3.5. Các trạng thái LTE............................................................................................. 48
3.6. Luồng dữ liệu..................................................................................................... 50
Chương 4 LỚP VẬT LÝ LTE............................................................................... 52
4.1. Kiến trúc miền thời gian toàn phần .................................................................... 52
4.2. Sơ đồ truyền dẫn đường xuống .......................................................................... 54
4.2.1. Tài nguyên vật lý đường xuống ...................................................................... 54
4.2.2. Các tín hiệu tham khảo đường xuống.............................................................. 60
4.2.2.1. Các chuỗi tín hiệu tham khảo và việc nhận diện tế bào lớp vật lý ................. 61
4.2.2.2. Nhảy tần tín hiệu tham khảo......................................................................... 62
4.2.2.3. Các tín hiệu tham khảo cho truyền dẫn đa anten........................................... 63
4.2.3. Xử lý kênh truyền tải đường xuống................................................................. 64
4.2.3.1. Chèn CRC.................................................................................................... 67
4.2.3.2. Mã hóa kênh ................................................................................................ 67
4.2.3.3. Chức năng Hybrid ARQ lớp vật lý ............................................................... 68
4.2.3.4. Ngẫu nhiên hóa mức bit ............................................................................... 68
4.2.3.5. Điều chế dữ liệu ........................................................................................... 70
4.2.3.6. Ánh xạ anten ................................................................................................ 70
4.2.3.7. Ánh xạ khối tài nguyên ................................................................................ 71
4.2.4. Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống........................................................ 72
4.2.5. Truyền dẫn nhiều anten đường xuống............................................................. 76
4.2.5.1. Hai anten mã hóa khối không gian - tần số ................................................... 77
4.2.5.2. Tạo dạng tia (Beam Forming) ...................................................................... 78
4.2.5.3. Ghép kênh không gian ................................................................................. 78
4.2.6. Multicast/Broadcast sử dụng MBFSN............................................................. 80
4.3. Sơ đồ truyền dẫn đường lên ............................................................................... 81
4.3.1. Tài nguyên vật lý đường lên ........................................................................... 81
4.3.2. Tín hiệu tham khảo đường lên ........................................................................ 86
4.3.2.1. Nhiều tín hiệu tham khảo ............................................................................. 90
4.3.2.2. Tín hiệu tham khảo cho việc dò kênh ........................................................... 90
4.3.3. Xử lý kênh truyền tải đường lên ..................................................................... 93
4.3.4. Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường lên............................................................. 94
4.3.5. Định thời sớm đường lên ................................................................................ 98
Chương 5 CÁC THỦ TỤC TRUY CẬP LTE..................................................... 101
5.1. Dò tìm tế bào (Cell Search).............................................................................. 101
5.1.1. Thủ tục dò tìm Cell....................................................................................... 101
5.1.2. Cấu trúc thời gian – tần số của các tín hiệu đồng bộ..................................... 103
5.1.3. Dò tìm Cell ban đầu và kế cận ...................................................................... 105
5.2. Truy cập ngẫu nhiên ........................................................................................ 106
5.2.1. Bước 1: Truyền dẫn Preamble truy cập ngẫu nhiên....................................... 108
5.2.2. Bước 2: Đáp ứng truy cập ngẫu nhiên........................................................... 113
5.2.3. Nhận dạng đầu cuối ...................................................................................... 114
5.2.4. Giải quyết tranh chấp.................................................................................... 115
5.3. Paging.............................................................................................................. 116
KẾT LUẬN ........................................................................................................... 118
CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT.............................................................. 119
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 126
DANH MỤC HÌNH VẼ
Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LTE
Hình 1.1: Kiến trúc của mạng LTE ............................................................................1
Hình 1.2: Lộ trình phát triển của LTE và các công nghệ khác ....................................3
Hình 1.3: Phân bố phổ băng tần lõi ở 2 GHz của nguyên bản IMT 2000 .................. 13
Hình 1.4: Một ví dụ về cách thức LTE thâm nhập từng bước ................................... 14
Chương 2 TỔNG QUAN TRUY CẬP VÔ TUYẾN LTE
Hình 2.1: Hoạch định phụ thuộc kênh trong miền thời gian và tần số....................... 20
Hình 2.2: Một ví dụ về điều phối nhiễu liên tế bào,.................................................. 21
Hình 2.3: FDD và TDD............................................................................................ 25
Chương 3 KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN LTE
Hình 3.1: Kiến trúc giao thức LTE (đường xuống)................................................... 29
Hình 3.2: Phân đoạn và hợp đoạn RLC .................................................................... 31
Hình 3.3: Ví dụ về sự ánh xạ các kênh logic lên các kênh truyền dẫn....................... 35
Hình 3.4: Việc lựa chọn định dạng truyền dẫn trong đường xuống và đường lên...... 39
Hình 3.5: Giao thức Hybrid ARQ đồng bộ và không đồng bộ .................................. 43
Hình 3.6: Nhiều tiến trình Hybrid ARQ song song................................................... 43
Hình 3.7: Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH ....................................... 46
Hình 3.8: Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho UL-SCH ....................................... 47
Hình 3.9: Các trạng thái LTE ................................................................................... 49
Hình 3.10: Một ví dụ về luồng dữ liệu LTE ............................................................. 51
Chương 4 LỚP VẬT LÝ LTE
Hình 4.1: Cấu trúc miền thời gian LTE .................................................................... 52
Hình 4.2: Các ví dụ về việc chỉ định khung phụ đường lên/đường xuống................. 54
Hình 4.3: Tài nguyên vật lý đường xuống LTE ........................................................ 55
Hình 4.4: Cấu trúc miền tần số đường xuống LTE ................................................... 56
Hình 4.5: Cấu trúc khung phụ và khe thời gian đường xuống LTE........................... 58
Hình 4.6: Khối tài nguyên đường xuống dành cho tiền tố chu trình bình thường...... 59
Hình 4.7: Cấu trúc tín hiệu tham khảo đường xuống LTE ....................................... 60
Hình 4.8: Cấu trúc tín hiệu tham khảo trong trường hợp truyền dẫn nhiều anten ...... 65
Hình 4.9: Xử lý kênh truyền tải đường xuống .......................................................... 66
Hình 4.10: Chèn CRC đường xuống ........................................................................ 66
Hình 4.11: Khối mã hóa Turbo LTE ........................................................................ 67
Hình 4.12: Chức năng Hybrid-ARQ lớp vật lý ......................................................... 69
Hình 4.13: Ngẫu nhiên hóa đường xuống................................................................. 69
Hình 4.14: Điều chế dữ liệu ..................................................................................... 70
Hình 4.15: Ánh xạ khối tài nguyên đường xuống ..................................................... 72
Hình 4.16: Chuỗi xử lý cho báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống ...................... 74
Hình 4.17: Lưới thời gian/tần số LTE ...................................................................... 74
Hình 4.18: Phần tử kênh điều khiển và các ứng cử kênh điều khiển ......................... 76
Hình 4.19: Ánh xạ anten LTE bao gồm ánh xạ lớp, tiếp theo là tiền mã hóa ............ 76
Hình 4.20: Hai anten mã hóa khối không gian - tần số ............................................. 77
Hình 4.21: Tạo dạng tia trong khung nhiều anten LTE............................................. 78
Hình 4.22: Ghép kênh không gian trong khung nhiều anten LTE ............................. 78
Hình 4.23: Các tín hiệu tham khảo chung tế bào và riêng tế bào .............................. 81
Hình 4.24: Kiến trúc cơ bản của truyền dẫn DFTS-OFDM ...................................... 82
Hình 4.25: Kiến trúc miền tần số đường lên LTE..................................................... 83
Hình 4.26: Khung phụ đường lên LTE và cấu trúc khe ............................................ 84
Hình 4.27: Cấp phát tài nguyên đường lên LTE ....................................................... 85
Hình 4.28: Nhảy tần đường lên ................................................................................ 86
Hình 4.29: Tín hiệu tham khảo đường lên được chèn vào trong khối thứ tư ............. 87
Hình 4.30: Sự hình thành tín hiệu tham khảo đường lên miền tần số ........................ 87
Hình 4.31: Phương pháp tạo ra tín hiệu tham khảo đường lên .................................. 89
Hình 4.32: Truyền dẫn các tín hiệu tham khảo dò kênh đường lên ........................... 92
Hình 4.33: Xử lý kênh truyền tải đường lên LTE ..................................................... 93
Hình 4.34: Ghép kênh dữ liệu và báo hiệu điều khiển đường lên L1/L2 ................... 96
Hình 4.35: Kiến trúc tài nguyên được sử dụng cho báo hiệu điều khiển L1/L2......... 97
Hình 4.36: Đề xuất định thời đường lên ................................................................. 100
Chương 5 CÁC THỦ TỤC TRUY CẬP LTE
Hình 5.1: Tín hiệu đồng bộ sơ cấp và thứ cấp ........................................................ 103
Hình 5.2: Việc phát tín hiệu đồng bộ trong miền tần số.......................................... 104
Hình 5.3: Tổng quan của thủ tục truy cập ngẫu nhiên............................................. 107
Hình 5.4: Nguyên lý của truyền dẫn Preamble truy cập ngẫu nhiên........................ 109
Hình 5.5: Định thời Preamble ở eNodeB cho người sử dụng.................................. 110
Hình 5.6: Việc phát Preamble truy cập ngẫu nhiên................................................. 111
Hình 5.7: Việc dò tìm Preamle truy cập ngẫu nhiên trong miền tần số ................... 112
Hình 5.8: Việc nhận không liên tục (DRX) cho Paging .......................................... 117
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LTE
Bảng 1.1: Tiến trình phát triển các chuẩn của 3GPP...................................................4
Bảng 1.2: LTE và WiMax ..........................................................................................5
Bảng 1.3: Các yêu cầu về hiệu suất phổ và lưu lượng người dùng ............................ 10
Bảng 1.4: Yêu cầu về thời gian gián đoạn, LTE-GSM và LTE-WCDMA ................ 12
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LTE
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LTE
1.1. Giới thiệu về công nghệ LTE
LTE là thế hệ thứ tư tương lai của chuẩn UMTS (Universal Mobile
Telecommunication System) do 3GPP phát triển. UMTS thế hệ thứ ba dựa trên
WCDMA/HSPA đã được triển khai trên toàn thế giới. Để đảm bảo tính cạnh tranh cho
hệ thống này trong tương lai, tháng 11/2004, 3GPP đã bắt đầu dự án nhằm xác định
bước phát triển về lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term
Evolution (LTE). 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho mỗi bit
thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có và băng tần
mới, đơn giản hóa kiến trúc với các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ
ở thiết bị đầu cuối. Đặc tính kỹ thuật cho LTE đang được hoàn tất và dự kiến sản phẩm
LTE sẽ ra mắt thị trường trong những năm tới.
Hình 1.1: Kiến trúc của mạng LTE.
Các mục tiêu của công nghệ này là:
- Tốc độ đỉnh tức thời ở băng thông 20 MHz: Tải xuống: 100 Mbps; Tải lên: 50
Mbps.
GVHD: ĐÀO THỊ THU THỦY SVTH: TRẦN THANH TUẤT
1
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LTE
- Dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một người dùng trên 1 MHz so
với mạng HSDPA Rel. 6: Tải xuống gấp 3 đến 4 lần; Tải lên gấp 2 đến 3 lần.
- Hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển của thuê bao là 0 - 15 km/h. Vẫn hoạt
động tốt với tốc độ từ 15 - 120 km/h. Vẫn duy trì được hoạt động khi thuê bao
di chuyển với tốc độ từ 120 - 350 km/h (thậm chí 500 km/h tùy băng tần).
- Các chỉ tiêu trên phải đảm bảo trong bán kính vùng phủ sóng 5km, giảm chút ít
trong phạm vi đến 30km. Từ 30 - 100 km thì không hạn chế.
- Độ rộng băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với các băng 1.25 MHz, 1.6
MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz cả chiều lên và xuống.
Hỗ trợ cả 2 trường hợp độ rộng băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không.
Để đạt được mục tiêu này, sẽ có rất nhiều kỹ thuật mới được áp dụng, trong đó
nổi bật là kỹ thuật vô tuyến OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access
- Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao), kỹ thuật anten MIMO (Multiple Input
Multiple Output - Đa nhập đa xuất). Ngoài ra hệ thống này sẽ chạy hoàn toàn trên nền
IP (All-IP Network), và hỗ trợ cả 2 chế độ FDD và TDD.
1.2. So sánh công nghệ LTE với công nghệ WiMax
Về công nghệ, LTE và WiMax có một số khác biệt nhưng cũng có nhiều điểm
tương đồng. Cả hai công nghệ đều dựa trên nền tảng IP. Cả hai đều dùng kỹ thuật
MIMO để cải thiện chất lượng truyền/nhận tín hiệu, đường xuống từ trạm thu phát đến
thiết bị đầu cuối đều được tăng tốc bằng kỹ thuật OFDM hỗ trợ truyền tải dữ liệu đa
phương tiện và video. Theo lý thuyết, chuẩn WiMax hiện tại (802.16e) cho tốc độ tải
xuống tối đa là 70Mbps, còn LTE dự kiến có thể cho tốc độ đến 300Mbps. Tuy nhiên,
khi LTE được triển khai ra thị trường có thể WiMax cũng sẽ được nâng cấp lên chuẩn
802.16m (còn được gọi là WiMax 2.0) có tốc độ tương đương hoặc cao hơn.
Đường lên từ thiết bị đầu cuối đến trạm thu phát có sự khác nhau giữa 2 công
nghệ. WiMax dùng OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), còn
LTE dùng kỹ thuật SC-FDMA (Single Carrier - Frequency Division Multiple Access).
Về lý thuyết, SC-FDMA được thiết kế làm việc hiệu quả hơn và các thiết bị đầu cuối
tiêu thụ năng lượng thấp hơn OFDMA.
GVHD: ĐÀO THỊ THU THỦY SVTH: TRẦN THANH TUẤT
2
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LTE
Hình 1.2: Lộ trình phát triển của LTE và các công nghệ khác.
LTE còn có ưu thế hơn WiMax vì được thiết kế tương thích với cả phương thức
TDD (Time Division Duplex) và FDD (Frequency Division Duplex). Ngược lại,
WiMax hiện chỉ tương thích với TDD (theo một báo cáo được công bố, WiMax Forum
đang làm việc với một phiên bản Mobile WiMax tích hợp FDD). TDD truyền dữ liệu
lên và xuống thông qua 1 kênh tần số (dùng phương thức phân chia thời gian), còn
FDD cho phép truyền dữ liệu lên và xuống thông qua 2 kênh tần số riêng biệt. Điều
này có nghĩa LTE có nhiều phổ tần sử dụng hơn WiMax. Tuy nhiên, sự khác biệt công
nghệ không có ý nghĩa quyết định trong cuộc chiến giữa WiMax và LTE.
GVHD: ĐÀO THỊ THU THỦY SVTH: TRẦN THANH TUẤT
3
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LTE
Bảng 1.1: Tiến trình phát triển các chuẩn của 3GPP.
Phiên Thời điểm
Tính năng chính / Thông tin
Bản hoàn tất
Release Giới thiệu UMTS (Universal Mobile Telecommunications
Quí 1/2000
99 System) và WCDMA (Wideband CDMA).
Release Bổ sung một số tính năng như mạng lõi dựa trên IP và có
Quí 2/2001
4 những cải tiến cho UMTS.
Release Giới thiệu IMS (IP Multimedia Subsystems) và HSDPA
Quí 1/2002
5 (High-Speed Download Packet Access).
Kết hợp với Wireless LAN, thêm HSUPA (High-Speed
Release
Quí 4/2004 Upload Packet Access) và các tính năng nâng cao cho
6
IMS như Push to Talk over Cellular (PoC).
Tập trung giảm độ trễ, cải thiện chất lượng dịch vụ và các
Release ứng dụng thời gian thực như VoIP. Phiên bản này cũng
Quí 4/2007
7 tập trung vào HSPA+ (High Speeed Packet Evolution) và
EDGE Evolution.
Dự kiến cuối
Release năm 2008 Giới thiệu LTE và kiến trúc lại UMTS như là mạng IP thế
8 hoặc đầu hệ thứ tư hoàn toàn dựa trên IP.
năm 2009
Hiện tại WiMax có lợi thế đi trước LTE: mạng WiMax đã được triển khai và
thiết bị WiMax cũng đã có mặt trên thị trường, còn LTE thì sớm nhất cũng phải đến
năm 2010 người dùng mới được trải nghiệm. Tuy nhiên LTE vẫn có lợi thế quan trọng
so với WiMax. LTE được hiệp hội các nhà khai thác GSM (GSM Association) chấp
nhận là công nghệ băng rộng di động tương lai của hệ di động hiện đang thống trị thị
trường di động toàn cầu với khoảng 2,5 tỉ thuê bao (theo Informa Telecoms & Media)
và trong 3 năm tới có thể chiếm thị phần đến 89% (theo Gartner) - những con số
“trong mơ” đối với WiMax. Hơn nữa, LTE cho phép tận dụng dụng hạ tầng GSM có
sẵn tuy vẫn cần đầu tư thêm thiết bị trong khi WiMax phải xây dựng từ đầu.
GVHD: ĐÀO THỊ THU THỦY SVTH: TRẦN THANH TUẤT
4
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LTE
Bảng 1.2: LTE và WiMax.
3GPP LTE 802.16e/Mobile 802.16m/Mobile
Tính năng
RAN1 WiMax R1 WiMax R2
Ghép kênh TDD, FDD TDD TDD, FDD
Băng tần dự kiến 700MHz – 2,3GHz, 2,5GHz, 2,3GHz, 2,5GHz,
Tốc độ tối đa 300Mbps 300Mbps
70Mbps /70Mbps
(Download/Upload) /100Mbps /100Mbps
Di động 350km/h 120km/h 350km/h
Phạm vi phủ sóng 5/30/100km 1/5/30km 1/5/30km
Số người dùng VoIP
80 50 100
đồng thời
Dự kiến cuối
Thời điểm hoàn tất Dự kiến trong
năm 2008 hoặc 2005
chuẩn năm 2009
đầu năm 2009
Triển khai ra thị 2009-
2007-2008/2009 2010
trường 2010/2012
Thời thế đổi thay, nhận thấy lợi thế của LTE, một số nhà khai thác mạng đã cân
nhắc lại việc triển khai WiMax và đã có nhà khai thác quyết định từ bỏ con đường
WiMax để chuyển sang LTE, đáng kể trong số đó có hai tên tuổi lớn nhất tại Mỹ là
AT&T và Verizon Wireless. Theo một khảo sát do RCR Wireless News và Yankee
Group thực hiện gần đây, có đến 56% nhà khai thác di động chọn LTE, chỉ có 30% đi
theo 802.16e. Khảo sát cho thấy các nhà khai thác di động ở Bắc Mỹ và Tây Âu
GVHD: ĐÀO THỊ THU THỦY SVTH: TRẦN THANH TUẤT
5
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LTE
nghiêng về LTE, trong khi các nước mới phát triển đặc biệt là ở khu vực châu Á - Thái
Bình Dương thì ủng hộ WiMax.
Nhiều hãng sản xuất thiết bị đi nước đôi, một mặt tuyên bố vẫn ủng hộ WiMax,
mặt khác lại dốc tiền đầu tư cho LTE. Ngay như Intel, đầu tàu hậu thuẫn WiMax, cũng
“đổi giọng”. Cả Siavash M. Alamouti, giám đốc kỹ thuật Wireless Mobile Group và
Sean Maloney, giám đốc tiếp thị của Intel, trong các phát biểu gần đây đều cho rằng
WiMax có thể “hoà hợp” với LTE.
Trong cuộc đua 4G, WiMax và LTE hiện là hai công nghệ sáng giá nhất. Liệu
hai công nghệ này có thể cùng tồn tại độc lập hay sẽ sát nhập thành một chuẩn chung?
Hiệu năng của WiMax và LTE tương đương nhau, do vậy việc quyết định hiện nay
phụ thuộc vào yếu tố sẵn sàng và khả năng thâm nhập thị trường.
1.3. Những triển vọng cho công nghệ LTE
Nhận thấy tiềm năng to lớn của công nghệ này, ngành công nghiệp di động đang
đoàn kết xung quanh hệ thống LTE với hầu hết các công ty viễn thông hàng đầu thế
giới: Alcatel-Lucent, Ericsson, France Telecom/Orange, Nokia, Nokia Siemens
Networks, AT&T, T-Mobile, Vodafone, China Mobile, Huawei, LG Electronics, NTT
DoCoMo, Samsung, Signalion, Telecom Italia, ZTE... Kế hoạch thử nghiệm và triển
khai công nghệ này đang được các công ty trên cùng hợp tác thúc đẩy, dự kiến vào
khoảng năm 2009 - 2010 sẽ được thương mại hóa đến với người dùng.
Mạng NTT DoCoMo của Nhật sẽ đi tiên phong khi đặt mục tiêu khai trương dịch
vụ vào năm 2009.
Các mạng Verizon Wireless, Vodafone, và China Mobile tuyên bố hợp tác thử
nghiệm LTE vào 2008 - 2009. Việc triển khai cơ sở hạng tầng cho LTE sẽ bắt đầu vào
nửa sau của năm 2009 và kế hoạch cung cấp dịch vụ sẽ bắt đầu vào năm 2010.
Với việc dành được số lượng giấy phép sử dụng băng tần 700 MHz thứ 2 sau
Verizon, mạng AT&T cũng lên kế hoạch sử dụng băng tần này cho LTE. Hãng này
tuyên bố có đủ băng thông 20 MHz dành cho LTE để phủ sóng 82% dân số của 100
thành phố hàng đầu của Mỹ. Như vậy 2 mạng chiếm thị phần lớn nhất của Mỹ đều
chọn LTE là giải pháp tiến lên 4G.
GVHD: ĐÀO THỊ THU THỦY SVTH: TRẦN THANH TUẤT
6
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LTE
Mạng Telstra của Úc gần đây cũng đã xác nhận phát triển theo hướng LTE. Hãng
TeliaSonera, nhà cung cấp lớn nhất cho thị trường Bắc Âu và vùng Baltic cũng cam
kết sẽ sử dụng công nghệ LTE cho các thị trường của mình.
Vào ngày 19/12/2007, hãng Nokia Siemens Networks đã công bố thử nghiệm
thành công công nghệ LTE với tốc độ lên đến 173 Mbps trong môi trường đô thị với
nhiều thuê bao cùng lúc. Trên băng tần 2,6 GHz ở băng thông 20MHz, tốc độ này đã
vượt xa tốc độ yêu cầu là 100 Mbps.
Ngày 11/6/2008, theo Financial Times, cổ phiếu của Nortel, nhà sản xuất viễn
thông nổi tiếng của Canada, đã tăng 13% khi hãng tuyên bố tập trung các nỗ lực
nghiên cứu không dây vào công nghệ LTE thay vì công nghệ WiMax.
Giám đốc kỹ thuật của hãng, ông Stephan Scholz phát biểu: “Khi thế giới tiến
gần đến con số 5 tỉ thuê bao vào năm 2015, theo tiên đoán của chúng tôi, các nhà cung
cấp dịch vụ di động sẽ phải sử dụng tất cả các băng tần với một cấu trúc mạng đơn
giản nhất và hiệu quả chi phí cao nhất để phục vụ lưu lượng liên lạc cao hơn 100 lần.
Cuộc thử nghiệm thực tế này là một chứng minh ban đầu quan trọng cho khái niệm về
LTE”.
Cuộc gọi thoại đầu tiên giữa 2 điện thoại LTE đã được trình diễn vào Hội Nghị
Thế Giới Di Động (Mobile World Congress) được tổ chức vào tháng 2/2008 tại
Barcelona, Tây Ban Nha. Vào tháng 3 vừa qua, mạng NTT DoCoMo đã thử nghiệm
LTE đạt đến tốc độ 250Mbps.
Tại các triển lãm viễn thông quốc tế gần đây, các nhà sản xuất Huawei, Motorola,
Ericsson… cũng đã biểu diễn LTE với các ứng dụng như xem tivi chất lượng cao
HDTV, chơi game online…
Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này đã chứng tỏ khả năng tuyệt vời của công
nghệ LTE và khả năng thương mại hóa LTE đã đến rất gần.
Trước đây, muốn truy cập dữ liệu, bạn phải cần 1 đường dây cố định để kết nối.
Trong tương lai không xa với LTE, bạn có thể truy cập tất cả các dịch vụ mọi lúc mọi
nơi trong khi vẫn di chuyển: xem phim chất lượng cao, điện thoại thấy Hình, chơi
game trực tuyến, tải cơ sở dữ liệu … với tốc độ “siêu tốc”.
GVHD: ĐÀO THỊ THU THỦY SVTH: TRẦN THANH TUẤT
7
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LTE
1.4. Những yêu cầu của mục tiêu thiết kế LTE
Những hoạt động của 3GPP trong việc cải tiến mạng 3G vào mùa xuân năm 2005
đã xác định đối tượng, những yêu cầu và mục tiêu cho LTE. Những mục tiêu và yêu
cầu này được dẫn chứng bằng tài liệu trong văn bản 3GPP TR 25.913. Những yêu cầu
cho LTE được chia thành 07 phần khác nhau như sau:
- Tiềm năng, dung lượng.
- Hiệu suất hệ thống.
- Các vấn đề liên quan đến việc triển khai.
- Kiến trúc và sự dịch chuyển (Migration).
- Quản lý tài nguyên vô tuyến.
- Độ phức tạp.
- Những vấn đề chung.
1.4.1. Tiềm năng công nghệ
Yêu cầu được đặt ra là việc đạt tốc độ dữ liệu đỉnh cho đường xuống là 100
Mbps và đường lên là 50 Mbps, khi hoạt động trong phân bố phổ 20 MHz. Khi mà
phân bố phổ hẹp hơn thì tốc độ dữ liệu đỉnh cũng sẽ tỉ lệ theo. Do đó, điều kiện đặt ra
là có thể biểu diễn được 5 bit/s/Hz cho đường xuống và 2.5 bit/s/Hz cho đường lên.
Như vậy, LTE hỗ trợ cả chế độ FDD và TDD. Rõ ràng, đối với trường hợp TDD,
truyền dẫn đường lên và đường xuống, theo định nghĩa không thể xuất hiện đồng thời.
Do đó mà yêu cầu tốc độ dữ liệu đỉnh cũng không thể trùng nhau đồng thời. Mặt khác,
đối với trường hợp FDD, đặc tính của LTE cho phép quá trình phát và thu đồng thời
đạt được tốc độ dữ liệu đỉnh theo phần lý thuyết ở trên.
Yêu cầu về độ trễ được chia thành:
- Yêu cầu độ trễ mặt phẳng điều khiển (The Control Plane Latency
Requirements) xác định độ trễ của việc chuyển từ các trạng thái thiết bị đầu
cuối không tích cực khác nhau sang trạng thái tích cực khi đó thiết bị đầu cuối
di động có thể gửi và nhận dữ liệu. Có hai cách xác định: cách xác định thứ
nhất được thể hiện qua thời gian chuyển tiếp từ trạng thái tạm trú (Camped
GVHD: ĐÀO THỊ THU THỦY SVTH: TRẦN THANH TUẤT
8