Tải bản đầy đủ

hệ thống thông tin di động 4g lte

Đề tài: 4G

– LTE

Mã học phần: 280214101


Mục lục
I. Giới thiệu về hệ thống thông tin di động.........................................................3
1. Các thế hệ mạng di động..................................................................................3
1.2

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G).......................................3

1.2

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 ( 2G và 2.5 G )...........................4

1.3

Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 ( 3G và 3.5G )..................................5


1.4

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 ( 4G )..........................................6

2. Tổng quan về mạng 4G....................................................................................7
II.

Công nghệ 4G – LTE......................................................................................7

1. Công nghệ LTE................................................................................................8
1.1

Giới thiệu...................................................................................................8

1.2

Các giai đoạn phát triển LTE.....................................................................9

1.3

Tình hình triển khai LTE trên thế giới.....................................................10

2. So sánh dịch vụ 3G với 4G – LTE.................................................................10
3. Cấu trúc LTE và các vấn đề liên quan............................................................14
3.1

Thông số yêu cầu LTE.............................................................................14

3.2

Cấu trúc LTE............................................................................................17

3.3

So sánh cấu trúc LTE với các mạng khác................................................20

3.4

Các kênh sử dụng trong E-UTRAN.........................................................24



4. Yêu cầu kĩ thuật của LTE.................................................................................26


I.Giới thiệu về hệ thống thông tin di động.
Thông tin di động là hệ thống thông tin liên lạc thông qua sóng điện. Các dịch
vụ của điện thoại di động cho đến đầu những năm 1960 mới xuất hiện, các hệ
thống điện thoại di động đầu tiên này chưa tiện lợi và dung lượng rất thấp so với
các hệ thống hiện nay.
1.
1.2

Các thế hệ mạng di động.
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G).
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất 1G, sử dụng công nghệ analog

gọi là đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) để truyền kênh thoại trên sóng vô
tuyến đến thuê bao điện thoại di động. Các hệ thống này phát triển ở cả Châu Âu,
Bắc Mỹ và Nhật Bản.
 Năm 1967, Nhật Bản đưa vào hệ thống di động tổ ong tương tự đầu tiên
của hãng NTT.
 Năm 1981, hệ thống điện thoại di động của Bắc Âu (NMT-Nordic
Mobile Telephone) được đưa vào khai thác. Hệ thống này hoạt động ở cả
hai băng tần 450-900MHz.
 Tiếp đó năm 1983, Mỹ cho ra đời hệ thống thông tin di động tiên tiến
(AMPS-Advance Mobile Phone System).

1


 Năm 1985, hệ thống thông tin truy nhập toàn phần (TACS-Total Access
Communication) được bắt đầu sử dụng ở nước Anh và sau đó là ở Đức.
 Năm 1991, Mỹ phát triển hệ thống AMPS thành hệ thống AMPS băng hẹp
N-AMPS (Narrowband AMPS). Với một số thay đổi về băng tần, hệ
thống N-AMPS có thể phục vụ nhiều thuê bao hơn mà không cần thêm
các cell mới. Vào thời điểm này ở Mỹ cũng đã đưa vào thử nghiệm hệ
thống số đầu tiên là IS-54 nhưng không thành công.
Hầu hết các hệ thống này đều là hệ thống tương tự và dịch vụ truyền chủ yếu
là thoại. Với hệ thống này, cuộc gọi có thể bị nghe trộm bởi bên thứ ba. Nhược
điểm chủ yếu của thế hệ 1G là dung lượng thấp, vùng phủ sóng hẹp, xác suất rớt
cuộc gọi cao, khả năng chuyển cuộc gọi không tin cậy, chất lượng âm thanh kém,
không có chế độ bảo mật...do vậy hệ thống 1G không thể đáp ứng được nhu cầu sử
dụng.
1.2

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 ( 2G và 2.5 G ).
Hệ thống di động thế hệ thứ 2 sử dụng truyền vô tuyến số cho việc truyền

tải. Những hệ thống mạng 2G thì có dung lượng lớn hơn những hệ thống mạng thế
hệ thứ nhất. Một kênh tần số thì đồng thời được chia ra cho nhiều người dùng bởi
việc chia theo mã hoặc chia theo thời gian.
Vào cuối thập niên 1980, các hệ thống thế hệ thứ 2 (2G) sử dụng công nghệ
số đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) ra đời. Các hệ thống này có ưu
điểm là sử dụng hiệu quả băng tần được cấp phát, đảm bảo chất lượng truyền dẫn
yêu cầu, đảm bảo được an toàn thông tin, cho phép chuyển mạng quốc tế…Đến
đầu thập niên 1990, công nghệ TDMA được dùng cho hệ thống thông tin di động
toàn cầu GSM ở Châu Âu. Đến giữa thập kỷ 1990, đa truy cập phân chia theo mã

2


(CDMA) trở thành loại hệ thống 2G thứ 2 khi người Mỹ đưa ra tiêu chuẩn nội địa
IS-95.
Năm 1993 tại Nhật Bản, NTT đưa ra tiêu chuẩn di động số đầu tiên của nước
này (JPD-Japanish Personal Digital Cellular System) và phát triển hệ thống thông
tin di động số cá nhân (PDC-Personal Digital Cellular) với băng tần hoạt động là
900-1400MHz. Ở Mỹ tiếp tục phát triển hệ thống số IS54 thành phiên bản mới là
IS-136 hay còn gọi là AMPS số (D-AMPS ) và đã đạt được nhiều thành công.
Năm 1985 công nghệ CDMA ra đời, đó là công nghệ đa thâm nhập theo mã sử
dụng kỹ thuật trải phổ được nghiên cứu và triển khai bởi hãng Qualcomm
Communication. Công nghệ này trước đó được sử dụng chủ yếu trong quân sự và
đến nay đã được sử dụng rộng rãi nhiều nơi trên thế giới.
Như vậy có 4 chuẩn chính đối với hệ thống 2G bao gồm: Hệ Thống Thông
Tin Di Động Toàn Cầu (GSM) và những dẫn xuất của nó; AMPS số (D-AMPS);
Đa Truy Cập Phân Chia Theo Mã IS-95; và Mạng Tế Bào Số Hóa Cá Nhân (PDC).
GSM đạt được thành công nhất và được sử dụng rộng rãi trong hệ thống 2G.
Tuy nhiên GSM mới chỉ cung cấp được các dịch vụ thoại và nhắn tin ngắn,
trong khi nhu cầu truy nhập internet và các dịch vụ từ người sử dụng là rất lớn nên
GSM phát triển lên 2.5G.
Quá trình phát triển 2.5G : GSM  HSCSD ( High Speed Circuit Switched
Data)  GPRS (General Packet Radio Service)  EDGE ( Enchanced Data Rates
for GSM Evolution). Hệ thống 2.5G cho tốc độ bit Data cao hơn 2G, hỗ trợ kết nối
Internet và sử dụng phương thức chuyển mạch gói. Mặc dù tiến bộ đáng kể nhưng
2.5G vẫn gặp phải các hạn chế sau: tốc độ thấp và tài nguyên hạn hẹp, vì thế cần
thiết phải chuyển đổi lên mạng thông tin di động thế hệ tiếp theo.
1.3

Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 ( 3G và 3.5G ).

3


Vào năm 1992 , ITU công bố chuẩn IMT-2000 (International Mobil
Telecommunication-2000) cho hệ thống 3G với các ưu điểm chính được mong đợi
đem lại bởi hệ thống 3G là:


Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao.



Các dịch vụ tin nhắn ( e-mail, fax, SMS, chat,...).



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



Truy nhập Internet ( duyệt Web, tải tài liệu,...).



Sử dụng chung một công nghệ thống nhất, đảm bảo sự tương thích toàn
cầu giữa các hệ thống.

Để thỏa mãn các dịch vụ đa phương tiện cũng như đảm bảo khả năng truy
nhập cập Internet băng thông rộng, IMT-2000 hứa hẹn cung cấp băng thông
2Mbps, nhưng thực tế triển khai chỉ ra rằng với băng thông này việc chuyển giao
rất khó, vì vậy chỉ khi làm việc tại một chỗ mới được đáp ứng băng thông kết nối
này, còn khi đi bộ băng thông sẽ là 384Kbps, khi di chuyển bằng ô tô sẽ là
144Kbps. Các hệ thống 3G điển hình là:


UMTS (Universal Mobile Telephone System): dựa trên công nghệ WCDMA, là giải pháp được ưa chuộng cho các nước đang triển khai các hệ
thống GSM muốn chuyển lên 3G.



CDMA2000: Một chuẩn quan trọng khác của 3G, chuẩn này là sự tiếp nối
đối với các hệ thống đang sử dụng công nghệ CDMA trong thế hệ 2

 TD-SCDMA: được phát triển tại Trung Quốc bởi các công ty Datang và
Siemens
4


Hệ thống 3,5G là sự nâng cấp của 3G sử dụng các công nghệ như công nghệ
truy cập gói dữ liệu tốc độ cao HSPDA (High Speed Downlink Packet Acces),
song công phân chia theo thời gian TDD (Time Division Duplex) và các công nghệ
đặc quyền như Flash OFDM. Tại Nhật Bản, NTT Docomo đã có kế hoạch khai
trương các dịch vụ HSDPA vào 2005.
1.4

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 ( 4G ).
Thế hệ 4 dùng kỹ thuật truyền tải truy cập phân chia theo tần số trực giao

OFDM, là kỹ thuật nhiều tín hiệu được gởi đi cùng một lúc nhưng trên những tần
số khác nhau. Trong kỹ thuật OFDM, chỉ có một thiết bị truyền tín hiệu trên nhiều
tần số độc lập (từ vài chục cho đến vài ngàn tần số). Thiết bị 4G sử dụng máy thu
vô tuyến xác nhận bởi phần mềm SDR (Software – Defined Radio) cho phép sử
dụng băng thông hiệu quả hơn bằng cách dùng đa kênh đồng thời. Tổng đài chuyển
mạch mạng 4G chỉ dùng chuyển mạch gói, do đó, giảm trễ thời gian truyền và
nhận dữ liệu.
2.

Tổng quan về mạng 4G.
4G là hệ thống thông tin băng rộng được xem như IMT tiên tiến (IMT

Advanced) được định nghĩa bởi ITU-R.
Tốc độ dữ liệu đề ra là 100Mbps cho thuê bao di chuyển cao và 1Gbps cho
thuê bao ít di chuyển, băng thông linh động lên đến 40MHz. Sử dụng hoàn toàn
trên nền IP, cung cấp các dịch vụ như điện thoại IP, truy cập internet băng rộng, các
dịch vụ game và dòng HDTV đa phương tiện…
Hiện thế giới đang tồn tại 2 chuẩn công nghệ lõi của mạng 4G là WiMax và
Long Term Evolution (LTE). WiMax là chuẩn kết nối không dây được phát triển
bởi IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) còn LTE là chuẩn do
5


3GPP, một bộ phận của liên minh các nhà mạng sử dụng công nghệ GSM. Cả
WiMax và LTE đều sử dụng các công nghệ thu phát tiên tiến để nâng cao khả năng
bắt sóng và hoạt động của thiết bị, mạng lưới. Tuy nhiên, mỗi công nghệ đều sử
dụng một dải băng tần khác nhau.
Công nghệ 4G hiện tại vẫn chưa đạt được tốc độ mà chuẩn 4G chính thức đề ra và

sẽ còn phải

mất nhiều năm nữa mới có thể đạt được mức đó.

II.Công nghệ 4G – LTE.
1.
1.1

Công nghệ LTE.
Giới thiệu.
LTE (viết tắt của cụm từ Long Term Evolution, có nghĩa là Tiến hóa dài hạn),

công nghệ này được coi như công nghệ di động thế hệ thứ 4 (4G, nhưng thực chất
LTE mới chỉ được coi như 3,9G).
4G – LTE là một chuẩn cho truyền thông không dây tốc độ dữ liệu cao dành
cho điện thoại di động và các thiết bị đầu cuối dữ liệu. Nó dựa trên các công nghệ
mạng GSM/EDGE và UMTS/HSPA, LTE nhờ sử dụng các kỹ thuật điều chế mới
và một loạt các giải pháp công nghệ khác như lập lịch phụ thuộc kênh và thích
nghi tốc độ dữ liệu, kỹ thuật đa anten để tăng dung lượng và tốc độ dữ liệu.
Kiến trúc mạng mới được thiết kế với mục tiêu “tiến hoá” các công nghệ truy
cập vô tuyến đê đảm bảo tính cạnh tranh của 3GPP trong khoảng thời gian 10 năm.
Các yêu cầu cho LTE đã được định nghĩa và hoàn tất vào tháng 6/2015.
Các yêu cầu của LTE:
 Giảm trễ cả về thiết lập kết nối và độ trễ truyền dẫn
6









Tăng tỷ lệ dữ liệu người dùng.
Tăng tốc độ bit, thống nhất về cùng cấp dịch vụ.
Hỗ trợ lên đến 200 người dùng hoạt động trong một cell (5MHz).
Hiệu suất cao trong khoảng 15 – 120km/h.
Giảm chi phí trên bit dữ liệu, nâng cao hiệu qur phổ truyền dẫn.
Tính linh hoạt hơn trong việc sử dụng phổ tần, trong cả băng mới và băng

đã tồn tại.
 Đơn giản hoá cấu trúc mạng.
 Di động đồng nhất, bao gồm giữa các côg nghệ truy cập vô tuyến khác
nhau.
 Hợp lý điện năng tiêu thụ cho các thiết bị đầu cuối di động.
Hệ thống băng thông linh hoạt hơn nhờ vào mô hình đa truy cập OFDMA và
SC-FDMA. Thêm vào đó, FDD và TDD, bán song công FDD cho phép các UE có
giá thành thấp. Không giống như FDD, bán song công FDD không yêu cầu phát và
thu tại cùng thời điểm. điều này làm giảm giá thành cho bộ song công trong UE.
Truy cập tuyến lên dựa vào đa truy cập phân chia theo tần số sóng mang, cho phép
tăng vùng phủ tuyến lên, làm tỉ số công suất đỉnh trên công suất trung bình thấp so
với OFDMA.
LTE sử dụng tần số một cách linh động, có thể hoạt động ở băng tần có độ
rộng từ 1,25MHz cho tới 20MHz. Tốc độ truyền dữ liệu lớn nhất (về lý thuyết)
của LTE có thể đạt tới 25Mbps khi độ rộng băng thông là 20MHz.
1.2

Các giai đoạn phát triển LTE.
Bắt đầu năm 2004, dự án LTE tập trung vào phát triển thêm UTRAN và tối ưu

cấu trúc truy cập vô tuyến của 3GPP.
Mục tiêu hướng đến là dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một
người dùng trên 1MHz so với mạng HSDPA Rel.6.

7


• Tải xuống gấp 3 đến 4 lần (100Mbps)
• Tải lên gấp 2 đến 3 lần (50Mbps).
Năm 2007, LTE của kí thuật truy cập vô tuyến thế hệ thứ 3 “EUTRA” phát
triển từ những bước khả thi để đưa ra các đặc tính kĩ thuật được chấp nhận. Cuối
2003, các kĩ thuật này được sử dụng trong thương mại.
Các kĩ thuật OFDMA được sử dụng cho đường xuống và SC-FDMA được sử
dụng cho đường lên.
1.3

Tình hình triển khai LTE trên thế giới.
Theo thống kê và dự báo trên trang www.gsacom.com thì đến tháng 9/2012 trên

thế giới.
 Có 347 nhà cung cấp đang đầu tư phát triển LTE.
 292 nhà mạng đang lên kế hoạch triển khai LTE ở 93 quốc gia.
 55 nhà mạng trên 11 quốc gia khác cam kết và đang thử nghiệm công
nghệ LTE. Trong đó có 3 nhà mạng của Việt Nam: VNPT, Viettel và FPT.
Có 96 nhà mạng của 46 quốc gia đã tiền hành thương mại hoá dịch vụ trên
nền LTE. Đến tháng 6/2012 là khoảng 28 triệu thuê bao LTE. Dự kiến hết năm
2012 sẽ có 152 nhà mạng cung cấp dịch vụ chính thức ở 65 quốc gia trên toàn thế
giới.
Có 417 sản phẩm đầu cuối LTE được sản xuất bởi 67 nhà sản xuất.
2.

So sánh dịch vụ 3G với 4G – LTE.
Công nghệ 4G được phát triển dựa trên sự kế thừa của công nghệ 3G. Mạng

không dây công nghệ 4G có tốc độ nhanh hơn mạng 3G từ 4 đến 10 lần. 3G có tốc
độ tải xuống tối đa là 14Mbps và tải lên là 5.8Mbps. Tuy nhiên, đối với công nghệ
8


4G tốc độ tối đa có thể tải xuống là 100Mbps đối với người dùng di động và 1Gbps
đối với người dùng cố định.
3G sử dụng dải tần quy định cho UL là 1885 – 2025 MHz, DL là 2110 –
2200 MHz, với tốc độ từ 144kbps – 2Mbps, độ rộng BW là 5MHz. 4G – LTE động
ở dải tần quy định cho UL là 50 Mbps và DL là 100 Mbps với tốc độ cao, độ trễ
thấp, độ rộng BW là 20 MHz. Đặc biệt, độ trễ nhỏ hơn 5ms và độ rộng linh hoạt
của công nghệ LTE so với 3G.
Dễ thấy, công nghệ 4G có tốc độ dữ liệu cao hơn rất hiều lần so với 3G.
Tăng hiệu quả sử dụng phổ và giảm thời gian trễ. Cấu trúc mạng đơn giản hơn và
hoàn toàn không có chuyển mạch kênh. Hiệu quả trải phổ tăng 4 lần và tăng 10 lần
số người dùng/ cell so với WCDMA. Ngoài ra, độ rộng băng tần linh hoạt cũng là
ưu điểm uan trọng của LTE đối với WCDMA.
Với những ưu điểm trên, công nghệ 4G – LTE cung cấp nhiều dịch vụ đa
dạng hơn. Ứng dụng đa dạng về dòng dữ liệu lớn, tải về và chia sẻ video, nhạc và
nội dung đa phương tiện. Có thể so sánh dịch vụ như bảng dưới đây.

9


3G
Thoại

Âm thanh thời gian thực

Tin nhắn

SMS, MMS
Truy cập dịch vụ online

Lướt web

trực tuyến, trình duyệt
WAP thông qua GPRS và
mạng 3G
Dựa trên tính cước chuẩn.

Cước phí

Game
Nhạc

Thương mại qua điện
thoại

Mạng dữ liệu di động

Chính yếu là dựa trên
thông tin văn bản
Tải về và chơi game trực

4G
VoIP, video hội nghi chất
lượng cao
Tin nhắn photo, email di
động, tin nhắn video
Duyệt siêu nhanh, tải các
nội dung lên các mạng xã
hội
Tạp chí trực tuyến, dòng
âm thanh chất lượng cao
Chơi trực tuyến trên cả

tuyến
Tải các track và các dịch

mạng di động lẫn cố định
Lưu trữ và tải nhạc chất

vụ âm thanh

lượng cao
Giống như thiết bị thanh

Thực hiện các giao dịch
và thanh toán qua mạng di
động

toán, giao dịch qua mạng
với tốc độ thực hiện dịch
vụ nhanh chóng
Chuyển đổi file P2P, các

Truy cập đến các mạng

ứng dụng kinh doanh,

nội bộ và cơ sở dữ liệu

chia sẻ, thông tin M2M,
di động intranet/ extranet

So sánh LTE, HSPA và WIMAX.

10


LTE

HSPA

WiMAX

Phiên bản

3GPP Rel.8 (3/2009)

3GPP Rel.6

802.16e (2005)

Cơ sở hạ

Bắt đầu năm 2010

Bắt đầu năm 2007

Bắt đầu năm 2007

giá trị
Dãy tần

700MHz, 850MHz,

700MHz, 700MHz,

2.5GHz, 2.6GHz,

hoạt động

1.5GHz, 1.8GHz,

850MHz, 1.5GHz,

3.5GHz, 3.65GHz,

1.7/2.1GHz, 2.1GHz,

1.8GHz, 1.7/2.1GHz

5.8GHz

Các thông

2.3 GHz, 2.6 GHz
Tốc độ dữ liệu lên

Tốc độ dữ liệu lên

Tốc độ dữ liệu lên

số hướng

100Mbps/50Mbps

5.6Mbps đối với

75Mbps/ 25Mbps đối

đến

đối cới kênh 100MHz kênh 5MHz, bán kính với kênh 10MHz với

tang và các
thiết bị có

với 2x2 MIMO, bán

Khả năng

2x2 MIMO, bán kính

kính cell lên đến

cell lên đến 2-7km,

5km, lớn hơn 400

100-200 người dùng.

người dùng
Kế thừa chuẩn 3GPP,

tương thích nhưng khác kĩ thuật
lùi

cell là 680m

Tương thích với

Không tương thích

Rel.99

lùi với 3GPP hay

nên đòi hỏi thiết bị

3GPP2

mới ở RAN nếu dãi
tần khác nhau đc sử
dụng
Về công nghệ LTE và WiMAX có nhiều điểm tương đồng.
 Cả hai công nghẹ đều dựa trên nền tảng IP.

11


 Đều dùng kĩ thuật MIMO để cải thiện chất lượng truyền /nhận tín hiệu,
đường xuống từ trạm thu phát đến thiết bị đầu cuối đều đc tăng tốc độ
bằng kĩ thuật OFDM hỗ trợ truyền tải dữ liệu đa phương tiện và video.
 Đường lên từ thiết bị đầu cuối đến trạm thu phát có sự khác nhau giữa 2
công nghệ.
 WiMAX dùng OFDMA.
 LTE dùng kĩ thuật SC-FDMA.
Về lí thuyết SC-FDMA được thiết kế làm việc hiệu quả hơn và các thiết bị
đầu cuối tiêu thụ năng lượng thấp hơn OFDMA.
LTE còn có ưu thế hơn WiMAX .
 LTE đc thiết kế tương thích với cả phương thức TDD và FDD.
 WiMax hiện chỉ tương thích với TDDs
TDD truyền dữ liệu lên và xuống thông qua 1 kênh tần số (dùng phương
thức phân chia thời gian).
FDD cho phép truyền dữ liệu lên và xuống thông qua 2 kênh tần số khác
biệt.
 Điều này có nghĩa LTE có nhiều phổ tần sử dụng hơn WiMax
So với WiMax, LTE có một lợi thế mạnh được cho là rất quan trọng
 LTE nếu đươc triển khia cho phép tận dụng hạ tang GSM có sẵn dù vẫn
phải đầu tư thêm thiết bị.
 WiMax nếu muốn triển khai thì phải xây dựng từ đầu một mạng mới.
3.

Cấu trúc LTE và các vấn đề liên quan.

3.1 Thông số yêu cầu LTE.
3.1.1 Thông số vật lí của LTE.

12


UL
DL

Băng thông

DTFS-OFDM (SC-FDMA)
OFDMA
1.4MHz, 3 MHz , 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 MHz

TTI tối thiểu

1ms

Kỹ thuật truy cập

Khoảng cách sóng mang con 15KHz
Chiều dài CP

Ngắn
Dài

Điều chế

4.7µs
16.7 µs
QPSK, 16QAM, 64QAM
1 lớp cho UL/UE

Ghép kênh không gian

Lên đến 4 lớp cho DL/UE
Sử dụng MU-MIMO cho UL và DL

3.1.2 Các đặc tính cơ bản của LTE.
-

Hoạt động ở băng tần : 700 MHz-2,6 GHz.

-

Tốc độ:
 DL : 100Mbps( ở BW 20MHz).
 UL : 50 Mbps với 2 aten thu một anten phát.

-

Độ trễ : nhỏ hơn 5ms.

-

Độ rộng BW linh hoạt :1,4 MHz; 3 MHz; 5 MHz; 10 MHz; 15 MHz;
20 MHz. Hỗ trợ cả 2 trường hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau
hoặc không.

-

Tính di động : Tốc độ di chuyển tối ưu là 0-15 km/h nhưng vẫn hoạt động tốt
với tốc độ di chuyển từ 15-120 km/h, có thể lên đến 500 km/h tùy băng tần.

-

Phổ tần số:
 Hoạt động ở chế độ FDD hoặc TDD.
 Độ phủ sóng từ 5-100 km.

13


 Dung lượng 200 user/cell ở băng tần 5Mhz.
-

Chất lượng dịch vụ:
 Hỗ trợ tính năng đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS.
 VoIP đảm bảo chất lượng âm thanh tốt, trễ tối thiểu thông qua mạng
UMTS.

-

Liên kết mạng.
 Khả năng liên kết với các hệ thống UTRAN/GERAN hiện có và các hệ
thống không thuộc 3GPP cũng sẽ được đảm bảo.
 Thời gian trễ trong việc truyền tải giữa E-UTRAN và
UTRAN/GERAN sẽ nhỏ hơn 300ms cho các dịch vụ thời gian thực và
500ms cho các dịch vụ còn lại.

-

Chi phí: chi phí triển khai và vận hành giảm.
Băng thông linh hoạt trong vùng từ 1.4 MHz đến 20 MHz, điều này có nghĩa

là nó có thể hoạt động trong các dải băng tần của 3GPP. Trong thực tế, hiệu suất
thực sự của LTE tùy thuộc vào băng thông chỉ định cho các dịch vụ và không có
sự lựa chọn cho phổ tần của chính nó. Điều này giúp đáng kể cho các nhà khai
thác trong chiến lược về kinh tế và kỹ thuật. Triển khai tại các tần số cao, LTE
là chiến lược hấp dẫn tập trung vào dung lượng mạng, trong khi tại các tần số thấp
nó có thể cung cấp vùng bao phủ khắp nơi. Mạng LTE có thể hoạt động trong bất
cứ dải tần được sử dụng nào của 3GPP. Nó bao gồm băng tần lõi của IMT-2000
(1.9-2 GHz) và dải m ở rộng (2.5 GHz), cũng như tại 850 -900 MHz, 1800 MHz,
phổ AWS (1.7-2.1 GHz)…Băng tần chỉ định dưới 5MHz được định nghĩa bởi IUT
thì phù hợp với dịch vụ IMT trong khi các băng tần lớn hơn 5MHz thì sử dụng
cho các dịch vụ có tốc độ cực cao. Tính linh hoạt về băng tần của LTE có thể
cho phép các nhà sản xuất phát triển LTE trong những băng tần đã tồn tại của họ.
14


3.2 Cấu trúc LTE.
Mạng truy nhập vô tuyến RAN (Radio Access Network): mạng truy nhập vô
tuyến của LTE được gọi là E-UTRAN và một trong những đặc điểm chính của nó
là tất cả các 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
giữa những dịch vụ cố định và không dây.
Có nhiều loại chức năng khác nhau trong mạng tế bào. Dựa vào chúng,
mạng có thể được chia thành hai phần: mạng truy nhập vô tuyến và mạng lõi.
Những chức năng như điều chế, nén, chuyển giao thuộc về mạng truy nhập.
Còn những chức năng khác như tính cước hoặc quản lý di động là thành
phần của mạng lõi. Với LTE, mạng truy nhập là E-UTRAN và mạng lõi là EPC.
Mục đích chính của LTE là tối thiểu hóa số node. Vì vậy, người phát triển đã
chọn một cấu trúc đơn node. Trạm gốc mới phức tạp hơn NodeB trong mạng truy
nhập vô tuyến WCDMA/HSPA, và vì vậy được gọi là eNodeB (Enhance Node B).
Những eNodeB có tất cả những chức năng cần thiết cho mạng truy nhập vô tuyến
LTE, kể cả những chức năng liên quan đến quản lý tài nguyên vô tuyến.
Giao diện vô tuyến sử dụng trong E-UTRAN bây giờ chỉ còn là S1 và X2.
Trong đó S1 là giao diện vô tuyến kết nối giữa eNodeB và mạng lõi. S1 chia làm
hai loại 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.

15


Hình 1 – Cấu trúc cơ bản của LTE.
Mạng lõi: 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 vậy, nó có một
cái tên mới: Evolved Packet Core (EPC).
Cùng một mục đích như E-UTRAN, số node trong EPC đã được giảm. EPC
chia luồng dữ liệu người dùng thành mặt phẳng người dùng và mặt phẳng
điều 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. EPC gồm
có một vài thực thể chức năng.
- MME (Mobility Management Entity): chịu trách nhiệm xử lý những chức
năng mặt bằng điều khiển, liên quan đến quản lý thuê bao và quản lý
phiên.
16


- Gateway dịch vụ (Serving Gateway): là vị trí kết nối của giao tiếp dữ liệu
gói với E-UTRAN. Nó còn hoạt động như một node định tuyến đến
những kỹ thuật 3GPP khác.
- P-Gateway (Packet Data Network): là điểm đầu cuối cho những phiên
hướng về mạng dữ liệu gói bên ngoài. Nó cũng là Router đến mạng
Internet.
- PCRF (Policyand Charging Rules Function): điều khiển việc tạo ra bảng giá
và cấu hình hệ thống con đa phương tiện IP IMS (the IP Multimedia
Subsystem) cho mỗi người dùng.
- HSS (Home Subscriber Server): là nơi lưu trữ dữ liệu của thuê bao cho tất
cả dữ liệu của người dùng. Nó là cơ sở dữ liệu chủ trung tâm trong
trung tâm của nhà khai thác.
Các miền dịch vụ bao gồm IMS (IP Multimedia Sub-system) dựa trên
các nhà khai thác, IMS không dựa trên các nhà khai thác và các dịch vụ khác. IMS
là một kiến trúc mạng nhằm tạo sự thuận tiện cho việc phát triển và phân phối các
dịch vụ đa phương tiện đến người dùng, bất kể là họ đang kết nối thông qua mạng
truy nhập nào. IMS hỗ trợ nhiều phương thức truy nhập như GSM, UMTS,
CDMA2000, truy nhập hữu tuyến băng rộng như cáp xDSL, cáp quang, cáp
truyền hình, cũng như truy nhập vô tuyến băng rộng WLAN, WiMAX. IMS tạo
điều kiện cho các hệ thống mạng khác nhau có thể tương thích với nhau. IMS hứa
hẹn mang lại nhiều lợi ích cho cả người dùng lẫn nhà cung cấp dịch vụ. Nó
đã và đang được tập trung nghiên cứu cũng như thu hút được sự quan tâm lớn
của giới công nghiệp. Tuy nhiên IMS cũng gặp phải những khó khăn nhất định và
cũng chưa thật sự đủ độ chín để thuyết phục các nhà cung cấp mạng đầu từ triển
17


khai nó. Kiến trúc IMS được cho là khá phức tạp với nhiều thực thể và vô số các
chức năng khác nhau.
IMS dựa trên các nhà khai thác: là IMS đã được tích hợp sẵn trong cấu trúc
của hệ thống 3GPP
- IMS không dựa trên các nhà khai thác: là IMS không được định nghĩa
trong các chuẩn. Các nhà khai thác có thể tích hợp dịch vụ này trong
mạng của họ. Các UE kết nối đến nó qua vài giao thức được chấp thuận và
dịch vụ video streaming là 1 ví dụ.
- Các dịch khác không được cung cấp bởi 3GPP và cấu trúc phụ thuộc vào
yêu cầu của dịch vụ. Cấu hình điển hình sẽ được UE kết nối đến máy chủ qua
mạng chẳng hạn như kết nối đến trang chủ cho dịch vụ lướt web.
3.3 So sánh cấu trúc LTE với các mạng khác.

18


Hình 2 – Cấu trúc hệ thống mạng truy cập 3GPP.

19


Hình 3 – Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP và không phải 3GPP.

20


Hình 4 – Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP và liên mạng với
CDMA 2000
Hệ thống 3GPP hiện tại (GSM và WCDMA/HSPA) và 3GPP2 (CDMA2000
1xRTT, EV-DO) được kết hợp vào hệ thống mới thông qua những giao diện chuẩn
hóa, miễn là tối ưu tính di động với LTE. Với hệ thống 3GPP, điều này có nghĩa là
một giao diện báo hiệu giữa SGSN (Serving GPRS Support Node) và mạng lõi
mới, với hệ thống 3GPP2 cũng có một giao diện báo hiệu giữa CDMA RAN và
mạng lõi mới.
Ví dụ tín hiệu điều khiển cho di động được xử lý bởi node Mobility
Management Entity (MME), tách rời với Gateway. Điều này thuận tiện cho việc
tối ưu trong triển khai mạng và hoàn toàn cho phép chia tỉ lệ dung lượng một cách
linh động. Home Subscriber Server (HSS) nối đến Packet Core qua một giao diện
IP, và không phải SS7 như đã sử dụng trong mạng GSM và WCDMA. Mạng báo
hiệu cho điều khiển chính sách và tính cước được dựa trên giao diện IP. Hệ thống
GSM và WCDMA/HSPA hiện tại được tích hợp vào hệ thống mới qua những giao
diện được chuẩn hóa giữa SGSN và mạng lõi mới. Người ta cố gắng kết hợp truy
21


nhập CDMA cũng sẽ đưa đến tính di động liên tục giữa LTE và CDMA, cho phép
sự mềm dẻo trong việc chuyển lên LTE.
LTE-SAE tiếp nhận khái niệm QoS theo từng lớp. Điều này cung cấp
một giải pháp đơn giản và đến bây giờ vẫn hiệu quả cho những nhà khai thác có
được sự phân biệt giữa những dịch vụ gói.

3.4 Các kênh sử dụng trong E-UTRAN.
 Kênh vật lý : các kênh vật lý sử dụng cho dữ liệu người dùng bao gồm :
- PDSCH (Physical Downlink Shared Channel) : phụ tải có ích (payload)
- PUSCH (Physical Uplink Shared Channel) : PUSCH được dùng để mang
dữ liệu người dùng. Các tài nguyên cho PUSCH được chỉ định trên một
subframe cơ bản bởi việc lập biểu đường lên. Các sóng mang được chỉ định là 12
khối tài nguyên (RB) và có thể nhảy từ subframe này đến subframe khác.
PUSCH có thể dùng các kiểu điều chế QPSK, 16QAM, 64QAM.
- PUCCH(Physical Uplink Control Channel): có chức năng lập biểu,
ACK/NAK.
- PDCCH(Physical Downlink Control Channel): lập biểu, ACK/NAK.
- PBCH(Physical Broadcast Channel): mang các thông tin đặc trưng của
cell.
 Kênh logic : được định nghĩa bởi thông tin nó mang bao gồm:
- Kênh điều khiển quảng bá (BCCH) : Được sử dụng để truy ền thông tin
điều khiển hệ thống từ mạng đến tất cả máy di động trong cell. Trước khi
truy nhập hệ thống, đầu cuối di động phải đọc thông tin phát trên BCCH để biết
được hệ thống được lập cấu hình như thế nào, chẳng hạn băng thông hệ
thống.
- Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH) : được sử dụng để tìm gọi các đầu cuối
di động vì mạng không thể biết được vị trí của chúng ở cấp độ ô và vì thế cần
phát các bản tin tìm gọi trong nhiều ô (vùng định vị).
22


- Kênh điều khiển riêng (DCCH) : được sử dụng để truy ền thông tin
điều khiển tới/từ một đầu cuối di động. Kênh này được sử dụng cho cấu
hình riêng của các đầu cuối di động chẳng hạn các bản tin chuyển giao khác nhau.
- Kênh điều khiển đa phương (MCCH) : được sử dụng để truyền thông tin
cần thiết để thu kênh MTCH.
- Kênh lưu lượng riêng (DTCH) : được sử dụng để truy ền số liệu của
người sử dụng đến/từ một đầu cuối di động. Đây là kiểu logic được sử dụng để
truyền tất cả số liệu đường lên của người dùng và số liệu đường xuống của người
dùng không phải MBMS.
- Kênh lưu lượng đa phương (MTCH) : Được sử dụng để phát các
dịch vụ MBMS.
 Kênh truyền tải : bao gồm các kênh sau:
- Kênh quảng bá (BCH) : có khuôn dạng truyền tải cố định do chuẩn cung
cấp.
- Nó được sử dụng để phát thông tin trên kênh logic.
- Kênh tìm gọi (PCH) : được sử dụng để phát thông tin tìm gọi trên
kênh PCCH, PCH hỗ trợ thu không liên tục (DRX) để cho phép đầu cuối tiết
kiệm công suất ắc quy bằng cách ngủ và chỉ thức để thu PCH tại các thời điểm quy
định trước.
- Kênh chia sẻ đường xuống (DL-SCH) : là kênh truy ền tải để phát
số liệu đường xuống trong LTE. Nó hỗ trợ các chức năng của LTE như thích
ứng tốc độ động và lập biểu phụ thuộc kênh trong miền thời gian và miền tần số.
Nó cũng hổ trợ DRX để giảm tiêu thụ công suất của đầu cuối di động mà vẫn đảm
bảo cảm giác luôn kết nối giống như cơ chế CPC trong HSPA. DL-DCH TTI là
1ms.
- Kênh đa phương (MCH) : được sử dụng để hỗ trợ MBMS. Nó
được đặc trưng bởi khuôn dạng truy ền tải bán tĩnh và lập biểu bán tĩnh. Trong
trường hợp phát đa ô sử dụng MBSFN, lập biểu và lập cấu hình khuôn dạng
truyền tải được điều phối giữa các ô tham gia phát MBSFN.
23


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×