107164970 Datn Quy Hoach Mang 4g Lte

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài:

QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE

GVHD: SVTH: MSSV:

TS. Lê Quang Tuấn Nguyễn Thị Thùy Dương 06117013

TP.Hồ Chí Minh - Tháng 1/ 2011

PHẦN A GIỚI THIỆU

Đồ án tốt nghiệp

Trang i

LỜI CẢM ƠN

Sau khoảng thời gian học tập tại trường, đây là khoảng thời gian khó quên đối với chúng em. Thầy cô đã chỉ bảo tận tình để giúp cho chúng em trang bị kiến thức để vững vàng bước vào đời. Để được như ngày hôm nay, em xin gởi lời cảm ơn đến các thầy cô trong bộ môn Điện Tử Viễn Thông cũng như các thầy cô trong khoa Điện-Điện tử đã hướng dẫn, truyền đạt kiến thức cho chúng em. Em xin gởi lời cảm ơn đặc biệt đến thầy TS. Lê Quang Tuấn, công ty Viễn Thông Quốc nội (VTN), người đã trực tiếp tận tình hướng dẫn để em có thể hoàn thành đề tài này. Xin gởi lời cám ơn đến ba má đã động viên giúp đỡ cả về vật chất và tinh thần cho con bao nhiêu năm qua, đồng cảm ơn đến bạn bè đã luôn luôn ở bên cạnh mình . Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc Người thực hiện

Nguyễn Thị Thùy Dương

Đồ án tốt nghiệp

Trang ii

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘICHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc



QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI Sinh viên thực hiện: MSSV: Ngành:

Nguyễn Thị Thùy Dương 06117013

Công nghệ Điện tử - Viễn thông

Tên đề tài: QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE VÀ ÁP DỤNG CHO TP.HCM 1) Cơ sở ban đầu: ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... 2) Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... 3) Các bản vẽ: ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... 4) Giáo viên hướng dẫn: TS. Lê Quang Tuấn 5) Ngày giao nhiệm vụ: 6) Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

Giáo viên hướng dẫn

TS. Lê Quang Tuấn

Ngày ….. tháng ….. năm 2011 Chủ nhiệm bộ môn

Đồ án tốt nghiệp

Trang iii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. Ngày ….. tháng ….. năm 2011 Giáo viên hướng dẫn

TS. Lê Quang Tuấn

Đồ án tốt nghiệp

Trang iv

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. Ngày ….. tháng ….. năm 2011 Giáo viên phản biện 1

Ngày ….. tháng ….. năm 2011 Giáo viên phản biện 2

Đồ án tốt nghiệp

Trang v

LỜI NÓI ĐẦU Ngành công nghệ viễn thông đã chứng kiến những phát triển ngoạn mục trong những năm gần đây. Khi mà công nghệ mạng thông tin di động thế hệ thứ ba 3G chưa có đủ thời gian để khẳng định vị thế của mình trên toàn cầu, người ta đã bắt đầu nói về công nghệ 4G (Fourth Generation) từ nhiều năm gần đây. Thế nhưng, nói một cách chính xác thì 4G là gì? Liệu có một định nghĩa thống nhất cho thế hệ mạng thông tin di động tương lai 4G? Ngược dòng thời gian... Trong hơn một thập kỷ qua, thế giới đã chứng kiến sự thành công to lớn của mạng thông tin di động thế hệ thứ hai 2G. Mạng 2G có thể phân ra 2 loại: mạng 2G dựa trên nền TDMA và mạng 2G dựa trên nền CDMA. Đánh dấu điểm mốc bắt đầu của mạng 2G là sự ra đời của mạng D-AMPS (hay IS-136) dùng TDMA phổ biến ở Mỹ. Tiếp theo là mạng CdmaOne (hay IS-95) dùng CDMA phổ biến ở châu Mỹ và một phần của châu Á, rồi mạng GSM dùng TDMA, ra đời đầu tiên ở Châu Âu và hiện được triển khai rộng khắp thế giới. Sự thành công của mạng 2G là do dịch vụ và tiện ích mà nó mạng lại cho người dùng, tiêu biểu là chất lượng thoại và khả năng di động.

Hình : Sơ đồ tóm lược quá trình phát triển của mạng thông tin di động tế bào Tiếp nối thế hệ thứ 2, mạng thông tin di động thế hệ thứ ba 3G đã và đang được triển khai nhiều nơi trên thế giới. Cải tiến nổi bật nhất của mạng 3G so với mạng 2G là khả năng cung ứng truyền thông gói tốc độ cao nhằm triển khai các dịch vụ truyền thông đa phương tiện. Mạng 3G bao gồm mạng UMTS sử dụng kỹ

Đồ án tốt nghiệp

Trang vi

thuật WCDMA, mạng CDMA2000 sử dụng kỹ thuật CDMA và mạng TD-SCDMA được phát triển bởi Trung Quốc. Gần đây công nghệ WiMAX cũng được thu nhận vào họ hàng 3G bên cạnh các công nghệ nói trên. Tuy nhiên, câu chuyện thành công của mạng 2G rất khó lặp lại với mạng 3G. Một trong những lý do chính là dịch vụ mà 3G mang lại không có một bước nhảy rõ rệt so với mạng 2G. Mãi gần đây người ta mới quan tâm tới việc tích hợp MBMS (Multimedia broadcast and multicast service) và IMS (IP multimedia subsystem) để cung ứng các dịch vụ đa phương tiện. Khái niệm 4G bắt nguồn từ đâu? Có nhiều định nghĩa khác nhau về 4G, có định nghĩa theo hướng công nghệ, có định nghĩa theo hướng dịch vụ. Đơn giản nhất, 4G là thế hệ tiếp theo của mạng thông tin di động không dây. 4G là một giải pháp để vượt lên những giới hạn và những điểm yếu của mạng 3G. Thực tế, vào giữa năm 2002, 4G là một khung nhận thức để thảo luận những yêu cầu của một mạng băng rộng tốc độ siêu cao trong tương lai mà cho phép hội tụ với mạng hữu tuyến cố định. 4G còn là hiện thể của ý tưởng, hy vọng của những nhà nghiên cứu ở các trường đại học, các viện, các công ty như Motorola, Qualcomm, Nokia, Ericsson, Sun, HP, NTT DoCoMo và nhiều công ty viễn thông khác với mong muốn đáp ứng các dịch vụ đa phương tiện mà mạng 3G không thể đáp ứng được. Theo dòng phát triển… Ở Nhật, nhà cung cấp mạng NTT DoCoMo định nghĩa 4G bằng khái niệm đa phương tiện di động (mobile multimedia) với khả năng kết nối mọi lúc, mọi nơi, khả năng di động toàn cầu và dịch vụ đặc thù cho từng khách hàng. NTT DoCoMo xem 4G như là một mở rộng của mạng thông tin di động tế bào 3G. Quan điểm này được xem như là một “quan điểm tuyến tính” trong đó mạng 4G sẽ có cấu trúc tế bào được cải tiến để cung ứng tốc độ lên trên 100Mb/s. Với cách nhìn nhận này thì 4G sẽ chính là mạng 3G LTE , UMB hay WiMAX 802.16m. Nhìn chung đây cũng là khuynh hướng chủ đạo được chấp nhận ở Trung Quốc và Hàn Quốc. Bên cạnh đó, mặc dù 4G là thế hệ tiếp theo của 3G, nhưng tương lai không hẳn chỉ giới hạn như là một mở rộng của mạng tế bào. Ví dụ ở châu Âu, 4G được xem như là khả năng đảm bảo cung cấp dịch vụ liên tục, không bị ngắt quãng với

Đồ án tốt nghiệp

Trang vii

khả năng kết nối với nhiều loại hình mạng truy nhập vô tuyến khác nhau và khả năng chọn lựa mạng vô tuyến thích hợp nhất để truyền tải dịch vụ đến người dùng một cách tối ưu nhất. Quan điểm này được xem như là “quan điểm liên đới”. Do đó, khái niệm “ABC-Always Best Connected” (luôn được kết nối tốt nhất) luôn được xem là một đặc tính hàng đầu của mạng thông tin di động 4G. Định nghĩa này được nhiều công ty viễn thông lớn và nhiều nhà nghiên cứu, nhà tư vấn viễn thông chấp nhận nhất hiện nay. Dù theo quan điểm nào, tất cả đều kỳ vọng là mạng thông tin di động thế hệ thứ tư 4G sẽ nổi lên vào khoảng 2010-2015 như là một mạng vô tuyến băng rộng tốc độ siêu cao. Ở Việt Nam , hiện nay 3G đang phát triển rầm rộ và để tiến lên 4G không còn xa nữa. Theo tin từ Tập đoàn Bưu chính viễn thông Việt Nam (VNPT), đơn vị này vừa hoàn thành việc lắp đặt trạm BTS sử dụng cho dịch vụ vô tuyến băng rộng công nghệ LTE (Long Term Evolution), công nghệ tiền 4G đầu tiên tại Việt Nam và Đông Nam Á. Đồ án nghiên cứu về Công nghệ 4G LTE là công nghệ còn mới mẻ và phù hợp với thực trạng hiện nay của Việt Nam. Nội dung của đồ án bao gồm 3 phần : Phần A : Giới thiệu Phần B : Nội dung Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan Chương 3 : Quy hoạch mạng 4G LTE và áp dụng cho TP. HCM Chương 4 : Mô phỏng Phần C : Phụ lục và tài liệu tham khảo Trong quá trình thực hiện đề tài, người thực hiện có những hạn chế về khả năng và còn nhiều sai sót , rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô và bạn bè .

Đồ án tốt nghiệp

Trang viii

MỤC LỤC PHẦN A : GIỚI THIỆU LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... i QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI ................................................................................ ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .....................................................iii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ........................................................ iv MỤC LỤC ........................................................................................................... viii MỤC LỤC HÌNH .................................................................................................. xii MỤC LỤC BẢNG................................................................................................. xv

PHẦN B : NỘI DUNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G ............................................................................................ 1 1. 1 Sự phát triển của hệ thống thông tin di động .................................................. 1 1. 1. 1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 (1G) ............................................... 2 1. 1. 2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 (2G) ............................................... 3 1. 1. 3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) ............................................... 6 1. 1. 4 Hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G) ............................................... 7 1. 2 Tổng quan về mạng 4G [12] .......................................................................... 8 1. 3 Sự khác nhau giữa 3G và 4G ....................................................................... 10 1. 3. 1 Ưu điểm nổi bật.................................................................................... 11 1.3.2 Các ứng dụng đã tạo nên ưu điểm của 4G LTE so với 3G ...................... 11 CHƯƠNG 2 : CẤU TRÚC MẠNG 4G LTE VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN .... 14 2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE........................................................................ 14 2.2 Cấu trúc của LTE [1] .................................................................................... 24

Đồ án tốt nghiệp

Trang ix

2.3 Các kênh sử dụng trong E-UTRAN .............................................................. 29 2.4 Giao thức của LTE (LTE Protocols) [2] ....................................................... 31 2.5 Một số đặc tính của kênh truyền .................................................................. 34 2.5.1 Trải trễ đa đường .................................................................................... 34 2.5.2 Các loại fading ....................................................................................... 34 2.5.3 Dịch tần Doppler .................................................................................... 35 2.5.4 Nhiễu MAI đối với LTE ......................................................................... 35 2.6 Các kỹ thuật sử dụng trong LTE .................................................................. 36 2.6.1 Kỹ thuật truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM [1].................. 36 2.6.2 Kỹ thuật SC-FDMA [1]......................................................................... 46 2.6.3 Kỹ thuật MIMO [1] ................................................................................ 48 2.6.4 Mã hóa Turbo [18] ................................................................................ 50 2.6.5 Thích ứng đường truyền [18]................................................................. 51 2.6.6 Lập biểu phụ thuộc kênh [18] ................................................................ 52 2.6.7 HARQ với kết hợp mềm [18] ................................................................ 52 2.7 Chuyển giao ................................................................................................ 53 2.7.1 Mục đích chuyển giao ............................................................................ 53 2.7.2 Trình tự chuyển giao ............................................................................. 54 2.7.3 Các loại chuyển giao ............................................................................. 56 2.7.4 Chuyển giao đối với LTE [3]................................................................ 59 2.8 Điều khiển công suất [3].............................................................................. 60 2.8.1 Điều khiển công suất vòng hở [8] ........................................................... 61 2.8.2 Điều khiển công suất vòng kín [8] .......................................................... 62 CHƯƠNG 3 : QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE VÀ ÁP DỤNG CHO TP.HCM..... 65 3. 1 Khái quát về quá trình quy hoạch mạng LTE ............................................. 65

Đồ án tốt nghiệp

Trang x

3. 2 Dự báo lưu lượng và phân tích vùng phủ ..................................................... 66 3. 2. 1 Dự báo lưu lượng ................................................................................. 66 3. 2. 2 Phân tích vùng phủ ............................................................................... 67 3. 3 Quy hoạch chi tiết ....................................................................................... 67 3. 3. 1 Quy hoạch vùng phủ ............................................................................ 67 3. 3. 1. 1 Quỹ đường truyền [2].................................................................... 68 3. 3. 1. 2 Các mô hình truyền sóng............................................................... 77 3. 3. 1. 3 Tính bán kính cell ........................................................................ 83 3. 3. 2 Quy hoạch dung lượng ......................................................................... 85 3. 4 Quy hoạch cho TP Hồ Chí Minh ................................................................. 90 3.5 Tối ưu mạng ................................................................................................. 91 3.6 Điều khiển công suất kênh PUSCH của LTE [7] ......................................... 92 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG ................................................................................... 95 4.1 Các lưu đồ .................................................................................................... 95 4.2 Quy hoạch mạng LTE .................................................................................. 96 4.2.1 Quy hoạch vùng phủ .............................................................................. 97 4.2.1.1 Quỹ đường truyền ............................................................................ 97 4.2.1.2 Các mô hình truyền sóng ................................................................. 98 4.2.1.3 Quy hoạch vùng phủ ...................................................................... 100 4.2.2 Quy hoạch dung lượng của LTE .......................................................... 100 4.2.3 Tối ưu số trạm ..................................................................................... 102 4.2.4 So sánh vùng phủ của LTE và WCDMA .............................................. 103 4.3. Chuyển giao và Điều khiển công suất ........................................................ 105 4.3.1 Giao diện chính .................................................................................... 105 4.3.2 Điều khiển công suất ............................................................................ 106

Đồ án tốt nghiệp

Trang xi

4.3.3 Chuyển giao ........................................................................................ 109 4.3.3.1 Trường hợp chuyển giao thành công .............................................. 110 4.3.3.2 Trường hợp chuyển giao bị rớt ....................................................... 111 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ..................................... 113

PHẦN C: PHỤ LỤC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 1 : CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................... 114 PHỤ LỤC 2 : HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG ........................................................... 119 CHƯƠNG TRÌNH .............................................................................................. 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 122

Đồ án tốt nghiệp

Trang xii

MỤC LỤC HÌNH Hình 2.1: So sánh về cấu trúc giữa UTMS và LTE ................................................ 24 Hình 2.2: Cấu trúc cơ bản của LTE ....................................................................... 25 Hình 2.3: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP ........................................... 27 Hình 2.4 : Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập3GPP và không phải 3GPP .......... 28 Hình 2.6: Giao thức của UTRAN .......................................................................... 31 Hình 2.7: Giao thức của E-UTRAN ....................................................................... 32 Hình 2.8: Phân phối chức năng của các lớp MAC, RLC, PDCP............................. 32 Hình 2.9 : Truyền đơn sóng mang.......................................................................... 36 Hình 2.10 : Nguyên lý của FDMA ......................................................................... 36 Hình 2.11 : Nguyên lý đa sóng mang ..................................................................... 36 Hình 2.12 : So sánh phổ tần của OFDM với FDMA .............................................. 37 Hình 2.13 : Tần số-thời gian của tín hiệu OFDM ................................................... 37 Hình 2.14 : Các sóng mang trực giao với nhau ...................................................... 38 Hình 2.15 : Biến đổi FFT ....................................................................................... 39 Hình 2.16 : Thu phát OFDM ................................................................................. 39 Hình 2.17: Chuỗi bảo vệ GI .................................................................................. 40 Hình 2.18 Tác dụng của chuỗi bảo vệ ................................................................... 41 Hình 2.19 Sóng mang con OFDMA....................................................................... 42 Hình 2.20 OFDM và OFDMA ............................................................................... 42 Hình 2.21 : Chỉ định tài nguyên của OFDMA trong LTE ...................................... 43 Hình 2.22 : Cấu trúc của một khối tài nguyên ........................................................ 44 Hình 2.23 : Cấu trúc bố trí tín hiệu tham khảo ....................................................... 45 Hình 2.24: Đặc tính đường bao của tín hiệu OFDM ............................................... 45

Đồ án tốt nghiệp

Trang xiii

Hình 2.25: PAPR cho các tín hiệu khác nhau ......................................................... 46 Hình 2.26: OFDMA và SC-FDMA........................................................................ 47 Hình 2.28 Mô hình SU-MIMO và MU-MIMO ...................................................... 49 Hình 2.29: Ghép kênh không gian ......................................................................... 50 Hình 2.30 Điều chế thích nghi .............................................................................. 51 Hình 2.31: Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao ................................ 55 Hình 2.32 : Chuyển giao mềm ............................................................................... 57 Hình 2.33 : Chuyển giao mềm - mềm hơn ............................................................. 58 Hình 2.34 : Chuyển giao cứng ............................................................................... 58 Hình 2.35: Các loại chuyển giao ............................................................................ 59 Hình 2.36: Điều khiển công suất vòng hở .............................................................. 62 Hình 2.37: Điều khiển công suất vòng kín ............................................................. 63 Hình 3. 1: Khái quát về quá trình quy hoạch mạng LTE ........................................ 65 Hình 3. 2 : Các tham số của mô hình Walfisch-Ikegami ........................................ 79 Hình 3. 3: Quan hệ giữa băng thông kênh truyền và băng thông cấu hình .............. 88 Hình 4.1 : Lưu đồ phần mô phỏng quy hoạch LTE ................................................ 95 Hình 4.2 : Lưu đồ phần chuyển giao và điều khiển công suất ................................ 96 Hình 4.3: Giao diện phần quy hoạch mạng LTE .................................................... 96 Hình 4.4: Quỹ đường truyền của LTE.................................................................... 97 Hình 4.5 Môi trường truyền sóng trong nhà ........................................................... 98 Hình 4.6 : Môi trường truyền sóng ngoài trời ........................................................ 99 Hình 4.7: Môi trường xe cộ ................................................................................... 99 Hình 4.8: Quy hoạch vùng phủ LTE .................................................................... 100 Hình 4.9 : Quy hoạc dung lượng LTE.................................................................. 101 Hình 4.10: Tính toán tốc độ đỉnh ......................................................................... 102

Đồ án tốt nghiệp

Trang xiv

Hình 4.11: Tối ưu số trạm.................................................................................... 102 Hình 4.12 : So sánh quỹ đường truyền lên của LTE và WCDMA ........................ 103 Hình 4.13: So sánh quỹ đường truyền xuống của LTE và WCDMA .................... 103 Hình 4.14: So sánh vùng phủ của LTE và WCDMA ............................................ 104 Hình 4.15: Giao diện phần chuyển giao và điều khiển công suất.......................... 105 Hình 4.16: Nhập dữ liệu cho điều khiển công suất ............................................... 106 Hình 4.17: Điều khiển công suất ở LTE............................................................... 107 Hình 4.18: Nhập liệu của WCDMA ..................................................................... 108 Hình 4.19: So sánh điều khiển công suất của LTE và WCDMA .......................... 109 Hình 4.20: Trường hợp chuyển giao thành công .................................................. 110 Hình 4.21: Trường hợp chuyển giao bị rớt ........................................................... 111

Đồ án tốt nghiệp

Trang xv

MỤC LỤC BẢNG Bảng 2.1 : Các thông số lớp vật lý LTE ................................................................. 17 Bảng 2.2 : Tốc độ đỉnh của LTE theo lớp .............................................................. 18 Bảng 2.3 : So sánh các dịch vụ của 3G so với 4G LTE .......................................... 19 Bảng 2.4 : So sánh giữa HSPA, WiMAX và LTE .................................................. 21 Bảng 2.5 : Số khối tài nguyên theo băng thông kênh truyền ................................... 43 Bảng 3. 1 :Ví dụ về quỹ đường lên của LTE .......................................................... 71 Bảng 3. 2 : Ví dụ của quỹ đường xuống LTE......................................................... 73 Bảng 3. 3 : So sánh quỹ đường truyền lên của các hệ thống ................................... 74 Bảng 3. 4 : So sánh về quỹ đường truyền xuống của các hệ thống ......................... 75 Bảng 3. 5 : Các giá trị K sử dụng cho tính toán vùng phủ sóng .............................. 85 Bảng 3. 6 : Tốc độ bit đỉnh tương ứng với từng tốc độ mã hóa và băng thông........ 86 Bảng 3. 7 Giá trị của băng thông cấu hình tương ứng với băng thông kênh truyền[4] .............................................................................................................................. 88 Bảng 3.8 Diện tích và dân số từng quận của TP.HCM [11] ................................ 90 Bảng 3.9 Các lớp công suất của UE [10] ............................................................... 93

PHẦN B NỘI DUNG

Đồ án tốt nghiệp

Trang 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G Thông tin di động là một lĩnh vực rất quan trọng trong đời sống xã hội. Xã hội càng phát triển, nhu cầu về thông tin di động của con người càng tăng lên và thông tin di động càng khẳng định được sự cần thiết và tính tiện dụng của nó. Cho đến nay, hệ thống thông tin di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ thế hệ di động thế hệ 1 đến thế hệ 3 và thế hệ đang phát triển trên thế giới - thế hệ 4. Trong chương này sẽ trình bày khái quát về các đặc tính chung của các hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G. 1. 1 Sự phát triển của hệ thống thông tin di động Khi các ngành thông tin quảng bá bằng vô tuyến phát triển thì ý tưởng về thiết bị điện thoại vô tuyến ra đời và cũng là tiền thân của mạng thông tin di động sau này. Năm 1946, mạng điện thoại vô tuyến đầu tiên được thử nghiệm tại ST Louis, bang Missouri của Mỹ. Sau những năm 50, việc phát minh ra chất bán dẫn cũng ảnh hưởng lớn đến lĩnh vực thông tin di động. Ứng dụng các linh kiện bán dẫn vào thông tin di động đã cải thiện một số nhược điểm mà trước đây chưa làm được. Thuật ngữ thông tin di động tế bào ra đời vào những năm 70, khi kết hợp được các vùng phủ sóng riêng lẻ thành công, đã giải được bài toán khó về dung lượng.

Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G

Đồ án tốt nghiệp

Trang 2

Hình 1: Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động tế bào 1. 1. 1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 (1G) Những hệ thống thông tin di động đầu tiên, nay được gọi là thế hệ thứ nhất (1G), sử dụng công nghệ analog gọi là đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) để truyền kênh thoại trên sóng vô tuyến đến thuê bao điện thoại di động. Với FDMA, người dùng được cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần số. Trong trường hợp nếu số thuê bao nhiều vượt trội so với các kênh tần số có thể, thì một số người bị chặn lại không được truy cập. 1. 1. 1. 1 Đặc điểm Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến. Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể. Trạm thu phát gốc BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS trong cell. Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di động tiên tiến AMPS. 1. 1. 1. 2 Những hạn chế của hệ thống thông tin di động thế hệ 1 Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản. Tuy nhiên hệ thống không thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ. Nó bao gồm các hạn chế sau : Phân bổ tần số rất hạn chế, dung lượng nhỏ. Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G

Đồ án tốt nghiệp

Trang 3

Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xảy ra khi máy di động chuyển dịch trong môi trường fading đa tia. Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạ tầng. Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi. Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt ở châu Âu, làm cho thuê bao không thể sử dụng được máy di động của mình ở các nước khác. Chất lượng thấp và vùng phủ sóng hẹp.  Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với kỹ thuật đa truy cập mới ưu điểm hơn về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp. Vì vậy đã xuất hiện hệ thống thông tin di động thế hệ 2. 1. 1. 2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 (2G) Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) đầu tiên trên thế giới được ra đời ở châu Âu và có tên gọi là GSM. Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 lúc đó đã đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số. Hệ thống 2G hấp dẫn hơn hệ thống 1G bởi vì ngoài dịch vụ thoại truyền thống, hệ thống này còn có khả năng cung cấp một số dịch vụ truyền dữ liệu và các dịch vụ bổ sung khác. Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động số GSM được đưa vào từ năm 1993, hiện nay đang được Công ty VMS và GPC khai thác rất hiệu quả với hai mạng thông tin di động số VinaPhone và MobiFone theo tiêu chuẩn GSM. Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 đều sử dụng kỹ thuật điều chế số. Và chúng sử dụng 2 phương pháp đa truy cập: Đa truy cập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access - TDMA): phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khác nhau. Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access - CDMA): phục vụ các cuộc gọi theo các chuỗi mã khác nhau.

Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G

Đồ án tốt nghiệp

Trang 4

1. 1. 2. 1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA: Trong hệ thống TDMA phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này được dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian (Time slot) trong chu kỳ một khung. Tin tức được tổ chức dưới dạng gói, mỗi gói có bit chỉ thị đầu gói, chỉ thị cuối gói, các bit đồng bộ và các bit dữ liệu. Không như hệ thống FDMA, hệ thống TDMA truyền dẫn dữ liệu không liên tục và chỉ sử dụng cho dữ liệu số và điều chế số. Các đặc điểm của TDMA - TDMA có thể phân phát thông tin theo hai phương pháp là phân định trước và phân phát theo yêu cầu. Trong phương pháp phân định trước, việc phân phát các cụm được định trước hoặc phân phát theo thời gian. Ngược lại trong phương pháp phân định theo yêu cầu các mạch được tới đáp ứng khi có cuộc gọi yêu cầu, nhờ đó tăng được hiệu suất sử dụng mạch. - Trong TDMA các kênh được phân chia theo thời gian nên nhiễu giao thoa giữa các kênh kế cận giảm đáng kể. - TDMA sử dụng một kênh vô tuyến để ghép nhiều luồng thông tin thông qua việc phân chia theo thời gian nên cần phải có việc đồng bộ hóa việc truyền dẫn để tránh trùng lặp tín hiệu. Ngoài ra, vì số lượng kênh ghép tăng nên thời gian trễ do truyền dẫn đa đường không thể bỏ qua được, do đó sự đồng bộ phải tối ưu. 1. 1. 2. 2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA Đối với hệ thống CDMA, tất cả người dùng sẽ sử dụng cùng lúc một băng tần. Tín hiệu truyền đi sẽ chiếm toàn bộ băng tần của hệ thống. Tuy nhiên, các tín hiệu của mỗi người dùng được phân biệt với nhau bởi các chuỗi mã. Thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi, mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau. Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại mỗi cell trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên PN. Trong hệ thống CDMA, tín hiệu bản tin băng hẹp được nhân với tín hiệu băng thông rất rộng, gọi là tín hiệu phân tán. Tín hiệu phân tán là một chuỗi mã giả ngẫu Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G

Đồ án tốt nghiệp

Trang 5

nhiên mà tốc độ chip của nó rất lớn so với tốc độ dữ liệu. Tất cả các users trong một hệ thống CDMA dùng chung tần số sóng mang và có thể được phát đồng thời. Mỗi user có một từ mã giả ngẫu nhiên riêng của nó và nó được xem là trực giao với các từ mã khác. Tại máy thu, sẽ có một từ mã đặc trưng được tạo ra để tách sóng tín hiệu có từ mã giả ngẫu nhiên tương quan với nó. Tất cả các mã khác được xem như là nhiễu. Để khôi phục lại tín hiệu thông tin, máy thu cần phải biết từ mã dùng ở máy phát. Mỗi thuê bao vận hành một cách độc lập mà không cần biết các thông tin của máy khác. Đặc điểm của CDMA - Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz. - Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp. - Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường rất nhỏ và chống fading hiệu quả hơn FDMA, TDMA. - Việc các thuê bao MS trong cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn vấn đề, chuyển giao trở thành mềm, điều khiển dung lượng cell rất linh hoạt. - Chất lượng thoại cao hơn, dung lượng hệ thống tăng đáng kể (có thể gấp từ 4 đến 6 lần hệ thống GSM), độ an toàn (tính bảo mật thông tin) cao hơn do sử dụng dãy mã ngẫu nhiên để trải phổ, kháng nhiễu tốt hơn, khả năng thu đa đường tốt hơn, chuyển vùng linh hoạt. Do hệ số tái sử dụng tần số là 1 nên không cần phải quan tâm đến vấn đề nhiễu đồng kênh. - CDMA không có giới hạn rõ ràng về số người sử dụng như TDMA và FDMA. Còn ở TDMA và FDMA thì số người sử dụng là cố định, không thể tăng thêm khi tất cả các kênh bị chiếm. - Hệ thống CDMA ra đời đã đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn dịch vụ thông tin di động tế bào. Đây là hệ thống thông tin di động băng hẹp với tốc độ bit thông tin của người sử dụng là 8-13 kbps.

Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G

Đồ án tốt nghiệp

Trang 6

1. 1. 3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) Hệ thống thông tin di động chuyển từ thế hệ 2 sang thế hệ 3 qua một giai đoạn trung gian là thế hệ 2, 5 sử dụng công nghệ TDMA trong đó kết hợp nhiều khe hoặc nhiều tần số hoặc sử dụng công nghệ CDMA trong đó có thể chồng lên phổ tần của thế hệ hai nếu không sử dụng phổ tần mới, bao gồm các mạng đã được đưa vào sử dụng như: GPRS, EDGE và CDMA2000-1x. Ở thế hệ thứ 3 này các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s. Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay, các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 gọi là các hệ thống thông tin di động băng rộng. Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000 đã được đề xuất, trong đó 2 hệ thống W-CDMA và CDMA2000 đã được ITU chấp thuận và đưa vào hoạt động trong những năm đầu của những thập kỷ 2000. Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA, điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ 3. W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là sự nâng cấp của các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, IS-136. CDMA2000 là sự nâng cấp của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ CDMA: IS-95. Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3 Thông tin di động thế hệ thứ 3 xây dựng trên cơ sở IMT-2000 được đưa vào phục vụ từ năm 2001. Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng cũng đồng thời bảo đảm sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ 2. Tốc độ của thế hệ thứ ba được xác định như sau: - 384 Kb/s đối với vùng phủ sóng rộng. - 2 Mb/s đối với vùng phủ sóng địa phương. Các tiêu chí chung để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba (3G): Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G

Đồ án tốt nghiệp

Trang 7

- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau: 

Đường lên



Đường xuống : 2110-2200 MHz.

: 1885-2025 MHz.

- Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến: 

Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến.



Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông.

- Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau: trong công sở, ngoài đường, trên xe, vệ tinh. - Có thể hỗ trợ các dịch vụ như: 

Môi trường thông tin nhà ảo (VHE: Virtual Home Environment) trên cơ

sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu. 

Đảm bảo chuyển mạng quốc tế.



Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu

chuyển mạch kênh và số liệu chuyển mạch theo gói. - Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện. 1. 1. 4 Hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G) Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 sang thế hệ 4 qua giai đoạn trung gian là thế hệ 3,5 có tên là mạng truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA. Thế hệ 4 là công nghệ truyền thông không dây thứ tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1 cho đến 1.5 Gbps. Công nghệ 4G được hiểu là chuẩn tương lai của các thiết bị không dây. Các nghiên cứu đầu tiên của NTT DoCoMo cho biết, điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu với tốc độ 100 Mbps khi di chuyển và tới 1 Gbps khi đứng yên, cho phép người sử dụng có thể tải và truyền lên hình ảnh động chất lượng cao. Chuẩn 4G cho phép truyền các ứng dụng phương tiện truyền thông phổ biến nhất, góp phần tạo nên các những ứng dụng mạnh mẽ cho các mạng không dây nội bộ (WLAN) và các ứng dụng khác.

Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G

Đồ án tốt nghiệp

Trang 8

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. 1. 2 Tổng quan về mạng 4G [12] 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 1Mbps 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… 3GPP LTE được xem như là tiền 4G, nhưng phiên bản đầu tiên của LTE chưa đủ các tính năng theo yêu cầu của IMT Advanced. LTE có tốc độ lý thuyết lên đến 100Mbps ở đường xuống và 50Mbps ở đường lên đối với băng thông 20MHz. Và sẽ hơn nữa nếu MIMO, các anten mảng được sử dụng. LTE được phát triển đầu tiên ở hai thủ đô Stockholm và Olso vào ngày 14/12/2009. Giao diện vô tuyến vật lý đầu tiên được đặt tên là HSOPA (High Speed OFDM Packet Access), bây giờ có tên là E-UTRA (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access). Thực tế cho thấy, hầu hết các hãng sản xuất thiết bị viễn thông hàng đầu thế giới: Alcatel-Lucent, Ericsson, Motorola, Nokia, Nokia Siemens Networks, Huawei, LG Electronics, Samsung, NEC, Fujitsu. . . đã bắt tay với các nhà mạng lớn trên thế giới (Verizon Wireless, AT&T, France Telecom-Orange, NTT DoCoMo, T-Mobile, China Mobile, ZTE. . . ) thực hiện các cuộc thử nghiệm quan trọng trên công nghệ LTE và đã đạt những thành công đáng kể. LTE Advanced là ứng viên cho chuẩn IMT-Advanced, mục tiêu của nó là hướng đến đáp ứng được yêu cầu của ITU. LTE Advanced có khả năng tương thích với thiết bị và chia sẻ băng tần với LTE phiên bản đầu tiên. Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G

Đồ án tốt nghiệp

Trang 9

Di động WiMAX (IEEE 802. 16e-2005) là chuẩn truy cập di động không dây băng rộng (MWBA) cũng được xem là 4G, tốc độ bít đỉnh đường xuống là 128 Mbps và 56 Mbps cho đường xuống với độ rộng băng thông hơn 20 MHz. UMB (Ultra Mobile Broadband) : UMB được các tổ chức viễn thông của Nhật Bản, Trung Quốc, Bắc Mỹ và Hàn Quốc cùng với các hãng như AlcatelLucent, Apple, Motorola, NEC và Verizon Wireless phát triển từ nền tảng CDMA. UMB có thể hoạt động ở băng tần có độ rộng từ 1,25 MHz đến 20 MHz và làm việc ở nhiều dải tần số, với tốc độ truyền dữ liệu lên tới 288 Mbps cho luồng xuống và 75 Mbps cho luồng lên với độ rộng băng tần sử dụng là 20 MHz. Qualcomm là hãng đi đầu trong nỗ lực phát triển UMB, mặc dù hãng này cũng đồng thời phát triển cả công nghệ LTE. Mục tiêu và cách tiếp cận 4G cung cấp QoS và tốc độ phát triển hơn nhiều so với 3G đang tồn tại, không chỉ là truy cập băng rộng, dịch vụ tin nhắn đa phương tiện (MMS), chat video, TV di động mà còn các dịch vụ HDTV, các dịch vụ tối thiểu như thoại, dữ liệu và các dịch vụ khác. Nó cho phép chuyển giao giữa các mạng vô tuyến trong khu vực cục bộ và có thể kết nối với hệ thống quảng bá video số. Các mục tiêu mà 4G hướng đến : Băng thông linh hoạt giữa 5 MHz đến 20 MHz, có thể lên đến 40 MHz. Tốc độ được quy định bởi ITU là 100 Mbps khi di chuyển tốc độ cao và 1 Gbps đối với thuê bao đứng yên so với trạm. Tốc độ dữ liệu ít nhất là 100 Mbps giữa bất kỳ hai điểm nào trên thế giới. Hiệu suất phổ đường truyền là 15bit/s/Hz ở đường xuống và 6.75 bit/s/Hz ở đường lên (có nghĩa là 1000 Mbps ở đường xuống và có thể nhỏ hơn băng thông 67 MHz)/ Hiệu suất sử dụng phổ hệ thống lên đến 3 bit/s/Hz/cell ở đường xuống và 2.25 bit/s/Hz/cell cho việc sử dụng trong nhà. Chuyển giao liền (Smooth handoff) qua các mạng hỗn hợp. Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G

Đồ án tốt nghiệp

Trang 10

Kết nối liền và chuyển giao toàn cầu qua đa mạng. Chất lượng cao cho các dịch vụ đa phương tiện như âm thanh thời gian thực, tốc độ dữ liệu cao, video HDTV, TV di động… Tương thích với các chuẩn không dây đang tồn tại Tất cả là IP, mạng chuyển mạch gói không còn chuyển mạch kênh nữa. Các điểm cần xét đến Vùng bao phủ, môi trường vô tuyến, phổ, dịch vụ, mô hình thương mại và số người sử dụng. Các kỹ thuật được sử dụng Kỹ thuật sử dụng lớp vật lý -

Không sử dụng CDMA

-

MIMO : để đạt được hiệu suất phổ tần cao bằng cách sử dụng phân tập theo không gian, đa anten đa người dùng.

-

Sử dụng lượng tử hóa trong miền tần số, chẳng hạn như OFDM hoặc SCFDE (single carrier frequency domain equalization) ở đường xuống : để tận dụng thuộc tính chọn lọc tần số của kênh mà không phải lượng tử phức tạp.

-

Ghép kênh trong miền tần số chẳng hạn như OFDMA hoặc SC-FDMA ở đường xuống : tốc độ bit thay đổi bằng việc gán cho người dùng các kênh con khác nhau dựa trên điều kiện kênh.

-

Mã hóa sửa lỗi Turbo : để tối thiểu yêu cầu về tỷ số SNR ở bên thu.

Lập biểu kênh độc lập : để sử dụng các kênh thay đổi theo thời gian. Thích nghi đường truyền : điều chế thích nghi và các mã sửa lỗi. 1. 3 Sự khác nhau giữa 3G và 4G Hiện nay, công nghệ 3G cho phép truy cập Internet không dây và các cuộc gọi có hình ảnh. 4G được phát triển trên các thuộc tính kế thừa từ công nghệ 3G. Về mặt lý thuyết, mạng không dây sử dụng công nghệ 4G sẽ có tốc độ nhanh hơn mạng Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G

Đồ án tốt nghiệp

Trang 11

3G từ 4 đến 10 lần. Tốc độ tối đa của 3G là tốc độ tải xuống 14Mbps và 5.8Mbps tải lên. Với công nghệ 4G, tốc độ có thể đạt tới 100Mbps đối với người dùng di động và 1Gbps đối với người dùng cố định. 3G sử dụng ở các dải tần quy định quốc tế cho UL : 1885-2025 MHz; DL : 2110-2200 MHz; với tốc độ từ 144kbps-2Mbps, độ rộng BW: 5 MHz. Đối với 4G LTE thì Hoạt động ở băng tần : 700 MHz-2,6 GHz với mục tiêu tốc độ dữ liệu cao, độ trễ thấp, công nghệ truy cập sóng vô tuyến gói dữ liệu tối ưu. Tốc độ DL :100Mbps( ở BW 20MHz), UL : 50 Mbps với 2 aten thu một anten phát. Độ trễ nhỏ hơn 5ms với độ rộng BW linh hoạt là ưu điểm của LTE so với WCDMA, BW từ 1.25 MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 MHz. Hiệu quả trải phổ tăng 4 lần và tăng 10 lần số người dùng/cell so với WCDMA. 1. 3. 1 Ưu điểm nổi bật Tốc độ dữ liệu cao hơn rất nhiều lần so với 3G Tăng hiệu quả sử dụng phổ và giảm thời gian trễ Cấu trúc mạng sẽ đơn giản hơn, và sẽ không còn chuyển mạch kênh nữa Hiệu quả trải phổ tăng 4 lần và tăng 10 lần user/cell so với WCDMA. Độ rộng băng tần linh hoạt cũng là một ưu điểm quan trọng của LTE đối với WCDMA 1.3.2 Các ứng dụng đã tạo nên ưu điểm của 4G LTE so với 3G Hiệu suất phổ cao - OFDM ở DL  Chống nhiễu đa đường  Hầu hết dữ liệu người dùng thì ít hơn di động - SC-FDMA ở UL  PAPR thấp  Người dùng trực giao trong miền tần số - MIMO Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G

Đồ án tốt nghiệp

Trang 12

Tốc độ dữ liệu cao -Phát nhiều dòng dữ liệu độc lập song song qua các anten riêng lẻ => tăng tốc độ dữ liệu. (sử dụng MIMO) Độ trễ thấp -Thời gian cài đặt và thời gian trì hoãn chuyển tiếp ngắn -Trễ HO và thời gian ngắt ngắn : TTI ngắn, trạng thái RRC đơn giản Giá thành rẻ -Cấu trúc mạng đơn giản, giảm các thành phần của mạng Chất lượng dịch vụ cao -Sử dụng các tần số cấp phép để đảm bảo chất lượng dịch vụ : LTE sử dụng các dải tần số khác nhau : 2100 MHz, 1900 MHz, 1700 MHz, 2600 MHz, 900 MHz, 800 MHz. -Luôn luôn thử nghiệm ( giảm thời gian trễ trong điều khiển định tuyến) -Giảm độ trễ khứ hồi ( round trip delay) Tần số tái sử dụng linh hoạt Giảm nhiễu liên cell với tần số tái sử dụng lớn hơn 1. -Sử dụng hai dải tần số:  Dải 1 : hệ số tái sử dụng lớn hơn 1 => công suất phát cao hơn  Dải 2 : phổ còn lại -Các user ở cạnh cell : sử dụng dải 1 => SIR tốt -Các user ở trung tâm cell : sử dụng toàn bộ băng => tốc độ dữ liệu cao Dung lượng và vùng bao phủ của WCDMA UL bị giới hạn bởi can nhiễu: can nhiễu bên trong cell và can nhiễu liên cell. Nhưng đối với LTE thì : do tính trực giao nên can nhiễu trong cùng một cell có thể không xét đến và giảm can nhiễu inter-cell bằng tái sử dụng cục bộ, thêm các anten có thể triệt can nhiễu.

Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G

Đồ án tốt nghiệp

Trang 13

 Chương 1 đã khái quát được những nét đặc trưng, ưu nhược điểm và sự phát triển của các hệ thống thông tin di động thế hệ 1, 2 và 3, 4 đồng thời đã sơ lượt tổng quan của hệ thống thông tin di động thế hệ 4. Hai thông số quan trọng đặc trưng cho các hệ thống thông tin di động số là tốc độ bit thông tin của người sử dụng và tính di động, ở các thế hệ tiếp theo các thông số này càng được cải thiện. Nêu được ưu điểm của 4G so với 3G và các cơ sở để hình thành ưu điểm đó. Để tìm hiểu thêm về 4G ta qua chương tiếp theo.

Chương 1 : Giới thiệu về hệ thống thông tin di động và tổng quan về mạng 4G

Đồ án tốt nghiệp

Trang 14

CHƯƠNG 2 : CẤU TRÚC MẠNG 4G LTE VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN Hệ thống 4G được xây dựng nhằm chuẩn bị một cơ sở hạ tầng di động chung có khả năng phục vụ các dịch vụ hiện tại và tương lai. Cơ sở hạ tầng 4G được thiết kế với điều kiện những thay đổi, phát triển về kỹ thuật có khả năng phù hợp với mạng hiện tại mà không làm ảnh hưởng đến các dịch vụ đang sử dụng. Để thực hiện điều đó, cần tách biệt giữa kỹ thuật truy cập, kỹ thuật truyền dẫn, kỹ thuật dịch vụ (điều khiển kết nối) và các ứng dụng của người sử dụng. Chương này sẽ trình bày hệ thống di động 4G LTE :các đặc điểm kỹ thuật, so sánh LTE với WiMAX, cấu trúc mạng 4G LTE sẽ như thế nào, nó liên kết với các mạng khác ra sao, các kênh sử dụng trong E-UTRAN, các kỹ thuật sử dụngcho đường lên, đường xuống trong LTE, đồng thời khái quát về các thủ tục liên quan đến giao diện vô tuyến bao gồm chuyển giao và điều khiển công suất. 2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE Hệ thống 3GPP LTE, là bước tiếp theo cần hướng tới của hệ thống mạng không dây 3G dựa trên công nghệ di động GSM/UMTS, và là một trong những công nghệ tiềm năng nhất cho truyền thông 4G. Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) đã định nghĩa truyền thông di động thế hệ thứ 4 là IMT Advanced và chia thành hai hệ thống dùng cho di động tốc độ cao và di động tốc độ thấp. 3GPP LTE là hệ thống dùng cho di động tốc độ cao. Ngoài ra, đây còn là công nghệ hệ thống tích hợp đầu tiên trên thế giới ứng dụng cả chuẩn 3GPP LTE và các chuẩn dịch vụ ứng dụng khác, do đó người sử dụng có thể dễ dàng thực hiện cuộc gọi hoặc truyền dữ liệu giữa các mạng LTE và các mạng GSM/GPRS hoặc UMTS dựa trên WCDMA. Kiến trúc mạng mới được thiết kế với mục tiêu cung cấp lưu lượng chuyển mạch gói với dịch vụ chất lượng, độ trễ tối thiểu. Hệ thống sử dụng băng thông linh hoạt nhờ vào mô hình đa truy cập OFDMA và SC-FDMA. Thêm vào đó, FDD (Frequency Division Duplexing) và TDD (Time Division Duplexing), 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 Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 15

giá thành cho bộ song công trong UE. Truy cập tuyến lên dựa vào đa truy cập phân chia theo tần số đơn sóng mang (Single Carrier Frequency Division multiple Access SC-FDMA) cho phép tăng vùng phủ tuyến lên làm tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình thấp (Peak-to-Average Power Ratio PAPR) so với OFDMA. Thêm vào đó, để cải thiện tốc độ dữ liệu đỉnh, hệ thống LTE sử dụng hai đến bốn lần hệ số phổ cell so với hệ thống HSPA Release 6. Động cơ thúc đẩy -

Cần thế hệ tiếp theo để cải thiện các nhược điểm của 3G và đáp ứng nhu cầu của người sử dụng

-

Người dùng đòi hỏi tốc độ dữ liệu và chất lượng dịch vụ cao hơn

-

Tối ưu hệ thống chuyển mạch gói

-

Tiếp tục nhu cầu đòi hỏi của người dùng về giảm giá thành (CAPEX và OPEX)

-

Giảm độ phức tạp

-

Tránh sự phân đoạn không cần thiết cho hoạt động của một cặp hoặc không phải một cặp dải thông

Các giai đoạn phát triển của 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 1 MHz so với mạng HSDPA Rel. 6: Tải xuống: gấp 3 đến 4 lần (100Mbps). Tải lên: gấp 2 đến 3 lần (50Mbps).

-

Năm 2007, LTE của kỹ thuật truy cập vô tuyến thế hệ thứ 3 –“EUTRA”phát triển từ những bước khả thi để đưa ra các đặc tính kỹ thuật được chấp nhận. Cuối năm 2008 các kỹ thuật này được sử dụng trong thương mại.

-

Các kỹ thuật OFDMA được sử dụng cho đường xuống và SC-FDMA được sử dụng cho đường lên.

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 16

Mục tiêu của LTE -

Tốc độ dữ liệu cao

-

Độ trễ thấp

-

Công nghệ truy cập sóng vô tuyến gói dữ liệu tối ưu

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  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:

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 17

 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 mở rộng (2.5 GHz), cũng như tại 850-900 MHz, 1800 MHz, phổ AWS (1.72.1 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. Các thông số lớp vật lý của LTE [14] Bảng 2.1 : Các thông số lớp vật lý LTE Kỹ thuật truy cập

Băng thông

UL

DTFS-OFDM (SC-FDMA)

DL

OFDMA 1.4MHz, 3 MHz , 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 MHz

TTI tối thiểu

1ms

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 18

Khoảng cách sóng mang con

15KHz

Ngắn 4.7µs

Chiều dài CP

Dài

16.7 µs

Điều chế

QPSK, 16QAM, 64QAM

Ghép kênh không gian

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

Bảng 2.2 : Tốc độ đỉnh của LTE theo lớp Lớp Tốc độ

1

2

3

4

5

DL

10

50

100

150

300

UL

5

25

50

50

75

đỉnh Mbps

Dung lượng cho các chức năng lớp vật lý 20MHz

Băng thông RF Điều chế

DL UL

QPSK, 16QAM, 64QAM QPSK, 16QAM

QPSK, 16QAM, 64QAM

Dịch vụ của LTE Qua việc kết nối của đường truyền tốc độ rất cao, băng thông linh hoạt, hiệu suất sử dụng phổ cao và giảm thời gian trễ gói, LTE hứa hẹn sẽ cung cấp nhiều dịch vụ đa dạng hơn. Đối với khách hàng, sẽ có thêm nhiều ứng dụng về dòng dữ liệu lớn, tải về và chia sẻ video, nhạc và nội dung đa phương tiện. Tất cả các dịch vụ sẽ Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 19

cần lưu lượng lớn hơn để đáp ứng đủ chất lượng dịch vụ, đặc biệt là với mong đợi của người dùng về đường truyền TV độ rõ nét cao. Đối với khách hàng là doanh nghiệp, truyền các tập tin lớn với tốc độ cao, chất lượng video hội nghị tốt…LTE sẽ mang đặc tính của “Web 2.0” ngày nay vào không gian di động lần đầu tiên. Dọc theo sự bảo đảm về thương mại, nó sẽ băng qua những ứng dụng thời gian thực như game đa người chơi và chia sẻ tập tin. Bảng 2.3 : So sánh các dịch vụ của 3G so với 4G LTE Dịch vụ

Môi trường (3G)

Môi trường 4G

Thoai (rich voice)

Âm thanh thời gian thực

VoIP, video hội nghị chất lượng cao

Tin nhắn P2F(P2F SMS, MMS, các email ưu tiên Các tin nhắn photo, IM, messaging)

thấp

email di động, tin nhắn video

Lướt

Truy cập đến các dịch vụ Duyệt siêu nhanh, tải các nội

web(browsing)

online trực tuyến, Trình duyệt dung lên các mạng xã hội. WAP thông qua GPRS và mạng 3G.

Thông

tin

cước Người dùng trả qua hoặc trên Tạp chí trực tuyến, dòng âm

phí(paid

mạng tính cước chuẩn. Chính thanh chất lượng cao.

information)

yếu là dựa trên thông tin văn bản.

Riêng

Chủ

yếu

là

âm

thanh Âm thanh thực(thu âm gốc

tư(personalization) chuông(ringtone), cũng bao từ người nghệ sĩ), các trang gồm

màn

(screensavers)và

hình

chờ web cá nhân. nhạc

chờ(ring tone) . Games

Tải về và chơi game trực Kinh

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

nghiệm

game

trực

Đồ án tốt nghiệp

Trang 20 tuyến.

tuyến vững chắc qua cả mạng cố định và di động.

Video/TV theo yêu Chạy và có thể tải video.

Các dịch vụ quảng bá tivi,

cầu (video/TV on

Tivi theo đúng yêu cầudòng

demand)

video chất lượng cao.

Nhạc

Tải đầy đủ các track và các Lưu trữ và tải nhạc chất dịch vụ âm thanh.

Nội dung tin nhắn

lượng cao

Tin nhắn đồng cấp sử dụng ba Phân phối tỷ lệ rộng của các thành phần cũng như tương video clip, dịch vụ karaoke, tác với các media khác.

video cơ bản quảng cáo di động.

M-

Thực hiện các giao dịch và Điện thoại cầm tay như thiết

comerce( thương

thanh toán qua mạng di động.

bị thanh toán, với các chi tiết

mại qua điện

thanh toán qua mạng tốc độ

thoại)

cao để cho phép các giao dịch thực hiện nhanh chóng.

Mạng dữ liệu di Truy cập đến các mạng nội bộ Chuyển đổi file P2P, các ứng động(mobile data và cơ sở dữ liệu cũng như

dụng kinh doanh, ứng dụng

cách sử dụng của các ứng

chia sẻ, thông tin M2M, di

dụng như CRM.

động intranet/extranet.

netwoking)

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 21

So sánh LTE với HSPA và WiMAX [17] Bảng 2.4 : So sánh giữa HSPA, WiMAX và LTE Các tiêu chí

HSUPA

WiMAX

LTE

Phiên bản

3GPP release 6

802.16e (2005)

3GPP release 8 (3/2009)

Cơ sở hạ

Bắt đầu năm

Bắt đầu năm 2007

Bắt đầu năm 2010

tầng và các

2007

2.5GHz, 2.6GHz,

700MHz, 850 MHz,1.5

MHz,1.5 GHz,

3.5GHz, 3.65 GHz, 5.8

GHz, 1.8 GHz, 1.7/2.1

1.8 GHz,

GHz,

GHz, 2.1GHz, 2.3GHz,

thiết bị có giá trị Dải tần hoạt 700MHz, 850 động

1.7/2.1 GHz

2.6GHz

Các thông

Tốc độ dữ liệu

Tốc độ dữ liệu lên

Tốc độ dữ liệu lên

số hướng

lên 5.6 Mbps

75Mbps/25 Mbps đối

100Mbps/50 Mbps đối

đến

đối với kênh

với kênh 10MHz với

với kênh 10MHz với

5MHz, bán

2x2 MIMO, bán kính

2x2 MIMO, bán kính

kính cell là

cell lên đến 2-7Km,

cell lên đến 5Km, lớn

680m

100-200 người dùng

hơn 400 người dùng

Khả năng

Tương thích lùi

Không tương thích lùi

Kế thừa chuẩn 3GPP,

tương thích

với Release 99

với 3GPP hoặc 3GPP2

nhưng khác kỹ thuật nên đòi hỏi thiết bị mới ở

lùi

RAN nếu dải tần khác nhau được sử dụng 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

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 22

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. 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 – một biến thể của OFDM), 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. 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 TDDs. 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. Trên thế giới, 4G dù chưa phải phổ biến song cũng đã có quốc gia và các hãng viễn thông triển khai. Chẳng hạn như Ericsson. Tháng 1/2009, Ericsson và nhà mạng tại Thụy Điển đã triển khai thương mại TeliaSonera mạng LTE/4G đầu tiên tại Thụy Điển. Tới tháng 1/2010 đã triển khai diện rộng mạng TeliaSonera trên toàn quốc ở Na Uy và Thụy Điển. Ngoài ra, Ericsson đã ký hợp đồng triển khai LTE trong thời gian tới với các nhà mạng AT&T (Mỹ), MetroPCS, Verizon Wireless (Mỹ), NTT Docomo (Nhật). Ericsson cũng đã tiến hành các thử nghiệm LTE/4G với các mạng Telstra, SingTel, T-Mobile Hungary, Zain Saudia Arabia. Với Việt Nam, ở thời điểm này, cơ quan quản lý nhà nước chưa đưa ra quyết định sẽ đi lên 4G bằng Wimax hay LTE mà quan điểm sẽ tổ chức một hội thảo giữa Bộ với các doanh nghiệp để tìm ra sự lựa chọn hợp lý nhất. Theo phân tích của các chuyên gia, hiện tại Wimax có lợi thế đi trước LTE. Không chỉ trên thế giới mà ngay cả ở Việt Nam, mạng Wimax đã được triển khai cung cấp thử nghiệm từ năm 2004 tới giờ. Còn LTE, lại được cho rằng phải tới khoảng năm 2012-2013 mới trở Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 23

nên phổ biến. Xong, so với Wimax, LTE lại có một thế mạnh được cho là rất quan trọng. LTE nếu được triển khai cho phép tận dụng dụng hạ tầng GSM có sẵn dù vẫn phải đầu tư thêm thiết bị. Còn Wimax, nếu muốn triển khai thì phải xây dựng từ đầu một mạng mới. Với Việt Nam, trong bối cảnh hiện nay, theo nhiều chuyên gia, vẫn chưa đến thời điểm chín muồi để phát triển 4G cho dù đó là Wimax hay LTE. Ở thời điểm này, Việt Nam vẫn chưa có kế hoạch triển khai 4G. Nếu có, phải ít nhất là năm 2012. Và với mốc thời gian này, biết đâu, LTE lại thắng thế hơn Wimax? Nhưng dù có lựa chọn công nghệ gì đi chăng nữa, điều quan trọng nhất mà người dùng Việt đặt kỳ vọng ở các nhà khai thác mạng, cung cấp dịch vụ đó là làm sao đáp ứng được ba tiêu chuẩn. Một chuyên gia của Ericsson chia sẻ.Thứ nhất, đó là tính thân thiện và đơn giản của dịch vụ công nghệ cung cấp. Đa số người dùng trước đây chưa biết nhiều về Internet do đó tính thân thiện giúp họ sử dụng lần đầu tiên mà không bị nhầm lẫn là điều rất quan trọng. Thứ hai đó chính là những nội dung tiếng Việt mà họ có thể hưởng thụ từ dịch vụ.Và thứ ba, là giá cả hợp lý. Đặc biệt là dịch vụ trả trước. Có thể nói, đa số người sử dụng không hiểu về sự liên quan giữa Megabyte và giá cả nên chính sách giá phải dễ hiểu.

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 24

2.2 Cấu trúc của LTE [1] Cấu trúc cơ bản SAE của LTE

Hình 2.1: So sánh về cấu trúc giữa UTMS và LTE Hình trên cho ta thấy sự khác nhau về cấu trúc của UTMS và LTE. Song song với truy nhập vô tuyến LTE, mạng gói lõi cũng đang cải tiến lên cấu trúc tầng SAE. Cấu trúc mới này được thiết kế để tối ưu hiệu suất mạng, cải thiện hiệu quả chi phí và thuận tiện thu hút phần lớn dịch vụ trên nền IP. 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.

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 25

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.

Hình 2.2: Cấu trúc cơ bản của LTE Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 26

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.

-

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 Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 27

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 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.

Cấu trúc của LTE liên kết với các mạng khác

Hình 2.3: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập 3GPP Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 28

Hình 2.4 : Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập3GPP và không phải 3GPP

Hình 2.5: Cấu trúc hệ thống cho mạng truy cập3GPP 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 Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 29

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 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. 2.3 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.

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 30

Kênh logic : được định nghĩa bởi thông tin nó mang bao gồm: [18] -

Kênh điều khiển quảng bá (BCCH) : Được sử dụng để truyền 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).

-

Kênh điều khiển riêng (DCCH) : được sử dụng để truyền 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 truyền 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 [18] - 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.

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 31

- Kênh chia sẻ đường xuống (DL-SCH) : là kênh truyền 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 truyền 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. 2.4 Giao thức của LTE (LTE Protocols) [2] Ở LTE chức năng của RLC đã được chuyển vào eNodeB, cũng như chức năng của PDCP với mã hóa và chèn tiêu đề. Vì vậy, các giao thức liên quan của lớp vô tuyến được chia trước đây ở UTRAN là giữa NodeB và RNC bây giờ chuyển thành giữa UE và eNodeB.

Hình 2.6: Giao thức của UTRAN

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 32

Hình 2.7: Giao thức của E-UTRAN Giao thức của E-UTRAN phát triển thêm của UTRAN bằng cách thêm L1 và MAC mới.

Hình 2.8: Phân phối chức năng của các lớp MAC, RLC, PDCP

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 33

Chức năng của MAC(Medium Access Control) bao gồm : -

Lập biểu

-

Điều khiển ưu tiên (Priority handling)

-

Ghép nhiều kênh logic khác nhau trên một kênh truyền đơn RLC, cũng như trong WCDMA có chức năng sau: o Truyền lại trong trường hợp giao nhận ở các lớp thấp (MAC và L1) bị hỏng, tương tự trong trường hợp ở chế độ ACK của RLC ở UTRAN o Phân đoạn để phù hợp cho các giao thức đơn vị dữ liệu o Cung cấp các kênh vật lý cho các lớp cao hơn

Chức năng của PDCP bao gồm: -

Mã hóa (ciphering)

-

Chèn tiêu đề Trong suốt năm 2006, PDCP vẫn được giả sử trong mạng lõi, nhưng quyết

định hiện tại là đưa PDCP vào eNodeB bao gồm mã hóa. Điều này làm cho chức năng vô tuyến của LTE tương tự như của HPSA cải tiến. Trong giao diện điều khiển, chức năng của giao thức RRC thì cũng giống như bên UTRAN. Giao thức RRC cấu hình các thông số kết nối, điều khiển báo cáo đo lường thiết bị đầu cuối, các lệnh chuyển giao…Mã ASN1 được sử dụng cho RRC của LTE, nó dãn cách sự khác biệt giữa các phiên bản ở đường tương thích lùi. Giao thức RRC sẽ bao gồm ít trạng thái hơn EUTRAN. Chỉ có trạng thái “tích cực” hay “rỗi” được dự đoán bởi vì đặc tính linh động của sự phân bố nguồn tài nguyên. Các trạng thái của RRC trong LTE là: -

RRC-rỗi: thiết bị sẽ quan sát bản tin paging và sử dụng cell cho di động. Không có RRC nào lưu trữ trong bất kỳ eNodeB cá nhân nào. UE chỉ có duy nhất một ID nhận dạng nó ở trong vùng di chuyển.

-

RRC-kết nối: biết vị trí của UE ở cell nào và dữ liệu được phát và nhận.

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 34

Kết nối RRC tồn tại đến một eNodeB. Điều khiển chuyển giao bởi mạng được sử dụng cho di động. 2.5 Một số đặc tính của kênh truyền Ta tìm hiểu một số đặc tính của kênh truyền ảnh hưởng đến việc truyền tín hiệu, các đặc tính này bao gồm trải trễ, fading, dịch tần Doppler, ảnh hưởng của dịch tần Doppler đối với tín hiệu OFDM, nhiễu MAI, và cách khắc phục nhiễu MAI. 2.5.1 Trải trễ đa đường Tín hiệu nhận được nơi thu gồm tín hiệu thu trực tiếp và các thành phần phản xạ. Tín hiệu phản xạ đến sau tín hiệu thu trực tiếp vì nó phải truyền qua một khoảng dài hơn, và như vậy nó sẽ làm năng lượng thu được trải rộng theo thời gian. Khoảng trải trễ (delay spread) được định nghĩa là khoảng chênh lệch thời gian giữa tín hiệu thu trực tiếp và tín hiệu phản xạ thu được cuối cùng. Trong thông tin vô tuyến, trải trễ có thể gây nên nhiễu xuyên ký tự nếu như hệ thống không có cách khắc phục. Đối với LTE, sử dụng kỹ thuật OFDM đã tránh được nhiễu xuyên ký tự ISI. 2.5.2 Các loại fading Fading là sự biến đổi cường độ tín hiệu sóng mang cao tần tại anten thu do có sự thay đổi không đồng đều về chỉ số khúc xạ của khí quyển, các phản xạ của đất và nước trên đường truyền sóng vô tuyến đi qua. 2.5.2.1 Rayleigh fading Fadinh Rayleigh là loại Fading sinh ra do hiện tượng đa đường (Multipath Signal) và xác suất mức tín hiệu thu bị suy giảm so với mức tín hiệu phát đi tuân theo phân bố Rayleigh. 2.5.2.2 Fading chọn lọc tần số và fading phẳng Băng thông kết hợp: là một phép đo thống kê của dải tần số mà kênh xem như là phẳng. Nếu trải trễ thời gian đa đường là D(s) thì băng thông kết hợp Wc(Hz) xấp xỉ bằng:

Wc  1 / 2D

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 35

Trong fading phẳng, băng thông kết hợp của kênh lớn hơn băng thông của tín hiệu. Vì vây, sẽ làm thay đổi đều tín hiệu sóng mang trong một dải tần số. Trong fading chọn lọc tần số, băng thông kết hợp của kênh nhỏ hơn băng thông của tín hiệu. Vì vậy, sẽ làm thay đổi tín hiệu sóng mang với mức thay đổi phụ thuộc tần số. 2.5.3 Dịch tần Doppler Hệ thống truyền vô tuyến chịu sự tác động của dịch tần Doppler. Dịch tần Doppler là hiện tượng mà tần số thu được không bằng tần số của nguồn phát do sự chuyển động tương đối giữa nguồn phát và nguồn thu. Cụ thể là: khi nguồn phát và nguồn thu chuyển động hướng vào nhau thì tần số thu được sẽ lớn hơn tần số phát đi, khi nguồn phát và nguồn thu chuyển động ra xa nhau thì tần số thu được sẽ giảm đi. Khoảng tần số dịch chuyển trong hiện tượng Doppler tính theo công thức sau : f   f 0

v c

(2.1)

Trong đó  f là khoảng tần số dịch chuyển, f0 là tần số của nguồn phát, v là vận tốc tương đối giữa nguồn phát và nguồn thu, c là vận tốc ánh sáng. Đối với LTE, để khắc phục hiện tượng dịch tần Doppler, người ta chọn khoảng cách giữa các sóng mang đủ lớn (∆f = 15 Khz). 2.5.4 Nhiễu MAI đối với LTE Đối với LTE, ở đường lên sử dụng kỹ thuật SC-FDMA, nó cũng nhạy cảm với dịch tần. Các user khác nhau luôn có dịch tần số sóng mang CFO (Carrier Frequency Offset). Khi tồn tại nhiều CFO, tính trực giao giữa các sóng mang bị mất. Nhiễu liên sóng mang (ICI : Inter Carrier Interference) và MAI (Multi Access Interference) tạo ra đã làm giảm chất lượng của tín hiệu thu được. Một phương pháp triệt ICI cũng như MAI, là dựa trên các ký hiệu hoa tiêu khối (block type pilots). Các user khác nhau giao tiếp với trạm gốc tại các khe thời gian khác nhau. Phương pháp này lấy trực tiếp thành phần nhiễu bằng cách lợi dụng các ký hiệu hoa tiêu khối, vì vậy nó không cần sử dụng ước lượng CFO nhiều lần. Sau đó, ma trận can nhiễu có thể được khôi phục lại và ảnh hưởng của các CFO có thể được triệt dễ Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 36

dàng bằng cách sử dụng phương pháp đảo ma trận. Phương pháp triệt nhiễu MAI cụ thể được đề cập ở [19]. 2.6 Các kỹ thuật sử dụng trong LTE LTE sử dụng kỹ thuật OFDMA cho truy cập đường xuống và SC-FDMA cho truy cập đường lên. Kết hợp đồng thời với MIMO, các kỹ thuật về lập biểu, thích ứng đường truyền và yêu cầu tự động phát lại lai ghép. 2.6.1 Kỹ thuật truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM [1]

Hình 2.9 : Truyền đơn sóng mang

Hình 2.10 : Nguyên lý của FDMA

Hình 2.11 : Nguyên lý đa sóng mang Kỹ thuật điều chế OFDM, về cơ bản, là một trường hợp đặc biệt của phương pháp điều chế FDM, chia luồng dữ liệu thành nhiều đường truyền băng hẹp trong vùng tần số sử dụng, trong đó các sóng mang con (hay sóng mang phụ, sub-carrier) trực giao với nhau. Do vậy, phổ tín hiệu của các sóng mang phụ này được phép chồng lấn lên nhau mà phía đầu thu vẫn khôi phục lại được tín hiệu ban đầu. Sự Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 37

chồng lấn phổ tín hiệu này làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với các kĩ thuật điều chế thông thường.

Hình 2.12 : So sánh phổ tần của OFDM với FDMA

Hình 2.13 : Tần số-thời gian của tín hiệu OFDM LTE sử dụng OFDM trong kỹ thuật truy cập đường xuống vì nó có các ưu điểm sau: -

OFDM có thể loại bỏ hiện tượng nhiễu xuyên kí hiệu ISI (Inter-Symbol Interference) nếu độ dài chuỗi bảo vệ (guard interval) lớn hơn độ trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh truyền.

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp -

Trang 38

Thực hiện việc chuyển đổi chuỗi dữ liệu từ nối tiếp sang song song nên thời gian symbol tăng lên do đó sự phân tán theo thời gian gây bởi trải trễ do truyền dẫn đa đường giảm xuống.

-

Tối ưu hiệu quả phổ tần do cho phép chồng phổ giữa các sóng mang con. Hạn chế được ảnh hưởng của fading bằng cách chia kênh fading chọn lọc tần số thành các kênh con phẳng tương ứng với các tần số sóng mang OFDM khác nhau.

-

OFDM phù hợp cho việc thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng (hệ thống có tốc độ truyền dẫn cao), ảnh hưởng của sự phân tập về tần số (frequency selectivity) đối với chất lượng hệ thống được giảm thiểu nhiều so với hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang.

-

Cấu trúc máy thu đơn giản.

-

Thích ứng đường truyền và lập biểu trong miền tần số.

-

Tương thích với các bộ thu và các anten tiên tiến.

Hình 2.14 : Các sóng mang trực giao với nhau Một vấn đề gặp phải ở OFDM trong các hệ thống thông tin di động là cần dịch các tần số tham khảo đối với các đầu cuối phát đồng thời. Dịch tần phá hỏng tính trực giao của các cuộc truyền dẫn đến nhiễu đa truy nhập. Vì vậy nó rất nhạy cảm với dịch tần. Ở LTE chọn khoảng cách giữa các sóng mang là 15KHz, đối với khoảng cách này là khoảng cách đủ lớn đối với dịch tần Doppler.

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 39

Để điều chế tín hiệu OFDM sử dụng biến đổi FFT và IFFT cho biến đổi giữa miền thời gian và miền tần số.

Hình 2.15 : Biến đổi FFT Chiều dài biến đổi FFT là 2n với n là số nguyên. Với LTE chiều dài có thể là 512 hoặc 1024...Ta sử dụng biến đổi IFFT khi phát đi, nguồn dữ liệu sau khi điều chế được chuyển đổi từ nối tiếp sang song song. Sau đó được đưa đến bộ biến đổi IFFT. Mỗi ngõ vào của IFFT tương ứng với từng sóng mang con riêng biệt (thành phần tần số riêng biệt của tín hiệu miền thời gian) và mỗi sóng mang được điều chế độc lập với các sóng mang khác. Sau khi được biến đổi IFFT xong, tín hiệu được chèn thêm tiền tố vòng (CP) và phát đi. Ở bộ thu ta làm ngược lại.

Hình 2.16 : Thu phát OFDM Mục đích của việc chèn thêm tiền tố vòng là có khả năng làm giảm hay loại trừ nhiễu xuyên kí hiệu ISI (Inter Symbol Interference). Một mẫu tín hiệu có độ dài

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 40

là TS, chuỗi bảo vệ tương ứng là một chuỗi tín hiệu có độ dài TG ở phía sau được sao chép lên phần phía trước của mẫu tín hiệu như hình vẽ sau:

Hình 2.17: Chuỗi bảo vệ GI Do đó, GI còn được gọi là Cyclic Prefix (CP). Sự sao chép này có tác dụng chống lại nhiễu xuyên kí hiệu ISI do hiệu ứng phân tập đa đường. Nguyên tắc này giải thích như sau: Giả sử máy phát đi một khoảng tín hiệu có chiều dài là Ts, sau khi chèn thêm chuỗi bảo vệ có chiều dài TG thì tín hiệu này có chiều dài là T = TS+TG. Do hiệu ứng đa đường multipath, tín hiệu này sẽ tới máy thu theo nhiều đường khác nhau. Trong hình vẽ, hình a, tín hiệu theo đường thứ nhất không có trễ, các đường thứ hai và thứ ba đều bị trễ một khoảng thời gian so với đường thứ nhất. Tín hiệu thu được ở máy thu sẽ là tổng hợp của tất cả các tuyến, cho thấy kí hiệu đứng trước sẽ chồng lấn vào kí hiệu ngay sau đó, đây chính là hiện tượng ISI.Do trong OFDM có sử dụng chuỗi bảo vệ có độ dài TG sẽ dễ dàng loại bỏ hiện tượng này. Trong trường hợp TG ≥τ MAX như hình vẽ mô tả thì phần bị chồng lấn ISI nằm trong khoảng của chuỗi bảo vệ, còn thành phần tín hiệu có ích vẫn an toàn. Ở phía máy thu sẽ loại bỏ chuỗi bảo vệ trước khi gửi tín hiệu đến bộ giải điều chế OFDM. Do đó, điều kiện cần thiết để cho hệ thống OFDM không bị ảnh hưởng bởi ISI là:

TG ≥τ MAX với τMAX là trễ truyền dẫn tối đa của kênh.

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 41

a ) Không có GI

b) Có GI Hình 2.18 Tác dụng của chuỗi bảo vệ OFDM lượng tử hóa trong miền tần số dựa trên ước lượng đáp ứng tần số của kênh. Do đó nó hoạt động đơn giản hơn WCDMA và nó không phụ thuộc vào chiều dài của kênh (chiều dài của đa đường trong các chip) như khi lượng tử WCDMA. Trong WCDMA các cell khác nhau được phân biệt bởi các mã trải phổ khác nhau nhưng trong OFDM trải phổ không có giá trị, nó sử dụng các ký hiệu tham khảo riêng biệt giữa các cell hoặc giữa các anten khác nhau. LTE sử dụng OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) cho tuyến lên. OFDMA gọi là Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao là công nghệ đa truy cập phân chia theo sóng mang, là một dạng nâng cao, là phiên bản đa người dùng của mô hình điều chế số OFDM Kỹ thuật đa truy nhập của OFDMA cho phép nhiều người dùng cùng truy cập vào một kênh truyền bằng cách phân chia một nhóm các sóng mang con (subcarrier) cho một người dùng tại một thời điểm. Ở các thời điểm khác nhau, Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 42

nhóm sóng mang con cho 1 người dùng cũng khác nhau. Điều này cho phép truyền dữ liệu tốc độ thấp từ nhiều người sử dụng.

Hình 2.19 Sóng mang con OFDMA

Hình 2.20 OFDM và OFDMA Tài nguyên thời gian - tần số được chia nhỏ theo cấu trúc sau : 1 radio frame có chiều dài là 10ms, trong đó chia thành nhiều subframe nhỏ có chiều dài là 1ms, và mỗi subframe nhỏ lại được chia thành 2 slot với chiều dài của mỗi slot là 0.5ms. Mỗi slot sẽ bao gồm 7 ký tự OFDM trong trường hợp chiều dài CP thông thường và 6 ký tự OFDM trong trường hợp CP mở rộng. Trong OFDMA, việc chỉ định số sóng mang con cho người dùng không dựa vào từng sóng mang con riêng lẻ mà dựa vào các khối tài nguyên (Resource Block). Mỗi khối tài nguyên bao gồm 12 sóng mang con cho khoảng thời gian 1 slot và khoảng cách giữa các sóng mang con là 15KHz dẫn đến kết quả băng thông tối thiểu của nó là 180 KHz. Đơn vị nhỏ nhất của tài nguyên là thành phần tài nguyên (RE), nó bao gồm một sóng mang con đối với khoảng thời gian của một ký tự OFDM. Một RB bao gồm 84 RE (tức 7 x12) trong trường hợp chiều dài CP thông thường và 72 RE (6x12) trong trường hợp chiều dài CP mở rộng.

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 43

Hình 2.21 : Chỉ định tài nguyên của OFDMA trong LTE Bảng 2.5 : Số khối tài nguyên theo băng thông kênh truyền Băng thông kênh truyền

1.4

3

5

10

15

20

6

15

25

50

75

100

(MHz) Số khối tài nguyên

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 44

Hình 2.22 : Cấu trúc của một khối tài nguyên Tín hiệu tham khảo (RS) : LTE sử dụng các tín hiệu tham khảo đặc biệt để dễ dàng ước lượng dịch sóng mang, ước lượng kênh truyền, đồng bộ thời gian…Các tín hiệu tham khảo được bố trí như hình sau:

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 45

Hình 2.23 : Cấu trúc bố trí tín hiệu tham khảo Các tín hiệu tham khảo này được phát ở ký tự OFDM thứ nhất và thứ năm của mỗi slot và ở sóng mang thứ sáu của mỗi subframe. Tín hiệu tham khảo cũng được sử dụng để ước lượng tổn hao đường truyền sử dụng công suất thu tín hiệu tham khảo (RSRP). Nhược điểm của OFDM là gì? Ta xét các hình sau

Hình 2.24: Đặc tính đường bao của tín hiệu OFDM

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 46

Hình 2.25: PAPR cho các tín hiệu khác nhau Từ các hình trên ta thấy, dạng sóng OFDM thể hiện sự thăng giáng đường bao rất lớn dẫn đến PAPR cao. Tín hiệu với PAPR cao đòi hỏi các bộ khuếch đại công suất có tính tuyến tính cao để tránh làm méo dạng tín hiệu. Để đạt được mức độ tuyến tính này, bộ khuếch đại phải làm việc ở chế độ công tác với độ lùi (so với điểm bão hòa cao). Điều này dẫn đến hiệu suất sử dụng công suất (tỷ số công suất phát với công suất tiêu thụ một chiều) thấp vì thế đặc biệt ảnh hưởng đối với các thiết bị cầm tay. Để khắc phục nhược điểm này, 3GPP đã nghiên cứu sử dụng phương pháp đa truy nhập đường lên sử dụng DTFS-OFDM với tên gọi là SCFDMA và áp dụng cho LTE. 2.6.2 Kỹ thuật SC-FDMA [1] Các tín hiệu SC-FDMA có tín hiệu PAPR tốt hơn OFDMA. Đây là một trong những lý do chính để chọn SC-FDMA cho LTE. PAPR giúp mang lại hiệu quả cao trong việc thiết kế các bộ khuếch đại công suất UE, và việc xử lý tín hiệu của SCFDMA vẫn có một số điểm tương đồng với OFDMA, do đó, tham số hướng DL và UL có thể cân đối với nhau. Giống như trong OFDMA, các máy phát trong hệ thống SC-FDMA cũng sử dụng các tần số trực giao khác nhau để phát đi các ký hiệu Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 47

thông tin. Tuy nhiên các ký hiệu này phát đi lần lượt chứ không phải song song như trong OFDMA. Vì thế, cách sắp xếp này làm giảm đáng kể sự thăng giáng của đường bao tín hiệu của dạng sóng phát. Vì thế các tín hiệu SC-FDMA có PAPR thấp hơn các tín hiệu OFDMA. Tuy nhiên trong các hệ thống thông tin di động bị ảnh hưởng của truyền dẫn đa đường, SC-FDMA được thu tại các BTS bị nhiễu giữa các ký tự khá lớn. BTS sử dụng bộ cân bằng thích ứng miền tần số để loại bỏ nhiễu này.

Hình 2.26: OFDMA và SC-FDMA Hình trên cho thấy sự khác nhau trong quá trình truyền các ký hiệu số liệu theo thời gian. Trên hình này ta coi mỗi người sử dụng được phân thành 4 sóng mang con (P = 4) với băng thông con bằng 15KHz, trong đó mỗi ký hiệu OFDMA hoặc SC-FDMA truyền 4 ký hiệu số liệu được điều chế QPSK cho mỗi người sử dụng. Đối với OFDMA 4 ký hiệu số liệu này được truyền dồng thời với băng tần con cho mỗi ký hiệu là 15KHz trong mỗi khoảng thời gian hiệu dụng TFFT của một ký hiệu OFDMA, trong khi đó đối với SC-FDMA, 4 ký hiệu số liệu này được truyền lần lượt trong khoảng thời gian bằng 1/P (P = 4) thời gian hiệu dụng ký hiệu SC-FDMA với băng tần con bằng P x 15KHz (4 x 15 KHz) cho mỗi ký hiệu.

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 48

Trong OFDM, biến đổi Fourier nhanh FFT dùng ở bên thu cho mỗi khối ký tự, và đảo FFT ở bên phát. Còn ở SC-FDMA sử dụng cả hai thuật toán này ở cả bên phát và bên thu.

Hình 2.27 : Thu phát SC-FDMA trong miền tần số 2.6.3 Kỹ thuật MIMO [1] MIMO là một phần tất yếu của LTE để đạt được các yêu cầu đầy tham vọng về thông lượng và hiệu quả sử dụng phổ. MIMO cho phép sử dụng nhiều anten ở máy phát và máy thu. Với hướng DL, MIMO 2x2 (2 anten ở thiết bị phát, 2 anten ở thiết bị thu) được xem là cấu hình cơ bản, và MIMO 4x4 cũng được đề cập và đưa vào bảng đặc tả kỹ thuật chi tiết. Hiệu năng đạt được tùy thuộc vào việc sử dụng MIMO. Trong đó, kỹ thuật ghép kênh không gian (spatial multiplexing) và phát phân tập (transmit diversity) là các đặc tính nổi bật của MIMO trong công nghệ LTE. Giới hạn chính của kênh truyền thông tin là can nhiễu đa đường giới hạn về dung lượng theo quy luật Shannon. MIMO lợi dụng tín hiệu đa đường giữa máy phát và máy thu để cải thiện dung lượng có sẵn cho bởi kênh truyền. Bằng cách sử dụng nhiều anten ở bên phát và thu với việc xử lý tín hiệu số, kỹ thuật MIMO có thể

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 49

tạo ra các dòng dữ liệu trên cùng một kênh truyền, từ đó làm tăng dung lượng kênh truyền.

Hình 2.28 Mô hình SU-MIMO và MU-MIMO Hình trên là ví dụ về SU-MIMO 2x2 và MU-MIMO 2x2. SU-MIMO ở đây hai dòng dữ liệu trộn với nhau (mã hóa) để phù hợp với kênh truyền nhất. 2x2 SUMIMO thường dùng trong tuyến xuống. Trong trường hợp này dung lượng cell tăng và tốc độ dữ liệu tăng. MU-MIMO 2x2 ở đây dòng dữ liệu MIMO đa người dùng đến từ các UE khác nhau. Dung lượng cell tăng nhưng tốc độ dữ liệu không tăng. Ưu điểm chính của MU-MIMO so với SU-MIMO là dung lượng cell tăng mà không tăng giá thành và pin của hai máy phát UE. MU-MIMO phức tạp hơn SU-MIMO. Trong hệ thống MIMO, bộ phát gửi các dòng dữ liệu qua các anten phát. Các dòng dữ liệu phát thông qua ma trận kênh truyền bao gồm nhiều đường truyền giữa các anten phát và các anten thu. Sau đó bộ thu nhân các vector tín hiệu từ các anten thu, giải mã thành thông tin gốc. Đối với tuyến xuống, cấu hình hai anten ở trạm phát và hai anten thu ở thiết bị đầu cuối di động là cấu hình cơ bản, cấu hình sử dụng bốn anten đang được xem xét. Đây chính là cấu hình SU-MIMO, và sử dụng kỹ thuật ghép kênh không gian với lợi thế hơn các kỹ thuật khác là trong cùng điều kiện về băng thông sử dụng và kỹ thuật điều chế tín hiệu, SU cho phép tăng tốc độ dữ liệu (data rate) bằng số lần của số lượng anten phát. Ghép kênh không gian cho phép phát chuỗi bit dữ liệu khác nhau trên cùng một khối tài nguyên tuyến xuống. Những dòng dữ liệu này có thể là một người dùng Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 50

(SU-MIMO) hoặc những người dùng khác nhau (MU-MIMO). Trong khi SUMIMO tăng tốc độ dữ liệu cho một người dùng, MU-MIMO cho phép tăng dung lượng. Dựa vào hình 2.29, ghép kênh không gian lợi dụng các hướng không gian của kênh truyền vô tuyến cho phép phát các dữ liệu khác nhau trên hai anten.

Hình 2.29: Ghép kênh không gian Kỹ thuật phân tập đã được biết đến từ WCDMA release 99 và cũng sẽ là một phần của LTE. Thông thường, tín hiệu trước khi phát được mã hóa để tăng hiệu ứng phân tập. MIMO được sử dụng để khai thác việc phân tập và mục tiêu là làm tăng tốc độ. Việc chuyển đổi giữa MIMO truyền phân tập và ghép kênh không gian có thể tùy thuộc vào việc sử dụng kênh tần số. Đối với đường lên, từ thiết bị đầu cuối di động đến BS, người ta sử dụng mô hình MU-MIMO (Multi-User MIMO). Sử dụng mô hình này ở BS yêu cầu sử dụng nhiều anten, còn ở thiết bị di động chỉ dùng một anten để giảm chi phí cho thiết bị di động. Về hoạt động, nhiều thiết bị đầu cuối di động có thể phát liên tục trên cùng một kênh truyền, nhiều kênh truyền, nhưng không gây ra can nhiễu với nhau bởi vì các tín hiệu hoa tiêu (pilot) trực giao lẫn nhau. Kỹ thuật được đề cập đến, đó là kỹ thuật đa truy nhập miền không gian (SDMA) hay còn gọi là MIMO ảo. 2.6.4 Mã hóa Turbo [18] Để sửa những bit bị lỗi do sự thay đổi kênh và nhiễu, mã hóa kênh được sử dụng. Với kênh chia sẻ hướng xuống của LTE (DL-SCH), sử dụng một bộ mã hóa Turbo với tốc độ 1/3, theo sau là một bộ so khớp tốc độ để thích ứng với tốc độ mã. Trong mỗi khung con chiều dài 1ms, một hoặc hai từ mã có thể được mã hóa và truyền đi.

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 51

2.6.5 Thích ứng đường truyền [18] Thích ứng đường truyền giải quyết vấn đề liên quan đến cách thiết lập các thông số truyền dẫn của đường truyền vô tuyến để xử lý các thay đổi chất lượng đường truyền vô tuyến. Nó sử dụng điều chế thích nghi (Adaptive Modulation). Phương pháp này cho phép hệ thống điều chỉnh nguyên lý điều chế tín hiệu theo tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) của đường truyền vô tuyến. Khi đường truyền vô tuyến có chất lượng cao, nguyên lý điều chế cao nhất được sử dụng làm tăng thêm dung lượng hệ thống. Trong quá trình suy giảm tín hiệu, hệ thống LTE có thể chuyển sang một nguyên lý điều chế thấp hơn để duy trì chất lượng và sự ổn định của đường truyền. Đặc điểm này cho phép hệ thống khắc phục hiệu ứng fading lựa chọn thời gian. Đặc điểm quan trọng của điều chế thích nghi là khả năng tăng dải sử dụng của nguyên lý điều chế ở mức độ cao hơn, do đó hệ thống có tính mềm dẻo đối với tình trạng fading thực tế.

Hình 2.30 Điều chế thích nghi

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 52

Kỹ thuật điều chế và mã hoá thích nghi là một trong những ưu việt của OFDM vì nó cho phép tối ưu hoá mức điều chế trên mỗi kênh con dựa trên chất lượng tín hiệu (tỷ lệ SNR) và chất lượng kênh truyền dẫn. 2.6.6 Lập biểu phụ thuộc kênh [18] Lập biểu phụ thuộc kênh giải quyết vấn đề cách thức chia sẻ các tài nguyên vô tuyến giữa những người sử dụng (các đầu cuối di động) khác nhau trong hệ thống để đạt được hiệu suất sử dụng tài nguyên tốt nhất. Lập biểu phụ thuộc kênh cho phép giảm thiểu lượng tài nguyên cần thiết cho một người sử dụng, vì thế cho phép nhiều người sử dụng hơn trong khi vẫn đáp ứng được các yêu cầu chất lượng dịch vụ. Nguyên lý lập biểu cũng như việc chia sẻ các tài nguyên giữa những người sử dụng, ít nhất về mặt lý thuyết, phụ thuộc vào các đặc tính của giao diện vô tuyến, vào việc đường truyền là đường truyền lên hay truyền xuống và vào việc truyền dẫn của những người sử dụng với nhau có trực giao hay không. Thích ứng đường truyền và lập biểu phụ thuộc kênh liên quan mật thiết với nhau và thường thì chúng được coi như là một chức năng liên kết. 2.6.7 HARQ với kết hợp mềm [18] Do tính chất ngẫu nhiên của các thay đổi chất lượng đường truyền vô tuyến, không bao giờ có thể đạt được thích ứng chất lượng kênh vô tuyến tức thời một cách hoàn hảo. HARQ vì thế rất hữu ích. HARQ với kết nối mềm được sử dụng trong LTE, cho phép đầu cuối di động yêu cầu truyền lại nhanh chóng những khối vận chuyển bị lỗi, và cung cấp một công cụ cho thích ứng tốc đồ ngầm định. Giao thức bên dưới là nhiều xử lý hybrid ARQ dừng và chờ (stop-and-wait) song song nhau. Trong ARQ, đầu thu sử dụng một mã phát hiện lỗi để kiểm tra gói dữ liệu có bị lỗi hay không. Đầu phát được thông báo bằng NAK hoặc ACK. Nếu gói dữ liệu bị lỗi và có thông báo NAK, gói đó sẽ được truyền lại. Một sự kết hợp của FEC (Forward Error Correction) và ARQ được biết như là HARQ. HARQ trong thực tế phần lớn được xây dựng xung quanh mã CRC để phát hiện lỗi và mã Turbo để sửa lỗi, như trong trường hợp của LTE. Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 53

Trong HARQ với kết nối mềm, những gói nhận được bị sai, được lưu trong một bộ đệm và sau đó được kết hợp với truyền lại để đạt được một gói đáng tin cậy. Trong LTE, Incremental Redundancy (IR) được áp dụng, nghĩa là những gói được truyền lại không giống những gói đã truyền đầu tiên, mà nó mang thông tin bổ sung. 2.7 Chuyển giao Chuyển giao là phương tiện cần thiết để thuê bao có thể di chuyển trong mạng. Khi thuê bao chuyển động từ vùng phủ sóng của một cell này sang một cell khác thì kết nối với cell mới phải được thiết lập và kết nối với cell cũ phải được hủy bỏ. 2.7.1 Mục đích chuyển giao Lý do cơ bản của việc chuyển giao là kết nối vô tuyến không thỏa mãn một bộ tiêu chuẩn nhất định và do đó hoặc UE hoặc E-UTRAN sẽ thực hiện các công việc để cải thiện kết nối đó. Khi thực hiện các kết nối chuyển mạch gói, chuyển giao được thực hiện khi cả UE và mạng đều thực hiện truyền gói không thành công. Các điều kiện chuyển giao thường gặp là: điều kiện chất lượng tín hiệu, tính chất di chuyển của thuê bao, sự phân bố lưu lượng, băng tần… Điều kiện chất lượng tín hiệu là điều kiện khi chất lượng hay cường độ tín hiệu vô tuyến bị suy giảm dưới một ngưỡng nhất định. Chuyển giao phụ thuộc vào chất lượng tín hiệu được thực hiện cho cả hướng lên lẫn hướng xuống của đường truyễn dẫn vô tuyến. Chuyển giao do nguyên nhân lưu lượng xảy ra khi lưu lượng của cell đạt tới một giới hạn tối đa cho phép hoặc vượt quá ngưỡng giới hạn đó. Khi đó các thuê bao ở ngoài rìa của cell (có mật độ tải cao) sẽ được chuyển giao sang cell bên cạnh (có mật độ tải thấp). Số lượng chuyển giao phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của thuê bao. Khi UE di chuyển theo một hướng nhất định không thay đổi, tốc độ di chuyển của UE càng cao thì càng có nhiều chuyển giao thực hiện trong E-UTRAN.

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 54

2.7.2 Trình tự chuyển giao Trình tự chuyển giao gồm có ba pha : pha đo lường, pha quyết định và pha thực hiện. Đo lường là nhiệm vụ quan trọng trong quá trình chuyển giao vì hai lý do cơ bản sau: Mức tín hiệu trên đường truyền dẫn vô tuyến thay đổi rất lớn tùy thuộc vào fading và tổn hao đường truyền. Những thay đổi này phụ thuộc vào môi trường trong cell và tốc độ di chuyển của thuê bao. Số lượng các báo cáo đo lường quá nhiều sẽ làm ảnh hưởng đến tải hệ thống. Để thực hiện chuyển giao, trong suốt quá trình kết nối, UE liên tục đo cường độ tín hiệu của các cell lân cận và thông báo kết quả tới mạng, tới eNodeB. Pha quyết định chuyển giao bao gồm đánh giá tổng thể về QoS của kết nối so sánh nó với các thuộc tính QoS yêu cầu và ước lượng từ các cell lân cận. Tùy theo kết quả so sánh mà ta có thể quyết định thực hiện hay không thực hiện chuyển giao. eNodeB kiểm tra các giá trị của các báo cáo đo đạc để kích hoạt một bộ các điều kiện chuyển giao. Nếu các điều kiện này bị kích hoạt, eNodeB phục vụ sẽ cho phép thực hiện chuyển giao. Căn cứ vào quyết định chuyển giao, có thể phân chia chuyển giao ra thành hai loại như sau:  Chuyển giao quyết định bởi mạng (NEHO).  Chuyển giao quyết định bởi thuê bao di động (MEHO). Trong trường hợp chuyển giao thực hiện bởi mạng (NEHO), eNodeB thực hiện quyết định chuyển giao. Trong trường hợp MEHO, UE thực hiện quyết định chuyển giao. Trong trường hợp kết hợp cả hai loại chuyển giao NEHO và MEHO, quyết định chuyển giao được thực hiện bởi sự phối hợp giữa eNodeB với UE. Ngay cả trong trường hợp chuyển giao MEHO, quyết định cuối cùng về việc thực hiện chuyển giao là do eNodeB. ENodeB có trách nhiệm quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) của toàn bộ hệ thống. Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 55

Hình 2.31: Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao Quyết định chuyển giao dựa trên các thông tin đo đạc của UE và eNodeB cũng như các điều kiện để thực hiện thuật toán chuyển giao. Nguyên tắc chung thực hiện thuật toán chuyển giao được thể hiện trên hình trên. Các thuật ngữ và các tham số sau được sử dụng trong thuật toán chuyển giao: Ngưỡng giới hạn trên: là mức tín hiệu của kết nối đạt giá trị cực đại cho phép thỏa mãn một chất lượng dịch vụ QoS yêu cầu. Ngưỡng giới hạn dưới: là mức tín hiệu của kết nối đạt giá trị cực tiểu cho phép thỏa mãn một chất lượng dịch vụ QoS yêu cầu. Do đó mức tín hiệu của nối kết không được nằm dưới ngưỡng đó. Giới hạn chuyển giao: là tham số được định nghĩa trước được thiết lập tại điểm mà cường độ tín hiệu của cell bên cạnh (cell B) vượt quá cường độ tín hiệu của cell hiện tại (cell A) một lượng nhất định. Tập tích cực: là một danh sách các nhánh tín hiệu (các cell) mà UE thực hiện kết nối đồng thời tới mạng truy nhập vô tuyến (E-UTRAN). Giả sử thuê bao UE trong cell A đang chuyển động về phía cell B, tín hiệu hoa tiêu của cell A bị suy giảm đến mức ngưỡng giới hạn dưới. Khi đạt tới mức này, xuất hiện các bước chuyển giao theo các bước sau đây:

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 56

(1) Cường độ tín hiệu A bằng với mức ngưỡng giới hạn dưới. Còn tín hiệu B sẽ được RNC nhập vào tập tích cực. Khi đó UE sẽ thu tín hiệu tổng hợp của hai kết nối đồng thời đến UTRAN. (2) Tại vị trí này, chất lượng tín hiệu B tốt hơn tín hiệu A nên nó được coi là điểm khởi đầu khi tính toán giới hạn chuyển giao. (3) Cường độ tín hiệu B bằng hoặc tốt hơn ngưỡng giới hạn dưới. Tín hiệu A bị xóa khỏi tập tích cực bởi RNC. Kích cỡ của tập tích cực có thể thay đổi được và thông thường ở trong khoảng từ 1 đến 3 tín hiệu. Trình tự chuyển giao giữa hai cell trong LTE thực hiện như sau: UE truyền báo cáo đo lường đến eNodeB. Trong báo cáo này là đo lường cho một cell đích với mức RSRP cao hơn cell đang phục vụ. eNodeB nguồn quyết định chuyển giao là cần thiết, khi đó xác định cell đích phù hợp và yêu cầu truy cập đến eNodeB đích đang điều khiển cell đích. eNodeB đích chấp nhận yêu cầu chuyển giao và cung cấp cho eNodeB nguồn các thông số đòi hỏi cho UE để truy cập đến cell đích để chuyển giao có thể thực thi, các thông số đó bao gồm cell ID, tần số sóng mang và tài nguyên chỉ định cho đường xuống và đường lên. eNodeB nguồn gởi một bản tin “mobility from E-UTRA” đến UE UE nhận được bản tin, ngắt kết nối vô tuyến với eNodeB nguồn và thiết lập kết nối mới với eNodeB đích. Trong suốt thời gian này đường truyền dữ liệu bị ngắt. 2.7.3 Các loại chuyển giao Tùy theo hình thức sử dụng trong các cơ chế chuyển giao, có thể phân chia chuyển giao thành các nhóm như: chuyển giao cứng, chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn.

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 57

2.7.3.1 Chuyển giao mềm và mềm hơn Chuyển giao mềm và mềm hơn dựa nguyên tắc kết nối “nối trước khi cắt“ (“Make before break”). Chuyển giao mềm hay chuyển giao giữa các cell là chuyển giao được thực hiện giữa các cell khác nhau, trong đó trạm di động bắt đầu thông tin với một trạm gốc mới mà vẫn chưa cắt thông tin với trạm gốc cũ. Chuyển giao mềm chỉ có thể được thực hiện khi cả trạm gốc cũ lẫn trạm gốc mới đều làm việc ở cùng một tần số. MS thông tin với 2 sector của 2 cell khác nhau (chuyển giao 2 đường) hoặc với 3 sector của 3 cell khác nhau (chuyển giao 3 đường). Chuyển giao mềm hơn là chuyển giao được thực hiện khi UE chuyển giao giữa 2 sector của cùng một cell hoặc chuyển giao giữa 2 cell do cùng một BS quản lý. Đây là loại chuyển giao trong đó tín hiệu mới được thêm vào hoặc xóa khỏi tập tích cực, hoặc thay thế bởi tín hiệu mạnh hơn ở trong các sector khác nhau của cùng BS. Trong trường hợp chuyển giao mềm hơn, BS phát trong một sector nhưng thu từ nhiều sector khác nhau. Khi cả chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn được thực hiện đồng thời, trường hợp này gọi là chuyển giao mềm - mềm hơn. Chuyển giao mềm - mềm hơn: MS thông tin với hai sector của cùng một cell và một sector của cell khác. Các tài nguyên mạng cần cho kiểu chuyển giao này gồm tài nguyên cho chuyển giao mềm hai đường giữa cell A và B cộng với tài nguyên cho chuyển giao mềm hơn tại cell B.

Hình 2.32 : Chuyển giao mềm Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 58

Hình 2.33 : Chuyển giao mềm - mềm hơn 2.7.3.2 Chuyển giao cứng Chuyển giao cứng được thực hiện khi cần chuyển kênh lưu lượng sang một kênh tần số mới. Các hệ thống thông tin di động tổ ong FDMA và TDMA đều chỉ sử dụng phương thức chuyển giao này.

Hình 2.34 : Chuyển giao cứng Chuyển giao cứng dựa trên nguyên tắc “cắt trước khi nối” (Break Before Make) có thể được chia thành: chuyển giao cứng cùng tần số và chuyển giao cứng khác tần số. Trong quá trình chuyển giao cứng, kết nối cũ được giải phóng trước khi thực hiện kết nối mới. Do vậy, tín hiệu bị ngắt trong khoảng thời gian chuyển giao. Tuy nhiên, thuê bao không có khả năng nhận biết được khoảng ngừng đó. Trong trường hợp chuyển giao cứng khác tần số, tần số sóng mang của kênh truy cập vô tuyến mới khác so với tần số sóng mang hiện tại. Ưu điểm của chuyển giao cứng là tiếp tục một cuộc gọi khi vượt qua mạng hiện hành, cung cấp các dịch vụ mở rộng, giảm rớt các cuộc gọi, bao phủ và tích hợp mạng LTE so với nhiều mạng có sẵn. Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 59

Nhược điểm của chuyển giao cứng là có thể xảy ra rớt cuộc gọi do chất lượng của kênh mới chuyển đến trở nên quá xấu trong khi kênh cũ đã bị cắt. 2.7.4 Chuyển giao đối với LTE [3] Hệ thống WCDMA sử dụng chuyển giao mềm cho cả đường lên và đường xuống. Hệ thống HSPA sử dụng chuyển giao mềm cho đường lên nhưng không sử dụng cho đường xuống. Ở hệ thống LTE, không sử dụng chuyển giao mềm, chỉ có chuyển giao cứng, do đó hệ thống trở nên đơn giản hơn. Trong hệ thống trước, mạng lõi quản lý RNC, RNC quản lý các trạm BS và BS lại quản lý các UE. Vì thế khi UE chuyển qua vùng RNC khác phục vụ, thì mạng lõi chỉ biết đến RNC đang phục vụ UE. Mọi chuyển giao được điều khiển bởi RNC Nhưng đối với E-UTRAN, mạng lõi có thể thấy mọi chuyển giao.

Hình 2.35: Các loại chuyển giao Chuyển giao cùng tần số (intra-frequency) được thực hiện giữa các cell trong cùng một eNodeB. Chuyển giao khác tần số (intra-frequency) được thực hiện giữa các cell thuộc các eNodeB khác nhau. UE sẽ thực hiện trên dự đoán đo lường RSRP (Reference Signal Receive Power) và RSRQ (Reference Signal Receive Quality) dựa trên tín hiệu tham khảo RS (Reference Signal) nhận được từ cell đang phục vụ và từ cell ảnh hưởng mạnh nhất. Giải thuật chuyển giao dựa trên giá trị RSRP và RSRQ, chuyển giao được thiết lập khi các thông số này từ cell ảnh hưởng cao hơn cell đang phục vụ.

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 60

Ở WCDMA, chúng ta dùng CPICH RSCP để quyết định chuyển giao thì ở LTE ta sẽ dùng RSRP. RSRP là công suất thu tín hiệu tham khảo, nó là trung bình công suất của tất cả các thành phần tài nguyên (mang tín hiệu tham khảo) qua toàn bộ băng thông. Nó có thể được đo lường ở tín hiệu OFDM mang tín hiệu tham khảo. Đo lường RSRP cung cấp cường độ tín hiệu cụ thể của cell. Đo lường này được sử dụng làm ngõ vào cho chuyển giao và quyết định chọn lại cell. RSSI được định nghĩa như tổng công suất băng rộng nhận được quan sát bởi UE từ tất cả các nguồn, bao gồm cell phục vụ và cell không phục vụ, can nhiễu kênh và nhiễu nhiệt trong băng thông đo lường cụ thể. RSSI không được báo cáo khi đo lường mà nó được xem là ngõ vào để tính toán RSRQ. Việc đo lường RSRQ cung cấp chất lượng tín hiệu của cell cụ thể. Giống như RSRP, việc đo lường này được dùng để xác định các ứng cử viên cell theo chất lượng tín hiệu của chúng. Đo lường này được sử dụng như ngõ vào của chuyển giao và quyết định chọn lại cell, đo lường RSRP không cung cấp đủ độ tin cậy cho quyết định chuyển giao. RSRQ được định nghĩa là tỷ số N.RSRP/RSSI trong đó N là số RB của băng thông đo lường RSSI của LTE. Việc đo lường này cả tử số và mẫu số phải được thực hiện với cùng số RB. Trong khi RSRP chỉ ra độ mạnh tín hiệu, RSRQ bổ sung mức can nhiễu bởi vì nó bao gồm RSSI. Vì vậy RSRQ cho phép kết hợp giữa cường độ tín hiệu với can nhiễu để báo cáo một cách hiệu quả. Khi thực hiện đo lường để chuyển giao thì độ chênh lệch mức RSRP và RSRQ phải ở một mức chênh lệch mới quyết định chuyển giao. Đối với 2 cell cùng tần số, độ chênh lệch RSRP từ +/- 2 dB đến +/- 3 dB, độ chênh lệch RSRQ từ +/2,5 đến 4 dB. Đối với 2 cell khác tần số thì độ chênh lệch RSRP là +/- 6 dB, độ chênh lệch RSRQ từ +/- 3 đến 4 dB. 2.8 Điều khiển công suất [3] Ở WCDMA, ta sử dụng điều khiển công suất cả đường lên và đường xuống. Nhưng đối với LTE, chỉ cần sử dụng điều khiển công suất đường lên. Điều khiển công suất đường lên trong hệ thống thông tin di động với các mục đích quan trọng sau: nó cân bằng công suất phát đối với QoS yêu cầu, tối thiểu can nhiễu và tăng tuổi thọ pin của thiết bị đầu cuối. Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 61

Để đạt được các mục đích này, điều khiển công suất đường lên phải thích nghi với các đặc tính của kênh truyền vô tuyến, bao gồm tổn hao, che bóng, fading nhanh, cũng như can nhiễu đến từ các user khác - ở trong vòng một cell hay ở các cell lân cận. Đòi hỏi cho việc quản lý can nhiễu ở đường lên ở LTE khá là khác so với WCDMA. Ở WCDMA, đường lên không trực giao và việc quản lý can nhiễu đầu tiên là can nhiễu giữa các user khác nhau trong cùng một cell. Các user đường lên ở WCDMA chia sẻ cùng tài nguyên về thời gian - tần số và chúng tạo ra can nhiễu tăng trên nhiễu nhiệt tại bộ thu của NodeB. Điều này được biết như “Rise over Thermal” (RoT), và nó phải được điều khiển cẩn thận và được chia sẻ giữa các user. Tăng tốc độ dữ liệu ở đường lên cho user ở WCDMA thì giảm được hệ số trải phổ và tăng công suất phát tương ứng. Nhưng ngược lại, ở hướng lên LTE thì dựa trên trực giao, việc quản lý can nhiễu giữa các user trong cùng một cell thì ít quan trọng hơn ở WCDMA. Thay đổi tốc độ dữ liệu đường lên ở LTE thì băng thông phát thay đổi và thay đổi MCS, trong khi công suất phát trên đơn vị băng thông (chẳng hạn như PSD) có thể không đổi đối với một MCS. Hơn nữa, ở WCDMA điều khiển công suất được thiết kế với truyền dẫn liên tục cho các dịch vụ chuyển mạch kênh, trong khi ở LTE, lập biểu nhanh cho các UE được áp dụng tại khoảng thời gian 1ms. Điều này được phản ánh trong thực tế là điều khiển công suất ở WCDMA được dự đoán với vòng lặp trì hoãn là 0,67 ms và bước điều khiển công suất thông thường là +/- 1 dB . Trong khi đó LTE cho phép bước điều khiển công suất rộng hơn (không phải dự đoán), với vòng lặp trì hoãn khoảng 5 ms. Kỹ thuật điều khiển công suất ở LTE kết nối cả vòng hở và vòng kín. Hồi tiếp vòng kín chỉ cần thiết để bù cho trường hợp UE ước lượng công suất phát không thỏa mãn. 2.8.1 Điều khiển công suất vòng hở [8] Điều khiển công suất vòng hở ước lượng tổn hao đạt được sau khi đo lường RSRP và tính toán công suất phát dựa trên phương trình sau:

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 62 P PUSCH = min {Pmax , 10log10M + P 0 + α.PL}

(2.2)

Hình 2.36: Điều khiển công suất vòng hở 2.8.2 Điều khiển công suất vòng kín [8] UE sẽ điều chỉnh công suất phát của mình dựa trên lệnh TCP. Lệnh TCP được phát dựa bởi eNodeB đến UE, dựa trên SINR mong muốn và SINR mà eNodeB thu được. Trong hệ thống điều khiển công suất vòng kín , bộ thu đường lên tại eNodeB ước lượng SINR của tín hiệu thu và nó so sánh với giá trị SINR mong muốn. Khi SINR thu được thấp hơn SINR mong muốn, lệnh TCP được phát đến UE yêu cầu tăng công suất phát. Ngược lại, lệnh TCP sẽ yêu cầu UE giảm công suất phát.

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 63

Hình 2.37: Điều khiển công suất vòng kín Thích ứng nhanh được áp dụng quanh điểm hoạt động vòng hở để tạo thành điều khiển công suất vòng kín. Điều này có thể điều khiển can nhiễu và tinh chỉnh công suất để phù hợp với điều kiện kênh truyền (bao gồm fading nhanh). Tuy nhiên, do tính trực giao ở đường lên của LTE, điều khiển công suất vòng kín của LTE không cần sử dụng điều khiển công suất vòng kín nhanh như áp dụng đối với ở WCDMA (để tránh vấn đề gần xa). Thay đổi băng thông phát cùng với việc thiết lập MSC để đạt được đến tốc độ dữ liệu phát mong muốn. Delta- MCS: cho phép công suất trên khối tài nguyên thích nghi theo tốc độ phát dữ liệu thông tin. Công suất phát đòi hỏi trên khối tài nguyên là (2

k.BPRE

– 1).

Trong đó BPRE là tỷ số số bit thông tin trên thành phần tài nguyên RE trong một RB, k là hệ số tỷ lệ và giá trị thích hợp cho k là 1.25 đối với công suất offset phụ thuộc vào MCS.

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 64

 Chương 2 đã khái quát được cấu trúc mạng 4 GLTE, các đặc tính kỹ thuật và các kỹ thuật sử dụng trong LTE. Mạng LTE có ưu điểm vượt trội so với 3G về tốc độ, thời gian trễ nhỏ, hiệu suất sử dụng phổ cao cùng với việc sử dụng băng thông linh hoạt, cấu trúc đơn giản nên giá thành giảm. Để tạo nên các ưu điểm đó, LTE đã phối hợp nhiều kỹ thuật, trong đó, nó sử dụng kỹ thuật OFDMA ở đường xuống. Các sóng mang trực giao với nhau, do đó tiết kiệm băng thông, tăng hiệu suất sử dụng phổ tần và giảm nhiễu ISI. Cùng với các ưu điểm đó thì OFDM có khuyết điểm là sự thăng giáng đường bao lớn dẫn đến PAPR lớn, khi PAPR lớn thì đòi hỏi các bộ khuếch đại công suất tuyến tính cao để tránh làm méo dạng tín hiệu, hiệu suất sử dụng công suất thấp vì thế đặc biệt ảnh hưởng đối với các thiết bị cầm tay. Do đó, LTE sử dụng kỹ thuật SC-FDMA cho đường lên. Cùng với các kỹ thuật đó, LTE còn hổ trợ MIMO, MIMO là một phần tất yếu của LTE để đạt được yêu cầu về thông lượng và hiệu quả sử dụng phổ. Cùng với các kỹ thuật này, chương 2 còn trình bày về lập biểu phụ thuộc kênh, thích ứng đường truyền, HARQ với kết hợp mềm. Chuyển giao trong LTE, và chuyển giao giữa LTE với các mạng khác. Đồng thời để cân bằng công suất phát đối với QoS yêu cầu, tối thiểu can nhiễu và tăng tuổi thọ pin của thiết bị đầu cuối, điều khiển công suất đường lên được sử dụng ở LTE, điều khiển công suất kết hợp cả vòng hở và vòng kín, nhưng do tính trực giao ở đường lên của LTE nên tránh được vấn đề gần xa (vấn đề điển hình trong điều khiển công suất của WCDMA) và vì thế ở LTE không cần sử dụng điều khiển công suất vòng kín nhanh.  Từ việc tìm hiểu khái quát công nghệ LTE và các vấn đề liên quan, ta tiến hành quy hoạch mạng trong chương tiếp theo.

Chương 2 : Cấu trúc mạng 4G LTE và các vấn đề liên quan

Đồ án tốt nghiệp

Trang 65

CHƯƠNG 3 : QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE VÀ ÁP DỤNG CHO TP.HCM Quy hoạch mạng LTE cũng giống như quy hoạch mạng 3G. Ở hệ thống di động 4G, đường lên và đường xuống là bất đối xứng. Do vậy, một trong hai đường sẽ thiết lập giới hạn về dung lượng hoặc vùng phủ sóng. Việc tính toán quỹ đường truyền và phân tích nhiễu không phụ thuộc vào loại công nghệ sử dụng. Mục đích của pha định cỡ là để ước lượng số lượng các trạm cần sử dụng, cấu hình trạm và số lượng các phần tử mạng để dự báo giá thành đầu tư cho mạng. Chương này chúng ta sẽ tìm hiểu về quỹ đường truyền của LTE, các mô hình truyền sóng để phục vụ cho quá trình ước lượng số eNodeB của mạng theo điều kiện tối ưu 1, và số trạm eNodeB theo điều kiện tối ưu 2 để từ đó ta quyết định được số eNodeB cần thiết cho vùng cần quy hoạch.

3. 1 Khái quát về quá trình quy hoạch mạng LTE

Hình 3. 1: Khái quát về quá trình quy hoạch mạng LTE Quy hoạch mạng LTE cũng bao gồm ba bước : định cỡ hay còn gọi là khởi tạo, quy hoạch chi tiết, vận hành và tối ưu hóa mạng.

Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

Đồ án tốt nghiệp

Trang 66

3. 2 Dự báo lưu lượng và phân tích vùng phủ 3. 2. 1 Dự báo lưu lượng Việc quy hoạch mạng phải dựa trên nhu cầu về lưu lượng. Do đó dự báo lưu lượng là bước đầu tiên cần thực hiện trong quá trình quy hoạch mạng. Dự báo số thuê bao : Đối với thị trường cần phục vụ, cần phải đánh giá tổng số thuê bao. Lý tưởng có thể chia việc đánh giá cho từng tháng để có thể thấy được xu thế phát triển thuê bao. Điều này là cần thiết vì khi qui hoạch ta cần tính dự phòng cho tương lai. Nếu có thể cung cấp các dịch vụ khác nhau, thì cần dự báo cho từng loại dịch vụ. Chẳng hạn nhà khai thác có thể chọn tổ hợp các dịch vụ nào đó gồm chỉ tiếng, tiếng và số liệu hoặc chỉ số liệu. Ngoài ra các dịch vụ số liệu cũng có thể được chia thành các dịch vụ và các thiết bị khác nhau. Chẳng hạn, dịch vụ số liệu chỉ giới hạn ở trình duyệt web, hoặc cả trình duyệt web lẫn email và một số các dịch vụ khác như không gian web. Dịch vụ số liệu cũng có thể là các dịch vụ đo lường từ xa. Dự báo cần được thực hiện cho từng kiểu người sử dụng. Dự báo sử dụng lưu lượng tiếng: Dự báo sử dụng dịch vụ tiếng bao gồm việc đánh giá khối lượng lưu lượng tiếng do người sử dụng dịch vụ tiếng trung bình tạo ra. Để việc dự báo chính xác ta cần cung cấp dữ liệu đánh giá cho từng tháng. Dữ liệu tiếng bao gồm phân bố lưu lượng: từ MS đến cố định, từ MS đến MS và từ MS đến E-mail. Đối với từ MS đến cố định cần phân thành : phần trăm nội hạt và đường dài. Vì vậy ta cần có số liệu về số cuộc gọi trên một thuê bao trung bình ở giờ cao điểm và thời gian giữ trung bình (MHT: mean hold time) trên cuộc gọi. Thông thường ta chỉ có thông số về số phút sử dụng (MoU: minutes of using) của thuê bao/cuộc gọi. Trong trường hợp này nhóm dự báo bộ phận thiêt kế phải chuyển thành việc sử dụng trong giờ cao điểm. Dự báo sử dụng lưu lượng số liệu: Ta cần phân loại những người sử dụng dịch vụ số liệu và dự báo cho từng kiểu người sử dụng cũng như khối lượng thông lượng số liệu. Ta cũng cần dự báo khi nào thì thông lượng bắt đầu và khi nào thì nó kết thúc. Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

Đồ án tốt nghiệp

Trang 67

Dự phòng tương lai : Ta không thể chỉ qui hoạch mạng cho các dự kiến trước mắt mà cần qui hoạch mạng cho các dự kiến tương lai để không phải thuờng xuyên mở rộng mạng. Ngoài ra việc dự phòng tương lai cũng cho phép mạng cung cấp lưu lượng bổ sung trong trường hợp sự tăng trưởng thuê bao lớn hơn thiết kế hoặc sự thay đổi đột ngột lưu lượng tại một thời điểm nhất định. Về lý do kinh doanh, dự phòng tương lai cũng cần thiết để đưa ra các kế hoạch định giá mới cho phép thay đổi đáng kể số thuê bao hay hình mẫu sử dụng. 3. 2. 2 Phân tích vùng phủ Để quy hoạch mạng vô tuyến cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư, bước tiếp theo ta cần khảo sát các chi tiết: nơi nào cần phủ sóng và các kiểu phủ sóng cần cung cấp cho các vùng này. Thông thường ta sẽ ưu tiên phủ sóng trước tiên ở các khu vực quan trọng như: các vùng thương mại, các vùng có mật độ dân cư đông đúc, các đường cao tốc chính... dựa trên bản đồ mật độ dân cư. Dựa trên bản đồ dân cư cho phép ta dự đoán được lưu lượng người sử dụng, điều kiện môi trường truyền sóng, các ảnh hưởng của nó lên mô hình truyền sóng để có thể đưa ra lựa chọn cho các hệ số hiệu chỉnh môi trường và thâm nhập toà nhà.

3. 3 Quy hoạch chi tiết [9] Theo điều kiện tối ưu 1: bán kính cell được xác định dựa trên quỹ đường truyền và mô hình truyền sóng thích hợp, kết hợp với diện tích cần phủ sóng ta tính được số eNodeB được lắp đặt. Theo điều kiện tối ưu 2: dựa trên quy hoạch vùng phủ ta cũng xác định được số eNodeB. Số eNodeB cuối cùng cần thiết lắp đặt cho một vùng cần phủ sóng là số eNodeB lớn hơn. 3. 3. 1 Quy hoạch vùng phủ Đối với mạng di động tế bào, ước lượng vùng phủ được dùng để quyết định vùng phủ của mỗi trạm gốc, nó đưa ra một vùng tối đa có thể được bao phủ bởi trạm gốc. Nhưng nó không cần thiết xác lập một kết nối giữa UE và trạm gốc. Tuy nhiên, trạm gốc có thể phát hiện được UE trong vùng bao phủ của nó. Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

Đồ án tốt nghiệp

Trang 68

3. 3. 1. 1 Quỹ đường truyền [2] Tính toán quỹ đường truyền ước lượng suy hao tín hiệu cho phép cực đại (pathloss) giữa di động và trạm gốc. Tổn hao lớn nhất cho phép cho ta ước lượng vùng phủ của cell lớn nhất với mô hình kênh truyền phù hợp. Với vùng bao phủ của cell sẽ cho ta tính toán được số trạm gốc được sử dụng để bao phủ vùng địa lý mong muốn. Tính toán quỹ đường truyền cũng được dùng để so sánh quan hệ về vùng phủ của các hệ thống khác nhau. Mối quan hệ quỹ đường truyền chỉ ra hệ thống vô tuyến LTE mới sẽ thực hiện tốt như thế nào khi nó được triển khai trong các trạm gốc đã tồn tại của hệ thống GSM và WCDMA. Tính toán quỹ đường lên cho LTE Các thông số và công thức sử dụng để tính toán quỹ đường truyền lên cho LTE:  Công suất máy phát (PTxm) : đối với đường lên công suất máy phát ở đây là công suất của UE. Tùy thuộc vào lớp công suất phát mà UE sử dụng sẽ có giá trị công suất tối đa khác nhau. Đơn vị dùng để tính toán cho công suất máy phát là dBm.  Khuếch đại anten (Gm) : phụ thuộc vào thiết bị và băng tần sử dụng. Nó có giá trị từ -5 đến 10 dBi.  Tổn hao phi đơ và bộ nối (Lfm)  Tổn hao cơ thể (Lbody) : là tổn hao điển hình đối với quỹ đường truyền cho dịch vụ thoại vì di động được giữ gần với tai nghe. Có giá trị từ 3 đến 5 dB đối với dịch vụ thoại. Đơn vị là dB.  Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương (EIRPm) : có đơn vị là dBm và được tính toán theo công thức sau: EIPRm = PTxm + Gm + Lfm – Lbody

(3. 1)

 Hệ số tạp âm máy thu (NF) : trong trường hợp này máy thu là trạm gốc và có đơn vị là dB.

Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

Đồ án tốt nghiệp

Trang 69

 Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu (Ni) : có đơn vị là dBm và được tính toán bằng công thức sau: Ni = 30 + 10lgk + 10log290K + 10lgB

(3. 2)

Với k là hằng số Boltzman và có giá trị k = 1. 3824 x 10-23 J/K. B là băng thông phụ thuộc vào tốc độ bit, tương ứng với mỗi tốc độ bit sẽ có số RB khác nhau được phát đi. Chẳng hạn như 64 kbps tương ứng với 2 RB được phát đi tương ứng với B là 360 KHz.  Công suất tạp âm nền máy thu (Ni) : có đơn vị là dBm và được tính toán theo công thức sau : N = Ni + NF

(3. 3)

 Dự trữ nhiễu (Mi) : dự trữ nhiễu ở LTE sẽ nhỏ hơn dự trữ nhiễu ở WCDMA vì các tín hiệu ở đường lên đã được trực giao. Nó có đơn vị là dB và nó có giá trị nằm trong khoảng từ 1-10 dB.  Tổng tạp âm nhiễu + giao thoa (N + I) : có đơn vị là dBm và được tính toán theo công thức sau : (N + I)(dBm) = N + Mi

(3. 4)

 Tỷ số SNR yêu cầu (SNRr) : được lấy từ mô phỏng. Có đơn vị là dB.  Độ nhạy máy thu hiệu dụng (Pmin) : có đơn vị là dB và được xác định theo công thức sau: Pmin = (N + I) (dBm) + SNRr (dB)

(3. 5)

 Khuếch đại anten trạm gốc (Gb) : phụ thuộc vào kích cỡ anten và số sector. Có giá trị từ 15 đến 21 dBi. Đơn vị của nó là dBi.  Tổn hao phi đơ và bộ nối (Lf) : tổn hao ở phía trạm gốc. Có đơn vị là dB.  Khuếch đại MHA (GMHA) : MHA là bộ khuếch đại trên tháp anten, nó có đơn vị là dB.  Tổn hao đường truyền cực đại cho phép (Lmax) : có đơn vị là dB và được tính toán theo công thức sau: Lmax = EIRPm – Pmin + Gb – Lf + GMHA Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

(3. 6)

Đồ án tốt nghiệp

Trang 70

Tính toán quỹ đường xuống cho LTE Các thông số và công thức sử dụng để tính toán quỹ đường truyền xuống cho LTE:  Công suất máy phát (P Txb) : đối với đường lên công suất máy phát ở đây là công suất của trạm gốc. Đơn vị dùng để tính toán cho công suất máy phát là dBm. Giá trị điển hình là từ 43 - 48 dBm.  Khuếch đại anten (Gb) : phụ thuộc vào kích cỡ anten và số sector. Có giá trị từ 15 đến 21 dBi. Đơn vị của nó là dBi.  Tổn hao phi đơ và bộ nối (Lf)  Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương (EIRPb) : có đơn vị là dBm và được tính toán theo công thức sau: EIPRb = PTxm + Gb + Lf

(3. 7)

 Hệ số tạp âm máy thu (NF) : trong trường hợp này máy thu là trạm gốc và có đơn vị là dB.  Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu (Ni) : có đơn vị là dBm và được tính toán bằng công thức sau: Ni = 30 + 10lgk + 10log290K + 10lgB

(3. 8)

Với k là hằng số Boltzman và có giá trị k = 1. 3824 x 10-23 J/K. B là băng thông phụ thuộc vào tốc độ bit, tương ứng với mỗi tốc độ bit sẽ có số RB khác nhau được phát đi. Chẳng hạn như 1Mbps tương ứng với 50 RB được phát đi tương ứng với B là 9 MHz.  Công suất tạp âm nền máy thu (Ni) : có đơn vị là dBm và được tính toán theo công thức sau : N = Ni + NF  Dự trữ nhiễu (Mi) : Nó có đơn vị là dB và có giá trị từ 3-8 dB.  Bổ sung nhiễu kênh diều khiển (Mcch)

Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

(3. 9)

Đồ án tốt nghiệp

Trang 71

 Tổng tạp âm nhiễu + giao thoa (N + I) : có đơn vị là dBm và được tính toán theo công thức sau : (N + I)(dBm) = N + Mi + Mcch

(3. 10)

 Tỷ số SNR yêu cầu (SNRr) : được lấy từ mô phỏng. Có đơn vị là dB.  Độ nhạy máy thu hiệu dụng (Pmin) : có đơn vị là dB và được xác định theo công thức sau: Pmin = (N + I) (dBm) + SNRr (dB)

(3. 11)

 Khuếch đại anten trạm gốc (Gm) : phụ thuộc vào thiết bị và băng tần sử dụng. Nó có giá trị từ -5 đến 10 dBi.  Tổn hao phi đơ và bộ nối (Lfm) : tổn hao ở phía UE. Có đơn vị là dB.  Tổn hao cơ thể (Lbody) : là tổn hao điển hình đối với quỹ đường truyền cho dịch vụ thoại vì di động được giữ gần với tai nghe. Có giá trị từ 3 đến 5 dB đối với dịch vụ thoại. Đơn vị là dB.  Tổn hao đường truyền cực đại cho phép (Lmax) : có đơn vị là dB và được tính toán theo công thức sau: Lmax = EIRPb – Pmin + Gm – Lfm - Lbody

(3. 12)

Ví dụ về quỹ đường truyền [2]  Ví dụ tính quỹ đường lên LTE cho 64kbps với máy thu trạm gốc hai anten Bảng 3. 1 :Ví dụ về quỹ đường lên của LTE Máy phát (đầu cuối di động) Công suất phát (dBm)

24,0

PTxm

Khuếch đại anten (dBi)

0,0

Gm

Tổn hao phi đơ + bộ nối

0,0

Lfm

0,0

Lbody

(dB) Suy hao cơ thể của MS ở

Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

Đồ án tốt nghiệp

Trang 72

đường lên (dB) Công suất phát xạ đẳng

24,0

EIRPm = PTxm+ Gm - Lfm - Lbody

2,0

NF

-118,4

Ni

hướng tương đương (dBm) Máy thu (BS) Hệ số tạp âm máy thu trạm gốc (dB) Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu (dBm) Công suất tạp âm nền

=30+10lgk+10lg290K+10lg(360KHz) -116,4

N = Ni + NF

Dự trữ nhiễu (dB)

2,0

Mi

Tổng tạp âm + giao thoa

-114,4

(N + I) (dBm) = N + Mi

Tỷ số SNR yêu cầu (dB)

-7

SNRr , từ mô phỏng

Độ nhạy máy thu (dBm)

-121,4

Pmin= (N + I) (dBm) + SNRr

Khuếch đại anten (dBi)

18,0

Gb

Tổn hao phi đơ + bộ nối

2,0

Lf

Khuếch đại MHA (dB)

2,0

GMHA

Tổn hao đường truyền

163,4

Lmax=EIRPm-Pmin+Gb+GMHA-Lf

máy thu (dBm)

(dBm)

trạm gốc

cực đại (dB)

Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

Đồ án tốt nghiệp

Trang 73

 Ví dụ quỹ đường xuống LTE cho 1Mbps với máy thu trạm gốc hai anten Bảng 3. 2 : Ví dụ của quỹ đường xuống LTE Máy phát (trạm gốc) Công suất phát (dBm)

46,0

PTxb

Khuếch đại anten (dBi)

18,0

Gb

Tổn hao phi đơ + bộ nối

2,0

Lf

Công suất phát xạ đẳng

62,0

EIRPm = PTxm+ Gb - Lf

7,0

NF

-104,5

Ni

hướng tương đương (dBm) Máy thu (đầu cuối di động) Hệ số tạp âm máy thu (dB) Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu (dBm) Công suất tạp âm nền

=30+10lgk+10lg290K+10lg(9MHz) -97,5

N = Ni + NF

Dự trữ nhiễu (dB)

3,0

Mi

Bổ sung nhiễu kênh điều

1,0

Mcch

-93,5

(N + I) (dBm) = N + Mi + Mcch

-10

SNRr , từ mô phỏng

máy thu (dBm)

khiển Tổng tạp âm + giao thoa (dBm) Tỷ số SNR yêu cầu (dB)

Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

Đồ án tốt nghiệp

Trang 74

Độ nhạy máy thu (dBm)

-103,5

Pmin= (N + I) (dBm) + SNRr

Khuếch đại anten (dBi)

0,0

Gb

Tổn hao phi đơ + bộ nối

0,0

Lfm

Suy hao cơ thể (dB)

0,0

Lbody

Tổn hao đường truyền

165,5

Lmax=EIRPb - Pmin+ Gm - Lf - Lbody

(dB)

cực đại (dB)  Ví dụ so sánh quỹ đường truyền của các hệ thống [1] Bảng 3. 3 : So sánh quỹ đường truyền lên của các hệ thống Đường lên

GSM thoại

HSPA

LTE

12. 2

64

64

Tốc độ dữ liệu (kbps)

Máy phát (đầu cuối di động) Công suất phát (dBm)

33,0

23,0

23,0

Khuếch đại anten (dBi)

0,0

0,0

0,0

Suy hao cơ thể của MS ở

3,0

0,0

0,0

30,0

23,0

23,0

2,0

2,0

đường lên (dB) Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương (dBm) Máy thu (BS) Hệ số tạp âm máy thu trạm gốc (dB)

Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

-

Đồ án tốt nghiệp Công suất tạp âm nhiệt

Trang 75 -119,7

-108,2

-118,4

-

-106,2

-116,4

0,0

3,0

1,0

Tỷ số SNR yêu cầu (dB)

-

-17,3

-7

Độ nhạy máy thu (dBm)

-114,0

-123,4

-123,4

Khuếch đại anten (dBi)

18,0

18,0

18,0

Tổn hao phi đơ + bộ nối

0,0

0,0

0,0

0,0

2,0

0,0

162,0

161,1

163,4

đầu vào máy thu (dBm) Công suất tạp âm nền máy thu (dBm) Dự trữ nhiễu (dB)

trạm gốc Độ lợi chuyển giao mềm (dB) Tổn hao đường truyền cực đại (dB)

Bảng 3. 4 : So sánh về quỹ đường truyền xuống của các hệ thống Đường xuống

GSM thoại

HSPA

LTE

12,2

1024

1024

Công suất phát (dBm)

44,5

46,0

46,0

Khuếch đại anten (dBi)

18,0

18,0

18,0

Tốc độ dữ liệu (kbps) Máy phát (trạm gốc)

Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

Đồ án tốt nghiệp

Trang 76

Tổn hao phi đơ + bộ nối

2,0

2,0

2,0

Công suất phát xạ đẳng

60,5

62,5

62,0

-

7,0

7,0

-119,7

-108,2

-104,5

-

-101,2

-97,5

0,0

4,0

4,0

Tỷ số SNR yêu cầu (dB)

-

-5,2

-9,0

Độ nhạy máy thu (dBm)

-104,0

-106,4

-106,5

Khuếch đại anten (dBi)

0,0

0,0

0,0

Overhead của kênh điều

0,0

20,0

20,0

3,0

0,0

0,0

161,5

163,4

163,5

hướng tương đương (dBm) Máy thu (đầu cuối di động) Hệ số tạp âm máy thu (dB) Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu (dBm) Công suất tạp âm nền máy thu (dBm) Dự trữ nhiễu (dB)

khiển (%) Suy hao cơ thể (dB) Tổn hao đường truyền cực đại (dB) Quỹ đường truyền cho ta thấy rằng LTE có thể triển khai sử dụng các trạm có sẵn của hệ thống GSM và HSPA.

Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

Đồ án tốt nghiệp

Trang 77

3. 3. 1. 2 Các mô hình truyền sóng Quỹ đường truyền kết hợp với mô hình truyền sóng thích hợp sẽ tính được bán kính phủ sóng của cell. Đặc điểm của kênh truyền dẫn vô tuyến có tính chất ngẫu nhiên, không nhìn thấy được, đòi hỏi có những nghiên cứu phức tạp. Một số mô hình thực nghiệm đã được đề xuất và được sử dụng để dự đoán các tổn hao truyền sóng. Các mô hình được đề xuất để đánh giá các công nghệ truyền dẫn sẽ xét nhiều đặc tính môi trường gồm các thành phố lớn, nhỏ, ngoại ô, vùng nhiệt đới, vùng nông thôn và các sa mạc. Các thông số chính của môi trường bao gồm :  Trễ truyền lan, cấu trúc và các thay đổi của nó.  Quy tắc tổn hao địa lý và tổn hao đường truyền bổ sung.  Pha đinh che tối.  Các đặc tính pha đinh nhiều đường cho hình bao các kênh.  Tần số làm việc. Ta phân tích các mô hình sau: Mô hình Hata-Okumura [5]  Các biểu thức toán học được sử dụng trong mô hình Hata-Okumura để xác định tổn hao trung bình L: Lp= A + Blgfc – 13,82lghb – a(hm) + (44,9 – 6,55lghb)lgr + Lother (dB) Trong đó: fc: tần số hoạt động (MHz) Lp: tổn hao trung bình h b: độ cao anten trạm gốc (m); h m: độ cao anten trạm di động (m) r : bán kính cell (khoảng cách từ trạm gốc) (km) a(hm): hệ số hiệu chỉnh cho độ cao anten di động (dB) Lother: hệ số hiệu chỉnh theo vùng. Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

(3. 13)

Đồ án tốt nghiệp

Trang 78

Thông số A&B: 69.55, f  150 :1500Mhz A 46.3, f  1500 : 2000Mhz 26.16, f  150 :1500Mhz B 33.9, f  1500 : 2000Mhz



Dải thông số sử dụng được cho mô hình Hata là: 150 fc ≤ 2000 MHz; 30 ≤ hb ≤ 200 m; 1 ≤ hm ≤ 10 m; 1 ≤ r ≤ 20 km. a(hm) tính như sau: -

Đối với thành phố nhỏ và trung bình: a(hm) = (1,11lgfc -0,7)hm – (1,56lgfc – 0,8)dB

-

Đối với thành phố lớn: a(hm) = 8. 29(lg1,54hm)2 – 1,1 dB

; fc  200 MHz

hay: a(hm) = 3,2(lg11,75hm)2 – 4,97 dB ; fc ≥ 400 MHz -

(3. 14)

(3. 15) (3. 16)

Đối với vùng ngoại ô: Với vùng ngoại ô hệ số hiệu chỉnh suy hao so với vùng thành phố là: 

2   fc    5, 4  (dB)    28   

Lp = Lp(thành phố) - 2  lg  

-

(3. 17)

Đối với vùng nông thôn Lp = Lp(thành phố) - 4.78(lg fc)2  18.33(lg fc )  40.49 Db

(3. 18)

Mô hình Walfish-Ikegami [5] Mô hình Walfisch-Ikegami dựa vào giả thiết rằng sự truyền lan sóng được truyền trên mái nhà bằng quá trình nhiễu xạ. Các tòa nhà nằm trên đường thẳng giữa máy phát và máy thu.

Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

Đồ án tốt nghiệp

Trang 79

Hình 3. 2 : Các tham số của mô hình Walfisch-Ikegami Các biểu thức sử dụng cho mô hình này như sau: Lp= Lf + Lrts + Lmsd

(3. 19)

hay

Lp = Lf khi Lrts + Lmsd ≤ 0

Trong đó:

Lf : tổn hao không gian tự do Lrts: nhiễu xạ mái nhà - phố và tổn hao tán xạ Lmsd: tổn hao các vật che chắn.

 Tổn hao không gian tự do Lf được xác định: Lf = 32,4 +20lgr + 20lgfc

(dB)

(3. 20)

 Nhiễu xạ mái nhà - phố và tổn hao phân tán tính như sau: Lrts = (-16,7) -10lgW + 10lgfc + 20lg∆h m + Lori (dB) Trong đó: W: độ rộng phố (m) ∆h m= h r - hm (m) h r : độ cao trung bình toà nhà hm : độ cao MS Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

(3. 21)

Đồ án tốt nghiệp

Trang 80 hb : độ cao BS 10  0.3546, 0    350  Lori ( )   2.5  0.075(  35), 350    550  0 0  4  0.114(  55),55    90

Trong đó:  là góc đến so với trục phố.  Tổn hao các vật che chắn: Lmsd = Lbsh + ka + kdlgr + kflgfc – 9lgb

(3. 22)

Trong đó: b: khoảng cách giữa tòa nhà dọc theo đường truyền vô tuyến (m).  18. lg(1  hb ), hb  hr Lbsh   0, hb  hr

54, (hb  hr )  ka = 54  0,8hb,(r  500m, hb  hr ) 54  1, 6h ,(r  500m, h  h ) b b r 

15hb  , hb  hr 18  hr kd   18, h  h b r   f  k f  4  1,5  c  1  với thành phố lớn.  925 

 f  k f  4  0, 7  c  1 với thành phố trung bình.  925 

Vì vậy, Lp sẽ được tính theo hai công thức sau: -

Với trường hợp tia nhìn thẳng (LOS): Lp = 42,6 + 26lgr + 20lgfc

-

(3. 23)

Với trường hợp tia không nhìn thẳng (NLOS): Lp = 32,4 + 20lgr + 20lgfc + Lrts + Lmsd

 Dải thông số cho mô hình Walfisch-Ikegami phải thỏa mãn: Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

(3. 24)

Đồ án tốt nghiệp

Trang 81

800 ≤ fc ≤ 2000 MHz; 4 ≤ hb ≤ 50 m; 1 ≤ hm ≤ 3 m; 0,02 ≤ r ≤ 5 km Có thể sử dụng các giá trị mặc định sau cho mô hình: b = 20 ÷ 50m; W = b/2; Ф = b/2. Nóc nhà = 3 m cho nóc nhà có độ cao và 0 m cho nóc nhà phẳng. h r = 3 *(số tầng) + nóc nhà Các mô hình truyền sóng trong nhà [5] Có thể nói hiện nay đối với các tòa nhà lớn như là sân bay, ga điện ngầm, văn phòng cao tầng, siêu thị kinh doanh hàng hóa rộng lớn… thì vấn đề vùng phủ và dung lượng đều rất quan trọng vì chất lượng thoại di dộng ảnh hưởng trực tiếp đến uy tín của nhà cung cấp dịch vụ. Tuy nhiên, do đặc trưng vùng phủ của những khu vực này rộng hoặc trải dài theo chiều dọc, sóng vô tuyến từ trạm BTS bên ngoài tòa nhà (BTS outdoor macro) bị suy hao nhiều khi xuyên qua các bức tường bê tông dẫn đến cường độ tín hiệu không đạt yêu cầu, nên giải pháp phủ sóng trong tòa nhà hiện nay được nhiều nhà cung cấp dịch vụ di động quan tâm.  Mô hình cho môi trường nhiều tầng Các biểu thức toán học được sử dụng trong mô hình để xác định tổn hao trung bình: LP ( R)  L ( Ro )  10* n (nhiều tầng) lg( R / R0 )

(3. 25)

L( R0 ) : suy hao đường truyền từ máy phát đến khoảng cách tham khảo R0

(dB) n: mũ tổn hao trung bình R: khoảng cách từ máy phát (m) đến máy thu R0 : khoảng cách tham khảo từ máy phát.

 Mô hình cho môi trường cùng tầng Các biểu thức toán học được sử dụng trong mô hình để xác định tổn hao trung bình. Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

Đồ án tốt nghiệp LP ( R)  L ( Ro )  10* n (cùng tầng) lg( R / R0 )  FAF dB

Trang 82 (3. 26)

n: mũ tổn hao trung bình R: khoảng cách từ máy phát (m) đến máy thu R0 : khoảng cách tham khảo từ máy phát. F AF (dB) :thừa số tổn hao tầng.

 Mô hình Motley-Keenan Các biểu thức toán học được sử dụng trong mô hình để xác định tổn hao trung bình :[9] L ( d B )  3 2 .5  2 0 * lg f  2 0 * lg R  k * F ( k )  p * W ( k )  D ( R  d b )

(3. 27) Trong đó: L: tổn hao truyền sóng (dB) F: tần số (MHz) R: khoảng cách từ máy phát đến máy thu (km) K: số tầng mà sóng trực tiếp truyền qua F : hệ số tổn hao của tầng(dB) P: số bức tường mà song truyền qua W: hệ số tổn hao của tường(dB)(chú ý 1) D: hệ số tổn hao tuyến tính(dB/m)(chú ý 2) d b: điểm ngắt trong nhà(indoor breakpoint) (m)(chú ý 2) Chú ý 1: các bức tường mỏng thông thường có tổn hao 7dB còn các bức tường dày có tổn hao 10dB. Chú ý 2: đối với khoảng cách ở trên điểm ngắt, trung bình cộng thêm 0. 2dB/m, điểm ngắt điển hình : 65m.

Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

Đồ án tốt nghiệp

Trang 83

Toàn bộ các tham số trên ta có thể tính được bằng sơ đồ logic của toà nhà thiết kế. Mô hình IMT-2000 

Mô hình truyền sóng trong nhà Lp = 37 + 30lgR + 18,3F[(F+2)/(F+1)-0,46]

(dB)

(3. 28)

Trong đó R là khoảng cách giữa máy thu và máy phát (m) và F là số tầng trên đường truyền. 

Môi trường giữa trong nhà và vỉa hè Lp = 40lgR + 30lgfc + 49

(3. 29)

Trong đó fc là tần số sóng mang Mô hình này chỉ phù hợp khi không có tầm nhìn thẳng và mô tả truyền sóng tốt nhất với pha đinh che tối với độ lệch chuẩn 10dB. Tổn hao thâm nhập tòa nhà trung bình 18dB với độ lệch chuẩn là 10dB. 

Môi trường trên phương tiện giao thông Lp= 40(1-4. 10 -2∆hb)lgR-18lg∆hb+21lgfc+80

(3. 30)

Trong đó: R là khoảng cách giữa MS và BS fc là tần số sóng mang (MHz) ∆hb là độ cao của anten BS so với mức trung bình của mái nhà. Mô hình này thích hợp cho các ứng dụng sử dụng đầu cuối cố định. 3. 3. 1. 3 Tính bán kính cell Trước tiên, dựa vào các tham số của quỹ đường truyền để xác định suy hao đường truyền tối đa cho phép. Khi đó, dễ dàng tính được bán kính cell nếu biết được mô hình truyền sóng áp dụng với môi trường đang khảo sát (Lmax = Lp). Suy ra công thức tính bán kính cell như sau: Rcell = 10(Lp - L)/X

(3. 31)

LP = L’ + X *lgR

(3. 32)

Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

Đồ án tốt nghiệp

Trang 84

 Mô hình Hata-Okumura : L’=A + Blgfc – 13,82lghb – a(h m) + Lother

(3. 33)

X=(44,9 – 6,55lghb)

(3. 34)

 Mô hình Walfisch-Ikegami : -NON-LOS : L’= 32,4 +20lgfc + Lbsh + ka + kflgfc – 9lgb + Lrts

(3. 35)

X =( 20+kd) -LOS : L’=42. 6 +20lgfc

(3. 36)

X= 26  Mô hình toà nhà: -Nhiều tầng: L’= L(R0)-10*n*lg(R0)

(3. 37)

X= 10 *n -Cùng tầng: L’= L(R0)-10*n*lg(R0)+FAF.

(3. 38)

X= 10 *n  Mô hình Motley-Keenan: L’= 32. 5 + 20*lgf + k*F(k) + p*W(k) + D - db

(3. 39)

X= 1+*10a/20 Với a = 20lgR  Mô hình IMT-2000 - Toà nhà : L’=37+18. 3F[(F+2 ) / ( F+1 ) - 0,46

Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

]

(3. 40)

Đồ án tốt nghiệp

Trang 85

M= 30 - Trong nhà và vỉa hè: L’= 30 lgfc +49

(3. 41)

X=40  Môi trường xe: L’= -(18*lg∆h b) + 21*lgfc + 80

(3. 42)

X= 40(1-4*10 -2∆hb) Sau khi tính được kích thước cell, dễ dàng tính được diện tích vùng phủ với chú ý diện tích vùng phủ phụ thuộc vào cấu hình phân đoạn trạm gốc. Diện tích vùng phủ đối với một cell có cấu trúc lục giác đều được tính như sau: S = K. r2

(3.43) [2]

Trong đó: S là diện tích vùng phủ, r là bán kính cực đại cell, K là hằng số. Bảng 3. 5 : Các giá trị K sử dụng cho tính toán vùng phủ sóng Cấu hình

Ommi

trạm

(vô hướng)

K

2,6

2-sector

3-sector

6-sector

1,3

1,95

2,6

3. 3. 2 Quy hoạch dung lượng Dung lượng lý thuyết của mạng bị giới hạn bởi số eNodeB đặt trong mạng. Dung lượng của mạng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như mức can nhiễu, thực thi lập biểu, kỹ thuật mã hóa và điều chế được cung cấp. Sau đây là các công thức dùng để tính số eNodeB được tính bởi khía cạnh dung lượng. Số eNodeB =

Toàn bộ tốc độ dữ liệu (overalldatarate) Dung lượng site(site capacity)

(3.44) [9]

Trong đó site capacity là bội số của thông lượng cell (cell throughput), nó tùy thuộc vào cấu hình của cell trên site.

Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

Đồ án tốt nghiệp

Trang 86

Tính toán cell throughput  Để tính toán cell throughput trước tiên ta xét tốc độ bit đỉnh (peak bit rate). Tương ứng với mỗi mức MCS (điều chế và mã hóa) cùng với có kết hợp MIMO hay không sẽ tạo ra các tốc độ bit đỉnh khác nhau. Tốc độ bit đỉnh được tính theo công thức sau: Tốc độ bit đỉnh =

Số bit ố ý ự x Số sóng mang con x Hz

(3. 45)[2]

Đối với mỗi loại điều chế khác nhau sẽ mang số bit trên ký tự khác nhau. QPSK mang 2 bit/ký tự, 16QAM mang 4bit/ký tự và 64QAM mang 6bit/ký tự. 2x2 MIMO gấp đôi tốc độ bit đỉnh. QPSK ½ (tốc độ mã hóa ½) mang 1bps/Hz, với 64QAM không sử dụng tốc độ mã hóa và với 2x2 MIMO sẽ mang 12bps/Hz. Mỗi băng thông chỉ định sẽ có số sóng mang tương ứng cho mỗi băng thông: 72 sóng mang đối với 1.4 MHz, 180 đối với 3MHz, và đối với băng thông 5MHz, 15MHz, 20MHz tương ứng sẽ là 300, 600 và 1200 sóng mang con. Tốc độ đỉnh lý thuyết cao nhất xấp xỉ 170 Mbps sử dụng 64QAM, 2x2 MIMO. Nếu sử dụng 4x4 MIMO, tốc độ đỉnh sẽ gấp đôi là 340 Mbps. Số ký tự trên subframe thường là 14 ký tự tương ứng với mỗi slot là 7 ký tự. Bảng 3. 6 : Tốc độ bit đỉnh tương ứng với từng tốc độ mã hóa và băng thông MCS

Kỹ anten

thuật Tốc độ bit đỉnh trên sóng mang con / băng thông sử 72/1.4

180/3.0

300/5.0

600/10

1200/20

MHz

MHz

MHz

MHz

MHz

Dòng đơn

0. 9

2. 2

3. 6

7. 2

14. 4

16QAM1/2 Dòng đơn

1. 7

4. 3

7. 2

14. 4

28. 8

16QAM3/4 Dòng đơn

2. 6

6. 5

10. 8

21. 6

43. 2

64QAM3/4 Dòng đơn

3. 9

9. 7

16. 2

32. 4

64. 8

dụng

QPSK1/2

Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

Đồ án tốt nghiệp

Trang 87

64QAM4/4 Dòng đơn

5. 2

13. 0

21. 6

43. 2

86. 4

64QAM3/4 2x2

7. 8

19. 4

32. 4

64. 8

129. 6

10. 4

25. 9

43. 2

86. 4

172. 8

MIMO 64QAM4/4 2x2 MIMO Tương ứng với mỗi MCS và tốc độ bit đỉnh là mỗi mức SINR, ta xét trong điều kiện kênh truyền AWGN nên SNR được dùng thay cho SINR, tốc độ bit đỉnh được xem như dung lượng kênh. Dựa vào công thức dung lượng kênh Shannon: C1 = BW1 log2(1+SNR)

(3. 46)

Ta suy ra được SNR : SNR = 2 (C1/BW1)-1

(lần)

(3. 47)

Trong đó BW1 là băng thông của hệ thống (chẳng hạn như 1. 4 MHz, 3MHz…20MHz)

 Từ SNR tìm được ta tính thông lượng cell (cell throughput) qua công thức sau: C = F BW log2(1+SNR)

(3. 48) [6]

Trong đó BW là băng thông cấu hình chỉ chiếm 90% của băng thông kênh truyền đối với băng thông kênh truyền từ 3-20 MHz. Đối với băng thông kênh truyền 1. 4 MHz, băng thông truyền chỉ chiếm 77% của băng thông kênh truyền. Vì vậy triển khai ở kênh truyền 1. 4 MHz, hiệu suất sử dụng phổ thấp hơn so với băng thông 3MHz. Băng thông cấu hình được tính theo công thức sau: BW =

Nsc ×Ns×Nrb Tsub

Trong đó : Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

(3. 49) [6]

Đồ án tốt nghiệp

Trang 88

Nsc là số sóng mang con trong một khối tài nguyên (RB), Nsc = 12 Ns là số ký tự OFDM trên một subframe. Thông thường là 14 ký tự nếu sử dụng CP thông thường. Nrb là số khối tài nguyên (RB) tương ứng với băng thông hệ thống (băng thông kênh truyền). Chẳng hạn như đối với băng thông kênh truyền là 1. 4 MHz thì sẽ có 6 RB được phát đi.

Hình 3. 3: Quan hệ giữa băng thông kênh truyền và băng thông cấu hình Bảng 3. 7 Giá trị của băng thông cấu hình tương ứng với băng thông kênh truyền[4] Băng thông kênh truyền

Số RB chỉ định cho

(MHz)

băng thông kênh truyền

1. 4

6

1. 08

3

15

2. 7

5

25

4. 5

10

50

9

15

75

13. 5

20

100

18. 0

Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

Băng thông cấu hình

Đồ án tốt nghiệp

Trang 89

F là hệ số sửa lỗi, F được tính toán theo công thức sau: F=

Tframe -Tcp Nsc×Ns/2-4 × Tsub Nsc×Ns/2

(3.50) [6]

Trong đó: Tframe là thời gian của một frame. Có giá trị là 10 ms. Mỗi frame bao gồm 10 subframe và mỗi subframe có giá trị là 1ms. Tcp là tổng thời gian CP của tất cả các ký tự OFDM trong vòng một frame. Chiều dài khoảng bảo vệ cho mỗi ký tự OFDM là 5.71 µs đối với CP ngắn và 16.67 µs đối với CP dài. Mỗi frame sẽ bao gồm 10 subframe, mỗi subframe lại bao gồm 2 slot mà mỗi slot bao gồm 7 ký tự OFDM. Do đó Tcp sẽ có giá trị là 14x10x5.71 = 779.4 µs hay 14x10x16.67 = 2. 33ms. Tính toán overalldatarate Overalldatarate được tính toán theo công thức sau: Overalldatarate = Số user x Tốc độ bit đỉnh x Hế số OBF

(3.51)[9]

Trong đó : hệ số OBF (overbooking factor) là số user trung bình có thể chia sẻ trên một đơn vị kênh truyền. Đơn vị kênh truyền sử dụng trong quy hoạch mạng là tốc độ bit đỉnh, đã được trình bày ở trên. Nếu giả sử 100% tải thì hệ số OBF sẽ là tỷ số giữa tốc độ đỉnh và tốc độ trung bình (PAPR). Tuy nhiên điều này không an toàn cho việc quy hoạch mạng với tải 100% và vì thế hệ số utilisation được sử dụng. Hệ số utilisation này, trong hầu hết tất cả các mạng đều nhỏ hơn 85% để bảo đảm chất lượng dịch vụ (QoS). Hệ số OBF được tính toán theo công thức sau: OBF = PAPR × Hệ số utilisation

(3.52) [9]

Sau khi tính toán được số eNodeB theo vùng phủ và số eNodeB theo dung lượng, ta tối ưu số eNodeB lại bằng cách lấy số eNodeB lớn nhất trong hai trường hợp. Số eNodeB này là số eNodeB cuối cùng được lắp đặt trong một vùng định sẵn.

Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

Đồ án tốt nghiệp

Trang 90

3. 4 Quy hoạch cho TP Hồ Chí Minh Áp dụng cách thức tính theo quy hoạch vùng phủ và quy hoạch lưu lượng cho thành phố HCM. Từ diện tích của thành phố và bán kính cell được xác định dựa trên quỹ đường truyền và mô hình truyền sóng thích hợp ta tính được số eNodeB được lắp đặt trong thành phố. Từ số user được ước lượng cho từng quận huyện của thành phố, kết hợp với MCS, băng thông kênh truyền, dựa trên các công thức tính toán ta xác định được số eNodeB lắp đặt cho từng quận huyện của thành phố. Từ hai điều kiện tối ưu này, số eNodeB cuối cùng sẽ là số eNodeB lớn nhất của hai điều kiện tối ưu trên. Diện tích thành phố HCM là 2908.7 km2 và với dân số là 7123340 người. Bảng 3.8 Diện tích và dân số từng quận của TP.HCM

[11]

Diện tích (km 2)

Dân số (người)

Quận 1

7.72

226736

Quận 2

49.74

102001

Quận 3

4.92

222446

Quận 4

4.18

192007

Quận 5

4.27

209639

Quận 6

7.14

253166

Quận 7

35.69

111828

Quận 8

19.18

328686

Quận 9

114.01

148582

Quận 10

5.72

239927

Quận 11

5.14

238074

Quận

Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

Đồ án tốt nghiệp

Trang 91

Quận 12

52.78

168379

Quận Tân Bình

22.38

417897

Quận Bình Thạnh

20.76

402045

Quận Phú Nhuận

4.85

183000

Quận Thủ Đức

47.46

442110

Quận Gò Vấp

19.74

308816

Quận Bình Tân

51.87

254635

Quận Tân Phú

16.07

310876

Huyện Bình Chánh

252.69

421996

Huyện Cần Giờ

714

68213

Huyện Nhà Bè

100,4

99172

Huyện Hóc Môn

109.18

348840

Huyện Củ Chi

439,5

343132

3.5 Tối ưu mạng Tối ưu mạng là quá trình phân tích cấu hình và hiệu năng mạng nhằm cải thiện chất lượng mạng tổng thể và đảm bảo tài nguyên của mạng được sử dụng một cách có hiệu quả. Giai đoạn đầu của quá trình tối ưu là định nghĩa các chỉ thị hiệu năng chính. Chúng gồm các kết quả đo ở hệ thống quản lý mạng và số liệu đo thực tế để xác định chất lượng dịch vụ. Với sự giúp đỡ của hệ thống quản lý mạng ta có thể phân tích hiệu năng quá khứ, hiện tại và dự báo tương lai. Mục đích của phân tích chất lượng mạng là cung cấp cho nhà khai thác một cái Chương 3: Quy hoạch mạng 4G LTE

Đồ án tốt nghiệp

Trang 92

nhìn tổng quan về chất lượng và hiệu năng của mạng, bao gồm việc lập kế hoạch về trường hợp đo tại hiện trường và đo bằng hệ thống quản lý mạng để lập báo cáo điều tra. Đối với hệ thống 2G, chất lượng dịch vụ gồm: thống kê các cuộc gọi bị rớt và phân tích nguyên nhân, thống kê chuyển giao và kết quả đo các lần gọi thành công. Còn các hệ thống 3G, 4G có các dịch vụ rất đa dạng nên cần đưa ra các định nghĩa mới về chất lượng dịch vụ. Trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư việc tối ưu hóa mạng rất quan trọng vì mạng thế hệ thứ tư cung cấp nhiều dịch vụ đa dạng. Điều chỉnh tự động phải cung cấp câu trả lời nhanh cho các điều khiển thay đổi lưu lượng trong mạng.

3.6 Điều khiển công suất kênh PUSCH của LTE [7] Công suất phát của UE ở hướng lên được định nghĩa như sau: PPUSCH = min {Pmax , 10log10M + P0 + α.PL + δmcs +f(∆i) }

(3.53)

Trong đó: Pmax là công suất phát tối đa cho phép của UE. Nó phụ thuộc vào lớp công suất phát của UE. M là số khối tài nguyên (RB). P0 là thông số cụ thể của cell/UE . α là hệ số bù tổn hao. Nó thuộc [0,1]. Trong đó α = 0 là không có điều khiển công suất, 0Enter. Tìm service SQL Server (SQLExpress), double click và trong comboxbox Startup type chọn Automatic -> Apply - >Start -> OK. 2. Tạo bảng dữ liệu Để chạy được chương trình mô phỏng của đồ án, cần phải tạo các bảng dữ liệu trong SQL như sau : 1.Quy hoạch vùng phủ TÊN BẢNG : LTERcell_RLB ( Rb,[Suyhao(UL)],[Suyhao(DL)], [Rcell(UL)(m)],[Rcell(DL)(m)],[Dt(UL)(m2)],[Dt(DL)(m2)],[Số BS(UL)],[Số BS(DL)],[Số BS tổng]) 2.Quy hoạch dung lượng TÊN BẢNG : THROUGHPUT ([Throughput],[số BS Q1],[số BS Q2],[số BS Q3],[số BS Q4],[số BS Q5],[số BS Q6],[số BS Q7],[số BS Q8],[số BS Q9],[số BS Q10],[số BS Q11],[số BS Q12],[số Phụ lục 2 : Hướng dẫn sử dụng chương trình

Đồ án tốt nghiệp

Trang 121

BS QTân Bình],[số BS QBình Thạnh],[số BS QPhú Nhuận],[số BS QThủ Đức],[số BS QNhà Bè],[số BS QBình Chánh],[số BS QGò Vấp],[số BS QCần Giờ],[số BS QBình Tân],[số BS QHóc Môn],[số BS QTân Phú],[số BS QCủ Chi],[Số BS tổng] 3. So sánh LTE và WCDMA TÊN BẢNG : SSRcell_RLB ( Rb,[Suyhao(LTE)],[Rcell(LTE)(m)],[Dt(LTE)(m2)],[Suyhao(WCDMA)],[Rcell( WCDMA)(m)],[Dt(WCDMA)(m2)]) 4.Điều khiển công suất *TÊN BẢNG : DKCSVH1 (MS,[R(m)],[P0(dBm)],[PUSCH_TX(dBm)],[Pathloss(dB)],[RSRP(dBm)],[UE_TX (dBm)],[Pmax_UE(dBm)]) *TÊN BẢNG : DKCSVHLTE (MSLTE,[R(m)LTE],[P0(dBm)LTE],[PUSCH_TX(dBm)LTE],[Pathloss(dB)LTE], [RSRP(dBm)LTE],[UE_TX(dBm)LTE],[Pmax_UE(dBm)LTE]) *TÊN BẢNG :DKCSVHW (MSW,[R(mW)],[CPICH_TX(dBm)W],[Pathloss(dB)W],[Nhieu_UL(dB)W],Hangs o_KW,[CPICH_RSCP(dBm)W],[UE_TX(dBm)W])

Phụ lục 2 : Hướng dẫn sử dụng chương trình

Đồ án tốt nghiệp

Trang 122

TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].

Harri Holma and Antti Toskala both of Nokia Siemens Netwworks,

Filand;LTE for UMTS-OFDMA and SC-FDMA Based Radio Access; John Wiley & Sons, Ltd. [2].

Harri Holma and Antti Toskala both of Nokia, Filand;WCDMA for UMTS-

HSPA Evolution and LTE; John Wiley & Sons, Ltd 2007. [3].

Stefania Sesia, Issam Toufik and Matthew Baker; LTE-The UMTS Long

Term Evolution : From Theory to Practice; 2009 John Wiley & Sons, Ltd. [4].

FAROOQ KHAN Telecom R&D Center Samsung Telecommunications,

America; LTE for 4G Mobile Broadband Air Interface Technologies and performance; Cambridge University Press(tham khảo cho phần băng thông cấu hình và băng thông kênh truyền) [5].

Vijay K.Garg; IS-95 CDMA and CDMA 2000 cellular/PCS systems

implementation; Prentice hall PTR, Upper saddle river NT07458,2000. [6].

Christian Mehlf uhrer, Martin Wrulich, Josep Colom Ikuno, Dagmar

Bosanska, Markus Rupp; SIMULATING THE LONG TERM EVOLUTION PHYSICAL

LAYER;

Institute of

Communications and

Radio-Frequency

Engineering Vienna University of Technology;Gusshausstrasse 25/389, A-1040 Vienna, Austria [7].

R1-074850;Ericsson;Uplink Power Control for E-UTRA-Range and

Representation of P0; 3GPP TSG-RAN WG1 #51;Jeju, Korea, November 0509,2007. [8].

Bilal Muhammad; Closed loop power control for LTE uplink; Blekinge

Institute of Technology School of Engineering; November 2008 [9].

Abdul Basit, Syed; Dimensioning of LTE Network;Helsinki University

Tài liệu tham khảo

Đồ án tốt nghiệp

Trang 123

[10]. User Equipment (UE) radio transmission and reception(FDD) (Release 7) [11]. http://khudothimoi.com/dulieu/ban-do-quy-hoach/350-ban-do-cac-quantphcm.html [12]. http://en.wikipedia.org/wiki/4G (tham khảo cho chương 1) [13]. http://www.thongtincongnghe.com/article/3121 (tham khảo cho chương 1) [14]. http://www.3gpp.org/LTE (tham khảo cho các thông số lớp vật lý của LTE) [15]. 3GPP Long-Term Evolution / System Architecture Evolution Overview September 2006; Alcatel. (tham khảo cho chương 1) [16]. 3G long-term evolution;Dr. Technologies, Ericsson Research.

Erik

Dahlman

Expert

Radio

Access

[17]. Philip Solis Practice Director, Wireless Connectivity Aditya Kaul Senior Analyst, Mobile Networks Nadine Manjaro Associate Analyst Jake Saunders Vice President, Forecasting; Prospects for HSPA, LTE, and WiMAX; ABI research.(tham khảo cho phần so sánh giữa LTE và WiMAX). [18]. Giáo trình Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G, TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng. Nhà xuất bản Thông tin và truyền thông. [19]. Xiupei Zhang, Jangsu Kim, and Heung-Gyoon Ryu; Multi-Access Interference in LTE Uplink with Multiple Carrier Frequency Offsets; Department of Electronic Engineering, Chungbuk National University, Cheong Ju, Korea 316763; 2009 IEEE.

Tài liệu tham khảo